基于DFB激光器解調技術的GMM-FBG電流互感器研究.pdf

1、光纖光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)傳感技術是光纖傳感中可靠性最高、實用性最強并可波分復用的傳感技術。Terfenol-D稀土合金是一種新型超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material，GMM)，具有比普通的磁致伸縮材料高幾十倍的伸縮系數(shù)，具有小于1μs的響應時間。將FBG與GMM結合成為光學電流互感器的一種新選擇方案，基于超磁致伸縮材料與光纖光柵(GMM-FBG)的電流互感器具有

2、光學電流互感器的優(yōu)點，且不受光纖線性雙折射的影響。
　　本文研究的光纖光柵電流互感器應用FBG對應變敏感及GMM材料對磁場敏感特性，通過導磁回路將電流的測量轉變成為磁場的測量。FBG與GMM通過自行配制的環(huán)氧樹脂膠粘貼為一體作為傳感器探頭，采用高頻性能良好的鐵氧體材料做為導磁回路，將交變電流產(chǎn)生的磁場約束并引導進入傳感器探頭，進而將電流的變化轉變成為FBG的波長變化，通過FBG解調系統(tǒng)實現(xiàn)電流測量。
　　由于GMM材料的非線

3、性及磁滯特性影響電流互感器的測量準確性，另外由于FBG的解調技術也限制了光纖光柵電流互感器的應用及發(fā)展。針對GMM-FBG電流互感器的上述缺點，本文提出了一種基于窄帶分布式反饋半導體(DFB)激光器的正交解調方法，激光器既作為光源又作為解調裝置，利用激光器的窄線寬特性實現(xiàn)了高精度的光纖光柵波長解調。利用GMM材料與FBG邊帶的小范圍實現(xiàn)了電流的傳感及解調，最大限度的減小GMM材料的磁滯特性及非線性對電流互感器的影響，提高了測量精度的同時

4、兼顧了可測量的動態(tài)范圍。
　　光纖光柵對應力和溫度交叉敏感，本文提出了一種基于DFB激光器波長可調諧特性的正交工作點鎖定方法，補償溫度對GMM-FBG電流互感器的影響。當光纖光柵受到溫度影響發(fā)生波長漂移時，導致正交工作點的位置漂移，通過調諧DFB激光器中心波長及自適應控制算法鎖定正交工作點，對光纖光柵電流互感器進行溫度補償，同時能夠獲得溫度信息，實現(xiàn)了電流與溫度的同時測量。
　　本文研究了GMM-FBG電流互感器的頻率響應問

5、題，在優(yōu)化GMM棒結構尺寸的基礎上，通過ANSYS仿真分析和實驗驗證了GMM棒的固有諧振頻率。本文對電流互感器在不同頻率激勵電流作用下的輸出特性進行實驗研究，確定了電流互感器的測量帶寬只與GMM棒的結構尺寸有關，不受GMM材料的響應速度及解調系統(tǒng)頻率特性的影響，同時確定了電流互感器的測量帶寬，為高頻電流的測量及高頻噪聲監(jiān)測提供了理論依據(jù)。
　　本文研究的GMM-FBG電流互感器具有結構簡單，測量精度高，測量頻帶寬等優(yōu)點，成為電力系