全光纤电流互感器测量性能的优化分析与实验研究

建立了线性双折射对全光纤电流互感器(FOCT)测量性能影响的数学模型。该模型充分考虑光纤的固有线性双折射、弯致线性双折射和温致线性双折射,揭示了温度变化量、光纤弯曲半径及缠绕匝数是影响FOCT测量性能(包括准确度和灵敏度)的3个主要因素。具体表现为:温度变化量越大,FOCT的准确度和灵敏度越低;当光纤弯曲半径增大时,FOCT的准确度和灵敏度先减小后增大;光纤缠绕匝数越多,FOCT准确度越低,而灵敏度越高。基于上述理论分析,综合考虑FOCT的准确度和灵敏度,提出了具体的优化方法,并通过仿真对FOCT进行优化分析和计算。最后设计并搭建了FOCT实验平台,进行线性度、温度循环、准确度和灵敏度测试,并根据测试结果选取光纤最优弯曲半径和缠绕匝数,使其在温度波动时满足准确度和灵敏度要求。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

全光纤电流互感器的温度特性

全光纤电流互感器(FOCT)比差随温度漂移会引起FOCT准确度下降。为解决这一问题,首先阐述了温度波动对全光纤电流互感器影响的机理,并依据该机理分别建立了温度对线性双折射影响的数学模型和线性双折射对全光纤电流互感器影响的数学模型。进而推导出温度对全光纤电流互感器影响的数学模型,通过该数学模型量化研究了FOCT比差随温度漂移问题。得到了FOCT温度特性为:在试验温度范围即10~60℃内,比差与线性双折射相位差和温度都近似呈线性关系。进一步试验验证了FOCT比差与温度的近似线性关系,且基于该关系对互感器进行温度补偿,可使其精度满足0.2级的要求。     

全光纤电流传感器在智能电网中的应用

在智能电网时代,传统的电流互感器已经不能满足其信息化、数字化等要求.全光纤电流传感器已经逐步显示其无法比拟的优越性.本文比较了传统电流互感器和全光纤电流传感器的性能.介绍了全光纤电流传感器的基本原理,分析了光纤中线性双折射产生的因为及其对测量结果的影响.讨论了消除和解决光纤中线性双折射的方法,其中较为有效的方法是采用S...     

全光纤电流互感器受导体偏心影响的机理

针对全光纤电流互感器受导体偏心影响的问题,在光学电流互感器传感部分的分布参数模型的基础上,建立了与之对应的全光纤电流互感器传感环分布参数模型。基于传感环的分布参数模型提出了全光纤电流互感器受导体偏心影响的产生机理,该机理揭示了全光纤电流互感器受到导体偏心影响的原因,即为传感光纤中的线性双折射和传感环上不均匀磁场的共同作用。同时,分析了被测导体偏心对测量准确度的影响,得出偏心只会影响全光纤电流互感器比差的大小而不会影响线性度的结论。实验结果与理论分析一致,表明所提出的理论和结论的正确性。     

电力电缆全光纤电流传感器检偏原件偏差影响研究

电力电缆全光纤电流传感器能够准确检测电缆运行电流、故障电流等特性电流,使得电力电缆的安全稳定运行大幅度提高。但全光纤电流传感器由于其结构特性,导致在测量过程中存在很大的稳定性和可靠性欠缺问题,从而限制了全光纤电流传感器应用到实际中。文章针对对称的螺旋嵌套型的全光纤电流传感器结构,采用COMSOL对光纤传感系统的传输场进行仿真模拟;并分别对线性双折射效应和检偏器多维偏差作用下光波偏振态的变化规律进行仿真计算和对比分析。结果表明:检偏器位置偏差对偏振态测量结果影响显著;轴偏差ζ会增大偏振态测量结果的幅值,轴偏差ξ会减小偏振态测量结果的幅值;当检偏器多维偏差值与线性双折射相比拟时,检偏器多维偏差对偏振态测量结果产生的影响远大于线性双折射;随着电流增大,检偏器多维偏差与线性双折射协同作用对偏振态测量结果的影响效果互为加强。     

全光纤电流互感器传感机理建模分析

该文针对全光纤电流互感器测量精度受各种内外部因素影响的问题,建立全光纤电流互感器微元传感单元的分布参数模型,从本质上解释传感单元中线性双折射的产生机理,即极化率张量对角元不相等的作用结果;并结合光电转化的数学模型得到全光纤电流互感器的开环机理,提出提高全光纤电流互感器(fiber-optical current transformer,FOCT)测量精度的方法:采用新型传感材料或新型传感头结构及引入反馈信号构建闭环结构。采用COMSOL有限元数值分析方法,实现光场和磁场的耦合。分析双折射、被测电流、纤芯折射率、光纤的弯曲半径对测量结果的影响。研究表明,线性双折射是由传感材料的折射率变化引起,会降低测量灵敏度;同一双折射,在不同的外界条件(如被测电流)下,对测量结果的影响不同;对于不同的纤芯折射率,折射率越小,传输相同距离后,旋转角越大;微元传感单元中由弯曲半径引起的线性双折射较小,通常可采用分段补偿法,得到理想的Faraday旋转角;最后通过仿真分析与现有经典公式的比较,验证分布参数模型的有效性,为后续FOCT传感单元中的光场、磁场、温度场、应力场等复杂的多物理场耦合提供模型基础。     

