一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法

2023-09-09 23:45:35 3

一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法
【專利摘要】本發明涉及一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，首先根據敏感線圈的應變和線性雙折射率的表徵參數對其進行了分類，進一步得到應變參數[ε]、線性雙折射參數[δ]與光纖電流傳感器電流比值誤差[Y]之間的關係，然後通過熱時效和振動時效對不同表徵現象的敏感線圈進行了處理，得到每一類敏感線圈時效處理的最佳試驗參數，該方法通過正交試驗得到敏感線圈時效處理的最佳試驗參數，實現敏感線圈的穩定性，改善了敏感線圈的比例因子性能，使其達到穩定狀態，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量精度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，屬於光纖電流傳感器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]光纖電流傳感器是一種基於磁光法拉第(Faraday)效應的全光纖結構的光學傳感器件，與傳統電磁式電流互感器相比，光纖電流傳感器具有線性度好、動態範圍大、抗幹擾能力強、絕緣性能好、無磁飽和、頻帶寬、體積小、重量輕等優點，這些優點使其在大電流和高電壓的測量應用中具有廣闊的前景。但是其本身易受幹擾的問題難以解決，從而使其精度難以保證，在實際應用中，環境溫度和振動等外界因素對測量準確度的影響較大。
[0003]敏感線圈是光纖電流傳感器的敏感元件和傳感核心，其溫度的穩定性和抗幹擾的能力直接影響著光纖電流傳感器比例因子的長期穩定性。由於光纖電流傳感器的比例因子性能會隨著敏感線圈應力的變化而變化，而敏感線圈應力的變化比較複雜，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影響敏感線圈的應力變化特性。敏感線圈應力的變化直接會導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力變化的穩定性是一個急需解決的問題。
[0004]目前採用幅值變化量表徵光纖環的應力幅值,平均值法表徵光纖環的應力不對稱度，這些方法容易引起測試點取點誤差、儀器誤差、偶然現象等引起的隨機誤差；在綜合時效處理中，採用了隨機振動的方法，該方法試驗時間較長，不能快速找到去除應力的共振點。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於克服現有技術的上述不足，提出一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，該方法通過正交試驗得到敏感線圈時效處理的最佳試驗參數，實現敏感線圈的穩定性，提高光纖電流傳感器的精度和比例因子的長期穩定性，解決了光纖電流傳感器工程化的問題。
[0006]本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的:
[0007]—種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，包括下列步驟:
[0008]步驟(一)、測試η個敏感線圈的應力表徵參數，並根據應力表徵參數對η個敏感線圈進行分類，所述應力表徵參數包括應變參數[ε ]和線性雙折射參數[δ ];其中應變參數根據取值範圍分為M類，線性雙折射參數根據取值範圍分為M類，η個敏感線圈共分為M2類；其中n、M均為正整數，且η≥2，M≥2 ;
[0009]步驟(二)、將η個敏感線圈分別安裝在光纖電流傳感器，並分別測試光纖電流傳感器的電流比值誤差[Y]，得到應變參數[ε ]、線性雙折射參數[δ ]與光纖電流傳感器電流比值誤差[Y]之間的關係式:
[0010][Y]=k1[ ε ]+k2[ δ ](I)[0011]通過最小二乘法擬合係數ki和k2，並將ki和k2分別作為η個敏感線圈的應變參數[ε ]和線性雙折射參數[δ ]的係數；
[0012]步驟(三)、採用熱時效和振動時效對步驟(一)中分類後的η個敏感線圈進行綜合時效處理，其中η個敏感線圈分為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敏感線圈，採用慢速溫變溫度循環、振動掃頻以及快速溫變溫度循環相結合的方法進行P次正交試驗，每次正交試驗結束後，分別測試敏感線圈的應變參數[ε ] 』和線性雙折射參數[δ ] 』，並根據公式(I)計算光纖電流傳感器的電流比值誤差[Y]』，得到P個電流比值誤差值[Y]』，取所述P個電流比值誤差值[Y]』中的最小值Ymin所對應的試驗參數作為該類敏感線圈時效處理的最佳試驗參數，所述試驗參數包括慢速溫變溫度循環次數、振動掃頻範圍和快速溫變溫度循環次數。
