光纤磁流体电磁场传感新方法研究

摘要：以磁流体纳米功能材料为腔内介质,提出一种新型的光纤F-P电磁场传感器,并给出了基于光纤光栅波长扫描的信号解调方法。对磁流体的可控折射率特性及其对电磁场测量原理进行了充分的分析,介绍了传感器系统的结构和原理。对所提出的方法以及影响测量结果的因素进行了初步的实验,结果表明,测量特性具有较好的线性度,且得出温度和磁流体薄膜厚度都会对测量结果有影响的结论。     

调相式光纤电流传感器中传感头的设计

在以压电效应为传感机理的调相式光纤电流传感器中，必须首先将电流信号转变为电压信号，再以此电压信号驱动压电陶瓷筒，使缠绕在筒上的光纤中光波的相位发生变化。一般采用低压电流互感器（CT）实现电流－电压转换。这种方法由于CT本身的绝缘性不好，易出现磁饱和、转换电压不高等原因，使传感器的性能受到影响。文中提出一种新的传感头设计方法。它以Rogowski线圈代替传统CT，作为电流－电压转换装置，提高了传感器的精度、可靠性及测量范围。     

光纤电流传感器传感头的结构与原理

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。     

高准确度瞬态大电流光纤传感器的研究

高准确度瞬态大电流光纤传感器的研究＊周晓军唐海刘文达（电子科技大学成都６１００５４）０引言光纤传感器的小巧、抗电磁干扰、测量回路与高压回路无电接触等优点使光纤传感器在高压电力系统得到不少应用［１、２］。一直在高压开关瞬态大电流测量中使用的电磁式电流互...     

光纤电流传感Sagnac环的研究

应用琼期短阵分析了光纤线性双折射和耦合器的偏振性对光纤Sagnac环的影响，列举了两种不同的电流传感方案，指出相位微分调制式系统与光纤的线性双折射无关，但与耦合器的偏振性有关，而法拉第旋光效应式系统受光纤的线性双折射的影响比较严重，但使Sagnac环两输入端的本地坐标系相垂直可极大地降低光纤线性双折射影响。     

干涉式光纤电流传感器

高压输电线中的电流测量大都采用铁芯式电流互感器。由于铁芯的非线性特性，一次测电流过大或含有高次谐波分量时，会出现磁路饱和现象，使电流互感器二次测电流数值和波形发生失真，从而引起测量精度下降。文中，设计了一种干涉式光纤电流传感器，提出了使用Rogowski线圈进行电流-电压转换，利用压电晶体实现相位调制，用迈克尔逊干涉仪进行相位检测的方法，解决了在高压端无源情况下，由电流转换的电压小的问题，提高了传感器的精度、可靠性和测量范围。     

光纤电流传感器及其法拉第磁光材料研究进展

本文综述了近年来国内外光纤电流传感器及法拉第旋转材料研究的进展情况和这一领域最近的发展趋向，并总结了光纤电流传感系统结构类型，指出进行传感系统研究时应该注意的问题。     

用于铝电解电流精确测量的手持式光纤电流传感器研究

电流强度是电解铝工艺的基本参数,精确测量电解槽分布电流可提高铝电解生产效率和工作稳定性。本文分析了光纤电流传感器相比于传统电流测量技术在电解槽电流测量中的原理性优势,针对目前光纤电流传感器在现场应用中存在的重复拆装和大电流条件下温度误差问题,创新提出了基于柔性封装的传感光纤插接方案和温度误差与非线性误差二维补偿技术,首次设计研制了手持式光纤电流传感器,测试结果表明：传感器的重复拆装误差小于0.12%,在-40℃～70℃温度范围内测量0.5～30 kA电流时的误差小于0.2%,在某电解槽现场测量立柱母线电流时与控制室显示值的误差小于0.4%,并通过对阴极钢棒分布电流的连续监测和分析,实现了电解槽破损的提前预警。     

