一种新型光学电流传感器结构设计与仿真研究

本文设计对称光程反射式光学电流传感器实验系统,使用COMSOL多模场耦合仿真软件对所设计的光学传感系统的传输场进行模拟仿真,得到对称光程反射式光学电流传感器对法拉第磁光效应的响应度,其理论灵敏度高于传统结构的灵敏度580倍。未来将基于所建立的实验系统对传感器的潜在应用做进一步的深入研究。     

直线型、螺线管嵌套型及多光路反射式光纤电流传感器结构设计与仿真

小信号测量领域特别是局部放电检测中,全光纤电流传感器在灵敏度方面存在较大问题,针对该问题进行了研究。首先给出了光纤模型中Faraday旋光效应的经典理论解释,并对折射率表达式进行了修正,在此基础上设计了传统直线型、螺线管嵌套型和多光路反射式等3种光纤电流传感器结构。然后使用COMSOL多模场耦合仿真软件对所设计的3种光纤传感系统的传输场进行了计算仿真和对比分析,结果表明螺线管嵌套型全光纤电流传感器和多光路反射式光纤电流传感器的灵敏度分别比传统直线型光纤电流传感器高1 000倍和600倍以上。最后对所设计的2种新型传感器性能关系进行了分析,结果表明螺线管嵌套型光纤电流传感器加工精度要求不高,传感光纤的安装位置对测试结果影响不大;多光路反射式光纤电流传感器加工精度要求很高,传感头的安装位置对测试结果影响不大。综上所述2种新型传感器均使灵敏度得到极大改善,且在实验测试中即使传感头位置变化对测试结果也影响不大。未来将依据所设计的系统对传感器的潜在应用进行进一步的实验研究。     

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。     

电力系统适用光学电流互感器的研究新进展

用于测量电力系统电流的光学电流互感器由于具有许多传统的电磁感应式电流互感器无法比拟的优点,具有广阔的应用前景。文中给出了基于法拉第磁光效应、以光纤为介质的光学电流互感器的基本原理和研究现状,重点论述为了加快实用化进程需要加以深入研究和解决的问题,包括新型的传感材料和传感头结构的研究、克服双折射效应、与光纤通信相结合等。     

特殊螺旋高双折射保椭圆光纤研究及其在电流互感器中的应用

光纤电流传感器在电力电流测量领域具有广泛的应用潜力,其中电流传感光纤的性能是制约光纤电流传感器稳定性的关键因素。针对当前构成电流传感光纤的主要组成部分光纤波片与传感光纤存在性能一致性与稳定性差的问题,设计并制作了一种特殊螺旋高双折射保椭圆光纤用作电流传感光纤,可以有效地解决电流传感光纤存在的这些问题。先介绍该特殊光纤的结构,根据耦合模理论对其传感功能、抗干扰能力进行了理论分析。利用该光纤研制了光纤电流传感器,并对其测量精度、抗振动特性等进行了检测。测试结果表明,该光纤电流传感器采用40m/s~2加速度持续振动的8h内,电流传感器测量比差保持在±0.05%,具有较强的抗干扰能力;在-40℃~70℃的温度范围内以及额定1200A的测量电流下,测量比差与相差分别在±0.05%与±1′以内;在频率为0~1500Hz内的测试电流下,电流传感的精度在±0.2%以内。采用该特殊螺旋高双折射光纤所制作的高精度和高稳定性光纤电流传感器,在±800k V灵州换流站成功挂网运行。     

智能变电站全光纤电流互感器现场试验方法

随着网络通讯技术、材料科学的发展,智能电网进入了高速发展时代,电磁感应的传统电流互感器由于原理性的缺陷,已经越来越难以满足现代电力系统发展的要求。在这种背景下,应用光纤光学技术的全光纤电流互感器(FOCT)得到了快速的发展。FOCT基于法拉第磁光效应原理,采用光纤作为传感介质,不存在铁磁共振及磁滞     

西门子公司的光电互感器

西门子公司最新研制出光纤电流传感器(SIFOCS)。它利用法拉第效应。法拉第效应为磁致旋光效应。当线性偏振光束通过磁场时,偏振面旋转。为了利用法拉第效应测量电流,利用光纤线圈将线性偏振光导向导体周围。这样总的旋转将与导体的电流及光纤线圈的匝数成比例(图1)。此效应没有任何饱和现象,而且灵敏度容易由光纤线圈匝数标度。传感线圈经受过特殊处理,使电流的传感受温度的影响最小。传感线圈     

一种新型传感结构的光学直流电流传感器

分析比较了多种直流大电流测量方法,指出直流测量设备高压侧无源化是未来高压测量设备的发展趋势。针对传统块状玻璃型电流传感器传感头加工难度大、直流解调算法难以精确解调出法拉第旋转角的缺点,采用一种基于双光源双输出条形传感头的新型无源式直流电流传感器。这种结构降低了传感头制作及加工难度,在双通道光路、电路不对称的情况下,能够将与被测电流成正比的直流信号从直流本底光强信号精确解调出来。试验结果表明,在300 ~3 000 A范围内,测量准确度优于0.5%,在光功率波动达25.2%、双光路光功率不对称度为34.2%的情况下,双光源双输出传感器相对误差变化范围为-0.4% ~ +0.42%,远高于相同测试条件下单光源双输出传感器的性能。     

