新一代全光纤电流传感器(互感器)
反射式光纤电流传感器频率特性计算和测试
第３４卷第７期
２００７年７月 光电工程
Ｏｐｔｏ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＶｏＩ．３４．Ｎｏ．７
Ｊｕｌｙ，２００７
文章编号：１００３～５０１Ｘ（２００７）０７—００８８—０５
反射式光纤电流传感器频率特性计算和测试
张朝阳，张春熹，王夏霄，梁 冰
（北京航空航天大学仪器科学及光学工程学院，北京１ ０００８３）
摘要：建立反射式光纤电流互感器 Ｆ０ｃＴ（Ｒｅｎｅｃｔｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）的数学模型，得到描写模型的
差分方程，推导出与之对应的传递函数，仿真系统的频率特性。根据电流传感器的工作特点，提出应用锁定放大
器ＳＲ８３０测试Ｒ．ＦＯＣＴ频率特性的方法。比较测试数据和仿真结果，结果表明，系统的带宽计算和测量方法是可
信的，得到了系统带宽大于６ｋＨｚ的结论。
关键词：光纤电流传感器；传递函数；频率特性
中图分类号：ＴＭ４５２＋．９４ 文献标志码：Ａ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｏ—ｙａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｘｉ，ＷＡＮＧ Ｘｉａ—ｘｉａｏ，ＬＩＡＮＧ Ｂｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（Ｒ・ＦＯＣＴ）ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ
ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ
PCS-9250 系列电子式电流电压互感器技术和使用说明书
ZL_DLYH0101.0510
PCS-9250系列
电子式电流电压互感器技术和使用说明书
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1概述...........................................................................................................................................1
1.1应用范围.............................................................................................................................11.2型号和名称.........................................................................................................................1
1.3引用标准.............................................................................................................................2
1.4使用环境条件......................................................................................................................21.5主要技术参数......................................................................................................................2
光电式电流互感器的实用化设计
第２９第２期 ２ ００２年４月 光电工程
ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．２９。ＮＯ．２ Ａｐｒｉｌ，２００２
文章编号：１００３－５０１Ｘ（２００２）０２．００３９．０３
光电式电流互感器的实用化设计
纪昆，李芙英
（清华大学电机系，北京１０００８４）
摘要：为满足电力系统保护和监控设备的小型化、自动化和高可靠・ 的要求，设计了光 电式电流互感器（ＯＥＣＴ）。ＯＥＣＴ集光纤、通信、微机技术于一体，能进行电流测量、谐波分析
和功率计量。上网试运行证明，ＯＥＣＴ具有动态测量范围宽、响应速度高、抗电碰干扎手特
点
关键词：电流互感器；光电转换 光圩传输系统；系统设计
中图分类号：ＴＭ４５２ 文献标识码：Ａ
Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
ＪＩ Ｋｕｎ．ＬＩ Ｆｕ－ｙｉｎｇ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＭｏｔｏｒ，Ｑｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅ￣ｍｇ ｌ００Ｏ８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ．ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎ Ｏｐｔｅｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ（ＯＥＣＴ）ｉｓ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ、Ｔｈｅ ＯＥＣＴ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃ ｆｉｂｅｒ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ，ａｎｄ ｉｔ ｃａｒｌ ｂｅ
ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｈａｒｍｏｎｉｃ ｗａｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ、Ｔｈｅ ｔｒｉａｌ ｒｕｎ ｉｎ ｐｏｗｅｘ
电流互感器、直检式霍尔电流传感器、磁平衡霍尔电流传感器、相位差磁调制式直流电流传感器与零磁通电流互感
电流互感器、直检式霍尔电流传感器、磁平衡霍尔电流传感器、相位差磁调制式直流电流传感器与零磁通电流互感器的区别与使用
以下介绍针对于MCU对150A以下电流进行数据隔离采样用途。
电流互感器
电流互感器大家最为熟悉,就是初次级绕组通过铁芯进行电磁耦合,初次级电流比与匝比相同。用于测量40-20kHz的正弦波电流。测量精度一般为比差±0.1%,比差非线性度0.1%,,相位差15分。特点,不需电源,价格便宜,精度高,缺点:不能用于有直流分量场合(某些型号可以带一定直流分量,但直流分量不反映到输出),价格10-30元
直检式霍尔电流传感器
初级绕组绕在径向开有缺口的环型(矩形等)铁芯上,霍尔元件置于缺口中。当初级绕组有电流流过时,霍尔元件检测出铁芯中的磁感应强度B的大小(V=KBi,K霍尔元件灵敏度,B 磁感应强度,i霍尔元件的控制电流。)该瞬时电压与初级绕组瞬时电流是线性关系。对该电压(mV级)进行放大输出,就是跟踪输出型直检式霍尔电流传感器,也可以转换成标准信号输出。用于测量DC-1kHz的各种波形电流。由于输出电压与控制电流成正比,恒流源的稳定性很关键,磁路中的剩磁对输出有教大影响。测量精度一般为±1%,非线性度0.5%,响应速度10μS,跟踪速度di/dt
50A/μS。特点,需提供±12V电源,结构简单,可以测量各种波形电流,缺点:温漂大,精度低一些。价格50-100元
磁平衡霍尔电流传感器
某些厂家也把它称“零磁通”电流传感器
磁平衡霍尔电流传感器是在铁芯上加了一个反馈绕组,把霍尔元件检测的电压反馈回反馈绕组中,使磁路中的B=0。这样反馈绕组的电流与初级绕组的电流成对应关系,要求起反馈的运放的失调电压小。控制电流的影响降低,精度较直检式霍尔电流传感器高许多。用于测量DC-100kHz的各种波形电流。测量精度一般为±1%,非线性度0.2%(高的0.1%),响应速度1μS,失调电流0.3mA。特点,需提供±12V电源,可以测量各种波形电流且非线性度好,缺点:小电流精度低一些。价格150-220元
全光纤及其它光学电流传感技术发展现状
２００２年第２１卷第７期 传感器技术（Ｊｏｕｒ￣ｏｆ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） 综述与评论 、 、 全光纤及其它光学电流传感技术发展现状 李庆波０，王慧丽０，冯瑞颖０，王政平０，佟成国０，王和平 （１．哈尔滨工程大学理学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨手表厂，黑龙江哈尔滨１５００４０） 摘要：介绍了全光纤电流传感及其它光学电流传感技术的基本原理、分类、各自存在的主要问题及可能 的应用领域，回顾了自１９９６年以来各种光学电流传感技术研究的发展状况，并对未来的研究重点给出了 一些建议。 