保偏反射式光学电流传感器研究
光纤电流传感器的研究
光纤电流传感器的探究引言：随着电力系统的不息进步，对电流的精确测量成为实现电能计量、保卫和监测的重要需求。
而传统的电流传感器受限于尺寸、安装方式和精度等问题，无法满足现代电力系统的要求。
为了克服这些限制，并提高测量精度和可靠性，光纤电流传感器作为一种新型的电力测量技术应运而生。
本文将详尽探讨进展，并分析其在电力系统中的应用前景。
一、光纤电流传感器的基本原理光纤电流传感器的基本原理是利用光纤的零散效应，即光纤中的光信号会随电流的变化而发生相位变化。
详尽而言，当电流通过光纤电流传感器时，电流产生的磁场会影响传输在光纤中的光信号，从而导致光信号的相位变化。
通过测量光信号的相位变化，可以准确地获得电流的信息，实现对电流的精确测量。
二、光纤电流传感器的结构和工作原理光纤电流传感器主要由光纤、光源、光衰减器和相位检测器等组成。
其中，光纤是传感的重要组成部分，可以分为单模光纤和多模光纤两种。
光源产生光信号，并通过光纤传输到相位检测器。
当电流通过传感器时，产生的磁场会引起光信号的相位变化。
相位检测器会抓取到相位变化，并将其转换为电信号。
最后，通过电信号的处理和分析，可以获得准确的电流信息。
三、光纤电流传感器的优势相比传统的电流传感器，光纤电流传感器具有以下几个显著的优势：1. 高精度：光纤电流传感器接受高区分率的相位检测技术，能够实现对电流的非接触式、高精度测量，缩减测量误差。
2. 免磁饱和：光纤电流传感器不受磁饱和效应影响，能够在高磁场下稳定工作，提高测量的稳定性和可靠性。
3. 抗干扰能力强：光纤电流传感器可防止传统电流传感器由于外界电磁干扰导致的测量误差，具有良好的抗干扰能力。
4. 体积小、重量轻：光纤电流传感器利用光纤作为传感元件，体积小、重量轻，便于安装和维护。
综上所述，光纤电流传感器具有较高的测量精度、可靠性和稳定性，逐渐成为电力系统中重要的测量手段。
四、光纤电流传感器的应用前景目前，光纤电流传感器在电力系统中的应用前景宽广。
机电一体化期末考试试题及答案
1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电一体化产品？答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics前半部分与电子学Electronics 后半部分组合而成。
打夯机不属于机电一体化产品。
由于打夯机只是一般机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场所使用，不能满足大面积和远程控制。
而机电一体化就不一样样了，它不光有硬连接、机械连接尚有软连接。
机电一体化属于同步运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体一种复合技术。
它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。
2.机电一体化技术构成是什么？答：机械技术、微电子技术、信息技术3.产品实现机电一体化后，可以获得那些成效？答：产品实现机电一体化后可以获得成效：产品性能提高、功能增强、构造简化、可靠性提高、节省能源、改善操作、提高灵活性等。
4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？数字传感器按构造可提成三种类型：1.直接式数字量传感器——其辨别率决定于数字量传感器位数。
被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出2.周期计数式数字传感器它构造示意图如下图1所示。
此种构造位移辨别率对低精度周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器性质决定。
例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其辨别率即为0.01mm;对高精度周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。
如在100倍电子细分数下，此光栅辨别率就是0.1μm。
此种构造属于增量式构造，构造特点(位移方向规定)决定它不仅备有辨向电路，并且周期计数器还具有可逆性质。
图1 周期计数式数字量传感器构造方框图3.频率式数字传感器其构造示意图如下图2所示。
按振荡器形式，可将此种数字传感器提成带有晶体谐振器和不带晶体谐振器两种。
前者，按被测量作甩点，又分作用在石英谐振器上石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上带有晶体谐振器调频式数字传感器。
利用光纤偏振分束器和保偏光纤的传感解调系统
已经实用化 ， 其解调精度可以达到 １ｐ ｍ。 干涉 法 解调因其具有分辨率高的独特优势已成为研究的 重点之一 ， 但一般的干涉解调系统采用非平衡 Ｍ 受环境因素 Ｚ 干涉仪 和 Ｍ ｉ ｃ ｈ ｅ ｌ ｓ ｏ ｎ 干 涉 仪 结 构，
］ ９ １ ２ 的干扰很大 ， 影响了它们的实际应用 ［ 。
４］ 有多种 ， 比如 ： 匹 配 光 栅 滤 波 法［ 、 Ｆ Ｐ腔滤波器 ５ ６］ ７］ 法［ 、 长 周 期 光 栅 边 缘 滤 波 法［ 、 可调谐光源 ８］ 法［ 等， 其中对 Ｆ 而且 Ｐ 腔滤波器法研究得最多 ，
