● 摘要
本课题对基于 Pockels 效应的双晶体光学电压互感器的温度误差机理进行了研究,提出了相应的双晶体传感单元的设计原则,旨在消除双晶体传感单元中温度引起的附加双折射的影响,提高双晶体传感单元的温度稳定性。针对不确定性光学参数的影响,设计信号检测算法对不确定性光学参数所引起的线性附加双折射进行抑制,从而提高光学电压互感器的温度稳定性。
1、双晶体传感单元温度误差机理研究。在对双晶体传感单元温度引起的热应力分布求解的基础上,分析了温度引起的晶体物理效应和不确定性光学参数对锗酸铋(Bi4Ge3O12,BGO)晶体光学性质的影响,通过求解波动方程确定了影响BGO 晶体光学性质的主要因素是晶体在横向和纵向所受正应力之差,该参数可以作为双晶体传感单元结构优化的指标。
2、双晶体传感单元的结构仿真与优化。在双晶体传感单元分析的过程中,运用COMSOL 有限元分析软件对双晶体传感单元进行了多物理场仿真模拟,分析了元件相对位置、电极添加方式以及热源控制三个方面对双晶体传感单元温度特性的影响,确定了双晶体传感单元设计所遵循的原则。
3、闭环检测算法设计抑制。结合不确定性光学参数引起BGO 晶体附加双折射的数学模型,可知不确定性参数所引起的误差具有随机性并随时间变化,可以作为宽谱噪声叠加在电光效应所感应到的Pockels 相移上。因此,通过设计闭环检测算法可以对不确定性光学参数所引入的附加线性双折射进行抑制。
4、完成双晶体传感单元的性能测试。对优化后的双晶体电压互感器的变比误差进行测试,与原有系统进行对比。实验验证了双晶体温度误差机理分析的正确性和温度抑制技术的可行性。
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