基于磁致伸縮效應(yīng)的光纖F-P腔電流傳感器的研究.pdf

1、摘要i論文題目論文題目：基于磁致伸縮效應(yīng)的光纖FP腔電流傳感器的研究專業(yè)專業(yè)：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器作者姓名作者姓名：張秀娟簽名簽名：________指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師：劉月明副教授簽名簽名：________答辯日期答辯日期：2006年3月摘要摘要由于電力工業(yè)的發(fā)展以及對(duì)監(jiān)控設(shè)備智能化和一體化程度要求的提高，傳統(tǒng)的基于電磁感應(yīng)的鐵芯式電流互感器(簡稱CT)暴露了它的缺點(diǎn)：體積龐大（重幾噸）、有潛在爆炸的危險(xiǎn)、測(cè)量時(shí)需遠(yuǎn)離易燃物等，相比之下充分

2、發(fā)揮光纖電流傳感器(OCS)的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電流的安全、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)是必然趨勢(shì)。本文設(shè)計(jì)了一種特別適用于危險(xiǎn)的高壓電力系統(tǒng)的新型光纖電流傳感器，該傳感器基于磁致伸縮效應(yīng)和法布里珀羅腔（FabryPerot，簡稱FP腔）多光束干涉機(jī)理，具有靈敏度高、絕緣性好、抗干擾性強(qiáng)、體積小、重量輕以及便于遙測(cè)遙控等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)測(cè)時(shí)只需將其懸掛到高壓線上即可，實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，并可以通過調(diào)整傳感頭與高壓線之間的距離來滿足不同測(cè)量范圍和靈敏度的要求，使用

3、安全、方便。結(jié)構(gòu)中FP諧振腔的兩個(gè)反射面由單模光纖經(jīng)過拋光構(gòu)成，同時(shí)利用超磁致伸縮材料（TbDyFe）的精密機(jī)械毛細(xì)管來實(shí)現(xiàn)FP腔的驅(qū)動(dòng)。該傳感器的測(cè)量原理是：流過高壓線的待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)使TbDyFe材料的毛細(xì)管軸向伸長，進(jìn)而帶動(dòng)光纖FP腔腔長在04λ（0λ為入射光波長）范圍內(nèi)變化，此時(shí)微腔輸出光強(qiáng)與被測(cè)電流之間具有較好的線性關(guān)系，因而只需檢測(cè)出FP腔輸出光強(qiáng)的變化量即可得出待測(cè)電流的大小。論文中利用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)

4、所設(shè)計(jì)的傳感器進(jìn)行了靜態(tài)二維電磁場(chǎng)仿真，通過仿真結(jié)果得出傳感器內(nèi)部磁場(chǎng)的分布規(guī)律，為后續(xù)計(jì)算提供有效數(shù)據(jù)；為使TbDyFe毛細(xì)管上磁場(chǎng)均勻分布，利用ANSYS軟件對(duì)傳感頭與導(dǎo)線之間的距離進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。理論分析得出：當(dāng)被測(cè)電流在02000A范圍內(nèi)、懸掛距離為30mm時(shí)，傳感器的靈敏度為8nWA，分辨力是0.01A。由于條件限制，所以實(shí)驗(yàn)中利用線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)來模擬高壓線產(chǎn)生的磁場(chǎng)并用ANSYS對(duì)線圈系本研究得到陜西省教委專項(xiàng)科研基金（項(xiàng)目