專利名稱：對傳感器參數(shù)變化不靈敏的溫度補償?shù)墓饫w電流或磁場傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖電流傳感器(F0CQ或磁場傳感器，其包括暴露于例如要測量的 電流的磁場的傳感纖維。該類型的傳感器典型地在高電壓或高電流的應(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) (IIV) SVIdT=I^lO"50C"1變化，即在例如-40 V至+80 V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 度補償?shù)拇胧?。在EP1107029、EP1115000和參考文獻[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)的固有溫度補償?shù)姆椒?。固有補償?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。為了進行溫度補償，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。在W02005/111633和參考文獻[2]中，示出傳感器標(biāo)度因子S也受纖維線圈平面 的法線和在延遲器之前的保偏纖維的慢軸之間的角度的影響，稱為方位角β =45° -β’， 其中β ’是纖維線圈平面的法線和延遲器的慢軸之間的角度。在該情況下，由單環(huán)未退火單 模纖維構(gòu)成的傳感纖維線圈具有大環(huán)路半徑且因此具有小的彎致線性雙折射。該纖維位于 具有摩擦減小部件的毛細(xì)管中并且封裝在纖維增強樹脂的柔性帶中。在具有ε =10°和 具有1.5°的傳感纖維雙折射延遲的延遲器的情況下，標(biāo)度因子S隨方位角β的變化具有 正弦形式并且在0.8%內(nèi)變化。因此，為了獲得穩(wěn)定的標(biāo)度因子，方位角必須控制并且固定。 在相同的專利申請中，要求權(quán)利保護β =0° (mod 90° )和β =45° (mod90° )的優(yōu) 選方位角分別以獲得標(biāo)度因子對彎致雙折射和方位角的變化的最小靈敏度。忽略了彎致雙 折射的溫度依賴性的影響[3]，因為它們在該情況下非常小。然而，傳感器纖維線圈是可想 到的，其由若干(未退火的)小直徑纖維繞組構(gòu)成。這樣的線圈可用于例如集成進入高壓 (HV)設(shè)備。在該類型的線圈中，可存在更大量的纖維雙折射，從而引起例如δ =5...25° 的雙折射相位延遲。在EP0856737和參考文獻[1]中，說明了高溫退火的方法以高效降低在具有若干 纖維繞組的小直徑纖維線圈中的彎致雙折射。這樣的線圈的纖維在退火過程期間和在最終 傳感器配置中都可再次位于玻璃毛細(xì)管中。取決于線圈直徑和繞組的數(shù)量，在退火后一些 雙折射可留存在傳感纖維中。對應(yīng)的雙折射相移可以是大約幾度。此外，在生產(chǎn)環(huán)境中，雙 折射可在某種程度上在線圈之間變化。作為在生產(chǎn)過程中的公差的結(jié)果和/或由于溫度變 化引起的雙折射的變化影響上文提到的法拉第效應(yīng)的溫度補償。對于已退火和未退火線圈都是如此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題因此是要提供具有對例如由于制造公差或溫度變化引起的 纖維雙折射的變化的小靈敏度的多用途光纖電流傳感器或磁場傳感器。該問題由包括如下部件的光纖電流傳感器或磁場傳感器解決將暴露于要測量的電流I的磁場的傳感纖維，其中所述傳感纖維在傳感器平面中 形成環(huán)，其中所述傳感纖維具有Verdet常數(shù)V，設(shè)置在保偏纖維和所述傳感纖維之間用于在線性和橢圓偏振之間轉(zhuǎn)換光的至少 一個延遲器，其中緊挨所述延遲器之前的保偏(pm)纖維的主軸關(guān)于所述傳感器平面的法 向旋轉(zhuǎn)角度β并且其中所述延遲器在沿它的主軸偏振的光波之間引入差分相移P = π/2+ε，其中ε是附加非零相移，以及產(chǎn)生與電流導(dǎo)致的相移Δ φ成特定比例的信號的控制單元，該相移可以寫為
權(quán)利要求
1. 一種光纖電流傳感器或磁場傳感器，其包括待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)在傳感器線圈 平面中形成環(huán)，并且其中所述傳感纖維( 具有Verdet常數(shù)V，設(shè)置在保偏纖維( 和所述傳感纖維( 之間用于在線性和橢圓偏振之間轉(zhuǎn)換光的至 少一個延遲器G)，其中緊挨所述延遲器之前的所述保偏纖維O)的主軸關(guān)于所述傳感器 線圈平面的法向旋轉(zhuǎn)角度β并且其中所述延遲器(4)在沿它的主軸偏振的光波之間引入 延遲P = π/2+ε，其中ε是附加非零相移，以及產(chǎn)生與相移Δ φ成比例的信號的控制單元(1)，該信號
2.如權(quán)利要求1所述的光纖電流或磁場傳感器，其中Q、β和ε使得
3.如權(quán)利要求1所述的光纖電流或磁場傳感器，其中Q、β和ε使得
4.如權(quán)利要求1所述的光纖電流或磁場傳感器，其中βmod 90° =45° 士5°
5.如權(quán)利要求2所述的光纖電流或磁場傳感器，其中Q、β和ε使得
6.如權(quán)利要求2所述的光纖電流或磁場傳感器，其中Q、β和ε使得
7.如權(quán)利要求2所述的光纖電流或磁場傳感器，其中Q、β和ε使得
8.如權(quán)利要求3所述的光纖電流或磁場傳感器，其中Q、β和ε使得 dS
9.如權(quán)利要求3所述的光纖電流或磁場傳感器，其中Q、β和ε使得
10.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其中所述傳感纖維(5)是 退火纖維。
11.如權(quán)利要求10所述的光纖電流或磁場傳感器，其中所述退火傳感纖維( 位于退 火玻璃毛細(xì)管中。
12.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其中所述傳感纖維(5)是 未退火纖維。
13.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其中所述傳感纖維(5)是 位于毛細(xì)管中的未退火纖維。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其中所述延遲器(4)包 括另外的保偏纖維。
15.如權(quán)利要求1-14中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其中所述延遲器(4)包 括橢圓芯纖維。
16.如權(quán)利要求1-15中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其中
17.如權(quán)利要求1-16中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其中
18.如權(quán)利要求1-17中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其用于識F<0.3rad、特別 地用于 Irad。
19.如權(quán)利要求1-18中任一項所述的光纖電流或磁場傳感器，其用于< ^>0.3rad。
全文摘要
本發(fā)明名稱為對傳感器參數(shù)變化不靈敏的溫度補償?shù)墓饫w電流或磁場傳感器。光纖電流或磁場傳感器使用采用線圈的傳感纖維(5)用于測量電流或磁場并且具有用于在線性偏振光和橢圓偏振光之間轉(zhuǎn)換的延遲器(4)。該延遲器的延遲、它的溫度依賴性以及它的關(guān)于該纖維線圈的平面的方位角根據(jù)傳感纖維(5)中的雙折射來優(yōu)化以便最小化溫度變化和制造公差對傳感器的總體標(biāo)度因子的影響。
文檔編號G01R19/00GK102062800SQ20101050648
公開日2011年5月18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, R·韋斯特 申請人:Abb研究有限公司