基于液體電介質(zhì)的光纖電場(chǎng)測(cè)量傳感技術(shù)研究.pdf

1、隨著電力技術(shù)的快速發(fā)展,電場(chǎng)監(jiān)測(cè)變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)光學(xué)電場(chǎng)傳感器大多基于電光晶體,其測(cè)量系統(tǒng)由分立器件組成,因此體積龐大易受外界干擾,存在著溫度交叉影響等問(wèn)題。集成式光學(xué)傳感器將所有器件集成,大大縮小了傳感器體積,但其制作工藝復(fù)雜,不易制作。全光纖型電場(chǎng)傳感器因其體積小、抗電磁干擾以及便于遠(yuǎn)程測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)備受青睞。目前報(bào)道的全光纖型電場(chǎng)傳感器大多基于壓電材料或液晶材料,基于壓電材料的電場(chǎng)傳感器一般需要保偏光纖,考慮偏振等問(wèn)題,信號(hào)解調(diào)較

2、復(fù)雜,基于液晶材料全光纖傳感器存在溫度交叉等問(wèn)題且測(cè)量范圍小。本文利用液體電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下發(fā)生Kerr效應(yīng)和流動(dòng)現(xiàn)象,提出了三種全光纖電場(chǎng)傳感器,包括大偏置結(jié)構(gòu)Mach-Zehnder干涉儀、Fabry-Perot干涉儀以及腐蝕的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器。Mach-Zehnder干涉儀測(cè)量范圍大、攜帶方便且能實(shí)現(xiàn)液體電介質(zhì)內(nèi)任何位置的單點(diǎn)測(cè)量;Fabry-Perot干涉腔避免與電介質(zhì)接觸,避開了溫度影響,且將Fabry-Pero

3、t干涉儀和FBG與液體電介質(zhì)封裝后可直接作電壓傳感器。文中將封裝好的電壓傳感器對(duì)脈沖電壓和工頻電壓進(jìn)行了測(cè)量,主要工作包括:
　?、傺芯苛穗娏黧w動(dòng)力學(xué)原理,分析Kerr效應(yīng)產(chǎn)生的微觀原因并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的電泳力能推動(dòng)光纖運(yùn)動(dòng),驗(yàn)證了基于Kerr效應(yīng)或液體電介質(zhì)流動(dòng)的全光纖電場(chǎng)測(cè)量的可行性。
　?、诨贙err效應(yīng)提出一種大偏置結(jié)構(gòu)全光纖Mach-Zehnder干涉儀傳感器,這種傳感器是利用光纖熔接機(jī)在一段

4、單模光纖兩端偏置62.5μm熔接兩段光纖而制成。利用該傳感器對(duì)電介質(zhì)液體在10.67kV-23.3kV脈沖電壓下所產(chǎn)生的畸變電場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量。最后得出從施加電壓到達(dá)峰值時(shí)間內(nèi),液體內(nèi)電場(chǎng)與電壓呈線性增大關(guān)系,但在電壓波形后期電場(chǎng)明顯發(fā)生畸變,即先隨電壓驟降然后再增大。當(dāng)電壓為23.3kV時(shí),液體中部畸變電場(chǎng)值高達(dá)150kV/cm,測(cè)量靈敏度為0.01μW/(kV/cm)。發(fā)生畸變?cè)蛟谟谝后w中的絕緣顆粒在電場(chǎng)作用下會(huì)被吸引到電極表面形成電

5、阻層,使得液體中電場(chǎng)降低,當(dāng)電壓降為零時(shí),電極表面的顆粒又會(huì)重新注入到液體中使液體內(nèi)部電場(chǎng)又升高。
　?、蹫闇p小Mach-Zehnder干涉儀測(cè)量時(shí)液體流動(dòng)導(dǎo)致干涉臂長(zhǎng)度變化引入的誤差,根據(jù)第二章中對(duì)基于電流體動(dòng)力學(xué)測(cè)量電壓可行性的驗(yàn)證,制作了兩種對(duì)流體流動(dòng)敏感的傳感器。一種為由兩段單模光纖和毛細(xì)管制作而成的Fabry-Perot干涉儀,另一種為選擇性腐蝕FBG的微震動(dòng)敏感型傳感器。分別將兩個(gè)傳感器進(jìn)行封裝作為電壓傳感器并利用Fa