光纤与电缆及其应用技术!"#$%&’($)*+,-’*%#+$%.&)’*
/00/年第1期2341/00/
!收稿日期"/0056506/78!修订日期"/00/601659
!作者简介"周涛:5791;<=
男=湖北省广水市人=武汉理工大学机电学院学生4
!作者地址"湖北省武汉理工大学马房山校区西院9>
?信箱@@@@@@@@@@@@A A
A
A
=B >0090
理论研究
光纤电场传感器的有限元分析
周
涛
:武汉理工大学机电学院=湖北武汉C D E E F E <
!
摘要"介绍了具有压电聚合物护套的光纤电场传感器的有限元分析=这种光纤电场传感器能响应500G H
至10IG H 的频率J 采用有限元分析可以预知低频段:轴向非约束<04057+&K L :M N O <
的相位偏移和在高频段:轴向约束
+&K L :M N O <的相位偏移J 当频率高于9IG H
时=光学响应主要是光纤和聚合物护套组合材料的径向谐振J 模拟预测的谐振尖峰和合成理论推算出的谐振尖峰具有很好的一致性J
!
关键词"有限元分析8光纤电场传感器8压电聚合物护套!中图分类号"R 2/
1>!
文献标识码"S !文章编号"500T 6570P :/00/<016000760B
U V W V X Y Y Z Y [Y W X \W \Z ]^V ^_‘‘V a Y b _c X V d Y Z Y d X b V d ‘V Y Z e^Y W ^_b
f G !
g R &3
:hi j \Wk W V l Y b ^V X ]_‘m Y d j W _Z _n ]=hi j \W C D E E F E =o i a Y V =p j V W \
+&K L :M N O <$s#u *u $x uv +*|{*s %w :&}$&’’w%3s y #+&$s *K <+*6x $3s 4S #v +*|{*s %$*yu $x u *+#u &s 9IG H#u *3"#$%&’+*y "3s y *$yK 3O $s &#*K)w+&K $&’+*y 3s &s %*3v #u *v $)*+6~&%!*#%3O "3y $#*4"33K&x +**O *s #*}$y #y )*#z **s#u *+*y 3s &s %*"*&!y "+*K $%#*K)w#u *y $O {’&#$3s&s K#u 3y *#u *3+*#$%&’’w %&’%{’&#*K{y $s x%3O "3y $#*#u *3+w 4#Y ]$_b e ^r v $s $#**’*O *s #&s &’w y $y :(-S <8v $)*+3"#$%*’*%#+$%v $*’Ky *s y 3+8"$*H 3*’*%#+$%"3’w O *+%3&#$s x 0引 言 电场传感器由单模光纤充当电场传感元件=该光纤带有一个横向行进的压电聚合物护套J 将该光纤放入平行金属电极之间施加电压=在金属电极之间产生电场=由于逆压电效应=使压电护套内产生了应变=该应变又直接传递给光纤=使光纤的折射率%长度和直径发生变化=进而使纤芯中传播的光波发生相位偏移J 有限元分析:(-S <可用来模拟传感器的构造=可以精确地模拟光纤聚合物护套内部的逆压电效应J 下面介绍采用(-S 模拟该光纤电场传感器的响应以及单模光纤中相位偏移的宽频响应J 5(-S 模拟 图5示出了光纤电场传感器的结构以及压电 &M ’( :聚偏氟乙烯<护套的偶极子方向J 图/中的网状结构表示的是光纤和聚合物护套组合材料的横截面:取其一半<=单模光纤的包层直径为5/1(O =压电护套厚度为10(O J 在轴向对称负荷状况下=通常可采用二维非对称元素给出一个合适的网状方案J 然而=我们现在所讨论的这个结构涉及的是非对称外部负荷=因此采用三维(-S 来模拟单模光纤J 在(-S 分析中=由于元素三角形:四面体<在整理时过于呆板=因此=除了在非关键性的面积中作为装填元素外=应尽量少用8而元素四边形:六面体<很适合于三维分析=能以较低的代价提供精确的解=并且四边形:六面体<又比三角形:四面体<有更好的收敛性J 因此使用六面体元素的三维分析可得到很高的精度且容易计算J 故采用适当的P 结点线性六面体元素表示纤芯%包层和压电护套的每一区域)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))J 万方数据 " 0:!!8!;:!"8";:!"8+ < (0!( 式中8!=8"和8+分别是>=?和@方向上的应变A :!!和:!"是光弹系数&6是有效折射率&7是行进的长度&4.是真空中单位长度内的光波数*在表!中给出了光纤和B /C #聚合物护套材料的特性* "声波传播 如图!所示&将一对平行金属电极置于B /C # 护套两侧&当施加电压时&在该光纤传感器中产生了横声波&使压电护套沿偶极子方向压缩或扩展&而且还感应出轴向应变和非对称径向应变&使光纤的长 度= 折射率发生了变化&这些应变导致了光的相位偏移0参见式0!((* 表D 光纤和E F G H 聚合物材料的特性参数 光纤 参数 B / C # 聚合物! ( 密度I J K L M 9+""..密度I J K L M 9+!N O .纤芯直径I P M , 绝缘常数 !+ 包层直径I P M !"-弹性模量I QB R "S -T!. + 纤芯折射率!S ,U 泊松比 .S +V 弹性模量I QB R N S +T!.,护套厚度I P M -. 泊松比.S !N 压电常数I M L /9! ’ 光波长I P M .S U W "!=W "+U T!.9!" 真空中单位长度W ""!T!. 9!"内的光波数!S .,N T!. N 光弹系数’ :!!.S !"!: !".S "N . 注’!(没有定向过的B /C #聚合物 * 3]I Y 0+( 式中]为弹性模量*由式0"(和式0+(可得&在B /C #聚合物中的声波速率为!!O -M I ^&在光纤中的声波速率为-N U .M I ^A B /C #中的声阻抗率X !为"S !!T !.U J K I 0M " L ^(&光纤中的声阻抗率X "为 !S "U N T !.N J K I 0M " L ^(&声能透射率_‘可由下式 计算5!< ’ _‘3 ,X !X " 0X !;X "("T !..a 0,( 声能反射率_b 为’ _b c 3 X !9X " X !;X d " " T ! ..a 0-( L .!L 光纤与电缆及其应用技术 ".."年第-期 万方数据 将!"#$和光纤的声阻抗率%&’%(代入式) *+和式),+-可得聚合物护套与光纤界面处约有*./0,1的声能透射到光纤-约有,&/2,1的声能反射回聚合物护套3由于!"#$聚合物相对于光纤材料是一种屈从性较强的材料-故声能反射率较高3因此可认为!"#$护套内表面是一个约束表面-!"