JP2003505670A - Optical fiber current sensor reduced to minimum configuration - Google Patents

Optical fiber current sensor reduced to minimum configuration

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JP2003505670A
JP2003505670A JP2001510864A JP2001510864A JP2003505670A JP 2003505670 A JP2003505670 A JP 2003505670A JP 2001510864 A JP2001510864 A JP 2001510864A JP 2001510864 A JP2001510864 A JP 2001510864A JP 2003505670 A JP2003505670 A JP 2003505670A
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JP
Japan
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light source
light
rmc
focs
sensing coil
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Application number
JP2001510864A
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Japanese (ja)
Inventor
ベネット,シドニー・エム
ダイオット,リチャード・ビー
Original Assignee
ケイブイエイチ・インダストリーズ・インコーポレーテッド
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 感知コイルあるいは感知領域部、光源、その光源の前側の出力側と光ファイバ感知コイル/感知領域部との間に配置された光路部とを含む、最小構成に低減した(RMC)光ファイバ電流センサ(FOCS)が提供されている。直線偏光された光ビームを感知コイル/領域部を通して伝播する円偏光された光ビームに変換するために少なくとも1個の四分の一波長板が光路部と感知コイル/領域部との間に配設されている。感知領域部を通して伝播する円偏光された光ビームは、磁界あるいは感知コイルの近傍の導体を流れる電流によって発生する位相差シフトを受ける。光検出器が、光源の後ろ側の出力側に配置され、光源を通して伝送される戻り光の強度に応答して出力信号を生成する。戻り光の強度は、センサ/領域部における磁界の尺度である。ワイヤを通して流れる電流によって磁界が発生しうる。感知コイルはワイヤの周りに巻くことができる。環境条件の変化によって生じる影響を最小にする電子装置が説明されている。 (57) [Summary] Reduced to a minimum configuration including a sensing coil or sensing area, a light source, and an optical path disposed between a front output side of the light source and the fiber optic sensing coil / sensing area ( RMC) fiber optic current sensors (FOCS) are provided. At least one quarter-wave plate is disposed between the light path and the sensing coil / region to convert the linearly polarized light beam into a circularly polarized light beam propagating through the sensing coil / region. Has been established. The circularly polarized light beam propagating through the sensing area undergoes a phase difference shift caused by a magnetic field or current flowing through a conductor near the sensing coil. A photodetector is located at the output behind the light source and generates an output signal in response to the intensity of the return light transmitted through the light source. Return light intensity is a measure of the magnetic field at the sensor / area. A magnetic field can be generated by the current flowing through the wire. The sensing coil can be wound around a wire. An electronic device has been described that minimizes the effects caused by changes in environmental conditions.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 [関連特許出願の相互参照] 本特許出願は、米国特許出願番号第09/459,438号の継続出願であり
、現在は権利放棄され、1996年4月15日に出願された米国仮出願第60/
014,884号の特典を請求している、1999年12月13日に出願された
米国特許出願第09/459,438の一部継続出願である。本特許出願はまた
、1999年7月15日に出願された米国仮特許出願第60/143,847号
の特典を請求している。
CROSS REFERENCE TO RELATED PATENT APPLICATION This patent application is a continuation application of US patent application Ser. No. 09 / 459,438, now waived and filed on April 15, 1996 in the United States. Provisional application No. 60 /
This is a continuation-in-part application of U.S. patent application Ser. No. 09 / 459,438 filed December 13, 1999, claiming the benefit of 014,884. This patent application also claims the benefits of US Provisional Patent Application No. 60 / 143,847, filed July 15, 1999.

【0002】 [発明の分野] 本発明は光ファイバ・センサに関する。特に、本発明は、光ファイバ電流セン
サ及びそれらの信号処理電子装置に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to fiber optic sensors. In particular, the present invention relates to fiber optic current sensors and their signal processing electronics.

【0003】 [発明の背景] 干渉光ファイバ・センサ(FOS)は、角度回転(干渉光ファイバ・ジャイロ
スコープ、FOG)及び磁界(干渉あるいは偏光光ファイバ電流センサ、FOC
S)を正確に測定する確立された技術である。FOCSは直接電流を検出せず、
むしろ電流によって発生する磁界の作用を検出することが理解される。FOSは
光学的で、運動部分の無いソリッド・ステート構造であるので、それは例えば車
両のナビゲーションや電流の遠隔検出のような長寿命で、高度に信頼性の必要な
用途に対して使用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Interferometric fiber optic sensors (FOS) are angular rotations (interferometric fiber optic gyroscopes, FOGs) and magnetic fields (interfering or polarized fiber optic current sensors, FOCs).
It is an established technique for accurately measuring S). FOCS does not directly detect the current,
Rather, it is understood to detect the effect of the magnetic field generated by the current. Because FOS is an optical, solid-state structure with no moving parts, it can be used for long-lived, highly reliable applications such as vehicle navigation and remote detection of electrical current. it can.

【0004】 FOSの背後にある基本的な動作原理は、回転センサ(FOG)に対してはサ
ニャック効果であり、電流センサ(FOCS)に対してはファラディ効果である
。FOG回転測定においては、ループ干渉計を横断している2個の反対方向に伝
播する光波が、ループがその軸心の周りで回転するとき位相の差異を取得する。
コイル平面を通過するワイヤを流れる電流をFOCS測定する場合、電流に関連
した磁界によって位相差が発生する。光波の光路の構成に応じて、FOSは干渉
あるいは偏光位相変調を組み込みうる。回転あるいは電流によって誘発される位
相差を正確に測定するには環境によって変動しうる寄生位相差を抑制することを
要する。この理由から、光学的な相反則の原理を使用して共通の経路に沿って干
渉計あるいは偏光計を通過する反対方向に伝播する波の部分を選択する。以下の
説明において、「干渉計」とは干渉装置あるいは偏光装置の双方を指すことを意
味する。環境によって当該システムに誘発される変動は双方の波の位相を均等に
変化させるので、位相遅延の差は何ら発生せず、センサは環境的には安定してい
る。
The basic operating principle behind FOS is the Sagnac effect for rotation sensors (FOG) and the Faraday effect for current sensors (FOCS). In FOG rotation measurements, two counter-propagating light waves traversing a loop interferometer acquire a phase difference as the loop rotates about its axis.
When FOCS measuring the current flowing through a wire passing through the coil plane, the magnetic field associated with the current causes a phase difference. Depending on the configuration of the optical path of the light wave, the FOS can incorporate interference or polarization phase modulation. To accurately measure the phase difference induced by rotation or current, it is necessary to suppress the parasitic phase difference that can change depending on the environment. For this reason, the principle of optical reciprocity is used to select the portion of the wave propagating in the opposite direction through the interferometer or polarimeter along a common path. In the following description, "interferometer" is meant to refer to both an interferometer or a polariser. Variations induced in the system by the environment evenly change the phase of both waves, so no phase delay difference occurs and the sensor is environmentally stable.

