專(zhuān)利名稱(chēng)：具有減小的溫度敏感性的光纖電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有減小的溫度敏感性的光纖電流傳感器。
背景技術(shù)：
光學(xué)電流傳感器檢測(cè)電流且通常采用具有應(yīng)力雙折射的光纖光學(xué)四分之一波長(zhǎng)器件。應(yīng)力誘導(dǎo)雙折射與溫度極大地相關(guān)，因?yàn)閼?yīng)力在四分之一波長(zhǎng)器件的兩個(gè)主軸之間不均勻地變化，導(dǎo)致溫度上不同折射率中的變化。電流傳感器可能暴露于寬的溫度范圍，例如，在高壓電力工業(yè)中在室外電流互感器中使用的那些電流傳感器。典型的光纖光學(xué)電流傳感器的溫度敏感性不利地影響著其在這種溫度范圍上的精確性。

發(fā)明內(nèi)容
此處描述的一些實(shí)施例提供一種傳感器頭組件，該傳感器頭組件包含具有形狀誘導(dǎo)雙折射的四分之一波長(zhǎng)器件和耦合到該四分之一波長(zhǎng)器件且可操作為纏繞電流導(dǎo)體的感測(cè)線圈。四分之一波長(zhǎng)器件將來(lái)自保偏光纖的線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。


理解附圖僅描繪示例性實(shí)施例且因此并不被認(rèn)為在范圍上有所限制，將通過(guò)使用附圖額外具體且詳細(xì)地描述示例性實(shí)施例，在附圖中
圖IA是光纖光學(xué)電流傳感器的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖IB是單相高壓電流測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。圖2是形狀誘導(dǎo)雙折射光纖的一個(gè)實(shí)施例的圖示。圖3是形狀誘導(dǎo)雙折射光纖的示例性實(shí)施例，其偏振軸相對(duì)于保偏光纖的偏振軸以45度旋轉(zhuǎn)。圖4是使用具有形狀誘導(dǎo)雙折射光纖的電流傳感器來(lái)感測(cè)電流的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。根據(jù)共同實(shí)踐，各種描述特征未按比例繪制，而是描述來(lái)強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施例相關(guān)的特定特征。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)描述中，參考形成說(shuō)明書(shū)的一部分且在其中通過(guò)說(shuō)明方式示出特定說(shuō)明性實(shí)施例的附圖。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他實(shí)施例且可以做出邏輯、機(jī)械和電改變。而且，附圖和說(shuō)明書(shū)中提出的方法不應(yīng)解讀為限制可以執(zhí)行各個(gè)步驟的順序。因此下面的詳細(xì)描述不具有限制意義。此處描述的實(shí)施例提供某一長(zhǎng)度的形狀誘導(dǎo)雙折射光纖以在兩個(gè)線偏振態(tài)之間誘導(dǎo)四分之一波長(zhǎng)相移以形成圓偏振光。包含使用形狀誘導(dǎo)雙折射的光子晶體光纖的四分之一波長(zhǎng)器件減小電流傳感器中的溫度相關(guān)性。這改善了溫度范圍上電流傳感器的精確性。圖IA是光纖光學(xué)電流傳感器100的一個(gè)實(shí)施例的框圖。光纖光學(xué)電流傳感器100 確定流經(jīng)電流導(dǎo)體140的電流值。光纖光學(xué)電流傳感器100包含提供光路的第一端的電子和光學(xué)組件101、 線纜組件112、偏振和調(diào)制組件106以及提供光路的第二端的感測(cè)頭組件 124。電子和光學(xué)組件101產(chǎn)生的非偏振光通過(guò)線纜組件112行進(jìn)到偏振和調(diào)制組件106。 光在偏振和調(diào)制組件106中分裂成兩個(gè)線偏振波且被提供到感測(cè)頭組件124。