#$护套外表面是一个应力释放表面3为了达到理想的最大透射率-聚合物护套和光纤的声阻抗应尽可能地匹配3 4电场传感器的响应 在&22567,2856的范围内-对&29:长带有压电!"#$聚合物护套的光纤进行了有限元分析-图*为在该频率区域的光相位偏移3从图中可看出-在小于&,;56频段存在稳定的光相位偏移2 /2&0<=>?)"@:+ -这个结果比用弹性理论推算出的2/2&.<=>?)"@:+ 稍微高一点A (B 3这是因为垂直于光纤轴线的电场一般会引起光纤和聚合物护套组合 材料的非对称变形-相关联的对称程度低-因此要建立一个精确的数学模型有一定的困难3 图,所示的是聚合物护套中的电场强度随护套厚度的变化3护套C 光纤界面是在距纤芯D (/,E :之处3由于消偏振场的存在-聚合物护套内的电场强度要小于外部电场强度3采用绝缘圆柱来近似模拟带有护套的光纤-绝缘圆柱的绝缘常数F 等于!"#$的绝缘常数-内部场强与外部场强有如下关系G H I J K L ( M F N & H O P 9 )D +式中H I J 和H O P 9 分别是聚合物护套的外部和内部场强3从图D 中可看出-护套内的电位移Q 随着护套厚度的增大而减小G Q )R +L Q 2 R )S + 式中Q 2是个常量-R 是护套厚度3图S 显示了在 &22;56 频率下-在一个很大的输入电压范围内-光的相位偏移与电压成线性关系 3 光纤电场传感器的有限元分析 万方数据 @ 4 5 -A B / 式中+=C +9分别为聚合物护套和光纤的弹性模量’5为光纤和聚合物护套组合材料的行进长度’79为光纤直径’7;为光纤和聚合物护套组合材料的总直径&把表A 中相关参数值代入式-A B /’ 可得光纤和聚合物护套组合材料的有效弹性模量为8D 48E A B 4 F"G &光纤和聚合物护套组合材料的有效密度为(H 011*-234/56H 9789:H =-78;<78 9 >/?278 ; @ 4 5-A A /式中H 9为光纤的密度’H =为聚合物护套的密度&利 用表A 中的数据’可得为H 011 为A .B I D !J K 93L M &根据式-M /C 式-A B /和式-A A /’ 组合材料的横声波传播速度N G ;为M J O A D J L 3P &当声波入射到两种物质的界面时’部分声波被反射’入射波和反射波形成立波-迭加原理/&立波波长Q 为(Q *853R -A 8/ 式中R 是一个正整数& 当一根带有聚合物护套的光纤笔直放着时’基频轴向谐振将发生在这个频率下’即行进光纤的长度等于横声波波长的一半&因而对一根A B ;L 长的光纤来说’基频轴向谐振频率S B 为(S B *N G ;3-85/-A M /根据式-A M /可得基频轴向谐振频率为A I D !B J K T U ’这与采用%V W 方法得到的约A !K T U 较为一致&J 径向谐振 从图4中看出’在轴向谐振频率处’光相位偏移 从B D B A .X G Y 3-#Z L /减少到!D 8E A B <4 X G Y 3-#Z L / ’这已经是轴向约束区域&由于纤芯中存在径向应变’ 故在该区域光相位偏移主要是由折射率变化引起的&在大于I FT U 的频率下’当声波长与该传感器的径向尺寸相比拟时’则主要是光纤和聚合物护套组合材料的径向谐振’如图4中的I D O 8FT U C 8M FT U 和4A FT U 处的尖峰就是光纤和聚合物护套组合材料的径向谐振引起的&径向谐振频率出现在该传感器的直径[等于声波长的R 38倍时’即[*R Q 38-A 4/ 式中R *A ’M ’J ’\&当R *A ’基频径向谐振S X B 为(S ]B *N G ;3-8[/-A J /根据式-A J /’当该传感器的直径为88J ^L 时’ 前三个径向谐振频率分别为I D .FT U C 8M D I 4FT U 和M .D J I FT U &表8给出了合成理论推导出的谐振频率’与采用%V W 方法得出的谐振频率相比较’ 两种方法具有很好的一致性& 表_合成理论和‘a b 方法得出的谐振频率 单位(c d e 谐振类型合理理论%V W 模拟 轴向A I D !B J A ! 径向I D .EA B M I D O 8EA B M 径向8M D I 4EA B M 8M EA B M 径向 M .D J I EA B M 4A EA B M O 结 论 本文论证了用%V W 分析技术能成功地模拟具 有压电聚合物护套的光纤电场传感器’用%V W 方法获得了A B B T U 到J B FT U 电压频率范围内的光相位偏移&%V W 方法预知了在轴向非约束范围内B D B A .X G Y 3-#Z L / 的相位偏移和在轴向约束范围内!D 8EA B <4 X G Y 3-#Z L /的相位偏移&光相位偏移与所加的电压成线性关系&当频率大于I FT U 时’响应主要是光纤与聚合物护套组合材料的径向谐振&%V W 预测的谐振尖峰的频率和用合成理论推导出的谐振尖峰的频率具有良好的一致性& !参 考 文 献 " 6A ?T W f Fg T W h i D j k l m Y 0P n X o ;n p q 0n 0P n p l 96F ?D f k l m Y k l (V Y r G X YW X l k s Y ’A .!I DA A M m A A J D 68?t i V V j $u D W lp l n X k Y o ;n p k ln kn v 0L 0;v G l p ;G s =X k m =0X n p 0P k 1;0X G L p ;P 6F ?D f k l Y k l (w G L x X p Y 90y l p q 0X m P p n z"X 0P P ’A ..!D!J m !I D Z 8A Z 光纤与电缆及其应用技术 8B B 8年第J 期 万方数据 新型光纤电流传感器及其应用 电流测量在很多领域均有着广泛的应用,如工业中的电力传输、军事上的船舰全电推进以及科研应用中的超短脉冲电流监测等,都会涉及到电流测量。随着科技的发展,对各类电流信号的测量需求也在不断提升,传统的电磁式电流互感器暴露出瞬态响应差、易饱和、绝缘困难以及随着电压等级提高而产生的运行成本过高等缺陷,而基于法拉第磁光效应的光学电流传感器可以很好的克服这些缺陷,表现出的很大的应用潜力,其中尤以光纤电流传感器(Fiber Optical Current Sensor,简称FOCS)优势最为明显,它采用闭合光路设计,其相比于传统的电流互感器不仅具有不受外界电磁干扰的特性,而且兼具测量动态范围大、电气绝缘性好、体积小、重量轻等优势,可覆盖不同领域的电流测量需求,已受到越来越受到广泛地关注。结合国内外研究发展现状,分析了各类电流传感器的优缺点,并提出一种基于偏振调制型原理的新型全光纤电流传感器,它采用与干涉型光纤电流传感器相同的闭合光路设计,但无需额外的光信号调制,其测量精度可满足一般工程应用要求,因此有很大的成本优势。