最新反射式光纤电流传感器的分析及设计设计
反射式光纤电流传感器的分析及设计设计
反射式光纤电流传感器的分析及设计设计毕业设计（论文）资料的分析及设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：目录第一部分毕业论文一、毕业论文第二部分过程管理资料一、毕业设计（论文）课题任务书二、本科毕业设计（论文）开题报告三、本科毕业设计（论文）中期报告四、毕业设计（论文）指导教师评阅表五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表六、毕业设计（论文）答辩评审表2011届本科生毕业设计（论文）资料第一部分毕业论文（2011届）本科生毕业论文反射式光纤电流传感器的分析及设计2011年5月长沙学院本科生毕业设计反射式光纤电流传感器的分析及设计系（部）：电子与通信工程系专业：应用物理学学号： 2007041118学生姓名：指导教师：讲师ABSTRACTAs the voltage and current levels increase, the traditional assolenoid style current transformer cannot satisfy the measurement requirements. Optical fiber current sensor as an new power detection equipment, by its unique advantages and has a good prospect in the market.Based on optical fiber current sensor research and applications for background, mainly in reflective optical fiber current sensor in the principle and characteristics of further research. This paper first discusses the compared with traditional sensors, optical fiber current sensor has the advantages ，Then, at home and abroad optical fiber current sensor of a simple overview of the state, summarizes the advantages and disadvantages of different optical fiber current sensor. According to the existing deficiency of optical fiber current sensor, and proposes an reflex of fiber current sensor, improve the sensitivity of the optical fiber current sensor, and analyses the deep theoretical research. First, the detailed discussion on Faraday magneto-optic effect, then the basis of the principle of using Jones matrix, reflective optical fiber current sensor for a theoretical analysis and calculation, obtained reflex current sensor mathematical model. The influence of various factors sensor measurement accuracy, the overall theoretical analysis, and from the Angle of polarization and from every physical process detailed analysis. Finally, the reflex current sensor model in each device design and choice; To further design optical fiber current sensor laid a theoretical foundation.Keywords:Optical fiber current sensor，Jones matrix，Fraday effect目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 光纤电流传感器概况及意义 (1)1.2 光纤电流器的分类 (2)1.2.1块状玻璃型光纤电流传感器 (2)1.2.2 偏振调制型光纤电流传感器 (3)1.2.3 相位调制型光纤电流传感器 (3)1.3 光纤电流传感器的发展情况 (4)1.4 本论文的主要工作 (5)第2章光纤电流传感器的基本理论及分析方法 (7)2.1 偏振光 (7)2.2 偏振的Jones矩阵分析法 (8)2.2.1 偏振光的琼斯矢量表示法 (8)2.2.2 正交偏振 (10)2.2.3 偏振器件的琼斯矩阵表示法 (10)2.2.4 偏振光系统的琼斯矩阵分析法 (13)2.4 本章小结 (16)第3章反射式光纤电流传感器模型设计 (17)3.1 结构设计 (17)3.2 反射式光纤电流传感器的偏振态分析 (18)3.3 反射式电流传感器的琼斯矩阵分析 (19)3.4 本章小结 (22)第4章反射式光纤电流传感器器件的选择 (23)4.1 光源 (23)4.2 λ/4延迟器的设计 (24)4.3 相位调制器 (26)4.4 光电探测器 (27)4.5 本章小结 (27)参考文献 (29)致谢 (30)第1章绪论1.1 光纤电流传感器概况及意义电力工业是国家经济建设的基础工业，在国民经济建设中有举足轻重的地位。
光纤电流传感器
光纤电流传感器的研究新进展一、流传感器的基本原理根据Far aday磁光效应，在被测电流产生的磁场作用下，光学介质中沿磁场方向传播的线偏振光的偏振方向将发生变化，偏振角的变化，全HdL，式中‘为Verde‘常数，H为磁场强度•‘为光线走过的路径。
当介质中的光路形成围绕载流导线的闭合环路时，根据安培环路定理，0=VKI,k为比例系数，I为电流强度，这是Faraday磁光效应光学电流传感器的理论基础.常用的测量Faraday型光学电流传感器输出线偏光偏转角的方法是正交偏振测量法，即用Wollaston棱镜做检偏器，线偏光经过电流传感元件输出后，被Wollaston梭镜分成两束偏振态互相垂直的线偏光，两束光的强度被分别检测出来并进行如下运算:S}- (11-I2)/(11+I2). Wollaston棱镜起偏器偏振方向的夹角为45’时，1,= Al /4[1-sin24,1.12=Au /4[1+sin24;]，所以，5=(I1-12)/(11+12)=sin2 l。
当法拉第偏转角It比较小时，输出信号正比于输出线偏振光的法拉第偏转角。
即X24,。
以上是理想情况下的结论。
如果在传感元件中存在线性双折射d，上述检测系统的输出信号则成为5= (11-12)，(11+12)=2,b sin石兀百石了，石万面，.上式可知.线性双折射可明显的降低系统的灵敏度和输入与输出之间的线性关系。
不仅如此，由于线性双折射与温度，压力等诸多因素有关，致使传感头的测量灵敏度易受工作环境的影响，因此显著的降低了系统的稳定性。
所以，对于用光纤做敏感元件的电流传感器而言，如何消除线性双折射的影响，己成为研制开发光学电流传感器中的核心问题。
二、纤电流传感器研究新进展光纤电流传感器是一个集材料科学、维光学、微电子学、电气工程、精密机械和计算机等学科于一体的高新技术产品，这就注定了它的研制是一项技术难度大、协作配套广的知识密集型项目。
故对其理论的深层次研究以及开发并解决产品实用化的问题一直是大家努力的方向。
新型光纤电流传感器及其应用
新型光纤电流传感器及其应用电流测量在很多领域均有着广泛的应用,如工业中的电力传输、军事上的船舰全电推进以及科研应用中的超短脉冲电流监测等,都会涉及到电流测量。
随着科技的发展,对各类电流信号的测量需求也在不断提升,传统的电磁式电流互感器暴露出瞬态响应差、易饱和、绝缘困难以及随着电压等级提高而产生的运行成本过高等缺陷,而基于法拉第磁光效应的光学电流传感器可以很好的克服这些缺陷,表现出的很大的应用潜力,其中尤以光纤电流传感器(Fiber Optical Current Sensor,简称FOCS)优势最为明显,它采用闭合光路设计,其相比于传统的电流互感器不仅具有不受外界电磁干扰的特性,而且兼具测量动态范围大、电气绝缘性好、体积小、重量轻等优势,可覆盖不同领域的电流测量需求,已受到越来越受到广泛地关注。
结合国内外研究发展现状,分析了各类电流传感器的优缺点,并提出一种基于偏振调制型原理的新型全光纤电流传感器,它采用与干涉型光纤电流传感器相同的闭合光路设计,但无需额外的光信号调制,其测量精度可满足一般工程应用要求,因此有很大的成本优势。
文中对其光路和算法设计进行了阐述并搭建了试验样机。
立足实际工程应用,并以工频电流测量和雷电防护两个应用方向为研究对象展开工作,首先对通过调整反射镜的位置和对系统进行零偏补偿使其闭环误差和系统零偏误差满足应用需求,随后以解决全光纤电流传感器实际工程应用的典型技术难点——易受温度影响为目的,对其复杂的非线性温度特性做了详细分析,并通过BP神经网络强大的非线性映射性能对变温实验中传感光纤线圈的变比系数与对应温度数据进行非线性拟合,利用获得的温度补偿曲线对其进行在线温度补偿,使这种新型的全光纤电流传感器在-5℃~+50℃温度范围内达到国标中规定的0.5级要求。
最后,从实际工程应用出发,结合该传感器的快速响应优势,将其应用于雷电防护测量。
试验中以Pearson电流传感器测量结果作为参考基准,使用新型全光纤电流传感器对8/20μs雷电流进行准确、快速的全波实时波形测量,通过软件及硬件优化,使其在2kA~1500kA雷电流范围内满足工业应用需求。
基于反射式光纤位移传感器的位移测量系统设计.