图 １ 光纤光栅波长解调系统结构示意图 Ｆ ｉ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍｏ ｆｗ ａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｔ ｈｄ ｅ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｇ ｇ ｇ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｓ ｔ ｅ ｍｆ ｏ ｒＦ Ｂ Ｇｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ｙ
］ １ ３ 统都发展得很快 ［ ， 不过由于光纤光栅对外 界信
向和 Ｐ 设 犃 点 犈ｉ Ｂ Ｓ 主 轴 的 方 向， ｎ偏 振 方 向 与 保 偏光纤主轴 夹 角 为 α， 犅 点保偏光纤主轴与 Ｐ Ｂ Ｓ 主轴夹角为β。
号的响应是 波 长 变 化 ， 因 此 检 测 较 为 困 难。目 前 国内外正在研究的关于光纤光栅波长解调的方法
β
犜 犪＝
（ ） ２ 保偏光纤传输矩阵为 ： ｅ ｘ δ ｐｉ ［ ０ （ 狓） ０
犜 犛＝
（ ｅ ｘ ｉ δ ｐ 狔）
］，
（ ） ３
２ 光纤光栅传感解调系统结构及原理
设计的光纤光栅传感解调系统结构如图 １ 所 示 。 宽带光源发 出 的 线 偏 振 光 经 耦 合 器 （ Ｏ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ， 进 入 光 纤 光 栅， 满足布拉格 Ｏ Ｆ Ｃ） Ｆ ｉ ｂ ｅ ｒＣ ｏ ｕ ｌ ｅ ｒ ｐ 反射条件的窄带 光 谱 被 光 栅 反 射 ， 进入耦合器左 边的另一个端口 。 线偏振 光 场 犈 ｉ ｎ由 犃 点 进 入 保 偏光 纤 ， 其长度为 犔 由于光场偏振方向和光纤 １， 应力主轴方向不 一 致 ， 在其中激起２个正交偏振 本征模式 。 两 模 式 传 输 到 犅 点 后 再 经 过 一 段 很 短的单模光纤进 入 光 偏 振 分 束 器 ， 两个模式又激 起 ４ 个正交偏振模式并 发生干涉 ， 最后从 Ｐ Ｂ Ｓ两 输出口输出 ， 输 出 光 场 表 示 为 犈１ 和 犈２ 。 图 １ 中
霍尔电流传感器技术研究
霍尔电流传感器技术研究摘要霍尔电流传感器作为电流计量技术中的关键组件，凭借其高精确度、宽泛的测量跨度及卓越的稳定性，在工业自动化、新能源汽车产业中展现了广泛应用的潜力。
本研究综合考察了霍尔电流传感器的运作机理、性能指标、应用范畴及技术革新方向。
该传感器利用霍尔效应的原理，借助磁场的相互作用，巧妙地将电流信息转变为电压信号，从而实现电流的精密测量。
其核心性能参数，如测量区间、测量精确度和线性度等，对传感器在真实应用场景中的效能发挥起着决定性作用。
霍尔电流传感器在工业自动化领域能够为电机控制和电源管理提供不可或缺的数据支撑，是确保系统稳定运作的关键。
转至新能源汽车行业，它在电池管理系统中担当要角，对维护电池的使用安全与高效性能发挥着核心作用。
此外，其在电力传输、航空航天等其他高科技领域也展示出广泛的应用价值与可能性。
尽管如此，现有的传感器技术仍面临测量精确性、长期稳定性能等方面的挑战，这些限制要求通过探索新型材料与采用更先进的制造工艺来突破，以实现传感器性能的再度飞跃。
未来，霍尔电流传感器技术的发展将趋向高精度、高稳定性，同时追求宽测量范围和低功耗。
智能化、集成化将成为传感器产品的重要特征，满足更多领域的应用需求。
本研究的结论不仅为霍尔电流传感器技术的研发和应用提供了重要参考，也为相关领域的研究者和技术人员提供了新的思路和方法。
关键词：霍尔电流传感器；霍尔效应；工业自动化；新能源汽车；技术创新目录摘要 (1)第一章引言 (3)1.1 霍尔电流传感器概述 (3)1.2 研究目的与意义 (4)1.3 国内外研究现状及发展趋势 (4)第二章霍尔电流传感器工作原理 (6)2.1 霍尔效应原理 (6)2.2 传感器工作过程 (6)2.3 传感器性能参数 (7)第三章霍尔电流传感器技术应用 (9)3.1 工业自动化领域应用 (9)3.2 新能源汽车领域应用 (10)3.3 其他领域应用 (10)第四章霍尔电流传感器技术发展与创新 (12)4.1 技术局限性分析 (12)4.2 技术创新方向 (13)4.3 未来发展趋势预测 (14)第五章结论 (15)5.1 研究总结 (15)5.2 研究展望 (15)第一章引言1.1 霍尔电流传感器概述霍尔电流传感器，一种以霍尔效应为工作原理的电流检测装置，能够将电流信号转化为电压信号，从而提供精确的电流测量数据。
光纤电流传感器传感头的结构与原理
光纤电流传感器传感头的结构与原理3刘 晔,王 锋,韦兆碧,时德钢,邹建龙,王采堂(西安交通大学电气工程学院,陕西西安 710049) 摘要:光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新兴电力计量装置,它通过测量光波在通过磁光材料时其偏振面由于电流产生的磁场的作用而发生旋转的角度来确定被测电流的大小。
传感头是光纤电流传感器最为重要和关键的部件。
分析了全光纤型和混合型光纤电流传感器传感头的结构和工作原理,对改进光纤电流传感器的设计,提高光纤电流传感器的性能具有重要的指导作用。
