JP4842925B2 - 光ファイバー・センサー・コイル及び電流または磁場センサー - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、光ファイバー・センサー・システムの分野に係る。本発明は、独立特許クレイムのプリアンブル部分に記載されているセンサー・ヘッド、電流または磁場センサー、及び高電圧設備、並びにセンサー・ヘッドの製造方法に係る。
【背景技術】
【0002】
そのようなセンサー・ヘッドの一つが、例えばEP0856737A1に開示されている。この文献は、センサー・ヘッドを有する光ファイバー電流センサーを開示している。このセンサー・ヘッドは、センサー・ファイバーを有し、このセンサー・ファイバーは、毛細管の中に配置され、センサー・コイルを形成している。ファイバー・コーティングが、センサー・ファイバーから取り除かれ、次いで、機械的な応力を取り除くために、ファイバーに熱処理が施される。そのような応力は、意図されていない複屈折の結果として生ずる有害な影響をもたらす。
【0003】
このような処理により、センサー測定の温度安定性が改善される。不活性ガスあるいはオイルが、毛細管の内側への湿分または化学的に攻撃的な蒸気の侵入を防止する目的で、毛細管の中に導入される。そのような蒸気は、ファイバー・コーティングが除去されたセンサー・ファイバーに、化学的なダメージを与えることがある。
【0004】
このようなセンサー・ヘッドは、そのセンサー・ファイバーがフレキシブルでないと言う短所を有している。従って、センサー・コイルは、変形可能な形状を有さず、予め定められた固定された形状を有している。従って、そのようなセンサーは、電流導体をオープンにすることなく、電流導体の中を流れる電流の測定のために取り付けられることが可能でない。もし、コイルの直径が大きい場合には、固定されたコイル形状は、移送及び組み込みのためにも好ましくない。もし、このようなセンサーのコイルを、フレキシブルなものにデザインしようとすると、その正確さに好ましくない影響を与えるおそれがある。安定した測定感度が、確保できない可能性がある。
【0005】
更に、JP2001−083187及びJP2000−121675には、光ファイバー電流センサー及び対応するセンサー・ヘッドが開示されている。このセンサー・ヘッドは、電流導体を遮断する必要無く、電流導体の周りにセンサー・コイル・ループを配置することを可能にする。この目的のため、センサーのセンサー・ファイバーには、その両端にそれぞれ、リジットな半円形のフレーム・ピースが取り付けられ、これらの二つのフレーム・ピースは、ヒンジにより互いに接続され、閉じられた状態にあるときにリングを形成し、このリングの外面をセンサー・ファイバーが伸びることになる。
【0006】
このようなセンサーを使用して、千分の1のレンジの正確さを有する測定は可能でなく、且つ、限られた空間的条件下でセンサー・ヘッドを移送し且つ組み込むことは、かなり困難である。
JP A 09 068 618 には、光ファイバー・センサーが記載されている。この光ファイバー・センサーのセンサー・ファイバーは、コーティングの中に埋め込まれ、ファイバーの変形及び微小な曲がりを小さく維持するために、偏心的に外側に変形されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献1】
欧州特許出願公開第0856737A1号明細書
【特許文献2】
特願2001−083187号公報
【特許文献3】
特願2000−121675号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の一つの目的は、以上の導入部に示されたタイプのセンサー・ヘッド及び電流または磁場センサーであって、上述の短所を有していないものを提供することにある。
【0008】
一つの特別な狙いは、温度に大きく依存することが無く且つ正確な電流または磁場の測定を、容易に組み込みが可能なセンサー・ヘッドを使用して可能にすることである。この狙いは、例えば、大きな断面積を有する電流導体の中を流れる電流の測定のために必要になる大きな直径のセンサー・コイルを用いて測定を実施することを可能にすることにある。
【0009】
特に、一つの狙いはまた、センサー・コイルの取り付け取り外しが繰り返し行われた場合であっても、高い正確さの測定を実現することにあり、且つ、センサーの新たなキャリブレイションを行う必要が無いようにすることである。この狙いは、(センサー・コイルまたはセンサーの)製造中にセンサーをキャリブレイトし、次いで、センサー・ファイバーを異なる形状に変え、次いで、使用されるロケイションにセンサー・ファイバーを組み込み、再びコイルを形成し、その後でセンサーを再度キャリブレイトする必要が無いこと、を可能にすることにある。
【0010】
この狙いは、電流導体をオープンにする必要無く、センサー及びセンサー・コイルを電流導体の周りに取り付けること、を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
これらの目的は、独立特許クレイムの特徴を有するセンサー・ヘッド及びセンサーにより実現される。
【0012】
本発明に基づく、電流または磁場センサーのための光ファイバー・センサー・ヘッドは、光ファイバーを備え、この光ファイバーは、少なくとも一つの偏光規定要素に光学的に接続された磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバーを含んでいる。ここで、前記センサー・ファイバーは、測定されるべき電流が流れる導体の周り、または、測定されるべき磁場の中に、コイルの形態で配置されることが可能である。前記コイルは、表面の法線を有するコイル平面を規定し、前記少なくとも一つの偏光規定要素は、マークされたまたは好ましい軸を有している。
【0013】
これに加えて、このセンサー・ヘッドは、センサー・ファイバーの領域内で曲げることが可能(フレキシブル)であり、調整手段が、前記マークされた軸と前記表面の法線の間の予め設定可能な角度βの調整のために、または、前記マークされた二つの軸と前記表面の法線の間の予め設定可能な角度β,β’の調整のために、設けられる。二つの偏光規定要素があるとき、一つの偏光規定要素のマークされた軸と前記表面の法線の間の角度は、βであり、他の偏光規定要素のマークされた軸と前記表面の法線の間の角度は、β’である。
【0014】
前記センサー・ファイバーは、当該センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーである。このようにして、前記センサー・ファイバーは、特にフレキシブルな状態が維持され、かくして、大きな直径のコイルのためのセンサー・ヘッドを製造すること、及び、そのようなセンサー・ヘッドを組み込むことが、大幅に容易になる。
【0015】
ファイバー・コーティングが、センサー・ファイバーから取り除かれる。センサー・ファイバーからそのファイバー・コーティングが除去されているので、このことにより、機械的な力の結果として好ましくない複屈折の誘導が回避される。ここで、一般的に、上記の機械的な力は、温度変化がある場合に生じ、そして、ファイバー・コーティングがファイバーに機械的な力を作用させる。その理由は、一般的に、ファイバー・コーティングとクラッディングの間で熱膨張率が異なるからである。そのような有害な複屈折は、典型的には、1%から2%の、またはそれ以上の不正確さを測定にもたらす。
【0016】
このケースでは、コイルと言う用語は、コイルが1またはそれ以上の閉じられた巻き線を有していること、または、円形の巻き線若しくは螺旋形状に配置される巻き線を有していること、必ずしも必要としない。
【0017】
これらの特徴は、電流センサーのケースにおいては、明らかに好ましい。しかしながら、磁場センサーのケースでは、コイルが閉じられていてはならない;事実、センサー・ファイバーは、好ましくは、磁場に沿って引き伸ばされた形態で伸びる。このような状況の場合にも、ここでは、“センサー・ファイバーがコイルを形成するように配置される”と表現している。
【0018】
もし、例えば、ファイバーが円弧の形態で配置されたとき、コイル平面は、この円弧を含む平面として規定される。完全に直線状の形状(即ち、曲げられていない形状)に配置されたセンサー・ファイバーの場合には、それはコイルを形成せず、従って、コイル平面が規定されることもない。