在感測(cè)頭組件124處，兩個(gè)線偏振波被轉(zhuǎn)換成兩個(gè)圓偏振光波，由于來(lái)自電流導(dǎo)體140中的電流的磁場(chǎng)，該圓偏振光波從暴露起基本維持它們之間的相對(duì)相移，且通過(guò)系統(tǒng)100行進(jìn)回到電子和光學(xué)組件101，在那里，光中的相移被解析成在電流導(dǎo)體140中流動(dòng)的電流的量度。電子和光學(xué)組件101包含光源102、耦合器104、檢測(cè)器130和信號(hào)處理電路132。 光源102向光學(xué)光纖110提供經(jīng)過(guò)耦合器104的光。耦合器104是分束器，其傳送從光源 102行進(jìn)的光且將來(lái)自感測(cè)頭組件124的光引導(dǎo)到檢測(cè)器130。光行進(jìn)通過(guò)線纜組件112且然后進(jìn)入偏振和調(diào)制組件106。偏振和調(diào)制組件106還包括溫度傳感器134以測(cè)量溫度(例如，室外溫度)，其在某些實(shí)施例中用于電流傳感器輸出的實(shí)時(shí)熱補(bǔ)償。在另一實(shí)施例中，電子和光學(xué)組件101被封裝在保護(hù)遮蓋物、建筑物等中。在偏振和調(diào)制組件106中，光傳送經(jīng)過(guò)接頭114-1。在一個(gè)實(shí)施例中，接頭114_1 是連接器。接頭114-1接合光纖110到偏振器輸入光纖117，該偏振器輸入光纖將光引導(dǎo)向偏振器116。偏振器116使光線偏振。偏振器在其輸入和輸出處耦合到兩股保偏光纖117， 每股具有取向?yàn)槠衿?16的通軸的其主軸之一。在這種情況中，偏振器輸出光纖117在 114-2處以45度的入射角接合到保偏(PM)光纖118，形成經(jīng)過(guò)PM光纖118的額定相等幅度的兩個(gè)共同傳播的線偏振波。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)經(jīng)過(guò)偏振器116時(shí)，光從非偏振態(tài)變化為線偏振。在另一實(shí)施例中，光源102發(fā)射線偏振光且接頭114-1被相對(duì)于光纖117具有約45度接頭的短長(zhǎng)度保偏光纖代替，從而確保至少一半的光經(jīng)過(guò)偏振器。當(dāng)兩個(gè)線偏振光波傳播經(jīng)過(guò)PM光纖118時(shí)，每個(gè)光波的偏振得以維持。光纖118纏繞伸展光纖的壓電圓柱體以影響兩個(gè)線偏振波之間的不同相移。在圖IA中示出的實(shí)施例中，PM光纖118至少足夠長(zhǎng)以用作PM延遲線119以確保當(dāng)光波從感測(cè)頭組件124返回時(shí)光波之間的差分相位調(diào)制不失效。PM延遲線119允許檢測(cè)器130上的信號(hào)的AC偏置和相位敏感檢測(cè)。線偏振光然后進(jìn)入感測(cè)頭組件124。感測(cè)頭組件124包含四分之一波長(zhǎng)器件120、 感測(cè)線圈126和鏡子122。四分之一波長(zhǎng)器件120是具有已知雙折射的光纖，該已知雙折射誘導(dǎo)沿著光纖的兩個(gè)主軸的線偏振光波之間的有效折射率差。該雙折射被稱(chēng)為形狀誘導(dǎo)雙折射且由沿著四分之一波長(zhǎng)器件120的芯和覆層的形狀的兩個(gè)主軸的差異形成。四分之一波長(zhǎng)器件120因而具有高雙折射，該高雙折射具有在值方面適當(dāng)不同的針對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)的兩個(gè)折射率，這影響著光波通過(guò)光纖的傳播。在一個(gè)實(shí)施例中，折射率差大約是光纖的折射率的0. 1%。在一個(gè)實(shí)施方式中，四分之一波長(zhǎng)器件120的光纖的平均折射率約為1. 47。形狀誘導(dǎo)雙折射光纖導(dǎo)致對(duì)應(yīng)于較高折射率的光波的一個(gè)分量比對(duì)應(yīng)于較低折射率的光波的另一分量更緩慢地傳播。例如，光纖中光的速度在一個(gè)方向上比在正交方向上(例如，分別沿著X軸和y軸)更慢。