杠杆式GMM-FBG电流传感器的仿真设计

发布时间：2025-04-18 03:29

　　 为了提高GMM-FBG电流传感器的电流响应灵敏度,设计了一种新型杠杆式GMM-FBG光纤电流传感器。应用杠杆原理,使布拉格光纤光栅受力增大,从而提高GMM-FBG电流传感器的灵敏度。构建了传感器的理论模型,对传感器性能进行了分析;采用COMSOL有限元数值分析法,建立了传感器三维模型,针对传感器的关键参数进行仿真优化。仿真结果表明,当设计传感器中GMM是半径为1mm,高度为26mm的圆柱,不锈钢条的尺寸为32mm×1.4mm×2mm时,在0～100A输入电流范围内,线性度为0.999,灵敏度0.0406nm/A;当FBG解调仪的分辨率为1.64pm时,传感器最小可测的电流为0.04 A。

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【部分图文】：

图1 GMM-FBG电流传感器示意图

图1所示为新型杠杆式GMM-FBG电流传感器的结构示意图。传感器采用环形硅钢片,可以汇聚导线周围的磁场,形成聚磁回路,切割部分环形硅钢片,形成缺口用于放置敏感单元。圆柱形GMM上端面与缺口上端面相粘贴,下端面与不锈钢板一侧相粘贴。不锈钢另一侧和FBG采用环氧树脂粘贴,FBG另一端....

图2 仿真几何模型示意图

建立三维几何模型,GMM-FBG电流传感器的模型如图2所示。建立圆柱1为长直流导线;建立硅钢片模型,内径50mm,外径90mm,厚度为12mm,缺口为长度为28mm;建立圆柱2为仿真求解域;建立圆柱3为GMM,半径为1mm,高度h1为25mm;建立圆柱4为裸光纤,半径为0.01m....

图4 GMM位移量Δl1与GMM高度h1之间的关系

考虑到缺口高度为28mm、导线的半径为10mm、FBG有效长度l3为10mm,所以GMM的高度h1可选范围为25～27.5mm。由图4可知,在被测电流I=100A,偏置磁场Br不变的情况下,GMM的高度h1在25～27.5mm范围内,GMM位移量Δl1在0.005422～0.....

图5 GMM位移量Δl1与GMM半径之间的关系

因为硅钢片的厚度为12mm和粘贴的便利性,所以可选择的GMM半径范围为1～5mm。由图5可知,在被测电流I=100A,偏置磁场不变Br的情况下,GMM半径在1～5mm之间,GMM的位移量Δl1在0.005817～0.001278mm之间变化,GMM的半径选择为1mm。

本文编号：4040453