基于磁流体和FBG/LPG的光纤电流传感方法研究

电流传感器是电力系统中非常关键的设备,光纤电流传感器是其重要的研究发展方向和当前关注的焦点，而经过多年研发、已有的一些光纤电流传感技术，在抗恶劣环境能力等方面，存在不少技术困难，在应用过程中遇到了较大障碍，迫切需要研发新的技术。光纤光栅传感技术和磁流体技术已在很多恶劣工程应用环境中得到很好检验和应用，本项目据此提出，利用磁流体在外磁场作用下，其力学和光学属性发生变化的特性，探索基于磁流体和FBG/LPG的光纤电流传感新原理和新方法。重点在于，通过研究磁流体与FBG/LPG相互作用的力学和光学特性，探索磁流体力学与FBG技术进行电流传感的方法，以及基于磁流体折射率改变的FBG/LPG多光纤光栅协同的电流传感方法，并在考虑多点实测磁场值误差和不适定性问题的情况下，研究反演电流的方法，预计能建立一种新型的光纤电流传感理论和方法，并解决其基础理论问题，为实用化奠定基础，具有重要的理论和现实意义。

光纤传感器因其抗电磁干扰和绝缘能力强，得到电力行业的青睐和高度期许，光纤电流传感器是其关注的焦点之一，本项目针对所提出的将磁流体纳米材料引入光纤电流传感技术中的思想，完成了预定磁流体光学性能研究与选型，磁流体与ThFBG、LPG协同测量，磁场与力耦合的交直流传感方法及其相应传感器的研究，获得了重要研究成果，发表已标注资助的研究论文16篇，申报了3项中国发明专利，授权1项，培养了硕士研究生6名。.研究了薄包层光纤布喇格光栅ThFBG传感理论，绘制了ThFBG半径与环境折射率关系图，为合理选择适用于本项目的磁流体提供了理论指导；研究和制作了基于磁流体、ThFBG的磁场传感器，实验室测试的灵敏度达到了3pm/mT左右；研究和制作了磁流体与LPG及其级联的磁场/电流传感器，磁流体与LPG磁场传感器的最大灵敏度可达70pm/mT以上，磁流体与级联LPG磁场传感器的灵敏度最高可达近130pm/mT，两者在磁场升和降的过程中，升降拟合曲线的偏差很小，重复性较好；研究了电磁力式光纤光栅直流大电流传感技术并制备了该传感器，经中国电力科学研究院武汉分院直流电流的测量检验，结果表明该传感器已经接近2.5级仪表，经过进一步的产品研发后，有望在继电保护的实际工程中得到应用；研究了基于光纤光栅和磁耦合的交流大电流测量技术，实验结果表明该技术对交流测量具有很高的灵敏度，波长变化与电流的平方成正比，而且设计的传感器也有潜力测量小电流；研究了基于磁流体和光纤环形镜的电流/磁场传感技术，结果表明干涉信号波长移动量与电流大小具有很好的线性关系，传感器最大灵敏度为2.7054nm/A，具有较好前景；研究了FBG检测氯离子的方法，并通过在金属化FBG上镀上Fe-C膜在实验室中进行了模拟检测，结果表明FBG光谱形状，波长移动和波峰消失与出现都与受氯离子侵蚀程度有关。