一种基于阶梯型磁致伸缩复合材料的 聚磁式光纤电流传感器
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TH86

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国家自然科学基金(52174153,51607178)、中国博士后科学基金特别资助项目(2018T110570)、中国博士后科学基金面上资助项目(2019M652005)、国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心开放课题(NEEC2018B03)、徐州市推动科技创新项目(KC19053)、中国矿业大学英才培育工程专项项目(2021YCPY0109)资助


Magnetic focusing optical fiber current sensor based on stepped magnetostrictive composite material
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    摘要:

    本文提出了一种基于阶梯型磁致伸缩复合材料的聚磁式光纤电流传感器,解决了常规磁致伸缩复合材料上待测电流诱 导磁场“两端高、中间低”的分布问题。 首先运用安培环路定律,构建传感器的磁场分布模型,由理论分析可知,材料中心磁场 与材料厚度 l 1 、桥面高度 l 2 和桥面长度 h1 成反比关系;其次,针对传感器的关键参数开展有限元仿真分析,仿真结果表明,材料 厚度 l 1 、桥面高度 l 2 和桥面长度 h1 是材料中心磁场的主要影响因素,磁场会随着材料厚度 l 1 、桥面高度 l 2 和桥面长度 h1 的增 大而减小,与理论分析一致。 最后制作材料并开展性能测试,结果表明,随着电流的增大,材料中间位置与两端位置的应变逐渐 增大,传感器的线性工作范围为 0~ 1 000 A,灵敏度为 0. 136 με / A。

    Abstract:

    In this article, a magnetic-focusing optical fiber current sensor based on the step-type magnetostrictive composite material is proposed, which solves the distribution problem of the current-induced magnetic field high at both ends and low in the middle on the conventional magnetostrictive composite material. Firstly, the magnetic field distribution model of the sensor is formulated by using the Ampere loop law. The theoretical analysis shows that the central magnetic field of the material is inversely proportional to the thickness of the material l 1 , the height of the bridge deck l 2 and the length of the bridge deck h1 . Secondly, the finite element simulation analysis is implemented for the key parameters of the sensor. Simulation results show that the material thickness l 1 , the bridge deck height l 2 and the bridge deck length h1 are the main influencing factors of the magnetic field in the center of the material. The magnetic field decreases with the increasing of the material thickness l 1 , the bridge deck height l 2 and the bridge deck length h1 , which is consistent with the theoretical analysis. Finally, the material is prepared and the performance test is carried out. Results show that with the increasing of current, the strain at the middle and both ends of the material increases gradually. The linear working range of the sensor is 0~ 1 000 A, and the sensitivity is 0. 136 με / A.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

许少毅,孙俊雯,彭 强,邢方方.一种基于阶梯型磁致伸缩复合材料的 聚磁式光纤电流传感器[J].仪器仪表学报,2022,43(1):172-181

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  • 在线发布日期: 2023-02-06
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