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光纤电流传感器电流监测系统软件设计

熊佳

  近年来,光纤检测技术日益成熟,人们对光纤电流传感器的研究越来越深入。随着电力工业的飞速发展,传统的电磁式互感器由于其本身结构特点,无法满足电力系统发展的需求,光纤电流传感器以其绝缘性好、抗电磁干扰、测量范围广等优势逐渐取代了传统互感器在电力系统中的位置,被广泛应用。然而,目前国内对于光纤电流传感器的研究多半集中在对其光路结构及原理进行分析探索,以及对信号处理电路的设计,而对后续的监测软件的开发力度不足,完整的光纤电流监测系统寥寥无几。鉴于光纤电流传感器的优点与发展趋势,开发与之相配套的监测软件是十分迫切的,本课题在搭建了一个较完整的光纤电流传感器硬件系统之后,设计实现了电流监测软件。 本文首先对整个系统的需求进行了分析,给出了系统整体结构图,并且对光纤电流传感方案进行了介绍。在对光纤电流传感器的结构和基本传感原理分析的基础之上,结合实验条件,确立了采用反射式干涉型光纤电流传感方案。反射式干涉型光纤电流传感器由于其结构使得光通过时需经历两次法拉第效应,其相位差等于四倍的法拉第相移,从而其灵敏度是其他同等条件下光纤电流传感器的四倍,是相位调制型光纤电流传感器的两倍。利用琼斯矩阵对经过传感器的光的偏振态进行分析得知,要测得输出信号一次谐波的幅值即可获得法拉第旋转角,从而推算出电流值。 在对输出信号一次谐波的幅值进行提取时,采用了信号相关的方法,将一次谐波分量迁移到直流分量,再通过低通滤波的方式提取直流分量,从而获得一次谐波的幅值,进而可以推算出法拉第旋转角和被测电流值,这是课题通过光纤传感器测量电流的一个模型。在信号仿真之后,搭建了一个完整的光路与电路硬件系统,并通过串口与上位机进行通信。 在设计监测软件时,首先根据需求设计了软件的整体框架,并给出了整体流程图。由于系统采用串口通信,涉及到串口占用的问题,设计时采用互斥体,保证同一时间只有一个程序在运行。程序主循环采用一个定时器实现,与串口的通信规约匹配,每1秒钟进行一次串口数据的采集与转化处理。循环中具有数据的采集、转化,数据的滤波处理,数据的存储,数据的显示几个小功能模块。其中数据的滤波处理是测量准确的关键之一,采用了限幅平均、中值平均与一阶滞后滤波三种算法实现,都能基本满足国标中准确级0.5的要求。系统还有越界报警、系统设置与用户帮助等模块,后期对系统界面作了附加信息显示等完善,完成了一个比较完整的电流监测系统软件设计实现。 课题通过设计和调试最终完成了基于反射式干涉型光纤电流传感方案的电流监测软件设计,系统实验阶段运行良好,基本能满足电流监测要求。……   
[关键词]:光纤电流传感器;软件;C++Builder
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:山东大学2012年