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基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置

阅读：820发布：2024-02-11

专利汇可以提供基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，涉及磁光效应电流传感系统幅频测试领域。目的在于实现电流传感系统中的工频电流传感以及传感系统幅频测试。基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置包括幅频信号发生电路、电流互感电路和FBG解调与数据处理电路，所述幅频信号发生电路输出的幅频信号经电流互感电路后输入至FBG解调与数据处理电路进行解调和数据处理。采用光纤光栅无源器件与超磁致伸缩材料结合进行实现工频电流传感，实现传感系统幅频测试。在测试过程中，受环境温度及其他外界因素的影响较小，测试系统更加稳定，测试结果更加可靠准确。，下面是基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，其特征在于，它包括幅频信号发生电路、电流互感电路和FBG解调与数据处理电路，所述幅频信号发生电路输出的幅频信号经电流互感电路后输入至FBG解调与数据处理电路进行解调和数据处理，所述电流互感电路包括正方形导磁回路(3)和GMM-FBG 传感器(5)，所述正方形导磁回路(3)的第一侧边(3-1)缠绕有第一导线(4-1)，第二侧边(3-2)缠绕有第二导线(4-2)，第一导线(4-1)与幅频信号发生电路连接，第二导线(4-2)连接直流电流源，正方形导磁回路(3)的第三侧边(3-3)上开有V型槽，GMM-FBG传感器(5)粘贴在该V型槽中，所述第三侧边(3-3)中设有光纤(6)，所述GMM-FBG传感器(5)通过光纤(6)与FBG解调与数据处理电路实现信号传输。
2.根据权利要求1所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，其特征在于，所述正方形导磁回路(3)由多层叠加的导磁性冷轧硅钢片实现。
3.根据权利要求2所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，其特征在于，所述幅频信号发生电路包括函数信号发生器(1)和低频功率放大电路，所述函数信号发生器(1)的函数信号输出端与低频功率放大电路的函数信号输入端连接，低频功率放大电路通过第一导线(4-1)与电流互感电路连接。
4.根据权利要求3所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，其特征在于，所述函数信号发生器(1)为DF1636A功率函数信号发生器。
5.根据权利要求3所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，其特征在于，所述低频功率放大电路包括低频功率放大器(2)、安培表、开关和电阻，所述低频功率放大器(2)、安培表、开关和电阻依次串联在第一导线(4-1)的两端。
6.根据权利要求1所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，其特征在于，所述FBG解调与数据处理电路包括ASE 光源(8)、第一耦合器(7-1)、第二耦合器(7-2)、解调光栅(9)、光电转换电路(10)和数据采集处理电路(11)，ASE光源(8)发出的光信号经第一耦合器(7-1)和光纤(6)进入GMM-FBG传感器(5)，由GMM-FBG传感器(5)反射的光信号再经第一耦合器(7-1)后入射至第二耦合器(7-2)，第二耦合器(7-2)发射的光信号入射至解调光栅(9)，解调光栅(9)反射的光信号再经第二耦合器(7-2)后连接光电转换电路(10)的光信号输入端，光电转换电路(10)的电信号输出端与数据采集处理电路(11)的电信号输入端连接。
7.根据权利要求6所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，其特征在于，所述数据采集处理电路(11)由示波器实现。
8.根据权利要求6所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，其特征在于，所述光电转换电路(10)采用光电探测器实现。

说明书全文

基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及磁光效应电流传感系统幅频测试领域。

背景技术

[0002] 随着电力工业的发展，光学电流传感器具有测试精度高和可靠性好等优点，成为研究电流测试领域的热点。鉴于法拉第磁光效应电流传感方案仍然受光纤线性双折射问题和环境温度因素的影响，光电混合式解决方案的高电位电子电路供电问题一直没有很好解决。实用新型内容

[0003] 本实用新型提出了一种基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置，目的在于实现电流传感系统中的工频电流传感以及传感系统幅频测试。

