基于磁力耦合的光纤光栅直流大电流传感器研究

摘要

电力工业作为关系到国民经济命脉的基础行业，在我国的经济建设中发挥着不可替代的作用。随着电力传输系统的容量不断增加，运行电压等级也越来越高，传统大电流检测技术的缺点被不断暴露出来，新型的电流互感器的研发工作越来越受到人们的重视。光纤电流传感器以其特有的本质防爆和抗电磁干扰等诸多优势，被认为是传统电磁式电流互感器的理想替代产品。
　　 近年来，光纤光栅以其独有的优势逐渐成为研究的热点，利用光纤光栅为主要传感元件的电流传感器研究也越来越受到关注。目前已经出现了磁致伸缩材料类、电流热效应类、安培定律类、压电陶瓷类、磁力耦合类等多种类型的光纤光栅电流传感方案，但几乎所有的都处在实验室研究阶段，较理想的电流传感器还有很长的距离。本文提出了一种利用集磁片和弹性元件相结合的光纤光栅电流传感器方案，并设计了样机以及相关的测试系统对传感器的性能进行了测试，验证了传感器原理的可行性并分析了传感性能。
　　 本文的主要工作包括以下几个方面：(1)分析了光纤光栅的理论基础；(2)详细分析了磁力耦合的原理，推导了传感器的传感理论，并对关键的传感器元件进行了有限元分析。(3)设计了高灵敏度的弹性元件，并根据分析设计出了传感器样机。(4)对传感器进行了多次多种形式的实验测试，搭建了相关的测试系统，并对测量数据进行详细的分析，分析了传感器的传感器性能。
　　 本文是提出了一种新型的利用光纤光栅的进行大电流传感的思路，并通过原理分析、设计样机、实验验证、数据分析等对传感器进行了可行验证，希望能对今后此类的研究起到抛砖引玉的作用。