CN102778598A - 一种光纤光栅温度自补偿电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，包括固定架、悬臂梁、电磁铁、吸引件以及设在同一光纤上的第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述的悬臂梁水平设置，一端为自由端，另一端为固定端，该固定端连接在固定架上，悬臂梁的中部设有弹性区，所述的光纤设在悬臂梁上，第一光纤光栅和第二光纤光栅分别位于悬臂梁的弹性区的上下两侧，所述的电磁铁设在固定架上，并位于悬臂梁的自由端下方，悬臂梁的自由端设有吸引件。与现有技术相比，本发明具有测量精度高、传输距离远、受温度变化影响较小等优点。

Description

一种光纤光栅温度自补偿电流传感器

技术领域

本发明涉及一种电流传感器，尤其是涉及一种光纤光栅温度自补偿电流传感器。

背景技术

电流传感器是一种在电力行业用途广泛的传感器，也是智能化电网的基本传感器，可以用于计量，也可以用于输配电，也可以用于安全监测；是电力行业实施检测或监测的常用基本传感元件。现有的各种探测方案中一般采用电子传感器，因为温度干扰、电磁干扰、安全性、长距离传输、使用寿命、可靠性等原因，无法很好地解决这一系列行业的电流传感问题。

现有电流传感器装置一般采用电子的方式，一般不具有无源特性和远距离传输功能，而且抗干扰能力差，精度低；另一方面，由于光纤光栅具有温度、应变交叉敏感的特性，因此必须进行温度补偿；其次，电子类电流传感器无法在高压环境下工作，存在漏电、爬电的危险，而且测量精度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量精度高且受温度变化影响较小的光纤光栅电流传感器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，包括固定架、悬臂梁、电磁铁、吸引件以及设在同一光纤上的第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述的悬臂梁水平设置，一端为自由端，另一端为固定端，该固定端连接在固定架上，悬臂梁的中部设有弹性区，所述的光纤设在悬臂梁上，第一光纤光栅和第二光纤光栅分别位于悬臂梁的弹性区的上下两侧，所述的电磁铁设在固定架上，并位于悬臂梁的自由端下方，悬臂梁的自由端设有吸引件；

被测电流通过电磁铁的线圈时，电磁铁对位于悬臂梁自由端的吸引件产生吸引力，使得悬臂梁产生挠度变化，位于悬臂梁弹性区上方的第一光纤光栅拉伸，位于悬臂梁弹性区下方的第二光纤光栅收缩，产生波长变化，通过第一光纤光栅和第二光纤光栅波长的变化量实现对电流的检测；当温度变化时，设在同一光纤上的第一光纤光栅和第二光纤光栅产生波长的变化量向同，实现温度自补偿。

所述的吸引件为铁块或者磁铁。

所述的弹性区的两端设有四个凸台，分别用于固定第一光纤光栅和第二光纤光栅。

所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅的两端均通过光纤焊点焊接于凸台上，并且第一光纤光栅和第二光纤光栅处于预拉伸状态(即为初始状态)，可以通过调整预拉伸状态来设定初始波长。

所述的悬臂梁的固定端与固定架刚性连接，所述的电磁铁通过底座与固定架刚性连接。

固定于悬臂梁自由端的吸引件与电磁铁之间留有间隙，该间隙用于保证悬臂梁产生挠度变化所需要的动作空间。

所述的吸引件与悬臂梁自由端的连接方式包括焊接、粘接或者通过螺钉连接。

悬臂梁的弹性区的厚度小于固定端和自由端的厚度。

所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅为两个不同波长的光纤光栅。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一，消除了温度干扰，本发明通过设置两根随温度变化同步改变波长的光纤光栅，实现温度自补偿或者测温。

二，信号不受电磁影响，由于本发明采用光纤光栅作为敏感元件，敏感元件产生的是激光波长的移动信号，不受电磁干扰。

三，无需供电，本发明的采用光纤光栅为反射型元件，对激光信号进行反射，而传感器本身不产生激光，因此不需要电源供电。

四，远距离传输，本发明的激光信号传输距离超过40公里以上，远大于其他种类电流传感器。

五，本质绝缘，本发明的激光信号由本质绝缘的光纤引出，光纤材料本质绝缘，不存在漏电、爬电的危险。

六，结构简单，本发明采用电磁铁结构设计，直接测量电流大小变化产生的作用力大小变化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的悬臂梁的主视示意图；

