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摘 要:将光纤光栅(FBG)封装入以超磁致伸缩材料(GMM)与永磁体构成的传感基座内形成系统核心传感部件,并将其放置于电流形成的磁场中,构成电流传感器。利用光纤迈克尔逊干涉仪(MI)对FBG波长的变化进行解调,从而获得被测交流电流信号。实验结果表明,检测幅值100 A ~2000 A的交变电流时,该传感器对交变电流具有良好的线性响应。
关键词:光纤光学;光学电流传感器;超磁致伸缩材料;光纤光栅
1 引言
与传统的电磁式电流传感器相比,光学电流传感器具有抗电磁干扰能力强,绝缘性强、频带宽和动态范围大等特点,受到了广泛的关注。其中,将GMM与FBG结合作为传感器对电流进行检测的方案具有线性度好,可远程操控等优点,具有重要的应用价值[1-4]。本文设计了一种GMM-FBG结构的电流传感器,利用MI对FBG波长信息进行解调,实现对交流电流信号的检测。
3 实验结果和分析
3.1 系统设计
传感实验装置由宽带光源ASE、传感系统、解调系统和数据采集系统组成,如图1(1)所示。ASE平坦区波长范围为1535nm~1565nm。汇流排作为激励源,硅钢片对磁场回路进行限制。为避免GMM发生倍频且工作在线性区,核心传感部件中加入可提供直流偏置磁场的永磁体。如图1(2)所示, FBG通过永磁体中的光纤毛细管埋入GMM中,两端用环氧树脂胶将FBG与传感基座固定,避免核心传感部件的封装会对FBG栅区产生影响。解调部分的MI则由一个2×2单模光纤耦合器与微位移器构成。
3.2 实验结果分析
将交流电流的幅值从100A到2000A逐渐增大,从图2可知PD输出的电压信号和待测电流幅值进行线性拟合后,得到线性相关性为99.91% 。
由于以上实验数据均建立在系统不受周围环境温度影响的基础上,因此在下一步工作中,我们将增加一个参考的光纤光栅抵消温度的影响。
4 结语
在本文中,设计了一种基于GMM-FBG结构的便于封装的光纤电流传感器。实验结果表明,在电流幅值为100A ~2000A时,传感器输出信号值与被测交流电间成线性关系。该电流传感系统结构简单,易于封装,并具有成本低,方便实现与调试的优点。
参考文献:
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[2]Klaus Bohnert, Philippe Gabus, Jürgen Nehring, et al. Fiber-Optic Current Sensor for Electro-winning of Metals[J].Journal of Lightwave Technology, 2007,25(11):3602-3609.
[3]刘杰,赵洪,王鹏.基于DFB激光器解调技术的光学电流互感器[J].光电子-激光,2011,22(12):1789-1792.
[4]熊燕玲,赵洪,张剑.基于光纤光栅的光学电流互感器[J].光学学报,2010,30(04): 949-953.
作者简介:李丹丹(1985-),女,硕士,助理工程师,主要从事光纤传感方面的研究。