傳播速度中的這一差異是由于光纖的形狀或幾何結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗姆种徊ㄩL(zhǎng)器件120具有形狀誘導(dǎo)雙折射而不是應(yīng)力誘導(dǎo)雙折射，所以它對(duì)溫度變化更不敏感。進(jìn)而，四分之一波長(zhǎng)器件120中的所需四分之一波長(zhǎng)的光學(xué)相差對(duì)溫度波動(dòng)十 分不敏感。由于其偏振軸相對(duì)于PM光纖118的線偏振軸以45度旋轉(zhuǎn)，四分之一波長(zhǎng)器件120 將來(lái)自PM光纖118的一個(gè)軸的一個(gè)線偏振光波轉(zhuǎn)換成一個(gè)圓偏振光波，例如右圓偏振光。 類(lèi)似地，四分之一波長(zhǎng)器件120還將來(lái)自于PM光纖118的另一軸的另一線偏振光波轉(zhuǎn)換成正交的圓偏振光波，例如左圓偏振光?，F(xiàn)在的圓偏振光波沿著前向路徑128行進(jìn)，經(jīng)過(guò)纏繞電流導(dǎo)體140的感測(cè)線圈126。圓偏振光波從鏡子122反射，在鏡子處，原先右圓偏振波變成左圓偏振且原先左圓偏振波變成右圓偏振。每個(gè)波然后遵循反向路徑129通過(guò)感測(cè)線圈 126傳播回來(lái)，且光重新行進(jìn)它來(lái)時(shí)的路徑的部分。誘導(dǎo)與當(dāng)電流流經(jīng)電流導(dǎo)體140時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)成比例的磁場(chǎng)。通過(guò)法拉第效應(yīng)， 磁場(chǎng)影響傳播通過(guò)感測(cè)線圈126的光。當(dāng)圓偏振光波在前向方向128中傳播通過(guò)感測(cè)線圈 126時(shí)，在圓偏振光波的相位之間將發(fā)生相移。由于光波從鏡子122反射且在反向方向129 中經(jīng)過(guò)感測(cè)線圈126，相移翻倍。前向路徑128和反向路徑129中的圓偏振光波之間的相移量用于計(jì)算流經(jīng)電流導(dǎo)體140的電流。相移與電流的比例通過(guò)導(dǎo)體140周?chē)母袦y(cè)線圈 126的匝數(shù)以及通過(guò)感測(cè)線圈126中的材料的維爾德常數(shù)來(lái)確定。維爾德常數(shù)描述了給定材料中法拉第效應(yīng)的強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施方式中，感測(cè)線圈126包含熔融石英。因而，為了實(shí)現(xiàn)前向路徑128和反向路徑129中的光波之間的相移的測(cè)量，光在進(jìn)入感測(cè)線圈126之前被從線偏振態(tài)轉(zhuǎn)換成圓偏振態(tài)。如上面所討論的，光通過(guò)偏振器116 被線偏振。光通過(guò)具有高雙折射的形狀誘導(dǎo)雙折射四分之一波長(zhǎng)器件120的傳播確保了感測(cè)線圈126中的光的偏振態(tài)是圓的。光沿著反向路徑129折回其路徑到耦合器104。耦合器104將至少部分入射束引導(dǎo)向檢測(cè)器130。檢測(cè)器130確定當(dāng)光在感測(cè)線圈126中行進(jìn)時(shí)由電流導(dǎo)體140的磁場(chǎng)誘導(dǎo)的光中的相差。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)器130包含光電二極管、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和檢測(cè)相移的相位敏感數(shù)字解調(diào)器。該相移被提供到信號(hào)處理電子器件132，其使用相移來(lái)計(jì)算電流導(dǎo)體140中的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)處理電子器件132包含現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)或任意其他合適的處理電路。信號(hào)處理電子器件132還耦合到溫度傳感器134和壓電換能器136。壓電換能器 136伸展PM光纖118以形成在PM光纖118中行進(jìn)的兩個(gè)線偏振態(tài)之間的路徑長(zhǎng)度中的正弦變化差異。