In this paper an optical voltage sensor and an optical current sensor which can be used for the measurement of impulse voltage and current are implemented. BSO single crystal is utilized as a voltage sensor(Pockels effect cell). An rare earth doped YIG is used as a current sensor(Faraday effect cell). A new signal processing technique is adopted not only to avoid the influences o external optical fiber pertubations of transmitting optical fiber but also to improves the frequency response characteristics of the fiber-optic voltage and current sensors. Experimental results show that optical voltage sensor has maximum 2.5% error within the voltage range from 0V to 500V. and optical current sensor has maximum 2.5% error within the current range and that of optical current sensor is about 1.5% within temperature range from -2$0^{\circ}C$ to 6$0^{\circ}C$. The proposed optical sensors have good frequency response characteristics within the frequency range from DC to 10MHz.
A single body type of fiber-optic current and voltae sensor using a rare earth doped YIG and a bismuth silicon oxide single crystsl is proposed, which is used for simultaneous measurement of the AC electric current and AC electric voltage over the trasmission lines. Experimental results showed that the fiber-optic current sensor has the maximum 7.5% error within the current range of 0A to 400A, and the fiber-optic voltage sensor has the maximum 0.87% error within the current range of 0V to 400V. The output waveforms of proposed fiber-optic sensor system has a good agreement with output waveforms of conductor current and voltage. Experimental results proved that the output of fiber-optic current sensor is not affected by the electric voltage applied to the fiber-optic voltage sensor, and also, that the output of fiber-optic voltage sensor is not affected by the electric current applied to the fiber-optic current sensor.
The outstanding mechanical property of optical fiber and the merits of acoustic emission sensing technique are unified for novel sensor system. The generated ultrasonic wave from piezoelectric generator are propagated along the optical fiber and also sensed. The propagated wave can be influence by external pressure on the optical fiber or environmental circumstance. The optical fiber sensor using ultrasonic wave has advantages compare with existing sensor system. In this study, the sensitivity of the optical fiber sensor is experimentally investigated. As the applications of the optical fiber sensor system using piezoelectric ultrasonic waves, the point load on the optical fiber is measured and the monitoring system for the void fraction of two phase flows is developed. The experimental results show the linear relationship between sensed voltage and void fraction.
This paper measures the hot spot temperatures in a single-phase, 154 kV, 15/20 MVA power transformer filled with natural ester fluid using optical fiber sensors and compares them with those calculated by conventional heat run tests. A total of 14 optical fiber sensors were installed on the high-voltage and low-voltage windings to measure the hot spot temperatures. In addition, three thermocouples were installed in the transformer to measure the temperature distribution during the heat run tests. In the low-voltage winding, the hot spot temperature was $108.4^{\circ}C$, calculated by the conventional heat run test. However, the hot spot temperature measured using the optical fiber sensor was $129.4^{\circ}C$ between turns 2 and 3 on the upper side of the low-voltage winding. Therefore, the hot spot temperature of the low-voltage winding measured using the optical fiber sensor was $21.0^{\circ}C$ higher than that calculated by the conventional heat run test.
A fiber optic voltage sensor using photoelastic effect of a single-mode optical fiber, excited with a 632.8 nm He-Ne laser, is developed. The photoelastic effect is produced by piezoelectric effect for the voltage measurement. It is found that the detector output voltage is proportional to the applied voltage. Also, the frequency of the output voltage is equal to that of the applied voltage. Experimental results from a laboratory model demonstrate the feasibility of the sensor for field application in high-voltage systems.
크기가 작고 감도가 높은 중공 광섬유를 이용한 In-Line 마이켈슨 간섭계형 전압 센서를 개발하였다. 개발된 In-Line 마이켈슨 갑섭계는 끝 단면은 단일모드광섬유에 연결되어 있고 다른 끝 단면은 깨끗하게 절단된 지름이 4 um의 공기구멍을 가지고 있으며 길이가 10 mm인 중공 광섬유로 구성되어 있다. 개발된 In-Line 마이켈슨 간섭계를 PZT위에 glue를 사용하여 고정시켜 In-Line 마이켈슨 간섭계형 전압 센서를 제작하였다. 제작된 센서는 60 Hz의 AC 전압을 인가하였을 때 출력파형의 주파수는 인가전압의 크기에 비례하였다. 그리고 출력파형의 위상은 인가전압의 크기와 거의 선형적인 관계에 있었으며 센서의 감도는 $0.065{\pi}$ radian/V였다.
