【正文】 纖中雙折射軸的方向，產生的效果和轉動波片的偏 振軸方向一樣，因此當線偏振光入射到這樣的一個 4? 延遲器時，通過調節(jié)光纖線圈方向，使出射光變成圓偏振光，這就是一個有 4? 光纖圈組成的偏振控制器。也就是說， 1/4 拍長的保偏光纖和 4? 的波片是等價的，如果能夠保證入射線偏振光和保偏光纖的快、慢軸之間成 45。 一個線偏振光沿保偏光纖傳播時，在出射端，將 1/2 拍長的保偏光纖扭轉90? ，出射光將變成圓偏振光，完成 4? 延遲器的設計。 加入相位調信號后，輸出光強為 : ? ? ??? ? ?211c o s ( ) ( ) ( ) ( ) 4221 c o s ( ) ( ) ( ) ( ) 42ou t ou tm x y y xmx y y xIEI t t t tIt t t t? ? ?? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?(36) 當加入的調制信號為 ( ) ( ) ( ) ( ) c o s( )x y y x m mt t t t t? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? (37) 式中 : m? 為最佳調制深度 。 光電探測器 目前光信號強度直接進行處理還非常的困難，一般都是將光信號轉換成電信號進行處理。在光纖傳感系統(tǒng)中，由于要求對所采用的檢測器具有波長選擇性，因此系統(tǒng)一般都會采用光電器件。通過對該信號進行光電轉換，放大處理，再解調出需要的電流信號的信息。因為處理的信號含有多次諧波并且信號的幅度很小，處理相對很困難。 圖 42信號處理總體方案 畢業(yè)設計（論文） 28 傳感器輸出信號經過光電探測器進行轉換后，光強信號轉換成電流信號，此時的信號還非常的微弱，因此需要經過前置放大。此時只需要檢測出直流分量的大小就得到需要的信息。 光電轉換和前置放大電路 反射式光纖電流傳感器的輸出信號是光強信號，而現(xiàn)在直接對光強信號進 行處理還比較困難，因此需經過光電轉換將光信號轉換為電信號，再經 前置放大來獲得 便于后期處理的信號。再經過放大電路將微弱的電流信號放大。所以利用“虛畢業(yè)設計（論文） 30 短 ” 、“虛斷 ” ， InGaAsP 取管產生的電流信號 mI? ‘流過反饋電阻 Rl，則集成運算放大器 oP071的輸出電壓 u，為 : 15mU I R?? ，由此，可以看出，電流信號轉變?yōu)榕c之成比例的電壓信號 u:，在經過由集成運算放大器 OP072 組成的電壓放大 器，可以將前面的到的電壓信號 U，放大，并可以調整到需要的電壓范圍。若能使用一種方法使得一次諧波分量轉化為直流分量，就可以直接使用低通濾波器將需要的信號提取出來。 由此可見，經過相關處理后，原來頻率為 m? 腳的信號的頻率遷移到頻率為 0 和 2 m? ，處，頻譜遷移后形狀不變，幅值為 12sVV，如圖 45所示。一次諧波分量遷移至 0 和 2 m? 處 。 低通濾波器設計 濾波技術是信號處理中常采用的一種方法之一，它能克服噪聲的不利影響，提高信號的信噪比等等。 無源濾波器 :僅由無源元件 (R、 L和 C)組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化的原理構成的。這類濾波器的優(yōu)點是 :通帶內的信號不僅沒有能量損耗，而且還可以放大，負載效應不明顯，多級相聯(lián)時相互影響很小，利用級聯(lián)的簡單方法很容易構成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽 (由于不使用電感元件 )。高通濾波器 :它允許信號中的高頻分量通過，抑制低頻或直流分量 。為了減少其他分量的影響，得到更好的濾波效果，希望有更窄的帶寬，更陡峭的邊緣，普通一階濾波器不能滿足本設計的要求。 畢業(yè)設計（論文） 36 圖 48由 2個二次濾波器串聯(lián)成的 4階巴特沃茲濾波器 本文設計的 4階巴 特沃茲濾波器電路圖如下圖 所示 圖 49 4階巴特沃茲濾波器電路圖 直流信號以及各次諧波分量輸入濾波器，經兩次濾波后去除其他分量，輸出直流分量，以供數(shù)字處理器采集使用。 畢業(yè)設計（論文） 38 第五章 結論 電流是電力系統(tǒng)的基本參數(shù)，對其的測 量是電力系統(tǒng)的基本且重要的任務。對反射式光纖電流傳感器系統(tǒng)的光源、光電 探測器、相位延遲器、相位調制器等各個部件進行了詳細的分析，選擇或設計出適合于反射式光纖電流傳感器的器件。 由于作者能力和水平有限，本論文也存在不足的地方，還有很多后期工作需要進一步深入研究。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ 還要 感謝 xxxxxxxx等 同學，是你們在我平時設計中和我一起探討問題，并指出我設計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設計順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結稿，在此表示深深的謝意 ！ 最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參畢業(yè)設計（論文） 42 與本人論文答辯的各位老師表示感謝 ！ 。在學習中 ,老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學術思維、精 益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，導師 的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。對信號進行了光電轉換和前置放大，然后使用相關檢測技術，將一次諧波的幅值轉變成直流信號。