專利名稱：用于電流強(qiáng)度測量的光纖配置的制作方法
此發(fā)明涉及一種利用法拉第效應(yīng)來測量電流強(qiáng)度的光纖配置，環(huán)繞著電流流經(jīng)的導(dǎo)體的磁場影響著光的偏振狀態(tài)，光通路經(jīng)過以線圈形式環(huán)繞著該導(dǎo)體的光纖的芯部，在光纖的一個(gè)端頭有一反射表面，而在其另一端頭進(jìn)行光的引入和引出。
這種配置特別適用于在高壓系統(tǒng)中測量處于高電位的線路中的電流。由于光束，波導(dǎo)是用已知為良好的電絕緣體的玻璃制成的，連接到地電位的顯示裝置相對于所測量和顯示的電流流經(jīng)的處于高電位的導(dǎo)體的絕緣是不成問題的。
這種配置見于DE-AS2261151，其中由一光源發(fā)出的光用一起偏器引向一半透射片。由此處，偏振光進(jìn)入一根有一部分繞成線圈的光纖(此處稱為光束波導(dǎo)“beam waveguide”)，一高壓導(dǎo)體沿其軸向延伸，被測電流流經(jīng)該導(dǎo)體。在其端頭，該光纖線圈有一金屬化表面，并在那里設(shè)有一反光鏡。偏振光通過整個(gè)光纖，由于法拉第效應(yīng)的結(jié)果在光纖呈線圈形部分出現(xiàn)偏振平面的旋轉(zhuǎn)，它是流經(jīng)導(dǎo)體的電流所產(chǎn)生的磁場的函數(shù)。在線圈的端頭，光束被反射回去，并再次通過該線圈，在這種情況下又會出現(xiàn)偏振平面的旋轉(zhuǎn)。在其偏振平面旋轉(zhuǎn)的光從光纖中射出，穿過半透射片，并到達(dá)一分析裝置，它確定和顯示進(jìn)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于對磁場強(qiáng)度作的路徑積分值。
根據(jù)DE-AS2835794，也可見到一種利用法拉第效應(yīng)來測量電流強(qiáng)度的光纖配置，其中環(huán)繞著電流流經(jīng)的導(dǎo)體的磁場影響光的偏振狀態(tài)，而光通路通過以線圈形式環(huán)繞該導(dǎo)體的光纖的芯部。不同于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制成的線圈必須有兩倍的匝數(shù)，以求獲得相同的偏振平面旋轉(zhuǎn)角度，因?yàn)楣庵煌ㄟ^線圈一次。
根據(jù)這種已知的裝置以及1979年6月1日發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》第34卷第11期上的S.C.Rashleigh和R.Ulrich的文章《用雙折射光纖進(jìn)行磁光電流測量》，也可知通過將光纖繞其縱軸扭轉(zhuǎn)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(diǎn)得以彌補(bǔ)。由于當(dāng)光纖繞成線圈時(shí)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(dāng)大的線偏振雙折射，而這會減弱法拉第效應(yīng)，并且在差的情況下會導(dǎo)致無法測量或明確識別出法拉第效應(yīng)。由光纖扭轉(zhuǎn)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(dāng)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(yīng)，從而使之充分起作用。
當(dāng)把上述已知文獻(xiàn)的做法同時(shí)用于尤其是這樣的光纖配置其中繞其縱軸扭轉(zhuǎn)的光纖以線圈形式環(huán)繞著處于高電位的導(dǎo)體、在其端頭有一反射表面，尤其是也處于高電位，而在光纖的另一端進(jìn)行光的引入和引出時(shí)，發(fā)現(xiàn)無法接受的過高測量誤差仍會出現(xiàn)，在差的情況下會達(dá)到超過100%的量值。
本發(fā)明的一個(gè)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(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)并且同時(shí)降低所有其它測量誤差。
這個(gè)目的的實(shí)現(xiàn)是以一種已知的方式通過將光纖繞其縱軸扭轉(zhuǎn)而將圓偏振雙折射加在光纖上，并且光纖帶有反射表面的端頭設(shè)置直接靠近其另一端頭以致于整個(gè)光纖構(gòu)成一本身近乎完全閉合的通路。
