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光学电压传感器研究
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3秒自动关闭窗口光纤电压传感器的设计与研究--《安徽理工大学》2009年硕士论文
光纤电压传感器的设计与研究
【摘要】：
传感器作为信息采集系统的关键元件,是现代测量和自动控制的主要环节。目前普遍使用的传统电磁式电压传感器存在二次短路与开路危险、磁饱和现象等缺陷。这些缺陷不仅降低了传感器的检测灵敏度,还会导致整个检测系统故障。因此迫切需要一种无电磁感应的电压检测装置。光纤电压传感器以光作为信号的载体,具有良好的电绝缘性能、不受电磁干扰、带宽高及体积小等优点,具有很高的应用价值。
论文设计了光纤电压传感器模拟系统的硬件电路;利用锗酸铋(BGO)晶体作为光纤电压传感器的传感头,分析研究了BGO晶体的泡克尔斯(Pockels)效应;针对光路扰动、温度稳定性问题,采用双光路补偿和软件修正的方法,提出了光路扰动解决方案和温度补偿方法;以小波变换为核心,在常规小波阈值去噪方法基础上,提出了基于小波变换的改进阈值函数去噪方法。
研究认为,该传感器模拟系统的设计有很好的稳定性和灵敏度,基本达到要求。双光路补偿方法可将光路中的各种扰动及光电探测器的温度漂移抵消掉,使传感器能够得到调制后的有用信号;使用改进后的小波阈值函数处理信号,信号的噪声部分被很好的抑制,而且信号较为光滑,有很高的信噪比。通过MATLAB进行仿真实验,结果表明该软件补偿方案能够得到较好的去噪效果,提高了光纤电压传感器系统性能。
【关键词】：
【学位授予单位】：安徽理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：TP212.14【目录】：
ABSTRACT6-14
1 绪论14-20
1.1 传感器的地位和作用14-15
1.2 光纤传感器的国内外现状15-18
1.3 课题研究的背景及意义18-19
1.4 本文所要做的主要工作19-20
2 光纤电压传感器的简介20-26
2.1 功能型光纤电压传感器20-22
2.1.1 马赫--泽德干涉型传感器20-21
2.1.2 光纤模--模干涉型传感器21-22
2.2 非功能型光纤电压传感器22-25
2.2.1 体调制型传感器22-23
2.2.2 面调制型传感器23-25
2.3 本章小结25-26
3 光纤电压传感器的原理26-30
3.1 双折射现象26-27
3.2 POCKELS 效应原理27-29
3.3 本章小结29-30
4 光纤电压传感器的系统硬件设计30-51
4.1 光纤电压传感器的系统总体方案30
4.2 光纤电压传感器的光路系统30-31
4.3 器件的选择31-39
4.3.1 光源31-33
4.3.2 光纤33-34
4.3.3 光源驱动电路的设计34-35
4.3.4 电光晶体35-37
4.3.5 1/4 波片37-38
4.3.6 起偏器与检偏器38-39
4.3.7 光路系统的损耗估计39
4.4 光检测器39-45
4.4.1 光检测器简介39-40
4.4.2 PIN 光电二极管40-41
4.4.3 光电转换电路41-43
4.4.4 光检测器前置放大电路43-44
4.4.5 低通滤波电路44-45
4.5 计算机数据采集系统45-50
4.5.1 数据采集的基本概念45
4.5.2 采样与量化45-46
4.5.3 采样的方式46
4.5.4 数据采集卡46-47
4.5.5 A/D 转换电路47-50
4.6 本章小结50-51
5 光纤电压传感器的系统设计结果分析51-76
5.1 光路系统的误差51-54
5.1.1 光源引起的误差51
5.1.2 LED 的调制51-54
5.1.3 光纤引起的误差54
5.2 光源的耦合损耗54-56
5.2.1 反射损耗54-55
5.2.2 面积失配损耗55
5.2.3 封装比损耗55
5.2.4 数值孔径损耗55-56
5.3 BGO 晶体对测量误差的影响56-59
5.3.1 BGO 晶体的温度特性57-58
5.3.2 BGO 晶体的温度补偿58-59
5.4 光路扰动损耗59-63
5.4.1 补偿技术的研究现状59-62
5.4.2 双光路补偿方案62-63
5.5 电路系统的误差63-65
5.5.1 内部噪声63-64
5.5.2 晶体管噪声64-65
5.6 光检测器的噪声65-67
5.6.1 高频噪声66
5.6.2 低频噪声66-67
5.7 降噪措施67-71
5.7.1 小波去噪原理67-68
5.7.2 小波阈值去噪原理68-70
5.7.3 改进的阈值函数去噪方法70-71
5.8 仿真与实验结果分析71-75
5.8.1 MATLAB 软件介绍71
5.8.2 MATLAB 仿真71-74
5.8.3 仿真结果分析74-75
5.9 本章小结75-76
6 研究总结与展望76-78
6.1 结论76
6.2 今后工作展望76-78
参考文献78-81
作者简介及读研期间主要科研成果82-83
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