燕山大学毕业设计光纤式高压电流传感器及检测系统的研.docx

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燕山大学毕业设计光纤式高压电流传感器及检测系统的研摘要本科毕业设计（论文）光纤式高压电流传感器及检测系统的研究与设计燕山大学2014年6月本科毕业设计（论文）光纤式高压电流传感器及检测系统的研究与设计学院（系）：

专业：

学生姓名：

学号：

指导教师：

答辩日期：

燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：

电气工程学院系级教学单位：

仪器科学与工程系学号学生姓名专业班级题目题目名称光纤式高压电流传感器及其检测系统的研究与设计题目性质1.理工类：

工程设计（√）；工程技术实验研究型（）；理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）2.管理类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）题目类型1.毕业设计（√）2.论文（）题目来源科研课题（√）生产实际（）自选题目（）主要内容1.了解高压电流的测量原理和方法，进行高压电流的探测以及转换电路的设计2.光纤等器件参数的选择和计算3.传感探头的供电及高压电流信号检测与处理系统的硬件及软件4.绘出测量系统的原理图及详细电路图基本要求1.完成毕业设计说明书一份2.字数在2万字以上，要求有不超过300字的中英文摘要3.查阅文献15篇以上翻译与课题有关的外文资料不少于300字4.绘制A0图纸一张以上。

图形及文字符号符合国家现在标准5.翻译与研究内容相关的外文资料一份参考资料1.参考书：

传感器传感器电路高压电流测量微机原理及其应用2.相关论文、期刊论文周次第1～4周第5～8周第9～11周第12～15周第16～17周应完成的内容查阅理解资料了解工作原理确定设计主要内容设计、计算传感器及电路有关参数。

提出设计方案转换电路设计，信号处理电路设计，微机信号处理完成论文初稿并进行修改画图，撰写论文准备答辩指导教师：

王玉田职称：

教授年月日系级教学单位审批：

年月日摘要摘要随着世界经济、科技的发展，电网的供电电压等级越来越高，我们不得不面对棘手的高压条件下各种电气参数的测量问题，光纤电流传感器以其特有的优势，迅速的发展成为电流测量的中坚力量。

本文正是以光纤电流传感器为背景，对光纤电流传感器进行了尽可能详细的阐述。

本课题通过对光学电流互感器的研究，设计出一种新型的混合式光学电流互感器。

在本文中,采用PCB-Rogowski线圈、压频变换技术和电光转换技术相结合的电流互感器方案,建立了电流输入和频率输出之间的理论模型。

本课题中所研究的光驱动光纤传输光电混合型电流互感器为解决我国高压输出线大电流的测量提供了一条新的方案，为国家的电力工业测控技术做出了贡献。

关键词：

光纤电流传感器；PCB-Rogowski线圈；光纤通信；I燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractAstheworldeconomy,thedevelopmentoftechnology,powergridvoltagelevelhigherandhigher,wehavetofacetoughpressureconditionsofvariouselectricalparametersmeasurementproblem,fiber-opticcurrentsensorwithitsuniqueadvantages,therapiddevelopmentofacurrentmeasurementofthebackbone.Thisarticleisfiber-opticcurrentsensorasthebackground,onthefiber-opticcurrentsensorsasmuchaspossibleindetail.Anovelhybridopticalcurrenttransducerisdevisedthroughthestudyofopticalcurrenttransducer.Inthispaper,itusestheschematicdesignofthecurrenttransformerwhichiscombinedwithPCB-Rogowskicoilandthetechnologiesofvoltage-frequencyconversionandphoto-electricityconversion,andestablishesthetheoreticalmodelbetweenthecurrentinputandthefrequencyoutput.ThefiberopticallypoweredHVlinecurrenttransduceropensupafeasiblewayforthemeasurementoflargecurrentintheHVtransmissionlineinChinaandplaysanimportantroleinpowerindustryandmeasureandcontroltechnology.KeywordsFiber-opticcurrentsensors;PCB-Rogowskicoil;OpticalfiberI目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课题背景及研究的目的和意义11.2光纤电流传感器的国内外发展现状21.2.1光纤电流传感器的国外发展21.2.2光纤电流传感器的国内发展41.3光纤电流传感器的基本原理与分类61.4论文的主要工作内容7第2章光电混合式电流互感器92.1系统整体方案的设计92.2Rogowski线圈测量原理102.3Rogowski线圈的积分电路122.4本章小结13第3章光纤电流传感器的供电方式143.1电流互感器供电方式的选择143.2激光供电方案的关键问题153.3激光供电系统的设计163.3.1激光器的驱动电路设计173.3.2半导体激光器183.3.3光电池的选取及DC-DC变换器的设计213.4本章小结23第4章信号的传输与处理244.1光纤244.1.1光纤工作基本原理244.1.2光纤的分类264.1.3光纤的选择274.2光纤的传输284.2.1光纤传输系统的特点284.2.2光纤传输工作原理304.3信号处理324.3.1信号处理系统设计324.3.2高压侧信号处理324.3.3低压侧信号处理384.4本章小结38结论39参考文献40致谢42附录1开题报告附录2中期报告附录3外文翻译III第1章绪论第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义在科技高速发展的当代社会，传感、通信和计算机产业作为现在信息产业的三大支柱，其在科技、经济发展中起着重要的支撑作用。