以此公式为标准经单片机处理就可以将电压 信号转换成为距离并显示在液晶上面。
基于反射式光纤位移传感器的位移测量系统设计
三、数据的处理
右图为实际测得的数据 拟合出来的曲线 拟合出来的曲线与我们实 测的数据非常接近，所以我 们就用此公式近似处理电压 信号，将电压转换成距离显 示出来。
基于反射式光纤位移传感器的位移测量系统设计
基于反射式光纤位移传感器的位移测量系统设离的变化而变化。显 然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的 光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加， 接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两 者的距离增加而减小。
在得到电压与距离的 关系之后就可以通过单 片机的处理将电压转换 成距离显示出来。
基于反射式光纤位移传感器的位移测量系统设计
二、实物制作
1、光发射模块 光源直接选择激光头
2、光纤传输与光电转换 为了提高耦合效率，我们选择了纤芯直径较 大的塑料光纤。 由于是可见光，所以光在反射时要避免可见 光的干扰，同样光电二极管接收的时候也要避 免可见光的干扰。
基于反射式光纤位移传感器的位移测量系统设计
5、AD转换模块
AD 转换模块我们选用了芯片TLC1543IN，它拥有11模拟输入通 道，与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接 简单。并且精确度也相对八位的高。
毕业论文-反射式光纤电流传感器模型建立
摘要随着电压和电流等级的提高，传统的电磁式电流互感器不能满足测量的要求，光纤电流传感器以其特有的优势，受到广泛的关注。
本文对国内外的光纤电流传感器的研究状况进行了综合的概述，针对现行光纤电流传感器的不足，改进了相位调制型光纤电流传感器，利用Jones矩阵分析法建立了反射式光纤电流传感器的理论模型。
并针对反射式光纤电流传感器进行了器件的选择。
根据传感器的输出信号的特点，设计了信号处理电路。
对信号进行了光电转换和前置放大，然后使用相关检测技术，将一次谐波的幅值转变成直流信号。
然后设计低通滤波器分离直流信号，最后设计了处理器电路完成信号的AD转换，用于信号的数字处理和输出显示。
关键词:光纤电流传感器，法拉第效应，相关检测，信号仿真ABSTRACTAs the increase of the current and voltage，the traditional electromagnetic current transformer could not satisfy the requirements of the measurement. The fiber-oPtic current sensor was investigated for its unique advantages.The research achievements of the fiber-optic current sensor have been summarized in the paper. The reflective fiber-oPtic current sensor has been designed basing on the Phase modulated type fiber-optic current sensor. The theory current sensor has been established using Jones matrix devices have been chose model of the reflective fiber-optic analyzing method and the proper device have been chose.According to the characteristics of the sensor's output, signal processing circuits including photoelectric translating circuit, preamplifier, correlation detector, low-pass filter and ARIvI processor have been designed. The fundamental wave was changed into direct-current component through correlation detector, and then the direct-current component was separated by low-pass filter. At last, the AD conversion was completed by ARM processor to do signal processing and output display.The simulation mode was established in the Matlab environment. The simulation analysis as well as the noise analysis was carried out. Finally, the analysis of the relationship between sensor's input and output was analyzed by using function-fitting method. The fitting coefficients and error were given and quadratic or quartic curve fitting was proposed.KEYWORDS:fiber-optic sensor, Faraday effect, correlation detection, signal simulation前言作为信息时代的今天，传感技术、通信技术和计算机技术在产业信息中起着非常重要的作用，成为现代信息产业的三大支柱，分别承担着信息的采集、传输、处理和储存等任务。
