可温度自动跟踪的高精度光纤光栅电流互感器

用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)粘贴到超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,GMM)上作为电流互感器的传感探头,用硅钢片构建磁路系统以约束并引导交变电流产生的磁力线进入传感探头,实现交变电流的传感,此传感系统具有全光纤结构和抗电磁干扰能力。由于光纤光栅是波长编码器件,该文提出一种基于分布式反馈(distributed feedback,DFB)半导体激光器的正交解调方法。该解调方法结构简单,解调精度高,能够解耦波长信息的同时剔除了温度对光纤光栅波长漂移的影响,解决了光纤光栅对温度和应变交叉敏感的问题。实验结果表明,电流互感器最小可测电流为0.33A,最大可测电流为293.25A,满量程精度可以达0.11%。应用DFB激光器解调技术的光纤电流互感器,运用激光器的波长可调谐特性,采用经典控制理论的PID算法实现了电流与温度同时测量。     

基于 F-P 标准具非线性波长校准的 FBG 传感系统解调方法

针对光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调系统在变温环境下由于波长漂移引起的解调精度不足问题,提出了一种基于法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)标准具非线性波长漂移校准的FBG传感系统解调方法。研究建立了引入F-P标准具的FBG解调系统,设计了基于F-P标准具非线性误差补偿的波长校准流程,搭建了FBG解调系统在航空航天实际应用环境中的模拟实验系统,并在恒温及变温环境下进行了实验测试。实验结果表明,本文所提出方法在恒温及变温环境下的传感系统解调稳定性在±0.6 pm及±1.1 pm以内,且在变温环境下传感系统解调的波长漂移量从20.3 pm减小到0.7 pm。验证了解调方法的精度和稳定性,为航空航天等领域的结构健康监测提供了参考。     

GMM-FBG光纤电流传感器结构优化及温补模型

为解决FBG中心波长和GMM磁致伸缩系数温度敏感而影响GMM-FBG光纤电流传感器交流响应灵敏度和准确度的问题,提出在GMM-FBG传感模型中引入温度参数校准电流输出值的方法。依据法拉第电磁理论,采用有限元分析方法设计提高GMM磁耦率和均化磁场分布的磁路结构。构建波长解调系统实验平台,测试温度在20～70℃范围传感器不同电流对应的波长响应幅值,实验研究表明:GMM-FBG电流传感器灵敏度随温度升高而下降,且与被测电流值大小正相关。在分析传感器温度响应特性基础上,利用数学拟合方法建立了具有温度补偿系数的GMM-FBG电流传感数学模型,且将该模型用于40℃时60 A电流检测实验,电流检测准确度提高了4. 8%。     

光纤布拉格光栅解调系统的光谱数据高速传送方法

针对工程应用中使用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)测量炮膛温度瞬变、高频振动等信号时光谱成像法数据传输带宽高的需求,提出了一种基于直接存储器访问(direct memory access,DMA)的光谱数据高速传送方法,设计了基于Zynq的光谱数据高速传送硬件逻辑,利用光谱成像法原理搭建了FBG解调系统,实现了DMA方式的光谱数据同步传送以及FBG波长解调计算.数据传送仿真实验与FBG中心波长解调结果表明,解调系统可以将FBG光谱数据进行高速传送,数据传输带宽为320 Mbit/s,解调速率达到34 kHz,光谱数据传送具有较高的稳定性.     

比较式光学电流互感器的信号解调

长期稳定性是光学电流互感器(OCT)实用化的关键问题之一.比较式OCT在传统OCT的基础上,引入永磁体产生的恒定磁场作为参考磁场,通过将被测电流磁场与参考磁场相比较得到最终的电流测量结果,实现了对光学传感头的Verdet常数和线性双折射的同时补偿,使OCT的实用成为可能.针对新的传感头结构,设计了全新的双光源双输出信号解调方式以及基于此原理的信号解调系统.初步的线性度试验结果验证了该解调方式的正确性,同时也表明所设计的比较式OCT满足IEC标准规定的0.2级电子式电流互感器的精度要求.     

