《應(yīng)用物理學(xué)論文18181》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《應(yīng)用物理學(xué)論文18181（56頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）資料 設(shè)計（論文）題目： 反射式光纖電流傳感器 的分析及設(shè)計 系　　　　部： 電子與通信工程系 專 業(yè)： 應(yīng)用物理學(xué) 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 指導(dǎo)教師姓名： 最終評定

2、成績 長沙學(xué)院教務(wù)處 二○一一年二月制  目 錄 第一部分 畢業(yè)論文 一、畢業(yè)論文 第二部分 過程管理資料 一、 畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書 二、 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 三、 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 四、 畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評閱表 五、 畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱表 六、 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯評審表  2011屆 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）資料 第一部分 畢業(yè)論文  　?。?011屆） 　　

3、本科生畢業(yè)論文 反射式光纖電流傳感器的分析及設(shè)計 系　　　　部： 電子與通信工程系 專 業(yè)： 應(yīng)用物理學(xué) 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 一班 學(xué)號 2007041118 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 講師

4、 最終評定成績 2011年5月 長沙學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 反射式光纖電流傳感器的分析及設(shè)計 系 （部）：電子與通信工程系 專 業(yè)： 應(yīng)用物理學(xué) 學(xué) 號： 2007041118 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 講師 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) ABSTRACT As the voltage and current

5、 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 a

6、pplications 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 se

7、nsor 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 se

8、nsor, 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 mod

9、el. 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

10、 sensor laid a theoretical foundation. Keywords: Optical fiber current sensor，Jones matrix，F(xiàn)raday effect 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 1.1 光纖電流傳感器概況及意義 1 1.2 光纖電流器的分類 2 1.2.1 塊狀玻璃型光纖電流傳感器 2 1.2.2 偏振調(diào)制型光纖電流傳感器 3 1.2.3 相位調(diào)制型光纖電流傳感器 3 1.3 光纖電流傳感器的發(fā)展情況 4 1.4 本論文的主要工作 5 第2章 光纖電

11、流傳感器的基本理論及分析方法 7 2.1 偏振光 7 2.2 偏振的Jones矩陣分析法 8 2.2.1 偏振光的瓊斯矢量表示法 8 2.2.2 正交偏振 10 2.2.3 偏振器件的瓊斯矩陣表示法 10 2.2.4 偏振光系統(tǒng)的瓊斯矩陣分析法 13 2.4 本章小結(jié) 16 第3章 反射式光纖電流傳感器模型設(shè)計 17 3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 3.2 反射式光纖電流傳感器的偏振態(tài)分析 18 3.3 反射式電流傳感器的瓊斯矩陣分析 19 3.4 本章小結(jié) 22 第4章 反射式光纖電流傳感器器件的選擇 23 4.1 光源 23 4.2 λ/4延遲器的設(shè)計 24 4

12、.3 相位調(diào)制器 26 4.4 光電探測器 27 4.5 本章小結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 29 致 謝 30 IV 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第1章 緒論 1.1 光纖電流傳感器概況及意義 電力工業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有舉足輕重的地位。近年來隨著各國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對電力的需求日益增大，電力系統(tǒng)的額定電壓等級和額定電流都有大幅度的提高[1]。電流和電壓的測量在電力工業(yè)中起著極為重要的作用，它們?yōu)殡娏ο到y(tǒng)提供用訂量、控制和繼電保護(hù)所必需的信息。在計量方面，要求測量裝置具有很高的測量準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性，而為了系統(tǒng)保護(hù)的需要，要求測量裝

13、置測試速度快、反應(yīng)迅速。同時，力系統(tǒng)運(yùn)行的不間斷性也對測量裝置的可靠性及維護(hù)性提出了很高的要求。 目前，對電流的測量主要采用的是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的電流傳感器，這種傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式電流傳感器在應(yīng)用的過程中，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，它的各種技術(shù)性能、指標(biāo)均還保持著一定的優(yōu)勢，同時電磁式電流傳感器的原理簡單，可靠性高，不易損壞[2]。上述這些優(yōu)點(diǎn)，是其得以普遍使用的主要原因。但是由于電磁式電流傳感器結(jié)構(gòu)、原理的特性，使得它存在以下幾個致命的缺點(diǎn)： (1)存在絕緣的問題，充油的電磁式電流傳感器使用在高壓環(huán)境時，有可能發(fā)生絕緣擊穿，從而引起對地短路或者突然爆炸的危險； (2)存在磁飽和的問題，電

14、流傳感器鐵芯在被測量電流異常增大的時候，將出現(xiàn)磁飽和，這嚴(yán)重影響了電流傳感器的測量準(zhǔn)確度； (3)存在電磁干擾的問題，在高壓環(huán)境中，電磁式電流傳感器的電流信號通過導(dǎo)線傳輸時將受到嚴(yán)重的電磁干擾，影響測量準(zhǔn)確度； (4)成本問題，電磁式電流傳感器的成本隨著被測量電流／電壓等級的增大，成指數(shù)增加。這些電磁式電流傳感器的缺點(diǎn)是由其基本結(jié)構(gòu)造成的，是無法從根本上改變的。因此，在這種情況下就需要研究新型的電流傳感器了，光纖電流傳感器就孕育而生了。 光纖電流傳感正是為了克服電磁式電流傳感器的缺點(diǎn)而研制的，光纖電流傳感正是為了克服電磁式電流傳感器的缺點(diǎn)而研制的，自七十年代問世以來，受到了各國的廣泛關(guān)注

15、[3]。與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比，光纖電流傳感器具有以下的優(yōu)點(diǎn)： (1)絕緣性能非常好，從材料來說：光纖電流傳感器所用的材料主要是石 英光纖，它自身就是非常好的絕緣體； (2)光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)中不含有鐵芯，因此不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題，測量準(zhǔn)確度得到了提高。 (3)抗電磁干擾能力強(qiáng)，光纖電流傳感器的信號由光來傳輸，具有抗電磁干擾性，這樣它測量的準(zhǔn)確度也能增大， (4)光纖電流傳感器的低壓側(cè)不會有因開路而產(chǎn)生高壓的危險，從而消除了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器易燃易爆的問題。 (5)光纖電流傳感器的體積小，重量輕。光纖傳感器的傳感頭，重量小于l公斤。據(jù)美國西屋公司公布的磁光式34

