李晓瞻[1]2007年在《新型光纤光栅电流传感器的研究》文中指出随着电力工业的快速发展,传统的电流互感器已经不能满足技术上的要求。光纤光栅电流传感器由于其电气绝缘性、体积小和高灵敏度等优点,是目前传感领域的研究热点之一,它将会逐渐取代传统的电流互感器。但是目前大多数产品还处于实验室研究阶段,离实用化还有相当一段距离。本文从光纤光栅电流传感器的实用化角度出发,在借鉴现有的光纤光栅电流传感器的基础上,提出了一种基于Bragg光纤光栅温度传感模型的电流传感器,并对它的传感特性进行了分析,主要工作包括:(1)对光纤光栅电流传感器的基本理论进行了详尽的阐述,包括光纤光栅电流传感器的工作原理、结构特性等。(2)选择光纤光栅温度传感模型,并提出了在光栅表面镀上一层导电物质的设想。在尝试了几种良导体后,最终选择了光栅镀金法。经过多次实验,制作出了一种结构新颖的传感头。(3)对现有的几种解调技术诸如:光谱仪,匹配光纤光栅法,非平衡M-Z干涉法,F-P滤波器法等做了分析比较,最终选择应用光谱仪作为我们的解调装置。(4)搭建实验平台,对传感器的性能进行了反复测试。分析实验数据,对实验过程中存在的误差进行了探讨,并指出了在此基础上需要进一步开展的工作。实验证明,新型传感器结构简单,精度高,可重复性好,很有希望得到实用。
张玲[2]2009年在《基于超磁致伸缩材料的光纤光栅电流传感器》文中研究表明随着工业、农业、交通、国防事业的发展,用电量越来越大,电力工业在人民生活中起着越来越重要的作用,但是随着用电负荷越来越多,对电流检测提出了更高的要求,传统的电流传感器已经不能很好的满足当今工业技术发展的需要,导致电力故障频频出现。新型的光学电流传感器能够很好的弥补传统电流传感器的不足,因此被广泛的研究,成为未来电流测量的一个热点领域。光纤光栅是近年来飞速发展的一种新型光纤无源器件,具有成本低、重量轻、体积小、抗电磁干扰、易于实现分布式测量等特点而被广泛地应用于通信和传感领域,尤其是在电流传感领域中,各种结构的光纤光栅电流传感器不断涌现出来。本文回顾了近年来出现的各种光纤光栅电流传感器,比较和分析了它们的发展和存在的问题,在此基础上提出了一种将光纤布拉格光栅与超磁致伸缩材料Terfenol-D结合起来构成的光学电流传感器。Terfenol-D棒材在磁场中随待测电流的增加产生伸长,从而带动沿轴向粘贴在材料上的光纤布拉格光栅的光学参数发生变化,其中心波长发生偏移。在一定磁场范围内,中心波长偏移量与待测电流成较好的线性关系。因此可以通过测量光纤布拉格光栅的波长偏移量,来获得产生磁场的待测直流电流的大小。主要研究工作如下:1、研究了光纤布拉格光栅的光学特性和传感原理,建立了光纤布拉格光栅的应力和温度测量模型。2、研究了磁致伸缩效应的现象、产生的机理和磁致伸缩材料的特性,通过比较稀土超磁致伸缩材料和普通磁致伸缩材料的优缺点,选择稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D作为光纤光栅电流传感器的传感媒介,确定了整个基于超磁致伸缩材料的光纤光栅电流传感器的研究方案。3、采用电阻应变法对超磁致伸缩材料的磁致伸缩系数进行测量,并且根据磁致伸缩材料的特性设计了预应力施加装置,从理论和实验上分析了施加应力对磁致伸缩材料性能的影响。4、设计并制作了将被测电流转换成对应磁场的硅钢磁芯线圈和产生偏置磁场的偏置磁芯线圈,实现了用多匝小电流产生的磁场模拟单根大电流直导线产生的磁场。5、设计了光纤光栅电流传感系统,包括传感头设计、磁回路设计、测量光路设计、偏置磁场设计和优化。6、完成光纤光栅电流传感器的数据测量,并对数据进行分析。
