基于磁流体的光纤反射式电流传感器、系统及方法与流程

文档序号:22116548发布日期:2020-09-04 15:39阅读:来源:国知局

技术特征:

1.基于磁流体的光纤反射式电流传感器,其特征在于,包括:毛细管和光纤,所述毛细管内填充磁流体,所述毛细管的两端端口通过胶体进行密封;所述光纤的一端插入所述毛细管内,所述光纤的另一端裸露在毛细管外;其中,位于毛细管内的光纤端面为通过沿垂直光纤轴线方向切割光纤后所形成。

2.根据权利要求1所述的基于磁流体的光纤反射式电流传感器,其特征在于,插入毛细管内的光纤的一端位于毛细管内的1/3处。

3.根据权利要求1所述的基于磁流体的光纤反射式电流传感器,其特征在于,所述磁流体为fe3o4水基磁流体。

4.基于磁流体的光纤反射式电流传感系统,包括光源、环形器、传感探头、光电探测器、信号处理单元和pc端,其特征在于,所述光源、环形器和传感探头依次通过光纤连接,信号处理单元为所述光源提供驱动信号,环形器还通过光纤与光电探测器连接,光电探测器、信号处理单元和pc端依次电连接;所述传感探头采用如权利要求1至3任一所述的基于磁流体的光纤反射式电流传感器。

5.根据权利要求4所述的基于磁流体的光纤反射式电流传感系统,其特征在于,电流传感路径为:光源发出的光束经环形器进入传感探头,经传感探头反射回的光束再次经环形器到达光电探测器,光电探测器将探测信号传入至信号处理单元进行信号处理得到待测电路的电流信号,pc端对电流信号进行显示。

6.根据权利要求4所述的基于磁流体的光纤反射式电流传感系统,其特征在于,所述信号处理单元包括单片机、驱动电路、i/u转换及运放电路、a/d转换器和电源;

所述单片机连接所述驱动电路的输入端,所述驱动电路的输出端连接光源,驱动光源发出光束;所述光电探测器的输出端连接i/u转换及运放电路的输入端,i/u转换及运放电路的输出端连接a/d转换器的输入端,a/d转换器的输出端连接至单片机。

7.根据权利要求4所述的基于磁流体的光纤反射式电流传感系统,所述光源为dfb激光器。

8.基于磁流体的光纤反射式电流传感器的制作方法,其特征在于,包括:

步骤1:选取毛细管,所述毛细管的一端为开口端,在所述毛细管的管身上方的两端分别开设第一孔和第二孔;

步骤2:选取光纤,沿垂直光纤轴线方向切割光纤的一端,形成光纤端面;

步骤3:将光纤形成光纤端面的一端沿毛细管轴线方向从毛细管的开口端插入毛细管内;

步骤4:通过胶体对毛细管的两端端口进行密封,同时对光纤进行固定;

步骤5:将磁流体通过所述第一孔注入毛细管内,同时通过所述第二孔排出毛细管中的空气;

步骤6:密封所述第一孔和所述第二孔,至此形成基于磁流体的光纤反射式电流传感器。

9.基于磁流体的光纤反射式电流传感方法,其特征在于,包括:

步骤1:采用已知样品标定法按照式(6)得到系统的本征反射光功率p0:

其中,s为光纤端面的有效截面积,pa和pw分别为将预封装的光纤置于第一样品中和第二样品中测得的反射光功率,nf、na和nw分别为光纤纤芯、第一样品和第二样品的折射率;

步骤2:根据所述本征反射光功率p0,按照式(7)计算得到光纤置于磁流体中的反射光功率pmf和磁流体折射率nmf的关系式:

其中,kmf为磁流体的衰减系数;

步骤3:按照式(8)计算得到磁流体折射率nmf:

步骤4:按照郎之万函数定义的磁流体折射率与磁场之间的关系,计算得到磁场信息,按照毕奥-萨伐尔定律定义的磁场信息与电流之间的关系,得到待测电路的电流大小。


技术总结
本发明提供一种基于磁流体的光纤反射式电流传感器、系统及方法。该电流传感器包括:毛细管和光纤,所述毛细管内填充磁流体,所述毛细管的两端端口通过胶体进行密封;所述光纤的一端插入所述毛细管内,所述光纤的另一端裸露在毛细管外;其中,位于毛细管内的光纤端面为通过沿垂直光纤轴线方向切割光纤后所形成。本发明提供的传感器中的传感结构主要由光纤构成,光纤具有绝缘、耐腐蚀、耐高温的特点,能适应换流站高电压强磁场的复杂环境;利用磁流体的折射率可控特性,磁流体折射率对电流磁场的变化非常敏感,因此传感器对电流变化的灵敏度很高。

技术研发人员:张锦龙;荆雅洁;尤贺;贺静;樊琳琳;张峰;时欢;侯猛;张书文
受保护的技术使用者:河南大学
技术研发日:2020.06.12
技术公布日:2020.09.04
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