逆压电式光纤电压互感器偏振误差的分析与抑制

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光纤电压互感器是应用于电力系统中进行测量和保护的一种新型的传感装置,具有体积小、重量轻、动态范围宽、绝缘性能好等诸多优点,受到广大研究者的青睐,具有很好的应用前景。虽然历经几十年的研究,但是在发展中仍然有许多问题迫切的需要去解决。其中,因温度、振动、制造工艺等各种外界因素引起的系统偏振误差是影响光学电压互感器测量精度的主要因素之一,限制其发展和广泛应用。基于此,本文围绕逆压电式光纤电压互感器偏振误差的产生机理和抑制方法展开了相关研究。论文的主要工作内容如下:通过对逆压电效应和压电材料的阐述,详细介绍了逆压电式光纤电压互感器的系统结构和基本工作原理,推导并理论分析了电压敏感机理。利用琼斯矩阵建立了各光学器件表达式,在此基础上,结合该系统结构,建立了理想状态下光纤电压互感器系统的数学模型。基于逆压电式光纤电压互感器的工作原理,将其光路系统分为第一互易光路部分和第二互易光路部分,分别建立各部分的偏振误差模型,分析各光学器件对光纤电压互感器的影响情况。然后,根据在光纤电压互感器的光路系统中特殊的光纤熔接点对偏振光的作用,分别建立了起偏器尾纤与相位调制器尾纤的对轴角度、Faraday旋光器尾纤与传感光纤的对轴角度、传感光纤与补偿光纤的对轴角度等偏振误差模型。此外,推导并分析了传感光纤与补偿光纤之间的长度差异与偏振误差之间的关系。基于偏振误差模型,确定逆压电式光纤电压互感器系统偏振误差的来源。定量分析了第一互易光路部分和第二互易光路部分所引起的偏振误差情况。之后,基于相位误差和系统输出光强误差之间的近似线性关系,重点分析了不理想的Faraday旋光器尾纤与传感光纤的对轴角度对轴角度、传感光纤与补偿光纤之间的对轴角度对轴角度和长度差异等由光纤因素引起的偏振误差。基于对逆压电式光纤电压互感器的系统偏振误差定量分析结果,可知传感光纤与补偿光纤之间的长度差异是系统偏振误差的主要来源,提出在OVT的信号处理部分通过软件补偿引入修正值的方法减小系统误差。仿真结果验证了逆压电式光纤电压互感器结构的合理性和偏振误差抑制方法的有效性,为后续的光学电压互感器系统设计和性能研究奠定了基础。
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