基于超磁致伸缩材料的光纤光栅交流电流传感系统

建立了以超磁致伸缩棒调谐光纤光栅作为传感头的交流电流传感系统,提出了自发放大辐射宽带光源解调技术,用50Hz交流信号对系统进行实验验证.结果表明该系统能较好地检测出被测信号的幅值、频率和相位,应用高阶方程组拟合具有迥滞线特性的系统传递函数,可实时准确地重建被测电流波形.     

基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究

为进一步促进光学电流互感器(OCT)在电力系统中应用,将光纤传感技术与磁致伸缩材料相结合,提出了一种新型的OCT的设计方法。将干涉仪的两个臂分别沿平行于磁场方向和垂置与磁场方向回环粘贴在正方形磁致伸缩材料的两个表面上,确保光纤均匀、对称分布,上下表面上光纤正交排列、匝数相同,形成双臂对称型的马赫-曾德干涉仪,得到了一定的温度补偿,消除了磁致伸缩材料热膨胀带来的测量影响,测量误差为0.65%,表明了该结构能达到温度补偿的效果,在一定程度上解决了阻碍OCT实用化进程的测量温漂问题。     

基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究

为进一步促进光学电流互感器(OCT)在电力系统中应用,将光纤传感技术与磁致伸缩材料相结合,提出了一种新型的OCT的设计方法.将干涉仪的两个臂分别沿平行于磁场方向和垂置与磁场方向回环粘贴在正方形磁致伸缩材料的两个表面上,确保光纤均匀、对称分布,上下表面上光纤正交排列、匝数相同,形成双臂对称型的马赫-曾德干涉仪,得到了一定的温度补偿,消除了磁致伸缩材料热膨胀带来的测量影响,测量误差为0.65%,表明了该结构能达到温度补偿的效果,在一定程度上解决了阻碍OCT实用化进程的测量温漂问题.     

应用于机械手的磁致伸缩触觉传感器阵列与物体识别

利用磁致伸缩材料铁镓合金(Galfenol)设计制作了触觉传感单元,并将其集成为阵列,安装在二指机械手上.基于电磁原理、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,建立触觉传感单元力测量模型.设计的传感单元测力范围为0～3N,当压力小于1.5N时,灵敏度为151mV/N,在1.5～3N区间,灵敏度约为109mV/N,测量较低...     

高电压测量的几种光学传感方法

论述了几种用于高电压测量的光学传感方法,包括传光型无源光纤电压传感器、有源光纤电压传感器、全光纤电压传感器、集成光学Ｐｏｃｋ－ｅｌｓ元件光纤电压传感器、电致伸缩光纤电压传感器及其它光纤电压传感器。阐述了它们的传感原理和基本结构,说明了它们各自的特点和研究状况。     

紧凑型光纤腔磁传感器研究与设计

利用光学精密检测手段,结合高灵敏紧凑型光纤腔磁敏感单元,从理论和实验两方面研究了微弱磁信号敏感的传感系统。开发了紧凑型光纤腔磁敏感单元的制备工艺,长度为3 m的单模光纤紧凑绕制在直径为3 cm的超磁致伸缩材料Terfenol-D (Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95)结构上。利用质量因子为1.9×10⁷提升检测灵敏度,多圈绕制有利于外部磁扰动导致的光纤腔形变放大,而外部磁扰动导致Terfenol-D径向方向的伸缩,进而引起光纤腔长和共振频率的改变。实验结果表明,在158 mT的静磁增强下,直流磁场传感灵敏度为6.9 MHz/mT,交流磁场传感灵敏度为27.74 kHz/μT,系统本征噪声为623.298 nT/Hz^1/2@100 kHz。所提出的磁传感方案,及制备的传感系统在微弱信号的测试领域具有广阔的应用前景。     

