东北电力大学 自动化工程学院, 吉林 132012
为了改善光纤电流互感器温度性能, 设计了引入保温腔体的光纤环传感头结构.在光纤环受温度扰动引起的热致相位差基础上, 推导并建立了光纤电流互感器系统输出误差离散化数学模型, 利用有限元分析软件分别建立了光纤环自身和光纤环配合保温腔体的有限元模型, 仿真分析了在不同温度载荷下, 保温腔体的热性能和采用设计的传感头光纤电流互感器的温度性能.仿真实验结果表明: 所设计的保温腔体能有效控制光纤环中各匝光纤的温度变化范围, 减缓光纤的温变速率, 均化光纤环温度场；采用设计的传感头的光纤电流互感器系统输出误差范围明显减小, 有效提高了系统测量精度.这对高精度的光纤电流互感器的制作和应用具有重要意义.
光纤电流互感器 热致相移 保温腔体 有限元法 温变速率 Fiber optic current sensor Thermal-induced phase shift Heat-off spool Finite element method Variable rate of temperature 光子学报
2017, 46(11): 1106003
1 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 东北电力大学自动化工程学院, 吉林 吉林 132012
提出了一种基于双芯光子带隙光纤(PBF)的单偏振(SP)定向耦合器，利用全矢量有限元方法(FEM)对其耦合特性进行了研究。结果表明：通过适当调整纤芯间微孔的大小及掺杂折射率可在耦合器获得SP特性；而纤芯间微孔椭圆率的变化并不会对其SP特性造成干扰，耦合器具有较高的结构参数容错性；通过优化参数，最终获得了一种长度仅为0.403 mm的SP定向耦合器。该耦合器在全保偏PBF(PM-PBF)谐振腔应用中， 能同时起到分束器及起偏器的作用，可以破坏次本征偏振态(ESOP)的谐振条件,有效抑制次ESOP的传输。这种具有较短长度的SP定向耦合器模场可与之前提出的PM-PBF的模场相匹配，有利于搭建起全PM-PBF谐振腔，这对抑制谐振式光纤陀螺(RFOG)热致偏振串扰噪声、提高RFOG的长期稳定性具有重要意义。
光纤光学 光子带隙光纤 单偏振定向耦合器 谐振式光纤陀螺 热致偏振串扰
1 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 东北电力大学自动化工程学院, 吉林 长春 132012
通过深入分析光纤陀螺敏感环的特点，提出了一种工艺简单的双柱型（D-CYL）绕法。通过有限元方法仿真分析了双柱型绕法环圈瞬态传热性能，对比分析了在相同变温条件下双柱型绕法与交叉绕法对陀螺性能的影响。结果表明，在对称的温度环境下，双柱型绕法在抑制陀螺温度漂移方面的效果与交叉绕法相当，两者漂移误差均低于0.01 (°)/h，与理论分析相符。
光纤光学 双柱型绕法 有限元法 光纤环 隔热腔体 热致漂移
1 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 东北电力大学自动化工程学院, 吉林 吉林 132012
提出了一种具有良好保偏(PM)特性的空芯带隙光子晶体光纤(PBF)结构，利用全矢量有限元方法(FEM)对光纤有效折射率、拍长及限制损耗特性受温度波动的影响进行了研究。研究结果表明，在1.55 μm 波长处，该PBF 的双折射高达6.19×10-3，拍长不超过0.25 mm；PBF 拍长对温度波动不敏感，拍长温度敏感系数低于2.86×10-8 m/℃，比常规的熊猫保偏光纤低两个数量级；光纤损耗对温度波动较为敏感，两正交偏振态限制损耗会随温度提高而增大。这种具有极低拍长温度敏感系数的PM-PBF 可以有效降低谐振式光纤陀螺(RFOG)中热致偏振不稳定带来的误差，在RFOG、光纤通讯、光纤传感等领域具有重要的应用价值。
光纤光学 保偏空芯带隙光子晶体光纤 全矢量有限元法 热致偏振串扰 超低拍长温度敏感性
哈尔滨工程大学自动化学院， 黑龙江 哈尔滨 150001
与传统电磁式电流互感器相比，基于法拉第效应的光纤电流传感器有许多明显的优点，因而获得了广泛的研究。萨尼亚克(Sagnac)环形电流互感器是在干涉式光纤陀螺结构上发展起来的一种互感器结构。外界环境的振动因素是抑制Sagnac光纤电流互感器的最重要因素之一。为了消除振动对电流互感器测量结果的影响，给出了一种新型的光纤电流互感器免疫方案，其基本原理是增加外部闭环线圈来补偿所受振动影响。利用琼斯矩阵对此种光纤电流互感器结构进行了详细的理论分析。理论分析及实验结果均能证明此种方案可以完全消除电流互感器在实际环境中所受振动因素的不利影响。为高精度Sagnac干涉式光纤电流互感器的实现提供了可行的解决方法。
光纤光学 法拉第效应 振动免疫 补偿光纤环 光纤传感器
Author Affiliations
Abstract
Automation College, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
A kind of highly birefringent quinquangular-core photonic crystal fiber (Q-PCF) structure is proposed and analyzed by full-vector finite element method (FEM). The modal field, effective index, and birefringence properties are investigated. From the numerical results, it is found that the birefringence of the new polarization-maintaining PCFs is at least five times larger than that of the standard highly birefringent hexagonal PCFs (H-PCFs) with the same hole pitch, hole diameter, and whole hole area as that of the new PCFs at 1 550 nm. Moreover, the modal field of the new PCFs could be better restricted than that of the standard highly birefringent H-PCFs; hence, the loss of fibers could be reduced.
光子晶体光纤 有限元法 有效折射率 模场形状 双折射 060.5295 Photonic crystal fibers 060.2280 Fiber design and fabrication 060.2420 Fibers, polarization-maintaining 260.5430 Polarization Chinese Optics Letters
2011, 9(9): 090602
高压变电站中用于电力系统电流测量的全光纤电流传感器由于具有传统电流互感器无法比拟的优点，具有广阔的应用前景。Sagnac 环形电流互感器是在干涉式光纤陀螺结构上发展起来的一种互感器结构。由于基于Sagnac 干涉仪技术的光纤陀螺的实用化，用此技术来实现 Sagnac 环形电流互感器的实用化成为电流互感器的热点。本文首先介绍了Sagnac 环形电流互感器的基本原理和结构，通过建立电流互感器的光学矩阵模型推出了电流互感器的基本公式，然后综述了其发展过程，研究成果以及存在的主要问题，重点讨论了温度漂移和温度稳定性。
Sagnac 干涉仪 法拉第效应 光纤电流互感器 发展 Sagnac interferometer Faraday effect fiber optic current sensor development
