JP2006030007A - Fiber-optic current sensor - Google Patents

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Inventor
Hideo Negishi
英雄 根岸
Hitoshi Hayashiya
均 林屋
Masato Ando
政人 安藤
Takeshi Endo
猛 遠藤
Shinji Sekiya
真二 関谷
Tatsuya Kumagai
達也 熊谷
Kotaro Tan
孝太郎 丹
Wataru Onuki
渉 大貫
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
East Japan Railway Co
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
East Japan Railway Co
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber-optic current sensor which reduces measurement errors caused by rotational motion. <P>SOLUTION: The fiber-optic current sensor comprises a sensing fiber 14 circling a current path, transmission optical fibers which are connected to the both exit ends of a coupler 8 for separating and a light beam of a light source into two branches and emitting it and which are connected to the both ends of the sensing fiber 14 through λ/4 elements 15, 16, respectively, a light receiving element 5 for detecting the interference of light propagating through the sensing fiber 14 in the forward/reverse direction, and a delay coil 12 provided in the midway of the transmission optical fiber for providing extra length for delay. Since the delay coil 12 comprises a part wound in one direction and a part wound in the direction opposite to the one direction, the influence of an optical gyro is canceled. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ファラデー効果を利用した光ファイバ電流センサに係り、回転運動による測定誤差をなくする光ファイバ電流センサに関する。   The present invention relates to an optical fiber current sensor using the Faraday effect, and more particularly to an optical fiber current sensor that eliminates measurement errors due to rotational motion.

光ファイバ電流センサは、電流路の周囲にセンシングファイバを周回させ、光源光を2つに分岐して出射するカプラの両出射端に伝送用光ファイバをそれぞれ接続し、両伝送用光ファイバにそれぞれλ/4素子を介してセンシングファイバの両端を接続したものであり、カプラの一方の出射端から出射した光は他方の出射端へ戻り他のカプラで受光器に受光されるようになっている。   An optical fiber current sensor circulates a sensing fiber around a current path, connects a transmission optical fiber to both emission ends of a coupler that divides the light source light into two and emits the light. Both ends of the sensing fiber are connected via a λ / 4 element, and the light emitted from one emission end of the coupler returns to the other emission end and is received by the light receiver at the other coupler. .

光ファイバ電流センサは、このセンシングファイバを正逆廻りに伝搬する光に対しセンシングファイバで囲まれた空間を通る電流に伴う磁界によりファラデー効果を作用させ、両伝搬光に生じた位相差を光の干渉を利用して検出し、この位相差から電流を求めるものである。   The optical fiber current sensor causes the Faraday effect to act on the light propagating through the sensing fiber in the forward and reverse directions by the magnetic field accompanying the current passing through the space surrounded by the sensing fiber, and the phase difference generated in the two propagation lights Detection is performed using interference, and current is obtained from this phase difference.

この光ファイバ電流センサの原理や細部は、非特許文献1〜4に詳しく述べられている。すなわち、光ファイバ電流センサの詳しい原理及び基本的な構成は非特許文献1に、電鉄用変電所用途の光ファイバ電流センサについては非特許文献2に、λ/4素子については非特許文献3に、Shupe(シュッペ)効果については非特許文献4にそれぞれ述べられている。これらをもって本発明の背景技術の開示に代える。   The principle and details of this optical fiber current sensor are described in detail in Non-Patent Documents 1 to 4. That is, the detailed principle and basic configuration of the optical fiber current sensor are described in Non-Patent Document 1, the optical fiber current sensor for electric railway substations is described in Non-Patent Document 2, and the λ / 4 element is described in Non-Patent Document 3. , Shupé effect is described in Non-Patent Document 4, respectively. These replace the disclosure of the background art of the present invention.

