基于光纖光柵的光纖電流傳感

摘 要：將光纖光柵（FBG）封裝入以超磁致伸縮材料（GMM）與永磁體構(gòu)成的傳感基座內(nèi)形成系統(tǒng)核心傳感部件，并將其放置于電流形成的磁場中，構(gòu)成電流傳感器。利用光纖邁克爾遜干涉儀（MI）對FBG波長的變化進(jìn)行解調(diào)，從而獲得被測交流電流信號。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，檢測幅值100 A ～2000 A的交變電流時，該傳感器對交變電流具有良好的線性響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：光纖光學(xué)；光學(xué)電流傳感器；超磁致伸縮材料；光纖光柵

1 引言

與傳統(tǒng)的電磁式電流傳感器相比，光學(xué)電流傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)，絕緣性強(qiáng)、頻帶寬和動態(tài)范圍大等特點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。其中，將GMM與FBG結(jié)合作為傳感器對電流進(jìn)行檢測的方案具有線性度好，可遠(yuǎn)程操控等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的應(yīng)用價值[1-4]。本文設(shè)計(jì)了一種GMM-FBG結(jié)構(gòu)的電流傳感器，利用MI對FBG波長信息進(jìn)行解調(diào)，實(shí)現(xiàn)對交流電流信號的檢測。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳感實(shí)驗(yàn)裝置由寬帶光源ASE、傳感系統(tǒng)、解調(diào)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，如圖1（1）所示。ASE平坦區(qū)波長范圍為1535nm～1565nm。匯流排作為激勵源，硅鋼片對磁場回路進(jìn)行限制。為避免GMM發(fā)生倍頻且工作在線性區(qū)，核心傳感部件中加入可提供直流偏置磁場的永磁體。如圖1（2）所示， FBG通過永磁體中的光纖毛細(xì)管埋入GMM中，兩端用環(huán)氧樹脂膠將FBG與傳感基座固定，避免核心傳感部件的封裝會對FBG柵區(qū)產(chǎn)生影響。解調(diào)部分的MI則由一個2×2單模光纖耦合器與微位移器構(gòu)成。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

將交流電流的幅值從100A到2000A逐漸增大，從圖2可知PD輸出的電壓信號和待測電流幅值進(jìn)行線性擬合后，得到線性相關(guān)性為99.91% 。

由于以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均建立在系統(tǒng)不受周圍環(huán)境溫度影響的基礎(chǔ)上，因此在下一步工作中，我們將增加一個參考的光纖光柵抵消溫度的影響。

4 結(jié)語

在本文中，設(shè)計(jì)了一種基于GMM-FBG結(jié)構(gòu)的便于封裝的光纖電流傳感器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在電流幅值為100A ～2000A時，傳感器輸出信號值與被測交流電間成線性關(guān)系。該電流傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于封裝，并具有成本低，方便實(shí)現(xiàn)與調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)。

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作者簡介：李丹丹（1985-），女，碩士，助理工程師，主要從事光纖傳感方面的研究。