为研究光学器件对全光纤电流互感器温度稳定性的影响, 分析了起偏器、直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串扰对全光纤电流互感器的精度的影响。对每种光学器件, 在其环境温度变化范围为-40～+70 ℃时, 测试了起偏器输出光消光比变化, 以及直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串音变化情况; 也测试了对应的全光纤电流互感器的精度变化情况。测试结果表明, 直波导相位调制器、延时光纤线因环境温度变化引起的偏振串扰会引起全光纤电流互感器的精度变化, 其中直波导相位调制器是决定全光纤电流互感器的温度稳定性的关键器件。

Based on the transverse electro-optic effect of lithium niobate crystal, combined with polarizers and Faraday rotator, this paper presents a collinear closed-loop fiber optic current transformer with spatial non-reciprocity modulation method, and the feasibility of the scheme is verified by both the theoretical and experimental evidences. The detection scheme avoids the limitation of the transition time of the sensing fiber coil on the phase modulation frequency, improves the sensitivity and stability of the system, and reduces the volume and cost of fiber optic current transformer. The sawtooth wave modulation scheme is adopted to realize phase bias modulation and feedback modulation through phase shift of sawtooth wave to achieve closed-loop detection effect, which enhances the signal to noise ratio and simplifies demodulation mode. The experimental results show that the current ratio errors measured at room temperature range from 1% to 120% of rated current meet the requirements of national standard GB/T 20840.8-2007 and reach the accuracy level of 0.2S. The temperature stability of the current transformer is also tested, and the ratio error measured at the rated current does not exceed ±0.2% in the range of –30 ℃ to 50 ℃.

基于1/4波片相位延迟功能,结合起偏器与法拉第旋光器,提出了一种集起偏与相位偏置功能于一体的用于Sagnac环路中的非互易相位调制器设计方案。所提结构从根本上消除了延迟线圈对系统灵敏度的影响,降低了系统复杂度,减小了体积。实验测得该相位调制器的相对插入损耗为3.6 dB,相位偏置角度为89.9605°,实验结果能够很好地与理论分析结果吻合。提出了变比误差自补偿技术,分析得到:当温度在-40~40 ℃范围内变化时,不同制作工艺下系统的最低变比误差不超过±0.02%。

本文介绍了主流的特种光纤制备技术及其特点，并根据特种光纤在众多光纤传感领域的应用实例报道了熊猫型保偏光纤、旋转光纤、特殊环境用光纤以及分布式光纤传感用的新型光纤等特种光纤的研发方向及取得的成果。相比传统采用通信光纤的传感应用，基于特种光纤的光纤传感展现出明显的性能优势，并且衍生出多种新型传感机理的光纤传感系统。

研究了直流光纤电流互感器(DC FOCT)谐波测量误差的产生机理及性能改善方法, 建立了互感器闭环信号检测系统和滑动平均输出滤波器的离散域数学模型, 对互感器的频率响应特性进行了仿真分析。研究表明, 闭环信号检测系统的前向增益和输出滤波器的阶数是影响谐波电流测量准确度的主要因素; 在闭环稳定的前提下增大前向增益, 同时降低输出滤波器的阶数, 可有效减小谐波电流的测量误差。搭建了DC FOCT谐波电流测量误差测试平台, 实验结果表明, 在50~1200 Hz范围内, 样机测量误差不超过0.5%, 带宽大于10 kHz。

全温条件下（-40~60 ℃）测量精度误差较大是影响光纤电流互感器实用化进程的主要原因之一。传感光纤的维尔德常数随光纤内光波平均波长变化，导致系统输出变比漂移，从而降低系统的测量精度。理论分析了光谱平均波长与系统输出变比之间的关系，并通过实验验证了关系式的准确性。分别对光纤电流互感器光路各组成器件对通过光平均波长的影响进行了分析，实验测量了变温条件下平均波长变化的趋势以及程度。提出了起偏器与延迟光纤在变温条件下对平均波长影响的自补偿方案，有效的减小了传感光纤中平均波长的漂移程度。保证光纤电流互感器在变温条件下到达0.2 s级精度要求。同时为适应更高测量精度应用场合提供了参考。

光纤1/4波片是全光纤电流互感器(FOCT)的关键器件，为减小变温环境下光纤波片对互感器变比的影响，需要更精确地测试波片相位延迟随温度变化规律。基于光强测量法提出了一种适用于光纤1/4波片的相位延迟温度特性测量方法，借助琼斯矩阵，建立了测试系统的数学模型，并对波片的温度性能进行了实际测试。实验结果表明:椭芯光纤1/4波片的相位延迟与温度之间呈负系数的线性关系，且国内光纤1/4波片相位延迟温度系数远大于国外相关研究单位对应波片的温度系数。将该方法应用于FOCT变比温度误差自补偿技术，在-40 ℃~60 ℃范围内，互感器的变比误差在±0.2%以内。另外，光纤1/4波片相位延迟的温度系数越小，互感器变比温度误差的自补偿极限精度越高，初值可选范围越大。