Sagnac干涉型光纤电流传感器研究硕士论文.pdf

燕山大学
博士学位论文
Sagnac干涉型光纤电流传感器研究
姓名:焦斌亮
申请学位级别:博士
专业:电路与系统
指导教师:郑绳楦
20050401
摘要其次,对系统涉及的两种关键功能部件一九/辔谎映俸拖辔坏髦偏置鞯纳本文对近年来光纤电流传感器的研究进展进行了综合评述;对型光纤电流传感器进行了深入的理论研究,建立了完整的系统理论模型:对影响传感器测量准确度的各种因素进行了全面的理论分析和仿真研究,得到了这些影响因素对系统响应的作用规律:对传感器系统的功能部件进行了设计,提出了一种新的产生圆偏振光的方法,并对利用庀笋詈掀魇迪指缮嫦低车奈拊聪辔黄媒辛死砺厶讨,建立了相应的系统模型;设计了传感器的电子电路系统,以此为基础对系统进行了初步的实验研究。首先,利用偏振系统的卣蠓治龇ǎ悸窍低持衅鹌魍腹庵岱较蛭蟛睢相位延迟器延迟误差、以及相位延迟器快轴方向误差等各种可能影响测量准确度的因素,建立了完整的传感器系统理论模型,分析了传感光纤存在线性双折射情况下各种误差源对系统响应的作用规律:对模型中的各种参量对测量准确度的影响进行了仿真研究,从理论上得到了反映影响规律的曲线及典型误差数据。从仿真结果来看,系统响应误差随起偏器透光轴方向误差、两个延迟器快轴不重合误差、相位延迟器延迟误差等增大而增大:与其它误差源相比,固有圆双折射对系统误差影响较小:各因素对系统误差的影响与传感光纤线性双折射密切相关,线性双折射愈大,各因素的影响愈明显:线性双折射不能超过荆馐谴ǜ泄庀讼咝运凵涞囊个特征值:线性双折射是影响系统测量误差的主要因素,如果系统没有线性双折射,则其它误差源的影响将容易预测和处理。计进行了理论探讨。提出一种利用保偏光纤扭转实现/辔谎映俚纳杓品桨福永论上证明了在保偏光纤中传播的线偏振光,通过将出射端拍长的光纤扭转。,可以转换成圆偏振光:对利用詈掀魇迪治拊聪辔黄媒辛死砺鄯治觯攵本文的传感器结构建立了相应的数学模型,仿真分析了詈掀鞑问源ǜ衅髁敏度的影响舰律。研究表明,偏置相位的大小取决于詈掀鞯鸟詈媳龋谝欢的分光比条件さ蟆曰竦米罴哑茫迪中⌒藕诺母吡槊舳炔饬俊Mü扑悖到了一组实现最佳灵敏度时耦合器应该具有的耦合比值。最后,设计了包括激光器驱动电路、前置放大电路及带通滤波器等的系统电子电路部分,以此为基础对理论模型进行了初步的实验研究。分析了实验系统的测量
灵敏度,得到了测量值和被测电流之间的关系式;对系统噪声进行了理论分析,给出了理论估算值;利用实验中获得的数据画出了与理论值对比的输入输出特性曲线。实验结果初步证明了理论模型的『沸裕ú饬恐滴榷ㄐ院拖咝远急冉喜睿嗬胧际应用还有较大差距。从系统输出来看,电磁兼容性干扰是信号噪声的主要来源,本文的研究工作可望对型光纤电流传感器的发展提供理论依据,为系统的实用化设计和产品研制提供一定的参考。关键词效应;вΓ还庀舜ǜ衅鳎还庀烁缮嬉牵还庀说缌鞔ǜ衅双折射:九/辔谎映倨鳎幌辔坏髦破鳎黄鹌鳎恍藕糯远大于理论估算的噪声电平。燕山人学【学搏十学能论文
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第滦论引言在人类步入信息社会的今天,人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切。作为信息提取的功能器件,传感器与人类的关系愈来愈密切。。从某种程度来说,一个束衡量的,而自动化水平是光纤传感技术是现代传感器技术的一个重要分支,它是伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体。光纡为媒质,感知和传输外界信号徊饬的新型传感技术。这种光纤技术的非通信应用,被普遍认为是近代检测技术的发展方向之一。近年来,光纤传感技术的发展十分迅速,显示出巨大的开发潜力和应用前景。光纤传感器具有一螋常规传感器无可比拟的优点。例如,灵敏度高、响应速度快、动念范围大、抗电磁干扰、超高压绝缘、无源性、防燃防爆、适于远距离遥测、多路系统无地回路“串音”互扰、“传”和“感”合二为一、抗化学腐蚀、机械强度大、与电子学系统易兼容、材料资源丰富和成本低等。特别适用于石油化工、电力、机械、冶金、生物医学及国防等部门应用。特别是在易燃易爆、超高压电器设备、强电磁干扰、强化学腐蚀等特殊工作环境中,进行多种物理量测量。光纤传感实现的物理量测量很广,包括声二、位移、加速度、应变、扭矩、旋转速率、温度、流量、压力、液位、磁场、电场、电流、电压、放射性、化学成分等等。光纤传感器的分类方法很多,主要有三种。一是按被测物理量分类,根据被测量有光纤温度、光纤压力、光纤声波传感器等。二是根据光纤在检测系统中的作用束分类,有功能型和非功能,弘两种。功能型光纤传感器中的