光纤光栅传感器中磁场测量稳定性研究

为了减小光纤光栅磁场传感器中线性双折射和入射起偏角对系统稳定性的影响,提高测量系统的准确性,提出一种减小线性双折射和起偏角大小对系统输出影响的设计方案。研究了基于法拉第效应的光纤光栅磁场传感器系统,得出系统输出电压与磁场的关系式,并通过降低线性双折射和确定入射起偏角改善了系统的输出特性。仿真表明:该方法可以有效抑制测量过程中线性双折射造成的非线性关系,从而提高磁场测量的稳定性。     

光学电流传感头的非理想性和组装工艺分析

商用化的光学电流传感器的误差一般要求小于0．2％,而磁光探头是决定该类传感器性能的关键部分,其设计和加工误差均会极大地降低测量精度。此外,组装工艺的不完善也会引起一定的双折射效应,不仅降低了传感器的灵敏度,同时,双折射随环境温度而变,从而导致测量的不稳定性。针对这些问题,对磁光探头物理结构上的非理想性和组装工艺进行了深入的理论分析和数值模拟,并提出了详细的改进措施,对解决光学电流传感器的探头设计、测量精度和测量稳定性等问题具有较大的参考价值。     

光纤电流传感系统影响因素分析

基于法拉第效应利用琼斯矩阵建立双螺线管式光纤电流传感系统的完整理论模型,对偏振分束器的透光轴夹角误差、固有圆双折射误差、线性双折射误差等影响系统测量准确度的各种误差进行仿真研究。研究发现:固有双折射引起的传感系统误差最小,其次是偏振分束器的透光轴夹角误差,线性双折射引入的测量误差最显著。本文光纤电流传感头采用低双折射光纤进行制作可以有效降低弯曲等因素带来的线性双折射。     

一种适用高压变频器的光纤电流检测系统

针对目前存在于高压变频器中的强电磁干扰、绝缘复杂等技术问题,利用光纤电流检测抗电磁干扰能力强、完全电气隔离等优点,在光纤电流传感器原理的基础上,研究一种适用于高压变频器的基于法拉第磁光效应偏振态调制的全光纤电流检测系统,改进目前高压变频器电流检测环节。该研究应用高圆双折射光纤有效抑制光纤中固有的线性双折射,通过改进双光路检测结构简化检测系统,经过理论分析和实验证明高圆双折射光纤电流检测系统线性度良好,且实时性好,适用于高压变频器。     

用Fabry-Perot干涉仪建立的光纤电流传感器

基于磁致伸缩效应,利用Fabry-Perot干涉仪原理,设计了一种光纤电流传感器。该传感器用一根单模光纤既作传感光纤又作参考光纤,从而有效地消除了环境变化和光纤内双折射对传感器的不良影响。文中从理论上分析了传感器的工作原理,推导了数学模型,并用实验进行了验证。由实验可知,此传感器具有抗干扰能力强、稳定性好,精度高等优点。在1～120mA的测量范围内,精度可达0.20％。     

具有闭环系统的法拉第电流传感器

利用法拉第效应建立了一种偏振结构的电流传感器，它具有闭环反馈系统，从输出端反馈的电流信号驱动偏振调制螺线管产生补偿信号使传感器工作在正交状态，这样就有效地消除了费德尔常数变化给传感器带来的误差．该传感器线性测量范围是：1mA～6．5A。     

线双折射对光纤光栅磁场传感器性能影响的理论分析

本文介绍了基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器的工作机理。利用光纤光栅的偏振效应测量磁场可以克服以前传统测量磁场使用磁致伸缩材料不适合测量瞬态磁场的缺点,而且在传感头的设计上能够更加灵活。在传感头设计中,由于光纤本身存在的线双折射会对测量结果带来影响,为了明确双折射对光纤光栅磁场性能的影响,提高测量系统的准确爱,文中利用琼斯矩阵对光纤固有线双折射对传感器的测量特性的影响进行了理论推导和仿真分析,分别对稳态磁场和瞬态磁场受双折射的影响进行了仿真分析,为基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器下一步实验研究提供了理论参考。     

基于光学鼠标传感器的转速测量方法研究

提出了一种基于光学鼠标传感器的转速测量方法.分析了转速测量原理,解决了光学鼠标传感器ADNS-3080的软件初始化和镜头对焦等关键问题,设计了基于光学鼠标传感器的转速测量试验系统.试验结果表明:这种方法能准确判别转向,对于本试验系统,在1 000 r/min范围内具有良好的线性度和快速响应性.该方法适用于低速转动部件的转速测量与转向判别.     

