【摘 要】
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目前光学电流互感器发展迅猛,尤其是基于超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)与光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的电流传感器,因其优良的性能而被广泛研究和应用。本文在研究超磁致伸缩材料光纤光栅电流互感器原理的基础上,设计了一种具有高灵敏度高测量带宽的GMM-FBG电流传感器结构。具体工作如下:深入分析了超磁致伸缩材料与光纤光
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目前光学电流互感器发展迅猛,尤其是基于超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)与光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的电流传感器,因其优良的性能而被广泛研究和应用。本文在研究超磁致伸缩材料光纤光栅电流互感器原理的基础上,设计了一种具有高灵敏度高测量带宽的GMM-FBG电流传感器结构。具体工作如下:深入分析了超磁致伸缩材料与光纤光栅的电流传感器工作原理,在此基础上,结合光纤光栅的传感特性、超磁致伸缩材料的磁响应特性及应变特性,设计了具有特殊结构的高导磁回路,并应用Ansoft仿真软件对所设计的传感器磁路结构进行仿真优化,在减小线圈温度升高对GMM和FBG产生影响的情况下,使驱动线圈产生的磁场最大效率导入GMM,以达到最小电流驱动下获得最大测量灵敏度的目的。根据GMM的预应力特性设计了对GMM外施预应力结构,通过给GMM施加预应力进一步增大了传感器的灵敏度。另外对整个预施应力结构的幅频特性进行了研究,通过精心设计与仿真优化,在显著提高传感器灵敏度的情况下使整个结构具有较高的一阶固有频率。最后制作高灵敏度GMM-FBG电流传感器,构建光纤光栅传感系统实验平台,通过工频交流试验和频响特性试验验证了方案的可行性,并对实验结果进行了分析。通过频响特性实验得到传感器的一阶固有频率为8.1kHz,与仿真7.8kHz结果相近,证明了仿真的正确性。因此电流互感系统的测量带宽为8.1kHz,满足对工频电流测量的需求。
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