反射式光纤电流传感的锁相检测法与近似误差.pdf

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1、2010年第29卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)87反射式光纤电流传感的锁相检测法与近似误差李建中，李泽仁，邓向阳，王荣波，张登洪，田建华(中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900)摘要：对反射式Sagnac型全光纤电流传感器中光信号的检测方法进行了深入的分析，并对固有的小角近似误差进行了充分的理论分析和数值模拟。针对反射式光纤电流传感器中极其特殊的信号检测要求，采用了锁相检测法来处理传感信号。商用化的光纤电流传感器的误差一般要求小于0．2％，而在各类检测方法的信号处理中，一个必须的步骤是sin一0，

2、该步骤造成的小角近似误差极大地影响了整个系统的测量精度。通过对这2个问题进行深入的分析与模拟，对解决光纤电流传感器的检测方法设计、测量精度、灵敏度等问题提供了较大的参考价值。关键词：光纤电流传感器；信号检测；测量精度；近似误差中图分类号：TP212．14，TN911．7文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)01-0087-04Signaldetectionandapproximateerrorofreflectingfiber-opticcurrentsensingLIJian—zhong，LIZe—ren，DENGXiang—yang，WANGRong—bo，Z

3、HANGDeng—hong，TIANJian—hua(InstituteofFluidPhysics，CAEP，Mianyang621900，China)Abstract：Theopticalsignaldetectionoffiber—opticcurrenttransducer(FOCT)，basedonthein—lineSagnacinterferometer，isanalyzedindetail．Thetheoreticalanalysisanddigitalsimulationofapproximateerrorarealsodevelopedsuficiently．

4、Thephase-lockeddetectionmethodusedinthespecialsystemisdescribed．TheerrorofcommercialFOCTshouldbelessthan0．2％，sin≈0，whichisusefullandnecessaryforsignalprocessing．Itisoneofthebadfactorsthatlowerthemeasurementprecision．Thedetailedanalysisandsimulationofthetwosubjectsarevaluableforsolvingagreatde

5、alofproblems，suchassignaldetection，measurementprecision，measurementsensitivity，eta1．Keywords：fiber—opticcurrenttransducer(FOCT)；signaldetection；measurementprecision；approximateeror0引言电流达4000A。国内北航和燕山大学也对此进行了研全光纤电流传感器(fiber—opticcurrenttransducer，究，实验室内测量精度可达0．2％，额定电流达500A，FOCT)是一种新兴的电力计量装置，其传

6、输与传感部分均但离实用化还有很大距离。使用光纤，为全光学系统。与传统的电磁式电流传感器相对于光学电流传感器的传感信号检测方法，国内众多比，采用光纤传感技术具有明显的优越性：绝缘结构简高校对此进行了卓有成效的研究，但大多集中在块状材单；运行安全可靠，抗电磁干扰，动态范围大，响应频域宽，料型和偏振检测法上，对于反射式FOCT，其信号检测与其体积小，重量轻，易安装等。在电力系统的电流检测中，特他类型完全不同，国内的研究很少，但光信号的检测方法是别是对超高压系统的测量和监控，FOCT具有明显的优越FOCT研究的重要内容，适当的检测方案和数据处理方法性，是传统电磁式电流传感器最好的替代产品

7、，也是电流传还可以消除干扰因素对被测物理量的影响，真实反映被测感器最终的发展趋势，有着广泛的应用前景。量的大小。在FOCT的各种类型中，反射式Sagnac干涉仪方案具对于商用化的FOCT，要求测量精度优于0．2％，而检有最大的优势，其独特的结构使系统显著地增强了对环境测方法是提高系统测量精度和灵敏度的关键因素之一。本变化的抗干扰能力，同时灵敏度还增加了1倍。国外ABB文采用锁相检测法对反射式FOCT的传感信号进行检测，和NXTphase公司的该类型产品的测量精度达0．1％，额定并