【0005】 従来の干渉光ファイバ・ジャイロスコープ(FOG)においては、適当な光源
から放射される光は、第1の3dB結合器を通過し、そこで光の半分は消散され
、半分が偏光子を通して干渉計へ送られる。第2の3dB結合器が、光をコイル
を横行する2個の実質的に均等な強度の反対方向に伝播するビームに分割する。
次いで、2個の光ビームは、第2の結合器で再び組み合わされ、そこでそれらは
干渉する。次いで、このように組み合わされた光ビームは、反対方向で2回目の
偏光子の通過を果たし、光の半分は第1の結合器によって検出器まで導かれる。
第1の結合器は、光学的に往復運動する(optically recipro
cal)サニャック干渉計の一部ではない。その唯一の目的は、戻り光のあるも
のを光検出器中へ導き、光源からの光エネルギの検出器への直接的な結合を最小
とすることである。3dBの光学的分割比が、結合器が検出器に入射する光学的
パワーを最大するように選択される。このことが、この結合器を2回通過するた
め固有の6dBのシステム損失をもたらす。
In a conventional interferometric fiber optic gyroscope (FOG), light emitted from a suitable light source passes through a first 3 dB coupler where half of the light is dissipated and half through a polarizer. Sent to the interferometer. A second 3 dB coupler splits the light into two substantially equal intensity, counter-propagating beams that traverse the coil.
The two light beams are then recombined at the second combiner, where they interfere. The light beam thus combined then undergoes a second pass of the polarizer in the opposite direction, half of the light being guided by the first coupler to the detector.
The first coupler is an optically reciprocating motion.
cal) Not part of the Sagnac interferometer. Its sole purpose is to direct some of the returning light into the photodetector, minimizing direct coupling of light energy from the light source to the detector. An optical split ratio of 3 dB is chosen to maximize the optical power that the combiner impinges on the detector. This results in an inherent 6 dB system loss as it passes through this coupler twice.

【0006】 従来の干渉光ファイバ電流センサ(FOCS)においては、光ビームはまた、
光検出器を分離している第1の方向性結合器を通過し、次いで直線偏光された光
を発生させる偏光子を通過する。次いで、直線偏光された光ビームは、第2の方
向性結合器によって2本のビームに分割され、一方のビームは、非複屈折ファイ
バのループを備える検出コイルの一端に導かれる。2本の光ビームの他方は、位
相変調器を介して検出コイルの他端中へ導かれる。直線偏光された光ビームの各
々は、検出コイルへ入る前にそれぞれの四分の一波長板を通過し、そこから円偏
光された光として出るが、これは検出コイルへ入る光である。検出コイルの2個
のファイバ端から出て行く光は、四分の一波長板を再び通過して、直線偏光され
た戻り光を発生させる。戻り光は、第2の方向性結合器によって再び組み合わさ
れ、この再び組み合わされた光の強度は、光検出器によって検出される。
In conventional interferometric fiber optic current sensors (FOCS), the light beam also
It passes through a first directional coupler separating the photodetectors and then through a polarizer that produces linearly polarized light. The linearly polarized light beam is then split by a second directional coupler into two beams, one of which is directed to one end of a detection coil comprising a loop of non-birefringent fiber. The other of the two light beams is guided through the phase modulator into the other end of the detection coil. Each of the linearly polarized light beams passes through their respective quarter-wave plate before entering the detector coil and exits therefrom as circularly polarized light, which is the light entering the detector coil. Light exiting the two fiber ends of the detection coil again passes through the quarter wave plate to produce linearly polarized return light. The returning light is recombined by the second directional coupler and the intensity of this recombined light is detected by the photodetector.

【0007】 別のタイプの従来のFOCSは、第2の方向性結合器を排除して設計を簡素化
している反射電流検出コイルに基いている。対角方向に直線偏光された光ビーム
は、四分の一波長板を通過し、そこから検出コイルへ入る前に反対方向に回転し
ている円偏光された光として出てくる。ファイバの端で反射すると、2個の光波
の回転方向が反転し、光は検出領域を通って戻り、その後光は直線偏光された光
に変換して戻される。再び組み合わされた光の強度は、光検出器によって検出さ
れる。もしも複屈折変調器が位相変調器の代わりに使用されるとすれば、光が変
調器へ入る前に45度のスプライスを挿入する必要がある。
Another type of conventional FOCS is based on a reflected current sensing coil, which eliminates the second directional coupler and simplifies the design. A diagonally linearly polarized light beam passes through the quarter-wave plate and emerges therefrom as circularly polarized light rotating in the opposite direction before entering the detection coil. Reflected at the end of the fiber, the directions of rotation of the two light waves are reversed and the light returns through the detection region, after which the light is converted back into linearly polarized light. The intensity of the recombined light is detected by the photodetector. If a birefringence modulator is used instead of a phase modulator, it is necessary to insert a 45 degree splice before the light enters the modulator.

【0008】 位相変調器は例えば圧電変換器(PZT)でよい。位相差を変調するその他の
方法、例えばニオブ酸リチウムのような電気―光学材料を使用しうる。もしも変
調のために集積光学的組立体(IOC)が使用されるとすれば、検出コイルに接
続された方向性結合器の代わりにY字形接続パワー・スプリッタを含めればよい
。この位相変調は二つの目的に役立つ。一方の目的は、干渉計をより敏感な動作
点に動的にバイアスし、また回転方向の検出を可能とすることである。他方の目
的は、電気信号処理の精度を上げるために直流(DC)から交流(AC)へ検出
した信号を動かすことである。開ループ信号処理構成における正弦位相変調によ
り、干渉計の出力信号は、正弦及び余弦波形の無限級数であり、その波形の最大
振幅は位相変調振幅に関連するベッセル関数である。ベッセル関数の最大振幅は
、測定された量の正弦(奇数の高調波)及び余弦(偶数の高調波)に比例してい
る。基本信号は、それに続く偶数及び奇数の高調波信号を有する、印加された変
調周波数に位置している。回転速度及び/又は磁界を検出するため且つ同時に安
定した線形出力スケール・ファクタを維持しながら基本信号と最も低い3次の高
調波信号振幅との比を使用する多くの信号処理方法が提案されてきた。しかしな
がら、アナログ及び/又はデジタル電子ハードウエアでのこれらの方法の実行は
複雑で、且つ高価につく。従って、センサの高調波信号の相対振幅におけるエラ
ーによって影響されないはるかに単純な信号処理設計が所望される。
The phase modulator may be, for example, a piezoelectric transducer (PZT). Other methods of modulating the phase difference may be used, for example electro-optical materials such as lithium niobate. If an integrated optical assembly (IOC) is used for modulation, a Y-connected power splitter may be included instead of the directional coupler connected to the detection coil. This phase modulation serves two purposes. One purpose is to dynamically bias the interferometer to a more sensitive operating point, and also to detect rotational direction. The other purpose is to move the detected signal from direct current (DC) to alternating current (AC) to increase the accuracy of the electrical signal processing. With sinusoidal phase modulation in an open loop signal processing configuration, the output signal of the interferometer is an infinite series of sinusoidal and cosine waveforms, the maximum amplitude of which is the Bessel function associated with the phase modulation amplitude. The maximum amplitude of the Bessel function is proportional to the sine (odd harmonics) and cosine (even harmonics) of the measured quantity. The fundamental signal is located at the applied modulation frequency with subsequent even and odd harmonic signals. Many signal processing methods have been proposed for detecting rotational speed and / or magnetic field and at the same time using the ratio of the fundamental signal to the lowest third harmonic signal amplitude while maintaining a stable linear output scale factor. It was However, implementing these methods on analog and / or digital electronic hardware is complicated and expensive. Therefore, a much simpler signal processing design that is not affected by errors in the relative amplitudes of the sensor harmonic signals is desired.

