A Passive Optical Fiber Current Sensor Based on YIG

A research on passive optical fiber current sensor based on magneto-optical crystal and a new design of light path of the sensor head are presented. Both methods of dual-channel optical detection of the polarization state of the output light and signal processing are proposed. Signal processing can obtain the linear output of the current measurement of the wire more conveniently. Theoretical analysis on the magnetooptical fiber current sensor is given, followed by experiments. After that, further analysis is made according to the results, which leads to clarifying the exiting problems and their placements.

Development of Fiber-Optic Current Sensing Technique and Its Applications in Electric Power Systems

这份报纸描述与稳定的性质和察觉到的设备的紧缩、简单、灵活的结构察觉到技术的光纤的电流的发展和应用。传感器的特殊特征被特殊低 birefringence 纤维的使用作为察觉到元素的法拉第效果完成并且也与察觉到与纤维的特征匹配的计划的创造被完成。使用察觉到的技术，各种各样的当前的监视设备和系统的优秀特征在电力设备为控制和维护实际上被开发并且适用。在这份报纸，察觉到的设备的设计和表演首先被介绍。在那以后，实际上使用的应用程序系统的例子也被介绍，包括为力量传播电缆线线的差错节 / 点地点系统。

Experimental and Theoretical Analysis of an Optical Current Sensor for High Power Systems

一个磁电机光的传感器，用双照测定偏振的处理计划，在高电压线为当前的 metering 和保护应用被评估。传感器刻度和分辨率在 1550-nm 乐队用照明处于不同运作的条件被获得。获得的结果显示了经由连接在标准高力量格子安装了的光地面电线(OPGW ) 讯问如此的传感器的可行性。测定偏振的体积光当前的传感器理论上也被学习，并且就实际推广而言的错误的不同来源的效果被评估。特别地，从在一个树阶段系统的外部磁场的干扰被分析。

数字闭环全光纤电流互感器信号处理方法

介绍了全光纤电流互感器(allfiber-optic current sensor,A-FOCS)的工作原理。针对输出信号特点,应用方波调制提高系统响应灵敏度,相关解调提取相位信息。在此基础上,引入阶梯波反馈技术,在2束相干偏振光间叠加一个与法拉第(Faraday)相移大小相等、方向相反的非互易相位差,实现闭环检测。提出三倍频方波调制方法,提高检测速度、增大闭环系统检测带宽。测试结果表明,闭环系统在-40^+60℃范围内标度因数变化小于±0.25%,接近IEC标准0.2s级(±0.2%);系统带宽大于6kHz;分辨能力小于0.5A。试验结果证明了信号处理方法的正确性。

用于电力系统的光学电流互感器技术进展

介绍了光学电流测量技术的发展情况,描述了目前几种主要的互感器结构及其基本原理,并对各自存在的问题及解决途径进行了讨论。从研究现状来看,块状玻璃型传感器技术相对成熟,已经有商业产品问世;混合型传感器测量精度较高,但传感头有源电路的供电技术复杂,还没有圆满的解决方案;全光纤型是光学电流互感器发展的最终目标,目前存在的主要问题是光纤的固有线性双折射难以处理,有赖于新型光纤材料及集成光学元件的进一步发展。最后综合评述了光学电流互感器技术的发展趋势及产业化前景。

基于BGO晶体的反射型法拉第光纤电流传感器

采用Bi4Ge3O12(BGO)晶体作为传感元件,设计了一种闭合磁环型光纤电流传感器,并对其传感特性进行了理论分析和实验研究.将BGO晶体加工成一带斜面的长方体,并在端面镀金属膜,通过光在晶体中多次临界反射来增大光程以提高测量灵敏度.实验测量得到的法拉第转角与采用倍频法测量的结果符合较好,但与实际结果存在一较大比例系数.对产生该系统误差的主要因素——传感头端面金属膜反射引起的相移及入射角偏离临界角时产生的相移进行了详细地理论分析和数值模拟.结果表明,金属膜反射和偏离临界角引起的相移对测量结果均有较大影响,但输出与作用在传感头上的磁感应强度呈很好的线性关系,可以通过将传感器的测量值乘上一个补偿系数来消除反射相移所产生的误差.

