Sagnac式光纖電流互感器研究.pdf

1、光纖電流互感器是一種測量電網(wǎng)中電流的傳感器,它在電力行業(yè)中起著至關(guān)重要的作用。目前傳統(tǒng)式的電子式電流互感器已經(jīng)發(fā)展成熟,但它在小型化、人員安全等方面存在著困難。與傳統(tǒng)的電子式電流互感器相比,光纖電流互感器采用光纖作為信號的傳載介質(zhì)及敏感介質(zhì),在實現(xiàn)光纖電流互感器小型化及安全性方面的優(yōu)勢明顯。因此對光纖電流互感器的研究具有重要意義。本課題主要針對光纖電流互感器結(jié)構(gòu)中的器件性能及環(huán)境因素的誤差消除的若干問題進行了研究。論文的主要工作如下:<

2、br>　　1.對光纖電流互感器的理論模型進行了詳細分析。根據(jù)瓊斯矩陣理論建立各個光學(xué)器件的矩陣模型及傳感系統(tǒng)的理論輸出模型。針對光學(xué)器件的性能對系統(tǒng)輸出誤差進行了仿真分析,從理論上得到了反映誤差規(guī)律的曲線。從仿真結(jié)果看來,要使得誤差小于0.2％,分束器及波片的對接誤差應(yīng)控制在0.05°以內(nèi);波片的相位延遲角度應(yīng)控制在0.3度以內(nèi)。
　　2.針對外界惡劣環(huán)境影響系統(tǒng)輸出的問題,提出了相應(yīng)的誤差抑制方案。對于振動因素的影響,提出了增加

3、補償光纖線圈的方法來消除誤差的方案。從理論上詳細推導(dǎo)了此種方案在載體中有電流和無電流時兩種情況時的振動消除效果的可行性并進行了實驗測試。實驗結(jié)果表明,此種方案能夠極大的消除所敏感到的外界振動因素的影響;對扭轉(zhuǎn)光纖傳感線圈所受到的溫度因素影響進行了理論分析,仿真結(jié)果表明,在溫度變化時,扭轉(zhuǎn)速率越大其相對溫度變化的雙折射值越大且扭轉(zhuǎn)速率對溫度的敏感性要高于彎曲半徑對溫度的敏感性。針對傳感系統(tǒng)的溫度漂移問題進行了溫度實驗,首次將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)

4、用到系統(tǒng)的輸出誤差補償中,使得補償后的誤差在±0.5A以內(nèi)。
　　3.針對系統(tǒng)中光源的性能及光源強度噪聲抑制方法進行了研究。根據(jù)光波色散理論,推導(dǎo)計算了光源波長穩(wěn)定性對系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明,隨著傳輸光的光波長的增加介質(zhì)的折射率是呈變小的趨勢,而且在波長越長的范圍內(nèi),其介質(zhì)的折射率的變化率是逐漸變小的。因此,在選擇光源時,選擇長波長段的光源來降低光源波長穩(wěn)定性對系統(tǒng)標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性的影響。針對光源波長穩(wěn)定性的控制問題,提出了遞進式PI

5、D的控制算法并對光源泵浦進行了溫度控制實驗。實驗結(jié)果表明在實驗室環(huán)境下能夠使得光源泵浦的溫度控制在±0.05°以內(nèi),提高了光源泵浦的溫度穩(wěn)定性,進而使得光源輸出具有很好的波長穩(wěn)定性。針對光源強度噪聲抑制問題,根據(jù)信號的相關(guān)性理論,提出了耦合器輸出端增加偏振器的方法來提高信號的相關(guān)性,進而提高噪聲抑制效果。
　　4.對光纖環(huán)的四極對稱纏繞方法進行了詳細分析并實現(xiàn)了雙環(huán)的四極對稱纏繞;在閉環(huán)信號處理方式、時鐘、PCB設(shè)計等方面,采取措