光纤电流传感器研究新进展

介绍了全光纤电流传感器自１９９４ 年以来在光纤处理技术、新光路设计、新材料光纤、新结构光纤及对系统性能的专项研究方面取得的新进展。     

基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感研究

将磁致伸缩材料粘贴单模光纤构成的光纤磁传感探头接入Sagnac光纤环的一端,外加交流磁场将探头周围的直流磁场加载到4.9kHz的高频信号上,建立了基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感实验系统.采用锯齿波相位调制的方法,将干涉仪系统相位偏置在π/2附近,通过测量所加高频信号的幅度,实现了对直流磁场的测量.实验得到系统信号稳定性为0.4%,磁场分辨率为4.3nT,并给出36.75g铁块经过磁传感探头时系统的响应信号.     

一种新结构的全光纤电流传感器

光纤的固有双折射是影响全光纤电流传感器精度的主要原因,它除了与光纤本身有关外,还与工作的环境温度、振动等有关,如何消除双折射是光纤电流传感器研究的关键问题。提出了一种双光源双输出的全光纤电流传感器新结构,它不需要两路参数严格对称,同时减小了振动和温度变化引起的双折射的影响。实验表明,该结构的传感器在20g的振动强度下,测量结果的线性度在±0.5%以内;同时,在电流为50A,温度从-20℃~50℃变化时,其输出信号的线性度在±2%以内。     

Sagnac光纤水听器锯齿波相位偏置技术

提出了Sagnac光纤水听器锯齿波主动相位偏置方案,分析了锯齿波2π复位误差对系统性能的影响。采用频率为94.05kHz,复位电压为10.84V的锯齿波对信号进行调制,将系统偏置在π/2附近。为抑制2π复位误差的影响,采用与锯齿波同步的脉冲信号控制模/数(A/D)转换器定时采样,采样结果就是所需的声音信号。实验表明,该系统在10kHz频率响应处信号幅度平均值为0.067rad,方差为3.08×10-5rad,信号幅度相对变化仅为0.046%,系统相位偏置十分稳定。     

用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤设计

传感光纤中的残余线性双折射、温度和振动敏感性严重影响着Sagnac 式全光纤电流传感器的精度。设计了一种可用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤,该光纤由两端变速率扭转部分和中间匀速率扭转部分组成。其中,变速扭转部分能实现线偏振光和圆偏振光之间的相互转化,具有/4 波片功能;匀速扭转部分,具有较小的光纤固有线性双折射和圆保偏功能,从而可更为精确地感应法拉第效应。将这种扭转高双折射光纤绕制成特殊结构传感光纤环, 解决了Sagnac 效应以及电流导体位置对全光纤电流传感器测量结果的影响。理论上建立了扭转高双折射光纤的耦合模方程,模拟了线偏振光入射该光纤时光波偏振状态演化情况。在此基础上设计一种新型的抗振型Sagnac 式电流传感器。     

基于3×3耦合器的Sagnac型光纤电流传感器结构

提出了一种新的Sagnac干涉型光纤电流传感器结构。利用Faraday效应的非互易性,采用一个3×3光纤耦合器实现相位偏置。利用散射矩阵分析了耦合器的输出特性,建立了干涉仪输出信号的数学模型,对耦合器性能对干涉仪灵敏度的影响进行了理论分析,得到了耦合器的最佳耦合比。     

块状光学材料电流传感器研究新进展

主要介绍了块状光学材料电流传感器研究领域自１９９４年以来在传感头设计方案、理论研究及信号处理方案等方面的新进展。     

全光纤电流传感器温度补偿研究进展

对于全光纤电流传感器,如何进行温度补偿一直是国内外研究的难点和重点。进行合理的温度补偿也是将全光纤电流传感器推向实用的必要措施。先用实例和数据说明温度对全光纤电流传感器性能的影响,再在分析全光纤电流传感器结构和原理基础上,分别阐述了各因素受温度影响的机理并给出了最新的研究进展,最后从效果和实用化两方面分析了各种温度补偿方法的优劣,最终可以得出:单一控制某个因素对全光纤电流传感器性能的影响是不理想的,控制多个影响因子并在最终的输出端进行数据处理的方法能达到更理想的温度补偿效果,使全光纤电流传感器的输出更精确、更稳定。     

