專利名稱：光變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用光的法拉第效應(yīng)測(cè)量電流的光變流器，尤其涉及不易受被測(cè)電流以外的外部電流影響的。適合于高精度電流測(cè)量或大電流測(cè)量的光變流器。
過(guò)去，已開(kāi)發(fā)了利用光的電力系統(tǒng)用電流測(cè)量裝置，即光變流器作為電力系統(tǒng)用的電流測(cè)量裝置。該光變流器是把鉛玻璃等的塊狀體置于被測(cè)電流所流過(guò)的導(dǎo)體附近作為傳感器，使直線偏振光通過(guò)該傳感器，測(cè)量由被測(cè)電流所產(chǎn)生的法拉第效應(yīng)的旋光角。


圖12表示利用現(xiàn)有技術(shù)的氣體絕緣開(kāi)關(guān)裝置用的光變流器的一例。如圖12所示，高壓電流所流過(guò)的導(dǎo)體2被置于作為接地電位的容器1內(nèi)。由鉛玻璃等構(gòu)成的塊狀傳感器3包圍在導(dǎo)體2的整個(gè)周圍，傳感器3由夾具4固定。在此情況下，由于導(dǎo)體2帶高電壓，所以，傳感器3的夾具4通過(guò)絕緣筒5進(jìn)行安裝，與容器1保持絕緣狀態(tài)。并且光學(xué)系統(tǒng)存放箱6安裝在容器1上，在該光學(xué)系統(tǒng)存放箱6內(nèi)，存放耦合光學(xué)系統(tǒng)7、光傳送用光纖8、以及2根光接收用光纖9a、9b。
其中，耦合光學(xué)系統(tǒng)7由透鏡7a、偏光鏡7b等構(gòu)成，各光纖8、9a、9b通過(guò)該耦合光學(xué)系統(tǒng)7與傳感器3進(jìn)行光學(xué)耦合。并且，發(fā)送用光纖8用于把測(cè)量用的光從圖中未示出的光源經(jīng)過(guò)耦合光學(xué)系統(tǒng)7傳送到傳感器3內(nèi)。接收用光纖9a、9b用于分別接收從傳感器3射出經(jīng)過(guò)耦合光學(xué)系統(tǒng)7分割成2個(gè)方向的偏振光成分的光，并將其傳送到圖中未示出的信號(hào)處理部?jī)?nèi)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的圖12的光變流器中，可以根據(jù)下列原理來(lái)測(cè)量流過(guò)導(dǎo)體2的電流。
首先，從圖中未示出的光源中發(fā)出的光通過(guò)發(fā)送用光纖8被送入耦合光學(xué)系統(tǒng)7內(nèi)。該光通過(guò)耦合光學(xué)系統(tǒng)7變成光束基本平行的直線偏振光束10a，在空間內(nèi)傳播，射入傳感器3內(nèi)，在傳感器3內(nèi)反復(fù)進(jìn)行反射，以此形式圍繞導(dǎo)體2旋轉(zhuǎn)，然后從傳感器3射出。在此期間，通過(guò)傳感器3內(nèi)的光的偏振面，由于流過(guò)導(dǎo)體2的電流所感應(yīng)的法拉第效應(yīng)而僅旋轉(zhuǎn)與電流相對(duì)應(yīng)的某一個(gè)角度。
從傳感器3射出的光變成直線偏振光束10b在空間內(nèi)傳播，然后再射入耦合光學(xué)系統(tǒng)7內(nèi)，在這里被分割成2個(gè)方向的偏振光成分后，分別射入2條接收用光纖9a、9b。這里所敘述的耦合光學(xué)系統(tǒng)7的結(jié)構(gòu)和作用已是眾所周知的事項(xiàng)，故其說(shuō)明從略。
但是，作為電力系統(tǒng)用的電流測(cè)量裝置，必須體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受周圍的外部電流影響，始終保持高精度的測(cè)量性能。并且也要能測(cè)量大電流。再者，為了廣泛普及應(yīng)用，價(jià)格也必須低廉。
然而，圖12所示的現(xiàn)有光變流器，有可能受外部電流的影響，難于確保高精度測(cè)量性能。例如，在圖12的光變流器中，傳感器3內(nèi)尚存在從完全封閉環(huán)路中分離出的剩余光路部分L，在這一部分，光受到由外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響，不能精密地測(cè)量流過(guò)導(dǎo)體2的被測(cè)電流。再者，由于傳感器3的靈敏度高，所以適于測(cè)量較小的電流，但另一方面難于測(cè)量大電流。再有，因?yàn)槭褂脡K狀傳感器3，所以，難于減小體積簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，成本也高，因此，也難于廣泛普及。
本發(fā)明是為了解決以上的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而提出的。其第一目的在于提供體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以精密測(cè)量的高性能光變流器。并且，第2目的在于提供體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以精密測(cè)量，同時(shí)也可測(cè)量大電流的高性能光變流器。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種光變流器，其中包括布置在被測(cè)導(dǎo)體附近的傳感器、發(fā)生測(cè)量用光并將其送入上述傳感器內(nèi)的光源、檢測(cè)來(lái)自上述傳感器的出射光的檢測(cè)器、對(duì)上述傳感器和光源以及檢測(cè)器進(jìn)行光學(xué)耦合的耦合光學(xué)系統(tǒng)、以及對(duì)來(lái)自上述檢測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理部，根據(jù)通過(guò)上述傳感器的光的法拉第效應(yīng)，測(cè)量被測(cè)導(dǎo)體上的通電電流，其特征在于上述傳感器由光纖構(gòu)成，該光纖纏繞在上述被測(cè)導(dǎo)體的周圍，布置成其兩端接近的閉環(huán)狀。