「サニャック干渉型光電流変成器(CT)によるプラズマ電流計測」、一ノ瀬祐治、阿部充志、プラズマ・核融合学会誌、第76巻第6号、593−600頁、2000年6月"Plasma current measurement with Sagnac interferometric photocurrent transformer (CT)", Yuji Ichinose, Mitsushi Abe, Journal of Plasma and Fusion Research, Vol. 76, No. 6, 593-600, June 2000 「直流電気鉄道用光ファイバ電流センサの開発」、林屋均、熊谷達也、日野政巳、遠藤猛、安藤政人、根岸英雄、Proceedings of 32nd Meeting on Lightwave Sensing Technology、141−146頁、December,2003"Development of an optical fiber current sensor for DC electric railway", Hitoshi Hayashiya, Tatsuya Kumagai, Masami Hino, Takeshi Endo, Masato Ando, Hideo Negishi, Proceedings of 32nd Meeting on Lightwave Technology, pages 141-146, December 「Temperature and Vibration Insensitive Fiber−Optic Current Sensor」、K.Bohnert、P.Gabus、J.Nehring、H.Brandle、JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.20,No.2,267−275頁、FEBRUARY 2002“Temperature and Vibration Insensitive Fiber-Optical Current Sensor”, K.K. Bohnert, P.A. Gabus, J. et al. Nehring, H.M. Brandle, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 20, no. 2, pp. 267-275, FEBRUARY 2002 「Thermally Induced nonreciprocity in the fiberoptic interferometer」、Shupe,D.M.、Appl.Opt.19,654.1980“Thermally Induced Nonreciprocity in the Fiber Interferometer”, Shupe, D. et al. M.M. Appl. Opt. 19,654.1980

図4に背景技術の光ファイバ電流センサの構成を、図5に遅延用光ファイバの構成を示す。   FIG. 4 shows the configuration of the optical fiber current sensor of the background art, and FIG. 5 shows the configuration of the delay optical fiber.

図4に示されるように、光ファイバ電流センサは、センサヘッド2とセンサ本体1とに分割構成され、センサ本体1には、光源4、受光器5、初段のカプラ6、偏光子7、ループ側のカプラ8、位相変調器11、遅延用コイル112、伝送用光ファイバ9,10が収容され、センサヘッド2には、センシングファイバ14、2つのλ/4素子15,16、伝送用光ファイバ17,18が収容され、センサヘッド2とセンサ本体1の光コネクタ間を伝送用光ファイバ125,126で接続するようになっている。   As shown in FIG. 4, the optical fiber current sensor is divided into a sensor head 2 and a sensor body 1, and the sensor body 1 includes a light source 4, a light receiver 5, a first-stage coupler 6, a polarizer 7, a loop. Side coupler 8, phase modulator 11, delay coil 112, and transmission optical fibers 9 and 10 are accommodated. The sensor head 2 includes a sensing fiber 14, two λ / 4 elements 15 and 16, and a transmission optical fiber. 17 and 18 are accommodated, and the optical connectors 125 and 126 for transmission are connected between the optical connectors of the sensor head 2 and the sensor main body 1.

図5に示されるように、遅延用光ファイバ112は、光ファイバ122がボビン124の胴に一方向に巻かれている。   As shown in FIG. 5, in the delay optical fiber 112, the optical fiber 122 is wound around the body of the bobbin 124 in one direction.

背景技術では、遅延用コイルが一方向にのみ巻き回されている。このようなコイル状の光ファイバに角速度(角加速度)が生じると光ジャイロの原理で両方向の伝搬光に位相差が生じることが知られている。よって、光ファイバ電流センサにおいても、例えばセンサ本体が回転するなどして遅延用コイルが角運動すると電流測定による位相差に光ジャイロによる位相差が重なって測定誤差が発生することになる。   In the background art, the delay coil is wound only in one direction. It is known that when an angular velocity (angular acceleration) is generated in such a coiled optical fiber, a phase difference is generated in propagation light in both directions by the principle of an optical gyro. Therefore, also in the optical fiber current sensor, for example, if the delay coil is angularly moved by rotating the sensor main body or the like, the phase difference due to the optical gyro overlaps with the phase difference due to current measurement, and a measurement error occurs.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、回転運動による測定誤差をなくする光ファイバ電流センサを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical fiber current sensor that solves the above-described problems and eliminates measurement errors due to rotational motion.