对称螺旋嵌套型全光纤小电流传感器的直流特性

全光纤电流传感器提供了一种先进的非接触电流测量技术,由其良好的抗干扰性能等优点引起了广泛关注。然而,基于法拉第磁光效应的全光纤电流传感技术在绝缘诊断等领域的应用受到了很大的限制,主要原因是这种传感器技术在测量小电流信号时缺乏稳定性和可靠性。针对此问题,首先设计并建立了对称螺旋嵌套型全光纤小电流传感器实验系统,基于此实验系统对30 m A~6 A的直流电流进行测试,在此基础上研究法拉第磁光偏转角随测试电流的变化规律。然后应用COMSOL多模场耦合仿真软件对所设计的光纤传感系统的传输场进行模拟仿真,得到对称螺旋嵌套型全光纤电流传感器对法拉第磁光效应的响应度,发现这种结构与传统全光纤结构相比可提高灵敏度600倍左右。最后将实验结果与仿真结果进行对比分析,并研究了对称螺旋嵌套型结构的特性。结果表明,对称螺旋嵌套型全光纤小电流传感器可准确测量30 m A以上的小电流,解决了全光纤电流传感器无法准确测量10 A以下小电流的技术难题。未来将基于所建立的实验系统对传感器的潜在应用进行进一步的探索。     

一种光纤振动传感器的改进型相位解调方法研究

为消除干涉幅值对分布光纤振动传感系统在相位解调时的影响,提出了一种基于改进型相位生成载波(PGC)调制解调 技术的 Michelson 干涉仪型光纤振动传感解调系统。 其首先对 Michelson 干涉仪光纤振动传感系统的参考光纤上施加一定幅值 和频率的高频载波信号,完成对待测振动信号的高频调制。 而后通过零次谐波、一次谐波载频信号和低通滤波器还原出含有待 测振动信号的正弦项和余弦项。 最后通过对正弦项和余弦项的适当变换并相除解调出不含有干涉幅值的待测信号项。 通过仿 真与实验分析,提出的改进型 PGC 解调方案可以有效消除干涉幅值对解调输出信号产生的失真影响。     

GMM-FBG光纤电流传感器结构优化及温补模型

为解决FBG中心波长和GMM磁致伸缩系数温度敏感而影响GMM-FBG光纤电流传感器交流响应灵敏度和准确度的问题,提出在GMM-FBG传感模型中引入温度参数校准电流输出值的方法。依据法拉第电磁理论,采用有限元分析方法设计提高GMM磁耦率和均化磁场分布的磁路结构。构建波长解调系统实验平台,测试温度在20～70℃范围传感器不同电流对应的波长响应幅值,实验研究表明:GMM-FBG电流传感器灵敏度随温度升高而下降,且与被测电流值大小正相关。在分析传感器温度响应特性基础上,利用数学拟合方法建立了具有温度补偿系数的GMM-FBG电流传感数学模型,且将该模型用于40℃时60 A电流检测实验,电流检测准确度提高了4. 8%。     

利用光纤光栅传感器测量输电线路覆冰荷载试验

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全稳定运行,在现有力学测量线路荷载的基础上,建立了基于光纤光栅(FBG)传感器的输电线路覆冰在线监测系统。该系统利用光纤光栅作为传感载体,通过感知传感器金具的微应变,测量输电线路荷载;光纤作为传感信息传输载体,可在现有的光纤复合架空地线(OPGW)和光纤复合相线(OPPC)上实现。为验证系统测量输电线路覆冰后荷载变化的性能及可靠性,在±800 kV直流输电工程输电线段直线塔上进行了光纤光栅传感器测量输电线路模拟覆冰试验,试验结果表明:相较于电子式传感器,光纤传感器精度更高;测量灵敏度与金具的材料和截面积相关;光纤光栅温度补偿的精度直接影响测量精度。     