16、5KV光纖電流互感器，其高度為2.7米，總重量為100公斤，而同等電壓等級的充油式電磁式電流傳感器，高為6.1米，重達(dá)7718公斤[4]。 (6)適應(yīng)了電力保護(hù)和計量的數(shù)字化、智能化及光通信的發(fā)展趨勢。 (7)測量的動態(tài)范圍大，可在相當(dāng)寬的電流范圍內(nèi)保持良好的線性特性。 光纖電流傳感器從問世至今己40多年，各國科技人員花費(fèi)了大量心血，提出了各種各樣的實(shí)現(xiàn)方法，但有些關(guān)鍵問題至今沒有獲得圓滿解決[5]。雖然也有一些產(chǎn)品問世的報道，但離大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有較大距離。盡管困難重重，人們對光纖電流傳感器的期望始終沒有減少，一直在探索新的實(shí)現(xiàn)方法和關(guān)鍵技術(shù)解決途徑，這都是因?yàn)榕c電磁式傳感器相比，光纖

17、電流傳感器具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 1.2 光纖電流器的分類 光纖電流傳感器從出現(xiàn)以來，就被受到重視。現(xiàn)有的光纖電流傳感器按照它的傳感 頭的不同，可以分為全光型光纖電流傳感器、塊狀玻璃型光纖電流傳感器和混合型光纖電流傳感器。 1.2.1 塊狀玻璃型光纖電流傳感器 塊狀玻璃型光纖電流傳感器基本原理是:利用全反射，使線性偏振光通過玻璃材料內(nèi)部多次反射，形成環(huán)繞通電導(dǎo)體的閉合光路，其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。 圖1.1 狀玻璃型光纖電流傳感器的傳感頭結(jié)構(gòu) 通過測量線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角，從而間接的測量電流。這種電流傳感器具有線性范圍寬、穩(wěn)定性好、精度較高、受

18、光纖線性雙折射影響較小等優(yōu)點(diǎn);但是存在加工難度大、傳感頭易碎、成本高等缺點(diǎn)，且在光反射過程中不可避免的引入了反射相移，使兩兩正交的線偏光變成橢圓偏振光，從而影響系統(tǒng)的性能。 1.2.2 偏振調(diào)制型光纖電流傳感器 偏振調(diào)制型也稱為非干涉型，它不使用相位調(diào)制器，無電流時輸出信號為直流量，通過檢測出射光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)角度來確定待測電流的大小。偏振調(diào)制型光纖電流傳感的基本結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。 圖1.2 偏振調(diào)制型光纖電流傳感器結(jié)構(gòu) 光源發(fā)出的光經(jīng)起偏器轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，當(dāng)線偏振光通過光纖圈時，電流產(chǎn)生的磁場將使線偏振光產(chǎn)生法拉第旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度與被測電流成正比。 1.2.3 相位調(diào)制型光纖電

19、流傳感器 相位調(diào)制型的全光纖電流傳感器是利用外加磁場使得物質(zhì)對左旋和右旋圓偏振光 的折射率不同，而線偏振光可以分解為一個左旋和右旋的圓偏振光，因而傳播一段距離后，表現(xiàn)為線偏振光的振動面發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)角取決于沿磁場方向傳播的右旋圓偏振光與左旋圓偏振光的折射率之差[6]。 因此通過測量左旋圓偏振和右旋圓偏振光傳播一段距離后產(chǎn)生的相位差，也可以實(shí) 現(xiàn)電流的測量。如圖1.3為相位調(diào)制型全光纖電流傳感器的原理圖。 圖1.3 相位調(diào)制型全光纖電流傳感器的原理圖 激光光源發(fā)出的光經(jīng)過起偏器后為線偏振光，通過耦合器分成兩路，分別經(jīng)過1/4延遲器轉(zhuǎn)換成旋向相同的圓偏振光，分別沿順時針和逆時

20、針方向通過傳感光纖圈，由于法拉第效應(yīng)，使得兩束圓偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，然后再經(jīng)過另一個1/4延遲器重新轉(zhuǎn)換成為線偏振光返回偏振器進(jìn)行干涉。由于干涉的兩束光的偏振面旋轉(zhuǎn)的角度大小相等，方向相反，因此其相位差為兩倍的法拉第相移，因此在相同的圈數(shù)時的靈敏度為偏振調(diào)制型光纖電流傳感器的兩倍。只需檢測輸出光的相位差就能得出待測電流，因此功率波動對系統(tǒng)的影響比偏振旋轉(zhuǎn)方案小，即系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)于偏振調(diào)制型方案主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)中包含了Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)，因此很容易受到Sagnac效應(yīng)的影響[7]。 Sagnac效應(yīng)與法拉第效應(yīng)一樣都產(chǎn)生非互易相移，檢測時分辯不出，從而引起測量誤差，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性；傳感光纖的

21、固有雙折射難以處理，由于光纖制備工藝的不完善，介質(zhì)中的雜質(zhì)、缺陷等破壞了光纖的軸對稱性，以及使用時不可避免的彎曲等原因，使傳感光纖中存在固有雙折射[8]。而普通硅光纖的費(fèi)爾德常數(shù)較小，光纖固有雙折射引起的光偏振態(tài)的改變傾向于淹沒法拉第旋轉(zhuǎn)角，為了提高靈敏度，就必須增加傳感光纖圈數(shù)，這同時又會增加本征雙折射和彎曲引起的線性雙折射，從而使傳感器靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論預(yù)計值。因此，有必要對怎樣抑制光纖中的固有雙這射的影響進(jìn)行研究。 1.3 光纖電流傳感器的發(fā)展情況 20世紀(jì)60年代，在1963年安裝在美國俄勒岡州Bonneville電力局(BPA)的230kV電網(wǎng)上裝置“Traser”，它通過玻璃波