所述的光變流器，其特征在于上述光纖的兩端，其布置狀態(tài)是假定光纖相對(duì)于上述被測(cè)導(dǎo)體的纏繞圈數(shù)為n，該光纖投影到與被測(cè)導(dǎo)體直交的平面上時(shí)，從被測(cè)導(dǎo)體方向觀看該光纖兩端之間的區(qū)域時(shí)的視角為2πn(弧度)的1％以下。
所述的光變流器，其特征在于上述光纖的兩端被有放在同一結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
所述的光變流器，其特征在于當(dāng)外部導(dǎo)體被置于上述被測(cè)導(dǎo)體附近的上述光纖的外側(cè)時(shí)，上述光纖的兩端，其布置狀態(tài)是假定該光纖相對(duì)于上述被測(cè)導(dǎo)體的纏繞圈數(shù)為n，當(dāng)把該光纖投影到與外部導(dǎo)體直交的平面上時(shí)，從上述外部導(dǎo)體方向觀看該光纖的兩端之間的區(qū)域時(shí)視角為2πn(弧度)的1％以下。
所述的光變流器，其特征在于當(dāng)上述被測(cè)導(dǎo)體被存放在容器內(nèi)，在該容器內(nèi)形成在上述光纖外側(cè)流動(dòng)的多個(gè)外層電流路徑時(shí)，上述光纖的兩端被布置成該兩端之間的區(qū)域位于相鄰的2個(gè)上述外層電流路徑之間的狀態(tài)。
所述的光變流器，其特征在于當(dāng)存放在同一容器內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)體均被作為上述被測(cè)導(dǎo)體，對(duì)各個(gè)被測(cè)導(dǎo)體分別設(shè)置單獨(dú)的上述光纖時(shí)，上述各光纖的兩端均被布置在接近容器壁面的位置上，并使其兩端之間的區(qū)域面對(duì)上述容器的壁面。
所述的光變流器，其特征在于
上述光纖的兩端被布置在與上述被測(cè)導(dǎo)體平行的方向上幾乎重疊在一起的狀態(tài)。
所述的光變流器，其特征在于包括上述光纖和上述耦合光學(xué)系統(tǒng)在內(nèi)的光學(xué)零件，其一部分，被產(chǎn)生磁屏蔽效應(yīng)的磁屏蔽材料覆蓋。
所述的光變流器，其特征在于上述耦合光學(xué)系統(tǒng)被存放在由上述磁屏蔽材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
所述的光變流器，其特征在于上述光纖的兩端被存放在由上述磁屏蔽材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
所述的光變流器，其特征在于上述光纖被上述磁屏蔽材料覆蓋。
所述的光變流器，其特征在于當(dāng)在上述被測(cè)導(dǎo)體附近存在外部磁場(chǎng)時(shí)，其構(gòu)成狀態(tài)是在上述光纖的縱長(zhǎng)方向上，多個(gè)上述磁屏蔽材料互相間留出間隔，分散地布置，被磁屏蔽材料覆蓋的屏蔽部分和未被磁屏蔽材料覆蓋的非屏蔽部分，這二者的比例，從上述外部磁場(chǎng)來(lái)看是一定的。
本發(fā)明的特征在于，為了解決上述問(wèn)題，用光纖來(lái)構(gòu)成光變流器的傳感器，把光纖置于被測(cè)導(dǎo)體的周圍并使其形成封閉的圓環(huán)狀，而且精心配置該光纖的兩端，對(duì)光學(xué)零件進(jìn)行磁屏蔽。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，可以減小和簡(jiǎn)化傳感器周圍的結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以減小由外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響，提高測(cè)量精度。
所述的發(fā)明，是這樣一種光變流器，它具有配置在被測(cè)導(dǎo)體附近的傳感器、發(fā)生測(cè)量用的光并將其送入上述傳感器內(nèi)的光源、檢測(cè)來(lái)自上述傳感器的出射光的檢測(cè)器、使上述傳感器、光源和檢測(cè)器進(jìn)行光學(xué)耦合的耦合光學(xué)系統(tǒng)、以及處理來(lái)自上述檢測(cè)器的信號(hào)的信號(hào)處理部，根據(jù)通過(guò)上述傳感器的光的法拉第效應(yīng)來(lái)測(cè)量被測(cè)導(dǎo)體中的通電電流，其特征在于，上述傳感器按下列方法構(gòu)成。
也就是說(shuō)，傳感器由光纖構(gòu)成，該光纖纏繞在上述被測(cè)導(dǎo)體的周圍，被布置成其兩端接近的封閉環(huán)狀。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，把光纖布置在被測(cè)導(dǎo)體的周圍，形成封閉環(huán)裝，即可實(shí)現(xiàn)這樣一種傳感器，即其結(jié)構(gòu)不易受外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響。因此，可始終確保高精度測(cè)量。并且，由于使用光纖，所以與使用塊狀體時(shí)相，可以減小和簡(jiǎn)化傳感器周圍的結(jié)構(gòu)，而且還可以降低成本。
所述的發(fā)明是對(duì)光纖的兩端進(jìn)行精心布置。
所述的發(fā)明，其特征在于，在所述的發(fā)明中，光纖兩端按下列方法布置在被測(cè)導(dǎo)體周圍。也就是說(shuō)，光纖兩端的位置要符合下列要求假定光纖相對(duì)于被測(cè)導(dǎo)體的纏繞卷數(shù)為n，當(dāng)把該光纖投影到與被測(cè)導(dǎo)體直交的平面上時(shí)，從被測(cè)導(dǎo)體來(lái)觀看光纖兩端之間的區(qū)域，這時(shí)形成的視角為2πn(弧度)的1％以下。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，布置光纖兩端，使得從被測(cè)導(dǎo)體來(lái)觀看光纖兩端之間的區(qū)域(光纖兩端區(qū)域)時(shí)所形成的視角為2πn(弧度)的1％以下，這樣可以充分減小易受外部磁場(chǎng)影響的光纖兩端區(qū)域面對(duì)被測(cè)導(dǎo)體的尺寸。因此，可抑制外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響，同時(shí)，可以檢測(cè)出大約99％以上的被測(cè)電流，可以提高測(cè)量精度。