关键词：法拉第效应；光纤传感器；电流传感器 中圈分类号：ＴＮ９２９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００００—９７８７（２００２）０７—０００１—０４ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｌｌ－ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ－ｔｙｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ＬＩ Ｑｉｎｇ．ｂｏ。，ＷＡＮＧ Ｈｕｉ．１ｉ。，ＦＥＮＧ Ｒｕｉ．ｙｉｎｇ。，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ．ｐｉｎｇ。，ＴＯＮＧ Ｃｈｅｎｇ—ｇｕｏ。，ＷＡＮＧ Ｈｅ—ｐｉｎｇ２ （１．ＳｃＩ１ ０ｆＳｄ，Ｈａｒｂ羞ｎ Ｅ｜ｌｇｉ艘啦Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈａｒｂｉｎ Ｗａｔｃｈ Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｌｌ—ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ－ｔｙｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｓ ｒｅ— ｖｉｅｗｅｄ，ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｉｎｇ ｙｅａｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｆａｒａｄａｙ ｅｆｆｅｃｔ；ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒｓ；ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒｓ ０引 言 光学电流传感器（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒｓ ＯＣＳ） 是指那些利用光学技术直接或间接地对电流换能或 测量，从而实现对电流传感的装置…１。由于光学电 流传感器与传统的电磁电流互感器相比具有非常显 著的优点而受到越来越广泛的关注。近年来，此领 域的研究获得许多进展，有些研究单位已进行了挂 网实验，有些研究成果正进入产品转化阶段。 ＯＣＳ与传统电流互感器相比具有如下优点［２］： （１）测量频带宽，由于光通过传感器部分只需要 ｓ级时间，因而频带宽度完全由信号处理部分电子 线路响应速度决定；（２）动态范围大，可在相当宽的 电流范围内保持良好的线性特性；（３）绝缘性能好， 用来做传感材料的光学玻璃、传输信号的光纤都是 良好的绝缘材料；（４）无开路导致高压的危险；（５）不 含铁芯，没有铁磁共振、磁饱和及大电感引起的滞后 现象；（６）不含油，没有爆炸危险；（７）受电磁干扰影 响小；（８）体积小、质量轻、结构简单。 尽管目前的研究目标主要是超高压大电流测 收稿日期：２００２一Ｏ卜ｌＯ ＊基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（Ｆ０１－０２） 量，但从高压大电流到微弱小电流的测量，从低频电 流到高频电流的测量，光学电流传感技术都可获得 广泛的应用。 根据ＯＣＳ所依据的传感机理和所用的传感材 料，ＯＣＳ可分为以下四类…：（１）以光纤为敏感元件 的ＯＣＳ（全光纤电流传感器）；（２）用光学玻璃作敏 感元件的ｏｃＳ（光学玻璃电流传感器）；（３）使用光 电混合装置的ｏｃＳ（混合式光纤电流传感器）；（４） 其它类型的，包括利用磁致伸缩效应或其它磁场传 感磁效应的ＯＣＳ。其中全光纤型ＯＣＳ存在由于光 纤中线性双折射而产生的一系列问题，以及Ｖｅｒｄｅｔ 常数变化对输出的影响；块状光学材料ｏｃＳ中线性 双折射较全光纤型ｏｃＳ小，其技术难点是克服反射 相移带来的问题以及Ｖｅｒｄｅｔ常数变化对输出的影 响；混合式ｏｃＳ结合了传统电流传感器和光纤的优 势，但是没有解决传统电流互感器所存在的根本问 题；磁场传感器用作ｏｃＳ的缺点是抗外场干扰能力 低。
量子电流互感器
- 1 - 量子电流互感器
量子电流互感器（quantumcurrenttransformer）是一种十分先进的新型电流传感器，其能够精准的检测和记录低于千分之一安培（mA）的电流。是一种新兴的技术，用于检测和监测低于千分之一安培（mA）的微小电流。它具有灵敏度高、精度高、尺寸小、体积小、功耗低、可拆卸性强等特点，可广泛应用在电力和自动化控制系统中。
量子电流互感器可以采集和记录两个不同电流级别之间的电流值，进而可以根据预先设定的参考值，来控制被测电路中的电流。它利用量子技术的原理来精确的测量和记录电流的值。
量子电流互感器的工作原理主要是利用电磁感应原理。当被测电流通过量子电流互感器时，它会产生磁场，在此基础上，可以用磁环产生抗磁场，从而抵消原有磁场的影响，来计算出电流的大小。
