Sagnac式光纖電流互感器研究.pdf

1、光纖電流互感器是一種測(cè)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(hào)的傳載介質(zhì)及敏感介質(zhì),在實(shí)現(xiàn)光纖電流互感器小型化及安全性方面的優(yōu)勢(shì)明顯。因此對(duì)光纖電流互感器的研究具有重要意義。本課題主要針對(duì)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(wèn)題進(jìn)行了研究。論文的主要工作如下:<

2、br>　　1.對(duì)光纖電流互感器的理論模型進(jìn)行了詳細(xì)分析。根據(jù)瓊斯矩陣?yán)碚摻⒏鱾€(gè)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(duì)光學(xué)器件的性能對(duì)系統(tǒng)輸出誤差進(jìn)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(lái),要使得誤差小于0.2％,分束器及波片的對(duì)接誤差應(yīng)控制在0.05°以?xún)?nèi);波片的相位延遲角度應(yīng)控制在0.3度以?xún)?nèi)。
　　2.針對(duì)外界惡劣環(huán)境影響系統(tǒng)輸出的問(wèn)題,提出了相應(yīng)的誤差抑制方案。對(duì)于振動(dòng)因素的影響,提出了增加

3、補(bǔ)償光纖線圈的方法來(lái)消除誤差的方案。從理論上詳細(xì)推導(dǎo)了此種方案在載體中有電流和無(wú)電流時(shí)兩種情況時(shí)的振動(dòng)消除效果的可行性并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)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(dòng)因素的影響;對(duì)扭轉(zhuǎn)光纖傳感線圈所受到的溫度因素影響進(jìn)行了理論分析,仿真結(jié)果表明,在溫度變化時(shí),扭轉(zhuǎn)速率越大其相對(duì)溫度變化的雙折射值越大且扭轉(zhuǎn)速率對(duì)溫度的敏感性要高于彎曲半徑對(duì)溫度的敏感性。針對(duì)傳感系統(tǒng)的溫度漂移問(wèn)題進(jìn)行了溫度實(shí)驗(yàn),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(bǔ)償中,使得補(bǔ)償后的誤差在±0.5A以?xún)?nèi)。
　　3.針對(duì)系統(tǒng)中光源的性能及光源強(qiáng)度噪聲抑制方法進(jìn)行了研究。根據(jù)光波色散理論,推導(dǎo)計(jì)算了光源波長(zhǎng)穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明,隨著傳輸光的光波長(zhǎng)的增加介質(zhì)的折射率是呈變小的趨勢(shì),而且在波長(zhǎng)越長(zhǎng)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(shí),選擇長(zhǎng)波長(zhǎng)段的光源來(lái)降低光源波長(zhǎng)穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性的影響。針對(duì)光源波長(zhǎng)穩(wěn)定性的控制問(wèn)題,提出了遞進(jìn)式PI

5、D的控制算法并對(duì)光源泵浦進(jìn)行了溫度控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下能夠使得光源泵浦的溫度控制在±0.05°以?xún)?nèi),提高了光源泵浦的溫度穩(wěn)定性,進(jìn)而使得光源輸出具有很好的波長(zhǎng)穩(wěn)定性。針對(duì)光源強(qiáng)度噪聲抑制問(wèn)題,根據(jù)信號(hào)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(lái)提高信號(hào)的相關(guān)性,進(jìn)而提高噪聲抑制效果。
　　4.對(duì)光纖環(huán)的四極對(duì)稱(chēng)纏繞方法進(jìn)行了詳細(xì)分析并實(shí)現(xiàn)了雙環(huán)的四極對(duì)稱(chēng)纏繞;在閉環(huán)信號(hào)處理方式、時(shí)鐘、PCB設(shè)計(jì)等方面,采取措