【0019】
本発明における考察結果によれば、コイル平面に対する偏光規定要素の方位角(azimuth)の方向を規定する角度βまたは角度β,β’は、キャリブレイションに対してに小さい影響を与えることができる。これは、典型的には、千分の1のオーダーの範囲であるが、百分の1のオーダーの範囲であることもある。従って、正確さの高い測定のために、角度βまたは角度β,β’を、それぞれ、考慮に入れなければならない。角度βまたは角度β,β’の関係の認識に到った本発明の考察結果については、更に以下において説明する。
【0020】
一般的に、本発明に基づくセンサーは、測定変数に依存する位相シフトに対して比例する測定信号を作り出す。キャリブレイションとは、予め設定可能な電流(例えば1kA)または予め設定可能な磁場が所望の出力信号(例えば、1スケール区分または1V)を、作り出すように、一定のファクター(較正ファクター)が探し出されて設定されることを、実質的に意味している。もし、そのキャリブレイション・ファクターの変化が、センサー・ヘッドの固定または取り付けの前にまたはその間に生ずる場合には、それは、センサーの測定の正確さに悪い影響を与え、再キャリブレイションが指示されることになる。
【0021】
本発明のセンサー・ヘッドは、一般的に、反射型コンフィギュレイション(reflection configuration)を使用するセンサー、及びサニヤック・コンフィギュレイション(Sagnac configuration)を使用するセンサーのいずれに対しても、設けられる。前者のケースでは、ミラーリング(mirroring)が、センサー・ファイバーの一つの端に設けられ、他方の端には、偏光子、または位相遅延要素、または偏光維持サプライ・ファイバーが設けられる。上記の偏光子、位相遅延要素、またはサプライ・ファイバーは、それぞれ、センサー・ファイバーに入る光の偏光状態を規定する。かくして、これらは、偏光規定要素として使用される。
【0022】
コイル平面の表面の法線と、偏光規定要素のマークされた軸(偏光子の場合には、伝播方向に沿う軸;移送遅延要素または偏光維持サプライ・ファイバーの場合には、主軸の一つ、例えば遅い主軸)との間の角度は、βである。
【0023】
偏光維持サプライ・ファイバーまたは光ファイバー偏光子のケースでは、位相遅延要素の直前またはセンサー・ファイバーの前の、軸方向または通過方向が決定ファクターとなる。その理由は、サプライ・ファイバーまたはファイバー偏光子は、軸方向がファイバーに沿って変化するように捩じられることが可能であるからである。
【0024】
サニヤック・コンフィギュレイションでは、センサー・ファイバーの両端にそれぞれ、一つのそのような偏光規定要素が設けられ、それによって、これが、異なる大きさとなるように選択されることも可能な二つの角度β,β’に帰着することになる。サニヤック・コンフィギュレイションにおけるセンサーのケースで、もし、センサー・ヘッドが、導体をオープンにする必要が無く取り付けられるように意図されている場合には、接続(splicing)または差し込み(plugging-in)のプロセスは、組み込みの間に実施されなければならない。
【0025】
好ましくは、角度βまたは二つの角度β,β’を固定するための機械的な装置が、調整手段として使用される。
【0026】
センサー・ファイバーは、特に好ましくは、毛細管(capillary)の中に配置される。毛細管は、ファイバー(そのファイバーからファイバー・コーティングが既に除去されている)のための機械的な保護を提供し、外力がファイバーに作用することを防止する。
【0027】
好ましくは、センサー・ファイバーが、電流または磁場センサーのキャリブレイションと、使用されるロケイションでのコイルの組み込みとの間で、異なる形状に変えられるときの、センサー・ファイバーの全体としての複屈折の再現性を実現するために、調整手段が設けられる。即ち、この調整手段は、角度βを再現性良く設定するため、または、角度β,βを再現性良く設定するために、使用されることが可能である。
【0028】
実際には、この全体としての複屈折は、下記の寄与によって実質的に構成される:
− 曲げにより誘導される複屈折、
− センサー・ファイバーの内部応力がもたらす、及び完全に回転対称の形状を有していないセンサー・ファイバーのファイバー・コアがもたらす固有の複屈折、
− センサー・ヘッド内のファイバー接続での応力、
− センサー・ファイバーが正確には直線では無く、応力が加えられていない状態で初期曲率を有していると言うことからもたらされる複屈折。
【0029】
これらの複屈折の寄与は、千分の1のオーダーまたは百分の1のオーダーの範囲の影響を測定信号に与えるが、それらの発生を避けることは、困難である。しかし、測定信号へのそれらの結合した影響が、既に挙げた優位性を備えた本発明に基づくセンサーのケースにおいては、再現されることが可能である。
【0030】
一つの好ましい実施形態では、調整手段は取付けボディを含み、この取付けボディに少なくとも一つの偏光規定要素が固定される。
【0031】
そのような取付けボディは、好ましくは、フレキシブルに変形可能な取付けボディである。このことは、その形状(従ってセンサー・ヘッドの形状)を、外部条件(利用可能なスペース、使用されるロケイションでの予め定められた形状)に適合させることが可能であると言う優位性を有し、組み込みを容易にし、位相を容易にし、且つスペースを節約することを可能にする。
【0032】
取付けボディは、好ましくは、その取付けボディにより及び偏光規定要素の固定により、少なくとも一つの角度βが規定されるようにデザインされる。
【0033】
取付けボディは、特に好ましくは、その取付けボディにより及びそれへの偏光規定要素の固定により、コイル平面に対するマークされた軸または軸の相対的位置が規定されるように、デザインされる。取付けボディは、好ましくは、コイルの形状を予め決定することが可能である。
【0034】
特に好ましい一つの実施形態において、センサー・ファイバーは、取付けボディの長手方向の軸に沿って伸びる。結果として、コイルの形状は、取付けボディの形状により予め定められる。取付けボディの好ましい曲げ方向は、好ましくは、長手方向の軸に対して直角に、予め定められる。
【0035】
もし、取付けボディがフレキシブルな場合には、このことは、取付けボディにコイルの形態を与えることが可能なやり方を、予め決定することを可能にする。取付けボディは、従って、好ましくは、フレキシブル(少なくとも一つのマークされたまたは好ましい曲げ方向に対して)である。コイルの形状はまた、ハウジングの形状に適合されることも可能である。
【0036】
一つの好ましい実施形態において、取付けボディが好ましい曲げ方向に曲げられたとき、センサー・ファイバーは、取付けボディの中立面にまたはその近くに配置される。このことは、機械的な応力を最小にする。そのような応力は、取付けボディの曲げによってコイルの形が与えられる間に、センサー・ファイバーに作用する。このことは、測定のためにセンサー・ヘッドを使用するセンサーの、測定の正確さ及びキャリブレイションの安定性の大幅な向上をもたらす。
【0037】
特に好ましくは、角度βまたは角度β,β’は、
− センサー・ファイバーに固有の複屈折及び接続での複屈折、
− 曲げにより誘導される複屈折、及び、
− センサー・ファイバーの初期曲率によりもたらされる複屈折、
の関数として選択され、且つ、
センサー・ヘッドを備えた電流または磁場センサーにより作り出されることが可能な測定信号への、
− 曲げにより誘導される複屈折の変化の影響、または、
− 角度βまたは角度β,β’の変化の影響、
が最小であるように選択される。
【0038】
適切な特定の角度βのそのような選択が可能であることが見出された。上述の複屈折は、決定されることが可能であり;これに加えて、例えば対応する測定信号、例えば正規化された信号、が角度βの関数として、ジョーンズ・マトリックス(Jones matrixes)により計算されることが可能である。このことは、捜し求められた角度βに帰着する。測定信号は、測定の間にセンサー・ヘッドの中を光が伝播する際に、光に生ずる位相シフトから得られ、電流または測定されるべき磁場に対して実質的に比例する。
【0039】