[0014]在上述提高光纖電流傳感器測量精度的方法中，步驟(一)中應變參數根據取值範圍分為三類，即小於100 μ ε為A類，100-200 μ ε為B類，200-500 μ ε為C類；線性雙折射參數根據取值範圍分為三類，即小於10_7為X類，大於10_6為Z類，介於二者之間的為Y類，所述η個敏感線圈共分為9類。
[0015]在上述提高光纖電流傳感器測量精度的方法中，步驟(一)中敏感線圈應變參數[ε ]也可以通過如下公式計算得到:
【權利要求】
1.一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，其特徵在於:包括下列步驟: 步驟(一)、測試η個敏感線圈的應力表徵參數，並根據應力表徵參數對η個敏感線圈進行分類，所述應力表徵參數包括應變參數[ε ]和線性雙折射參數[δ ];其中應變參數根據取值範圍分為M類，線性雙折射參數根據取值範圍分為M類，η個敏感線圈共分為M2類；其中n、M均為正整數，且η≥2，M≥2 ; 步驟(二)、將η個敏感線圈分別安裝在光纖電流傳感器，並分別測試光纖電流傳感器的電流比值誤差[Y]，得到應變參數[ε ]、線性雙折射參數[δ ]與光纖電流傳感器電流比值誤差[Y]之間的關係式: [y]=k1[ ε ]+k2[ δ ](1) 通過最小二乘法擬合係數kjPk2，並將匕和1^2分別作為η個敏感線圈的應變參數[ε ]和線性雙折射參數[δ ]的係數； 步驟(三)、採用熱時效和振動時效對步驟(一)中分類後的η個敏感線圈進行綜合時效處理，其中η個敏感線圈分為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敏感線圈，採用慢速溫變溫度循環、振動掃頻以及快速溫變溫度循環相結合的方法進行P次正交試驗,每次正交試驗結束後,分別測試敏感線圈的應變參數[ε ] 』和線性雙折射參數[δ ] 』，並根據公式(I)計算光纖電流傳感器的電流比值誤差[Y] 』，得到P個電流比值誤差值[Y] 』，取所述P個電流比值誤差值[Y] 』中的最小值Ymin所對應的試驗參數作為該類敏感線圈時效處理的最佳試驗參數，所述試驗參數包括慢速溫變溫度循環次數、振動掃頻範圍和快速溫變溫度循環次數。
2.根據權利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(一)中應變參數根據取值範圍分為三類，即小於100 μ ε為A類，100-200 μ ε為B類，200-500 μ ε為C類；線性雙折射參數根據取值範圍分為三類，即小於10_7為X類，大於10_6為Z類，介於二者之間的為Y類，所述η個敏感線圈共分為9類。
3.根據權利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(一)中敏感線圈應變參數[ε ]也可以通過如下公式計算得到:
4.根據權利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(二)中採用的最小二乘法是使殘差的平方和達到最小，即令Q最小:
5.根據權利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(三)中慢速溫變溫度循環中變溫範圍為-50~80°C，慢速速率為3~4°C /min ;快速溫變溫度循環中速率為5~15°C /min。
6.根據權利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(三)中振動掃頻中的掃頻振動範圍為:1~2kHz，2~3kHz，3~4kHz。
7.根據權利要求1所述的一種提高光纖電流傳感器測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(三)中共進行27次試驗，分別為固定慢速溫變溫度循環次數、變化振動掃頻範圍和快速溫變溫度循環次數；固定振動掃頻範圍、變化慢速溫變溫度循環次數和快速溫變溫度循環次數；固定快速溫變溫度循環次數、變化慢速溫變溫度循環次數和振動掃頻範圍，去除重複性試驗，共進行9次正交試驗，即P=9。
【文檔編號】G01R19/00GK103792410SQ201410023135
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】王巍, 王學鋒, 李俊一, 馮巧玲 申請人:北京航天時代光電科技有限公司