椭圆芯双模光纤在电压传感器中的应用与研究

文章简要介绍了双模光纤中存在的传输模式,讨论了椭圆芯双模光纤模斑稳定性。建立在光纤中传输模场的基础上,研究了两模间干涉特性和传感特性，指出了远场两瓣光斑的动态变化规律.针对不同的扰动,重点讨论了轴向应变、径向应变和温度变化对模间相位差的影响，分析了基于逆压电效应的双模光纤电压传感器结构和原理,以及信号的获取。     

基于CCD解调的光纤光栅电压传感器

电能质量的好坏直接影响用电设备和电力系统能否正常运行,精确测量电压幅值和频率是分析电能质量的关键。提出了一种基于CCD解调的光纤光栅(FBG)电压传感器,利用压电陶瓷的逆压电效应改变粘贴在压电陶瓷上的FBG波长,采用CCD模块实时解调FBG波长的变化,提取被测电压的幅值和频率信息。理论分析了加载电压与光栅波长变化的关系,搭建了带温度补偿的传感系统,实验研究了传感器的静态、动态特性。实验结果表明,该传感器的线性拟合度为0.995,非线性误差为2.998%,电压灵敏度达到8.47 pm/V,能较好检测正弦电压的频率以及谐波信息,这为在复杂环境评估电能质量提供了参考。     

叠层型压电驱动器技术及实验研究

叠层型压电陶瓷利用逆压电效应可以得到精确的微位移量.介绍了叠层型压电驱动器的性能特性.并基于正交三角放大原理设计了一种微位移放大机构,使其将叠层型压电微位移器的位移量放大.实验结果表明,驱动器各项指标均达到设计要求,证明了设计理论的正确性.     

一种线性测量的光纤电压传感器

本文提出了一种基于马赫-曾德尔干涉原理的光纤电压传感器,可以将电光相位延迟直接转化为干涉条纹的位移,通过定位条纹的位移量得到待测电压。本文实验验证了这一方法的有效性。该光纤电压传感器具有直接线性测量、测量方式与光强无关、测量范围不受晶体半波电压限制、原理简单、容易实现等优点,满足0.5级准确度的要求。     

基于RBF网络的光纤位移传感器温度补偿研究

提出了一种解决光纤位移传感器温度影响的软件补偿方法.该方法基于RBF神经网络理论,将位移传感器和温度传感器的输出进行神经网络处理,基本消除了温度对光纤位移传感器的影响.为存在温度影响的光纤类传感器的实用化设计提供了一种可行途径.实验表明,神经网络处理后光纤位移传感器的温度敏感度系数下降了两个数量级,测量准确度和系统稳定性均得到提高.     

基于多次压电效应理论微动传感器的研究

基于经典压电学理论、电介质物理学理论,利用压电陶瓷体的一次正压电效应可产生电荷、二次逆压电效应可输出微位移的多次压电效应理论,提出一种基于多次压电效应微动传感器研制的方法,将传感器和执行器集成一体,实现传感和微动执行功能。通过理论研究和实验验证,设计了微动传感器的内部连接和外形结构,确定了总体方案。     

基于保偏光纤模间干涉的光学电压互感器

为了满足高压及超高压电网对新型电压互感器的迫切需要,研究了一种基于保偏光纤模间干涉原理的高压电压互感器。用缠绕了保偏光纤的石英晶体圆柱作为电压传感头,被测电压通过石英晶体的逆压电效应来调制保偏光纤中2个低阶线性偏振模间的相位差,进而改变模间干涉输出光强的分布,通过探测模间干涉输出光强实现对被测高电压的测量。系统通过调整压电陶瓷的驱动电压使得模间干涉静态相位差为正交状态,并采取引入参考光路的方案剔除光源强度波动对测量精度的影响。实验研究结果表明,该互感器在额定被测电压附近能够达到0.2%的测量精度,能够同时反映被测高压的幅值和相位信息,满足高压测量领域对暂态变化的测量要求。     