赵哲[3]2008年在《光纤布拉格光栅液位传感器的实验研究》文中研究表明光纤布拉格光栅传感器因具有抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、小巧等特点,被广泛应用到各个领域,并成为光纤传感领域的一个研究热点。本论文从液位测量技术的发展出发,先后总结了现有的主要液位测量方法,并归纳了国内外液位传感器的发展情况。在光纤光栅传感部分,重点介绍了光纤布拉格光栅的传感模型,并对应变传感、温度传感、应变和温度交叉敏感等问题进行了详尽的分析。在光纤布拉格光栅液位传感部分的设计中,对其整体方案进行了规划,并从压力弹簧管的应变原理出发,通过大量的理论推导,获得基于压力弹簧管的光纤光栅液位传感原理,得到由液位产生的压力与光纤布拉格光栅波长偏移量的线性关系。同时,对光纤光栅的温度补偿问题进行了一定探讨。在理论推导的基础上,本课题设计完成了基于C型压力弹簧管的光纤光栅液位传感器,完成了基于活塞式压力计、光谱分析仪以及LED宽带光源实验平台的搭建。通过温度传感实验,验证了光纤布拉格光栅温度传感特性,并得到与理论值较吻合的光纤Bragg光栅温度灵敏度系数;通过应变传感实验,证明了课题中制作的光纤光栅液位传感器具有较好的迟滞特性,重复性、线性特性等,其灵敏度约为0.671nm/MPa。论文中对光纤光栅解调技术做了一定的探讨,完成了以DSPTMS320VC5402为核心的光源及其驱动电路、光电探测部分、电源电路、复位电路、时钟电路、A&D转换电路等的设计,并进行上位机监控页面的仿真设计。
李莉[4]2003年在《光纤布拉格光栅电流传感器的研究》文中研究指明随着电力工业的发展，传统的电流传感器已经不能很好的满足工业技术的需要。光纤电流传感器由于其具有电气绝缘性好，不受周围磁场的影响，无电源，体积小，灵敏度高等优点，将成为传统电流传感器的最具优势的替代品。对光纤电流传感器的研究也在普遍开展。 光纤布拉格光栅是近年来发展最为迅速的光纤无源器件之一。布拉格光栅直接制作在光纤纤芯上，体积小具有确定的中心波长，布拉格反射波长可受温度、应变等物理量调制的特性，广泛的应用于光纤传感等领域。 超磁致伸缩材料是一种新型的磁—机械转换材料，具有磁致伸缩系数大，能量密度高，机电耦合系数大，响应速度快等优点。 本实验将光纤布拉格光栅与Tb-Dy-Fe结合起来，利用Tb-Dy-Fe在磁场下的伸缩引起布拉格波长的改变，来测量产生磁场的待测电流的大小。在实验中我们还研究了偏场，预应力与传感器的关系，在这个过程中我们找到了与传感器有关的最佳设计参数。 最后，对所在的工作作了总结，针对实验中的不足之处提出了改进措施。
常瑞[5]2007年在《光纤布拉格光栅电流传感研究》文中研究说明光纤布拉格光栅是近年来发展最为迅速的光纤无源器件之一。布拉格光栅直接制作在光纤纤芯上，体积小具有确定的中心波长，布拉格反射波长可受温度、应变等物理量调制的特性，广泛的应用于光纤传感等领域。光纤布拉格光栅传感器是以光纤为载体实现物理量的测量和传输的新型传感器。它具有耐高压、抗电磁场干扰、绝缘性好、体积小、重量轻、对环境变化不敏感，信噪比和灵敏度高等优点，并可同时作为传感元件和传输媒介，容易实现分布式测量，便于实现远距离传输。但光纤光栅传感技术是近几年才出现的一种新兴传感技术，许多方面还需要进一步的研究和改进。