CN115541956A - 一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***及方法 - Google Patents

一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***及方法 Download PDF

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CN115541956A CN202211288257.2A CN202211288257A CN115541956A CN 115541956 A CN115541956 A CN 115541956A CN 202211288257 A CN202211288257 A CN 202211288257A CN 115541956 A CN115541956 A CN 115541956A
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许少毅
孙俊雯
周公博
朱真才
李威
王承涛
邢方方
余显浪
孙天山
陈迎新
范俊展
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Abstract

本发明提出一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，该传感器***的磁路单元由导线、光纤光栅、磁致伸缩复合材料、导磁体、线圈和直流电源组成，采集单元由光纤光栅解调仪和计算机组成。其中，磁致伸缩复合材料设置为对称阶梯梁结构，导磁体一端设置为阶梯结构，另一端设置为平面结构；线圈与直流电源连接，直流电源的输出电流通过线圈为磁致伸缩复合材料提供偏置磁场。与传统光纤电流传感器相比，本发明所述传感器通过磁致伸缩材料和导磁体的阶梯型设计实现聚磁，显著提高了传感器的灵敏度，通过可调线圈施加不同偏置磁场，使传感器在不同测量范围内都具备线性，扩宽了线性范围。

Description

一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***及方法
技术领域
本发明属于地下空间电流测量领域，尤其涉及一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***及方法。
背景技术
目前，地下轨道交通***采用直流牵引供电***，牵引电流在回流的过程中，由于走行轨与大地无法做到完全绝缘，部分电流会从走行轨中泄露到周边介质。泄漏电流对地下空间中的结构钢筋、埋地金属管道等会造成严重的电化学腐蚀，尤其在煤矿辅助运输***中，当电机车在轨道上行走，一旦有电流泄漏就容易诱发矿井瓦斯、煤尘***事故等风险。因此，对地下空间电流泄漏监测是至关重要的。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，该传感器***聚磁效果好，偏置磁场可调，成本低。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，该传感器***包括磁路单元和采集单元，其中，磁路单元包括导线(1)、导磁体(2)、线圈(3)、直流稳压电源(4)、磁致伸缩复合材料磁感元件(5)和光纤光栅(6)；采集单元包括光纤光栅解调仪(7)和计算机(8)；所述磁致伸缩复合材料磁感元件(5)包括第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)，并且第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)为阶梯型结构，阶梯数为3，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端一体成型连接；
所述导线(1)位于导磁体(2)内环的正中心，所述导磁体(2)由两块呈对称分布的圆环状电磁纯铁(21)和一块长方体电磁纯铁(22)组成，每块圆环状电磁纯铁(21)一端是阶梯型磁路结构，阶梯数为3，另一端是平面磁路结构，所述长方体电磁纯铁(22)两端与两块圆环状电磁纯铁(21)的平面磁路结构连接，长方体电磁纯铁(22)上缠绕有多匝线圈(3)，线圈(3)的一端与直流稳压电源(4)的正极连接，另一端与直流稳压电源(4)的负极连接；所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与其中一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接，所述第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与另外一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接；
所述光纤光栅(6)一端粘贴在第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)连接的阶梯端表面中心位置，另一端与光纤光栅解调仪(7)相连，光纤光栅解调仪(7)通过数据连接线与计算机(8)相连。
优选的，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端一体成型连接的总长度为10mm，总厚度为1mm，总宽度为10mm。