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。
新型光纤电流传感器在煤矿中的应用研究
图 ２光路 信号检测 电路
Ｎ
Ｎ
Ｉ＝ １∑ ，∑ ） ２ ２（ ＋ ＋
ｎ ｌ ＝ ｎ ＝ｌ
‘’
外接 电阻 Ｒ
式 中，
一 偏振光 的旋 转角度 ； ， 第 ｎ 个 随 温 度 变 化 的 线 性 双 折 射 引 起 的 一
Ｆ ｒｄｙ旋 转 角 的 变 化 量 ； ａａａ
件） 中通过 ，测量其 偏振 面 由于 电流产 生的磁场 作用而 导致线 性偏振 光旋转 角度（ 拉第旋 转角） 法 的不 同， 利用 法拉 第旋转 角和 电流 之 间的关系 间接来确 定被测 电流 的大小 。本文 主要讨 论传感头 与信 号检测 处理
系统 的设计 。 １ 、传 感 头 设 计 传 感 头 是 光 纤 电流 传 感 器 最 为 重 要 和 关 键 的部 件 。 系 统 传 感 头 材 料 为】 原
李 静
一
、
引 言
随着现代 电力系统 的发展 ，传统 的电磁感应铁 芯式 电流 互感器（ ｕｒｎ ｒｎｄ ｃｒＣ ）因其机理 而呈 Ｃ ｒ ｔ ａ ｓｕ ｅ， Ｔ ｅ Ｔ
现 出 自身 不 可 克 服 的 难 题 。尤 其 是 在 煤 矿 井 下 ， 统 Ｃ 在 大 电流 测 量 中， 传 Ｔ 因供 电 线 路 长 ，电 磁 环 境 干 扰 强 ，
静 魏熬 《
箍 巍 《ｅ器玺 ◇瓣 ｉ ｌ
分离 出直 流信 号和交 流信 号 ，再通 过 除法器 把交 直流 信
号 相 除 得 到 与 光 强 变 化 无 关 的 量Ｊ和 ， 经 过 Ａ／ 换 后 ， Ｉ Ｄ转
除 法
器
送 入 ＤＳ 处 理 【 Ｐ 。
Ｎ Ｎ
Ｉ＝ａ１∑ 一 。２（ ｔ一 ∑ ）
上海康阔新一代全光纤电流传感器(互感器)
螺旋速率
光纤长度坐标 （meter）
35
13:28:19
新一代电流传感光纤特点
1.1 新一代FOCS传感光纤中的偏振态演化（用于反射式结构） （已获多项实用和发明专利）
从慢轴输入线偏振态
递减螺距结构双折射段
均匀螺距结构双折射段
螺旋椭圆偏振态
解决了偏振态匹配问题和规模化生产问题
• FOCS的现实问题及解决方案 • 新一代电流传感光纤的特点
• 新一代FOCS的关键特性及应用
• 成果总结
34
13:28:19
新一代电流传感光纤特点
1. 0 新一代FOCS传感光纤的结构特征（用于反射式结构） （已获多项实用和发明专利）
递增螺旋结构双折射段 均匀螺旋结构双折射段
-40
时间 (小时 )
44
13:28:20
新一代FOCS的关键特性
3.2 传感光缆比差与温度的关系(不带温度补偿功能）
Comcore保椭圆光纤2：+/-0.32%
46
13:28:20
新一代FOCS的关键特性
13:28:15
新一代全光纤电流传感器
黄 勇 博士
Cell： 13917999108； Email：yong.huang@
1
13:28:15
新一代全光纤电流传感器
FOCS 现实问题及解决方案 • 新一代电流传感光纤的特点
• 新一代FOCS的关键特性及应用优势
13:28:18
FOCS 现实问题及解决方案
6. 目前国内外关于光纤波片的实现方案
6.1 切割一段所谓1/4拍长的线双折射光纤 （传统工艺）
集中式变换--无法解决椭圆偏振态匹配问题
光纤传感监测系统的设计与实现
光纤传感监测系统的设计与实现随着现代科技的不断发展，越来越多的高科技技术应用于生活和工业生产中。
在工业生产中，精确的监测和控制系统对于生产过程的稳定性和品质的保障至关重要。
而光纤传感监测系统就是一项非常重要的技术，可以实时监测和控制生产环境中的多个参数。
光纤传感监测系统的优势传统的传感器一般基于电信号进行监测，存在容易受到电磁干扰、信号传递损耗、耐久性不高等缺点。
而光纤传感器则利用的是光纤作为传感元件，光纤的物理特性使得它可以抵抗电磁干扰，且信号传递质量稳定，而且可以长时间连续使用。
另外，在某些环境下，例如化学品、高温、高压或电磁环境等，传统传感器可能不能很好的工作，而光纤传感器则可以在这些极端环境下稳定工作。
光纤传感监测系统的基本构成光纤传感监测系统一般包括以下几个部分：1. 光源和驱动单元：通过光源产生光信号，驱动单元控制光源的输出功率和频率。
2. 光电转换器和信号采集单元：将光信号转换成电信号，并将信号采集到数字控制单元中。
3. 数字控制单元：对信号进行处理和分析，经过软件算法计算得出所需的参数。
4. 显示和报警单元：将数据显示和警告信息反馈给工作人员，及时进行控制和处理。
设计与实现在设计光纤传感监测系统时需要考虑的因素有很多，包括监测参数的类型、监测位置和工作环境等。
一般情况下，需要根据具体的工作条件和参数需要，进行系统的零部件选择、光信号的传输和处理、数据显示和存储等模块的构建，并最终进行整体的系统调试。
在系统实现过程中，需要注意以下几点：1. 光纤的选择：根据需要监测的参数类型和监测位置的特点，选择合适的光纤型号和光纤连接方式。
2. 光源的选择：根据光源的功率和频率的要求，在系统中选择适合的光源和驱动单元。
3. 光电转换器的选择：根据监测光纤的类型和电信号的处理要求，选择合适的光电转换器。
4. 数据处理和显示：根据监测参数的类型和工作环境的特点，选择合适的软件算法和数据处理与存储模块，并设计合适的数据显示和报警单元。
反射式光纤电流传感器的分析及设计设计word版
