[發明專利]光纖電流傳感器

有效

• 申請號: 01101389.3
• 申請日: 2001-01-05
• 公開（公告）號: CN1308237A
• 公開（公告）日: 2001-08-15
• 發明（設計）人: K·波納特;J·尼林
• 申請（專利權）人: ABB研究有限公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 程天正,張志醒

本發明涉及一種如權利要求1的前序部分所述的光纖電流傳感器。

EP-A-0’856’737曾公開過這種類型的光纖電流傳感器。它具有一個包有導電體、且繞成線圈形狀的磁光活性傳感纖維。該傳感纖維的至少一端通過相位滯后元件被接在另一個光纖、也即所謂的導出導回纖維上，光便通過該導出導回纖維與光纖傳感器進行輸入輸出耦合。傳感纖維典型地由石英玻璃制成，且具有圓形的芯斷面。在該傳感纖維內傳播圓偏振光。所述的導出導回纖維優選地具有橢圓形芯斷面，并傳播線偏振光。在傳感纖維和導出纖維之間安放了一個雙折射的纖維段，以便作用為相位滯后元件。該纖維段具有一些主光軸，它們以45°對準所述導出導回纖維的主軸。通常，纖維段的長度作如此選擇，使得該纖維段作用為一種λ/4相位滯后元件。由此，它把導出導回纖維的線偏振光變成在傳感纖維內傳播的圓偏振光。

傳感纖維以賽格納克干涉儀的形式工作，或者當其一端被鏡面化時以反射干涉儀的形式工作。在該兩種情形下，傳感纖維內傳播有兩種圓偏振光波。對此，在賽格納克干涉儀的情形下所述兩種波是反向傳播的，而在反射干涉儀的情形下是同向傳播的。在賽格納克干涉儀中，兩種波的偏振意義是相同的，其中，它們向左或向右進行圓偏振。在反射干涉儀中，它們具有相反的偏振意義。

若導電體有電流流過，該電流便產生磁場，由該磁場在所述兩種反向或同向傳播的光波之間產生一個互差的相移。該效應被稱為磁光效應或法拉第效應。在此，所形成的相移與電流成比例，并在所述的賽格納克配置時為

Δφ_S=2VNI??????????????????(1)以及在所述反射配置時為

Δφ_R=4VNI??????????????????(2)，其中，V表示纖維的費爾德常數，N表示線圈內的纖維匝數，且I表示電流強度。

在EP-A-0’856’737中講述過的傳感纖維是不受機械應力限制的，這樣，所獲得的傳感信號便不會受取決于溫度的、由應力引起的線性雙折射的干擾。但是，費爾德常數V依然與溫度有依賴關系，即便在纖維線圈無應力的理想情況下，該依賴關系都是不可忽略的。因此，對于石英纖維的情況，每攝氏度的溫度依賴性約為0.7×10^-4。由此，當溫度波動為100攝氏度時，傳感信號變化為0.7％。然而，當電流傳感器應用在高壓設備內時，電流測量經常需要有非常高的準確性。在溫度范圍為-40攝氏度～+80攝氏度時，典型值為±0.2％。

因此，本發明的任務在于，創造一種文章開頭所述類型的光纖電流傳感器，它具有改善過的溫度補償。

該任務由具有權利要求1所述特征的電流傳感器來實現。

根據本發明，電流傳感器帶有至少一個具有溫度依賴性的相位滯后元件，并由該溫度依賴性至少近似地對傳感纖維的費爾德常數的溫度依賴性進行補償。

該補償通過如下方式來進行，即相位滯后元件具有一個相應的相位滯后角，該滯后角與理想相位滯后元件的相位滯后角有偏差。在此，根據相位滯后元件的溫度依賴性的符號，將該滯后角選擇得大于或小于理想相位滯后元件的相位滯后角，譬如大于或小于理想的λ/4段的90°相位滯后角。

在賽格納克干涉儀的情況下，還根據相位滯后元件的快軸的相對對準來選擇所述的相位滯后角。

優選地，相位滯后元件為一種具有橢圓形芯斷面的雙折射纖維段，其中，通過選擇段的長度可以調整相位滯后角。

其它的優選實施方案由從屬權利要求給出。

下面借助附圖示出的優選實施例來詳細說明本發明的主題。圖中：

圖1示出了一種賽格納克干涉儀形式的光纖電流傳感器的簡圖；

圖2以溫度的函數形式示出了標準化比例因子的圖形；

圖3以偏差δ的函數形式示出了圖1所示傳感器的標準化比例因子的圖形，所述偏差δ是與理想λ/4段的90°相位滯后角的偏差；

圖4為在反射配置下的光纖電流傳感器的簡圖。

圖1示出了在賽格納克配置下的光纖電流傳感器。其基本的結構和作用方式可以從文章開頭所引用的現有技術中獲知。對此下文不再詳細講述。

具有圓形芯斷面的傳感纖維1圍著導電體S繞成線圈形。傳感纖維1的第一端接在導出纖維2上，第二端接在導回纖維3上。導出導回纖維2、3優選地具有橢圓形的芯斷面。導出導回纖維2、3與傳感纖維1的連接是通過至少各一個(確切地說此處是一個)相位滯后元件4、5而產生的。