超大电流量值传递用光纤电流传感技术

面向工业、国防及重大科学研究领域超大电流在线计量的迫切需求,提出基于光纤电流传感器量程自扩展特性实现超大电流计量标准的量值传递。基于微分琼斯矩阵方法,建立了光纤敏感环路的数学模型,揭示了线性双折射对传感器量程自扩展特性的影响机理,并证明了采用椭圆双折射光纤的电流传感器具有良好的量程自扩展能力,可通过光纤圈数对Faraday效应的比例放大作用,利用小电流实现传感器在超大电流下的等效校准。研制了干涉式数字闭环柔性光纤电流传感器,可在不断开载流母线的情况下直接形成敏感环路,实现在线计量。样机性能测试结果表明:在直流等效10~210 k A范围内,样机的测量准确度优于±0.1%;在工频额定等效25 k A条件下,样机的比差准确度满足IEC60044-8 0.2 S级要求;样机的带宽大于10 k Hz。

直线型、螺线管嵌套型及多光路反射式光纤电流传感器结构设计与仿真

小信号测量领域特别是局部放电检测中,全光纤电流传感器在灵敏度方面存在较大问题,针对该问题进行了研究。首先给出了光纤模型中Faraday旋光效应的经典理论解释,并对折射率表达式进行了修正,在此基础上设计了传统直线型、螺线管嵌套型和多光路反射式等3种光纤电流传感器结构。然后使用COMSOL多模场耦合仿真软件对所设计的3种光纤传感系统的传输场进行了计算仿真和对比分析,结果表明螺线管嵌套型全光纤电流传感器和多光路反射式光纤电流传感器的灵敏度分别比传统直线型光纤电流传感器高1 000倍和600倍以上。最后对所设计的2种新型传感器性能关系进行了分析,结果表明螺线管嵌套型光纤电流传感器加工精度要求不高,传感光纤的安装位置对测试结果影响不大;多光路反射式光纤电流传感器加工精度要求很高,传感头的安装位置对测试结果影响不大。综上所述2种新型传感器均使灵敏度得到极大改善,且在实验测试中即使传感头位置变化对测试结果也影响不大。未来将依据所设计的系统对传感器的潜在应用进行进一步的实验研究。

Sagnac环形电流互感器的原理与发展研究

高压变电站中用于电力系统电流测量的全光纤电流传感器由于具有传统电流互感器无法比拟的优点,具有广阔的应用前景。Sagnac环形电流互感器是在干涉式光纤陀螺结构上发展起来的一种互感器结构。由于基于Sagnac干涉仪技术的光纤陀螺的实用化,用此技术来实现Sagnac环形电流互感器的实用化成为电流互感器的热点。本文首先介绍了Sagnac环形电流互感器的基本原理和结构,通过建立电流互感器的光学矩阵模型推出了电流互感器的基本公式,然后综述了其发展过程,研究成果以及存在的主要问题,重点讨论了温度漂移和温度稳定性。

起偏器参量对光学电流传感器性能的影响

以琼斯矩阵为数学工具 ,利用理论分析、计算机仿真和实验研究的方法 ,考察了偏振片的消光比和预偏角误差对光学电流传感器输出特性的影响 研究结果表明 ,上述偏振片参量均可在光学电流传感器的输出中引入直流分量 ,并使尺度因子发生一定的改变 当最终输出信号用交流电表度量时 ,输出信号中引入的直流分量可被交流电表中自带的隔直电容滤除 ,尺度因子的改变可用后续信号处理电路中的放大单元矫正

对称螺旋嵌套型全光纤小电流传感器的直流特性

全光纤电流传感器提供了一种先进的非接触电流测量技术,由其良好的抗干扰性能等优点引起了广泛关注。然而,基于法拉第磁光效应的全光纤电流传感技术在绝缘诊断等领域的应用受到了很大的限制,主要原因是这种传感器技术在测量小电流信号时缺乏稳定性和可靠性。针对此问题,首先设计并建立了对称螺旋嵌套型全光纤小电流传感器实验系统,基于此实验系统对30 m A^6 A的直流电流进行测试,在此基础上研究法拉第磁光偏转角随测试电流的变化规律。然后应用COMSOL多模场耦合仿真软件对所设计的光纤传感系统的传输场进行模拟仿真,得到对称螺旋嵌套型全光纤电流传感器对法拉第磁光效应的响应度,发现这种结构与传统全光纤结构相比可提高灵敏度600倍左右。最后将实验结果与仿真结果进行对比分析,并研究了对称螺旋嵌套型结构的特性。结果表明,对称螺旋嵌套型全光纤小电流传感器可准确测量30 m A以上的小电流,解决了全光纤电流传感器无法准确测量10 A以下小电流的技术难题。未来将基于所建立的实验系统对传感器的潜在应用进行进一步的探索。

光学电流传感器系统方案和工作原理

根据光学电流传感器系统中传感头结构及传感机理对其进行分类,详细介绍了全光纤型、块状玻璃型、混合型光纤电流传感器及光纤光栅型电流传感器的传感原理及研究现状,并对它们的优缺点进行比较分析。最后对光学电流传感器的未来研究前景进行展望。

