基于块状YIG晶体的光纤电流传感器

论文摘要

本文设计了一种以块状纯钇铁石榴石晶体作为传感元件的光纤电流传感器,并对其各方面性能进行了理论研究和实验测试。由于纯钇铁石榴石晶体具有强法拉第旋光效应以及快速响应等特点,而与此同时此传感器还具备小巧坚固的结构和固有的电绝缘性能,此传感器在高压电力系统中的弱暂态电流的测量中将会有很好的应用前景。首先,论文对本设计项目的出发点进行了简明的阐述,对各种前沿的电流测量技术进行了概述和优劣比较。在对不同材料磁光晶体的各方面性能进行了比较之后,论文对此传感器的基本原理进行了阐述,对设计及组装上需要注意的地方进行了总结。其次,论文对传感器的灵敏度、磁滞效应、温度依赖性等进行了实验研究,研究结果表明,传感器具有很好的线性度以及快速的响应。此外,设计了一个由4个传感头组成的传感器系统来对传感器的载流导线位置依赖性进行了研究。研究结果表明,实验测量与理论计算取得了很好的一致性。最后,设计了一个为弱暂态电流的测量进行了特别优化的系统,并对此系统的性能进行了实验研究。研究表明,此系统能够测量弱至20毫安的暂态电流。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 简介
• 1.1 论文的目标及结构
• 1.2 光学传感器简介
• 1.2.1 传感器设计中的几点考虑
• 1.2.2 光学传感器以及光纤传感器
• 第二章 电流测量技术
• 2.1 分流电阻
• 2.2 Rogowski线圈
• 2.3 巨磁阻（GMR）电流传感器
• 2.4 霍尔效应电流传感器
• 2.5 基于法拉第旋光效应的电流测量技术
• 2.5.1 法拉第效应
• 2.5.2 光纤双折射和保偏光纤
• 2.5.3 基于光纤中的法拉第效应的电流传感器
• 2.5.4 基于块状材料中的法拉第效应的电流传感器
• 第三章 晶体的比较与选择
• 3.1 磁光材料的基本知识
• 3.2 通过减小去磁因子来提高灵敏度
• 3.3 通过调整材料构成来提高灵敏度
• 3.4 材料的其他性质
• 第四章 传感器系统设计
• 4.1 基本原理
• 4.2 器件的选择
• 4.2.1 光源的选择
• 4.2.2 消偏器
• 4.2.3 其他组件的规格
• 4.3 传感器的设计和组装
• 4.4 接收机噪声分析
• 4.4.1 噪声产生机理
• 4.4.2 PIN接收机的信噪比分析
• 第五章 传感器性能分析
• 5.1 单个传感器的性能分析
• 5.1.1 灵敏度
• 5.1.2 磁滞效应分析
• 5.1.3 传感器在测量暂态电流及磁场时的性能表现
• 5.2 四传感器系统
• 5.2.1 传感器系统性能分析
• 5.2.2 长直导线位置对传感器性能的影响
• 5.3 为弱暂态电流的测量而优化的系统
• 5.3.1 系统的结构
• 5.3.2 灵敏度
• 5.3.3 传感器在测量暂态电流时的性能表现
• 5.3.4 温度依赖性
• 5.3.5 传感器的机械封装
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