关键词:光纤电流传感器;法拉第磁光效应;传感头中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2002)11-0003-03 Structure and Principle of Sensing H eads for Optical Current T ransducerLiu Ye,W ang Feng,Wei Zhaobi,Shi Degang,Zou Jianlong,W ang C aitang(School of Electrical Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an710049,China) Abstract:Optical current transducer is a new power measurement equipment,which is based on Faraday magneto-optic effect and uses optical fiber as medium.It measures the rotation angle of optical wave polarization plane caused by magnetic field produced by current when the optical wave goes through magneto-optic material to calculate the current. The sensing head is the most critical component.Analyzes roundly the structure and operational principle of all-fiber and mixed optical current transducer.It plays an instructional role in im proving the design of optical current transducer and promoting the performance of optical current transducer.K ey Words:Optical Current Transducer;Faraday Magneto-optic E ffect;Sensing Head1 引言电力系统中传统的电流测量是通过电磁感应铁芯式电流互感器(Current Transducer,简称CT)进行的, CT按用途可分为测量用和保护用两类,为系统的计量、继电保护、控制和监视单元提供了输入信号。
保偏膜的反射相移温度特性的实验研究
Ｋｅｗｏ ｄ ￣ｐ ｉａ ｕ ｒｎ ｅ ｓ ｒ ｅｌｃｉｎ ｉｄ ｃ ｄ ｒｔｒ ａ ｃ ；ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｅ ｔ ｒｓ ｙ ｒ ｓ ｏ ｔｃｌｃ ｒｅ ｔ ｎ ；ｒｆ ｔ － ｕ ｅ ｅａ ｄ ｎ ｅ ｅ ｅ ａｕ ｅｆａ ｕ ｅ ｓ ｏ ｅ ｏ ｎ
ｔ ｒ ｈ ｎ ｉｇ ｒｎ ｅｏ ｈ ｐ ｉ ｌｇａｓｃ ｒｅ ｔｓｎ ｉｇ ｈ ａ ｏ ｅ ｓ ｒ ｈ ｔｔ ｅ ｖ ｒ ｔ ｎ ｏ ｔ ｒ ｅｉ ａ ｔｒ ｕ ｅｃ ａ ｇｎ ａ ｇ ｆｔ ｅｏ ｔ ａ ｌｓ ｕ ｒｎ ｅ ｓ ｅ ｄ ｔ ｎ ｕ ｅ ｔ ａ ｈ ａ ｉ ｉ ｆｉ ｃｉ ｒ ｆｃｏ ｃ ｎ ａｏ ｓ ｔ ａ
的改变， 从而影响了保偏膜光学电流互感器灵敏度和稳定性， 这意味着在实际系统 中， 有必要采取相应的技术措施
来控制光学玻璃电流传感头 的温度变化范 围， 证其达到国家标准所要求的准确度 ． 以保 关键词 ： 电流传感器 ； 光学 反射相移 ； 温度特性
中图分类号 ： ９ ９ 文献标识 码 ： 文章编号 ：０ ６ ０ ３２ ０ ）２～００ —０ ＴＮ ２ Ａ １０ —７ ４ （０ ６ ０ ３５ ３
１ 实验 研 究
１ １ 实验原 理 ．
境温度发生变化时， 一方面 ， 光源输出的波长会发生
改变 ， 进而导致保偏膜反射相移的色散特性对光学
实验原理 图如图 １ 所示． 图中： ｕｃ 为 Ｔ ｏ ｅ ｓｒ Ｙ—Ｉ０ Ｃ型 １１ｎ Ｏ１ ３ ０ ｍ高温可
Ａｂ ｔａ ｔＡｎ ｉ ｐ ｒａ ｔａｐ ｃ ｆｏ ｔｃ ｌ ｕ ｒｎ ｅ ｓ ｒ ｓｔ ｅｒｆ ｃｉｎ． ｄ ｃｄ ｒｔｒ ａ ｃ ｆｐ ｌｒｚｔ ｎ ｐｅ－ ｓｒ ｃ ： ｍ ｏ ｔｎ ｓ ｅ ｔ ｐ ｉａ ｒｅ ｔｓ ｎｏ ｓｉ ｈ ｅ ｅ ｔ －ｎ ｕ ｅ ｅａ ｄ ｎ ｅｏ ａｉａｉ － ｒ－ ｏ ｃ ｌ ｏ ｉ ｏ ｏ
电流互感器分类及原理
电流互感器分类及原理1、电流互感器(Current Transformer，CT)电⼒系统电能计量和保护控制的重要设备，是电⼒系统电能计量、继电保护、系统诊断与监测分析的重要组成部分，其测量精度、运⾏可靠性是实现电⼒系统安全、经济运⾏的前提。
⽬前在电⼒系统中⼴泛应⽤的是电磁式电流互感器。
2、电流互感器国标(GB 1208-87S)1）准确级：以该准确级在额定电流下所规定的最⼤允许电流误差百分数标称。
2）测量⽤电流互感器的标准准确级有：0.1、0.2、0.5、1、3、5；特殊要求的电流互感器的准确级有：0.2S和0.5S；保护⽤电流互感器准确级有：5P和10P两级。
3、电磁式电流互感器1）原理：⼀次线圈串联于被测电流线路中，⼆次线圈串接电流测量设备，⼀⼆次侧线圈绕在同⼀铁芯上，通过铁芯的磁耦合实现⼀次⼆次侧之间的电流传感过程。
⼀⼆次侧线圈之间以及线圈与铁芯之间要采取⼀定的绝缘措施，以保证⼀次侧与⼆次侧之间的电⽓隔离。
根据应⽤场合以及被测电流⼤⼩的不同，通过合理改变⼀⼆次侧线圈匝数⽐可以将⼀次侧电流值按⽐例变换成标准的1A或5A电流值，⽤于驱动⼆次侧电器设备或供测量仪表使⽤。
2）缺点：①.绝缘要求复杂，体积⼤，造价⾼，维护⼯作量⼤；②.输出端开路产⽣的⾼电压对周围⼈员和设备存在潜在的威胁；③.固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围⼩、频率响应范围窄；④.输出信号不能直接和微机相连，难以适应电⼒系统⾃动化、数字化的发展趋势。