基于铌酸锂晶体自身角度光偏置的光学电压传感器

提出了一种利用单轴电光晶体自身角度光偏置的新型光学电压传感器,其光学传感单元由夹在两个正交偏振器之间的一个单轴电光晶体组成.与以往利用四分之一波片产生光偏置不同,新型电压传感器利用单轴传感晶体的自然双折射和近轴光束,将传感晶体沿电光双折射主轴方向转动一个小的角度,产生π/2的角度光偏置.因此,可在不需要附加四分之一波片的条件下实现电压的线性传感.利用单块铌酸锂晶体作为传感元件,对0.2 ～ 35 V交流电压进行测量的非线性误差低于1.8%.此外,计算表明基于铌酸锂晶体的π/2角度光偏置的温度漂移率低于普通多级石英波片.新型传感器简化了光学电压传感器结构,降低了成本,并避免了以往传感器中附加四分之一波片对传感器性能的不利影响.     

基于偏磁薄膜矫正的直流光学电流传感器设计

针对高压输电中直流的检测,提出一种基于偏磁薄膜矫正的直流光学电流传感器.偏磁薄膜固定磁场在石榴石材料中的方向提高了传感器测量精度,采用偏振计直接检测偏振角的方法消除了偏振面预偏角度误差对测量系统的影响.对传感器实现直流检测进行理论分析,设计了传感器的光路结构,并使用传感器进行直流检测实验.结果表明：该传感器能兼顾灵敏度和测量范围的需要且测量输出线性度高,线性拟合度为0.999 53,多次测量重复性好,误差小于0.4％.     

Recent advances in optical current-sensing techniques

The Faraday effect is becoming widely used as an optical method of measuring electric current or magnetic field. It is particularly advantageous where the measurements must be made at high voltage or in the presence of electromagnetic interference, and where speed or stability are considerations. In this paper, the present state of research into Faraday-effect current sensors is outlined, eight possible approaches for overcoming the problems associated with the linear birefringence inside the fibres of optical current sensors are simply introduced, recent advances in this area are reviewed, and possible prospects are considered.     

一种新型光纤电流传感器的研制

根据铌酸锂晶体(LN)在外电场作用下的线性电光效应及法拉第电磁感应原理,本文首次提出了一种独特、新颖的光纤大电流传感器.在50～300A测量范围内,得到了线性度优于1.09×10~(-2)的结果.由于利用了晶体折射率的变化与电场一次方成正比的关系,对波形分析带来很大方便,不仅能测量工频电流,而且也可测量脉冲电流.     

基于法拉第磁光效应的光学电流传感器电气特性研究

研究了基于法拉第磁光效应的光学电流传感器的电气特性。根据马吕斯定律,仿真分析了起偏镜与检偏镜光轴之间的夹角、交变电流引起的交变法拉第旋转角的幅值对此种光学电流传感器交流响应波形的影响,以及响应的幅值特性和频率特性。通过对此种光学电流传感器电气特性的研究,为实验中出现的问题提供了解决思路,同时也为磁光介质的参数确定提供了依据。仿真和部分实验结果表明此种光学电流传感器在合适参数下具有较好的响应波形以及幅值、频率特性。     

Magneto-optical behavior of microstructure spun fibers

The simple design of a microstructured spun fiber with air channels has been developed. For the first time a magneto-optical response of the microstructured spun fiber with high built-in linear birefringence has been experimentally studied. Most valued magneto-optical properties of this fiber to be discovered are high sensitivity resistance at bent deformations and sensitivity value is nearly to a theoretical value. It is showed that such microstructured fiber accumulates effectively Faraday phase shift in magnetic field even when the fiber is coiled into a loop of a very small diameter. For example, a fiber coil of diameter 5 mm with 100 turns has a magneto-optical sensitivity of about 70% of “ideal” value and well agrees with model calculations. Results are of a great significance for a fiber-optic current sensor.     

磁致旋光效应在测量脉冲大电流中的应用

本文提出一种利用磁致旋光效应(法拉第效应)测量脉冲大电流的方法。这是一种是实时、在线、非接触测量大电流方法。利用本文提出的方法,可检测到雷电引起的输电线路的瞬间脉冲大电流。该方法采用的磁质旋光效应介质(三氯化铁)安全无毒,采用的激光光源(半导体激光器)输出光强稳定,价格低廉,使用寿命长(约10000小时)。这是一种值得推广的测量脉冲大电流方法。     

空芯光子带隙光纤在光纤陀螺中的应用前景

光纤是光纤陀螺的核心器件之一。光纤的性能参数直接决定光纤陀螺的性能。常规硅芯光纤制造工艺比较成熟,但受限于物理条件,＂克尔效应＂、＂瑞利背向散射效应＂、＂法拉第效应＂和＂舒珀效应＂影响比较大。近年来,基于光子带隙效应的导光机制与传输特性制成的在空气中传输光线的空芯光子带隙光纤逐渐应用在光纤陀螺制造中。介绍空芯光子带隙光纤的性能特点,尤其是相比常规硅芯光纤的优势;空芯光子带隙光纤的技术发展潜力;展望其在光纤陀螺中的应用前景。