具有温度和偏振态补偿功能的光纤电流传感器的研究

本文在分析影响光纤电流传感器（ＯＦＣＴ）稳定性和测量精度的因素的基础上提出了一种新型传感器结构,具备对ＯＦＣＴ的温度与偏振态扰动的自动补偿功能,其偏振灵敏度小于０．０５ｄＢ,长期稳定度优于０．３％,检测精度优于０．２％,较好地满足电力计量与控制系统应用要求。     

光纤电流传感器的延迟光纤偏振串音误差

为了减小保偏延迟光纤偏振串音对光纤电流传感器测量精度的影响,利用琼斯矩阵研究了全光纤电流传感器的偏振耦合误差。简化了保偏延迟光纤的偏振串音模型,并基于简化模型得出了保偏延迟光纤偏振串音与输出的关系。通过理论仿真分别分析了在常温和变温条件下偏振串音对传感器变比的影响。对比实验结果与理论分析结论,验证了简化的偏振串音模型的合理性和仿真结果的正确性。测量了实际保偏延迟光纤偏振串音的温度特性,结果表明:在延迟光纤存在一定偏振串音时,光纤电流传感器的变比误差随电流的增加而增大;电流一定时,延迟光纤串音越高,光纤电流传感器的变比误差越大。最后,给出了满足光纤电流传感器0.2S级误差要求时延迟光纤偏振串音的允许波动范围。     

强度调制的光纤布拉格光栅磁场传感器

设计了一种基于光纤布拉格光栅啁啾效应的磁场传感器,导出了光纤布拉格光栅的反射谱带宽与磁感应强度的关系。传感器工作时,磁场中的圆盘形软铁受到通电螺旋管线圈磁场力的作用,引起矩形悬臂梁变形,从而导致粘贴在悬臂梁侧边的光纤布拉格光栅的反射光谱带宽发生变化;利用光谱分析仪,通过检测光纤布拉格光栅反射谱带宽的变化量,即可得到被测磁场磁感应强度的大小。当光谱分析仪的分辨率为0.001nm时,可测量磁感应强度为6~70mT。实验结果表明:该光纤布拉格光栅反射光谱带宽的变化量对温度变化不敏感,当温度从0℃变化到45℃时,3dB带宽的变化小于8pm。实验结果和理论分析一致,表明该方案切实可行。     

一种基于阶梯型磁致伸缩复合材料的 聚磁式光纤电流传感器

本文提出了一种基于阶梯型磁致伸缩复合材料的聚磁式光纤电流传感器,解决了常规磁致伸缩复合材料上待测电流诱导磁场“两端高、中间低”的分布问题。首先运用安培环路定律,构建传感器的磁场分布模型,由理论分析可知,材料中心磁场与材料厚度l₁、桥面高度l₂和桥面长度h₁成反比关系;其次,针对传感器的关键参数开展有限元仿真分析,仿真结果表明,材料厚度l₁、桥面高度l₂和桥面长度h₁是材料中心磁场的主要影响因素,磁场会随着材料厚度l₁、桥面高度l₂和桥面长度h₁的增大而减小,与理论分析一致。最后制作材料并开展性能测试,结果表明,随着电流的增大,材料中间位置与两端位置的应变逐渐增大,传感器的线性工作范围为0～1 000 A,灵敏度为0.136με/A。     

反射式光纤位移传感器在测量牙齿咀嚼过程中的应用

反射式光纤位移传感器具有对测量环境的要求低、适用于各种常规方法无法满足的特殊场合、测量范围大和测量精度高等优点.本文简述了该传感器的工作原理,针对牙齿咀嚼过程测量和在口腔中工作的特殊要求设计了专门的光纤头和反射面,建立了一套测量该过程的装置,对该测量系统进行了校准,对牙齿咀嚼过程进行了实时测量,得到了一组人体牙齿咀嚼状况下的实时位移的测量结果,在牙医界第一次实现了牙齿咀嚼过程的动态实时测量.文中讨论了口腔这一特殊的测量环境和一些影响测量精度的因素,在实测中摸索了一些减小误差的方法,最后对测量误差作了分析.     

