[發(fā)明專利]一種基于磁場梯度力的光纖光柵電流傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811652730.4
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109459601A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙洪;來永寶;張偉超;陳起超;董青青
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/24
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 陳潤明

一種基于磁場梯度力的光纖光柵電流傳感器，涉及光纖光柵電流傳感器，目的是為了解決傳統(tǒng)的光纖光柵電流互感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作較為困難、檢測靈敏度低并且使用的耦合結(jié)構(gòu)單元成本高的問題。本發(fā)明所述的一種基于磁場梯度力的光纖光柵電流傳感器包括等應(yīng)變梁、光纖光柵、永磁體、以及導(dǎo)磁回路；所述導(dǎo)磁回路開有缺口，所述永磁體位于所述缺口內(nèi)部，所述等應(yīng)變梁呈等腰三角形，永磁體固定在所述等腰三角形的頂角，光纖布拉格光柵(FBG)沿所述等腰三角形的中線布設(shè)。上述光纖光柵電流傳感器是一種新型超高靈敏度工頻光纖光柵電流傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，制作成本及制作難度均有所降低，利用磁場梯度力極大的提高了傳感器的檢測靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光柵電流傳感器。

背景技術(shù)

光學(xué)電流互感器自上世紀七十年代開始，逐步進入電力行業(yè)中，到九十年代初光學(xué)電流互感器的研究日趨呈現(xiàn)全球化、多樣化、多用途的發(fā)展趨勢，并取得了顯著的研究成果。在這期間獲得廣泛關(guān)注和應(yīng)用的主要是利用光纖光柵耦合敏感結(jié)構(gòu)單元制作的光纖光柵電流互感器。傳統(tǒng)的光纖光柵電流互感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作較為困難、檢測靈敏度低并且使用的耦合結(jié)構(gòu)單元成本較高，這些問題對于光纖光柵電流傳感器的使用和推廣造成了很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)的光纖光柵電流互感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作較為困難、檢測靈敏度低并且使用的耦合結(jié)構(gòu)單元成本高的問題，提供一種基于磁場梯度力的光纖光柵電流傳感器。

本發(fā)明所述的一種基于磁場梯度力的光纖光柵電流傳感器包括等應(yīng)變梁、光纖布拉格光柵、永磁體、以及導(dǎo)磁回路；所述導(dǎo)磁回路開有缺口，所述永磁體位于所述缺口內(nèi)部，所述等應(yīng)變梁為等腰三角形結(jié)構(gòu)，永磁體固定在所述等腰三角形的頂角處，光纖布拉格光柵(FBG)用環(huán)氧樹脂膠沿所述等腰三角形的中線布設(shè)。

進一步地：所述導(dǎo)磁回路內(nèi)徑為72mm，外徑為112mm，厚度為20mm，由硅鋼片疊成。

進一步地：所述缺口的兩截面間的距離為16mm，所述永磁體尺寸為3mm×1mm×1mm的釹鐵硼。

進一步地：所述等應(yīng)變梁為底邊長16mm、高24mm、厚度0.2mm的不銹鋼等腰三角形。

進一步地，所述永磁體兩個磁極的連線與所述光纖布拉格光柵的長度方向垂直，所述永磁體的一個磁極固定在所述等腰三角形的頂角處。

進一步地，構(gòu)成導(dǎo)磁體回路缺口的兩端，其一端為平面磁極，截面尺寸為20mm×20mm，另一端為梯度磁極，其最小截面尺寸為3mm×3mm。

進一步地，永磁體固定在所述等腰三角形頂角處的磁極靠近構(gòu)成導(dǎo)磁回路缺口的梯度磁極一端，永磁體一端距梯度磁極4mm，另一端距平面磁極9mm。

進一步地，所述導(dǎo)磁回路呈“D”字形，所述缺口位于所述“D”字形的直線部分。

本發(fā)明所述的光纖光柵電流傳感器是一種新型超高靈敏度工頻光纖光柵電流傳感器，與傳統(tǒng)的光纖光柵電流傳感器相比，本發(fā)明所述的光纖光柵電流傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制作成本及制作難度均有所降低，利用磁場梯度力極大的提高了傳感器的檢測靈敏度。

本發(fā)明所述的光纖光柵電流傳感器的工作原理是采用永磁體-等應(yīng)變梁結(jié)構(gòu)作為磁應(yīng)變敏感單元，通過在等應(yīng)變梁上的光纖布拉格光柵(FBG)將磁場強度加載到調(diào)制光波中，經(jīng)光信號解調(diào)設(shè)備恢復(fù)為電流信號，從而實現(xiàn)對電流的測量。

本發(fā)明所述的光纖光柵電流傳感器是一種新型超高靈敏度工頻光纖光柵電流傳感器，與傳統(tǒng)的光纖光柵電流傳感器相比，靈敏度由0.5A/pm提高到5A/pm左右，靈敏度提高約10倍。

附圖說明

圖1為構(gòu)成磁場梯度力的磁極結(jié)構(gòu)及其磁場分布情況示意圖；

圖2為光纖光柵電流傳感器的感應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；