一つの好ましい実施形態において、センサー・ファイバーは、実質的にコイル平面上に配置される。このケースでは(反射型の干渉センサー(reflective interferometric sensor)のケースでは)、偏光規定要素は、偏光維持サプライ・ファイバーであり、位相遅延要素が偏光維持サプライ・ファイバーとセンサー・ファイバーの間に配置され、且つ、理想的な位相遅延要素の位相遅延角度に対してゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、且つ、角度βは、β=0°±n*0° または β=45°±n*90° となるように選択される。ここで、nは正の整数またはゼロである。
【0040】
またはサニヤック・コンフィギュレイションを使用する干渉センサー(interferometric sensor)のケースでは)、偏光規定要素は、2本のサプライ・ファイバーであり、位相遅延要素が、サプライ・ファイバーとセンサー・ファイバーの間に、それぞれ配置され、且つ、二つの位相遅延要素の内の少なくとも一つは、理想的な位相遅延要素の位相遅延角度に対してゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、且つ、角度β,β’は、β=β’=0°±n*90° または β=β’=45°±n*90° となるように選択される。ここで、nは正の整数またはゼロである。
【0041】
ゼロとは異なる角度εは、典型的には、センサーのための真性の温度補償を実現するために選択される。サニヤック・コンフィギュレイションのケースでは、サプライ・ファイバーは、好ましくは、偏光維持ファイバーである;しかしながら、サプライ・ファイバーは、異なるファイバー・タイプ、例えばシングル・モードであっても良く、更に、それぞれ偏光子を有していても良い。この偏光子により、偏光規定要素のマークされた方向が規定されることになる。
【0042】
角度βまたは角度β,β’を、0°±n*90° と選択することより、コイル形状の変化がセンサーの正確さ及びキャリブレイションに及ぼす影響を最小にすることができる。その理由は、曲げにより誘導される複屈折の変化の影響が、測定信号に最小の影響を与えるからである。
【0043】
角度βまたは角度β,β’を、45°±n*90° と選択することより、角度β,β’の変化の測定信号への影響を最小にすることができきる。この最小値は、角度βとβ’の異なる組み合わせ(即ち、βとβ’が互いに異なる)により、実現されることが可能である。
【0044】
角度βまたは角度β,β’を、0°±n*90° または 45°±n*90° と選択することによる優位性は、センサー・ファイバーに固有の複屈折が曲げにより誘導される複屈折より大きくないと仮定すれば、実現されることが可能である。
【0045】
特に好ましい一つの実施形態は、マーキングが設けられること、且つ、それらのマーキングが、互いに対して適切なやり方で配置されたときにコイルが整数の巻数を持つように、調整手段に取り付けられることにより特徴付けられる。このことは、シンプルなやり方で正確な電流測定を可能にし、その電流測定は、外乱に対する感受性が極めて低い。
【0046】
センサー・ファイバーの二つの端が、互いに非常に近くに配置されることが可能である。一方では、整数のコイル・巻き数を使用する電流測定は、コイルの内側での電流導体の位置に対しての感受性が極めて低く、且つもう一方では、コイルを通過しない導体の中を流れる電流の影響、及び他の外乱場の影響は、無視し得る程に小さい。このことは、例えば、狙いが、複数の隣接する電流導体の1またはそれ以上の中を流れる電流を測定することにあるときに、特に重要である。
【0047】
これらのようなマーキングは、好ましくは、センサー・ファイバーの二つの端の直ぐ近傍に、またはセンサー・ファイバーの二つの端の近くに、または、センサー・ファイバーの長さだけ少なくとも離れて、取り付けられる。例として、これらのようなマーキングとして、穴を使用することができる。
【0048】
そのようなマーキングはまた、調整手段の上に設けられることも可能である。そのような調整手段は、マークされた軸と表面の法線の間の予め設定可能な角度βの調整のための調整手段、または、マークされた二つの軸と表面の法線の間の予め設定可能な角度β,β’の調整のための調整手段ではない。このとき、そのような調整手段は、整数の巻数の調整のための調整手段である。
【0049】
毛細管および/またはセンサー・ファイバーは、好ましくは、クォーツ・ガラスで実質的に構成される。
【0050】
本発明に基づく電流または磁場センサーは、本発明に基づくセンサー・ヘッドを有しており、それに対応する対応する優位性を備えている。そのようなセンサーは、好ましくは、以下のようなものであり得る:
a) 反射型コンフィギュレイションの干渉センサーであって、一つの偏光規定要素として偏光維持サプライ・ファイバーを有し、且つ、一つのマークされた軸がサプライ・ファイバーの速い主軸または遅い主軸であるセンサー;または、
b) サニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサーであって、偏光規定要素として2本の偏光維持サプライ・ファイバーを備え、且つ、二つのマークされた軸が、2本のサプライ・ファイバーの速い主軸または遅い主軸(または、それぞれが速い主軸及び遅い主軸)であるセンサー;または、
c) 反射型コンフィギュレイションの偏光センサーであって、偏光規定要素として偏光子を備え、または、偏光規定要素として偏光維持サプライ・ファイバーを備え、一つのマークされた軸が偏光子の伝播方向に沿って、または、偏光維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、それぞれ伸びるセンサー;または、
d) サニヤック・コンフィギュレイションの偏光センサーであって、偏光規定要素として二つの偏光子を備え、または、偏光規定要素として2本の偏光維持サプライ・ファイバーを備え、且つ、二つのマークされた二つの軸が二つの偏光子の伝播方向に沿って、または、偏光維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、それぞれ伸びるセンサー。
【0051】
a)及びb)のケースにおいて、センサー・ファイバーに光学的に接続された位相遅延要素、あるいはセンサー・ファイバーの一つの端にそれぞれ光学的に接続された二つの位相遅延要素は、偏光規定要素として使用されることも可能である。
【0052】
ケースb)において、2本の偏光維持サプライ・ファイバーの少なくとも一つのは、異なるタイプのファイバー、例えばシングル・モードのファイバー、及び偏光子で置き換えられることが可能である。偏光子の通過方向は、そのとき、マークされた方向を指す。
【0053】
本発明に基づく高電圧設備は、本発明に基づく少なくとも一つのセンサー・ヘッドまたは本発明に基づく電流センサーを有している。例えば、高電圧設備は、好ましくは3極高電圧スイッチギア装置であっても良く、例えば、ガス絶縁型または空気絶縁型タイプであっても良い。
【0054】
光電流または磁場センサーのためのセンサー・ヘッドの製造のための本発明に基づく方法では、少なくとも一つの偏光規定要素に光学的に接続された磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバーが、コイルの形態で配置される。センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーが、センサー・ファイバーとして使用される。前記コイルは、表面の法線を有するコイル平面を規定する。前記偏光規定要素は、マークされた軸を有している。前記コイル状のセンサー・ファイバーが設けられた電流または磁場センサーは、キャリブレイトされる。そして、センサー・ヘッドには、調整手段が設けられ、センサー・ファイバーがコイルの形態で再び配置されたとき、この調整手段によって、前記偏光規定要素のマークされた軸と前記表面の法線の間の角度βが、キャリブレイションの間と同じ大きさになるように調整されることが可能である。
【0055】
上記の方法の特徴は、ファイバー・コーティングが除去されたセンサー・ファイバーが使用され、センサー・ファイバーは、毛細管の中に取り付けられ、毛細管は、摩擦減少手段を含み、調整手段は、取付けボディを含み、この取付けボディに少なくとも一つの偏光規定要素が固定され、そして、取付けボディは、フレキシブルに変形可能な取付けボディであるところにある。
【発明の効果】
【0056】
