光纤电流互感器变比温度误差补偿技术研究

1144766066 · 发表于 2022-5-12 13:04:51

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光纤电流互感器在物理机理上主要基于Faraday效应和Ampere定律，通过检测两束同向传输旋向相反的圆偏光之间的相位差来检测电流，结合非互易的相位调制技术，能够在干涉测量时达到很高的精度。变比温度误差严重制约了光纤电流互感器的工程应用。影响光纤电流互感器变比精度的因素主要有1/4波片的相位延迟、传感光纤的Verdet常数以及线性双折射等。针对IEC60044-8标准中0.2级的要求，利用1/4波片的温度特性及其对互感器变比的影响来补偿传感光纤Verdet常数随温度的变化，可以有效提高光纤电流互感器变比精度。这种方法要求准确地测量1/4波片相位延迟和传感光纤Verdet常数的温度特性。本文对传感光纤Verdet常数温度特性的的研究主要依赖于Faraday效应，在光纤电流互感器中，通过测量不同温度恒定电流下的法拉第旋转角得到Verdet常数的温度特性。通过分析Verdet常数光路系统的结构特点，确定了转换电路采用改进的差除和信号处理方案，最终确定了Verdet常数温度特性测试系统的总体方案。同时，本文对光纤1/4波片的性能及结构特点进行了研究，分析了基于偏振模式干涉理论的测试方案，将反射型保偏光纤温度传感器系统用于1/4波片温度性能的测试，同时对硬件转换电路和软件流程进行了设计及实现，并通过MATLAB软件编程对1/4波片温度特性曲线进行了优化处理。最后，通过实验测得传感光纤Verdet常数温度特性曲线与1/4波片温度特性曲线，经MATLAB软件编程处理，确定了1/4波片的初始相位，并制作了光纤1/4波片。结果表明，以20℃时互感器的变比为额定变比，在范围内，可将变比误差控制在0.84%。鉴于光纤1/4波片自补偿方案在工艺实现上的难度，提出采用分段线性插值补偿的方法降低互感器的变比温度误差，并且对其进行了验证。结果表明，在范围内，互感器的变比误差由补偿前的0.84%变为补偿后的0.22%，分段线性插值补偿方法对于所研制的光纤电流互感器是适用的。

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