光纖電流傳感器以其優(yōu)良的絕緣性、抗電磁干擾性、測量頻帶寬、適合數(shù)字化信號處理等優(yōu)點，受到廣泛的關注。對信號進行了光電轉換和前置放大，然后使用相關檢測技術，將一次諧波的幅值轉變成直流信號。一般的二次的巴特沃茲濾波器的傳遞函數(shù)為 : ? ? 211xxH jwjb ????????? ???? (410) 式 (410)中， b為巴特沃茲濾波器常數(shù)。帶阻濾波器 :它抑制一定頻段內的信號，允許該頻段以外的信號通過。 按照所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種，如圖 46。缺點是 :通帶內的信號有能量損耗，負載效應比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應，當電感 L 較大時濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。濾波器按照信號形式的不同可以分為 :模擬濾波器和數(shù)字濾波器 。三次諧波分量遷移 2 m?和 4 m? 處??依次類推，可以得到經過乘法器后的信號的頻譜分布。(b)遷移后的頻譜圖 經過乘法器后的信號再經過低通濾波器，將和頻信號濾除掉，只輸出差頻分量，輸出的信號為 : 畢業(yè)設計（論文） 33 ? ? ? ?0 1 c o s2 sru t V V ?? （ 47） 輸出信號 ??0ut與被測量信號和參考信號相位差的余弦函數(shù)成正比。低通濾波器的頻帶可以做得很窄，而且其頻帶寬度不受調制頻率的影響，穩(wěn)定性也遠遠優(yōu)于帶通濾波器，因此本文的信號處理采用相關檢測技術。 相關檢測技術 由一前面的分析，可知 :光電流信號到電壓信號的轉化為線性的，電壓信號是 ? ?cos mt? 的多次諧波的形式出現(xiàn)，輸出電壓信號可以表示為 : ? ? ? ? ? ?0 c o s c o s 2 c o s 3 .. .m m mu u a t b t c t? ? ?? ? ? ? （ 43） 該信號可以通過帶通濾波器得到 ? ?cos mt? 項，即輸出電壓的一次諧波分量。而理想的運算放大器正、負輸入端正好有“虛短” (即兩端輸入端之間電壓差為零），此時 InGaAsPIN 的輸出特性最好，這也就是選擇運輸放大器來放大 InGaAsP 取的輸出信號的原因。圖 43 就是本文設計的采用了 InGaAsPIN 光電二極管的光電檢測和前置放大電路。應用相關處理，不僅可以將一次諧波變 為直流分量，而且還可以對信號進行放大。提取一次諧波分量時，使用相關技術，通過使用一個與一次諧波同頻率和同相位的相關信號與前置放大后的信號進行相關，使得一次諧波的幅值和相關后的直流分量有關。這種方法中有兩次專門設計的放大，兩次濾波，并且通過了濾波后的信號還是交流信號，還需進一步的處理來提取幅值，顯得較為復雜。由第二章的分析可以知道 :輸出信號中一次諧波分量 cos( )mt? 的幅值為 : 1 ( ) s i n( 4 )mmA I J ??? （ 41） 當相位調制器信號的最佳調制深度 m? 確定以后，一階貝塞爾函數(shù) 1 mJ? 為常數(shù)，若能從輸出電信號中得到 A 的值，就可以求的法拉第轉角 ? 值。 本章小結 本章綜合考慮反射式光纖電流傳感器的特性和應用的環(huán)境等因素，針對性的對反射式光纖電流傳感器系統(tǒng)的光源、光電探測器、相位延遲器、相位調制器等各個部件進行了詳細的設計，完成了反射式光 纖電流傳感器器件的選擇。 現(xiàn)在的光探測器主要分為兩種 :一種是以吸收光子使器件升溫來探測入射光能的熱電器件 。 則輸出光強為 : 畢業(yè)設計（論文） 24 ? ? ? ? ? ?? ??202100211 c o s( 4 ) c o s c o s( ) si n ( 4 ) c o s c o s( )21 ( 1 ) ( ) c o s( 2 ) c o s( 4 )22 ( 1 ) ( ) c o s ( 2 1 ) si n ( 4 )1 ( ) 2 ( ) c o s( 2 ) c o s( 4 ) ...22 ( ) c o s( ) si n ( 4ino u t m m m mninn n m mnnn m mninm m mmmII t tIJ n tJ n tIJ J tJt? ? ? ?? ? ???????????? ? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ?????3) 2 ( ) c o s(3 ) si n ( 4 ) ...mmJt? ? ?? ? ?(38) 由此可見， cos( )mt? )的幅值為： 1 ( ) s i n( 4 )in mA I J ??? (39) 則 :當相位調制器信號的最佳調制深度 m? 確定以后，一階 貝塞爾函數(shù)1()mJ ? 為常數(shù)，若能從輸出電信號中得 到 A的值，就可以求得 法拉第轉角 ? 值 在系統(tǒng)中采用的是壓電陶瓷 (PZT)相位調制器，如圖 3..2 所示。若能引入一個非互易的偏置相位，就能提高傳感器的靈敏度。 在反射式光纖電流傳感器中設計的 4? 延遲器采用的方案是 :在保偏光纖的出射端，將一定長度的保偏光纖扭轉一定的角度，實現(xiàn)線偏振光到圓偏振 光的轉換。 雖然通用的偏振控制器使用方便，但是它的結構復雜，成本較高，而且不易與系統(tǒng)集成 。對于彎曲半徑為 R的 N圈線圈，選擇適當?shù)?N 和 R，可以得到 : 畢業(yè)設計（論文） 22 2 NR n m??? ? (34) 根據(jù)式 ()，只要設置好相應的參數(shù)，就可以制作m?的延遲器 。偏振控制器是指能將任意輸入的偏振態(tài)轉變?yōu)槿我馄谕敵銎駪B(tài)的器件。主要是在氣體激光器和半導體激光器中選擇。如表