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1、南京邮电大学通达学院 毕 业 设 计（论 文）题目基于磁光调制的特大高压交流电电流传感器设计专业信息工程学生姓名毛仁杰班级学号09000313指导教师沈骁指导单位南京邮电大学光电工程学院日期：2012年 11 月 26 日至2013 年 6 月 21日摘摘要要本文基于法拉第磁光效应，研究了基于磁光调制的高压交流电流传感器。首先，对课题的相关原理进行进一步的研究，包括偏振光的基本概念、磁光效应、交流磁光调制以及安培环路定理。其次，设计了电流传感器系统，包括系统的设计与分析、系统各部分元器件的选取等。最后，研究了交流磁光调制大角度检测方法和电流传感器的检测性能； 主要包括基于频谱结构图分析的大磁光
2、调制角检测和基于相对频谱分量幅度值分析的大调制角检测两种方法， 从而可以利用相关技术实现大电流的检测。研究结果表明，基于频谱分析技术的信号处理方式，电流检测范围没有上限，同时可以消除光吸收、光源功率波动及部分环境因素等造成的误差，可以实现高精度大范围高压交流电的检测。随着国家智能电网的改造和建设，电流电压等级不断提高，该技术将具有较广阔的应用前景。关键字：法拉第磁光效应；安培环路定理；正交反射型传感头；磁光材料ABSTRACTBasedonFaradayeffect,magneto-opticalmodulationstudiedbasedonhigh-voltage AC current s
3、ensors. First, the relevant principles of the subject forfurther research, including basic concepts of polarization, magneto-optical effect, ACmagneto-optical modulation, and Ampere. Secondly, the design of the current sensorsystems, including system design and analysis, selected parts of the system
4、components and so on. Finally, the study of AC modulation large angle opticaldetection method and the detection performance of the current sensor; mainly on alarge spectral structure of the magneto-optical modulation angular detection and basedon the relative values of the spectral components of a l
5、arge amplitude modulationangle detecting two methods, which can make use of relevant technology to achievehigh current testing. The results show that, based on spectral analysis of signalprocessing techniques, the current detection range is no upper limit, and can eliminatethe light absorption, ligh
6、t source power fluctuations and some errors caused byenvironmental factors, can achieve high-precision detection of a wide range ofhigh-voltage alternating current.With the national reconstruction and construction of smart grid, the current voltagelevel continues to improve, the technology will have
7、 broader application prospects.Key words:Faraday effect; Ampere; orthogonal reflection type sensor head;magneto-optical materials目录第一章绪论.11.1 课题研究背景.11.2 课题发展现状.1第二章磁光电流传感器理论基础.62.1 光的偏振.62.2 磁光效应.72.3 交流磁光调制.92.4 安培环路定理.10第三章电流传感器系统设计.113.1系统的设计与分析.113.2 传感器系统各部分元器件的选取.153.3 磁光材料的选取.173.4 总结.18第四章电
8、流传感器检测技术分析.194.1 大磁光调制角检测技术.194.2 电流检测分析.234.3 总结.25结束语.26致谢.27参考文献.28南京邮电大学通达学院 2013 届本科生毕业设计（论文）1第一章绪论1.1 课题研究背景总览电力行业百年的发展历史进程，电流传感器在电力测量保护、控制、监控等方面发挥了重要的作用，以确保电源系统的的安全性和可靠运行，并取得了显著的成效。在中国，随着国家经济的大规模快速发展，在过去二十年，对电力的需求急剧增加，电力系统的传输容量越来越大，电压等级为 500 千伏，并已发展到一个更高水平。 传统的电磁式电流传感器越来越的呈现呈现出因工作原理导致的技术上难以解决
9、的困难，如1：1 随着电压等级的提高，增加保温困难，导致绝缘结构复杂，尺寸、重量大，安装、运输不便，成本上升。2 由于在一些较大的工作电流或故障电流的磁特性的限制下，可能会发生严重的磁芯饱和，从而导致测量结果出现不能忽略的偏差，向电力系统传送误差信息。3 如果是在打开状态下的传感器输出，该输出将诱发高电压，可能会导致绝缘不良或其他设备和工作人员危害的安全隐患。4 当内部填充有矿物油的绝缘和冷却介质， 出现突然的故障 （如： 绝缘击穿） ，可能会导致火灾，周边设备和工作人员造成潜在的爆炸危险威胁。面对这些问题，今天在许多文章可以看到人们（如传感器厂，科研院所等）来解决这个问题，并采取各种技术措施
10、所作的努力。另一方面，无论是从解决问题的方法，还是在更广泛的意义上的对科学和技术的发展需要， 人们对于其他的电力系统电流测量方法的探索在不断继续， 例如，通过加热的电流，微变效应，磁致伸缩效应，霍尔效应和法拉第效应的影响等，测量电流。这些方法都有各自不同的使用条件和优缺点。目前基于法拉第效应的光学测量方法经过二十年的广泛研究， 在国内和国外领域有了充分的发展。法拉第于 1846 年发现，当平面偏振光通过（电磁线圈通电）磁场的材料时，如玻璃，汽油等，光的偏振平面发生旋转2。1970 年，美国康宁公司开发一个传输损耗 20dB/km 的石英光纤，以促进目前实际研究的进展。用激光光源，光学纤维和其他物质条件，人们立即看到基于法拉第效应光学电流传感
