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光纤传感技术是近年来在国际国内迅速发展起来的新兴传感技术。光纤传感器的抗电磁干扰、灵敏度高、应用范围广以及便于复用等优点,使得它们越来越受到各国专家、学者的广泛重视。
电压是电力系统的基本物理量,电压传感器是电力系统的重要测量设备。光纤电压传感器是利用光电子技术和电光调制原理来实现电压测量的。其使用光作为敏感信息载体,用光纤来传递敏感信息,光信号经过光电转换之后用电子线路和计算机来处理。
基于Pockels电光效应的光纤电压传感器,利用电光晶体在外加电场作用下其折射率发生变化,使通过其中的偏振光产生人工双折射,沿感生主轴方向分解的两光束由于折射率不同,导致在晶体内传播的速度不同,从而形成相位差,两光束的相位差通过光学元件的变换,可转化为光强变化,从而实现对外施电场电压的测量。
虚拟仪器是基于计算机的仪器,以通用的计算机硬件及操作系统为依托,实现各种仪器功能。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。LabVIEW是一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
本文的主要内容包括:第一章简要介绍光纤电压传感器的研究意义与现状;第二章从理论上分析了光纤电压传感器的原理,包括光的偏振、双折射、电光效应,以及对响应的线性化近似;第三章对光纤、光源、电光晶体、接收电路、处理电路等部分进行分析,采用合适器件、设计电路,并给出光纤电压测量系统总体设计;第四章介绍虚拟仪器技术,并使用LabVIEW软件,编写程序对测量结果进行显示、去噪、求峰峰值、均值化处理,分析噪声及误差,并采用最小二乘法进行线性拟合,误差在允许范围内;第五章对本文工作的总结并提出进一步的研究方向。