光纤电流传感器制造技术

光纤电流传感器用于检测电导体（18）所携带电流。它的光学部分包括：光源（1）；具有两个端口（2A,2B）且每个端口包含两条耦合臂的定向耦合器（2）；辐射偏振镜（3）；偏振调制器（4）；与电流传感光纤环（11）耦合的光纤线（17）；反射镜（10）；以及光电探测器（22）。定向耦合器（2）的第一端口与光源（1）和光电探测器（22）耦合。其第二端口通过辐射偏振镜（3）与偏振调制器（4）耦合。偏振调制器包括磁感元件（5），缠绕其上的螺线管（6）。电流传感光纤环（11）包括嵌入式线性双折射磁感光纤。电子部分包括用于驱动螺线管（6）的信号发生器（21）；以及用以接收光电探测器（22）光信号的信号处理单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光纤电流传感器和使用光纤电流传感器检测电流的技术。
技术介绍
众所周知，光纤电流传感器是根据法拉第效应的原理工作的。电流通过电导体(导线)产生感应磁场，感应磁场通过法拉第效应使得缠绕在传导电流的导线上的光纤中传播的辐射偏振面旋转。根据磁场循环的定理，得到 β Hdl=II此处I表示电流，H表示磁场，积分是沿着围绕载流导线的一个闭合路径进行。若用沿长度方向的磁场灵敏度为常数的传感光纤缠绕导线，传感光纤电流形成回路的圈数为整数N，则电路输出端的辐射偏振面旋转取决于导线电流，且与产生的外部磁场无关。这样的外部磁场包括，例如，由邻近导线产生的电流。偏振面的旋转角度等于(p = V$Hdl = Vmu'此处V表示光纤材料的菲尔德常数，光纤材料可以是例如二氧化硅、石英、玻璃或高分子聚合物。传感光纤表现出沿磁场路径的一个线性积分；当该路径本身封闭时，该积分与导线中的电流成正比。由于电流的存在导致的辐射偏振面的旋转通过引入传感光纤环中带有线性偏振的辐射和接着在偏振离开光纤环后进行分析来测量。从物理的角度，偏振面旋转是由两个方向相反以及大小相等的圆偏振的辐射单元引起的，这两者之和形成了线性偏振福射，在位于纵向磁场中的传感光纤中具有不同的传播速度，经过传感光纤后，导致两者之间出现(法拉第)相移现象，其等于φι-2φ3在电流检测的应用中，圆偏振的状态指示了被测电流，传感光纤应维持圆偏振状态。光纤电流传感器测量旋转角f,或同样地测量相移<pFQ众所周知的测量电流的设备是互感式反射光学干涉仪(reciprocal reflective optical interferometer),上述例子在参考文献 (Laming等人.)中公开。该现有技术设备包括由光纤一端连接偏振器，另一端连接光反射器(镜)的传感光纤制成测量用传感光纤环。在偏振器和感应电路之间，设置分束器(定向耦合器)用以对进入装置的光辐射分支，该装置用于分析先向前然后自反射镜反射后向后通过传感光纤的光偏振面的旋转。传感光纤可以分成两类。第一类包括具有低线性双折射特性的光纤(LB型)，第二类是磁性的传感光纤，具有嵌入式线性双折射(旋转光纤(spun fiber))。第二类光纤是由抽拉具有强的内置(嵌入式)线性双折射预成型体和在抽拉过程中将预成型体旋转而获得。本文中，预成型体表示材料经过加工处理初步成型但还未最终成型。如参考文献所公开，电流传感器的检测环使用嵌入式线性双折射磁感光纤。参考文献 (US 6，188，811)公开了一种光纤传感器,包括光源，与光源稱合的偏振器，与偏振器耦合的辐射偏振压电或电光调制器，保持辐射的线性偏振并与偏振调制器组合的保偏光纤(“PM光纤”)，与PM光纤连接的保偏四分之一波片，具有嵌入式线性双折射并与四分之一波片相结合的磁感光纤(旋转光纤)，在很大程度上保持了圆偏振状态，与上述磁感光纤I禹合的输出反射器，以及输出端与偏振器I禹合的光电探测器。磁感光纤形成载流导线周围的检测环。上述美国专利6，188，811的图IA显示了线性电流传感器的一个例子。来自光源的光束通过耦合器和偏振器传播至45°的连接处夹角(splice)，在此等分成两个偏振状态，并在余下光路中保持。压电双折射调制器对这两个偏振状态光的相位进行分化(differentially)调制。该压电双折射调制器由调制器信号发生器提供的方波或正弦波形周期交替电信号驱动。