所述的發(fā)明，其特征在于，所述的發(fā)明中，光纖的兩端被存放在同一結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，把光纖的兩端存放在同一結(jié)構(gòu)件內(nèi)，這樣，容易固定作為傳感器的光纖的兩端，能確保其位置關(guān)系。所以，容易形成這樣一種閉環(huán)結(jié)構(gòu)，即便于抑制由外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響。
所述的發(fā)明，其特征在于在上述的任一項(xiàng)的發(fā)明中，尤其外部導(dǎo)體被布置在上述被測(cè)導(dǎo)體附近的上述光纖外側(cè)時(shí)，光纖的兩端按下列方法相對(duì)于外部導(dǎo)體進(jìn)行布置。也就是說(shuō)，光纖兩端的位置要符合下列要求假定光纖相對(duì)于上述被測(cè)導(dǎo)體的纏繞圈數(shù)為n，當(dāng)把該光纖投影到與外部導(dǎo)體直交的平面上時(shí)，從上述外部導(dǎo)體來(lái)觀看該光纖的兩端之間的區(qū)域，這時(shí)的視角為2πn(弧度)的1％以下。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的所述的發(fā)明，布置光纖兩端，使得從外部導(dǎo)體來(lái)觀看光纖兩端之間的區(qū)域時(shí)視角為2πn(弧度)的1％以下，這樣，可以充分減小易受外部電流影響的光纖兩端區(qū)域面對(duì)外部導(dǎo)體的尺寸，因此，可以抑制流過(guò)該外部導(dǎo)體的外部電流的影響，可以提高測(cè)量精度。
所述的發(fā)明，其特征在于；在上述的任一項(xiàng)的發(fā)明中，尤其在上述被測(cè)導(dǎo)體被存放在容器內(nèi)，在該容器內(nèi)形成流過(guò)上述光纖外側(cè)的多個(gè)外層電流路徑的情況下，光纖的兩端被布置成以下?tīng)顟B(tài)，即該兩端之間的區(qū)域位于相鄰的2個(gè)上述外層電流路徑之間。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，把光纖兩端之間的區(qū)域布置在相鄰的2個(gè)外層電流路之間，這樣，可以減小從外層電流路觀看該兩端區(qū)域時(shí)的視角，可以充分減小易受外部電流影響的光纖兩端區(qū)域面對(duì)外層電流路的尺寸。因此，可以抑制流過(guò)該外層電流路的外層電流的影響，可以提高測(cè)量精度。
所述的發(fā)明，其特征在于在上述任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，尤其在把同一容器內(nèi)所存放的多個(gè)導(dǎo)體分別作為被測(cè)導(dǎo)體，并且對(duì)各個(gè)被測(cè)導(dǎo)體分別設(shè)置單獨(dú)的光纖的情況下，各光纖的兩端分別被布置在接近容器壁面的位置上，并使該兩端之間的區(qū)域面對(duì)容器的壁面。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，把各光纖的兩端之間的區(qū)域布置在面向和接近容器壁面的位置上，這樣，可以充分減小易受外部電流影響的光纖兩端之間的區(qū)域面對(duì)被測(cè)導(dǎo)體以外的外部導(dǎo)體的尺寸。因此，可以抑制流入被測(cè)導(dǎo)體以外的外部導(dǎo)體內(nèi)的外部電流的影響，可以提高測(cè)量精度，并且，由于把耦合光學(xué)系統(tǒng)布置在容器壁面附近，所以能縮短和簡(jiǎn)化貫通容器壁面的光傳輸部分的結(jié)構(gòu)。
所述的發(fā)明，其特征在于；在上述任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，光纖的兩端被布置成在與上述被測(cè)導(dǎo)體平行的方向上幾乎重疊。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，在被測(cè)導(dǎo)體中所流過(guò)的電流的方向上把光纖的兩端配置在靠近的位置上，這樣，可以抑制具有下列成分的外部電流所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響，這種電流成分的方向與被測(cè)導(dǎo)體中流過(guò)的電流方向進(jìn)行直交。并且能提高測(cè)量精度。
所述發(fā)明的一方面是這樣構(gòu)成的，即利用產(chǎn)生磁屏蔽效應(yīng)的材料來(lái)覆蓋光學(xué)零件。
所述的發(fā)明，其特征在于在上述任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，包括光纖和耦合光學(xué)系統(tǒng)在內(nèi)的光學(xué)零件的一部分，利用產(chǎn)生磁屏蔽效應(yīng)的磁屏蔽材料進(jìn)行覆蓋。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，利用磁屏蔽材料來(lái)覆蓋光所通過(guò)的光學(xué)零件的一部分，這樣，可以減小該部分的光學(xué)零件內(nèi)部的磁場(chǎng)。因此，能抑制在這一部分光學(xué)零件中產(chǎn)生有害的法拉第效應(yīng)而造成的影響，能提高測(cè)量精度。
