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Rogowski线圈的FBG电流传感器研究
摘要：
本文探讨了Rogowski线圈和FBG（光纤布喇格光栅）相结合的电流传感器。首先介绍了Rogowski线圈和FBG的基本原理和特点，然后详细阐述了两者结合的电流传感器的实现方法及其应用。同时，对这种传感器的优点和局限进行了分析和讨论。最后，提出了进一步完善和改进这种传感器的方向和意见。
关键词：Rogowski线圈，FBG，电流传感器，特点，应用，优点与局限
一、引言
光纤传感技术是近年来兴起的一种新型科技，与传统的电子传感技术相比，具有更高精度、更快速、更稳定的特点。其中，光纤布喇格光栅（FBG）作为光纤传感的一种新颖结构，被广泛应用于各种测量场合。而在电力行业，电流传感器一直是重要的装备之一，也是为了能够更好地满足当前电力系统中对电能质量和安全运行的要求而不断发展的一个领域。
Rogowski线圈（Rogowskicoil）是一种测量交流电流的感应器，它广泛应用于电力系统的各个环节，如电能计量、电流互感器、保护装置等等。它的主要特点是测量精度高、线性度好、灵敏度高、频率响应宽等，而且，由于其不易产生磁场，因此不影响被测物体的电磁环境。它的应用范围非常广泛。但是，Rogowski线圈的制作和安装要求较高，成本也较高，而且不适用于直流电。而光纤传感技术则可以弥补这些缺陷。
FBG是一种用于测量光纤应变和温度的新型传感器，它通过光纤的光纤激光束和光栅结构，并用光谱仪测量材料的光谱反射，来测量现场物理环境的参数。与传统的电子传感技术相比，FBG具有更高的精度和稳定性。
通过将Rogowski线圈和FBG相结合，可以实现更加全面和准确的电流测量。本文将侧重于探讨Rogowski线圈和FBG相结合的电流传感器的实现方法及其应用。
二、Rogowski线圈和FBG的基本原理和特点
1.Rogowski线圈的基本原理和特点
Rogowski线圈是一种电流传感器，它是在Ampere定律的基础上构造的。Ampere定律指出，当一束电流通过闭合的轮廓时，它产生的磁场强度的环路积分等于该环路中穿过的电流的总和。因此，Rogowski线圈可以测量通过其内部的电流。
Rogowski线圈的输出电压与流过线圈的电流和线圈的面积有关，而与线圈的长度无关。因此，线圈的形状可以根据实际需要进行设计。在Rogowski线圈的正常运行中，线圈的电阻很小，因此输出电压可以认为是电流的导数，即：
V(t)=-L(dI(t)/dt)
其中，V(t)是线圈的输出电压，I(t)是通过线圈的电流，L是线圈的自感系数。
Rogowski线圈具有如下的特点：
（1）磁场强度低；
（2）线圈具有灵敏度高的特点，其测量范围达到1000A和更高；
（3）线圈具有良好的非线性度和频率响应。
2.FBG的基本原理和特点
FBG是一种光纤布喇格光栅，是由一系列周期性的折射率变化构成的，用来对光谱进行滤波。光纤布喇格光栅是由折射率被周期性剖分而形成的，在光纤内形成一个类似于“棱镜”或“反射镜”的结构，由此产生的相长干涉，可引起光的频率选择性反射。光纤布喇格光栅通过光谱分析仪和光源的控制，来达到测量温度、压力、应变等物理参数的目的。
FBG的基本原理如下：
1.光纤波导将输入的激光光线导入光纤内。
2.光纤波导中的一段纳米级光栅反射器，阻挡了一小部分光的通过。
3.队发射光束形成的干涉图案进行分光，达到谱线分离的目的。
4.通过测量光线波长的变化，就可以测量被测物体的温度、压力、形变等物理参数。
FBG的特点如下：
（1）对光波的反射能够随着测量物理量的变化而变化，因此能够实现对多种物理量的测量；
（2）FBG领域发展逐渐完善，可为实际应用中的需要提供更加精确的测量结果；
（3）FBG传感器可重复使用，故成本更低。
三、Rogowski线圈和FBG相结合的电流传感器的实现方法及其应用
将Rogowski线圈和FBG相结合的电流传感器的实现主要包括以下两个步骤：
1.将FBG嵌入到Rogowski线圈中。这一步骤的主要目的是在Rogowski线圈中加入FBG，以提高线圈的测量精度。FBG可以直接固定在线圈的绝缘层上，也可以放置在揭示突出的导线上，以便测量内部电阻和感应电压，同时保留测量电流的灵敏度和精度。
2.线圈校准。这一步是为了实现传感器的准确定量测量。
Rogowski线圈和FBG相结合的电流传感器在电力系统中的应用主要包括以下几个方面：
1.电网负荷测量和监视：电力系统中经常使用的Rogowski线圈被添加了FBG，可实现电网负荷的实时测量和监视。通过测量电网中的电流，可以实现对电网长期运行情况的监控，并及时推出调整的措施，避免电网故障。
2.电气设备运行管理：通过FBG传感器，可以对各种电气设备进行监测和管理。例如，将Rogowski