第八章光纤电磁量传感器.ppt

第八章 光纤电磁量传感器 8.2 光纤磁场传感器 8．3 光纤电场传感器 8．4 光纤电流传感器 * 光纤磁场传感器可分为两大类．利用法拉第效应的传感器和利用磁致伸缩效应的传感器。 8.2.1 光纤法拉第磁强计 光纤测磁场的法拉第传感器有传感型和传光型两种。 传感型是将外磁场直接加在光纤的轴向，使光纤中光波的线偏振方向偏转，进行检测。 传光型的光纤法拉第传感器，其磁场敏感元件不是利用光纤自身，而是用其它材料制成， 由于SiO2光纤的费尔德常数的值十分小因此，法拉第效应应用在普通的SiO2单模光纤中只能检测高磁场和大电流。 利用玻璃制成的法拉第盒作为敏感元件。这种传感器灵敏度高、稳定性好，可以有效地应用于实际高压电力系统中。 马吕斯定律 强度为I0的偏振光，通过检偏器后，透射光的强度为： I=I0 cos2α 其中α为检偏器的偏振化方向与入射偏振光的偏振化方向之间的夹角。 A I I0 ? 光强对θ的变化率，即转换灵敏度 如果将交角固定在45°，这时就有 光电管D1接收的光强为 光电管D2接收的光强为 将上式右边按级数展开， 舍去高阶项并令 上式通过乘法器和加法器予以实现，输出 由法拉策公式可得 8．2．2 磁致伸缩效应光纤磁场传感器 一、交流磁场光纤传感器 利用光纤测量电场(或电压)可以采用电致光吸收原理、压电弹光原理或电光晶体传感原理。 8．3．1 电致光吸收光纤电场传感原理 一、电场对离子吸收光谱的影响 依量子力学原理，线性谐振于对应的能量 外电场能影响光纤中杂质离子及杂质离子外层电子的吸收光谱，因此能改变掺有适当杂质离子光纤的透光率，即所谓电致光吸收效应。 8．3．2 压电弹光光纤电场传感器 利用压电弹光效应测量电场的光纤传感器，实际上就是采用压电材料的压电效应与单模光纤的弹光效应相结合的方法。 在压电弹光效应中．如果压电材料采用压电陶瓷，则因压电材料无法与光纤制作在一起，而不宜测量高压。 如果用高分子聚合物作压电材料，则有可能用来测量高压。高分子聚合物可作为光纤的外层与光纤合为一体，只要这种形式的光纤足够长就可以解决耐高压与测量高压的问题。 8．3．3 BSO 晶体光纤电场传感器 在高压系统电场的测量中，可以采用一种电光晶体作为传感器探头置于高压系统中。 将一束偏振光经光纤远距离传送到晶体前边的1／4波片，使光变成圆偏振光进人晶体；光束多次反复地通过晶体后再由光纤传送回来，进人光接收系统。晶体探头由于高压电场的作用，其双折射特性将发生变化，从而使通过晶体的光束场受到调制，经过捡偏器后．输出的光强产生了变化．由光接收系统即可检测出被测高压电场的信息。 探头材料采用Bi12SO20(BSO)晶体。BSO是具有电光普克尔效应和磁光法拉第效应的晶体，其温度系数较小，故适宜做电压电流传感器，其折射率随电场变化的特性以及光纤组合的检测装置正在实用化。 为了提高测量灵敏度，晶体探头可以做成多重通道结构。如果在传感器部分外加电场就会得到与电场电压成正比的光强度信号。 用上述传感器可测量架空输电线下的空间电场和测量高压机器及附属装置的电场分布。还可应用于波动电压的测量，雷冲击波形等测量。 1—BSO调制器晶体； 2—1/4 波长片 3—检偏器； 4—电压传感器测头； 5—多模光导纤维； 6一光检测器； 7—运算器； 8一输出信号； 9一光源； 10——光耦合器； 11—起偏器 利用光纤检测电流可以采用金属被覆光纤的方法，也可以来用磁致伸缩材料被覆光纤的方法．或利用法拉第效应和压电弹光效应。 *