上記目的を達成するために本発明は、電流路の周囲にセンシングファイバを周回させ、光源光を2つに分岐して出射するカプラの両出射端に伝送用光ファイバをそれぞれ接続し、両伝送用光ファイバにそれぞれλ/4素子を介してセンシングファイバの両端を接続し、このセンシングファイバを正逆廻りに伝搬する光の干渉を検出する受光器を設け、伝送用光ファイバの途中に遅延用コイルを形成して遅延用の余長を持たせた光ファイバ電流センサにおいて、上記遅延用コイルが一方向に巻いた部分と反対方向に巻いた部分とからなるものである。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention circulates a sensing fiber around a current path, connects a transmission optical fiber to both emission ends of a coupler that divides and emits light source light into two, and transmits both of them. Each end of the sensing fiber is connected to each optical fiber via a λ / 4 element, and a receiver is provided to detect interference of light propagating in the forward and reverse directions on the sensing fiber. In the optical fiber current sensor in which a coil is formed to have a delay extra length, the delay coil is composed of a portion wound in one direction and a portion wound in the opposite direction.

上記遅延用コイルは、上記伝送用光ファイバが中間点で折り返され、この中間点より片側部分と反対側部分とが互いに沿わせて巻かれていることにより、これら両側部分の互いの巻き方向が反対になっていてもよい。   In the delay coil, the transmission optical fiber is folded back at an intermediate point, and one side portion and the opposite side portion are wound along each other from the intermediate point, so that the winding directions of both side portions are mutually different. It may be the opposite.

上記遅延用コイルは、2本の光ファイバを互いに沿わせて巻いた後、両光ファイバの同じ側の片端同士を融着してあってもよい。   The delay coil may be formed by winding two optical fibers along one another and then fusing one end of both optical fibers on the same side.

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。   The present invention exhibits the following excellent effects.

(1)回転運動による測定誤差がなくなる。   (1) The measurement error due to the rotational motion is eliminated.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示されるように、本発明に係る光ファイバ電流センサは、センサ本体1と、センサヘッド2と、これらにセンサ本体1とセンサヘッド2とを繋ぐ光コード3とに分割構成されている。   As shown in FIG. 1, the optical fiber current sensor according to the present invention is divided into a sensor body 1, a sensor head 2, and an optical cord 3 that connects the sensor body 1 and the sensor head 2 to the sensor body 1. .

センサ本体1は、ファラデー効果を作用させるための光を発生させる光源4と、干渉光を受光する受光器5と、光源光をループ側のカプラ8に導くと共にループ側のカプラ8からの干渉光を受光器5に導く初段のカプラ6と、初段のカプラ6からの光源光を偏光させる偏光子7と、偏光子7を経た光源光を2つに分岐して出射すると共に2つの戻り光を合成(干渉)させて初段のカプラ6へ戻すループ側のカプラ8と、このカプラ8の両出射端a,bにそれぞれ接続された伝送用光ファイバ9,10と、一方の伝送用光ファイバ10に設けられた位相変調器11と、一方の伝送用光ファイバ10の途中に形成された遅延用コイル12とを1つのシャーシ13に収容したものである。   The sensor body 1 includes a light source 4 that generates light for causing the Faraday effect, a light receiver 5 that receives interference light, and guides the light source light to a coupler 8 on the loop side, and interference light from the coupler 8 on the loop side. The first-stage coupler 6 that guides the light to the light receiver 5, the polarizer 7 that polarizes the light source light from the first-stage coupler 6, and the light source light that has passed through the polarizer 7 is split into two to be emitted and two return lights are emitted. A loop-side coupler 8 that is combined (interfered) and returned to the first-stage coupler 6, transmission optical fibers 9 and 10 respectively connected to both emission ends a and b of the coupler 8, and one transmission optical fiber 10. And a delay coil 12 formed in the middle of one transmission optical fiber 10 are accommodated in one chassis 13.

