【摘 要】
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电力工业是国家经济建设的基础工业,电流的测量在电力工业中起着极为重要的作用,为电力系统提供用于计量、控制和继电保护所必须的信息。目前,在电力系统中广泛使用的电流互
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电力工业是国家经济建设的基础工业,电流的测量在电力工业中起着极为重要的作用,为电力系统提供用于计量、控制和继电保护所必须的信息。目前,在电力系统中广泛使用的电流互感器因其体积大、重量重、安装运输难度大、易受电磁干扰、绝缘困难等不足,已不能满足工业技术的需要。将近年来出现的光纤传感技术应用于传统的工业领域,对提升传统产品质量,提高产品竞争力都具有重要的现实意义。光纤法珀传感器具有优良的绝缘性能、不受电磁场的干扰、体积小、重量轻、灵敏度高,而且反射的参考和传感信号共用一根光纤,能有效地抑制光纤的内双折射和环境温度、振动等因素对传感器的影响,在发电、输电、变电等电力系统中,有着广泛的发展和应用前景。本文基于光纤法珀传感器和超磁致伸缩材料设计出了一种新型的光纤电流传感器。论文对光纤电流传感器的国内外研究现状进行了分析,提出基于光纤法珀的电流传感器的设计方法。并对光纤法珀电流传感器的实现原理进行了研究分析。其中磁致伸缩材料和光纤法珀传感器是实现电流测量的关键,论文从磁致伸缩现象、原理、材料特性等几个方面对磁致伸缩材料进行研究,通过比较稀土-铁超磁致伸缩材料和压电陶瓷材料两种磁致伸缩材料的优缺点,选择稀土超磁致伸缩材料作为光纤法珀电流传感器的传感媒介。分析了光纤法珀干涉仪的基本原理,比较研究了光纤法珀腔的三种结构形式的制作工艺及测量精度,选择非本征型光纤法珀传感器来实现对磁致伸缩材料的变化量的测量。论文在工作原理分析的基础上,对光纤法珀传感器实现电流测量的理论进行了研究分析。经比较选择包头稀土研究院所提供的超磁致伸缩棒( Tb0 . 3Dy0.7Fe1.95)作为核心材料。分析了预应力、偏置磁场和温度对超磁致伸缩棒的影响。设计并制作了将被测电流转换成对应磁场的螺线管和产生偏置磁场的偏置线圈,仿真显示设计的磁场均匀性满足要求。论文还从实现光纤法珀腔长变化测量的解调原理出发,比较分析了各种方法的优缺点,提出利用离散腔长变换解调法,分析了该种方法相关光路的设计,综合各种因素选择了光纤应变测量仪来实现对光纤法珀腔长变化量的测量。在系统设计的基础上搭建实验台完成了光纤法珀电流传感器的相关测量实验。完成了预应力标定实验,完成了预应力、偏置磁场对传感系统影响的实验研究,通过实验得出当预应力为470N、偏置电流为1A时,传感器的性能最优。
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