【正文】 同時還要感謝電氣 0810 的全體同學及我們的班主任徐衍匯老師，在大學四年的生活里對我學習和生活上無微不至的關懷，在這四年的生活里我們建立起深厚的師生情誼和同學友情，班級生活讓我終生難忘。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 信號檢測與處理是一項艱苦的工作，由于時間緊迫，本文的研究內容是在較理想的善下進行的，沒有考慮到諸多外界因素諸如環(huán)境溫度對信號檢測過程中產生的影響，只是在理論分析的基礎上進行的仿真分析和初步的實驗研究，盡管誤差分析能夠滿足國家標準，但在現(xiàn)場環(huán)境下是否依然準確，有待進一步的研究。論文取得了如下成果： 1 基于法拉第磁光效應設計了直流光學電流互感器的結果，其中光學傳感部件采用了直通式光路結構，從而提高了光學電流互感器的運行穩(wěn)定性。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 23 圖 46 直流電流檢測誤差曲線圖 由此可見，利用調制解調的微弱信號檢測方法對直流電流進行微弱信號檢測，信噪比有了明顯的 改善，噪聲得到了有效濾除。 表 41 輸入、輸出直流的線性關系 高通濾波器截止頻率（ kHZ） 30 31 32 33 34 k b 通過這種純屬關系對輸出電流進行修正，即對于仿真中輸出的電流值 y ，反推出輸入電流 x ，再與輸入的電流值的準確值進行比較分析。 虛擬儀器 VI 的構成可分為硬件構成和軟件構成，覺的虛擬儀器系統(tǒng)構成框圖如圖 42所示。則從檢偏器出射的光信號 1 0 0 0 0 0( 1 sin ) ( 1 2 ) 2 sin 2 sinJ J t V i J V J i J t V J i t? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ 44） 光信號進行光電探測器后引入了內部噪聲，用高通濾波器濾去其中的低頻成分，同時也濾除噪聲，取高通濾波器截止頻率為 f=30kHz，通過的為含有直流信息的量 1 0 0( ) si n 2 si ns t J t VJ i t???? （ 45） 對 1()st進行解調，取解調信號 ( ) sinr t t?? ，與調制信號同頻，可得 2 1 0 0 0 011( ) ( ) ( ) c o s 2 c o s 222s t s t r t J t J V J i t V J i??? ? ? ? ? ? （ 46） 式（ 46）中含有直流信息的高頻項，也有低頻項，用低通濾波器濾除 2()st中的高頻項，取低通濾波器的截止頻率 f=50Hz。 由于偏振光的偏轉角是不能被直接測量的，因此，人們利用馬呂斯定律把不可測的集團角信號轉換為可測的偏振光的光強信號。 綜上所述，鎖定放大器、自適應噪聲抵消法、小波分析法、調制解調法、相關檢測法與其它方法相比，理論上較為成熟，能夠滿足電力系統(tǒng)對于電流測量的實時性要求，可以考慮用于直流電流和諧波的測量。電力系統(tǒng)中暫態(tài)下噪聲相對于短路電流很小，光學電流互感器可較容易測量出短路電流值，而對于穩(wěn)態(tài)時的直流或慢變交流微弱正弦信號，小波分析沒有顯著優(yōu)勢。 信號檢測方法的比較 針對電力系統(tǒng)中電流測量的實時性要求，以及繼電保護的速動性、靈敏性和可靠性的要求，需要光學電流互感器提供實時準確可靠的測量數(shù)據(jù)。積分過程常用模擬電路實現(xiàn)，稱之為取樣積分，平均過程常通過計算機以數(shù)字處理的方式實現(xiàn)，稱之為數(shù)字式平均。目前，常用的檢測微弱信號的混沌模型為間歇混沌模型 —— Duffing 振子。 小波變換理論采用在二維平面上分析信號，發(fā)現(xiàn)在合適的驚訝下原來是非平衡的跳變信號會呈現(xiàn)出同噪聲截然不同的特性，是一種變分辨率的時域分析方法。對于周期不固定或者不能做到頻率絕對恒定的信號，濾波器的通頻帶不能過窄，因此信噪比不的改善不可能太大。 （ 3） 設計了法拉第直流光學電流測量系統(tǒng)，并給出了其原理框圖，將該系統(tǒng)進行了劃分，并對其各部分組成及功能進行 了說明，為其各部分的具體功能實現(xiàn)提供了原理依據(jù)。螺旋管聚磁光華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 路的基本原理為：將被測電流通往到螺旋管中，會產生聚磁作用，使得電流的磁場集中于平 等于螺旋管軸線方向。法拉第直流光學電流測量系統(tǒng)的原理框圖如下： 圖 28 法拉第直流光學電流測量系統(tǒng)原理圖 其中，光學調制部分的主要功能是對光學信號進行調制。頻譜遷移測量法的原理框圖如下圖所示 ： 為了消除低頻噪聲的影響，需要對光信號本身進行變換處理。 直流光學電流互感器用于直流測量時，由于直流電流頻率為 0Hz，根據(jù)式27，對入射光強進行頻譜遷移，使出射光強頻率得到提高，從而經光電轉換得到高頻電壓信號。利用本文的光伏探測器，可以得到光強相應的電壓值。 將待測電流圍繞磁光材料形成的電流回路后，由環(huán)路律，有 LNi V Hdl? ? （ 22） 由上述兩式可得 N V i?? ? ? （ 23） 可見，由于 N、 V為常數(shù)，Θ與 i成正比，測得法拉第偏轉角即 可求得待測電流。因此，當進行直流測量時，光電檢測器輸入的直流測量值與暗電流噪聲相重疊，影響了測量精度。本文采用的光電檢測器為 PIN 光電二極管光伏探測器，其電路圖如下： 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 圖 22 PIN 光電二極管光伏探測器電路圖 PIN 光電二極管光伏探測器產生的噪 聲主要為散粒噪聲、暗電流噪聲、熱噪聲、 1/f 噪聲。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 第 2 章 頻譜遷移測量法的研究 光電檢測器及 其 噪聲分析 直流光學電流測量系統(tǒng)的主要組成部分為光電檢測系統(tǒng)。 