所述的發(fā)明，其特征在于在所述的發(fā)明中耦合光學(xué)系統(tǒng)被存放在由上述磁屏蔽材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，把耦合光學(xué)系統(tǒng)存放到由磁屏蔽材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件內(nèi)，這樣，可以減小耦合光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的磁場(chǎng)。因此，可以抑制在該耦合光學(xué)系統(tǒng)的一部分中產(chǎn)生有害的法拉第效應(yīng)而造成的影響，可以提高測(cè)量精度。
所述的發(fā)明，其特征在于在所述的發(fā)明中，光纖的兩端被存放在由上述磁屏蔽材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，把作為傳感器的光纖的兩端存放在由磁屏蔽材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件內(nèi)，這樣，容易形成這樣一種良好的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，即利用磁屏蔽材料的磁屏蔽效應(yīng)，能很容易地充分抑制由外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響，能夠提高測(cè)量精度。
所述的發(fā)明，其特征在于在上述的任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，光纖被上述磁屏蔽材料覆蓋。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，用磁屏蔽材料來(lái)覆蓋作為傳感器的光纖，這樣，可以減小光纖內(nèi)的磁場(chǎng)，可以降低表現(xiàn)上的靈敏度。因此，可以進(jìn)行大電流測(cè)量。以下參照數(shù)式來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。
首先，假定作為傳感器的光纖的費(fèi)爾德常數(shù)為V，沿光纖的微小長(zhǎng)度為dL，磁通密度為B。那么，相對(duì)于被測(cè)電流I的法拉第旋光角θ可用下式(1)表式。[數(shù)式I]θ＝V∫LsLfB·dL 式(1)式(1)中Ls和Lf分別表示光纖的始點(diǎn)和終點(diǎn)。
當(dāng)形成完全閉環(huán)時(shí)，Ls和Lf一致，變成光纖圈數(shù)量的纏繞(圓周)積分。
所以，若利用磁屏蔽根據(jù)L3把L3區(qū)域的磁通密度B定為0，則與式(1)時(shí)相同的被測(cè)電流I相對(duì)應(yīng)的法拉第旋光角θs可用下式(2)表示。[數(shù)式2]θs＝V∫LsL2B·dL+V∫L3LfB·dL＜θ式(2)從式(2)中可以看出當(dāng)利用磁屏蔽根據(jù)L3把L3區(qū)域的磁通密度B定為0時(shí)，可以減小法拉第旋光角θs，降低表現(xiàn)上的傳感器靈敏度。在此情況下，利用磁屏蔽不一定要把磁通密度B定為0，若能滿足|Bs|＜|B|，則可獲得同樣效果。并且，也可以對(duì)多個(gè)區(qū)域進(jìn)行磁屏蔽。
所述的發(fā)明，其特征在于在所述的發(fā)明中，尤其在被測(cè)導(dǎo)體附近存在外部磁場(chǎng)時(shí)，采用以下構(gòu)成方法，即在光纖的長(zhǎng)度方向上，多個(gè)磁屏蔽材料相互間留出間隔，分散地配置，并且，被磁屏蔽材料覆蓋的屏蔽部分和未被磁屏蔽材料覆蓋的非屏蔽部分，這二者的比例從上述外部磁場(chǎng)來(lái)看是一定的。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)明，用磁屏蔽材料來(lái)覆蓋作為傳感器的光纖的多個(gè)部分，并使得被磁屏蔽覆蓋的屏蔽部分和非并蔽部分的比例從外部磁場(chǎng)來(lái)看是一定的，這樣，可以抑制外部磁場(chǎng)的影響，同時(shí)，可以降低光纖的靈敏度，所以，能夠測(cè)量大電流而且提高測(cè)量精度。
本發(fā)明的積極效果如上所述，在本發(fā)明中，利用光纖來(lái)構(gòu)成光變流器的傳感器，以閉環(huán)狀態(tài)把該光纖布置在被測(cè)導(dǎo)體的周圍，精心布置該光纖的兩端，對(duì)光學(xué)零件進(jìn)行磁屏蔽，這樣一來(lái)，即可提供一種體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高的高性光變流器。并且，通過(guò)對(duì)傳感器進(jìn)行磁屏蔽，可以降低傳感器的表觀靈敏度，因此，能夠提供一種測(cè)量大電流時(shí)也能過(guò)到高精度的高性能光變流器。
以下參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明
具體實(shí)施例方式圖1是表示涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的光變流器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示圖1所示的光變流器的傳感器和耦合光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示圖2所示的傳感器的輸出入端的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)斷面圖。
圖4是表示圖2所示的傳感器的反射端結(jié)構(gòu)的詳細(xì)斷面圖。
圖5是表示涉及本發(fā)明的第3實(shí)施方式的光變流器的圖，(a)是結(jié)構(gòu)圖，(b)是從X方向觀看(a)中的光纖重疊部分時(shí)的圖。
圖6是表示涉及發(fā)明的第4實(shí)施方式的光變流器的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是表示涉及本發(fā)明的第5實(shí)施方式的光變流器的外觀斜視圖。