基于光学传感的交直流混合场一体化测量实现

针对交、直流混合场测量的问题,文中基于电光晶体Pockels效应设计了旋转式光学传感元件,该设计不仅适用于测量交直流混合场,而且抑制了测量中的波动和误差。分别推导了旋转式光学电场传感器测量直流电场、交流电场以及混合场时的传感原理。为了区分不同频率下的电场强度,将Hilbert-Huang时频变换技术应用到光学电场测量,并且给出不同频率下的测量方案。在光学一体化传感器标定后,对混合场进行测量,实验数据表明,所提出的光学电场一体化测量机制适用于准确地测量交、直流混合场。     

基于BOTDR的传感光纤温度效应研究

为研究基于布里渊光时域反射测量（BOTDR）原理的分布式传感光纤在工程应用中的温度效应,对十种单模传感光纤在不同应力状态和布设方式下的温度系数进行了标定,并对光纤的护套、温度循环、应力状态、布设方式和附着介质等因素对光纤传感性能的影响进行了分析。试验分析结果表明：不同光纤外层护套材料的热膨胀率和热稳定性是影响传感光纤温度效应及其稳定性的主要原因。普通光纤频移-温度曲线大多为折线形,且在低温下（约40℃～-10℃）的温度系数大于高温时的温度系数;光纤的温度敏感性与护套上的受力状态密切相关;附着于基质上的传感光纤的温度系数是纤芯-护套-基质三者变形协调的结果。     

Response of dairy cattle to transient voltages and magnetic fields

Stray voltages in dairy facilities have been studied since the 1970s. Previous research using steady-state AC and DC voltages has defined cow-contact voltage levels which may cause behavioral and associated production problems. This research was designed to address concerns over possible effects of transient voltages and magnetic fields on dairy cows. Dairy cow response to transient voltages and magnetic fields was measured. The waveforms of the transient voltages applied were: 5 cycles of 60 Hz AC with a total pulse time of 83 ms, 1 cycle of 60 Hz AC with a total pulse time of 16 ms, and 1 cycle of an AC square wave (spiking positive and negative) of 2 ms duration. Alternating magnetic fields were produced by passing 60 Hz AC fundamental frequency with 2nd and 3rd harmonic and random noise components in metal structures around the cows. The maximum magnetic field associated with this current flow was in excess of 4 G. A wide range of sensitivity to transient voltages was observed among cows. Response levels from 24 cows to each transient exposure were normally distributed. No responses to magnetic fields were observed     

双极MMC-HVDC系统站内接地故障特性及保护策略

针对双极柔性直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)交直流出口接地故障,研究了换流器闭锁后的电压电流暂态特性,并推导了故障分量的数学解析式。研究结果表明,交流出口发生单相接地故障时,换流器闭锁后非故障相上、下桥臂分别出现了过电压和过电流现象,并且交流侧电流出现直流偏置导致故障相短路电流不存在过零点。直流出口发生单极接地故障,换流器闭锁后桥臂短路电流主要由交流系统注入的稳态电流和上下桥臂电抗间衰减的环流构成。针对交流出口发生单相接地故障这一特殊的故障特性,提出了一种选相跳闸保护策略,解决了故障电流不存在过零点时交流断路器无法正常断开的难题。最后搭建了张北四端环网结构柔性直流电网仿真模型,仿真结果验证了换流器出口故障特性分析的准确性以及所提选相跳闸保护策略的有效性和可行性。     

Direct and converse magnetoelectric effect at resonant frequency in laminar piezoelectric-magnetostrictive composite

Laminar piezoelectric-magnetostrictive composites using piezoelectric lead zirconate titanate ceramics and the giant magnetostrictive rare-earth-iron alloy Terfenol-D were prepared by epoxy bonding. The direct and converse magnetoelectric (ME) effects at and off the mechanical resonant frequency were characterized and compared to the theoretical modelling. The mechanical resonant frequency of the composites depended on the sample orientation and the magnetic DC bias field. In the longitudinal configuration, the resonant frequency shifted down monotonically with the increasing bias field. When the sample was in the transverse configuration, the resonant frequency decreased with the increasing field at first. However, at higher bias, it shifted up with the increasing bias. A phenomenological model based on the ΔE effect of magnetostrictive materials is proposed to explain the observed phenomena.     

