光纖電流傳感器制造技術

光纖電流傳感器用于檢測電導體（18）所攜帶電流。它的光學部分包括：光源（1）；具有兩個端口（2A,2B）且每個端口包含兩條耦合臂的定向耦合器（2）；輻射偏振鏡（3）；偏振調制器（4）；與電流傳感光纖環（11）耦合的光纖線（17）；反射鏡（10）；以及光電探測器（22）。定向耦合器（2）的第一端口與光源（1）和光電探測器（22）耦合。其第二端口通過輻射偏振鏡（3）與偏振調制器（4）耦合。偏振調制器包括磁感元件（5），纏繞其上的螺線管（6）。電流傳感光纖環（11）包括嵌入式線性雙折射磁感光纖。電子部分包括用于驅動螺線管（6）的信號發生器（21）；以及用以接收光電探測器（22）光信號的信號處理單元。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及光纖電流傳感器和使用光纖電流傳感器檢測電流的技術。
技術介紹
眾所周知，光纖電流傳感器是根據法拉第效應的原理工作的。電流通過電導體(導線)產生感應磁場，感應磁場通過法拉第效應使得纏繞在傳導電流的導線上的光纖中傳播的輻射偏振面旋轉。根據磁場循環的定理，得到 β Hdl=II此處I表示電流，H表示磁場，積分是沿著圍繞載流導線的一個閉合路徑進行。若用沿長度方向的磁場靈敏度為常數的傳感光纖纏繞導線，傳感光纖電流形成回路的圈數為整數N，則電路輸出端的輻射偏振面旋轉取決于導線電流，且與產生的外部磁場無關。這樣的外部磁場包括，例如，由鄰近導線產生的電流。偏振面的旋轉角度等于(p = V$Hdl = Vmu'此處V表示光纖材料的菲爾德常數，光纖材料可以是例如二氧化硅、石英、玻璃或高分子聚合物。傳感光纖表現出沿磁場路徑的一個線性積分；當該路徑本身封閉時，該積分與導線中的電流成正比。由于電流的存在導致的輻射偏振面的旋轉通過引入傳感光纖環中帶有線性偏振的輻射和接著在偏振離開光纖環后進行分析來測量。從物理的角度，偏振面旋轉是由兩個方向相反以及大小相等的圓偏振的輻射單元引起的，這兩者之和形成了線性偏振福射，在位于縱向磁場中的傳感光纖中具有不同的傳播速度，經過傳感光纖后，導致兩者之間出現(法拉第)相移現象，其等于φι-2φ3在電流檢測的應用中，圓偏振的狀態指示了被測電流，傳感光纖應維持圓偏振狀態。光纖電流傳感器測量旋轉角f,或同樣地測量相移<pFQ眾所周知的測量電流的設備是互感式反射光學干涉儀(reciprocal reflective optical interferometer),上述例子在參考文獻 (Laming等人.)中公開。該現有技術設備包括由光纖一端連接偏振器，另一端連接光反射器(鏡)的傳感光纖制成測量用傳感光纖環。在偏振器和感應電路之間，設置分束器(定向耦合器)用以對進入裝置的光輻射分支，該裝置用于分析先向前然后自反射鏡反射后向后通過傳感光纖的光偏振面的旋轉。傳感光纖可以分成兩類。第一類包括具有低線性雙折射特性的光纖(LB型)，第二類是磁性的傳感光纖，具有嵌入式線性雙折射(旋轉光纖(spun fiber))。第二類光纖是由抽拉具有強的內置(嵌入式)線性雙折射預成型體和在抽拉過程中將預成型體旋轉而獲得。本文中，預成型體表示材料經過加工處理初步成型但還未最終成型。如參考文獻所公開，電流傳感器的檢測環使用嵌入式線性雙折射磁感光纖。參考文獻 (US 6，188，811)公開了一種光纖傳感器,包括光源，與光源稱合的偏振器，與偏振器耦合的輻射偏振壓電或電光調制器，保持輻射的線性偏振并與偏振調制器組合的保偏光纖(“PM光纖”)，與PM光纖連接的保偏四分之一波片，具有嵌入式線性雙折射并與四分之一波片相結合的磁感光纖(旋轉光纖)，在很大程度上保持了圓偏振狀態，與上述磁感光纖I禹合的輸出反射器，以及輸出端與偏振器I禹合的光電探測器。磁感光纖形成載流導線周圍的檢測環。上述美國專利6，188，811的圖IA顯示了線性電流傳感器的一個例子。來自光源的光束通過耦合器和偏振器傳播至45°的連接處夾角(splice)，在此等分成兩個偏振狀態，并在余下光路中保持。壓電雙折射調制器對這兩個偏振狀態光的相位進行分化(differentially)調制。該壓電雙折射調制器由調制器信號發生器提供的方波或正弦波形周期交替電信號驅動。