圖8是表示圖7的光變流器的斷面圖。
圖9是表示涉及本發(fā)明的第6實(shí)施方式的光變流器的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示涉及本發(fā)明的第7實(shí)施方式的光變流器的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是用(a)和(b)分別表示圖10的A-A’斷面不同的例子的斷面圖。
圖12是表示采用現(xiàn)有技術(shù)的氣體絕緣開(kāi)關(guān)裝置的光變流器的一例的結(jié)構(gòu)圖。
以下參照附圖1～附圖11來(lái)具體地說(shuō)明采用本發(fā)明的光變流器的多種實(shí)施方式。
1.第1實(shí)施方式1-1 結(jié)構(gòu)圖1作為本發(fā)明的第1實(shí)施方式是表示采用所述的n項(xiàng)發(fā)明的光變流器的一種方式的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，在本實(shí)施方式的光變流器中，使用由光纖構(gòu)成的傳感器30，構(gòu)成該傳感器30的光纖被纏繞在作為被測(cè)導(dǎo)體的導(dǎo)體2的周圍。
1-1-1 整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，本實(shí)施方式的光變流器大體上由傳感器光學(xué)部11、信號(hào)處理部12、以及傳送用光纖部13構(gòu)成。
信號(hào)處理部12具有發(fā)生測(cè)量光的光源14、檢測(cè)來(lái)自傳感光學(xué)部11的2種光并將其變換成與該光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的檢測(cè)器15a、15b、對(duì)由檢測(cè)器15a、15b獲得的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理的信號(hào)處理電路16、以及輸出處理結(jié)果的輸出端子17。其中，光源14由激光二級(jí)管或超級(jí)發(fā)光二極管構(gòu)成。再者，信號(hào)處理部12被布置在遠(yuǎn)離(至少10米以上)傳感器光學(xué)部11的位置上。
傳送用光纖部13具有把光從信號(hào)處理部12內(nèi)的光源14傳送到傳感器光學(xué)部11內(nèi)的發(fā)送用光纖18、以及把光從傳感器光學(xué)部11傳送到信號(hào)處理部12內(nèi)的2個(gè)檢測(cè)器15a、15b內(nèi)的2條接收用光纖19a、19b。
傳感器光學(xué)部11具有耦合光學(xué)系統(tǒng)21和傳感光纖部31。并且，耦合光學(xué)系統(tǒng)21由四個(gè)透鏡22a～22d、偏光鏡23、2個(gè)分光束鏡24a、24b以及2個(gè)檢偏鏡25a、25b構(gòu)成。
其中，四個(gè)透鏡22a～22d用于把來(lái)自發(fā)送用光纖18的光變換成平行光束，或者對(duì)平行光束進(jìn)行聚光，然后射入各接收用光纖19a、19b，或傳感光纖部31內(nèi)。偏光鏡23用于把光變換成與水平方向形成45度角的直線偏振光，2個(gè)分光速鏡24a、24b用于把光根據(jù)其入射方向分裂成透射光和反射光。2個(gè)檢偏鏡25a、25b分別用于使水平方向和垂直方向的直線偏振光透過(guò)，以此取出直交的X、Y方向的各偏振光成分。
在此情況下，耦合光學(xué)系統(tǒng)21通過(guò)第1透鏡22a、偏光鏡23、第1分光束鏡24a和第2透鏡22b，把來(lái)自傳送用光纖18的光傳送到傳感光纖部31的一端。并且，耦合光學(xué)系統(tǒng)21通過(guò)第2透鏡22b用第一分光束鏡24a使來(lái)自傳感光纖部31的反射方向的光進(jìn)行反射，然后用第2分光束鏡24b分裂成2個(gè)方向的光。之后，耦合光學(xué)系統(tǒng)21通過(guò)第1檢偏鏡25a和第3透鏡22c把一邊的分裂光送入一邊的接收用光纖19a內(nèi)；通過(guò)第2檢偏鏡25b和第4透鏡22d把另一邊的分裂光送入接收用光纖19b內(nèi)。
另一方面，傳感光纖部31具有由連接在耦合光學(xué)系統(tǒng)21內(nèi)的光纖所構(gòu)成的傳感器30和設(shè)置在該終端部的反射端32。其中，傳感器30按照1以上的幾乎是整數(shù)信的圈數(shù)n纏繞在被測(cè)電流所流過(guò)的導(dǎo)體2的周圍。并且，反射端32使在傳感器30內(nèi)傳播的光進(jìn)行反射，再次返回到傳感器30內(nèi)，使其向反方向傳播。這樣，由于把反射端32設(shè)置在傳感器30的終端部上，所以傳感器30的始端部成為入射端和出射端兼用的輸出入端。
這樣由光纖構(gòu)成的傳感器30以松弛狀態(tài)被固定在導(dǎo)體2周圍的、圖中未示出的安裝件上，其結(jié)構(gòu)不易受外力影響。并且，構(gòu)成傳感器30的光纖，其典型材料是采用可靠性高的石英光纖，但也可以采用其他種類的光纖。
1-1-2 電流測(cè)量原理具有以上結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式的光變流器，其電流測(cè)量原理如下。
首先，從信號(hào)處理部12的光源14發(fā)出的光，通過(guò)傳送用光纖18被傳送到傳感器光學(xué)部11的耦合光學(xué)系統(tǒng)21內(nèi)。在該耦合光學(xué)系統(tǒng)21中，來(lái)自發(fā)送用光纖8的光經(jīng)過(guò)第1透鏡22a變換成平行光束，經(jīng)過(guò)偏光鏡23變換成直線偏振光。然后，透過(guò)第1分光束鏡24a由第2透鏡22b聚光，再被送入傳感光纖部31內(nèi)，射入傳感器30的輸出入端。
