光纤布喇格光栅电流传感技术的研究

【摘要】：随着电力工业的发展,在某些特殊的环境中,传统的电流传感器已经不能满足传感技术的需要。光纤及光纤光栅电流传感器以其良好的电气绝缘性、抗电磁干扰性、抗腐蚀性、体积小、重量轻、灵敏度高、复用性强等特点,必将成为传统电流传感器最具优势的替代品。因而光纤及光纤光栅电流传感器具有良好的应用前景。 本文以光纤布喇格光栅电流传感技术的研究为主题,对光纤布喇格光栅传感理论和实验技术,进行了系统而深入的研究。 论文系统地介绍了光纤光栅传感技术及其应用的研究进展状况;详细地阐述了光纤光栅的耦合模理论及光纤布喇格光栅的传感机理;推导出了光纤布喇格光栅的布喇格公式和反射率公式;详细地阐述了压电陶瓷的工作原理、种类和基本特性,总结了压电陶瓷器件的结构形式,深入地分析研究了压电陶瓷逆压电效应及电致伸缩机理,并针对其迟滞特性给出了压电陶瓷归一化控制模型,在此模型基础上采用电极化强度(电荷)控制方法有效地降低了压电陶瓷的迟滞特性。 自行设计了基于压电陶瓷调控的电流传感探头,推导出了电流传感原理式,即电流强度与布喇格波长的关系式;进行了光纤布喇格光栅电流传感特性测试实验,所得到的实验结果与理论分析基本一致。 提出了电流传感增敏方案,设计并制作了电流传感增敏探头,并对其进行了实验研究。在0~2 A的电流变化范围内,得到约为1.6×10~(-3) nm/mA灵敏度,将灵敏度提高了2.2倍,电流响应具有良好的线性,从而实现了光纤布喇格光栅电流传感。