基于磁光晶体的微电流检测及矢量磁场传感

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电磁检测在智能电网建设与国防军事建设等领域发挥着非常重要的作用。随着输电技术和电网等级提高,传统电磁式电流互感器和磁场检测技术暴露出一系列问题,不能满足电流与磁场检测的需求。光学电流/磁场传感器具有良好的绝缘性能、抗电磁干扰能力、体积小和测量动态范围大等优点,适应了传感器智能化和数字化的发展需要,具有巨大的发展前景。磁光晶体材料具有Verdet系数大、灵敏度高的特点,因此,本文对基于磁光晶体的光学电流/磁场传感器展开一系列研究。为了保证电力系统的正常运行,需要对电力设备的漏电流等微弱电流信号进行实时监测。微弱电流信号测量时存在信噪比差等问题,因此,本文分析了磁光晶体电流传感影响因素,研究光源、光电探测器、消偏器等器件对电流测量的影响,改进磁光晶体电流传感器系统结构。测量工频信号时,将传感器输出信号进行多级放大与滤波处理,并结合频谱分析方法,对信号进行FFT变换,从而可以实现抑制噪声的目的。低频噪声是影响直流信号测量存在误差的主要原因,为了提高直流信号测量精度,首先对光源进行调制,将光源由直流信号调制成交流信号,再结合锁相放大原理,利用数字锁相放大器对微弱直流信号检测,提高了测量分辨率。实验结果表明:该传感器具有较高的灵敏度,能够检测的最小工频电流信号小于1mArms,直流信号测量分辨率高于1mA。本文在基于磁光晶体矢量磁场传感原理的基础上,对磁光晶体传感探头进行灵敏度标定,设计了磁光晶体二维磁场传感探头装置,搭建二维磁场传感器测量系统。将磁光晶体二维磁场传感器应用于磁场测量,该测量系统可以实现小于1uT的磁场信号检测。初步实现对二维磁场的测量,证明了磁光晶体磁场传感器可测量弱磁场信号,为三维磁场测量奠定了基础。
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