在該傳感光纖部31內(nèi)，從耦合光學(xué)系統(tǒng)21射入傳感器30的光在傳感器30內(nèi)傳播，由其反射端32反射然后再返回到傳感器30內(nèi)，向反方向傳播，從傳感器30的輸出入端射出。這時(shí)，以往返形式通過(guò)傳感器30的光的偏振光面，受到導(dǎo)體2內(nèi)流過(guò)的被測(cè)電流感應(yīng)生成的法拉第效應(yīng)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
并且，來(lái)自傳感光纖部31的出射光被射入耦合光學(xué)系統(tǒng)21內(nèi)，由第2透鏡22b將其變換成平行光束，然后，由第1分光束鏡24a反射，被第2分光束鏡24b分襲成2個(gè)方向的光。
其中，一個(gè)方向的分裂光，由第一檢偏鏡25a抽出X方向的偏振光成分，然后通過(guò)第3透鏡22c和接收用光纖19a，被送入信號(hào)處理部12的一個(gè)檢測(cè)器15a內(nèi)。另一個(gè)方向的分裂光，由第2檢偏鏡25b抽出Y方向的偏振光成分，然后，通過(guò)第4透鏡22d和接收用光纖19b被送入另一個(gè)檢測(cè)器15b內(nèi)。
再者，這樣，X方向和Y方向的偏振光成分的光被送入各檢測(cè)器15a、15b后，在這些檢測(cè)器15a、15b內(nèi)獲得表示各偏振光成分的各個(gè)電信號(hào)。這些電信號(hào)被送入信號(hào)處理電路16內(nèi)進(jìn)行運(yùn)算處理。然后，在信號(hào)處理電路16中獲得的處理結(jié)果，即測(cè)量結(jié)果由輸出端子17輸出。
1-1-3 傳感器光學(xué)部的結(jié)構(gòu)圖2是表示本實(shí)施方式的傳感器光學(xué)部11中尤其是傳感器30和耦合光學(xué)系統(tǒng)21的關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，由光纖構(gòu)成的傳感器30被纏繞在被測(cè)電流所流過(guò)的導(dǎo)體2的周圍，其纏繞圈數(shù)n是1以上的幾乎整數(shù)倍數(shù)，布置成其反射端32和輸入端33互相接近的閉環(huán)狀。更具體來(lái)說(shuō)，該傳感器30的結(jié)構(gòu)狀態(tài)是在將傳感器30投影到與導(dǎo)體2直交的平面上時(shí)，傳感器30的輸出入端33的實(shí)質(zhì)端面位置A和反射端32的實(shí)質(zhì)端面位置C之間的區(qū)域(光纖兩端區(qū)域)，從導(dǎo)體2方向觀看時(shí)，其視角Ω為2πn(弧度)的1％以下。
圖3是表示圖2所示傳感器30的輸出入端33的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)斷面圖。如圖3所示，傳感器30的輸出入端33由套管34固定。為了防止該端面上的反射光沿著與入射光路相同的光路返回到傳感器30內(nèi)，該套管34的端面被研磨成斜面，其斜角為8度。另外，圖中，35a表示耦合光學(xué)系統(tǒng)21和套管34之間的光路。
這樣，被固定在套管34內(nèi)的傳感器30的輸出入端33和套管34一起被存放在由鎳、鐵、鐵氧體等磁性體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件36內(nèi)，在該結(jié)構(gòu)件36內(nèi)傳感器30受到的磁場(chǎng)由于磁屏蔽效應(yīng)而減小。其結(jié)果，傳感器30的輸出入端33的實(shí)質(zhì)端面位置是在結(jié)構(gòu)件36中的傳感器裝入口(圖中右側(cè)的端面位置)A的附近。并且，在本實(shí)施方式中耦合光學(xué)系統(tǒng)21也是由鎳、鐵、鐵氧體等磁性體所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件(因瓦合金)構(gòu)成的，該耦合光學(xué)系統(tǒng)21的內(nèi)部磁場(chǎng)也由于磁屏蔽效應(yīng)而減弱。
圖4是表示圖2所示的傳感器30的反射端32的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)斷面圖。如圖4所示，傳感器30的反射端32和輸出入端33一樣由套管37固定。該套管37的端面為了使反射光量穩(wěn)定而研磨成球面，光反射用的反射鏡38被布置在與該套管37的端面相接觸的位置上。這時(shí)，反射鏡38，其典型的做法是采用單體的反光鏡。但也可以采用通過(guò)涂敷而形成反射膜的鏡子。另外，圖中35b表示套管37內(nèi)的光路。
這樣固定在套管37內(nèi)的傳感器30的反射端32，和套管37及反射鏡38一起被存放在由鎳、鐵、鐵氧體等磁性體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件39內(nèi)，在該結(jié)構(gòu)件39內(nèi)，傳感器30接受的磁場(chǎng)由于磁屏蔽效應(yīng)而減小。其結(jié)果，傳感器30的反射端32的實(shí)質(zhì)端面位置在結(jié)構(gòu)件39中的傳感器裝入口(圖中右側(cè)的端面位置)C的附近。
1-2 作用和效果根據(jù)具有以上結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式，使用由光纖構(gòu)成的傳感器30，而不是使用用由塊狀體構(gòu)成的傳感器，該傳感器30被置于導(dǎo)體2的周圍，呈閉環(huán)狀，所以，根據(jù)昂貝爾法則，形成了不易受外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響的結(jié)構(gòu)，能使測(cè)量始終保持高精度。并且，由于采用光纖，所以與采用塊狀體時(shí)相比，可以減小和簡(jiǎn)化傳感器周圍的結(jié)構(gòu)，而且還可以降低成本。以下詳細(xì)說(shuō)明這種作用和效果。
