基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置制造方法及图纸

基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置，属于光学领域，本实用新型专利技术为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的问题。本实用新型专利技术包括由多片正方形硅钢片叠成的硅钢磁路部，硅钢磁路部的一条边上具有缺口，该缺口的两个端面之间设置GMM棒，GMM棒的被所述缺口端面上设置的四个导磁柱固定；GMM棒与缺口的上端面之间有空隙；GMM棒表面设置光纤光栅，光纤光栅连接两个引线光纤，两个引线光纤向缺口相反两个方向延伸，穿过硅钢磁路部后露出；在硅钢磁路部上与缺口相对的一条边上绕有导线，导线缠绕到硅钢磁路部上，所述导线的两条引出端连接调压器的输出端，调压器的输入端接220V交流电源。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置，属于光学领域，本技术为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的问题。本技术包括由多片正方形硅钢片叠成的硅钢磁路部，硅钢磁路部的一条边上具有缺口，该缺口的两个端面之间设置GMM棒，GMM棒的被所述缺口端面上设置的四个导磁柱固定；GMM棒与缺口的上端面之间有空隙；GMM棒表面设置光纤光栅，光纤光栅连接两个引线光纤，两个引线光纤向缺口相反两个方向延伸，穿过硅钢磁路部后露出；在硅钢磁路部上与缺口相对的一条边上绕有导线，导线缠绕到硅钢磁路部上，所述导线的两条引出端连接调压器的输出端，调压器的输入端接220V交流电源。【专利说明】基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置
本技术涉及基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置，属于光学领域。
技术介绍
电流互感器是电力系统中进行电能计量和继电保护的关键设备，其精度及可靠性与电力系统的安全可靠运行密切相关。随着电力工业的发展，光学电流传感器因其独特优点越来越显现潜在的应用价值，已成为该领域研究热点。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一直没有很好解决，难以实现工程应用。近年来,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术成为可靠性最高、实用性最强的光纤传感技术。FBG窄带反射谱的中心波长由FBG的有效折射率和周期决定，仅在栅区对应变和温度敏感，能有效地防止物理量交叉敏感带来的问题。超磁致伸缩材料(GiantMagnetostrictive Material, GMM)具有伸缩系数大、响应速度快等优点,广泛地应用于换能和驱动。基于GMM磁致伸缩系数大、FBG传感可靠等优点，将GMM与FBG组合(简称为GMM-FBG体系)作为传感器进行电流传感，可能会推进电流传感技术进展。国际上报道应用GMM-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 Β的FBG沿轴向应变ε与波长变化量Λ λ Β关系为Δ λΒ=(1-ρ6) λΒ ε(I)式中为光纤有效光弹系数。该式表明FBG的中心波长会随轴向应变而变。中心波长为1550nm透射式粗波分复用器件(Coarse Wavelength DivisionMultiplexer, CWDM)透射波长区的一个边带在4nm波长范围内有40dB的透射率变化，若将CWDM边带曲线在变化最大区域内透射率与波长关系近似为线性关系，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CWDM的透射，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 λ Β与通过光电转换系统输出电平变化Λ U间线性关系为Δ U( Δ λ B) =GkR0 Δ λ Β(2)式中Rtl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ε⑴，则待测电流、FBG中心波长及系统输出电平Λ U的对应关系为Λ U⑴=GkR0 (1-Pe) ε ⑴ λ B(3)
技术实现思路
本技术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，提供了一种基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置。本技术所述基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置，它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缺口，该缺口的两个端面之间设置GMM棒，GMM棒的任意一端被所述缺口任一端面上设置的四个导磁柱固定；GMM棒与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；在硅钢磁路部上与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，所述导线的两条引出端连接调压器的输出端，调压器的输入端接220V交流电源。本技术的优点:本技术在进行磁路设计时遵循以下原则:(I)磁路中空气隙尽量小；(2)磁路中磁通尽可能多地导入GMM棒(磁致伸缩棒)中，保证GMM棒内部磁场均匀；(3)永磁材料能够为GMM棒提供合适的静态工作点；(4)激励电流在永磁材料中产生的磁场强度要小于永磁材料的矫顽力；(5)GMM-FBG不受周围环境温度的影响。遵循以上原则，本技术设计的磁路系统中，以汇流排为激励电流源。由于将GMM-FBG暴露在回路外部，只要环境温度不变，传感器的应变特性只受磁场影响。该磁路系统结构简单、紧凑。本技术将GMM-FBG体系暴露于由铁磁物质设计而成的近似于工程电流互感器的磁回路中，使其产生交流应变，应用CWDM中心波长1550nm通带的边带与FBG相关的强度解调原理，对交变应变形成的FBG动态中心波长位移实现解调，获得被测交变信号，实现测量。【专利附图】【附图说明】图1是CWDM透射谱与FBG反射谱曲线；图中曲线I表示CWDM边带曲线，曲线2表示FBG反射谱密度函数曲线；图2是本技术所述基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置的结构示意图；图3是图2的A向视图；图4是采用本技术所述基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置的工频电流互感实验系统；图5是激励安阻电流465A时的输入电流信号和输出电压信号曲线图，图中曲线3为输入电流信号曲线，曲线4的输出电压信号；图6是激励电流安阻465A时的输入和输出关系图；图7是电流互感器的输出电平幅值与激励电流幅值实验关系曲线图，图中的离散的圆点表示实验数据，曲线部分为拟合曲线。【具体实施方式】【具体实施方式】一:下面结合图2至图7说明本实施方式，本实施方式所述基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置，它包括由多片正方形硅钢片叠成的硅钢磁路部1，所述硅钢磁路部I的一条边上具有缺口，该缺口的两个端面之间设置GMM棒4，GMM棒4的任意一端被所述缺口任一端面上设置的四个导磁柱2固定；GMM棒4与缺口的上端面之间有空隙；GMM棒4的表面设置光纤光栅3，光纤光栅3连接第一引线光纤5和第二引线光纤6，第一引线光纤5和第二引线光纤6向缺口的相反两个方向延伸，分别穿过硅钢磁路部I后露出；在硅钢磁路部I上与缺口相对的一条边上绕有导线7，所述导线7缠绕到硅钢磁路部I上，所述导线7的两条引出端连接调压器8的输出端，调压器8的输入端接220V交流电源。导磁柱2采用铁氧体材料。硅钢磁路部I采用型号为W470、厚度为0.35mm的硅钢片叠加而成。型号W470的硅钢片是无取向、高导磁性冷轧硅钢片。硅钢磁路部I的厚度为2cm?3本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感装置，其特征在于，它包括由多片正方形硅钢片叠成的硅钢磁路部（1），所述硅钢磁路部（1）的一条边上具有缺口，该缺口的两个端面之间设置GMM棒（4），GMM棒（4）的任意一端被所述缺口任一端面上设置的四个导磁柱（2）固定；GMM棒（4）与缺口的上端面之间有空隙；GMM棒（4）的表面设置光纤光栅（3），光纤光栅（3）连接第一引线光纤（5）和第二引线光纤（6），第一引线光纤（5）和第二引线光纤（6）向缺口的相反两个方向延伸，分别穿过硅钢磁路部（1）后露出；在硅钢磁路部（1）上与缺口相对的一条边上绕有导线（7），所述导线（7）缠绕到硅钢磁路上，所述导线（7）的两条引出端连接调压器（8）的输出端，调压器（8）的输入端接220V交流电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊燕玲，梁欢，王鹏，刘杰，张伟超，赵洪，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：实用新型
国别省市：