用於電流強度測量的光纖配置的製作方法

2023-08-02 13:39:11 1

專利名稱：用於電流強度測量的光纖配置的製作方法
此發明涉及一種利用法拉第效應來測量電流強度的光纖配置，環繞著電流流經的導體的磁場影響著光的偏振狀態，光通路經過以線圈形式環繞著該導體的光纖的芯部，在光纖的一個端頭有一反射表面，而在其另一端頭進行光的引入和引出。
這種配置特別適用於在高壓系統中測量處於高電位的線路中的電流。由於光束，波導是用已知為良好的電絕緣體的玻璃製成的，連接到地電位的顯示裝置相對於所測量和顯示的電流流經的處於高電位的導體的絕緣是不成問題的。
這種配置見於DE-AS2261151，其中由一光源發出的光用一起偏器引向一半透射片。由此處，偏振光進入一根有一部分繞成線圈的光纖(此處稱為光束波導「beam waveguide」)，一高壓導體沿其軸向延伸，被測電流流經該導體。在其端頭，該光纖線圈有一金屬化表面，並在那裡設有一反光鏡。偏振光通過整個光纖，由於法拉第效應的結果在光纖呈線圈形部分出現偏振平面的旋轉，它是流經導體的電流所產生的磁場的函數。在線圈的端頭，光束被反射回去，並再次通過該線圈，在這種情況下又會出現偏振平面的旋轉。在其偏振平面旋轉的光從光纖中射出，穿過半透射片，併到達一分析裝置，它確定和顯示進入光纖的光的偏振平面與從光纖射出的光的偏振平面之間夾角，在這種情況下該角度的大小正比於對磁場強度作的路徑積分值。
根據DE-AS2835794，也可見到一種利用法拉第效應來測量電流強度的光纖配置，其中環繞著電流流經的導體的磁場影響光的偏振狀態，而光通路通過以線圈形式環繞該導體的光纖的芯部。不同於DE-AS2261151，在這種配置情況下，在光纖的一端沒有反射面，而光是從一端引入又從另一端引出的，在這種情況下用光纖製成的線圈必須有兩倍的匝數，以求獲得相同的偏振平面旋轉角度，因為光只通過線圈一次。
根據這種已知的裝置以及1979年6月1日發表在《應用物理快報》第34卷第11期上的S.C.Rashleigh和R.Ulrich的文章《用雙折射光纖進行磁光電流測量》，也可知通過將光纖繞其縱軸扭轉可將圓偏振雙折射加在光纖上，由此下面所述因光纖纏繞成線圈形造成的缺點得以彌補。由於當光纖繞成線圈時的所需的彎曲，光纖截面變形為橢圓，由此會給光纖加上相當大的線偏振雙折射，而這會減弱法拉第效應，並且在差的情況下會導致無法測量或明確識別出法拉第效應。由光纖扭轉造成的圓偏振雙折射的作用是把總的已有線偏振雙折射僅僅當作是總的已有圓偏振雙折射的失真，以致不會顯著影響法拉第效應，從而使之充分起作用。
當把上述已知文獻的做法同時用於尤其是這樣的光纖配置其中繞其縱軸扭轉的光纖以線圈形式環繞著處於高電位的導體、在其端頭有一反射表面，尤其是也處於高電位，而在光纖的另一端進行光的引入和引出時，發現無法接受的過高測量誤差仍會出現，在差的情況下會達到超過100%的量值。
本發明的一個目的就是提供一種最初說明的光纖配置，它可以利用光纖的扭轉的優點並且同時降低所有其它測量誤差。
這個目的的實現是以一種已知的方式通過將光纖繞其縱軸扭轉而將圓偏振雙折射加在光纖上，並且光纖帶有反射表面的端頭設置直接靠近其另一端頭以致於整個光纖構成一本身近乎完全閉合的通路。
由本發明獲得的優點是因為光纖通路本身閉合，可以適用能量定律，同時有被測電流的導體以及可能有的鄰近導體的雜散磁場不會導致光纖中偏振平面的額外旋轉從而毀壞測量結果。
一個實施例如圖所示，並在下面作詳細說明。
用來測量電流強度的光纖配置包括一根繞其縱軸扭轉的光纖2，它從其置於透鏡7處的一端6延伸到處於高電位的導體1，環繞著該導體1繞成多匝緊密的線圈3並返回到透鏡7附近，在此處其端頭4有一校準得相對於光纖縱軸向成直角的金屬化表面。
透鏡7將從雷射器10發出並用分束器8送來的偏振光送入光纖2的端頭6。在光纖2做成線圈3的部分內，光波導受到由流經導體1的電流所產生的磁場的作用。由於法拉第效應的結果，所導光的偏振平面當其通過線圈3亦即通過磁場時被旋轉，旋轉角度的大小就是對磁場強度作的路徑積分值的量度。
過了線圈3之後，光仍然沿著光纖，到達其另一端頭4，此處在金屬化端面5上被反射回去，因而沿相反方向通過光纖2並通過線圈3區域內的磁場，在這種情況下偏振平面再次被旋轉，以致當光到達透鏡7處時總體上的偏振平面旋轉角度與光到達金屬化端面5時的旋轉角度相比被加倍。
光的引入和引出是用透鏡7來實現的。在引出時，從光纖2發出的光通過分束器8到達一分析裝置，該裝置包括另一分束器9、兩個起偏器11和12以及兩個光探測器13和14，在其中可以確定光通過光纖2時其偏振平面所歷經的並且作為流經導體1的電流強度的量度的旋轉角度。
測量誤差小得可以忽略，因為一方面通過將光纖2扭轉消除了線偏振雙折射的影響，另一方面由於光纖2的通路本身是閉合的，有被測電流的導體以及可能有的鄰近導體的雜散磁場不會導致光纖中偏振平面的額外旋轉。
權利要求
一種用法拉第效應來測量電流強度的光纖配置，環繞著電流流經的導體1的磁場影響著光的偏振狀態，光通路通過以線圈3的形式環繞著導體1的光纖2的芯部，在光纖2的端頭4有一反射表面5，而在其另一端頭6進行光的引入和引出，其特徵在於以一種已知的方式通過將光纖繞其縱軸扭轉而將圓偏振雙折射加在光纖上，並且光纖2帶有反射表面5的端頭4設置得直接靠近其另一端頭6以致於整個光纖2構成一本身近乎完全閉合的通路。
全文摘要
在利用法拉第效應測量電流強度的光纖配置情況中，環繞著電流流經的導體1的磁場影響光偏振狀態，光通路通過以線圈形式環繞導體1的光纖2的芯部，光纖2的端頭4有一反射表面5，而其另一端進行光的引入和引出，實現利用光纖扭轉的優點並降低所有額外測量誤差的目的是靠以已知方式將光纖繞其縱軸扭轉而將圓偏振雙折射加在光纖上並使光纖2帶有反射表面5的端頭4設置得直接靠近另一端頭6以致整個光纖2構成一本身近乎閉合的通路。
文檔編號G01R15/24GK1051427SQ90104758
公開日1991年5月15日 申請日期1990年7月19日 優先權日1989年7月19日
發明者迪爾克·佩爾, 霍爾格·海爾希 申請人:Mwb變壓器股份公司