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全光纤电流传感器基于光通信系统设计软件的光传输性能 Shen Tao12, Tang Miao1 , Wei Xin-lao1, Yang Qian-ru2,Yang Wen-long2, Xiong Yan-ling2. 1.中国，哈尔滨，哈尔滨理工大学，电气与电子工程学院。 2.中国，哈尔滨，哈尔滨理工大学，应用科学学院 taoshenchina@163.com. 摘 要 本文对全光纤电流互感器（传感器）调制技术进行了理论分析，并对全光纤电流传感器的功能通过软件模拟仿真。直接检测传感器传输的源函数、光学系统、光信号处理能力，并对直接探测结构中不同信号的性能进行了仿真。利用光通信系统设计软件处理脉冲信号，方案的可行性得到了验证。 关键词：全光纤电流传感器的输出信号；光通信系统设计软件 一．简介 电流互感器（CT）在电力工业中始终扮演着非常重要的角色。由于激光的发明和光纤通信的发展，电流互感器（OCT）产生的数字和模拟信号，一直是当今传感器领域的焦点[ 4 ]，引起人们越来越多的关注。近年来，他们变得更加有用，能够在电网升级中发挥越来越重要的作用。基本上可以通过光学传感器测量磁场的两个线性效应：磁光效应 T（法拉第效应）和磁力（或洛伦兹力）。现在电流互感器种类很多，根据传感机制和所使用的材料，电流互感器可以分为在四个主要群体[5,6]：全光纤电流传感器（传感器）、块状光学传感器、磁力传感器和混合传感器。 全光纤电流互感器的基本原理 光纤本身作为一个传感器的传感机理。法拉第效应是用来诱导在光纤中传播的光的偏振角的旋转，这与磁场T成正比。通常，光纤盘绕在电导体上，使它不受外界电流和磁场的影响。传感器使用非常简单的配置，因为光纤纤维可以只绕电导体进行测量。此外，传感器的灵敏度可以改变通过简单地改变周围的导体的光纤匝数[ 7 ]。 采用光纤中法拉第效应的Sagnac光纤电流互感器对高压变电站的计量、控制和保护具有很大的吸引力。优点包括传感器电子的固有电分离在接地电位从传感光纤线圈在高电压以及小尺寸和重量[ 8 ]。它们具有高精度，优越的瞬态响应，宽的带宽，和直流测量能力，使它们适合使用低功率的流量测量等风电场和太阳能电厂。全光纤电流传感器应用法拉第效应，也有一些缺点，主要是由于振动和温度引起的机械和光不稳定[9-10]。图1，一个火石纤维表示的典型的电流传感器。 图1. 全光纤电流互感器的结构 两个圆偏振具有相同的旋转角是反传播的传感线圈传感器的Sagnac配置。电流的磁场诱导两波之间的非互易相移。圆极化产生的线性极化波先于四分之一波长进入线圈。离开线圈后，圆形波再转换成线性的。椭圆芯保偏光纤传输正向和反向传播的线性波。偏振方向线性波重合，如平行的主要核心轴。 三．传感器仿真模型 optisystem是一个创新的光通信系统仿真软件，有各种类型的功能。如：设计，测试和优化。光通信系统仿真软件有一个非常大的环境模拟能力，广泛的设备和系统分类。它的性能可以通过用户设备的附加扩展设备来实现，成为光纤系统的一种广泛使用的仿真工具光纤传感系统。 3.1全光纤电流互感器的理论模型 Sagnac传感器原理图如图2所示，光波从光源通过耦合器，利用线性偏振分析仪，经过二次耦合器分为两个线性偏振光。线偏振光通过1/4波片制作成圆偏振光，偏振光进入光纤传感头。由于转移电流产生的磁场产生非互易相移，使两束直接和反向相位改变不同的圆偏振光，一个正变化，一个负变化。两圆偏振光经过1／4波片后再由光电探测器通过耦合器输出获得光功率。 图2.Sagnac传感器结构 如图3所示的仿真图的基本原理，光波从光源穿过偏振器然后通过耦合器进行1:1的耦合，它分为两个线性偏振光，两束光是经过相同的1 / 4波片和传感光纤。调制器发出调制信号调制，并与调制光波和不调制光波进行比较，输出信号处理和分析。 图3.全光纤电流互感器原理图 3.2对全光纤电流互感器仿真模型 基于上述原理Optisystem仿真结构如图4所示。 图4.传感器Optisystem仿真结构 3.3模拟结果 3.3.1结构主要构件分析 OptiSystem软件的光源模型如图5所示，中心波长为1550 nm，谱宽为40nm，光源的频谱图如图6所示。 图5.光源模型 光学频谱分析仪 . 图6.光源谱图 使用斯托克模拟偏振源输出，如图7所示。 采样信号S1 图7.极化源模拟斯托克 偏光板后的频谱图如图8所示。模拟效果理想，源分析仪后，几乎全部转化为水平极化。 采样信号S1 图8.偏光镜偏振源模拟的斯托克 图9和图10分别显示了圆偏振光转换模型和光纤环输出光条件，圆光学可见光模型光纤的精度。 采样信号椭圆显示 图9.极