电流传感器在电力系统检测保护和电流测量中占有不可替代的地位。现代电力系统的容量在不断增大，系统电流值不断增加，传统的电流传感器越来越难满足电力系统发展的需要。光纤电流传感器将成为传统电流传感器的最具优势的替代品。对光纤电流传感器的技术研究也在普遍开展，人们一直在探索新型电流传感方法，以克服传统电流传感器目前存在的诸多问题，开展光纤光栅电流传感的研究，是一种有益尝试，具有重要的现实意义。本文首先介绍了国内外光纤电流传感器发展的现状，研究了目前的各种光纤电流传感器的优良特性以及不足之处。然后介绍了光纤布拉格光栅的基本特性及制作方法，在此基础上重点对光纤电流传感器的传感原理和解调原理进行分析。对目前常用的几种光纤光栅波长解调方法进行了总结。接着提出了一种新的光纤电流传感器的设计，该设计的优点在于特别适合用于测量高压大电流的情况，用于满足当今电力系统的发展要求。在理论设计的基础上，做了相关的模拟实验，用多匝小电流模拟单匝大电流测量，用origin7.0处理实验数据，实验结果验证了本文所提出的这种新的光纤电流传感器设计的可行性。最后，对所作的工作进行总结，在实验结果的基础上总结本设计方案的优缺点，并展望其应用前景。
齐子新[6]2012年在《基于慢光的光纤光栅电流传感器信号解调系统研究》文中指出光纤布拉格光栅(FBG)传感器是近年来发展非常迅速的一种新型光纤传感器。由于它不受电磁干扰影响、易于与外部待测参数相结合等显着特点,FBG的传感特性和结构已被广泛的研究和应用。本论文在对光纤光栅传感器和慢光技术研究的基础上,将慢光技术引入到光纤光栅传感器的信号解调系统之中,提高了其灵敏度。其实质是慢光的引入会提高用于解调FBG传感器的光纤干涉仪的灵敏度,从而提高了整个系统的灵敏度。本文主要研究了以下几个方面：(1)提出了一种基于等强度悬臂梁的FBG电流传感器单元。首先进行了理论建模和仿真分析,建立了电流的大小和FBG反射中心波长的偏移量之间的关系,并根据实际情况选择参数进行仿真分析。实验结果表明,在0-2A内,电流变化量与光纤光栅中心反射波长的变化量成线性关系,最大误差为0.04A,误差平均值为0.019A,电流的检测灵敏度为0.290nm/A。(2)采用全光纤M-Z干涉仪对FBG的波长信号进行解调,进行了光纤干涉仪的波长解调实验。首先推导了光纤M-Z干涉仪的解调原理,仿真研究了光纤耦合器分光比对干涉仪输出特性的影响,得到在3dB耦合器的条件下,干涉仪输出条纹的可见度最大。同时,研究了干涉仪的臂长差对解调的影响,得到了臂长差和解调范围的关系。实验前首先用宽谱光源得到了光纤M-Z干涉仪的干涉谱,进行了臂长差的测定,实验结果表明光纤光栅反射波长的分辨力达到了0.02nnm。(3)讨论了引入慢光后M-Z干涉仪波长解调灵敏度的变化,并仿真验证了光子晶体波导慢光使得M-Z干涉仪的灵敏度有了大幅提高,具体提高倍数与所选择光子晶体波导的群指数有关。本文通过仿真研究证明,基于光子晶体波导慢光的光纤M-Z干涉仪解调灵敏度可以提高10倍以上。本论文设计和提出的将慢光技术应用于光纤光栅电流传感信号解调的新方法达到了预期的设计要求。
