改善OVT内电场分布的介质包裹法

基于Pockels效应的光学电压传感器（Optical Voltage Transducer,OVT）,运行中不可避免地存在震动、元器件连接的老化与热胀冷缩等问题,导致光学器件的相互位置产生偏移,进而影响电光晶体的内电场分布。文中以基于会聚偏光干涉原理的110 kV纵向调制的OVT为例,进行了仿真分析与实验研究,发现当入射光发生0.5的偏移或电光晶体发生1的偏移时,分别引入约0.107%和0.124%的电场积分误差。由于OVT必须满足0.2%的准确度要求,上述影响不容忽视。为此提出了介质包裹法,将Al2O3陶瓷包裹在电光晶体外部,使电场积分误差分别降低至0.001%和0.003%。实验与应用的情况表明,介质包裹法简单、实用、有效。     

光学相控器件调制误差对干涉投影条纹的影响

以马赫泽德干涉光路结构为基础,采用电光材料的光学相控技术产生用于光学形貌测量的干涉投影条纹。为了研究电光晶体作为光学相控器件的相位调制误差对干涉条纹质量的影响,建立了电光晶体对干涉条纹质量的模型,分析晶体折射率、平面度与波前调制的关系及其对干涉条纹质量的影响。仿真结果表明,电光晶体调制误差会影响干涉条纹质量。理想平面度下晶体折射率的畸变会使干涉条纹变形,折射率离散化阶数直接影响投影条纹的高次谐波成分,甚至导致投影条纹严重失真;折射率理想的情况下,晶体平面度的差异也会造成干涉条纹不同程度的形变。     

光学电压互感器晶体双折射误差的分析与抑制

锗酸铋(BGO)晶体的双折射误差极大地制约着准互易反射式光学电压互感器(OVS)的精度。根据各光学元器件的参数,建立了各器件的琼斯矩阵以及光路系统的数学模型。在此模型基础上,仿真计算了晶体双折射误差对系统性能的影响;提出了晶体应力双折射对系统输出偏置的影响可以通过滤波算法进行抑制的方法,并设计了一个高通滤波器对数字输出进行抑制。实验结果表明,加入高通滤波器不改变光学电压互感器静态特性,抑制了晶体双折射引起的输出漂移,提高了互感器的测量精度。     

双折射晶体厚度干涉测量技术的研究

为了能精确测量出晶体厚度,利用晶体的双折射特性,采用剪切干涉法来测量双折射晶体的厚度,从理论上推导出其实现的可行性,并结合实验验证了测量系统的具体实现过程及计算厚度的算法.结果表明,该方法可用来测量厚度为厘米量级的双折射晶体的厚度,测量的均方根误差小于20nm.     

激光多普勒流速仪的干涉条纹理论分析及测量

激光多普勒流速仪(LDV)具有准确度高、非接触测量、动态响应快等优点,在流速测量中得到了广泛应用。条纹的非一致性是影响激光多普勒流速仪测量精度的重要因素,因此精确获知测量体中干涉条纹间距及梯度分布情况,是激光多普勒流速仪准确测量流速的前提。对激光多普勒流速仪测量体中的干涉条纹间距及梯度分布进行了理论分析,揭示了高斯光束固有传播特性与其测量体中干涉条纹分布之间的关系,确定了影响干涉条纹分布的参数。使用光束分析仪分别获得绿光和紫光的束腰半径为114μm和83μm,并确定了束腰的空间位置,利用测得的相关参数量化了绿光和紫光测量体中任意位置的干涉条纹间距及梯度分布,绿光和紫光测量体中归一化后的条纹梯度最大分别可达0.46%和0.60%。通过与转盘装置所测得的绿光和紫光干涉条纹间距结果进行比较,对干涉条纹分布的理论分析及测量结果进行了验证,最大相对误差分别为0.87%和0.78%。     

光纤电压传感器的电光晶体与传感器设计

介绍了光纤电压传感器的敏感材料电光晶体,说明了它们的点群结构和电光特性,阐述了它们可能存在的旋光性、热光效应、热释电效应、自然双折射及其对电压测量精度的影响。指出BGO晶体是目前较理想的用作光纤电压传感器的敏感材料,并介绍了传感器的结构和设计。     