毕业设计（论文）资料的分析及设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：目录第一部分毕业论文一、毕业论文第二部分过程管理资料一、毕业设计（论文）课题任务书二、本科毕业设计（论文）开题报告三、本科毕业设计（论文）中期报告四、毕业设计（论文）指导教师评阅表五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表六、毕业设计（论文）答辩评审表2011届本科生毕业设计（论文）资料第一部分毕业论文（2011届）本科生毕业论文反射式光纤电流传感器的分析及设计2011年5月长沙学院本科生毕业设计反射式光纤电流传感器的分析及设计系（部）：电子与通信工程系专业：应用物理学学号： 2007041118学生姓名：指导教师：讲师ABSTRACTAs the voltage and current levels increase, the traditional assolenoid style current transformer cannot satisfy the measurement requirements. Optical fiber current sensor as an new power detection equipment, by its unique advantages and has a good prospect in the market.Based on optical fiber current sensor research and applications for background, mainly in reflective optical fiber current sensor in the principle and characteristics of further research. This paper first discusses the compared with traditional sensors, optical fiber current sensor has the advantages ，Then, at home and abroad optical fiber current sensor of a simple overview of the state, summarizes the advantages and disadvantages of different optical fiber current sensor. According to the existing deficiency of optical fiber current sensor, and proposes an reflex of fiber current sensor, improve the sensitivity of the optical fiber current sensor, and analyses the deep theoretical research. First, the detailed discussion on Faraday magneto-optic effect, then the basis of the principle of using Jones matrix, reflective optical fiber current sensor for a theoretical analysis and calculation, obtained reflex current sensor mathematical model. The influence of various factors sensor measurement accuracy, the overall theoretical analysis, and from the Angle of polarization and from every physical process detailed analysis. Finally, the reflex current sensor model in each device design and choice; To further design optical fiber current sensor laid a theoretical foundation.Keywords:Optical fiber current sensor，Jones matrix，Fraday effect目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 光纤电流传感器概况及意义 (1)1.2 光纤电流器的分类 (2)1.2.1 块状玻璃型光纤电流传感器 (2)1.2.2 偏振调制型光纤电流传感器 (3)1.2.3 相位调制型光纤电流传感器 (3)1.3 光纤电流传感器的发展情况 (4)1.4 本论文的主要工作 (5)第2章光纤电流传感器的基本理论及分析方法 (7)2.1 偏振光 (7)2.2 偏振的Jones矩阵分析法 (8)2.2.1 偏振光的琼斯矢量表示法 (8)2.2.2 正交偏振 (10)2.2.3 偏振器件的琼斯矩阵表示法 (10)2.2.4 偏振光系统的琼斯矩阵分析法 (13)2.4 本章小结 (16)第3章反射式光纤电流传感器模型设计 (17)3.1 结构设计 (17)3.2 反射式光纤电流传感器的偏振态分析 (18)3.3 反射式电流传感器的琼斯矩阵分析 (19)3.4 本章小结 (22)第4章反射式光纤电流传感器器件的选择 (23)4.1 光源 (23)4.2 λ/4延迟器的设计 (24)4.3 相位调制器 (26)4.4 光电探测器 (27)4.5 本章小结 (27)参考文献 (29)致谢 (30)第1章绪论1.1 光纤电流传感器概况及意义电力工业是国家经济建设的基础工业，在国民经济建设中有举足轻重的地位。
《光纤电流传感器故障诊断实验分析综述3100字》