【0009】 測定された小さい電流あるいは磁界の値に対するサニャック及びファラディ効
果の固有の線形性によって、スケール・ファクタの線形性(すなわち、測定され
た電流あるいは磁界対印加された電流あるいは磁界)が維持される。環境変化(
すなわち、温度、振動等)の間、及びセンサの寿命に亘ってのより高いレート(
rate)あるいはより高い電流時では、従来の信号処理技術を使用して線形性
を維持することができる。
The inherent linearity of the Sagnac and Faraday effects for small measured current or magnetic field values maintains the linearity of the scale factor (ie measured current or magnetic field vs. applied current or magnetic field). It Environmental change (
Higher rates (i.e. temperature, vibration, etc.) and over the life of the sensor (i.e.
rate) or higher current, conventional signal processing techniques can be used to maintain linearity.

【0010】 従って、光学要素の数がより少なくて、製造がより容易且つより安価で製造し
うる光ファイバ電流センサを提供することが望ましい。また、環境変化の間一定
のスケール・ファクタを維持するために電流センサの出力信号を処理するための
電子システムを提供することが望ましい。
Therefore, it is desirable to provide a fiber optic current sensor that has fewer optical elements and is easier and cheaper to manufacture. It is also desirable to provide an electronic system for processing the output signal of the current sensor to maintain a constant scale factor during environmental changes.

【0011】 [発明の概要] 本発明は磁界、特に電流によって誘発される磁界を測定するために低減した最
小構成(RMC)光ファイバ電流センサ(FOCS)システムを指向する。本発
明の一局面によると、RMC・FOCSシステムは、ファイバ感知コイルと、前
側の出力側及び後ろ側の出力側を有し且つ関連の光源強度で光を放射する光源と
、偏光子を含んでもよく、前側出力側と後ろ側出力側との間に配設され且つ光源
から光を受取る光結合器であって、実質的に均等な強度の2本の直線偏光された
光ビームを形成する光結合器と、ファイバ感知コイルの第1の端部の近傍に配設
され、2本の直線偏光された光ビームの中の第1のビームを受取り且つ第1の直
線偏光された光ビームを第1の方向に感知コイルを介して伝播する第1の円偏光
された光に変換する第1の四分の一波長板と、ファイバ検出コイルの第2の端部
の近傍に配設され、2本の直線偏光された光ビームを受取り且つ第2の直線偏光
された光ビームを第1の方向とは反対の第2の方向に感知コイルを介して伝播す
る第2の円偏光された光に変換する第2の四分の一波長板とを含み、前記第1と
第2の円偏光された光は、感知コイルを通過し、磁界あるいは感知コイルの近傍
で導体を流れる電流によって発生する位相差シフトを受け、前記ファイバ感知コ
イルは第1と第2の四分の一波長板に位相シフトされ円偏光された戻り光を供給
し、前記第1と第2の四分の一波長板は、位相シフトされ円偏光された戻り光を
直線偏光された戻り光に変換して戻し、前記光結合器が、直線偏光された戻り光
を組み合わせ且つ干渉させて組み合わされた光ビームを生成し、更に、光源の後
ろ側出力側に動作的に結合された光検出器であって光源を通して伝送された組み
合わされた光ビームに応答して検出し且つ出力信号を与える光検出器を含む。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a reduced minimum configuration (RMC) fiber optic current sensor (FOCS) system for measuring magnetic fields, particularly current induced magnetic fields. According to one aspect of the invention, an RMC FOCS system may also include a fiber sensing coil, a light source having a front output side and a back output side and emitting light at an associated light source intensity, and a polarizer. Often, an optical coupler disposed between the front output side and the rear output side and receiving light from a light source, the light forming two linearly polarized light beams of substantially equal intensity. A coupler and a fiber sensing coil disposed proximate the first end of the fiber sensing coil for receiving a first beam of the two linearly polarized light beams and providing a first linearly polarized light beam to the first linearly polarized light beam. A first quarter-wave plate for converting into first circularly polarized light propagating through the sensing coil in one direction and a second end of the fiber detection coil, 2 A second linearly polarized light beam and a second linearly polarized light beam A second quarter-wave plate for converting into a second circularly polarized light propagating through the sensing coil in a second direction opposite the first direction, the first and second Circularly polarized light of the fiber passes through the sensing coil and undergoes a phase difference shift caused by a magnetic field or a current flowing through a conductor in the vicinity of the sensing coil, the fiber sensing coil having first and second quarter wavelengths. The phase-shifted and circularly-polarized return light is supplied to the plate, and the first and second quarter-wave plates convert the phase-shifted and circularly-polarized return light into linearly-polarized return light. And wherein the optical combiner is a photodetector that combines and interferes with linearly polarized return light to produce a combined light beam, and is operatively coupled to a rear output side of the light source. Detection in response to a combined light beam transmitted through a light source And including a light detector providing an output signal.

【0012】 本発明の別の局面によると、最小構成に低減した(RMC)光ファイバ電流セ
ンサ(FOCS)システムは、光ファイバを有する光ファイバ感知領域部と、前
側出力側及び後ろ側出力側を有し且つ関連の光源強度の光を放射する光源と、光
路部に沿って光源から2本の直線偏光された光ビームを伝送するために光ファイ
バ感知領域部と光源の前側出力側を動作的に接続する光路部とを含む。2本の直
線偏光された光ビームを感知領域部を通して伝播する2本の対向する円偏光され
た光ビームに変換するために少なくとも1個の四分の一波長板が光路部と感知領
域部との間に配設されており、感知領域部を通して伝播する2本の対向する円偏
光された光ビームは、磁界あるいは感知コイルの近傍の導体を流れる電流によっ
て発生する位相差シフトを受ける。ファイバの感知領域部は、そのファイバ感知
領域部の端部分に配置された反射器を含み、該反射器は、円偏光された光ビーム
を反射し、且つ位相シフトされ円偏光された戻り光を少なくとも1個の四分の一
波長板に供給し、該波長板は、位相シフトされた円偏光された戻り光を干渉する
直線偏光された戻り光ビームに変換する。光源の後ろ側出力側に動作的に結合さ
れた光検出器が、光源を通して伝送され干渉された戻り光ビームを検出し、且つ
光源を通して伝送され干渉された戻り光ビームに応答して出力信号を与える。
According to another aspect of the present invention, a reduced minimum configuration (RMC) fiber optic current sensor (FOCS) system includes a fiber optic sensing area having an optical fiber and a front output side and a rear output side. A light source for emitting light having an associated light source intensity, and an optical fiber sensing area and a front output side of the light source for transmitting two linearly polarized light beams from the light source along the optical path. And an optical path portion connected to. At least one quarter wave plate is provided for converting the two linearly polarized light beams into two opposing circularly polarized light beams propagating through the sensing area portion, the optical path portion and the sensing area portion. Two opposing circularly polarized light beams, which are disposed between the two and propagate through the sensing region, undergo a phase difference shift caused by a magnetic field or a current flowing through a conductor near the sensing coil. The sensing area portion of the fiber includes a reflector disposed at an end portion of the fiber sensing area portion, the reflector reflecting the circularly polarized light beam and providing a phase-shifted and circularly polarized return light. Feeding at least one quarter wave plate, which converts the phase-shifted circularly polarized return light into an interfering linearly polarized return light beam. A photodetector operatively coupled to the rear output side of the light source detects the interfering return light beam transmitted through the light source and outputs an output signal in response to the interfering return light beam transmitted through the light source. give.