4、电⼦式电流互感器1）特征：①.可以采⽤传统电流互感器、霍尔传感器、空⼼线圈（或称为Rogowski coils）或光学装置作为⼀次电流传感器，产⽣与⼀次电流相对应的信号；②.可以利⽤光纤作为⼀次转换器和⼆次转换器之间的信号传输介质；③.⼆次转换器的输出可以是模拟量电压信号或数字量。
2）分类（1）按传感原理的不同划分：光学电流互感器和光电式电流互感器I、光学电流互感器(Optical Current Transformer，简称OCT)原理：传感器完全基于光学技术和光学器件来实现。
电流互感器误差分析及处理措施
电流互感器误差分析及处理措施摘要：根据电流互感器误差分析结果，制定误差处理措施，能够有效提高互感器的运行质量。
基于此，本文对偏振误差、温漂误差、振动误差这三种主要的电流互感器误差进行了分析，并提出了对应的误差处理措施，深入探讨了电流互感器的误差问题缓解方法，希望能够助力电流互感器领域的发展。
关键词：偏振误差；温漂误差；振动误差引言：电流互感器是一种电流测量仪器，被广泛用于电力系统等领域的监测工作中。
但其精度问题始终是电流互感器推行应用的主要障碍，因此，为了更好地发挥电流互感器的效能，应通过误差分析，深入研究误差形成的原因，并根据误差形成原因，制定相应的处理措施，以改善运行精度问题，优化互感器应用效果。
1电流互感器误差分析10001.1偏振误差分析333此偏振误差是指由互感器内部偏振条件造成的误差。
电流互感器测量电流的核心原理为法拉第磁光效应原理，而在该原理下，电流的测量是以偏振光为基础的，因此，互感器内部环境中存在的所有可能改变光波偏振状态的因素，均会造成测量误差，即偏振误差。
为了消除控制此误差，人们通常会运用起偏器、检偏器，作为偏振器件，这些偏振器件的误差消解能力，可以用e，即消光比表示，且e满足于公式，，进行偏差控制，其中，、分别为透振方向旋转360°后最大、最小输出功率。
在此过程中，如果e≥30dB，那么偏振器件即可有效消解误差。
但事实上，由于部分互感器对精准度要求较高，因此，往往需要消解更多的误差，此时，根据检偏器的琼斯矩阵可知，当起偏器与检偏器之间的偏振方向夹角达到45°时，此误差能够得到进一步控制。
但事实上，在安装中一定会出现夹角的偏差，这导致误差控制结果不能达到预期，使得在安装有误差控制装置的情况下，偏振误差依然明显存在。
1.2温漂误差分析温漂误差是指因温度因素干扰了互感器信号的输出造成的测量误差。
一般来说，在温漂误差下，温度的干扰通常体现在两个方面，即光纤Verdet常数变化、温致线性双折射形成。
光纤传感器用保偏光纤
薛建军：光纤传感器用保偏光纤偏光纤，筛选强度至少应达到５０ｋｐｓｉ，相当于０．５％的应变伸长量。
如果保偏光棒是在ＭＣＶＤ车床上经过高温熔融塌缩制成的，则其内部各层之间会非常致密，不会存在明显的结构缺陷。
它不会象要将石英棒进行打磨、打孔等冷加工的制造工艺那样，在对光棒的各部分拼凑的过程中，引入气泡、杂质等内部缺陷。
所以，根据光纤断裂理论，对于采用在ＭＣＶＤ车床上一次性完成制棒这样的工艺，影响光纤强度的主要原因．除了涂层的因素外，另一方面就是光纤表面的缺陷。
这种表面的缺陷，随着时间或环境等因素的变化，有些会逐渐扩大，最终在使用过程中导致光纤的断裂。
保偏光纤是一种内含高应力的光纤。
如果应力作用区离开光纤外表面的距离越近，就越容易促进表面缺陷的扩散，使光纤有更高的断裂几率。
所以现在国际上制作保偏光纤有一种趋势——在满足保偏和双折射性能要求的前提下，尽可能降低应力作用区在保偏光纤截面中所占的比例。
有事实表明，连一向制造领结型保偏光纤的英国的Ｈｂｅｒｃｏｒｅ公司，最近也开始采用类似矩形的小面积应力作用区结构。
其截面结构的照片见图Ｉ。
８）几何尺寸好如果保偏光纤的几何尺寸均匀、公差小，则可大大提高环圈的绕制质量；如果光纤的几何尺寸不均匀、公差大，则绕出的环圈会显得不平伏，并影响到后面层次的绕环张图ｌＨｂａ。
ｃｏｖｃ的某种保偏光纤力，最终影响到环圈的互易性。
的截面缘陶照片随着检测技术的发展，现在对保偏光纤偏振串音等指标的检测，已越来越多地采用通过裸光纤活动接头，将保偏光纤接入光路的办法。
如果保偏光纤的外径过大，则不能穿过光纤活动接头的陶瓷孔；如果保偏光纤的外径过小，或芯包同心度过大，则又容易引起连接损耗过大，造成不必要的误差。
保偏光纤的几何尺寸，除了与预制棒的质量有关外，很大程度上受拉丝工艺的影响。
如果能够达到对通信光纤几何尺寸的规范要求，则这样的保偏光纤就比较理想了。
９）耐弯曲性能好、模场小由于光纤陀螺要求将保偏光纤绕在曲率半径很小（一般为２０ｒａｍ左右）的环圈骨架上．丽另一种军用光纤传感器——光纤水听器要求保偏光纤能承受的曲率半径更小（约为１０ｍｍ左右），所以要求保偏光纤具有很好的耐弯曲性能，这种性能不仅娶体现在光纤的附加衰减要小（一般不能超过Ｏ．５曲），而且偏振串音的变化也要小（考虑到獭攘串音的测试误差，一般不能超过２ｄＢ）。
法拉第镜式光学电流互感器原理
随着电力传输容量的不断增长和电网电压的提 高 ,目前普遍用于 110 kV 以上变电站的电磁式电流 互感器 ( current t ransformer ,CT) 已暴露出许多内在 的弱点 . 与其相比 , 光学电流互感器 (optical current
t ransformer , OCT) 则表现出 : 无爆炸 、 无磁饱和 、 无
滞后 、 体小质轻 、 不受电磁干扰等优点[ 1 ] , 因而得到 了许多研究者的关注 . 对块状玻璃电流互感器而言 , 线性双折射的影 响 [ 2 - 6 ]与全光纤电流互感器相比已明显减小 , 但仍 然存在 . 如何克服线性双折射的影响 ,是实现其实用
并使传感信号加倍 ,从而提高系统的灵敏度和温度稳 定性. 这对于改进现有块状玻璃电流互感器的性能、 开 发实用型 OCT 具有一定的参考意义.