量子电流互感器的输入端需要与输出端的电路板连接，从而实现电流的采集。同时，传感器的内部需要通过传感器的特殊结构来测量和记录电流的变化。
量子电流互感器的优点在于它可以检测到极其小的电流，尤其是低于千分之一安培的电流。同时，它还具有灵敏度较高、精度较高、尺寸较小、体积较小、功耗较低、可拆卸性较强等优点，可广泛应用在电力及其他自动化系统中，成为电力系统安全可靠性运行的重要部分。
量子电流互感器具有很多优点，而且易于安装和维护，可以带来一系列的改进，比如提升电力系统的质量和可靠性，减少电力系统的 - 2 - 能耗，提升系统的性能等。同时，量子电流互感器的进一步发展也将有助于改善电力系统的安全和可靠性。
量子电流互感器的技术现今发展越来越迅速，它在电力系统的安全和可靠性方面的应用越来越广泛，但它的专业性也越来越强，其安装和维护需要专业技术人员来完成。
总之，量子电流互感器作为一种新兴的技术，具有很多优点，能够精准检测和记录低于千分之一安培的电流。它不仅能够提升电力系统的质量和可靠性，而且给电力系统的安全可靠性运行带来巨大的影响，因此值得电力行业进行深入研究。
电流互感器分类及原理
电流互感器分类及原理
1、电流互感器(Current Transformer，CT)
电⼒系统电能计量和保护控制的重要设备，是电⼒系统电能计量、继电保护、系统诊断与监测分析的重要组成部分，其测量精度、运⾏可靠性是实现电⼒系统安全、经济运⾏的前提。⽬前在电⼒系统中⼴泛应⽤的是电磁式电流互感器。
2、电流互感器国标(GB 1208-87S)
1）准确级：以该准确级在额定电流下所规定的最⼤允许电流误差百分数标称。
2）测量⽤电流互感器的标准准确级有：0.1、0.2、0.5、1、3、5；
特殊要求的电流互感器的准确级有：0.2S和0.5S；
保护⽤电流互感器准确级有：5P和10P两级。
3、电磁式电流互感器
1）原理：
⼀次线圈串联于被测电流线路中，⼆次线圈串接电流测量设备，⼀⼆次侧线圈绕在同⼀铁芯上，通过铁芯的磁耦合实现⼀次⼆次侧之间的电流传感过程。⼀⼆次侧线圈之间以及线圈与铁芯之间要采取⼀定的绝缘措施，以保证⼀次侧与⼆次侧之间的电⽓隔离。根据应⽤场合以及被测电流⼤⼩的不同，通过合理改变⼀⼆次侧线圈匝数⽐可以将⼀次侧电流值按⽐例变换成标准的1A或5A电流值，⽤于驱动⼆次侧电器设备或供测量仪表使⽤。
2）缺点：
①.绝缘要求复杂，体积⼤，造价⾼，维护⼯作量⼤；
②.输出端开路产⽣的⾼电压对周围⼈员和设备存在潜在的威胁；
③.固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围⼩、频率响应范围窄；
④.输出信号不能直接和微机相连，难以适应电⼒系统⾃动化、数字化的发展趋势。
4、电⼦式电流互感器
1）特征：
①.可以采⽤传统电流互感器、霍尔传感器、空⼼线圈（或称为Rogowski coils）或光学装置
作为⼀次电流传感器，产⽣与⼀次电流相对应的信号；
②.可以利⽤光纤作为⼀次转换器和⼆次转换器之间的信号传输介质；
③.⼆次转换器的输出可以是模拟量电压信号或数字量。
2）分类
（1）按传感原理的不同划分：光学电流互感器和光电式电流互感器
I、光学电流互感器(Optical Current Transformer，简称OCT)
一种光纤三相电流传感器的设计
ｌ４
设计与制造 传感器技术（Ｊ＜ｍｒｕａｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ＴｅｅｈｎＭｏｇｙ ２００２年第２ｔ卷第１期
一种光纤三相电流传感器的设计
刘彬，张君正，张秋掸 【燕山大学电气Ｔ程学院 河北秦皇岛０６６００４）
摘要：提出种只用三，＾传感头 套光路，一套信号处理部分实现对高压三柜电流回时检测的锟舍式 光纤传感系统，结出了其在一相实验中的实验结果。田于光路系统栗用了基于相位压缩原理的微分干涉 式结构，因此该系统不受外界缓变量【如温度Ｊ的影响：与一般干涉仪相比该系统也因相位压缩而使工作的 线ｌ眭范围扩大丁２２０倍。 关键词：三相电流；相位压缩；干涉仪 中国分类号：ＴＭ４５２ ９４；ＴＰ２１２ 文献标识码Ａ 文章编号：１０００ ９７８７（２００２）０１ ００１４ ０３
Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｏｆ ａ ｏｐｔｉｃ ｆｉｂｅｒ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｓｅｎｓｏｒ
ＬＩＵ Ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧ』１３１１ ｚｈｅａｇ，ＺＨＡＮＧ Ｑｉｕ—ｃｈａｒｔ （Ｓｃｈ．ｏｆ Ｅｌｅｃ．Ｅｎｇｉｎ．．Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｌｌａ１
