光纤的电流传感器制造技术

光学的电流传感器，具有一个反射干涉仪（１，１０），该传感器在其光纤传导线（２）中具有一个保持极化且用于两个相互正交极化的正向波的第一纤维支路（２０）和一个保持极化且用于两个相互正交极化的反向波的第二纤维支路（２０’）。两个纤维支路（２０，２０’）通过传感器方的耦合器（８）相互连接。第一纤维支路（２０）与一个光源（４）相连，第二纤维支路（２０’）与检测器（５）相连。所述两个纤维支路（２０，２０’）中至少有一个有效地连接了一个用于移相的装置（７）。由此可以为波的相差实现一种准静态的控制，使得对所述用于移相的装置所提出的要求要低于对在这种电流传感器中所通常使用的调相器和信号处理器所提出的要求。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及权利要求1的前序部分所述的、具有反射干涉仪的光纤电流传感器；权利要求9的前序部分所述的、用于调节这种电流传感器中的工作点的方法；以及权利要求13的前序部分所述的借助该电流传感器测量电流的方法。
技术介绍
上述光纤电流传感器曾在DE-A-4224190和G.Frosio等人的“Reciprocal reflection interferometer for a fiber-opticFaraday current senser”，应用光学，卷33第25号第6111-6122(1994)中公开过。该光纤电流传感器具有一种绕成线圈状的磁光活性传感光纤，而该传感光纤包围着一个电流导体。所述传感纤维的一端被镜面化，其另一端通过延相元件与一个保持极化的光传导纤维相连接，通过该传导纤维可以向所述的传感纤维输入或输出光。在该情形下，传导纤维用于传播被相互正交和线性地极化的光波。借助光纤的延相器，在进入传感器线圈之前将该光波转换成两个圆形极化的波，其中两个被圆形极化的波具有相反的旋转方向。在穿过传感器线圈之后，所述的两个圆形波在线圈的末端被反射，此时它们以互换的极化方向往回穿过所述的线圈。此时，如果由电流流经所述的电流导体，则该电流的磁场便在所述的两个圆形光波之间产生一个差分相移。该效应被称为磁光或法拉第效应。通过穿越线圈两次，所述的波累积了一个差分相移Δφs＝4VNI，其中V表示纤维的维尔德常数，N表示线圈中纤维绕组的数量，以及I表示通过电流导体的电流。当从线圈出来时，所述的圆形波在延相器内被再次转换成正交的线性极化的波，并通过传导纤维输入到检测系统中。与正向波相比，所述被返回的正交波的极化方向被互换。由所述电流引起的移相可以通过以下方式测出，即在一个与所述传导纤维相连接的极化器内使所述两个被反射的线性极化波产生干涉。为了获得可用的干涉信号，干涉仪的有效工作点必须被设置在余弦形干涉函数的线性区域。这借助一个具有调相器的调制单元来实现，由该调相器改变所述传导纤维内的双折射，并由此改变两个波的相差。由于正向和反向波都经过同一调相器，所以该调相器必须以与所述波的循环时间相匹配的频率来进行振荡，以便非倒易地调制两个干涉波的相差。在没有调制单元的情况下，所述两个干涉波的相差等于零。在理想情况下，所述的调制频率等于光线在干涉仪内的双倍循环时间的倒数值。该调制频率典型地位于100kHz至几MHz之间的范围，而且还可以通过至传感纤维的纤维连接(也即所述的传导纤维)的长度来确定。通过合适的解调可以确定所述电流感生的相移。这些解调技术与用于光学回转仪的技术是相同的，这譬如在R.A.Bergh等人的“AnOverview of fiber-optic gyroscopes”，J.LightwaveTechnol.2，91’107(1984)中讲述过。在此，主要将其区分为开环和闭环配置。为了使光纤电流传感器在实践中具有实用性，它需要好的长时间稳定性。遗憾的是，简单的调制单元、譬如具有压电调制器的调制单元在其幅度方面带有漂移，譬如由于温度变化的缘故。因此在现有技术中采用相当贵的、尽可能稳定的调制单元，这些调制单元集成了光调制器或用于补偿幅度波动的装置。这类装置譬如是用于确定调相幅度的测试装置，以便借助附加的调节回路使该调相幅度保持恒定。但该装置会使传感器的结构变得复杂并因此增加成本。
技术实现思路