1-2-1 傳感器整體的作用和效果在本實(shí)施方式中，由光纖構(gòu)成的傳感器30纏繞在導(dǎo)體2的周圍，纏繞圈數(shù)為n。其結(jié)構(gòu)狀態(tài)是當(dāng)把傳感器30投影到與導(dǎo)體2直交的平面上時(shí)，傳感器30的輸出入端33的端面位置A和反射端32的端面位置C之間的區(qū)域(光纖兩端區(qū)域)，從導(dǎo)體2的方向觀看時(shí)形成的視角Ω為2πn(弧度)的11％以下。因此，可以充分減小易受外部磁場(chǎng)影響的光纖兩端區(qū)域面向?qū)w2的尺寸，可以抑制外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響，同時(shí)可以測(cè)量出99％以上的被測(cè)電流。因此能提高測(cè)量精度。而且，這時(shí)1％這一數(shù)值是測(cè)量用光變流器的額定電流值的允許誤差。
更具體地說(shuō)，為了在結(jié)構(gòu)上使從導(dǎo)體2向光纖兩端區(qū)域觀看時(shí)所形成的視角Ω達(dá)到2πn(弧度)的1％以下，例如在傳感器30的圈數(shù)n為4時(shí)，從導(dǎo)體2向光纖兩端區(qū)域的視角Ω能達(dá)到0.25弧度(14.3度)以下即可。并且，在傳感器30的圈數(shù)n為1時(shí)，從導(dǎo)體2向光纖兩端區(qū)域的視角Ω如為0.0625弧度(3.6度)以下即可。
另一方面，在本實(shí)施方式中，由光纖構(gòu)成的傳感器30，其入射端和出射端被歸納在一起構(gòu)成輸出入端；另一端構(gòu)成反射端32，于是使光在同一光路內(nèi)往返傳輸，所以，可以使傳感器30的靈敏度提高到約2倍。并且，由光纖構(gòu)成的傳感器30采用纏繞的形式，所以在結(jié)構(gòu)上容易使輸出入端33和反射端32的位置接近，容易形成傳感器30的閉環(huán)，能抑制外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響。
1-2-2 傳感器兩端的結(jié)構(gòu)的作用和效果在本實(shí)施方式中，由光纖構(gòu)成的傳感器30的輸出入端33和反射端32分別由套管34、37固定，所以，由光纖構(gòu)成的傳感器30的端部在固定時(shí)不會(huì)增大該部分的雙折射。在此情況下，若局部增大雙折射，則外部磁場(chǎng)的影響不均勻，容易產(chǎn)生誤差。但在本實(shí)施方式中，整個(gè)傳感器30上雙折射條件可以達(dá)到均勻一現(xiàn)所以，能夠抑制外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響。因此，可以精密地測(cè)量出流過(guò)導(dǎo)體2的被測(cè)電流。
尤其在本實(shí)施方式中，由光纖構(gòu)成的傳感器30的反射端32用套管37固定，所以容易固定反射端32的位置，因此，容易形成傳感器30的閉環(huán)，可以抑制由外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響。在此情況下，設(shè)置作為反射材料的反射鏡38，使其與固定反射端32的套管37相接觸，所以，容易使光往復(fù)傳輸，同時(shí)能夠特別規(guī)定位于傳感器30區(qū)域內(nèi)的光距離，從這一點(diǎn)看，也容易形成傳感器30的閉環(huán)。
再者，固定反射端32的套管37和反射鏡38被存放在同一結(jié)構(gòu)件39內(nèi)，因此，能固定光的反射位置，使反射強(qiáng)度保持穩(wěn)定，能保持光變流器的高精度。再加上使用了套管37，因此能使傳感器30的反射端32的結(jié)構(gòu)始終保持一定，容易特別規(guī)定傳感器30的反射端32的位置。所以，從這一點(diǎn)來(lái)看，也容易形成傳感器30的閉環(huán)。
再者，在本實(shí)施方式中，傳感器30的輸出入端33和反射端32分別被存放在由鎳、鐵、鐵氧體等磁性體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件36、39，內(nèi)所以，由于這些結(jié)構(gòu)件36。39的磁屏蔽效應(yīng)，容易形成傳感器30的閉環(huán)，能夠抑制由外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響。
而且，如上所述，在本實(shí)施方式中，由光纖構(gòu)成的傳感器30的兩端的端面位置在各結(jié)構(gòu)件36。39的傳感器裝入口A、C的附近。這里用附近來(lái)表示是因?yàn)橹車艌?chǎng)分布隨磁性體而變化。而且，在本實(shí)施方式中，為了方便起見(jiàn)，把各結(jié)構(gòu)件36、39中的傳感器裝入口A、C的位置作為傳感器30的實(shí)質(zhì)兩端，把這些位置的A、C之間作為光纖兩端區(qū)域，對(duì)上述視角進(jìn)行定義。
2.第2實(shí)施方式2-1結(jié)構(gòu)作為本發(fā)明的第2實(shí)施方式，現(xiàn)對(duì)采用所述的各項(xiàng)發(fā)明的光變流器的一種方式加以說(shuō)明。在本實(shí)施方式的光變流器中，由于基本結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式相同，所以，以下參照?qǐng)D3和圖4僅對(duì)與第1實(shí)施方式不同的特征加以說(shuō)明。
如圖3所示，在本實(shí)施形態(tài)中，固定在套管34內(nèi)的傳感器30的輸出入端33和套管34一起被存放在結(jié)構(gòu)件36內(nèi)。但是，在本實(shí)施方式中，該結(jié)構(gòu)件36不是由磁性體而是由非磁性體構(gòu)成的。對(duì)此，耦合光系統(tǒng)21由鎳、鐵鐵氧體等磁性體構(gòu)成，該耦合光學(xué)系統(tǒng)21的內(nèi)部磁場(chǎng)因磁屏蔽效應(yīng)而減小。其結(jié)果，構(gòu)成傳感器30的光纖的輸出入端33，在套管34的前端部B之前曝露在磁場(chǎng)中。并且。如圖4所示，在本實(shí)施立式中，被固定在套管37內(nèi)的傳感器30的反射端32和套管37及反射鏡38一起被存放在結(jié)構(gòu)件39內(nèi)。在本實(shí)施方式中該結(jié)構(gòu)件39不是由磁性體而是由非磁性體構(gòu)成。其結(jié)果，構(gòu)成傳感器30的光纖的反射端32，在套管37的前端部分D之前曝露在磁場(chǎng)中，而且，其他部分的結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式完全相同。