センサヘッド2は、ねじりファイバからなるセンシングファイバ14と、2つのλ/4素子15,16と、伝送用光ファイバ17,18とを1つのシャーシ19に収容したものである。センシングファイバ14は測定対象の電流路の一例である導体ケーブル(図にはケーブル断面が表れている)20を周回するように設置される。   The sensor head 2 includes a sensing fiber 14 made of a twisted fiber, two λ / 4 elements 15 and 16, and transmission optical fibers 17 and 18 in one chassis 19. The sensing fiber 14 is installed so as to circulate around a conductor cable (a cable cross section is shown in the figure) 20 which is an example of a current path to be measured.

遅延用コイル12は、図2、図3に示されるように、一方向(CW)に巻いた部分と反対方向(CCW)に巻いた部分とからなる。なお、ここで巻き方向とは、ループ側のカプラ8のどちらか特定の出射端a(あるいはb)から出射された光が遅延用コイル12において回る方向という意味である。図3の光ファイバ中を伝搬する光が紙面より手前に向かうことを・印で示し、紙面より奥に向かうことを×印で示してある。   As shown in FIGS. 2 and 3, the delay coil 12 includes a portion wound in one direction (CW) and a portion wound in the opposite direction (CCW). Here, the winding direction means a direction in which light emitted from one of the specific emission ends a (or b) of the loop-side coupler 8 rotates in the delay coil 12. The light propagating in the optical fiber of FIG. 3 is indicated by a mark indicating that it is directed toward the front of the paper, and the mark indicated by x is indicated that it is directed behind the paper.

遅延用コイル12は、伝送用光ファイバ10が遅延用コイル12の中間点21となる箇所で折り返され、この中間点21より片側部分22と反対側部分23とが互いに沿わせて巻かれていることにより、これら両側部分22,23の互いの巻き方向が反対になっている。   The delay coil 12 is folded at a position where the transmission optical fiber 10 becomes the intermediate point 21 of the delay coil 12, and the one side portion 22 and the opposite side portion 23 are wound along the intermediate point 21 along each other. Thus, the winding directions of the both side portions 22 and 23 are opposite to each other.

このような遅延用コイル12を製造する際には、1本の光ファイバを一方向に巻いた後、反対方向に巻き返すのではなく、図2のように伝送用光ファイバ中に適宜に中間点(注;分かりやすくするため、極端にはみ出して図示してあるが、その必要は特にない)21を決めておき、この中間点21で折り返した片側部分22と反対側部分23とを平行に揃えてボビン24に巻き取るとよい。あるいは、2本の別々の光ファイバを互いに沿わせて巻いた後、両光ファイバの同じ側の片端同士(中間点21に相当する箇所)を融着して1本にすることで、その1本の光ファイバに一方向に巻いた部分と反対方向に巻いた部分とを形成してもよい。   When manufacturing such a delay coil 12, instead of winding one optical fiber in one direction and then rewinding it in the opposite direction, an intermediate point is appropriately placed in the transmission optical fiber as shown in FIG. (Note: For the sake of clarity, it is shown to protrude to the extreme, but it is not particularly necessary.) 21 is determined, and the one side portion 22 and the opposite side portion 23 turned back at this midpoint 21 are aligned in parallel. Then, it may be wound around the bobbin 24. Alternatively, after winding two separate optical fibers along each other, one end of both optical fibers on the same side (location corresponding to the intermediate point 21) is fused to form one. A portion wound in one direction and a portion wound in the opposite direction may be formed on one optical fiber.

図2、図3の遅延用コイル12において、一方向(CW)に巻いた部分と反対方向(CCW)に巻いた部分とでは、互いに光ファイバ長が等しく、巻き回数も等しく、コイル断面積も等しいのが好ましい。   In the delay coil 12 of FIGS. 2 and 3, the portion wound in one direction (CW) and the portion wound in the opposite direction (CCW) have the same optical fiber length, the same number of turns, and a coil cross-sectional area. Preferably equal.

