為了提高GMM-FBG電流傳感器的電流響應靈敏度,設計了一種新型杠桿式GMM-FBG光纖電流傳感器。應用杠桿原理,使布拉格光纖光柵受力增大,從而提高GMM-FBG電流傳感器的靈敏度。構建了傳感器的理論模型,對傳感器性能進行了分析;采用COMSOL有限元數值分析法,建立了傳感器三維模型,針對傳感器的關鍵參數進行仿真優(yōu)化。仿真結果表明,當設計傳感器中GMM是半徑為1mm,高度為26mm的圓柱,不銹鋼條的尺寸為32mm×1.4mm×2mm時,在0～100A輸入電流范圍內,線性度為0.999,靈敏度0.0406nm/A;當FBG解調儀的分辨率為1.64pm時,傳感器最小可測的電流為0.04 A。

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【部分圖文】：

圖1 GMM-FBG電流傳感器示意圖

圖1所示為新型杠桿式GMM-FBG電流傳感器的結構示意圖。傳感器采用環(huán)形硅鋼片,可以匯聚導線周圍的磁場,形成聚磁回路,切割部分環(huán)形硅鋼片,形成缺口用于放置敏感單元。圓柱形GMM上端面與缺口上端面相粘貼,下端面與不銹鋼板一側相粘貼。不銹鋼另一側和FBG采用環(huán)氧樹脂粘貼,FBG另一端....

圖2 仿真幾何模型示意圖

建立三維幾何模型,GMM-FBG電流傳感器的模型如圖2所示。建立圓柱1為長直流導線;建立硅鋼片模型,內徑50mm,外徑90mm,厚度為12mm,缺口為長度為28mm;建立圓柱2為仿真求解域;建立圓柱3為GMM,半徑為1mm,高度h1為25mm;建立圓柱4為裸光纖,半徑為0.01m....

圖4 GMM位移量Δl1與GMM高度h1之間的關系

考慮到缺口高度為28mm、導線的半徑為10mm、FBG有效長度l3為10mm,所以GMM的高度h1可選范圍為25～27.5mm。由圖4可知,在被測電流I=100A,偏置磁場Br不變的情況下,GMM的高度h1在25～27.5mm范圍內,GMM位移量Δl1在0.005422～0.....

圖5 GMM位移量Δl1與GMM半徑之間的關系

因為硅鋼片的厚度為12mm和粘貼的便利性,所以可選擇的GMM半徑范圍為1～5mm。由圖5可知,在被測電流I=100A,偏置磁場不變Br的情況下,GMM半徑在1～5mm之間,GMM的位移量Δl1在0.005817～0.001278mm之間變化,GMM的半徑選擇為1mm。

本文編號：4040453