一种提高光纤电流传感器测量精度的方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，首先根据敏感线圈的应变和线性双折射率的表征参数对其进行了分类，进一步得到应变参数[ε]、线性双折射参数[δ]与光纤电流传感器电流比值误差[Y]之间的关系，然后通过热时效和振动时效对不同表征现象的敏感线圈进行了处理，得到每一类敏感线圈时效处理的最佳试验参数，该方法通过正交试验得到敏感线圈时效处理的最佳试验参数，实现敏感线圈的稳定性，改善了敏感线圈的比例因子性能，使其达到稳定状态，从而提高光纤电流传感器的精度，解决了光纤电流传感器工程化的问题。
【专利说明】一种提高光纤电流传感器测量精度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，属于光纤电流传感器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光纤电流传感器是一种基于磁光法拉第(Faraday)效应的全光纤结构的光学传感器件，与传统电磁式电流互感器相比，光纤电流传感器具有线性度好、动态范围大、抗干扰能力强、绝缘性能好、无磁饱和、频带宽、体积小、重量轻等优点，这些优点使其在大电流和高电压的测量应用中具有广阔的前景。但是其本身易受干扰的问题难以解决，从而使其精度难以保证，在实际应用中，环境温度和振动等外界因素对测量准确度的影响较大。
[0003]敏感线圈是光纤电流传感器的敏感元件和传感核心，其温度的稳定性和抗干扰的能力直接影响着光纤电流传感器比例因子的长期稳定性。由于光纤电流传感器的比例因子性能会随着敏感线圈应力的变化而变化，而敏感线圈应力的变化比较复杂，绕制过程中所用张力、敏感线圈骨架的直径、离散度的大小、线圈层之间的作用力等都会影响敏感线圈的应力变化特性。敏感线圈应力的变化直接会导致光纤电流传感器电流比值误差的问题，所以保持敏感线圈应力变化的稳定性是一个急需解决的问题。
[0004]目前采用幅值变化量表征光纤环的应力幅值,平均值法表征光纤环的应力不对称度，这些方法容易引起测试点取点误差、仪器误差、偶然现象等引起的随机误差；在综合时效处理中，采用了随机振动的方法，该方法试验时间较长，不能快速找到去除应力的共振点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提出一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，该方法通过正交试验得到敏感线圈时效处理的最佳试验参数，实现敏感线圈的稳定性，提高光纤电流传感器的精度和比例因子的长期稳定性，解决了光纤电流传感器工程化的问题。
[0006]本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:
[0007]—种提高光纤电流传感器测量精度的方法，包括下列步骤:
[0008]步骤(一)、测试η个敏感线圈的应力表征参数，并根据应力表征参数对η个敏感线圈进行分类，所述应力表征参数包括应变参数[ε ]和线性双折射参数[δ ];其中应变参数根据取值范围分为M类，线性双折射参数根据取值范围分为M类，η个敏感线圈共分为M2类；其中n、M均为正整数，且η≥2，M≥2 ;
[0009]步骤(二)、将η个敏感线圈分别安装在光纤电流传感器，并分别测试光纤电流传感器的电流比值误差[Y]，得到应变参数[ε ]、线性双折射参数[δ ]与光纤电流传感器电流比值误差[Y]之间的关系式:
[0010][Y]=k1[ ε ]+k2[ δ ](I)[0011]通过最小二乘法拟合系数ki和k2，并将ki和k2分别作为η个敏感线圈的应变参数[ε ]和线性双折射参数[δ ]的系数；
[0012]步骤(三)、采用热时效和振动时效对步骤(一)中分类后的η个敏感线圈进行综合时效处理，其中η个敏感线圈分为M2类，每一类敏感线圈的具体处理方法为:
[0013]从该类敏感线圈中选择一个敏感线圈，采用慢速温变温度循环、振动扫频以及快速温变温度循环相结合的方法进行P次正交试验，每次正交试验结束后，分别测试敏感线圈的应变参数[ε ] ’和线性双折射参数[δ ] ’，并根据公式(I)计算光纤电流传感器的电流比值误差[Y]’，得到P个电流比值误差值[Y]’，取所述P个电流比值误差值[Y]’中的最小值Ymin所对应的试验参数作为该类敏感线圈时效处理的最佳试验参数，所述试验参数包括慢速温变温度循环次数、振动扫频范围和快速温变温度循环次数。
