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.     

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.     

光学电流互感器中线性双折射与法拉第效应的分离检测

分析了线性双折射对光学电流互感器(OCT)电压输出的影响,指出了差除和信号处理方案检测输出光信息的不完备性问题,用琼斯矩阵理论证明了差除和方案不能独立检测块状玻璃传感头中线性双折射的结论。提出了光学电流互感器的椭偏检测方案,从椭圆偏振光参量方程出发,推导了温致线性双折射、法拉第旋转角与输出椭圆偏振光椭率、倾角之间的解析式,证明了椭偏检测法对输出光信息检测的完备性,实现了温致线性双折射和待测电流的同时测量。为保证实时性,提出了输出椭圆光的三态检测方案,采用水平、垂直和45°三个偏振态的实时检偏,既克服了线性双折射的影响又实现了待测电流的实时测量,从检测原理上解决了温致线性双折射对光学电流互感器的影响。     

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。     

互易性光学量对FMOCT输出光偏振态的联合影响

提出了用于大电流测量的法拉第镜式光学电流互感器方案.采用琼斯矩阵分析了互易性光学量联合作用对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响,做了计算机仿真验证;利用椭率概念定量分析了输出偏振光的椭圆退化问题,计算了输出光椭率与互易性光学量的关系;在输出光的椭圆退化问题上与单层保偏膜式光学电流互感器方案进行了对比.结果表明,在互易性光学量联合作用的条件下,法拉第镜式光学电流互感器的输出光仍保持线偏振状态,这将改善由温度引起的互易性光学量变化对系统工作稳定性的影响.     

磁性流体薄片高电压电流光学测量的研究

研究一种用磁性流体薄片对高压电流进行光学测量的电流传感器。设计原理基于磁性流体的光透射率随垂直磁场强度的变化而变化的关系。磁性流体受到垂直外磁场作用,原先无序的磁性颗粒将凝聚在一起形成条条磁链,从而引起磁性流体的光透射率的变化。采用磁性流体作为传感媒介设计的传感结构避免了基于法拉第效应的光磁式电流互感器对环境干扰敏感造成信噪比不高和传统的电磁式电流互感器的高压绝缘的缺陷。通过改变磁性流体的浓度和基液,或者改变传感头的结构,来达到实际需要的传感灵敏度和响应时间。     

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.     

基于LabView的光纤电流互感器一体化测试系统设计

光纤电流互感器日益成为电力系统中最重要的设备,在实用化研究中,光纤电流互感器的检测精度是重要的指标之一,而被测电流的谐波和光纤电流互感器内部的噪声往往影响其测量的准确性。因此对光纤电流互感器谐波的检测以及对其解调算法实用性的验证非常重要。为进一步的谐波治理提供依据及验证解调算法能否有效运用问题,在详细分析现有的谐波检测理论和两种解调算法原理的基础上,设计了一种基于虚拟仪器LabView的光纤电流互感器谐波检测及解调算法测试一体化系统,在快速检测电流各次谐波电平的同时解调出被测电流的信息并对比验证两种解调算法的可行性与优越性,验证结果表明第二种解调算法的精度明显优越于第一种解调算法,更能适用于光纤电流互感器的信号解调。     

Influence of a skull cranial window on the measurement of haemoglobin concentration in cortical tissue by multi-spectral imaging analysis

The simplified cranial window, which is transparent thinned skull, has been used for the optical imaging of cortical tissue of small animals to measure the concentration change in haemoglobin as an intrinsic signal of brain activation. The multi-spectral images of the cortical tissue of guinea pigs through the skull cranial window were compared with those of the exposed cortex to evaluate the influence of the scattering and absorption properties of the skull on the measurement of the concentration change in haemoglobin. Although skull thickness affects the sensitivity of the optical signal due to a decrease in mean optical path length in the cortical tissue, the influence of the skull cranial window on the wavelength dependence of optical path length can be ignored when the skull thickness is less than approximately 100 mm. Accurate concentration changes in oxygenated and deoxygenated haemoglobins can be calculated from the optical signal measured through a skull cranial window and the wavelength dependence of optical path length for the exposed cortex.     

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.     

光学平衡桥式电流互感器的设计

为了消除传感头随温度变化的线性双折射对光学电流互感器性能的影响,提出了光学平衡桥式电流互感器的概念,并给出了设计原理.推导了与温度有关的线性双折射导致的线偏振光方化角变化量的解析式,并计算了用1/2波片来消除线性双折射影响时波片光轴的方向.给出了光学平衡桥的工作原理和信号处理的方法,推导出计算电流的表达式.进行了实验研究,螺线管电流为2 A,温度在20℃-65℃范围变化时,所设计互感器的输出误差在2.96%以内.提出的光学平衡桥式电流互感器,解决了原有方法存在的线性双折射随温度变化对测量精度影响的难题,有利于促进光学电流互感器的实用化进程.     