図1の光ファイバ電流センサにおいて、遅延用コイル12を含む全ての伝送用光ファイバ9,10,17,18,25,26は偏波面保存光ファイバである。言い換えると、センシングファイバ14がねじりファイバである以外は全ての光ファイバ部分が偏波面保存光ファイバである。これは、センシングファイバ14には低複屈折率を有する光ファイバを用い、それ以外の光ファイバには偏波面保存光ファイバを用いて偏波面変動によるドリフト(干渉ノイズ)を低減するためである。   In the optical fiber current sensor of FIG. 1, all the transmission optical fibers 9, 10, 17, 18, 25, and 26 including the delay coil 12 are polarization-maintaining optical fibers. In other words, all the optical fiber portions are polarization-maintaining optical fibers except that the sensing fiber 14 is a twisted fiber. This is because an optical fiber having a low birefringence is used for the sensing fiber 14 and a polarization-preserving optical fiber is used for the other optical fibers to reduce drift (interference noise) due to fluctuations in the polarization plane.

図1の光ファイバ電流センサにおいて、光源及び位相変調器の制御や受光器の受光出力から測定電流を算出する制御については、公知事項であるので、本明細書では説明を省略する。   In the optical fiber current sensor of FIG. 1, the control of the light source and the phase modulator and the control of calculating the measurement current from the light reception output of the light receiver are well-known matters and will not be described in this specification.

図1のλ/4素子15,16は伝送用光ファイバ17,18の一部分を溶融させた状態で光ファイバ軸の回りに円周角にして約45°ねじって構成したものである。この加工の詳細は非特許文献3の図6(Fig.6)に開示されている通りである。   The λ / 4 elements 15 and 16 in FIG. 1 are constructed by twisting about 45 ° around the optical fiber axis at a circumferential angle in a state where a part of the transmission optical fibers 17 and 18 is melted. The details of this processing are as disclosed in FIG. 6 (FIG. 6) of Non-Patent Document 3.

図1に示されるように、伝送用光ファイバの一部25,26はセンサ本体1とセンサヘッド2との間を連絡する連絡用光ファイバ25,26である。この2本の連絡用光ファイバ25,26は、一体にしてある。つまり、2本の連絡用光ファイバ25,26を両者が密着するように互いに添わせ、束ねたり互いに接着することで1本のコード3にまとめてある。この1本のコード3は両端のみ分岐させてあり、2本に分岐した連絡用光ファイバ25,26の両端には、それぞれセンサ本体1の光コネクタに結合する光コネクタとセンサヘッド2の光コネクタに結合する光コネクタとが取り付けられている。   As shown in FIG. 1, the transmission optical fibers 25 and 26 are communication optical fibers 25 and 26 that communicate between the sensor body 1 and the sensor head 2. The two communication optical fibers 25 and 26 are integrated. That is, the two communication optical fibers 25 and 26 are attached to each other so that they are in close contact with each other, and are bundled or bonded together to form a single cord 3. The one cord 3 is branched only at both ends, and an optical connector coupled to the optical connector of the sensor body 1 and an optical connector of the sensor head 2 are respectively connected to both ends of the connecting optical fibers 25 and 26 branched into two. And an optical connector to be coupled to each other.

以下、本発明に係る光ファイバ電流センサの基本的動作と、効果について説明する。   The basic operation and effect of the optical fiber current sensor according to the present invention will be described below.

光源4から出射された光は初段のカプラ6から偏光子7を通過して直線偏光となる。その直線偏光は、ループ側のカプラ8で分岐されて両出射端a,bから出射され、一方は伝送用光ファイバ9,25,17、他方は伝送用光ファイバ10,26,18を経てλ/4素子15,16へ至り、センシングファイバ14に右回光(CW光)と左回光(CCW光)として入射する。2つの直線偏光は、λ/4素子15,16を通過したとき、偏光角の回転方向が同じ円偏光となる。   The light emitted from the light source 4 passes through the polarizer 7 from the first-stage coupler 6 and becomes linearly polarized light. The linearly polarized light is branched by the coupler 8 on the loop side and emitted from both emission ends a and b, one through the transmission optical fibers 9, 25 and 17 and the other through the transmission optical fibers 10, 26 and 18. / 4 elements 15 and 16 and enter the sensing fiber 14 as clockwise light (CW light) and counterclockwise light (CCW light). When the two linearly polarized light passes through the λ / 4 elements 15 and 16, they become circularly polarized light having the same rotation direction of the polarization angle.

