非线性误差是基于Faraday效应的干涉式数字闭环光纤大电流传感器基本测量准确度的主要影响因素。考虑到传感光路中偏振交叉耦合、圆偏振态不理想等因素的影响，计算了与调制信号同频的干涉信号，得到了闭环反馈相移与被测电流之间的非线性跟踪关系。仿真结果表明：传感光纤线性双折射、1/4波片方位角及相位延迟误差、相位调制器输出尾纤偏振串音是光纤大电流传感器产生非线性误差的主要原因。需根据被测电流的动态范围相应提高相位调制器输出尾纤耦合及熔接对轴精度。通过求解光纤敏感环微分模型方程，提出了波片参数与椭圆双折射光纤拍长-螺距比的匹配条件，实现了传感器对Faraday效应的线性响应，降低了椭圆偏振传感信号造成的非线性误差。实验结果表明：采用参数匹配的1/4波片后，在6~500 kA范围内，传感器比例因子随被测电流的变化量为0.2%，相比于理想1/4波片降低了一个数量级。

为了减轻传统股骨柄与股骨之间弹性模量相差较大而造成的应力遮挡效应，采用激光选区熔化(SLM)技术制备了基于三周期极小曲面(TPMS)的多孔结构，研究了孔隙率为55%～75%的P、G、D三种TPMS结构的力学性能，并通过有限元分析评估了不同孔隙率的P结构股骨柄在植入股骨后的应力遮挡程度。压缩试验结果表明：在适合骨细胞生长的孔隙率范围内，TPMS结构的屈服强度均大于股骨的屈服强度，满足股骨柄设计的强度要求，并且TPMS结构的力学性能随孔隙率的升高而降低，其中P结构降低的幅度最大。有限元分析结果表明，在股骨柄中引入P结构后能够有效缓解应力遮挡效应，有利于提高股骨柄的稳定性和使用寿命。

给出了光纤电流传感器的数学模型,推导出了传感器测量准确度的数学表达式,并对系统的主要特征参数进行了分析。提出了一种在线监测方法,将环路增益值解调并实时输出,作为传感器系统的一个故障监测点。然后在此基础上,提出了环路增益稳定控制技术,使环路增益能够实现自动调整,消除了系统在长期运行时因环路增益变化对精度的影响。实验结果表明:改变前置放大器的放大倍数,在线监测的环路增益值、比值误差和相位误差均随之改变,实验结果与仿真结果一致;引入环路增益稳定控制技术后,改变前置放大器的放大倍数,在线监测的环路增益基本保持不变,且传感器的比值误差和相位误差波动也在准确度范围之内,验证了在线监测方法和环路增益稳定控制技术的有效性。

面向工业、**及重大科学研究领域超大电流在线计量的迫切需求, 提出基于光纤电流传感器量程自扩展特性实现超大电流计量标准的量值传递。基于微分琼斯矩阵方法, 建立了光纤敏感环路的数学模型, 揭示了线性双折射对传感器量程自扩展特性的影响机理, 并证明了采用椭圆双折射光纤的电流传感器具有良好的量程自扩展能力, 可通过光纤圈数对Faraday效应的比例放大作用, 利用小电流实现传感器在超大电流下的等效校准。研制了干涉式数字闭环柔性光纤电流传感器, 可在不断开载流母线的情况下直接形成敏感环路, 实现在线计量。样机性能测试结果表明: 在直流等效10 ～210 kA范围内, 样机的测量准确度优于±0.1%; 在工频额定等效25 kA条件下, 样机的比差准确度满足IEC60044-8 0.2 S级要求; 样机的带宽大于10 kHz。

