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1、第30卷第1期儀器儀表學(xué)報(bào)Vo1．3ONo．12009年1月ChineseJournalofScientificInstrumentJan．2009閉環(huán)全光纖電流互感器相位差的計(jì)算與測試張朝陽，張春熹，王夏霄，劉晴晴，高爽(北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)及光學(xué)工程學(xué)院北京100083)摘要：電流互感器相位差直接影響電能計(jì)量準(zhǔn)確度。根據(jù)閉環(huán)全光纖電流互感器T作原理，得出光路與電路的硬件時(shí)間延遲以及閉環(huán)系統(tǒng)相頻特性是形成相位差的主曼原因。依據(jù)閉環(huán)互感器硬件延時(shí)特點(diǎn)和系統(tǒng)數(shù)學(xué)傳遞函數(shù)，計(jì)算相位差的理論大小。設(shè)計(jì)相位差檢測裝置，通過測試互感器系統(tǒng)的正弦響應(yīng)和階越響應(yīng)，實(shí)測出相位
2、差大小的同時(shí)，驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果的正確性。得出了系統(tǒng)對工頻電流響應(yīng)的相位差大約是1。，相位誤差小于8分的結(jié)論。關(guān)鍵詞：光纖電流傳感器；本征頻率；傳遞函數(shù)；相位差中圖分類號：TM452．94文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類代碼：460．4020CalculationandtestofphasedifferenceoffiberopticcurrenttransducerZhangChaoyang，ZhangChunxi，WangXiaxiao，LiuQingqing，GaoShuang(SchoolofInstrumentartdOpto—electronicEngi
3、neering，BeihangUniversity，Beijing100083，China)Abstract：Phasedifferenceofcurrenttransducerisoneofthemainfactorsinelectricalenergymetering．Accordingtotheoperationprincipleofdigitalclosed—loopfiberopticcurrenttransducer(D—FOCT)，thehardwaretimedelayandphase—frequencycharacteristicofD—FOCT
4、aretheprimesourcesofphasedifference．ThetheoreticalmagnitudeofthephasedifferenceiscalculatedbyanalyzingthesignalflowgraphandtransferfunctionofD—FOCT．Afterwards，anexperimentalmethodbasedonsineresponseandstepresponseisputforwardforphasedifferencemeasurementandtheoreticalcalculationvalida
5、tion．ThevalidationconcludesthattheD—FOCTphasedifferenceforpowerfequen—cycurrentisapproximately1。andthephasedifferenceerrorislessthan8．Keywords：fiber—opticcurrenttransducer；eigenfequency；transferfunction；phasedifference環(huán)信號處理系統(tǒng)的相頻特性，造成了FOCT對正弦信號響1引言應(yīng)的輸入輸出相位延遲比較大，而在電流互感器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEC60044—8中，對
6、不同精度等級電流互感器的相位延遲都隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，近些年全光纖電流互感器(FO—有嚴(yán)格的要求。本文正是在這樣的背景下，從理論上分CT)研究逐漸得到了世界范圍內(nèi)的重視。相對于傳統(tǒng)基于析了FOCT相位延遲形成機(jī)理，計(jì)算出其理論值，進(jìn)而通過電磁感應(yīng)原理的CT，它基于磁光Faraday效應(yīng)原理，采用實(shí)驗(yàn)測測試，得到相位延遲實(shí)際大小。光纖作為傳感介質(zhì)，不存在鐵磁共振和磁至飽和的隱患，同時(shí)具有頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、檢測精度高、體積小、重量2閉環(huán)全光纖電流互感器基本原理輕、環(huán)境適應(yīng)性能好，以及制造和維護(hù)成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，從根本上避免了傳統(tǒng)電流互感器固有缺陷¨。由于如圖1所示
7、，光源發(fā)出的光經(jīng)過起偏器后，隨即FOCT的硬件(包括光路和電路)固有延時(shí)比較大，以及閉分成兩束正交線偏振光，沿著保偏光纖延遲線的兩個(gè)模收稿日期：2007-06ReceivedDate：2007-06第1期張朝陽等：閉環(huán)全光纖電流互感器相位差的計(jì)算與測試l53式傳輸至傳感頭。在1／4波片處，兩束線偏光分別被轉(zhuǎn)換成左旋和右旋圓偏光，進(jìn)入傳感光纖。在傳感光纖中，由于Faraday磁光效應(yīng)作用，兩束圓偏光的傳輸速度不同，從而形成Faraday相差。當(dāng)兩束圓偏光傳輸?shù)絺鞲泄饫w末端時(shí)，發(fā)生鏡面反射，兩束光在模式互換(左旋變右旋，右旋變左旋)后沿原光路返回，F(xiàn)araday效應(yīng)加
8、倍，并且在
