一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，首先根據(jù)敏感線圈的應(yīng)變和線性雙折射率的表征參數(shù)對(duì)其進(jìn)行了分類，進(jìn)一步得到應(yīng)變參數(shù)[ε]、線性雙折射參數(shù)[δ]與光纖電流傳感器電流比值誤差[Y]之間的關(guān)系，然后通過熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效對(duì)不同表征現(xiàn)象的敏感線圈進(jìn)行了處理，得到每一類敏感線圈時(shí)效處理的最佳試驗(yàn)參數(shù)，該方法通過正交試驗(yàn)得到敏感線圈時(shí)效處理的最佳試驗(yàn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)敏感線圈的穩(wěn)定性，改善了敏感線圈的比例因子性能，使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而提高光纖電流傳感器的精度，解決了光纖電流傳感器工程化的問題。
【專利說明】一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，屬于光纖電流傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖電流傳感器是一種基于磁光法拉第(Faraday)效應(yīng)的全光纖結(jié)構(gòu)的光學(xué)傳感器件，與傳統(tǒng)電磁式電流互感器相比，光纖電流傳感器具有線性度好、動(dòng)態(tài)范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、絕緣性能好、無磁飽和、頻帶寬、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使其在大電流和高電壓的測(cè)量應(yīng)用中具有廣闊的前景。但是其本身易受干擾的問題難以解決，從而使其精度難以保證，在實(shí)際應(yīng)用中，環(huán)境溫度和振動(dòng)等外界因素對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響較大。
[0003]敏感線圈是光纖電流傳感器的敏感元件和傳感核心，其溫度的穩(wěn)定性和抗干擾的能力直接影響著光纖電流傳感器比例因子的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。由于光纖電流傳感器的比例因子性能會(huì)隨著敏感線圈應(yīng)力的變化而變化，而敏感線圈應(yīng)力的變化比較復(fù)雜，繞制過程中所用張力、敏感線圈骨架的直徑、離散度的大小、線圈層之間的作用力等都會(huì)影響敏感線圈的應(yīng)力變化特性。敏感線圈應(yīng)力的變化直接會(huì)導(dǎo)致光纖電流傳感器電流比值誤差的問題，所以保持敏感線圈應(yīng)力變化的穩(wěn)定性是一個(gè)急需解決的問題。
[0004]目前采用幅值變化量表征光纖環(huán)的應(yīng)力幅值,平均值法表征光纖環(huán)的應(yīng)力不對(duì)稱度，這些方法容易引起測(cè)試點(diǎn)取點(diǎn)誤差、儀器誤差、偶然現(xiàn)象等引起的隨機(jī)誤差；在綜合時(shí)效處理中，采用了隨機(jī)振動(dòng)的方法，該方法試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，不能快速找到去除應(yīng)力的共振點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，該方法通過正交試驗(yàn)得到敏感線圈時(shí)效處理的最佳試驗(yàn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)敏感線圈的穩(wěn)定性，提高光纖電流傳感器的精度和比例因子的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，解決了光纖電流傳感器工程化的問題。
[0006]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，包括下列步驟:
[0008]步驟(一)、測(cè)試η個(gè)敏感線圈的應(yīng)力表征參數(shù)，并根據(jù)應(yīng)力表征參數(shù)對(duì)η個(gè)敏感線圈進(jìn)行分類，所述應(yīng)力表征參數(shù)包括應(yīng)變參數(shù)[ε ]和線性雙折射參數(shù)[δ ];其中應(yīng)變參數(shù)根據(jù)取值范圍分為M類，線性雙折射參數(shù)根據(jù)取值范圍分為M類，η個(gè)敏感線圈共分為M2類；其中n、M均為正整數(shù)，且η≥2，M≥2 ;
[0009]步驟(二)、將η個(gè)敏感線圈分別安裝在光纖電流傳感器，并分別測(cè)試光纖電流傳感器的電流比值誤差[Y]，得到應(yīng)變參數(shù)[ε ]、線性雙折射參數(shù)[δ ]與光纖電流傳感器電流比值誤差[Y]之間的關(guān)系式:
[0010][Y]=k1[ ε ]+k2[ δ ](I)[0011]通過最小二乘法擬合系數(shù)ki和k2，并將ki和k2分別作為η個(gè)敏感線圈的應(yīng)變參數(shù)[ε ]和線性雙折射參數(shù)[δ ]的系數(shù)；
[0012]步驟(三)、采用熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效對(duì)步驟(一)中分類后的η個(gè)敏感線圈進(jìn)行綜合時(shí)效處理，其中η個(gè)敏感線圈分為M2類，每一類敏感線圈的具體處理方法為:
[0013]從該類敏感線圈中選擇一個(gè)敏感線圈，采用慢速溫變溫度循環(huán)、振動(dòng)掃頻以及快速溫變溫度循環(huán)相結(jié)合的方法進(jìn)行P次正交試驗(yàn)，每次正交試驗(yàn)結(jié)束后，分別測(cè)試敏感線圈的應(yīng)變參數(shù)[ε ] ’和線性雙折射參數(shù)[δ ] ’，并根據(jù)公式(I)計(jì)算光纖電流傳感器的電流比值誤差[Y]’，得到P個(gè)電流比值誤差值[Y]’，取所述P個(gè)電流比值誤差值[Y]’中的最小值Ymin所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)作為該類敏感線圈時(shí)效處理的最佳試驗(yàn)參數(shù)，所述試驗(yàn)參數(shù)包括慢速溫變溫度循環(huán)次數(shù)、振動(dòng)掃頻范圍和快速溫變溫度循環(huán)次數(shù)。
[0014]在上述提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法中，步驟(一)中應(yīng)變參數(shù)根據(jù)取值范圍分為三類，即小于100 μ ε為A類，100-200 μ ε為B類，200-500 μ ε為C類；線性雙折射參數(shù)根據(jù)取值范圍分為三類，即小于10_7為X類，大于10_6為Z類，介于二者之間的為Y類，所述η個(gè)敏感線圈共分為9類。
[0015]在上述提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法中，步驟(一)中敏感線圈應(yīng)變參數(shù)[ε ]也可以通過如下公式計(jì)算得到:
【權(quán)利要求】
1.一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，其特征在于:包括下列步驟: 步驟(一)、測(cè)試η個(gè)敏感線圈的應(yīng)力表征參數(shù)，并根據(jù)應(yīng)力表征參數(shù)對(duì)η個(gè)敏感線圈進(jìn)行分類，所述應(yīng)力表征參數(shù)包括應(yīng)變參數(shù)[ε ]和線性雙折射參數(shù)[δ ];其中應(yīng)變參數(shù)根據(jù)取值范圍分為M類，線性雙折射參數(shù)根據(jù)取值范圍分為M類，η個(gè)敏感線圈共分為M2類；其中n、M均為正整數(shù)，且η≥2，M≥2 ; 步驟(二)、將η個(gè)敏感線圈分別安裝在光纖電流傳感器，并分別測(cè)試光纖電流傳感器的電流比值誤差[Y]，得到應(yīng)變參數(shù)[ε ]、線性雙折射參數(shù)[δ ]與光纖電流傳感器電流比值誤差[Y]之間的關(guān)系式: [y]=k1[ ε ]+k2[ δ ](1) 通過最小二乘法擬合系數(shù)kjPk2，并將匕和1^2分別作為η個(gè)敏感線圈的應(yīng)變參數(shù)[ε ]和線性雙折射參數(shù)[δ ]的系數(shù)； 步驟(三)、采用熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效對(duì)步驟(一)中分類后的η個(gè)敏感線圈進(jìn)行綜合時(shí)效處理，其中η個(gè)敏感線圈分為M2類，每一類敏感線圈的具體處理方法為: 從該類敏感線圈中選擇一個(gè)敏感線圈，采用慢速溫變溫度循環(huán)、振動(dòng)掃頻以及快速溫變溫度循環(huán)相結(jié)合的方法進(jìn)行P次正交試驗(yàn),每次正交試驗(yàn)結(jié)束后,分別測(cè)試敏感線圈的應(yīng)變參數(shù)[ε ] ’和線性雙折射參數(shù)[δ ] ’，并根據(jù)公式(I)計(jì)算光纖電流傳感器的電流比值誤差[Y] ’，得到P個(gè)電流比值誤差值[Y] ’，取所述P個(gè)電流比值誤差值[Y] ’中的最小值Ymin所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)作為該類敏感線圈時(shí)效處理的最佳試驗(yàn)參數(shù)，所述試驗(yàn)參數(shù)包括慢速溫變溫度循環(huán)次數(shù)、振動(dòng)掃頻范圍和快速溫變溫度循環(huán)次數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(一)中應(yīng)變參數(shù)根據(jù)取值范圍分為三類，即小于100 μ ε為A類，100-200 μ ε為B類，200-500 μ ε為C類；線性雙折射參數(shù)根據(jù)取值范圍分為三類，即小于10_7為X類，大于10_6為Z類，介于二者之間的為Y類，所述η個(gè)敏感線圈共分為9類。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(一)中敏感線圈應(yīng)變參數(shù)[ε ]也可以通過如下公式計(jì)算得到:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(二)中采用的最小二乘法是使殘差的平方和達(dá)到最小，即令Q最小:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(三)中慢速溫變溫度循環(huán)中變溫范圍為-50~80°C，慢速速率為3~4°C /min ;快速溫變溫度循環(huán)中速率為5~15°C /min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(三)中振動(dòng)掃頻中的掃頻振動(dòng)范圍為:1~2kHz，2~3kHz，3~4kHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(三)中共進(jìn)行27次試驗(yàn)，分別為固定慢速溫變溫度循環(huán)次數(shù)、變化振動(dòng)掃頻范圍和快速溫變溫度循環(huán)次數(shù)；固定振動(dòng)掃頻范圍、變化慢速溫變溫度循環(huán)次數(shù)和快速溫變溫度循環(huán)次數(shù)；固定快速溫變溫度循環(huán)次數(shù)、變化慢速溫變溫度循環(huán)次數(shù)和振動(dòng)掃頻范圍，去除重復(fù)性試驗(yàn)，共進(jìn)行9次正交試驗(yàn)，即P=9。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK103792410SQ201410023135
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】王巍, 王學(xué)鋒, 李俊一, 馮巧玲 申請(qǐng)人:北京航天時(shí)代光電科技有限公司