FBG-GMM電流互感器磁路設(shè)計與動態(tài)特性研究.pdf

1、超磁致伸縮材料(giant magnetostrictive material，GMM)和光纖布拉格光柵(fiber Bragg grating，F(xiàn)BG)組合進(jìn)行電流互感研究是一種新的嘗試。本文應(yīng)用有限元方法，基于GMM的磁致伸縮特性設(shè)計了一個具有鐵磁回路的GMM-FBG電流互感系統(tǒng)。 在無偏磁情況下利用有限元方法對磁路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，研究了磁路系統(tǒng)中GMM和鐵氧體的特征尺寸對磁路系統(tǒng)中磁場的影響，根據(jù)磁場的均勻性和大小確定其特征

2、尺寸。確定了激勵電流與GMM中磁場的數(shù)值關(guān)系。由于GMM工作的準(zhǔn)線性區(qū)限制了電流檢測的量程，為此在磁路系統(tǒng)中設(shè)置一個可調(diào)節(jié)的氣隙，確定了氣隙的大小和電流檢測量程的數(shù)值關(guān)系。應(yīng)用二維仿真可以定性地分析設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，用三維仿真能較準(zhǔn)確地計算出激勵電流與GMM中磁場的關(guān)系。 在無偏磁磁路優(yōu)化的基礎(chǔ)上，利用有限元方法設(shè)計將永磁體放置在磁路中為GMM提供偏置磁場。對永磁體的充磁方向尺寸和面積進(jìn)行優(yōu)化，選擇充磁尺寸為1.8mm，面積與硅

3、鋼片相同的永磁體，為GMM提供30kA·m-1的偏磁。在該系統(tǒng)中，可以通過改變永磁體充磁方向尺寸來改變傳感器的靜態(tài)工作點。 實驗結(jié)果表明三維分析中建立的激勵電流與GMM中磁場的數(shù)值關(guān)系正確；設(shè)置的永磁體放置方法能為GMM提供足夠的偏置磁場。 由于GMM自由桿的諧振頻率與其動力學(xué)特性有關(guān)，因此本文從模態(tài)理論出發(fā)，應(yīng)用ANSYS軟件對不同結(jié)構(gòu)的GMM進(jìn)行幅頻特性分析，可以看出GMM的諧振頻率和頻寬寬度與其長度成反比、與橫截面