硅酸铋晶体内电光、磁光相互作用的耦合波分析及其传感应用

通过建立并求解硅酸铋（ＢＳＯ）晶体内电光、磁光相互作用的耦合波方程，得到了ＢＳＯ晶体的偏振传递函数，由此分析了ＢＳＯ晶体内偏振光的周期性变化规律，并给出直接描述外加电场、磁场对偏振光作用的琼斯矩阵和米勒矩阵最后设计了一种基于ＢＳＯ晶体的电压。

全光纤及其它光学电流传感技术发展现状

介绍了全光纤电流传感及其它光学电流传感技术的基本原理、分类、各自存在的主要问题及可能的应用领域 ,回顾了自 1996年以来各种光学电流传感技术研究的发展状况 ,并对未来的研究重点给出了一些建议。

便携式光纤电流互感器传感头设计

针对电解铝工业中大电流测量现场环境复杂的难题,在传统光纤电流互感器的基础上提出一种便携式光纤电流互感器.对设计安装过程中由于柔性传感头光路不闭合和导体偏心引起的法拉第相移误差进行分析和有限元仿真计算,结果表明:法拉第相移相对误差随传感头不闭合度角度线性增加,随导体到非闭合点的距离增大而减小,且增加传感头匝数能减小法拉第相移误差.由于便携式光纤电流互感器准确度随导体到非闭合点的距离增大而提高,设计了一种使传感头非闭合点向一端延伸且易拆装的结构,实验测试得到该便携式光纤电流互感器的全温准确度为0.86%,满足电解铝厂准确度1%的使用要求.

用于局部放电检测的光纤电流传感器

根据Faraday磁光效应原理设计了一种新型的光纤电流传感器,可用于局部放电电流的检测。基于Jones矩阵,建立了光纤电流传感器的数学模型,推导出了电流检测理论公式,并进行了相关实验,实验结果证明了光纤电流传感器的实用性。

磁光玻璃光纤的偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用

在磁光玻璃裸光纤偏振特性研究的基础上,研制磁光玻璃光纤,偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用。将采用模管法拉制成的磁光玻璃光纤置于亥姆霍兹线圈产生的磁场中,当线偏振光通过该光纤时,其偏振面旋转一定角度,把该角度转换成光信号的强度,然后再用仪器进行检测。通过对线偏振光偏振面在磁场中的偏振特性的测试与实验,提出用磁光玻璃光纤构成的全光纤电流传感器,可用于电流和磁场测试。

一种改进的双光纤光栅大电流传感器

超磁致伸缩材料（Tb0.30 Dy0.70 Fe1.95）在不同方向具有不同的磁致伸缩效应，在此基础上，提出了一种改进的基于超磁致伸缩材料的双光纤Bragg光栅（FBG）大电流传感器结构。通过检测2个Bragg光栅的波长漂移差得到被测电流。消除了超磁致伸缩材料的温度影响，解决了FBG的温度-应变交叉敏感问题，同时，增大了FBG的应变，提高了传感器精度。试验结果表明：在-10－60℃的温度变化范围内，该传感器2个Bragg波长差与电流变化具有较好的线性度，不受温度变化的影响。传感器的电流灵敏度为5.78×10^-4nm／A，与理论值的相对误差为2．89％。理论与试验结果符合较好，表明该传感器结构是可行的。

一种适于高压变频器的光纤电流检测系统的研究

高电压大功率变频器中,功率器件引起的强电磁干扰环境以及绝缘的问题始终是变频器研究中影响测量信号准确性、器件运行安全性的一个问题.鉴于光纤传感可以解决上述问题,基于偏振态调制的光纤电流传感器原理,研究一种适用于高压变频器的小巧的,基于法拉第磁光效应的高圆双折射光纤电流检测系统,用Jones矩阵对光纤系统进行分析.通过线性度、实时测量等具体实验,验证研制的高圆双折射光纤电流检测系统能够满足高压变频器对电流检测的需要.

一种大动态范围的磁光电流传感器方案

提出了一种扩大磁光式电流传感器动态范围的方法。磁光式电流传感器是基于法拉第效应和安培环路定律实现电流测量的。由于法拉第旋转角随被测电流周期性增大,测量时只能利用正弦曲线单调变化的部分,因此限制了电流的测量范围。利用光纤维尔德常数随光波长变化这一特性,通过测量两种光波旋转的角度差,获得了大电流的测量值。在正常计量范围内利用单波长数据获得精度较高的计量值,达到扩大传感器测量范围的目的。分析表明,当两波长的维尔德常数相差20%时,电流测量范围可以扩大到单波长时的6倍。采用这种方法可望用一个传感器同时满足电力系统中的计量和保护两种用途。