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面向智能电网的先进电压电流传感方法研究进展 被引量:2
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作者 杨庆 孙尚鹏 +2 位作者 司马文霞 何彦霄 罗曼丹 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期349-367,共19页
电压电流传感测量在电力系统的电能计量、继电保护、过电压在线监测、智能设备控制、电力检修等领域均具有极其重要的地位。随着中国智能电网的加速建设以及电网数字化、智能化和自动化程度的不断提高,电压电流传感器将面临数字化、小... 电压电流传感测量在电力系统的电能计量、继电保护、过电压在线监测、智能设备控制、电力检修等领域均具有极其重要的地位。随着中国智能电网的加速建设以及电网数字化、智能化和自动化程度的不断提高,电压电流传感器将面临数字化、小型化及便捷化的发展需要。相比较于传统电磁式互感器,基于电光(磁光)、逆压电(磁致伸缩)、热电效应等原理的先进电压电流测量技术在电磁免疫、无损传输、拓扑结构、宽幅值和宽频带测量等方面具有各自的优势;另一方面,针对未来电网多场景应用,传感器的封装、高精度和高可靠安全运行也面临巨大挑战。因此,从电压测量和电流测量耦合机制方面,分别介绍了基于电光效应、逆压电效应和电致发光效应的电压/电场传感技术,以及基于法拉第效应、磁致伸缩、热效应和磁阻效应的电流/磁场传感技术,同时总结了相应传感材料和拓扑结构。在此基础上,指出电压电流传感在传感方式、频率特性、大气参数适应性、传感器取能、传感设备的小型化等方面面临的挑战,需要新的物理量耦合机制指引、新型先进传感材料支援和新颖有效传感器拓扑协助;性能稳定、准确度高且成本低的新型电压电流传感技术能够广泛应用于智能电网建设。 展开更多
关键词 电压测量 电流测量 POCKELS效应 逆压电效应 Faraday效应
中文标题:基于BGO晶体的磁光式冲击电流传感器及其信号处理
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作者 王良江 黄怿 +2 位作者 邓传鲁 胡程勇 王廷云 《光电子.激光》 CSCD 北大核心 2019年第9期917-923,共7页
本文提出了一种基于偏振检测原理,采用Bi4Ge3O12(BGO)晶体的磁光式冲击电流传感器,可以测量幅值范围10 kA到90 kA的8/20μs冲击电流。由于冲击电流的持续时间极短,光源功率漂移对测量的干扰可以忽略,偏振检测结构可以保证测量结果的正... 本文提出了一种基于偏振检测原理,采用Bi4Ge3O12(BGO)晶体的磁光式冲击电流传感器,可以测量幅值范围10 kA到90 kA的8/20μs冲击电流。由于冲击电流的持续时间极短,光源功率漂移对测量的干扰可以忽略,偏振检测结构可以保证测量结果的正确性。由于BGO晶体具有维尔德常数大的突出优点,传感器可以获得较高的测量灵敏度。利用小波分解法,并以信噪比(SNR)和平滑度(SR)作为去噪结果的评价标准,确定了合适的小波函数(Daubechies Db7)和分解层数(5层),有效地去除了测量结果中的干扰噪声。此电流传感器的灵敏度达到0.262 2°/kA,具有较好的线性度,且冲击电流幅值的测量误差控制在±5%以内。本文所提出的电流传感器具有结构简单、性能可靠的优点,适用于雷电流测试、核物理实验和高功率脉冲激光研究等恶劣环境下的冲击电流测量。 展开更多
关键词 光学电流传感器 法拉第效应 冲击电流测量 小波分解法去噪
法拉第效应非互易性验证实验中的菲涅耳效应 预览
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作者 蔡家轩 何琛娟 《物理实验》 2019年第7期38-42,共5页