高精度光纤光栅振动解调系统研究与应用

为实现工程系统中对振动信号的检测,提出了一种基于衍射光栅的光纤布拉格光栅(FBG)振动解调系统。解调系统通过色散成像原理获取传感器反射光谱,由所设计的嵌入式单元进行信号处理,并通过专用的上位机解调软件完成数据处理与分析。将系统封装为解调仪器,能实际应用于振动信号的探测。所设计的系统波长解调范围为1 525～1 570 nm,波长重复性可达±1 pm,分辨率为0.5 pm,可实现8通道复用测量,最高光谱解调速度可达10 kHz。实验结果表明,该FBG振动解调系统能够高精度测量不同频率与幅度的振动信号,最小可探测应变约为0.319με/Hz^1/2,在结构安全监测等领域具有重要的应用前景。     

基于双 AWG 的新型 FBG 连续解调方法研究

为了实现基于阵列波导光栅(arrayed waveguide grating, AWG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin, FBG)的连续解调, 提出了一种使用两个 AWG 联合解调的方法。 在一个 AWG 相邻两通道光谱中间插入另一个 AWG 对应通道的光谱,组成最小 的光谱周期;每次测量均从三通道中选择光强度最强的两个通道,利用相对光强解调算法,根据其波长—功率关系对 FBG 中心 波长进行精确测量。 使用两个 100 GHz 的 AWG 搭建了实验平台,并对温度传感器的解调进行研究。 实验表明,在 0. 8 nm 的系 统最小动态范围周期内,实现了对 FBG 的连续精确解调,系统的解调线性度达 0. 999 1,波长精度达±4 pm。 对数据和实验结果 进行数学分析,可以将 C 波段范围分成多个波长周期,系统可以实现在 C 波段 40 nm 全周期范围内对单个 FBG 的连续解调。 该方法不但可以实现在 C 波段范围内基于 AWG 对 FBG 的连续解调,使得运用 FBG 可以连续感测外界物理量变化,提高了系 统的实用性。 而且,该方法能够准确解调出波长信息,为实现对 FBG 的连续精确解调提供了借鉴信息,有利于进一步扩大 FBG 的应用领域。     

应用光纤Bragg光栅的新型直流电流测量方法

光学电流互感器因具有许多传统电磁感应式电流互感器无法比拟的优点,具有广阔的应用前景,但目前国内应用于直流测量的研究报道较少。为此基于光纤Bragg光栅的应变敏感性和磁性材料的磁致伸缩效应,提出了一种新型直流电流测量方法。在详细分析超磁致伸缩材料(GMM)调制光纤光栅时存在的磁滞非线性以及测量精度的温漂问题后,通过施加合适的偏置磁场、预压应力,改善了磁滞非线性特性,利用光纤Bragg光栅的可串联特性设计温度补偿系统,解决了温漂问题,实现了光纤Bragg光栅(FBG)波长漂移量与轴向应变量的线性调谐关系,并以此设计了实验样机。实验表明,该装置具有结构简单、线性度好、灵敏度高等特点。该方法为高压直流输电电流检测提供了一种新的有效手段。     

基于DDS信号和插值法的FBG解调系统研究

针对F-P滤波器解调法容易产生漂移与校正成本较高的问题,本文采用FPGA和光开关搭建了F-P滤波器多通道共振解调系统,该系统利用DDS信号生成特定的三角波驱动电压,通过串联多维参考FBG实现基于插值法对波长-时间的动态标定,设定了3种动态标定模式,包含线性关系和二次关系的标定。利用FPGA控制光开关实现快速切换模式与参考波长、待测波长信号的分步采集,3种模式100 Hz平均偏差分别为0.028 02 nm、0.018 14 nm、0.010 9 nm。研究结果表明,在单位电压（1 V）下,相对于静态标定,误差降低45%以上,提高解调精度并且降低校正成本,同时解决参考与待测波长数值过近时容易导致的误判问题。     

基于标准具的XLPE电缆接头光栅测温系统

采用光纤光栅(FBG)测量电缆温度已逐步成为在线监测XLPE电缆绝缘状态的重要手段。文中介绍了采用F-P滤波器解调光纤光栅测量结果的原理,并通过实验指出了该方法的固有缺陷。为克服该缺陷,提高测量精度,本文采用F-P标准具标定波长漂移量,完全避免了滤波器选通波长和调谐电压之间的非线性关系造成的影响,大大提高了光纤光栅的测量精度。经过在实验室三相110kV XLPE电缆接头进行测量可知,采用该方法后系统测量误差控制在±0.4℃以内,具有良好的工程实用性。     

基于超磁致伸缩材料的光纤光栅交流电流传感系统

建立了以超磁致伸缩棒调谐光纤光栅作为传感头的交流电流传感系统,提出了自发放大辐射宽带光源解调技术,用50Hz交流信号对系统进行实验验证.结果表明该系统能较好地检测出被测信号的幅值、频率和相位,应用高阶方程组拟合具有迥滞线特性的系统传递函数,可实时准确地重建被测电流波形.     

