全光纖電流互感器傳感機(jī)理建模分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、全光纖電流互感器采用光纖作為傳感介質(zhì)，利用線偏振光通過(guò)置于磁場(chǎng)中的磁光材料時(shí)其偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)的獨(dú)特性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界電流的測(cè)量。由于其在絕緣性、抗電磁干擾、可靠性方面相比于傳統(tǒng)的電磁式電流傳感器有很大的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)外研究人員的重視。
　　本文首先建立了基于偏振檢查方法的全光纖電流互感器微元傳感單元的分布參數(shù)模型，結(jié)合極化率張量和麥克斯韋方程組，推導(dǎo)了微元傳感單元的分布參數(shù)傳輸矩陣，從本質(zhì)上解釋了傳感單元中法拉第磁光效應(yīng)及

2、線性雙折射的產(chǎn)生機(jī)理，并與宏觀的瓊斯矩陣進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該分布參數(shù)模型的有效性。結(jié)合光電轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模型得到了全光纖電流互感器的開(kāi)環(huán)傳感機(jī)理，提出了提高全光纖電流互感器測(cè)量精度的方法。
　　其次，利用COMSOL有限元軟件建立了相應(yīng)的FOCT傳感單元中光場(chǎng)和磁場(chǎng)的耦合模型，并提出采用束包絡(luò)法推導(dǎo)光波偏振態(tài)演變過(guò)程的方法，得出了法拉第旋轉(zhuǎn)角的一般性理論計(jì)算表達(dá)式。通過(guò)比較不同條件下旋轉(zhuǎn)角θ與傳輸距離L的關(guān)系，分析了被測(cè)電流、線性雙折射

3、、纖芯折射率、光纖彎曲半徑對(duì)輸出旋轉(zhuǎn)角的影響。
　　采用COMSOL仿真軟件實(shí)現(xiàn)了光場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力四個(gè)物理場(chǎng)的耦合，分析了光纖對(duì)所處物理?xiàng)l件的敏感性，即環(huán)境溫度、應(yīng)力及振動(dòng)所引起的光纖的折射率變化。分析了FOCT傳感單元中的溫度及熱應(yīng)力的分布特性。
　　最后，針對(duì)基于偏振檢測(cè)的全光纖電流互感器，設(shè)計(jì)光路系統(tǒng)，搭建了全光纖電流互感器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行光路測(cè)試，為未來(lái)分析和研究系統(tǒng)受自身及周圍環(huán)境因素的影響打下良好基礎(chǔ)