测量脉冲大电流的光学电流传感器技术研究

摘要

本论文阐述了测量脉冲大电流的光学电流传感器的研究背景和意义，综述了国内外光学电流传感器技术的研究现状。本论文以建立完善的测量脉冲大电流的光学电流传感器技术为目的，进行了深入、广泛的理论与实验研究。 应用光与物质相互作用的经典理论对磁光效应、磁光常数和琼斯矩阵进行了推导与阐述；应用光波的电磁场理论严格地推导了当入射光满足“临界反射”或“双正交反射”条件时，光的偏振态在反射过程不会发生改变。基于以上推导的结论，分析了磁光探头的设计与加工误差、偏振器件的缺陷和线性双折射等因素对测量精度的影响，数值模拟了两种典型脉冲电流下输出信号波形与电流波形的关联。 设计并建立了四光路光学电流传感器系统。四光路结构在传统两光路结构的基础上发展而成，利用信号中的正弦项与余弦项可唯一确定偏转角，解决了传统光路结构当偏转角不在正弦函数的单调区间内无法唯一确定偏转角的问题。其具有测量范围不受限制的优点。根据测量要求，分析了四光路光学电流传感器的主要器件的选择并完成了整个装置的建立。 根据待测脉冲电流的大小，为四光路光学电流传感的数据处理方法选择了两种不同的方法。对于脉冲小电流，采用反正弦函数处理方法。对于脉冲大电流，采用反正切函数处理方法，该方法以四光路光学电流传感器的四路有缺陷的输出信号经过运算后得到的两路信号作李萨如图，利用这个李萨如图形确认两曲线的幅度差异、位相差和椭圆中心的坐标，把这些参数带入电流计算公式即可求出脉冲电流，该处理方法具有不存在不灵敏区间，又可利用李萨如图形来判断原始数据的质量的优点。 测量了电炮在四个不同充电电压下的短路脉冲电流，并与罗果夫斯基线圈测量的进行了对比，取得了较满意的一致性；测量了快开快门在三种不同条件下的短路脉冲电流，其峰值分别为60kA、73kA和90kA，测量值与理论值能较好的吻合，从而验证了四光路光学电流传感器可有效地测量脉冲大电流。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章引言

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文编写思路

第二章基本理论

2.1前言

2.2光学电流传感器的工作原理

2.3磁光效应的经典理论

2.4保偏全反射理论

2.5本章小结

第三章四光路光学电流传感器的系统设计

3.1前言

3.2传统光学电流检测方法

3.3四光路电流检测方法的系统设计

3.4四光路光学电流传感器系统的研制

3.5本章小结

第四章实验数据处理方法研究

4.1前言

4.2输出信号的数值模拟

4.3脉冲电流的数据处理方法研究

4.4总结

第五章关键参数对测量精度影响的理论分析与数值模拟

5.1前言

5.2磁光探头设计、加工误差对测量精度的影响

5.3线性双折射对测量精度的影响

5.4偏振器件的缺陷对测量精度的影响

5.5本章小结

第六章四光路光学电流传感器的实验应用研究

6.1前言

6.2电炮短路脉冲电流实验

6.3快开快门短路脉冲电流实验

6.4本章小结

第七章论文总结

7.1设计并建立四光路光学电流传感器

7.2提出反正切函数数据处理方法

7.3理论分析与数值模拟关键参数对测量精度的影响

7.4应用四光路光学电流传感器测量脉冲大电流

7.5本论文的创新之处和今后的研究方向

致谢

在读研期间取得的成果

参考文献