JPH06289063A - 光ファイバ式電流測定装置用のセンサヘッド - Google Patents

光ファイバ式電流測定装置用のセンサヘッド

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JPH06289063A
JPH06289063A JP6019472A JP1947294A JPH06289063A JP H06289063 A JPH06289063 A JP H06289063A JP 6019472 A JP6019472 A JP 6019472A JP 1947294 A JP1947294 A JP 1947294A JP H06289063 A JPH06289063 A JP H06289063A
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JP
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fiber
sensor head
head according
polarized light
fibers
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JP6019472A
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Markus Meier
マルクス・マイヤー
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ABB RES Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で丈夫であるにもかかわらず、測
定精度が高い、光ファイバ式電流測定装置用のセンサヘ
ッドを提供することである。 【構成】 光ファイバ式電流測定装置用のセンサヘッド
１は、低複屈折のファイバ１４を備えている。このファ
イバはねじれていて、導体２の周りに案内され、偏光さ
れた光を案内する働きをする。このファイバ１４によ
り、測定すべき電流Ｊの磁場Ｈによって生じる偏光され
た光のファラデー回転が検出される。ＬＢファイバ１４
はその両端部でそれぞれ、偏光を保って光を案内する２
本のファイバ６，７に結線されている。偏光された光は
この両ファイバの一方６から供給される。両ＨＢファイ
バ６，７は、ＬＢファイバ１４の捩じれによって生じる
捩じれ力を受け止めながら、それぞれ両結線個所１９，
２０の近くで固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、測定すべき電流の磁場
によって生じる偏光された光の回転を検出するための、
偏光された光を案内する働きをする、導体の周りに案内
された捩じれている低複屈折のファイバを備えた、光フ
ァイバ式電流測定装置用のセンサヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】その際、本発明は、例えばカー・ボーナ
ート（K.Bohnert)とエル・シュチーリン(R.Stierlin)氏
の刊行物“光フィアバ式センサ”公報SEV/VSE 82(1991)
1 、第21〜29頁に記載されているような技術水準を引き
合いにだす。この刊行物は図６に、偏光検出を行う光フ
ァイバ電流センサの原理を示している。この電流センサ
は電流を案内する導体を含むセンサヘッドを備えてい
る。このセンサヘッドは低複屈折のセンサファイバ（Ｌ
Ｂファイバ）を備えている。このＬＢファイバは導体の
周りにコイルとして巻かれている。光源から、偏光を保
つファイバ（ＨＢファイバ）を経て、偏光された真っ直
ぐな光がＬＢファイバに供給される。偏光された光は導
体電流の磁場の影響を受けてＬＢファイバ内でファラデ
ー回転を行う。ファラデー回転によって変調され、導体
電流の強さについての情報を含む偏光された光は、他の
（偏光を保つ）ＨＢファイバを経て、検出および評価装
置に供給される。この検出および評価装置内で、導体電
流の値が検出される。
【０００３】このようなセンサの精度は実質的に複屈折
によって決まる。この複屈折は例えば、コイルを巻くと
きのＬＢファイバの曲げによって生じる。この複屈折の
影響を大幅に減らすために、ＬＢフィアバは更に、ファ