通过改变入射光的偏振特性和入射角度研究了菲涅耳效应对法拉第效应非互易性观测的影响.实验结果表明:含普通半透半反镜的光路中菲涅耳效应给偏振方向的准确观察带来误差,误差大小由反射界面折射率、入射角以及入射光偏振方向共同决定,... 通过改变入射光的偏振特性和入射角度研究了菲涅耳效应对法拉第效应非互易性观测的影响.实验结果表明:含普通半透半反镜的光路中菲涅耳效应给偏振方向的准确观察带来误差,误差大小由反射界面折射率、入射角以及入射光偏振方向共同决定,结合实验结果,提出了非互易性验证实验的改进方案. 展开更多
关键词 法拉第效应 非互易性 磁致旋光 菲涅耳公式
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基于保偏光纤螺旋长周期光栅的高灵敏度光纤电流传感器 预览
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作者 申绘欣 姜晨 刘云启 《光通信技术》 北大核心 2019年第10期1-4,共4页
由于对电流检测大都采用原始的电磁式技术,存在频率窄、磁饱和和动态范围小等电磁式电流传感器一直无法解决的问题,提出了一种基于二氧化碳激光写入保偏光纤(PMF)螺旋长周期光栅(HLPG)的高灵敏度光纤电流传感器。通过从偏振光的3个参数... 由于对电流检测大都采用原始的电磁式技术,存在频率窄、磁饱和和动态范围小等电磁式电流传感器一直无法解决的问题,提出了一种基于二氧化碳激光写入保偏光纤(PMF)螺旋长周期光栅(HLPG)的高灵敏度光纤电流传感器。通过从偏振光的3个参数重点研究了椭圆偏振光在光栅中传输时影响其法拉第偏转角度的关键因素。实验结果表明:该光栅的电流灵敏度高达9.22°/A(0.427°/mT)。该传感器具有结构紧凑、制作简单、操作方便和电流灵敏度高等优点。 展开更多
关键词 保偏光纤 螺旋长周期光栅 法拉第效应 电流传感
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保偏光纤陀螺横向磁场误差的温度依赖性 被引量:2
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作者 李绪友 刘攀 +3 位作者 光星星 郭衍达 孟庆文 李光春 《光学学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期90-96,共7页
针对无骨架光纤环的保偏光纤陀螺中横向磁场误差的温度依赖性研究发现,保偏光纤线双折射以及Verdet常数固有的温度依赖性可以导致横向磁场误差随着温度变化而变化。利用琼斯矩阵方法推导了保偏光纤陀螺横向磁场误差与温度的关系,并进行... 针对无骨架光纤环的保偏光纤陀螺中横向磁场误差的温度依赖性研究发现,保偏光纤线双折射以及Verdet常数固有的温度依赖性可以导致横向磁场误差随着温度变化而变化。利用琼斯矩阵方法推导了保偏光纤陀螺横向磁场误差与温度的关系,并进行了实验验证。实验结果表明,对于长度为1km,半径为6cm,光纤线双折射为2027rad·m^-1,最大扭转率为0.382rad·m^-1的无骨架光纤环,在1mT横向磁场以及-40~60℃温度场作用下,光纤陀螺的横向磁场误差由26.51(°)·h^-1增加到30.43(°)·h^-1。 展开更多
关键词 光纤光学 光纤陀螺 琼斯矩阵 磁场误差 法拉第效应 温度依赖性
一种新型偏振相关磁光隔离器的设计 预览
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作者 郝俊祥 杨青慧 张怀武 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2018年第6期840-842,共3页
该文介绍了一种新型的光纤型法拉第磁光隔离器设计方法,利用液相外延制备的单晶石榴石(BiTm)3(GaFe)5O12膜作为法拉第转子,通过对光路结构的改进设计,有效降低了光隔离器体积和所需饱和外场。当外磁场H=47×10^3A/m时,法拉第旋角可... 该文介绍了一种新型的光纤型法拉第磁光隔离器设计方法,利用液相外延制备的单晶石榴石(BiTm)3(GaFe)5O12膜作为法拉第转子,通过对光路结构的改进设计,有效降低了光隔离器体积和所需饱和外场。当外磁场H=47×10^3A/m时,法拉第旋角可达到45°@1550nm,光吸收系数为15cm-550nm,光透射率为85%@1550nm,整体满足设计要求。 展开更多
