具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器制造技术

具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器，属于电流互感器校正技术领域。本发明专利技术是为了解决现有光纤光栅电流互感器没有考虑超磁滞伸缩材料的磁滞特性而造成的电流互感器非线性问题，产生相位误差，从而造成其测量精度低的问题。它的电流传感单元将采集的电流信号转变成光信号，经过3dB耦合器将光信号传递到FBG解调单元解调后获得当前光信号，当前光信号再经光电放大器转换为待校正电流电信号并作为非线性校正单元的输入信号；非线性校正单元的NIOS II处理器采用参数可变曲线拟合的数学模型对读取的待校正电流数字信号进行非线性校正处理，获得待测电流信号校正值。本发明专利技术为一种具有非线性校正处理功能的电流互感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器，属于电流互感器校正

技术介绍
随着智能电网的快速发展，电流互感器在电能计量和电网监测中起着越来越重要的作用。长期以来，高压电网的电流检测一直由电磁式电流互感器来完成，但传统的电磁式电流互感器在新一代智能化电网在线监测和故障诊断中暴露出了易磁饱和、易铁磁谐振、频带窄、有油易爆等局限性。光学电流互感器的出现解决了电磁兼容和电绝缘问题，然而基于法拉第效应的全光纤电流互感器容易受到线性双折射及周围环境温度的影响。近年来，基于光纤光栅(FiberBraggGrating，FBG)与超磁滞伸缩材料GMM的光学电流互感器成为科研人员的研究热点。光纤光栅电流互感器的研究始于2005年，国内学者开展了直流磁场的光纤光栅电流互感器研究工作，利用光谱仪测得FBG在直流磁场作用下的中心波长变化。有关文献提出了将FBG-GMM传感器放置在硅钢片导磁回路里，应用宽带光源ASE的线性边带解调FBG，实现了工频电流的在线检测。国外研究人员研究了不同解调方法的光纤光栅电流互感器及电压互感器和温度与电流同时测量的光纤光栅电流互感器，综上所述，关于FBG-GMM体系的电流互感器的研究多集中通过改善FBG解调方法提高电流互感器特性对电流互感器测量精度的影响，上述研究均未考虑GMM材料的磁滞特性造成电流互感器幅度误差和相位误差问题，因此对GMM-FBG电流互感器进行磁滞特性补偿是有必要的。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有光纤光栅电流互感器没有考虑超磁滞伸缩材料的磁滞特性而造成的电流互感器非线性问题，产生相位误差，从而造成其测量精度低的问题，提供了一种具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器。本专利技术所述具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器，它包括电流传感单元、FBG解调单元、3dB耦合器和光电放大器，它还包括非线性校正单元和显示器，电流传感单元将采集的电流信号转变成光信号，经过3dB耦合器将光信号传递到FBG解调单元解调后获得当前光信号，当前光信号再经光电放大器转换为待校正电流电信号，该待校正电流电信号作为非线性校正单元的输入信号；非线性校正单元包括A/D转换器、FPGA芯片和D/A转换器；FPGA芯片包括FIR低通滤波模块、FIFO暂存模块和NIOSII处理器，待校正电流电信号通过A/D转换器转换为待校正电流数字信号，待校正电流数字信号经FIR低通滤波模块滤除噪声干扰后，存储到FIFO暂存模块，NIOSII处理器的并行输入输出端用于读取FIFO暂存模块中存储的待校正电流数字信号，NIOSII处理器采用参数可变曲线拟合的数学模型对读取的待校正电流数字信号进行非线性校正处理，获得待测电流信号校正值，该待测电流信号校正值经D/A转换器转换获得待测电流信号模拟校正值，该待测电流信号模拟校正值通过显示器进行显示。本专利技术的优点：本专利技术针对GMM材料的磁滞特性提出，采用参数可变曲线拟合法对数据进行校正处理，实现了对电流互感器输出信号的非线性校正，补偿了GMM材料的磁滞特性对电流互感器的影响，减小了电流互感器的幅度误差和相位误差，提高了电流互感器的测量精度。