光源谱宽对光学玻璃电流传感器输出的影响

论文摘要

光学电流传感器是指那些利用光学技术直接或间接地对电流换能或测量从而实现对电流传感的装置。用光学电流传感技术取代基于电磁感应原理的电流互感技术是电力输送工业中电流测量与线路保护技术的一场革命性的变革。本文选定以保偏膜式光学玻璃电流传感器（Bulk Glass Optical Current Sensor：BGOCS）为研究对象，研究了光源谱宽对其输出的影响。选题具有理论价值与指导工程实际的意义。系统采用的光源超发光二极管（Super Luminescent Diode：SLD）是宽带光源。论文结合生产厂商的技术资料和实际测量的SLD光源的功率谱密度，采用高斯分布近似其功率谱密度，建立了光源振幅的色散模型。SLD是低相干光源，其总光强可以通过对每个单一波长的光强求和或者积分求出。基于这个原理，论文建立了宽带光源带来的波长积累效应的理论模型。然后分别仿真了Verdet常量、线性双折射和反射相移的波长积累效应及其相互之间的联合积累效应。仿真结果表明，通过和其相应的单色光模型输出的对比，在研究对象相应参数的具体范围内：波长积累效应对系统输出的影响相对于单色模型输出来说很小，小于10-4，因此在实际研究中采用单色模型是合理的和可行的；在总的波长积累效应中，宽带系统输出与单色模型输出的差距随着待测电流的增大而减小，而且影响最大到最小的因子依次是Verdet常量、反射相移和线性双折射。当光源光谱宽度在6nm到60nm之间变化时，不同谱线宽度光源对系统输出影响的仿真结果表明：光源谱宽变化对系统输出的影响相对于其单色模型来说，相对变化小于10-3，因此光源谱宽变化对系统输出的影响较小；如果完全消除了线性双折射和反射相移，则系统输出随光源谱宽的增加有微弱的增加：由于Verdet常量的影响最大，所以系统输出随光源谱宽的增加有微弱的增加；实验结果验证了该结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 光学电流传感器的分类
• 1.2 有源型光学电流传感器
• 1.3 无源型光学电流传感器
• 1.3.1 光学玻璃电流传感器
• 1.3.2 全光纤电流传感器
• 1.3.3 混合式电流传感器
• 1.3.4 其它类型的电流传感器
• 1.4 光学电流传感器技术前景展望
• 1.5 论文的主要工作
• 1.5.1 对光波的两种习惯指数表示带来的问题的研究
• 1.5.2 保偏膜式光学电流传感器中光学参数的色散特性
• 1.5.3 波长积累效应对系统输出的影响
• 1.5.4 光源谱线宽度变化通过波长积累效应对系统输出的影响
• 1.5.5 实验研究
• 1.6 论文的结构和创新
• 1.6.1 论文的结构
• 1.6.2 论文的研究重点和创新
• 第2章 理论基础
• 2.1 琼斯矢量
• 2.2 常用光学元器件及其琼斯矩阵
• 2.3 法拉第效应
• 2.4 块状玻璃光学电流传感器的数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 色散模型的建立
• 3.1 折射率的色散
• 3.2 光源的色散模型
• 3.3 VERDET常量的色散模型
• 3.4 线性双折射的色散模型
• 3.5 反射相移的色散模型
• 3.5.1 两种指数表示下特殊性能光学薄膜的相移计算公式
• 3.5.2 薄膜的厚度和镀膜材料的折射率
• 3.5.3 反射相移的色散模型
• 3.6 本章小结
• 第4章 波长积累效应的理论研究及计算机仿真
• 4.1 波长积累效应
• 4.2 波长积累效应导致输出信号随待测电流的变化关系
• 4.2.1 VERDET常量的波长积累效应
• 4.2.2 线性双折射波长积累效应
• 4.2.3 反射相移的波长积累效应
• 4.2.4 VERDET常量和线性双折射的联合波长积累效应
• 4.2.5 VERDET常量和反射相移的联合波长积累效应
• 4.2.6 线性双折射和反射相移的联合波长积累效应
• 4.2.7 总波长积累效应
• 4.3 本章小结
• 第5章 光源谱宽变化对系统输出的影响
• 5.1 光源谱宽变化通过VERDET常量的波长积累效应对输出的影响
• 5.2 光源谱宽变化通过线性双折射的波长积累效应对输出的影响
• 5.3 光源谱宽变化通过反射相移的波长积累效应对输出的影响
• 5.4 光源谱宽变化通过 VERDET常量和线性双折射的联合波长积累效应对输出的影响
• 5.5 光源谱宽变化通过 VERDET常量和反射相移的联合波长积累效应对输出的影响
• 5.6 光源谱宽变化通过线性双折射和反射相移的联合波长积累效应对输出的影响
• 5.7 光源谱宽变化通过 VERDET常量、线性双折射和反射相移的联合波长积累效应对输出的影响
• 5.8 本章小结
• 第6章 实验研究
• 6.1 实验准备
• 6.2 实验装置
• 6.3 用 SLD作为光源的实验
• 6.4 用 LED作为光源的实验
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