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基于超磁致伸缩材料和光纤光栅的电流传感技术的研究

汪淑容  
【摘要】:电流互感器是电力系统中进行电能计量和继电保护设备,其精度及可靠性与电力系统的安全和经济运行密切相关。随着电力工业的发展,传统的电流互感器难以满足需求,而光电流传感器因其独特的优点具有潜在的应用价值,是未来电力工业电流测量发展的趋势。 本文通过广泛阅读资料,回顾了光学电流传感器近年来的进展,分析了该技术领域存在的问题,结合光纤光栅传感技术,提出了一种基于超磁致伸缩材料(GMM)调谐光纤布拉格光栅(FBG)的光电流传感器,对交直流电流传感从理论分析、计算机仿真、实验验证三个方面进行了研究。 为了实现直流电流传感,利用了超磁致伸缩材料特性曲线上较线性的一段区域,并通过实验验证光谱仪解调直流电流传感特性。实验表明,在测量范围内布拉格波长漂移量与外施电流成线性关系,重复性很好。 针对交流电流传感提出了两种动态解调方式:调制型双光栅解调和放大自发辐射ASE 光源谱特性解调,建立数学模型通过计算机仿真对其可行性进行了分析。最终用ASE 光源谱特性解调方案将AC 电流形成的光纤光栅波长漂移解调成电平信号。并通过实验标定ASE 光源谱特性解调应变灵敏度系数。 对于交流电流传感,根据超磁致伸缩材料特性分不加偏磁和加偏磁两种情况进行了探索。两种情况下GMM 的磁场强度—应变关系都是回线特性,利用传感系统的电流输入信号与输出电平的关系通过数据重建,求得了这些回线关系。 本论文对基于超磁致伸缩材料的光纤光栅电流传感器进行了有意义的、基础的研究,为光电流传感开辟了新的研究领域。


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