[实用新型]有偏置磁场的GMM-FBG电流检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及有偏置磁场的GMM-FBG电流检测装置，属于光学领域。

背景技术

随着电力工业市场化进程的加快，对在电力系统计量环节和继电保护中起重要作用的电流传感器技术要求越来越高。目前普遍应用基于电磁感应的电流传感器存在着磁饱和、铁磁谐振、频带窄、动态范围小、有油易燃易爆等问题，随着电压等级的提高，这些问题愈显突出，制造成本也愈加昂贵。而光学电流传感器具有绝缘性好、抗电磁干扰、频带宽等优点，近些年其研究进展十分迅速，应用领域不断扩大。但至目前，法拉第磁光效应电流传感方案仍然受光纤线性双折射问题和环境温度因素的影响，光电混合式解决方案的高电位电子电路供电问题及电子电路可靠性问题一直没有很好的解决。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG，简称光纤光栅)的出现可能提供有效的解决途径。

国际上报道应用GMM(Giant Magnetostrictive Material，超磁致伸缩材料）-FBG体系实现工频交流传感的研究始于2004年，多集中于温度影响的研究，由于FBG动态信号解调技术的限制，国内相关的研究多限于将GMM-FBG体系暴露于螺线管内的直流磁场内，观察GMM磁致应变导致FBG反射中心波长变化的现象及规律。

温度不变时，中心波长为λ_B的FBG沿轴向应变ε与波长变化量△λ_B关系为

△λ_B=(1-p_e)λ_Bε    （1）

放大自发辐射（Amplified Spontaneous Emission，ASE）宽带光源是以1550nm为中心波长的具有波分复用能力单模光纤通信系统的商业化光源。商业化的ASE宽带光源未平坦处理之前，其谱密度在1531～1534nm之间有约1nm/dB斜率曲线区，温度稳定性很好，如图1中1531～1534nm范围。若将这一段光功率谱密度与光波长近似为线性关系，FBG的反射谱密度函数近似为高斯曲线函数，入射光通过FBG的反射和ASE光源的输出谱，光强与波长之间关系可表述为线性滤波函数与FBG反射谱密度函数的相关，见图1。当FBG受到扰动时，FBG反射谱中心波长变化△λ_B与通过光电转换系统输出电平变化△U间线性关系为

△U(△λ_B)=GkR₀△λ_B    （2）

式中R₀为FBG峰值反射率，G为光电转换系统增益，k为常数。

将GMM-FBG体系暴露于交变磁场中，交变磁场致GMM的脉动应变被转换成FBG的波长动态变化，由解调器变成电平信号，电平信号中包含了电流信息。

设在待测电流i(t)产生的激励磁场作用下，GMM上产生的应变为ε(i)，则待测电流、FBG中心波长及系统输出电平△U的对应关系为

△U(i)=GkR₀(1-p_e)ε(i)λ_B    （3）

发明内容

本实用新型目的是为了解决法拉第磁光效应电流传感方案仍然受光纤线性双折射问题和环境温度因素的影响，光电混合式解决方案的高电位电子电路供电问题一直没有很好解决，难以实现工程应用的问题，提供了一种有偏置磁场的GMM-FBG电流检测装置。

本实用新型所述有偏置磁场的GMM-FBG电流检测装置，它包括GMM-FBG部和检测部，

所述GMM-FBG部包括由多片正方形硅钢片叠成的硅钢磁路部，所述硅钢磁路部的一条边上具有电流传感元件缺口和永磁材料缺口，在所述电流传感元件缺口的两个端面之间设置GMM棒，GMM棒的任意一端被缺口任一端面上设置的四个导磁柱固定；GMM棒与电流传感元件缺口的上端面之间有空隙；

GMM棒的表面设置光纤光栅，光纤光栅连接第一引线光纤和第二引线光纤，第一引线光纤和第二引线光纤向缺口的相反两个方向延伸，分别穿过硅钢磁路部后露出；

在永磁材料缺口中设置永磁体；

在硅钢磁路部上与两个缺口相对的一条边上绕有导线，所述导线缠绕到硅钢磁路部上，所述导线的两条引线端连接交流电源的两端；

所述检测部包括耦合器、ASE宽带光源、光电转换部和数据采集部；ASE宽带光源输出的光束入射至耦合器，耦合器输出的光束经光纤光栅反射后，由第二引线光纤输出，并返回入射至耦合器，耦合器输出的光束入射至光电转换部，光电转换部的电信号输出端与数据采集部的电信号输入端相连。