基于法拉第磁光效应的光学电流传感器特性研究

论文摘要

随着电力系统电压等级和容量的不断提高以及数字化变电站的发展,传统电流传感器越来越难以适应电力系统的要求。光学电流传感器具有体积小、成本低、运行安全可靠、适应数字化变电站要求等优点,成为人们重点研究的对象。光学电流传感器原理各有不同,也各有优缺点。但是,综合各种原理的光学电流传感器,发现磁光介质是制约其发展的最大瓶颈。另外,已有光学电流传感器的研究,鲜有对其响应特性进行系统研究。故本文采用MR3-2新型磁光玻璃和铁磁流体两种新型磁光介质,对基于法拉第磁光效应的光学电流传感器响应特性进行系统研究。本文首先介绍了法拉第磁光效应的基本原理和相关理论。对法拉第磁光效应的经典理论和顺磁性物质的法拉第磁光效应的量子理论做了重点介绍。根据马吕斯定律,对基于法拉第磁光效应的光学电流传感器的响应特性进行了仿真。主要包括:交流正弦激励下响应的波形、响应的幅值特性和频率特性;方波激励下响应的波形和幅值特性。通过仿真,得到了合适的参数和条件,为实验中参数的确定提供了依据。建立并介绍了本文采用的基于法拉第磁光效应的光学电流传感器实验平台。对实验平台中重要器件的参数进行了计算和说明。为进一步改进实验平台提供了有效的依据。最后,基于上述实验平台,采用MR3-2新型磁光玻璃和铁磁流体两种磁光介质,对基于法拉第磁光效应的光学电流传感器的响应特性进行了实验研究。主要包括:交流正弦激励下响应的波形、幅值特性和频率特性;方波脉冲激励下的响应波形;交流正弦激励下响应的温度特性。通过实验数据的分析,找到了铁磁流体“倍频”现象的原因。提出了一些实验平台和磁光介质参数的改进措施,并对两种磁光介质的不同特点做了分析。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 光学电流传感器的特点
• 1.2 光学电流传感器的研究现状
• 1.3 磁光介质的研究现状
• 1.3.1 铁磁流体
• 1.3.2 磁光玻璃
• 1.4 课题的研究意义
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 2 法拉第磁光效应的相关理论
• 2.1 引言
• 2.2 法拉第磁光效应理论
• 2.2.1 宏观理论
• 2.2.2 经典电动力学理论
• 2.2.3 量子力学理论
• 2.3 费尔德常数理论
• 2.3.1 经典电磁理论
• 2.3.2 量子力学理论
• 2.4 物质磁性的分类
• 2.5 本章小结
• 3 光学电流传感器响应特性仿真
• 3.1 基本原理
• 3.2 交流正弦波激励的响应仿真
• 3.2.1 响应的波形仿真
• 3.2.2 响应的幅值特性仿真
• 3.2.3 响应的频率特性仿真
• 3.3 方波激励的响应仿真
• 3.3.1 响应的波形仿真
• 3.3.2 响应的幅值特性仿真
• 3.4 本章小结
• 4 光学电流传感器实验平台
• 4.1 实验平台总体介绍
• 4.2 激励电流产生装置
• 4.3 磁场产生装置
• 4.4 偏振光产生和检测装置
• 4.5 磁光介质
• 4.6 本章小结
• 5 光学电流传感器响应特性实验数据分析
• 5.1 引言
• 5.2 交流正弦激励的响应特性
• 5.2.1 磁光玻璃交流正弦响应的波形
• 5.2.2 铁磁流体交流正弦响应的波形
• 5.2.3 磁光玻璃交流正弦响应的幅值特性
• 5.2.4 铁磁流体交流正弦响应的幅值特性
• 5.2.5 磁光玻璃交流正弦响应的频率特性
• 5.2.6 铁磁流体交流正弦响应的频率特性
• 5.3 方波脉冲激励的响应波形
• 5.3.1 磁光玻璃的方波脉冲响应波形
• 5.3.2 铁磁流体的方波脉冲响应波形
• 5.4 温度特性
• 5.4.1 磁光玻璃的温度特性
• 5.4.2 铁磁流体的温度特性
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目