干涉光纤电流传感器

提出了一种新型的高压电流光纤传感器,由Sagnac干涉仪和光路构成,采用Labview编写虚拟仪器的测试端软件。该系统利用法拉第效应,借助电子电路,获得干涉后输出光强信号中一次谐波成分,就可以将高压母线中待测电流的大小和相位分量测出。由于采用的新颖的双光路设计,与通常的干涉仪相比该系统的动态测量范围扩大数百倍,而且系统不受外界缓变量的影响。     

光纤光栅电流传感器

基于悬臂梁技术 ,分析并验证了光纤光栅用于电流传感的可能性。采用等腰三角形悬臂梁确保光栅在传感过程中不出现啁啾现象 ,从而减小读数误差。系统传感灵敏度为 4 0 0× 10 - 2 nm A ,与预期值 4 15× 10 - 2 nm A基本吻合。     

全光纤电流传感器中电流传感光纤的抗干扰研究

针对带变螺距段传感光纤的全光纤电流传感器,提出两种抗干扰结构:基本结构,即将变螺距段与传感光纤一起成束并将反射镜置于变螺距段中点位置;8字型结构,将变螺距段绕成8字型。分析两种结构的抗干扰原理,实验检验电流导体在传感光纤环内、外不同位置时传感器读数的差异。实验结果表明,两种结构均可抗0.5m以上的1000A级别的外界电流干扰,但前者仅适用于电流导体与传感光纤环相对位置固定不变的应用场合,后者可适用于诸多电流导体与传感光纤环相对位置不固定的应用场合。在不同的应用场合下两种结构的抗干扰性能均具有实用性。     

基于光纤电流传感器的韦尔代常数优化测量法

韦尔代常数(Verdet)是决定光纤电流传感器(FOCT)灵敏度的重要因素之一。根据萨格纳克(Sagnac)干涉原理计算得到校准信号,并测量FOCT的实际输出信号,通过比较这两组信号建立目标函数,基于单纯形算法进行参数优化,从而得到石英光纤的韦尔代常数。实验结果与经典模型计算结果基本吻合。FOCT的输出信号经过测量电路会引入相位差;另外受到调制器和外界环境的影响,干涉回路的工作点会产生漂移,导致输出信号不对称而产生直流量。考虑到以上因素,提出的这种方法还能同时测量出电路的相位差、干涉回路的工作点以及反映非线性畸变的直流量。     

基于时分复用的多点式环形腔光纤电流传感器

为实现输电线路上的多点电流监测,利用通信用普通单模光纤,设计基于时分复用的多点式光纤环形腔结构电流传感器.多路传感系统共用一套光源、检测设备和数字信号处理系统,在节约成本的同时,提高了利用率.实验中选用双路全光纤电流传感器结构,在两个不同的点同时测量电流,其中一测量点对0~600A范围内的电流进行测量,另一测量点对0~1 500A范围内的电流进行测量.对实验数据进行线性拟合,结果表明:循环次数取8比较合适,此时系统具有比取2时高约3~4倍的灵敏度;两个测量点光信号的偏振态与电流之间有良好的线性关系,两个传感单元的灵敏度不同,而且相互之间没有串扰是各自独立的传感系统.     

基于光纤反射腔的高灵敏电流传感器方案

提出了一种基于平面Y分支波导与法拉第旋镜的高灵敏度光纤电流传感器结构方案。利用两个法拉第旋镜与平面Y分支波导构成一个光纤反射腔,通过光在腔中的多次反射来增加待测电流导致的传感光纤中的法拉第相移,从而实现对微弱电流的测量。该结构方案中首次采用了平面Y分支光波导,从而可降低光路系统损耗,增加灵敏度,为微弱电流测量的工程化提供了一种可行的方法。     

基于光纤反射腔的高灵敏电流传感器方案

提出了一种基于平面Y分支波导与法拉第旋镜的高灵敏度光纤电流传感器结构方案。利用两个法拉第旋镜与平面Y分支波导构成一个光纤反射腔,通过光在腔中的多次反射来增加待测电流导致的传感光纤中的法拉第相移,从而实现对微弱电流的测量。该结构方案中首次采用了平面Y分支光波导,从而可降低光路系统损耗,增加灵敏度,为微弱电流测量的工程化提供了一种可行的方法。     

混合型大电流光纤传感器的研究

本文叙述了混合合型大电流光纤传感器的工作原理及制作方法.以LED作光源、PIN作接收、火石玻璃为磁感应材料、多模光纤作导光波导的混合型大电流光纤传感器,用于监视高压电网系统中的电流.适用范围10~2～10~4A,精度±0.5%.     

测量高压设备电流的光纤传感器

本文介绍一种传感高压设备电流的测量仪表。这个系统是为瞬态和稳态电流范围1～1000A而设计的。在利用法拉第效应的传感器中,采用了单模低双折射率的光纤,并提出了两种不同结构的传感元件,其中一个用于固定安装;另一个则可在现场使用。设计后者的目的是在与线路没有直接接触的条件下来传感电流。这些装置的特点在于它有很好的线性度、灵敏度和绝缘特性。     

OVMD-ICA算法用于光纤电流传感器降噪

提升数据处理能力是实现光纤电流传感器（FOCS）在微弱电流检测领域中应用的重要支撑。针对独立成分分析（ICA）算法对信源数量的要求和变分模态分解（VMD）对冲击噪声处理能力不足的问题,采用优化参数的变分模态分解与独立成分分析联合算法（OVMD-ICA算法）,提升微弱电流检测能力。首先,在分析全光纤电流传感器输出信号的特征和噪声特性的基础上,以能量谱熵为目标函数,采用捕食者算法（HPO算法）获取模态参数K和二次惩罚因子α,完成变分模态分解。然后,通过设置相关系数阈值,对各模态函数分类并构建虚拟通道,以满足ICA对信源数量的要求,并采用FastICA算法实现盲源分离。最后,通过对比实验确定了该方法的有效性,发现采用所提方法能够实现3 mA微弱电流的识别检测。     

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.     