基于OPGW光传感输电线路雷击波形特点分析

光纤复合架空地线(OPGW)以其独特的优越性在电力系统智能状态监测领域得到了快速发展和应用,文章对OPGW光偏振态雷击故障定位方法中光纤传感雷击信号波形问题进行研究。首先利用ATP-EMTP软件建立输电线路模型仿真得到雷击OPGW时的电气数据,然后基于法拉第磁光效应原理将电信号转换为OPGW内部光纤中的光偏振态信号,此方法可用于仿真计算出雷击OPGW时光信号传播数据。实际输电线路上安装的OPGW雷击定位系统数据验证了仿真结果的准确性,结果表明OPGW光传感输电线路雷击波形受雷电流大小影响较大且不同于传统的电流行波雷击波形。     

一种耦合法拉第旋光器的全光纤电流传感器

电力系统暂态电流的实时感知对研究系统扰动、故障和控制保护具有重要意义。针对当前全光纤电流传感器难以同时兼顾宽频测量和宽温区适应性的难题,该文提出在传感光纤几何中点处耦合法拉第旋光器的直通式光路结构,并采用双线绕法绕制光纤环。采用琼斯矩阵建立该结构的理论模型,通过磁场和光场耦合分析该传感器结构降低环境敏感性的传感机理。通过试验测试传感器的频率特性和温度特性,结果表明,该传感器具有良好的频率特性:10Hz～10kHz频响试验的幅值误差不超过2.3%,相移小于2°;3k A标准8/20ms雷电冲击电流响应试验的误差小于2.1%,波形相似度为0.9971,表明有效频带可覆盖至标准雷电流;温度试验表明,该结构可显著降低传感器的温度敏感性,在-20℃～60℃范围内的误差小于4.3%(传统基本结构为29%)。该文所提出的全光纤电流传感器结构具有较好的频率响应特性和优异的温度适应性,满足电网暂稳态电流实时感知的要求。     

Characteristics of the optical resonator composed of the nonlinear directional coupler

This paper describes a simple method of analysis of an optical resonator composed of a nonlinear directional coupler. Assuming the coupler is made in semiconductor‐doped glass by the K⁺‐ion diffused technique, the transmission and reflection characteristics are calculated and demonstrated. The parameter dependence of the bistability appearing in the transmitted and reflected light is also presented. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(3): 1–10, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20036     

一种新型光标记交换技术

光交换技术是光网络中的一项重要技术。文章介绍了一种新的光标记交换技术,利用光载波的抑制来产生光标记和载荷,并对新旧标记替换方法进行了对比,采用新技术所产生的标记和载荷具有很高的消光比,相互之间没有串扰,在接收端容易分离,且标记和载荷部分可以具有不同码型和协议,灵活性更强。     

全光网络的简介及展望

简要介绍全光网络的基本概念（全光交换、光交叉连接、全光中继、光复用／去复用）,全光网的网络结构与业务类型,以及全光网络的进展状况。     

光纤在继电保护中的应用

介绍了光纤的基本结构、基本工作原理和特点，以及电力光纤网络的现状，分析了电力光纤网络和电力光缆的发展方向。重点剖析了目前在电力光纤网络中光纤保护的几种基本方式和主要特点，讨论了光纤保护在实际应用中可能遇到的问题及其解决办法。     

光纤电流互感器的发展

随着现代电力系统的发展,传统的电磁式电流互感器暴露出越来越多的问题。而光纤电流互感器(OCT)的出现为这些问题的解决带来了答案。OCT 有如下优点:不含油,尺寸小,绝缘结构简单,不会有安全隐患; 不含铁心,不会有磁饱和现象;测量带宽和精度高;使用光纤传输信号,可以有效地防止电磁干扰;其输出可以方便地与计算机接口。光纤电流互感器的发展,必将大大加速电力设备向小型化、综合自动化和高可靠性方向的发展。     

光学技术在智能电网中的应用

介绍了光学技术在坚强智能电网建设中的应用,包括通信、传感测量以及新能源利用方面的应用。详细说明了每个应用的原理以及应用前景。指出了在坚强智能电网建设中研究光学技术的必要性。     

现代光纤通信技术的发展与趋势

该文主要论述光纤通信在当今通信领域中的重要地位及光纤通信中密集型波分复用（DWDM）的主要特点、新技术的采用、发展方向和趋势（大容量、长距离、灵活的接入方式、全光网和光交换）.目的是使人们对光纤通信的发展与趋势有进一步的了解与认识,在生产与实践中起一定的指导与参考作用.     

通信光缆线路常见故障及维护

结合通信光缆线路常见故障,介绍光缆线路的维护要求、维护测试方法和故障查找过程,分析不同部位故障的处理方法,提出保证通信光缆线路正常运行的维护建议.     

LED光学设计的现状与展望

近年来,在各种新兴应用领域不断涌现的带动下,LED市场规模得到了快速地提升,应用于LED产品不同阶段的光学设计也显得尤为重要。本文分别对LED的一次光学设计、二次光学设计和后续光学设计进行了探讨。主要阐述了分立封装和集成封装的一次光学设计;二次光学设计方法中常用的反射、折射、反射折射相混合的模式以及二次光学设计的流程;简要地描述了后续光学设计。最后展望了不同阶段光学设计的发展趋势。     

Generation and spatiotemporal evolution of optical vortices in femtosecond laser pulses

Topology has become one of the key concepts allowing one to understand the intrinsic, qualitative properties of phenomena throughout various scientific fields. To date, this concept has been extended to the field of material science and technology. On the other hand, we can now utilize the spatially controlled light defined by the topology (so‐called “optical vortices”) in order to characterize the topological properties of materials. In particular, optical vortices in femtosecond pulses will be invaluable for advanced topological spectroscopy. In this work, the authors created femtosecond optical vortices using a spatial light modulator. Their spatiotemporal properties were evaluated using interferogram and correlation measurements. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 167(4): 39–46, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20791