一种光纤电流检测装置

技术领域

本发明涉及直流电流的检测领域，特别涉及一种光纤电流检测装置。

背景技术

电流的测量广泛应用于现在社会的各个领域，是工业生产过程中一个重要的控制手段和参数，目前能够测量电流的设备有很多种，其中包括:1.电磁式电流互感器：基于电磁感应原理完成电流测量，因为需要交变的磁场，因此此类传感器只能测试交流电流。2.霍尔电流传感器：基于霍尔原理完成电流的测量，可以测量交流和直流电流。为保证测量精度，通常需要磁环进行聚磁，很难做到快速测量，多应用于固定在导体上完成电流的测量。3.分流器：分流器需要将分流电阻串联在回路中才能完成电流的测量，不具备实现快速测量的可能性；4.罗氏线圈电流互感器：基于法拉第定律，实现电流的测量，多用于交流电流和脉冲直流电流的测量，无法实现纯直流电流的测量。

发明内容

为此，本发明提出了一种光纤电流检测装置，能够实现交流、直流和各种复杂波形的大电流的便携式快速测量。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种光纤电流检测装置，包括：基座，枢转连接于所述基座上的第一半环形体与第二半环形体，以及操作机构；所述第一半环形体与所述第二半环形体内安装光纤，两者在所述操作机构的作用下可在打开位置与工作位置之间切换；所述打开位置时，所述第一半环形体与所述第二半环形体的自由端间隔设置，所述工作位置时，所述第一半环形体与所述第二半环形体的自由端具有部分重叠区；所述光纤包括传输光纤与传感光纤，所述传输光纤与传感光纤通过1/4波片连接，所述传感光纤的末端具有反射镜，所述传输光纤沿所述第一半环形体的枢转侧延伸至其自由端经弧形折弯后与1/4波片连接，所述1/4波片的另一端连接传感光纤，所述传感光纤沿所述第一半环形体延伸至枢转侧伸出并经过第二半环形体的枢转侧延伸至其自由端；所述工作位置时，所述1/4波片与所述反射镜相对设置。

本发明的部分实施方式中，所述第一半环形体包括径向宽度一致的第一弧形区以及径向宽度逐渐增大的第二弧形区，所述第二弧形区与所述第一弧形区的外弧面的半径相同，所述传输光纤接近所述第一弧形区与第二弧形区的内弧面侧，所述1/4波片设置于第二弧形区且接近其外弧面一侧，所述传感光纤接近所述第一弧形区与第二弧形区的外弧面侧。

本发明的部分实施方式中，所述第一半环形体上设有与其延伸方向一致的第一导向槽，所述第二半环形体上设有与其延伸方向一致的第二导向槽，所述光纤固定连接于所述第一导向槽及所述第二导向槽内。

本发明的部分实施方式中，第一半环形体通过第一摆动座枢转连接于所述基座上，所述第二半环形体通过第二摆动座枢转连接于所述基座上，所述第一摆动座上设有与所述第一导向槽连通的第三导向槽，所述第二摆动座设有与所述第二导向槽连通的第四导向槽。

本发明的部分实施方式中，所述第三导向槽远离所述第一导向槽一侧的槽口大于接近所述第一导向槽一侧的槽口，所述第四导向槽远离所述第二导向槽一侧的槽口大于接近所述第二导向槽一侧的槽口。

本发明的部分实施方式中，所述第一半环形体接近其自由端的外弧面设有限位凸块，所述限位凸块与所述第二半环形体的自由端的相对面上分别设置限位槽与限位凸起；所述工作位置时，所述限位凸起插接于所述限位槽内。

本发明的部分实施方式中，所述基座上设有导向弹性片，所述导向弹性片抵接于位于第一摆动座与所述第二摆动座之间的所述光纤上，适于在打开位置时，使所述光纤的折弯角度大于第一阈值。