22、導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了信號傳輸，這是光纖電流傳感器的最初形式。同時，G．H．Moulton等人設(shè)計了一套高壓保護(hù)裝置，采用了光脈沖傳輸原理[9]。S．Saito等人進(jìn)行了超高壓電力線電流測量研究 (日本)，他們采用的是磁光效應(yīng)原理?？梢钥闯觯@一時期的研究為全光纖電流傳感器的發(fā)展打下了初步的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，是光纖電流傳感器的興起階段，光纖電流傳感器理論、方法的試驗(yàn)時期。20世紀(jì)70年代，光導(dǎo)纖維制造技術(shù)逐步完善，光纖電流傳感器因此也得到了迅速發(fā)展。人們發(fā)現(xiàn)：全光纖型光纖電流傳感器因?yàn)榫哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、重量輕、形狀隨意等優(yōu)點(diǎn)，它一被提出，就成為了研究者們追求的目標(biāo)[10]。1977年英國電力研究中心的A．J．Ro

23、gers和A．M．Smith等人從原理方面對全光纖電流傳感器進(jìn)行了大量的研究，在實(shí)驗(yàn)室對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)并獲得成功，在1979年成功安裝在發(fā)電站上，開始試運(yùn)行，并取得了成功。在此之后，德國A．Papp等人對全光纖式光纖電流傳感器的原理、構(gòu)成、特性、測量及信號處理等方面，進(jìn)行了系統(tǒng)專題研究，取得了較大的成果[11]。他們的研究為光纖電流傳感器的進(jìn)一步發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。 90年代起，各國對光纖電流傳感器的研究進(jìn)一步深入。在1994年，ABB公司研發(fā)生產(chǎn)出了多種電壓等級的交流、直流數(shù)字光電式光纖電流傳感器。NxtPhase公司采用相位調(diào)制原理研制出了全光纖電流傳感器，有230kV和138kV兩

24、個電壓等級，在正常計量范圍準(zhǔn)確度高達(dá)士0．2％段[12]。在1998年，光纖電流傳感器通過各種工業(yè)性試驗(yàn)，開始商業(yè)生產(chǎn)。 2000年5月12日，NxtPhase公司在英國的Ingledow變電站安裝了額定電壓為230kV的三相(B)式傳感器，第二年lO月29日，該公司又在Rolls Royce燃?xì)廨啺l(fā)電站安裝了一個138KV的三相試制系統(tǒng)。該三相NXVCT系統(tǒng)的光學(xué)器件的性能與傳統(tǒng)沒備的性能相比：能夠提供從三個高壓側(cè)測量VCT、三個低壓側(cè)測量CT和三個保護(hù)CT接收的所有信息。NxtPhase公司的3個可以代替9個原有裝置。NxtPhase公司計劃在今后將安裝更多的電壓電流傳感器，電壓等級將擴(kuò)

25、展到765KV[13]。 相對于國外的情況，國內(nèi)的研究比較晚，無論從技術(shù)上和研究成果來看，都相對于落后。開始是主要集中在國內(nèi)一些著名高校，如清華、華中科技大學(xué)等，他們首先做大量的理論研究和實(shí)踐工作，為推動國內(nèi)的光纖電流傳感器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著理論技術(shù)的成熟和市場需求的增加，國內(nèi)一些有實(shí)力的集團(tuán)和廠家開始和高校合作，共同研制。如沈陽互感器廠、保定天威集團(tuán)、上互公司等，這些廠家在生產(chǎn)互感方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且具有很強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和專門的優(yōu)秀人才，在自主研發(fā)和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，最光纖電流傳感器進(jìn)行專門研制和研發(fā)。這一時期，推動了我國光纖電流傳感器事業(yè)的發(fā)展。但是，國內(nèi)的研究工作

26、還是主要集中在原理性實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)的實(shí)現(xiàn)上，一般是從檢測方案、信號處理方面來進(jìn)行研究，還沒有觸及到如何保持光纖傳感頭性能的環(huán)境穩(wěn)定性問題上，在全光纖電流傳感器的研究上落后于國外。從整體的發(fā)展來說，現(xiàn)在光纖電流傳感器不僅能用于電力系統(tǒng)中電流的測量，同時被用于導(dǎo)彈、飛機(jī)、有人工智能裝置的小型炸彈等的導(dǎo)航系，而且與電機(jī)制造廠、測量儀器儀表廠結(jié)合，還可研制開發(fā)出線路事故點(diǎn)的標(biāo)定裝置及事故區(qū)間的判定裝置等一系列電力系統(tǒng)的測量、診斷裝置。對光纖電流傳感器的研究不僅具有重要的科研意義，而且在軍事、工業(yè)應(yīng)用上也非常的重要，隨著光電技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，光纖電流傳感器的應(yīng)用前景將日益廣闊。 1.4 本論文的

27、主要工作 本文主要分析光纖電流傳感器技術(shù)，在深入研究了光纖電流傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)之上，重點(diǎn)研理論上研究了反射式光纖電流傳感技術(shù)。本論文的主要工作如下: 第一章，概述了研究光纖電流傳感器的背景和意義，總結(jié)了幾種光纖電流傳感器的特點(diǎn)，并分析了其在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。 第二章，本章介紹了Faraday效應(yīng)的宏觀理論；介紹了分析偏振系統(tǒng)的Jones矩陣法；推導(dǎo)了幾種主要偏振器件的瓊斯矩陣，為系統(tǒng)模型的建立打下基礎(chǔ)。 第三章，深入地研究了光纖電流傳感技術(shù)的理論基礎(chǔ)，并從偏振態(tài)的角度詳細(xì)的分析每個物理過程，分析了光的偏振變化；然后利用瓊斯矩陣，針對反射式光纖電流傳感器進(jìn)行了理論上的分析計算。 第四章

28、，考慮反射式光纖電流傳感器的特性和應(yīng)用的環(huán)境等因素，針對性的對反射式光纖電流傳感器系統(tǒng)的光源、光電探測器、相位延遲器、相位調(diào)制器等各個部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，確定了反射式光纖電流傳感器器件的選擇。 最后進(jìn)行了總結(jié)和展望。 第2章 光纖電流傳感器的基本理論及分析方法 光纖電流傳感器是基于Faraday效應(yīng)來檢測電流大小的光學(xué)傳感器件。Faraday效應(yīng)是指線性偏振光沿外加磁場方向通過介質(zhì)時其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)像。Jones矩陣是研究光的偏振及偏振系統(tǒng)的有效方法[14]。 2.1 偏振光 光是頻率極高的一種電磁波，它的電矢量