法拉第镜式光学电流互感器原理
王政平 ,康 崇 ,黄宗军 ,张雪原
( 哈尔滨工程大学 理学院 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要 : 提出了利用法拉第镜构成的具有互易传感光路的法拉第镜式光学电流互感器方案 , 以抵消块状玻璃传感头 中线性双折射的影响 , 并使传感信号加倍 , 从而提高系统的灵敏度和温度稳定性 ; 分析了该系统的工作原理 , 对输出 光偏振态进行了仿真 , 并与单层介质膜方案进行了对比 ; 结果显示该方案对输出光偏振态的退化有很好的抑制作 用 ; 这对于改进现有块状玻璃电流互感器的性能 、 开发实用型光学电流互感器具有一定的参考意义 . 关键词 : 光学电流互感器 ; 法拉第镜 ; 线性双折射 ; 琼斯矩阵 中图分类号 : TP212. 14 文献标识码 :A 文章编号 :1006 - 7043 ( 2005) 03 - 0398 - 04
光纤电流传感器
光纤电流传感器（OCT）的研究论文摘要电流测量是电力系统运行的基本条件,从发变电到控制保护,无不出现对电流量值的要求。
随着电力系统输电电压的日益提高、传输功率的不断增大,传统的电流计量设备愈来愈显示出其局限性,主要表现在其性能价格比随电压等级的提高越来越低。
生产的发展导致了对新型电流测量装置的要求。
光纤传感器作为七十年代以来逐步发展成熟的一种新型传感技术,自其问世之日就显示出巨大的优越性,其良好的电气绝缘性能、卓越的抗辐射能力及极快的频响等特点都为其在电力系统中的应用提供了潜在的可能性,但其输出信号幅值较小、光路设计和制造复杂又限制了其广泛应用。
随着现代光学材料加工工艺水平的提高、集成光学技术的不断进步及计算机在电力系统的日益广泛应用为光纤电流传感器的应用提供了巨大的可能性。
本文将对目前光纤电流传感器(ＯＣＴ)的研究和应用情况进行探讨。
关键词:光学电流传感器,传感头,Faraday效应,结构设计,信号检测,性能分析.Research of the Optical Current SensorABSTRACTOptical current transducer(OCT) This paper introduced principle of a new current measuring system based on Faraday effect,optecal current transducer,whose principles differ from those of conventional. With the development of optical_fiber technology, OCT is used more widely. Briefly OCT is excellent in such aspects as control of electromagnetic Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｐｔｉｃａｌ＿ｆｉｂｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔ’ｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ,ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｓｍ＿ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｏｐｔｉｃａｌ＿ｆｉｂｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ;Ｆａｒａｄａｙｍａｇｎｅｔｉｓｍ＿ｐｈｏｔｏｅｆｆｅｃｔ;Ｐｏｌａｒｉｚｅｄｌｉｇｈｔ第一章选题背景§1.1研制光学电流传感器的意义由于电力工业的快速发展，传统的电流测量设备已经越来越不能满足要求。
光学电流传感器
同样，也可以利用导线本身的交变磁场作为驱动磁场。 上面均利用了罗氏线圈，单独的MEMS线圈也可以在交变磁 场中感应出电压。
6.OCT的实际应用
A.110KV蒙自站—上海第一所真正意义上 的数字化变电站 采用全光纤式OCT检测电流 特色：1.采用了特制法兰（可将敏感环安 装于上）2.采用共光路、差动解调方式： 在敏感器内通入两束正交光源，在经过同 一光路以后，其受外界的影响相同，回到 调制器以后，经差动解调方式可将干扰信 号互相抵消，减小外界影响。
3.光学电流传感器的分类
可分为：全光纤型、块状玻璃型、光电混 合型、其它类型。 全光纤型结构简单、灵活、重量轻、形状 随意、测量灵敏度可以按光纤环数调节 ； 缺点是无法解决线性双折射带来的问题。 是光学电流传感器的最终发展趋势。 块状玻璃型结构实用化和可行性较好，是 目前研究的热点。
3.1 全光纤型光学电流传感器
原理：根据电磁感应原理，罗氏线圈将交变大电流信号变为 低电压信号，再以交变小电流的形式引入到与之串联的 MEMS驱动线圈中，驱动线圈在永磁铁磁场力矩的作用下使 微镜绕扭转梁振动，双光纤准直器与扭转镜背面的镜面形成 反射回路，镜面扭转使得反射光束的方向发生改变，从而对 耦合到光纤中的能量进行调制。因此对输出光损耗峰值的检 测，可以确定镜面的转角幅度，进而获取电流的幅值信息。
5.基于M与MEMS扭转微镜 MEMS—微电子机械系统 优点：基于硅微加工技术制造，可大批量、 高一致性、低成本生产；特征尺寸在微米 级别，材料基于硅但不限于硅；可集成智 能化微系统。 MEMS扭转镜：通过MEMS技术制造的在 某种驱动下可以发生转动的微机械器件。
最后，四束线偏振光被光电转换器转变成电 信号，进行相关信号处理，检测出偏转角， 从而求出脉冲电流。 测量公式：
光学式电流互感传感器的研究与设计
光学式电流互感传感器的研究与设计作者：高楷然来源：《经营管理者·上旬刊》2017年第01期摘要：本文以光学式电流互感传感器的设计理论为切入点，就其具体的传感器结构设计与仿真试验，进行细致的探讨研究，期望为推动光学式电流互感传感器的研究，解决当前光学式传感器设计上的困难与问题，提供有益的参考。
关键词：光学式电流互感传感器研究设计电流互感传感器是保障电网运行质量与安全的重要部件，传统电流互感传感器以电磁式为主要作用形式，在各类电网运行工作中发挥着无可替代的作用。
但伴随电网本身规模的扩大的结构运行压力、复杂性的增加，原有的电磁式电流互感传感器已难以应对不断提升的电网运行压力，进而出现电磁干扰、磁饱和等一系列隐患问题。