关键词 磁光隔离器 法拉第效应 (BiTm)3(GaFe)5O12膜 光纤 液相外延
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超大电流量值传递用光纤电流传感技术 预览
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作者 李传生 邵海明 +2 位作者 赵伟 王家福 张煌辉 《红外与激光工程》 CSCD 北大核心 2017年第7期114-120,共7页
面向工业、国防及重大科学研究领域超大电流在线计量的迫切需求,提出基于光纤电流传感器量程自扩展特性实现超大电流计量标准的量值传递。基于微分琼斯矩阵方法,建立了光纤敏感环路的数学模型,揭示了线性双折射对传感器量程自扩展特... 面向工业、国防及重大科学研究领域超大电流在线计量的迫切需求,提出基于光纤电流传感器量程自扩展特性实现超大电流计量标准的量值传递。基于微分琼斯矩阵方法,建立了光纤敏感环路的数学模型,揭示了线性双折射对传感器量程自扩展特性的影响机理,并证明了采用椭圆双折射光纤的电流传感器具有良好的量程自扩展能力,可通过光纤圈数对Faraday效应的比例放大作用,利用小电流实现传感器在超大电流下的等效校准。研制了干涉式数字闭环柔性光纤电流传感器,可在不断开载流母线的情况下直接形成敏感环路,实现在线计量。样机性能测试结果表明:在直流等效10~210kA范围内,样机的测量准确度优于±0.1%;在工频额定等效25kA条件下,样机的比差准确度满足IEC60044-80.2S级要求;样机的带宽大于10kHz。 展开更多
关键词 光纤电流传感器 Faraday效应 椭圆双折射光纤 超大电流计量
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光纤电流传感器性能分析及环形衰荡结构设计 被引量:2
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作者 孙滨超 沈涛 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2017年第1期65-75,共11页
针对当前光纤电流传感器较难同时实现较高灵敏度和较好稳定性的问题,根据法拉第效应,从理论上建立了基于琼斯矩阵的直通式、反射式全光纤电流传感器的数学模型;利用OptiSystem软件进行仿真,得到直通式、反射式全光纤电流传感器的线... 针对当前光纤电流传感器较难同时实现较高灵敏度和较好稳定性的问题,根据法拉第效应,从理论上建立了基于琼斯矩阵的直通式、反射式全光纤电流传感器的数学模型;利用OptiSystem软件进行仿真,得到直通式、反射式全光纤电流传感器的线性灵敏度分别为0.24和0.37。提出了光纤环形衰荡结构,将强度调制转换为时间调制,从而消除了光源及外界环境对系统性能的影响,使系统同时实现较高的灵敏度和较好的稳定性。通过理论及实验证实了该方案的可行性。 展开更多
关键词 光纤光学 光纤传感器 环形衰荡腔 法拉第效应 灵敏度 稳定性
特殊螺旋高双折射保椭圆光纤研究及其在电流互感器中的应用 被引量:1
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作者 刘建明 黄勇 《中国电机工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第12期3621-3626,共6页