集磁式光纤电流传感器的研究

设计了一种应用块状磁光材料与集磁环相结合的集磁式光纤电流传感器。介绍了该传感器的结构及工作原理,构建了光纤电流传感器实验系统并进行了测试。实验结果表明,该集磁式光纤电流传感器在30kV工作电压下可准确实现30kA脉冲或连续电流的测量,为电力系统中高压大电流测量提供了一种切实有效的方法。     

一种新型Sagnac式光纤电流传感器

为了消除震动对Sagnac式电流传感器测量结果的影响,提出一种光路改进方法来消除传感器对震动的敏感性,其基本原理是抵消Sagnac效应而不影响法拉第磁光效应。利用琼斯矩阵对改进后的光路结构进行了偏振态分析,理论分析和实验结果吻合,表明改进后的传感器其输出与震动无关。耦合半波片后Sagnac式光纤电流传感器的震动敏感性被消除了,为Sagnac式光纤电流传感器的工程化实现提供了一种可行的方法。     

可补偿偏置漂移的扭转光纤电流传感器

针对扭转光纤电流传感器由于环境因素（如温度,压力,振动）变化使光纤中传输光偏振态改变,从而导致传感器输出与漂移问题,提出了一种新的信号处理方法进行克服,这一方法适用于交变电流的检测,实验中通过旋转输入线偏振光偏振方向的方法检验了所提垢有效性,证明这种补偿方法对传感器置相位的任意偏移均适用。     

光纤（光学）电流传感器的现状及发展

本文系统地评述光纤（光学）电流传感器研究的现状和存在的主要问题，给出不同调制方式的几种传感头的基本结构，分析比较它们的优缺点。针对影响传感器精度的因素，讨论目前采取的一些解决方法。文中指出光纤（光学）电流传感器的发展方向。     

基于优化神经网络算法的光纤布拉格光栅电流传感器的温度补偿

应变和温度的改变能够使光纤布拉格光栅(FBG)反射波的中心波长产生漂移,FBG与超磁致伸缩材料的结合可以用于测量电流,但是温度和应变的交叉敏感严重影响测量电流的精度。神经网络具有强大的非线性映射能力,能够自适应地发现传感器的内部规律,从而对温度进行有效补偿。针对神经网络容易陷入局部极小值的问题,采用遗传算法优化神经网络的权值和阈值,以在全局范围内更快速、准确地找到权值和阈值的最优解。针对样本较少的问题,采取K折交叉验证的方法提高网络预测的可靠性。经实验验证,优化的神经网络对电流预测的均方误差为0.0038,提高了FBG电流传感器的测量精度。     

一种基于磁致伸缩效应和光纤光栅的电流传感器

提出一种基于超磁致伸缩材料(GMM)和光纤光栅(FBG)的无源非接触型电流传感器,利用COMSOL软件对参考GMM位置以及聚磁装置预留伸缩空间大小及方向、截面边长和上方开口长度等参数进行分析和优化,保证传感FBG粘接区域内的磁力线密集且均匀分布,最后通过双光栅-强度解调系统实现电流信号的温度无关性测量。传感器交直流特性测试表明,传感器在0.8～3.5 A的直流输入下的灵敏度为249.75 mV/A,线性相关系数高达0.9942;在1.6 A的偏置电流作用下,传感器对50 Hz～6.5 kHz的正弦输入信号具有良好的响应能力。同时传感器的温度特性测试证明,双光栅-强度解调方法可在很大程度上消除环境温度变化对输出电压的影响。本文提出的传感器具有体积小、结构简单、性能稳定和成本低等优点,并且具有温度无关特性。     

光纤大电流传感器非线性误差机理与抑制

非线性误差是基于Faraday效应的干涉式数字闭环光纤大电流传感器基本测量准确度的主要影响因素。考虑到传感光路中偏振交叉耦合、圆偏振态不理想等因素的影响,计算了与调制信号同频的干涉信号,得到了闭环反馈相移与被测电流之间的非线性跟踪关系。仿真结果表明：传感光纤线性双折射、1/4波片方位角及相位延迟误差、相位调制器输出尾纤偏振串音是光纤大电流传感器产生非线性误差的主要原因。需根据被测电流的动态范围相应提高相位调制器输出尾纤耦合及熔接对轴精度。通过求解光纤敏感环微分模型方程,提出了波片参数与椭圆双折射光纤拍长-螺距比的匹配条件,实现了传感器对Faraday效应的线性响应,降低了椭圆偏振传感信号造成的非线性误差。实验结果表明：采用参数匹配的1/4波片后,在6～500 kA范围内,传感器比例因子随被测电流的变化量为0.2%,相比于理想1/4波片降低了一个数量级。     

全反射对混合型光纤电流传感器检测灵敏度的影响

在利用法拉第(Faraday)效应的混合型光纤传感器中,通常用全反射改变光的传递方向,以增加有效光程,并使结构紧凑。反射将改变光的偏振状态,从而影响传感的灵敏度。本文用琼斯(Jones)矩阵方法推导了有反射时传感头的传光特性,分析了反射对检测灵敏度的影响,获得了与实验一致的结果。     

一种光纤干涉式高压电流传感器的设计

设计了一种结构简单的光纤干涉式电流传感器，给出了其数学模型，并用实验验证了该系统的可靠，与其它光纤电流感器相比，该传感器高压侧无需电源，特殊的光路使得它的测量范围大大增加，并且对缓变的干扰信号（如温度）不敏感。