林松[7]2013年在《基于光纤光栅传感器的电流测量方法研究》文中指出电流检测技术在电力行业的飞速发展的背景下，所处的地位越来越重要。电流检测的精度，对电力系统的安全运行起到关键作用。传统对电流检测大都是采用电磁式电流互感器，然而其自身众多缺陷越来越难以满足电力行业的发展。光纤传感技术来测量电流在近年来已成为一个趋势。经过对光学电流传感器原理研究，本文采用了一种超磁致伸缩材料与光纤光栅相结合的电流测量方法，去实现测量电流的目的。先采用电阻应变法对稀土超磁致伸缩材料的磁致伸缩系数和电流的关系进行了测试实验，从实验结果得出了在施加预应力300-600Oe磁场范围时，超磁致伸缩材料的灵敏度和线性度都较好。由光纤光栅特性建立了光纤光栅温度-应变传感模型，使用光谱仪作为解调设备，用来得到光纤光栅中心波长的大小。对传感线圈、超磁致伸缩材料和光纤光栅等核心的器件进行了设计和选取，组成了光纤光栅电流传感器的实验装置，通过对超磁致伸缩材料的磁致伸缩系数变化达到光纤光栅中心波长偏移量变化，再对光纤光栅中心波长偏移量的测量，得到被测电流的大小。最后将得到的实验结果与理论结果进行了比较，并对系统的误差来源进行分析。本文所构建的光纤光栅电流传感器，解决了无接触测量电流的问题，所采用的温度影响处理方案，提高了测量的灵敏度。
钟小江[8]2007年在《基于磁致伸缩效应的光纤光栅电流传感器的研究》文中指出在分析光电式互感器性能的基础上,提出了针对系统大电流进行高精度安全测量的光纤光栅电流互感器模型。理论分析了光纤光栅电流互感器工作原理,在实验室搭建了其传感系统,采用基于磁致伸缩材料与匹配光纤光栅相结合为核心材料的调谐方法对传感信号进行了解调,并通过对实验数据的分析,验证了该传感系统及解调方案的可行性。采用理论分析计算对温漂误差进行了补偿,提高了系统测量的精度。最后采用MATLAB小波分析对含有噪声干扰的输出信号进行仿真滤波消噪处理,结果显示可以极大的提高系统测量精度。
李秋凤[9]2006年在《光纤Bragg光栅电流传感系统研究》文中认为随着电力工业的发展,传统的电流传感器已经不能很好的满足当今工业技术发展的需要。光纤电流传感器由于其具有电气绝缘性好,不受周围磁场的影响,无电源,体积小,灵敏度高等优点,将成为传统电流传感器的最具优势的替代品。对光纤电流传感器的研究也在普遍开展。 光纤布拉格光栅是近年来发展最为迅速的光纤无源器件之一。布拉格光栅直接制作在光纤纤芯上,体积小,具有确定的中心波长,布拉格反射波长可受温度、应变等物理量调制的特性,广泛的应用于光纤传感等领域。 本实验采用将光纤布拉格光栅与超磁致伸缩材料Tb-Dy-Fe结合起来的方式测量电流。首先模拟交流大电流,经过一系列变换得到满足传感器要求的电流,利用Tb-Dy-Fe在磁场下的伸缩效应,引起光纤光栅的轴向应变,产生布拉格波长的漂移,来测量产生磁场的待测电流的大小。主要内容如下: 1.结合光纤光栅和磁致伸缩材料,确定满足工业测量交流大电流的传感器系统方案设计。 2.在实验室条件下模拟交流大电流,获得等效现场的被测电流。 3.设计采样、AC—DC变换、放大电路、高压侧电子线路的供能电路,得到满足能驱动磁致伸缩材料带动光纤光栅轴向应变的电流。 4.结合实际的磁致伸缩材料和光纤光栅,完成装置的机械设计和优化。包括核心材料设计,主线圈设计,磁回路设计,隔热层的设计和优化。 5.完成了光纤光栅电流传感器进行电流的数据测量和分析,得到的传感器测量灵敏度为3.47×10~(-4)nm/mA 最后,对所在的工作作了总结,针对实验中的不足之处提出了改进措施。
