【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(diào)制器等各個部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，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門設(shè)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(jìn)一步的處理來提取幅值，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，而且還可以對信號進(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 InGaAsPIN 的輸出特性最好，這也就是選擇運(yùn)輸放大器來放大 InGaAsP 取的輸出信號的原因。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，因此本文的信號處理采用相關(guān)檢測技術(shù)。三次諧波分量遷移 2 m?和 4 m? 處??依次類推，可以得到經(jīng)過乘法器后的信號的頻譜分布。缺點是 :通帶內(nèi)的信號有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應(yīng)，當(dāng)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。帶阻濾波器 :它抑制一定頻段內(nèi)的信號，允許該頻段以外的信號通過。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。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。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)，是你們在我平時設(shè)計中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計順利的進(jìn)行下去，沒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間對本文進(jìn)行審閱，評議和參畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 與本人論文答辯的各位老師表示感謝 ！ 。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(diào)制器等各個部件進(jìn)行了詳細(xì)的分析，選擇或設(shè)計出適合于反射式光纖電流傳感器的器件。 畢業(yè)設(shè)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(shè)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(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 :它允許信號中的高頻分量通過，抑制低頻或直流分量 。 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(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提取出來。再經(jīng)過放大電路將微弱的電流信號放大。此時只需要檢測出直流分量的大小就得到需要的信息。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。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。 加入相位調(diào)信號后，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， 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。如圖 所示，當(dāng)光纖在 xy平面內(nèi)受到彎曲時，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（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，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（論文） 20 從表 31 可知，每種光源其特性不同，則其使用場合也不相同。光源發(fā)出的光波長應(yīng)適合要求，以減少在光纖中的能量損失。輸出時 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，然后對現(xiàn)有的光纖電流傳感器及信號處理方案進(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)的分析每個物理過程，然后利用瓊斯矩陣，針對反射式光纖電流傳感器進(jìn)行了理論上的分析計算，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（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，偏轉(zhuǎn)光旋轉(zhuǎn)了 90。當(dāng)光波沿正向和沿反向兩次通過法拉第旋轉(zhuǎn)器時，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，稱之為非互易旋光性。 畢業(yè)設(shè)計（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)體周圍，利用光纖的偏振特性，通過測量光纖中的法拉第旋轉(zhuǎn)角間接的測量出通電導(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 為 畢業(yè)設(shè)計（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，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，理論和實驗表明，對光檢測器起作用的是電矢量而不是磁矢量，所以只需考慮電場的作用，因此用電矢量來表示光矢量。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。 但是，國內(nèi)的研究工作還是主要集中在原理性實驗性樣機(jī)的實現(xiàn)上，一般是從檢測方案、信號處理方面來進(jìn)行研究，還沒有觸及到如何保持光纖傳感頭性能的環(huán)境穩(wěn)定性問題上，在全光纖電流傳感器的研究上落后于國外回。 2021 年 5月 12號， Nxtphase 公司在英國的 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 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：能夠提供從三個高壓測量 VCT、三個低壓測量 CT 和三個保護(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為結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、形狀隨意等優(yōu)點，它一被提出，就成了研究者們追求的目標(biāo)。國外早在 60年代就已經(jīng)開始對光纖電流傳感器進(jìn)行研究了，到現(xiàn)在從事光纖電流傳感器研究的單位有：美國國家標(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由光來傳輸，具有抗電磁干擾性，這樣測量精度也能增大。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)千家萬戶，深入到軍事和民用的各個方面。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（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)。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。s output, signal processing circuits including photoelectric translating circuit, preamplifier, correlation detector, lowpass filter and ARIvI processor have been designed. The fundamental wave