[发明专利]萨格拉斯干涉仪型电流传感器

说明书

                              技术领域

本发明涉及利用萨格拉斯(Sagnac)干涉仪型电流传感器，包括设置在由电流产生的磁场内的光纤线圈，并且顺时针和逆时针光线通过该光纤线圈传播，产生法拉第(Faraday)效应，从而使它们的偏振平面以相反的方向旋转，在它们之间产生相位差，通过检测相位差可以确定电流。

                              背景技术

测量在通过输电与配电领域使用的传输线的电流一般使用包括铁芯和其上缠绕线圈的互感器。由于互感器代表纯电测量仪器，因而要求互感器满足电噪声阻抗和介电强度要求，并且取决于所安装的位置，必须考虑外部轮廓和尺寸。

包括光纤线圈的萨格拉斯干涉仪是为在电流传感器中使用而正在研究和开发的，它不受电噪声影响，并且它不要求确保介电强度。包括光纤线圈的萨格拉斯干涉仪已经用于检测光纤陀螺(gyro)应用中运动物体的旋转。除了检测旋转以外，萨格拉斯干涉仪对由电流产生的磁场呈现反应，并且可以利用这样的反应来确定电流。特别是，当在包括透明材料的光纤线圈上施加磁场时，法拉第效应引起偏振平面的旋转，并且偏振平面的旋转角度是与磁场强度和光线在磁场中经过的距离成比例。由于偏振平面的旋转，在通过光纤线圈的右旋和左旋光线之间产生相位差。检测相位差可以确定产生该磁场的电流强度。现在将参考图1描述萨格拉斯干涉仪型电流传感器的一个传统实例。

在图1中，从光源1中发射出的光通过光学定向耦合器或第一光分支单元(optical branch unit)2，并且进一步通过第一偏振滤光器3到达第二光分支单元4，在其中被分为右旋光和左旋光，并照射在电流检测线圈6上。左旋光在相位调制器5中受到调制，该光通过四分一波片16照射在线圈6的一端，经过线圈6行进，从其作为左旋光发射，照射在第二四分一波片17上，并且接着连续通过第二光分支单元4和第一偏振滤光器3，照射在第一光分支单元2上，在其中光被分支到光接收器7并由其接收。另一方面，来自第二光分支单元4的右旋光通过第二四分一波片17，照射在电流检测线圈6上，经过线圈6行进，从其作为右旋光顺时针发射，照射在第一四分一波片16上，在其中，它的光相位在相位调制器5中得到调制。相位调制过的右旋光连续地通过第二光分支单元4和第一偏振滤光器3，照射在第一光分支单元2上，在其中光被分支到光接收器7并由其接收。应该理解，第一四分一波片16和第二四分一波片17把从偏振滤光器3入射的线偏振光转换成所发射的圆偏振光，并且也把圆偏振入射光转换成线偏振发射光。应该注意到，调制输入是从振荡电路9输入相位调制器5，以执行右旋和左旋光线的光相位调制。

当把电线10靠近受磁场作用的电流检测线圈6时，因而该线圈的直径方向是在电线10的延长线上，在通过线圈6后，在右旋光和左旋光之间产生相位差，并且从该线圈发射出的右旋光和左旋光在第二光分支单元4经受合成干涉，结果光接收器7接收相位已调制的光，它具有随相位差而变化的光强度。干涉光的强度变化具有与来自振荡电路9的调制信号的频率相符的频率，并且具有与右旋光和左旋光之间的相位差对应的相位。当到达光接收器7时，该相位调制光被转换为具有随光强度而幅度变化的电信号。由光电转换器获得的电信号被输入到同步检测器8。从振荡电路9供给相位检测器5的调制信号被输入到同步检测器8作为参考信号，由此执行对输入到光接收器7并由此输出的信号的同步检测。该同步检测输出对应于相位差，而相位差与施加到该电流检测线圈6的磁场成比例。(关于相位调制的细节，参见序号为99/351883和01/21363的公开的日本专利申请)。

如上所述，通过使圆偏振光照射在该线圈的相反端和作为右旋光和左旋光从中通过传播，并且通过使两束光之间具有相位差的光互相干涉，使得获得的相干光具有可用于确定电流强度的变化光强度，萨格拉斯干涉仪型电流传感器可确定产生施加在电流检测线圈6的磁场的电流的强度。