在一個(gè)實(shí)施方式中，PM光纖118的一部分纏繞壓電換能器136。路徑長(zhǎng)度中的正弦變化差異在檢測(cè)器130處誘導(dǎo)兩個(gè)干涉光波之間的調(diào)制(被稱(chēng)為AC偏置)，使得由于電流導(dǎo)致的相位延遲的測(cè)量被轉(zhuǎn)換成在應(yīng)用到壓電換能器136的調(diào)制頻率處的信號(hào)。信號(hào)處理電子器件132產(chǎn)生調(diào)制源且向檢測(cè)器130內(nèi)的數(shù)字解調(diào)器提供用于解調(diào)信號(hào)的參考。 在一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)器130處的干涉信號(hào)被偏置為敏感設(shè)置點(diǎn)，使得由于電流流動(dòng)導(dǎo)致的小相移被檢測(cè)。當(dāng)輸入信號(hào)是AC信號(hào)時(shí)，檢測(cè)器130還對(duì)相移敏感，因而具有減小的低頻Ι/f噪聲。在另一實(shí)施例中，溫度傳感器用于補(bǔ)償這一事實(shí)感測(cè)線圈126內(nèi)的光纖的維爾德常數(shù)是熱敏感的。信號(hào)處理電子器件132使用環(huán)境溫度(例如室外溫度)和隨著PM光纖118溫度的維爾德常數(shù)變化來(lái)校正由于溫度中的變化導(dǎo)致的誤差。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)光纖110是單模(SM)光纖且線纜組件112是耐用(rugged) SM光纖線纜。在另一實(shí)施例中，保偏(PM)光纖118代替線纜112和光纖110。在又一實(shí)施例中，第二偏振器位于輸入路徑一端附近以確保進(jìn)入四分之一波長(zhǎng)器件120的光是線偏振的。此處描述的技術(shù)可以與其他干涉測(cè)量技術(shù)一起使用且本領(lǐng)域中使用的信號(hào)處理用于解析光中的相位差。圖IB是高壓系統(tǒng)150的實(shí)施例的示意圖。高壓系統(tǒng)150確定流經(jīng)高壓電源線154 的電流。高壓系統(tǒng)150實(shí)施圖IA所示的光纖光學(xué)電流傳感器100且包含電子和室內(nèi)光學(xué)器件101、線纜組件112、偏振和調(diào)制組件106、絕緣體組件108和傳感器頭組件124。電子和室內(nèi)光學(xué)器件101產(chǎn)生用于感測(cè)在高壓系統(tǒng)150中行進(jìn)的電流的光且從光中的誘導(dǎo)相移中計(jì)算電流。電子和室內(nèi)光學(xué)器件101例如包含圖IA的光源102、耦合器104、檢測(cè)器130 和信號(hào)處理電子器件132。

在圖IB中示出的示例性實(shí)施例中，電子和室內(nèi)光學(xué)器件101輸出通過(guò)線纜組件 112傳播到偏振和調(diào)制組件106的非偏振光。偏振和調(diào)制組件106將非偏振光轉(zhuǎn)換成線偏振光。該線偏振光行進(jìn)經(jīng)過(guò)絕緣體組件108，該絕緣體組件108是包含PM光纖的絕緣柱， 該P(yáng)M光纖維持線偏振光且將其屏蔽免受環(huán)境影響。絕緣體組件108將光從地水平提升到傳感器頭組件124。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器頭組件124位于高壓電源線154附近，例如處于高壓電源線154繃緊時(shí)的水平。傳感器頭組件124將兩個(gè)線偏振光波轉(zhuǎn)換成圓偏振光波。圓偏振光波經(jīng)過(guò)纏繞高壓電源線154的感測(cè)線圈且被反射回來(lái)。相對(duì)彼此相移的兩個(gè)光波通過(guò)系統(tǒng)150傳送回來(lái)， 其中它轉(zhuǎn)向電子和室內(nèi)光學(xué)器件152中的檢測(cè)器130。信號(hào)處理電子器件132從相移計(jì)算高壓電源線154中的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，電流傳感器十分精確地測(cè)量在地電勢(shì)和高壓線154之間具有絕緣的高壓線154上的電流。