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1、毕业设计（论文）I摘 要随着电压和电流等级的提高，传统的电磁式电流互感器不能满足测量的要求，光纤电流传感器以其特有的优势，受到广泛的关注。本文对国内外的光纤电流传感器的研究状况进行了综合的概述，针对现行光纤电流传感器的不足，改进了相位调制型光纤电流传感器，利用 Jones 矩阵分析法建立了反射式光纤电流传感器的理论模型。并针对反射式光纤电流传感器进行了器件的选择。根据传感器的输出信号的特点，设计了信号处理电路。对信号进行了光电转换和前置放大，然后使用相关检测技术，将一次谐波的幅值转变成直流信号。然后设计低通滤波器分离直流信号，最后设计了处理器电路完成信号的 AD 转换，用于信号的数字处理和输出
2、显示。关键词:光纤电流传感器，法拉第效应，相关检测，信号仿真毕业设计（论文）IIABSTRACTAs the increase of the current and voltage，the traditional electromagnetic current transformer could not satisfy the requirements of the measurement. The fiber-oPtic current sensor was investigated for its unique advantages.The research achievements of
3、 the fiber-optic current sensor have been summarized in the paper. The reflective fiber-oPtic current sensor has been designed basing on the Phase modulated type fiber-optic current sensor. The theory current sensor has been established using Jones matrix devices have been chose model of the reflect
4、ive fiber-optic analyzing method and the proper device have been chose.According to the characteristics of the sensors output, signal processing circuits including photoelectric translating circuit, preamplifier, correlation detector, low-pass filter and ARIvI processor have been designed. The funda
5、mental wave was changed into direct-current component through correlation detector, and then the direct-current component was separated by low-pass filter. At last, the AD conversion was completed by ARM processor to do signal processing and output display.The simulation mode was established in the
6、Matlab environment. The 毕业设计（论文）IIIsimulation analysis as well as the noise analysis was carried out. Finally, the analysis of the relationship between sensors input and output was analyzed by using function-fitting method. The fitting coefficients and error were given and quadratic or quartic curve
7、 fitting was proposed. KEYWORDS: fiber-optic sensor, Faraday effect, correlation detection, signal simulation毕业设计（论文）IV前 言作为信息时代的今天，传感技术、通信技术和计算机技术在产业信息中起着非常重要的作用，成为现代信息产业的三大支柱，分别承担着信息的采集、传输、处理和储存等任务。其中传感器作为采集信息的部件，占有非常重要的地位。传感技术已成为现代技术竞争的核心技术之一，它引起了世界各国的广泛关注和重视，将其列为各国重点发展的关键技术之一。根据中华人民共和国国家标准（GB765
8、.87）(传感器通用术语)，传感器的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。光纤传感技术是伴随着光导纤维以及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，他已广为载体，光纤为媒介，感知和传输外界信号的新型传感技术。光纤传感器相比于其他类型的传感器而言有很多优点，如：电绝缘性、抗电磁干扰、抗腐蚀性等，受到了广泛的关注和应用。从光纤传感器问世以来，经过几十年的发展，现在的光纤传感器已经应用用到测量电流、电压、商业、医学、工业控制各个领域。作为一种新型传感器，光纤传感器将随着技术信息的发展，与光通信一起走进千家万户，深入到军事和民用的各个
9、方面。毕业设计（论文）V目录第一章 绪 论 .11.1 光纤电流传感器研究背景及意义 .11.2 光纤电流传感器的发展情况 .21.2.1 国外发展情况 .31.2.2 国内发展情况 .41.3 本论文的主要内容 .5第二章 反射式光纤电流传感器模型建立 .72.1 光纤电流传感器的理论基础 .72.1.1 偏振光 .72.1.2Faraday 效应 .92.2 光纤电流传感器对比研究 .112.2.1 块状玻璃型光纤电流传感器 .112.2.2 混合型光纤电流传感器 .122.3 反射式光纤电流传感器模型设计 .132.3.1 结构设计 .142.3.2 反射式光纤电流传感器的偏振态分析 .
10、15毕业设计（论文）VI2.3 本章小结 .17第三章 反射式光纤电流传感器设计 .183.1 光源 .183.2 延迟器的设计 .2043.3 相位调制器 .233.4 光电探测器 .253.5 本章小结 .25第四章 信号处理电路设计 .264.1 信号处理总体方案 .264.2 光电转换和前置放大电路 .284.4 低通滤波器设计 .34.5 本章小结 .3第五章 结论 .3参考文献 .3毕业设计（论文）1第一章 绪 论1.1 光纤电流传感器研究背景及意义电流是电力系统主要参数之一，对电流的测量是基本而且非常重要的任务，根据测量的结果，可以为电力系统提供用于计量、控制和继电保护等所必需的
11、信息，因此对测量工具有很高的要求，如必须具备很高的准确度和稳定性。现在对电流的测量主要采用的是以电磁感应原理为基础的电流互感器，这种传统的电磁感应式电流互感器在应用过程中，积累了丰富的实践经验，它的各种技术性能、指标均还保持着一定的优势，同时电磁感应原理简单，可靠性高，不易损坏，上述这些优点，是其的已普遍应用的原因之一。但是由于电磁式电流互感器结构原理的特性，使得它存在以下几个致命缺点：（1）存在绝缘问题，冲油的电磁式电流互感器使用在高压环境时，有可能发生绝缘击穿，从而引起对地断路或者突然爆炸的危险；（2）出现磁饱和的问题，电流互感器铁芯在被测量电流异常增大的时候，将出现磁饱和，这严重的影响了
12、电流互感器的测量精确度；（3）存在电磁干扰问题，在高压环境中，电磁式电流互感器信号通过导线传输时将受到严重的电磁干扰，影响测量准确度；（4）成本问题，电磁式电流互感器的成本随着被测量电流等级的增大，成指数增加这些电磁式电流互感器的缺点是由其基本结构造成的，是无法改变的。因此，在这种情况下研究新型的电流传感器，光纤电流传感器就孕育而生了。毕业设计（论文）2光纤电流传感器真是为了克服电磁式电流传感器的缺点而研制的，自七十年代为史以来，受到各国广泛关注。与传统电磁式电流互感器相比，光纤电流传感器具有以下优点：（1）绝缘性能非常好，从材料来说，光纤电流传感器所用的材料主要是石英光纤，它自身就是很好的绝缘体;（2）光纤电流传感器的结构中不含铁芯，因此不存在饱和、铁磁谐振等问题，测量准确度得到提高。（3）抗电磁干扰能力强，光纤电流传感器的信号由光来传输，具有抗电磁干扰性，这样测量精度也能增大。（4）光纤电流传感器的低压侧不会有因开路