优选的，所述圆环状电磁纯铁(21)和长方体电磁纯铁(22)为DT4C材料，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与其中一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接接触面积为100mm2，所述第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与另外一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接接触面积为100mm2，圆环状电磁纯铁(21)另一端的平面磁路结构与长方体电磁纯铁(22)接触的横截面积为180mm2。
优选的，通过对线圈(3)通电，使线圈(3)产生磁场，为磁致伸缩复合材料(5)磁感元件提供偏置磁场。
优选的，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)是由Terfenol-D粉末、环氧树脂、固化剂和偶联剂按比例均匀混合制作而成，其中，Terfenol-D粉末与环氧树脂的比例为5:1，环氧树脂与固化剂的比例为3:1，偶联剂占整个混合物的2％。
此外，本发明还提出一种根据上述的一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***的传感信号解调方法，该方法包括如下步骤：
(1)：电源给导线(1)供电，导线(1)得电后在导线(1)周围形成环形磁场，导磁体(2)将环形磁场聚集后传递给磁致伸缩复合材料磁感元件(5)，根据安培环路定律对所述传感器进行建模，获取所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)或第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯上的磁场H1，具体为：
Figure BDA0003900240480000031
式中，μ1第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的磁导率，μ2为导磁体(2)的磁导率；
所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫为三阶凸榫，按凸榫的榫底面积从小至大依次为第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫；l1为第一阶凸榫的高度，S1为第一阶凸榫的榫底面积，l2为第二阶凸榫和第三阶凸榫的高度，S2为第二阶凸榫的榫底面积，S3为第三阶凸榫的榫底面积；
所述圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫为三阶凸榫，按凸榫的榫底面积从小至大依次为第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫，圆环状电磁纯铁(21)的第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫的高度相等为l3，所述S4、S5、S6分别为第一阶凸榫的榫底面积、第二阶凸榫的榫底面积，第三阶凸榫的榫底面积；
l4为长方体电磁纯铁(22)的一半长度；
l为每一块圆环状电磁纯铁(21)圆环的环形长度；
I1为导线(1)的电流；
(2)：直流稳压电源(4)给线圈(3)通电，线圈(3)通电后产生磁场，线圈(3)产生的磁场沿着导磁体(2)传递到磁致伸缩复合材料磁感元件(5)，对磁致伸缩复合材料磁感元件(5)提供偏置磁场，线圈(3)提供的偏置磁场通过下式计算得到：
Figure BDA0003900240480000032
式中，N为线圈匝数，I2为给线圈通电的电流，Le为长方体电磁纯铁(22)的长度；
(3)：磁致伸缩复合材料磁感元件(5)在两个磁场的作用下产生应变，磁致伸缩复合材料磁感元件(5)产生的应变导致贴在表面的光纤光栅(6)的中心波长发生变化，波长变化量△λB如下式所示：
Figure BDA0003900240480000033
式中，λB1为未受磁场时的中心波长长度，λB2为受两个磁场作用时的中心波长长度，neff是光纤光栅的有效折射率，Λ为光栅周期，Pe为光纤有效光弹系数，L为光纤光栅的有效长度，k为磁致伸缩复合材料磁感元件(5)的磁致伸缩系数；
(4)：光纤光栅解调仪(7)对光纤光栅(6)返回的信号进行数据放大和采集，采集后的数据发送到计算机(8)并进行信号处理和计算，最终解调出被测传感器的信号，实现导线(1)电流的测量。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
本发明公开的技术方案可实现偏置磁场可调，同时磁致伸缩复合材料中间位置处的磁通密度更为集中。并且，本发明技术方案既提高了传感器的灵敏度，又降低了传感器的成本。
附图说明
图1是传感器的***示意图；
图2是传感器的结构图；
图3是磁致伸缩复合材料总长度，总宽度，总厚度示意图；
图4是磁致伸缩复合材料阶梯的长度和横截面积示意图；
图5是每块圆环状电磁纯铁一端是阶梯型磁路结构的阶梯的长度和横截面积示意图；
图中：1、导线，2、导磁体，3、线圈，4、直流稳压电源，5、磁致伸缩复合材料磁感元件，6、光纤光栅，7、光纤光栅解调仪，8、计算机，21、圆环状电磁纯铁，22、长方体电磁纯铁，5-1、第一磁致伸缩复合材料磁感元件，5-2、第二磁致伸缩复合材料磁感元件。
具体实施方式
下面结合附图对本专利的具体实施方式作进一步的说明。