基于FBG的输电线路微风振动在线监测方法

输电线路导线和地线振动往往造成线路断股断线、金具脱离等危害,现有的导线微风振动监测装置采用互感取电方式供电,而地线监测装置采用电池供电,使用寿命较短,且易受电磁干扰、雷击电流的影响。针对这些问题,开发了基于光纤光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感器的输电线路微风振动在线监测系统,系统采用悬臂梁结构的光纤光栅传感器测量地线振动时反射光的波长变化,并通过OPGW/OPPC将光信号发送至变电站的光纤光栅解调仪,再通过安装在变电站的状态监测装置计算出导地线的动弯应变、振动幅值以及振动频率。系统可以实现地线微风振动的无源测量,不再存在电源供电的问题。此外,结合光纤光栅传感器抗电磁干扰、精度高的特点,提高了系统的稳定性和可靠性。     

周期频率调制降低开关电源传导EMI的比较研究

利用频率调制技术从噪声产生源头上降低了开关电源传导电磁干扰.分析了频率调制降低EMI噪声的原理,并试制了一台周期频率调制反激变换器电源样机.比较了不同周期调制信号情况下开关管电流信号的频谱以及传导干扰测试的结果.实验结果表明,两种调制信号均能有效降低开关谐波峰值,但是三角波调制信号的扩频效果优于正弦波调制信号.     

基于数据驱动的双馈风电场经VSC-HVDC并网 次同步振荡影响因素分析

双馈风电场经柔性直流(VSC-HVDC)并网的振荡数据中蕴含大量信息,这些信息能够反映不确定因素对系统次同步振荡的影响。提出了基于数据驱动的方法分析风速和风电场出口电流波动的不确定因素组合对次同步振荡的影响。首先,对系统振荡数据按风速进行分段,运用基于Nuttall窗插值的FFT识别功率数据中与小信号分析结果相对应的次同步振荡分量并提取幅值。然后,利用高斯混合模型(GMM)聚类算法对因素组合进行聚类,通过三种内部有效性指标评价聚类效果。最后,从次同步振荡分量幅值变化的角度分析了风速/电流波动聚簇对次同步振荡的影响。结果表明：在振荡影响因素组合聚类方面,所提GMM方法相比于K-Means具有更好的聚类效果。当风速/电流波动因素组合属于部分聚簇时,会恶化系统次同步振荡。     

植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变分析

光纤布拉格光栅以其良好的绝缘性能、微小的体积以及抗电磁干扰的优势,成为复合绝缘子运行状况监测的重要手段。为了弄清光纤复合绝缘子内布拉格光栅应变情况,利用有限元法分析了植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变,得出了在复合绝缘子自身结构应力及温度变化导致的热应力综合作用下,光栅的中心波长以及反射光谱与芯棒结构...     

光纤传输表面电流探头的设计与校准

介绍了一种在强电磁场环境中用于检测表面电流强度的光纤传输表面电流探头。信号处理环节采用直接强度调制式光纤通信,即采用射频晶体管做前级放大,将电压信号转换为电流信号,对光电器件进行直接光强调制。该系统动态范围大,非线性失真小,带宽达到5～120MHz。给出了光纤传输表面电流探头的校准测试实例以及传输阻抗曲线。     

混沌映射抑制DC-DC变换器EMI水平的实验研究

探讨了混沌频率调制技术在开关变换器中抑制电磁干扰的实际效果。详细地分析了被调制信号的频谱与混沌系统产生的调制信号的不变密度函数之间的关系。设计了一个简单的、具有均匀分布密度的tent映射混沌电路，并以此电路产生的离散时间混沌信号作为频率调制信号，加入到工作在闭环连续导电模式的Buck变换器中，从而在开关变换器中实现了混沌频率调制，使开关频率随混沌信号随机变化。实验结果证明该技术不但具有有效降低开关谐波峰值和对输出电压影响不大的优点，而且实现电路简单，是解决开关变换器电磁兼容性问题的一种新的有效途径和具有应用前景的技术。