对此人们不但尝试对电流互感传感器进行改进优化，基于光纤等技术的高速发展，光学式电流互感传感器凭借其克服传统电磁式传感器缺陷的优势，逐渐成为新的研究热点，但其传感器当前的研究设计主要集中在大电流的测量工作上，量程较大设计的传感器灵敏度与稳定性均较差，无法适应目前电网的运行需求，因此需要对其设计理论与结构应用进行详细的研究分析。
一、设计理论研究1.法拉第效应。
光学式电流互感传感器的设计原理最为主要的就是法拉第效应，其效应指的是外磁场令光学材料磁化反应后，可令其材料具备磁矩特性，进而在其材料内部所传输的偏振光电磁场，将会与磁矩之间发生相互作用反应。
以此改变材料原有的光波电场分布，也可以说是令光波的偏振态产生旋转作用。
这其中光波偏振态的具体旋转角度就是法拉第偏转角，经由对其偏转角的检测就可了解光波区域外磁场的大小以及相应的电流量。
2.线性双折射效应。
光学式电流互感传感器的另一设计原理为线性双折射效应，其指的是如果外磁场作用的光学材料本身的介电常数（ε）属于非等值分布特性，则其光波的线偏振光就会于传输进程中发生线性双折射作用，进而令入射线偏振光发生退偏作用，成为椭圆偏振光。
二、光学式电流互感传感器的结构设计分析依据其传感器的工作理论所设计的高灵敏度的光学式电流传感器，具体结构构造如图1所示，属于对称光程反射类型的光学式传感器。
电流传感器技术综述
电流传感器技术综述作者：宋兴军来源：《科学与信息化》2019年第04期摘要近年来，以MEMS为代表的电流测量技术快速发展，使产品小型化、低成本成为可能。
从以上测量技术的历史中发现，电流测量方法从直接测量到间接测量，电流测量原理从电场测量到磁场测量，电流测量产品的性能不断提高，成本不断降低。
通过对电流的准确测量，可以实现对整机或者系统的实时监控和保护。
电流传感器是一类重要的电流测量产品，它通过测量原边电流产生的磁场间接测量电流，经过信号处理，输出低电压或小电流信号，同时具有原、副边电气绝缘，以保证整机或系统的安全要求。
基于此，本文主要对电流传感器技术进行分析探讨。
关键词电流传感器；技术综述；副边电气绝缘前言到目前为止，广泛应用的电流测量技术有十多种，其实现难度、性能和成本各不相同。
基于安培环路定律的电流传感器（包括罗氏线圈和互感器）具有原、副边电气绝缘，其性能满足工业领域的需求，成本适中，广泛应用于变频器、DC/DC变换器、电机控制器、不间断电源、开关电源、过程控制和电池管理系统。
1 电流传感器原理通常来说，电流传感器基于以下几种物理学原理进行电流测量。
首先是基于欧姆定律的分流器（shunt），其两端输出电压和被测电流成正比，具有成本低、应用方便的优点，能满足一般要求的电流测量应用，目前仍被广泛使用。
但是，分流器串联在电路中，导致其局限性也很明显：测量大电流时的损耗大、没有电气绝缘。
因此在需要电气绝缘的环境中使用时，需要额外配置电气绝缘措施，比如隔离放大器等，导致成本升高、带宽降低。
高性能的分流器也在陆续开发中，比如同轴分流器等。
其次是基于安培环路定律的电流传感器，通过测量磁场来间接测量电流的大小和方向，具有原、副边的电气绝缘。
工业领域应用的电流传感器，通常基于以下5种测量技术：①霍耳（HALL）电流传感器；②磁通门（fluxgate）电流传感器；③磁电阻（MR）电流传感器，包括AMR，GMR，TMR；④罗氏线圈；⑤电流互感器。
基于单片机的光学电流互感器设计
基于单片机的光学电流互感器设计光学电流互感器是一种用于测量电流的传感器，其原理是通过光学技术实现对电流的无接触式测量。
单片机是一种集成了微处理器、存储器和输入输出接口的集成电路，具有运算速度快、功耗低、体积小等优点。
将单片机与光学电流互感器结合起来，可以实现对电流的精准测量和监控，本文将介绍基于单片机的光学电流互感器的设计。
1.光学电流互感器的原理光学电流互感器是指利用光学原理来测量电流的一种传感器。
其工作原理是通过电流在感应器中产生的磁场，使光源和接收器之间的光通量发生变化，从而实现对电流的测量。
当电流通过感应器时，感应器内的铁芯产生磁场，磁场的变化会影响光传感器的输出，通过测量光传感器的输出信号可以得到电流的大小。
2.单片机的应用单片机是一种集成了微处理器、存储器和输入输出接口的微型计算机系统，具有运算速度快、功耗低、体积小等优点。
在光学电流互感器的设计中，单片机可以用于采集光传感器的输出信号、进行数据处理和显示。
通过单片机可以实现对电流的实时监测和数据记录，提高了光学电流互感器的测量精度和可靠性。
3.基于单片机的光学电流互感器设计方案（1）硬件设计在硬件设计方面，光学电流互感器主要由光源、感应器和单片机组成。
光源用于产生光源，感应器用于接收光源，单片机用于采集和处理感应器的输出信号。
光源和感应器之间通过电流产生的磁场相互作用，从而影响光传感器的输出，单片机通过AD转换器采集光传感器的输出信号，并进行数据处理。
同时，单片机还可以与外部显示器或电脑连接，实现对电流的实时监测和数据记录。
（2）软件设计在软件设计方面，单片机的程序需要实现光传感器数据的采集、处理和显示。
程序需要实现AD转换器的初始化和配置，以及对光传感器输出信号的采集和处理。
通过合适的算法和数据处理，可以得到电流的大小和波形，并在显示器上进行实时显示。
同时，程序还需要实现对电流数据的存储和传输，以便进行后续的分析和处理。
4.光学电流互感器的应用基于单片机的光学电流互感器可以应用于各种需要对电流进行精准测量和监控的场合，如电力系统、工业控制系统、电动汽车等。
光学电流互感器调研
光学电流互感器调研总结1 研究意义在电力系统中,为了计量和保护的需要,对高压输电线路中的电流进行实时测量是必不可少的。
这种电流测量系统可分为3部分,如图1所示。
传感头位于户外被测高压线处,传输线路用来将信号传输到控制室,显示及接口单元位于控制室内。
目前普遍使用的高压电流测量系统是充油式电流互感器(Current Transducer,简称CT),其传感头利用电磁感应原理,信号通过导线传输。
为了解决高压隔离及电磁干扰问题,造成其传输线路非常笨重,使得整个系统体积庞大,图1 高压电流测量系统造价昂贵,这是传统电流互感器的主要缺点。
此外,这种互感器在故障电流情况下还会发生磁饱和现象,且存在起火及爆炸的危险。
相比之下,近年来广受关注的光学电流互感器(Optical Current Transducers,简称OCT)技术,在理论上几乎能克服传统CT的所有缺点。