29、和磁矢量的方向均垂直于波傳播的方向。光的擾動實(shí)際上是光波的電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的變化。當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時，理論和實(shí)驗(yàn)表明，對光檢測器起作用的是電矢量而不是磁矢量，所以只需考慮電場的作用，因此用電矢量來表示光矢量。 光波是橫波，因此光波具有偏振性。就偏振性而言，光一般可以分為偏振光、自然光和部分偏振光。光矢量的方向和大小有規(guī)則變化的光稱為偏振光。線偏振光是指在傳播過程中，光矢量的方向不變，其大小隨相位變化的光，這時在垂直于傳播方向的平面上，光矢量端點(diǎn)的軌跡是一直線。圓偏振光是指在傳播過程中，其光矢量的大小不變、方向規(guī)則變化，其端點(diǎn)的軌跡是一個圓。橢圓偏振光的光矢量的大小和方向在傳播過程中均規(guī)則

30、變化，光矢量端點(diǎn)沿橢圓軌跡轉(zhuǎn)動。任一偏振光都可以用兩個振動方向互相垂直、相位有關(guān)聯(lián)的線偏振光來表示。 設(shè)光波沿z軸傳播，則光矢量必然在垂直于z軸的xy平面上振動，則光波可以表示為: (2.1) 2.1式中: 為初相位。 用分量的形式可以表現(xiàn)為 (2.2) 其中和分別為x，y分量的初相位，不同的取值可表示不同的

31、偏振態(tài)，令初相位差，化簡公式可以得到: (2.3) 由式(2.3)可知:當(dāng)為線偏振光；當(dāng) 時，為左旋圓偏振光；當(dāng)時，為左旋圓偏振光，其他情況為橢圓偏振光。 2.2 偏振的Jones矩陣分析法 Jones矩陣為偏振光及偏振器件提供了一種最簡練的表示方法。利用矩陣運(yùn)算來推算出偏振器件組成的復(fù)雜系統(tǒng)對出射光波狀態(tài)的改變情況．而不必去追求其中每一個過程的具體物理意義，這就是偏振的瓊斯(Jones)矩陣分析法[15]。 2.2.1 偏振光的瓊斯矢量表示法 設(shè)偏振光E的兩個正交分量的復(fù)振幅分別為

32、 （2.4） 矩陣表示法就是用一個稱為瓊斯矢量的列矩陣來表示偏振光 (2.5) 偏振光的強(qiáng)度是它的兩個分量的強(qiáng)度之和，即 (2.6) 通常關(guān)心的往往是光強(qiáng)的相對變化，因此歸一化瓊斯矢量可以寫為 (2.7) 考慮到偏振態(tài)的形狀、位置及旋向僅取決于兩分量的振幅比a= ，相位差，因此歸一化瓊斯矩陣也可以寫為

33、 (2.8) 上式中略去了公共位相因子. 下面是求取偏振光歸一化瓊斯矢量的例子。 （1） 光矢量與x軸成θ角、振幅為a的線偏振光 (2.9) 歸一化瓊斯矢量為 (2.10) （2）長軸沿X軸，長短軸之比為2：1的右旋橢圓偏振光 (2.11) 歸一化瓊斯矢量為 (2.12) 同樣方

34、法可以寫出其它偏振態(tài)的瓊斯矢量，表2.1列出了一些偏振態(tài)的歸一化瓊斯量。 表2.1 一些偏振態(tài)的瓊斯量 偏振態(tài) 瓊斯矢量 線偏振光 光矢量沿X軸 光矢量沿Y軸 光矢量與X軸成角 光矢量與X軸成角 圓偏振光 右旋 左旋 通過簡單的矩陣運(yùn)算，可以方便的求出若干個偏振光疊加后新的偏振態(tài)，如左右圓偏振光的疊加 (2.13) 結(jié)果表明合成波是光矢量沿X軸的線偏振光，其振幅是團(tuán)偏振光分振幅的2倍。 2.2.2 正交偏振 設(shè)任意兩個偏振光的瓊斯矢量為

35、(2.14) 如果他們滿足關(guān)系 即 (2.15) 則表明這兩個偏振光是正交的。式(2.15)中，*表示復(fù)數(shù)共軛。 可以證明，任何一種偏振態(tài)都可以用一對特定正交偏振態(tài)的兩個瓊斯矢量的線性組合來表示，即任何一種偏振態(tài)均存在著一對正交偏振態(tài)。 例如，對于任意偏振光，根據(jù)矢量運(yùn)算法則，可以寫成 (2.16) 即可以用分別在水平與垂直方向振動的一對正交的線偏振光來表示，同時也可以寫成 (2.17) 表明這一偏振光也可以用一對正交的右旋圓

36、偏振光和左旋圓偏振光來表示。 2.2.3 偏振器件的瓊斯矩陣表示法 偏振光通過偏振器件之后，光的偏振態(tài)將發(fā)生變化。若入射光的偏振態(tài)表示為，經(jīng)過偏振器后變?yōu)閷樱海瑒t偏振器件的線性變換作用可以用一個二行二列的矩陣來表示，即有 (2.18) 或 稱矩陣 (2.19) 為該偏振器件的瓊斯矩陣。式中，，，：一般為

37、復(fù)常數(shù)。上式表明偏振器件在偏振態(tài)轉(zhuǎn)換中起著線性變換作用，新的偏振態(tài)的兩個分量是原來偏振態(tài)兩分量的線性組合。 下面是求取偏振器件瓊斯矩陣的例子[17]。 圖2.1 線偏振器坐標(biāo)系 (1)線偏振器的瓊斯矩陣設(shè)偏振器透光軸與x軸成θ角。如圖2-1所示建立xy坐標(biāo)系，入射光在x、Y軸上的兩個分量分別為和，將它們在線偏振器透光軸方向上投影。入射光通過線偏振器后，和沿透光軸方向的分量和將這兩個分量的組合在x，Y軸上再一次投影，得到出射光的兩個分量和，即 (2.20) 比較式(2-20) 、(2-18)，可得線偏振器的瓊斯矩陣為

