專利名稱：制造具有法拉第效應(yīng)的固有溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w電流傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造光纖電流傳感器(FOCS)，其包括暴露于要測量的電流的磁場的傳 感纖維(sensing fiber)。該類型的傳感器典型地在高電壓變電站或具有高直流電(dc)的 應(yīng)用中使用。
背景技術(shù)：
光纖電流傳感器(FOCS)通常依賴熔融石英纖維中的法拉第效應(yīng)。法拉第 效應(yīng)隨溫度變化。熔融石英纖維的Verdet常數(shù)(其是法拉第效應(yīng)的度量)根據(jù) (1/V) dV/dT=7x 10"50C]變化，即在例如-40 V至+80 °C的操作溫度范圍內(nèi)傳感器信號在 0.84%內(nèi)變化。然而，傳感器的許多應(yīng)用要求士0.2%或士0. 內(nèi)的準(zhǔn)確度，因此要求溫 度補(bǔ)償?shù)拇胧?。在EP1107029、EP1115000和參考文獻(xiàn)[1]中，描述用于在干涉Mgnac和反 射型光纖電流傳感器中的法拉第效應(yīng)的固有溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?。固有補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ龑︻~外 溫度傳感器的需要，其對于在高電勢的電流傳感是特別重要的。該方法利用產(chǎn)生正常圓形 光波(在傳感纖維中傳播)的光纖延遲器的溫度依賴性。為了進(jìn)行溫度補(bǔ)償，該延遲設(shè)置 到與常規(guī)90°延遲相差非零量ε的值。延遲隨溫度的變化影響傳感器的標(biāo)度因子。采用 適當(dāng)選擇的延遲，例如ε =10°，延遲器對傳感器靈敏度(規(guī)格化標(biāo)度因子幻的影響正好 抵消Verdet常數(shù)隨溫度的變化。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平延遲器初始采用過長度、即大于目標(biāo)延遲的延遲來準(zhǔn)備。適當(dāng) 的延遲然后通過采用逐步方式細(xì)調(diào)該延遲而達(dá)到。在每個細(xì)調(diào)步驟后，測量對傳感器的溫 度依賴性的延遲器貢獻(xiàn)。該測量牽涉將延遲器轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟瓤刂破?，從而在某個范圍內(nèi)改變 延遲器溫度并且監(jiān)測對于給定電流對傳感器信號的所產(chǎn)生的影響。細(xì)調(diào)繼續(xù)直到達(dá)到適當(dāng) 的補(bǔ)償。細(xì)調(diào)通過在纖維接合機(jī)(fiber splicer)的電弧或加熱器燈絲中加熱延遲器完成。 該加熱改變延遲器的線性雙折射從而延遲，例如通過摻雜劑擴(kuò)散出纖維芯和/或通過改變 纖維應(yīng)力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是要提供當(dāng)制造FOCS時調(diào)諧用于溫度補(bǔ)償?shù)难舆t器的更高 效的方法。
該問題由權(quán)利要求1的方法解決。
因此，該方法適應(yīng)于制造光纖電流傳感器，該傳感器包括
-將暴露于要測量的電流I的磁場的傳感纖維，其中所述傳感纖維具有Verdet常 數(shù)V;該傳感纖維進(jìn)一步具有在熱退火后剩下的導(dǎo)致雙折射相位延遲S [1、2]的彎致雙折 射或殘留線性雙折射。該相位延遲δ取決于纖維的類型、纖維環(huán)的數(shù)量和半徑、纖維的制 備(例如，退火等)并且它可是零或非零。
-耦合于所述纖維用于在線性和橢圓偏振之間轉(zhuǎn)換光的至少一個光纖延遲器，其中所述延遲器的慢軸處于相對于所述傳感纖維的慢軸的角度45° -β ；該延遲器導(dǎo)致依賴 于溫度的差分延遲P，其中
權(quán)利要求
1.一種用于制造光纖電流傳感器的方法，該光纖電流傳感器包括將暴露于要測量的電流I的磁場的傳感纖維(5)，其中所述傳感纖維(5)具有Verdet 常數(shù)V和雙折射線性相位延遲δ，耦合于所述纖維(5)用于在線性和橢圓偏振之間轉(zhuǎn)換光的至少一個光纖延遲器G)， 其中所述延遲器的慢軸處于相對于所述傳感纖維的慢軸的角度45° ，并且其中由所述 延遲器導(dǎo)致的差分延遲P依賴于溫度，其中 Q = W,ρ dT'以及控制單元(1)，其產(chǎn)生依賴于電流導(dǎo)致的相移Δ φ、特別地與所述相移Δ φ成比 例的傳感器信號ο，該相移可以寫為Αφ= 4 S ·φΡ其中￠^= Κ·τν·/，并且其中N是所述傳感纖維(5)的環(huán)的數(shù)量，并且S是標(biāo)度因子， 所述方法包括步驟 暴露所述傳感纖維( 于磁場，在初始步驟中測量所述傳感器信號ο對所述延遲器(4)的溫度T的依賴性A,1 δσA =---σ dT ‘限定傳感器信號ο對所述延遲器的溫度T的目標(biāo)依賴性R 1JJ —---σ dT從A、B、Q、δ和β確定所述延遲器(4)的熱處理之前的初始傳感器信號Qini和所述 延遲器的熱處理之后的目標(biāo)傳感器信號σΗη之間的比率r，其中r=-f~，以及l(fā)jM使所述延遲器(4)受到所述熱處理并且測量所述傳感器信號ο直到所述傳感器信號 σ已經(jīng)大致上變化了所述比率r。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述比率r由如下計(jì)算SΚΑ,β,Q1,Q2,δ,/ = ν/ ^2 ‘s [a/qM其中B是所述傳感器信號σ對所述延遲器的溫度的目標(biāo)依賴性，仏和仏分別是 在所述延遲器的所述熱處理之前和之后Q的值，并且S是由如下給出的規(guī)格化標(biāo)度因 子或其近似s _ Αφ = Αφ ~ AVNI ~其中Αφ 二 arctanr IU Λ X-U2J
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述近似是
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述值％和％不相等，并且其中它們中的至少 一個已經(jīng)在制造所述傳感器之前確定。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中
6.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中B確定為使得對于^F<0.3rad、特別地對于 (PfO. 1 md對所述傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中B確定為使得對于識F>0.3rad來對所述傳感器進(jìn)行 溫度補(bǔ)償。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述延遲器的制造期間，所述 傳感纖維( 大致上是直的并且其中在所述制造后，所述傳感纖維( 彎曲以形成由N > 0個環(huán)構(gòu)成的線圈。D 1 SVB +---<tV dT其中t是小于7*10_51/Κ的閾值，特別地小于2*10_51/Κ。
全文摘要
本發(fā)明制造具有法拉第效應(yīng)的固有溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w電流傳感器的方法。為了朝期望的溫度依賴性來調(diào)諧光纖電流傳感器的光纖延遲器(4)，傳感纖維(5)暴露于磁場或?qū)?yīng)的電流并且測量傳感器信號以及該信號對延遲器溫度的依賴性。從該初始傳感器信號和它的溫度依賴性，可以確定對延遲器溫度的依賴性等于期望值時的目標(biāo)傳感器信號。然后，延遲器(4)被熱處理直至傳感器信號達(dá)到該目標(biāo)值。該方法避免需要在該調(diào)諧過程中重復(fù)測量溫度依賴性。
文檔編號G01R3/00GK102033147SQ20101050834
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者A·弗蘭克, K·博納特, P·加布斯, R·韋斯特 申請人:Abb研究有限公司