文中对其光路和算法设计进行了阐述并搭建了试验样机。 立足实际工程应用,并以工频电流测量和雷电防护两个应用方向为研究对象展开工作,首先对通过调整反射镜的位置和对系统进行零偏补偿使其闭环误差和系统零偏误差满足应用需求,随后以解决全光纤电流传感器实际工程应用的典型技术难点——易受温度影响为目的,对其复杂的非线性温度特性做了详细分析,并通过BP神经网络强大的非线性映射性能对变温实验中传感光纤线圈的变比系数与对应温度数据进行非线性拟合,利用获得的温度补偿曲线对其进行在线温度补偿,使这种新型的全光纤电流传感器在-5℃~+50℃温度范围内达到国标中规定的0.5级要求。最后,从实际工程应用出发,结合该传感器的快速响应优势,将其应用于雷电防护测量。试验中以Pearson电流传感器测量结果作为参考基准,使用新型全光纤电流传感器对8/20μs雷电流进行准确、快速的全波实时波形测量,通过软件及硬件优化,使其在2kA~1500kA雷电流范围内满足工业应用需求。 第43卷第3期红外与激光工程2014年3月Vol.43No.3Infrared and Laser Engineering Mar.2014 用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统 曹辉1,2，杨一凤1，刘尚波1，徐金涛1，赵卫1 (1.中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西西安710119； 2.中国科学院大学，北京100049) 摘要：为减小高压电网中光纤电流传感器超辐射发光二极管(super luminescent diode，SLD)光源温度特性对测量准确度的影响，提出了一种模拟温度控制系统对光源温度进行恒温控制。根据设计要求，介绍了各重要环节的设计过程。分析了通过搭建合适的温度采集电桥，可以得到与温度近似成线性关系的输出差分信号。在频域上建立了系统的数学模型，计算了系统的传递函数，得到了比例-积分-微分(proportional鄄integral鄄derivative，PID)控制器各参数对时域上输出的影响。在实验室中搭建了用于光纤电流传感器SLD光源的温控系统，对温控系统进行了定温与温度循环实验，实验结果表明：该控制系统可以实现对温度的实时控制，使光纤电流传感器测量准确度满足0.2级工业要求。 关键词：光纤电流传感器；超辐射发光二极管光源；实时温度控制；传递函数；PID控制器中图分类号：TN21文献标志码：A文章编号：1007-2276(2014)03-0920-07 Temperature control system for SLD optical source of FOCS Cao Hui1,2,Yang Yifeng1,Liu Shangbo1,Xu Jintao1,Zhao Wei1 (1.State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics,Xi′an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi′an710119,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China) Abstract:To lower the influence of optical source temperature property on the precision of fiber optic current sensor(FOCS)in high voltage grid,an analog temperature control system was proposed to control the optical source working temperature.According to the designed goal,design process of each key section was introduced.A proper temperature signal bridge was analyzed which could obtain a linear relationship between the output differential voltage and temperature.The mathematical model of the system was established in the frequency domain;the transfer function of the system was calculated;and the parameters of proportional鄄integral鄄derivative(PID)controller were analyzed in the time domain.A temperature controller used for FOCS super luminescent diode(SLD)optical source was designed,which was verified by fixed temperature test and temperature cycle test.The results show that by means of the real time temperature control,the accuracy of FOCS is up to0.2level which reaches industry requirements. Key words:fiber optic current sensor(FOCS);super luminescent diode(SLD)optical source; real time temperature control;transfer function;PID controller 收稿日期：2013-07-09；修订日期：2013-08-23 作者简介：曹辉(1989-)，男，硕士生，主要从事光电测量技术及其在电力系统中的应用。Email:caohui@https://www.doczj.com/doc/5815820265.html, 导师简介：徐金涛（1979-），男，副研究员，硕士，主要从事光纤电流互传感器的研制及其在智能电网中的应用研究。 Email:xujintao@https://www.doczj.com/doc/5815820265.html, 光纤温度传感器工作原理及实际应用分析 摘要：文章在分析DTS分布式光纤传感器系统的逻辑组成和工作原理后，详细介绍了基于分布式光纤温度传感器和光纤光栅温度传感器测温系统对在电力系统各重要电气设备进行温度安全监测中的应用。 