光学电流互感器传感头色散特性对系统灵敏度影响研究

以琼斯矩阵为数学工具,利用理论分析和计算机仿真的方法研究了块状玻璃光学电流互感器传感头的色散特性对系统灵敏度的影响,并进行了实验验证.在光学电流互感器系统中,光源的驱动电流与环境温度改变,都会造成光源峰值波长移动.而在传感头中主要是由单层保偏反射膜的反射相移、光学玻璃的Verdet常数以及光学玻璃内的线性双折射这三个因素的色散特性,使得光学电流互感器的灵敏度随光源波长的变化而改变.研究结果表明,这种色散特性会对输出曲线的尺度因子产生明显的影响.因此,光源的恒温控制与光源驱动电流的恒流控制是必要的.本研究结果可为光学电流互感器的研究设计人员提供有用的参考.     

反射相移色散对OCS灵敏度影响的理论研究

以琼斯矩阵为数学工具,利用理论分析和计算机仿真的方法研究了单层保偏反射膜反射相移的色散特性及其对光学电流传感器灵敏度的影响.在光学电流传感器系统中,光源的驱动电流与环境温度改变,都会造成光源峰值波长移动.由于反射膜上产生的反射相移的色散特性,会使光学电流传感器的灵敏度随光源波长的变化而改变.研究结果表明,反射相移的色散特性会对输出曲线的尺度因子产生明显的影响.因此,光源的恒温控制与光源驱动电流的恒流控制是必要的. 本研究结果可为光学电流传感器的研究设计人员提供有用的参考.     

薄膜光学 其他

O484．41 2005042902 保偏反射膜温度特性对BGOCT灵敏度影响的理论研究= Theoretical study of effect of temperature features of polar- ization-preserving reflecting layer on sensitivity of bulk glass optical current transformers[刊,中]／姜海丽(哈尔滨工程大学理学院,黑龙江,哈尔滨(150001)),王政平…／／光子学报,-2004,33(12),-1453-1455 采用琼斯矩阵方法对保偏膜反射相移温度特性对块状光学电流互感器(BGOCT)灵敏度的影响作了理论研     

用于Faraday电流传感器的保偏膜光学电流传感元件

本文报告了一种用于高电压电流传感系统的、带有保偏反射介质膜的光学法拉第电流传感头的设计与性能测试结果.实验结果表明:该传感头的灵敏度与无保偏反射介质膜但其它参数均相同的传感头相比提高了86.7%.文中还介绍了该传感头的五项优点.     

波长积累效应对光学玻璃电流传感器输出影响的理论分析

在单层保偏膜式光学玻璃电流传感系统中,费尔德(Verdet)常数、线性双折射和反射相移都是光波长的函数即存在色散特性,因此在采用宽带光源时系统中会产生波长积累效应。先给出了三者的色散特性公式,再对其波长积累效应进行理论分析和计算机仿真。研究结果表明,在所考虑的线性双折射和反射相移的量值范围内,波长积累效应对光学玻璃电流传感系统影响甚微,用单色光模型处理宽带系统的做法是合理的与可行的;光源谱宽变化对系统输出的影响小于0.025%,在考虑三者的联合影响时,Verdet常数色散的影响占主导地位,而且整体上系统输出随光源谱宽的增加而有微弱增加。     

单层介质膜反射棱镜式光学相位延迟器件研究

反射式介质膜光学相位延迟器件在具有波片的功能的同时,还可用作光束保偏(或相移)转向器件及光束保偏(或相移)平移器件等,是光学领域中近10多年出现的新型器件,在科研与光学工程中有广泛的应用与需求.本文从理论上系统地研究了各相关因素对单层介质膜反射棱镜式光学相位延迟器件相位特性的影响,探讨了该类光学相位延迟器件的设计方法,给出了一个设计实例及相应的实验结果.     

