基于液體電介質的光纖電場測量傳感技術研究.pdf

1、隨著電力技術的快速發(fā)展,電場監(jiān)測變得越來越重要。傳統(tǒng)光學電場傳感器大多基于電光晶體,其測量系統(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題。集成式光學傳感器將所有器件集成,大大縮小了傳感器體積,但其制作工藝復雜,不易制作。全光纖型電場傳感器因其體積小、抗電磁干擾以及便于遠程測量等優(yōu)點備受青睞。目前報道的全光纖型電場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傳感器一般需要保偏光纖,考慮偏振等問題,信號解調較

2、復雜,基于液晶材料全光纖傳感器存在溫度交叉等問題且測量范圍小。本文利用液體電介質在電場作用下發(fā)生Kerr效應和流動現(xiàn)象,提出了三種全光纖電場傳感器,包括大偏置結構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干涉儀測量范圍大、攜帶方便且能實現(xiàn)液體電介質內任何位置的單點測量;Fabry-Perot干涉腔避免與電介質接觸,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脈沖電壓和工頻電壓進行了測量,主要工作包括:
　?、傺芯苛穗娏黧w動力學原理,分析Kerr效應產生的微觀原因并通過實驗得出電介質在電場作用下產生的電泳力能推動光纖運動,驗證了基于Kerr效應或液體電介質流動的全光纖電場測量的可行性。
　?、诨贙err效應提出一種大偏置結構全光纖Mach-Zehnder干涉儀傳感器,這種傳感器是利用光纖熔接機在一段

4、單模光纖兩端偏置62.5μm熔接兩段光纖而制成。利用該傳感器對電介質液體在10.67kV-23.3kV脈沖電壓下所產生的畸變電場進行了測量。最后得出從施加電壓到達峰值時間內,液體內電場與電壓呈線性增大關系,但在電壓波形后期電場明顯發(fā)生畸變,即先隨電壓驟降然后再增大。當電壓為23.3kV時,液體中部畸變電場值高達150kV/cm,測量靈敏度為0.01μW/(kV/cm)。發(fā)生畸變原因在于液體中的絕緣顆粒在電場作用下會被吸引到電極表面形成電

5、阻層,使得液體中電場降低,當電壓降為零時,電極表面的顆粒又會重新注入到液體中使液體內部電場又升高。
　?、蹫闇p小Mach-Zehnder干涉儀測量時液體流動導致干涉臂長度變化引入的誤差,根據第二章中對基于電流體動力學測量電壓可行性的驗證,制作了兩種對流體流動敏感的傳感器。一種為由兩段單模光纖和毛細管制作而成的Fabry-Perot干涉儀,另一種為選擇性腐蝕FBG的微震動敏感型傳感器。分別將兩個傳感器進行封裝作為電壓傳感器并利用Fa