面向新型电力系统的微磁场光学感知技术

张嘉伟; 魏晓飞; 蒙轩; 付庚; 叶子帆

doi:10.15961/j.jsuese.202200930

工程科学与技术 ›› 2023, Vol. 55 ›› Issue (04) : 3 -10. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200930

面向新型电力系统的微磁场光学感知技术

张嘉伟, 魏晓飞, 蒙轩, 付庚, 叶子帆

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摘要

随着新型电力系统的加速建设以及电力设备智能化程度的不断提升，电力设备的低碳化和数字化成为重要发展方向。其中，准确测量电力系统电工装备磁场分布是评估其健康状况、计算能量损耗、优化结构设计的关键。针对目前电工装备磁场的测量需求和环保型电力设备的监测瓶颈，本文设计了一种无源全光纤磁场传感器。该传感器将磁–机换能电介质与法布里–珀罗（fabry–pérot, F–P）光学干涉腔相耦合，实现了外磁场的高精度无源测量。首先，根据F–P干涉原理设计了非本征型F–P干涉结构。其次，测试并分析了不同封装材料对传感器磁传感特性的影响。随后，测试传感器在直流磁场下的传感性能，研究了传感器直流磁场测量范围的影响因素，实现了更宽范围的磁场测量。最后，根据电力系统下交流磁场的测试需求，对传感器在交流磁场下的动态跟随性能进行测试。结果表明：该传感器可实现交直流磁场的实时测量，测量范围为0～120 mT，灵敏度为447 pm/mT，分辨率为17μT。对50 Hz以下的交流磁场具有良好的动态跟踪性能。证明了将其应用于新型电力系统无源磁场测量的可行性。本文所提出的光纤磁场传感器具有测量范围广的优点，具有无源测量特性，无需更换传感器电池，且无需感应取电，满足低碳电力系统的发展要求。