[发明专利]光纤电流传感器

说明书

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的光纤电流传感器。

EP-A-0’856’737曾公开过这种类型的光纤电流传感器。它具有一个包有导电体、且绕成线圈形状的磁光活性传感纤维。该传感纤维的至少一端通过相位滞后元件被接在另一个光纤、也即所谓的导出导回纤维上，光便通过该导出导回纤维与光纤传感器进行输入输出耦合。传感纤维典型地由石英玻璃制成，且具有圆形的芯断面。在该传感纤维内传播圆偏振光。所述的导出导回纤维优选地具有椭圆形芯断面，并传播线偏振光。在传感纤维和导出纤维之间安放了一个双折射的纤维段，以便作用为相位滞后元件。该纤维段具有一些主光轴，它们以45°对准所述导出导回纤维的主轴。通常，纤维段的长度作如此选择，使得该纤维段作用为一种λ/4相位滞后元件。由此，它把导出导回纤维的线偏振光变成在传感纤维内传播的圆偏振光。

传感纤维以赛格纳克干涉仪的形式工作，或者当其一端被镜面化时以反射干涉仪的形式工作。在该两种情形下，传感纤维内传播有两种圆偏振光波。对此，在赛格纳克干涉仪的情形下所述两种波是反向传播的，而在反射干涉仪的情形下是同向传播的。在赛格纳克干涉仪中，两种波的偏振意义是相同的，其中，它们向左或向右进行圆偏振。在反射干涉仪中，它们具有相反的偏振意义。

若导电体有电流流过，该电流便产生磁场，由该磁场在所述两种反向或同向传播的光波之间产生一个互差的相移。该效应被称为磁光效应或法拉第效应。在此，所形成的相移与电流成比例，并在所述的赛格纳克配置时为

Δφ_S=2VNI                  (1)以及在所述反射配置时为

Δφ_R=4VNI                  (2)，其中，V表示纤维的费尔德常数，N表示线圈内的纤维匝数，且I表示电流强度。

在EP-A-0’856’737中讲述过的传感纤维是不受机械应力限制的，这样，所获得的传感信号便不会受取决于温度的、由应力引起的线性双折射的干扰。但是，费尔德常数V依然与温度有依赖关系，即便在纤维线圈无应力的理想情况下，该依赖关系都是不可忽略的。因此，对于石英纤维的情况，每摄氏度的温度依赖性约为0.7×10^-4。由此，当温度波动为100摄氏度时，传感信号变化为0.7％。然而，当电流传感器应用在高压设备内时，电流测量经常需要有非常高的准确性。在温度范围为-40摄氏度～+80摄氏度时，典型值为±0.2％。

因此，本发明的任务在于，创造一种文章开头所述类型的光纤电流传感器，它具有改善过的温度补偿。

该任务由具有权利要求1所述特征的电流传感器来实现。

根据本发明，电流传感器带有至少一个具有温度依赖性的相位滞后元件，并由该温度依赖性至少近似地对传感纤维的费尔德常数的温度依赖性进行补偿。

该补偿通过如下方式来进行，即相位滞后元件具有一个相应的相位滞后角，该滞后角与理想相位滞后元件的相位滞后角有偏差。在此，根据相位滞后元件的温度依赖性的符号，将该滞后角选择得大于或小于理想相位滞后元件的相位滞后角，譬如大于或小于理想的λ/4段的90°相位滞后角。

在赛格纳克干涉仪的情况下，还根据相位滞后元件的快轴的相对对准来选择所述的相位滞后角。

优选地，相位滞后元件为一种具有椭圆形芯断面的双折射纤维段，其中，通过选择段的长度可以调整相位滞后角。

其它的优选实施方案由从属权利要求给出。

下面借助附图示出的优选实施例来详细说明本发明的主题。图中：

图1示出了一种赛格纳克干涉仪形式的光纤电流传感器的简图；

图2以温度的函数形式示出了标准化比例因子的图形；

图3以偏差δ的函数形式示出了图1所示传感器的标准化比例因子的图形，所述偏差δ是与理想λ/4段的90°相位滞后角的偏差；

图4为在反射配置下的光纤电流传感器的简图。

图1示出了在赛格纳克配置下的光纤电流传感器。其基本的结构和作用方式可以从文章开头所引用的现有技术中获知。对此下文不再详细讲述。

具有圆形芯断面的传感纤维1围着导电体S绕成线圈形。传感纤维1的第一端接在导出纤维2上，第二端接在导回纤维3上。导出导回纤维2、3优选地具有椭圆形的芯断面。导出导回纤维2、3与传感纤维1的连接是通过至少各一个(确切地说此处是一个)相位滞后元件4、5而产生的。