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(yùn)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(zhǎng)壽命、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低的磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)顯得尤為迫切，探索新的科學(xué)途徑實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)已成為傳感技術(shù)工作者研究的新熱點(diǎn)，特別是光纖電流傳感技術(shù)是熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。將超磁致伸縮材料(超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material，簡(jiǎn)稱(chēng)GMM)與光纖光柵(FiberBragg Grating，簡(jiǎn)稱(chēng)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(jiǎn)單、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)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(wèn)題。為了解決此問(wèn)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(duì)磁場(chǎng)的不同響應(yīng)來(lái)消除溫度對(duì)電流測(cè)量的影響。此外，利用磁路系統(tǒng)的聚磁特性，可進(jìn)一步提高電流的測(cè)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(jì)了“十字型”

3、FBG-GMM傳感頭，將其放入C型聚磁回路的開(kāi)口處，使傳感光柵的徑向與磁場(chǎng)方向相同，參考光柵的徑向與磁場(chǎng)方向垂直，因此傳感光柵和參考光柵具有不同的磁場(chǎng)響應(yīng)。考慮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(shí)現(xiàn)了電流解調(diào)及溫度補(bǔ)償。利用ANSYSMaxwell軟件分析了GMM棒長(zhǎng)度、截面積以及狹縫寬度對(duì)導(dǎo)磁回路聚磁能力的影響，結(jié)果表明當(dāng)間隙越小、GMM橫截面越小、GMM長(zhǎng)度越短時(shí)，磁路的導(dǎo)磁能力越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)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(cè)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(jì)了并列的C型雙磁路系統(tǒng)，每個(gè)磁路系統(tǒng)內(nèi)放置一個(gè)FBG-GMM傳感頭，兩磁路加載相反的偏置磁場(chǎng)，當(dāng)被測(cè)磁場(chǎng)同時(shí)加載到雙磁路上時(shí)，其中一個(gè)磁路內(nèi)的GMM棒伸長(zhǎng)而另一個(gè)磁路內(nèi)的GMM棒收縮，導(dǎo)致一個(gè)

5、FBG的波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向漂移，而另一個(gè)FBG的波長(zhǎng)向短波方向漂移?？紤]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(shí)現(xiàn)了電流解調(diào)及溫度補(bǔ)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(duì)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(dāng)磁路間距大于20 mm時(shí)，兩磁路間的干擾可忽略不計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:交流安匝電流在0.6～15