【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 參考文獻(xiàn) 【 1】 朱蘊璞，孔德仁，王芳 .傳感器原理及應(yīng)用 .北京 :國防工業(yè)出版社， 2021 【 2】 張 洪潤 .傳感器技術(shù)大全 (上冊 ).北京 :北京航天航空大學(xué)出版社， 2021 【 3】焦斌亮 .Sagnac 干涉型光纖電流傳感器研究 .河北省 :燕山大學(xué)， 2021 【 4】王鵬，羅承沐，李成榕等 .新型組合式電壓電流傳感器的研究 .高電壓技 術(shù)， 2021， 25(120):61 一 63 【 5】鄧隱北，彭曉華 .光纖電流傳感器的工作原理及應(yīng)用 .上海電力 .2021(6) 【 6】劉嘩，王采堂，蘇彥民 .三相光學(xué)電流互感器基礎(chǔ)理論研究 .高電壓技術(shù) .1999， 25(4):84 一 85 【 7】劉嘩，王采堂等 .三相光學(xué)電流互感器的雙折射效應(yīng)研究 .西安 交通大學(xué)學(xué)報 .2021， 34(2):24 一 27 【 8】李莉，張心天 .光纖電流傳感器及其研究現(xiàn)狀 .飛通光電子技術(shù) .2021(6):81 一 85 【 9】郁道銀，談恒英 .工程光學(xué) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 【 10】曲林杰，廖廷彪 .物理光學(xué) .北京 :國防工業(yè)出版社， 1979 【 11】趙勇 .光纖傳感器原理與應(yīng)用技術(shù) .北京 :清華大學(xué)出版社， 2021 【 12】廖延彪 .偏振光學(xué) .北京 :科學(xué)出版社， 2021 【 13】黃海 .全光纖電流傳感器中的信號檢測方案與處理方法及光纖中雙折射畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 效應(yīng)的影響 .安徽教育學(xué)院學(xué)報 .2021， 23(3):31 一 34 【 14】劉彬，張君正，李宇波一種新型光纖電流傳感器的設(shè)計 .計量學(xué)報 .2021，24(1):65 一 68 【 15】劉彬，張秋撣 .一種 3*3 的 Sagnac 光纖高壓電流傳感器的設(shè)計 .光學(xué)技術(shù) .2021， 27(1):126 一 128， 131 【 16】邱永成 .新型全光纖電流傳感器光路結(jié)構(gòu)研究 .成都 :電子科技大學(xué)，2021 【 17】王竹溪，郭敦仁 .特殊函數(shù)概論 .北京 :北京大學(xué)出版社， 2021 【 18】王紀(jì)林，向光輝 .特殊函數(shù)與數(shù)學(xué)物理方程 .上海 :上海交通大學(xué)出版社，1989 【 19】方瑛，徐忠昌 .數(shù)學(xué)物理 方程與特殊函數(shù) .北京 :科學(xué)出版社， 2021 【 20】孫敦艷，光纖電流傳感器的研究， 南京理工大學(xué)， 2021 畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 致謝 在本次論文設(shè)計過程中， xxxxx 老師對該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo) ,使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計。隨著電流和電壓等級的提高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器逐漸暴露出其致命的缺點。本設(shè)計采用的是巴 特沃茲濾波器 (Butterworth)，它比上述的簡單的低通濾波器的特性更好，邊沿更陡峭，而且隨著巴特沃茲濾波器的級數(shù)的增加，特性的截止陡度越趨于理想。缺點是 :通帶范圍受有器件 (如集成運算放大器 )的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場合不適用。濾波技術(shù)的思想是將信號 中的一部分不需要的頻率分量衰減掉，而讓另一部分特定的頻率通過。 圖 45信號處理過程中頻譜遷移圖 (a)原頻譜圖 。光電二極管 InGaAsP 則采用的是短路的接法，因此不必考慮暗電流的影響，則最終得到的電壓信號 signalAMP 的值為 : 660 1 588( 1 ) ( 1 ) mRRU U R I ?? ? ? ? （ 42） 式 (42)就是該光電轉(zhuǎn)換電路的放大公式，到此，完成了光信號到電壓信號的轉(zhuǎn)化并放大，為相關(guān)檢測等后級電路的處理做好了準(zhǔn)備。本設(shè)計中使用光電二極管將 光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，然后再進(jìn)行放大。經(jīng)過前置放大的信 號，包含直流分量以及各次諧波分量，本文處理電路的目的就是檢測出一次諧波分量的幅值。 對于通常的光纖式傳感器的信號，通常需要使用特定光電探測器將其轉(zhuǎn)換為電信號，便于進(jìn)一步的處理。光電轉(zhuǎn)換的好 壞直接影響到后面信號的優(yōu)劣，因此選擇一款好的光電探測器非常的重要。 相位調(diào)制器 由第二章的分析，反射式光纖電流傳感器的輸出光為 2 11( c o s ( 4 ) )22o u t o u t mI E I ?? ? ? (35) 由此可以看出傳感器的輸出是和相位的余弦函數(shù)成有關(guān)，由于 ? 值一般較小，所以傳感器處于最不敏感的區(qū)域。 偏振控制器一般由 4? 和 2? 光纖圈串聯(lián)組成，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)兩光纖圈的角度，可以得到任意的偏振態(tài)。 表 32 DFB激光器的性能參數(shù) 4? 延遲器的設(shè)計 在光纖系統(tǒng)中，相位延遲可以使用光纖偏振控制器來實現(xiàn)。 目前光纖傳感系統(tǒng)中常用的光源主要有 :半導(dǎo)體激光器 LD、半導(dǎo)體發(fā)光二極畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 管 LED、放大自發(fā)輻射 ASE 光源和半導(dǎo)體分布式反饋激光器 DFB 等。其性能的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。 反射式光纖電流傳感器的偏振態(tài)分析 為了更進(jìn)一步的分析反射式光纖電流傳感器的原理，對通過其的光信號的偏振態(tài)的變化進(jìn)行分析，如圖 所示。相位差取決于在傳感區(qū)域的磁場大小。