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      一種光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償方法及裝置的制造方法

      文檔序號:9645178閱讀:557來源:國知局
      一種光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償方法及裝置的制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明設(shè)及對光纖電流互感器在任意溫度下對電流的可靠準確測量技術(shù),具體設(shè) 及一種光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償方法及裝置。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 目前,隨著智能電網(wǎng)的大力推廣,光纖電流傳感器成為人們關(guān)注的焦點,但在實際 應(yīng)用中其往往存在可靠性、穩(wěn)定性差的缺點。其中,光纖電流傳感器中激光器在運行過程中 溫度大幅度波動對測量結(jié)果造成非常大的影響。
      [0003] -般光纖電流傳感器選用的光源為半導體激光器,例如在20°C下中屯、波長分別為 650nm、532nm和405nm的激光器,在運行過程中溫度的波動會影響激光器的驅(qū)動電流,進 而影響到激光器的輸出波長,溫度每升高rc半導體激光器的中屯、波長向長波長波段偏移 0.2nm。對于短期測量,溫度波動往往大于±10°C,于是中屯、波長漂移達到±lnm,根據(jù)費 爾德常數(shù)表達式可知,光纖材料的費爾德常數(shù)隨光源波長的波動也會產(chǎn)生變化,而并非如 傳統(tǒng)測量中認定費爾德常數(shù)為定值。由于法拉第磁光偏轉(zhuǎn)角與光纖材料的費爾德常數(shù)為線 性關(guān)系,所W費爾德常數(shù)隨波長漂移產(chǎn)生的相對誤差與系統(tǒng)測量結(jié)果的相對誤差一致,表1 所示為不同光源隨環(huán)境溫度變化導致系統(tǒng)產(chǎn)生的相對誤差。
      [0004] 表1:光源中屯、波長隨溫度漂移導致系統(tǒng)相對誤差。
      [0005]
      [0006] 因此,如何獲得不同環(huán)境溫度下的費爾德常數(shù)W提高光纖電流傳感器的測量精 度,如何解決現(xiàn)有研究未能消除光源溫度波動導致的光纖電流傳感器測量精度及可靠性差 的難題,已經(jīng)成為一項亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題,提供一種能夠根據(jù)光源處 不同溫度來獲得不同程度溫度補償下的費爾德常數(shù),能夠消除光源溫度波動對光纖電流傳 感器測量精度的影響,能夠提高光纖電流傳感器的檢測精度,容易實現(xiàn)的光纖電流傳感器 費爾德常數(shù)溫度補償方法及裝置。
      [0008] 為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
      [0009] -種光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償方法,步驟包括:
      [0010] 1)采集被校正光纖電流傳感器的光源處的溫度T;
      [0011] 。將溫度T補償光源的工作中屯、波長λ。,得到經(jīng)溫度補償后的輸出波長入
      [0012] 3)根據(jù)經(jīng)溫度補償后的波長λΤ計算經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù)VΤ。
      [0013] 優(yōu)選地,所述步驟2)將溫度Τ補償光源的工作中屯、波長λ。的函數(shù)表達式如式(1) 所示;
      [0014] λτ=λo+aX(Τ-Τ〇) (1)
      [0015] 式(1)中,λτ為光源經(jīng)溫度補償后的輸出波長,λ。為光源的工作中屯、波長,a為 溫度補償系數(shù),T為光源處的溫度,T。為光源輸出工作中屯、波長λ。時的溫度。
      [0016] 優(yōu)選地,所述溫度補償系數(shù)a的取值為0. 05~0. 15之間。
      [0017] 優(yōu)選地,所述步驟3)中計算經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù)Vt的函數(shù)表達式如式(2) 所示;
      [001引
      (挺
      [001引式似中,Vt為經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù),e/m為電子的荷質(zhì)比,μ。為真空磁導 率,C為光速,λΤ為光源經(jīng)溫度補償后的輸出波長,b和C為柯西色散系數(shù)。
      [0020] 優(yōu)選地,當光纖電流傳感器采用的光纖為石英光纖時,柯西色散系數(shù)b的值為 0. 0029,柯西色散系數(shù)C的值為0. 00012 ;當光纖電流傳感器采用的光纖為PMMA塑料光纖 時,柯西色散系數(shù)b的值為0. 00427,柯西色散系數(shù)C的值為0. 00008。
      [0021] 本發(fā)明還提供一種光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償裝置,步驟包括:
      [0022] 數(shù)據(jù)采集模塊,用于采集被校正光纖電流傳感器的光源處的溫度T;
      [0023] 工作中屯、波長補償模塊,用于將溫度T補償光源的工作中屯、波長λ。,得到經(jīng)溫度 補償后的輸出波長λΤ;
      [0024] 費爾德常數(shù)計算模塊,用于根據(jù)經(jīng)溫度補償后的波長λΤ計算經(jīng)溫度補償后的費 爾德常數(shù)Vt。
      [00巧]優(yōu)選地,所述工作中屯、波長補償模塊將溫度T補償光源的工作中屯、波長λ。的函 數(shù)表達式如式(1)所示;