このように作られたセンサー・ヘッドの優位性は、このセンサー・ヘッドが、センサー・コイルの変形の後に再キャリブレイションを行う必要無しで、非常に正確な測定が実施されることを可能にすることにある。このようなセンサー・ヘッドは、前もってキャリブレイトされ、使用されるロケイションに容易に組み込まれることが可能である。
【0057】
更なる好ましい実施形態及び優位性は、従属特許クレイム及び図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0058】
本発明の主題が、以下のテクストにおいて、好ましい実施形態の例がより詳細に説明される。これらの実施形態は、添付図面の中に例示されている。
【0059】
これらの図面の中で使用されている参照符号及びそれらの意味は、参照符号のリストの中に、まとめの形で挙げられている。これらの図面の中で、原則として、同一の機能を有する同一の部分には、同一の参照符号が付されている。ここに記載された実施形態の例は、本発明の主題の例を表わしていて、限定する効果を有していない。
【0060】
図1に、反射型コンフィギュレイションによる、本発明に基づくセンサー・ヘッド2を概略的に示す。偏光維持サプライ・ファイバー5が、センサー・ヘッド2を光磁気モジュール(図示せず)に接続するために使用されている。サプライ・ファイバー5から発射された光は、先ず第一に、光ファイバー位相遅延要素4の中に入る。この要素は、拡大された形態で示されており、円形のまたは楕円形の偏光を作り出すために使用される。位相遅延要素4は、センサー・ファイバー3の一つの端に設けられる。このセンサー・ファイバー3は、導体Lの周りの一回巻きのコイル8の形態で配置される。センサー・ファイバー3の他の端には、鏡面が形成され、またはミラー24が設けられる。
【0061】
センサー・ファイバー3は、好ましくは、名目的に非常に低い複屈折を有する。それは、ファラデイ(Faraday)効果が、センサー・ファイバー3の中を伝播する光波の非相補的位相シフトを実現することを可能にするようなヴェルデ定数(Verdet constant)を有している。
【0062】
光ファイバー3,4,5は、調整手段10として用いられる取付けボディ11に固定されている。グラス・ファイバー強化プラスチック製のストリップが、取付けボディ11として用いられる。
【0063】
コイル8は、好ましくは整数の巻数を有しており、表面の法線NSを有するコイル平面Aを規定する。コイル8はまた、複数の巻き数を有していても良く、特に、螺旋状またはヘリカル状のような巻き方の形状の複数のターン(非整数の巻数を含む)を有していても良い。コイル平面Aは、常に規定されることが可能である。
【0064】
位相遅延要素4は、このケースでは偏光規定要素4として機能するものであり、速い主軸f及び遅い主軸sを、二つのマークされた二つの軸として有している。表面の法線NSと速い主軸fにより作られる角度は、このケースでは、角度βと呼ばれる。
【0065】
位相遅延要素4は、プラスチック・ストリップ11に取り付けられ、それによって、プラスチック・ストリップ11の対応する領域に対する位置及び回転角方向が固定される。
【0066】
取付けボディ11の断面の形状は、好ましくはプラスチック・ストリップ11が曲げられることが可能な(好ましくは、これが比較的僅かな力で足りるために)半径方向を予め規定する。その結果、速い主軸fに対するコイル平面Aの相対的位置が、予め規定されることになる。その結果として、角度βが予め規定される。取付けボディが非等方性材料または材料の組み合わせから製造されることも可能であり、それによって、好ましい曲げ方向が、断面形状よりはむしろ材料により、作り出されることになる。
【0067】
これに加えて、二つのマーキング9a、9b(それぞれ、二つの穴の形態である)もまた、取付けボディに設けられる。センサー・ファイバーの二つの端は、これらの穴9a,9bにより規定されるやり方で、互いの直ぐ近傍に配置されることが可能である。かくして、整数の巻数を有する事実上完全に閉じられたコイル8が得られる。これをより明確に示すために、図1は、若干の距離を開けて互いに離れた二つのセンサー・ファイバーの端を示している。
【0068】
センサー・ヘッド2の製造の間に、センサー・ヘッド2及び光磁気モジュールから構成されるセンサーは、キャリブレイトされることが可能であり、このプロセスの間に、角度βが予め決定されることが可能である。センサー・ヘッド2は、その後、異なるやり方で配置されることが可能である。例えば、移送のために、もっとタイトに巻かれることが可能である。その後、センサーの使用されるロケイションで、キャリブレイションの間と同じやり方または異なるやり方で、配置されることが可能である。しかしながら、角度βは、調整手段10により、キャリブレイションの間と正確に同じ大きさに再び選択されることが可能である。それによって、測定の高い正確さを実現するために、使用されるロケイションでのセンサーの再キャリブレイションの必要がなくなることになる。この程度まで、調整手段10は、角度βが再現性良くセットされることを可能にする。
【0069】
図2は、楕円形のコア断面を有するファイバーのための角度βの定義を概略的に示している。このファイバーは、サプライ・ファイバー5または光ファイバー位相遅延要素4であって良い。ファイバー・クラッディング27は、ファイバー・コア28の周りに配置され、このファイバー・コア28は、主軸s,fの位置を規定する。ファイバーはまた、ファイバー・コーティング29を有し、このファイバー・コーティング29は、ファイバー・クラッディング27の周りを取り囲んでいる。
【0070】
センサー・ファイバー3は、好ましくは、そのようなファイバー・コーティング29を有していない。
【0071】
コイル平面Aに対する偏光規定要素4の方位角(azimuth)の方向の固定は、以下の理由で好ましい。
【0072】
反射型干渉センサーのケースでは、センサー・ファイバー3の中で測定されるべき電流Iにより誘導される、センサー・ファイバー3内を伝播する右手と左手の円形に偏光した光波の間の位相シフトΔφRは:
ΔφR=4φF=4V・N・I
ここで、
φFは、ファラデイ位相シフト
Vは、センサー・ファイバーのヴェルデ定数
Nは、コイルの巻き数
Iは、電流である。
【0073】
このケースでは、位相遅延要素4はλ/4要素であると仮定される。即ち、位相遅延要素4の複屈折の主軸がサプライ・ファイバー5の複屈折の主軸に対して45°の角度を成している。上記の式は、センサー・ファイバー3が複屈折を全く有していないときにのみ、高い精度で正しい。
【0074】
しかしながら、名目的に、非常に小さい複屈折を有するファイバー3のケースでは、僅かな複屈折が発生する。
【0075】
実際には、無視し得ない複屈折への寄与は、以下の通りである:
(1) 曲げにより誘導される複屈折;
(2) ファイバーの内部応力の結果としての、及び完全に回転対称の形状を有していないセンサー・ファイバー3のファイバー・コアの結果として固有の複屈折;
(3) 例えば、λ/4要素4とセンサー・ファイバー3の間のファイバー接続での応力;
(4) センサー・ファイバー3が正確に直線ではなく、応力が加えられていない状態で初期曲率を有していると言う事実からもたらされる複屈折、その結果として、それ自身の軸の周りでのファイバー3の回転(コイルの形態で配置されている)が、複屈折の変化をもたらすことになる。
【0076】
角度β変化の場合に、寄与(2)及び(3)のための軸は、同じ角度だけ変化する。しかしながら、寄与(1)のための複屈折の主軸は、曲げ方向に対して、それぞれ、常に平行または直角のままで残る。全体としての複屈折は、かくして、角度β、即ちファイバー3aの方位角の方向が変化したとき、変化する。
【0077】
寄与(4)は、一般的に、他の寄与と比べて小さく、あるいはゼロである。この寄与(4)が同様に角度βに依存すると言う事実は、その性質からもたらされる。
【0078】
複屈折の存在を考慮すると、ジョーンズ・マトリックス(Jones matrixes)の助けによる光の伝播の記述は、位相シフトΔφRのより正確な値をもたらす。その位相シフトは、センサー・ファイバー3内の測定されるべき電流Iにより誘導され、センサー・ファイバー3(反射型干渉センサー)の中を伝播する右手と左手の円形に偏光した光波の間に生ずる:
ΔφR=4φF・(1+(1/3)・δ2)
