光纖電壓互感器(簡(jiǎn)稱OVT)利用電光效應(yīng)對(duì)外加電壓進(jìn)行測(cè)量,具有占用空間小、測(cè)量精度高、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn),光纖電壓互感器的研究已有約40年的歷史但是到目前為止還沒(méi)有一家能夠達(dá)到電網(wǎng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn),取得入網(wǎng)接入證書。影響其發(fā)展的主要原因是目前OVT系統(tǒng)的穩(wěn)定性差和測(cè)量精度低,而這些問(wèn)題又與光源和光接收機(jī)有關(guān),因此穩(wěn)定性及性價(jià)比高的光源和能夠滿足測(cè)量系統(tǒng)要求的光接收器在OVT系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,對(duì)兩者的開(kāi)發(fā)與研究具有較大的應(yīng)用價(jià)值。本文采用高精度的恒溫控制以及功率穩(wěn)恒控制方法,設(shè)計(jì)并制作了一種偏振、波長(zhǎng)與輸出功率三個(gè)指標(biāo)均穩(wěn)定的,適用于偏振型OVT的半導(dǎo)體激光器。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn),證明了驅(qū)動(dòng)電路和溫控電路來(lái)穩(wěn)定上述三個(gè)指標(biāo)的方案是可行的,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明半導(dǎo)體激光器的輸出波長(zhǎng)控制精度在±0.01nm,驅(qū)動(dòng)電流的波動(dòng)范圍小于±0.05mA,輸出偏振態(tài)橢圓率為0.00(線性),方向角波動(dòng)范圍小于0.1°。這說(shuō)明該激光器波長(zhǎng)、功率、偏振態(tài)穩(wěn)定性達(dá)到了光纖電壓互感器系統(tǒng)的要求。本文還設(shè)計(jì)并制作一款低噪音高精度的模擬雙差分光接收機(jī),能夠接收相互垂直的兩路偏振光實(shí)現(xiàn)高精度偏振態(tài)的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)信噪比為1時(shí),最小測(cè)量功率為800nW,噪音低于2mV,響應(yīng)度為4900v/W,滿足了光纖電壓互感器系統(tǒng)的要求。同時(shí)此光接收機(jī)能夠?qū)ψ跃劢雇哥R的輸出光(空間光)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量,通過(guò)搭建一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)找到3dB損耗的最遠(yuǎn)距離是11cm。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM451;TP212;TN248.4
【部分圖文】：

圖２．１光纖電壓互感器橫向調(diào)制原理圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ?ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｉｂｅｒ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ??橫向調(diào)制ＯＶＴ結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖２．１所示，其工作原理是：激光器出射光??與自聚焦透鏡連接，從自聚焦透鏡發(fā)射出激光（空間光），然后經(jīng)過(guò)起偏器將輸??出光的偏振態(tài)變成線偏振，然后經(jīng)過(guò)１／４波片，光射入晶體后產(chǎn)生雙折射，產(chǎn)生??兩個(gè)偏振方向互相垂直且相速度不同的偏振光。光在出射面處產(chǎn)生位相差。假定??兩個(gè)偏振光的折射率分別為Ｖ、同時(shí)透過(guò)厚度為／的晶片時(shí)，位相差為??Ａ＜ｐ?＝?＾（ｎ＇－ｎ＂）ｌ?（２．１）??／Ｌ??式中，Ａ為波長(zhǎng)。”與外加電場(chǎng)有關(guān)。當(dāng)外加電壓正好使時(shí)為半波??電壓，用匕／２表不。??６??