光学电流互感器目前离大规模应用还有一定距离,许多技术问题还有待解决。
2 基本原理目前对光学电流互感器的分类还不统一,但无论哪种形式,其传输线路都是采用光纤,这是OCT与传统CT的基本区别和主要优点。
根据传感头形式不同,本文将光学电流互感器分为全光纤型、块状玻璃型及混合型3种。
2.1全光纤型全光纤型以光纤作为传感材料,将光纤绕在被测电流导线周围,形成光回路。
根据信号检出方法的不同,可分为偏振调制型和相位调制型2种。
2.1.1 偏振调制型图2为偏振调制型的基本结构。
当线偏振光通过光纤圈时,电流产生的磁场使线偏振光产生法拉第旋转(旋转角度与被测电流成正比)。
法拉第旋转角与被测电流的关系用下列两式描述:θ=∮VH·dl (1)∮H·dl=I (2) （1）式表示法拉第效应,(2)式是安培环路定律。
式中,θ为法拉第旋转角;V为代表光纤材料特性的维尔德常数;H为光传播方向上的磁场强度;l为光路长度;I图2 全光纤型电流互感器为被测电流。
从传感头返回的线振光经渥拉斯顿棱镜后分解成光矢量互相垂直的 两束线偏振光,通过测试这两束线偏振光的相对强度,获得法拉第旋转角。
一种面向复杂电力系统的GMM-FBG光学电流传感器设计
一种面向复杂电力系统的GMM-FBG光学电流传感器设计雷磊;赵颖博;杨大渭;高宇;郭安祥;万昊
【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》
【年(卷),期】2022()6
【摘要】为提高测量电流的实时性和准确性,设计了适用于振动、应变、磁场和温度等多物理场的GMM-FBG光学电流传感器。
分析了光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感特性,构建了超磁致伸缩材料(GMM)的一维非线性模型和磁热耦合模型。
组合封装GMM和FBG的传感探头,构建磁路系统和解调系统,校正了传感器的相位误差,设计并实现了GMM-FBG光学电流传感器实物。
分析了温度特性,从不同磁场方向进行电流响应实验,验证了温度补偿方法。
GMM-FBG光学电流传感器取消了温度换算,降低了计算量,实现了传感器的温度补偿,提高了实时测量精度。
该研究面向数字化、智能化的复杂电力系统,为新型光学电流传感器的开发与优化提供了技术参考。
【总页数】7页(P45-51)
【作者】雷磊;赵颖博;杨大渭;高宇;郭安祥;万昊
【作者单位】国网陕西省电力有限公司电力科学研究院;国网陕西省电力有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TN256
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基于M-Z干涉结构的集成光学电场传感器设计
基于M-Z干涉结构的集成光学电场传感器设计杨菲【摘要】针对亚纳秒脉冲高电压信号的测量需求,研究了基于Mach-Zenhder干涉结构的集成光学电场传感器.分析了晶体电光效应与M-Z干涉结构的基本原理,设计了传感器的铌酸锂电光晶体衬底与镀金电极结构.计算了传感器的灵敏度、频率响应、量程等输入输出性能,并设计了用于标定传感器特性的测试系统.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2017(039)005【总页数】4页(P36-39)【关键词】脉冲电压;铌酸锂;电光效应;M-Z干涉;光波导【作者】杨菲【作者单位】西安铁路职业技术学院电气工程学院,陕西西安710026【正文语种】中文【中图分类】TP212.11 引言近些年来，在高功率微波、强流电子加速器、受控核聚变等研究领域，经常需要用到单次或连续、变化快、脉宽窄的脉冲高电压，如何对其进行测量是一个关键问题。
因此，对于具有快速上升沿的高电压脉冲的测量技术的研究将对上述多个技术领域的发展产生深远的影响，在现代国防和现代科学技术的研究中具有重要意义，且兼具理论价值与现实应用价值。
测量高电压脉冲信号通常需先对其分压，常用的分压器探头中包含的金属部分，将对实际被测信号的电场分布等产生干扰，并且使得传感器对于电磁噪声非常敏感。
本文使用铌酸锂（LiNbO3）电光晶体结合M－Z干涉结构集成为光学电场传感器（又称铌酸锂调制器）进行皮秒级高电压信号的测量，有效地实现了体积小、灵敏度高、带宽大、动态范围宽、测量精度高等特点。
同时能够利用光纤将被测的强电高压区域与弱电信号处理区域之间进行隔离，从而保证测量的安全性和准确性。
2 集成光学电场传感器设计原理2.1 铌酸锂电光晶体铌酸锂LiNbO3晶体（简称LN晶体）属三方晶系，是一种集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等性能于一体的多功能材料，目前被广泛应用于波导型光学无源器件的衬底材料。
采用LiNbO3晶体制成的光波导器件具有以下优点：①晶体电光效应良好；②光吸收小，光透过率高；③光波损耗低，对波长依赖性小；④晶体生长制备方法简单，性能再现性良好；⑤基片尺寸大，可用作集成光学多功能芯片衬底材料。
光电电流、电压互感器的原理
激光器作为入射光的光源，其所发出的光是单色光。激光器发出的光经过单模光纤进入耦合器/分束器分别进入测试臂光纤绕组及参考臂光纤绕组，测试臂光纤绕组绕于圆柱形电致伸缩晶体上，圆柱形电致伸缩晶体的两个电极分别接于儒可夫斯基线圈的两输出端，儒可夫斯基线圈套于通电导体母线）外。当导体中通过电流时在儒可夫斯基线圈的输出端产生电势V，电势的大小比例于导体中通过的电流i。
2、光电电压互感器的工作原理
光电电压互感器就是通过测量普克尔效应产生的双折射所造成的相位差，计算出电场强度即被测的电压值。其原理图如下：
光源1发出一束光，经透镜2、起偏器3成为线偏振光，其偏振方向与普克尔晶体4的两个相互垂直的光轴X、Y成45°。普克尔晶体元件的厚度为L，施加电压两面的距离为d。并施加电压为V，线偏振光通过上述普克尔晶体元件在X、Y轴上的分量产生相位差γ。
⑸光环传感头的加工要求很高使得成本大为提高。
3、光环传感头的样机
尽管光环传感头的加工难度较大，但是在光学加工的工厂还是可以加工出来。另外其抗干扰性强、磁场利用率高、温度的影响较小，前期的光电电流互感器大多采用光环传感头式的电流互感器。我国华中理工大学在广东新会挂网的光电电流互感器采用该方案。1*
三、光纤干涉式光电电流互感器
A*A=a1*a1+a2*a2+2a1a2cos(φ2-φ1)