其中传感器作为一种检测装置，传感器技术已经成为技术竞争中的核心技术，占有至关重要的地位。

正是由于传感技术的重要性，传感器的研究已经被各国列为重点发展的关键技术引起了世界各国的争相研究[1]。

随着世界经济的快速发展，各国对电力的要求也越来越高，因此电力工业在经济发展中有着至关重要的地位，电力系统的额定电压等级和额定电流等级都有很大幅度的提高，对于高电压条件下的电力设备的研制也就成为了各国竞相研究的方向。

电流是电力的基本参数之一，电流传感器是电力工业中重要的测量装置之一，只有对电流能够进行准确的测量才能够为计量、继电保护等方面提供所必需的信息。

由于电流这个物理量对于电力工业的重要性，通常我们对于电流的测量工具也有着极高的要求。

随着电力工业的发展，传统的电磁式电流传感器越来越跟不上时代的发展，其诸多缺点的暴露也进一步使其不符合现代电力工业的发展。

因此，研制出一种新型的电流传感器也就成为了各国在电力工业发展中的重要问题。

在这个背景下，光纤电流传感器应运而生[2]。

传统的电磁式电流传感器由于以下几个缺点而越来越不适应科技的快速发展：

（1）绝缘问题，由于电磁式电流传感器含有铁芯，使用在高压环境中时有可能发生绝缘击穿，从而引起对地短路或爆炸的危险；

（2）磁饱和现象，传统的电磁式电流传感器在高压条件下可能出现磁饱和和铁磁谐振问题；（3）电磁干扰现象，在高压条件下，电磁式电流传感器传导的电信号会受到极大的电磁干扰[3]；（4）成本较高，由于传统的电磁式电流传感器的设计问题，其成本会根据电压的增大成倍的增高。

因此，在这个背景下，光纤电流传感器应运而生。

光纤电流传感器作为新式的电流传感器，它具有传统的电磁式电流传感器无可比拟的优势。

首先，由于光纤电流传感器使用的是绝缘性能极好的光纤制成的，因此有效的避免了爆炸的危险；其次，由于光纤电流传感器中不含有铁芯，因此有效地避免了磁饱和和电磁干扰等问题；再次，光纤电流传感器体积小、重量轻，制造简单，制造成本也不会随着电压的提高而过分增大[4]。

正是因为光纤电流传感器拥有以上优点，光纤电流传感器成为了各国争相研究的对象，并且取得了一定的成果。

1.2光纤电流传感器的国内外发展现状随着微电子与光电子技术的快速发展，特别是半导体激光器及低损耗光纤的出现，促进了各国对新型传感器的研究。

国外早在60年代就已经开始对光纤电流传感器进行研究了，到现在从事光纤电流传感器研究的单位有：

美国国家标准技术研究所。

ABB跨国公司、法国的ALTHOM公司，加拿大的NXTPhase公司、日本的东电、住友公司等等。

在国内，从80年代起，也开始投入了大量的人力和财力从事光纤电流传感器的研究开发，主要是：

清华大学、华中科技大学、西安交通大学、北方交通大学、燕山大学等，并且取得较好成果[5]。

1.2.1光纤电流传感器的国外发展早在60年代，国外就开始了对光纤电流传感器的研究工作，到80年代和90年代初期国外对光纤电流传感器的研究已进入试用阶段，初步具备了挂网试运行的条件，根据有关资料的统计，目前大约有3000多台光纤电流传感器挂网试运行，有些公司已经制作出了较正规的产品。

根据查阅资料，最早的光纤电流传感器产品是1963年安装在美国俄勒冈州Bonneville电力局（BPA）的230kV电网上装置的“Traser”，它通过玻璃实现了信号的传输，这是光纤电流传感器的最早形式。

这也是人们对于光纤电流传感器的研究所跨出的第一步，从此之后，各国对于光纤电流传感器的研究如雨后春笋般蓬勃发展起来[6]。

20世纪70年代，光导纤维制造技术逐步完善，光纤电流传感器也得到了迅速的发展。

1973年前苏联直流科学研究院与列宁格勒电器制造联合公司制造了脉冲调制式光纤电流传感器的样品，样品中有一个测量仪表通道和三个继电器保护通道。

此外，前苏联对光通道外调制式光纤电流传感器，带编码脉冲调式光纤电流传感器以及脉冲调幅式光纤电流传感器等形式都进行了深入仔细的研究。

1977年英国电力研究中心的A.J.Rogers和A.M.Smith等人从原理方面对全光纤电流传感器进行了大量的研究，在实验室对实验装置进行试验并获得成功，在1979年成功安装在发电站上，开始试运行，并取得了成功。

在此之后，德国