基于光纤光栅的光纤电流传感

摘 要：将光纤光栅（FBG）封装入以超磁致伸缩材料（GMM）与永磁体构成的传感基座内形成系统核心传感部件，并将其放置于电流形成的磁场中，构成电流传感器。利用光纤迈克尔逊干涉仪（MI）对FBG波长的变化进行解调，从而获得被测交流电流信号。实验结果表明，检测幅值100 A ～2000 A的交变电流时，该传感器对交变电流具有良好的线性响应。

关键词：光纤光学；光学电流传感器；超磁致伸缩材料；光纤光栅

1 引言

与传统的电磁式电流传感器相比，光学电流传感器具有抗电磁干扰能力强，绝缘性强、频带宽和动态范围大等特点，受到了广泛的关注。其中，将GMM与FBG结合作为传感器对电流进行检测的方案具有线性度好，可远程操控等优点，具有重要的应用价值[1-4]。本文设计了一种GMM-FBG结构的电流传感器，利用MI对FBG波长信息进行解调，实现对交流电流信号的检测。

3 实验结果和分析

3.1 系统设计

传感实验装置由宽带光源ASE、传感系统、解调系统和数据采集系统组成，如图1（1）所示。ASE平坦区波长范围为1535nm～1565nm。汇流排作为激励源，硅钢片对磁场回路进行限制。为避免GMM发生倍频且工作在线性区，核心传感部件中加入可提供直流偏置磁场的永磁体。如图1（2）所示， FBG通过永磁体中的光纤毛细管埋入GMM中，两端用环氧树脂胶将FBG与传感基座固定，避免核心传感部件的封装会对FBG栅区产生影响。解调部分的MI则由一个2×2单模光纤耦合器与微位移器构成。

3.2 实验结果分析

将交流电流的幅值从100A到2000A逐渐增大，从图2可知PD输出的电压信号和待测电流幅值进行线性拟合后，得到线性相关性为99.91% 。

由于以上实验数据均建立在系统不受周围环境温度影响的基础上，因此在下一步工作中，我们将增加一个参考的光纤光栅抵消温度的影响。

4 结语

在本文中，设计了一种基于GMM-FBG结构的便于封装的光纤电流传感器。实验结果表明，在电流幅值为100A ～2000A时，传感器输出信号值与被测交流电间成线性关系。该电流传感系统结构简单，易于封装，并具有成本低，方便实现与调试的优点。

参考文献：

[1]余有龙，叶红安，刘治国.光纤光栅电流传感器[J].光学学报，2001，21（05）：586-588.

[2]Klaus Bohnert， Philippe Gabus， Jürgen Nehring， et al. Fiber-Optic Current Sensor for Electro-winning of Metals[J].Journal of Lightwave Technology， 2007，25（11）：3602-3609.

[3]刘杰，赵洪，王鹏.基于DFB激光器解调技术的光学电流互感器[J].光电子-激光，2011，22（12）：1789-1792.

[4]熊燕玲，赵洪，张剑.基于光纤光栅的光学电流互感器[J].光学学报，2010，30（04）： 949-953.

作者简介：李丹丹（1985-），女，硕士，助理工程师，主要从事光纤传感方面的研究。