感应不均匀介质模型及光学电流传感特性研究

发布时间：2020-09-11 21:42

　　基于法拉第磁致旋光效应的光学电流互感器具有测量准确、绝缘安全、易于集成、网络物联等优势,是品质优良的电子式电流互感器,代表了电流互感器的重要发展方向。在科技进步和研究工作者们在不懈攻坚努力下,光学电流互感器的研究工作已经取得了重要的实用化研究成果。尽管如此,距离普及应用还存在差距,其中一方面表现为不均匀磁场会对测量准确度造成不利影响。本文主要针对光学电流互感器的不均匀磁场问题开展研究工作。本文遵循先一般物理场再磁场、先局部后整体的学术研究路线,研究感应不均匀介质的琼斯矩阵,探索不均匀磁场法拉第磁致旋光的磁场感知情况,分析不均匀磁场光学电流互感器的传感特性。首先,通过微元级联方法,分析了感应不均匀介质琼斯矩阵的基本属性,指出琼斯矩阵非对角元素为实部、虚部兼有的复数是感应不均匀介质有别于均匀介质的基本特征,是本征坐标系沿介质光程变化的结果。其次,通过酉变换的数学手段,建立了感应不均匀介质琼斯矩阵三元模型。三元模型没有冗余,由介质相移差、介质感应角和介质不均匀角三个相互独立物理参量准确刻画。定义了磁场不均匀度概念,研究了磁场不均匀度与介质不均匀角的关系,指出介质不均匀角能够在介质整体上表征物理场的不均匀程度。再次,推演了感应不均匀介质琼斯矩阵三个物理参量的光程积分表达式。光程积分表式揭示了介质琼斯矩阵整体参量与截面感应张量的关系。感应不均匀介质三元参量模型与微元级联模型的仿真对比表明了积分表达式具有一定的合理性与准确性;与分布参数模型相比,三元参量模型没有改变琼斯矩阵的酉矩阵属性,适用范围更宽广。最后,基于感应不均匀介质琼斯矩阵三元参量模型建立了磁光型光学电流互感器的不均匀磁场传感模型。指出在磁场分布均匀与不均匀情况下,光学电流互感器的光路输出表达不同,其中,后者受到新物理量介质不均角的影响。光学传感输出仿真研究表明:基于感应不均匀模型的磁场感知分量更为贴近微元级联模型的,电流传感准确性高。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212
【部分图文】：

磁致旋光效应,法拉第

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文介电特性发生改变，呈现出各向异性，传播会发生双折射现象，由此双折射引磁致旋光效应如图 1-1 所示。受磁场的调制作用，且磁场对传感材料方向的磁场大小成正比c VHL料的费尔德常数(rad/A)；方向平行的磁场强度(A/m)；通过磁光介质的光路长度(m)。

示意图,不均匀磁场,示意图,费尔德常数

0cVn 介质固有折射率；波波长。中的电子振动频率、束缚电子数量 N 是温度的函温度的时变函数。可知，费尔德常数与旋光角成正比，费尔德常数时移。由于温度引起的费尔德常数变化微弱，本文不光介质光程分布不均匀介质光程分布不均匀问题普遍存在感器所处磁场环境复杂多变，传感光程上的磁场几CT，传感玻璃材料为短直长方体，而本相导体产生和磁场形态的不匹配导致磁场沿传感光程不均匀分

模型图,传感单元,微元,模型

a) MOCT b) FOCT图 1-5 OCT 传感单元微元模型数琼斯矩阵J 可表示为( 2 )2 20( 2 )2 20d ( )d ( )l ll lL L xj L jcL x LL j jce e xe x e J —单位长度线性双折射(rad/m)；—单位长度法拉第旋光角(rad)。式（1-10）可知，分布参数琼斯矩阵的非对角元素是完备复意的是，分布参数琼斯矩阵模型基于两个不可忽视的重要前提位长度线性双折射要远大于单位长度圆双折射，即满足如下条2l c 程长度积累的总圆双折射应尽可能小。尽管电光介质的多层模型与磁光介质的分布参数模型在推导过

【相似文献】