[发明专利]一种基于J-A模型的GMM-FBG交流电流传感器

说明书

本发明公开了一种基于J‑A模型的GMM‑FBG交流电流传感器，涉及电流检测技术领域。本发明中校准方法包含步骤如下：建立GMM‑FBG电流传感器的驱动模型；对只适用于静态的经典J‑A磁滞模型进行改进，考虑“钉扎效应”和涡流损耗及额外损耗分别建立GMM准静态和GMM动态磁化模型；对GMM‑FBG电流传感器的J‑A磁滞模型运用遗传算法优化BP神经网络进行参数辨识；进行GMM‑FBG电流传感实验，将识别出的最优参数组合代入模型。选用J‑A模型对GMM‑FBG的磁滞非线性进行研究，本发明扩大了模型的应用范围；运用BP神经网络结合遗传算法对模型进行参数辨识，通过遗传算法得到更好的网络初始权值和阈值，使模型参数的辨识的更加准确。

技术领域

本发明涉及电流检测技术领域，尤其涉及一种基于J-A模型的GMM-FBG交流电流传感器。

背景技术

大容量、高电压、跨区域、大电网是我国电网技术发展的方向，面对现如今经济发展、电力建设、环境恶化相互之间的矛盾，智能电网成为未来电网建设的目标，而基于信息标准化、集成化技术的数字化电网体系则是建设智能电网的基础。电流测量是电力系统安全、经济、稳定运行的一项关键技术，传统的以电磁式电流互感器为基础的电流测量技术已经很难满足第三代电网发展的要求，电网迫切寻求一种新型的互感器来满足未来发展的需要。

光学电流互感器具有结构简单、抗电磁干扰、耐腐蚀、安全系数高等优点，非常适合应用于具有强电磁场、环境因素不确定特点的电力系统中。超磁致伸缩材料(GiantMagnetostrictive Material，GMM)具有抗压能力和频响速度快、承载能力大、能量转换效率高、磁致伸缩系数高、机电耦合系数大、无疲劳以及能量密度高等优点，已在各种换能和驱动领域被广泛使用并得到进一步发展。而且，现有技术中有结合光纤布拉格光栅(FiberBragg Grating，FBG)和超磁致伸缩材料各自的优势和特点，将GMM和FBG组合作为传感单元进行电流测量的先例。

虽然超磁致伸缩材料优点突出，但其也存在不足之处：其一，当高频交变磁场通过超磁致伸缩材料时，在其内部将产生涡流损耗，造成GMM温度升高，降低其能量转换效率；其二，超磁致伸缩材料作为一种铁磁性材料，本身固有的磁滞非线性会对电流传感器的输出特性造成影响；

上述两种影响将导致GMM-FBG交流电流传感器在测量过程中，测量值与实际值有所偏差。

发明内容

针对上述技术问题，本发明目的在于提供一种基于J-A模型的GMM-FBG交流电流传感器，旨在通过对J-A模型进行改进，弥补涡流损耗以及磁滞现象对GMM-FBG交流电流传感器的影响。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于J-A模型的GMM-FBG交流电流传感器，将光纤光栅和超磁致伸缩材料固性连接，置于被检测交流电流产生的磁场中；使超磁致伸缩材料应变量传递到光纤光栅上，引起光纤光栅中心波长的漂移，其特征在于，其校准方法为：

步骤1，GMM-FBG交流电流传感器驱动模型

基于超磁致伸缩材料的应变量与磁场强度的线性相关，对超磁致伸缩材料施加一个偏置磁场；确定超磁致伸缩材料轴向中心磁场的磁场强度，与被检测交流电流的关系；考虑磁场有漏磁现象以及超磁致伸缩材料的磁滞效应，确定磁场强度与磁化强度的关系：确定超磁致伸缩材料应变量与磁场强度的关系；基于光纤光栅应变量与中心波长漂移的关系，以及超磁致伸缩材料非线性压磁本构关系，确定光纤光栅波长漂移量与被检测交流电流的关系；

步骤2、基于经典J-A模型的改进修正磁场强度与磁化强度的关系，建立磁化模型；