图3为悬臂梁的俯视示意图；

图4为悬臂梁的左视示意图；

图5为吸引件的结构式主视示意图；

图6为吸引件的俯视示意图；

图7为本发明的一种电磁铁的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，包括固定架1、悬臂梁9、电磁铁6、铁块4以及设在同一光纤上的第一光纤光栅8和第二光纤光栅9，第一光纤光栅8和第二光纤光栅9的波长不同。悬臂梁9水平设置，其具体结构如图2～4所示，一端为自由端92，另一端为固定端91，该固定端91与连接在固定架1上。悬臂梁9的中部设有弹性区93，该弹性区93的厚度小于固定端91和自由端92的厚度，其两端设有四个凸台94，分别用于固定第一光纤光栅和第二光纤光栅。光纤3由固定端伸向自由端，再由自由端绕回固定端，通过4个焊点2焊接在四个凸台94上，并且第一光纤光栅和第二光纤光栅处于预拉伸状态，通过调整预拉伸的状态来设定初始波长。电磁铁6通过底座与固定架刚性连接，其位置位于悬臂梁9的自由端92下方，而铁块4则设置在自由端92。铁块4与悬臂梁自由端94的连接方式包括焊接、粘接或者通过螺钉连接，铁块4与电磁铁6之间留有间隙，该间隙可以保证悬臂梁产生挠度变化时有足够的动作空间。悬臂梁9的凸台94、弹性区93、固定端91、自由端92，可以是一个整体，也可以分成多个零件再组合成悬臂梁。电磁铁的末端直径可以大于线圈外径

本发明的工作原理为：

被测电流通过电磁铁的线圈时，电磁铁对位于悬臂梁自由端的吸引件产生吸引力，使得悬臂梁产生挠度变化，为了获得更大的作吸引力，铁块可以采用其它的吸引件或者电磁铁代替。此时，位于悬臂梁弹性区上方的第一光纤光栅拉伸，位于悬臂梁弹性区下方的第二光纤光栅收缩，产生波长变化，通过第一光纤光栅和第二光纤光栅波长的变化量实现对电流的检测；当温度变化时，设在同一光纤上的第一光纤光栅和第二光纤光栅产生波长的变化量向同，实现温度自补偿。

电流计算公式为：I＝I₀+K_I×((λ_A1-λ_B1)-(λ_A0-λ_B0))

温度计算公式为：T＝T₀+K_T×((λ_A1+λ_B1)-(λ_A0+λ_B0))

式中：

I₀为参考零点电流值，

K_I为电流系数，

λ_A0为A光纤光栅零点波长，

λ_B0为B光纤光栅零点波长，

λ_A1为A光纤光栅测量波长，

λ_B1为B光纤光栅测量波长，

T₀为参考零点温度值，

K_T为温度系数。

Claims (9)

1.一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，包括固定架、悬臂梁、

电磁铁、吸引件以及设在同一光纤上的第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述的悬臂

梁水平设置，一端为自由端，另一端为固定端，该固定端连接在固定架上，悬臂梁

的中部设有弹性区，所述的光纤设在悬臂梁上，第一光纤光栅和第二光纤光栅分别

位于悬臂梁的弹性区的上下两侧，所述的电磁铁设在固定架上，并位于悬臂梁的自

由端下方，悬臂梁的自由端设有吸引件；

被测电流通过电磁铁的线圈时，电磁铁对位于悬臂梁自由端的吸引件产生吸引

力，使得悬臂梁产生挠度变化，位于悬臂梁弹性区上方的第一光纤光栅拉伸，位于

悬臂梁弹性区下方的第二光纤光栅收缩，产生波长变化，通过第一光纤光栅和第二

光纤光栅波长的变化量实现对电流的检测；当温度变化时，设在同一光纤上的第一

光纤光栅和第二光纤光栅产生波长的变化量向同，实现温度自补偿。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，

所述的吸引件为铁块或者磁铁。

3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，

所述的弹性区的两端设有四个凸台，分别用于固定第一光纤光栅和第二光纤光栅。

4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，

所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅的两端均通过光纤焊点焊接于凸台上，并且第

一光纤光栅和第二光纤光栅处于预拉伸状态。

5.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，

所述的悬臂梁的固定端与固定架刚性连接，所述的电磁铁通过底座与固定架刚性连

接。

6.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，

固定于悬臂梁自由端的吸引件与电磁铁之间留有间隙，该间隙用于保证悬臂梁产生

挠度变化所需要的动作空间。

7.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，

所述的吸引件与悬臂梁自由端的连接方式包括焊接、粘接或者通过螺钉连接。

8.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，

悬臂梁的弹性区的厚度小于固定端和自由端的厚度。

9.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度自补偿电流传感器，其特征在于，

所述的第一光纤光栅和第二光纤光栅为两个不同波长的光纤光栅。

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