0 引言

　　随着电网向智能化、数字化和信息化的方向发展，电流参数的监测对保证电网系统安全和高效运行具有重要支撑作用[1-2]。传统电磁式电流传感器在实际应用中存在响应速度低、结构复杂、动态测量范围窄和智能化升级费用高等问题，而光纤型电流传感器因其体积小、抗电磁干扰、高动态性能、易复用和兼容通信网等优势引起了许多研究者的关注[3-5]。

　　近年来，为了提升光纤电流传感器的灵敏度，光纤结合磁场敏感材料的设计成了该领域研究的热点。基于磁场敏感材料的光纤型电流传感器是将电流造成环境磁场变化引起的磁场敏感材料本身特性的改变量传递到光纤，从而引起光纤中光的波长、相位或者强度发生相应变化。光纤型电流传感器中使用的磁敏材料包括超磁致伸缩材料、磁光材料和磁流体材

料[6-7]。根据磁光材料的法拉第效应，LI Y等人[8]提出了一种基于磁光玻璃的条状拼接结构的光纤电流传感器，虽然采用2种倾斜角为45°的光纤电流传感器减少了磁光材料的外界磁场干扰误差，但受限于法拉第旋转角的范围，且该类传感器动态范围小且成本昂贵，系统结构复杂。WANG Q等人[9]利用电流产生的磁场来降低磁流体材料薄膜的插入损耗，设计了一种结合磁流体薄膜的光纤环路腔衰荡技术的光纤电流传感器，在0~1.2 A的直流电流范围实现了3 mA/μs的灵敏度，但磁流体材料易受环境温度影响，长期工作稳定性差。超磁致伸缩材料特有的磁致伸缩效应对磁场有较高的响应速度和稳定性。光纤布喇格光栅（FBG）对外界环境的感知能够实现应力、温度等参数的传感测量，因此，在电流产生的磁场环境下，利用FBG感知超磁致伸缩材料的应变从而制备光纤电流传感器已成为电流传感器领域重要的一部分。SATPATHI D等人[10]使用超磁致伸缩材料Terfenol-D并结合FBG实现了10~1000 A电流范围的交流电流监测，但该设计需要2个探测支路，系统复杂，线性区为100~1000 A，并且可测相移量较小，仅为30°，相移量的相干检测增加了测量的难度。ZHAO H等人[11]在超磁致伸缩材料薄膜上粘贴2个初始波长相同的FBG，并将其放置在具有相同磁场偏置但方向相反的磁路中，在-170 ~170 A的电流范围检测到2个FBG的波长差产生的线性偏移量为-0.3~0.3 nm，但该设计中2个相同尺寸的超磁致伸缩材料和相同初始波长的FBG对器件的精度提出了更高的要求。DANTE A等人[12]首先将Terfenol-D 材料内置于2个环形材料的中心从而形成电流感应环，然后将FBG固定在Terfenol-D材料上以监测电流，该传感结构在50~400 A的电流范围灵敏度最大仅为0.366 pm/A，但其设计复杂且成本较高。为了进一步提升基于FBG电流传感器的灵敏度，简化系统结构，本文设计一种基于超磁致伸缩材料Terfenol-D的FBG电流传感器。

4 结束语

　　本文提出了一种基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感器，通过磁致伸缩材料在通电螺线管磁场作用下的伸缩对FBG产生拉力作用从而改变光栅波长，在0~5 A的电流范围，所提传感器的最大电流传感灵敏度达0.184 nm/A，印证了本文设计的FBG电流传感器的可行性和应用潜力。