電流傳感器在其上是精確的示例性溫度范圍為-40 至 70°C。圖2是形狀誘導(dǎo)雙折射光纖200 (此處也稱(chēng)為光纖200)的一個(gè)實(shí)施例的圖示。形狀誘導(dǎo)雙折射光纖200可以用作圖IA的四分之一波長(zhǎng)器件120。光纖200在偏振軸即χ軸 212和y軸214之間的路徑長(zhǎng)度中具有差異，且在軸之間的光的傳播中的差異是由于光纖 200的形狀導(dǎo)致。光纖200在偏振軸212和214之間具有非對(duì)稱(chēng)性。光纖200的雙折射并不隨溫度變動(dòng)而明顯變化。在一個(gè)實(shí)施例中，光纖200的雙折射的熱系數(shù)低至約為常規(guī)雙折射光纖或PM光纖的熱系數(shù)的1/200。形狀誘導(dǎo)雙折射光纖200包含具有相對(duì)高折射率的周?chē)牧?06和低折射率區(qū)域 208。在一個(gè)實(shí)施例中，周?chē)牧?06是固體玻璃區(qū)域。低折射率區(qū)域210包含固體玻璃中心202、從玻璃中心202附近的空心玻璃管導(dǎo)出的兩個(gè)大的空心區(qū)域或孔204-1和204-2、 玻璃孔208的圖案。玻璃孔208的圖案包含從含有一起形成預(yù)制件的石英光纖的堆疊玻璃壁空心管毛細(xì)管導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)。預(yù)制件用于抽取光學(xué)光纖且典型地由玻璃制成。在預(yù)制階段中從固體玻璃管導(dǎo)出的周?chē)牧?06提供環(huán)繞低折射率區(qū)域208的固體玻璃區(qū)域。從其導(dǎo)出孔204-1和204-2的兩個(gè)管的縱橫比被選擇為調(diào)節(jié)軸212和214上偏振的光之間的路徑長(zhǎng)度差，因而調(diào)節(jié)雙折射程度。光纖介質(zhì)的平均折射率沿著遵循兩個(gè)大孔204-1和204-1 的軸212比它沿著軸214更低。圖2只是形狀誘導(dǎo)雙折射光纖200的一個(gè)示例性實(shí)施例， 且采用任意尺寸和以任意取向的更多或更少的大孔204-1和204-2的任意設(shè)計(jì)被考慮。在圖2的實(shí)施例中，光纖200是光子晶體光纖。光子晶體光纖200為材料的微結(jié)構(gòu)化布置提供周?chē)牧?06中的第一折射率。周?chē)牧?06例如是玻璃或未摻雜石英。低折射率區(qū)域208典型地通過(guò)沿著光纖200的長(zhǎng)度延伸的氣隙提供。在一些實(shí)施例中，光纖200是實(shí)芯光子帶隙光纖。在其他實(shí)施例中，光纖200是空芯光子帶隙光纖。圖3是形狀誘導(dǎo)雙折射光纖320的示例性實(shí)施例，其偏振軸312、314相對(duì)于保偏光纖310的偏振軸308以45度旋轉(zhuǎn)。形狀誘導(dǎo)雙折射光纖320是四分之一器件，諸如圖IA 的四分之一波長(zhǎng)器件120。形狀誘導(dǎo)雙折射光纖320將入射的線偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光且將其輸出到光學(xué)光纖330。光纖310、320和330使用為本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的技術(shù)來(lái)接
I=I O
軸308的方向中的線偏振光通過(guò)PM光纖310被遞送到形狀誘導(dǎo)雙折射光纖320。 當(dāng)線偏振光通過(guò)偏振軸312和314與偏振軸308約成45°的介質(zhì)傳輸時(shí)，線偏振光被轉(zhuǎn)換成圓偏振光。這導(dǎo)致相等數(shù)量的線偏振光射到軸312、314，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于入射光以45° 取向。這樣，線偏振光被投射到四分之一波長(zhǎng)器件的兩個(gè)軸312和314，該器件對(duì)于軸312 上的光與軸314相比具有不同路徑長(zhǎng)度。當(dāng)光從形狀誘導(dǎo)雙折射光纖320發(fā)射時(shí)，兩個(gè)光分量相位相差90°，因此產(chǎn)生圓偏振光。