[发明专利]基于磁流体的光纤反射式电流传感器、系统及方法

权利要求书

1.基于磁流体的光纤反射式电流传感系统，包括光源、环形器、传感探头、光电探测器、信号处理单元和PC端，其特征在于，所述光源、环形器和传感探头依次通过光纤连接，信号处理单元为所述光源提供驱动信号，环形器还通过光纤与光电探测器连接，光电探测器、信号处理单元和PC端依次电连接；所述传感探头采用基于磁流体的光纤反射式电流传感器，所述光纤反射式电流传感器包括毛细管和光纤，所述毛细管内填充磁流体，所述毛细管的两端端口通过胶体进行密封；所述光纤的一端插入所述毛细管内，所述光纤的另一端裸露在毛细管外；其中，位于毛细管内的光纤端面为通过沿垂直光纤轴线方向切割光纤后所形成；插入毛细管内的光纤的一端位于毛细管内的1/3处；所述磁流体为Fe₃O₄水基磁流体；

电流传感路径为：光源发出的光束经环形器进入传感探头，经传感探头反射回的光束再次经环形器到达光电探测器，光电探测器将探测信号传入至信号处理单元进行信号处理得到待测电路的电流信号，PC端对电流信号进行显示；

所述信号处理单元包括单片机、驱动电路、I/U转换及运放电路、A/D转换器和电源；

所述单片机连接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接光源，驱动光源发出光束；所述光电探测器的输出端连接I/U转换及运放电路的输入端，I/U转换及运放电路的输出端连接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接至单片机。

2.根据权利要求1所述的基于磁流体的光纤反射式电流传感系统，所述光源为DFB激光器。

3.基于权利要求1或2所述的基于磁流体的光纤反射式电流传感系统的电流传感方法，其特征在于，包括：

步骤1：采用已知样品标定法按照式(6)得到系统的本征反射光功率P₀：

其中，S为光纤端面的有效截面积，P_a和P_w分别为将预封装的光纤置于第一样品中和第二样品中测得的反射光功率，n_f、n_a和n_w分别为光纤纤芯、第一样品和第二样品的折射率；

步骤2：根据所述本征反射光功率P₀，按照式(7)计算得到光纤置于磁流体中的反射光功率P_MF和磁流体折射率n_MF的关系式：

其中，k_MF为磁流体的衰减系数；

步骤3：按照式(8)计算得到磁流体折射率n_MF：

步骤4：按照郎之万函数定义的磁流体折射率与磁场之间的关系，计算得到磁场信息，按照毕奥-萨伐尔定律定义的磁场信息与电流之间的关系，得到待测电路的电流大小。