基于DFB激光器解調(diào)技術(shù)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(shù)是光纖傳感中可靠性最高、實(shí)用性最強(qiáng)并可波分復(fù)用的傳感技術(shù)。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(yīng)時(shí)間。將FBG與GMM結(jié)合成為光學(xué)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(xué)電流互感器的優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用FBG對(duì)應(yīng)變敏感及GMM材料對(duì)磁場敏感特性，通過導(dǎo)磁回路將電流的測量轉(zhuǎn)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(dǎo)磁回路，將交變電流產(chǎn)生的磁場約束并引導(dǎo)進(jìn)入傳感器探頭，進(jìn)而將電流的變化轉(zhuǎn)變成為FBG的波長變化，通過FBG解調(diào)系統(tǒng)實(shí)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(zhǔn)確性，另外由于FBG的解調(diào)技術(shù)也限制了光纖光柵電流互感器的應(yīng)用及發(fā)展。針對(duì)GMM-FBG電流互感器的上述缺點(diǎn)，本文提出了一種基于窄帶分布式反饋半導(dǎo)體(DFB)激光器的正交解調(diào)方法，激光器既作為光源又作為解調(diào)裝置，利用激光器的窄線寬特性實(shí)現(xiàn)了高精度的光纖光柵波長解調(diào)。利用GMM材料與FBG邊帶的小范圍實(shí)現(xiàn)了電流的傳感及解調(diào)，最大限度的減小GMM材料的磁滯特性及非線性對(duì)電流互感器的影響，提高了測量精度的同時(shí)

4、兼顧了可測量的動(dòng)態(tài)范圍。
　　光纖光柵對(duì)應(yīng)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(diào)諧特性的正交工作點(diǎn)鎖定方法，補(bǔ)償溫度對(duì)GMM-FBG電流互感器的影響。當(dāng)光纖光柵受到溫度影響發(fā)生波長漂移時(shí)，導(dǎo)致正交工作點(diǎn)的位置漂移，通過調(diào)諧DFB激光器中心波長及自適應(yīng)控制算法鎖定正交工作點(diǎn)，對(duì)光纖光柵電流互感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同時(shí)能夠獲得溫度信息，實(shí)現(xiàn)了電流與溫度的同時(shí)測量。
　　本文研究了GMM-FBG電流互感器的頻率響應(yīng)問

5、題，在優(yōu)化GMM棒結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)上，通過ANSYS仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了GMM棒的固有諧振頻率。本文對(duì)電流互感器在不同頻率激勵(lì)電流作用下的輸出特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，確定了電流互感器的測量帶寬只與GMM棒的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，不受GMM材料的響應(yīng)速度及解調(diào)系統(tǒng)頻率特性的影響，同時(shí)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(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，測量頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，成為電力系