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利用光环路镜作为反射元件的全光纤电流传感器

作　者: 蓝善发
导　师: 王智
学　校: 北京交通大学
专　业: 光学
关键词: 全光纤电流传感器非线性光环路镜斯托克斯矢量高速偏振态检测
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 15次
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内容摘要

随着现代社会的建设和发展,各行各业对电力系统提出越来越高的要求,传统电磁互感式电流传感器因体积大、成本高、绝缘困难、存在安全隐患等缺点已经无法实现对超高压、超大电流进行检测的目的。光纤电流传感器是一种区别于传统电磁互感式电流传感器的新型传感器,其特点和优势在于电绝缘性、抗电磁干扰、抗腐蚀性、装置简便且灵敏。在分析了各类光纤电流传感器的方案原理及优缺点后,本文设计了一种全新的利用非线性光环路镜作为反射元件、基于检测输出光偏振态变化的反射式全光纤电流传感器。基于这种设计,文章详细推导出了光偏振态的斯托克斯矢量与电流的关系式,并阐述了高速偏振态检测方法。为了实现传感器各类指标,本文制作了所需的实验部件,包括函数信号光源、保偏光路、高速偏振态检测系统等,并分别进行了测试。在得到满意的测试结果后,搭建了传感器实验平台,加载0-200A的50Hz工频交流电对传感器进行实验。通过实验发现,测试结果与理论预测相吻合,显示出了较高的测量精确性,证明了该传感结构和实验方案的可行性。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-14
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外发展和研究现状  11-12
  1.3 论文的主要研究内容  12-14
2 光纤电流传感器模型建立  14-21
  2.1 光纤电流传感器相关理论基础  14-21
    2.1.1 法拉第效应  14-15
    2.1.2 光的偏振描述  15-18
    2.1.3 偏振态的演化矩阵  18-19
    2.1.4 光环路镜理论及对偏振态的影响  19-21
3 全光纤电流传感器设计方案  21-27
  3.1 三种主流设计方案  21-23
    3.1.1 透射式传感  21-22
    3.1.2 反射式传感  22-23
    3.1.3 Sagnac干涉式传感  23
  3.2 利用非线性光环路镜作为反射的全光纤电流传感器  23-25
  3.3 偏振态检测原理  25-27
4 实验器材  27-39
  4.1 光源  27-33
    4.1.1 中心波长稳定性测试  28-29
    4.1.2 光源功率范围测试  29-31
    4.1.3 正弦、三角信号测试  31-33
  4.2 高速偏振态检测系统  33-35
  4.3 保偏光路  35-38
  4.4 其他实验器件  38-39
5 传感器实验  39-45
  5.1 高速偏振态检测系统校准及带宽性能测试  39-41
    5.1.1 系统校准  39-40
    5.1.2 带宽测试  40-41
  5.2 利用非线性光环路镜作为反射元件的全光纤电流传感器实验  41-45
6 误差分析与总结  45-47
  6.1 误差分析  45-46
    6.1.1 线性双折射的影响  45
    6.1.2 费尔德常数的影响  45-46
  6.2 总结和展望  46-47
参考文献  47-48
作者简历  48-50
学位论文数据集  50

利用光环路镜作为反射元件的全光纤电流传感器

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