Sagnac干涉型光纖電流傳感器研究.pdf

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

2、初步的實(shí)驗(yàn)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(cè)量準(zhǔn)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(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的作用規(guī)律；對(duì)模型中的各種參量對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響進(jìn)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(lái)看，系統(tǒng)響應(yīng)誤差隨起偏器透光軸方向誤差、兩個(gè)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(duì)系統(tǒng)誤差影響較?。桓饕蛩貙?duì)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(guò)π，這是傳感光纖線性雙折射的一個(gè)特征值；線性雙折射是影響系統(tǒng)測(cè)量誤差的主要因素，如果系統(tǒng)沒(méi)有線性雙折射，則其它誤差源的影響將容易預(yù)測(cè)和處理。 其次，對(duì)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(jì)

4、進(jìn)行了理論探討。提出一種利用保偏光纖扭轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)λ/4相位延遲的設(shè)計(jì)方案，從理論上證明了在保偏光纖中傳播的線偏振光，通過(guò)將出射端1/2拍長(zhǎng)的光纖扭轉(zhuǎn)90°，可以轉(zhuǎn)換成圓偏振光；對(duì)利用3×3耦合器實(shí)現(xiàn)無(wú)源相位偏置進(jìn)行了理論分析，針對(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)小信號(hào)的高靈敏度測(cè)量。通過(guò)計(jì)

5、算，得到了一組實(shí)現(xiàn)最佳靈敏度時(shí)耦合器應(yīng)該具有的耦合比值。 最后，設(shè)計(jì)了包括激光器驅(qū)動(dòng)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(duì)理論模型進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究。分析了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度，得到了測(cè)量值和被測(cè)電流之間的關(guān)系式；對(duì)系統(tǒng)噪聲進(jìn)行了理論分析，給出了理論估算值；利用實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)畫(huà)出了與理論值對(duì)比的輸入輸出特性曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步證明了理論模型的正確性，但測(cè)量值穩(wěn)定性和線性都比較差，距離實(shí)際應(yīng)用還有較大差