关键词：光纤温度传感器；DTS；电力温度监测 温度是工程应用领域中重要的检测和监控对象，对于一个内部结构复杂、涉及点面较多的复杂系统而言，要获得一个准确且具有一定监测对象范围跨度的实时温度信息（或监测对象分布的应用应变特性），采用常规的单点移动式或由多个独立单点相互结合组成的准分布式温度传感器侧空虚体统，不仅会由于数据采集的延时性降低温度测量数据的准确度，同时还会由于复杂的接线使整个系统布线变得非常困难，这时选用分布式光纤温度传感系统（Distributed Temperature Sensing，DTS）就是一种非常有效的方法，非常适合冶金、化工、电力等恶劣环境场合中的实时温度测量和监控，具有相当大的研究意义。 1DTS分布式光纤传感器系统 DTS 分布式光纤传感器系统是一款结构较为复杂的工业应用领域温度在线检测和控制产品，其非常适用于环境较为恶劣、干扰对象较多、监测范围跨度较大的重要工农业应用产生中的温度实时准确检测和控制。 1.1DTS系统组成 DTS分布式光纤传感器系统主要包括传感光纤、光路模块、电路模块、高级应用软件、以及一些辅助的外围集成电路设备，其逻辑组成结构如图1所示。 从图1可知，DTS系统在运行时，首先由电路模块中得控制及信号处理电路将对应的控制信号通过驱动电路驱动半导体激光器发生对应的高速脉冲信号，然后经过光路模块中得激光脉冲耦合形成对应的光纤信号，并经分光光路转换后进入到传感光纤中，再经探测器、探测电路、高速采集电路等将光纤传感器中的温度信号返回到系统的控制及信息处理电路中，完成对监测对象温度信号的采集。通过半导体激光器产生的激光脉冲在进入到传感光纤后，就会通过分光耦合特性发生背向散射光，其所产生散射光主要有三个波长的背向散射光，分别为Anti-Stokes（反斯托克斯）光、Rayleigh（瑞利）光、以及Stokes（斯托克斯）光。三种背向散射光中，Anti-Stokes具有温度敏感个性，为温度信号光；而Stokes 光对温度信号不敏感，为系统中得参考光。从系统传感光纤中返回的探测器中的背向散射光经分光光路、光滤波器滤波后，可以将Stokes光波和Anti-Stokes光波有效分离，然后再经APD 探测器接收后，经探测电路等放大电路处理后由高速数据采集模块进行自动采集，并经接口电路上传到客户PC机上，完成对系统温度信号、温度分布曲线、波动曲线等的动态显示。 J I A N G S U U N I V E R S I T Y 学院名称： 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 2011 年 6 月 光纤式温度传感器的设计 一、设计的目的 通过利用水银的遮光性，以及水银的热胀冷缩性能,当水银达到一定的液位时，从而遮住光纤的传输路线。这达到光纤传输跳跃，通过信号的终断输出到到外输接口的，以达到预期目的。 二、光纤导光的原理 光是一种电磁波，一般采用波动理论来分析导光的基本原理。然而根据光学理论中指出的：在尺寸远大于波长而折射率变化缓慢的空间，可以用“光线”即几何光学的方法来分析光波的传播现象，这对于光纤中的多模光纤是完全适用的。为此，我们采用几何光学的方法来分析。 由图2-1可以看出：入射光线AB 与纤维轴线OO 相交为θi 入射后折射(折射角为θj ) 至纤芯与包层界面C 点，与C 点界面法线DE 成θk 角，并由界面折射至包层，CK 与DE 夹角为θr 。 图2-1 光纤导光示意图 由图2-1可得出 j i n n θθsin sin 10= （2-1） r k n n θθs i n s i n 21= （2-2） 由（2-1）式可推出 j i n n θθs i n )(s i n 01= 因k j θθ-=090 所以 k k k i n n n n n n θθθθ2 1010 01sin 1cos )90sin()(sin -==-= （2-3） 由（2-2）式可推出 r k n n θθs i n )(s i n 12=并代入（2-3）式得 21 201)s i n (1s i n r i n n n n θθ-= k n n n θ2 22210 s i n 1-= （2-4） （2-4）式中n 0为入射光线AB 所在空间的折射率，一般皆为空气，故10≈n ；n 1为纤芯折射率，n 2为包层折射率。当叫n 0＝1，由(2-4)式得 = i θs i n r n n θ2 2221s i n - （2-5） 当090=r θ的临界状态时，0i i θθ= 2 2210s i n n n i -=θ （2-6） 纤维光学中把(2-6)式中0sin i θ定义为“数值孔径”NA(Numerical Aperture )。由于n 1与n 2相差较小，即n 1+n 2≈2n 1，故(2-6)式又可因式分解为 ?≈2s i n 10n i θ (2-7) 式中121)(n n n -=?称为相对折射率差。 由（2-5）式及图2-1可以看出： 090=r θ时， NA i =0sin θ或NA i arcsin 0=θ,聚光能力的容量。 090>r θ时，光线发生全反射，由图2-1夹角关系可以看出NA i i arcsin 0 =<θθ。 090 基于法拉第效应的光纤电流传感器 摘要：光纤电流传感器是一种新型的电流传感器，与电磁式电流互感器相比，基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器(OFCT)，具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前景十分广阔。光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新兴电力计量装置，它通过测量光波在通过磁光材料时其偏振面由于电流产生的磁场的作用而发生旋转的角度来确定被测电流的大小。传感头是光纤电流传感器最为重要和关键的部件。分析了全光纤型和混合型光纤电流传感器传感头的结构和工作原理，对改进光纤电流传感器的设计，提高光纤电流传感器的性能具有重要的指导作用。 关键词：光纤电流传感器、光纤回转仪、法拉第磁光效应 正文： 近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 1、光纤传感器概述 光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。 光纤传感器灵敏度较高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。所以说光纤传感器可以很好的用于磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。 