特种螺旋双折射保椭圆光纤及其在电流传感器中的应用

发布时间：2020-07-07 04:51

【摘要】：全光纤电流传感器是一种可应用于电力等多个行业的用于测量电流的装置,它的原理基于法拉第效应和光纤技术,其更安全、更轻便、无磁饱和,而且输出为数字信号等特点,与传统的电磁式电流互感器相比,有着巨大的优势,是下一代智能电网的核心设备。本文从背景出发,首先介绍了法拉第效应的本质,阐述了基于光的偏振态以及旋光效应的光纤电流传感器原理,同时阐述了传统窄带波片的制作工艺困难。鉴于传统波片的问题,引入了基于耦合模理论的新型宽带波片,较传统窄带波片有对波长不敏感,受温度影响小,生产重复性好等诸多优势。但新型波片由于其自身长度远长于传统窄带波片,且其自身也具有传感效应,影响了传感光纤的闭环结构,使得电流测量值受被测导体位置或者外部磁场的变化而产生微小的变化。在此背景下,本文提出了两种不同的结构来优化传感光纤环的抗干扰性能,在实际的使用中都取得了理想的效果。对于传感光纤而言,最重要的性能是温度特性,同时温度特性也是光纤电流传感器较传统电磁式电流传感器较为弱势的方面,本文分析了不同的螺距对与传感光纤的温度特性的影响,也分析了光纤结构对温度特性的影响,并使用包括PANDA光纤、椭圆芯光纤、保偏微结构光纤在内的几种光纤进行了温度特性实验做相关对比。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253;TP212
【图文】：

螺距,拍长,物理干扰,保偏光纤

特种螺旋双折射保椭圆光纤及其在电流传感器中的应用此我们希望在保证光纤偏振保持能力的前提下，得出结论，的最小实用值接近，当继续减小在的情况下，灵敏度的值约为 0.8，对应择螺距时，会优先选择接近的值。的实验如图 4.1 所示，(a)为，(b)为偏振态在庞加莱球面上的投影在扰动之下并没有螺距下可以看到在扰动下球面上的投影发生了变化普通光纤在同样的条件下的输出光的偏振态在球面S

光子晶体,椭圆,拍长,螺距

特种螺旋双折射保椭圆光纤及其在电流传感器中的应用(c)图 4.3 传感光纤的温度特性(a) 螺距约等于两倍原始拍长; (b) 螺距约等于原始拍长; (c) 螺距约等于 0.5 倍原始拍长perature characteristics of sensing fibers (a) pitch around 2 times original beat length (b) pitch around obeat length (c) pitch around half original beat length纤的结构对温度特性的影响

电流传感器,国家电网,高压研究,电流传感

图 5.1 基于特种电流传感光纤的电流传感器的不同应用Fig.5.1 Different applications of FOCS based on special current sensing fiber基于特种传感光纤的电流传感器已经开始应用于各个行业，如图 5.1 所示，(a)为在国家电网±800kV的直流换流站中的支柱式应用，(b)为武汉高压研究所的 GIS罐体上的柔性缠绕应用，(c)为电解铝行业的超大电流应用。近年来光纤电流传感器的研究取得了可喜的进展，但巨大的市场依然充满挑战，在使电流传感器实用化、产品化之后，仍需要投入大量的精力提高产量及成品率，以及研发更多的形态以应用到更多的行业和领域中去，光纤的轻便、安全定会在各行各业大放异彩。

【参考文献】