用于小电流测量的光学电流互感器研究与设计

论文摘要

光学电流互感器(OCT)具有绝缘性好、无饱和、体积小等优良性能,被认为是传统电磁式电流互感器(CT)的替代产品。多年的发展路途极其坎坷,其主要原因在于OCT系统极易受外界因素如温度、振动等影响,导致运行不够稳定,测量精度欠佳,具体表现为测量值随时间漂移。本文针对以上存在的问题,采用基于比较测量的方法,并对测量臂传感头进行改进,以螺线管代替直线型的载流导线产生磁场,提出一种新的用于小电流测量的比较式OCT。比较式测量就是在原有的OCT基础上引入一个参考臂,用永磁体作为参考磁场。将两个传感臂的测量结果进行比较运算就可消除一些外界因素的影响。而将测量臂的载流导线改为螺线管又可使得在较短的长度上产生相比于直线型导线更大的磁场强度。为OCT用于小电流测量提供了可能。首先介绍了一般OCT的基本原理,并从电子动力学的角度对各部分进行模型分析。然后在模型分析的基础上,通过对传统的光学传感头与螺线管聚磁光学传感头两者进行灵敏度比较,最终选用螺线管聚磁光学传感头。设计比较式OCT的传感结构,对比较式小电流OCT中环境因素影响OCT的作用机理、传感机理、灵敏度进行研究分析。最后在传统信号解调的两关键技术(直流磁场解调与交流微弱信号的检测)基础上提出用双输入双输出解调直流磁场,基于高精度采集卡和LabVIEW的全数字化平台进行交流微弱信号的检测的全新解调技术。从而大大提高了比较式小电流OCT的测量精度与稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 光学电流互感器的发展现状
• 1.3 小电流OCT存在的主要问题
• 1.4 课题来源及本论文的主要内容
• 2 光学电流互感器的基本原理与模型分析
• 2.1 光学电流互感器的基本原理
• 2.2 光学电流互感器的模型分析
• 2.3 法拉第磁光效应的电子动力学模型
• 2.4 线性双折射的电子动力学数学模型
• 2.5 本章小结
• 3 光学电流互感器的性能分析
• 3.1 非线性分析
• 3.2 光电转换的数学模型
• 3.3 灵敏度分析
• 3.4 螺线管聚磁光学传感原理
• 3.5 本章小结
• 4 比较式小电流OCT的传感头设计
• 4.1 环境因素影响OCT的作用机理
• 4.2 比较式小电流OCT的传感机理
• 4.3 传感臂的设计
• 4.4 本章小结
• 5 比较式小电流OCT的具体实施方案
• 5.1 比较式小电流OCT的关键技术
• 5.2 信号处理部分的全数字化方案
• 5.3 全数字化解调系统的硬件描述
• 5.4 全数字化解调系统的软件设计
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献