光纤电流传感器故障诊断实验分析综述在光纤电流传感器故障诊断中，为了防止出现误判，需要进行标定实验先测量出在正常运行时由于温度的影响，光路中传输光的光功率波动范围。
根据本文第二章搭建的实验平台，首先进行标定实验测定光纤电流传感器在不同温度下正常运行时光功率的范围，以此为正常参考范围值。
若输出光功率在正常参考范围内，则判断为正常；否则，则判定为故障。
然后进行验证实验测试本文所设计的方法是否能正确检测出光纤电流传感器所出现的各类故障。
1.1.1标定实验为了避免正常情况下由于温度对光功率的影响而引起故障误判，我们首先对FOCS进行了温度循环实验[36]，确定了FOCS在温度变化为-40℃～70℃下正常工作时的光功率变化范围，由此确定了光功率的正常波动范围。
温升实验按照国家标准《电子式电流互感器GB/T 20840.8--2007》，实验场地的环境温度为20℃，符合标准中的10℃和30℃之间，当地海拔为397米，符合标准中正常使用条件下海拔不超过1000米的要求。
供电电源的电压、电流、频率、纹波等满足相关技术要求。
温升测量使用18B20温度传感器，光纤电流传感器采集单元和光纤圈均置于温箱内。
待测电流等效值为320A，光纤电流传感器采集单元输出两路信号给计算机LabVIEW，分别为测量电流值和光功率值。
在第二章所搭建的实验平台上，用于需要进行温度循环试验，增加了温箱。
为了满足所需要的温度变化范围和速率，所采用的温箱的最大温度变化范围为-40℃至100℃，温度最快变化速率为5℃/min。
首先在室温下（20℃）将光纤电流传感器采集单元和传感光纤圈均放入温箱，为了使温度传感器测得的温度为传感器采集单元的温度，18B20传感头贴着传感器采集单元外壳放置，温度传感器采集单元不耐高温，需要摆放在温箱外，传输线穿过温箱穿线孔与传感头相连。
计算机两个串口分别与温度传感器采集单元、光纤电流传感器采集单元相连，以便完成对实时测量温度数据和传感器输出的光功率值和测量电流值的传输。
反射式光纤传感器原理
四、实验原理
图1是反射式光纤位移测量原理图
图1 反射式光纤位移传感器原理图
光从光源耦合进入输入光纤射向反射面，再被反射回光纤，由探测器接收。
设两根光纤的距离为d ,每根光纤的直径为2a ，数值孔径为NA ，x 是反射器的反射面到输入（输出）光纤断面的距离，设反射面反射率为R 0，输出光纤接收到的光强为I(x),输入光纤输出的光强为I 0，ξ为光源种类及光源跟光纤耦合情况有光的调制参数。
则有：
()()[]
⎪⎭
⎪
⎬⎫⎪⎩
⎪
⎨⎧+-
⋅+=22/32222/300/1exp ])(1[c c tg a x a R tg x I R x I θξθα
ξ 若我们测量小位移时，光源与输入光纤耦合较好，采用准共路光纤，ξ≈0，则上式变形为：
()⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-⋅=2200exp a R I R x I
再对上式展开忽略高阶项，得到：
()c
tg x R a I x I θ220
204=
其中：数值孔径NA=sin(θc ) 且在图中近似得到：
x
R tg c 2=
θ 很显然，图中当d>R 时，即输出（接收）光纤位于反射光光锥之外，两光纤
光纤芯径交界弧线看成是直线。
通过计算得到重叠面积与光纤端面面积之比，即
)]1sin()1()1([cos 1
1α
δαδαδπ
α----
=
- 本实验使用阶跃型光纤，采用准共路方式，与反射器相邻端为光纤传感器探头，它与被测体相距x ，光源发出的光经过光纤传到被测物体再由被测物体反射回来，有另一光纤接收光信号经光电转换器转换成电压，而光电转换器的电压大小与间距X 有关，因此可以用于测量位移。
光纤传感器项目规划设计方案
光纤传感器项目规划设计方案一、项目概述光纤传感器是一种基于光纤原理的传感器，通过对光的传播和变化进行监测和测量，可以实现对温度、压力、湿度、振动等物理量的测量。
本项目旨在设计和开发一种新型的光纤传感器，具有高精度、高可靠性和低功耗的特点，可以广泛应用于工业自动化、智能家居、医疗诊断等领域。
二、项目目标1.设计和开发一种能够实时监测和测量温度和压力的光纤传感器；2.实现对光纤传感器的数据采集和处理，并实现数据的远程传输和存储；3.验证光纤传感器的性能指标，包括灵敏度、精度、稳定性等。
三、项目计划1.需求分析：对光纤传感器的应用场景和功能需求进行分析，明确产品的要求和性能指标；2.技术研究：对目前光纤传感器的原理和技术进行深入研究，寻找已有的解决方案和模型；3.硬件设计：设计光纤传感器的硬件电路和模块，包括温度和压力传感器、光纤通道和光信号调制解调模块等；4.软件开发：开发光纤传感器的控制软件和数据处理软件，实现数据采集、处理和传输功能；5.集成测试：对光纤传感器进行功能测试和性能测试，验证其稳定性、精度和可靠性，不断优化和改进；6.产品量产：根据测试结果进行设计优化，进行批量生产，并建立质量控制体系；7.售后服务：提供光纤传感器的维修和售后服务，保证产品的质量和性能。
四、项目资源1.人力资源：组建跨学科的项目团队，包括硬件工程师、软件工程师、测试工程师、技术支持工程师等；3.财务资源：制定项目预算，包括研发费用、硬件设备购买和生产成本等；4.设备资源：购买所需的研发和生产设备，包括实验仪器、生产线和测试设备等；5.时间资源：合理安排项目计划和进度，充分利用时间资源，确保项目按时完成。
五、风险分析1.技术风险：由于光纤传感器技术具有一定的复杂性和创新性，可能会面临技术难题和突破困难；2.资金风险：项目需要大量的研发投入和设备购置费用，可能会面临资金紧张的风险；3.市场风险：市场对新型传感器的需求和接受程度不确定，可能会影响产品的市场竞争力。
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。
反射式光纤电流传感的锁相检测法与近似误差