2、光纤电流传感器 2.1光纤电流传感器概述 光纤电流传感器是一种新型的电流传感器，与电磁式电流互感器相比，基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器(OFCT)，具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前景十分广阔。 当线偏振光（见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l 的乘积成正比，即ψ＝VBl，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。 由于光在光纤中，一边反射，一边行进，偏振波相应于曲线的形状会出现旋转。针对此现象，在光纤的一端设置一块镜面导致光纤中光线的往返，借助光的来回往返，成功补偿和解决了偏振波的旋转问题。将铅玻璃光纤用于传感器元件，并结合利用镜面的方法，只需把光纤卷绕在载流导体上，用于电流计测的反射型传感器就基本完成。其次，开发了调制程度的平均处理与信号处理方式，这有利于特性的稳定及噪音的抑制。此外，对光源、受光元件、信号传输光纤等种类与传感器特性的关系进行了研究， 光纤温度传感器 电子092班 张洪亮 2009131041 光纤温度传感器 摘要 本文从光纤和光纤传感器以及光纤温度传感器的发展历程开始详细分析国内外 主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较了不同方法的温度测量范围和性能指标以及各自的优缺点。通过研究发现了当前的光纤温度传感器的种类和特点，详细介绍了光纤温度传感器的原理，种类和各自的特点和优缺点。可以根据这些传感器各自特点将各种传感器应用到不同的领域，本文也简要分析了各种光纤温度传感器的运用范围和领域。本文还通过图文并茂的方式比较详细地分析了介绍了空调器的基本结构，工作电气原理和基本的热力学过程。本文对毕业设计主要内容和拟采用的研究方案也做出了详细地介绍分析。 关键词：光纤传感器，光纤温度传感器，运用领域，空调器，空调器原理 1 引言： 光纤温度传感器是一种新型的温度传感器．它具有抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重量轻等优点，其中几种主要的光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器更有着自己独特的优点。与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高;是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。它将在航空航天、远程控制、化学、生物化学、医疗、安全保险、电力工业等特殊环境下测温有着广阔的应用前景。在本论文中将详细分析当前光纤温度传感器的主要种类和各自的原理，特点和应用范围。70 年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。1977 年，美国海军研究所开始执行光纤传感器系统计划，这被认为是光纤传感器问世的日子。从这以后，光纤传感器在全世界的许多实验室里出现。从70 年代中期到 80 年代中期近十年的时间，光纤传感器己达近百种，它在国防军事部门、科研部门以及制造工业、能源工业、医学、化学和日常消费部门都得到实际应用。从目前的情况看，己有一些形成产品投入市场，但大量的是处在实验室研究阶段。光纤传感器与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高; 是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。目前，世界各国都对光纤传感器展开了广泛，深入的研究，几个研究工作开展早的国家情况如下:美国对光纤传感器研究共有六个方面:这些项目分别是: 光纤传感系统;现代数字光 纤控制系统;光纤陀螺;核辐射监控;飞机发动机监控; 民用研究计划。以上计划仅在 1983 年就投资 12-14 亿美元。美国从事光纤传感器研究的有美国海军研究所、美国宇航局、西屋电器公司、斯坦福大学等 28 个主要单位。美国光纤 !!!!!!!!!!!!!!"" " " 设计与制造 一种光纤三相电流传感器的设计 刘 彬，张君正，张秋婵 （燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛!""!!# ）摘 要：提出一种只用三个传感头、一套光路、一套信号处理部分实现对高压三相电流同时检测的混合式 光纤传感系统，给出了其在一相实验中的实验结果。由于光路系统采用了基于相位压缩原理的微分干涉式结构，因此该系统不受外界缓变量（如温度）的影响；与一般干涉仪相比该系统也因相位压缩而使工作的线性范围扩大了!!"倍。 关键词：三相电流；相位压缩；干涉仪中图分类号：#$%&!’(%；#)!*! 文献标识码：+ 文章编号：*""",(-.-（!""!）"*,""*%,"/ $%&’()’)(*+,*-.’/+’0%1.21%%3-2,&%/411%).&&%)&*1012345，67+89:;5<=>?5@ ，67+89A 4;C 5（5/26*+78%/67)(’)6，9,)&2,):)’;%1&’.<，=’)24,)( >,*!""!!#，?2’),）@0&.1,/.：+>D E F 4G H I J 4B K 4E ?F L ?5L H F 4L I F H I H L ?GM 4J >J >F ??L ?5L H F >?C G L ，C H I J 4B K 4E ?F L ?5L 45@C F N ，C L 4@5C O I F H 4B >B C 5N ?C L ;F ?J >F ??C L ?B ;F F ?5J L L 4N ;O J C 5?H ;L O D ，C 5 G 4J L ?P I ?F 4N ?5J C O F ?L ;O J L 45L 45@O ?I >C L ?4L C E 引言 近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 1 光纤电流传感器 1.1 光纤电流传感器概述 光纤电流传感器是一种新型的电流传感器，与电磁式电流互感器相比，基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器（OFCT），具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前景十分广阔。 当线偏振光（见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ＝VBl，比例系数V 称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。 由于光在光纤中，一边反射，一边行进，偏振波相应于曲线的形状会出现旋转。