전기광학 소자인 비스무스 실리콘 옥사이드($Bi_{12}SiO_{20}$ : 이하 BSO라 칭함)와 편광자(polarizer), 1/4파장판(1/4 waveplate), 검광자(analyzer)와 결합하여 광변조기를 만들었고 이를 전압세선로 이용할 수 있도록 전기광학 측정 시스템을 구성하고 그 특성을 실험하였다. 송수신부인 E/O 변환기 및 O/E 변환기는 LED와 PIN-PD로 구성하여 구동되며 전송로는 코아/클래드경이 $100/140{\mu}m$인 멀티모드 광파이버를 사용하였다. 센서부와 광파이버 사이에는 셀폭 마이크로렌즈로서 결합하였다. 실험에 앞서 맥스웰 방정식과 파동방정식을 이용하여 BSO 단결성 내부에서 일어나는 광파의 전파특성에 관한 행렬식을 구하였고 센서가 갖는 광강도 변조식을 유도하였다. 실험 결과로부터 제작된 BSO 전압 센서는 교류전압 50V~800V(60Hz)에서 ${\pm}2.5{\%}$ 측정오파를 보였다. 인가전압의 증가에 따라 출력의 포화값이 커지는데 이러한 현상은 광강도 변조식에서 센서의 선광성에 기인한다는 것을 확인할 수 있었다. 센서의 온도특성 실험결과 $-20^{\circ}C~60^{\circ}C$에서 변화율은 ${\pm}0.6{\%}$ 이하로 측정되었다. 주파수 특성실험 결과 DC~100KHz까지 양호한 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
In this paper, a fiber-optic voltage sensor for measurement of impulse voltage is implemented. A BSO single crystal is used as a Pockels cell. A new signal processing technique is adopted not only to avoid the influences of external perturbations of transmitting optical fiber, but to improve the frequency response characteristics of the optical voltage sensor. Experimental results show that proposed sensor has maximum ${\pm}$2.5% error rate, and has good frequency response.
The life of a power transformer is dependent on the life of the cellulose paper, which influenced by the hot spot temperature. Thus, the determination of the cellulose paper's life requires identifying the hot spot temperature of the transformer. Currently, however, the power transformer uses a heat run test is used in the factory test to measure top liquid temperature rise and average winding temperature rise, which is specified in its specification. The hot spot temperature is calculated by the winding resistance detected during the heat run test. This paper measures the hot spot temperature in the single-phase, 154kV, 15/20MVA power transformer by the optical fiber sensors and compares the value with the hot spot temperature calculated by the conventional heat run test in the factory test. To measure the hot spot temperature, ten optical fiber sensors were installed on both the high and low voltage winding; and the temperature distribution during the heat run test, three thermocouples were installed. The hot spot temperature shown in the heat run test was $92.6^{\circ}C$ on the low voltage winding. However, the hot spot temperature as measured by the optical fiber sensor appeared between turn 2 and turn 3 on the upper side of the low voltage winding, recording $105.9^{\circ}C$. The hot spot temperature of the low voltage winding as measured by the optical fiber sensor was $13.3^{\circ}C$ higher than the hot spot temperature calculated by the heat run test. Therefore, the hot spot factor (H) in IEC 60076-2 appeared to be 2.0.
Optical fiber sensors have been proven that they have the potential to detect high-frequency ultrasonic signals, in structural health monitoring field which generally refers to acoustic emission signals from active structural damages and guided waves excited by ultrasonic actuators and propagating in waveguide. In this work, the sensing properties of optical fiber sensors based on Mach-Zehnder interferometer were investigated in the metal plate. Analytical formulas were conducted first to explore the parameters affecting its sensing performances. Due to the simple and definable frequency component, the Lamb wave excited by the piezoelectric wafer was employed to study the sensitivity of the proposed optical fiber sensors with respect to the frequency, rather than the acoustic emission signals. In the experiments, according to above investigations, spiral shape optical fiber sensors with different size were selected to increase their sensitivity. Lamb waves were excited by a circular piezoelectric wafer, while another piezoelectric wafer was used to compare their voltage responses. Furthermore, by changing the excitation frequency, the tuning frequency characteristic of the proposed optical fiber sensor was also investigated experimentally.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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