38、 (2.21) 圖2.2 波片偏振坐標(biāo)系 (2)波片的瓊斯矩陣設(shè)波片的快軸與X軸成確，產(chǎn)生的相位差為抗如圖2.2建立坐標(biāo)系。取入射偏振光為，則兩分量在波片快、慢軸上的分量和為 (2.22) 或表示為 (2.23) 從波片出射時，必須考慮快、慢軸上分量的相對相位延遲，于是以上兩

39、分量變?yōu)? (2.24) 或表示為 (2.25) 這兩個分量再分別在X，Y軸上投影，得到出射光瓊斯矢量在X，Y軸上的兩分量分別為 (2.26) 或表示為 (2.27) 代入各量得 (2.28) 整理后，得到波片的瓊斯矩陣為 (2.29) 用類似方法推出一些重要偏振器件的瓊斯矩陣表2.2中所列。 2.2.4 偏振光系統(tǒng)

40、的瓊斯矩陣分析法 利用瓊斯矩陣可以方便的計算通過任意偏振器件后的光的偏振態(tài)。如果偏振光相繼通過．v個偏振器件，它們的瓊斯矩陣為,則出射光的瓊斯矢量為 (2.30) (2.30)式中，矩陣相乘的次序不能顛倒。(2.30)式是分析偏振系統(tǒng)的一種方便的方法，本文在下一章建立系統(tǒng)模型時主要采用該方法。 2.3 Faraday效應(yīng) 1864年，法拉第發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線偏振光沿磁場方向通過置于磁場中的磁光介質(zhì)時，其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為磁致旋光效應(yīng)，通常又稱為法拉第效應(yīng)。其原理示意圖如圖2-3-1所示。 圖2.3 法拉第

41、效應(yīng)原理圖 法拉第效應(yīng)的本質(zhì)為磁致圓雙折射，即圓偏振光經(jīng)過法拉第效應(yīng)后相位發(fā)生變化。因?yàn)榫€偏振光可以表示為正交的兩束左旋和右旋的圓偏振光的疊加，則立方晶體或各向同性材料的法拉第效應(yīng)，其旋轉(zhuǎn)角取決于沿磁場方向傳播的左旋圓偏振光與右旋圓偏振光的折射率之差。 表2.2 偏振器件的瓊斯矩陣 偏振態(tài) 瓊斯矢量 線偏振器 光矢量與X軸成Φ角 1/4波片 快軸沿X軸 快軸沿Y軸 快軸沿X軸成角 一般波片 快軸沿X軸 快軸沿Y軸 快軸沿X軸成角 圓起偏器 右旋 左旋 反射元件 采用瓊斯矩陣分析如下: 入射的線偏

42、振光表示為左、右旋圓偏振光之和: (2.31) 這兩束圓偏振光經(jīng)過材料后出射，光程為L，相對于入射光來說，光波有一個相移 ，因此，出射光波為 (2.32) 其中: 為左旋圓偏振光的折射率，為右旋圓偏振光的折射率。式 (2.32)可以改寫為 (2.33) 當(dāng) (2.34) (2.35) 則將、代入式（2.33）并化簡得 (

43、2.36) 由式（2.36）可知出射光仍然為線偏振光，只是偏振角旋轉(zhuǎn)了而又法拉第效應(yīng)可知：旋轉(zhuǎn)角與外磁場符合以下關(guān)系 (2.37) 其中V為費(fèi)爾德(Verdet)常數(shù)，它的大小受光源波長和環(huán)境溫度的影響;H為磁場強(qiáng)度;L為光束在介質(zhì)中通過的距離。 當(dāng)光行進(jìn)的路線圍繞載流導(dǎo)體閉合時，根據(jù)安培環(huán)路定律式 (2.37)可變?yōu)橐画h(huán)路積分: (2.38) 若線圈為N圈時，其結(jié)果為: (2.39) 由此可以知道，積分的結(jié)果只和電流有關(guān)。

44、需要注意的是，式(2.39)成立的條件為[18]: (1)線偏振光的偏振態(tài)能夠保持不受磁場以外的外界條件影響，即保持線偏振而不轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光; (2)線偏振光行進(jìn)的路線為閉合環(huán)路。只有同時滿足這兩個條件，式(2.39)才成立。 2.4 本章小結(jié) 本章首先對光纖電流傳感器的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了全面的分析，介紹了Faraday效應(yīng)的宏觀理論；介紹了分析偏振系統(tǒng)的Jones矩陣法；推導(dǎo)了幾種主要偏振器件的瓊斯矩陣，為系統(tǒng)模型的建立打下基礎(chǔ)。 第3章 反射式光纖電流傳感器模型設(shè)計 前面介紹的相位調(diào)

45、制型光纖電流傳感器的主要的缺點(diǎn)有：光纖固有雙折射引起的光偏振態(tài)的改變傾向于淹沒法拉第旋轉(zhuǎn)角，因此測量的精度就降低。針對這樣的情況，主要有兩中解決方式：一是改善光纖的固有雙折射，而是設(shè)法增大法拉第轉(zhuǎn)角。改善光纖的固有折射率上節(jié)中已經(jīng)提出了方法，在本章中，主要是提高法拉第轉(zhuǎn)角。當(dāng)光波通過置于磁場中的法拉第旋轉(zhuǎn)器時，迎著外加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向觀察，光波的偏振方向總是沿與磁場(H)方向構(gòu)成右手螺旋的方向旋轉(zhuǎn)，而與光波的傳播方向無關(guān)。當(dāng)光波沿正向和沿反向兩次通過法拉第旋轉(zhuǎn)器時，其偏振方向旋轉(zhuǎn)角將是迭加而不是抵消，此即法拉第效應(yīng)的旋向不可逆性，稱之為非互易旋光性。利用法拉第效應(yīng)的非互易性，對上述結(jié)構(gòu)作出改

