磁光电流传感器的研究和设计

摘要

随着电力系统容量的日益扩大和电网电压运行等级的不断提高，传统的电磁式互感器表现出越来越多的弱点，难以满足电网向自动化和数字化发展的需求。电子式高压电力互感器取代传统的电磁式互感器已成为发展的必然趋势。 电子式高压电力互感器可以分为两种类型：光学电子式互感器和混合电子式互感器。其中光学电子式互感器具有结构简单，响应速度快，响应频域宽等优点。本文主要围绕光学电子式电力传感器的设计和实用化研究展开。其主要内容分为传感头即磁光玻璃的设计和制作，光电检测和信号处理方案的设计，并最终完成PCB板的制作。当一束偏振光通过放置在磁场中的法拉第旋光材料后，若磁场方向与光的传播方向平行，则出射线偏振光的偏振平面将产生旋转，即电流信号产生的磁场信号对偏振光波进行调制。这就是磁光传感器的基本原理。磁光传感器的核心部件为磁光玻璃。本文讨论了磁光玻璃的种类和工作原理，以及它的一些基本用途与传统做法。 本研究放弃了传统的通过掺杂稀土元素得到具有磁光性能玻璃的做法，将纳米氧化铝（AAO）基板进行再加工得到。将使用二次阳极氧化法来制备AAO模板。通过使用扫描电子显微镜对纳米模板进行观察和反复实践，掌握了AAO模板制作的最优参数。分别分析了在铝片是否退火、不同阳极氧化时间、不同电解液和不同电解液浓度情况下生成AAO模板的特点。 光电检测方案中提出了两种思路：用偏振片做检偏器和用渥拉斯顿棱镜做检偏器。本文中采用第二种方案，它能提供更高的精度。根据此方案设计了光电检测电路和信号处理电路。并在ISMB实验室独立完成了PCB的制作。 文章最后根据已有的工作对磁光传感器的发展做了合理的展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1磁光电流传感器的研究背景

1.2电流传感器的发展和研究现状

1.3本论文的主要内容

第二章电流传感器的设计方案

2.1传统电流传感器

2.1.1传统式电流传感器的用途和分类

2.1.2传统式电流传感器的基本参数和特征电流

2.2光电式电流传感器

2.2.1光电式电流传感器的分类

2.3本论文设计方案的确定

第三章磁光电流传感器的工作原理

3.1磁光玻璃和磁致旋光效应

3.2顺磁性法拉第旋光玻璃

3.3逆磁性法拉第旋光玻璃

3.4磁光玻璃的应用

第四章磁光玻璃的制作及实验结果分析

4.1实验原理

4.1.1实验器材

4.1.2阳极氧化铝(AAO)模板

4.1.3 Sputter(磁控溅镀)原理

4.2阳极氧化铝的制备

4.2.1铝片的预处理

4.2.2一次阳极氧化法

4.2.3铝片的后处理

4.2.4二次阳极氧化法

4.3实验结果检验

4.4各种试验参数对AAO模版的影响

4.4.1铝片退火对AAO制作的影响

4.4.2阳极氧化电压对AAO制作的影响

4.4.3不同电解液对AAO制作的影响

4.4.4不同电解液浓度对AAO制作的影响

4.4.5阳极氧化时间对AAO制作的影响

第五章光电检测方案与信号处理

5.1偏振面旋转角度的检测方法

5.2信号检测电路

第六章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