【0013】 RMC・FOCSシステムの実施形態は以下の特徴の一つ以上を含みうる。R
MC・FOCSは、前側出力側とセンサ・コイルとの間に配設された偏光子を含
み、該偏光子は、光源から放射された光と戻り光ビームとを偏光する。反射性R
MC・FOCSにおいて、45度のツイストを偏光子とセンサ・コイルとの間に
挿入しうる。光学的位相あるいは複屈折変調器をセンサ・コイルに結合しうる。
変調振幅を制御する発振器は変調器に結合してよい。出力信号を受取る電気増幅
器は、検出器に結合し、そして直流ブロック、整流器、積分比較器及び光源駆動
手段が、増幅器に結合され、関連の光源の強度を制御する。出力信号を処理し、
磁界あるいは電流と相関した出力の値を与えるために電気信号処理手段も増幅器
に結合してもよい。
Embodiments of the RMC FOCS system can include one or more of the following features. R
The MC-FOCS includes a polarizer disposed between the front output side and the sensor coil, which polarizes the light emitted from the light source and the return light beam. Reflective R
In MC FOCS, a 45 degree twist can be inserted between the polarizer and the sensor coil. An optical phase or birefringence modulator may be coupled to the sensor coil.
An oscillator controlling the modulation amplitude may be coupled to the modulator. An electrical amplifier receiving the output signal is coupled to the detector, and a DC block, rectifier, integrating comparator and light source driving means are coupled to the amplifier to control the intensity of the associated light source. Process the output signal,
Electrical signal processing means may also be coupled to the amplifier to provide a value for the output that is correlated with the magnetic field or current.

【0014】 [ある例示された実施形態の詳細説明] 本発明は各種の修正や代替形態が可能であるが、特定の実施形態を例として図
面に示し、本明細書で詳細に説明する。しかしながら、これは本発明を開示した
特定の形態に限定する意図ではなく、むしろ以下定義する本発明の精神と範囲と
に入る全ての修正、均等物、代案を網羅する意図である。
Detailed Description of Certain Illustrated Embodiments While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. However, this is not intended to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined below.

【0015】 本発明は、「最小構成に低減した」(RMC)光ファイバ電流センサ(FOC
S)を指向する。従来のFOCSとは異なり、第1の結合器が省かれ、干渉計の
出力が光源の後ろ側の出力側に位置決めされた検出器によって読み取られる。先
ず図1を参照すれば、光源1aは前側出力面1bから光を放射し、該光は偏光子
2によって偏光される。レーザ・ダイオード(LD)、超発光ダイオード(SL
D)、及び発光ダイオード(LED)あるいは超放射ファイバ増幅器を含む数種
のタイプの光源を使用しうる。偏光子2は、例えば、ファイバ偏光子、ニオブ酸
リチウム偏光子、あるいはポリマ導波偏光子でよい。結合器3は、光を2本の実
質的に均等な強度の反対方向に伝播するビームに分割する。感知コイル両端にお
ける光路に四分の一波長板14、16が挿入される。四分の一波長板14、16
は偏光子2によって形成された直線偏光された光を感知コイル4で反対方向に伝
播する円偏光された光に変換する。磁界が、反対方向に伝播している円偏光され
た光ビームの位相シフト(ファラディ回転)を導入し、そこにおいて位相シフト
の方向は、磁界の方向に対する円偏光された光ビームの伝播方向によって決まる
。四分の一波長板14、16は、感知コイルを通過したそれぞれの戻った円偏光
された光ビームを直線偏光された光ビームに変換し戻し、この光ビームは、次い
で光結合器3において再び組み合わされる。結合器は、光ファイバあるいは集積
光学要素から形成された方向性結合器でよい。
The present invention is a “minimized configuration reduced” (RMC) fiber optic current sensor (FOC).
S). Unlike conventional FOCS, the first combiner is omitted and the output of the interferometer is read by a detector positioned on the output side behind the light source. Referring first to FIG. 1, the light source 1a emits light from the front output surface 1b, which light is polarized by a polarizer 2. Laser diode (LD), super light emitting diode (SL)
D), and several types of light sources may be used, including light emitting diodes (LEDs) or super radiating fiber amplifiers. The polarizer 2 may be, for example, a fiber polarizer, a lithium niobate polarizer, or a polymer waveguide polarizer. The combiner 3 splits the light into two substantially equal intensity counter-propagating beams. Quarter-wave plates 14 and 16 are inserted in the optical paths at both ends of the sensing coil. Quarter-wave plate 14, 16
Converts the linearly polarized light formed by the polarizer 2 into circularly polarized light propagating in the opposite direction in the sensing coil 4. A magnetic field introduces a phase shift (Faraday rotation) of a circularly polarized light beam propagating in the opposite direction, where the direction of the phase shift is determined by the direction of propagation of the circularly polarized light beam with respect to the direction of the magnetic field. . The quarter-wave plates 14, 16 convert each returned circularly polarized light beam that passed through the sensing coil back into a linearly polarized light beam, which is then again in the optical combiner 3. Be combined. The coupler can be a directional coupler formed from optical fibers or integrated optical elements.

【0016】 次いで、再び組み合わされた光ビームは、光源1aを通過し、検出器5によっ
て光源1aの後ろ側の出力側1cにおいて受取られる。検出器5は、光学的入力
を出力電圧に変換する、例えばトランスインピーダンス増幅器である、増幅器6
に結合された光検出器でよい。検出器5の出力は、例えば100万の電圧利得を
与える適当な増幅器6を通過する。増幅器の出力は復調器7に印加される。復調
器7は、発振器8から信号を受取る位相感知検出器(PSD)でよい。FOCS
に対して、復調器7の出力は、感知コイル4を通る磁束の関数であり、そして正
弦曲線であり、磁界あるいは電流を緩和するに低いように一次関数によって近似
化しうる。もしも復調器7へ入る2個の信号の位相と周波数とが同じであるとす
れば、出力は最大であり、もしもそれらが異なるとすれば、出力は低減する。発
振器8と位相変調器9とは以下詳細に説明するように、位相変調の干渉深さを維
持する。代替的に、例えばニオブ酸リチウムあるいは別の電気―光学材料から構
成したもののようにその他の位相変調器を使用してもよい。光源の強度を調整す
る光源制御装置/駆動装置10は、以下詳細に説明するように、例えばフィルタ
、整流器、積分比較器のような追加の要素を含み得る。
The recombined light beam then passes through the light source 1a and is received by the detector 5 at the output 1c behind the light source 1a. The detector 5 converts an optical input into an output voltage, for example an amplifier 6 which is a transimpedance amplifier.
A photodetector coupled to the. The output of the detector 5 passes through a suitable amplifier 6 which provides a voltage gain of eg 1 million. The output of the amplifier is applied to the demodulator 7. The demodulator 7 may be a phase sensitive detector (PSD) that receives a signal from an oscillator 8. FOCS
On the other hand, the output of the demodulator 7 is a function of the magnetic flux through the sensing coil 4 and is sinusoidal and can be approximated by a linear function to be low to relax the magnetic field or current. If the two signals entering demodulator 7 are the same in phase and frequency, the output is maximum, and if they are different, the output is reduced. The oscillator 8 and the phase modulator 9 maintain the phase modulation interference depth, as will be described in detail below. Alternatively, other phase modulators may be used, such as those constructed from lithium niobate or another electro-optical material. The light source controller / driver 10 for adjusting the intensity of the light source may include additional elements such as filters, rectifiers, integrating comparators, as described in detail below.

