CN1051427A - 用于电流强度测量的光纤配置 - Google Patents

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Abstract

在利用法拉第效应测量电流强度的光纤配置情 况中，环绕着电流流经的导体1的磁场影响光偏振状 态，光通路通过以线圈形式环绕导体1的光纤2的芯 部，光纤2的端头4有一反射表面5，而其另一端进 行光的引入和引出，实现利用光纤扭转的优点并降低 所有额外测量误差的目的是靠以已知方式将光纤绕 其纵轴扭转而将圆偏振双折射加在光纤上并使光纤 2带有反射表面5的端头4设置得直接靠近另一端 头6以致整个光纤2构成一本身近乎闭合的通路。

Description

此发明涉及一种利用法拉第效应来测量电流强度的光纤配置，环绕着电流流经的导体的磁场影响着光的偏振状态，光通路经过以线圈形式环绕着该导体的光纤的芯部，在光纤的一个端头有一反射表面，而在其另一端头进行光的引入和引出。
这种配置特别适用于在高压系统中测量处于高电位的线路中的电流。由于光束，波导是用已知为良好的电绝缘体的玻璃制成的，连接到地电位的显示装置相对于所测量和显示的电流流经的处于高电位的导体的绝缘是不成问题的。
这种配置见于DE-AS2261151，其中由一光源发出的光用一起偏器引向一半透射片。由此处，偏振光进入一根有一部分绕成线圈的光纤（此处称为光束波导“beam  waveguide”），一高压导体沿其轴向延伸，被测电流流经该导体。在其端头，该光纤线圈有一金属化表面，并在那里设有一反光镜。偏振光通过整个光纤，由于法拉第效应的结果在光纤呈线圈形部分出现偏振平面的旋转，它是流经导体的电流所产生的磁场的函数。在线圈的端头，光束被反射回去，并再次通过该线圈，在这种情况下又会出现偏振平面的旋转。在其偏振平面旋转的光从光纤中射出，穿过半透射片，并到达一分析装置，它确定和显示进入光纤的光的偏振平面与从光纤射出的光的偏振平面之间夹角，在这种情况下该角度的大小正比于对磁场强度作的路径积分值。
根据DE-AS2835794，也可见到一种利用法拉第效应来测量电流强度的光纤配置，其中环绕着电流流经的导体的磁场影响光的偏振状态，而光通路通过以线圈形式环绕该导体的光纤的芯部。不同于DE-AS2261151，在这种配置情况下，在光纤的一端没有反射面，而光是从一端引入又从另一端引出的，在这种情况下用光纤制成的线圈必须有两倍的匝数，以求获得相同的偏振平面旋转角度，因为光只通过线圈一次。
根据这种已知的装置以及1979年6月1日发表在《应用物理快报》第34卷第11期上的S.C.Rashleigh和R.Ulrich的文章《用双折射光纤进行磁光电流测量》，也可知通过将光纤绕其纵轴扭转可将圆偏振双折射加在光纤上，由此下面所述因光纤缠绕成线圈形造成的缺点得以弥补。由于当光纤绕成线圈时的所需的弯曲，光纤截面变形为椭圆，由此会给光纤加上相当大的线偏振双折射，而这会减弱法拉第效应，并且在差的情况下会导致无法测量或明确识别出法拉第效应。由光纤扭转造成的圆偏振双折射的作用是把总的已有线偏振双折射仅仅当作是总的已有圆偏振双折射的失真，以致不会显著影响法拉第效应，从而使之充分起作用。
当把上述已知文献的做法同时用于尤其是这样的光纤配置：其中绕其纵轴扭转的光纤以线圈形式环绕着处于高电位的导体、在其端头有一反射表面，尤其是也处于高电位，而在光纤的另一端进行光的引入和引出时，发现无法接受的过高测量误差仍会出现，在差的情况下会达到超过100%的量值。
本发明的一个目的就是提供一种最初说明的光纤配置，它可以利用光纤的扭转的优点并且同时降低所有其它测量误差。
这个目的的实现是以一种已知的方式通过将光纤绕其纵轴扭转而将圆偏振双折射加在光纤上，并且光纤带有反射表面的端头设置直接靠近其另一端头以致于整个光纤构成一本身近乎完全闭合的通路。
由本发明获得的优点是：因为光纤通路本身闭合，可以适用能量定律，同时有被测电流的导体以及可能有的邻近导体的杂散磁场不会导致光纤中偏振平面的额外旋转从而毁坏测量结果。
一个实施例如图所示，并在下面作详细说明。
用来测量电流强度的光纤配置包括一根绕其纵轴扭转的光纤2，它从其置于透镜7处的一端6延伸到处于高电位的导体1，环绕着该导体1绕成多匝紧密的线圈3并返回到透镜7附近，在此处其端头4有一校准得相对于光纤纵轴向成直角的金属化表面。
透镜7将从激光器10发出并用分束器8送来的偏振光送入光纤2的端头6。在光纤2做成线圈3的部分内，光波导受到由流经导体1的电流所产生的磁场的作用。由于法拉第效应的结果，所导光的偏振平面当其通过线圈3亦即通过磁场时被旋转，旋转角度的大小就是对磁场强度作的路径积分值的量度。
过了线圈3之后，光仍然沿着光纤，到达其另一端头4，此处在金属化端面5上被反射回去，因而沿相反方向通过光纤2并通过线圈3区域内的磁场，在这种情况下偏振平面再次被旋转，以致当光到达透镜7处时总体上的偏振平面旋转角度与光到达金属化端面5时的旋转角度相比被加倍。
光的引入和引出是用透镜7来实现的。在引出时，从光纤2发出的光通过分束器8到达一分析装置，该装置包括另一分束器9、两个起偏器11和12以及两个光探测器13和14，在其中可以确定光 通过光纤2时其偏振平面所历经的并且作为流经导体1的电流强度的量度的旋转角度。
测量误差小得可以忽略，因为一方面通过将光纤2扭转消除了线偏振双折射的影响，另一方面由于光纤2的通路本身是闭合的，有被测电流的导体以及可能有的邻近导体的杂散磁场不会导致光纤中偏振平面的额外旋转。

Claims (1)

  1. 一种用法拉第效应来测量电流强度的光纤配置，环绕着电流流经的导体1的磁场影响着光的偏振状态，光通路通过以线圈3的形式环绕着导体1的光纤2的芯部，在光纤2的端头4有一反射表面5，而在其另一端头6进行光的引入和引出，其特征在于：以一种已知的方式通过将光纤绕其纵轴扭转而将圆偏振双折射加在光纤上，并且光纤2带有反射表面5的端头4设置得直接靠近其另一端头6以致于整个光纤2构成一本身近乎完全闭合的通路。
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