[0004] 基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置包括幅频信号发生电路、电流互感电路和FBG解调与数据处理电路，所述幅频信号发生电路输出的幅频信号经电流互感电路后输入至FBG解调与数据处理电路进行解调和数据处理，所述电流互感电路包括正方形导磁回路和GMM-FBG传感器，所述正方形导磁回路的第一侧边缠绕有第一导线，第二侧边缠绕有第二导线，第一导线与幅频信号发生电路连接，第二导线连接直流电流源，正方形导磁回路的第三侧边上开有V型槽，GMM-FBG传感器粘贴在该V型槽中，所述第三侧边中设有光纤，所述GMM-FBG传感器通过光纤与FBG解调与数据处理电路实现信号传输。

[0005] 有益效果：本实用新型采用光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)无源器件与超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material，GMM)结合进行实现工频电流传感，实现传感系统幅频测试，并对其输出工频信号谐波成分进行分析，幅频信号发生电路发出幅频信号，并通过调节幅频信号发生电路使其产生不同频率、不同幅值的交流信号，使电流互感电路产生交流磁场，产生不同幅值的交变信息，传给FBG解调与数据处理电路进行数据处理。在测试过程中，受环境温度及其他外界因素的影响较小，测试系统更加稳定，测试结果更加可靠准确。附图说明

[0006] 图1为本实用新型所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的原理示意图；

[0007] 图2为低频功率放大器2的电路图；

[0008] 图3为图2中1100芯片的电路图；

[0009] 图4为GMM-FBG传感器5反射光波长变化和解调光栅9发射光波长变化的曲线图；

[0010] 图5为系统幅频特性曲线图；

[0011] 图6为有偏磁情况下，不同频率GMM-FBG传感器5的输入-输出曲线图。

具体实施方式

[0012] 具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置包括幅频信号发生电路、电流互感电路和FBG解调与数据处理电路，所述幅频信号发生电路输出的幅频信号经电流互感电路后输入至FBG解调与数据处理电路进行解调和数据处理。

[0013] 本实施方式中，幅频信号发生电路发出幅频信号，并通过调节幅频信号发生电路使其产生不同频率、不同幅值的交流信号，使电流互感电路产生交流磁场，产生不同幅值的交变信息，传给FBG解调与数据处理电路进行数据处理。

[0014] 具体实施方式二、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的区别在于，所述电流互感电路包括正方形导磁回路3和GMM-FBG传感器5，所述正方形导磁回路3的第一侧边3-1缠绕有第一导线4-1，第二侧边3-2缠绕有第二导线4-2，第一导线4-1与幅频信号发生电路连接，第二导线4-2连接直流电流源，正方形导磁回路3的第三侧边3-3上开有V型槽，GMM-FBG传感器5粘贴在该V型槽中，所述第三侧边3-3中设有光纤6，所述GMM-FBG传感器5通过光纤6与FBG解调与数据处理电路实现信号传输。

[0015] 本实施方式中，将第二导线4-2通入直流电流，再与幅频信号发生电路发出的交流信号一同作用，使导磁回路产生的磁场作用到GMM上，GMM产生应变从而带动FBG，使得FBG中心波长发生漂移，即使FBG反射波长信号产生不同幅值的交变信息。

[0016] 具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的区别在于，所述正方形导磁回路3由多层叠加的导磁性冷轧硅钢片实现。

[0017] 本实施方式中，正方形导磁回路3为厚度0.35mm、型号为W470的无取向、高导磁性冷轧硅钢片多层叠成厚度为2cm的正方形回路。

[0018] 具体实施方式四、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式二所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的区别在于，所述幅频信号发生电路包括函数信号发生器1和低频功率放大电路，所述函数信号发生器1的函数信号输出端与低频功率放大电路的函数信号输入端连接，低频功率放大电路通过第一导线4-1与电流互感电路连接。

[0019] 本实施方式中，函数信号发生器1发出电流较低的交流信号，通过低频功率放大电路对该交流信号放大。

[0020] 具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式四所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的区别在于，所述函数信号发生器1为DF1636A功率函数信号发生器。

[0021] 具体实施方式六、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式三所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的区别在于，所述低频功率放大电路包括低频功率放大器2、安培表、开关和电阻，所述低频功率放大器2、安培表、开关和电阻依次串联在第一导线4-1的两端。

