文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2013)06-0081-04
地鐵雜散電流的有效監(jiān)測(cè)能為地鐵雜散電流的腐蝕判斷及維護(hù)提供有力的依據(jù)[1]。隨著人們安全意識(shí)的不斷增強(qiáng),對(duì)地鐵雜散電流的監(jiān)測(cè)提出了越來(lái)越高的要求,傳統(tǒng)的地鐵雜散電流監(jiān)測(cè)設(shè)備愈來(lái)愈顯示出其局限性,這就對(duì)新型的地鐵雜散電流監(jiān)測(cè)技術(shù)的探索和研究提出要求。光纖電流傳感技術(shù)的快速發(fā)展,特別是其具有良好的電氣絕緣性能、卓越的抗干擾能力及極快的頻響等特點(diǎn)使其具有極大的研究和應(yīng)用前景,但其輸出信號(hào)幅值較小、光路設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜又限制了其廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代新光學(xué)材料、新光纖材料、新加工工藝的研究和應(yīng)用,集成光學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及光纖處理技術(shù)的發(fā)展為光學(xué)電流傳感器的應(yīng)用提供了巨大的可能性[2-5]。
本文研究的全光纖電流傳感器屬于偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器,其基本理論是Faraday效應(yīng)。外磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致光波發(fā)生偏振態(tài)的改變,這是Faraday效應(yīng)的本質(zhì)。有許多種研究光的偏振及偏振系統(tǒng)的方法,瓊斯矩陣就是其中較為有效的方法之一??梢允褂肑ones矩陣來(lái)表示偏振系統(tǒng)中的各種偏振相關(guān)器件的特性?,F(xiàn)有大量報(bào)道對(duì)一些偏振器件進(jìn)行了研究分析并通過(guò)解析求解出該器件的Jones矩陣[5],但是都對(duì)瓊斯矩陣進(jìn)行了簡(jiǎn)化,也就是省略掉了其存在的公共相位這一項(xiàng)。本文對(duì)光纖電流傳感系統(tǒng)中的各個(gè)偏振器件的瓊斯矩陣進(jìn)行了求解并分析各個(gè)器件的相位誤差對(duì)整個(gè)光纖電流傳感系統(tǒng)的影響,所以,對(duì)光纖電流傳感系統(tǒng)的各個(gè)器件的完整瓊斯矩陣進(jìn)行了解析求解。
光纖固有圓雙折射引入的偏轉(zhuǎn)角φT變化時(shí),光纖電流傳感器響應(yīng)隨法拉第轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系如圖3所示,隨著線(xiàn)性雙折射引入的相位延遲的增加,導(dǎo)致傳感器響應(yīng)趨于平緩,使系統(tǒng)靈敏度下降。且當(dāng)線(xiàn)性雙折射引入的相位延遲>π/2時(shí),傳感系統(tǒng)對(duì)法拉第轉(zhuǎn)角變化的響應(yīng)明顯較小,當(dāng)相位延遲π時(shí),傳感系統(tǒng)響應(yīng)基本為零。從圖中可知,當(dāng)固有圓雙折射引入的偏轉(zhuǎn)角較小(θP≤π/60)時(shí),對(duì)于某一法拉第轉(zhuǎn)角,系統(tǒng)響應(yīng)誤差較小,隨著夾角誤差θP的增加,系統(tǒng)響應(yīng)誤差相應(yīng)增大。
當(dāng)系統(tǒng)存在一定的線(xiàn)性雙折射時(shí),光纖電流傳感器響應(yīng)隨Faraday轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系如圖4所示。隨著線(xiàn)性雙折射引入的相位延遲的增加,曲線(xiàn)趨于平穩(wěn),傳感系統(tǒng)響應(yīng)靈敏度明顯下降。當(dāng)線(xiàn)性雙折射引入的相位延遲增大到π時(shí),傳感系統(tǒng)響應(yīng)基本為零。
2.4 減小線(xiàn)性雙折射的方法
從上述分析可以看出,線(xiàn)性雙折射引入的相位延遲對(duì)傳感系統(tǒng)靈敏度的影響最大。因此只要能夠有效減小或消除線(xiàn)性雙折射,其他影響因素就比較好處理。
本文利用低雙折射光纖來(lái)降低線(xiàn)性雙折射引起的誤差,低雙折射光纖的幾何截面相對(duì)于普通光纖來(lái)說(shuō)圓度比較好,而且其光軸與光纖圓度的軸線(xiàn)比較吻合。因此當(dāng)利用該種光纖來(lái)傳輸一段相對(duì)較長(zhǎng)距離的光波時(shí),其線(xiàn)偏振光能較好地保持其偏振態(tài)。主要是因?yàn)榈碗p折射光纖中傳輸光波的兩個(gè)相互垂直的基模其傳輸速度基本上能保持一致,這樣即使傳輸一定距離后也不會(huì)產(chǎn)生相位差。
經(jīng)過(guò)分析得到主要結(jié)論如下:
(1)系統(tǒng)響應(yīng)誤差隨偏振分束器的透光軸夾角誤差的增大而相應(yīng)增大,系統(tǒng)響應(yīng)隨固有圓雙折射誤差和線(xiàn)性雙折射誤差與透光軸夾角誤差發(fā)生同樣的變化。
(2)與偏振分束器的透光軸夾角誤差和線(xiàn)性雙折射相比,固有雙折射誤差造成的系統(tǒng)誤差相對(duì)來(lái)說(shuō)就小得多。
(3)偏振分束器的透光軸夾角誤差和固有雙折射誤差對(duì)整個(gè)光纖電流傳感系統(tǒng)誤差的影響都與傳感光纖的線(xiàn)性雙折射有著十分顯著的關(guān)系。隨著傳感光纖線(xiàn)性雙折射誤差造成的相位差增大,偏振分束器的透光軸夾角誤差引起的系統(tǒng)誤差越明顯, 而固有圓雙折射誤差越不明顯。
(4)傳感光纖的線(xiàn)性雙折射誤差是導(dǎo)致光纖電流傳感系統(tǒng)測(cè)量誤差的重要原因。只要有效控制線(xiàn)性雙折射誤差帶來(lái)的影響,則偏振分束器的透光軸夾角誤差和固有雙折射誤差就能相對(duì)比較好地進(jìn)行控制。本文通過(guò)采用低線(xiàn)性雙折射光纖可以有效地降低彎曲等因素帶來(lái)的線(xiàn)性雙折射。
參考文獻(xiàn)
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