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《哈尔滨理工大学》 2019年
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GMM-FBG光纤电流传感器结构优化及温度特性分析

来永宝  
【摘要】:基于超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)与光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的光纤电流传感器,以其优良的性能更能满足当前电力系统电流在线监测需求,而被广泛研究,但其灵敏度和稳定性仍有待提高。GMM-FBG通过聚磁结构耦合被测电流磁场,灵敏度和线性度与GMM内部磁场强度和均匀度相关;另外,因FBG和GMM磁致伸缩系数均为温度敏感量,传感器交流响应灵敏度又受温度影响。针对上述两个灵敏度相关问题展开研究。在分析FBG的传感特性、GMM的磁响应特性和GMM的耦合特性基础上,提出GMM-FBG电流传感系统在磁场和温度场下的非线性动态耦合模型,依据模型获得GMM-FBG光纤传感器输出光波长变化量与被测磁场、温度的函数关系;采用磁场有限元分析方法,设计了非对称四棱台-平面带引导体型的磁路结构,增大GMM-FBG敏感单元的单位磁通密度同时确保GMM内磁场的均匀性,提高了传感器的灵敏度。构建光纤电流传感系统实验平台,测试20~70℃温度范围GMM-FBG电流传感器0~100A交流电流响应。实验结果表明:随温度升高传感器灵敏度下降,且随被测电流升高,传感器灵敏度下降幅度变大。基于温度特性实验数据,提出采用FBG直流偏移值测量电流传感器工作温度,根据不同电流值的温度偏移曲线进行电流值反馈校正的方法。经40℃电流为60A测试结果表明,采用反馈校正方法使电流温漂偏差由4.98%减小到0.18%。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP212

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