保偏膜式光学玻璃电流传感头温度特性理论分析

用理论分析和计算机仿真的方法研究了环境温度变化导致的光源中心波长移动和传感头材料Verdet常量与应力双折射变化对光学电流互感器输出性能的影响.结果表明：环境温度由10℃变化到30℃时，归一化尺度因子降低了1.379%.其中光源中心波长随温度的变化对输出尺度因子的影响大于其他光学参量温度特性的影响.因此，在光学电流互感器设计中，必须采取必要的技术措施减小或补偿传感头温度特性对系统的不利影响.     

线性双折射色散对OCS灵敏度影响的理论研究

以琼斯矩阵为数学工具,利用理论分析和计算机仿真的方法研究了线性双折射的色散特性及其对光学电流传感器灵敏度的影响. 在光学电流传感器系统中,光源的驱动电流与环境温度改变,都会造成光源峰值波长移动. 由于光学玻璃材料线性双折射的色散特性,会使光学电流传感器的灵敏度随光源波长的变化而改变. 研究结果表明,线性双折射的色散特性会对输出曲线的尺度因子产生影响,但是影响很小可以忽略. 本研究结果可为光学电流传感器的研究设计人员提供有用的参考.     

基于BGO晶体的反射型法拉第光纤电流传感器

采用Bi4Ge3O12（BGO）晶体作为传感元件,设计了一种闭合磁环型光纤电流传感器,并对其传感特性进行了理论分析和实验研究.将BGO晶体加工成一带斜面的长方体,并在端面镀金属膜,通过光在晶体中多次临界反射来增大光程以提高测量灵敏度.实验测量得到的法拉第转角与采用倍频法测量的结果符合较好,但与实际结果存在一较大比例系数.对产生该系统误差的主要因素——传感头端面金属膜反射引起的相移及入射角偏离临界角时产生的相移进行了详细地理论分析和数值模拟.结果表明,金属膜反射和偏离临界角引起的相移对测量结果均有较大影响,但输出与作用在传感头上的磁感应强度呈很好的线性关系,可以通过将传感器的测量值乘上一个补偿系数来消除反射相移所产生的误差.     

无偏振效应分束器反射相移对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响

线性双折射和反射相移使光学电流互感器输出光偏振态产生椭圆退化并导致灵敏度降低,法拉第镜式光学电流互感器可以有效解决椭圆退化问题。无偏振效应分束器是构成该方案的核心器件,为了准确掌握无偏振效应分束器的性能和作用,用琼斯矩阵建立了无偏振效应分束器和法拉第镜式光学电流互感器的矩阵模型。分析了无偏振效应分束器反射相移对系统输出光偏振态的影响。提出无偏振效应分束器反射相移的测量方案并测出其常温下的实际值为5.02°,绘制了温度实验曲线。用MathCAD软件仿真了系统输出光偏振态图,并分析了椭率与无偏振效应分束器反射相移的关系。指出计量0.2级光学电流互感器所允许的反射相移漂移范围要小于0.1%。所得结果可为光学电流互感器的实用化研究提供参考。     

Joint effect of dispersions of reflection-induced retardance and Verdet constant upon the sensitivity of an optical current sensor

The dispersion properties of the reflection-induced retardance of polarization-preserving reflecting medium layer and the Verdet constant of the ZF-7 optical glass and their joint effect on the sensitivity of a bulk glass optical current sensor are theoretically analyzed taking the Jones’ Matrix as a mathematical tool and using simulation with a computer. The investigation results show that the dispersions will significantly affect the scale factor of the system. Therefore, it is necessary to stabilize the driving current and the ambient temperature of the optical source by some technical means to ensure the wavelength stability. These results might be useful for the researchers and designers working in the optical current sensing techniques area.     

Optical current sensing element with single medium layers for high voltage applications

The performance of a Faraday current sensing element with single medium layer coatings with potential for use at high voltage is reported, and the principle and the design parameters of the polarization-preserving, totally reflecting, single medium layer are given. The performance of the sensing element is demonstrated, showing a sensitivity of approximately 90% of the theoretically achievable maximum for an ideal case, a ratio error of 0.33% over a 7 h stability period and a 21 dB EMI immunity. Some of the advantages of this design are considered and discussed.     

