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原文传递舰船用全光纤电流互感器设计与实现

论文题名：	舰船用全光纤电流互感器设计与实现
关键词：	综合电力系统;全光纤电流互感器;光路模型;动态模型;误差补偿;海军舰船
摘要：	自20世纪80年代以来，为适应海军舰船大型化、信息化及智能化的发展要求，新型舰船综合电力系统（Integrated Power System，IPS）应运而生。传统的交直流电流测量技术由于自身的固有缺陷已无法满足综合电力系统的上述要求，而基于磁光法拉第效应的全光纤电流互感器(Fiber Optical Current Sensor，FOCS)通过光学干涉仪和全数字闭环自适应信号处理技术，具有安全、可靠、准确、智能的突出优势，是目前舰船电力系统测量及保护装置的最佳选择。课题主要内容是在高精度光纤陀螺研究和目前全光纤电流互感器技术的基础上，对舰船用全光纤电流互感器的光路模块和电信号处理模块的进行深入研究，进行综合误差分析及相应的误差补偿，提出满足现代舰船综合电力系统应用要求的全光纤电流互感器的系统方案，并制造相应的工程样机。　　首先，以舰船用全光纤电流互感器的经典结构串联干涉式全光纤电流互感器为研究对象，阐述了舰船用全光纤电流互感器的基础理论和研究方法，在此基础上建立的光路的偏振传输模型作为系统分析的有效工具。根据舰船用全光纤电流互感器传感精度高以及环境适应性强的研制要求，深入分析其光路中相关的误差机理及特性，提出了同时具有温度补偿和振动补偿优势的“差动式”光路结构设计方案。该方案突破单条传感回路难以实现系统性温度补偿的技术瓶颈的同时提高了系统的抗振动、冲击能力。　　其次，深入分析基于二状态偏置的调制与解调技术为核心的全数字双闭环信号检测方案，明确其优势与劣势的同时借鉴高精度光纤陀螺成熟的数字信号检测技术，提出了基于四状态偏置的全数字双闭环电信号检测方案。该方案突破基于二状态偏置的调制解调方案中增益误差检测时间限制，通过增益误差不同的解调方式解除了2?复位周期与待测电流值的相关性，从而保证增益误差补偿的实时性，提高系统测量的线性度和零位偏移的稳定性。　　再次，舰船用全光纤电流互感器是典型自适应控制系统的动态特性必须满足高精度、抗电磁干扰能力强、暂态特性好、环境适应性强和响应速度快的要求。本文利用时分复用技术将光路改进方案和电信号处理的改进方案巧妙地融合在一起提出了舰船用全光纤电流互感器的改进型系统方案。在此基础上建立系统的动态模型，深入了解该系统方案的动态性能的同时分析系统的设计参数对动态性能的影响，为系统样机的制造及调试提供理论指导和依据。　　最后，在动态性能分析的基础上，根据系统的改进方案制造样机，并根据本文舰船用全光纤电流互感器的研制要求及其通用的测试标准进行相关的测试试验，从而验证上述改进型系统方案的实用性及其误差补偿的有效性。
作者：	李楠
专业：	控制工程
导师：	高伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文