ここで、δは、センサー・ファイバー3内での 合計の複屈折の位相シフトである。
【0079】
それぞれの項、及び(1)から(4)までの寄与のβ依存性を考慮すると、これは、次の式に帰着する:
【数1】
【0080】
ここで、各略号の意味は以下の通りである:
δb:寄与(1)からもたらされる、即ち、曲げにより誘導される複屈折の位相シフト;
δ0:寄与(2)及び(3)からもたらされる、即ち、センサー・ファイバーに固有の複屈折及び接続での複屈折によりもたらされる、複屈折位相シフト;
δ1:寄与(4)によりもたらされる複屈折位相シフト。
【0081】
同様な考察が、サニヤック・コンフィギュレイションのケース、及び偏光センサーのケースにも適用される。
【0082】
図3は、正規化された信号SNと角度βの間の計算により求められた関係を、再び反射型干渉センサーについて示している。偏光維持サプライ・ファイバー5は、このケースでは偏光規定要素5であると想定され、このサプライ・ファイバーは、二つのマークされた軸として、速い及び遅い主軸を有している。表面の法線NSと速い軸によって構成される角度は、このケースでは、図3及び4における計算のために、角度βと呼ばれる。これらの計算はまた、センサー・ファイバーが実質的にコイル平面の中に配置されると言う仮定に基づいている。
【0083】
正規化された信号は、以下のように規定される:
SN = ΔφR/4φF
【0084】
図3の中には、SNが、δ0=2.2° 及び δ1=0° の場合について、且つ、δbが0°、1.1°及び2.2°の値である場合について描かれている。SNは、千分の±1または±2までの範囲内で変化する。δb=1.1° の値は、当初、直線状に伸びているクォーツ・ファイバーが、コイルの直径が1m、ファイバーの直径が80μmの、巻数1回のコイルの形態に巻かれたケースでの、曲げにより誘導される複屈折に対応している。図3における計算は、位相遅延要素4が完全なλ/4要素である、即ち、正確に90°の位相遅延を作り出すと言う仮定に基づいている。
【0085】
真性の温度補償を実現するために、位相遅延要素4を使用することも可能であり、この位相遅延要素は、90°+ε の異なる位相遅延角度を作り出す。温度補償に関係する更なる詳細は、欧州特許出願 EP 1 115 000 号、または、国際公開公報 WO 03/071290 A1 号明細書の中に見出すことができる。これら両者の文献の全開示内容は、ここにおいて、この明細書の中に組み込まれる。そのような温度補償のケースでは、サプライ・ファイバーの主軸と位相遅延要素の間の角度は、好ましくは、45°以外の角度に選択されても良い。
【0086】
無視し得ない角度εを考慮すると、これは、図4に示されているような、角度βの関数としての、正規化された信号SNの値をもたらす。この値は、δ0=0° 及び δ1=0°、且つ、δbの値が0°,0.666°及び1.332°のケースに対するものであり、即ち、複屈折の全てが曲げにより誘導された状況に対するものである。実線は、計算値であり、円及び四角形は、実験により決定された値である。
【0087】
ε=13° のケースが考察された。直径が80μm及びコイル半径が0.821mのファイバーが、δb=0.666° である状況について、調べられた。図4から分かるように、もし角度βが無視された場合には、数パーセントの変動が発生し得る。
【0088】
以下の式は、ジョーンズの形式(Jones formalism)を使用して同様に導き出されるが、これらの式は、図4に示された計算された曲線のための基礎として使用される:
【数2】
【0089】
ここで、
【数3】
【0090】
且つ、
【数4】
【0091】
図5は、本発明に基づくセンサー・ヘッドの断面を、センサー・ファイバー3の領域内で、概略的に示している。そのファイバー・コーティングが取り除かれた状態で、センサー・ファイバー3が、毛細管の中に取り付けられる。この毛細管はまた、摩擦減少手段7(例えばシリコーン・オイル)を含んでいる。この摩擦減少手段7は、センサー・ファイバー3と毛細管6の間の摩擦力を最小にする。
【0092】
毛細管6が、プラスチック・ストリップ11の長手方向の軸に沿って伸びる溝の中に配置される。このプラスチック・ストリップは、取付けボディ11として機能する。この毛細管6は、シリコーン26により、溝の中に取り付けられる。それは、全センサー・ファイバー3に沿って、または不連続ポイントで、取り付けられることが可能である。この取り付け部(attachment)は、毛細管6が溝の中で捩じられることを防止する。
【0093】
毛細管6は、取付けボディ11の曲げの間の、毛細管6及びセンサー・ファイバー3の機械的な応力を最小にするために、取付けボディ11の中立面12の中に配置される。このことは、センサー・ファイバー3が取付けボディ11の中立面12の近くに配置されることを確実にする。毛細管6はまた、好ましくは、毛細管コーティングを有していても良い。このことは、もしセンサー・ヘッドが度々曲げられた場合に、毛細管の表面に発生するマイクロ・クラックを防止する。そのようなマイクロ・クラックは、毛細管の破壊をもたらすことがありうる。
【0094】
もし、センサー・ファイバー3が、グラス・ファイバー強化プラスチック製のストリップ11上に、毛細管無しで配置された場合には、センサー・ファイバー自体は、好ましくは、取付けボディ11の中立面12の中に配置される。
【0095】
センサー・ファイバー3が、調整手段10に沿って伸びているので、コイルの形状は、調整手段10により予め定められることが可能である。
【0096】
このことは、コイルが開かれ、再び閉じられたときに、曲げにより誘導される複屈折の変化を最小にすることを、再び可能にする。上記の寄与(1)も参照方。
【0097】
例えば、センサー・ファイバー3端の近くに配置され、互いに対して方向付けられることが可能な二つの部材を有する調整手段10を準備することもまた、可能である。そのような方向付けは、例えば、プラグインまたはクランピング装置により行われ、そのときセンサー・ファイバー3の中央部分の形状は、調整手段10により支配されない状態にある。調整手段の第三の部材が、このケースでは、コイル平面を二つの他の部材に対して予め規定するために使用される。例として、この第三の部材は、コイル平面を予め規定するが、ターンの形状をコイル平面の中に著しくは拘束しないハウジングであっても良い。
【0098】
このような第三の部材は、固定要素としてのプラスチック・ストリップ11により予め設定されるコイル平面内で、コイルの形状を予め規定するハウジングであることも可能である。
【0099】
そのようなケースにおいて、即ち、異なるコイル形状が設けられなければならないとき、曲げにより誘導される複屈折の寄与(4)は、キャリブレイションと使用されるロケイションでのセンサー・ヘッドの組み込みとの間で、かなり変化することもありうる。即ち、もし、変化するコイル形状が設けられなければならない場合、図4との関係で説明した構成に対して、次のように角度βを選択することが特に好ましい:
β=0°±n*90°
ここで、nは正の整数またはゼロである。
【0100】
図4から分かるように、測定信号に対する及びキャリブレイションに対する、曲げにより誘導される複屈折の影響は、そのときに最小になる。
【0101】
しかしながら、もし、コイルの形状が知られており、例えば、毛細管6またはセンサー・ファイバー3が完全に固定される取付けボディが使用されることにより、キャリブレイションと使用されるロケイションでの間で同一である場合、図4との関係で説明した構成に対して、次のように角度βを選択することが特に好ましい:
β=45°±n*90°
これは、角度βの完全ではない固定の影響を最小にするためである。
【0102】
図4から分かるように、βが
β=45°±n*90°
であるように選択されたとき、正規化された信号SNに対するβの影響が、最小になる。
【0103】
図3から分かるように、位相遅延要素が、理想的な位相遅延要素とは異なる位相遅延角度(即ち、ε=0°)を有していない状況に対して、意図された適用のための最適の角度β(またはβ及びβ’)が、計算されなければならない。
【0104】
角度βを固定するために、位相遅延要素および/またはサプライ・ファイバーを取付けボディ11に直接取り付けることも可能であり、また、位相遅延要素および/またはサプライ・ファイバーを毛細管6に取り付けることも可能である。この毛細管は、次いで、取付けボディ11に取り付けられる(例えば、シリコーン26により)。少なくとも一つのサプライ・ファイバーの一部はまた、好ましくは、毛細管6の中に配置されることが可能である。
