面向新型电力系统的微磁场光学感知技术

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。