本发明的部分实施方式中，所述第一摆动座与所述第二摆动座分别设置枢转部与驱动部，所述第一半环形体与所述第二半环形体分别可绕各自的枢转部摆动，所述操作机构包括可沿第一方向滑动的操作杆，枢转连接于所述操作杆的第一侧端部的两个驱动杆，所述驱动杆的另一端分别枢转连接于所述第一半环形体与所述第二半环形体的所述驱动部上。

本发明的部分实施方式中，所述操作机构还包括拉杆以及位于拉杆端部的拉手，所述拉杆与所述操作杆之间设置复位弹性件；通过拉手拉动所述拉杆沿第一方向移动以带动所述操作杆移动。

本发明的部分实施方式中，还包括支撑套管，连接于所述基座上并沿第一方向延伸，所述操作杆的一部分、所述复位弹性件以及所述拉杆的一部分位于所述支撑套管内。

本发明的部分实施方式中，还包括连接于所述支撑套管上的控制主机，所述控制主机包括光信号发生部、环行器、起偏器以及光接收组件，所述传输光纤沿所述支撑套管延伸至光信号发生部；所述光信号发生部发出的光经过环行器与起偏器后转换为线偏振光沿所述传输光纤传输，所述光接收组件用于将携带相位差信号的光转换为电信号。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

本发明提供的光纤电流检测装置中，将用于实现电流检测的光纤安装于第一半环形体与第二半环形体上，且第一半环形体与第二半环形体能够在操作机构的作用下在打开位置与工作位置切换。使用时，首先将该检测装置切换至打开位置并套在被测导体上，然后切换至工作位置，使传感光纤实现闭合，完成电流的快速测量；对于有多个测点的工业设备和需要频繁测量的场景，极大地提高了测试效率。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:

图1为本发明的光纤电流检测装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明的光纤电流检测装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明的光纤电流检测装置的系统框图；

图4为本发明的光纤电流检测装置的一种具体实施方式的部分结构示意图；

图5为本发明的光纤电流检测装置中第一半环形体的结构示意图；

图6为本发明的光纤电流检测装置中第二半环形体的结构示意图；

图7为本发明的光纤电流检测装置的一种具体实施方式的部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1、图2所示为本发明提供的光纤电流检测装置的具体实施方式，其基于法拉第磁光效应和安培环路实现电流测量。该电流检测装置包括基座10、枢转连接于所述基座10上的第一半环形体21与第二半环形体22，以及操作机构30；所述第一半环形体21与所述第二半环形体22内安装光纤40，两者在所述操作机构30的作用下可在打开位置与工作位置之间切换；所述打开位置时，所述第一半环形体21与所述第二半环形体22的自由端间隔设置，所述工作位置时，所述第一半环形体21与所述第二半环形体22的自由端沿周向具有部分重叠区；所述光纤包括传输光纤41与传感光纤42，所述传输光纤41与传感光纤42通过1/4波片43连接，所述传感光纤42的末端具有反射镜44，所述传输光纤41沿所述第一半环形体21的枢转侧延伸至其自由端经弧形折弯后与1/4波片43连接，所述1/4波片43的另一端连接传感光纤42，所述传感光纤42沿所述第一半环形体21延伸至枢转侧伸出并经过第二半环形体22的枢转侧延伸至其自由端；所述工作位置时，所述1/4波片43与所述反射镜44相对设置，其中，相对设置是指在工作位置时，在传感光纤42围成的环形圈中所述1/4波片43与所述反射镜44的周向位置上具有重合区域。

上述电流检测装置中，通过将用于实现电流检测的光纤安装于第一半环形体21与第二半环形体22上，且第一半环形体21与第二半环形体22能够在操作机构30的作用下在打开位置与工作位置切换。使用时，首先将该检测装置切换至打开位置并套在被测导体上，然后切换至工作位置，使传感光纤42实现闭合，完成电流的快速测量；对于有多个测点的工业设备和需要频繁测量的场景，极大地提高了测试效率。其中，所述1/4波片43与所述反射镜44相对设置，以使传感光纤42可以形成环路，根据安培环路定律，杂散磁场在传感光纤环圈上线积分为0，因此上述检测装置对杂散磁场不敏感，可实现高精度测量。