针对此现象，在光纤的一端设置一块镜面导致光纤中光线的往返，借助光的来回往返，成功补偿和解决了偏振波的旋转问题。将铅玻璃光纤用于传感器元件，并结合利用镜面的方法，只需把光纤卷绕在载流导体上，用于电流计测的反射型传感器就基本完成。其次，开发了调制程度的平均处理与信号处理方式，这有利于特性的稳定及噪音的抑制。此外，对光源、受光元件、信号传输光纤等种类与传感器特性的关系进行了研究，而且，慎重选择了旨在降低成本和实现小型化的传感器制作技术。目前，光纤传感器技术正朝实用化的方向进展，以适应电力系统的广泛需求。 1.2 光纤电流传感器的结构 光纤电流传感器主要由传感头、输送与接收光纤、电子回路等三部分组成，如图1所示。传感头包含载流导体，绕于载流导体上的传感光纤，以及起偏镜、检偏镜等光学部件。电子回路则有光源、受光元件、信号处理电路等。从传感头有无电源的角度，可分为无源式和有源式两类。 光纤测温系统原理光纤测温系统构成 图4 光纤测温系统构成 光纤测温系统设计说明：采用点式测温，由于解调体积较小，可每台**每组件近安装一个温度解调仪，测温主机安装在控制室，多路感温光纤分别对监控区域进行温度监测，通过RJ45上传实时温度数据，报警时通过继电器输出报警信息给上位机，实现报警联动。 系统特点 ?不降低电气设备的安全等级：测温式电气火灾监控探测器体积小，直径，没有任何金属材质、电子元器件，绝缘性好，20cm耐10万伏电压。 ?最准确的预报技术：不受电磁场干扰的监测方式，≤10S的响应时间充分将火灾隐患消灭在萌芽阶段。 ?全年、全天侯安全守护：至少25年，每年365天，全天候24小时实时监测和分析。 ?高性价比：初期造价经济合理，后期运行免维护。 ?减少了监测盲区、提高了设备安全性：定位精度1mm。 ?节省成本：直接安装于温升部位，实时记录、显示监测点数据，实现无人值守监测站目标。 ?建立了维修依据：全面掌握设备运行情况，可以预测、预知设备老化，从而根据设备运营状况提出检修时间、检修计划。 ?智能判断性：能够对被测对象的正常温度、异常温度、火灾进行快速的判断和分析。 ?参数设置的方便性：可设置多级的预报警、报警阀值；报警方式有声、光、不同颜色的图形界面、继电器输出等形式。可在任何时间准确显示任何一点监测的温度，在事故发生前早期预警。 ?网络性：该系统具有开放式、网络化、单元化及组态方便等优点，以实现信息化的管理。?兼容性：系统可以通过RS232/RS485、RJ45、内置继电器等输出形式与消防报警系统，提供信号进行声、光报警，信号输出准确、完整。 ?安全性：具有多级权限设置功能，授权管理，确保系统的安全。 ?数据管理性：能够对不同类型的数据进行统计、保存、查询、打印、复制。数据类型有： 光纤温度传感器 摘要：本文分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势，分别介绍了分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器的工作原理，最后综述了光纤温度感器在现代工业及生活的应用。 关键字：光纤传感温度应用 1引言 在科研和生产中，有很多温度测量问题，传统的温度传感器有热电偶，热电阻温度传感器，热敏电阻温度传感器，半导体温度传感器等等。光纤温度传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型传感器。与传统的温度传感器相比，它具有灵敏度高，体积小，质量轻，易弯曲，不产生电磁干扰，不受电磁干扰，抗腐蚀性好等等优点，特别适用于易燃，易爆，空间狭窄和具有腐蚀性强的气体，液体以及射线污染等苛刻环境下的温度检测。 2光纤温度传感器分类 光纤温度传感器按照调制机理可分为相位调制，振幅调制，偏振态调制；按工作原理分，光纤温度传感器可分为功能性和传输型两种。功能型温度传感器中光纤作为传感器的同时也是光信号的载体，而传输型温度传感器中光纤则只传输光信号。传光型与传感型相比，虽然灵敏度稍差，但可靠性高，实用的传感器大多是这种类型。 目前主要的光纤温度传感器包括分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等。 2.1光纤光栅温度传感器 光纤光栅温度传感器是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成的空间相位光栅来进行测温的。光纤光栅以波长为编码，具有传统传感器不可比拟的优势，近年来光纤光栅成为发展最为迅速，最具代表性的光纤无源器件之一，已广泛用于建筑、航天、石油化工、电力行业等。 光纤光栅温度传感器主要有Bragg光纤光栅温度传感器和长周期光纤光栅传感器。Bragg光纤光栅是指单模掺锗光纤经紫外光照射成栅技术而形成的全新光纤型Bragg光栅，成栅后的光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生Bragg 光栅效应，其基本光学特性就是以共振波长为中心的窄带光学滤波器，满足如下光学方程： =2nA 式中：为Bragg波长，A为光栅周期，n为光纤模式的有效折射率。 长周期光纤光栅是一种特殊的光纤光栅，其传光原理是将前向传输的基模耦合到前向传输的包层模中。由于其宽带滤波、极低的背景发射等特点引起人们的重视，是一种新型的宽带带阻滤波器。 光纤温度监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解调器组成。光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理，以获得测量结果，传输光纤用于传输光信号，光纤光栅传感器则主要用于反射随温度变化中心波长的窄带光，如图1所示： 北京普罗迪科技有限公司 描述 不同于传统的温度传感器，荧光式光纤温度传感器是利用纯光学原理进行参数量测的温度传感器，抗电磁干扰、高压绝缘、尺寸微小、稳定可靠、灵敏度高、寿命长、本质安全，具有传统传感技术所无法比拟的优势（见附表1）。 根据上述特点，荧光式光纤温度传感器的细分市场定位于：高压电气设备监控（如发电机、变压器、开关柜、互感器等）、工业微波（如食品加工、硫化工艺、微波消解/萃取仪、消毒/干燥设备等）、磁医疗设备（如核磁设备、肿瘤热疗仪等）、石油化工/煤炭等防爆工业环境、航空/舰船/高端科研等具有高压、电磁干扰环境的温度监控市场。 荧光式光纤温度传感器性能稳定，可靠性高，在工业应用中受到普遍青睐。它的出现突破了高压、电磁场环境对电子元器件的束缚，填补了工业微波、大型电力设备等高压、电磁环境中安全温度监控和检测的技术空白，目前，光纤传感技术已成为智能电网建设的关键技术之一。其发展已经进入摆脱进口、实现技术和服务本地化，通过规模化生产大幅降低成本、进入工业化应用推广的关键阶段。 