Novel optical current sensor for metering and protection in high power applications

A clamp-on optical current sensor prototype for metering and protection applications in high power systems was developed and characterized. The system is based on the Faraday effect in a low birefringence, high Verdet constant, 8 cm long SF57 Schott glass prism. It was incorporated in a nylon casing suitable for clamp-on applications in the power line. The sensor operation was tested at 630 nm, 830 nm, and 1550 nm to access its applicability in remote interrogation via fiber links. Optimal operation at 830 nm is reported with a linear response up to 65.28kA, with 0.1 or 0.2 accuracy class considering a nominal currents of 1.2 and 0.3 kA (root mean square), respectively. Twelve calibrations procedures performed over six days showed an estimated maximum error of 11 m A. Preliminary measurements were made from 40 to 400 Hz. The sensor was exposed to transient signals less than 10 µs that demonstrated its use in protection applications.     

提高光纤传感测量精度的方法研究

采用激光干涉原理实现了微位移光纤传感测量.通过对光学系统和光电检测系统的研究,总结出提高光纤传感测量精度的方法,文中对微弱光信号的相位调制,数字解理过程,给出了低噪声设计的理论依据,电路参数的选取原则和预放级设计的一般方法.系统微位移测试精度约0.05nm.     

马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器

为了简化光纤磁场与温度传感器的结构并提高传感器灵敏度,设计并制作了马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器。将单根光纤的马赫-曾德尔模间干涉结构和双臂马赫-曾德尔干涉结构结合:将总长度为1.2m的单模光纤部分制备成长度为2.7cm、锥腰直径为30.1μm的锥形微纳光纤,并得到了拉锥时间与锥腰直径的关系。将锥形微纳光纤放置尼龙槽内并包覆磁凝胶构成传感头,实现模间干涉的马赫-曾德尔磁场传感器;将磁场传感器通过两耦合比为50%∶50%的耦合器并联带有可调谐光衰减器的单模光纤形成马赫-曾德尔干涉的温度传感器。从理论上分析了光谱漂移对磁场和温度传感的特性关系,实验测得室温下磁场强度在25~50mT时,磁场传感的灵敏度为0.301 14nm/mT;在磁场强度为0,温度由25℃升高到30℃时,温度传感的灵敏度为0.518 86nm/℃。该传感器可广泛应用于电力系统放电检测、材料加工、安全监控等领域。     

高灵敏度光纤磁场传感器的设计与模型研究

根据磁致伸缩效应和光纤腔衰荡技术设计了高灵敏度的磁场传感器。基于Jiles-Atherton模型、二次畴转模型和光纤衰荡技术波长解调原理,建立了磁场传感器的数学模型,模型反映了磁场-应变-光纤腔衰荡时间之间的耦合机制。对不同预应力作用下Terfenol-D棒的磁致伸缩输出应变、衰荡时间、系统灵敏度与磁场之间的变化规律进行了理论分析和仿真研究,结果表明,该传感器具有很高的灵敏度,可通过改变预应力实现不同量程范围内的磁场测量,研究可为发展新型的高灵敏度磁场传感器提供了理论指导。     

空间光学遥感器热分析

空间光学遥感器热控工作旨在保证遥感器所需温度水平和温度梯度,以满足遥感器高质量成像要求.根据遥感器的结构特点和热光学指标要求,建立了遥感器及其热控系统的热平衡方程,对各热交换项进行了剖析,并采用Nevada和MSC/Patran等软件对某空间光学遥感器进行了模拟仿真,得到其对地工况和对日工况的热平衡结果.     

矩形脉冲涡流传感器的三维磁场量与缺陷定量评估

脉冲涡流是一种有效的电磁无损检测技术。基于脉冲涡流检测原理设计了脉冲涡流检测系统,并对矩形脉冲涡流传感器的三维磁场量进行了研究。分别在传感器的不同走向下,使用三维检测传感器获得了三维磁场量的Bx、By与Bz曲线。在传感器的不同走向下,提出使用三维蝶形图对缺陷进行检测识别。对三维信号进行特征分析后,分别在不同走向下,通过Bz曲线评估缺陷的深度。通过By与Bz曲线的特征可以测量缺陷的长度。为进一步实现飞机机身缺陷的成像检测提供了有价值的参考。