1.一種具有非線性校正處理功能的光纖光柵電流互感器,它包括電流傳感單元(1)、FBG解調(diào)單元(2)、3dB耦合器(3)和光電放大器(6),其特征在于,它還包括非線性校正單元(4)和顯示器(5),
電流傳感單元(1)將采集的電流信號轉(zhuǎn)變成光信號,經(jīng)過3dB耦合器(3)將光信號傳遞到FBG解調(diào)單元(2)解調(diào)后獲得當前光信號,當前光信號再經(jīng)光電放大器(6)轉(zhuǎn)換為待校正電流電信號,該待校正電流電信號作為非線性校正單元(4)的輸入信號;
非線性校正單元(4)包括A/D轉(zhuǎn)換器(4-2)、FPGA芯片(4-3)和D/A轉(zhuǎn)換器(4-1);FPGA芯片(4-3)包括FIR低通濾波模塊(4-31)、FIFO暫存模塊(4-32)和NIOS II處理器(4-33),
待校正電流電信號通過A/D轉(zhuǎn)換器(4-2)轉(zhuǎn)換為待校正電流數(shù)字信號,待校正電流數(shù)字信號經(jīng)FIR低通濾波模塊(4-31)濾除噪聲干擾后,存儲到FIFO暫存模塊(4-32),NIOS II處理器(4-33)的并行輸入輸出端用于讀取FIFO暫存模塊(4-32)中存儲的待校正電流數(shù)字信號,NIOS II處理器(4-33)采用參數(shù)可變曲線擬合的數(shù)學(xué)模型對讀取的待校正電流數(shù)字信號進行非線性校正處理,獲得待測電流信號校正值,該待測電流信號校正值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器(4-1)轉(zhuǎn)換獲得待測電流信號模擬校正值,該待測電流信號模擬校正值通過顯示器(5)進行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非線性校正處理功能的光纖光柵電流互感器,其特征在于,NIOS II處理器(4-33)采用參數(shù)可變曲線擬合的數(shù)學(xué)模型對讀取的待校正電流數(shù)字信號進行非線性校正處理,獲得待測電流信號校正值的過程為:
采集二十組數(shù)據(jù)(xi,yi),i=1,2,3,……,20,xi為電流傳感單元(1)的輸入電流數(shù)據(jù)組,yi為FIFO暫存模塊(4-32)存儲的待校正電流數(shù)字信號組成的輸出數(shù)據(jù)組,每一組數(shù)據(jù)(xi,yi)對應(yīng)一條傳遞函數(shù)曲線;選擇擬合階次為三次,利用最小二乘曲線擬合法分別擬合出每條傳遞函數(shù)的上半部分表達式和下半部分表達式,傳遞函數(shù)表達式為:
xi=aiQyi3+biQyi2+ciQyi+diQ,式中Q為T或B; (1)
根據(jù)傳遞函數(shù)表達式得到其上半部分擬合系數(shù)的集合為aT(a1T,a2T,……a20T)、bT(b1T,b2T,……b20T)、cT(c1T,c2T,……c20T)和dT(d1T,d2T,……d20T),下半部分擬合系數(shù)的集合為aB(a1B,a2B,……a20B)、bB(b1B,b2B,……b20B)、cB(c1B,c2B,……c20B)和dB(d1B,d2B,……d20B);式中下標T表示傳遞函數(shù)的上半部分表達式的參量,下標B表示傳遞函數(shù)的下半部分表達式的參量;
再計算獲得與每一組數(shù)據(jù)(xi,yi)對應(yīng)的FBG解調(diào)單元(2)的當前光纖光柵波長峰值λi的集合為(λ1,λ2,……λ20);
應(yīng)用最小二乘曲線擬合法求解獲得傳遞函數(shù)上半部分擬合系數(shù)與當前光纖光柵波長峰值λi的函數(shù)關(guān)系:
aT=aaTλi3+baTλi2+caTλi+daT;
bT=abTλi3+bbTλi2+cbTλi+dbT;
cT=acTλi3+bcTλi2+ccTλi+dcT;
dT=adTλi3+bdTλi2+cdTλi+ddT; (2)
式中aaT、baT、caT和daT為aT與峰值λi的擬合系數(shù);abT、bbT、cbT和dbT為bT與峰值λi的擬合系數(shù);acT、bcT、ccT和dcT為cT與峰值λi的擬合系數(shù);adT、bdT、cdT和ddT為dT與峰值λi的擬合系數(shù);
再獲得傳遞函數(shù)下半部分擬合系數(shù)與當前光纖光柵波長峰值λi的函數(shù)關(guān)系:
aB=aaBλi3+baBλi2+caBλi+daB;
bB=abBλi3+bbBλi2+cbBλi+dbB;
cB=acBλi3+bcBλi2+ccBλi+dcB;
dB=adBλi3+bdBλi2+cdBλi+ddB; (3)
式中aaB、baB、caB和daB為aB與峰值λi的擬合系數(shù);abB、bbB、cbB和dbB為bB與峰值λi的擬合系數(shù);acB、bcB、ccB和dcB為cB與峰值λi的擬合系數(shù);adB、bdB、cdB和ddB為dB與峰值λi的擬合系數(shù);
然后再應(yīng)用最小二乘曲線擬合法,根據(jù)獲得的aT、bT、cT、dT、aB、bB、cB和dB,及采集獲得的待校正電流數(shù)字信號yi,采用下述公式(4)獲得待測電流信號校正值xi′:
xi′=aTyi3+bTyi2+cTyi+dT,dy/dt≥0,
xi′=aByi3+bByi2+cByi+dB,dy/dt<0; (4)
將待測電流信號校正值xi′與電流傳感單元(1)的相應(yīng)輸入電流xi做傳遞函數(shù)曲線,獲得與待校正電流數(shù)字信號對應(yīng)的傳遞函數(shù)圖,由此實現(xiàn)對待校正電流數(shù)字信號yi相位誤差的校正;針對任意待校正電流數(shù)字信號y,再通過傳遞函數(shù)圖獲得相應(yīng)的待測電流信號校正值。