1 中国计量科学研究院电磁计量科学研究所,北京 100029
2 中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 310027
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。
传感器 干涉测量 光纤电流传感器 Faraday效应 大电流测量 非线性误差 光学学报
2023, 43(11): 1128001
1 海军工程大学电气工程学院,湖北 武汉 430033
2 92853部队四分队,辽宁 葫芦岛 125106
提升数据处理能力是实现光纤电流传感器(FOCS)在微弱电流检测领域中应用的重要支撑。针对独立成分分析(ICA)算法对信源数量的要求和变分模态分解(VMD)对冲击噪声处理能力不足的问题,采用优化参数的变分模态分解与独立成分分析联合算法(OVMD-ICA算法),提升微弱电流检测能力。首先,在分析全光纤电流传感器输出信号的特征和噪声特性的基础上,以能量谱熵为目标函数,采用捕食者算法(HPO算法)获取模态参数K和二次惩罚因子α,完成变分模态分解。然后,通过设置相关系数阈值,对各模态函数分类并构建虚拟通道,以满足ICA对信源数量的要求,并采用FastICA算法实现盲源分离。最后,通过对比实验确定了该方法的有效性,发现采用所提方法能够实现3 mA微弱电流的识别检测。
信号处理 全光纤电流传感器 微弱电流测量 变分模态分解 独立成分分析 捕食者算法
红外与激光工程
2022, 51(7): 20210615
1 海军工程大学电气工程学院,湖北 武汉 430033
2 92853部队,辽宁 葫芦岛 125106
3 国防科技大学信息通信学院,湖北 武汉 430033
采用全光纤电流传感器实现微弱电流检测,可以拓展光纤传感技术在微弱磁场检测领域的应用。在分析全光纤微电流传感器的基本原理和主要光路结构的基础上,从增加光路循环次数、提高传感光纤性能、降低系统噪声三个方面,综述了全光纤微电流传感的最新研究成果及存在问题,并展望了全光纤微电流传感器未来发展趋势。
传感器 光纤传感 全光纤电流传感器 微电流测量 灵敏度 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1700005
1 超高压输电公司 检修试验中心, 广州 510000
2 南京邮电大学 通信与信息工程学院, 南京210000
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。
全光纤电流传感器 法拉第效应 琼斯矩阵 双折射 all-optical current transformer, faraday effect, J
1 上海大学 通信与信息工程学院, 上海 200444
2 国网江西省电力有限公司 信息通信分公司, 南昌330000
随着智能电网技术的发展, 电流参数的监测需求日益提升。提出了一种基于磁致伸缩效应的光纤布喇格光栅(FBG)电流传感器, 将FBG全部固定于磁致伸缩材料上, 使其感知通电螺线管所产生的磁场来实现电流传感。监测FBG的波长变化可知, FBG电流传感器在0~5 A电流范围最大实现了0.773 nm的布喇格波长漂移量, 传感灵敏度高达0.184 nm/A。
磁致伸缩效应 光纤电流传感器 光纤布喇格光栅 magnetostrictive effect, fiber current sensor, fib
全光纤电流传感器作为智能电网中的重要设备之一, 具有比传统电磁式互感器更显著的优势, 在高压及超高压环境中有广阔的应用前景。首先阐明了影响全光纤电流传感器灵敏度的主要因素, 综述了近年来国内外学者提高电流传感灵敏度的解决方案和研究成果; 其次着重分析一些改进型结构的全光纤电流传感器消除温度、线性双折射等对传感灵敏度影响的工作原理, 并讨论了各自主要的优缺点; 最后, 结合高灵敏度全光纤电流传感器的研究现状, 指出了其未来发展趋势。
传感器技术 全光纤电流传感器 温度补偿 线性双折射 数据处理算法 sensor technique all fiber optic current sensor temperature compensation linear birefringence data processing algorithms
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 中国计量科学研究院, 北京 100029
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。
光纤光学 光纤电流传感器 测量准确度 环路增益 控制技术 在线监测 中国激光
2019, 46(10): 1010003
陆军工程大学电磁环境效应与光电工程重点实验室,江苏南京 210007
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。
全光纤电流传感器 雷电流 数字闭环干涉技术 all-fiber optical current transformer lightning current digital closed-loop interference technology