大动态范围高精度全光纤电流传感器关键技术研究

摘要

全光纤电流传感器（AFOCS）是一种基于法拉第效应的电流检测装置，可消除磁饱和现象，频响范围宽，故障响应快，是电力系统数字化、智能化必须的感知器件。由于存在动态范围较小、易受温度影响等缺点，AFOCS工程应用进程缓慢。本文旨在研究高精度、大动态范围AFOCS，寻找提高动态范围、降低温度敏感的方法与途径。 本文首先研究了大动态范围AFOCS机理，提出了死区补偿在线反射型AFOCS方案，建立了AFOCS中光波演变模型，分析了在阶梯波形成前叠加偏置电压的死区补偿原理，保证了小电流时的检测精度。提出了非对称方波调制闭环解调算法，扩展了动态范围，消除了光源强度及误差系数的影响，保证了运行稳定性。 接着，本文分析了温度对AFOCS的影响，提出改变1/4波片初始相位延迟角的温度补偿办法。理论及试验结果表明，初始相位延迟角在101°左右时补偿效果明显。提出了将温度传感器集成在AFOCS中的温度补偿和基于温致双折射效应的偏振干涉式温度传感器（PI-OTS）方案，基于实测温度进行实时温度补偿，可保证在规定的温度范围内测试精度。 然后，本文将PI-OTS与AFOCS有机集成，设计了大动态范围高精度AFOCS系统，分析与设计了系统硬件电路，包括光源驱动及控制、监视和信号采集等，分析与设计了系统软件，包括信号的采集与解调、温度补偿及光源功率闭环控制、数据存取和显示等。 最后，本文完成了PI-OTS样机的研制及试验测试，通过了江苏省计量院的性能检测，结果表明，PI-OTS测温分辨率达0.01℃，测温精度达±0.1℃。研制了基于PI-OTS的AFOCS系统样机，完成了精度、动态测量范围及温度特性测试，AFOCS在-40℃～70℃温度范围内的比差波动在±0.2%内，试验样机满足计量0.2s、保护5P30的准确级限值要求。

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