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中国科学院等离子体物理研究所的大功率测试中心是我国最大的直流测试平台,主要承担国际合作项目ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)电源设备的各种测试。本文针对ITER电气测试平台的运行及电流输出特点,对大直流长脉冲数字罗柯传感器进行了研究。论文的主要工作内容和创新点如下: 针对ITER电气测试平台应用,对罗柯线圈从结构参数与电路参数两个角度具体分析,建立了对应的模型结构,讨论了不同线圈截面参数对互感误差的影响,分析了回线结构引起的误差,并给出了最小回线误差计算公式,从而降低测试平台垂直磁场干扰,根据线圈电路模型讨论了负载电阻对直流长脉冲测量的影响,研究内容为罗柯线圈设计提供了理论指导。 针对大直流长脉冲电流的测量难点,比对分析了模拟与数字罗柯积分器的结构特点,重点研究了长时间工作条件下积分器的漂移特性,给出了积分器的漂移误差计算公式,并从结构与积分算法两个角度提出了相应的误差解决措施;同时结合所研制的数字罗柯传感器,针对大直流长脉冲电流漂移问题提出了具有双通道采样的传感器结构,分析结果表明,该结构能很好地消除传感器中存在的直流偏置,克服长时间工作下,由器件参数变化导致的积分漂移现象,解决了ITER电气测试平台中普通罗柯传感器无法测量大直流长脉冲电流的问题。 针对ITER电气测试平台中出现的强干扰问题,分别从磁场干扰与电场干扰两个角度,对干扰噪声来源以及传输路径进行了深入研究,提出了噪声的传导模型,并根据该模型进行了计算与仿真,为传感器抗干扰设计提供了理论参考。根据干扰噪声的极性特点,相应地提出了双极性复合线圈的结构方案,结果显示该结构能够有效地降低干扰噪声幅值,解决了罗柯传感器无法在测试平台中应用的问题。 针对干扰噪声造成传感器测量精度下降的问题,对噪声与微分信号的特点进行了详细研究,根据两者在频域分布上的差异,提出了梳状陷波器结合高低通滤波器的复合滤波器结构,实验结果显示所提方案能够有效地滤除噪声,平滑输出电流波形,提高测量精度。 针对ITER电气测试平台的应用需求,研制了大直流长脉冲数字罗柯传感器。最后实验结果表明,所研制数字传感器具有较高的采样精度,重复性好,对于大直流长脉冲电流的测量漂移误差小。最大电流能够满足130kA,最高精度为0.2级,最长直流脉冲测量时间为1200秒,对比了同类型罗柯传感器,对于大直流长脉冲电流的测量性能优于国内水平。