基于YIG薄膜与FBG/DFB补偿的全光纤电流互感器研究

Optical current transformer（OCT）is not used widely in electric power system because of the presence of birefringence, effect of temperature on measurement, and the decrease in stability after long-time running.In this project we study an OCT strategy based on a YIG magneto-optic garnet films and FBG/DFB compensation.The power transmission theory, the magnetic materials theory, and theory and technology of optical fiber sensor are combined organically together in this strategy.The Magneto-optic properties change and the growth law of the YIG is provided by the theoretical analysis, and we propose and obtain a new doped YIG magneto-optic garnet films, which is suitable for the practical application of OCT. The law of the temperature change for OCT sensor head is further proposed by the FBG-based sensor technology and the temperature compensation method is suggested by utilizing DFB laser to realize the temperature demodulation strategy. Then, the light path structure of the sensor head is optimized by simulating method.Finally, the rationality and practicability of the research program are verified by the experiment. The new strategy proposed by this project is easy to implement and can overcome fundamentally obstacles on the road to the practical application of OCT. It provides a new feasible direction for promoting the practical application of OCT.

针对光学电流互感器（OCT）由于存在双折射、温度对测量的影响以及长期运行稳定性会降低而仍未能在电力系统中得到大面积推广应用的问题，本项目将研究一种基于YIG薄膜与FBG/DFB补偿的全光纤OCT策略。该策略可将电力传输理论、磁性材料理论、光纤传感理论与技术有机结合。通过理论分析，给出YIG薄膜的磁光特性变化和生长规律，进而提出并获得适合OCT实用化的YIG薄膜；进一步，提出了利用FBG传感技术获取OCT传感头温度变化规律，并给出利用DFB激光器实现解调策略的温度补偿方法；利用仿真方法实现传感头光路结构的优化策略；通过实验来论证研究方案的合理性和实用性。 本项目所提出的新策略，既易于实施又能够从根本上解决OCT实用化道路上的障碍，为促进OCT的实用化提供了一种切实可行的新方向。

针对光学电流互感器（OCT）由于存在双折射、温度对测量的影响以及长期运行稳定性会降低而仍未能在电力系统中得到大面积推广应用的问题，本项目研究了一种基于新型YIG掺杂磁光薄膜与FBG/DFB补偿的OCT策略。该策略将电力传输理论、磁性材料理论、光纤传感理论与技术有机结合。首先，利用第一性原理计算软件Material studio对石榴石材料YIG （Y3Fe5O12），铁氧体YFeO3以及钙钛矿氧化物BiFeO3，进行了第一性原理计算，进一步给出YIG掺杂稀土元素后的磁光特性变化和生长规律，进而提出并获得适合OCT实用化的新型YIG掺杂磁光薄膜，并在理论计算的基础上利用传统固相法以及脉冲激光沉积（PLD）法制备YIG薄膜传感头；进一步，提出了利用FBG传感技术获取OCT传感头温度变化规律，并给出利用DFB激光器实现解调策略的温度补偿方法；然后，利用仿真方法实现传感头光路结构的优化策略；最后，在仿真的基础上搭建了实验平台，通过实验来论证研究方案的合理性和实用性。.本项目的主要创新点包括三个方面：1.提出并实现了基于Bi-GdYIG薄膜型的全光纤电流互感器方案，提高了全光纤电流互感器系统的测量灵敏度和长期运行稳定性；2.提出并实现了基于微纳光纤结构的磁光薄膜型传感头方案，解决了薄膜型磁光介质不能进行高灵敏度测试的困难；3.提出并实现了基于环形衰荡结构全光纤电流互感器系统，达到了高灵敏度与长期运行稳定性的统一 。本项目所提出的新策略，既易于实施又能够从根本上解决OCT实用化道路上的障碍，为促进OCT的实用化提供了一种切实可行的新方向。