一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器的製作方法

2023-05-04 19:11:26

專利名稱：一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器，屬於光電子測量技術領域。
背景技術：
目前電力系統中電壓等級越來越高、電流越來越大，採用傳統的電磁式電流互感器在線測量大電流的方法已經不能滿足要求，電子式電流互感器(ECT)應運而生。國際電工委員會在IEC60044-8《Electronic Current Transformer》中，將電子式電流互感器按照傳感機理分為三種:光學電流互感器(OCT)、低功率電流互感器(LPCT)、Rogowski線圈電流互感器。LPCT是常規感應式電流互感器的發展，具有輸出靈敏度高、技術成熟、性能穩定、易於大批量生產等特點；此外，由於其二次負荷較小，加上高導磁鐵心材料的應用，可以實現對大動態範圍電流的測量。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器，一次被測大電流通過LPCT和取樣電阻的集成單元線性地轉換為低電壓信號，低電壓信號加在疊堆型壓電陶瓷上，由於逆壓電效應，疊堆型壓電陶瓷發生一個相對長度的左右伸縮變化，同時帶動光纖Bragg光柵變化，利用解調儀得到光纖Bragg光柵中心波長的移位值，實現對高壓一次側大電流的光學實時在線監測。本實用新型的技術方案是:一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器，包括LPCT、取樣電阻4、疊堆型壓電陶瓷5、光纖Bragg光柵6、光纖粘接點7和外接光纖8。LPCT連接取樣電阻4後通過導線連接至疊堆型壓電陶瓷5上下兩端，疊堆型壓電陶瓷5由若干片壓電陶瓷片物理串聯組成，光纖Bragg光柵6通過光纖粘接點7固定設置在疊堆型壓電陶瓷5中軸線的左右兩端，外接光纖8 一端與光纖Bragg光柵6連接，另一端與解調儀相連。所述LPCT包括一次繞組1、鐵芯2和二次繞組3。一次繞組1、鐵芯2和二次繞組3順次排列，二次繞組3與取樣電阻4連接後通過導線連接至疊堆型壓電陶瓷5上下兩端。本實用新型的工作原理是:一次被測大電流通過LPCT和取樣電阻4的集成單元線性地轉換為低電壓信號，低電壓信號加在疊堆型壓電陶瓷5上，由於逆壓電效應，疊堆型壓電陶瓷5發生一個相對長度的左右伸縮變化，同時帶動光纖Bragg光柵6變化，因此，疊堆型壓電陶瓷5的應變線性轉換為光纖Bragg光柵6的中心反射波長的移位，利用解調儀得到光纖Bragg光柵6中心波長的移位值，利用公式
Mg = _公式中I為光纖Bragg光柵6的中心波長u為波長移位量，
Pe =0.216為有效彈-光係數，貧為與疊堆型壓電陶瓷5的壓電係數和拉伸結構有關的常量，w、Np分別為二次繞組3和一次繞組I的匝數，D為取樣電阻4阻值，從而可以計算出一次大電流。本實用新型的有益效果是:1、本電流傳感器可測量高壓一次側大電流，高壓側無需電源。2、本實用新型採用LPCT和取樣電阻的集成單元，極大地擴大了測量範圍。由於總的損耗很低，使得可在不飽和條件下高度準確地測量過電流直至短路電流，全偏移短路電流也可應用。LPCT的尺寸可設計得比常規感應式電流互感器體積小，而且測量和保護用互感器無需有差別，全部應用範圍可使用單個(多用途)電流互感器。3、本實用新型採用的疊堆型壓電陶瓷由若干片壓電陶瓷片物理串聯組成，比普通壓電陶瓷片具有更優的性能。4、本實用新型採用的光纖Bragg光柵是電絕緣材料，具有很強的抗電磁幹擾能力(EMI)。5、理論計算表明，輸入信號從零躍變到額定值時，輸出信號從一個預期的定輸出值的10%上升至90%時所需的時間為10 HS。