【0017】 さて、本発明によるRMC・FOCSシステムの別の実施形態を示す図2を参
照すれば、光源1aは前側出力面1bから光を放射し、この光は偏光子2によっ
て偏光される。複屈折変調器9が偏光された光の偏光方向を変調する。偏光子2
と複屈折変調器9との間に45度スライス11が挿入され、対角線方向に直線偏
光された光を与える。感知コイル4′の一端と位相変調器9との間に配設された
単一の四分の一波長板12が、変調され直線偏光された光を感知領域を通して伝
播する2本の対向し円偏光された光ビームに変換する。第1の実施形態とは相違
して、光は感知コイル4′の一端のみに導入される。感知コイル4′の他端は、
偏光方向を逆転しながら円偏光された光を感知コイル4′に反射して戻す反射器
13を有する。反射性の感知コイルの形状は、機械的な振動や感知コイルの回転
に対して感度が小さいという別の利点を有している。
Referring now to FIG. 2, which illustrates another embodiment of the RMC FOCS system according to the present invention, the light source 1 a emits light from the front output surface 1 b, which light is polarized by the polarizer 2. The birefringence modulator 9 modulates the polarization direction of the polarized light. Polarizer 2
A 45-degree slice 11 is inserted between the birefringence modulator 9 and the birefringence modulator 9 to provide light linearly polarized in the diagonal direction. A single quarter wave plate 12 disposed between one end of the sensing coil 4'and the phase modulator 9 provides two opposing circles for propagating the modulated, linearly polarized light through the sensing area. Convert to a polarized light beam. Unlike the first embodiment, light is introduced into only one end of the sensing coil 4 '. The other end of the sensing coil 4'is
It has a reflector 13 which reflects the circularly polarized light back to the sensing coil 4'while reversing the polarization direction. The shape of the reflective sensing coil has the additional advantage of being less sensitive to mechanical vibrations and rotation of the sensing coil.

【0018】 感知コイルのスケール・ファクタは、この最大電流範囲がセンサの出力の伝達
関数の基本的に線形領域内に十分入るように設計しうる。代替的に、当該技術分
野で既知の電子直線化技術も使用しうる。感知コイルのファイバ・コイル長さは
、測定すべき電流範囲によって決まり、1メートルから1,000メートル、好
ましくは1メートルから20メートルの間としうる。コイルは、導体がコイルの
開口を通過しうるように巻かれる。第1の方向性結合器と感知コイルと、λ/4
波長板との間のそれぞれの分離は、第1の方向性結合器と感知コイルあるいはλ
/4波長板との間で偏光維持ファイバを採用するために20メートルから1、0
00メートルの間でよい。このようなタイプの構造により、電流は、基本信号(
F1)の振幅から直接決定することができる。基本信号の位相及び周波数は既知
であるので、振幅を決定する効果的な方法は同期復調することである。
The scale factor of the sensing coil can be designed such that this maximum current range is well within the essentially linear region of the transfer function of the output of the sensor. Alternatively, electron linearization techniques known in the art may be used. The fiber coil length of the sensing coil depends on the current range to be measured and may be between 1 meter and 1000 meters, preferably between 1 meter and 20 meters. The coil is wound so that the conductor can pass through the opening of the coil. A first directional coupler and a sense coil, λ / 4
The respective separation between the wave plate is the first directional coupler and the sensing coil or λ.
20 meters to 1.0 to employ a polarization maintaining fiber with a quarter wave plate
It may be between 00 meters. Due to this type of structure, the current is
It can be determined directly from the amplitude of F1). Since the phase and frequency of the fundamental signal are known, an effective way to determine the amplitude is synchronous demodulation.

【0019】 さて、図3を参照すると、検出器によって検出される広帯域信号電流は、検出
された光電流を電圧に変換するトランスインピーダンス前置増幅器26と、電圧
信号利得を与える増幅器27とを通される。増幅された電圧信号は次いで、低域
通過フィルタ(LPF)に供給され、該フィルタのコーナ周波数は、同期復調器
29において同期復調される前には基本周波数(F1)にある。低域通過フィル
タ28は、電圧信号からの全ての高調波を減衰させ、基本周波数(F1)のみを
残している。同期復調器29の他方の入力側は、以下説明するように、安定した
振幅及び自己共振周波数を変調器9に与えるためにコルピッツ発振器とAGS増
幅器を使用しうる自己共振発振器及びAGC増幅器から電圧信号を受取る。しか
しながら、当該技術分野において既知のように、回路8は、一定の振幅を与える
水晶発振器、デジタル・シンセサイザ、固定周波数信号を与える水晶発振器でよ
く、あるいは変調器に固定振幅の自己共振信号を与えるコルピッツ発振器(のみ
)でよい。
Referring now to FIG. 3, the broadband signal current detected by the detector is passed through a transimpedance preamplifier 26 which converts the detected photocurrent into a voltage and an amplifier 27 which provides the voltage signal gain. To be done. The amplified voltage signal is then fed to a low pass filter (LPF) whose corner frequency is at the fundamental frequency (F1) before being synchronously demodulated in the synchronous demodulator 29. The low pass filter 28 attenuates all harmonics from the voltage signal, leaving only the fundamental frequency (F1). The other input of the synchronous demodulator 29 is a voltage signal from a self-resonant oscillator and an AGC amplifier that may use a Colpitts oscillator and an AGS amplifier to provide a stable amplitude and self-resonant frequency to the modulator 9, as described below. To receive. However, as is known in the art, the circuit 8 may be a crystal oscillator that provides a constant amplitude, a digital synthesizer, a crystal oscillator that provides a fixed frequency signal, or a Colpitts that provides a fixed amplitude self-resonant signal to the modulator. An oscillator (only) is enough.

【0020】 回路8の出力は、位相シフタと、そのコーナ周波数が基本周波数(F1)と等
しいか、それより高い低域通過フィルタ32とを通される。復調器29の出力は
、その入力信号の位相及び周波数が等しいとき最大であり、磁界あるいは電流の
関数である基本周波数(F1)におけるセンサの出力信号の大きさに比例する。
この出力は、磁界あるいは電流と比例するDC信号を発生させる別の低域通過フ
ィルタ30を通せばよい。最終的に、DC信号は、所望のセンサのスケール・フ
ァクタをセットするためにDC増幅器31において増幅される。復調によって広
い動的な磁界及び/又は電流範囲に亘って線形な出力を発生させる。磁界測定の
分解能は、トランスインピーダンス前置増幅器26の雑音指数と測定の帯域とに
よって決まる。
The output of the circuit 8 is passed through a phase shifter and a low pass filter 32 whose corner frequency is equal to or higher than the fundamental frequency (F1). The output of demodulator 29 is maximum when the phase and frequency of its input signals are equal and is proportional to the magnitude of the sensor output signal at the fundamental frequency (F1) which is a function of magnetic field or current.
This output may be passed through another low pass filter 30 which produces a DC signal proportional to the magnetic field or current. Finally, the DC signal is amplified in DC amplifier 31 to set the desired sensor scale factor. Demodulation produces a linear output over a wide dynamic magnetic field and / or current range. The resolution of the magnetic field measurement depends on the noise figure of the transimpedance preamplifier 26 and the measurement band.

【0021】 当該技術分野の専門家は、前述したDC磁界の代わりに、例えばACパワー・
ラインを流れるAC電流によって発生するAC磁界を測定する電流センサの出力
がACパワー・ラインの基本周波数並びにその高調波を含む対応するAC信号を
発生させることを認識する。
Those skilled in the art will appreciate, for example, that AC power
It is recognized that the output of a current sensor that measures the AC magnetic field produced by the AC current flowing through the line produces a corresponding AC signal that includes the fundamental frequency of the AC power line as well as its harmonics.