光纤电流传感器在电力电流测量领域具有广泛的应用潜力,其中电流传感光纤的性能是制约光纤电流传感器稳定性的关键因素。针对当前构成电流传感光纤的主要组成部分光纤波片与传感光纤存在性能一致性与稳定性差的问题,设计并制作了一种特... 光纤电流传感器在电力电流测量领域具有广泛的应用潜力,其中电流传感光纤的性能是制约光纤电流传感器稳定性的关键因素。针对当前构成电流传感光纤的主要组成部分光纤波片与传感光纤存在性能一致性与稳定性差的问题,设计并制作了一种特殊螺旋高双折射保椭圆光纤用作电流传感光纤,可以有效地解决电流传感光纤存在的这些问题。先介绍该特殊光纤的结构,根据耦合模理论对其传感功能、抗干扰能力进行了理论分析。利用该光纤研制了光纤电流传感器,并对其测量精度、抗振动特性等进行了检测。测试结果表明,该光纤电流传感器采用40m/s~2加速度持续振动的8h内,电流传感器测量比差保持在±0.05%,具有较强的抗干扰能力;在-40℃~70℃的温度范围内以及额定1200A的测量电流下,测量比差与相差分别在±0.05%与±1′以内;在频率为0~1500Hz内的测试电流下,电流传感的精度在±0.2%以内。采用该特殊螺旋高双折射光纤所制作的高精度和高稳定性光纤电流传感器,在±800k V灵州换流站成功挂网运行。 展开更多
关键词 光纤电流互感器 法拉第效应 电流测量 特殊螺旋双折射光纤 抗干扰
利用法拉第效应测光波波长 预览 被引量:1
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作者 孙美洁 周章洋 +1 位作者 何彩诗 谭兴毅 《大学物理实验》 2017年第2期65-67,共3页
基于法拉第效应和柯西色散公式给出了一种新型的测量光波波长的方法.根据旋光角θ与磁感应强度B,获得样品的费尔德常数,再利用费尔德常数与波长的关系计算出光波波长,实现光波 波长的测定.研究表明倍频法和消光法测量 He一Ne激光器波长... 基于法拉第效应和柯西色散公式给出了一种新型的测量光波波长的方法.根据旋光角θ与磁感应强度B,获得样品的费尔德常数,再利用费尔德常数与波长的关系计算出光波波长,实现光波 波长的测定.研究表明倍频法和消光法测量 He一Ne激光器波长的误差分别为3. 47 %和6.67 %,实现了波长较为精确的测量,同时提供了一种新的测量单色光波波长的方法. 展开更多
关键词 法拉第效应 柯西色散公式 波长
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磁光光子晶体结构的法拉第效应增强
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作者 冯月 沈涛 胡超 《光学技术》 CSCD 北大核心 2017年第4期294-299,共6页
在超薄薄膜的基础上,基于时域有限差分法原理,利用FDTD Solutions仿真软件分别研究了基于两种多层膜结构和一种金属光栅结构的磁光光子晶体法拉第旋光效应。研究表明,多层膜结构的法拉第旋光效应增强原理为入射光在薄膜中心层的透射谱谐... 在超薄薄膜的基础上,基于时域有限差分法原理,利用FDTD Solutions仿真软件分别研究了基于两种多层膜结构和一种金属光栅结构的磁光光子晶体法拉第旋光效应。研究表明,多层膜结构的法拉第旋光效应增强原理为入射光在薄膜中心层的透射谱谐振,而金属光栅周期结构的法拉第效应增强是通过金属光栅激发表面等离子体实现的;在三种结构中,金属光栅周期结构具有更广的法拉第偏转角增强域。进一步通过参数优化,实现对金属光栅周期结构工作波长的可调节性研究,为薄膜型磁光器件设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 光学材料 磁光光子晶体 法拉第效应 有限时域差分原理(FDTD) 磁光器件
法拉第效应和波长的关系 预览
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作者 陈宏 陈宜保 +5 位作者 何运孝 范博文 王岩 孙文博 张慧云 王合英 《物理实验》 2017年第5期16-20,共5页
基于法拉第效应,在室温下,搭建实验光路,研究了入射光波长与法拉第偏转之间的关系,测得了实验样品MR3-2对不同波长的菲尔德常量,对菲尔德常量和波长关系进行拟合,拟合曲线与理论曲线符合较好.