汽轮机动静间隙测量用光纤位移传感器的研制

研制一种新型反射式高温光纤位移传感器 ,采用光强调制和反馈补偿技术 ,实现汽轮机启动运行中动静间隙的测量     

利用模间干涉原理的电压互感器仿真

为了满足电力工业发展对高压电压互感器的要求,设计一种新型的光纤电压互感器成为国内外的研究热点,故在理论分析光纤内光模场分布特点后用MATLAB仿真研究了光纤的模间干涉现象,给出了理想情况下LP01模和LPe1v1en模之间干涉光强的分布与光纤轴向长度变化之间的关系;在分析了石英晶体的压电特性基础上,提出了一种采用石英晶体逆压电效应和椭圆芯保偏光纤模间干涉原理的电压互感器设计方案,给出了相应的数学模型;通过仿真研究,得到了该方案的线性测量范围及调节方法。该设计方案光路结构简单,抗干扰能力强,是光学电压互感器设计的一种新思路。     

光纤传感器及其应用讲座(六) 第六讲 位移光纤传感器

本讲介绍了光纤位移传感器采用的反射式原理、微弯曲原理及其不同的结构形式。分析了影响准确度的因素,阐述了扩展测量范围的方法,最后给出了应用中的若干例子。     

电阻应变式位移传感器电路设计与实现

超精密平台中使用压电陶瓷驱动器提供位移进给,采用集成应变式位移传感器的驱动器能够减小磁滞与蠕变特性,提高位移控制精度。设计并实现应变式位移传感器位移检测电路,介绍电阻应变式位移传感器位移测量原理;设计位移传感器电路,采用仪表放大器、同相衰减器与低通滤波器电路得到正比于位移变化的电压信号并输出;最后对位移传感器电路进行实验验证。实验结果表明：设计的传感器检测电路的电噪声峰‐峰值为0．390mV,输出电压分辨率小于0．6mV,对应的位移传感器的分辨可达1 nm ,能够有效提高压电陶瓷的精度。     

基于逆压电效应和模间干涉的电压互感器设计

随着现代高压电力输送系统的发展,传统的电磁式和电容分压式互感器已暴露出越来越多的缺点。光学电压互感器具有体积小、重量轻、频带宽、动态范围大、抗电磁干扰以及良好的绝缘性等优点,已经得到人们的广泛重视。通过数值仿真,对椭圆芯保偏光纤模间干涉强度分布与模间相位差之间的关系进行计算分析并给出三维图,在此基础上设计了一种基于石英晶体逆压电效应和椭圆芯保偏光纤模间干涉原理实现的电压互感器。用有限元法对互感器传感头中的电场分布进行仿真计算,分析了金属电极的形状、尺寸等参数对传感头内电场分布的影响,对传感头进行了优化设计。通过试验对设计的电压互感器进行了可行性研究,表明基于该原理的电压互感器具有较好的精度和线性度。     

新型光电式电压互感器研究

本文提出一种应用于500KV的光电式电压互感器。该互感器基于石英晶体的逆压电效应。高压经圆筒电容器分压后加到圆柱状的石英晶体上,晶体的压电形变被缠绕在晶体圆柱表面上的椭圆芯双模光纤传感,由低相干干涉仪对光纤中传播的两个空间模(LP01模和偶数LP11模)的微分光波相位的调制进行检测。该互感器除电容分压、石英晶体外,是一个全光纤的解决方案,没有准直仪、偏振片和波片等块状光学元件;进而降低了成本、提高了精度、便于规模化生产。本文给出了电压互感器的系统结构及绝缘设计,研究了互感器的性能,为高压电压互感器的应用提供了理论依据。     