【0022】 環境変化の間、一定のスケール・ファクタを維持することは、2個のセンサの
動作点が正確に維持されることを必要とする。先ず増幅器6の出力側におけるセ
ンサの信号の大きさが一定でなければならない。このことを達成するために、本
発明の一局面は、コイル長さの短いセンサに対しては、2次高調波信号(F2)
の振幅は全体のレート(rate)/磁界の範囲に亘って相対的に一定であると
いう事実を利用している。このように、広帯域センサ信号は、高域通過フィルタ
35によって2次高調波周波数(F2)において高域通過フィルタリング(HP
F)され、整流器36で整流され、積分比較器37によって積分され、基準と比
較され、光源駆動装置10によって光源21に印加される。その結果得られたD
C信号は、光源の電流を増減することによって光源1aの光学的パワー出力を、
及び従って放射された光学的パワーを制御するために使用される。高域通過フィ
ルタ35は、高磁界あるいは電流における光源制御回路の精度に対する基準信号
(F1)の影響を低減するために必要としうる。当該技術分野で既知のように、
高域通過フィルタ35は、DCブロックあるいは帯域通過フィルタと置き換え、
そして整流器36は、全波整流器あるいは半波整流器とすればよい。
Maintaining a constant scale factor during environmental changes requires that the operating points of the two sensors be accurately maintained. First, the magnitude of the sensor signal at the output of the amplifier 6 must be constant. In order to achieve this, one aspect of the present invention provides a second harmonic signal (F2) for a sensor with a short coil length.
Capitalizes on the fact that the amplitude of is relatively constant over the entire rate / field range. Thus, the broadband sensor signal is high pass filtered (HP) at the second harmonic frequency (F2) by the high pass filter 35.
F), rectified by the rectifier 36, integrated by the integration comparator 37, compared with the reference, and applied to the light source 21 by the light source driving device 10. The resulting D
The C signal changes the optical power output of the light source 1a by increasing or decreasing the current of the light source,
And is therefore used to control the emitted optical power. The high pass filter 35 may be needed to reduce the effect of the reference signal (F1) on the accuracy of the light source control circuit in high magnetic fields or currents. As known in the art,
The high pass filter 35 is replaced with a DC block or a band pass filter,
The rectifier 36 may be a full-wave rectifier or a half-wave rectifier.

【0023】 維持すべき第2のセンサ動作点は、PZT位相変調器9において制御される位
相変調の干渉深さである。位相変調の深さは、PZT位相変調器9に印加される
正弦波駆動電圧の振幅によって設定される。しかしながら、単に固定した周波数
及び振幅を有する正弦波駆動を維持しても位相変調の固定深さを保証することは
ない。時間の経過により、且つ温度の変化によって、PZT変調器9の共振周波
数(Fr)はドリフトしうる。また、PZT変調器9の機械的から光学的への位
相シフトの変換スケール・ファクタ(Qm)も変化しうる。前述のように、本発
明は、自己共振発振器及び調整可能な利得制御(AGC)増幅器回路8の出力を
位相シフタ及び低域通過フィルタ32に印加することによって位相変調器9を発
振回路の能動部分として使用する。変調器9は能動的なフィードバック回路の一
部であるので、共振変調器の周波数のいずれの動きも追跡される。Qm及びFr
の変化も駆動振幅に影響する変調器の動的インピーダンスを変える。当該技術分
野で既知のその他の自己共振発振器も使用しうるものの、自己共振発振器とAG
C増幅回路8とが環境の変化を通しての安定した正弦波の駆動振幅を維持するた
めに使用される。
The second sensor operating point to be maintained is the phase modulation interference depth controlled in the PZT phase modulator 9. The depth of phase modulation is set by the amplitude of the sinusoidal drive voltage applied to the PZT phase modulator 9. However, simply maintaining a sinusoidal drive with a fixed frequency and amplitude does not guarantee a fixed depth of phase modulation. The resonance frequency (Fr) of the PZT modulator 9 may drift over time and due to changes in temperature. Also, the mechanical to optical phase shift conversion scale factor (Q m ) of the PZT modulator 9 may vary. As mentioned above, the present invention allows the phase modulator 9 to be activated by applying the output of the self-resonant oscillator and the adjustable gain control (AGC) amplifier circuit 8 to the phase shifter and low pass filter 32. To use as. Since the modulator 9 is part of the active feedback circuit, any movement in frequency of the resonant modulator is tracked. Qm and Fr
Also changes the dynamic impedance of the modulator, which affects the drive amplitude. Although other self-resonant oscillators known in the art may be used, the self-resonant oscillator and AG
The C amplifier circuit 8 is used to maintain a stable sine wave drive amplitude through changes in the environment.

【0024】 このように、磁界あるいは電流を決定するために基本センサ信号振幅が同期復
調される場合、簡素化した信号処理電子装置を備えたFOCSシステムが提供さ
れる。光源の強度を制御するために2次高調波センサ信号(F2)が使用される
。これらの信号の比を取る必要はない。位相変調の深さは、位相変調器を能動的
な電気回路の一部とする自己共振発振器による方法を使用することによって維持
される。
Thus, where the basic sensor signal amplitude is synchronously demodulated to determine the magnetic field or current, a FOCS system with simplified signal processing electronics is provided. The second harmonic sensor signal (F2) is used to control the intensity of the light source. It is not necessary to take the ratio of these signals. The depth of phase modulation is maintained by using the self-resonant oscillator method with the phase modulator as part of the active electrical circuit.

【0025】 このような構成は、必須でない光学要素やスライスを当該システムから排除し
、低コストのFOCSシステムの構成を可能とする。簡素化した信号処理電子装
置による方法と共にRMC・FOCSを使用することによって、電流を測定する
ために使用しうる非常に魅力的な費用効果型の磁界センサを提供する。FOCS
信号処理システムは、単純で、低コストで製造可能であり、感知コイルに影響を
与える外部からの量的なもの(external quantities)を正
確に決定し、環境条件の変化の間一定のスケール・ファクタを維持する。
Such a configuration eliminates non-essential optical elements and slices from the system and enables a low cost FOCS system configuration. The use of RMC FOCS in conjunction with a simplified signal processing electronics approach provides a very attractive cost effective magnetic field sensor that can be used to measure current. FOCS
The signal processing system is simple, low cost to manufacture, accurately determines external quantities affecting the sensing coil, and has a constant scale factor during changes in environmental conditions. To maintain.

【0026】 さて、図4を参照すれば、図3を参照して前述したものと同じ信号処理電子装
置が図2の反射式の光ファイバ電流センサと共に使用することが可能である。簡
素化した信号処理電子装置による方法を備えたRMC・FOCSを使用すること
によって、機械的な振動やコイルの回転にむしろ影響を受けない極めて魅力的な
費用効果型の磁界と電流センサを提供する。
Referring now to FIG. 4, the same signal processing electronics as described above with reference to FIG. 3 can be used with the reflective fiber optic current sensor of FIG. The use of RMC FOCS with a simplified signal processing electronics approach provides a very attractive, cost-effective magnetic and current sensor that is rather immune to mechanical vibrations and coil rotation. .