关键词 法拉第效应 菲尔德常量 MR3-2晶体 白光分光
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基于磁光耦合的法拉第效应机理分析 被引量:1
13
作者 蔡伟 邢俊晖 +1 位作者 杨志勇 姚瑞桥 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2017年第6期252-260,共9页
为进一步阐明基于法拉第效应的磁光调制过程中各因素之间的相互影响机理,引入了多场耦合理论,结合麦克斯韦方程并综合考虑磁场作用下物质结构内部参数的变化,构建了偏振光在磁光耦合条件下的传输模型,得到了法拉第旋转角的最终表达... 为进一步阐明基于法拉第效应的磁光调制过程中各因素之间的相互影响机理,引入了多场耦合理论,结合麦克斯韦方程并综合考虑磁场作用下物质结构内部参数的变化,构建了偏振光在磁光耦合条件下的传输模型,得到了法拉第旋转角的最终表达式,并利用基于有限元的多场耦合软件进行耦合模拟和数值求解。仿真结果表明,在10A电流激励螺线管产生0.0373T的磁感应强度下,入射波长为1064nm的偏振光通过长度为3cm的铽镓石榴石(TGG)磁光玻璃后,发生了2.245°的偏转,在同等条件下,通过MR3-2磁光玻璃时发生的偏转角为2.023°。通过对比仿真结果与理论计算结果,验证了磁光耦合机理模型的正确性。 展开更多
关键词 物理光学 磁光调制 磁光耦合 机理分析 法拉第效应
磁光材料Verdet常数贡献性的讨论 预览 被引量:1
14
作者 蔡伟 邢俊晖 杨志勇 《物理学报》 CSCD 北大核心 2017年第18期218-224,共7页
Verdet常数是表征材料磁光性能的重要参数,具有波长和温度依赖性.为了更好地分析入射光波长、温度等对Verdet常数的影响机理,从基础理论切入,分析了现有理论的优缺点.结合光的波粒二象性特性,提出了波动跃迁性贡献理论,即法拉第效应是... Verdet常数是表征材料磁光性能的重要参数,具有波长和温度依赖性.为了更好地分析入射光波长、温度等对Verdet常数的影响机理,从基础理论切入,分析了现有理论的优缺点.结合光的波粒二象性特性,提出了波动跃迁性贡献理论,即法拉第效应是光的波动性作用以及电偶极跃迁作用带来的贡献之和,波动性对偏转角的贡献为正,跃迁性贡献为负.在抗磁性材料中,波动性贡献大于跃迁性贡献,Verdet常数为正;顺磁性材料中,跃迁性贡献远大于波动性贡献,Verdet常数为负.进而分别以典型抗磁性材料重火石玻璃ZF1和顺磁性材料铽镓石榴石为例,并结合相关数据、参数、模型,对理论进行了验证.试验结果表明,在精确描述材料Verdet常数方面,波动跃迁性贡献理论具有一定的优越性. 展开更多
关键词 Verdet常数 法拉第效应 波粒二象性 量子理论
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光学电流互感器的测量系统分析与实际应用 预览 被引量:1
15
作者 杨深钦 邵英 《信息通信》 2017年第8期1-3,共3页
介绍了磁光式电流互感器相较于传统互感器的优势,重点分析了其典型的传感结构及测量原理,总结了限制其发展的关键问题,介绍了磁光式电流互感器目前的研究与应用现状,最后提出了其后续研究需要关注的方向并对发展前景做了展望。
关键词 电磁式电流互感器 磁光式电流互感器 法拉第效应 测量误差
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Sagnac式全光纤电流传感器实验研究
16
作者 刘箐 罗有国 +2 位作者 杜鹏 廖志军 颜珂 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期368-371,共4页
为实现输电线路上的电流监测,基于Faraday效应和Sagnac效应设计了一种全光纤电流传感器(FOCS)。利用Y波导,创新性地利用锯齿波形进行信号调制。通过调节锯齿波信号斜率,使在Sagnac环中反向传输的两路光在Y波导中干涉消光,准确推算出... 为实现输电线路上的电流监测,基于Faraday效应和Sagnac效应设计了一种全光纤电流传感器(FOCS)。利用Y波导,创新性地利用锯齿波形进行信号调制。通过调节锯齿波信号斜率,使在Sagnac环中反向传输的两路光在Y波导中干涉消光,准确推算出电流大小。对40~140 A范围内的电流进行测量,并对实验数据进行线性模拟,相关系数达到0.9996,结果表明实验数据与实际电流具有良好的一致性。 展开更多
关键词 纤维与波导光学 全光纤电流传感器 Faraday效应 Sagnac效应 锯齿波调制信号
基于OPGW光偏振态的输电线路雷击点定位方法 被引量:10
17
