本文關鍵詞：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】：電流是電氣領域進行監(jiān)測和設備保護的關鍵參數(shù),精確測量電流參量能確保電力設備運行的安全。脈沖強電流是造成電力系統(tǒng)損壞的重要因素,對電流值的實時監(jiān)控也是維護電力電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵環(huán)節(jié)。在電氣領域實際應用中,有關電流傳感器的研究一直占據(jù)著至關重要的地位。光學電流互感器是研究的熱點和方向,目前存在的光纖光柵電流傳感器在實際應用中都有各自的優(yōu)勢和不足。許多研究人員已經對應用疊堆壓電陶瓷作為傳感材料的方案進行研究,雖然達到了良好的精度,但是存在換能效率不高和低磁場測量時線性度較差等問題。對疊堆壓電陶瓷和超磁致伸縮材料進行對比發(fā)現(xiàn),超磁致伸縮材料的諸多性能具有更明顯的優(yōu)勢。綜上所述,應用超磁致伸縮材料的電流傳感器是未來研究的趨勢。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計方案,將工頻大電流通過Rogowski線圈得到采樣電流,采樣電流通過驅動線圈能夠產生一定強度的磁場,超磁致伸縮材料在磁場力作用下形變帶動粘貼的光纖Bragg光柵伸縮,通過測量其中心波長變化量來測量電流值。首先根據(jù)輸出電壓的要求設計了Rogowski線圈的結構參數(shù)。利用ANSYS有限元分析軟件確定了驅動線圈的直徑,仿真得產生磁場強度在超磁致伸縮材料產生應變的線性區(qū)域。設計了以TMS320F2812為核心的DSP控制系統(tǒng),利用芯片內置的A/D轉換模塊作為系統(tǒng)的信號采集器,研究了提高采樣精度的校正算法。其次,進行了系統(tǒng)的軟件設計,實現(xiàn)了高速的電壓信號采集、LED顯示和串口通訊功能。最后進行整個系統(tǒng)的搭建,在A/D采集實驗中,通過上位機觀察信號顯示的波形,測量誤差小于0.5%。輸入0-100A的電流,對光纖Bragg光柵中心波長值進行測量,初步驗證了系統(tǒng)的可行性。
【關鍵詞】：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
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內外研究發(fā)展狀況11-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內研究現(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 本課題的主要研究內容14-16
• 1.5 本章小結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 光纖光柵基本機理17-18
• 2.1.2 光纖光柵的基本光學特性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 預應力和溫度對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24-25
• 第3章 高壓端電流傳感結構優(yōu)化設計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)方案的結構和理論分析26-28
• 3.3 Rogowski線圈的設計和性能研究28-33
• 3.3.1 Rogowski線圈的測量原理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線圈結構設計31-33
• 3.4 驅動線圈的結構優(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 驅動線圈結構的優(yōu)化設計36-39
• 3.5 本章小結39-40
• 第4章 低壓端信號處理硬件電路設計40-49
• 4.1 DSP芯片的選型與簡介40
• 4.2 基于DSP的數(shù)據(jù)采集模塊設計40-43
• 4.3 DSP電源電路設計43-45
• 4.4 顯示電路和通信接口電路設計45-48
• 4.5 本章小結48-49
• 第5章 系統(tǒng)的軟件設計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53-54
• 第6章 整機實驗54-59
• 6.1 校正后的數(shù)據(jù)采集實驗54-55
• 6.2 電流傳感器的組裝和測試55-58
• 6.4 本章小結58-59
• 第7章 結論59-60
• 參考文獻60-64
• 在學研究成果64-65
• 致謝65

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