凸庀說(shuō)繆夠ジ釁鞫園氳繼寮す餛骱凸飩郵棧?囊?螅崳?要的考慮因素一個(gè)是方向角Ｘ，對(duì)于其表達(dá)式如圖２．２所示就是橢圓的長(zhǎng)軸ａ與坐??標(biāo)系中ｘ軸形成的角度；另一個(gè)就是楠圓角＜（），如圖２．２所示ｔａｒｕｐ＝ｂ／ａ，兩個(gè)因??素很好的表示了光的偏振態(tài)。??牛??——??／?ｊｒｔａｎｃｐ?＝?ｂ／??圖２．２偏振平面圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?Ｐｌａｎ??在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)光的的偏振特性不僅與溫度有關(guān)，其偏振方向角會(huì)跟著驅(qū)??動(dòng)電流的變化而發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)果如下圖所示??？２６?７￣＼?Ｉ?Ｉ?■?＇?￣￣？?＇?＇?Ｉ?°??ｒ＾ｉ??２ａ；?ｙ：＾ｊ：??３。?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０??驅(qū)動(dòng)電流ｍＡ／ｌ??圖２．３方位角與驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?Ａｚｉｍｕｔｈ?Ａｎｇｌｅ?ａｎｄ?Ｄｒｉｖｉｎｇ?Ｃｕｒｒｅｎｔ??一個(gè)高穩(wěn)定的半導(dǎo)體激光器（光源）除了輸出功率、波長(zhǎng)穩(wěn)定以外，還要偏振??穩(wěn)定。??２．３對(duì)光接收機(jī)的性能要求??２．３．１雙差分??基于偏振型的光纖電壓互感器原理在于通過(guò)找到偏振態(tài)與外加電場(chǎng)的關(guān)系從??而根據(jù)偏振態(tài)的變化來(lái)計(jì)算出外加電場(chǎng)的大小，關(guān)于偏振態(tài)表示方法有很多種，本??１０??

凸庀說(shuō)繆夠ジ釁鞫園氳繼寮す餛骱凸飩郵棧?囊?螅崳?要的考慮因素一個(gè)是方向角Ｘ，對(duì)于其表達(dá)式如圖２．２所示就是橢圓的長(zhǎng)軸ａ與坐??標(biāo)系中ｘ軸形成的角度；另一個(gè)就是楠圓角＜（），如圖２．２所示ｔａｒｕｐ＝ｂ／ａ，兩個(gè)因??素很好的表示了光的偏振態(tài)。??牛??——??／?ｊｒｔａｎｃｐ?＝?ｂ／??圖２．２偏振平面圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?Ｐｌａｎ??在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)光的的偏振特性不僅與溫度有關(guān)，其偏振方向角會(huì)跟著驅(qū)??動(dòng)電流的變化而發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)果如下圖所示??？２６?７￣＼?Ｉ?Ｉ?■?＇?￣￣？?＇?＇?Ｉ?°??ｒ＾ｉ??２ａ；?ｙ：＾ｊ：??３。?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０??驅(qū)動(dòng)電流ｍＡ／ｌ??圖２．３方位角與驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?Ａｚｉｍｕｔｈ?Ａｎｇｌｅ?ａｎｄ?Ｄｒｉｖｉｎｇ?Ｃｕｒｒｅｎｔ??一個(gè)高穩(wěn)定的半導(dǎo)體激光器（光源）除了輸出功率、波長(zhǎng)穩(wěn)定以外，還要偏振??穩(wěn)定。??２．３對(duì)光接收機(jī)的性能要求??２．３．１雙差分??基于偏振型的光纖電壓互感器原理在于通過(guò)找到偏振態(tài)與外加電場(chǎng)的關(guān)系從??而根據(jù)偏振態(tài)的變化來(lái)計(jì)算出外加電場(chǎng)的大小，關(guān)于偏振態(tài)表示方法有很多種，本??１０??
【參考文獻(xiàn)】

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9 張明明,李紅斌,劉延冰;基于縱向Pockels效應(yīng)的光學(xué)電壓互感器[J];傳感器技術(shù);2005年06期

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5 丁友林;電子式互感器數(shù)字通訊研究與實(shí)用化設(shè)計(jì)[D];江蘇大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2840008