46、進(jìn)，即反射式光纖電流傳感器模型。 3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖3.1為反射式光纖電流傳感器的基本結(jié)構(gòu)，光源發(fā)出的光經(jīng)單模光纖傳輸后被送至起偏器，成為線偏振光，通過45度熔接點(diǎn)分成偏振方向相互垂直的兩束光，再經(jīng)過1/4波片入射光轉(zhuǎn)換為兩個旋向相反(左旋和右旋)的圓偏振光，進(jìn)入傳感區(qū)域，經(jīng)過一次法拉第效應(yīng)后，到達(dá)反射鏡，發(fā)生反射，它們的偏振態(tài)在反射時發(fā)生了交換，即原左旋光變成了右旋光，原右旋光變成了左旋光。經(jīng)過反射后的圓偏振光按原路返回，再次經(jīng)法拉第效應(yīng)，然后通過1/4波片轉(zhuǎn)換回線偏振光，經(jīng)過反射的光攜帶了相位差信息經(jīng)過禍合器被傳送至光電探測器。在整個過程中，兩束光都經(jīng)歷了保偏光纖的兩個軸和傳感光纖的

47、左旋和右旋模式，所以光路是完全互易的。相位差取決于在傳感區(qū)域的磁場大小。又由于兩束光都經(jīng)歷了兩次法拉第效應(yīng)，因此其相位差為4倍的法拉第相移。這種結(jié)構(gòu)的光纖電流傳感器，在其他同等條件下，靈敏度是前面介紹的偏轉(zhuǎn)型光纖電流傳感器的4倍，相位調(diào)制型光纖電流傳感器的2倍。 反射結(jié)構(gòu)的返回光波在經(jīng)反射鏡返回至線圈時，偏轉(zhuǎn)光旋轉(zhuǎn)了90。，使正反通過光纖線圈的偏振光相互正交，從而使得光纖中的附加線雙折射相互抵消，而法拉第效應(yīng)是非互易的，所以光波正反兩次通過光纖圈時，法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)不會相互抵消，反而加倍了，所以這種結(jié)構(gòu)不但能夠減少光纖線性雙折射的影響，還能夠使法拉第效應(yīng)加倍;反射結(jié)構(gòu)的兩束干涉光在同一根光纖中

48、傳輸，因此能夠降低外界因素(如溫度、壓力等)的干擾，且不受sganac效應(yīng)的影響。另外反射結(jié)構(gòu)使用的器件相對較少、容易搭建，因此與偏振旋轉(zhuǎn)型和相位調(diào)制型結(jié)構(gòu)相比反射結(jié)構(gòu)具有靈敏度高、抗干擾能力更強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 圖3.1 反射式全光纖電流傳感器的基本結(jié)構(gòu) 但是反射結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中，由于兩束正交偏振光波在同一根光纖中傳輸且同時受到調(diào)制，因此必需使用雙軸調(diào)制器，通常可將保偏光纖繞在壓電陶瓷筒 (PZT)上制成相位調(diào)制器，當(dāng)PZT加上調(diào)制信號時，沿保偏光纖兩個正交軸傳播的線偏振光將引入與調(diào)制信號變化規(guī)律相同的相位差。 3.2 反射式光纖電流傳感器的偏振態(tài)分析 為了更進(jìn)一步的分

49、析反射式光纖電流傳感器的原理，對通過其光信號的偏振態(tài)的變化進(jìn)行分析，如圖3.2所示。 圖3.2 反射式光纖電流傳感器中光的偏振態(tài)變化 光源發(fā)出的光通過起偏器P后變?yōu)榫€偏振光，經(jīng)過45度熔接點(diǎn)后分解成偏振方垂直的兩束光，這兩束光經(jīng)法拉第效應(yīng)后產(chǎn)生了一定的相位差，返回時再次被45度熔接點(diǎn)分光，使得到達(dá)起偏器P有四束光，因此可以把第一次通過P的光看成是1、2、3、4四束光波的合成，經(jīng)過45度熔接點(diǎn)時1、3路光沿光纖快軸傳播(x偏振)，2、4路沿光纖慢軸傳播(y偏振)，它們同時經(jīng)過相位調(diào)制器，因此1、3路和2、4路光相位分別受到和的相位調(diào)制，其中為光路傳輸時間。經(jīng)反射，1、3和2、4交換快慢

50、軸，因此受到的調(diào)制分別為和。輸出時1、2路光的相位差為: (3.1) 3.3 反射式電流傳感器的瓊斯矩陣分析 應(yīng)用Jones矩陣對反射式電流傳感器進(jìn)行分析。 設(shè)入射光為： (3.2) 起偏器透光軸與x軸成45。相位延時器的快、慢軸與參考坐標(biāo)系的X軸、Y軸分別與重合。 在理想情況下，各個器件的瓊斯矩陣為： 起偏器： (3.3) 45度熔接點(diǎn)：

51、 (3.4) 調(diào)制器(返回時)： (3.5) 1/4波片： (3.6) 法拉第效應(yīng)(返回時)： (3.7) 反射鏡： (3.8) 法拉第效應(yīng)(入射時)： (3.9) 調(diào)制器(入射時) ： (3.10) 調(diào)制器(返回時) ：

52、 (3.11) 首先分析在沒有調(diào)制器時的理論輸出，則由瓊斯矩陣分析法，可以得到輸出光為： (3.12) 輸出光強(qiáng)為： (3.13) 式(3-13)中：為法拉第轉(zhuǎn)角，=VNI。 這就是反射型光纖電流傳感器的理想模型。傳感器的響應(yīng)是和相位差的余弦函數(shù)成正比。在實(shí)驗(yàn)中，相位差值都很小，響應(yīng)函數(shù)處在最不敏感的區(qū)域內(nèi)，為了提高測量的準(zhǔn)確度，通常要進(jìn)行相位調(diào)制。 加入相位調(diào)信號后，輸出光為： (3.14) 輸出光強(qiáng)為： (3.15) 在理想

53、情況下，若設(shè)調(diào)制信號為： (3.16) 式中：為調(diào)制信號的幅度；為調(diào)制信號的頻率。 (3.17) 則輸出光強(qiáng)可以表示為： (3.18) 由貝塞爾函數(shù)可知： (3.19) 式中： (3.20) 由式(2.19)比較兩邊實(shí)部和虛部可以知道： (3.21) (3.22) 設(shè)z=，=則： (3.23)

