一种集磁环式光纤光栅电流传感器实验研究.pdf

《一种集磁环式光纤光栅电流传感器实验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、24传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2013年第32卷第10期一种集磁环式光纤光栅电流传感器实验研究程犁清，周王民，田飞，靳龙(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：基于光纤Bragg光栅(FBG)、集磁环和超磁致伸缩材料(GMM)，提出了一种集磁环式光纤光栅电流传感器。用有限元方法仿真和实验测量的方法分析了集磁环气隙间磁场的分布特性。实验研究表明：该电流传感器有极好的线性度和较高的测量精度，灵敏度可达为6mA／nm。关键词：光纤

2、Bragg光栅；集磁环；超磁致伸缩材料；电流传感器中图分类号：TN253文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)10--0024-03Experimentalstudy0naferromagneticringn●●●'bergrat-i■ngCnrrent·SenS0rCHENGLi—qing，ZHOUWang—min，TIANFei，JINLong(ShaanxiKeyLaboratoryofOpticalInformationTechnology，KeyLaboratoryofSpaceAppliedPhysicsandChemistry，

3、MinistryofEducation，SchoolofScience，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072．China)Abstract：AkindoffibergratingcurrentsensorisproposedbasedonfiberBragggrating(FBG)，ferromagneticringandgiantmagnetostrictivematerials(GMM)．rhemagneticfielddistributioncharacteristicoftheairgapof

4、feromagneticringisanalyzedbyusingfiniteelementmethodandexperimentalmeasurementmethods．Experimentalinvestigationshowsthatthecurentsensorhasexcellentlinearityandhighprecisionofmeasurement，thesensitivitycanreach6mAJnm．Keywords：fiberBragggrating(FBG)；ferromagneticring；giantmagnetostric

5、fivematerials(GMM)；currentSenSnr0引言产生的磁场，分析其磁场特点。结合FBG、集磁环和GMM，自1978年，Hill等人首次研制出第一根光纤Bragg光设计出一种集磁环式光纤光栅电流传感器，并实验研究了其栅(fiberBragggrating，FBG)起，光纤光栅理论和应用得到传感特性，结果表明，它具有良好的线性度和测量精度。了长足的发展，已经在航空航天、结构健康检测、石油1原理化工等诸多领域中得到了广泛的应用。超磁致伸缩材1．1FBG料(giantmagnetostrietivematerials，GMM)具有伸缩系数大、F

6、BG的Bragg波长A由下式给出响应速度快等优点，在换能和驱动上已经得到了广泛应AB=2nⅡA，(1)用J。FBG具有光纤兼容性、抗电磁干扰、体积小等优点，式中以为光纤Bragg栅格周期，n为光栅区的纤芯有效将其与GMM组合制作成电流传感器已经成为目前电流传折射率。有效折射率和栅格周期均与温度和应变有关，所感领域的研究热点。以，Bragg波长也与温度和应变有关。当温度一定时，FBG的目前，国内外对GMM．FBG体系的电流传感实验研究中心波长漂移量△A和它所受的轴向应变△s的关系为大多置于软磁材料制作成的磁路系统中，该系统更接近工AA=AB(1-p)△s，(2

7、)程应用J。但对于该磁路系统的分析测量却很少见，本式中P为光纤有效弹光系数，从式(2)可以看出：FBG中文将GMM—FBG体系置于由坡莫合金制作而成的圆形磁环心波长的漂移量与应变呈正比。的气隙中，使用有限元方法模拟通电母线在集磁环周围所产1．2集磁环生的磁场，实验中用缠绕漆包线圈代替通电母线，测量其所集磁环，即在闭合磁环上取一个宽度较小的气隙，如收稿日期：2013-03-2826传感器与微系统第32卷步长为0．1A的电流从0A加到1．4A，再减小到0A，多次参考文献：测量求平均值，如图7所示。[1]汤大卿，杨德兴，廖威，等．光纤光栅式飞机驾驶杆杆力传电源感器

8、研究[J]．光子学报，2010，39(11)：199