[實用新型]一種基于電流熱效應的光纖Bragg光柵磁場傳感器

有效

• 申請號: 201320748569.7
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN203587784U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 李川;趙成均;陳富云;王敏吉;莊君剛;趙振剛;謝濤
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01R33/06
• 分類號: G01R33/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種基于電流熱效應的光纖Bragg光柵磁場傳感器，屬于光電子測量技術領域。

背景技術

在工業生產和科學研究的許多領域都要涉及到磁場測量問題，如磁探礦、地質勘探、磁性材料研究、磁導航、同位數分離、受控熱核反應及人造地球衛星等。隨著高壓直流輸變電的發展，變電站、高壓輸電線等周圍磁場的監測對于電網的安全運行有著重要的意義。為此，電絕緣、抗電磁干擾、全光通信的光纖Bragg光柵磁場傳感器成為磁場檢測領域一個重要研究方向。

與本實用新型專利接近的檢測技術是光纖光柵溫度電流傳感器及其測量裝置（參見專利，專利公布號：CN?101033990A），該發明專利是由光纖光柵和螺線管構成，光纖光柵表面設置有金屬導體，由于交變電流在金屬導體上渦流發熱，通過變化溫度的檢測，只能實現對交流電流的測量。由于法拉第電磁感應現象是以變化的磁場產生電場，故采用螺線管結構只能是實現對變化磁場的測量，本實用新型設計采用線圈切割，可以實現對勻強磁場的測量。

同時還需要考慮光纖Bragg光柵磁場傳感器的構成，及如何安裝來實現測量時對光纖的保護問題。

發明內容

本實用新型提供了一種基于電流熱效應的光纖Bragg光柵磁場傳感器，以用于解決光纖Bragg光柵磁場傳感器的結構、安裝問題。

本實用新型的技術方案是：一種基于電流熱效應的光纖Bragg光柵磁場傳感器，包括直流異步電機1、電機轉軸2、換向器3、電刷4、矩形線圈5、橋式整流二極管6、濾波電容7、可變電阻8、光纖Bragg光柵9、康銅片10、聚四氟乙烯11、外接引出光纖12；其中直流異步電機1、電機轉軸2、換向器3和矩形線圈5固定在一起，電刷4與換向器3相接觸且電刷4的觸點通過導線與橋式整流二極管6相連，橋式整流二極管6的引出端與濾波電容7、可變電阻8相連，光纖Bragg光柵9通過聚四氟乙烯11粘接在康銅片10上，并與外接引出光纖12相連。

所述康銅片10上割出矩形方槽，其中矩形方槽內放置光纖Bragg光柵9。

本實用新型的工作原理是：

通過直流異步電機1的電機轉軸2帶動矩形線圈5切割磁場，發生電磁感應現象，通過換向器3和電刷4，根據直流異步電機1內部電磁感應原理，將磁場能轉換成電能，產生的電壓通過導線，經過橋式整流二極管6的整流，濾波電容7的濾波，通過可變電阻8將導線輸出的電壓端接在康銅片10上，根據電流的熱效應原理，實現了電能和熱能之間的轉換，當康銅片10上的溫度發生變化時，會使得粘接康銅片10上的光纖Bragg光柵9的中心波長發生移位，通過對光纖Bragg光柵9波長移位的測量可以對通過康銅片9上的電流進行實時監測，進而可以得到濾波后的電壓值，根據直流發電機內部電磁感應原理和橋式整流電路的數學模型，通過電壓與磁場強度關系的換算，可以對磁場進行實時監測。

本實用新型的數學模型分析如下：

由于在純電阻電路中，電流做功的平衡關系為：

???????????????????????????????????????????????????????（1）

式中，I為對康銅片通電的電流大小，R為康銅片的電阻，t為對康銅片通電加熱的時間，U為康銅片上的所加電壓大小。

根據直流發電機內部電磁感應原理，可以得到同一方向的磁場與感應電壓的關系：

U=NBSW?????????????????????????????????????????????????????????（2）

式中，N為矩形線圈的匝數，S為矩形線圈的橫截面積，W為矩形線圈旋轉的角速度。

經過橋式整流電路整流，電容濾波之后，可以得到磁場的大小B與感應電壓U的關系：

?????????????????????????????????????????????????????（3）

把式（3）代入式（1），根據電流的熱傳遞，就可以得到電流的大小I與磁場大小B之間的關系：

????????????????????????????????????????????????（4）

根據電流的熱效應，電流做功與產生的熱能關系為：