【正文】 T)相位調(diào)制器，如圖 3..2 所示。 本章小結(jié) 本章綜合考慮反射式光纖電流傳感器的特性和應(yīng)用的環(huán)境等因素，針對(duì)性的對(duì)反射式光纖電流傳感器系統(tǒng)的光源、光電探測(cè)器、相位延遲器、相位調(diào)制器等各個(gè)部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，完成了反射式光 纖電流傳感器器件的選擇。這種方法中有兩次專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的放大，兩次濾波，并且通過(guò)了濾波后的信號(hào)還是交流信號(hào)，還需進(jìn)一步的處理來(lái)提取幅值，顯得較為復(fù)雜。應(yīng)用相關(guān)處理，不僅可以將一次諧波變 為直流分量，而且還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。而理想的運(yùn)算放大器正、負(fù)輸入端正好有“虛短” (即兩端輸入端之間電壓差為零），此時(shí) InGaAsPIN 的輸出特性最好，這也就是選擇運(yùn)輸放大器來(lái)放大 InGaAsP 取的輸出信號(hào)的原因。低通濾波器的頻帶可以做得很窄，而且其頻帶寬度不受調(diào)制頻率的影響，穩(wěn)定性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于帶通濾波器，因此本文的信號(hào)處理采用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)。三次諧波分量遷移 2 m?和 4 m? 處??依次類(lèi)推，可以得到經(jīng)過(guò)乘法器后的信號(hào)的頻譜分布。缺點(diǎn)是 :通帶內(nèi)的信號(hào)有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時(shí)容易引起電磁感應(yīng)，當(dāng)電感 L 較大時(shí)濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。帶阻濾波器 :它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換和前置放大，然后使用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)，將一次諧波的幅值轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換和前置放大，然后使用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)，將一次諧波的幅值轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)。在此，謹(jǐn)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(xué)，是你們?cè)谖移綍r(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問(wèn)題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒(méi)有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意 ！ 最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 與本人論文答辯的各位老師表示感謝 ！ 。對(duì)反射式光纖電流傳感器系統(tǒng)的光源、光電 探測(cè)器、相位延遲器、相位調(diào)制器等各個(gè)部件進(jìn)行了詳細(xì)的分析，選擇或設(shè)計(jì)出適合于反射式光纖電流傳感器的器件。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 48由 2個(gè)二次濾波器串聯(lián)成的 4階巴特沃茲濾波器 本文設(shè)計(jì)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(hào)以及各次諧波分量輸入濾波器，經(jīng)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。高通濾波器 :它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量 。 無(wú)源濾波器 :僅由無(wú)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(gòu)成的。一次諧波分量遷移至 0 和 2 m? 處 。若能使用一種方法使得一次諧波分量轉(zhuǎn)化為直流分量，就可以直接使用低通濾波器將需要的信號(hào)提取出來(lái)。再經(jīng)過(guò)放大電路將微弱的電流信號(hào)放大。此時(shí)只需要檢測(cè)出直流分量的大小就得到需要的信息。因?yàn)樘幚淼男盘?hào)含有多次諧波并且信號(hào)的幅度很小，處理相對(duì)很困難。在光纖傳感系統(tǒng)中，由于要求對(duì)所采用的檢測(cè)器具有波長(zhǎng)選擇性，因此系統(tǒng)一般都會(huì)采用光電器件。 加入相位調(diào)信號(hào)后，輸出光強(qiáng)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(dāng)加入的調(diào)制信號(hào)為 ( ) ( ) ( ) ( ) c o s( )x y y x m mt t t t t? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? (37) 式中 : m? 為最佳調(diào)制深度 。也就是說(shuō)， 1/4 拍長(zhǎng)的保偏光纖和 4? 的波片是等價(jià)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。如圖 所示，當(dāng)光纖在 xy平面內(nèi)受到彎曲時(shí)，由于應(yīng) 力的作用，光纖中 x 軸和 y 軸方向 (y 軸垂直于圖面向外 )的折射率發(fā)生變化，其變畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 化量為： 圖 31光纖彎曲的雙折射效應(yīng) 2311 122311 11 12( 2 )4()4xynan p pRnan p p pR?????? ? ???????? ? ? ????? (31)、 (32) 式中， ? 為光纖半徑， R 為光纖彎曲的曲率半徑， ijp 為光纖材料的彈光張量， ? 為泊松比。在能量輸運(yùn)中，提高大功率準(zhǔn)直光源 DFB 半導(dǎo)體激光器 在能量輸運(yùn)中，提高大功率準(zhǔn)直光源在高速調(diào)制下有單縱模輸出，為動(dòng)態(tài)單縱模激光器 量子阱半導(dǎo)體激光器 用超薄膜 (20nm)形成有緣層，能呈現(xiàn)量量子效應(yīng)的異 質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器 Nd:YAG 晶體光纖激光器 未來(lái)的光纖系統(tǒng)的理想光源 光纖激光器 摻稀土的光纖，在外部泵浦時(shí)，表現(xiàn)為可調(diào)激光行為 氦氖氣體激光器 (HeNe) 頻率穩(wěn)定性允許數(shù)米的光程差 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 從表 31 可知，每種光源其特性不同，則其使用場(chǎng)合也不相同。光源發(fā)出的光波長(zhǎng)應(yīng)適合要求，以減少在光纖中的能量損失。