为研究光学器件对全光纤电流互感器温度稳定性的影响, 分析了起偏器、直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串扰对全光纤电流互感器的精度的影响。对每种光学器件, 在其环境温度变化范围为-40～+70 ℃时, 测试了起偏器输出光消光比变化, 以及直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串音变化情况; 也测试了对应的全光纤电流互感器的精度变化情况。测试结果表明, 直波导相位调制器、延时光纤线因环境温度变化引起的偏振串扰会引起全光纤电流互感器的精度变化, 其中直波导相位调制器是决定全光纤电流互感器的温度稳定性的关键器件。

全光纤电流互感器由光纤本身做传感器件，以光信号作为传输载体，而由于光纤容易受到温度影响而发生微小形变，因此会导致光信号在传播过程中发生偏振态改变。分析了1/4波片和光纤传感环两个关键光纤器件受温度影响情况，并对测量结果进行优化处理。采用保偏光纤制作的1/4波片，线偏振光的相位延迟会因温度的变化而改变，光纤传感环的维尔德常数也受环境温度的影响。在分析两器件的温度特性的基础上提出了温度补偿优化方案，并兼容原有光路中器件，设计了光纤双折射温度传感器，用于对温度产生的误差二次补偿。通过实验验证，互感器从比差值在温度为70~40 ℃时最大变化范围为0.417%~0.335%下降到[±0.15%]，满足国标小于[±0.2%]要求。基于该技术方案的产品通过第三方权威机构的检验并长时间在变电站工程应用，设备运行稳定，测量准确，验证了方案的可行性和正确性。

红外图像智能分析是变电设备故障诊断的一种有效方法，目标设备分割是其关键技术。本文针对复杂背景下电流互感器整体分割难的问题，采用基于 ResNet50的 DeepLabv3＋神经网络，用电流互感器的红外图像训练语义分割模型的方法，对收集到的样本采用限制对比度自适应直方图均衡化方法实现图像轮廓增强，构建样本数据集，并运用图像变换扩充样本数据集，搭建语义分割网络训练语义分割模型，实现电流互感器像素与背景像素的二分类。通过文中方法对 420张电流互感器红外图像测试，结果表明，该方法的平均交并比(Mean Intersection over Union, MIoU)为 87.5%，能够从测试图像中精确分割出电流互感器设备，为后续电流互感器的故障智能诊断做铺垫。

半导体激光器的输出性能直接决定了光纤电流互感器的测量精度和长期运行稳定性。为提高光纤电流互感器的测量精度与稳定性, 设计了一种高精度半导体激光器数字驱动电路。以STM32微控制器为控制核心, 利用高精度电流源芯片ADN8810实现驱动电流的精密控制, 同时采用集成温控芯片MAX1978通过控制半导体制冷片的工作电流实现对激光器温度的精确控制。经实验测试, 其输出电流稳定度为0.028%, 温度控制稳定度为0.18%, 激光器输出光功率稳定度达到0.06%, 输出波长稳定度为0.05pm。该设计能够满足光纤电流互感器对光源输出性能的要求。

为解决有源电子式电流互感器高压侧供电不稳定、“死区”等问题, 提出一种双路供电系统, 由母线取能和激光供能完成。设计了一种适用于母线大电流时供电的线圈, 并针对激光器存在寿命短和可靠性差等问题, 给出了根据信号采集系统的电能需求使用模糊PID控制算法进行动态调节激光发射功率, 从而提高激光器的使用寿命, 通过仿真分析, 进一步说明了模糊PID控制能很好的调节激光器, 最终保证了高压侧供电稳定, 对高压侧供电电源研究提供了重要参考。

基于1/4波片相位延迟功能,结合起偏器与法拉第旋光器,提出了一种集起偏与相位偏置功能于一体的用于Sagnac环路中的非互易相位调制器设计方案。所提结构从根本上消除了延迟线圈对系统灵敏度的影响,降低了系统复杂度,减小了体积。实验测得该相位调制器的相对插入损耗为3.6 dB,相位偏置角度为89.9605°,实验结果能够很好地与理论分析结果吻合。提出了变比误差自补偿技术,分析得到:当温度在-40~40 ℃范围内变化时,不同制作工艺下系统的最低变比误差不超过±0.02%。

宽带光纤λ/4波片是一种特殊的变速旋转型双折射光纤。当其旋转速度由小到大逐渐增加时, 可将输入的线偏振光转换为圆偏振光, 同时具有理想的偏振变换带宽。结合全光纤电流互感器的光路模型, 分析了宽带光纤λ/4波片的特性对互感器标度因数稳定性的影响。通过在邦加球上的轨迹, 对宽带光纤波片快转端的本征态及两正交本征态间的耦合系数进行了实验研究, 测量了其随温度的变化。实验结果表明, 当波片转速变化曲线满足一定条件时, 宽带光纤λ/4波片的温度效应对电流互感器标度因数稳定性的影响小于0.2%, 远小于窄带光纤λ/4波片的影响。利用宽带光纤λ/4波片可有效提高光纤电流互感器系统的温度稳定性。

本文介绍了主流的特种光纤制备技术及其特点，并根据特种光纤在众多光纤传感领域的应用实例报道了熊猫型保偏光纤、旋转光纤、特殊环境用光纤以及分布式光纤传感用的新型光纤等特种光纤的研发方向及取得的成果。相比传统采用通信光纤的传感应用，基于特种光纤的光纤传感展现出明显的性能优势，并且衍生出多种新型传感机理的光纤传感系统。

为了改善光纤电流互感器温度性能, 设计了引入保温腔体的光纤环传感头结构.在光纤环受温度扰动引起的热致相位差基础上, 推导并建立了光纤电流互感器系统输出误差离散化数学模型, 利用有限元分析软件分别建立了光纤环自身和光纤环配合保温腔体的有限元模型, 仿真分析了在不同温度载荷下, 保温腔体的热性能和采用设计的传感头光纤电流互感器的温度性能.仿真实验结果表明: 所设计的保温腔体能有效控制光纤环中各匝光纤的温度变化范围, 减缓光纤的温变速率, 均化光纤环温度场；采用设计的传感头的光纤电流互感器系统输出误差范围明显减小, 有效提高了系统测量精度.这对高精度的光纤电流互感器的制作和应用具有重要意义.

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。