光束随后传播通过延迟线和模式转换器，该模式转换器把两个线性偏振状态转变成两个圆偏振状态，又通过优化的传感线圈。该优化的传感线圈绕在载流导线周围。光束从反射端反射并沿原路折回通过光路，最终达到光电探测器。开环信号处理器把检测到的信号转换后传递至输出端，其指示了载流导线中的电流。当上述圆偏振状态在贯穿感应线圈能被很好保持时，则该传感器可以实现其最佳的灵敏度(sensitivity)。而 双折射旋转光纤可以在一定程度上保持圆偏振状态，这在所属领域是众所周知的。参考文献中公开的专利技术，其关注点是只有圆偏振状态被极好地维持才能使用极长的(几百米)感应光纤。一根直的双折射旋转光纤可以在很长一段距离内保持圆偏振状态，但是如果像绕在载流导线周围那样弯曲，则要达到上述性能会困难许多。如上述US 6，188,811中所述，为了获得高的传感器灵敏度，圆偏振应该在穿过传感回路时被很好的保持。直的旋转光纤能够在几百米的长度内保持圆偏振状态，这在所属领域是众所周知的。然而，弯曲半径小于约20mm时，该众所周知的光纤的灵敏度迅速下降。对于给定长度的磁感光纤，随着回路中光纤圈数容许数量的增加，传感器的灵敏度因此受到限制。US 6，188，811中描述的光纤传感器克服了单个连续光纤传感器中许多固有的不足之处。但是，某些问题仍存在以致影响传感器的精度。例如，为了获得极为精准的测量结果，光学元件尤其是四分之一波片应当是理想的，并且不易受例如温度波动和机械扰动等外部影响。事实表明，用于实现一些设备精确读数的该理想的或近于理想的四分之一波片很难做到且制作非常昂贵。已知的压电调制器和电光调制器具有残留的寄生调制，从而降低了传感器的精度。为了已知光学系统的有效调制，需要在延迟线中有相当长度(长达Ikm)的旋转光纤(PM光纤)。与此相关的问题是PM光纤价格高。此外，光纤电流传感器需要非常高的灵敏度。例如，在一些应用中需要控制具有高额定电流的导线(例如地下电缆)中的微小的泄漏电流。最后，现有光纤电流传感器中的一个问题是光纤环的磁光灵敏度对光纤的外部温度和所受到的机械应力的依赖。这种依赖限制了传感器的精度并且需要一组复杂的保护措施用于检测电路。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了缓解一个或多个上述问题，例如环境条件对电流检测系统中各种元件的影响。环境条件可以包括例如温度波动和机械力(如应力和/或振动)。受影响的元件可以包括光纤环，例如光纤本身、四分之一波片、光耦合器等。按照独立权利要求所述的设备可以实现上述目的。从属权利要求、详细说明和附图与示例性的实施方式有关，它们提供附加特征并且/或解决附加问题。提供这些实施方式以阐明本专利技术，但不对本专利技术构成限制。特别要值得注意的是四分之一波片是与温度相关的不稳定性的重要来源，而在本专利技术的典型实施方式中可以省略。本专利技术的一方面是用于传感电导体携带电流的光纤电流传感器，该光纤电流传感器包括光学部分和电子部分。其中光学部分包括光源；具有第一端口和第二端口的定向率禹合器，每个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辐射偏振器；具有第一端口和第二端口的偏振调制器；与电流检测光纤环第一末端和第二末端稱合的光纤线；辐射反射器；以及光电探测器。定向I禹合器第一端口的一条I禹合臂与光源I禹合，而定向I禹合器第一端口的另一条率禹合臂与光电探测器稱合。定向稱合器第二端口的一条稱合臂与福射偏振器的第一端口率禹合。辐射偏振器的第二端口与偏振调制器的第一端口耦合。偏振调制器包括磁感元件，以及缠绕其上的螺线管。电流检测光纤环由嵌入式线性双折射磁感光纤制成。最后，电子部 分包括配置成驱动所述螺线管的信号发生器；以及配置成接收所述光电探测器光信号的信号处理单兀。本专利技术的有益效果包括增加了光纤电流传感器的灵敏度和精度。该有益效果的通过降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里·查莫罗夫斯基，弗拉基米尔·古宾，赛格·莫什尼夫，伊安·普瑞兹亚科夫斯基，马克西姆·亚波科，尼古拉·斯塔罗斯汀，亚历山大·萨左诺夫，安通·波耶夫，
申请(专利权)人：普罗夫特克封闭股份管理公司，
类型：
国别省市：