【0027】 本発明が、図示され且つ詳細に説明した好適実施形態に関連して開示されたが
、当該技術分野の専門家には各種の修正や改良が直ちに明らかとなる。したがっ
て、本発明の精神と範囲とは特許請求の範囲のみによって限定されるべきである
While the present invention has been disclosed in connection with the preferred embodiments shown and described in detail, various modifications and improvements will immediately become apparent to those skilled in the art. Therefore, the spirit and scope of the invention should be limited only by the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明によるRMC・FOCSシステムの第1の実施形態の概略線図である。[Figure 1]   1 is a schematic diagram of a first embodiment of an RMC / FOCS system according to the present invention.

【図2】 本発明によるRMC・FOCSシステムの第2の実施形態の概略線図である。[Fig. 2]   FIG. 6 is a schematic diagram of a second embodiment of an RMC / FOCS system according to the present invention.

【図3】 図1に示すRMC・FOCSシステムの第1の実施形態の電子制御回路の詳細
線図である。
FIG. 3 is a detailed diagram of an electronic control circuit of the first embodiment of the RMC / FOCS system shown in FIG.

【図4】 図2に示すRMC・FOCSシステムの第2の実施形態の電子制御回路の詳細
線図である。
FIG. 4 is a detailed diagram of an electronic control circuit of a second embodiment of the RMC / FOCS system shown in FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベネット,シドニー・エム アメリカ合衆国イリノイ州60610,シカゴ, ノース・ディアボーン・パークウェイ 1301,ユニット 706 (72)発明者 ダイオット,リチャード・ビー アメリカ合衆国イリノイ州60463,オー ク・ローン,サウス・ミニック・アベニュ ー 9832 Fターム(参考) 2G025 AA00 AB09 AB10 AC06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Bennett, Sydney M             Chicago, Illinois, USA 60610,             North Dearborn Parkway             1301, unit 706 (72) Inventor Diot, Richard Bee             Ohio, Illinois, United States 60463             Ku Lone, South Minique Avenue             ー 9832 F-term (reference) 2G025 AA00 AB09 AB10 AC06