北京普罗迪科技有限公司荧光式温度传感器技术参数一览表： 测温范围：-40℃～＋200℃ 精度：±1.0℃ 分辨率：0.1℃ 光纤长度：1、3、6、9M可选 采样频率：1s 光纤耐温：-50℃～＋250℃ 数据传输方式：GPRS/CDMA 电源电流：<500mA（24V DC） 电源电压：24V±20%VDC 额定功率：36W 安全标准：EN61010-1：1993/A2：1995 震动：IEC68-2-6：3G；11-200Hz，任意轴向 冲击：IEC68-2-27：50G；11ms，任意轴向 电磁兼容标准：61326-1 电磁干扰：89/336/EWG 环境等级：IP65（NEMA-4） 系统工作温度：-20℃～＋65℃ 系统储存温度：-40℃～＋85℃ 相对湿度：10～95%，无冷凝 尺寸：TBD 重量：TBD 光纤电流传感器（OCT）的研究 论文摘要 电流测量是电力系统运行的基本条件,从发变电到控制保护,无不出现对电流量值的要求。随着电力系统输电电压的日益提高、传输功率的不断增大,传统的电流计量设备愈来愈显示出其局限性,主要表现在其性能价格比随电压等级的提高越来越低。生产的发展导致了对新型电流测量装置的要求。 光纤传感器作为七十年代以来逐步发展成熟的一种新型传感技术,自其问世之日就显示出巨大的优越性,其良好的电气绝缘性能、卓越的抗辐射能力及极快的频响等特点都为其在电力系统中的应用提供了潜在的可能性,但其输出信号幅值较小、光路设计和制造复杂又限制了其广泛应用。随着现代光学材料加工工艺水平的提高、集成光学技术的不断进步及计算机在电力系统的日益广泛应用为光纤电流传感器的应用提供了巨大的可能性。本文将对目前光纤电流传感器(ＯＣＴ)的研究和应用情况进行探讨。 关键词:光学电流传感器,传感头,Faraday效应,结构设计,信号检测,性能分析. Research of the Optical Current Sensor ABSTRACT Optical current transducer(OCT) This paper introduced principle of a new current measuring system based on Faraday effect,optecal current transducer,whose principles differ from those of conventional. With the development of optical_fiber technology, OCT is used more widely. Briefly OCT is excellent in such aspects as control of electromagnetic Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｐｔｉｃａｌ＿ｆｉｂｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔ’ｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ,ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｓｍ＿ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｏｐｔｉｃａｌ＿ｆｉｂｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ;Ｆａｒａｄａｙｍａｇｎｅｔｉｓｍ＿ｐｈｏｔｏｅｆｆｅｃｔ;Ｐｏｌａｒｉｚｅｄｌｉｇｈｔ 第1章 绪论 第1章 绪 论 1.1 引言 在人类步入信息社会的今天，人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切。作为信息提取的功能器件，传感器与人类的关系愈来愈密切。传感器技术是现代信息技术的重要组成部分，也是代表国家科技竞争力的核心技术之一。从某种程度来说，一个国家的现代化水平是用自动化水平来衡量的，而自动化水平是用采用传感器的种类多少和数量来衡量的。 光纤传感技术是现代传感器技术的一个重要分支，它是伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒质，感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术。这种光纤技术的非通信应用，被普遍认为是近代检测技术的发展方向之一。近年来，光纤传感技术的发展十分迅速，显示出巨大的开发潜力和应用前景。 光纤传感器具有一些常规传感器无可比拟的优点。例如，灵敏度高、响应速度快、动态范围大、抗电磁干扰、超高压绝缘、无源性、防燃防爆、适于远距离遥测、多路系统无地回路“串音”互扰、“传”和“感”合二为一、抗化学腐蚀、机械强度大、与电子学系统易兼容、材料资源丰富和成本低等。特别适用于石油化工、电力、机械、冶金、生物医学及国防等部门应用。特别是在易燃易爆、超高压电器设备、强电磁干扰、强化学腐蚀等特殊工作环境中，进行多种物理量测量。光纤传感实现的物理量测量很广，包括声压、位移、加速度、应变、扭矩、旋转速率、温度、流量、压力、液位、磁场、电场、电流、电压、放射性、化学成分等等。 光纤传感器的分类方法很多，主要有三种。一是按被测物理量分类，根据被测量有光纤温度、光纤压力、光纤声波传感器等。二是根据光纤在检测系统中的作用来分类，有功能型和非功能型两种。功能型光纤传感器中的光纤不仅起信号传输作用，而且同时又是基本敏感元件，在外界被测量的作用下，光纤中的波导光被调制，发生某种特定的光参数变化，功能型中的光纤把信号的“传”和“感”合二为一，故又称传感型光纤传感器。非功能型光纤传感器中的光纤只是信号的传输媒介，对被测量的敏感或光调制借助于其它元器件完成，这种传感器的传输和传感是分开的，发送光纤和接收光纤是不连续的，两者之间需要通过光学的或机械的装置把非光纤敏感器嵌入其中。有时把这种传感器又称为传光型的光纤传感器或外调制型光纤传 设计性实验报告 实验课程：医用传感器设计实验学生姓名：程胜雄 学号：080921037 专业班级：08医工医疗器械方向 2010年 12月 8 日 光纤温度传感器的设计 摘要：介绍了金属热膨胀式光纤温度传感器的设计，利用金属件的热膨胀的原理，通过绕制在金属件上的光纤损耗产生变化，当光源输出光功率稳定的情况下，探测器接收光功率受温度调制，通过光电转换，信号处理，完成温度的换算。传感器以光纤为传输手段，以光作为信号载体，抗干扰能力强，测量结果稳定、可靠，灵敏度高。 关键词：光纤，传感器，光纤传感器，光纤温度传感器 在光通信系统中，光纤是用作远距离传输光波信号的媒质。在实际光传输过程中，光纤易受外界环境因素的影响；如温度、压力和机械扰动等环境条件的变化引起光波量，如发光强度、相位、频率、偏振态等变化。因此，人们发现如果能测出光波量的变化，就可以知道导致这些光波量变化的物理量的大小，于是出现了光纤传感技术。 