基于法拉第效应的偏振型全光纤电流传感系统的实用化研究

摘要

光学电流互感器(OCT)是新型的电流互感器，它克服了传统电流互感器的许多缺点，在电力系统中具有广阔的应用前景。本文在全面分析和总结OCT发展历史和现有技术水平的基础上，针对实用化要求，确定以光纤电流传感器为研究重点. 光纤因弯曲引入大量的线性双折射，这降低了光纤电流传感器的灵敏度，严重时甚至完全淹没法拉第磁光效应。本文采用退火光纤来做传感光纤，这样不但可以消除由于弯曲引入的线性双折射，还可以降低光纤内在线性双折射。针对反射式光纤电流传感器采用两种集成器件：一体化光纤起偏旋转器件(P-FR)；一体化光纤偏振分束器旋转器件(PBS-FR)。集成器件的使用免除了原先要实现该功能需通过光纤连接两个分立器件带来的问题，大大减小了该功能器件的尺寸，提高了该功能器件的光学性能和稳定性，也降低了器件成本。通过集成器件与退火光纤环结合，提出了三个传感头方案。 参考电力系统的IEC60044-8电子式电流互感器标准，设计制作三台光纤电流传感器样机，通过性能实验验证了使用集成器件能提升光纤电流传感器的性能。使用集成器件的样机在准确度实验中基本符合IEC0.2级要求；在温度特性实验中通过校正温度影响实现了温度在-40℃～40℃内变化，系统检测结果偏差优于0.5％。提出采用光学温度计，引入温度参数，通过信号处理自动校正温度影响的设想。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2光学电流互感器的研究背景及意义

1.3光学电流互感器的发展与现状

1.3.1无源型光学电流互感器的研究进展

1.3.2有源型光学电流互感器的研究进展

1.4本文的主要工作、创新之处和文章结构

第二章现有光学电流互感器的几种主要类型和问题讨论

2.1有源型光学电流互感器

2.2光学玻璃电流传感器

2.3光纤电流传感器

2.3.1 FOCS传感头的改进

2.3.2其它类型的FOCS

2.4本章小结

第三章光纤电流传感器传感原理及传感头设计

3.1 光纤电流传感器的传感原理

3.1.1法拉第磁光效应

3.1.2线双折射对光纤电流传感的影响

3.1.3光纤中存在线性双折射的原因

3.2传感光纤的制作

3.3传感头光路的设计

3.3.1方案一

3.3.2方案二

3.3.3方案三

3.3.4方案比较

3.4本章小结

第四章光纤电流传感器各部件的设计

4.1应用在电力系统中光纤电流传感器的设计指标

4.2光纤电流传感器低压侧的设计

4.2.1光源的选择

4.2.2光电转换

4.2.3信号处理电路设计

4.2.4采集系统

4.3样机的电磁兼容设计

4.3.1电磁兼容试验项目及其意义

4.3.2系统的抗干扰措施

4.4本章小结

第五章光纤电流传感器的性能实验与结果分析

5.1大电流的模拟

5.2光纤电流传感器样机的实验结果

5.2.1准确度实验及结果分析

5.2.2温度特性实验及结果分析

5.3自动校正温度影响的设想

5.4传感头组装工艺对测量电流精度的影响

5.5本章小结

第六章总结和展望

参考文献

致谢

附录