【0105】
取付けボディ11の断面の形状は、取付けボディ11の好ましい曲げ方向R(半径方向)を予め規定する。この方向Rに対する反対の方向も、同様に、取付けボディ11の好ましい曲げ方向である。他の方向は、このような方向に沿って(同じ半径で)、取付けボディを曲げるために、かなり大きい力が必要になることによって、特徴付けられる。
【0106】
取付けボディ11の断面は、例えば、10mmx2.5mmとすることができる。更に、好ましくは、非回転対称な断面、例えば楕円形の断面も実施可能である。
【0107】
取付けボディのためのエポキシ材料の代わりに、多くの他の材料を使用することが可能であり、それの中には非強磁性金属さえも含まれる。金属のケースでは、金属により、センサー・ファイバーが、半径方向に完全に周囲を取り囲まれることがないように、注意が払われなければならない。その理由は、そうでないと、渦電流が測定されるべき磁場を遮蔽してしまうであろうからである。このことは、狙いが、交流電流、または交流成分を有する電流、または交番磁場を測定することにあるときには、特に重要である。
【0108】
二つの穴9aが、取付けボディ11上に設けられ、センサー・ファイバー3の一つの端の近くに配置される。そのとき、少なくとも一つの更なるマーキング(例えば、同様な穴またはマッチング・ピン)が、センサー・ファイバー3(図に示されていない)のその端に設けられなければならない。このマーキングは、センサー・ファイバーの端を互いに近くに配置することによって、センサー・ファイバー3を整数の巻数に配置する作業を容易にする。
【0109】
他のマーキング、好ましくは工学的または機械的なマーキングが、マーキングとして使用されることも可能である。そのとき、取付けボディ11の対応する断面が、互いに重なり合ってまたは互いに隣り合って配置されることが可能であり、ネジ結合によりまたはブラケットまたは同様な保持装置により、ともに保持される(互いに固定される)ことが可能である。穴9aはまた、取付けボディ11をハウジングに固定するために使用されることも可能である。
【0110】
コイルの形状はまた、調整手段によってではなく、外側のハウジングにより、予め定められることも可能である。この調整手段は、回転角方向を規定するが、コイルの形状まで規定する必要は必ずしもない。もし、コイルの巻き数が円形となるように選択された場合には、曲げにより誘導される複屈折の影響は最小になる。
【0111】
図6は、サニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサー1の一つの可能な形態を概略的に示す。2本のサプライ・ファイバー5は、センサー・ヘッド2を光磁気モジュール13に接続する、この光磁気モジュールは、光の発生及び検出のため及び評価のために使用される。これらの参照符号の意味は、参照符号のリストの中に見つけ出すことができる。
【0112】
図6を説明するために、欧州特許庁に2003年9月3日に、出願番号EP03405641.6で、本願と同じ出願人により出願された特許出願が参照される。調整手段10を除いては、その図1は、本願における図6に実質的に対応している。関係する図の説明(上記の特許出願、出願番号EP03405641.6の出願時のバージョンの第10ページ最終パラグラフから第14ページ第一パラグラフまで)が、センサーのデザイン及びその動作の説明のために参照される。そして、この参照文献は、ここにおいて、その開示内容に明白に組み込まれる。
【0113】
図7は、反射型干渉センサー1の一つの可能な形態を概略的に示している。サプライ・ファイバー5は、センサー・ヘッド2を光磁気モジュール13に接続する。この光磁気モジュールは、光の発生及び検出のため及び評価のために使用される。これらの参照符号の意味は、参照符号のリストの中に見つけ出すことができる。
【0114】
図7を説明するために、欧州特許庁に2003年9月3日に、出願番号EP03405641.6で、本願と同じ出願人により出願された特許出願が参照される。調整手段10を除いては、その図2は、本願における図7に実質的に対応している。関係する図の説明(上記の特許出願、出願番号EP03405641.6の出願時のバージョンの、第14ページ最終パラグラフから第15ページ第一パラグラフまで)が、センサーのデザイン及びその動作の説明のために参照される。そして、この参照文献は、ここにおいて、その開示内容に明白に組み込まれる。
【0115】
本発明に基づくセンサー・ヘッド及びセンサーは、電気化学産業または電気溶解炉などにおいて発生するような、大きな直流電流を測定するために使用されることが可能である。そこでは、大きな導体断面積のために、大きなコイル直径が要求される。
【0116】
本発明に基づく電流センサーを有する高電圧設備の更なる例は、高電圧スイッチギア装置、例えばガス絶縁型スイッチギア装置である。このような高電圧設備は、好ましくは、位相毎にまたは高電圧導体毎にそれぞれ、一つまたは二つのセンサーまたはセンサー・ヘッドを有することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0117】
【図1】図1は、本発明に基づくセンサー・ヘッド概略的に示している。
【図2】図2は、楕円形のコア断面を有するファイバーのための角度βの定義を示している。
【図3】図3は、正規化された信号と角度βの間の、計算により求められた関係を示している。
【図4】図4は、正規化された信号と角度βの間の、計算により求められた関係、及びそれに対応する実験により決定された値を示している。
【図5】図5は、本発明に基づくセンサー・ヘッドのセンサー・ファイバーの領域内での断面を概略的に示している。
【図6】図6は、サニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサーの形状を概略的に示している。
【図7】図7は、反射型の干渉センサーの形状を概略的に示している。
【符号の説明】
【0118】
1・・・電流センサー、2・・・センサー・ヘッド、3・・・センサー・ファイバー、4・・・位相遅延要素、偏光規定要素、5・・・サプライ・ファイバー、偏光規定要素、6・・・毛細管、7・・・摩擦減少手段、オイル、8・・・コイル、9a,9b・・・マーキング、10・・・調整手段、11・・・取付けボディ、12・・・取付けボディの中立面、13・・・光磁気モジュール、14・・・光源、レーザ、LED、スーパー・ルミネセンス・ダイオード、15・・・デポラライザー、16・・・ファイバー・カプラー、17・・・位相変調器、18・・・検出器、光ダイオード、19・・・信号線、20・・・信号プロセッサ、21・・・コントロール・ライン、22・・・0°ファイバー接続またはプラグ・コネクター、23・・・90°接続、24・・・ミラー、鏡面仕上げされた端面、25・・・偏光維持ファイバー・カプラー、26・・・シリコーン、27・・・ファイバー・クラッディング、28・・・ファイバー・コア、29・・・ファイバー・コーティング、A・・・コイル平面、f・・・速い軸、l・・・電流、L・・・電流導体、バスバー、NS・・・表面の法線、N・・・センサー・コイルの巻き数、R・・・好ましい曲げ方向、SN・・・正規化された信号、T・・・温度、V・・・センサー・ファイバーの材料のヴェルデ定数、β,β’・・・角度、δ・・・位相シフト、δb,δ0,δ1・・・位相シフト、ΔφR・・・磁場により誘導される位相シフト、ε・・・角度、φF・・・ファラデイ位相シフト(V・N・I)。
Claims (15)
- 光電流または磁場センサー(1)のための光ファイバー・センサー・ヘッド(2)であって、
磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバー(3)を有する光ファイバーを有し、このセンサー・ファイバーは、当該センサー・ファイバーの中に入る光の偏光状態を規定する、少なくとも一つの偏光規定要素(4,5)に光学的に接続されており、
前記センサー・ファイバー(3)は、測定されるべき電流が流れる導体(L)の周りにまたは測定されるべき磁場の中に、コイル(8)の形態で配置されることが可能であり、
前記コイル(8)は、前記センサー・ファイバーが配置されるコイル平面(A)を規定し、このコイル平面は表面の法線(NS)を有しており、