基于水热法生长的硅酸铋晶体光学电压传感器

提出一种基于水热法生长的硅酸铋(BSO,Bi12SiO20)晶体型光学电压传感器,其电压传感单元主要包括一块BSO晶体和两个偏振器,不需要附加1/4波片。实验结果表明,所用BSO晶体样品具有显著的线性电光效应,可以用于测量交流电压;通过合理利用BSO晶体自身自然旋光性,可以使其电压单调及线性测量范围均大于以往基于无自然旋光性晶体的电压传感器。实验所用BSO晶体的自然旋光角度约为132°。实验数据表明,在电光相位延迟的峰-峰值为2π范围以内,传感器输出电压仍然能够随被测电压单调地变化。在被测工频电压有效值为108~1300V范围内,实验测量了传感器输出电压随被测电压变化的非线性响应特性;在利用应力双折射产生的相位延迟提供光学偏置的条件下,在一定电压范围内,可以实现工频交流电压的线性测量,相应的电压测量灵敏度约为0.027 6mV/V,非线性误差小于3.1%。     

石英晶体最大双折射率色散特性的椭偏测量

为了测量石英晶体最大双折射率的色散特性,在椭偏光谱仪的水平透射测量模式下,通过对确定厚度的石英波片相位延迟量的精确测量,计算出了石英晶体的最大双折射率值,并进行了误差分析。结果表明:这种方法光路简单、操作方便,屏蔽了光源的不稳定性;双折射率测量精度达到了10-6,比连续偏光干涉法的测量精度提高了1个数量级;实现了对石英晶体的最大双折射率色散特性的连续光谱测量;此方法对其它双折射晶体材料的双折射率色散特性的研究也同样适用。     

大功率晶体三极管温度场的激光全息干涉测量

采用激光全息干涉测量技术测量了轴对称型大功率晶体三极管温度场的全息干涉图;利用MATLAB数字图像处理工具箱对干涉条纹做了判读,并分别运用Abel法和小波变换法重建温度场。测量结果表明,温度场的空间分辨率为0．051cm,误差小于4．8％。     

全光纤马赫-曾德干涉型高精度油罐液位传感器

提出一种用于油罐液位测量的高精度全光纤马赫-曾德干涉型液位传感器及其频谱解调法。基于全反射原理,传感器透射谱条纹对比度随传感光纤周围油液位升高明显下降,油液位变化45mm,干涉条纹对比度最大变化约8dB。通过快速傅立叶变换分析滤除零频分量的透射谱发现,特定频率分量随液位升高线性下降。实验结果表明,传感光纤90mm时,灵敏度311/mm,分辨率3μm。该油液液位传感器温度串扰小,在25°C 到95°C范围内,被测液位误差小于0.14%。     

基于逆压电效应的In-line Sagnac反射式光纤电压互感器

介绍了一种基于石英晶体逆压电效应的光纤电压互感器(FOVT)。传感头由两段分别缠绕在石英晶体上的等长保偏光纤构成,两段光纤之间90熔接实现两正交偏振模式互补,采用非互易的法拉第旋光器实现In-line Sagnac 反射式干涉仪结构。阐述了其工作原理,借助琼斯矩阵得到其干涉表达式,并推导出检测相位与待测电压成线性关系,结合数字闭环模型计算出互感器变比,并以此为标准衡量互感器测量精度及稳定性。实验结果表明:待测电压大于3000V时,变比的非线性误差小于0.2%。     

用于消除振动影响的光纤电流传感器结构

与传统电磁式电流互感器相比，基于法拉第效应的光纤电流传感器有许多明显的优点，因而获得了广泛的研究。光纤的固有双折射是影响传感器精度的主要原因，如何消除双折射也是研究的关键问题。这种双折射不仅与光纤本身的性能有关。还与工作时的环境温度、振动等因素有关。当传感头受到强烈振动时，所产生的机械应力将使传感光纤的固有双折射发生变化．影响输出光的偏振态．使传感器精度下降。提出了一种对称型的传感器结构．采用两套相同的光源及探测器．使传感光纤中形成传播方向相反的两束光．利用应力双折射的互易性补偿振动影响。实验表明．该结构可使传感器性能得到明显的改善．在10g的振动强度下．测量结果的线性度达到了二0．3％以下。     

