全光纖電流互感器傳感機理建模分析與實驗研究.pdf

1、全光纖電流互感器采用光纖作為傳感介質(zhì)，利用線偏振光通過置于磁場中的磁光材料時其偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)的獨特性質(zhì)，實現(xiàn)對外界電流的測量。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，近年來受到了國內(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)生機理，并與宏觀的瓊斯矩陣進(jìn)行對比，驗證了該分布參數(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環(huán)傳感機理，提出了提高全光纖電流互感器測量精度的方法。
　　其次，利用COMSOL有限元軟件建立了相應(yīng)的FOCT傳感單元中光場和磁場的耦合模型，并提出采用束包絡(luò)法推導(dǎo)光波偏振態(tài)演變過程的方法，得出了法拉第旋轉(zhuǎn)角的一般性理論計算表達(dá)式。通過比較不同條件下旋轉(zhuǎn)角θ與傳輸距離L的關(guān)系，分析了被測電流、線性雙折射

3、、纖芯折射率、光纖彎曲半徑對輸出旋轉(zhuǎn)角的影響。
　　采用COMSOL仿真軟件實現(xiàn)了光場、磁場、溫度場、熱應(yīng)力四個物理場的耦合，分析了光纖對所處物理條件的敏感性，即環(huán)境溫度、應(yīng)力及振動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，針對基于偏振檢測的全光纖電流互感器，設(shè)計光路系統(tǒng)，搭建了全光纖電流互感器的實驗平臺，并進(jìn)行光路測試，為未來分析和研究系統(tǒng)受自身及周圍環(huán)境因素的影響打下良好基礎(chǔ)