光束隨后傳播通過延遲線和模式轉換器，該模式轉換器把兩個線性偏振狀態轉變成兩個圓偏振狀態，又通過優化的傳感線圈。該優化的傳感線圈繞在載流導線周圍。光束從反射端反射并沿原路折回通過光路，最終達到光電探測器。開環信號處理器把檢測到的信號轉換后傳遞至輸出端，其指示了載流導線中的電流。當上述圓偏振狀態在貫穿感應線圈能被很好保持時，則該傳感器可以實現其最佳的靈敏度(sensitivity)。而 雙折射旋轉光纖可以在一定程度上保持圓偏振狀態，這在所屬領域是眾所周知的。參考文獻中公開的專利技術，其關注點是只有圓偏振狀態被極好地維持才能使用極長的(幾百米)感應光纖。一根直的雙折射旋轉光纖可以在很長一段距離內保持圓偏振狀態，但是如果像繞在載流導線周圍那樣彎曲，則要達到上述性能會困難許多。如上述US 6，188,811中所述，為了獲得高的傳感器靈敏度，圓偏振應該在穿過傳感回路時被很好的保持。直的旋轉光纖能夠在幾百米的長度內保持圓偏振狀態，這在所屬領域是眾所周知的。然而，彎曲半徑小于約20mm時，該眾所周知的光纖的靈敏度迅速下降。對于給定長度的磁感光纖，隨著回路中光纖圈數容許數量的增加，傳感器的靈敏度因此受到限制。US 6，188，811中描述的光纖傳感器克服了單個連續光纖傳感器中許多固有的不足之處。但是，某些問題仍存在以致影響傳感器的精度。例如，為了獲得極為精準的測量結果，光學元件尤其是四分之一波片應當是理想的，并且不易受例如溫度波動和機械擾動等外部影響。事實表明，用于實現一些設備精確讀數的該理想的或近于理想的四分之一波片很難做到且制作非常昂貴。已知的壓電調制器和電光調制器具有殘留的寄生調制，從而降低了傳感器的精度。為了已知光學系統的有效調制，需要在延遲線中有相當長度(長達Ikm)的旋轉光纖(PM光纖)。與此相關的問題是PM光纖價格高。此外，光纖電流傳感器需要非常高的靈敏度。例如，在一些應用中需要控制具有高額定電流的導線(例如地下電纜)中的微小的泄漏電流。最后，現有光纖電流傳感器中的一個問題是光纖環的磁光靈敏度對光纖的外部溫度和所受到的機械應力的依賴。這種依賴限制了傳感器的精度并且需要一組復雜的保護措施用于檢測電路。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了緩解一個或多個上述問題，例如環境條件對電流檢測系統中各種元件的影響。環境條件可以包括例如溫度波動和機械力(如應力和/或振動)。受影響的元件可以包括光纖環，例如光纖本身、四分之一波片、光耦合器等。按照獨立權利要求所述的設備可以實現上述目的。從屬權利要求、詳細說明和附圖與示例性的實施方式有關，它們提供附加特征并且/或解決附加問題。提供這些實施方式以闡明本專利技術，但不對本專利技術構成限制。特別要值得注意的是四分之一波片是與溫度相關的不穩定性的重要來源，而在本專利技術的典型實施方式中可以省略。本專利技術的一方面是用于傳感電導體攜帶電流的光纖電流傳感器，該光纖電流傳感器包括光學部分和電子部分。其中光學部分包括光源；具有第一端口和第二端口的定向率禹合器，每個端口包含第一耦合臂和第二耦合臂；具有第一端口和第二端口的輻射偏振器；具有第一端口和第二端口的偏振調制器；與電流檢測光纖環第一末端和第二末端稱合的光纖線；輻射反射器；以及光電探測器。定向I禹合器第一端口的一條I禹合臂與光源I禹合，而定向I禹合器第一端口的另一條率禹合臂與光電探測器稱合。定向稱合器第二端口的一條稱合臂與福射偏振器的第一端口率禹合。輻射偏振器的第二端口與偏振調制器的第一端口耦合。偏振調制器包括磁感元件，以及纏繞其上的螺線管。電流檢測光纖環由嵌入式線性雙折射磁感光纖制成。最后，電子部 分包括配置成驅動所述螺線管的信號發生器；以及配置成接收所述光電探測器光信號的信號處理單兀。本專利技術的有益效果包括增加了光纖電流傳感器的靈敏度和精度。該有益效果的通過降低本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尤里·查莫羅夫斯基，弗拉基米爾·古賓，賽格·莫什尼夫，伊安·普瑞茲亞科夫斯基，馬克西姆·亞波科，尼古拉·斯塔羅斯汀，亞歷山大·薩左諾夫，安通·波耶夫，
申請(專利權)人：普羅夫特克封閉股份管理公司，
類型：
國別省市：