イバ軸線周りに機械的にねじられている。この場合に発
生するねじれ応力によって、制御可能な円形の複屈折が
生じる。この複屈折はねじれ度合いに応じて、コイル巻
取り時に曲げ応力によって生じる検出しにくい線形複屈
折よりもはるかに大きい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、構造が簡単
で丈夫であるにもかかわらず、測定精度が高い、光ファ
イバ式電流測定装置用のセンサヘッドを提供することで
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明に従
い、低複屈折のファイバがその両端部でそれぞれ、偏光
を保って光を案内する２本のファイバに結線され、偏光
された光がこの両ファイバの一方から供給され、偏光を
保つ両ファイバが、低複屈折ファイバの捩じれによって
生じる捩じれ力を受け止めながら、それぞれ両結線個所
の近くで固定されていることによって解決される。
【０００６】本発明によるセンサヘッドは、構造が簡単
で丈夫であり、そして困難な条件下でも非常に正確な測
定値を生じるという利点がある。これは一方では、その
光学的な作用部品がすべてファイバ技術で形成されてい
ることによる。他方では、これは電流センサとして作用
する低屈折ＬＢファイバを、力が作用しないように配置
したことによる。すなわち、このファイバは偏光を保つ
ＨＢセンサに結線され、結線個所の近くでＨＢファイバ
を介してのみ固定されている。
【０００７】ファラデー回転を行う偏光された光は、き
わめて簡単かつ効果的に、ファラデー回転体として作用
するＬＢファイバに入り、同時に、機械的および熱的負
荷に対して鈍感なＨＢファイバの固定によって、ファラ
デー回転を悪化させる機械的な力から、ＬＢファイバを
遠ざける。
【０００８】
【実施例】次に、本発明の有利な実施例と、本発明によ
って得られる他の利点を、図に基づいて詳しく説明す
る。
【０００９】図１には、本発明の実施例が略示してあ
る。図１は本発明によるセンサヘッドを導体の方向に見
た図である。このセンサヘッドは大部分を原理的に示し
た光ファイバ式電流測定装置内に設けられている。
【００１０】図１において、１は光ファイバ式電流測定
装置のセンサヘッドである。このセンサヘッド１を通っ
て導体２が案内されている。導体２の中を図面の平面を
通過して流れる電流Ｊは、矢印の方向に向いた磁場Ｈを
生じる。光ファイバ式電流測定装置は、センサヘッド１
のほかに、特にレーザーダイオードとして形成された光
源３と、偏光子４と、検出および評価ユニット５を備え
ている。図示していない導体は光源３の光を偏光子４に
案内する。この偏光子内では偏光された真っ直ぐな光が
発生する。偏光された光は、偏光を保つ、特に石英から
なるフィアバ６、いわゆるＨＢファイバによってセンサ
ヘッド１に案内される。このセンサヘッド内で、供給さ
れた光は磁場Ｈに基づいてファラデーの回転を行う。セ
ンサヘッドから出る偏光された光は、偏光を保つ、特に
同様に石英からなる他のファイバ、すなわちＨＢファイ
バ７によって、検出および評価ユニット５に案内され
る。ファイバ６，７のようなＨＢファイバは、大きな複
屈折を有し、大きな機械的な力で付勢可能である。その
際、広い温度範囲（−４０〜８０°Ｃ）でその偏光光学
的な特性が乱れることがない。ＨＢファイバは偏光され
た光の拡散方向に、互いに直交する二つの軸線を有す
る。この軸線内では、光の線形偏光は影響を受けない。
【００１１】検出および評価ユニット５は、例えばウォ
ラストンプリズム９と二つの受光器１０，１１を備えた
偏光計８、センサヘッド１内のファラデー回転ひいては
測定すべき電流の大きさを表す信号Ｓを検出するための
装置１２、および測定すべき電流Ｊの値を決定する装置
１３を含んでいる。
【００１２】センサヘッド１は電流センサとして、導体
２の周りにコイル状に巻かれた、低複屈折で特に石英ガ
ラスからなるファイバ、いわゆるＬＢファイバ１４を含
んでいる。ＬＢファイバ１４はそのファイバ軸線周りに
捩じれていて、そしてコイルとして巻かれた特に同様に
石英ガラスからなる毛管１５の中を案内される。代表的
な毛管１５は0.2 〜0.5mm の直径を有し、剛性のあるコ
イル支持体１６上に弾性的に支承されている。この弾性
的な支承は特に、毛管１５がコイル支持体１６上に載せ
