基于磁致伸縮效應的光纖F-P腔電流傳感器的研究.pdf

1、摘要i論文題目論文題目：基于磁致伸縮效應的光纖FP腔電流傳感器的研究專業(yè)專業(yè)：測試計量技術(shù)及儀器作者姓名作者姓名：張秀娟簽名簽名：________指導教師指導教師：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)展以及對監(jiān)控設備智能化和一體化程度要求的提高，傳統(tǒng)的基于電磁感應的鐵芯式電流互感器(簡稱CT)暴露了它的缺點：體積龐大（重幾噸）、有潛在爆炸的危險、測量時需遠離易燃物等，相比之下充分

2、發(fā)揮光纖電流傳感器(OCS)的優(yōu)勢，以實現(xiàn)電力系統(tǒng)電流的安全、準確地監(jiān)測是必然趨勢。本文設計了一種特別適用于危險的高壓電力系統(tǒng)的新型光纖電流傳感器，該傳感器基于磁致伸縮效應和法布里珀羅腔（FabryPerot，簡稱FP腔）多光束干涉機理，具有靈敏度高、絕緣性好、抗干擾性強、體積小、重量輕以及便于遙測遙控等優(yōu)點。實測時只需將其懸掛到高壓線上即可，實現(xiàn)了非接觸測量，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諧振腔的兩個反射面由單模光纖經(jīng)過拋光構(gòu)成，同時利用超磁致伸縮材料（TbDyFe）的精密機械毛細管來實現(xiàn)FP腔的驅(qū)動。該傳感器的測量原理是：流過高壓線的待測電流所產(chǎn)生的磁場使TbDyFe材料的毛細管軸向伸長，進而帶動光纖FP腔腔長在04λ（0λ為入射光波長）范圍內(nèi)變化，此時微腔輸出光強與被測電流之間具有較好的線性關(guān)系，因而只需檢測出FP腔輸出光強的變化量即可得出待測電流的大小。論文中利用大型有限元分析軟件ANSYS對

4、所設計的傳感器進行了靜態(tài)二維電磁場仿真，通過仿真結(jié)果得出傳感器內(nèi)部磁場的分布規(guī)律，為后續(xù)計算提供有效數(shù)據(jù)；為使TbDyFe毛細管上磁場均勻分布，利用ANSYS軟件對傳感頭與導線之間的距離進行了優(yōu)化設計。理論分析得出：當被測電流在02000A范圍內(nèi)、懸掛距離為30mm時，傳感器的靈敏度為8nWA，分辨力是0.01A。由于條件限制，所以實驗中利用線圈產(chǎn)生的磁場來模擬高壓線產(chǎn)生的磁場并用ANSYS對線圈系本研究得到陜西省教委專項科研基金（項目