光纖電磁量傳感器第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日8.2光纖磁場(chǎng)傳感器

光纖磁場(chǎng)傳感器可分為兩大類．利用法拉第效應(yīng)的傳感器和利用磁致伸縮效應(yīng)的傳感器。第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日

8.2.1光纖法拉第磁強(qiáng)計(jì)光纖測(cè)磁場(chǎng)的法拉第傳感器有傳感型和傳光型兩種。傳感型是將外磁場(chǎng)直接加在光纖的軸向，使光纖中光波的線偏振方向偏轉(zhuǎn)，進(jìn)行檢測(cè)。傳光型的光纖法拉第傳感器，其磁場(chǎng)敏感元件不是利用光纖自身，而是用其它材料制成，第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日由于SiO2光纖的費(fèi)爾德常數(shù)的值十分小因此，法拉第效應(yīng)應(yīng)用在普通的SiO2單模光纖中只能檢測(cè)高磁場(chǎng)和大電流。利用玻璃制成的法拉第盒作為敏感元件。這種傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好，可以有效地應(yīng)用于實(shí)際高壓電力系統(tǒng)中。第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日馬呂斯定律強(qiáng)度為I0的偏振光，通過檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：

I=I0cos2α其中α為檢偏器的偏振化方向與入射偏振光的偏振化方向之間的夾角。AII0第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日光強(qiáng)對(duì)θ的變化率，即轉(zhuǎn)換靈敏度如果將交角固定在45°，這時(shí)就有第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日光電管D1接收的光強(qiáng)為光電管D2接收的光強(qiáng)為第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日將上式右邊按級(jí)數(shù)展開，舍去高階項(xiàng)并令上式通過乘法器和加法器予以實(shí)現(xiàn)，輸出由法拉策公式可得第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．2．2磁致伸縮效應(yīng)光纖磁場(chǎng)傳感器一、交流磁場(chǎng)光纖傳感器第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．3光纖電場(chǎng)傳感器利用光纖測(cè)量電場(chǎng)(或電壓)可以采用電致光吸收原理、壓電彈光原理或電光晶體傳感原理。第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．3．1電致光吸收光纖電場(chǎng)傳感原理一、電場(chǎng)對(duì)離子吸收光譜的影響依量子力學(xué)原理，線性諧振于對(duì)應(yīng)的能量外電場(chǎng)能影響光纖中雜質(zhì)離子及雜質(zhì)離子外層電子的吸收光譜，因此能改變摻有適當(dāng)雜質(zhì)離子光纖的透光率，即所謂電致光吸收效應(yīng)。第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．3．2壓電彈光光纖電場(chǎng)傳感器

利用壓電彈光效應(yīng)測(cè)量電場(chǎng)的光纖傳感器，實(shí)際上就是采用壓電材料的壓電效應(yīng)與單模光纖的彈光效應(yīng)相結(jié)合的方法。在壓電彈光效應(yīng)中．如果壓電材料采用壓電陶瓷，則因壓電材料無法與光纖制作在一起，而不宜測(cè)量高壓。如果用高分子聚合物作壓電材料，則有可能用來測(cè)量高壓。高分子聚合物可作為光纖的外層與光纖合為一體，只要這種形式的光纖足夠長(zhǎng)就可以解決耐高壓與測(cè)量高壓的問題。第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．3．3BSO晶體光纖電場(chǎng)傳感器

在高壓系統(tǒng)電場(chǎng)的測(cè)量中，可以采用一種電光晶體作為傳感器探頭置于高壓系統(tǒng)中。第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日將一束偏振光經(jīng)光纖遠(yuǎn)距離傳送到晶體前邊的1／4波片，使光變成圓偏振光進(jìn)人晶體；光束多次反復(fù)地通過晶體后再由光纖傳送回來，進(jìn)人光接收系統(tǒng)。晶體探頭由于高壓電場(chǎng)的作用，其雙折射特性將發(fā)生變化，從而使通過晶體的光束場(chǎng)受到調(diào)制，經(jīng)過撿偏器后．輸出的光強(qiáng)產(chǎn)生了變化．由光接收系統(tǒng)即可檢測(cè)出被測(cè)高壓電場(chǎng)的信息。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日探頭材料采用Bi12SO20(BSO)晶體。BSO是具有電光普克爾效應(yīng)和磁光法拉第效應(yīng)的晶體，其溫度系數(shù)較小，故適宜做電壓電流傳感器，其折射率隨電場(chǎng)變化的特性以及光纖組合的檢測(cè)裝置正在實(shí)用化。為了提高測(cè)量靈敏度，晶體探頭可以做成多重通道結(jié)構(gòu)。如果在傳感器部分外加電場(chǎng)就會(huì)得到與電場(chǎng)電壓成正比的光強(qiáng)度信號(hào)。

用上述傳感器可測(cè)量架空輸電線下的空間電場(chǎng)和測(cè)量高壓機(jī)器及附屬裝置的電場(chǎng)分布。還可應(yīng)用于波動(dòng)電壓的測(cè)量，雷沖擊波形等測(cè)量。第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日1—BSO調(diào)制器晶體；2—1/4波長(zhǎng)片3—檢偏器；4—電壓傳感器測(cè)頭；5—多模光導(dǎo)纖維；6一光檢測(cè)器；7—運(yùn)算器；8一輸出信號(hào)；9一光源；10——光耦合器；11—起偏器第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．4光纖電流傳感器

利用光纖檢測(cè)電流可以采用金屬被覆光纖的方法，也可以來用磁致伸縮材料被覆光纖的方法．或利用法拉第效應(yīng)和壓電彈光效應(yīng)。第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．4．1金屬被覆光纖電流傳感器一、金屬被覆多模光纖電流傳感器第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日二、金屬被覆單模光纖電流傳感器這種傳感器是根據(jù)被測(cè)電流流過金屬護(hù)套光纖時(shí)產(chǎn)生電阻熱效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)的。這種傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)就是靈敏度較高。但被測(cè)電流與輸出信號(hào)有二次函數(shù)關(guān)系。第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日

8．4．2磁致伸縮效應(yīng)光纖電流傳感器

利用磁致伸縮材料被覆的單模光纖可以作為馬赫—澤德爾干涉儀的測(cè)量臂，在待測(cè)電流的作用下，測(cè)量臂光纖中的光波產(chǎn)生了相移。根據(jù)干涉儀的原理，相移將引起干涉條紋的移動(dòng)，檢測(cè)條紋的移動(dòng)量．即可反映出被測(cè)電流的大小。第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日8．4．3法拉第效應(yīng)光纖電流傳感器從激光器3發(fā)出的激光束經(jīng)起偏器2變成線偏振光，再經(jīng)10倍的顯微物鏡耦合到單模光纖中去。為消除光纖中的包層模，把光纖浸在高折射率的油中。5是高壓裁流導(dǎo)線，6是繞在導(dǎo)線上的光纖，在這段光纖中產(chǎn)生法拉第磁光效應(yīng)，使通過光纖的偏