CN204945221U - 基于光纤光栅传感技术的电压测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，包括：光纤光栅应变传感器、磁敏材料、电压互感结构以及通电螺线管；所述电压互感结构通过电阻与所述通电螺线管构成闭合回路；所述磁敏材料通过第一支撑结构固定于所述通电螺线管的中间空心处，根据磁场的变化而发生相应形变；所述光纤光栅应变传感器设于所述通电螺线管的中间空心处，通过测量所述磁敏材料的形变来获得所述回路中的电压。本实用新型通过光纤光栅传感技术，有效的弥补现有电子式电压测量方法的不足，解决电压测量方面的优化与升级中所面临的挑战。
Description
技术领域
本实用新型涉及电压测量领域，具体涉及一种基于光纤光栅(FiberBraggGrating，简称FBG)传感技术的电压测量装置。
背景技术
自从1989年美国的Morey等人首次进行光纤光栅的应变与温度传感器研究以来，世界各国都对其十分关注并开展了广泛的应用研究，光纤光栅传感技术在近二十多年中己成为传感领域发展最快的技术，并在很多领域取得了成功的应用。
由于传统的电子式测量电压技术以电子信息处理为基础的特点注定了其将受到有源供电、电磁干扰、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等因素制约，限制了其安全性与可靠性。
实用新型内容
针对现有技术中电子式测量电压技术有源供电及电磁干扰等因素的限制，本实用新型提供了一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，以解决现有电子式电压测量装置在供电、抗电磁干扰、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等方面所面临的问题。
本实用新型提出一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，包括：光纤光栅应变传感器、磁敏材料、电压互感结构以及通电螺线管；
所述电压互感结构通过电阻与所述通电螺线管构成闭合回路；
所述磁敏材料通过第一支撑结构固定于所述通电螺线管的中间空心处，根据磁场的变化而发生相应形变；
所述光纤光栅应变传感器设于所述通电螺线管的中间空心处，通过测量所述磁敏材料的形变来获得所述回路中的电压。
优选地，所述电压互感结构包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和所述第二绕组均缠绕在同一铁芯上。
优选地，包括两个所述光纤光栅应变传感器，第一光纤光栅应变传感器设于所述磁敏材料的表面，第二光纤光栅应变传感器通过第二支撑结构固定于所述通电螺线管的中间空心处。
优选地，所述第二光纤光栅应变传感器与设有所述第一光纤光栅应变传感器的磁敏材料的表面靠近但不接触。
优选地，所述第一光纤光栅应变传感器刚性地焊接在所述磁敏材料的表面。
优选地，所述第一光纤光栅应变传感器刚性地焊接在所述磁敏材料表面的中轴线上。
优选地，所述铁芯为地电位。
优选地，所述第一绕组与所述第二绕组在所述铁芯上缠绕的匝数不同；
所述第一绕组与被测电压直接连接；
所述第二绕组通过电阻与所述通电螺线管构成闭合回路。
由上述技术方案可知，本实用新型通过光纤光栅传感技术，有效的弥补现有电子式电压测量方法的不足，解决电压测量方面的优化与升级中所面临的挑战。除了突破有源供电及电磁干扰等因素的限制外，还具有灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点，并且具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例提供的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
图1示出了本实用新型一实施例提供的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，包括：光纤光栅应变传感器1、磁敏材料2、电压互感结构4以及通电螺线管3；
所述电压互感结构4通过电阻5与所述通电螺线管3构成闭合回路；
所述磁敏材料2通过第一支撑结构固定于所述通电螺线管3的中间空心处，根据磁场的变化而发生相应形变；
所述光纤光栅应变传感器1设于所述通电螺线管3的中间空心处，通过测量所述磁敏材料2的形变来获得所述回路中的电压。
其中，光纤光栅应变传感器1用于采集实时数据；磁敏材料2为磁致伸缩材料，是电压测量装置的核心部件，光纤光栅应变传感器1为传感元件。只要通过测量磁敏材料2形状的变化，即可获得回路中电压的大小，通过模型计算，进而可得到被测电压实时的大小。
本实施例提供了一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，该装置所应用的光纤光栅应变传感器技术因具有无源化、抗电磁干扰、精度高、体积小质量轻、扰抗腐蚀的特点，并且集信息传感与传输于一身。通过光纤光栅传感技术，有效的弥补现有电子式电压测量方法的不足，解决电压测量方面的优化与升级中所面临的挑战。除了突破有源供电及电磁干扰等因素的限制外，还具有灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点，并且具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。