反射式光纤电流传感的锁相检测法与近似误差李建中;李泽仁;邓向阳;王荣波;张登洪;田建华【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2010(029)001【摘要】对反射式Sagnac型全光纤电流传感器中光信号的检测方法进行了深入的分析,并对固有的小角近似误差进行了充分的理论分析和数值模拟.针对反射式光纤电流传感器中极其特殊的信号检测要求,采用了锁相检测法来处理传感信号.商用化的光纤电流传感器的误差一般要求小于0.2%,而在各类检测方法的信号处理中,一个必须的步骤是sin θ≈θ,该步骤造成的小角近似误差极大地影响了整个系统的测量精度.通过对这2个问题进行深入的分析与模拟,对解决光纤电流传感器的检测方法设计、测量精度、灵敏度等问题提供了较大的参考价值.【总页数】4页(P87-90)【作者】李建中;李泽仁;邓向阳;王荣波;张登洪;田建华【作者单位】中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900【正文语种】中文【中图分类】TP212.14;TN911.7【相关文献】1.反射式光纤电流互感器光波偏振态相互转换过程中的误差特性 [J], 王立辉;何周;刘锡祥;闫捷;李佩娟2.反射式光纤电流传感器频率特性计算和测试 [J], 张朝阳;张春熹;王夏霄;梁冰3.反射式光纤电流传感器信号处理仿真研究 [J], 孙敦艳4.单模光纤反射式结构光纤电流传感器温度敏感性分析 [J], 张昊5.反射式Sagnac干涉光纤电流互感器的传感头误差研究 [J], 王景飞;梁京伟;董前民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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反射式光纤电流传感器的分析及设计设计毕业设计（论文）资料的分析及设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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作者签名：日期：目录第一部分毕业论文一、毕业论文第二部分过程管理资料一、毕业设计（论文）课题任务书二、本科毕业设计（论文）开题报告三、本科毕业设计（论文）中期报告四、毕业设计（论文）指导教师评阅表五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表六、毕业设计（论文）答辩评审表2011届本科生毕业设计（论文）资料第一部分毕业论文（2011届）本科生毕业论文反射式光纤电流传感器的分析及设计2011年5月长沙学院本科生毕业设计反射式光纤电流传感器的分析及设计系（部）：电子与通信工程系专业：应用物理学学号： 2007041118学生姓名：指导教师：讲师ABSTRACTAs the voltage and current levels increase, the traditional assolenoid style current transformer cannot satisfy the measurement requirements. Optical fiber current sensor as an new power detection equipment, by its unique advantages and has a good prospect in the market.Based on optical fiber current sensor research and applications for background, mainly in reflective optical fiber current sensor in the principle and characteristics of further research. This paper first discusses the compared with traditional sensors, optical fiber current sensor has the advantages ，Then, at home and abroad optical fiber current sensor of a simple overview of the state, summarizes the advantages and disadvantages of different optical fiber current sensor. According to the existing deficiency of optical fiber current sensor, and proposes an reflex of fiber current sensor, improve the sensitivity of the optical fiber current sensor, and analyses the deep theoretical research. First, the detailed discussion on Faraday magneto-optic effect, then the basis of the principle of using Jones matrix, reflective optical fiber current sensor for a theoretical analysis and calculation, obtained reflex current sensor mathematical model. The influence of various factors sensor