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1、第14卷第3期新疆职业大学学报Vol.14No.32006年9月JOURNALOFXINJIANGVOCATIONALUNIVERSITYSep.2006光纤传感技术在电力设备检测中的应用12熊新荣樊孝喜(1新疆机电职业技术学院,新疆乌鲁木齐830011;2新疆医科大学,新疆乌鲁木齐830054)摘要:本文主要描述了光纤传感器原理性及光纤测量的两种方式,重点介绍了光纤大电流传感器和光纤电压传感器在电力设备检测中的应用。关键词:光纤传感技术;检测;光纤传感应用中图分类号:TM
2、02文献标识码:A文章编号:1009-9549(2006)03-0085-03在各种传感器技术中,光纤传感器是一种近几量敏感的特性,将外界物理量转换成可以直接测量年得到迅速发展的技术,目前已经能够用光纤传感的信号的技术。由于光纤不仅可以作为光波的传器实现压力、温度、振动、电流、电压、磁场等物理量播媒质,而且由于光波在光纤中传播时表征光波的检测,这些应用都归功于光纤固有的特点,即体积特征参量(振福、相位、偏振态、波长等)因外界因素小与重量轻带来的结构简单、使用方便,耐高压、
3、耐(如温度、压力、应变、磁场、电场、位移、转动等)的高温和抗电磁干扰带来的安全可靠,长作用距离所作用而直接或间接发生变化,从而也可将光纤用作带来的高灵敏度。传感元件来探测各种物理量。这就是光纤传感器光纤传感技术是利用光纤对某些特定的物理应用的基本原理。图1光纤传感原理示意图一、光纤测量的两种基本方式受到调制。在这种方式中,涉及偏振、相位、干涉等由于光纤在传输信息具备很多优点,故光纤传物理光学概念有关量的测量,采用单模光纤。感器也必然具备独特的功能,光纤传感器种类很单模光纤只能传送基模的光波。光
4、波是电磁多,但概括起来可分为功能光纤(FF)和非功能光纤波,实验已证实,引起人眼对光的感觉,对照相底片(NF)两种方式。功能型传感器中光纤既起到传光感光的只是电场强度矢量E,故E又称为光矢量。的作用又起到传感的作用;而非功能型传感器中光E模可以看作是相互垂直的Ex模和Ey模的合成。纤仅起到传光的作用。如图2所示,用直角坐标描述,Ex、Ey分别在xoz,功能光纤方式是光纤本身具备测量的功能,一yoz平面振动着,并沿z方向传播。把电场在一个般是利用被测量改变光纤本身的特性,使传送的光平面(如yoz面)内
5、振动的波称为线性偏振波,此振收稿日期:2005-11-20作者简介:熊新荣(1973-),女,讲师,在读工程硕士,新疆机电职业技术学院,主要研究方向:电气工程;樊孝喜(1974-),男,讲师,在读工程硕士,新疆医科大学医学工程技术学院,主要研究方向:电气工程及医学电子学。85新疆职业大学学报2006动面(即yoz面)称为偏振面。因此,单模光纤只传质的厚度L,磁场强度H成正比,关系为=VeHL输线性偏振波。式中Ve称费尔德常数,不同物质常数不同,且与光波波长及
6、温度有关。图2当光沿单模光纤轴线传播时,若有外界干扰,如有磁场的作用时,Ex、Ey模之间将发生能量交换,使光纤中传输的模发生变化,即光的偏振面发图4生偏转,如图3所示。在测量中可以利用这一性质光纤传感器中最典型的例子就是在高压输电来测量磁场强度,也要注意尽量减少对测量的外界线使用光纤电流传感器,其基本原理就是上述的法干扰。拉第效应(磁光效应)。光纤电流传感器的基本结非功能光纤方式,光纤只是光的传播媒介体,构如图5所示。从激光器发生的光束经起偏镜成光纤端面安装传感器作为测量部分。这种方式中,为线偏振光
7、,再经透镜耦合到单模光纤,把单模光涉及光量等几何光学概念有关量的测量,采用传输纤在输电线上绕数20圈,用它作为法拉第旋转材光量大的多模光纤,但有的情况也可把光纤作为传料,当输电线通过电流I时,周围产生磁场,根据安感器,如光的随机偏振性是利用传送数百模以上的培环路定理,距输电线为r处(即载流导线的半径)光时,光的振动面以相同的几率向所有的方向传送I的磁场等于H=的性质。但从目前看来非功能光纤的应用比较多,2r技术上也比较成熟,而功能光纤易受外界干扰,为了实现高精度的测量,尚处于试验阶段。下面介绍光纤
8、两种方式应用的具体例子。图5图3经这段光纤产生法拉第效应,使偏振面旋转二、光纤大电流(电场)传感器角,出射到透镜,并耦合到检偏镜,再经变换器、放光纤大电流传感器是用法拉第效应测量电流大器等处理,便可根据输出光线的信号,获得测量和磁场的方法。当把铅玻璃等透明物质放在磁场电流强度和磁场强度的结果。里。并通过与磁场方向平行的线性偏振光时,偏振光纤回转仪是MOCT(光纤电流互感器)的核心面将发生旋转,这种现象叫法拉第效应(磁光效部件,它由光源、探测器、调节器以及缠绕电流导线