附图说明图1是本专利技术所述具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器的原理框图；图2是电流传感单元的输入电流为150A时的相位误差图；图中实线为实际输入电流值，虚线为测量获得的待校正电流值；图3是输入电流为150A时的传递函数图；图4是输入电流为150A时的传递函数拟合效果图；图中P为测量值对应的传递函数曲线，Q为拟合获得的传递函数曲线；图5是电流传感单元的输入电流为150A时的校正后相位误差图；图中实线为实际输入电流值，虚线为校正后的电流值；图6是电流传感单元的输入电流为150A时的校正后传递函数图；图7是通过显示器获得的没有进行相位校正的输入电流曲线a与解调输出曲线b的相位对比图；图8是通过显示器获得的完成相位校正的输入电流曲线a与解调输出曲线b的相位对比图；通过图7可以看到a和b的相位误差较大，图8中的a和b相位误差减小；图7和图8中，输入电流信号为300A/格；解调输出信号为2V/格。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器，它包括电流传感单元1、FBG解调单元2、3dB耦合器3和光电放大器6，其特征在于，它还包括非线性校正单元4和显示器5，电流传感单元1将采集的电流信号转变成光信号，经过3dB耦合器3将光信号传递到FBG解调单元2解调后获得当前光信号，当前光信号再经光电放大器6转换为待校正电流电信号，该待校正电流电信号作为非线性校正单元4的输入信号；非线性校正单元4包括A/D转换器4-2、FPGA芯片4-3和D/A转换器4-1；FPGA芯片4-3包括FIR低通滤波模块4-31、FIFO暂存模块4-32和NIOSII处理器4-33，待校正电流电信号通过A/D转换器4-2转换为待校正电流数字信号，待校正电流数字信号经FIR低通滤波模块4-31滤除噪声干扰后，存储到FIFO暂存模块4-32，NIOSII处理器4-33的并行输入输出端用于读取FIFO暂存模块4-32中存储的待校正电流数字信号，NIOSII处理器4-33采用参数可变曲线拟合的数学模型对读取的待校正电流数字信号进行非线性校正处理，获得待测电流信号校正值，该待测电流信号校正值经D/A转换器4-1转换获得待测电流信号模拟校正值，该待测电流信号模拟校正值通过显示器5进行显示。NIOSII处理器4-33采用参数可变曲线拟合的数学模型对读取的待校正电流数字信号进行非线性校正处理，获得待测电流信号校正值的过程为：采集二十组数据(xi,yi)，i＝1，2，3，……，20，xi为电流传感单元1的输入电流数据组，yi为FIFO暂存模块4-32存储的待校正电流数字信号组成的输出数据组，每一组数据(xi,yi)对应一条传递函数曲线；选择拟合阶次为三次，利用最小二乘曲线拟合法分别拟合出每条传递函数的上半部分表达式和下半部分表达式，传递函数表达式为：xi＝aiQyi3+biQyi2+ciQyi+diQ，式中Q为T或B；(1)根据传递函数表达式得到其上半部分拟合系数的集合为aT(a1T,a2T,……a20T)、bT(b1T,b2T,……b20T)、cT(c1T,c2T,……c20T)和dT(d1T,d2T,……d20T)，下半部分拟合系数的集合为aB(a1B,a2B,……a20B)、bB(b1B,b2B,……b20B)、cB(c1B,c2B,……c20B)和dB(d1B,d2B,……d20B)；式中下标T表示传递函数的上半部分表达式的参量，下标B表示传递函数的下半部分表达式的参量；再计算获得与每一组数据(xi,yi)对应的FBG解调单元2的当前光纤光栅波长峰值λi的集合为(λ1,λ2,……λ20)；应用最小二乘曲线拟合法求解获得传递函数上半部分拟合系数与当前光纤光栅波长峰值λi的函数关系：aT＝aaTλi3+baTλi2+caTλi+daT；bT＝abTλi3+bbTλi2+cbTλi+dbT；cT＝acTλi3+bcTλi2+ccTλi+dcT；dT＝adTλi3+bdTλi2+c