軸308與軸312和314之間的不同量的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致總圓偏振光的不同百分比。由磁場(chǎng)誘導(dǎo)的光的相移取決于圓偏振的光的百分比。在存在磁場(chǎng)的情況下線偏振光可以經(jīng)歷狀態(tài)變化(例如，將是不同取向的線偏振)，但是圓偏振光的狀態(tài)保持相同。使兩個(gè)光分量失相不同于90度的角度導(dǎo)致從圓的偏離，一些是線的且一些是圓的，導(dǎo)致通常橢圓發(fā)射的光。在一個(gè)實(shí)施例中，形狀誘導(dǎo)雙折射光纖320的長(zhǎng)度1被確定為一個(gè)四分之一拍長(zhǎng)的奇數(shù)正整數(shù)倍(1、3、5、7等)。在一個(gè)實(shí)施例中，這通過(guò)長(zhǎng)度為拍長(zhǎng)的非零整數(shù)倍加上或減去光纖320的四分之一拍長(zhǎng)或者長(zhǎng)度恰恰是拍長(zhǎng)的四分之一或四分之三來(lái)實(shí)現(xiàn)。拍長(zhǎng)是雙折射介質(zhì)的如下長(zhǎng)度其導(dǎo)致沿著第一偏振軸的總路徑長(zhǎng)度比沿著第二偏振軸的總路徑長(zhǎng)一個(gè)波長(zhǎng)，也被稱(chēng)為遲滯波長(zhǎng)。例如，在典型的形狀誘導(dǎo)雙折射光纖中，一毫米對(duì)應(yīng)于一個(gè)遲滯波長(zhǎng)。一般而言，光纖的應(yīng)用的目標(biāo)是最小化光纖的長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)所需的遲滯。這對(duì)應(yīng)于折射率之間的差異盡可能大。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，形狀誘導(dǎo)雙折射光纖320適當(dāng)?shù)鼐哂性黾拥呐拈L(zhǎng)1，使得光纖320更易管理操縱。在每4或5毫米光纖具有一個(gè)遲滯波長(zhǎng)的光纖320遠(yuǎn)比在一個(gè)毫米光纖320上具有一個(gè)遲滯波長(zhǎng)的光纖320更容易操縱。形狀誘導(dǎo)雙折射光纖320適當(dāng)?shù)剡x擇為這樣的波長(zhǎng)其足夠短以維持其保偏特性且足夠長(zhǎng)以使得它實(shí)際可以抓握和劈開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，大孔240-1和240-2的尺寸和位置被修改為實(shí)現(xiàn)所需的拍長(zhǎng)1。圖4是使用具有成形的雙折射光纖的電流傳感器來(lái)感測(cè)電流的方法400的流程圖。方法400開(kāi)始于方框410，其中使用成形的雙折射光纖來(lái)使兩個(gè)輸入的線偏振光波圓偏振。在一個(gè)實(shí)施例中，PM光纖的軸和成形的雙折射光纖的偏振軸之間約有45°。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將光傳送通過(guò)偏振器來(lái)產(chǎn)生線偏振光且經(jīng)由保偏光纖將線偏振光傳播到成形的雙折射光纖。在一個(gè)實(shí)施例中，光源例如位于遠(yuǎn)離待被測(cè)量的電流導(dǎo)體高達(dá)IOOm的受控環(huán)境中。一旦光波被圓偏振，在方框420處它們暴露于電流源的磁場(chǎng)，使得在圓偏振光之間誘導(dǎo)相移。在一個(gè)實(shí)施例中，圓偏振光波從形狀誘導(dǎo)雙折射四分之一波長(zhǎng)器件120行進(jìn)到纏繞電流導(dǎo)體140的感測(cè)線圈126中。圓偏振光波在前向路徑128上通過(guò)感測(cè)線圈126 經(jīng)歷由于電流導(dǎo)體140誘導(dǎo)的磁場(chǎng)所導(dǎo)致的相對(duì)相移。在光從鏡子122反射回來(lái)且通過(guò)感測(cè)線圈126行進(jìn)回來(lái)之后，相移量翻倍。光通過(guò)形狀誘導(dǎo)雙折射四分之一波長(zhǎng)器件120且通過(guò)線偏振器116行進(jìn)回來(lái)以最終被引導(dǎo)到檢測(cè)器130。