Ａｈｓｔｒ＇ａｃｔ：Ａ ｈｙｂｒｉｄ ｏｐｔｉｃ ｆｉｂｅｒ Ｓ￣ｌｋｇＯｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ Ⅱｓ。ｒ ｈｅａｄ８．ａ ｏｐｔｉｃ ｆｉｂｅｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ｏ．ｒｌｌｔ．ａ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏ— ｃｅ５ｓ ｗｈｉｃｈ ｃａｌｔ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅ ｃｔｌｌ－ｙＰｒｔ￣ｓ ｓｉｎｍｌｒａｎｅｏｔａ｜ｙ．ａｎｄ ｉｔｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｌｔｔａ｜ｒｅｓｕｌｔ．８ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｐｈａｓｅ ｉｓ ａｂｔａｉｎｅｄ Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｐｔｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ ｕｓｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ６ｎｇ ｉｎｔｅｒ［ｅｒｏｍｅｒｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓ ｔｈｅｏｗ．ｔｈｅ ｓｓ￣ｔｅｍ ｃｎ ｒ１。ｔ ｂｅ ｅｆｆｅｅｔｅｄ ｂｙ ｏｕｔｓｉｄｅ ｓｌｏｗ ｖａｒｉｅｔｙ ｓｕｃｈ∞ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃ。ｍｍｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ．ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙａｔｅｎｌ ｗａｓ ｅｎｌａｒｇｅｄ ｂｙ ２２０ ｒ．ｉｔ］ｌｅ－ｓ而ｒ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｋａｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔｓ；ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｒｅ￣：ｉｔｚｚｅｒｆｃｒｏｍｅｖｅｒ
基于DSP的去噪处理系统在光纤电流互感器中的应用
电力电子 • Power Electronics
218 •电子技术与软件工程
Electronic Technology & Software Engineering【关键词】DSP 光纤电流互感器 噪声处理 改进的最小均方自适应算法1 引言光纤电流互感器由于具有动态响应范围大和频响范围宽，已经在电力系统应用中占据了十分重要的地位。然而，由于光纤电流互感器的核心元件易受温度、振动和电磁等外界噪声环境干扰，使其输出特性产生误差，降低器件可靠性。针对上述情况，本文提出了基于DSP的光纤电流互感器去噪系统，利用DSP处理程序实现改进的最小均方(Least-Mean-Square，LMS)自适应算法，提升光纤电流互感器的测量精度和稳定性。2 基于DSP的光纤电流互感器去噪处理系统本系统的设计与实现是基于主控芯片DSP来实现控制的，光纤电流互感器产生电信号，经过前置放大电路进行信号放大，并通过滤波、A/D采样电路实现电路调理，利用DSP核心控制电路来对信号进行去噪处理，通过输出电路对数据信号进行分析和显示。基于DSP的光纤电流互感器去噪处理系统的总体设计图如图1所示。系统硬件搭建完成后，对DSP芯片进行软件编程实现。首先需要对整个系统进行初始化设置，如对控制模块、GPIO模块和外设模块进行初始化设置；其次，检测DSP是否接收到信息数据，如发现有数据则启动A/D采集模块，按照设置好的采集速率将接收的数据存储到指定存储芯片中；最后，调用改进的LMS算法来对数据进行去噪处理并进行数据输出，系统的主程序流程图如图2所示。3 光纤电流互感器自适应噪声对消技术基于DSP的去噪处理系统在光纤电流互感器中的应用文/金晶 董小龙本文提出了基于DSP的光纤电流互感器去噪系统，将光纤电流互感器产生的电信号经过前置放大电路、滤波电路、A/D采样电路实现电路调理，并通过DSP核心控制算法来对信号进行去噪处理。与传统最小均方自适应算法相比较，改进的最小均方自适应算法具有良好的收敛速度和稳态精度，在光纤电流互感器应用方面具有独特的优势。摘 要研究 光纤电流互感器属于光学性元件，在实际应用中会受到外加环境干扰造成测量精度误差，针对光纤电流互感器的噪声特性，选取参考信号，采用自适应噪声对消技术来对输出信号进行滤波，光纤电流互感器自适应噪声对消技术原理图如图3所示。