作者 龚庆武 冯瑞发 +2 位作者 李伟 张文举 徐高 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期612-618,共7页
针对目前输电线路经常遭受雷击且雷击点无法精确定位问题,提出了一种基于光纤复合架空地线(OPGW)光偏振态的新型雷击点定位方法。该方法利用OPGW内部通信光纤作为传感器,通过变电站一端的监测主机向光纤中发射稳定探测光,通过检测OPG... 针对目前输电线路经常遭受雷击且雷击点无法精确定位问题,提出了一种基于光纤复合架空地线(OPGW)光偏振态的新型雷击点定位方法。该方法利用OPGW内部通信光纤作为传感器,通过变电站一端的监测主机向光纤中发射稳定探测光,通过检测OPGW内部光纤中传输光的偏振态变化判定雷击点位置。并模拟了雷击OPGW试验,对雷击时OPGW内部通信光纤中传输光由于Faraday效应引起的偏振态突变信息进行研究,并采用改进奇异值算法结合小波分析方法提取雷击点处的偏振态突变量传到偏振解调设备中的时刻来进行故障点定位。多次试验结果表明,该方法的定位误差均≤1%,且不受传统定位方法中线路参数、行波波速等条件的约束,定位时只需OPGW内部通信光纤不受损坏,即可较准确地找出雷击点的位置,具有较高的定位精度和可靠性,为实际输电线路上的雷击点检测与定位提供了新的思路。 展开更多
关键词 光纤复合架空地线 偏振态 Faraday效应 奇异值分解 雷击 故障定位
便携式光纤电流互感器传感头设计 预览
18
作者 王夏霄 张宇宁 +1 位作者 于佳 李传生 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期18-23,共6页
针对电解铝工业中大电流测量现场环境复杂的难题,在传统光纤电流互感器的基础上提出一种便携式光纤电流互感器.对设计安装过程中由于柔性传感头光路不闭合和导体偏心引起的法拉第相移误差进行分析和有限元仿真计算,结果表明:法拉第相... 针对电解铝工业中大电流测量现场环境复杂的难题,在传统光纤电流互感器的基础上提出一种便携式光纤电流互感器.对设计安装过程中由于柔性传感头光路不闭合和导体偏心引起的法拉第相移误差进行分析和有限元仿真计算,结果表明:法拉第相移相对误差随传感头不闭合度角度线性增加,随导体到非闭合点的距离增大而减小,且增加传感头匝数能减小法拉第相移误差.由于便携式光纤电流互感器准确度随导体到非闭合点的距离增大而提高,设计了一种使传感头非闭合点向一端延伸且易拆装的结构,实验测试得到该便携式光纤电流互感器的全温准确度为0.86%,满足电解铝厂准确度1%的使用要求. 展开更多
关键词 光纤传感 传感头 电流互感器 法拉第效应 不闭合误差 导体偏心 有限元
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基于Optisystem的全光纤电流传感器建模与仿真研究 预览 被引量:2
19
作者 杜菲 马天兵 李东 《电工电气》 2016年第1期8-11,共4页
介绍了全光纤电流传感器所应用的法拉第效应、圆双折射和马吕斯定理,通过琼斯矩阵建立了系统模型,利用Optisystem光学软件对全光纤电流传感器进行了仿真,对右旋圆偏振光进行正弦相位调制。仿真结果表明,所得输出光强波形与调制信号相符... 介绍了全光纤电流传感器所应用的法拉第效应、圆双折射和马吕斯定理,通过琼斯矩阵建立了系统模型,利用Optisystem光学软件对全光纤电流传感器进行了仿真,对右旋圆偏振光进行正弦相位调制。仿真结果表明,所得输出光强波形与调制信号相符合,验证了所建立的数学模型和系统仿真合理性,为后续传感器结构的实际制作提供参考。 展开更多
关键词 全光纤 电流传感器 法拉第效应 圆双折射 光强
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基于光环形技术的高精度光纤电流传感器 预览
20
作者 陶冶梦 杜江兵 +3 位作者 马麟 徐长鑫 刘银萍 何祖源 《光通信技术》 北大核心 2016年第9期30-32,共3页
提出了一种区别于传统环形腔式结构电流传感器的高精度光纤电流传感器。通过采用光开关和环形技术构建光纤循环环路,使用标准单模光纤作为传感媒质,实现了高精度电流传感,验证了不同实验条件对传感精度的影响,分析和验证了系统对于... 提出了一种区别于传统环形腔式结构电流传感器的高精度光纤电流传感器。通过采用光开关和环形技术构建光纤循环环路,使用标准单模光纤作为传感媒质,实现了高精度电流传感,验证了不同实验条件对传感精度的影响,分析和验证了系统对于电流强度的分辨率。 展开更多
关键词 光纤电流传感 光纤环路 法拉第效应 单模光纤
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