光学电流/温度传感系统关键技术研究

摘要

随着混合型光学电流互感器的应用日益广泛，其结构复杂、高压一次端功耗高等缺点逐渐暴露出来，并且基于光纤供能的一次电源技术被国外垄断，增大了系统的成本。本文针对上述问题展开研究，提出了一种新型的光学电流/温度传感系统方案，并通过实验验证。该方案一次端功耗极小，并采用了自主知识产权的微光供能技术，同时，该方案还有效集成了光纤光栅传感器，实现对系统状态的实时监控，提高了互感器的可靠性，符合混合型光学电流互感器技术的发展方向。
　　第二章设计了光学电流/温度传感系统的总体方案，分析了快速可调谐光衰减器(FVOA)的工作原理，设计了光电闭环型FVOA模块以矫正FVOA的非线性特性，建立了光电闭环型FVOA模块的数学模型并进行实验验证;设计了干扰矫正策略以矫正FVOA温漂特性以及光纤损耗、扰动对电流测量精度的影响;设计了微功率光供能模块以给光电闭环型FVOA模块进行供能;设计了低成本FBG测温方案;设计了超荧光光源方案并对其关键参数进行数值仿真。
　　第三章研制了光学电流/温度传感系统，设计了光电闭环型FVOA电路;设计了光供能电路中的大功率激光器驱动电路和恒温系统;设计了基于干扰矫正策略的模拟接收电路;设计了数字接收电路;基于数字接收电路设计了母线电流计算算法、CRC算法、曼彻斯特编码和基于IEC60044-8协议的通信算法[10];设计了基于FBG的温度传感光路以及对应的接收处理模块;设计超荧光光源，研制光源驱动电路以及配套的温度控制系统。
　　第四章搭建了实验平台并根据国标GB/T20840.8-2007中的型式试验要求对光学电流/温度传感系统的电流测量精度进行测试。实验结果表明:电流测量的各项精度指标均符合国标GB/T20840.8-2007中的0.2级要求，光学电流/温度传感系统能够与合并器进行通信。对光学电流/温度传感系统的温度测量精度和超荧光光源的输出进行了测试。实验结果表明:光学电流/温度传感系统的温度测量精度分别为1.1℃和0.9℃，超荧光光源的输出光功率、光谱与仿真结果一致。
　　第五章进行了全文总结，并对光学电流/温度传感系统下一步的工作提出了个人看法。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 电磁式电流互感器的发展与研究现状

1．2 光学电流互感器的发展与研究现状

1．2．1 全光型光学电流互感器

1．2．2 混合型光学电流互感器

1．3 OCT技术存在的问题和发展趋势

1．4 论文的主要研究内容和创新

第二章 光学电流／温度传感系统方案

2．1 总体方案设计

2．2 一次电流传感器

2．2．1 低功率铁芯线圈

2．2．2 罗氏线圈

2．3 光电闭环型FVOA模块

2．3．1 FVOA原理与结构

2．3．2 闭环反馈系统

2．3．3 数学模型

2．3．4 实验与结果

2．4 干扰矫正策略

2．4．1 工作原理

2．4．2 实验与结果

2．5 微功率光供能模块

2．5．1 方案设计

2．5．2 实验与结果

2．6 低成本FBG测温方案

2．6．1 测温方案设计

2．6．2 解调方案设计

2．7 超荧光光源方案

2．7．1 超荧光光源原理

2．7．2 超荧光光源仿真

2．8 本章总结

第三章 光学电流／温度传感系统研制

3．1 总体方案设计

3．2 光电闭环型FVOA电路

3．3 光供能电路

3．3．1 大功率激光器驱动设计

3．3．2 恒温系统

3．4 模拟接收电路

3．4．1 硬件设计

3．5 数字接收电路

3．5．1 硬件设计

3．5．2 母线电流计算算法

3．5．3 循环冗余校验CRC

3．5．4 曼彻斯特编码

3．5．5 IEC60044-8标准

3．6 FBG测温模块设计

3．7 超荧光光源硬件设计

3．8 本章总结

第四章 实验与结果

4．1 光电闭环型FVOA-OCT型式试验

4．1．1 平台搭建

4．1．2 光供能模块测试

4．1．3 比值误差、相位误差测量

4．1．4 谐波误差测量

4．1．5 温度实验

4．1．6 暂态测试

4．2 超荧光光源实验

4．3 FBG测温系统实验

4．4 本章总结

第五章 总结和展望

致谢

参考文献

作者简介