54、 (3.24) 輸出光強(qiáng)就可以表示為： (3.25) 由式(3.23)知：項(xiàng)的幅值為： (3.26) 當(dāng)相位調(diào)制器信號的最佳調(diào)制深度確定以后，一階貝塞爾函數(shù)為常數(shù)，只要從輸出信號中得到A的值，就可以求得法拉第轉(zhuǎn)角值。 3.4 本章小結(jié) 本章設(shè)計了反射式光纖電流傳感器模型，提高了光纖電流傳感器的靈敏度，并從偏振態(tài)的角度詳細(xì)的分析每個物理過程，然后利用瓊斯矩陣，針對反射式光纖電流傳感器進(jìn)行了理論上的分析計算，得出了反射式電流傳感器的數(shù)學(xué)模型。

55、 第4章 反射式光纖電流傳感器器件的選擇 反射式電流傳感器具有靈敏度高、受外界干擾影響小、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)。在第二章中對反射式光纖電流傳感器進(jìn)行了建模。本章將針對反射式電流傳感器模型中的各個器件進(jìn)行設(shè)計和選擇。 4.1 光源 光源是光纖電流傳感器不可缺少的部分之一。其性能的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。 光源的作用是將電信號轉(zhuǎn)換為光信號功率，實(shí)現(xiàn)電光的轉(zhuǎn)換，以便在光纖中傳輸。由于光纖傳感器的工作環(huán)境特殊，要求光源的體積小，便于和光纖禍合等。光源發(fā)出的光波長應(yīng)適合要求，以減少在光纖中的能量損失。光源要有足夠的亮度。在相當(dāng)

56、多的光纖傳感器中還對光源的相干性有要求。此外要求光源的穩(wěn)定性好，能在室溫下連續(xù)長期穩(wěn)定地工作，還要求光源的噪聲小、使用方便等。同時對于全光纖電流傳感器，其信號通常要通過通信光纖傳輸至控制室遙測或監(jiān)視，所以傳輸?shù)男盘栆{(diào)制在通信光纖的低損耗窗口波長上。 在選擇光源的時候，只有清楚地知道了各種光源的特性，才能從中選出適合反射式光纖電流傳感器的光源。 目前光纖傳感系統(tǒng)中常用的光源主要有:半導(dǎo)體激光器LD、半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED、放大自發(fā)輻射ASE光源和半導(dǎo)體分布式反饋激光器DFB等。如表4.1，常用光源及特性，其中前面兩種白熾光源和發(fā)光二極管屬于非相干光源，后面的六種屬于相干光源。 表4.1

57、 光纖傳感系統(tǒng)中常用光源及特性 名稱 特性描述及應(yīng)用 白熾光 源采用某種寬帶光源譜濾波的傳感器 發(fā)光二極管(LED) 20nm的短波相干長度，用于非相干測量傳感器 可用于光纖干涉測量激光器;在非干涉測量中 半導(dǎo)體激光二極管(LD) 用于大功率脈沖激光器(如光時域反射計)和相陣激光器;在能量輸運(yùn)中，提高大功率準(zhǔn)直光源 DFB半導(dǎo)體激光器 在能量輸運(yùn)中，提高大功率準(zhǔn)直光源在高速調(diào)制下有單縱模輸出，為動態(tài)單縱模激光器 Nd:YAG晶體光纖激光器 未來的光纖系統(tǒng)的理想光源 氦氖氣體激光器(He一Ne) 頻率穩(wěn)定性允許數(shù)米的光程差 從表4.1可知，每種光源其特性不同，則其

58、使用場合也不相同。在本系統(tǒng)中，因?yàn)椴捎昧讼辔徽{(diào)制的原理，對光源有相干要求，因此不能選擇非相干光源;主要是在氣體激光器和半導(dǎo)體激光器中選擇。半導(dǎo)體激光器尤其是可以控制激光輸出為單縱模的分布反饋式半導(dǎo)體激光器（DFB）性能好，具有一定的相干性，且穩(wěn)定性高，是適合反射式光纖電流傳感器系統(tǒng)的理想光源。 DFB激光器的性能參數(shù)如表4.2，DFB的特點(diǎn)是:輸出光功率大、發(fā)散角較小、光譜極窄、調(diào)制速率高，并且適合于長距離通信。 表4.2 DFB激光器的性能參數(shù) 4.2 λ/4延遲器的設(shè)計 在光纖系統(tǒng)中，相位延遲可以使用光纖偏振控制器來實(shí)現(xiàn)。偏振控制器是指能將任意輸入的偏振態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿我馄谕敵?/p>

59、偏振態(tài)的器件。 光纖偏振控制器通常利用的是彈光效應(yīng)來改變光纖中的雙折射，以控制光纖中光波的偏振態(tài)。如圖4.1所示，當(dāng)光纖在xy平面內(nèi)受到彎曲時，由于應(yīng)力的作用，光纖中x軸和y軸方向(y軸垂直于圖面向外)的折射率發(fā)生變化，其變化量為： (4.1) (4.2) 式中，為光纖半徑，R為光纖彎曲的曲率半徑，為光纖材料的彈光張量，為泊松比。以普通的石英光纖為例，n=1.46， =0.16， =0.121， =0.27，代入式(3.1)和式(3.2)可得:

60、 (4.3) 圖4.1 光纖彎曲的雙折射效應(yīng) 在圖4.1中，快軸(x軸)位于彎曲平面內(nèi)快，慢軸(y軸) 直于彎曲平面。對于彎曲半徑為R的N圈線圈，選擇適當(dāng)?shù)腘和R，可以得到: (4.4) 根據(jù)式(4.4)，只要設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，就可以制作的延遲器;因此，只要適當(dāng)設(shè)置N、R值，就可以制作、延遲器。 從上面分析的過程可知，以入射光纖為軸，使光纖圈面轉(zhuǎn)動，可以改變光纖中雙折射軸的方向，產(chǎn)生的效果和轉(zhuǎn)動波片的偏振軸方向一樣，因此當(dāng)線偏振光入射到這樣的一個延遲器時，通過調(diào)節(jié)光纖線圈方向，使出射光變成圓偏振光，

