一种新型光纤电压互感器数字闭环控制系统模型研究-燕山大学学报.PDFVIP

卷 期 燕山大学学报 年 月 文章编号：1007-791X (2010) 01-0090-05 一种新型光纤电压互感器数字闭环控制系统模型研究 肖庆亮，张朝阳，杨德伟 （北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 ） 摘 要：介绍了一种新型光纤电压互感器的原理以及闭环相关检测算法在其中的应用，给出了数字输出的变比 计算公式。把光纤电压互感器作为一个数字闭环控制系统进行建模，得出系统输出和误差输出的传递函数模型， 并分析了该模型的稳定性、误差指标及频率特性。通过样机进行实验验证，该模型能够很好地吻合实际系统， 能够对样机的性能改进起指导作用。 关键词：光纤电压互感器；闭环控制；模型；频率特性 + 中图分类号：TM451 . 7 文献标识码：A 准直扩束，再由法拉 旋光镜将两光的偏振面都旋 引言 转 后， 直入射进入 晶体。右行的两正 相对于传统的电磁式电压互感器，光纤电压互 交光将分别沿晶体内的两个规定振动方向振动，产 感器 以其体积小、重量轻、无饱和、绝缘 生 的相位差。之后两光被反射镜反射，又一次经 性好、测量精度高等诸多优点，将成为新一代的具 过 晶体，累计获得 的相位差，这两束光出 有极强生命力和竞争力的电压检测装置 。在对光 晶体后左行至法拉 旋转镜，继续向原来的 纤电压传感器的研究中，人们提出了关于 的 旋转方向转过 ，此时，原来沿保偏光纤 轴传 多种模型及理论，其中以基于 效应的 播的光与原来沿保偏光纤 轴传播的光互换，然后 和基于石英晶体逆压电效应的 较为成熟 ， 沿保偏光纤 轴、轴传播的两束光在光纤起偏器处 被国外大多数光学电压互感器制造厂商所采用。本 发生干涉。最后，携带相位信息的光由环形器耦合 文针对作者所研制的基于 晶体 效应 进探测器。由于发生干涉的两束光，在光路传输过 的 样机，介绍了这种新型互感器的原理，并 程中，都通过了保偏光纤的 轴和 轴，只是在时间 针对数字闭环检测方案，建立控制系统的数学模 上略有差别，因此，返回探测器的光只携带了传感 型，在此基础上对所建模型进行分析，最后给出了 头对它们的相位调制信息。光路除 晶体部分， 样机的实验测试结果。 成互易性结构，使该光路具有较高的抗干扰能力。 检测电路本质上是以相关检测 为基础的数 闭环光纤电压互感器原理 字锁相放大器，探测器处的光强信号为 基于 晶体的 效应的光纤电压互 感器如图 所示，由 发出的光经过环形器后 ＝ ， 在起偏器的位置成为线偏振光，起偏器的尾纤与相 其中， 位调制器的尾纤以 对轴熔接。这样偏振光就被 平分为两份，分别沿保偏光纤的 轴和 轴传输。这 ， 两个正交模式的线偏振光在相位调制器处受到相 位调制，之后两正交光沿延迟线传播，经准直透镜 为加在晶体上的电压， 是使晶体中的两光束产 收稿日期：