measurement accuracy, the overall theoretical analysis, and from the Angle of polarization and from every physical process detailed analysis. Finally, the reflex current sensor model in each device design and choice; To further design optical fiber current sensor laid a theoretical foundation.Keywords:Optical fiber current sensor，Jones matrix，Fraday effect目录ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 光纤电流传感器概况及意义 (1)1.2 光纤电流器的分类 (2)1.2.1块状玻璃型光纤电流传感器 (2)1.2.2偏振调制型光纤电流传感器 (3)1.2.3相位调制型光纤电流传感器 (3)1.3 光纤电流传感器的发展情况 (4)1.4 本论文的主要工作 (6)第2章光纤电流传感器的基本理论及分析方法 (7)2.1 偏振光 (7)2.2 偏振的Jones矩阵分析法 (8)2.2.1偏振光的琼斯矢量表示法 (8)2.2.2正交偏振 (10)2.2.3偏振器件的琼斯矩阵表示法 (10)2.2.4偏振光系统的琼斯矩阵分析法 (13)2.4 本章小结 (17)第3章反射式光纤电流传感器模型设计 (18)3.1 结构设计 (18)3.2 反射式光纤电流传感器的偏振态分析 (19)3.3 反射式电流传感器的琼斯矩阵分析 (20)3.4 本章小结 (23)第4章反射式光纤电流传感器器件的选择 (24)4.1 光源 (24)4.2 λ/4延迟器的设计 (25)4.3 相位调制器 (27)4.4 光电探测器 (28)4.5 本章小结 (28)参考文献 (30)致谢 (31)第1章绪论1.1 光纤电流传感器概况及意义电力工业是国家经济建设的基础工业，在国民经济建设中有举足轻重的地位。
近年来随着各国经济的迅速发展，对电力的需求日益增大，电力系统的额定电压等级和额定电流都有大幅度的提高[1]。
电流和电压的测量在电力工业中起着极为重要的作用，它们为电力系统提供用订量、控制和继电保护所必需的信息。
在计量方面，要求测量装置具有很高的测量准确度及稳定性，而为了系统保护的需要，要求测量装置测试速度快、反应迅速。
同时，力系统运行的不间断性也对测量装置的可靠性及维护性提出了很高的要求。
目前，对电流的测量主要采用的是以电磁感应原理为基础的电流传感器，这种传统的电磁感应式电流传感器在应用的过程中，积累了丰富的实践经验，它的各种技术性能、指标均还保持着一定的优势，同时电磁式电流传感器的原理简单，可靠性高，不易损坏[2]。
上述这些优点，是其得以普遍使用的主要原因。
但是由于电磁式电流传感器结构、原理的特性，使得它存在以下几个致命的缺点：(1)存在绝缘的问题，充油的电磁式电流传感器使用在高压环境时，有可能发生绝缘击穿，从而引起对地短路或者突然爆炸的危险；(2)存在磁饱和的问题，电流传感器铁芯在被测量电流异常增大的时候，将出现磁饱和，这严重影响了电流传感器的测量准确度；(3)存在电磁干扰的问题，在高压环境中，电磁式电流传感器的电流信号通过导线传输时将受到严重的电磁干扰，影响测量准确度；(4)成本问题，电磁式电流传感器的成本随着被测量电流／电压等级的增大，成指数增加。
这些电磁式电流传感器的缺点是由其基本结构造成的，是无法从根本上改变的。
因此，在这种情况下就需要研究新型的电流传感器了，光纤电流传感器就孕育而生了。
光纤电流传感正是为了克服电磁式电流传感器的缺点而研制的，光纤电流传感正是为了克服电磁式电流传感器的缺点而研制的，自七十年代问世以来，受到了各国的广泛关注[3]。
与传统的电磁式电流互感器相比，光纤电流传感器具有以下的优点：(1)绝缘性能非常好，从材料来说：光纤电流传感器所用的材料主要是石英光纤，它自身就是非常好的绝缘体；(2)光纤电流传感器的结构中不含有铁芯，因此不存在磁饱和、铁磁谐振等问题，测量准确度得到了提高。
(3)抗电磁干扰能力强，光纤电流传感器的信号由光来传输，具有抗电磁干扰性，这样它测量的准确度也能增大，(4)光纤电流传感器的低压侧不会有因开路而产生高压的危险，从而消除了传统的电磁式电流互感器易燃易爆的问题。
(5)光纤电流传感器的体积小，重量轻。
光纤传感器的传感头，重量小于l公斤。
据美国西屋公司公布的磁光式345KV光纤电流互感器，其高度为2.7米，总重量为100公斤，而同等电压等级的充油式电磁式电流传感器，高为6.1米，重达7718公斤[4]。
(6)适应了电力保护和计量的数字化、智能化及光通信的发展趋势。
(7)测量的动态范围大，可在相当宽的电流范围内保持良好的线性特性。
光纤电流传感器从问世至今己40多年，各国科技人员花费了大量心血，提出了各种各样的实现方法，但有些关键问题至今没有获得圆满解决[5]。
虽然也有一些产品问世的报道，但离大规模商业应用还有较大距离。
尽管困难重重，人们对光纤电流传感器的期望始终没有减少，一直在探索新的实现方法和关键技术解决途径，这都是因为与电磁式传感器相比，光纤电流传感器具有无法比拟的优点。
1.2 光纤电流器的分类光纤电流传感器从出现以来，就被受到重视。
现有的光纤电流传感器按照它的传感头的不同，可以分为全光型光纤电流传感器、块状玻璃型光纤电流传感器和混合型光纤电流传感器。
1.2.1块状玻璃型光纤电流传感器块状玻璃型光纤电流传感器基本原理是:利用全反射，使线性偏振光通过玻璃材料内部多次反射，形成环绕通电导体的闭合光路，其结构如图1.1所示。
图1.1 状玻璃型光纤电流传感器的传感头结构通过测量线偏振光的法拉第旋转角，从而间接的测量电流。