られたエラストマー、例えばシリコンゴムに埋め込まれ
ていることによって達成される。偏光を保持する両ＨＢ
ファイバ６，７はそれぞれ反対側の端部から毛管１５に
挿入され、両挿入口の範囲においてそれぞれ接着連結部
１７，１８によって毛管１５に固定されている。この接
着連結部１７，１８は特にシリコンのようなエラストマ
ーによって形成されている。
【００１３】ファイバ６，１４または１４，７はその互
いに向き合った端部が互いに永久的にかつ安定した状態
で結線されている。この場合、結線個所１９，２０は溶
着によって形成される。毛管１５内部の両結線個所１
９，２０は、外部磁場に感じにくくするために、できる
だけ互いに近づけて配置されている。接着連結部１７，
１８は結線個所の近くに設けられている。
【００１４】光導体や偏光子４の代わりに、光源３とＨ
Ｂファイバ６の入口の間で、偏光された光を発生するフ
ァイバを溶着によって結線することができる。その場
合、光ファイバ式電流測定装置のセンサヘッドは更にフ
ァイバ要素だけしか含んでおらず、それによって簡単か
つ省スペース的に形成可能である。
【００１５】導体２内を案内される電流Ｊの測定時に、
偏光された線形の光は、偏光子４または偏光子４の代わ
りに設けられたファイバからＨＢファイバ６に入る。Ｈ
Ｂファイバ６はその偏光を保つ特性により、ファイバ６
内で発生する接着連結部の機械的な応力にもかかわら
ず、偏光された光を妨害せずにＬＢファイバ１４に導
く。
【００１６】ＬＢファイバ１４は力を加えずに両結線個
所１９，２０で保持されている。そのねじれによって引
き起こされるねじれ応力は、両ねじれ個所１９，２０、
両ＨＢファイバ６，７および両接着連結部１７，２８を
介して毛管１５に伝達される。ＬＢファイバ１４が毛管
１５と同じ熱膨張係数を有する材料からなっているの
で、温度変化によってＬＢファイバ１４に圧縮応力また
は引張り応力が生じない。ＬＢファイバ１４の偏光光学
的な特性は変わらない。これは非常に有利である。なぜ
なら、小さな機械的な力の作用を受けてもＬＢファイバ
が通常のごとくその偏光光学的な特性に関して敏感に応
答するからである。更に、コイル支持体１６と毛管１５
の間の異なる材料膨張によって、温度変化によって引き
起こされる機械的な力が毛管１５によって受け止めら
れ、ＬＢフィアバ１４に伝わらない。この場合、エラス
トマー内に毛管１５を埋めたことにより、温度変化時に
発生する力がコイル支持体１６と毛管１５の間で均等に
分散し、不所望な応力集中が避けられる。
【００１７】ＬＢファイバ１４を通過する偏光された光
の偏光平面は、導体２を通って流れる電流Ｊの磁場Ｈの
影響を受けて、電流の強さに依存するファラデーの回転
を行う。ＬＢファイバ１４のねじれ部は、電流のない状
態で結線個所２０での光の偏光方向がＨＢファイバ７の
互いに直交する両軸線に対して４５°をなすように形成
されている。従って、結線個所２０では、ファラデー回
転についての情報を得る偏光された真っ直ぐな光が互い
に直交する二つの成分に分割される。両成分は偏光計８
に供給され、ウォラストンプリズム９内で互いに分離さ
れ、信号Ｓ1 ，Ｓ2 として両受光器１０，１１に記録さ
れる。光の偏光平面のファラデー回転によって、互いに
直交する両成分の強さ、ひいては受光器１０，１１から
出力される信号Ｓ1 ，Ｓ2 の大きさが変化する。偏光平
面の位置の温度に依存する成分は両信号Ｓ1 ，Ｓ2 の比
によって検出され、それからセンサヘッドの温度が決定
される。両信号Ｓ1 ，Ｓ2 から信号Ｓが検出される。最
後に、装置１３は信号Ｓから、温度依存性を考慮する、
測定すべき電流の値を決定する。
【００１８】上述の実施例に従って形成されたセンサヘ
ッド１により、−２０〜８０°Ｃの間にある温度範囲に
おいて、約0.2 パーセントの電流測定精度が達成され
る。
【００１９】
【発明の効果】本発明による光ファイバ式電流測定装置
用のセンサヘッドは、構造が簡単で丈夫であるにもかか
わらず、測定精度が高いという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるセンサヘッドを導体の方
向に見た図である。
【符号の説明】