20xx 年，南瑞公司所研發(fā)的全光纖電流互感器獲得了入網許可，并且于 20xx 年 ，在淮北的大唐電廠110KV 電壓等級交流系統(tǒng)上，成功地進行了我國首次全光纖光學電流互感器的掛網運行。這標志著 OCT 開始用于越來越多的工業(yè)領域。從 1981 年起，日本五大電氣公司開始集中對光學電流互感器進行研究。此外，由于 傳感裝置位于高壓線路附近，因此，當線路中流經加拿大電流時產生的 電磁輻射，將會對傳感裝置電路產生電磁干擾，從而影響互感器的可靠性與穩(wěn)定性。 霍爾傳感器的主要元件為霍爾元件，以霍爾效應為基礎，測量霍爾元件的霍爾電壓，根據(jù)測得的霍爾電壓即可確定對應的待測電流，霍爾效應直流互感器常用的有直放式和磁平衡式兩種。再次，設計了直流光學電流互感器的直流電流測量系統(tǒng)，在 LabVIEW 環(huán)境下進行了仿真驗證，并設計了直流檢測實驗電路和信號檢測結構，仿真和試驗結果表明本文所設計的直流測量系統(tǒng)能夠滿足測量要求。 關鍵詞 ：法拉第磁光效應，直流光學電流互感器，調制解調，相關檢測， LabVIEW 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 ABSTRACT The Optical Direct Current Transducer based on Faraday Mangetooptic effects have a great future,but still some problems exist in the this paper,firstly it designs the structure of the Optical Direct Current Transducer and analyzes and tests the interior noise which is led into from the measurement and the signal to noise also it verifies the noise overlaps the singal ,it analyzes and pares the methods of measurement of weak signal,to contend with the precision of current measurement in the DC transition system,it uses the method of modulate and demodulate to measure DC current on the DC line and uses the correlation detection to harmonic waves on DC it designs the DCcurrent measurement system of The Optical Direct Current Trandsducers,simulates and verifies by the LabVIEW software,also designs a structure of signal measurement and a test circuit of DC results of simulation and test indicate the DC measurement system contends with measurements standard. KEY WORDS: Faraday Magooptic effects, dc optical current transducer, modulate and demodulate, correlation detection, LabVIEW華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 目 錄 摘 要 ............................................................ 1 ABSTRACT............................................................ 2 第 1 章 緒論 ......................................................... 1 選題背景和意義 ............................................... 1 國內外研究現(xiàn)狀 ............................................... 2 設計（ 論文）的主要研究內容及預期目標 ......................... 3 第 2 章 頻譜遷移測量法的研究 ......................................... 4 光電檢測器及其噪聲分析 ...................................... 4 頻譜遷移測量法 ............................................... 6 光學電流互感器的基本原理 ............................... 6 頻譜遷移測量法原理 ..................................... 8 法拉第直流光學測量系統(tǒng)的設計 ................................. 9 本章小結 ................................................... 10 第 3 章 信號檢測方法研究 ............................................ 11 方法研究 ................................................... 11