本专利技术的任务是创造一种反射配置式的光纤电流传感器，它对调制单元、尤其是对其分析电子装置没有太高的要求。该任务通过具有权利要求1所述特征的光纤电流传感器、具有权利要求9所述特征的用于调节这种电流传感器中的工作点的方法、以及具有权利要求13所述特征的借助该电流传感器测量电流的方法来解决。在本专利技术的电流传感器中，正向和反向波在其线路的一部分上而在两个分开的纤维段中进行传播，在所述纤维段中的至少一个上有效地连接了用于移相的装置。已知的调相器适合作为这种装置。由于所述的两个段，来回的波只由同一调制器作用一次。因此可以利用一种准静态工作的调制器把所述的工作点移到正交点中，并附加地补偿两个同步波的相差中的非电流感生的波动，譬如因温度变化而引起的波动。为此，一个具有小频带、譬如约5Hz的调制器就足够了。另外，对本专利技术的电流传感器有利的是，保持极化的纤维的长度不必再与调制频率相匹配，而是可以任意地选择。实际上对所述传导纤维的长度不再存在下限要求，由此可进一步节省成本。在本专利技术方法的一种变型方案中，不仅准静态地补偿温度感生的和因其它影响所感生的相移，而且还采用一种动态的调制，该调制利用一个与需测量的交变电流相应的频率来进行。这可以利用同一调制器或利用第二个调制器来执行。在第二种情况下，所述的第二个调制器被优选地放置在另一纤维支路中。优选改进方案由从属权利要求给出。附图说明下面参考附图示出的优选实施例来详细讲述本专利技术的主题。其中图1示出了本专利技术的光纤电流传感器；图2示出了在准静态相位控制中的工作点调节图；图3示出了根据本专利技术第一实施方案的本专利技术电流传感器的检测器和调制单元；以及图4示出了根据本专利技术第二实施方案的本专利技术电流传感器的检测器。具体实施例方式在图1中示出了具有一个反射干涉仪的本专利技术光纤电流传感器。传感纤维1按线圈形状被绕在电流导体1的周围。它优选地具有圆形的芯截面，并优选地由石英玻璃组成。所述传感纤维1的第一端与传导纤维2相连接。第二端设有一个反射器10。反射器10通常通过第二纤维端的反射镜构成。传导线2至少是逐段双折射的，并因此被构成来保持极化。优选地，它具有一个椭圆形芯截面以产生双折射。但也可以采用应力感生的双折射纤维。传导线2与传感纤维1的连接通过移相元件3来实现，其中为此优选地采用一个λ/4延相纤维段。另外还设有一个光源4，其光线被传输通过所述的纤维。尤其具有小相干波长的光源适合作为这种光源，特别是超发光二极管、在激光临界值以下工作的激光二极管、LED或宽带的纤维光源。所述的传感器具有一个检测器5，由该检测器检测穿越所述传感纤维并被设成干涉的光。该检测器5通过检测信号线50与信号处理器6相连，而该信号处理器经传感信号线60把所述的传感信号传送给未示出的分析电子装置。根据本专利技术，所述的传导线2具有两个保持极化的纤维支路20、20’。具有椭圆芯的纤维段尤其适合作为纤维支路20、20’。所述的纤维支路20、20’至少具有近似相同的光学长度，也就是说它们在光源4的相干长度内是相等的。因此，在不同纤维支路中传播的两种模式或波长所积累的光程差是相等的。所述的两个纤维支路是并联连接的，并在其传感器方的那一端经保持极化的耦合器8彼此相连。在此处所示的优选实施例中，耦合器8是一个具有椭圆芯的纤维耦合器，其轴被如此地布置，使得其平行于纤维支路20、20’的轴。但也可以使用其它类型的耦合器。所述的两个纤维支路20、20’优选如此地与耦合器相连，使得正向(支路20)和反向(支路20’)波的线性极化方向相对于所述的纤维轴互换。在第一支路20平行于长芯轴进行振荡的光波在第二支路20’内是平行于短轴振荡的，或者是相反的情况。第一纤维支路、也即传导线支路20在其另一端与光源4有效连接。所述的第二纤维支路、也即检测支路20’与检测器5有效连接。传导线支路20在至光本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学的电流传感器，具有一个反射干涉仪，该反射干涉仪具有一个光纤传导线（２）和一个线圈形光传感器（１），其中所述传感器（１）的第一端被连接到所述的传导线（２）上，其第二端设有一个反射器（１０），具有至少一个用于对在所述传导线内传播的相 互正交极化的两个光波的相差进行移相的装置（７，７’），以及还具有一个检测器（５），其特征在于：所述的传导线（２）具有一个保持极化且用于两个相互正交极化的正向波的第一纤维支路（２０）和一个保持极化且用于两个相互正交极化的反向波的第二纤 维支路（２０’），其中所述的两个纤维支路（２０，２０’）通过传感器方的耦合器（８）相互连接，并且所述的第一纤维支路（２０）与一个光源（４）相连，以及所述的第二纤维支路（２０’）与所述的检测器（５）相连，而且所述的至少一个用于移相的装置（ ７）与所述的两个纤维支路（２０，２０’）之一有效地相连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K博纳特，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]