基于液体电介质的光纤电场测量传感技术研究

《基于液体电介质的光纤电场测量传感技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于液体电介质的光纤电场测量传感技术研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：欧芝香指导教师：朱涛教授专业：光学工程学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一四年五月 StudyonOpticalFiberElectricFieldSensingbasedonLiquidDielectricAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByZhixiangOuSupervisedbyProf

2、.TaoZhuSpecialty:OpticalEngineeringSchoolofOpto-ElectronicEngineeringChongqingUniversityMay2014 重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着电力技术的快速发展，电场监测变得越来越重要。传统光学电场传感器大多基于电光晶体，其测量系统由分立器件组成，因此体积庞大易受外界干扰，存在着温度交叉影响等问题。集成式光学传感器将所有器件集成，大大缩小了传感器体积，但其制作工艺复杂，不易制作。全光纤型电场传感器因其体积小、抗电磁干扰以及便于远程测量等优点备受青睐。目前报道的全光纤型电场

3、传感器大多基于压电材料或液晶材料，基于压电材料的电场传感器一般需要保偏光纤，考虑偏振等问题，信号解调较复杂，基于液晶材料全光纤传感器存在温度交叉等问题且测量范围小。本文利用液体电介质在电场作用下发生Kerr效应和流动现象，提出了三种全光纤电场传感器，包括大偏置结构Mach-Zehnder干涉仪、Fabry-Perot干涉仪以及腐蚀的光纤布拉格光栅（FBG）传感器。Mach-Zehnder干涉仪测量范围大、携带方便且能实现液体电介质内任何位置的单点测量；Fabry-Perot干涉腔避免与电介质接触，避开了温度影响，且将Fabry-Perot干涉仪和FBG与液

4、体电介质封装后可直接作电压传感器。文中将封装好的电压传感器对脉冲电压和工频电压进行了测量，主要工作包括：①研究了电流体动力学原理，分析Kerr效应产生的微观原因并通过实验得出电介质在电场作用下产生的电泳力能推动光纤运动，验证了基于Kerr效应或液体电介质流动的全光纤电场测量的可行性。②基于Kerr效应提出一种大偏置结构全光纤Mach-Zehnder干涉仪传感器，这种传感器是利用光纤熔接机在一段单模光纤两端偏置62.5μm熔接两段光纤而制成。利用该传感器对电介质液体在10.67kV-23.3kV脉冲电压下所产生的畸变电场进行了测量。最后得出从施加电压到达峰值

5、时间内，液体内电场与电压呈线性增大关系，但在电压波形后期电场明显发生畸变，即先随电压骤降然后再增大。当电压为23.3kV时，液体中部畸变电场值高达150kV/cm，测量灵敏度为0.01μW/(kV/cm)。发生畸变原因在于液体中的绝缘颗粒在电场作用下会被吸引到电极表面形成电阻层，使得液体中电场降低，当电压降为零时，电极表面的颗粒又会重新注入到液体中使液体内部电场又升高。③为减小Mach-Zehnder干涉仪测量时液体流动导致干涉臂长度变化引入的误差，根据第二章中对基于电流体动力学测量电压可行性的验证，制作了两种对流体流动敏感的传感器。一种为由两段单模光纤和

6、毛细管制作而成的Fabry-Perot干涉仪，另一种为选择性腐蚀FBG的微震动敏感型传感器。分别将两个传感器进行封装作为电压传感器并利用Fabry-Perot干涉仪传感器对峰值为10kV-76kV的I 重庆大学硕士学位论文中文摘要脉冲电压进行了测量。结果表明干涉光强滞后于脉冲电压约1ms达到最值，撤去电压后光强能恢复到原来大小，灵敏度为约0.36μW/(V.s)。另外，利用Fabry-Perot干涉仪和FBG传感器对频率为50Hz，峰值7kV的工频电压进行了测量，测得光信号随着工频电压也以50Hz的频率变化，滞后时间为约0.5ms。关键词：电场传感器，Ma

7、ch-Zehnder干涉仪，Fabry-Perot干涉仪，布拉格光栅II 重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWiththedevelopmentofpowertechnology,electricfieldmonitoringisbecomingmoreandmoreimportant.Mostoftraditionalopticalelectricfieldsensorsarebasedontheelectro-opticalcrystalandthesystemiscomposedofdiscretecomponents,leadingtob

8、ulkyvolume.Italsosuffersfromtheex