【摘 要】
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大电流传感技术在冶金工业、电力系统、国防军工和重大科学研究等诸多大电流测量领域应用广泛。与传统大电流传感器相比,基于Faraday效应的数字闭环光纤电流传感器在测量准确度、动态范围以及抗磁扰方面具有独特的优势。然而由于传感光纤中存在本征、弯曲双折射以及光纤1/4波片存在方位角和相位延迟角度误差,光纤电流传感器在超大电流测量时存在明显的非线性误差,严重制约光纤电流传感器在大电流测量的准确度。本文以干
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大电流传感技术在冶金工业、电力系统、国防军工和重大科学研究等诸多大电流测量领域应用广泛。与传统大电流传感器相比,基于Faraday效应的数字闭环光纤电流传感器在测量准确度、动态范围以及抗磁扰方面具有独特的优势。然而由于传感光纤中存在本征、弯曲双折射以及光纤1/4波片存在方位角和相位延迟角度误差,光纤电流传感器在超大电流测量时存在明显的非线性误差,严重制约光纤电流传感器在大电流测量的准确度。本文以干涉式数字闭环光纤电流传感器为研究对象,建立了椭圆双折射光纤敏感环路模型,分析了光纤大电流传感器非线性误差机理,提出了光纤大电流传感器的非线性误差抑制方法。本文主要的研究工作如下:（1）基于琼斯矩阵方法建立了光纤电流传感器椭圆双折射光纤敏感环路数学模型,揭示了光纤1/4波片方位角和相位延迟角度误差、传感光纤本征线性双折射对传感器非线性误差的影响的机理,得到了传感器线性响应被测电流的条件。通过龙格—库塔法数值求解,分析了环路弯曲半径对线性化条件的影响。研究了光纤波片的制作工艺,制作出满足线性化条件的光纤波片。（2）提出了基于非线性误差自补偿方法的干涉式光纤大电流传感器总体方案,完成光学器件的选型和光路系统的设计,分析了闭环检测电路的实现方案,通过系统集成,研制了光纤大电流传感器样机,编写了上位机数据分析软件。（3）搭建了光纤大电流传感器性能测试系统,完成了不同波片参数、不同环路弯曲半径条件下传感器非线性误差的测试,验证了非线性误差自补偿理论与方法的正确性。完成了光纤大电流传感器样机直流300k A、工频80k A大电流测量准确度测试以及温度对传感器非线性影响的仿真,并应用于电解铝直流大电流和中低压电气设备工频短路电流的测量,验证了光纤大电流传感器应用于大电流测量的可行性。该论文由图68幅,表14个,参考文献105篇。
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