      [0026]入τ=入。+曰X燈-Τ。) (1)
      [0027] 式(1)中,λτ為光源經(jīng)溫度補償后的輸出波長,λ。為光源的工作中屯、波長,a為 溫度補償系數(shù),T為光源處的溫度,T。為光源輸出工作中屯、波長λ。時的溫度。
      [002引優(yōu)選地,所述溫度補償系數(shù)a的取值為0. 05~0. 15之間。
      [0029] 優(yōu)選地,所述費爾德常數(shù)計算模塊計算經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù)Vt的函數(shù)表達 式如式似所示;
      [0030]
      (2)
      [003。 式似中,Vt為經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù),e/m為電子的荷質(zhì)比,μ。為真空磁導 率,C為光速,λΤ為光源經(jīng)溫度補償后的輸出波長,b和C為柯西色散系數(shù)。
      [0032] 優(yōu)選地,當光纖電流傳感器采用的光纖為石英光纖時,柯西色散系數(shù)b的值為 0. 0029,柯西色散系數(shù)C的值為0. 00012 ;當光纖電流傳感器采用的光纖為PMMA塑料光纖 時,柯西色散系數(shù)b的值為0. 00427,柯西色散系數(shù)C的值為0. 00008。
      [0033] 本發(fā)明光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償方法具有下述優(yōu)點:本發(fā)明采集被校 正光纖電流傳感器的光源處的溫度T,將溫度T補償光源的工作中屯、波長,得到經(jīng)溫度補償 后的輸出波長λτ,根據(jù)經(jīng)溫度補償后的波長λτ計算費爾德常數(shù)Vt,得到溫度補償后的費 爾德常數(shù)Vt,能夠根據(jù)光源處不同溫度來獲得不同程度溫度補償下的費爾德常數(shù),能夠?qū)?現(xiàn)在任意溫度下工作時對被測電流的在線準確測量,能夠消除光源溫度波動對光纖電流傳 感器測量精度的影響,提高光纖電流傳感器的測量精度和可靠性,能夠提高光纖電流傳感 器的檢測精度,具有容易實現(xiàn)的優(yōu)點。本發(fā)明光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償裝置為 本發(fā)明光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償方法完全對應(yīng)的裝置,因此也具有本發(fā)明光纖 電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償方法相同的技術(shù)效果,故在此不再寶述。
      【附圖說明】
      [0034]圖1為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。
      [0035] 圖2為應(yīng)用本發(fā)明實施例方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
      【具體實施方式】
      [0036] 如圖1所示,本實施例光纖電流傳感器費爾德常數(shù)溫度補償方法的步驟包括:
      [0037] 1)采集被校正光纖電流傳感器的光源處的溫度T;
      [003引 2)將溫度T補償光源的工作中屯、波長λ。,得到經(jīng)溫度補償后的輸出波長入T;
      [0039] 3)根據(jù)經(jīng)溫度補償后的波長λΤ計算經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù)。
      [0040] 本實施例中,所述步驟2)將溫度Τ補償光源的工作中屯、波長λ。的函數(shù)表達式如 式(1)所示;
      [0041] λΤ二人。+曰X燈―Τ〇) (1)
      [0042] 式(1)中,λτ為光源經(jīng)溫度補償后的輸出波長,λ。為光源的工作中屯、波長,a為 溫度補償系數(shù),T為光源處的溫度,T。為光源輸出工作中屯、波長λ。時的溫度。
      [0043] 溫度補償系數(shù)a為光源溫度每升高rC、光源發(fā)射波長變長的值,單位為nm/°C。一 般而言,溫度補償系數(shù)a的取值為0. 05~0. 15之間,根據(jù)光源類型不同而有所不同,具體 可W根據(jù)實驗得到。本實施例中,光源為半導體激光器光源,溫度補償系數(shù)a的取值具體為 0. 1。
      [0044] 本實施例中,步驟3)中計算經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù)Vt的函數(shù)表達式如式似 所示;
      [0045]
      (2)
      [004引式似中,Vt為經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù),e/m為電子的荷質(zhì)比(1. 75881962X10"C/kg),μ。為真空磁導率(4 31X10 7n/A2),c為光速(3X10V/S),λτ為光源經(jīng)溫度補償后 的輸出波長,b和C為柯西色散系數(shù)。經(jīng)過多次試驗驗證,當光纖電流傳感器采用的光纖為 石英光纖時,柯西色散系數(shù)b的值為0. 0029,柯西色散系數(shù)C的值為0. 00012 ;當光纖電流 傳感器采用的光纖為PMMA塑料光纖時,柯西色散系數(shù)b的值為0. 00427,柯西色散系數(shù)C的 值為 0.00008。
      [0047] 本實施例中計算經(jīng)溫度補償后的費爾德常數(shù)Vt的函數(shù)表達式的推導過程如下:磁 光學理論中給出光學材料的費爾德常數(shù)V與光頻折射率色散之間的關(guān)系如式(2-1)所示;
      [0048]
      (2-1)
      [0049] 式(2-1)中,V為光學
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