[发明专利]一种基于磁场梯度力的光纤光栅电流传感器

说明书

一种基于磁场梯度力的光纤光栅电流传感器，涉及光纤光栅电流传感器，目的是为了解决传统的光纤光栅电流互感器结构复杂、制作较为困难、检测灵敏度低并且使用的耦合结构单元成本高的问题。本发明所述的一种基于磁场梯度力的光纤光栅电流传感器包括等应变梁、光纤光栅、永磁体、以及导磁回路；所述导磁回路开有缺口，所述永磁体位于所述缺口内部，所述等应变梁呈等腰三角形，永磁体固定在所述等腰三角形的顶角，光纤布拉格光栅(FBG)沿所述等腰三角形的中线布设。上述光纤光栅电流传感器是一种新型超高灵敏度工频光纤光栅电流传感器，结构简单，制作成本及制作难度均有所降低，利用磁场梯度力极大的提高了传感器的检测灵敏度。

技术领域

本发明涉及光纤光栅电流传感器。

背景技术

光学电流互感器自上世纪七十年代开始，逐步进入电力行业中，到九十年代初光学电流互感器的研究日趋呈现全球化、多样化、多用途的发展趋势，并取得了显著的研究成果。在这期间获得广泛关注和应用的主要是利用光纤光栅耦合敏感结构单元制作的光纤光栅电流互感器。传统的光纤光栅电流互感器结构复杂、制作较为困难、检测灵敏度低并且使用的耦合结构单元成本较高，这些问题对于光纤光栅电流传感器的使用和推广造成了很大的困难。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的光纤光栅电流互感器结构复杂、制作较为困难、检测灵敏度低并且使用的耦合结构单元成本高的问题，提供一种基于磁场梯度力的光纤光栅电流传感器。

本发明所述的一种基于磁场梯度力的光纤光栅电流传感器包括等应变梁、光纤布拉格光栅、永磁体、以及导磁回路；所述导磁回路开有缺口，所述永磁体位于所述缺口内部，所述等应变梁为等腰三角形结构，永磁体固定在所述等腰三角形的顶角处，光纤布拉格光栅(FBG)用环氧树脂胶沿所述等腰三角形的中线布设。

进一步地：所述导磁回路内径为72mm，外径为112mm，厚度为20mm，由硅钢片叠成。

进一步地：所述缺口的两截面间的距离为16mm，所述永磁体尺寸为3mm×1mm×1mm的钕铁硼。

进一步地：所述等应变梁为底边长16mm、高24mm、厚度0.2mm的不锈钢等腰三角形。

进一步地，所述永磁体两个磁极的连线与所述光纤布拉格光栅的长度方向垂直，所述永磁体的一个磁极固定在所述等腰三角形的顶角处。

进一步地，构成导磁体回路缺口的两端，其一端为平面磁极，截面尺寸为20mm×20mm，另一端为梯度磁极，其最小截面尺寸为3mm×3mm。

进一步地，永磁体固定在所述等腰三角形顶角处的磁极靠近构成导磁回路缺口的梯度磁极一端，永磁体一端距梯度磁极4mm，另一端距平面磁极9mm。

进一步地，所述导磁回路呈“D”字形，所述缺口位于所述“D”字形的直线部分。

本发明所述的光纤光栅电流传感器是一种新型超高灵敏度工频光纤光栅电流传感器，与传统的光纤光栅电流传感器相比，本发明所述的光纤光栅电流传感器结构简单，制作成本及制作难度均有所降低，利用磁场梯度力极大的提高了传感器的检测灵敏度。

本发明所述的光纤光栅电流传感器的工作原理是采用永磁体-等应变梁结构作为磁应变敏感单元，通过在等应变梁上的光纤布拉格光栅(FBG)将磁场强度加载到调制光波中，经光信号解调设备恢复为电流信号，从而实现对电流的测量。

本发明所述的光纤光栅电流传感器是一种新型超高灵敏度工频光纤光栅电流传感器，与传统的光纤光栅电流传感器相比，灵敏度由0.5A/pm提高到5A/pm左右，灵敏度提高约10倍。

附图说明

图1为构成磁场梯度力的磁极结构及其磁场分布情况示意图；

图2为光纤光栅电流传感器的感应单元的结构示意图；