全光纤电流互感器温度稳定性性能分析与优化

发布时间：2020-05-20 21:43

【摘要】：本文在国家自然科学基金项目(杂散电流监测中非均布热应力诱导线性双折射量化与抑制策略研究,编号:51607178)的资助下,以全光纤电流互感器为研究对象,在对其结构优化改进的基础之上,开展全光纤电流互感器温度稳定性关键技术的研究。首先,建立全光纤电流互感器的解析模型。基于光纤传感技术的基本工作原理,对全光纤电流互感器结构原理方案进行初步设计;针对设计方案,采用Jones矩阵光路法建立互感器的解析模型,在此基础上,考虑互感器的温度敏感模型,研究温度变化对互感器性能的影响规律。其次,优化设计全光纤电流互感器的无热化传感探头。针对传感光纤存在弯曲损耗和对温度敏感的特征,以无热化、高灵敏度为目标,设计了一种具有柔和过渡结构的传感光纤支架,并开展了多层螺线管结构的优化设计;运用COMSOL Multiphysics软件仿真分析传感探头磁场分布特征和温度变化规律,将仿真结果与计算结果进行对比来验证设计的合理性,进而依据设计参数对传感探头进行实物加工制作。然后,构建全光纤电流互感器实验方案并搭建实验样机。设计全光纤电流互感器的实验方案,完成器件选型,设计系统上位机软件程序,据此搭建全光纤电流互感器实验样机,并初步测试实验样机基本性能,结果表明:互感器的灵敏度约为8×10~(-3)/A,精度≤1%,互感器具有较强的温度敏感性。最后,补偿全光纤电流互感器温度敏感性。针对全光纤电流互感器的温度敏感问题,结合温度敏感性实验现象,对变温条件下全光纤电流互感器的输出情况进行仿真计算,研究互感器的输出结果随温度的变化规律;基于此,引入BP神经网络算法对全光纤电流互感器温度敏感性进行智能补偿研究,进一步结合上位机软件实现互感器温度稳定性的动态实时补偿;经过测试发现,系统稳定性和精度均有较大的提高。
【图文】：

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图 2-1 法拉第效应原理示意图re 2-1Aschematic diagram of the principle of Faraday光纤以后，其偏振面发生旋转。Faraday 旋光的束缚电子在磁场中运动时受到洛伦兹力的旋进。因为电子的运动总附加有右旋的拉，偏振面的旋转角方向并不倒转，所以 Farady 旋转角 F 与外加磁场强度 H 和菲尔德常数 = 德常数 V 是与磁光介质的材料特性和光波波外加在磁光介质上的磁场强度，单位 A/m； m。流互感器总体结构方案的设计（Fibverall Structure Design）互感器的总体方案采用传感方案如图 2-2 所

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硕士学位论文次受到法拉第效应的作用，，由于法拉第效应的非互易性效果加倍旋角信息的偏振光波经过耦合器到达偏振控制器，偏振控制器（光波偏振面旋转 π/4，来提高系统的灵敏度；最终，携带法拉第旋光波经过光纤偏振分束器（PBS）分解成两束模式正交的线偏振率计送入工控机进行后续信号处理。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM452

【参考文献】