Sagnac干涉型光纖電流傳感器研究.pdf

1、本文對近年來光纖電流傳感器的研究進展進行了綜合評述；對Sagnac型光纖電流傳感器進行了深入的理論研究，建立了完整的系統(tǒng)理論模型；對影響傳感器測量準確度的各種因素進行了全面的理論分析和仿真研究，得到了這些影響因素對系統(tǒng)響應(yīng)的作用規(guī)律；對傳感器系統(tǒng)的功能部件進行了設(shè)計，提出了一種新的產(chǎn)生圓偏振光的方法，并對利用3×3光纖耦合器實現(xiàn)干涉系統(tǒng)的無源相位偏置進行了理論探討，建立了相應(yīng)的系統(tǒng)模型；設(shè)計了傳感器的電子電路系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)對系統(tǒng)進行了

2、初步的實驗研究。 首先，利用偏振系統(tǒng)的Jones矩陣分析法，考慮系統(tǒng)中起偏器透光軸方向誤差、相位延遲器延遲誤差、以及相位延遲器快(慢)軸方向誤差等各種可能影響測量準確度的因素，建立了完整的傳感器系統(tǒng)理論模型，分析了傳感光纖存在線性雙折射情況下各種誤差源對系統(tǒng)響應(yīng)的作用規(guī)律；對模型中的各種參量對測量準確度的影響進行了仿真研究，從理論上得到了反映影響規(guī)律的曲線及典型誤差數(shù)據(jù)。從仿真結(jié)果來看，系統(tǒng)響應(yīng)誤差隨起偏器透光軸方向誤差、兩個延

3、遲器快(慢)軸不重合誤差、相位延遲器延遲誤差等增大而增大；與其它誤差源相比，固有圓雙折射對系統(tǒng)誤差影響較??；各因素對系統(tǒng)誤差的影響與傳感光纖線性雙折射密切相關(guān)，線性雙折射愈大，各因素的影響愈明顯；線性雙折射不能超過π，這是傳感光纖線性雙折射的一個特征值；線性雙折射是影響系統(tǒng)測量誤差的主要因素，如果系統(tǒng)沒有線性雙折射，則其它誤差源的影響將容易預(yù)測和處理。 其次，對系統(tǒng)涉及的兩種關(guān)鍵功能部件-λ/4相位延遲和相位調(diào)制(偏置)器的設(shè)計

4、進行了理論探討。提出一種利用保偏光纖扭轉(zhuǎn)實現(xiàn)λ/4相位延遲的設(shè)計方案，從理論上證明了在保偏光纖中傳播的線偏振光，通過將出射端1/2拍長的光纖扭轉(zhuǎn)90°，可以轉(zhuǎn)換成圓偏振光；對利用3×3耦合器實現(xiàn)無源相位偏置進行了理論分析，針對本文的傳感器結(jié)構(gòu)建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，仿真分析了3×3耦合器參數(shù)對傳感器靈敏度的影響規(guī)律。研究表明，偏置相位的大小取決于3×3耦合器的耦合比，在一定的分光比條件下，可以獲得最佳偏置，實現(xiàn)小信號的高靈敏度測量。通過計

5、算，得到了一組實現(xiàn)最佳靈敏度時耦合器應(yīng)該具有的耦合比值。 最后，設(shè)計了包括激光器驅(qū)動電路、前置放大電路及帶通濾波器等的系統(tǒng)電子電路部分，以此為基礎(chǔ)對理論模型進行了初步的實驗研究。分析了實驗系統(tǒng)的測量靈敏度，得到了測量值和被測電流之間的關(guān)系式；對系統(tǒng)噪聲進行了理論分析，給出了理論估算值；利用實驗中獲得的數(shù)據(jù)畫出了與理論值對比的輸入輸出特性曲線。實驗結(jié)果初步證明了理論模型的正確性，但測量值穩(wěn)定性和線性都比較差，距離實際應(yīng)用還有較大差