基于电磁力的FBG电流传感器研究.pdf

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1、32传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第3O卷第2期基于电磁力的FBG电流传感器研究王虎，周王民，姜碧强(西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室教育部空间应用物理与化学重点实验室。陕西西安710072)摘要：利用通电螺线管与永磁铁之间的作用力，提出了一种测量电流的方法。光纤Bragg光栅(FBG)在永磁铁的牵引下发生轴向应变，引起Bragg中心波长的漂移，通过解调中心波长漂移量对电流进行测量。实验中采取多匝数螺线管和小电流来模拟大电流，对0—3A的直流电流进行了测量。实验结果表明：中心波长漂移量与电流有

2、很好的线性关系，线性度为0．9998，电流灵敏度约为0．97nm／A。关键词：光纤光学；光纤Bragg光栅；波长解调；电磁力中图分类号：TN253文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)02-0032--03Research0nFBGcurrentsensorbased0nelectromagneticforceWANGHu，ZHOUWang—min，JIANGBi—qiang(ShaanxiKeyLaboratoryofOpticalInformationTechnology，KeyLaboratoryofSpaceAppliedPhysicsandChem

3、istry，MinistryofEducation，SchoolofScience，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072．China)Abstract：Basedontheprincipleofelectromagneticforce，amethodforcurrentmeasurementisproposed．TheaxialstrainemergesandleadstocentralwavelengthdriftedifBraggunderthepullofpermanentmagnet．Thecurrentis

4、measuredbydemodulatingthewavelengthshifts．Experimentsarecarriedoutbyusingmanycirclesofsolenoidandsmallcurrent．TheDCof0-3Aistest．Theexperimentresultsshowthattherelationbetweenthewavelengthshiftandthecurrenthasalinearityof0．9998，andthesensitivityisabout0．97nm／A．Keywords：fiberoptics；fiberBrag

5、ggrating(FBG)；wavelengthdemodulation；electromagneticforce0引言李宝树等人利用磁致伸缩效应，将光纤光栅粘贴于超磁随着电力工业的发展，高压直流输电技术(HVDC)已致伸缩材料(giantmagnetostrictivematerial，GMM)上对电流成为目前世界上电力大国解决高电压、大容量、远距离送电进行测量，陈冠三对此方法进行了改进，仅仅将光栅的和电网互联的一个重要手段。对于高压线路中大电流的测两端粘贴于GMM上，提高了测量精度，但依然无法避免量，传统电磁式电流互感器已经曝露出了许多缺点：体积GMM本身对被测磁场的影

6、响，而且，在实用中受温度影响大、制造复杂、绝缘比较困难、价格昂贵、维护费用高等。大，效果并不理想J。根据电磁力原理，本文提出利用通而新一代光学电流传感器(opticalcurrentsensor，OCS)由于电螺线管与永磁铁之间的排斥力，永磁铁在斥力作用下拉其体积小、结构简单、绝缘性能好、抗电磁干扰等一系列优动光纤，使光纤光栅产生轴向应变，引起Bragg中心波长漂点，成为国内外学者研究的重点。移，从而达到测量电流的目的。基于光纤Bragg光栅(fiberBragggrating，FBG)的传感1原理技术是近十年来光纤传感技术中最具活力的一种技术，和1．1光纤光栅的应变特性其

7、他光学传感器相比，FBG传感器有很多优点，如，价格便由耦合模理论可知，光纤光栅的中心反射波长为¨宜、柔韧性好和极好的波长复用能力等J。而且，FBG传AB=2nA，(1)感器属于波长调制型传感器，不受光源功率起伏的影响，在式中A为光纤光栅的中心波长，nef为光纤纤芯的有效折通信和传感系统中，容易实现波分复用功能。所以，FBG传射率，以为光栅周期。当温度不变时，轴向应变引起光纤光感器在民用、工业和军事等领域有着重要的应用价值L3]。栅中心波长的相对移动量可表示为收稿日期：2O10_05—18第2期王虎，等：基于电磁力的