•光电器件与材料・基于双光纤光栅的光学电流互感器设计张准I,熊建文2，洪应侨2,韦中超'(1华南师范大学信息光电子科技学院，广东广州510631;2华南帅范大学物理与电信工程学院，广东广州510631)摘要:通过采用双光纤光栅交义结构设计的电流互感器，实现了基于方形超磁致伸缩材料和光纤Bra跟光栅的电流互感器的温度补偿，同时实现了对超磁致伸缩材料受热膨胀带來的光纤Br缺光栅中心波长的应变漂移的补偿，提高了丛于双光纤光栅的光学电流互感器的测戢精度。关键词:光纤Bragg光栅;超磁致伸缩材料;温度补偿;热膨胀补偿;光学电流互感器中图分类号:TP211\6；TP212.9文献标识码:A文章编号:1673-1255-(2012)02-0034-04DesignofOpticalCurrentTransformerBasedonDualFBGZHANGZhun1,XIONGJian-wen2,HONGYing-qiao2,WEIZhong-chao'(1・SchooloflnfonnationandOptoelectronicScienceandEngineeringSouthChinaNormalUniversity^Guangzhou510631,China;2.SchooIofPhysics&TelecommunicationEngineering,SouthChinaNormalUniversity,Guangzhou510631,China)Abstract:UsingthecurrenttransformersdesignedbythedualfiberBragggrating(FBG),thetemperaturecompensationbasedonthesquaregiantmagnetostrictivematerialsandthecurrenttransformerofFBGisrealized,thecenterwavelengthdriftcompensationinFBGcausedbyandtheheatexpansionofthesquaregiantmag-netostrictivematerialsisalsorealized・Themeasurementaccuracyofthisopticalcurrenttransformerisincreased・Keywords:fiberBragggrating;giantmagnetostrictivematerials;temperaturecompensation;thermalexpansioncompensation；opticalcurrenttransformer随着电力系统传输容量的不断增加，运行电压等级越来越高，常规的电流互感器由于自身原理的局限,存在磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄以及易燃易爆等局限性，难以满足现电力系统在线检测、高精度故障诊断、电力数字网等发展的需要〔|一叭而光纤B炮跆光栅传感技术已经成为光纤传感技术中最具活力的一种技术,将光纤Bra跆光栅川于强电流测试，具有分辨率高、重复性好、测量范围大、无电磁干扰、可多参量分布式进行传感的优点，因而在电力工业测量中具有很大的潜力〔役将光纤Bragg光栅用于强电流测试的一种方法是使川超磁致伸缩材料做调谐,川光纤Bragg光栅做传感测量,但是在使用光纤Bra鸵光栅做传感时光纤Bragg光栅的中心波长偏移存在温度-应变交叉敏感的问题，同时由于光纤Bra聲光栅直接粘贴在超磁致伸缩材料上感应超磁致伸缩材料的伸缩量，而当超磁致伸缩材料受热产生膨胀时也会产生伸缩并带来光纤Bmgg光栅中心波长的漂移，而且超磁致伸缩材料的热膨胀系数与伸缩系数处于同一个量级，故而必须进行热膨胀补偿宀引。如何实现以上两种山于环境温度变化带来的测量误差的补偿，人们已经设计出多种方法AM],但是都存在方法比较复杂或者是需耍进行结构设计、增加器件等使得实川化I木【难的囚素，文中提出一种新颖的传感器设计方案，这种设计方式能将出温度变化带来的两项误差进行有效的补偿，与此同时还能提高电流的测量精度。1传感器方案设计在利用光纤Br卿光栅和超磁致伸缩材料制作的电流互感器中，多数超磁致仲缩材料都是采用圆柱形材料,而本设计采用方形材料,使得光纤光栅可以正交粘贴在这个材料上，而且由于现在光纤Bragg光栅的栅区都小于2cm,因此所需要的方形超磁致伸缩材料可以设计为2.5cmx2.5cm,随着超磁致伸缩材料的技术发展，这种材料的成木也大幅度下降,并不存在成本过高的问题，传感部分采用双光纤Bragg光栅，设计如图1所示。粘贴于Terfenol-D的上下两面图1双光纤Bra辭光栅传感头设计如图1所示将用于测量的光纤光栅沿着超磁致伸缩材料的H方向粘贴,将另外一条用做补偿的光纤光栅沿着与H方向相垂直的方向粘贴。由于光纤Bragg光栅的中心波长变化表达式为罔学=(1—仪応(1)在这个设计中如果同时考虑了磁性材料的热膨胀，那么£工表示为:5・=qH+aQT。其中，乞为磁性材料的热膨胀系数;〃为磁场强度;g为磁致伸缩系数，则有护=(1—A)(gH+aQT)+(&+g)AT(2)即単=(1—〃JgH+((l-AX+(^+^))AT(3)...