【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 隨著電壓和電流等級的提高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器不能滿足測量的要求，光纖電流傳感器以其特有的優(yōu)勢，受到廣泛的關(guān)注。 本文對國內(nèi)外的光纖電流傳感器的研究狀況進(jìn)行了綜合的概述，針對現(xiàn)行光纖電流傳感器的不足，改進(jìn)了相位調(diào)制型光纖電流傳感器，利用 Jones 矩陣分析法建立了反射式光纖電流傳感器的理論模型。并針對反射式光纖電流傳感器進(jìn)行了器件的選擇。 根據(jù)傳感器的輸出信號的特點(diǎn)，設(shè)計了信號處理電路。對信號進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換和前置放大，然后使用相關(guān)檢測技術(shù)，將一次諧波的幅值轉(zhuǎn)變成直流信號。然后設(shè)計低通濾波器分離直流 信號，最后設(shè)計了處理器電路完成信號的 AD轉(zhuǎn)換，用于信號的數(shù)字處理和輸出顯示。 關(guān)鍵詞 :光纖電流傳感器，法拉第效應(yīng)，相關(guān)檢測，信號仿真 畢業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT As the increase of the current and voltage， the traditional electromagic current transformer could not satisfy the requirements of the measurement. The fiberoPtic current sensor was investigated for its unique advantages. The research achievements of the fiberoptic current sensor have been summarized in the paper. The reflective fiberoPtic current sensor has been designed basing on the Phase modulated type fiberoptic current sensor. The theory current sensor has been established using Jones matrix devices have been chose model of the reflective fiberoptic analyzing method and the proper device have been chose. According to the characteristics of the sensor39。s output, signal processing circuits including photoelectric translating circuit, preamplifier, correlation detector, lowpass filter and ARIvI processor have been designed. The fundamental wave was changed into directcurrent ponent through correlation detector, and then the directcurrent ponent was separated by lowpass filter. At last, the AD conversion was pleted by ARM processor to do signal processing and output display. The simulation mode was established in the Matlab environment. The 畢業(yè)設(shè)計（論文） III simulation analysis as well as the noise analysis was carried out. Finally, the analysis of the relationship between sensor39。s input and output was analyzed by using functionfitting method. The fitting coefficients and error were given and quadratic or quartic curve fitting was proposed. KEYWORDS: fiberoptic sensor, Faraday effect, correlation detection, signal simulation 畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 前 言 作為信息時代的今天，傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)在產(chǎn)業(yè)信息中起著非常重要的作用，成為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱，分別承擔(dān)著信息的采集、傳輸、處理和儲存等任務(wù)。其中傳感器作為采集信息的部件，占有非常重要的地位。傳感技術(shù)已成為現(xiàn)代技術(shù)競爭的核心技術(shù)之一，它引起了世界各國的廣泛關(guān)注和重視 ，將其列為各國重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。 根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（ ） (傳感器通用術(shù)語 )，傳感器的定義是：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維以及光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，他已廣為載體，光纖為媒介，感知和傳輸外界信號的新型傳感技術(shù)。光纖傳感器相比于其他類型的傳感器而言有很多優(yōu)點(diǎn)，如：電絕緣性、抗電磁干擾、抗腐蝕性等，受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。從光纖傳感器問世以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展 ，現(xiàn)在的光纖傳感器已經(jīng)應(yīng)用用到測量電流、電壓、商業(yè)、 醫(yī)學(xué) 、工業(yè)控制各個領(lǐng)域。作為一種新型傳感器，光纖傳感器將隨著技術(shù)信息的發(fā)展，與光通信一起走進(jìn)千家萬戶，深入到軍事和民用的各個方面。 畢業(yè)設(shè)計（論文） V 目錄 第一章 緒 論 ....................................................... 1 光纖電流傳感器研究背景及意義 ............................... 1 .................................... 2 國外發(fā)展情況 .......................................... 3 .......................................... 4 內(nèi)容 ............................................ 5 第二章 反射式光纖電流傳感器模型建立 ............................... 7 .................................... 7 ................................................ 7 效應(yīng) ........................................... 9 ..................................... 11 ............................. 11 ................................. 12 ............................... 13 ............................................. 14 ..................... 15 畢業(yè)設(shè)計（論文） VI ................................................... 17 第三章 反射式光纖電流傳感器設(shè)計 .................................. 18 ....................................................... 18 4? 延遲器的設(shè)計 ............................................ 20 ................................................. 23 ................................................. 25 ................................................... 25 第四章 信號處理電路設(shè)計 ........................................... 26 ........................................... 26 ..................................... 28 ............................................. 33 ................................................... 37 第 五 章 結(jié)論 ....................................................... 38 參考文獻(xiàn) .......................................................... 39 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒 論 光纖電流傳感器研究背景及意義 電流是電力系統(tǒng)主要參 數(shù)之一，對電流的測量是基本而且非常重要的任務(wù)，根據(jù)測量的結(jié)果，可以為電力系統(tǒng)提供用于計量、控制和繼電保護(hù)等所必需的信息，因此對測量工具有很高的要求，如必須具備很高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性?，F(xiàn)在對電流的測量主要采用的是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的電流互感器，這種傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式電流互感器在應(yīng)用過程中，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，它的各種技術(shù)性能、指標(biāo)均還保持著一定的優(yōu)勢，同時電磁感應(yīng)原理簡單，可靠性高，不易損壞，上述這些優(yōu)點(diǎn)，是其的已普遍應(yīng)用的原因之一。但是由于電磁式電流互感器結(jié)構(gòu)原理的特性，使得它存在以下幾個致命缺點(diǎn)：（ 1）存 在絕緣問題，沖油的電磁式電流互感器使用在高壓環(huán)境時，有可能發(fā)生絕緣擊穿，從而引起對地斷路或者突然爆炸的危險；（ 2）出現(xiàn)磁飽和的問題，電流互感器鐵芯在被測量電流異常增大的時候，將出現(xiàn)磁飽和，這嚴(yán)重的影響了電流互感器的測量精確度；（ 3）存在電磁干擾問題，在高壓環(huán)境中，電磁式電流互感器信號通過導(dǎo)線傳輸時將受到嚴(yán)重的電磁干擾，影響測量準(zhǔn)確度；（ 4）成本問題，電磁式電流互感器的成本隨著被測量電流等級的增大，成指數(shù)增加這些電磁式電流互感器的缺點(diǎn)是由其基本結(jié)構(gòu)造成的，是無法改變的。因此，在這種情況下研究新型的電流傳感器， 光纖電流傳感器就孕育而生了。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 光纖電流傳感器真是為了克服電磁式電流傳感器的缺點(diǎn)而研制的，自七十年代為史以來，受到各國廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)電磁式電流互感器相比，光纖電流傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）絕緣性能非常好，從材料來說，光纖電流傳感器所用的材料主要是石英光纖，它自身就是很好的絕緣體 。（ 2） 光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)中不含鐵芯，因此不存在飽和、鐵磁諧振等問題，測量準(zhǔn)確度得到提高。（ 3）抗電磁干擾能力強(qiáng)，光纖電流傳感器的信號由光來傳輸，具有抗電磁干擾性，這樣測量精度也能增大。（ 4）光纖電流傳感器的低壓側(cè)不會有因開路而產(chǎn) 生的高壓危險，從而消除了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器易燃易爆的問題。 (5) 光纖電流傳感器的體積小，重量輕，光纖電流傳感器的傳