由本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)楣饫w通路本身閉合，可以適用能量定律，同時(shí)有被測電流的導(dǎo)體以及可能有的鄰近導(dǎo)體的雜散磁場不會導(dǎo)致光纖中偏振平面的額外旋轉(zhuǎn)從而毀壞測量結(jié)果。
一個(gè)實(shí)施例如圖所示，并在下面作詳細(xì)說明。
用來測量電流強(qiáng)度的光纖配置包括一根繞其縱軸扭轉(zhuǎn)的光纖2，它從其置于透鏡7處的一端6延伸到處于高電位的導(dǎo)體1，環(huán)繞著該導(dǎo)體1繞成多匝緊密的線圈3并返回到透鏡7附近，在此處其端頭4有一校準(zhǔn)得相對于光纖縱軸向成直角的金屬化表面。
透鏡7將從激光器10發(fā)出并用分束器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(nèi)，光波導(dǎo)受到由流經(jīng)導(dǎo)體1的電流所產(chǎn)生的磁場的作用。由于法拉第效應(yīng)的結(jié)果，所導(dǎo)光的偏振平面當(dāng)其通過線圈3亦即通過磁場時(shí)被旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度的大小就是對磁場強(qiáng)度作的路徑積分值的量度。
過了線圈3之后，光仍然沿著光纖，到達(dá)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并通過線圈3區(qū)域內(nèi)的磁場，在這種情況下偏振平面再次被旋轉(zhuǎn)，以致當(dāng)光到達(dá)透鏡7處時(shí)總體上的偏振平面旋轉(zhuǎn)角度與光到達(dá)金屬化端面5時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度相比被加倍。
光的引入和引出是用透鏡7來實(shí)現(xiàn)的。在引出時(shí)，從光纖2發(fā)出的光通過分束器8到達(dá)一分析裝置，該裝置包括另一分束器9、兩個(gè)起偏器11和12以及兩個(gè)光探測器13和14，在其中可以確定光通過光纖2時(shí)其偏振平面所歷經(jīng)的并且作為流經(jīng)導(dǎo)體1的電流強(qiáng)度的量度的旋轉(zhuǎn)角度。
測量誤差小得可以忽略，因?yàn)橐环矫嫱ㄟ^將光纖2扭轉(zhuǎn)消除了線偏振雙折射的影響，另一方面由于光纖2的通路本身是閉合的，有被測電流的導(dǎo)體以及可能有的鄰近導(dǎo)體的雜散磁場不會導(dǎo)致光纖中偏振平面的額外旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
一種用法拉第效應(yīng)來測量電流強(qiáng)度的光纖配置，環(huán)繞著電流流經(jīng)的導(dǎo)體1的磁場影響著光的偏振狀態(tài)，光通路通過以線圈3的形式環(huán)繞著導(dǎo)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(jìn)行光的引入和引出，其特征在于以一種已知的方式通過將光纖繞其縱軸扭轉(zhuǎn)而將圓偏振雙折射加在光纖上，并且光纖2帶有反射表面5的端頭4設(shè)置得直接靠近其另一端頭6以致于整個(gè)光纖2構(gòu)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(yīng)測量電流強(qiáng)度的光纖配置情況中，環(huán)繞著電流流經(jīng)的導(dǎo)體1的磁場影響光偏振狀態(tài)，光通路通過以線圈形式環(huán)繞導(dǎo)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(jìn)行光的引入和引出，實(shí)現(xiàn)利用光纖扭轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)并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(zhuǎn)而將圓偏振雙折射加在光纖上并使光纖2帶有反射表面5的端頭4設(shè)置得直接靠近另一端頭6以致整個(gè)光纖2構(gòu)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(yōu)先權(quán)日1989年7月19日
發(fā)明者迪爾克·佩爾, 霍爾格·海爾希 申請人:Mwb變壓器股份公司