[0014]在上述提高光纤电流传感器测量精度的方法中，步骤(一)中应变参数根据取值范围分为三类，即小于100 μ ε为A类，100-200 μ ε为B类，200-500 μ ε为C类；线性双折射参数根据取值范围分为三类，即小于10_7为X类，大于10_6为Z类，介于二者之间的为Y类，所述η个敏感线圈共分为9类。
[0015]在上述提高光纤电流传感器测量精度的方法中，步骤(一)中敏感线圈应变参数[ε ]也可以通过如下公式计算得到:
【权利要求】
1.一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，其特征在于:包括下列步骤: 步骤(一)、测试η个敏感线圈的应力表征参数，并根据应力表征参数对η个敏感线圈进行分类，所述应力表征参数包括应变参数[ε ]和线性双折射参数[δ ];其中应变参数根据取值范围分为M类，线性双折射参数根据取值范围分为M类，η个敏感线圈共分为M2类；其中n、M均为正整数，且η≥2，M≥2 ; 步骤(二)、将η个敏感线圈分别安装在光纤电流传感器，并分别测试光纤电流传感器的电流比值误差[Y]，得到应变参数[ε ]、线性双折射参数[δ ]与光纤电流传感器电流比值误差[Y]之间的关系式: [y]=k1[ ε ]+k2[ δ ](1) 通过最小二乘法拟合系数kjPk2，并将匕和1^2分别作为η个敏感线圈的应变参数[ε ]和线性双折射参数[δ ]的系数； 步骤(三)、采用热时效和振动时效对步骤(一)中分类后的η个敏感线圈进行综合时效处理，其中η个敏感线圈分为M2类，每一类敏感线圈的具体处理方法为: 从该类敏感线圈中选择一个敏感线圈，采用慢速温变温度循环、振动扫频以及快速温变温度循环相结合的方法进行P次正交试验,每次正交试验结束后,分别测试敏感线圈的应变参数[ε ] ’和线性双折射参数[δ ] ’，并根据公式(I)计算光纤电流传感器的电流比值误差[Y] ’，得到P个电流比值误差值[Y] ’，取所述P个电流比值误差值[Y] ’中的最小值Ymin所对应的试验参数作为该类敏感线圈时效处理的最佳试验参数，所述试验参数包括慢速温变温度循环次数、振动扫频范围和快速温变温度循环次数。
2.根据权利要求1所述的一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(一)中应变参数根据取值范围分为三类，即小于100 μ ε为A类，100-200 μ ε为B类，200-500 μ ε为C类；线性双折射参数根据取值范围分为三类，即小于10_7为X类，大于10_6为Z类，介于二者之间的为Y类，所述η个敏感线圈共分为9类。
3.根据权利要求1所述的一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(一)中敏感线圈应变参数[ε ]也可以通过如下公式计算得到:
4.根据权利要求1所述的一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(二)中采用的最小二乘法是使残差的平方和达到最小，即令Q最小:
5.根据权利要求1所述的一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(三)中慢速温变温度循环中变温范围为-50~80°C，慢速速率为3~4°C /min ;快速温变温度循环中速率为5~15°C /min。
6.根据权利要求1所述的一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(三)中振动扫频中的扫频振动范围为:1~2kHz，2~3kHz，3~4kHz。
7.根据权利要求1所述的一种提高光纤电流传感器测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(三)中共进行27次试验，分别为固定慢速温变温度循环次数、变化振动扫频范围和快速温变温度循环次数；固定振动扫频范围、变化慢速温变温度循环次数和快速温变温度循环次数；固定快速温变温度循环次数、变化慢速温变温度循环次数和振动扫频范围，去除重复性试验，共进行9次正交试验，即P=9。
【文档编号】G01R19/00GK103792410SQ201410023135
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】王巍, 王学锋, 李俊一, 冯巧玲 申请人:北京航天时代光电科技有限公司