具体地，所述电流检测装置在工作位置时，所述第一半环形体21与所述第二半环形体22的自由端互相抵接，以形成一个封闭的环路，以进一步提高测量精度。

具体地，如图1所示，所述电流检测装置包括控制主机50，如图3所示，所述控制主机50包括用于发出光信号的光信号发生部51，所述光信号发生部51为超辐射发光二极管（SLD）光源。光信号发生部51与所述传输光纤41连接。所述控制主机50还包括环行器52、起偏器53、相位调制器54以及光接收组件55。由超辐射发光二极管（SLD）光源发出的光经过环行器52与起偏器53后，变为线偏振光。起偏器53与相位调制器54之间为45°熔接，线偏振光以45°注入相位调制器54的输入端尾纤后，分别沿保偏光纤的X轴和Y轴传输，在相位调制器54中接受调制以后，两种正交模式的线偏光进入保偏光纤延迟线，经过1/4波片43后，分别变为左旋和右旋圆偏振光，进入传感光纤42中传播；待测导体中传输的电流产生磁场，在传感光纤42中产生法拉第磁光效应，使这两束圆偏振光的相位差发生变化并以不同的相速度传输，经过反射镜44反射后，两束圆偏振光的偏振模式互换（即左旋光变为右旋光，右旋光变为左旋光），再次通过传感光纤42，并再次经历法拉第效应使两束光产生的相位差加倍。这两束光再次通过1/4波片43后，恢复为线偏振光。两束光在起偏器53处发生干涉，携带相位差信号的光进入光接收组件55转换为电信号。根据法拉第磁光效应与安培环路定律可知，待测导体中传输的电流大小与相位差成正比，因此通过检测光相位差信号可计算出待测电流值。

具体地，如图5所示，所述第一半环形体21包括径向宽度一致的第一弧形区21a以及径向宽度逐渐增大的第二弧形区21b，第一弧形区21a接近所述第一半环形体21的枢转端，所述第二弧形区21b接近所述第一半环形体21的自由端；其中，所述第二弧形区21b与所述第一弧形区21a的外弧面的半径相同，也即第二弧形区21b的内弧面的半径小于所述第一弧形区21a的内弧面半径。所述传输光纤41接近所述第一弧形区21a与第二弧形区21b的内弧面侧，且传输光纤41由第一弧形区21a延伸至第二弧形区21b并经过弧形折弯至第二弧形区21b的接近外弧面的一侧，所述1/4波片43设置于第二弧形区21b且接近其外弧面一侧，所述传感光纤42接近所述第一弧形区21a与第二弧形区21b的外弧面侧，并经过第一半环形体21的枢转侧伸出直至第二半环形体22内。

具体地，一种可选的实施方式中，如图5、图6所示，所述第一半环形体21上设有与其延伸方向一致的第一导向槽211，所述第二半环形体22上设有与其延伸方向一致的第二导向槽221，所述光纤固定连接于所述第一导向槽211及所述第二导向槽221内以避免光纤在第一半环形体21与第二半环形体22打开或工作位置切换时移位导致测量准确性降低的问题；一种实施方式中，所述光纤通过粘接剂粘接于所述第一导向槽211与所述第二导向槽221内。另一种实施方式中，通过绑带将所述光纤固定于所述第一导向槽211与所述第二导向槽221内的固定钩上。

更具体地，如图7所示，所述第一半环形体21上还包括盖设于第一导向槽211上的第一盖板212，所述第二半环形体22包括盖设于第二导向槽221上的第二盖板222。所述第一盖板212与所述第一半环形体21通过穿设于两者之间的紧固组件连接，所述第二盖板222与所述第二半环形体22通过穿设于两者之间的紧固组件连接。