センシングファイバ14は、測定対象の一例である導体ケーブル20を周回するように設置されているので、導体ケーブル20を流れる電流から発生する外部磁界により、センシングファイバ14中の光は影響を受ける。この現象をファラデー効果と呼ぶ。この影響を受ける光が円偏光の場合、その位相が磁界の強さにより変化する。CW光が+θの位相変化を受けたときCCW光は−θの位相変化を受けることになる。その結果、両回り光間には2θの位相差が発生する。センシングファイバ14を出てカプラ8に戻った両回り光はカプラ8で結合し互いに干渉し合う。その干渉光の強度は受光器5で検出される。   Since the sensing fiber 14 is installed so as to go around the conductor cable 20 which is an example of the measurement object, the light in the sensing fiber 14 is affected by the external magnetic field generated from the current flowing through the conductor cable 20. This phenomenon is called the Faraday effect. When the light affected by this is circularly polarized light, its phase changes depending on the strength of the magnetic field. When the CW light undergoes a + θ phase change, the CCW light undergoes a −θ phase change. As a result, a phase difference of 2θ is generated between the two light beams. The bi-directional light that exits the sensing fiber 14 and returns to the coupler 8 is coupled by the coupler 8 and interferes with each other. The intensity of the interference light is detected by the light receiver 5.

この干渉光の強度で表される位相差θと導体ケーブル20を流れる電流との間には次の式が成り立つので、電流値を求めることができる。   Since the following equation is established between the phase difference θ represented by the intensity of the interference light and the current flowing through the conductor cable 20, the current value can be obtained.

θ=2nVeI
ただし、 θ;ファラデー効果により生じる位相差(rad)
Ve;ヴェルデ数(rad/A)
n;センシングファイバ14の巻き数(回)
I;導体ケーブル20の電流値(A)
である。
θ = 2nVeI
Where θ: phase difference caused by Faraday effect (rad)
Ve: Verde number (rad / A)
n: Number of turns of sensing fiber 14 (times)
I: Current value of conductor cable 20 (A)
It is.

しかし、従来の光ファイバ電流センサには、遅延用コイルが角運動すると電流測定による位相差に光ジャイロによる位相差が重なって測定誤差が発生するという問題があった。そこで、本発明では、遅延用コイル12が一方向に巻いた部分と反対方向に巻いた部分とを有し、好ましくは両部分で互いに光ファイバ長が等しく、巻き回数も等しく、コイル断面積も等しいようにした。光ジャイロの原理による伝搬光の位相差は、一方向に巻いた部分で生じる位相差と反対方向に巻いた部分で生じる位相差とが相殺される。このため遅延用コイル12が角運動しても、その影響は受光器5で検出される干渉光の光強度には表れない。よって、電流測定には測定誤差が発生しない。   However, the conventional optical fiber current sensor has a problem that when the delay coil is angularly moved, the phase difference caused by the optical gyro overlaps with the phase difference caused by the current measurement, resulting in a measurement error. Therefore, in the present invention, the delay coil 12 has a portion wound in one direction and a portion wound in the opposite direction, and preferably both portions have the same optical fiber length, the same number of turns, and a coil cross-sectional area. To be equal. The phase difference of propagating light according to the principle of the optical gyro cancels out the phase difference generated in the portion wound in one direction and the phase difference generated in the portion wound in the opposite direction. For this reason, even if the delay coil 12 is angularly moved, the influence does not appear in the light intensity of the interference light detected by the light receiver 5. Therefore, no measurement error occurs in the current measurement.

