全光纤电流互感器的信号解调系统研究

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反射式Sagnac干涉型光纤电流互感器是光纤电流互感器的一种,其与传统的基于电磁效应的电流互感器相比有众多优点:尺寸小体积轻,测量频带宽,无铁磁饱和以及含油污染等,其引起越来越多的国内外研究人员的注意,国内对反射式Sagnac干涉型光纤电流互感器的研究也越来越多。本文从光纤电流互感器的实现原理、系统组成和搭建、系统抗干扰算法几方面进行论述,最后搭建了一套具有较高抗干扰能力的反射式Sagnac干涉型光纤电流互感器。首先,本文从全光型光纤电流传感器的产生非互易相位差原理,以波动光学理论为基础,利用贝塞尔函数推导方法,建立该系统理论模型,重点分析该系统相位调制误差,指出将信号调制到高频载波的部分干扰对系统性能的影响。其次,介绍了全光纤电流互感器的基本原理和分类情况,让读者对全光型光纤电流互感器有初步了解,并介绍了反射式全光纤电流互感器的误差理论分析,为了提高全光纤电流互感器中的电流测量精度,针对正弦调制方案提出了一种改进的信号解调方法。给出了有效调制深度的表达式,分析了有效调制深度在实际工程应用中存在的三种外界干扰来源。为了克服这些干扰,采用高次谐波分量实时解出调制深度数值,以实现调制相位的扰动补偿。提出了自适应的相位调制补偿算法,并对算法的实现原理进行了解释。再次,为了验证自适应的相位调制补偿算法的可行性,本文提出了全光纤电流互感器信号检测与处理方案,通过分析、筛选后最终确定用数据采集卡+LabVIEW的方案实现,并从硬件、软件、算法三方面对该方案进行详细分析,为后续算法的验证和实验做准备。最后,对反射式Sagnac干涉型光纤电流互感器的系统样机进行了测试,实验结果表明被测电流在200A~1500A范围时,改进的算法使系统的抗干扰性能提高30倍,系统测量相对偏差维持在0.2%以下,满足高精度电流测量要求。本论文的成果在于:1、研究设计了全光纤电流互感器针对正弦解调方案的解调系统,能够自适应、智能化修正调制深度变化,不依赖对象控制即可有效解调,消除寄生调幅。2、实现了相位调制器的干扰强度从0.1%到20%范围内的有效补偿,满足0.2级测量要求。
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