作为本实施例的优选方案，在上述实施例的基础上，所述电压互感结构4包括第一绕组41和第二绕组42，所述第一绕组41和所述第二绕组42均缠绕在同一铁芯上；所述第一绕组41与所述第二绕组42在所述铁芯上缠绕的匝数不同；所述第一绕组41和所述第二绕组42可通过匝数比例进行电压转换，不同大小的转换电压将产生相应大小的电流，电流流经螺线管会产生与之对应的磁场，在通电螺线管的中间部位的磁场为匀强磁场。所述铁芯为地电位；所述第一绕组41与被测电压直接连接；所述第二绕组42通过电阻与所述通电螺线管3构成闭合回路。
进一步地，本实施例包括两个所述光纤光栅应变传感器1，第一光纤光栅应变传感器设于所述磁敏材料2的表面，第二光纤光栅应变传感器通过第二支撑结构固定于所述通电螺线管3的中间空心处。
更进一步地，所述第一光纤光栅应变传感器刚性地焊接在所述磁敏材料2的表面，所述第二光纤光栅应变传感器与设有所述第一光纤光栅应变传感器的磁敏材料2的表面靠近但不接触。
举例来说，所述第一光纤光栅应变传感器刚性地焊接在所述磁敏材料2表面的中轴线上，以便更好地获取所述磁敏材料2的形变，然后将其与所述第二光纤光栅应变传感器整体的置于通电螺线管3的中间空心处。所述磁敏材料2因为周边的磁场发生变化时，它会发生相应形变，该形变可被其表面上的第一光纤光栅应变传感器同步感应到。依据所述第一光纤光栅应变传感器的形变情况，就可获得回路中电压的大小，再通过模型计算，进而可得到被测电压实时的大小。
具体地，所述第一光纤光栅应变传感器刚性地焊接在所述磁敏材料2的所述表面，与所述磁敏材料2紧贴在一起，用于获取所述磁敏材料的形变和温度。当磁敏材料2因为周边的磁场发生变化时，它会发生相应形变，该形变可被其表面上的第一光纤光栅应变传感器同步感应到。所述第二光纤光栅应变传感器与设有所述第一光纤光栅应变传感器的磁敏材料的表面靠近但不接触，以便不随所述磁敏材料2的形变而形变，但与所述第一光纤光栅应变传感器位于同一空间中，能够获取与所述第一光纤光栅应变传感器相同的温度。由于所述第一光纤光栅应变传感器和所述第二光纤光栅应变传感器获取的温度相同，因此可以通过对两个光纤光栅传感器的波长变化进行做差处理，即对所述第一光纤光栅应变传感器获取的形变参数和温度参数与所述第二光纤光栅应变传感器获取的温度参数进行差处理，可以有效地排除单个光纤光栅传感器的交叉敏感，排除温度对波长值的影响，使结果更精确。
这种应变传感器中双光纤光栅结构设计一方面可以有效补偿温度的交叉敏感,另一方面可大大提高本电压测量方法的灵敏性与准确性，是本实用新型的重要特征之一。
应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上实施方式仅适于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，其特征在于，包括：光纤光栅应变传感器、磁敏材料、电压互感结构以及通电螺线管；
所述电压互感结构通过电阻与所述通电螺线管构成闭合回路；
所述磁敏材料通过第一支撑结构固定于所述通电螺线管的中间空心处，根据磁场的变化而发生相应形变；
所述光纤光栅应变传感器设于所述通电螺线管的中间空心处，通过测量所述磁敏材料的形变来获得所述回路中的电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，其特征在于，所述电压互感结构包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和所述第二绕组均缠绕在同一铁芯上。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，其特征在于，包括两个所述光纤光栅应变传感器，第一光纤光栅应变传感器设于所述磁敏材料的表面，第二光纤光栅应变传感器通过第二支撑结构固定于所述通电螺线管的中间空心处。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，其特征在于，所述第二光纤光栅应变传感器与设有所述第一光纤光栅应变传感器的磁敏材料的表面靠近但不接触。
5.根据权利要求4所述的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，其特征在于，所述第一光纤光栅应变传感器刚性地焊接在所述磁敏材料的表面。
6.根据权利要求5所述的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，其特征在于，所述第一光纤光栅应变传感器刚性地焊接在所述磁敏材料表面的中轴线上。
7.根据权利要求2所述的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，其特征在于，所述铁芯为地电位。
8.根据权利要求2所述的一种基于光纤光栅传感技术的电压测量装置，其特征在于，所述第一绕组与所述第二绕组在所述铁芯上缠绕的匝数不同；
所述第一绕组与被测电压直接连接；
所述第二绕组通过电阻与所述通电螺线管构成闭合回路。
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