[發明專利]傳感器用光纖以及電力裝置監視系統

有效

• 申請號: 201380015790.4
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN104185793A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 今岡功;須崎嘉文;巖田弘;中川清
• 申請（專利權）人: 株式會社豐田自動織機;國立大學法人香川大學;獨立行政法人國立高等專門學校機構
• 主分類號: G01R15/22
• 分類號: G01R15/22;G01D5/353;G01K11/12;G01R19/03
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 舒艷君;李洋

技術領域

本發明涉及傳感器用光纖、和具備該傳感器用光纖的電力裝置監視系統。

背景技術

為了監視電池、發電機等的情況需要電流、電壓的測量。在以往的電流傳感器、電壓傳感器中，例如使用電磁感應的原理進行測量。

另外，作為不是用于測量電流、電壓，而是測量溫度的傳感器，利用形成了FBG(光纖布拉格光柵)的光纖。所謂的FBG是使光纖的芯線的折射率以沿軸向的規定的長度周期(光柵周期)變化的衍射光柵，具有針對進入光纖的入射光，反射與光柵周期對應的特定的波長(布拉格波長)的光，并透過剩余的光這樣的特性。若FBG根據溫度變化而熱膨脹，則隨之光柵周期變化。布拉格波長相對于光柵周期的變化線性地變化，所以能夠基于布拉格波長的變化量測量溫度。另外，若在一根光纖上形成多個FBG則能夠進行測量多個位置的溫度的多點溫度測量。例如專利文獻1公開了作為進入光纖的入射光的光源使用激光，并利用設置在飛機的外板上的多個FBG測量溫度的溫度測量系統。

此外，作為不是溫度傳感器用的光纖的構成的例子，專利文獻2記載了對光纖的包覆層的外周部實施了金屬化處理的光部件。

專利文獻1:日本特表2009－516855號公報

專利文獻2:日本特開2004－29691號公報

然而，在以往的電流傳感器、電壓傳感器中，測量值所包含的誤差比較大，存在難以進行高精度的測量這樣的問題。

另外，在以往的傳感器用光纖中，存在不能測量電流、電壓這樣的問題。例如在專利文獻1以及2沒有對使用光纖測量電流、電壓的記載，另外，直接使用專利文獻1以及2所記載的光纖也不能進行電流、電壓的測量。

發明內容

本發明是為了解決這樣的問題而提出的，目的在于提供能夠以較高的精度測量電流或者電壓的傳感器用光纖以及電力裝置監視系統。

為了解決上述的問題，本發明的傳感器用光纖具備：FBG，其使傳感器用光纖的芯線的折射率沿入射光傳播的方向周期性地變化；金屬層，其覆蓋FBG；以及一對電極，其設置于金屬層。

根據這樣的結構，在應該測量的電流(或者與應該測量的電壓對應的電流)流過金屬層的情況下，金屬層的發熱量與該電流的強度對應地變化。而且，FBG與金屬層的發熱量和因金屬層的熱量引起的膨脹的應力對應地伸長而布拉格波長變化，且隨之透過FBG的光的波長變化。

也可以為金屬層包含電阻金屬材料。

也可以為金屬層因該金屬層所產生的焦耳熱而在入射光傳播的方向伸縮。

也可以為傳感器用光纖具備多個FBG，FBG中的一個具有的金屬層的電極中的一個與電阻器連接。

也可以為傳感器用光纖具備環境溫度傳感器部，環境溫度傳感器部具備與FBG不同的FBG。

也可以為FBG具備被金屬層覆蓋的金屬化部、和未被金屬層覆蓋的非金屬化部。

也可以為金屬化部的入射光傳播的方向上的合計長度與非金屬化部的入射光傳播的方向上的合計長度彼此相等。

也可以為金屬化部在FBG設置于入射光傳播的方向的中央。

另外，本發明所涉及的電力裝置監視系統具備：上述的傳感器用光纖；光源，其放射由多個波長構成的光作為入射光；分光單元，其測量透過了FBG的光或者被FBG反射的波長的帶寬；以及計算單元，其基于帶寬來計算流過金屬層的電流或者施加給金屬層的電壓。

另外，本發明所涉及的電力裝置監視系統具備：上述的傳感器用光纖；光源，其放射入射光；以及光測量單元，其測量透過了FBG的光或者被FBG反射的光。

也可以為傳感器用光纖具備多個FBG，多個FBG包含電流用FBG以及電壓用FBG，電流用FBG的金屬層以串聯的方式與電力裝置連接，電壓用FBG的金屬層的電極中的一個與電阻器連接，電壓用FBG的金屬層以并聯的方式與電力裝置連接。

也可以為光源放射由多個波長構成的光作為入射光，光測量單元是測量光的光譜的分光單元。

也可以為分光單元確定被FBG反射的布拉格波長，電力裝置監視系統基于布拉格波長，來計算流過金屬層的電流或者施加給金屬層的電壓。

也可以為傳感器用光纖具備環境溫度傳感器部，環境溫度傳感器部具備與上述的FBG不同的FBG，分光單元將被環境溫度傳感器部反射的波長作為基準布拉格波長而確定，計算單元基于布拉格波長與基準布拉格波長的差量，來計算電流或者電壓。