图1是传感器的***示意图。如图1所示，本发明提出一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，该传感器***包括磁路单元和采集单元，其中，磁路单元包括导线(1)、导磁体(2)、线圈(3)、直流稳压电源(4)、磁致伸缩复合材料磁感元件(5)和光纤光栅(6)；采集单元包括光纤光栅解调仪(7)和计算机(8)；所述磁致伸缩复合材料磁感元件(5)包括第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)，并且第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)为阶梯型结构，阶梯数为3，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端一体成型连接；
所述导线(1)位于导磁体(2)内环的正中心，所述导磁体(2)由两块呈对称分布的圆环状电磁纯铁(21)和一块长方体电磁纯铁(22)组成，每块圆环状电磁纯铁(21)一端是阶梯型磁路结构，阶梯数为3，另一端是平面磁路结构，所述长方体电磁纯铁(22)两端与两块圆环状电磁纯铁(21)的平面磁路结构连接，长方体电磁纯铁(22)上缠绕有多匝线圈(3)，线圈(3)的一端与直流稳压电源(4)的正极连接，另一端与直流稳压电源(4)的负极连接；所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与其中一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接，所述第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与另外一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接；
所述光纤光栅(6)一端粘贴在第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)连接的阶梯端表面中心位置，另一端与光纤光栅解调仪(7)相连，光纤光栅解调仪(7)通过数据连接线与计算机(8)相连。
所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端一体成型连接的总长度为10mm，总厚度为1mm，总宽度为10mm。
所述圆环状电磁纯铁(21)和长方体电磁纯铁(22)为DT4C材料，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与其中一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接接触面积为100mm2，所述第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与另外一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接接触面积为100mm2，圆环状电磁纯铁(21)另一端的平面磁路结构与长方体电磁纯铁(22)接触的横截面积为180mm2。
通过对线圈(3)通电，使线圈(3)产生磁场，为磁致伸缩复合材料(5)磁感元件提供偏置磁场。
所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)是由Terfenol-D粉末、环氧树脂、固化剂和偶联剂按比例均匀混合制作而成，其中，Terfenol-D粉末与环氧树脂的比例为5:1，环氧树脂与固化剂的比例为3:1，偶联剂占整个混合物的2％。
此外，本发明还提出一种根据上述的一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***的传感信号解调方法，该方法包括如下步骤：
(1)：电源给导线(1)供电，导线(1)得电后在导线(1)周围形成环形磁场，导磁体(2)将环形磁场聚集后传递给磁致伸缩复合材料磁感元件(5)，根据安培环路定律对所述传感器进行建模，获取所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)或第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯上的磁场H1，具体为：
Figure BDA0003900240480000061
式中，μ1第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的磁导率，μ2为导磁体(2)的磁导率；
所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫为三阶凸榫，按凸榫的榫底面积从小至大依次为第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫；l1为第一阶凸榫的高度，S1为第一阶凸榫的榫底面积，l2为第二阶凸榫和第三阶凸榫的高度，S2为第二阶凸榫的榫底面积，S3为第三阶凸榫的榫底面积；
所述圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫为三阶凸榫，按凸榫的榫底面积从小至大依次为第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫，圆环状电磁纯铁(21)的第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫的高度相等为l3，所述S4、S5、S6分别为第一阶凸榫的榫底面积、第二阶凸榫的榫底面积，第三阶凸榫的榫底面积；
