光纖電磁量傳感器

光纖電磁量傳感器第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日8.2光纖磁場傳感器

光纖磁場傳感器可分為兩大類．利用法拉第效應(yīng)的傳感器和利用磁致伸縮效應(yīng)的傳感器。第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日

8.2.1光纖法拉第磁強計光纖測磁場的法拉第傳感器有傳感型和傳光型兩種。傳感型是將外磁場直接加在光纖的軸向，使光纖中光波的線偏振方向偏轉(zhuǎn)，進行檢測。傳光型的光纖法拉第傳感器，其磁場敏感元件不是利用光纖自身，而是用其它材料制成，第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日由于SiO2光纖的費爾德常數(shù)的值十分小因此，法拉第效應(yīng)應(yīng)用在普通的SiO2單模光纖中只能檢測高磁場和大電流。利用玻璃制成的法拉第盒作為敏感元件。這種傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好，可以有效地應(yīng)用于實際高壓電力系統(tǒng)中。第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日馬呂斯定律強度為I0的偏振光，通過檢偏器后，透射光的強度為：

I=I0cos2α其中α為檢偏器的偏振化方向與入射偏振光的偏振化方向之間的夾角。AII0第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日光強對θ的變化率，即轉(zhuǎn)換靈敏度如果將交角固定在45°，這時就有第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日光電管D1接收的光強為光電管D2接收的光強為第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日將上式右邊按級數(shù)展開，舍去高階項并令上式通過乘法器和加法器予以實現(xiàn)，輸出由法拉策公式可得第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．2．2磁致伸縮效應(yīng)光纖磁場傳感器一、交流磁場光纖傳感器第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．3光纖電場傳感器利用光纖測量電場(或電壓)可以采用電致光吸收原理、壓電彈光原理或電光晶體傳感原理。第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．3．1電致光吸收光纖電場傳感原理一、電場對離子吸收光譜的影響依量子力學(xué)原理，線性諧振于對應(yīng)的能量外電場能影響光纖中雜質(zhì)離子及雜質(zhì)離子外層電子的吸收光譜，因此能改變摻有適當(dāng)雜質(zhì)離子光纖的透光率，即所謂電致光吸收效應(yīng)。第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．3．2壓電彈光光纖電場傳感器

利用壓電彈光效應(yīng)測量電場的光纖傳感器，實際上就是采用壓電材料的壓電效應(yīng)與單模光纖的彈光效應(yīng)相結(jié)合的方法。在壓電彈光效應(yīng)中．如果壓電材料采用壓電陶瓷，則因壓電材料無法與光纖制作在一起，而不宜測量高壓。如果用高分子聚合物作壓電材料，則有可能用來測量高壓。高分子聚合物可作為光纖的外層與光纖合為一體，只要這種形式的光纖足夠長就可以解決耐高壓與測量高壓的問題。第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．3．3BSO晶體光纖電場傳感器

在高壓系統(tǒng)電場的測量中，可以采用一種電光晶體作為傳感器探頭置于高壓系統(tǒng)中。第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日將一束偏振光經(jīng)光纖遠(yuǎn)距離傳送到晶體前邊的1／4波片，使光變成圓偏振光進人晶體；光束多次反復(fù)地通過晶體后再由光纖傳送回來，進人光接收系統(tǒng)。晶體探頭由于高壓電場的作用，其雙折射特性將發(fā)生變化，從而使通過晶體的光束場受到調(diào)制，經(jīng)過撿偏器后．輸出的光強產(chǎn)生了變化．由光接收系統(tǒng)即可檢測出被測高壓電場的信息。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日探頭材料采用Bi12SO20(BSO)晶體。BSO是具有電光普克爾效應(yīng)和磁光法拉第效應(yīng)的晶體，其溫度系數(shù)較小，故適宜做電壓電流傳感器，其折射率隨電場變化的特性以及光纖組合的檢測裝置正在實用化。為了提高測量靈敏度，晶體探頭可以做成多重通道結(jié)構(gòu)。如果在傳感器部分外加電場就會得到與電場電壓成正比的光強度信號。

用上述傳感器可測量架空輸電線下的空間電場和測量高壓機器及附屬裝置的電場分布。還可應(yīng)用于波動電壓的測量，雷沖擊波形等測量。第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日1—BSO調(diào)制器晶體；2—1/4波長片3—檢偏器；4—電壓傳感器測頭；5—多模光導(dǎo)纖維；6一光檢測器；7—運算器；8一輸出信號；9一光源；10——光耦合器；11—起偏器第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．4光纖電流傳感器

利用光纖檢測電流可以采用金屬被覆光纖的方法，也可以來用磁致伸縮材料被覆光纖的方法．或利用法拉第效應(yīng)和壓電彈光效應(yīng)。第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．4．1金屬被覆光纖電流傳感器一、金屬被覆多模光纖電流傳感器第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日二、金屬被覆單模光纖電流傳感器這種傳感器是根據(jù)被測電流流過金屬護套光纖時產(chǎn)生電阻熱效應(yīng)而實現(xiàn)電流檢測的。這種傳感器的突出優(yōu)點就是靈敏度較高。但被測電流與輸出信號有二次函數(shù)關(guān)系。第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日

8．4．2磁致伸縮效應(yīng)光纖電流傳感器

利用磁致伸縮材料被覆的單模光纖可以作為馬赫—澤德爾干涉儀的測量臂，在待測電流的作用下，測量臂光纖中的光波產(chǎn)生了相移。根據(jù)干涉儀的原理，相移將引起干涉條紋的移動，檢測條紋的移動量．即可反映出被測電流的大小。第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．4．3法拉第效應(yīng)光纖電流傳感器從激光器3發(fā)出的激光束經(jīng)起偏器2變成線偏振光，再經(jīng)10倍的顯微物鏡耦合到單模光纖中去。為消除光纖中的包層模，把光纖浸在高折射率的油中。5是高壓裁流導(dǎo)線，6是繞在導(dǎo)線上的光纖，在這段光纖中產(chǎn)生法拉第磁光效應(yīng)，使通過光纖的偏