一种双参量偏振调制光纤传感器

提出了一种双参量偏振调制光纤传感器结构。在理论上分析了从一个敏感晶体上分离出两种信息的可能性 :通过合理安排传感头中各部件 ,使得传感器同时输出反映两种信息的两路信号。在实验上获得了理论所预期的结果 :只使用一个传感头就可以同时测量电压与温度、力与温度。实验室条件下 ,温度传感的精度为± 1℃。在工作温度 2 0～ 110℃范围内 ,电压传感的温度稳定性在 0～ 10kV量程内为± 0 .5 % ;而力传感的温度稳定性在 0～80N量程内可达± 0 .1%。     

Wavelength dependence of the sensitivity of a bulk-glass optical current transformer

The wavelength dependence of the sensitivity of a bulk-glass optical current transformer is theoretically analyzed, simulated numerically and verified experimentally. The results show that the wavelength dependence will cause obvious sensitivity fluctuation of the system because of the existence of the dispersions of the reflection-induced retardance, Verdet constant, and the linear birefringence inside the bulk-glass current sensing head. Therefore, it is necessary to stabilize the driving current and the ambient temperature of the optical source of the sensor or compensate the harmful effects caused by wavelength variation. These results might be useful for researchers and designers working in the optical current transformer techniques area.     

基于单端探测温度和折射率的MZI光纤传感器

提出并演示了一种基于单端探测的光纤传感器,可同时测量温度和折射率。微结构光纤探头由两个玻璃光纤微球拼接在一起,并在该探头的末端利用真空电子束蒸镀一层铝膜以增加反射,从而形成微球结构的马赫-曾德尔型光纤传感头。实验结果表明,该器件的温度灵敏度和折射率可分别达到50.77 pm/℃和-21.94 nm/RIU。这项工作提出了一种低成本、高分辨率的基于光纤方法实现的多功能传感应用。单端探测的马赫曾德尔型光纤传感器小尺寸的优势可应用到小体积气体的测量,而它的全二氧化硅设计提供了高温或化学严酷环境的兼容性。     

基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器

本文介绍了一种高灵敏度光纤温度传感器.该传感器由一小段毛细管熔接于单模光纤和一段大模场光纤之间而构成串联的两个法布里-珀罗干涉仪.由于俩干涉仪具有相近的自由光谱区,因而它们的叠加光谱会产生游标效应.实验结果显示,利用游标效应解调,该传感器的温度灵敏度可从单一空气腔法布里-珀罗干涉仪的0.71 pm/℃提高到179.30 pm/℃.该传感器结构紧凑(1 mm)且灵敏度高,具有良好的应用前景.     

基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器

利用光子晶体光纤结构的灵活性和性能的优越性, 设计了一种基于D形光子晶体光纤的折射率和温度传感器. 在D形光子晶体光纤表面抛磨并镀上金纳米薄膜, 作为表面等离子体共振传感通道用来测量液体折射率; 在包层的一个空气孔中填充温敏液体甲苯, 作为定向耦合通道实现对温度的测量. 进一步的数值计算发现, 基于定向耦合效应的温度传感和基于表面等离子体共振的折射率传感相互独立, D形光子晶体光纤同时进行折射率和温度传感检测. 在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对该传感器特性进行了数值研究, 发现D形光子晶体光纤的空气孔直径决定了定向耦合吸收峰的中心波长和温度传感的灵敏度, 金薄膜的厚度和D形结构的抛磨深度仅影响表面等离子体共振峰的相对强度. 结果表明: 该传感器在-10–80 ℃的温度范围内具有11.6 nm/℃的温度灵敏度, 在1.34–1.44折射率范围内折射率灵敏度最高可达26000 nm/RIU.