輸出時(shí) 2路光的相位差為 : ( 1 ) ( ) ( 1 ) ( )x y y xtt??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? (221) 本章小結(jié) 本章首先對(duì)光纖電流傳感器的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了全面的分析，然后對(duì)現(xiàn)有的光纖電流傳感器及信號(hào)處理方案進(jìn)行了深入研究，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了相位調(diào)制型光纖電流傳感器，設(shè)計(jì)了反射式光纖電流傳感器模型，提高了光纖電流傳感器的靈敏度，并從偏振態(tài)的角度詳細(xì)的分析每個(gè)物理過(guò)程，然后利用瓊斯矩陣，針對(duì)反射式光纖電流傳感器進(jìn)行了理論上的分析計(jì)算，得出了反射式電流傳感器的數(shù)學(xué)模型。 圖 23反射式全光纖電流傳感器的基本結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 反射結(jié)構(gòu)的返回光波在經(jīng)反射鏡返回至線圈時(shí)，偏轉(zhuǎn)光旋轉(zhuǎn)了 90。當(dāng)光波沿正向和沿反向兩次通過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器時(shí)，其偏振方向旋轉(zhuǎn)角將是迭加而不是抵消，此即法拉第效應(yīng)的旋向不可逆性，稱(chēng)之為非互易旋光性。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 全光型電流傳感器 全光型電流傳感器 (AFOCS)是將光纖纏繞在通電導(dǎo)體周?chē)?，利用光纖的偏振特性，通過(guò)測(cè)量光纖中的法拉第旋轉(zhuǎn)角間接的測(cè)量出通電導(dǎo)體中電流的大小，它的傳光與傳感部分均采用光纖，是典型的功能型光學(xué)電流傳感器?，F(xiàn)有的光纖電流傳感器按照它的傳感 頭的不同，可以分為全光型光纖電流傳感器、塊狀玻璃型光纖電流傳感器和混合型光纖電流傳感器。 式 ()可以改寫(xiě) 為 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2 ( ) / 2 2 ( ) / 2 2 ( ) / 20 112 l r l r i ri n n l i n n l i n n lout EE e e eii? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ??? ??? ? ? ??? ? ? ??? (212) 當(dāng) 2 ( ) ( )22 ( ) ( )2l r l rl r l rn n l n n ln n l n n l?????????????????? (213) 則將 ? 、 ? 代入式（ ）并化簡(jiǎn)得 0c ossi nioutE E e? ??? ??? ???? (214) 由式（ ）可知 出射光仍然為線偏振光，只是偏振角旋轉(zhuǎn)了 0? 而又法拉第效應(yīng)可知：旋轉(zhuǎn)角 ? 與外磁場(chǎng)符合以下關(guān)系 LV H dl? ??? (215) 其中 V 為費(fèi)爾德 (Verdet)常數(shù)，它的大小受光源波長(zhǎng)和環(huán)境溫度的影響 。 設(shè)光波沿 z軸傳播，則光矢量必然在垂直于 z軸的 xy平面上振動(dòng)，則光波可以表示為 : 00c o s ( )EE ???? (21) 式中 : 0,t kz? ? ??? 為初相位。當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時(shí)，理論和實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)光檢測(cè)器起作用的是電矢量而不是磁矢量，所以只需考慮電場(chǎng)的作用，因此用電矢量來(lái)表示光矢量。對(duì)信號(hào)進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換和前置放大，然后使用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)，將一次諧波的幅值轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)。 但是，國(guó)內(nèi)的研究工作還是主要集中在原理性實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)的實(shí)現(xiàn)上，一般是從檢測(cè)方案、信號(hào)處理方面來(lái)進(jìn)行研究，還沒(méi)有觸及到如何保持光纖傳感頭性能的環(huán)境穩(wěn)定性問(wèn)題上，在全光纖電流傳感器的研究上落后于國(guó)外回。 2021 年 5月 12號(hào)， Nxtphase 公司在英國(guó)的 lngledow 變電站安裝了額定電壓為 230kv 的三相式傳感器，第二年 10 月 29 日該公司又在 Rolls Royce 燃?xì)廨啺l(fā)電站安裝了一個(gè) 138kv 的三相試制系統(tǒng)，改三相 NXVCT 系統(tǒng)的光學(xué)器件性能與傳統(tǒng)設(shè)備的性能相比：能夠提供從三個(gè)高壓測(cè)量 VCT、三個(gè)低壓測(cè)量 CT 和三個(gè)保護(hù) CT 接受的所有信息。人們發(fā)現(xiàn)：全光型光纖電流傳感器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、形狀隨意等優(yōu)點(diǎn)，它一被提出，就成了研究者們追求的目標(biāo)。國(guó)外早在 60年代就已經(jīng)開(kāi)始對(duì)光纖電流傳感器進(jìn)行研究了，到現(xiàn)在從事光纖電流傳感器研究的單位有：美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所。（ 3）抗電磁干擾能力強(qiáng)，光纖電流傳感器的信號(hào)由光來(lái)傳輸，具有抗電磁干擾性，這樣測(cè)量精度也能增大。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(wàn)戶(hù)，深入到軍事和民用的各個(gè)方面。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(jì)（論文） IV 前 言 作為信息時(shí)代的今天，傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)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(chǔ)存等任務(wù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 隨著電壓和電流等級(jí)的提高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器不能滿(mǎn)足測(cè)量的要求，光纖電流傳感器以其特有的優(yōu)勢(shì)，受到廣泛的關(guān)注。s output, signal processing circuits including photoelectric translating circuit, preamplifier, correlation detector, lowpass filter and ARIvI processor have been designed. The fundamental wave