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★反射式光纤电流传感器的分析及设计毕业设计论文.doc

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内部资料仅供参考毕业设计(论文)资料设计(论文)题目: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:应用物理学学生姓名:班级:指导教师姓名:最终评定成绩毕业设计(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系    部:电子与通信工程系专业:应用物理学学生姓名:班级:一班学号2007041118指导教师姓名:职称讲师最终评定成绩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:讲师长沙学院毕业设计(论文)ABSTRACTAsthevoltageandcurrentlevelsincrease。

thetraditionalassolenoidstylecurrenttransformercannotsatisfythemeasurementrequirements.Opticalfibercurrentsensorasannewpowerdetectionequipment,byitsuniqueadvantagesandhasagoodprospectinthemarket.Basedonopticalfibercurrentsensorresearchandapplicationsforbackground,mainlyinreflectiveopticalfibercurrentsensorintheprincipleandcharacteristicsoffurtherresearch。

Thispaperfirstdiscussesthecomparedwithtraditionalsensors,opticalfibercurrentsensorhastheadvantages,Then,athomeandabroadopticalfibercurrentsensorofasimpleoverviewofthestate,summarizestheadvantagesanddisadvantagesofdifferentopticalfibercurrentsensor.Accordingtotheexistingdeficiencyofopticalfibercurrentsensor。

andproposesanreflexoffibercurrentsensor,improvethesensitivityoftheopticalfibercurrentsensor,andanalysesthedeeptheoreticalresearch.First,thedetaileddiscussiononFaradaymagnetoopticeffect,thenthebasisoftheprincipleofusingJonesmatrix,reflectiveopticalfibercurrentsensorforatheoreticalanalysisandcalculation。

obtainedreflexcurrentsensormathematicalmodel.Theinfluenceofvariousfactorssensormeasurementaccuracy,theoveralltheoreticalanalysis,andfromtheAngleofpolarizationandfromeveryphysicalprocessdetailedanalysis.Finally,thereflexcurrentsensormodelineachdevicedesignandchoice;Tofurtherdesignopticalfibercurrentsensorlaidatheoreticalfoundation。

Keywords:Opticalfibercurrentsensor,Jonesmatrix,Fradayeffect目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1光纤电流传感器概况及意义11.2光纤电流器的分类21.2.1块状玻璃型光纤电流传感器21.2.2偏振调制型光纤电流传感器31.2.3相位调制型光纤电流传感器31.3光纤电流传感器的发展情况41.4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72.1偏振光72.2偏振的Jones矩阵分析法82.2.1偏振光的琼斯矢量表示法82。

2.2正交偏振102.2.3偏振器件的琼斯矩阵表示法102.2.4偏振光系统的琼斯矩阵分析法132.4本章小结16第3章反射式光纤电流传感器模型设计173.1结构设计173.2反射式光纤电流传感器的偏振态分析183.3反射式电流传感器的琼斯矩阵分析193.4本章小结22第4章反射式光纤电流传感器器件的选择234.1光源234.2λ/4延迟器的设计244.3相位调制器264.4光电探测器274.5本章小结27参考文献29致谢30IV长沙学院毕业设计(论文)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。这种电流传感器具有线性范围宽、稳定性好、精度较高、受光纤线性双折射影响较小等优点;但是存在加工难度大、传感头易碎、成本高等缺点,且在光反射过程中不可避免的引入了反射相移,使两两正交的线偏光变成椭圆偏振光,从而影响系统的性能。1.2.2偏振调制型光纤电流传感器偏振调制型也称为非干涉型,它不使用相位调制器,无电流时输出信号为直流量,通过检测出射光的偏振态旋转角度来确定待测电流的大小。

偏振调制型光纤电流传感的基本结构如图1.2所示。图1.2偏振调制型光纤电流传感器结构光源发出的光经起偏器转变为线偏振光,当线偏振光通过光纤圈时,电流产生的磁场将使线偏振光产生法拉第旋转,旋转角度与被测电流成正比。1.2.3相位调制型光纤电流传感器相位调制型的全光纤电流传感器是利用外加磁场使得物质对左旋和右旋圆偏振光的折射率不同,而线偏振光可以分解为一个左旋和右旋的圆偏振光,因而传播一段距离后,表现为线偏振光的振动面发生了旋转,而旋转角取决于沿磁场方向传播的右旋圆偏振光与左旋圆偏振光的折射率之差[6]。因此通过测量左旋圆偏振和右旋圆偏振光传播一段距离后产生的相位差,也可以实现电流的测量。

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