l4为长方体电磁纯铁(22)的一半长度；
l为每一块圆环状电磁纯铁(21)圆环的环形长度；
I1为导线(1)的电流；
(2)：直流稳压电源(4)给线圈(3)通电，线圈(3)通电后产生磁场，线圈(3)产生的磁场沿着导磁体(2)传递到磁致伸缩复合材料磁感元件(5)，对磁致伸缩复合材料磁感元件(5)提供偏置磁场，线圈(3)提供的偏置磁场通过下式计算得到：
Figure BDA0003900240480000062
式中，N为线圈匝数，I2为给线圈通电的电流，Le为长方体电磁纯铁(22)的长度；
(3)：磁致伸缩复合材料磁感元件(5)在两个磁场的作用下产生应变，磁致伸缩复合材料磁感元件(5)产生的应变导致贴在表面的光纤光栅(6)的中心波长发生变化，波长变化量△λB如下式所示：
Figure BDA0003900240480000071
式中，λB1为未受磁场时的中心波长长度，λB2为受两个磁场作用时的中心波长长度，neff是光纤光栅的有效折射率，Λ为光栅周期，Pe为光纤有效光弹系数，L为光纤光栅的有效长度，k为磁致伸缩复合材料磁感元件(5)的磁致伸缩系数；
(4)：光纤光栅解调仪(7)对光纤光栅(6)返回的信号进行数据放大和采集，采集后的数据发送到计算机(8)并进行信号处理和计算，最终解调出被测传感器的信号，实现导线(1)电流的测量。
如图2所示，所述磁致伸缩复合材料磁感元件(5)为阶梯型设计，磁致伸缩复合材料磁感元件(5)的材料总长度为10mm，材料总厚度为1mm，材料总高度为10mm。阶梯型可以将磁力线集中在磁致伸缩复合材料磁感元件(5)的中心位置，提高磁致伸缩复合材料磁感元件(5)中心位置的磁场强度，从而提高光纤电流传感器的灵敏度。
所述磁致伸缩复合材料磁感元件(5)为光纤电流传感器的传感头，通过改变磁致伸缩复合材料磁感元件(5)的结构参数可以提高磁致伸缩复合材料磁感元件(5)中心位置的磁场强度，比如增加磁致伸缩复合材料(5)的阶梯个数或者减少磁致伸缩复合材料磁感元件(5)的材料厚度、材料长度和材料高度。
所述圆环状电磁纯铁(21)和长方体电磁纯铁(22)为DT4C材料，圆环状电磁纯铁(21)一端是阶梯型磁路结构，阶梯数为3，与磁致伸缩复合材料磁感元件(5)接触的横截面积为100mm2，阶梯型磁路结构可以聚集磁场。圆环状电磁纯铁(21)另一端是平面磁路结构，与长方体电磁纯铁(22)接触的横截面积为180mm2。因此，磁致伸缩复合材料磁感元件(5)放置在两块圆环状电磁纯铁(21)的阶梯结构中间处，可以使磁致伸缩复合材料磁感元件(5)的磁通密度得到提升。
所述磁致伸缩复合材料磁感元件(5)是由Terfenol-D粉末、环氧树脂、固化剂和偶联剂按比例均匀混合制作的，其中Terfenol-D粉末与环氧树脂的比例为5:1，环氧树脂与固化剂的比例为3:1，偶联剂占整个混合物的2％。环氧树脂的作用是用来粘结Terfenol-D粉末颗粒，偶联剂的作用是增强Terfenol-D粉末颗粒与环氧树脂的粘结力。偶联剂处理Terfenol-D粉末采用的是整体混掺法，比表面处理法简单易操作。

Claims (8)

1.一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，其特征在于，该传感器***包括磁路单元和采集单元，其中，磁路单元包括导线(1)、导磁体(2)、线圈(3)、直流稳压电源(4)、磁致伸缩复合材料磁感元件(5)和光纤光栅(6)；采集单元包括光纤光栅解调仪(7)和计算机(8)；所述磁致伸缩复合材料磁感元件(5)包括第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)，并且第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)为阶梯型结构，阶梯数为3，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端一体成型连接；
所述导线(1)位于导磁体(2)内环的正中心，所述导磁体(2)由两块呈对称分布的圆环状电磁纯铁(21)和一块长方体电磁纯铁(22)组成，每块圆环状电磁纯铁(21)一端是阶梯型磁路结构，阶梯数为3，另一端是平面磁路结构，所述长方体电磁纯铁(22)两端与两块圆环状电磁纯铁(21)的平面磁路结构连接，长方体电磁纯铁(22)上缠绕有多匝线圈(3)，线圈(3)的一端与直流稳压电源(4)的正极连接，另一端与直流稳压电源(4)的负极连接；所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与其中一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接，所述第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与另外一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接；
