基于ASE光源解调的光纤布拉格光栅电流传感器的研究

摘要

传统的电流传感大多数是利用电磁式电流互感原理来实现的。然而电流互感器存在的磁饱和、铁磁谐振、频带窄、动态范围小，有油易燃易爆等问题，这些问题一直制约着电流传感器的发展。因此本文建立了一种基于超磁致伸缩材料利用自发放大辐射(简称ASE)光源解调的光纤布拉格光栅电流传感系统，该电流传感器具有诸多优点，非常适合用于电流检测。 文中首先对光纤布拉格光栅电流传感系统做了一些基础性的工作：对光纤布拉格光栅的结构、制作工艺及光纤布拉格光栅传感原理进行了详细的讨论；对超磁致伸缩材料的工作原理进行了分析，建立了超磁致伸缩材料的磁滞模型及其参数提取的理论，并通过Matlab程序实现了计算机仿真；对电流传感系统的ASE光源解调系统进行了理论分析，并通过实验测量出该系统的解调灵敏度为-4.0035×10<‘-3>V/uE。在此基础上，建立了直流传感、加偏磁的交流传感和不加偏磁的交流传感三种传感系统。 直流电流传感实验中，利用了超磁致伸缩材料特性曲线上较线性的一段区域实现电流检测，结果表明，在测量范围内终端输出电压与输入电流成线性关系，传感性能良好。 交流电流传感实验中，由于超磁致伸缩材料工作在非线性区域并伴有磁滞现象，数据处理中必须通过二次畴转模型计算出磁化强度M和时间的关系，结合Jiles-Atherton模型和动态模型计算出恢复电流。实验结果表明，无论是无偏磁系统还是有偏磁系统，恢复电流与输入电流频率都相同，幅值也基本一样，误差都控制在土0.6％以内。恢复电流与输入电流的波形也几乎一致。 本课题的研究成果为光纤光栅传感领域提供了两大有意义的参考：一是提出了一种精度高，结构简单，价格便宜的ASE光源解调装置；二是为光纤光栅传感器进入电流传感领域提供了锲机。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

第2章光纤光栅传感器原理及其应用

第3章超磁致伸缩材料的研究

第4章光纤光栅电流传感

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