前記少なくとも一つの偏光規定要素(4,5)は、当該偏光規定要素の主軸または伝播方向に沿う軸の方位を規定するマークされた軸(f)を有し、
調整手段(10)が、前記マークされた軸(f)と前記表面の法線(NS)の間の予め設定可能な角度βを再現性良く設定するために、または、二つの前記マークされた軸(f)と前記表面の法線(NS)の間の予め設定可能な角度β,β’を再現性良く設定するために、設けられており、
更に、前記調整手段(10)は、取付けボディ(11)を有し、この取付けボディに前記少なくとも一つの偏光規定要素(4,5)が固定される、
光ファイバー・センサー・ヘッドにおいて、
前記センサー・ファイバー(3)は、前記センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーであって、従って、フレキシブルな状態が維持されていること、
ファイバー・コーティングが前記センサー・ファイバー(3)から除去されていること、
前記センサー・ファイバー(3)が毛細管(6)の中に配置され、この毛細管が前記取付けボディに取り付けられること、
この毛細管(6)が摩擦減少手段(7)を含んでいること、及び、
前記取付けボディ(11)は、矩形または楕円形の断面を備えた帯状の形状を有し、フレキシブルに変形可能であること、
を特徴とする光ファイバー・センサー・ヘッド。 - 下記特徴を有する請求項1に記載のセンサー・ヘッド(2):
電流または磁場センサーのキャリブレイションの後、且つ使用されるロケイションへの前記コイル(8)の組み込みの前に、前記センサー・ファイバー(3)が異なる形状に変えられるとき、前記調整手段(10)は、前記角度βを再現性良く設定するために、または、前記角度β,β’を再現性良く設定するために、使用されることが可能である。 - 下記特徴を有する請求項1または2に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記少なくとも一つの偏光規定要素(4,5)は、少なくとも一つの偏光子、または、少なくとも一つの位相遅延要素(4)、または、少なくとも一つの偏光維持サプライ・ファイバー(5)である。 - 下記特徴を有する請求項1に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記取付けボディ(11)は、当該取付けボディと前記偏光規定要素(4,5)の固定が、前記マークされた一つまたは複数の軸(f)の、前記コイル平面(A)に対する相対的位置を規定するようにデザインされている。 - 下記特徴を有する請求項1または4に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記センサー・ファイバー(3)は、前記取付けボディ(11)のの長手方向の軸に沿って伸び、
前記取付けボディ(11)の好ましい曲げ方向(R)が、前記長手方向の軸に対して直角に、予め定められる。 - 下記特徴を有する請求項5に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記取付けボディ(11)が、好ましい曲げ方向(R)に曲げられたとき、前記センサー・ファイバー(3)は、前記取付けボディ(11)の中立面(12)の中またはその近くに配置される。 - 下記特徴を有する請求項1に記載のセンサー・ヘッド(2):
グラス・ファイバー強化プラスチックのストリップが、前記取付けボディ(11)として使用される。 - 下記特徴を有する請求項1または7に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記毛細管(6)は、溝の中に配置され、この溝は、前記取付けボディ(11)として機能するプラスチック・ストリップの長手方向の軸に沿って伸びている。 - 下記特徴を有する請求項8に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記毛細管(6)は、シリコーン(26)により前記溝の中に取り付けられる。 - 下記特徴を有する請求項9に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記毛細管(6)の前記溝の中への取り付け部が、全センサー・ファイバー(3)の全長に沿って、または、不連続なポイントに、設けられる。 - 下記特徴を有する請求項1から10のいずれか1項に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記毛細管(6)の中の前記摩擦減少手段(7)は、シリコーンオイルである。 - 下記特徴を有する請求項1から6のいずれか1項に記載のセンサー・ヘッド(2):
マーキング(9a、9b)を有しており、これらのマーキング(9a、9b)は、互いに対して予め定められた条件でそれらが配置されたときに前記コイル(8)が整数の巻数を持つように、前記調整手段(10)に取り付けられている。 - 下記特徴を有する電流または磁場センサー(1):
当該センサー(1)は、請求項1から12のいずれか1項に記載のセンサー・ヘッド(2)を有している。 - 当該設備が、請求項1から12のいずれか1項に記載の少なくとも一つのセンサー・ヘッド(2)を有していることを特徴とする高電圧設備。
- 光電流または磁場センサー(1)のためのセンサー・ヘッド(2)を取り付けるための方法であって、
磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバー(3)が、コイル(8)の形態で配置され、このセンサー・ファイバーは、当該センサー・ファイバーの中に入る光の偏光状態を規定する、少なくとも一つの偏光規定要素(4,5)に光学的に接続されており、
前記コイル(8)は、前記センサー・ファイバーが配置されるコイル平面(A)を規定し、このコイル平面は表面の法線(NS)を有しており、
前記偏光規定要素(4,5)は、当該偏光規定要素の主軸または伝播方向に沿う軸の方位を規定するマークされた軸(f)を有し、
コイルの形態に配置された前記センサー・ファイバー(3)を備えた前記電流または磁場センサー(1)が、キャリブレイトされ、且つ、
前記センサー・ヘッド(2)には調整手段(10)が設けられ、この調整手段により、前記センサー・ファイバー(3)が再びコイル(8)の形態に配置されたとき、前記マークされた軸(f)と表面の法線(NS)の間の角度βが、キャリブレイション中と同じ大きさに調整されることが可能である、
方法において、
前記センサー・ファイバー(3)として、センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーであって、従って、フレキシブルな状態が維持されているファイバーが使用されること、
ファイバー・コーティングが前記センサー・ファイバー(3)から除去されていること、
前記調整手段(10)が取付けボディ(11)を含んでいて、この取付けボディに前記少なくとも一つの偏光規定要素(4,5)が固定されること、
前記取付けボディ(11)は、矩形または楕円形の断面を備えた帯状の形状を有し、フレキシブルに変形可能であること、
前記センサー・ファイバー(3)が毛細管(6)の中に配置され、この毛細管が前記取付けボディに取り付けられること、及び、
この毛細管(6)が摩擦減少手段(7)を含んでいること、
を特徴とする方法。
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---|---|---|---|---|
EP2223129A1 (en) * | 2007-12-21 | 2010-09-01 | ABB Research Ltd. | Gas-insulated switchgear device with optical current sensor |
US8193695B2 (en) * | 2008-07-17 | 2012-06-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Organic light emitting device and manufacturing method thereof |
WO2010012300A1 (en) | 2008-07-30 | 2010-02-04 | Abb Research Ltd | High voltage ac/dc or dc/ac converter station with fiberoptic current sensor |