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器，它包括电流传感单元(1)、FBG解调单元(2)、3dB耦合器(3)和光电放大器(6)，其特征在于，它还包括非线性校正单元(4)和显示器(5)，电流传感单元(1)将采集的电流信号转变成光信号，经过3dB耦合器(3)将光信号传递到FBG解调单元(2)解调后获得当前光信号，当前光信号再经光电放大器(6)转换为待校正电流电信号，该待校正电流电信号作为非线性校正单元(4)的输入信号；非线性校正单元(4)包括A/D转换器(4‑2)、FPGA芯片(4‑3)和D/A转换器(4‑1)；FPGA芯片(4‑3)包括FIR低通滤波模块(4‑31)、FIFO暂存模块(4‑32)和NIOS II处理器(4‑33)，待校正电流电信号通过A/D转换器(4‑2)转换为待校正电流数字信号，待校正电流数字信号经FIR低通滤波模块(4‑31)滤除噪声干扰后，存储到FIFO暂存模块(4‑32)，NIOS II处理器(4‑33)的并行输入输出端用于读取FIFO暂存模块(4‑32)中存储的待校正电流数字信号，NIOS II处理器(4‑33)采用参数可变曲线拟合的数学模型对读取的待校正电流数字信号进行非线性校正处理，获得待测电流信号校正值，该待测电流信号校正值经D/A转换器(4‑1)转换获得待测电流信号模拟校正值，该待测电流信号模拟校正值通过显示器(5)进行显示。...

【技术特征摘要】
1.一种具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器，它包括电流传感单元(1)、FBG解调单元(2)、3dB耦合器(3)和光电放大器(6)，其特征在于，它还包括非线性校正单元(4)和显示器(5)，电流传感单元(1)将采集的电流信号转变成光信号，经过3dB耦合器(3)将光信号传递到FBG解调单元(2)解调后获得当前光信号，当前光信号再经光电放大器(6)转换为待校正电流电信号，该待校正电流电信号作为非线性校正单元(4)的输入信号；非线性校正单元(4)包括A/D转换器(4-2)、FPGA芯片(4-3)和D/A转换器(4-1)；FPGA芯片(4-3)包括FIR低通滤波模块(4-31)、FIFO暂存模块(4-32)和NIOSII处理器(4-33)，待校正电流电信号通过A/D转换器(4-2)转换为待校正电流数字信号，待校正电流数字信号经FIR低通滤波模块(4-31)滤除噪声干扰后，存储到FIFO暂存模块(4-32)，NIOSII处理器(4-33)的并行输入输出端用于读取FIFO暂存模块(4-32)中存储的待校正电流数字信号，NIOSII处理器(4-33)采用参数可变曲线拟合的数学模型对读取的待校正电流数字信号进行非线性校正处理，获得待测电流信号校正值，该待测电流信号校正值经D/A转换器(4-1)转换获得待测电流信号模拟校正值，该待测电流信号模拟校正值通过显示器(5)进行显示。2.根据权利要求1所述的具有非线性校正处理功能的光纤光栅电流互感器，其特征在于，NIOSII处理器(4-33)采用参数可变曲线拟合的数学模型对读取的待校正电流数字信号进行非线性校正处理，获得待测电流信号校正值的过程为：采集二十组数据(xi,yi)，i＝1，2，3，……，20，xi为电流传感单元(1)的输入电流数据组，yi为FIFO暂存模块(4-32)存储的待校正电流数字信号组成的输出数据组，每一组数据(xi,yi)对应一条传递函数曲线；选择拟合阶次为三次，利用最小二乘曲线拟合法分别拟合出每条传递函数的上半部分表达式和下半部分表达式，传递函数表达式为：xi＝aiQyi3+biQyi2+ciQyi+diQ，式中Q为T或B；(1)根据传递函数表达式得到其上半部分拟合系数的集合为aT(a1T,a2T,……a20T)、bT(b1T,b2T,……b20T)、cT(c1T,c2T,……c20T)和dT(d1T,d2T,……d20T)，下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，田明，康明超，王璐璐，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23