また、光ジャイロではコイルに温度変化があると、光ファイバの熱伸縮と屈折率の温度変化とにより、回転相当の出力(回転をしていないのに回転をしたかのように生じる位相差)が発生する。これをシュッペ効果という。従って、図2、図3のボビン24に対し仮に片側部分22を全長分重ねて巻き付けた層(層厚=光ファイバ径×複数)の外周に反対側部分23を全長分重ねて巻き付けるという巻き方にすると、片側部分22の層と反対側部分23の層とで温度変化に差が生じる。するとシュッペ効果による位相差が両光ファイバで異なることになり、この巻き方で遅延用コイルを作成すると温度変化による電流の測定誤差が生じる。その点、本発明では片側部分22と反対側部分23とを平行に揃えてボビン24に巻き取るようにしたので、片側部分22と反対側部分23に生じる温度変化が同じである。よって、本発明の光ファイバ電流センサは、温度変化による電流の測定誤差が生じない。   In addition, in the optical gyro, if there is a temperature change in the coil, the output is equivalent to the rotation due to the thermal expansion and contraction of the optical fiber and the temperature change in the refractive index (a phase difference that appears as if it is rotated but not rotating). Will occur. This is called the Suppe effect. Accordingly, a winding method in which the opposite-side portion 23 is overlapped and wound around the entire circumference of the layer (layer thickness = optical fiber diameter × plurality) in which the one-side portion 22 is overlapped and wound around the bobbin 24 of FIGS. Then, a difference in temperature change occurs between the layer of the one side portion 22 and the layer of the opposite side portion 23. As a result, the phase difference due to the Suppe effect differs between the two optical fibers, and if a delay coil is created by this winding method, a current measurement error due to a temperature change occurs. In that respect, in the present invention, since the one side portion 22 and the opposite side portion 23 are aligned in parallel and wound around the bobbin 24, the temperature change generated in the one side portion 22 and the opposite side portion 23 is the same. Therefore, the optical fiber current sensor of the present invention does not cause a current measurement error due to a temperature change.

また、この光ファイバ電流センサは、センシングファイバ14以外の全ての光ファイバ部分が偏波面保存光ファイバであるため、偏波変動によるドリフト(干渉光ノイズ)を低減することができる。   Moreover, since all the optical fiber parts other than the sensing fiber 14 are polarization plane preserving optical fibers, this optical fiber current sensor can reduce drift (interference light noise) due to polarization fluctuations.

また、この光ファイバ電流センサは、2本の連絡用光ファイバ(伝送用光ファイバ)25,26を1本のコード3にまとめてある。よって、この光コード3に含まれる2本の伝送用光ファイバは同じ外乱が加わる環境に置かれることになる。   Further, this optical fiber current sensor has two communication optical fibers (transmission optical fibers) 25 and 26 combined into a single cord 3. Therefore, the two transmission optical fibers included in the optical cord 3 are placed in an environment where the same disturbance is applied.

以上の説明の中でセンシングファイバ14には、ねじりファイバを用いるものとしたが、高温でアニールされた通信用のシングルモードファイバを使用してもよい。   In the above description, the sensing fiber 14 is a twisted fiber, but a communication single mode fiber annealed at a high temperature may be used.

また、遅延用コイル12は一方の伝送用光ファイバ10のみに形成するものとしたが、もう一方の伝送用光ファイバ9にも形成してもよい。このようにしたとき、カプラ8の両出射端a,b間に形成されるループの中間(出射端aからも出射端bからも距離が同じところ)にセンシングファイバ14を配置することができる。これに加え、センシングファイバ14と同じ面積を囲うループ状光ファイバをセンサヘッド2内に設けると、センサヘッド2に加わる外乱、回転をキャンセルすることができる。   Further, although the delay coil 12 is formed only on one transmission optical fiber 10, it may be formed on the other transmission optical fiber 9. In this case, the sensing fiber 14 can be arranged in the middle of the loop formed between the two emission ends a and b of the coupler 8 (the distance is the same from the emission end a and the emission end b). In addition to this, when a loop-shaped optical fiber surrounding the same area as the sensing fiber 14 is provided in the sensor head 2, disturbance and rotation applied to the sensor head 2 can be canceled.