光纤电流互感器产生的原始信号为s(k)，与噪声源信号n0合成为d(k)=s(k)+n0，同时，将与n0具有相关性的n1作为参考信号，通过自适应滤波的不断调节使输出信号y(k)逼近信号n0，误差信号e(k)逼近s(k)，实现参考信号和噪声信号的对消。在自适应噪声对消技术中，多采用最小均方算法对目标函数进行调整，得到最小均方误差，其权系数为： （1）在公式（1）中，μ为收敛因子，有，其中，为最大特征值。然而，传统的LMS算法采用固定的收敛因子，这会使收敛速度和稳态精度都达不到实际应用要求。因此，本文提出基于变步长的改进的LMS算法，即在不同的收敛阶段实时的改变步长因子，保证在收敛过程中具有较小的稳态误差，其收敛因子表示为： （2）在公式（2）中，α为收敛形状的常量，β为取值范围的常量，h为步长变化速度的常量，在收敛初期采用较大步长，具有较快的收敛速度，随着收敛过程的发生，则逐步减小步长因子，使信号输出具有良好的稳态性能。由DSP数据处理程序来对改进的LMS算法进行实现，将调理好的光纤电流互感器信号数据进行A/D转换并设置去噪算法子程序参数，通过改进的LMS算法对数字信号进行处理，计算出y(n)和e(n)，更新权系数，为下一次的数据去噪处理所用，存储去噪处理好的数据信号并输出，DSP数据处理程序流程图如图4所示。4 结论本文提出的基于DSP的光纤电流互感器去噪处理系统能够利用改进的LMS算法来对光纤电流互感器输出信号进行处理，提升光纤电流互感器的测量精度和稳定性。改进的LMS算法能够根据不同的收敛阶段来设定步长，减小光纤电流互感器的输出误差，该系统有望在电力系统中具有广泛的应用前景。参考文献[1]王来龙,赵晓辉,肖浩,郝鹏.光纤电流传感器温度补偿算法研究[J].光电技术应用,2019,34(01):25-30.[2]汪瑶,王海.基于光纤电流传感器的光电
全光纤电流互感器
全光纤电流互感器
将光纤作为传感器，是一个伟大的构想，光纤传感器以其高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、无源等优点被人们广泛测试并应用。目前为止光纤传感器可以用于测量温度、压力、振动、转动、弯曲、应变、速度、电流、电压等多种物理量。同时在一些特殊领域起到了不可忽视的推动作用。
测量电网中传输的电流是电网输电环节的重中之重。在电网中测量电流大小的器件被人们称作电流互感器。自电力系统成立以来，电流互感器几乎全部是根据电磁效应原理而设计并被使用的。由于长时间的使用与运行电流互感器已经趋于稳定并且技术成熟。但是随着社会对电力需求的不断增长，电压等级的逐渐加大，传统电流互感器逐渐暴露出了它的局限性，体积重量大、安装复杂、铁芯易于磁饱和、易爆容易产生危险等。在这样的情况下，全光纤电流互感器应运而生，并凭借着体积小、重量轻、电绝缘、抗电磁、动态范围大、频域响应范围宽、灵敏度高且便于安装等诸多优点，在与传统电流互感器的竞争者取得明显优势。
目前，中国大力推行特高压技术，使“煤从空中走，电送全中国”成为了现实。为构建全球能源互联网，落实国家一带一路发展战略提供了强大的基础支撑。中国发展特高压是基本国情与需求所决定，我国能源资源与生产力逆向分布，70%以上的电力消费集中在东中部地区。我国经济正处于增长的关键期。电力需求将持续保持较快的增长。截至2014年年底国家已经累计建成三交四直工程。2014年5月为了落实国家政策，解决京津翼、长三角、珠三角等地区的用能问题，国家主管部门明确提出推动四交四直特高压工作。由此可见，大力发展全光纤电流互感器势在必行。
目前，国内有很多家公司和研究机构致力于全光纤电流互感器的研发和生产工作，实现方案以Y波导方案和直波导方案两种为主，我们以其中的直波导方案为例，简单介绍一下全光纤电流互感器的工作原理。
如图所示，1310nm的宽谱光源经过保偏耦合器后，进入起偏器变成了一束线偏振光，与相位调制器的尾纤进行45°熔接，这样线偏振光就沿着调制器尾纤的快/慢轴，分别注入调制器的X/Y轴，经过调制器后，在保偏光纤的快/慢轴中传输，经过四分之一波片后，快慢轴中的线偏光分别转变为左/右圆偏振光，注入传感光纤环。传感光纤是在拉丝过程中进行旋转的高双折射光纤，也就是我们常说的具有圆/椭圆偏振态保持能力的保圆光纤。由于法拉第磁光效应，电流所产生的磁场会使保圆光纤中的偏振光角度发生偏转，左/右圆偏振光的角度偏转方向相反，形成相位差。经过反射镜后，左圆偏振光变成右圆偏振光，右圆偏振光变成左圆偏振光，再次经过保圆光纤后，相位差加倍。返回四分之一波片后，左/右圆偏光会转变为正交的线偏振光，并携带相位变化信息，在经过相位调制器后，正交的线偏振光会在起偏器上投影，形成具有相同偏振方向的分量，干涉信号经耦合器后被探测器接收。相位调制器的作用是为了施加一个主动的相位差，补偿法拉第效应产生的相位差，使整套系统工作在灵敏度较高的线性区。