一：光纤传感器的基本原理 在光纤中传输的单色光波可用如下形式的方程表示 E= 式中，是光波的振幅：w是角频率；为初相角。 该式包含五个参数，即强度、频率w、波长、相位（wt+） 和偏振态。光纤传感器的工作原理就是用被测量的变化调制传输光光波的 某一参数，使其随之变化，然后对已知调制的光信号进行检测，从而得到 被测量。当被测物理量作用于光纤传感头内传输的光波时，使的强度发生 变化，就称为强度调制光纤传感器；当作用的结果使传输光的波长、相位 或偏振态发生变化时，就相应的称为波长、相位或偏振调制型光纤传感器。（一）强度调制 1.发光强度 调制传感 器的调制 原理光 纤传感器 中发光强 度的调制 的基本原 理可简述 为，以被测量所引起的发光强度变化，来实现对被测对象的检测和控制。 其基本原理如图5-39所示。光源S发出的发光强度为的光柱入传感头， 光纤电流传感器传感头的结构与原理3 刘 晔,王 锋,韦兆碧,时德钢,邹建龙,王采堂 (西安交通大学电气工程学院,陕西西安 710049) 摘要:光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新兴电力计量装置,它通过测量光波在通过磁光材料时其偏振面由于电流产生的磁场的作用而发生旋转的角度来确定被测电流的大小。传感头是光纤电流传感器最为重要和关键的部件。分析了全光纤型和混合型光纤电流传感器传感头的结构和工作原理,对改进光纤电流传感器的设计,提高光纤电流传感器的性能具有重要的指导作用。 关键词:光纤电流传感器;法拉第磁光效应;传感头 中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2002)11-0003-03 Structure and Principle of Sensing H eads for Optical Current T ransducer Liu Ye,W ang Feng,Wei Zhaobi,Shi Degang,Zou Jianlong,W ang C aitang (School of Electrical Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an710049,China) Abstract:Optical current transducer is a new power measurement equipment,which is based on Faraday magneto-optic effect and uses optical fiber as medium.It measures the rotation angle of optical wave polarization plane caused by magnetic field produced by current when the optical wave goes through magneto-optic material to calculate the current. The sensing head is the most critical component.Analyzes roundly the structure and operational principle of all-fiber and mixed optical current transducer.It plays an instructional role in im proving the design of optical current transducer and promoting the performance of optical current transducer. K ey Words:Optical Current Transducer;Faraday Magneto-optic E ffect;Sensing Head 1 引言 电力系统中传统的电流测量是通过电磁感应铁芯式电流互感器(Current Transducer,简称CT)进行的, CT按用途可分为测量用和保护用两类,为系统的计量、继电保护、控制和监视单元提供了输入信号。但是,随着现代电力系统的发展,传统CT因其机理而呈现出自身不可克服的难题,如:绝缘结构日趋复杂,生产成本与电压等级呈指数上升,短路电流中的非周期分量将引起铁芯饱和,充油易爆炸,输出端不能开路,易受电磁干扰等。 对电流进行变换和测量的方法很多,一次仪表和二次仪表之间的电气绝缘和信息传递的可靠性是一个很重要的考虑前提。相比之下,充分发挥光纤传感技术的优势,以实现电力系统电流的检测和整个系统的有效保护的光纤电流传感器(Optical Current Trans2 ducer,简称OCT),可以满足大部分上述传感要求[1-3],是最有前途的,光纤介质物理特性可以满足在高压环境下工作的绝缘要求。OCT不会产生磁饱和现象,也不像CT那样动态工作范围受铁芯磁饱和效应的限制。可以用于高电磁噪声的工作环境;也可以在比较宽的频带内,产生高线性度的响应;可以用于以监控或测量为目的的高速遥感、遥测系统。一般来说,这些OCT还具有测量装置结构紧凑,体积小,重量轻,价格便宜的特点。这是世界各先进工业国投入极大的人力和物力积极开发光纤(光学)电流传感技术的根本原因。 2 光纤电流传感器 光纤传感器的基本工作原理为:由光源发出的光经过光纤送入调制区(传感头),在被测对象的作用下,光的强度、波长、频率、相位、偏振态等光学性质发生了变化,使它成为被调制了的信号光,再经过光纤送入探测器和某些电信号处理装置,最终获得待测对象的信息。所以光纤电流传感器按调制方式可分为强度、波长、频率、相位、偏振态调制5种,它们利用法拉弟磁光效应、电流的热效应和电流的微变效应等原理来实现电流的测量。光纤电流传感器是指基于法拉弟旋光效应,由围绕载流导线的传感元件(即传感头)、光纤连接通道、光源、探测器及信号解调/信号处理/控制电路构成的系统[4],如图1所示。传感头是其中最为重要和关键的部件。根据所采用的传感材料的不同,OCT可 3 第11期?传感器技术? 3基金项目:西安交通大学自然科学(在职博士)基金资助项目(BS JJ:2001003) 收稿日期:2001211206 收修改稿日期:2002207215新型光纤电流传感器及其应用
用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统
光纤温度传感器工作原理及实际应用分析
光纤式温度传感器的设计
基于法拉第效应的光纤电流传感器
光纤温度传感器
一种光纤三相电流传感器的设计
光纤电流传感器
光纤测温系统说明
光纤温度传感器简介
荧光式光纤温度传感器
光纤电流传感器
Sagnac干涉型光纤电流传感器研究_
光纤温度传感器的设计
光纤电流传感器传感头的结构与原理
相关主题
文本预览