[發明專利]制造具有法拉第效應的固有溫度補償的光纖電流傳感器的方法

有效

• 申請號: 201010508343.0
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN102033147A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: R·韋斯特;A·弗蘭克;K·博納特;P·加布斯
• 申請（專利權）人: ABB研究有限公司
• 主分類號: G01R3/00
• 分類號: G01R3/00;G01R19/32
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱海煜;王忠忠

技術領域

本發明涉及制造光纖電流傳感器(FOCS)，其包括暴露于要測量的電流的磁場的傳感纖維(sensing?fiber)。該類型的傳感器典型地在高電壓變電站或具有高直流電(dc)的應用中使用。

背景技術

光纖電流傳感器(FOCS)通常依賴熔融石英纖維中的法拉第效應。法拉第效應隨溫度變化。熔融石英纖維的Verdet常數(其是法拉第效應的度量)根據變化，即在例如-40℃至+80℃的操作溫度范圍內傳感器信號在0.84％內變化。然而，傳感器的許多應用要求±0.2％或±0.1％內的準確度，因此要求溫度補償的措施。在EP1107029、EP1115000和參考文獻[1]中，描述用于在干涉Sagnac和反射型光纖電流傳感器中的法拉第效應的固有溫度補償的方法。固有補償的方法消除對額外溫度傳感器的需要，其對于在高電勢的電流傳感是特別重要的。該方法利用產生正常圓形光波(在傳感纖維中傳播)的光纖延遲器的溫度依賴性。為了進行溫度補償，該延遲設置到與常規90°延遲相差非零量ε的值。延遲隨溫度的變化影響傳感器的標度因子。采用適當選擇的延遲，例如ε＝10°，延遲器對傳感器靈敏度(規格化標度因子S)的影響正好抵消Verdet常數隨溫度的變化。

根據現有技術水平延遲器初始采用過長度、即大于目標延遲的延遲來準備。適當的延遲然后通過采用逐步方式細調該延遲而達到。在每個細調步驟后，測量對傳感器的溫度依賴性的延遲器貢獻。該測量牽涉將延遲器轉變為溫度控制器，從而在某個范圍內改變延遲器溫度并且監測對于給定電流對傳感器信號的所產生的影響。細調繼續直到達到適當的補償。細調通過在纖維接合機(fiber?splicer)的電弧或加熱器燈絲中加熱延遲器完成。該加熱改變延遲器的線性雙折射從而延遲，例如通過摻雜劑擴散出纖維芯和/或通過改變纖維應力。

發明內容

本發明要解決的問題是要提供當制造FOCS時調諧用于溫度補償的延遲器的更高效的方法。

該問題由權利要求1的方法解決。

因此，該方法適應于制造光纖電流傳感器，該傳感器包括

-將暴露于要測量的電流I的磁場的傳感纖維，其中所述傳感纖維具有Verdet常數V；該傳感纖維進一步具有在熱退火后剩下的導致雙折射相位延遲δ[1、2]的彎致雙折射或殘留線性雙折射。該相位延遲δ取決于纖維的類型、纖維環的數量和半徑、纖維的制備(例如，退火等)并且它可是零或非零。

-耦合于所述纖維用于在線性和橢圓偏振之間轉換光的至少一個光纖延遲器，其中所述延遲器的慢軸處于相對于所述傳感纖維的慢軸的角度45°-β；該延遲器導致依賴于溫度的差分延遲ρ，其中

Q=1ρ·∂ρ∂T;]]>

-控制單元，其產生依賴于電流導致的相移Δφ(特別地與所述相移Δφ成比例)的傳感器信號σ，該相移可以寫為

其中并且其中N是所述傳感纖維的環的數量并且S是標度因子。

根據本發明的方法包括步驟：

-暴露所述傳感纖維于磁場；

-在初始步驟中測量所述傳感器信號σ對所述延遲器的溫度T的初始依賴性A

A=1σ·∂σ∂T;]]>

-限定傳感器信號σ對所述延遲器的溫度T的目標依賴性B