[發明專利]基于光纖光柵和磁致伸縮材料的可溫度補償的電流互感器及其電流檢測方法

有效

• 申請號: 201310216371.9
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103278680A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 趙洪;孫菲菲;楊玉強;曹桂源
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01R19/32
• 分類號: G01R19/32
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及一種互感器，具體涉及一種可溫度補償的電流互感器。

背景技術

與傳統電流互感器相比，基于磁致伸縮材料GMM和光纖光柵FBG的光學電流互感器具有絕緣性能優良、無暫態磁飽和、動態測量范圍大、頻率響應寬、抗電磁干擾能力強、體積小重量輕優點，目前成為電流互感器領域研究的熱點。然而，由于FBG-GMM電流互感器對溫度非常敏感，在電流的實際測量中必須消除溫度的影響。目前常用的消除溫度的方法是將兩個光纖光柵FBG分別粘貼在GMM和一塊熱膨脹系數與GMM材料相近的非磁性合金上，利用兩種合金熱膨脹系數相近的特點，來消除溫度的影響，由于兩種合金熱膨脹系數只是相近，并非完全相同，并且不同溫度時兩種合金的熱膨脹系數之差也不同，因此電流互感器的測量精度受到一定的影響；另外一種常用的方法是通過測量靜態工作點的方法對溫度進行補償，但是此種方法只能應用于交流電流的測量。

發明內容

本發明為了解決現有的電流互感器檢測得到的電流受溫度影響的問題，提出了基于光纖光柵和磁致伸縮材料的可溫度補償的電流互感器及其電流檢測方法。

基于光纖光柵和磁致伸縮材料的可溫度補償的電流互感器，它包括第一矩形的環形鐵芯、第二矩形的環形鐵芯、第一磁致伸縮裝置、第二磁致伸縮裝置、第一傳感探頭、第二傳感探頭、第一偏置電流螺線管、第二偏置電流螺線管和待測電流螺線管，第一矩形的環形鐵芯和第二矩形的環形鐵芯的結構和形狀均相同，所述第一矩形的環形鐵芯和第二矩形的環形鐵芯鏡像對稱設置，第一磁致伸縮裝置和第二磁致伸縮裝置的材料相同，第一傳感探頭和第二傳感探頭的材料和中心波長都相同，

第二矩形的環形鐵芯位于第一矩形的環形鐵芯的右側，且二者之間設置有寬度為3mm～30mm的間隙，，第一矩形的環形鐵芯的右側壁設置有氣隙，第二矩形的環形鐵芯的左側壁設置有氣隙，且所述兩個氣隙位于同一個位置；

第一磁致伸縮裝置設置在第一矩形的環形鐵芯的氣隙內，其上端與第一矩形的環形鐵芯的氣隙的上端面固定，下端與該氣隙的下端面留有間隙，間隙為0.1mm～2mm，第二磁致伸縮裝置設置在第二矩形的環形鐵芯的氣隙內，其上端與第二矩形的環形鐵芯的氣隙的上端面固定，下端與該氣隙的下端面留有間隙，間隙為0.1mm～2mm，且第一磁致伸縮裝置和第二磁致伸縮裝置平行放置，第一傳感探頭FBG1粘貼在第一磁致伸縮裝置上，第二傳感探頭粘貼在第二磁致伸縮裝置上，第一偏置電流螺線管套在第一矩形的環形鐵芯的側壁上，第二偏置電流螺線管套在第二矩形的環形鐵芯的側壁上，待測電流螺線管同時套在第一矩形的環形鐵芯和第二矩形的環形鐵芯相鄰的側壁上。

基于光纖光柵和磁致伸縮材料的可溫度補償的電流互感器的電流檢測方法：

步驟一：對第一偏置電流螺線管加偏置電流i₁，對第二偏置電流螺線管加偏置電流i₂，，使第一矩形的環形鐵芯處產生的磁場與第二矩形的環形鐵芯處產生的磁場大小相同、且方向相反，使到第一磁致伸縮裝置和第二磁致伸縮裝置產生徑向應變ε₀，此時對應的第一傳感探頭和第二傳感探頭的中心波長為λ₀；

步驟二：對待測電流螺線管加待測電流i₃，使得第一磁致伸縮裝置和第二磁致伸縮裝置的應變發生變化，從而使得第一傳感探頭和第二傳感探頭相對于靜態工作點的中心波長λ₀均發生變化，分別得到中心波長偏移量Δλ₁和中心波長偏移量Δλ₂；

步驟三：根據中心波長偏移量Δλ₁、Δλ₂、中心波長λ₀、彈光系數P_e、應變ε₁隨待測電流變化的斜率k和電場到磁場的轉化效率α得到待測電流。

本發明所述的電流互感器檢測出的電流不但適用于交流電流的測量，而且適用于直流電流的測量；并且應用本發明進行電流檢測可完全消除溫度的影響。

附圖說明

圖1為具體實施方式一所述的基于光纖光柵和磁致伸縮材料的可溫度補償的電流互感器的結構示意圖；

圖2為FBG1-GMM1和FBG2-GMM2的靜態工作點示意圖；

圖3為第一磁致伸縮裝置GMM1以靜態工作點Q₁為原點的應變ε₁的坐標示意圖；

圖4為第二磁致伸縮裝置GMM2以靜態工作點Q₂為原點的應變ε₂的坐標示意圖；