测量光学玻璃电流传感头线性双折射的新方法

线性双折射是光学(含光纤)电流传感头的重要光学参量之一,会明显影响光学电流传感器的性能,因此测量光学传感头内线性双折射的大小对于提高光学电流传感器的性能有重要意义.本文报道了一种测量光学玻璃电流传感头线性双折射的新方法,以琼斯矩阵为数学工具给出了对该方法的理论分析及测量不确定度分析,并用实验方法给出了应用实例.此方法的主要优点是弥补了以前报道过的两种测量方法暴露出的无法唯一地确定光学玻璃电流传感头线性双折射的大小,或虽然能测定双折射大小,但测量不确定度较大的不足.实验结果表明:本方法可明显地提高测量准确度.     

光学玻璃电流传感头线性双折射的一种测量方法

报告了一种测量光学玻璃电流传感头线性双折射的方法,以琼斯矩阵为数学工具给出了对该方法的理论分析、测量不确定度计算公式,并用实验方法给出了应用实例.此方法的主要优点是光路所用元件容易获得且测量结构简单实用.     

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.     

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.     

线性双折射对光学玻璃电流传感器输出特性影响的理论分析

对线性双折射及入射起偏角对光学玻璃电流传感器输出特性的影响进行了理论推导与分析,给出了光学玻璃电流传感器在非理想状态下线性双折射对输出电压的调制函数的数学表达式,并给出了入射起偏角对系统影响的数学表达式及其对系统有无影响的条件.结果表明,线性双折射会以Sa(δ)函数(抽样函数)的形式调制理想光学玻璃电流传感器输出信号的尺度因子,同时以－sin２(δ／2)为影响因子决定入射起偏角对系统影响的大小;当入射起偏角取某些特殊值时其对系统的影响为零.该工作结果对于光学玻璃电流传感器的研究、设计具有一定的理论参考意义.     

光电子技术与器件 光学传感、传感器

TM452.932006010555线性双折射对法拉第镜式光学电流互感器输出影响的理论分析=Theoretical analysis of the effects of linear bire-fringence on the output of a Faraday mirror-typed opticalcurrent transformer[刊,中]/王政平(哈尔滨工程大学理学院.黑龙江,哈尔滨(150001)),刘晓瑜…∥哈尔滨工程大学学报.—2005,26(5).—688-692从理论上推导并分析了线性双折射及入射起偏角对法拉第镜式光学玻璃电流互感器输出特性的影响,给出了法拉第镜式光学玻璃电流互感器在非理想状态下线性双折射及入射起偏角对系统输出电压的调制函数的数学…     

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.     

线性双折射对光纤电流互感器影响的研究

应用琼斯矩阵理论分析传感光纤中残余线性双折射对光纤电流互感器测量精度的影响。根据干涉结果得到在传感光纤中加入大量圆双折射可以抑制残余线性双折射,并提出有效的减小线性双折射误差的方法。     

基于比较测量法的光学电流互感器

提出采用永久磁体作为参考源应用于光学电流互感器中,对随环境因素改变的材料Verdet常数及线性双折射进行实时补偿的比较测量法.运用矩阵光学理论对该方法进行了理论分析,并进行了相关实验,实验结果证明了该方法的可行性.设计的传感单元采用了点式传感头,具有结构简单的特点,适合于在高电压环境中应用.     

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。     

Effect of dispersion of linear birefringence upon the sensitivity of an optical current sensor

The dispersion properties of the linear birefringence inside the glass current sensing head of a bulk glass optical current sensor and its effect upon the sensitivity of the sensor are theoretically analyzed and simulated with a computer. The investigation results show that the effect is small enough to be ignored, although it can certainly affect the scale factor of the system slightly. These results might be useful for the researchers and designers working in the optical current sensing techniques area.     

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.     

Effects of the temperature features of linear birefringence upon the sensitivity of a bulk glass current sensor

The temperature characteristics of linear birefringence and its effect upon the output of a bulk glass current sensor is theoretically analyzed and simulated. The results show that when temperature field distributes evenly, the linear birefringence induced by the mutual pressure between sensing head and surrounding material of the package is the main factor, the sensitivity of the system could be varied more than 1% during changes of temperature within the range of −40–40 °C. These results might be useful to those studying optical glass current sensing techniques.     

A magnetic field sensor based on orthoconjugate reflection used for current sensing

One of the predominant limitations to the practical applications of bulk glass optical current transformers is the harmful influence of the reflection-induced retardance and linear birefringence existing inside the glass current-sensing elements. To solve this problem, a new design of optical magnetic field sensor using a Faraday Mirror for current measurement, is proposed, the optical setup is shown, the working principle is derived, the experimental result is given, and the advantages and shortcomings of the design are discussed in this paper.     

用于电力系统的光学电流互感器技术进展

介绍了光学电流测量技术的发展情况，描述了目前几种主要的互感器结构及其基本原理，并对各自存在的问题及解决途径进行了讨论。从研究现状来看，块状玻璃型传感器技术相对成熟，已经有商业产品问世；混合型传感器测量精度较高，但传感头有源电路的供电技术复杂，还没有圆满的解决方案；全光纤型是光学电流互感器发展的最终目标，目前存在的主要问题是光纤的固有线性双折射难以处理，有赖于新型光纤材料及集成光学元件的进一步发展。最后综合评述了光学电流互感器技术的发展趋势及产业化前景。     

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。