溫度自適應(yīng)FBG-GMM電流傳感器.pdf

1、為了保障智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，避免災(zāi)難事故產(chǎn)生，研究高安全性、高穩(wěn)定性、高靈敏度、大量程、長壽命、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低的磁場檢測技術(shù)顯得尤為迫切，探索新的科學(xué)途徑實現(xiàn)電流檢測已成為傳感技術(shù)工作者研究的新熱點，特別是光纖電流傳感技術(shù)是熱點中的熱點。將超磁致伸縮材料(超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material，簡稱GMM)與光纖光柵(FiberBragg Grating，簡稱FBG)相結(jié)合的FBG-G

2、MM電流傳感器，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高的優(yōu)點備受關(guān)注。但是，該電流傳感器需要克服溫度交叉敏感的問題。為了解決此問題，本文將FBG-GMM與磁路系統(tǒng)相結(jié)合，提出了基于磁路系統(tǒng)的FBG-GMM電流傳感器，利用雙FBG對磁場的不同響應(yīng)來消除溫度對電流測量的影響。此外，利用磁路系統(tǒng)的聚磁特性，可進一步提高電流的測量靈敏度。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于單聚磁回路系統(tǒng)和“十字”型傳感頭的FBG-GMM電流傳感器研究。設(shè)計了“十字型”

3、FBG-GMM傳感頭，將其放入C型聚磁回路的開口處，使傳感光柵的徑向與磁場方向相同，參考光柵的徑向與磁場方向垂直，因此傳感光柵和參考光柵具有不同的磁場響應(yīng)?？紤]到傳感光柵和參考光柵具有相同的溫度響應(yīng)，采用雙光柵匹配解調(diào)的方式實現(xiàn)了電流解調(diào)及溫度補償。利用ANSYSMaxwell軟件分析了GMM棒長度、截面積以及狹縫寬度對導(dǎo)磁回路聚磁能力的影響，結(jié)果表明當間隙越小、GMM橫截面越小、GMM長度越短時，磁路的導(dǎo)磁能力越強。實驗結(jié)果表明:傳感

4、FBG和參考FBG具有相同的溫度響應(yīng);交流安匝電流在1.0～138.2 A的變化范圍內(nèi)，該傳感器呈線性變化，測量精度為16.0 mV/A。在線性變化范圍內(nèi)，交流電流的峰值失真誤差小于2.2％。⑵基于雙聚磁回路系統(tǒng)的FBG-GMM電流傳感器研究。設(shè)計了并列的C型雙磁路系統(tǒng)，每個磁路系統(tǒng)內(nèi)放置一個FBG-GMM傳感頭，兩磁路加載相反的偏置磁場，當被測磁場同時加載到雙磁路上時，其中一個磁路內(nèi)的GMM棒伸長而另一個磁路內(nèi)的GMM棒收縮，導(dǎo)致一個

5、FBG的波長向長波方向漂移，而另一個FBG的波長向短波方向漂移。考慮到兩FBG具有相同的溫度響應(yīng)，采用雙FBG匹配解調(diào)的方式實現(xiàn)了電流解調(diào)及溫度補償。為了增大匹配解調(diào)的線性范圍及靈敏度，本部分選用的FBG均為平頂FBG。利用ANSYA Maxwell仿真分析兩磁路間距對雙磁路系統(tǒng)聚磁能力的影響，仿真結(jié)果表明磁路間距越小，兩磁路的相互干擾越大;但當磁路間距大于20 mm時，兩磁路間的干擾可忽略不計。實驗結(jié)果表明:交流安匝電流在0.6～15