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 最小の構成に低減した(RMC)光ファイバ電流センサ(F
OCS)システムにおいて、 ファイバ感知コイルと、 前側出力側及び後ろ側出力側を有し、関連の光源の強度で光を放射する光源と
、 前記前側出力側と前記コイルとの間に配設され、前記光源から光を受取る光結
合器であって、実質的に同等の強度の2本の直線偏光された光ビームを形成する
光結合器と、 前記ファイバ感知コイルの第1の端の近傍に配設され、前記2本の直線偏光さ
れた光ビームの第1のものを受取り、第1の直線偏光された光ビームを第1の方
向に前記感知コイルを通して伝播する第1の円偏光された光に変換する第1の四
分の一波長板と、 前記ファイバ感知コイルの第2の端の近傍に配設され、2本の直線偏光された
光ビームの中の第2のものを受取り、第2の直線偏光された光ビームを第1の方
向とは反対の第2の方向に前記感知コイルを通して伝播する第2の円偏光された
光に変換する第2の四分の一波長板であって、前記第1と第2の円偏光された光
は前記感知コイルを通過し、磁界あるいは前記感知コイルの近傍の導体を流れる
電流によって生じる位相差シフトを受ける、第2の四分の一波長板とを備え、 前記ファイバ感知コイルが、位相シフトされ円偏光された戻り光を前記第1と
第2の四分の一波長板に供給し、前記第1と第2の四分の一波長板が、位相シフ
トされ円偏光された戻り光を直線偏光された戻り光に変換し、前記光結合器が、
直線偏光された光を組み合わせ且つ干渉させて、組み合わされた光ビームを生成
し、 更に、前記光源の後ろ側の出力側に動作的に結合された光検出器であって、前
記光源を通して伝送された組み合わされた光ビームに応答して検出し且つ出力信
号を与える光検出器を備える 最小構成に低減した(RMC)光ファイバ電流センサ(FOCS)。
1. A reduced configuration (RMC) fiber optic current sensor (F)
OCS) system, a fiber sensing coil, a light source having a front output side and a back output side and emitting light at an intensity of an associated light source, and disposed between the front output side and the coil, An optocoupler for receiving light from the light source, the optocoupler forming two linearly polarized light beams of substantially equal intensity, and an optical coupler disposed near the first end of the fiber sensing coil. A first circularly polarized light that is provided and receives a first one of the two linearly polarized light beams and propagates the first linearly polarized light beam in a first direction through the sensing coil. A first quarter-wave plate for converting into a first quarter-wave plate and a second one of the two linearly polarized light beams disposed near the second end of the fiber sensing coil, Two linearly polarized light beams in a second direction opposite to the first direction A second quarter-wave plate for converting into second circularly polarized light propagating through the sensing coil in a direction, the first and second circularly polarized light passing through the sensing coil. And a second quarter-wave plate that is subject to a phase difference shift caused by a magnetic field or a current flowing through a conductor near the sensing coil, the fiber sensing coil being phase-shifted and circularly polarized return light. Are supplied to the first and second quarter-wave plates, and the first and second quarter-wave plates convert the phase-shifted and circularly-polarized return light into linearly-polarized return light. And the optical coupler converts
A photodetector operatively coupled to the output side behind the light source for combining and interfering the linearly polarized light, the light beam being transmitted through the light source. Reduced to minimum configuration (RMC) fiber optic current sensor (FOCS) with a photodetector that detects and provides an output signal in response to a combined light beam.
【請求項2】 前記コイルに結合され、変調深さを有する光変調器と、 前記変調器に結合され、位相変調の振幅を制御する発振器と、 前記検出器に結合され、出力信号を受取る電気増幅器と、 前記増幅器に結合され、関連の光源の強度を制御する光源駆動手段と、 前記増幅器に結合され、増幅された出力信号を処理し且つ磁界あるいは電流に
対応する出力の値を与える電気信号処理手段と を更に含む請求項1に記載のRMC・FOCSシステム。
2. An optical modulator coupled to the coil and having a modulation depth, an oscillator coupled to the modulator for controlling the amplitude of phase modulation, and an electrical coupler coupled to the detector for receiving an output signal. An amplifier, a light source driving means coupled to the amplifier for controlling the intensity of an associated light source, and an electrical signal coupled to the amplifier for processing the amplified output signal and providing a value of the output corresponding to a magnetic field or current The RMC / FOCS system according to claim 1, further comprising processing means.
【請求項3】 前側出力側と光結合器との間に結合され、前記光源から放射
される光と戻り光ビームとを偏光させる偏光子を更に含む請求項1に記載のRM
C・FOCSシステム。
3. The RM of claim 1, further comprising a polarizer coupled between the front output side and the optocoupler to polarize the light emitted from the light source and the return light beam.
C / FOCS system.
【請求項4】 前記光源が、半導体光源及び稀土類元素をドーピングされた
ファイバ光源を含む群から選択される請求項1に記載のRMS・FOCSシステ
ム。
4. The RMS FOCS system of claim 1, wherein the light source is selected from the group comprising a semiconductor light source and a rare earth element-doped fiber light source.
【請求項5】 前記光源駆動手段が直流ブロック、整流器及び積分比較器を
含む請求項2に記載のRMC・FOCSシステム。
5. The RMC / FOCS system according to claim 2, wherein the light source driving means includes a DC block, a rectifier and an integrating comparator.
【請求項6】 前記直流ブロックが高域通過フィルタを備える請求項5に記
載のRMC・FOCSシステム。
6. The RMC FOCS system of claim 5, wherein the DC block comprises a high pass filter.
【請求項7】 前記整流器が半波整流器である請求項5に記載のRMC・F
OCSシステム。
7. The RMC · F according to claim 5, wherein the rectifier is a half-wave rectifier.
OCS system.
【請求項8】 前記発振器が、固定した振幅と固定した周波数の周期的波形
を供給する圧電式変換器の位相変調器駆動装置である請求項2に記載のRMC・
FOCSシステム。
8. The RMC according to claim 2, wherein the oscillator is a phase modulator driving device of a piezoelectric converter which supplies a periodic waveform having a fixed amplitude and a fixed frequency.
FOCS system.
【請求項9】 前記発振器が、固定した振幅と自己共振周波数波形とを供給
する圧電式変換器の位相変調器駆動装置である請求項2に記載のRMC・FOC
Sシステム。
9. The RMC / FOC according to claim 2, wherein the oscillator is a phase modulator driving device of a piezoelectric converter which supplies a fixed amplitude and a self-resonant frequency waveform.
S system.
【請求項10】 前記発振器が、調整可能な利得制御された自己共振周波数
波形を供給する圧電式変換器の位相変調器駆動装置である請求項2に記載のRM
C・FOCSシステム。
10. The RM of claim 2, wherein the oscillator is a piezoelectric modulator phase modulator driver providing an adjustable gain controlled self-resonant frequency waveform.
C / FOCS system.
【請求項11】 前記整流器が全波整流器である請求項5に記載のRMC・
FOCSシステム。
11. The RMC according to claim 5, wherein the rectifier is a full-wave rectifier.
FOCS system.
【請求項12】 前記直流ブロックが帯域通過フィルタを備える請求項5に
記載のRMC・FOCSシステム。
12. The RMC FOCS system of claim 5, wherein the DC block comprises a bandpass filter.
【請求項13】 最小構成に低減した(RMC)光ファイバ電流センサ(F
OCS)システムにおいて、 光ファイバを備える光ファイバ感知領域部と、 前側出力側及び後ろ側の出力側を有し、関連の光源の強度で光を放射する光源
と、 光路部に沿って前記光源からの2本の直線偏光された光ビームを伝送するため
に前記光源の前側出力側を前記光ファイバ感知領域部に動作的に接続する光路部
と、 前記光路部と前記感知領域部との間に配設され、2本の直線偏光された光ビー
ムを前記感知領域部を通して伝播する2本の対向する円偏光された光ビームに変
換する少なくとも1個の四分の一波長板とを備え、 前記感知領域を通して伝播する2本の対向する円偏光された光ビームが、磁界
あるいは前記感知コイルの近傍の導体を流れる電流によって生じる位相差シフト
を受け、 前記ファイバ感知領域部が、位相シフトされ円偏光された戻り光を少なくとも
1個の四分の一波形板に供給し、前記の少なくとも1個の四分の一波形板が、位
相シフトされ円偏光された戻り光を干渉性の直線偏光された戻り光ビームに変換
し、 更に、前記光源の後ろ側の出力側に動作的に結合された光検出器であって、前
記光源を通して伝送される干渉性の戻り光ビームに応答して検出し且つ出力信号
を与える光検出器を備える 最小構成に低減した(RMC)光ファイバ電流センサ(FOCS)システム。
13. A reduced configuration (RMC) fiber optic current sensor (F).
OCS) system, a fiber optic sensing region comprising an optical fiber, a light source having a front output side and a back output side, emitting light at the intensity of the associated light source, and from said light source along the optical path. An optical path portion operatively connecting the front output side of the light source to the fiber optic sensing area portion for transmitting two linearly polarized light beams; At least one quarter-wave plate arranged to convert the two linearly polarized light beams into two opposing circularly polarized light beams propagating through the sensing region. Two opposing circularly polarized light beams propagating through the sensing region undergo a phase difference shift caused by a magnetic field or a current flowing through a conductor in the vicinity of the sensing coil, and the fiber sensing region portion is phase shifted. The circularly polarized return light to at least one quarter corrugated plate, which at least one quarter corrugated plate shifts the phase-shifted circularly polarized return light into a coherent straight line. A photodetector for converting into a polarized return light beam and operatively coupled to an output side behind the light source, the photodetector being responsive to a coherent return light beam transmitted through the light source. Reduced to Minimal Configuration (RMC) Fiber Optic Current Sensor (FOCS) system with a photodetector that detects and provides an output signal.
【請求項14】 変調深さを与え、前記光ファイバ感知領域部に結合されて
いる光変調器と、 前記変調器に結合され、位相変調振幅を制御する発振器と、 前記検出器に結合され、出力信号を受取る電気増幅器と、 前記増幅器に結合され、関連の光源の強度を制御する光源駆動手段と、 前記増幅器に結合され、前記出力信号を処理し且つ磁界あるいは電流に相関さ
れた出力の値を与える電気信号処理手段と を更に含む請求項13に記載のRMC・FOCSシステム。
14. An optical modulator for providing a modulation depth and coupled to said optical fiber sensing area portion, an oscillator coupled to said modulator for controlling phase modulation amplitude, and coupled to said detector, An electrical amplifier for receiving an output signal, a light source driving means coupled to the amplifier for controlling the intensity of an associated light source, a value of the output coupled to the amplifier for processing the output signal and correlated to a magnetic field or current 14. The RMC FOCS system of claim 13, further comprising electrical signal processing means for providing.
【請求項15】 前記前側の出力側と前記光ファイバ感知領域部との間に結
合された偏光子であって、前記光源から放射された光と戻り光ビームとを偏光す
る偏光子を更に含む請求項13に記載のRMC・FOCSシステム。
15. A polarizer coupled between the front output side and the fiber optic sensing region, the polarizer further comprising: polarizing light emitted from the light source and a return light beam. The RMC / FOCS system according to claim 13.
【請求項16】 前記光源が、半導体光源及び稀土類元素をドーピングされ
たファイバ光源を含む群から選択される請求項13に記載のRMC・FOCSシ
ステム。
16. The RMC FOCS system according to claim 13, wherein the light source is selected from the group including a semiconductor light source and a rare earth element-doped fiber light source.
【請求項17】 前記発振器が、固定した振幅と固定した周波数の周期的波
形を供給する圧電式変換器の位相変調器駆動装置である請求項14に記載のRM
C・FOCSシステム。
17. The RM of claim 14, wherein the oscillator is a piezoelectric modulator phase modulator driver that provides a periodic waveform of fixed amplitude and fixed frequency.
C / FOCS system.
【請求項18】 前記発振器が、固定された振幅と自己共振周波数波形を供
給する圧電式変換器の位相変調器駆動装置である請求項14に記載のRMC・F
OCSシステム。
18. The RMC · F according to claim 14, wherein the oscillator is a phase modulator driving device of a piezoelectric converter that supplies a fixed amplitude and a self-resonant frequency waveform.
OCS system.
【請求項19】 前記発振器が、調整可能な利得制御された自己共振周波数
波形を供給する圧電式変換器の位相変調器駆動装置である請求項14に記載のR
MC・FOCSシステム。
19. The R of claim 14, wherein the oscillator is a piezoelectric transducer phase modulator driver that provides an adjustable gain controlled self-resonant frequency waveform.
MC / FOCS system.
【請求項20】 前記光源駆動手段が、直流ブロック、整流器及び積分比較
器を含む請求項14に記載のRMC・FOCSシステム。
20. The RMC / FOCS system according to claim 14, wherein the light source driving means includes a DC block, a rectifier and an integrating comparator.
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