EP2308069B1 (en) | 2008-07-30 | 2015-04-15 | ABB Research Ltd. | Generator circuit breaker with fiber-optic current sensor |
EP2230524A1 (de) | 2009-03-21 | 2010-09-22 | ABB Technology AG | Verfahren zur Ermittlung der Windungszahl |
US20110052115A1 (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-03 | General Electric Company | System and method for temperature control and compensation for fiber optic current sensing systems |
US8773650B2 (en) | 2009-09-18 | 2014-07-08 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Optical position and/or shape sensing |
ATE554400T1 (de) | 2009-09-30 | 2012-05-15 | Abb Research Ltd | Verfahren zur herstellung eines glasfaserstromsensors mit inhärentem temperaturausgleich des faraday-effekts |
EP2306212B1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-11-02 | ABB Research Ltd. | Temperature compensated fiber optic current or magnetic field sensor with insensitivity to variations in sensor parameters |
WO2011069558A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Abb Research Ltd | Fiber-optic current sensing using a sensor with exchangeable sub-modules |
WO2011153018A2 (en) | 2010-06-01 | 2011-12-08 | Luna Innovations Incorporated | Interferometric measurement with crosstalk suppression |
JP5821268B2 (ja) * | 2011-05-16 | 2015-11-24 | セイコーエプソン株式会社 | 光ファイバー電流センサー |
CN104345209B (zh) * | 2013-08-09 | 2017-07-14 | 上海电缆研究所有限公司 | 光纤光栅温度自补偿电流传感器 |
US9632113B2 (en) * | 2014-03-13 | 2017-04-25 | Ofs Fitel, Llc | Few-moded fiber for sensing current |
CN111220881A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-06-02 | 南京航空航天大学 | 用于高压套管放电故障检测的光纤检测装置 |
US11175315B2 (en) * | 2019-12-15 | 2021-11-16 | Adam Zbinden | Crossarm insulator pin auxiliary mounted passive all fiber electro-optical current sensor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0968618A (ja) * | 1995-09-01 | 1997-03-11 | Toshiba Corp | 光ファイバセンサおよびその製造方法 |
JPH11242058A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-09-07 | Hoya Corp | 光計測用ヘッドおよび光計測装置 |
JP2000121675A (ja) * | 1998-10-14 | 2000-04-28 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光変流器 |
JP2001083187A (ja) * | 1999-09-10 | 2001-03-30 | Fuji Electric Co Ltd | 光変流器 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6288875U (ja) | 1985-11-22 | 1987-06-06 | ||
US5022371A (en) | 1989-09-29 | 1991-06-11 | Siemens-Bendix Automotive Electronics L.P. | Molded plastic fuel rail for an internal combustion engine |
EP0433824B1 (de) * | 1989-12-22 | 1994-03-02 | Asea Brown Boveri Ag | Faseroptischer Sensor |
GB9213736D0 (en) * | 1992-06-29 | 1992-08-12 | Univ Kent Kanterbury | Optical current sensor |
DE19600378A1 (de) | 1996-01-08 | 1997-07-10 | Bosch Gmbh Robert | Brennstoffeinspritzsystem |
DE19703128A1 (de) * | 1997-01-29 | 1998-08-06 | Abb Research Ltd | Magnetooptischer Stromsensor |
DE10020616A1 (de) | 2000-04-27 | 2001-10-31 | Pierburg Ag | Gemischbildungsanordnung für eine Brennkraftmaschine |
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ATE377195T1 (de) | 2003-09-03 | 2007-11-15 | Abb Research Ltd | Temperaturstabilisierte sensorspule und stromsensor |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0968618A (ja) * | 1995-09-01 | 1997-03-11 | Toshiba Corp | 光ファイバセンサおよびその製造方法 |
JPH11242058A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-09-07 | Hoya Corp | 光計測用ヘッドおよび光計測装置 |
JP2000121675A (ja) * | 1998-10-14 | 2000-04-28 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光変流器 |
JP2001083187A (ja) * | 1999-09-10 | 2001-03-30 | Fuji Electric Co Ltd | 光変流器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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