全光纤电流互感器温度性能优化方法

论述了全光纤电流互感器(FOCT)的光路结构及其工作原理,分析了温度对FOCT性能影响的几个因素和特点:线性双折射会对光纤传感头的温度特性造成比较大的影响,圆双折射具有抵消线性双折射的特点;传感光纤Verdet常数受温度的影响,与温度具有线性关系;1/4波片误差造成的影响与温度也具有线性关系.提出了综合解决FOCT温度...     

柔性直流输电用±500kV直流全光纤电流互感器研制及测试

柔性直流输电对直流互感器的延时时间及阶跃响应上升时间均有较高要求,针对即将建设的张北柔性直流输电工程的应用需求,研制了一种柔性直流输电用±500 kV直流全光纤电流互感器。直流全光纤电流互感器采用Faraday磁光效应原理,采用光纤作为传感介质。文中介绍了直流全光纤电流互感器的原理及构成,对全光纤电流互感器的线性双折射抑制技术、玻片温度自补偿技术及抗振技术等关键技术进行了深入分析,并给出了样机的主要性能测试情况。测试表明,文中研制的柔性直流输电用直流全光纤电流互感器测量精度为0.2级,延时时间25μs,阶跃响应上升时间40μs,主要技术指标(包括测量精度、延时时间、阶跃响应上升时间、温度稳定性、抗振性能及绝缘等)能够满足张北柔性直流输电工程的应用需求,直流全光纤电流互感器在柔性直流输电系统具有很好的应用前景。     

用于发电机保护的柔性全光纤电流互感器

介绍了采用柔性全光纤电流互感器(FFOCT)的发电机保护总体方案和系统结构以及FFOCT结构和工作原理。详细介绍了FFOCT的关键技术难题并给出了对应的解决方案:采用旋转高双折射(Spun Hi-bi)光纤制作可现场缠绕在导体周围的传感光缆,并对采用Spun Hi-bi光纤的FFOCT的电流检测灵敏度和抵御外界干扰的能力进行了理论分析;采用四态方波调制和阶梯波反馈的全数字双闭环解调方案改善FFOCT动态范围、测量精度以及系统的长期稳定性。测试结果表明研制的FFOCT满足测量0.2级、保护5TPE的精度要求。最后简单介绍了用于观音岩水电站发电机保护的FFOCT的现场安装与应用情况。     

全光纤电流互感器温度特性建模分析与实验研究

建立了全光纤电流互感器(fiber-optical current transformer,FOCT)温度特性的数学模型。该模型充分考虑传感光纤的弯曲特性,结合光纤线性双折射的分布参数模型从本质上解释了温度对线性双折射的影响机理:由于传感环的弯曲性,温度变化会导致光纤横截面上的受力不对称,进而引起线性双折射;单位长度光纤的线性双折射相位差与温度变化量成正比,与光纤弯曲半径成反比。并结合光纤Verdet常数的温度特性综合量化了温度对FOCT的影响。采用COMSOL有限元分析方法实现光场、磁场、温度场、应力场的耦合并分析求解。仿真结果表明:双折射效应会使光波旋转角变小;光纤横截面上的应力差与温度变化量成正比,与光纤弯曲半径成反比;温度波动将引起线性双折射,进而使光波旋转角减小;结合Verdet常数得到了温度波动时FOCT的综合误差,与理论分析结果吻合。最后设计并搭建FOCT实验平台,进行线性度测试和温度循环测试。测试结果表明:实验误差与理论误差变化趋势基本一致;温度波动越大,FOCT误差漂移越严重,必须采取补偿措施,故提出一系列改善FOCT温度稳定性的方法。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于平面电容传感器的复合材料缺陷检测研究

为实现利用平面电容传感器直接测得的电容值对碳纤维增强复合材料（CFRP）缺陷的表征,本文基于电容边缘效应,在有限元仿真软件COMSOL中构建平面电容传感器,分析电极参数对其性能的影响并进行优化,灵敏度提高2%~52%,穿透深度可达到4.13mm。当传感器的面积一定时,研究感应电极的最优长宽比,并拟合得出传感器电极长度与面积之间的线性关系。在单电极直流激励的情况下,改变缺陷大小,检测感应电极的电容值变化。结果表明随着缺陷大小的增加,感应电极的电容值会随之减小,利用拟合曲线可以实现对CFRP缺陷的量化评估,其相关系数达到0.996以上。     

OPLC结构和应用的探讨及光纤后安装方案

OPLC是绝缘线芯与光传输单元的组合,光传输单元在OPLC结构中的位置将影响光传输性能.OPLC在电和光分离时,要求光传输单元的长度大于绝缘线芯,截去绝缘线芯将导致资源消耗.文中指出光传输单元应处于OPLC缆芯的侧面位置,同时提出了OPLC中光纤后安装的方案.该方案中OPLC含有绝缘芯线和空心微管,将OPLC按正常的电...     

