电力行业作为国家的能源行业,是国民经济发展的命脉。国家的电力需求随着我国国民经济持续快速增长而不断扩大,国家电网运行的电流等级不断攀升,从而对电力装备起到电能测量、系统监控、继电保护作用的电流传感器显得尤为重要。由于应用较为广泛的传统电磁式电流传感器日渐暴露出绝缘困难、瞬态响应差、成本高、安全性低等诸多缺点,制约着电力系统的发展,而光学电流传感器以其成本低、安全绝缘、信号传输快等优点更能适应电力系统的复杂环境,成为替代传统电磁式电流传感器的绝佳选择。目前,我国关于光学电流传感器关键技术的研究与国外还存在一定差距,所以研究光学电流传感器对于我国电力行业的发展具有重要意义。本文通过对主流光学电流传感器优缺点的研究,提出一种新型光学电流传感器,即将磁流体(MF)材料与长周期光纤光栅(LPFG)结合的传感结构。磁流体材料具有明显的磁光效应,其折射率随磁场变化而变化;长周期光纤光栅具有对环境折射率敏感特性,其谐振波长受环境折射率的影响。将磁流体包覆的LPFG封装结构置于通电导体周围磁场环境中,通过监测LPFG的谐振波长可实现电流传感。该传感器应用于电力设备中具有体积小、结构简单、灵敏度高、无磁滞效应、性能稳定、安全绝缘等优势。本文首先分别利用耦合模理论和传输矩阵理论分析了长周期光纤光栅中光的传输特性,通过Matlab对LPFG耦合模理论仿真得到LPFG的透射谱,对LPFG谐振波长的公式进行仿真得到LPFG谐振波长变化量与环境折射率的关系,即当环境折射率越接近且不大于光栅包层折射率时,谐振波长对环境折射率敏感度越高;然后,基于对磁流体折射率磁控特性的理论分析,分别从磁场强度、磁场方向以及环境温度三个变量对磁流体折射率变化特性进行研究,基于菲涅尔反射原理设计了测量磁流体折射率的微型反射式传感结构,搭建了实验系统,实验结果表明:当光传输方向与磁场方向平行时,磁流体折射率随磁场强度变化波动范围最大且更接近于光栅包层折射率,而温度对磁流体折射率的影响比较微弱;接着,将LPFG与磁流体结合,设计并制作了磁流体LPFG电流传感结构,将通电螺线管中的电流作为被测对象,搭建了电流测量实验系统,通过COMSOL软件对通电螺线管模型的磁场进行有限元分析,得到了通电螺线圈的磁场分布特征,设定了传感器在螺线管中的位置,实验得到该电流传感器的灵敏度约为-2.3nm/A;最后,为避免电阻发热对LPFG谐振波长的影响,采用在传感结构中加入FBG监测温度的方式改进了电流传感器,通过温度实验得到电流传感器中LPFG与FBG的温度敏感度分别为0.0706nm/℃和0.0101nm/℃,利用FBG波长漂移对LPFG波长进行温度补偿,通过电流测量重复性实验证明该温度补偿方案提高了磁流体LPFG电流传感器的稳定性。本文通过对磁流体LPFG电流传感器的理论分析及实验研究,为其今后进一步在电力装备中应用打下坚实的基础。