叶秋红[10]2016年在《基于光纤光栅传感技术的静冰压力传感系统设计与实验》文中提出冬季结冰现象普遍存在于我国北方及许多高纬度国家与地区。进入冬季后,随着气温降低,河道、湖泊、水库等冰层逐渐生成,当冰层达到一定厚度后,在气温升高的时期,冰层会产生巨大的膨胀力,给水工建筑与设备带来压力(即本文所说的静冰压力)。这种压力对水工建筑与设备的安全运行带来极大的威胁,甚至灾害。因此,实时、准确地检测并获取静冰压力的数值是水工建筑与设备设计,冰压灾害预报必须考虑的一个重要指标,是冰工程领域急需的一项技术。静冰压力检测是一个涉及热学、工程力学、气象学等多学科交叉的技术问题,研究虽有难度,但具有十分重要的理论与工程应用价值。近年来,光纤光栅的制作工艺和解调仪器逐渐商业化,光纤光栅越来越多地应用到传感领域。目前,现有的压力传感器大多是基于电阻或电感测量原理,以电信号的形式传递给相应的检测仪器进行采集,保存。光纤光栅本身具有耐腐蚀,抗寒,防潮,抗电磁干扰,可进行复用等优点。相对传统的电类传感器而言,在进行压力传感时,光纤光栅可适用于各种恶劣的现场检测环境,同时检测精度高,可靠性好,非常适合对静冰压力进行检测。综合以往静冰压力检测的相关知识,运用新型的光纤光栅传感元件,本文设计了基于光纤布拉格光栅传感系统,对实验室条件下的静冰压力进行了检测试验研究。论文主要研究内容包括:(1)通过阅读大量文献,系统地阐释了静冰压力的研究背景和产生原理。搜集了国内外的静冰压力检测的相关资料,总结了现有的静冰压力检测方法,并对研究成果进行了客观的分析。在总结前人研究成果的基础上,结合近十几年快速发展的光纤光栅相关技术,提出了一种实现静冰压力检测的新思路;(2)从理论上介绍了非线性克尔效应混沌产生原理,并搭建了混沌光源产生系统。通过环形腔内激光器激励电流的调节和偏振器偏振态的调节,形成了混沌激光,为解调系统提供了光源;(3)利用压电陶瓷的磁致伸缩效应,将光纤光栅固定在压电陶瓷上,通过腔长的改变来控制透射光的中心波长,实现了对系统光源的可调谐滤波。通过驱动电源的设计实现了对压电陶瓷的驱动;(4)通过对不同温度传感元件的比较,最终选用高精度热敏电阻作为温度传感器。利用高性能数字温度测量芯片LTC2983组成实时高精度温度测量系统。通过对系统实时温度的测量,进而对整个静冰压力检测系统进行温度补偿;(5)利用设计的光纤布拉格光栅静冰压力传感系统对实验室条件下的静冰压力进行了检测。通过对光纤布拉格光栅中心波长的解调,获得被测静冰压力的理论值。试验中通过温度补偿,剔除了温度变化对静冰压力检测精度的影响。本文的研究为静冰压力的现场实时检测提供了一种全新的途径。
参考文献：
[1]. 新型光纤光栅电流传感器的研究[D]. 李晓瞻. 北京交通大学. 2007
[2]. 基于超磁致伸缩材料的光纤光栅电流传感器[D]. 张玲. 江苏大学. 2009
[3]. 光纤布拉格光栅液位传感器的实验研究[D]. 赵哲. 北京化工大学. 2008
[4]. 光纤布拉格光栅电流传感器的研究[D]. 李莉. 武汉理工大学. 2003
[5]. 光纤布拉格光栅电流传感研究[D]. 常瑞. 武汉理工大学. 2007
[6]. 基于慢光的光纤光栅电流传感器信号解调系统研究[D]. 齐子新. 东北大学. 2012
[7]. 基于光纤光栅传感器的电流测量方法研究[D]. 林松. 哈尔滨理工大学. 2013
[8]. 基于磁致伸缩效应的光纤光栅电流传感器的研究[D]. 钟小江. 华北电力大学（河北）. 2007
[9]. 光纤Bragg光栅电流传感系统研究[D]. 李秋凤. 沈阳工业大学. 2006
[10]. 基于光纤光栅传感技术的静冰压力传感系统设计与实验[D]. 叶秋红. 太原理工大学. 2016
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