針對這樣的情況，主要有兩中解決方式 :一是改善光纖的固有雙折射，二是設(shè)法增大法拉第轉(zhuǎn)角。 混合型光纖電流傳感器 混合型光纖電流傳感器是利用電磁感應(yīng)原理制作成傳感頭，將其信號通過光纖傳輸?shù)娇刂剖?，這就是混合式電流互感器，既可以解決高壓隔離問題又使系統(tǒng)簡單緊湊。(2)線偏振光行進(jìn)的路線為閉合環(huán)路。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 21法拉第效應(yīng)原理圖 法拉第效應(yīng)的本質(zhì)為磁致圓雙折射 [27]，即圓偏振光經(jīng)過法拉第效應(yīng)后相位發(fā)生變化。圓偏振光是指在傳播過程中，其光矢量的大小不變、方向規(guī)則變化，其端點的軌跡是一個圓。 JoneS 矩陣是研究光的偏振及偏振系統(tǒng)的有效方法。 第二章，首先深入地研究了光纖電流傳感技術(shù)的理論基礎(chǔ)，對現(xiàn)今的光纖電流傳感器以及其信號處理進(jìn)行了深入研究，為了提高敏感度，提出了改進(jìn)方案，即反射式光纖電流傳感器模型，分析了光的偏振變化，并利用 Jones 矩陣分析法對反射式電流傳感器進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。隨著理論技術(shù)的成熟和市場需求的增加，國內(nèi)一些有實力的集團(tuán)和廠家開始和高校合作，共同研制。 90年代起，各國對光纖電流傳感器的研究進(jìn)一步深入。 等人進(jìn)行了超高壓電力電流測量研究，他們采用的是慈光效應(yīng)原理。（ 7）測量的動態(tài)范圍大，可在相當(dāng)寬的電流范圍內(nèi)保持良好的線性特性。 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而研制的，自七十年代為史以來，受到各國廣泛關(guān)注。 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)。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。并針對反射式光纖電流傳感器進(jìn)行了器件的選擇。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，將其列為各國重點發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一?，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，積累了豐富的實踐經(jīng)驗，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，是其的已普遍應(yīng)用的原因之一。 (5) 光纖電流傳感器的體積小，重量輕，光纖電流傳感器的傳感頭，重量小于一公斤。在國內(nèi)，從 80年代起，也開始投入了大量的人力畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 和財力從事光纖電流傳感器的研究開發(fā)，主要是：清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、北方交通大學(xué)、燕山大學(xué)等，并且取得較好成果。在 1979 年成功安裝在發(fā)電站上，開始運行，并獲得成功。Nxtphase 公司計劃在今后將安裝更多的電壓電流傳感器，電壓等級將擴(kuò)展到765kv。對光纖電流傳感器的研究不僅具有重要的科研意義，而且在軍事、工業(yè)應(yīng)用上也非常的重要，隨著光電技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，光纖電流傳感器的應(yīng)用前景將日益廣闊。 最后進(jìn)行了總結(jié)和展望。就偏振性而言，光一般可以分為偏振光、自然光和部分偏振光。 當(dāng) 2 , 0 , 1 , 2 .. .2 mm???? ? ? ? ?時，為左旋圓偏振光 。L 為光束在介質(zhì)中通過的距離。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 22狀玻璃型光纖電流傳感器的傳感頭結(jié)構(gòu) 通過測量線偏 振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角，從而間接的測量電流。但是由于光纖內(nèi)部存在線性雙折射，從而影響測量精度和長期穩(wěn)定性。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 為反射式光纖電流傳感器的基本結(jié)構(gòu)，光源發(fā)出的光經(jīng)單模光纖傳輸后被送至起偏器，成為線偏振光，通過 45 度熔接點分成偏振方向相互 垂直的兩束光，再經(jīng)入 /4 波片入射光轉(zhuǎn)換為兩個旋向相反 (左旋和右旋 )的圓偏振光，進(jìn)入傳感區(qū)域，經(jīng)過一次法拉第效應(yīng)后，到達(dá)反射鏡，發(fā)生反射，它們的偏振態(tài)在反射時發(fā)生了交換，即原左旋光變成了右旋光，原右旋光變成了左旋光。反射結(jié)構(gòu)的兩束干涉光在同一根光纖中傳輸，因此能夠降低外界因素 (如溫度、壓力等 )的干擾，且不受 sganac 效應(yīng)的影響。在第二章中對反射式光纖電流傳感器進(jìn)行了建模。在相當(dāng)多的光纖傳感器中還對光源的相干性有要求。主要是在氣體激光器和半導(dǎo)體激光器中選擇。對于彎曲半徑為 R的 N圈線圈，選擇適當(dāng)?shù)?N 和 R，可以得到 : 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 2 NR n m??? ? (34) 根據(jù)式 ()，只要設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，就可以制作m?的延遲器 。 在反射式光纖電流傳感器中設(shè)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(zhuǎn)一定的角度，實現(xiàn)線偏振光到圓偏振 光的轉(zhuǎn)換。 則輸出光強為 : 畢業(yè)設(shè)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(dāng)相位調(diào)制器信號的最佳調(diào)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(zhuǎn)角 ? 值 在系統(tǒng)中采用的是壓電陶瓷 (PZ