61、這就是一個有光纖圈組成的偏振控制器。 偏振控制器一般由和光纖圈串聯(lián)組成，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)兩光纖圈的角度，可以得到任意的偏振態(tài)。 雖然通用的偏振控制器使用方便，但是它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，而且不易與系統(tǒng)集成?？疾毂Ｆ饫w是利用光纖的高雙折射特性，使得兩個偏振模之間不易禍合，維持偏振態(tài)穩(wěn)定的。也就是說，1/4拍長的保偏光纖和的波片是等價的，如果能夠保證入射線偏振光和保偏光纖的快、慢軸之間成45。角，就能夠?qū)崿F(xiàn)線偏振光到圓偏振光的轉(zhuǎn)換，但這對保偏光纖長度的控制以及光纖連接要求較高。 在反射式光纖電流傳感器中設(shè)計的延遲器采用的方案是:在保偏光纖的出射端，將一定長度的保偏光纖扭轉(zhuǎn)一定的角度，實(shí)現(xiàn)線偏振光

62、到圓偏振光的轉(zhuǎn)換。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:傳輸光纖和傳感光纖之間可以采用熔接的方法直接鏈接，使得整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)試。 一個線偏振光沿保偏光纖傳播時，在出射端，將1/2拍長的保偏光纖扭轉(zhuǎn)，出射光將變成圓偏振光，完成延遲器的設(shè)計。 4.3 相位調(diào)制器 由第二章的分析，反射式光纖電流傳感器的輸出光為 (3.5) 由此可以看出傳感器的輸出是和相位的余弦函數(shù)成有關(guān)，由于值一般較小，所以傳感器處于最不敏感的區(qū)域。若能引入一個非互易的偏置相位，就能提高傳感器的靈敏度。因此加入相位調(diào)制器。 加入相位調(diào)信號后，輸出光

63、強(qiáng)為: (3.6) 當(dāng)加入的調(diào)制信號為 (3.7) 式中: 為最佳調(diào)制深度; 為調(diào)制頻率。 則輸出光強(qiáng)為: (3.8) 由此可見， 的幅值為： (3.9) 則:當(dāng)相位調(diào)制器信號的最佳調(diào)制深度確定以后，一階貝塞爾函數(shù)為常數(shù)，若能從輸出電信號中的到A的值，就可以求的法拉第轉(zhuǎn)角值在系統(tǒng)中采用的是壓電陶瓷(PZT)相位調(diào)制器，如圖4.2所示。 圖4.2 壓電陶瓷筒的結(jié)構(gòu) 在調(diào)制信號的驅(qū)動下，纏繞在壓電陶瓷（PZT）筒上的光纖長度發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了光相位的調(diào)制。 4.4 光

64、電探測器 目前光信號強(qiáng)度直接進(jìn)行處理還非常的困難，一般都是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行處理。光電轉(zhuǎn)換的好壞直接影響到后面信號的優(yōu)劣，因此選擇一款好的光電探測器非常的重要。 現(xiàn)在的光探測器主要分為兩種:一種是以吸收光子使器件升溫來探測入射光能的熱電器件;另一種是將入射光轉(zhuǎn)化為電流或者電壓的光電器件。 在光纖傳感系統(tǒng)中，由于要求對所采用的檢測器具有波長選擇性，因此系統(tǒng)一般都會采用光電器件。將光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為電流，便于進(jìn)一步的處理。 4.5 本章小結(jié) 本章綜合考慮反射式光纖電流傳感器的特性和應(yīng)用的環(huán)境等因素，針對性的對反射式光纖電流傳感器系統(tǒng)的光源、光電探測器、相位延遲器、相位調(diào)制器等各個部件進(jìn)行

65、了詳細(xì)的設(shè)計. 結(jié) 論 本文以光纖電流傳感器的研制為應(yīng)用背景，通過系統(tǒng)理論分析針對反射式光纖電流傳感器的性能影響因素做了較深入的研究。論文的主要工作總結(jié)如下： 本文對光纖電流傳感技術(shù)的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了深入的研究，對現(xiàn)今的光纖電流傳感器以及分析和總結(jié)；研究了一種改進(jìn)的相位調(diào)制型光纖電流傳感器，即反射式電流傳感器，使其傳感器的靈敏度比普通的相位調(diào)制型光纖電流傳感器增加了兩倍，比偏振型光纖電流傳感器增加了四倍。文中詳細(xì)分析了反射式電流傳感器中光的偏振變化，并使用Jones矩陣分析法建立了反射式光纖電流傳感器的理論模型。對反射式光纖電流傳感器系統(tǒng)的光源、相位延遲器、相位調(diào)制器等各個部件進(jìn)行

66、了詳細(xì)的分析，選擇或設(shè)計出適合于反射式光纖電流傳感器的器件，為進(jìn)一步設(shè)計光纖電流傳感器的實(shí)物奠定了基礎(chǔ)。 由于作者能力和水平有限，本論文也存在不足的地方。本文還只存在理論的探討階段，對實(shí)物選擇也沒有進(jìn)行很深入的研究。后期的信號處理電路和輸出顯示都有待進(jìn)一步的工作。 參考文獻(xiàn) [1] 朱蘊(yùn)璞，孔德仁，王芳．傳感器原理及應(yīng)用［Ｍ］．北京：國防工業(yè)出版社，2007． [2] 王鵬，羅承沐，李成榕等．新型組合式電壓電流傳感器的研究［Ｊ］．北京:國防工業(yè)出版社，2002，28(120)：61-63． [3] 劉曄，王采堂，蘇彥民．三相光學(xué)電流互感器基礎(chǔ)理論研究［Ｍ］．北京：高等教育出版社,1999，25(4)：84-85． [4] 趙勇．光纖傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)［Ｍ］．北京：清華大學(xué)出版社，2007． [5] 梁銓廷．物理光學(xué)［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980，339-341． [6] 張德賽，羅道軍，彭劍．國內(nèi)外光電式電流互感器研究現(xiàn)狀［Ｊ］．四川電力技術(shù)，1999，(2)：53-55． [7] 廖延彪．光纖光學(xué)