[发明专利]一种基于超磁致伸缩材料的光纤布拉格光栅电流互感器

说明书

本发明属于光电子测量技术领域，提出了一种基于超磁致伸缩材料的光纤布拉格光栅电流互感器，包括宽带光源、耦合器、光纤布拉格光栅、超磁质伸缩材料棒、预应力施加头、驱动线圈、偏置线圈，直流源和光栅解调装置，驱动线圈和偏振线圈均设置在线圈骨架上形成螺线管，且驱动线圈设置在偏置线圈内，直流源用于给偏置线圈通入直流偏置电压，驱动线圈与待测交流电连接，光纤布拉格光栅通过两端固定的方式固定设置在超磁质伸缩材料棒上，预应力施加头固定设置在超磁质伸缩材料棒两端，超磁质伸缩材料棒通过预应力施加头固定设置在螺线管内部。本发明利用超磁致伸缩材料把磁场强度影响的转换为光纤布拉格光栅波长的调制，实现了交变电流的传感。

技术领域

本发明属于光电子测量技术领域，涉及一种基于超磁致伸缩材料的光纤布拉格光栅电流互感器。

背景技术

电流互感器是传感器领域的一个重要组成部分，广泛应用于发电行业和高压工程行业。当代研究重点是利用光学传感技术来检测电流，即用光电子学的方法和光纤传感技术来发展所谓的光学电流互感器(opticalcurrent transformer，简称OCT)。目前在电力系统的发电、输电、变电等领域，尤其是对高压系统的测量和监控方面，光学电流互感器具有明显的优越性，是传统电磁式电流互感器的理想替代产品。光学电流互感器克服了传统电磁式电流互感器的很多缺点，具有如下几个方面的优点：绝缘性能好，成本低。在OCT中，用来做传感元件的光学材料、传输信号的光纤都是良好的绝缘材料，结构简单，降低了成本；不含铁心，不会产生磁饱和及铁磁共振，因而系统运行稳定性好，适用于大电流的故障诊断。

超磁致伸缩材料是一种在磁场中会发生体积、长度变化的定向结晶材料，锨镝铁系超磁致伸缩材料Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.92材料具有以下几个显著特性：响应频率范围宽(DC～20kHz)；且机械响应速度快(微秒级)；较高的居里温度(150℃)；静态和动态下具有良好的稳定性等。可以在一个较宽的温度范围内(-40℃～150℃)快速响应磁场的变化，并通过解调仪解调出反射光的波长来测量电流大小。与传统电流互感器相比，基于磁致伸缩材料GMM和光纤光栅FBG的光学电流互感器具有绝缘性能优良、无暂态磁饱和、动态测量范围大、频率响应宽、抗电磁干扰能力强、体积小重量轻优点，目前成为电流互感器领域研究的热点。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于超磁致伸缩材料的光纤布拉格光栅电流互感器，以应用于高压系统的测量与监控领域。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于超磁致伸缩材料的光纤布拉格光栅电流互感器，包括宽带光源、耦合器、光纤布拉格光栅、超磁质伸缩材料棒、预应力施加头、驱动线圈、偏置线圈，直流源和光栅解调装置，所述驱动线圈和偏振线圈均设置在线圈骨架上形成螺线管，且所述驱动线圈设置在偏置线圈内，所述直流源用于给所述偏置线圈通入直流偏置电压，所述驱动线圈与待测交流电连接，所述光纤布拉格光栅通过两端固定的方式固定设置在超磁质伸缩材料棒上，所述预应力施加头固定设置在超磁质伸缩材料棒两端，所述超磁质伸缩材料棒通过所述预应力施加头固定设置在螺线管内部，所述预应力施加头用于给所述超磁质伸缩材料棒施加预应力；所述宽带光源发出的光经所述耦合器入射到所述光纤布拉格光栅，经所述光纤布拉格光栅后返回耦合器的信号光入射到所述光栅解调装置，所述光栅解调装置用于分析得到所述光纤布拉格光栅中发生的波长偏移量Δλ_B，根据波长偏移量Δλ_B计算得到待测交流电I₁。

所述光栅解调装置包括F-P滤波器和光电探测器，经所述光纤布拉格光栅后返回耦合器的信号光入射到所述F-P滤波器后被所述光电探测器探测。

所述超磁质伸缩材料棒为锨镝铁系超磁致伸缩材料制成。

待测交流电I₁的计算公式为：