[发明专利]一种基于双折射效应的光纤光栅电流测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅电流测量方法，属于传感器与测量技术领域。

背景技术

电流测量技术在电力系统及电子技术领域有着广泛的应用前景和重要的意义。目前，对电流测量技术的研究已成为热点之一，而其中基于光纤的电流传感技术为电流测量提供了较好的解决方案。

光纤电流传感器所依据的物理效应有很多种，主要有电磁感应、法拉第磁光效应、热效应(温度型)、逆压电效应、磁力式、磁致伸缩效应等。基于电磁感应的光纤电流传感器采用传统的电流互感器或空心互感器(Rogowski线圈)取样传输线电流，利用有源器件调制技术，以光纤作为信号通道，把高压侧转换的光信号传到地面进行信号处理，从而得到被测信号的装置。由于系统中仍然采用常规电流传感器作传感头，只能作为电磁式电流传感器向全光学光纤电流传感器的一种过渡方案。

(Min-Cheol Oh，Jun-Kyu Seo，Kyung-Jo Kim，Hoon Kim，Jun-Whee Kim，and Woo-Sung Chu，Optical current sensors consisting of polymeric waveguide components，JOU RNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，28(12)，2010)提出基于法拉第磁光效应的电流传感器，是当线偏振光通过处于外磁场中的均匀各向同性介质，且光的传播方向与外磁场方向一致时，线偏振光的偏振面将会发生旋转的效应。

基于热效应(温度型)、逆压电效应、磁力式、磁致伸缩效应的光纤电流传感器从根本上来说都是由于电流的作用使得光纤或者光纤光栅受力、或者产生位移(长度发生变化)，从而利用光纤干涉仪原理或者光纤光栅检测应变或温度的原理实现电流的检测。

热效应(温度型)光纤电流传感器是基于电流产生的热使光纤热膨胀，长度增加；逆压电效应光纤电流传感器是当给压电陶瓷加上一定的电压时，它将产生形变，从而是光纤长度增加。以上两种原理都可分别构成干涉型光纤电流传感器或者光纤光栅电流传感器。

利用磁力检测电流的光纤传感器可分为两类，一类是(Heredero R L，De Caleya R F，Guerrero H，et al.Micro-machined optical fiber current sensor.APPLIED OPTICS，38(25)，1999)提出的磁力产生位移，使得光纤FP干涉传感器的干涉腔长发生变化，从而实现电流检测，另一类是(Yong Zhao，Qing-yao Meng，Kun Chen.Novel current measurement method based on fiber Bragg grating sensor technology.SENSORS AND ACTUATORS A：PHYSICAL，126，2006)提出的基于测电流产生的磁场使处于磁场中的铁磁物质受到磁力作用发生移动或形变，导致光纤光栅产生应变，影响光纤光栅反射谱，从而对电流进行检测。这种光纤光栅电流传感器施加电磁力的方向是沿光纤光栅轴向，使光纤光栅反射波长偏移。

磁致伸缩效应光纤电流传感器一般把光纤固定在磁致伸缩材料上，磁致伸缩材料置于磁场中。磁致伸缩材料伸缩使光纤长度产生变化，从而光纤中的光程发生变化，引起光相位的变化，利用干涉法检测相位变化即可测量被测磁场，进而可得被测的电流值。或者(Deborah Reilly，Andrew J.Willshire，Grzegorz Fusiek，Pawel Niewczas，and James R.McDonald，A fiber-Bragg-grating-based sensor for simultaneous AC current and temperature measurement，IEEE SENSORS JOURNAL，6(6)，2006)提出使固定在磁致伸缩材料上光纤光栅被拉伸，通过检测光纤光栅的反射波长移动量，可得到被测电流的大小。这类光纤电流传感器的缺点是由于采用直接粘贴方式，所以粘贴处存在负载效应，而且随着电流的增大，会出现磁滞效应，难以克服。

发明内容

本发明的目的在于不仅为了克服已有技术的不足之处，还具有成本低、信号解调方法简单的优点，同时，也解决了光纤光栅传感器测量信号的温度交叉敏感问题。

本发明的技术方案如下：