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的光纖Bragg光柵在疊堆型壓電陶瓷表面的固定示意圖；圖中各標號為:1:一次繞組，2:鐵芯，3:二次繞組，4:取樣電阻，5:疊堆型壓電陶瓷，6:光纖Bragg光柵,7:纖粘接點,8:外接光纖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的內容並不限於所述範圍。實施例1:如圖1-2所不,一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器，包括LPCT、取樣電阻4、疊堆型壓電陶瓷5、光纖Bragg光柵6、光纖粘接點7和外接光纖8。LPCT連接取樣電阻4後通過導線連接至疊堆型壓電陶瓷5上下兩端，疊堆型壓電陶瓷5由若干片壓電陶瓷片物理串聯組成，光纖Bragg光柵6通過光纖粘接點7固定設置在疊堆型壓電陶瓷5中軸線的左右兩端，外接光纖8 一端與光纖Bragg光柵6連接，另一端與解調儀相連。LPCT包括一次繞組1、鐵芯2和二次繞組3。一次繞組1、鐵芯2和二次繞組3順次排列，二次繞組3與取樣電阻4連接後通過導線連接至疊堆型壓電陶瓷5上下兩端。實施例2:如圖1-2所不,一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器，包括LPCT、取樣電阻4、疊堆型壓電陶瓷5、光纖Bragg光柵6、光纖粘接點7和外接光纖
8。LPCT連接取樣電阻4後通過導線連接至疊堆型壓電陶瓷5上下兩端，疊堆型壓電陶瓷5由若干片壓電陶瓷片物理串聯組成，光纖Bragg光柵6通過光纖粘接點7固定設置在疊堆型壓電陶瓷5中軸線的左右兩端，外接光纖8 一端與光纖Bragg光柵6連接，另一端與解調儀相連。
權利要求1.一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器,其特徵在於:包括LPCT、取樣電阻(4)、疊堆型壓電陶瓷(5)、光纖Bragg光柵(6)、光纖粘接點(7)和外接光纖(8)；LPCT連接取樣電阻(4)後通過導線連接至疊堆型壓電陶瓷(5)上下兩端，疊堆型壓電陶瓷(5)由若干片壓電陶瓷片物理串聯組成，光纖Bragg光柵(6)通過光纖粘接點(7)固定設置在疊堆型壓電陶瓷(5)中軸線的左右兩端,外接光纖(8) —端與光纖Bragg光柵(6)連接，另一端與解調儀相連。
2.根據權利要求1所述的基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器，其特徵在於:所述LPCT包括一次繞組(I)、鐵芯(2)和二次繞組(3)次繞組(I)、鐵芯(2)和二次繞組(3 )順次排列，二次繞組(3 )與取樣電阻(4)連接後通過導線連接至疊堆型壓電陶瓷(5)上下兩 端。
專利摘要本實用新型涉及一種基於LPCT的壓電驅動式光纖Bragg光柵電流傳感器，屬於光電子測量技術領域。本實用新型包括LPCT、取樣電阻、疊堆型壓電陶瓷、光纖Bragg光柵、光纖粘接點和外接光纖。LPCT連接取樣電阻後通過導線連接至疊堆型壓電陶瓷上下兩端，疊堆型壓電陶瓷由若干片壓電陶瓷片物理串聯組成，光纖Bragg光柵通過光纖粘接點固定設置在疊堆型壓電陶瓷中軸線的左右兩端，外接光纖一端與光纖Bragg光柵連接，另一端與解調儀相連。本實用新型高壓側無需電源、測量範圍大、抗電磁幹擾、尺寸小、結構簡單、準確度高、穩定性好，具有極佳瞬態跟蹤能力，響應電流變化能夠達到級。
文檔編號G01R19/00GK203164261SQ20132009780
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月5日 優先權日2013年3月5日
發明者李川, 王振, 肖元強, 代雲洪, 胡萬層, 彭李 申請人:昆明理工大學