基于FPGA的光纤光栅电流互感器非线性系统研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dingyi203
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光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器技术是光纤传感中实用性最强、可靠性最高的传感技术,同时也是目前国内外研究的热点之一。相比于其它传感器,FBG传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、电气绝缘以及传输距离远等诸多优点。超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)是一种新型功能材料,比普通磁致伸缩材料的伸缩系数高几十倍,且响应时间小于1μs。GMM与FBG材料构成的新型电流互感器具有光学电流互感器的全部优点,同时不易受光纤线性双折射的影响。基于GMM-FBG的光纤光栅电流互感器,应用GMM材料对磁场敏感和FBG对应变敏感来实现电流检测,但受GMM材料磁滞特性的影响,随着被测电流的增加,GMM材料的磁滞特性明显,磁致伸缩材料的应变与磁感应强度之间的关系呈非线性,电流互感器的输入与输出信号也呈非线性关系,导致电流互感器的输出信号存在相位差,且波形发生畸变,降低了电流互感器的测量精度,因此解决GMM-FBG光纤光栅电流互感器的非线性问题势在必行。  本文研究了基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的光纤光栅电流互感器非线性校正系统,分析GMM材料的磁滞特性,设计出了具有实时非线性校正处理功能的电流测试系统,通过参数可变曲线拟合算法完成数据的非线性校正。本文主要以Altera公司的EP4C16F型号的FPGA为核心处理单元,利用 FPGA控制外部 ADS805和 DA902实现信号的采集与转换,通过DSP_Builder设计线性相位FIR滤波单元,对采集的信号进行数字低通滤波,为后续数据处理提供高信噪比的输入信号。最后将数据采集单元、滤波单元、缓存单元、分频单元、数据校正处理单元和数据转换单元等集成在FPGA芯片内部,实现对输出信号的实时非线性校正处理,提高电流测试系统的测量精度。
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