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专利名称：制造具有法拉第效应的固有温度补偿的光纤电流传感器的方法
技术领域：
本发明涉及制造光纤电流传感器(FOCS)，其包括暴露于要测量的电流的磁场的传 感纤维(sensing fiber)。该类型的传感器典型地在高电压变电站或具有高直流电(dc)的 应用中使用。
背景技术：
光纤电流传感器(FOCS)通常依赖熔融石英纤维中的法拉第效应。法拉第 效应随温度变化。熔融石英纤维的Verdet常数(其是法拉第效应的度量)根据 (1/V) dV/dT=7x 10"50C]变化，即在例如-40 V至+80 °C的操作温度范围内传感器信号在 0.84%内变化。然而，传感器的许多应用要求士0.2%或士0. 内的准确度，因此要求温 度补偿的措施。在EP1107029、EP1115000和参考文献[1]中，描述用于在干涉Mgnac和反 射型光纤电流传感器中的法拉第效应的固有温度补偿的方法。固有补偿的方法消除对额外 温度传感器的需要，其对于在高电势的电流传感是特别重要的。该方法利用产生正常圆形 光波(在传感纤维中传播)的光纤延迟器的温度依赖性。为了进行温度补偿，该延迟设置 到与常规90°延迟相差非零量ε的值。延迟随温度的变化影响传感器的标度因子。采用 适当选择的延迟，例如ε =10°，延迟器对传感器灵敏度(规格化标度因子幻的影响正好 抵消Verdet常数随温度的变化。
根据现有技术水平延迟器初始采用过长度、即大于目标延迟的延迟来准备。适当 的延迟然后通过采用逐步方式细调该延迟而达到。在每个细调步骤后，测量对传感器的温 度依赖性的延迟器贡献。该测量牵涉将延迟器转变为温度控制器，从而在某个范围内改变 延迟器温度并且监测对于给定电流对传感器信号的所产生的影响。细调继续直到达到适当 的补偿。细调通过在纤维接合机(fiber splicer)的电弧或加热器灯丝中加热延迟器完成。 该加热改变延迟器的线性双折射从而延迟，例如通过掺杂剂扩散出纤维芯和/或通过改变 纤维应力。发明内容
本发明要解决的问题是要提供当制造FOCS时调谐用于温度补偿的延迟器的更高 效的方法。
该问题由权利要求1的方法解决。
因此，该方法适应于制造光纤电流传感器，该传感器包括
-将暴露于要测量的电流I的磁场的传感纤维，其中所述传感纤维具有Verdet常 数V;该传感纤维进一步具有在热退火后剩下的导致双折射相位延迟S [1、2]的弯致双折 射或残留线性双折射。该相位延迟δ取决于纤维的类型、纤维环的数量和半径、纤维的制 备(例如，退火等)并且它可是零或非零。
-耦合于所述纤维用于在线性和椭圆偏振之间转换光的至少一个光纤延迟器，其中所述延迟器的慢轴处于相对于所述传感纤维的慢轴的角度45° -β ；该延迟器导致依赖 于温度的差分延迟P，其中
权利要求
1.一种用于制造光纤电流传感器的方法，该光纤电流传感器包括将暴露于要测量的电流I的磁场的传感纤维(5)，其中所述传感纤维(5)具有Verdet 常数V和双折射线性相位延迟δ，耦合于所述纤维(5)用于在线性和椭圆偏振之间转换光的至少一个光纤延迟器G)， 其中所述延迟器的慢轴处于相对于所述传感纤维的慢轴的角度45° ，并且其中由所述 延迟器导致的差分延迟P依赖于温度，其中 Q = W,ρ dT'以及控制单元(1)，其产生依赖于电流导致的相移Δ φ、特别地与所述相移Δ φ成比 例的传感器信号ο，该相移可以写为Αφ= 4 S ·φΡ其中￠^= Κ·τν·/，并且其中N是所述传感纤维(5)的环的数量，并且S是标度因子， 所述方法包括步骤 暴露所述传感纤维( 于磁�。�在初始步骤中测量所述传感器信号ο对所述延迟器(4)的温度T的依赖性A,1 δσA =---σ dT ‘限定传感器信号ο对所述延迟器的温度T的目标依赖性R 1JJ —---σ dT从A、B、Q、δ和β确定所述延迟器(4)的热处理之前的初始传感器信号Qini和所述 延迟器的热处理之后的目标传感器信号σΗη之间的比率r，其中r=-f~，以及ljM使所述延迟器(4)受到所述热处理并且测量所述传感器信号ο直到所述传感器信号 σ已经大致上变化了所述比率r。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述比率r由如下计算SΚΑ,β,Q1,Q2,δ,/ = ν/ ^2 ‘s [a/qM其中B是所述传感器信号σ对所述延迟器的温度的目标依赖性，仏和仏分别是 在所述延迟器的所述热处理之前和之后Q的值，并且S是由如下给出的规格化标度因 子或其近似s _ Αφ = Αφ ~ AVNI ~其中Αφ 二 arctanr IU Λ X-U2J
3.如权利要求2所述的方法，其中所述近似是
4.如权利要求2或3所述的方法，其中所述值％和％不相等，并且其中它们中的至少 一个已经在制造所述传感器之前确定。
5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其中
6.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其中
7.如权利要求6所述的方法，其中B确定为使得对于^F<0.3rad、特别地对于 (PfO. 1 md对所述传感器进行温度补偿。
8.如权利要求6所述的方法，其中B确定为使得对于识F>0.3rad来对所述传感器进行 温度补偿。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述延迟器的制造期间，所述 传感纤维( 大致上是直的并且其中在所述制造后，所述传感纤维( 弯曲以形成由N > 0个环构成的线圈。D 1 SVB +---<tV dT其中t是小于7*10_51/Κ的阈值，特别地小于2*10_51/Κ。
全文摘要
本发明制造具有法拉第效应的固有温度补偿的光纤电流传感器的方法。为了朝期望的温度依赖性来调谐光纤电流传感器的光纤延迟器(4)，传感纤维(5)暴露于磁场或对应的电流并且测量传感器信号以及该信号对延迟器温度的依赖性。从该初始传感器信号和它的温度依赖性，可以确定对延迟器温度的依赖性等于期望值时的目标传感器信号。然后，延迟器(4)被热处理直至传感器信号达到该目标值。该方法避免需要在该调谐过程中重复测量温度依赖性。
文档编号G01R3/00GK102033147SQ20101050834
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者A·弗兰克, K·博纳特, P·加布斯, R·韦斯特 申请人:Abb研究有限公司