反射式全光纤电流互感器的研制

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HoshinoYuki
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电气设备的广泛使用推动了电流传感领域的发展,特别是在超大电流检测领域。传统的电磁式电流互感器,由于其自身的缺陷以及安全性等问题越来也难以满足不断发展的行业需求。全光纤电流互感器与传统的电磁式互感器相比,其测量范围宽、绝缘性能好、抗电磁干扰。因此全光纤电流互感器自其从六十年代被首次提出起,就受到了业界的广泛关注。  本文介绍了全光纤电流互感器的研究背景,对不同的检测原理进行了简要的介绍。详细探讨与研究了基于偏振检测型的反射式全光纤电流互感器,包括其检测原理、光的偏振态分析、系统的结构设计、信号采集及处理、实验结果分析等,最终完成的样机在光纤环匝数为8圈时,其最小测量值为50A,最大测量值理论上为32kA,最小测量精度为30A,该测量精度可以通过光纤的缠绕匝数来改变。当待测电流小于250A时,测量误差较大,当待测电流大于500A时,测量相对误差在1%以内。  本文所做的工作还包括:  1)利用密勒矩阵及斯托克斯矢量的矩阵工具,研究了线性双折射对输入偏振光偏振面旋转角度的影响,理论研究表明,光纤中的双折射效应会降低光纤电流互感器的灵敏度。线性双折射越大,待测电流与旋转角度拟合后曲线的斜率越低,该理论结果同时也表明了高双折射保偏光纤会抑制法拉第旋光效应,因此保偏光纤不适用于用作光纤电流互感器的传感光纤。  2)对法拉第反射镜及传统直接式反射镜对光纤电流互感器的影响进行了分析研究,结果表明:在电流为零时,法拉第反射镜可以完全消除光纤中的线性双折射;当电流不为零且线性双折射为零时时,它们的表现具有相同的拟合曲线;当线性双折射不为零时,法拉第反射镜的性能要优于直接反射镜,说明法拉第反射镜能在一定程度上补偿线性双折射。  3)在理论研究的基础上,文章对反射式全光纤电流互感器进行了设计和优化,包括其关键器件的参数选择和设计。同时也设计并制作了全光纤电流互感器的光电转换电路,编写了基于labVIEW的信号采集程序。  4)对整套样机光纤进行了定标实验、光源功率稳定性实验、温度及振动稳定性实验。最后还分别实验了不同光纤及不同反射镜构成传感头时系统的输出变化,最终的实验结果与理论分析一致:线性双折射最大的系统,其实验结果拟合后的曲线斜率最低。同时,振动实验的结果还表明采用法拉第反射镜时,光纤电流互感器对外界振动具有更好的稳定性。
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