光纤光栅内腔式法布里—珀罗电流传感器研究

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电流互感器作为电力系统中的重要设备,对电力系统的正常运行和电力的精确计量有非常重要的作用。随着电力工业的发展,输变电电压等级不断提高,系统的测量和保护精度要求不断提高,传统的电流传感器已经不能很好的满足电力工业的需要,新型光电式电流互感器替代传统的电磁式电流互感器是必然的趋势。光纤电流传感器是一种集光纤传感技术、光电技术、非线性光学及信号处理技术等多个学科的理论和应用于一体的新型传感器。由于其具有电气绝缘性好,不受电磁场的干扰,无电源,体积小,灵敏度高等固有的特点和优势,将成为传统电流互感器的最具优势的替代品。 本文针对目前电力工业对电流互感器的要求,在详细研究了国内外光纤电流传感器发展现状的基础上,提出了一种新型光纤电流传感器方案。传感头的设计是基于磁致伸缩效应,采用光纤光栅法布里—珀罗(Fabry-Perot)干涉仪结构。通过在一根单模光纤上制作两个参数完全相同的光纤布拉格光栅(FBG)作为Fabry-Perot干涉腔的两个反射镜,构成一个光纤光栅内腔式Fabry-Perot电流传感头。该传感器不仅具有一体化光纤结构的全部优点,而且采用了光强变化频率测量技术,和传统的光强测量技术相比,避免了直接测量模拟信号带来的较大误差,使传感器系统具有较强的抗干扰能力和稳定性。 在光电信号检测方面,本文设计了传感器光电信号处理的电子线路。利用最新的数字信号处理技术,实现了光强变化频率测量。在器件的选用、信号处理和软件算法等方面都作了深入的研究,对光电转换、信号处理等各部分的组成和工作原理进行了详细地分析和阐述,力求精简电路并提高测量精度。 在上述工作的基础对该光纤电流传感器系统进行了初步的实验研究,分析了实验系统的测量结果和试验误差。利用实验中获得的数据画出了与理论值对比的输入输出特性曲线,初步证明了该电流传感器系统的可行性。研究结果表明该传感器结构简单、灵敏度高、价格低、输出特性良好、易于应用,对进一步的实用化设计和产品研制提供研究基础。最后,针对系统中的不足之处提出了改进措施,并对所做工作进行了总结。
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