また、光ファイバ電流センサは、導体ケーブル20に流れる電流を測定対象にしたが、空間電流でも測定することができる。   In addition, although the optical fiber current sensor uses the current flowing through the conductor cable 20 as a measurement target, it can also measure a spatial current.

また、光ファイバ電流センサは、移動体にも搭載して使用することができ、この場合、光ジャイロの影響が除去されていることが、有利となる。   The optical fiber current sensor can also be used by being mounted on a moving body. In this case, it is advantageous that the influence of the optical gyro is removed.

本発明の一実施形態を示す光ファイバ電流センサの構成図である。It is a block diagram of the optical fiber electric current sensor which shows one Embodiment of this invention. 本発明に用いる遅延用コイルの斜視図である。It is a perspective view of the delay coil used for this invention. 本発明に用いる遅延用コイルの断面図である。It is sectional drawing of the coil for delay used for this invention. 従来の光ファイバ電流センサの構成図である。It is a block diagram of the conventional optical fiber current sensor. 従来の遅延用コイルの断面図である。It is sectional drawing of the conventional delay coil.

符号の説明Explanation of symbols

4 光源
5 受光器
8 カプラ
9,10,17,18,25,26 伝送用光ファイバ
12 遅延用コイル
14 センシングファイバ
15,16 λ/4素子

4 light source 5 light receiver 8 coupler 9, 10, 17, 18, 25, 26 transmission optical fiber 12 delay coil 14 sensing fiber 15, 16 λ / 4 element

Claims (3)

電流路の周囲にセンシングファイバを周回させ、光源光を2つに分岐して出射するカプラの両出射端に伝送用光ファイバをそれぞれ接続し、両伝送用光ファイバにそれぞれλ/4素子を介してセンシングファイバの両端を接続し、このセンシングファイバを正逆廻りに伝搬する光の干渉を検出する受光器を設け、伝送用光ファイバの途中に遅延用コイルを形成して遅延用の余長を持たせた光ファイバ電流センサにおいて、上記遅延用コイルが一方向に巻いた部分と反対方向に巻いた部分とからなることを特徴とする光ファイバ電流センサ。   A sensing fiber is circulated around the current path, a transmission optical fiber is connected to both emission ends of the coupler that divides the light source light into two and emits, and both transmission optical fibers are respectively connected via λ / 4 elements. Connect both ends of the sensing fiber, provide a receiver that detects the interference of light propagating through the sensing fiber in the forward and reverse directions, and form a delay coil in the middle of the transmission optical fiber to reduce the extra delay length. An optical fiber current sensor, comprising: a portion in which the delay coil is wound in one direction and a portion wound in the opposite direction. 上記遅延用コイルは、上記伝送用光ファイバが中間点で折り返され、この中間点より片側部分と反対側部分とが互いに沿わせて巻かれていることにより、これら両側部分の互いの巻き方向が反対になっていることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ電流センサ。   In the delay coil, the transmission optical fiber is folded back at an intermediate point, and one side portion and the opposite side portion are wound along each other from the intermediate point, so that the winding directions of both side portions are mutually different. 2. The fiber optic current sensor of claim 1, wherein the optical fiber current sensor is reversed. 上記遅延用コイルは、2本の光ファイバを互いに沿わせて巻いた後、両光ファイバの同じ側の片端同士を融着してあることを特徴とする請求項1又は2記載の光ファイバ電流センサ。

3. The optical fiber current according to claim 1, wherein the delay coil is formed by winding two optical fibers along each other and then fusing one end of both optical fibers on the same side. Sensor.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102053199A (en) * 2009-10-29 2011-05-11 徐启峰 Digital optical fiber current sensor
KR101097396B1 (en) 2009-08-27 2011-12-23 한국전기연구원 Optical current transformer and signal processing method thereof

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