[發(fā)明專利]聚合物光波導電流傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980159542.0
• 申請日: 2009-05-25
• 公開（公告）號: CN102449491A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設計）人: 吳敏鐵
• 申請（專利權）人: 釜山大學產學協(xié)力團;株式會社正貫
• 主分類號: G01R19/165
• 分類號: G01R19/165;G01R19/15
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 韓明星

技術領域

本發(fā)明涉及一種聚合物光波導電流傳感器，更詳細地講，涉及一種能夠通過將利用聚合物光波導技術制造的光波導元件集成在一個芯片上來構成的集成光學光波導電流傳感器。

背景技術

一般來講，現有的用于測量電流的光學傳感器利用光纖來制造。這樣的用于測量電流的光學傳感器具有如下的特點，完全不改變電流流過的電路的特性且能夠以非接觸方式測量電流。與經常作為非接觸測量方式傳感器而使用的霍爾效應傳感器(hall?effect?sensor)相比，用于測量電流的光學傳感器具有可以防止由使用高電流的系統(tǒng)的周圍經常存在的電磁波導致的干涉現象和準確地測量電流的優(yōu)點。

現有的用于測量電流的光學傳感器因作為其構成要素的光學部件的價格較高，因此即使具有如上的優(yōu)點，也僅在特定領域中被使用。隨著光學通信技術發(fā)展而開發(fā)了各種光學部件，且以低價在市場中被銷售，但是構成用于測量電流的光學傳感器所必需的部件依舊保持高價。因此，擴大新的用于測量電流的光學傳感器應用領域的前提條件為，進行用于測量電流的光學傳感器的低價部件的開發(fā)和利用這些部件的高性能傳感器的開發(fā)。

用于測量電流的光學傳感器的原理為，測量沿著光纖傳播的光波的偏振狀態(tài)在相鄰的磁場的影響下的變化。這樣的磁場引起的偏振狀態(tài)變化的現象稱為法拉第效應(Faraday?effect)。但是，構成光纖的二氧化硅材料的法拉第效應非常微弱，因此通過圍繞電線周圍的光纖來傳播光，從而放大微弱的法拉第效應。當測量微弱磁場時，在電線周圍纏繞十圈以上的光纖，以與傳播距離成比例地放大法拉第效應。

理想的情況為，用于測量電流的光學傳感器僅基于電場(electric?field)引起偏振變化，但是，用于測量電流的光學傳感器具有周圍溫度的變化或者光纖的震動也引起偏振變化的問題。為了克服這種問題，廣泛地研究了利用偏振保持光纖方式的傳感器(名稱為“Fiber-optic?current?sensor(光纖電流傳感器)”、公開日為2004.05.27的第US?2004/0101228A1號公開專利；名稱為“Reflection?type?optical?fiber?current?sensor(反射型光纖電流傳感器)”，公開日為2007.02.15的第JP?2007-040884號公開專利；名稱為“Temperature-stablizied?sensor?coil?and?current?sensor(溫度穩(wěn)定的傳感器線圈)”、公開日為2005.04.28的第US?2005/0088662A1號公開專利)。但是，這樣的利用偏振保持光纖的電流傳感器包括用于調節(jié)偏振狀態(tài)的線偏振變換器和圓偏振變換器，以及光耦合器、相位調制器等的附加光學部件，且必需包含所述偏振保持光纖，因此存在系統(tǒng)變得復雜且價格上升的問題。

在用于測量電流的光學傳感器所必需的部件中，存在將偏振器和光耦合器集成在一個芯片上來構成電流傳感器的例子(名稱為“Waveguide?type?optical?part?and?optical?fiber?current?sensor?using?it(波導型光學部件和使用它的光纖電流傳感器)”、公開日為2000.02.08的JP?2000-039528號公開專利)。但是，所述第JP?2000-039528號公開專利沒有提出將構成光學電流傳感器的所有部件集成在一個芯片上的方法，能夠實現集成的光學部件明顯少。還提出，將光波導結構形成在電流流動的電線的周圍來測量波導光的偏振狀態(tài)變化的傳感器(名稱為“Polarimetic?sensor?for?the?optical?detection?of?a?magnetic?field?and?polarimetric?sensor?for?the?optical?detection?of?an?electric?current(用于光學檢測磁場的偏振傳感器和用于光學檢測電流的偏振傳感器)”、公開日2003.01.28的第US?6,512,357B2號公開專利)。但是，沒有考慮光學部件的集成。

發(fā)明內容

技術問題

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種將各種功能的光學部件集成到一個芯片上來能夠測量電流的傳感器。其目的在于，通過比現有光纖電流傳感器體積較小、制作簡單且可以大量生產的集成型電流傳感器來實現低價的高性能電流傳感器。

本發(fā)明的另一個目的在于，作為用于制造集成型電流傳感器的構成部件的方法，使用利用了聚合物材料的特性的光學元件。