为给反射式全光纤电流互感器(光CT)出现测量偏差问题提供理论依据, 研究反射式光CT系统的主要光学器件对系统响应的影响机理, 分析光CT各主要光学器件非理想性对电流测量准确性的影响。首先, 采用琼斯矩阵描述了该系统各主要器件和数学模型, 并给出系统输出光的表达式和解调检测后系统的注入电流测量值；然后, 基于系统数学模型, 分别分析了传感光纤的线性双折射、圆双折射的偏差和保偏光纤的线性双折射对光CT的注入电流测量值的影响。研究结果表明: 传感光纤的线性双折射偏差对光CT注入电流测量准确度的影响最为突出；传感光纤的圆双折射的存在可以有效地抑制传感光纤线性双折射对光CT注入电流测量准确度的影响。

雷电流测量是研究雷电的一个重要部分。为此，本文研究了一种用于测量雷电流的全光纤电流传感器。首先，介绍了光纤电流传感器的基本原理及结构组成；其次，在实验室中对该传感器的响应速度、测量精度及测量范围等性能指标进行了测试。结果表明，该传感器的响应速度为微秒级，可测量范围在 1 kA～100 kA，动态范围大于 40 dB，测量误差小于 5%，测量波形与标准的 Pearson电流探头测试波形相比一致性较好，该研究为雷电流测量提供了一种新方法。

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%。

介绍了一种采用新型调制解调方案的全光纤电流互感器。该方案采用归零方波调制相位调制器，以正弦波信号作为本振信号实现模拟相干解调，对采样信号做数字信号处理(有限脉冲响应滤波、滑动平均滤波)完成阶梯波反馈补偿并实现电流闭环检测。对实验结果的分析表明，该方案能实现大电流闭环检测，在室温条件下、额定电流1000 A 时达到IEC 60044-8:2002标准0.2级，具有实际应用价值。

基于法拉第效应的Sagnac干涉仪型光学电流互感器可精确测量电流，因此受到广泛关注。延迟线在典型的串联型电流互感器结构中起到不可或缺的作用,其长度变化会影响系统输出，从而有可能使解调出的法拉第相移引入误差。通过对琼斯矩阵得出的理想系统输出进行理论分析与数值仿真实验，研究了延迟线长度变化对尺度因子的影响。研究结果表明，在一定条件下，延迟线长度失匹配会使尺度因子误差超过0.2%，而温度变化导致的延迟线光程变化产生的尺度因子误差不够明显。因此，建议在采用典型的串联型Sagnac结构及该解调方案时，延迟线长度最好与调制圆频率相匹配，如有特殊需求，实际长度与匹配长度的偏差不要超过50 m,或者将所有器件整合在一起,采用专用线传输。

通过采用双光纤光栅交叉结构设计的电流互感器，实现了基于方形超磁致伸缩材料和光纤 Bragg光栅的电流互感器的温度补偿，同时实现了对超磁致伸缩材料受热膨胀带来的光纤 Bragg光栅中心波长的应变漂移的补偿，提高了基于双光纤光栅的光学电流互感器的测量精度。

将超磁致伸缩材料(GMM)棒粘贴光纤布拉格光栅(FBG)的体系置于电流感应磁场中,构成光学电流互感器,用导磁材料构建磁路系统以约束并引导磁力线进入GMM。用永磁体材料建立偏置磁场以确定系统静态工作点,应用有限元分析磁路的磁场分布并设计了磁路的结构尺寸。利用粗波分复用器(CWDM)线性边带对光纤光栅交变应变解调,实现对交流电流信号的检测。实验测得偏置磁场为30 kA/m时,该系统在线性区最大可测电流为186 A,可获得4.3%的满量程精度。利用快速傅里叶变换(FFT),分析工频电流互感器不同输出信号的谐波分量,对输出信号进行质量评价。表明在线性区,互感器的输出信号基本不受GMM回滞特性和非线性特性的影响。

针对无源光学电流互感器的线性双折射问题,用琼斯矩阵分析了双折射对系统输出的影响。分析了输出光退化成圆偏振情况下光学电流互感器仍能传感电流的现象,以及输出光保持线偏振条件下系统输出电压仍受线性双折射影响的现象。分析了入射光偏转角、入射光相移与初始线性双折射对光学电流互感器输出的联合影响。结果表明,当初始双折射存在的情况下,随着入射光相移的变化,系统输出相对偏差存在极小值,且极小值对应的入射光相移随着初始双折射值而单调递增。由此提出增加入射光相移来减小初始线性双折射对系统输出影响的方法。用计算机仿真了理论计算结果,实验验证了这种方法的可行性。对改进无源光学电流互感器的性能、开发实用光学电流互感器具有参考意义。

使用偏振态分析工具,分析了偏振器性能——偏振度、消光比的不完善以及偏置角误差等因素对比较式光学电流互感器性能的影响。结果表明,由于双输入双输出的特殊传感头结构的采用,使得比较式OCT可以有效克服偏振度和消光比的不完善带来的不利影响,但是传感头的起偏器与检偏器之间的偏置角误差会对比较式OCT的性能产生较大的影响。可以采用改进工艺精确调整偏置角、增大参考直流磁场和软件修正等措施加以改进。对改进后的比较式OCT进行了实验,实验结果表明在50℃的温度变化范围内,互感器的误差变化量仅为0.7%,较之采用比较式补偿之前的误差变化量16%,温度性能得到了显著的提高。

分析了线性双折射对光学电流互感器(OCT)电压输出的影响,指出了差除和信号处理方案检测输出光信息的不完备性问题,用琼斯矩阵理论证明了差除和方案不能独立检测块状玻璃传感头中线性双折射的结论。提出了光学电流互感器的椭偏检测方案,从椭圆偏振光参量方程出发,推导了温致线性双折射、法拉第旋转角与输出椭圆偏振光椭率、倾角之间的解析式,证明了椭偏检测法对输出光信息检测的完备性,实现了温致线性双折射和待测电流的同时测量。为保证实时性,提出了输出椭圆光的三态检测方案,采用水平、垂直和45°三个偏振态的实时检偏,既克服了线性双折射的影响又实现了待测电流的实时测量,从检测原理上解决了温致线性双折射对光学电流互感器的影响。