磁光光纤大电流传感器

研制的磁光光纤大电流传感器在1～8kA测量范围内具有±0.5％的线性和±0.5％的重复性。该传感器能耐压300kV以上。方形闭环结构是实用化的电流传感头。     

全光纤电流互感器技术综述

文章研究了全光纤电流互感器的结构,阐述了几种国际上主流的光学电流互感器的研究方向,比较分析了非干涉型电流互感器、Sagnac型电流互感器以及普遍采用的反射式结构电流互感器、新型反射式全光纤电流互感器结构的优缺点。对今后进一步进行全光纤电流互感器的实用化研究具有一定的意义。     

无源光纤脉冲磁场传感器的研制

研制了一种利用BiCaVIG晶体的磁光式光纤磁场传感器,并给出了传感头的基本结构。实测结果表明,在非线性小于±5%时传感器的线性动态范围优于70dB,噪声等效磁感应强度为1.5μT,传感器可用于脉冲弱磁场的测量。采用频谱分析的方法,测出了一种BiCaVIG晶体的法拉第效应动态响应特性,其-3dB频带宽度约为DC～200kHz。     

一种基于套嵌光纤光栅的高灵敏度光纤电流传感器

提出了一种基于套嵌光纤光栅的光纤电流传感器,该传感器使用了二次曝光法制作的长周期光栅结构和布拉格光栅结构套嵌的光纤光栅作为传感元件,通过直接在光栅表面制作镍铁合金作为加热电极层,当电流通过时对光栅区域加热引起光栅光谱中心波长漂移,实现了高灵敏度的电流测量。实验结果表明,这种光纤电流传感器的电流响应灵敏度达到7.2×10-2nm/mA,且具有结构简单、体积小等优点,在高灵敏度的光纤电流检测领域具有广泛应用价值。     

曲率光纤传感器传感原理和参数优化

为了更好地了解曲率光纤传感器的工作原理,进一步优化传感器的性能,利用TracePro光学软件对弯曲光纤中传播的光线进行光线追迹,采用几何光学方法描述敏感区对光强的调制原理,推导出光功率损耗与光纤弯曲半径、敏感区几何参数间关系的数学模型,并通过实验验证了其有效性.研究结果表明,在曲率光纤传感器中,光线在弯曲光纤中的传播路...     

基于乙醇灌注边孔光纤的Sagnac干涉型温度传感器

提出并研究了一种基于乙醇灌注边孔光纤(SHF)的Sagnac干涉型温度传感器。边孔光纤是一种高双折射光纤,其包层中纤芯两侧具有两个空气孔。将乙醇填充进边孔光纤的空气孔中,利用乙醇的折射率随温度的变化,改变边孔光纤的双折射系数,使Sagnac干涉仪的输出谱发生波长漂移,从而实现了温度传感。实验获得该传感器在20℃～80℃的温度变化范围内灵敏度为86.8pm/℃,为普通光纤布拉格光栅(FBG)传感器的8倍。     

用于探测激光等离子体冲击波的光纤传感器

利用探测光束通过轴对称流场时的偏折效应,设计了一种光纤传感器,并用于探测激光对材料破坏过程中在空气中激发的等离子体冲击波,获得了探测位置处激光等离子体冲击波流场折射率随时间的变化率.该方法适用于轴对称流场的瞬态测试,具有宽带和非接触的特点.     

应用于智能电网的光纤电流传感网络

随着电力系统对电流测量要求的不断提高,传统的电磁式电流传感器已逐渐暴露出一系列的缺陷,如绝缘结构复杂、抗电磁干扰能力差、铁磁谐振、易磁饱和、测量动态范围小和有油易燃易爆炸等。这些缺陷导致传统的电磁式电流传感器已难以满足智能电网的测量需求。本文总结和分析了应用于智能电网的光纤电流传感网络,通过光纤传感与通信技术及计算机技术的融合,使传感由传统的仅仅进行信号形式转换的单个或多个敏感元件扩展为集信号获取、存储、传输、处理于一体的多功能系统,再结合光网络和软件技术,搭建一个结构完整、功能完善的传感体系,实现电网的各项信息指标可观测化。