在方框430處，檢測(cè)器130確定通過(guò)電流導(dǎo)體120在光中誘導(dǎo)的相移。檢測(cè)器130 向信號(hào)處理電子器件132提供相移。在方框440處，信號(hào)處理電子器件132例如從相移計(jì)算電流。該電流將在寬溫度范圍上是精確的，因?yàn)樽鳛榭缭綄挏囟确秶乃姆种徊ㄩL(zhǎng)器件120，形狀誘導(dǎo)雙折射光纖維持其性能。此處描述的實(shí)施例提供作為用于環(huán)境穩(wěn)定、輕量級(jí)、安全、易于安裝、與數(shù)字接口兼容且在寬溫度范圍上精確的電流傳感器的四分之一波長(zhǎng)器件的形狀誘導(dǎo)雙折射光纖。通過(guò)減小影響其精確性的諸如四分之一波長(zhǎng)器件的一個(gè)或多個(gè)元件的熱敏感性，減小在室外溫度上在高壓電源線中的電流的錯(cuò)誤讀取。此處描述的電流傳感器的實(shí)施例具有較簡(jiǎn)單的溫度補(bǔ)償或較少的溫度特性，這節(jié)省了成本。已描述了由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的很多實(shí)施例。毋庸置疑，將理解，可以在不偏離要求保護(hù)的發(fā)明的精神和范圍的情況下做出對(duì)所述實(shí)施例的各種修改。因而，其他實(shí)施例處于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種傳感器頭組件(124)，包含具有形狀誘導(dǎo)雙折射的四分之一波長(zhǎng)器件(120)；感測(cè)線圈(126)，耦合到該四分之一波長(zhǎng)器件且能夠操作為纏繞電流導(dǎo)體(140)；以及其中四分之一波長(zhǎng)器件將來(lái)自保偏光纖(118)的線偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器頭組件，其中通過(guò)暴露于感測(cè)線圈中的電流導(dǎo)體的磁場(chǎng)，在圓偏振光中誘導(dǎo)相移； 該四分之一波長(zhǎng)器件的偏振軸(314)相對(duì)于保偏光纖的主偏振軸(308)以約45度傾斜；其中該四分之一波長(zhǎng)器件具有針對(duì)線偏振光的四分之一拍長(zhǎng)的奇數(shù)整數(shù)倍的長(zhǎng)度；并且其中光子晶體光纖包含 第一折射率的周?chē)牧?206)； 被周?chē)牧檄h(huán)繞的低折射率區(qū)域(210)，包含 玻璃中心(202)；沿著第一軸(212)靠近玻璃中心定位的第一和第二空心區(qū)域(204-1和204-2)，其中低折射率區(qū)域的平均折射率沿著第一軸比沿著正交于第一軸的第二軸(214)低；以及在玻璃中心周?chē)牡驼凵渎蕝^(qū)域中形成的多個(gè)孔(208)。
3.一種電流傳感器(100)，包含 光源(102)，耦合到光路的第一端；傳感器頭組件(124)，耦合到光路的第二端，包含形狀誘導(dǎo)雙折射光纖(120)，耦合到沿著光學(xué)光纖的第一和第二端之間的光路定位的保偏光纖(118);以及感測(cè)線圈(126)，耦合到該形狀誘導(dǎo)雙折射光纖，其中經(jīng)過(guò)該感測(cè)線圈的圓偏振光經(jīng)歷相移；以及檢測(cè)器(130)，耦合到光路的第三端，其中檢測(cè)器確定相移值；以及耦合到檢測(cè)器的信號(hào)處理電子器件(132)，其將相移解析為電流值。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有減小的溫度敏感性的光纖電流傳感器。提供一種傳感器頭組件，其包含具有形狀誘導(dǎo)雙折射的四分之一波長(zhǎng)器件以及耦合到該四分之一波長(zhǎng)器件且能夠操作為纏繞電流導(dǎo)體的感測(cè)線圈。該四分之一波長(zhǎng)器件將來(lái)自保偏光纖的線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102331520SQ201110192368
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者A. 桑德斯 G. 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司