海底光缆光纤余长控制的数学模型

本文分析海底光缆短期受力和光纤余长的关系,提出了控制海底光缆光纤余长的具体范围。通过对海底光缆的结构分析,推导出海底光缆光纤余长的数学模型,在这个数学模型的基础上,用MATLAB软件仿真,计算了几种海底光缆在满足短期拉力的情况下应控制光纤余长的具体数据,并对光纤在松套管中的分布进行分析,验证了光纤余长控制数据的合理性。     

高压开关柜在线监测系统中光纤传感器的应用研究

光纤温度传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、小型化、重量轻等特点,它为高压电气设备温度监测研究提供了新思路。以KYN28-12(Z)型开关柜为研究对象,对高压开关柜内部温度和电磁环境进行了分析,论证了光纤温度传感器在高压开关柜温度检测系统中的最佳放置位置和通信传输可行性。     

空芯光纤多模干涉型温度传感器

提出了一种基于空芯光纤中多模干涉效应的光纤温度传感器,传感器由一小段内径为5 μm、长度为20 mm空芯光纤两端与单模光纤熔接构成单模-空芯-单模(SMF-HCF-SMF)三段式结构.使用宽带光源照射该传感结构,通过监测传感器的透射光谱,利用传感器的多模干涉特征峰值波长对温度的敏感性实现温度监测.在30℃～80℃范围内...     

110kV光纤复合海底电缆光纤单元的设计及应用

主要论述了110kV光纤复合海底电缆中的光纤单元的设计及其在海缆安装敷设及运行中的监控、预警等应用。     

光纤余长的概念及其实例解析

本文对光纤余长的概念作了完整的阐述,给出了光纤余长的明确定义,阐明了光纤余长的物理意义。借助于松管层绞式光缆典型结构,对光纤余长作了实例解析,提出了新的物理模型,分析了数学等式的物理意义,得出了较全面的、更加符合实际的光纤余长计算公式,对光缆的结构设计、生产制造及工程应用具有一定指导意义。     

全光通信网中的L波段光纤激光器研究

本文首先介绍了光纤激光器(特别是掺铒光纤激光器)的工作原理。进而对L波段光纤激光器进行了深入的探讨,并分析了影响激光器输出的因素:谐振腔长、掺铒光纤长度,且做了相应的理论分析。     

Engineering solutions for polymer composites solar water heaters production

Analysis of engineering solutions aimed at a considerable decrease of solar water heaters cost via the use of polymer composites in heaters construction and solar collector and heat storage integration into a single device representing an integrated unit results are considered. Possibilities of creating solar water heaters of only three components and changing welding, soldering, mechanical treatment, and assembly of a complicate construction for large components molding of polymer composites and their gluing are demonstrated. Materials of unit components and engineering solutions for their manufacturing are analyzed with consideration for construction requirements of solar water heaters. Optimal materials are fiber glass and carbon-filled plastics based on hot-cure thermosets, and an optimal molding technology is hot molding. It is necessary to manufacture the absorbing panel as corrugated and to use a special paint as its selective coating. Parameters of the unit have been optimized by calculation. Developed two-dimensional numerical model of the unit demonstrates good agreement with the experiment. Optimal ratio of daily load to receiving surface area of a solar water heater operating on a clear summer day in the midland of Russia is 130?150 L/m². Storage tank volume and load schedule have a slight effect on solar water heater output. A thermal insulation layer of 35?40 mm is sufficient to provide an efficient thermal insulation of the back and side walls. An experimental model layout representing a solar water heater prototype of a prime cost of $70?90/(m² receiving surface) has been developed for a manufacturing volume of no less than 5000 pieces per year.     

Device design and optimization of CNTFETs for high-frequency applications

Carbon nanotube (CNT) field-effect transistors (FETs) have recently reached high-frequency (HF) performance similar to that of silicon RF-CMOS at the same gate length despite a tube density and current per tube that are far from the physical limits and suboptimal device architecture. This work reports on an investigation of the optimal device design for practical HF applications in terms of cut-off frequencies, power gain, and linearity. Different fundamental designs in the gate contact arrangement are considered based on a 3D device simulation of both CNTs and contacts. First, unit cells with a single CNT and minimal contact sizes are compared. The resulting simulation data are then extended toward a structure with two gate fingers and realistic contact sizes. Corresponding parasitic capacitances, as well as series and contact resistances, have been included for obtaining realistic characteristics and figures of merit that can be used for comparison with corresponding silicon RF MOSFETs. Finally, a sensitivity analysis of the device architecture with the highest performance is performed in order to find the optimal device design space.