An AC and DC current sensor of high accuracy

A current sensor that can detect AC and DC currents with high accuracy of the same degree is presented. The detection characteristics are not degraded even when the sensor is exposed to large temperature variations and/or to external magnetic fields. The proposed sensor, which is named for the sensing principle it employs, will be referred to as the magnetic field controlled type or the zero magnetic field type of field and has the ability to fulfil the following specifications: (1) the sensor is a noncontacting type; (2) the operating frequency range covers from DC to several hundred hertz; (3) the dynamic range can be extended from several milliamperes to 100 A; (4) a detection accuracy of 0.01% full scale (FS) is guaranteed over the sensor's whole range; and (5) several sets of current sensor having the same detection characteristics are easily obtainable even if the B-H of the core to be used for each sensor is very different     

基于磁通门原理的零磁通交直流大电流传感器

文中基于磁通门技术和零磁通原理研究了一种交直流传感器。其利用聚磁环将一二次电流产生的磁场聚集并叠加,通过嵌入在聚磁环内部的高灵敏度磁通门传感器进行磁场检测,再通过高增益高带宽的功率放大电路输出,形成与一次电流相对应的二次电流。一、二次电流在聚磁环中产生大小相等、方向相反的磁场,最终能使聚磁环中的磁场为零,一、二次电流安匝数相等。同时,采用两个对称分布在聚磁环两边的磁通门传感器,提高系统对外界磁场的抗干扰能力。文章对传感器进行了交流误差、直流误差、阶跃响应、频率特性等试验测试,结果表明其在交直流下均满足0.01级要求。     

多片小尺寸Terfenol-D复合悬臂梁设计与实验

磁致伸缩式复合悬臂梁工作过程中,所粘贴的功能材料层承受张力。当弯曲挠度较大时易导致主动伸缩层断裂。针对这一问题,提出了一种新型的磁致伸缩式复合悬臂梁,采用多片小尺寸Terfenol-D薄片驱动,设计了磁路,并分别设置了提供偏置磁场的偏置线圈和提供驱动磁场的驱动线圈。对悬臂梁的动静态性能进行了测试,实验表明随着驱动频率的增高,悬臂梁磁滞环呈现增大趋势,但在一阶固有频率附近,即受共振影响区域,磁滞环反而会减小。     

高电压技术在制冷设备除霜中的应用

为解决制冷系统除霜技术存在的问题,介绍了利用高压静电场技术及扫频高压交流电场技术在制冷系统中除霜的机理及研究进展,基于电流体动力学理论分析了霜晶分别在自然生长以及受高压静电场影响两种情况下不同的生长特性、机理和高压静电场中影响霜沉积量的主要电场参数,以及影响扫频高压交流电场技术除霜效率和能耗的主要参数。研究表明:电压及电场极性对高压静电场除霜的效率影响显著,频宽及交流电场持续施加的时间则是影响扫频高压交流电场除霜效率及能耗的主要电场参数;扫频高压交流电场除霜技术相比于静电场除霜技术,在除霜效率上更高,但能耗上处于劣势。最后,从除霜效率及能耗角度出发,提出了进一步深入研究的方向。     

光纤瞬态磁场传感器的研究及其应用

为了对超高压变电站的开关瞬态磁场进行有效的测量，该文研制了一套光纤瞬态磁场传感器。采用单匝线圈作为磁场探头，利用光纤作为信号传输通路，解决了强电磁干扰环境内的瞬态磁场测量问题。提出了数字频率均衡方法，满足了变电站开关瞬态磁场测量对传感器的宽频带要求。实验室测试和现场应用表明，该传感器在频带宽度、测量范围、线性度和抗电磁干扰性能等方面，均可满足变电站开关瞬态磁场测量的要求。将该传感器应用于我国某500kV变电站开关操作和电抗器投切操作产生的瞬态磁场测量，取得了满意的结果。