JP2007537424A - 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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Abstract
Description
− 曲げにより誘導される副屈折、
− 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・コアがもたらす真性の副屈折、
− 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副屈折。
− センサー・ファイバーの真性の副屈折及び接続での副屈折、
− 曲げにより誘導される副屈折、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副屈折、
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副屈折の変化の影響、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。
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。
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。
(1) 曲げにより誘導される副屈折;
(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・コアの結果としての真性の副屈折;
(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副屈折、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、副屈折の変化をもたらすことになる。
ΔφR=4φF・(1+(1/3)・δ2)
ここで、δは、センサー・ファイバー3内での 合計の副屈折の位相シフトである。
δb:寄与(1)からもたらされる、即ち、曲げにより誘導される副屈折の位相シフト;
δ0:寄与(2)及び(3)からもたらされる、即ち、真性の副屈折及び接続での副屈折によりもたらされる、副屈折位相シフト;
δ1:寄与(4)によりもたらされる副屈折位相シフト。
SN = ΔφR/4φF
β=0°±n*90°
ここで、nは正の整数またはゼロである。
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。
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。
Claims (17)
- 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、
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た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ており、
前記センサー・ファイバー(3)は、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り、
前記センサー・ヘッド(2)は、前記センサー・ファイバー(3)の領域内でフレキシブルであり、
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)の形態に配置されることが可能であり、
前記コイル(8)は、表面の法線(NS)を有するコイル平面(A)を規定し、
前記少なくとも一つの偏光規定要素(4,5)は、マークされた軸(f)を有し、且つ、
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の調整のために、または、前記マークされた二つの軸(f)と前記表面の法線(NS)の間の予め設定可能な角度β,β’の調整のために、設けられた、
光ファイバー・センサー・ヘッドにおいて、
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):
前記センサー・ファイバー(3)は、毛細管(6)の中に配置されている。 - 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):
前記調整手段(10)は、前記センサー・ファイバー(3)の全体としての副屈折の再現性を実現するために設けられていて、
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3に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記全体としての副屈折は、下記の寄与により実質的に構成される:
− 曲げにより誘導される副屈折、
− センサー・ファイバー(3)の内部応力の結果として、及び、センサー・ファイバー(3)のファイバー・コアが完全に回転対称の形状を有していないことの結果としての、真性の副屈折、
− 前記センサー・ヘッド(2)へのファイバー接続での応力、及び、
− 応力が加えられていない状態において、前記センサー・ファイバー(3)が初期曲率を有することからもたらされる副屈折。 - 下記特徴を有する請求項1から4のいずれか1項に記載のセンサー・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から5のいずれか1項に記載のセンサー・ヘッド(2):
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。 - 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):
前記取付けボディ(11)は、フレキシブルに変形可能な取付けボディ(11)である。 - 下記特徴を有する請求項6または7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6から8のいずれか1項に記載のセンサー・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9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から10のいずれか1項に記載のセンサー・ヘッド(2):
前記角度βまたは前記角度β,β’は、
− センサー・ファイバーの真性の副屈折、及び、接続での副屈折、
− 曲げにより誘導される副屈折、及び、
− センサー・ファイバーの初期曲率から生じる副屈折、の関数として、
前記センサー・ヘッド(2)を有する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に対する、
− 前記曲げにより誘導される副屈折の変化の影響、または、
− 前記角度βまたは前記角度β,β’の変化の影響が、
最小となるように選択される。 - 下記特徴を有する請求項11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、前記コイル平面(A)の中に実質的に配置され、
− 前記偏光規定要素(5)は、偏光維持サプライ・ファイバー(5)であって、位相遅延要素(4)が、前記偏光維持サプライ・ファイバー(5)と前記センサー・ファイバー(3)の間に配置され、この位相遅延要素(4)は、理想的な位相遅延要素の前記位相遅延角度から、ゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、
前記角度βは、
β=0°±n*90° または
β=45°±n*90° となるように選択され、ここで、nは正の整数またはゼロであり;または、
− 前記偏光規定要素(5)は、2本のサプライ・ファイバー(5)であって、位相遅延要素(4)が、前記サプライ・ファイバー(5)と前記センサー・ファイバー(3)の間に、それぞれ配置され、前記二つの位相遅延要素(4)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から、ゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、
前記角度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、ここで、nは正の整数またはゼロである。 - 下記特徴を有する請求項1から12のいずれか1項に記載のセンサー・ヘッド(2):
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、互いに対して適切なやり方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):
前記センサー(1)は、請求項1から13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。 - 下記特徴を有する請求項14に記載の電流または磁場センサー(1):
前記センサー(1)は、
a) 一つの偏光規定要素(5)として偏光維持サプライ・ファイバー(5)を有する反射型コンフィギュレイションの干渉センサー(1)であって、一つのマークされた軸(f)が、前記サプライ・ファイバー(5)の主軸(f)の一つであり;または、
b) 偏光規定要素(5)として二つの偏光維持サプライ・ファイバー(5)を有するサニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサーであって、二つのマークされた二つの軸(f)が、それぞれ、前記2本のサプライ・ファイバー(5)の主軸(f)の一つであり;または、
c) 前記偏光規定要素として偏光子を有する、または、前記偏光規定要素として偏光維持サプライ・ファイバーを有する、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、一つのマークされた軸が、前記偏光子の伝播方向に沿って、または、前記変更維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、伸び;または、
d) 偏光規定要素として二つの偏光子を有する、または偏光規定要素として二つの偏光維持サプライ・ファイバーを有する、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、前記二つのマークされた二つの軸が、前記二つの偏光子の伝播方向に沿って、または、前記偏光維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、伸びている。 - 当該設備が、請求項1から15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)の製造方法であって、
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た、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、
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、前記センサー・ファイバー(3)として使用され、
前記コイル(8)は、表面の法線(NS)を有するコイル平面(A)を規定し、
前記偏光規定要素(4,5)は、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、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、
製造方法において、
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を特徴とする製造方法。
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