OFDR中基于磁致伸缩的分布式光纤电流传感器

分布式光纤电流传感器技术，特别是在基于磁致伸缩原理和光学频率域反射测量（OFDR）技术相结合的情况下，近年来已经成为电力系统和工业控制领域高度关注的热点。此类传感器具有多种显著优势，如抗电磁干扰、轻便、体积小、高灵敏度、宽带宽、紧凑以及信号光传输方便等特点，因而相比传统电流传感器更适合应用于这些领域。 要理解OFDR中的基于磁致伸缩的分布式光纤电流传感器，我们首先需要了解几个关键技术和概念：磁致伸缩效应、OFDR技术、Rayleigh背散射光谱（RBS）以及传感材料的选择等。 磁致伸缩效应指的是材料在磁场作用下发生的尺寸变化现象。对于光纤电流传感器而言，这种效应意味着当一个电流通过电线产生磁场变化时，附着在光纤上的磁致伸缩材料会感应到磁场变化并引起光纤的微小尺寸变化，从而间接测量电流。 OFDR技术是一种先进的光纤测量技术，它通过在光纤中注入已知频率的光，并分析返回信号的频率域特性，实现对光纤沿线的分布式测量。利用这种方法，可以精确地检测到沿光纤分布的光散射特性，从而获取沿线的各种物理参数信息。 Rayleigh背散射光谱（RBS）是光纤内部散射的一种形式，由于散射过程与光纤材料的局部结构和应力状态有关，因此可以通过分析RBS的变化来监测光纤的应变变化。 在文章中提到的传感器中，磁致伸缩Fe-Co-Valloy薄膜作为传感材料被附着在一个63米长的标准单模光纤（SMF）上。通过测量RBS的频移，能够检测到由磁场变化引起的SMF的应变变化，而磁场的变化是与电力线路中的电流变化成正比的，因此可以测量出电流。 实验中，研究者使用该方法测得电流范围在0到11.8A和0到12.14A，且能够获得分布式电流轨迹。实验结果表明，RBS频移与电流变化之间存在线性关系，最小可测量的电流变化为0.3A，当传感空间分辨率为14厘米时。 研究还指出，根据传感原理，光纤电流传感器可以分为几个类别，例如基于法拉第效应的方法。因为石英光纤的Verdet常数非常小，通常需要非常长的光纤来提高灵敏度。然而，减少光纤中的双折射现象也是该技术需要克服的问题。 通过这些技术手段，我们可以实现对电力系统或工业控制领域的电流进行非接触式的分布式测量，这不但提高了测量的安全性，也大大增强了测量的准确性和可靠性。基于磁致伸缩的分布式光纤电流传感器的出现，预示着未来在电力系统监控、工业自动化、以及大型电气设备保护等方面有着广阔的应用前景。