所述光纤光栅(6)一端粘贴在第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)连接的阶梯端表面中心位置，另一端与光纤光栅解调仪(7)相连，光纤光栅解调仪(7)通过数据连接线与计算机(8)相连。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，其特征在于，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端一体成型连接的总长度为10mm，总厚度为1mm，总宽度为10mm。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，其特征在于，所述圆环状电磁纯铁(21)和长方体电磁纯铁(22)为DT4C材料，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与其中一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接接触面积为100mm2，所述第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最大的阶梯端与另外一块圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯端连接接触面积为100mm2，圆环状电磁纯铁(21)另一端的平面磁路结构与长方体电磁纯铁(22)接触的横截面积为180mm2。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，其特征在于，通过对线圈(3)通电，使线圈(3)产生磁场，为磁致伸缩复合材料(5)磁感元件提供偏置磁场。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***，其特征在于，所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)是由Terfenol-D粉末、环氧树脂、固化剂和偶联剂按比例均匀混合制作而成，其中，Terfenol-D粉末与环氧树脂的比例为5:1，环氧树脂与固化剂的比例为3:1，偶联剂占整个混合物的2％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种煤矿等地下空间光纤电流传感器***的传感信号解调方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)：电源给导线(1)供电，导线(1)得电后在导线(1)周围形成环形磁场，导磁体(2)将环形磁场聚集后传递给磁致伸缩复合材料磁感元件(5)，根据安培环路定律对所述传感器进行建模，获取所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)或第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫的榫底面积最小的阶梯上的磁场H1，具体为：
Figure FDA0003900240470000021
式中，μ1第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的磁导率，μ2为导磁体(2)的磁导率；
所述第一磁致伸缩复合材料磁感元件(5-1)和第二磁致伸缩复合材料磁感元件(5-2)的台阶凸榫为三阶凸榫，按凸榫的榫底面积从小至大依次为第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫；l1为第一阶凸榫的高度，S1为第一阶凸榫的榫底面积，l2为第二阶凸榫和第三阶凸榫的高度，S2为第二阶凸榫的榫底面积，S3为第三阶凸榫的榫底面积；
所述圆环状电磁纯铁(21)的台阶凸榫为三阶凸榫，按凸榫的榫底面积从小至大依次为第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫，圆环状电磁纯铁(21)的第一阶凸榫、第二阶凸榫和第三阶凸榫的高度相等为l3，所述S4、S5、S6分别为第一阶凸榫的榫底面积、第二阶凸榫的榫底面积，第三阶凸榫的榫底面积；
l4为长方体电磁纯铁(22)的一半长度；
l为每一块圆环状电磁纯铁(21)圆环的环形长度；
I1为导线(1)的电流；
(2)：直流稳压电源(4)给线圈(3)通电，线圈(3)通电后产生磁场，线圈(3)产生的磁场沿着导磁体(2)传递到磁致伸缩复合材料磁感元件(5)，对磁致伸缩复合材料磁感元件(5)提供偏置磁场，线圈(3)提供的偏置磁场通过计算得到；
(3)：磁致伸缩复合材料磁感元件(5)在两个磁场的作用下产生应变，磁致伸缩复合材料磁感元件(5)产生的应变导致贴在表面的光纤光栅(6)的中心波长发生变化；
(4)：光纤光栅解调仪(7)对光纤光栅(6)返回的信号进行数据放大和采集，采集后的数据发送到计算机(8)并进行信号处理和计算，最终解调出被测传感器的信号，实现导线(1)电流的测量。
7.根据权利要求6所述的传感信号解调方法，其特征在于，步骤(2)中的线圈(3)提供的偏置磁场通过下式计算得到：
Figure FDA0003900240470000031
式中，N为线圈匝数，I2为给线圈通电的电流，Le为长方体电磁纯铁(22)的长度。
8.根据权利要求7所述的传感信号解调方法，其特征在于，波长变化量△λB如下式所示：
Figure FDA0003900240470000032
式中，λB1为未受磁场时的中心波长长度，λB2为受两个磁场作用时的中心波长长度，neff是光纤光栅的有效折射率，Λ为光栅周期，Pe为光纤有效光弹系数，L为光纤光栅的有效长度，k为磁致伸缩复合材料磁感元件(5)的磁致伸缩系数。
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