Optical voltage sensor based on electrooptic crystal multiplier

A novel optical voltage sensor based on the electrooptic crystal multiplier is proposed and experimentally investigated. Different from the conventional bulk-type optical voltage sensor, the optical sensing unit is simply composed of an electrooptic crystal and two polarizers and does not need quarter wave-plate. By using different modulation approaches, both ac and dc voltages can be measured with controllable sensitivity and measurement range. The effective value of ac voltage can also be measured with nonmodulation approach. The dc voltage from 0.1 to 120 V and 50 Hz ac voltage from 0.05 to 100 V have been measured with good linearity. The potential applications of the proposed voltage sensor include the low voltage measurement in the field of electromagnetic compatibility and the high voltage measurement in electric power industry.     

基于偏振光干涉的一种新型的光纤光栅解调系统

提出一种先进的基于偏振光干涉的光纤光栅解调实现方法 ,偏振光干涉仪也是一种能将布拉格波长移动转化为干涉相位变化的非平衡干涉仪。与传统的非平衡干涉仪不同 ,偏振光干涉仪是利用折射率ne 和no 的差而不是利用光路长短的差来实现非平衡干涉的。另外 ,由于偏振光干涉是发生在有着优良双折射特性的钒酸钇(YVO4)晶体中而不是在石英光纤中 ,这样就可避免石英光纤引入的干涉噪声。通过分析钒酸钇晶体的性质指出 ,利用这种方法来实现光纤光栅温度检测 ,其最小温度测量精度可达± 0 4℃。     

光纤电压传感器的温度跟踪补偿

分析了光纤电压传感器的温度特性 ,表明测量范围较宽时 ,传感器的输出易受环境温度的影响 ,并且呈非线性。提出一种基于人工神经网络的光纤电压传感器温度跟踪补偿方法。利用神经网络具有逼近任意非线性函数的特点 ,通过训练使神经网络建立在不同环境温度下传感器输出与其实际感受的电压值之间的非线性映射关系 ,实现光纤电压传感器温度全程跟踪补偿。计算机仿真表明 ,该方法不仅能有效地消除温度的影响 ,而且能在神经网络的输出端得到期望的线性输出。     

一维光子晶体的应变测量

采用ZnSe和Na3AlF6两种经典介质材料构造一维光子晶体,缺陷层介质为Na3AlF6。利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性。分别数值研究了参考光子晶体以及应变前后测量光子晶体的透射谱,分析结果表明光子晶体所受的纵向应变与其缺陷峰波长之间呈线性关系,根据这种对应关系提出了一种新的测量应变的方法。由于粘贴光子晶体的基底与光子晶体的线膨胀系数不同,且温度变化也会引起构成光子晶体材料折射率的变化,导致光子晶体透射谱缺陷峰波长的漂移。为了消除温度误差,在测量光路中设置了与测量光子晶体结构相同的参考光子晶体,对温度的影响进行了补偿。实验表明,测量系统的灵敏度为6×10-4nm/με,测量范围为0～2000με。     

消除温度对应变测量的影响

提出了用光纤布喇格光栅( FBG)传感器测量光纤有效弹光系数的方法。利用光纤布 喇格光栅的性质,建立了一个可以有效地解决温度与应变对光栅存在交叉敏感的问题实验系统。实验结果表明,该系统能有效地测出了光纤的有效弹光系数,而且测量误差小于1. 3%。     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

DS18S20温度传感器的高精度测温及校正算法

文献[1]中给出一种DS18S20数字式温度传感器测温修正算法,但这种算法还不能充分利用DS18S20寄存器所给出的数据,最大限度地反映温度传感器的测量数值。其次是没有考虑算法给出的温度的校准问题,这里提出一种精确的测温算法,可以无误差地表示传感器给出的温度值,同时还研究了传感器输出值的校准问题,给出了基于最小二乘法的校准公式。在仿真过程中,以高精度的测温仪器为标准,给出了算法的校正公式,结果表明校正公式的误差优于0.01℃。