１ センサヘッド ２ 導体 ３ 光源 ４ 偏光子 ５ 検出および評価ユニット ６，７ ＨＢファイバ ８ 偏光計 ９ ウォラストンプリズム １０，１１ 受光器 １２ ファラデー回転の検出装置 １３ 電流値の決定装置 １４ ＬＢファイバ １５ 毛管 １６ コイル支持体 １７，１８ 接着連結部 １９，２０ 結線個所

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 測定すべき電流（Ｊ）の磁場（Ｈ）によ
    って生じる偏光された光の回転を検出するための、偏光
    された光を案内する働きをする、導体（２）の周りに案
    内された捩じれている低複屈折のファイバ（１４）を備
    えた、光ファイバ式電流測定装置用のセンサヘッド
    （１）において、低複屈折のファイバ（１４）がその両
    端部でそれぞれ、偏光を保って光を案内する２本のファ
    イバ（６，７）に結線され、偏光された光がこの両ファ
    イバの一方（６）から供給され、偏光を保つ両ファイバ
    （６，７）が、低複屈折ファイバ（１４）の捩じれによ
    って生じる捩じれ力を受け止めながら、それぞれ両結線
    個所（１９，２０）の近くで固定されていることを特徴
    とするセンサヘッド。
  2. 【請求項２】 低複屈折のファイバ（１４）が、コイル
    の形に巻かれた毛管（１５）内を案内されていることを
    特徴とする請求項１のセンサヘッド。
  3. 【請求項３】 毛管（１５）が、低複屈折ファイバ
    （４）の材料の熱膨張係数に匹敵する熱膨張係数を有す
    る材料で形成されていることを特徴とする請求項２のセ
    ンサヘッド。
  4. 【請求項４】 低複屈折ファイバ（１４）と毛管（１
    ５）が主として石英からなっていることを特徴とする請
    求項３のセンサヘッド。
  5. 【請求項５】 毛管（１５）が剛性のあるコイル支持体
    （１６）に弾性的に支持されていることを特徴とする請
    求項２〜４のいずれか一つのセンサヘッド。
  6. 【請求項６】 毛管（１５）がコイル支持体（１６）に
    載っているエラストマーに埋め込まれていることを特徴
    とする請求項５のセンサヘッド。
  7. 【請求項７】 偏光を保つ両ファイバ（６，７）がそれ
    ぞれ反対側の端部から毛管（１５）に挿入され、それぞ
    れの挿入口の範囲において接着連結部（１７，１８）に
    よって毛管（１５）に固定されていることを特徴とする
    請求項２〜６のいずれか一つのセンサヘッド。
  8. 【請求項８】 接着連結部（１７，１８）が特にシリコ
    ンのようなエラストマーを含んでいることを特徴とする
    請求項７のセンサヘッド。
  9. 【請求項９】 偏光された光を供給する、偏光を保つフ
    ァイバ（６）が、低複屈折ファイバ（１４）と反対側の
    その端部において、偏光された光を発生するファイバに
    結線されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれ
    か一つのセンサヘッド。
  10. 【請求項１０】 結線個所（１９，２０）が溶着によっ
    て形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいず
    れか一つのセンサヘッド。構造体。
JP6019472A 1993-02-17 1994-02-16 光ファイバ式電流測定装置用のセンサヘッド Withdrawn JPH06289063A (ja)

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DE4304762:9 1993-02-17
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US (1) US5500909A (ja)
EP (1) EP0611974B1 (ja)
JP (1) JPH06289063A (ja)
KR (1) KR940020123A (ja)
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DE (2) DE4304762A1 (ja)

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