Investigation of intermodal interference of LP01 and LP11 modes in the liquid-core optical fiber for temperature measurements

The intermodal interference of the LP₀₁ and LP₁₁ modes and determination of the equalization wavelength in the liquid-core optical fiber is presented. Theoretically was described the weakly guiding optical fiber with the constant core radius, where equalization wavelength is a function of the refractive indices of core and cladding. The dependence of equalization wavelength on refractive indices is employed for measurement of temperature. Temperature sensitivity using intermodal interference of modes LP₀₁ and LP₁₁ was documented in the liquid-core optical fiber consisted of fused silica as cladding and medicinal oil as a core. In the investigated temperature range the intermodal interference allows the temperature measurement with resolution of about 0.02 °C.     

Faraday mirror-typed optical current transformers and its theoretical analysis

A Faraday mirror-typed optical current transformer (OCT) design with turn-back optical paths is proposed to overcome the harmful effects of the linear birefringence inside bulk glass current sensing head, which can double the sensitivity and improve the state of polarization of the system output. The theoretical analysis of the working principle, the simulation of the polarization state of the output light beam and the comparison between it and the OCT with polarization preserving total reflection (PPTR) layers are presented. The results show that this design has a good suppressing effect on the degeneration of the polarization state of the output light, which has certain reference significance on the performance improvement of the present bulk glass OCT, and the development of practical OCTs.     

保偏反射膜温度特性对BGOCT灵敏度影响的理论研究

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究,结果表明,当温度从5.3℃变化到39℃时,表征系统灵敏度的归一化尺度因子会在一定范围内变化.表明镀制于光学玻璃电流传感头上的保偏膜反射相移温度特性影响光学电流传感器的稳定性.因此,在实际系统设计中对光学玻璃电流传感头应采取必要的温度控制或补偿措施.     

Loss Behavior of Single-mode Optical Fiber Microbend Sensors

Periodic microbending has been studied to develop an insight into the loss behavior of single-mode microbend sensors by using the finite-difference beam propagation method. Loss sensitivity variations with wavelength are examined, as well as the optical loss dependence on the number of microbends and the modal field perturbations caused by the microbending.     

光纤布拉格光栅温度灵敏性的实验研究

在-150～550℃的温度范围内测量了光纤布拉格光栅中心反射波长的温度灵敏性。光栅波长的温度响应是非线性的。通过对试验数据的三次多项式进行拟合分析,结果表明:波长为1500nm左右的光栅具有相同的温度敏感性;波长对温度变化的响应(ΔλB/ΔT)主要是由折射率的变化(dn/dT)引起的,dn/dT随着温度的降低而减小;得到了温度灵敏系数关于温度的二次表达式,并给出了在-150～550℃温度范围内波长变化的快速估算。     

基于FBG传感的油浸式电力变压器绕组温度场监测研究

变压器绕组热点温度的在线实时监测对变压器的安全运行和工作寿命具有重要意义。通过ANSYS有限元分析,仿真得到绕组的热点位置和温升范围。将一种以聚四氟乙烯材料作底板的FBG传感器通过匝间的垫片安装于绕组的热点位置,通过光栅窄带滤波反射后,解调拟合出光波长,通过数学模型计算得到热点温度。采集数据显示,测得的绕组热点温度为143.2℃,通过与仿真结果333.4K对比,能够及时在线地反映出绕组的热点温度,可为变压器的安全运行提供重要的参考数据。     

典型类型气溶胶吸收光学厚度的定标规律

利用云和气溶胶粒子的光学特性软件包(OPAC)对陆地型、海洋型、沙漠型和极地型四种典型类型气溶胶的吸收光学厚度进行了计算统计分析,根据每一种类型气溶胶成分的差异,分析了气溶胶吸收光学厚度随波长及相对湿度变化的规律,建立了四种典型类型气溶胶吸收光学厚度与波长、相对湿度的定标关系。气溶胶吸收光学厚度随波长的幂指数衰减规律并不是在所有波长范围内均满足,不同类型的气溶胶,其适用的范围不同;气溶胶吸收光学厚度随波长和相对湿度的变化主要受气溶胶成分影响,相对湿度的增大会导致气溶胶吸收特性的降低,并会对吸收Angstrom指数造成影响。根据建立的气溶胶吸收光学厚度的定标关系,可由气溶胶激光雷达等设备实测的某一波长的光学参量计算光电系统对应波长、不同相对湿度情况下的光学特性。     

Conversion wavelength and power dependence of an optical delay system utilizing HNLFs and DCF

Conversion wavelength and power dependence of the time delay and output signal quality for an optical delay system consisting of dispersion compensation fiber (DCF) and highly nonlinear fibers (HNLFs) is investigated in this paper. The numerical results show that the time delay generally varies linearly with the conversion wavelength propagating through DCF and changes slightly with the power launched into HNLFs. But it has abrupt change at some values of conversion wavelength or input power level. Output signal quality of the overall system varies significantly with the conversion wavelength and input power level. The reasons behind these results are analyzed. Finally, the input power level is optimized to achieve linearly varying time delay and desirable output signal quality for an optical delay system.