具体地，所述基座10具有安装腔，其由第一半座体与第二半座体可拆卸连接而成；一种可选的实施方式中，如图2所示，第一半环形体21通过第一摆动座23枢转连接于所述基座10上，所述第二半环形体22通过第二摆动座24枢转连接于所述基座10上，所述第一摆动座23上设有与所述第一导向槽211连通的第三导向槽231，所述第二摆动座24设有与所述第二导向槽221连通的第四导向槽241；其中，所述第三导向槽231远离所述第一导向槽211一侧的槽口大于接近所述第一导向槽211一侧的槽口，所述第四导向槽241远离所述第二导向槽221一侧的槽口大于接近所述第二导向槽221一侧的槽口。在第一半环形体21与所述第二半环形体22处于打开状态时，第一摆动座23与第二摆动座24的上述第三导向槽231与第四导向槽241的结构可以避免枢转过程中尖锐表面作用至第一半环形体21与第二半环形体22之间的光纤上。

更具体地，一种可选的实施方式中，所述第一半环形体21与所述第一摆动座23一体成型，所述第二半环形体22与所述第二摆动座24一体成型，所述第一导向槽211与所述第三导向槽231之间平滑过渡，所述第二导向槽221与所述第四导向槽241之间平滑过渡。

具体地，一种可选的实施方式中，如图2所示，所述基座10上设有导向弹性片11，所述导向弹性片11抵接于位于第一摆动座23与所述第二摆动座24之间的所述光纤上，适于在打开位置时，使所述光纤的折弯角度大于第一阈值。更具体地，所述导向弹性片11的弹性力适于使所述光纤具有朝向径向外侧移动的倾向。

具体地，一种可选的实施方式中，如图4、图7所示，所述第一半环形体21接近其自由端的外弧面设有限位凸块213，所述限位凸块213与所述第二半环形体22的自由端的相对面上分别设置限位槽214与限位凸起223；所述工作位置时，所述限位凸起223插接于所述限位槽214内。上述导向结构可保证检测装置在工作位置时所述1/4波片43与所述反射镜44位置相对。

具体地，如图4所示，所述第一摆动座23与所述第二摆动座24分别设置枢转部25与驱动部26，所述第一半环形体21与所述第二半环形体22分别可绕各自的枢转部25摆动，所述操作机构30包括可沿第一方向（图中箭头a方向）滑动的操作杆31，枢转连接于所述操作杆31的第一侧端部的两个驱动杆32，所述驱动杆32的另一端分别枢转连接于所述第一半环形体21与所述第二半环形体22的所述驱动部26上。更具体地，所述枢转部25包括成型于所述第一摆动座23与所述第二摆动座24上的枢转孔以及穿设于枢转孔的枢转轴，所述枢转轴可转动地连接于所述基座10上，所述驱动部26包括成型于所述第一摆动座23与所述第二摆动座24上的驱动孔以及穿设于驱动孔的驱动轴，所述驱动杆32的端部套设于所述驱动轴上。

如图2所示，所述操作机构30还包括拉杆33以及位于拉杆33端部的拉手34，所述拉杆33与所述操作杆31之间设置复位弹性件35；拉动拉手34使所述拉杆33朝向远离操作杆31的方向（也即第一方向）直线移动时，拉杆33通过复位弹性件35带动所述操作杆31移动，连接于操作杆31上的驱动杆32则使第一摆动座23与第二摆动座24绕各自枢转轴枢转，使第一半环形体21与第二半环形体22处于打开状态；松开拉手34后，复位弹性件35的作用下，所述操作杆31恢复至其初始位，使第一半环形体21与第二半环形体22处于自由端重叠设置的工作状态。

如图2所示，所述检测装置还包括连接于所述基座10上并沿第一方向延伸的支撑套管60，所述操作杆31的一部分、所述复位弹性件35以及所述拉杆33的一部分位于所述支撑套管60内；所述支撑套管60远离所述基座10的一侧设有拉手支撑座70，所述拉手支撑座70上设有滑动轨道71，所述拉手34滑动连接于所述滑动轨道71上，以限定拉手34以及拉杆33的滑动方向，避免晃动。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。