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FOVT关键光学器件的环境特性分析与研究
| 论文题名： | FOVT关键光学器件的环境特性分析与研究 |
| 关键词： | 电力机车;法拉第旋光器;相位调制器;物理场特性;光纤电压互感器 |
| 摘要： | 全光纤型电压互感器（Fiber Optic Voltage Transformer，FOVT）是在电力领域中重要的自动化检测设备之一，其在获取、传输和处理工业自动化生产的信息方面至关重要，作为实现设备智能化的前提，已成为电力机车重要的电气设备和电力系统电压测量的重点研究方向。然而环境扰动因素与FOVT输出特性关系的研究尚不全面，尤其是振动、多物理场耦合下的复杂环境影响问题缺乏支撑。研究多物理场耦合作用下的FOVT误差特性，是解决其环境适应性问题的关键，也是本领域研究的前沿问题。因此，本文以基于逆压电效应的FOVT为研究对象，致力于解决其在电力机车传感领域的环境适应性问题，加速完善其实用化进程，具体研究如下： 本文首先分析系统中关键光学器件的作用原理，建立待测电压与系统输出的数学模型，其次，基于系统中各器件的物理场特性，着重分析了影响系统输出性能的法拉第旋光器、相位调制器等关键器件的原理和性能参数。依据法拉第旋光器、相位调制器的原理并结合各物理场数值分析方法，建立温度场和应力场作用下的法拉第旋光器、相位调制器的输出模型。结合电力机车实际运行环境载荷，分析法拉第旋光器、相位调制器的单一物理特性和多物理场耦合特性及其对系统输出性能的影响规律。研究表明，当温变速率≤0.02℃/min，或旋光角度误差≤0.03°时，由法拉第旋光器的环境温度适应性问题所导致的系统误差不超过?0.03%，当振幅≤0.02g，或旋光角度误差≤0.0127°时，由法拉第旋光器的环境振动适应性问题所导致的系统误差不超过?0.03%；当温变速率≤0.015℃/min，或半波电压误差≤0.01V 时，因相位调制器的环境温度适应性问题所导致的系统误差不超过?0.03%，当振幅≤0.015g时，或半波电压≤0.0113V时，因相位调制器的环境振动适应性问题所导致的系统误差不超过?0.03%；研究结果不仅表明法拉第旋光器、相位调制器物理场稳定对提高系统输出性能的重要性，而且对器件选型提供了参考依据，对系统优化及误差分析奠定了基础。 本文的研究为解决FOVT环境扰动问题有重要意义，为后续抑制FOVT系统的多物理场扰动及提高系统输出精度和稳定性提供一定依据和方法，同时，也为加速完善其实用化进程提供理论基础和技术支撑，进而改善电力机车的运行特性，推动电力机车的发展。 |
| 作者： | 赵海洋 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 杨汉瑞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北电力大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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