Piezoelectric Energy Harvesting under High Pre-Stressed Cyclic Vibrations

Cymbal transducers have been found as a promising structure for piezoelectric energy harvesting under high force (∼ 100 N) at cyclic conditions (∼ 100–200 Hz). The thicker steel cap enhances the endurance of the ceramic to sustain higher ac loads along with stress amplification. This study reports the performance of the cymbal transducer under ac force of 70 N with a pre-stress load of 67 N at 100 Hz frequency. At this frequency and force level, 52 mW power was generated from a cymbal measured across a 400 kΩ resistor. The ceramic diameter was fixed at 29 mm and various thicknesses were experimented to optimize the performance. The results showed that the PZT ceramic of 1 mm thickness provided the highest power output with 0.4 mm endcap. In order to accommodate such high dynamic pressure the transducer and cap materials were modified and it was found that the higher piezoelectric voltage constant ceramic provided the higher output power. Electrical output power as a function of applied ac stress magnitude was also computed using FEM analysis and the results were found to be functionally coherent with experiment. This study clearly demonstrated the feasibility of using piezoelectric transducers for harvesting energy from high magnitude vibration sources such as automobile.     

Development of Deformable Mirror Composed of Piezoelectric Thin Films for Adaptive Optics

In this paper, we report a piezoelectric deformable mirror composed of piezoelectric thin films for low-voltage adaptive optics (AO). A 2-mum-thick piezoelectric Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT) film was deposited on a Pt-coated silicon-on-insulator (SOI) substrate, and a diaphragm structure of 15 mm in diameter was fabricated by etching a Si handle wafer. A 19-element unimorph actuator array was produced on the PZT films with an Al reflective layer over the backside of the diaphragm. Measurements of the displacement profile using a laser Doppler vibrometer demonstrated that a large displacement of approximately 1 mum was obtained by applying a voltage of 10 V_pp on one actuator. To examine the application feasibility of the deformable mirror to AO, we reproduced low-order Zernike modes by calculating the voltage on each individual electrode using an influence function matrix. The measurements demonstrated that the deformable mirror could produce the Zernike modes up to the seventh term. Considering the low-voltage actuation as well as the capability for miniaturization of the electrode size, deformable mirrors (DMs) actuated by PZT films are desirable for low-cost AO     

Partial Discharge Signal Detection by Piezoelectric Ceramic Sensor and The Signal Processing

Partial discharge (PD) in an insulator or on surface of defective conductor emits acoustic wave transmitting through an air or an insulator. The acoustic wave between 20 kHz and several hundred of kHz can be detected by piezoelectric ceramic sensor that converts the acoustic wave into an electrical signal. Piezoelectric ceramic sensor has either the wide resonant band or the local resonant band depending on the ceramic material or the various combinations of each different component in the manufacturing process. This paper presents the piezoelectric ceramic sensor with 0.95 PZT–0.05 PMNS that yields the piezoelectric properties of high k_p, high Q_m. It has the frequency characteristics of local resonant band, such that it can be applied to PD detection. We have demonstrated the properties of the proposed piezoelectric ceramic sensor by comparing with the conventional electrical PD detector. Quantitative analysis is accomplished by comparing the -q_max from a PD detector and the -v_max from the proposed sensor while -n distributions are the same for both the conventional phase-resolved PD analysis method and the proposed one.     

基于聚偏氟乙烯及射频识别技术的智能压电传感器设计

在分析智能压电材料聚偏氟乙烯的基础上,根据正压电效应的原理,结合现代微电流放大技术及智能射频识别芯片,设计了一款具有多功能的智能压电传感器,并对该传感器进行试验验证。结果表明,它能根据应变的大小输出变化的电压,具有智能化,无线和有线2种数字信号输出,体积小的特点,应用前景广泛。     

动态应变压电传感技术的研究及工程应用

提出了一种通过动态应变的测量进行桥梁低频振动监测的新方法.论述了压电应变传感的原理和理论计算公式,实验研究了不同激振频率下(0.1Hz~40Hz)压电传感元件的动态响应,结果表明其灵敏度高,线性度好,符合桥梁低频振动测量的要求.最后对基于压电应变传感技术的桥梁振动监测进行了仿真研究,验证了该方法的可行性,为工程应用奠定了理论基础.