[0022] 本实施方式中，低频功率放大器2输出最大电流为3A，最大功率为100W，响应频率为10Hz-50kHz，输出信号失真度小于0.7％，允许工作温度80℃，低频功率放大器2电路图如图2和图3所示，结构简单，输出功率达。

[0023] 具体实施方式七、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式二所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的区别在于，所述FBG解调与数据处理电路包括ASE 光源8、第一耦合器7-1、第二耦合器7-2、解调光栅9、光电转换电路10和数据采集处理电路11，ASE光源8发出的光信号经第一耦合器7-1和光纤6进入GMM-FBG传感器5，由GMM-FBG传感器5反射的光信号再经第一耦合器7-1后入射至第二耦合器7-2，第二耦合器7-2发射的光信号入射至解调光栅9，解调光栅9反射的光信号再经第二耦合器7-2后连接光电转换电路10的光信号输入端，光电转换电路10的电信号输出端与数据采集处理电路11的电信号输入端连接。

[0024] 本实施方式中，ASE光源宽带光源8发出的光经过第一耦合器7-1进入GMM-FBG传感器5，FBG将满足布拉格条件的光反射回来再次进入第一耦合器7-1后进入第二耦合器7-2，到达解调光栅9，解调光栅将与GMM-FBG传感器反射回来重叠的光又一次反射回第二耦合器7-2，并进入光电转换电路转换为电信号，以供数据采集处理电路11进行分析处理。

[0025] FBG传感原理为：

[0026] 温度不变时，中心波长为λB的FBG沿轴向应变ε与波长变化量ΔλB关系为[0027] ΔλB＝(1-pe)λBε

[0028] 式中pe为光纤有效光弹系数。该式表明FBG的中心波长会随轴向应变而变。

[0029] 平坦化ASE光源8发出的光经第一耦合器7-1进入GMM-FBG传感器5，被其反射回来的光经第二耦合器7-2后进入解调光栅9，反射后的光由光电转换电路10接收，该光电转换电路可以采用光电探测器实现。解调光栅9的反射谱和透射谱均载有被测量信息。

[0030] 当GMM-FBG传感器5受到交变微扰时，其输出的反射谱随之在一定波长范围变化，如图4中虚线所示；解调光栅9的反射谱是固定不变的，如图4中实线所示。GMM-FBG传感器5的反射光信号经第一耦合器7-1进入解调光栅9，两光栅的反射谱重叠部分对应的光被解调光栅9反射，重叠部分的面积与反射光强度成正比。当GMM-FBG传感器5与解调光栅9的中心波长差小，反射谱重叠部分就大，光电转换电路10探测到的光信号就强，反之，光信号小，通过光电转换电路10把光信号转换成电信号、经放大输出与GMM-FBG传感器5所受扰动对应的电信号，实现解调光栅9传感解调。输出电压信号与FBG1波长变化关系为[0031] ΔU(ΔλB)＝GkR0ΔλB

[0032] 式中R0为FBG峰值反射率，G为光电转换系统增益，k为常数。

[0033] 将输出的电压信号进入示波器并进行数据提取，进行编程运算，进行傅里叶变化得到幅频特性规律。

[0034] 具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式七所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的区别在于，所述数据采集处理电路11由示波器实现。

[0035] 具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式七所述的基于GMM-FBG工频电流互感及幅频特性测试联合装置的区别在于，所述光电转换电路10采用光电探测器实现。

[0036] 以下选取一个具体实例来显示本实用新型所产生的效果。

[0037] 选取GMM棒特征尺寸为15mm×3mm×3mm，在本实用新型所述的幅频测试系统进行-1实验，偏置磁场30kA·m 、输入电流信号幅值200A时，调节信号发生器，使输入信号频率从
50Hz到1000Hz，采集输出电平幅值数据，建立GMM-FBG输出电平幅值与频率的实验曲线，结果见图5。图中横坐标为输入信号频率，纵坐标为输出信号电平幅值，GMM-FBG传感系统有很好的频响特性，完全可以用于低频信号动态检测。

[0038] 重复上述实验，对激励电流相同、频率分别为50Hz、200Hz的传感器输入、输出数据用Matlab程序处理，得到传感器的两个周期传递迴线，见图6。由图可以看出，随着频率的增大磁滞现象变化不大。

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