= a1*a1+a2*a2+2a1a2cos[ (d1-d2) 2π/λ-φ0]
如果振动的相位差φ2-φ1在整个时间内是恒定值，则合振动的总光强随相位差φ2-φ1或光程差d1-d2的变化而变化，合振动的光强由极小值（a1-a2）*（a1-a2）变到极大值（a1+a2）*（a1+a2）光波的这种性质称之为干涉。
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大学物理期末总结
（下）
赵言诚 哈尔滨工程大学理学院
Harbin Engineering University
基本内容 稳恒磁场中物理量的求解 磁场中载流导线的受力
电磁感应
热 学
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1.判断磁场的分布 2.选坐标
m B ds
s
3.根据坐标找 ds 4.计算通过 ds 的通量
5.根据坐标,积分求通过s 面的通量
m B ds
s
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S S
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二、稳恒磁场的基本定理和定律：
1.毕—沙定律
2.高斯定理
0 Idl r dB 3 4 r B d s 0
3.安培定理
H dl I i
L
s
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y
dl R
dB
5、求出载流导体的场强
0 I Bx 2 sin d 2 R 0 R
0 I
0 I By 2 R
2 x
/2
/ 2
x
0 I cos d 2 R 0
0dx
0 a b ln 2 a
a b P
B
x
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3.一半径R = 1.0 cm的无限长1/4圆柱形金属薄片，沿 轴向通有电流I = 10.0 A的电流，设电流在金属片上均 匀分布，试求圆柱轴线上任意一点P的磁感强度．
5.有一长直导体圆管，内外半径分别为R1和R2，如图，它所载 的电流I1均匀分布在其横截面上．导体旁边有一绝缘“无限长” 直导线，载有电流I2，且在中部绕了一个半径为R的圆圈．设 导体管的轴线与长直导线平行，相距为d，而且它们与导体圆 圈共面，求圆心O点处的磁感强度．
基本内容
稳恒磁场中物理量的求解
磁场中载流导线的受力 电磁感应 热 学
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一. 基本概念 1.磁感应强度 大小：
Fmax B qv
( SI制）
方向： Fmax v 的方向。 单位：特斯拉（T）
2.磁通量：
m B ds B cos ds
P
B
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4.如图所示，一扇形薄片，半径为R，张角为，其 上均匀分布正电荷，面电荷密度为 ，薄片绕过角 顶o点且垂直于薄片的轴转动，角速度为 ．求o点 处的磁感强度．
R
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解：1、选坐标（如图所示）
2 1/ 2 y
(o ) P
B (B B )
0 I 2
2 R
1.8×10-4 T
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方向 : tg By / Bx 1
y
4
x
P
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解：1、选坐标（如图所示） 2I 2、确定微元 d I dl R 3、计算微元产生的场强
0 d I 0 I dB 2 2 dl 2R R
y
dl R
dB
4、判断微元产生场强的方向
d Bx
0 I sin d
2 R
x
(o) P
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0 I cos d d By 2 R
1、将通有电流 I 的导线在同一平面内弯成如图所示的形 状，求D点的磁感强度 B ．
I
b
D
a
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5 解： BD Bi i 1
3
I
2 b 4
其中：B2 B5 0
1 a
D
5
B1 30 I /(8a) 方向 1 B3 [ 0 I /(4b)] ( 2 ) 方向 2 1 B4 [ 0 I /(4b)] ( 2 ) 方向 2
2 BD ( ) 4 2a b
0 I 3
方向
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2.如图所示，一无限长载流平板宽度为a，线电流密度 (即沿x方向单位长度上的电流)为 ，求:与平板共面且 距平板一边为b的任意点P的磁感强度．
a
b P x
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1.公式
0 I B (cos 1 cos 2 ) 4a 0 R 2 I
B 2( R 2 x 2 ) 3 / 2
2.各种形状导线：利用上述公式计算
B 的计算
3.连续分布的载流导体
场无对称 B dB
dq dI T B dB
运载电流
场有对称：利用安培定律
2、确定微元
dI 1 d q / π 2
dr
r
3、计算微元产生的场强
dB
0 d I
2r
0 d q
4r
0
4
dr
B o
r
4、判断微元产生场强的方向 5、求出载流导体的场强
0 B dr 4 0
R
0R
4
方向
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解： 1.分析载流导体的类型
2.选坐标 3.确定微元 dI dx
4.计算微元产生的场强 0 dI dB 2 (a b x)
5.判断微元产生场 强的方向 o
x
dx
b
P x dB
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6、求出载流导体的场强
B
a
0
0 a b ln 2 (a b x) 2 a