研究了直流光纤电流互感器(DC FOCT)谐波测量误差的产生机理及性能改善方法, 建立了互感器闭环信号检测系统和滑动平均输出滤波器的离散域数学模型, 对互感器的频率响应特性进行了仿真分析。研究表明, 闭环信号检测系统的前向增益和输出滤波器的阶数是影响谐波电流测量准确度的主要因素; 在闭环稳定的前提下增大前向增益, 同时降低输出滤波器的阶数, 可有效减小谐波电流的测量误差。搭建了DC FOCT谐波电流测量误差测试平台, 实验结果表明, 在50~1200 Hz范围内, 样机测量误差不超过0.5%, 带宽大于10 kHz。

为了解决电解领域大电流测量难度大的问题, 在传统光纤电流互感器(FOCT)的基础上提出一种新型的便携式光纤电流互感器(P-FOCT)。由于在P-FOCT的设计和安装过程中, 柔性传感头光路不闭合和导体偏心会引起法拉第相移误差, 进而影响电流计精度, 因此对传感头闭合误差和导体偏心位置对P-FOCT的影响进行了理论分析和实验测试。结果显示, 法拉第相移相对误差随传感头不闭合角度线性增加,随导体到非闭合长度中心的距离增大而减小。另外, 增加传感头匝数能减小P-FOCT的法拉第相移误差, 提高其测量精度。

建立了光纤电流互感器的离散动态模型，理论分析了互感器比值误差及相位误差与系统环路增益之间的关系，确定了环路增益漂移是导致互感器长期运行精度劣化的主要原因之一。提出了一种环路增益在线监测方法，能实时检测环路增益的变化，监测值可以作为互感器长期运行的故障监测点之一。在此基础上实验验证了模型的正确性，结果表明：在保证静态测试精度的条件下，系统环路增益取值越大，环路增益波动对互感器比值误差和相位误差的影响越小。系统环路增益取值为0.05时，为保证长期运行互感器测试准确度不超过误差限值要求，环路增益波动应不超过10%。

针对电解铝工业中大电流测量现场环境复杂的难题, 在传统光纤电流互感器的基础上提出一种便携式光纤电流互感器.对设计安装过程中由于柔性传感头光路不闭合和导体偏心引起的法拉第相移误差进行分析和有限元仿真计算, 结果表明: 法拉第相移相对误差随传感头不闭合度角度线性增加, 随导体到非闭合点的距离增大而减小, 且增加传感头匝数能减小法拉第相移误差.由于便携式光纤电流互感器准确度随导体到非闭合点的距离增大而提高, 设计了一种使传感头非闭合点向一端延伸且易拆装的结构, 实验测试得到该便携式光纤电流互感器的全温准确度为0.86%, 满足电解铝厂准确度1%的使用要求.

在现代化战争**和惯性导航系统中, 要求光纤陀螺(FOG)快速启动。研究了温度对FOG启动过程中标度因数误差的影响。FOG的启动时间与超辐射发光二极管(SLD)的输出性能密切相关。研究了SLD输出波长对FOG标度因数误差的影响, 对理论结果进行了仿真分析和实验验证。结果表明, 由温度变化引起的SLD输出波长变化严重影响FOG启动过程中的标度因数误差; 温度变化越大, FOG启动过程的标度因数误差越大; 在-20, 50, 70 ℃时的最大标度因数误差分别可达0.048,0.0144, 0.025, 启动时间分别为6, 7, 11 s。

利用保偏延迟光纤环的偏振耦合模型，考虑幅值较大的互易性寄生波列，计算了光纤电流互感器(FOCS)光路系统的干涉光强，得到了互感器变比与延迟环偏振串音之间的理论关系，揭示了延迟环偏振串音的温度相关性对互感器变比的影响机理，并提出了抑制方法。为保证变温环境下互感器的变比误差在0.2%以内，延迟环的偏振串音应低于-30 dB。实验结果表明：在绕制延迟环的过程中，降低绕环张力、减少胶的用量，采用低温度系数骨架可有效地改善互感器变比的温度稳定性，在-40 ℃～70 ℃范围内，互感器变比的变化量由0.63%降低至0.07%。该研究为光纤电流互感器中保偏延迟光纤环的设计和绕制工艺提供了理论指导。