發(fā)布時(shí)間：2017-05-31 18:10

  本文關(guān)鍵詞：基于光纖光柵的電流傳感器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電流是電氣領(lǐng)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)和設(shè)備保護(hù)的關(guān)鍵參數(shù),精確測(cè)量電流參量能確保電力設(shè)備運(yùn)行的安全。脈沖強(qiáng)電流是造成電力系統(tǒng)損壞的重要因素,對(duì)電流值的實(shí)時(shí)監(jiān)控也是維護(hù)電力電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在電氣領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中,有關(guān)電流傳感器的研究一直占據(jù)著至關(guān)重要的地位。光學(xué)電流互感器是研究的熱點(diǎn)和方向,目前存在的光纖光柵電流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足。許多研究人員已經(jīng)對(duì)應(yīng)用疊堆壓電陶瓷作為傳感材料的方案進(jìn)行研究,雖然達(dá)到了良好的精度,但是存在換能效率不高和低磁場(chǎng)測(cè)量時(shí)線性度較差等問題。對(duì)疊堆壓電陶瓷和超磁致伸縮材料進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),超磁致伸縮材料的諸多性能具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。綜上所述,應(yīng)用超磁致伸縮材料的電流傳感器是未來研究的趨勢(shì)。本文給出了基于超磁致伸縮材料的光纖光柵電流傳感器的設(shè)計(jì)方案,將工頻大電流通過Rogowski線圈得到采樣電流,采樣電流通過驅(qū)動(dòng)線圈能夠產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場(chǎng),超磁致伸縮材料在磁場(chǎng)力作用下形變帶動(dòng)粘貼的光纖Bragg光柵伸縮,通過測(cè)量其中心波長(zhǎng)變化量來測(cè)量電流值。首先根據(jù)輸出電壓的要求設(shè)計(jì)了Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用ANSYS有限元分析軟件確定了驅(qū)動(dòng)線圈的直徑,仿真得產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度在超磁致伸縮材料產(chǎn)生應(yīng)變的線性區(qū)域。設(shè)計(jì)了以TMS320F2812為核心的DSP控制系統(tǒng),利用芯片內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊作為系統(tǒng)的信號(hào)采集器,研究了提高采樣精度的校正算法。其次,進(jìn)行了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了高速的電壓信號(hào)采集、LED顯示和串口通訊功能。最后進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的搭建,在A/D采集實(shí)驗(yàn)中,通過上位機(jī)觀察信號(hào)顯示的波形,測(cè)量誤差小于0.5%。輸入0-100A的電流,對(duì)光纖Bragg光柵中心波長(zhǎng)值進(jìn)行測(cè)量,初步驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：電流傳感器 光纖光柵 超磁致伸縮材料 Rogowski線圈 ANSYS有限元分析
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN253;TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r11-12
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12
• 1.3 光纖光柵電流傳感器的分類12-14
• 1.3.1 磁致伸縮材料類光纖光柵電流傳感器12-13
• 1.3.2 電流熱效應(yīng)類光纖光柵電流傳感器13
• 1.3.3 安培定律類光纖光柵電流傳感器13-14
• 1.3.4 壓電陶瓷類光纖光柵電流傳感器14
• 1.4 本課題的主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 第2章 光纖光柵及超磁致伸縮材料傳感原理17-25
• 2.1 光纖光柵的傳感原理17-21
• 2.1.1 光纖光柵基本機(jī)理17-18
• 2.1.2 光纖光柵的基本光學(xué)特性18-19
• 2.1.3 光纖光柵的傳感特性19-21
• 2.2 超磁致伸縮材料的傳感原理21-24
• 2.2.1 超磁致伸縮材料特性21-22
• 2.2.2 預(yù)應(yīng)力和溫度對(duì)超磁致伸縮材料的影響22
• 2.2.3 超磁致伸縮材料的非線性傳感模型22-23
• 2.2.4 超磁致伸縮材料的磁滯非線性23-24
• 2.3 本章小結(jié)24-25
• 第3章 高壓端電流傳感結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)25-40
• 3.1 光纖光柵電流傳感器系統(tǒng)方案25-26
• 3.2 系統(tǒng)方案的結(jié)構(gòu)和理論分析26-28
• 3.3 Rogowski線圈的設(shè)計(jì)和性能研究28-33
• 3.3.1 Rogowski線圈的測(cè)量原理28-30
• 3.3.2 外積分型Rogowski線圈頻率特性分析30
• 3.3.3 自積分型Rogowski線圈頻率特性分析30-31
• 3.3.4 Rogowski線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-33
• 3.4 驅(qū)動(dòng)線圈的結(jié)構(gòu)優(yōu)化33-39
• 3.4.1 有限元分析軟件分析的一般步驟33-34
• 3.4.2 超磁致伸縮材料的有限元分析過程34-36
• 3.4.3 驅(qū)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第4章 低壓端信號(hào)處理硬件電路設(shè)計(jì)40-49
• 4.1 DSP芯片的選型與簡(jiǎn)介40
• 4.2 基于DSP的數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)40-43
• 4.3 DSP電源電路設(shè)計(jì)43-45
• 4.4 顯示電路和通信接口電路設(shè)計(jì)45-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)49-54
• 5.1 DSP數(shù)據(jù)采集軟件編程49-51
• 5.2 DSP數(shù)據(jù)采集校正算法51-53
• 5.3 SCI發(fā)送和接收程序53
• 5.4 本章小結(jié)53-54
• 第6章 整機(jī)實(shí)驗(yàn)54-59
• 6.1 校正后的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)54-55
• 6.2 電流傳感器的組裝和測(cè)試55-58
• 6.4 本章小結(jié)58-59
• 第7章 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 在學(xué)研究成果64-65
• 致謝65

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