2-2.作用和效果在具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式中，傳感器30的實(shí)質(zhì)兩端為B和D。把這些位置B、D之間作為光纖兩端區(qū)域，和上述第1實(shí)施方式一樣定義視角，可以實(shí)視閉環(huán)化。所以，本實(shí)施方式也和上述第1實(shí)施方式一樣，能夠抑制外部電流等所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的影響。因此，能夠提高測(cè)量精度。
3.第3實(shí)施方式3-1.結(jié)構(gòu)圖5表示作為本發(fā)明的第3實(shí)施方式采用了所述的各項(xiàng)發(fā)明的光變流器的一種方式，(a)是結(jié)構(gòu)圖，(b)是在(a)中從X方向觀看光纖重疊部分的的圖。在本實(shí)施方式的光變流器中，由于基本結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式相同，所以，下面參照?qǐng)D5的(a)、(b)僅說(shuō)明與第1實(shí)施方式不同的特征。
如圖5(a)所示，在本實(shí)施方式中，纏繞在導(dǎo)體2的周圍的傳感器30的輸出入端33和反射端32，被存放在由鎳、鐵、鐵氧體等磁性體構(gòu)成的同一結(jié)構(gòu)件40內(nèi)，該結(jié)構(gòu)件40內(nèi)的磁場(chǎng)因磁屏蔽效應(yīng)而減小。并用。如圖5(b)所示，本實(shí)施方式，在與導(dǎo)體2平行的方向上傳感器30的兩端位置靠近。也就是說(shuō)，傳感器30的耦合光學(xué)系統(tǒng)21附近部分和反射端32附近部分互相重疊，并使重疊部分中心間距ΔLZ達(dá)到極小。這時(shí)的傳感器30的重疊程度被設(shè)定到從導(dǎo)體2觀看傳感器30的光纖兩端區(qū)域時(shí)視角Ω為2πn(弧度)的1％以下。而且，其他部分的結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式相同。
3-2.作用和效果根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式，把由光纖構(gòu)成的傳感器30的兩端存放在同一結(jié)構(gòu)件40內(nèi)，這樣一來(lái)，容易固定傳感器30的兩端，可以確保其位置關(guān)系.加之，利用磁性體構(gòu)成該結(jié)構(gòu)件40，所以，借助磁屏蔽效應(yīng)能減小比閉環(huán)延長(zhǎng)的部分的磁場(chǎng).其結(jié)果，容易形成傳感器30的閉環(huán)。另外，使光纖的兩端在流過(guò)被測(cè)導(dǎo)體的電流方向上互相靠近，這樣一來(lái)，尤其可以抑制這樣的外部電流的影響，即其中具有與流過(guò)被測(cè)導(dǎo)體的電流方向直接的方向的電流成分。所以能夠提高測(cè)量精度。
再者，作為本實(shí)施方式的改變例子也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，即不使用同一結(jié)構(gòu)件40，而是把傳感器30的兩端分別放入單獨(dú)的結(jié)構(gòu)件內(nèi)，用磁屏蔽材料把光纖兩端區(qū)域幾乎全部覆蓋起來(lái)。在此情況下也能獲得與本實(shí)施方式相同的作用和效果。
4.第4實(shí)施方式4-1.結(jié)構(gòu)圖6是表示作為本發(fā)明的第4實(shí)施方式采用了權(quán)利要求2、4、9、10所述的各項(xiàng)發(fā)明的光變流器的一種方式的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的特征在于，尢其當(dāng)外部導(dǎo)體被置于作為被測(cè)導(dǎo)體的導(dǎo)體2的附近時(shí)的傳感器30的光纖兩端區(qū)域的布置方法。本實(shí)施方式的光變流器，由于基本結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施方式相同，所以下面參照附圖6僅說(shuō)明與第1實(shí)施方式不同的特征。
如圖6所示，在本實(shí)施方式中，由光纖構(gòu)成的傳感器30被纏繞在導(dǎo)體2的周圍，纏繞圈數(shù)n大體為1以上的整數(shù)倍。外部導(dǎo)體41a、41b被置于該傳感器30的外側(cè)。在此情況下，傳感器30按下列條件構(gòu)成，即從各外部導(dǎo)體41a、41b觀看傳感器30的光纖兩端區(qū)域時(shí)的視角a(chǎn)、b為2πn(弧度)的1％以下。而且，其他部分的結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式完全相同。
4-2.作用和效果在具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式中，容易受流過(guò)外部導(dǎo)體41a、41b的外部電流的影響的光纖兩端區(qū)域，其面對(duì)外部導(dǎo)體41a、41b的尺寸可以充分縮小，可以抑制外部電流的影響，因此，能提高測(cè)量精度。
再者，在本實(shí)施方式中，一個(gè)外部導(dǎo)體41a布置在這樣的位置上，即在連結(jié)作為被測(cè)導(dǎo)體的導(dǎo)體2和該外部導(dǎo)體41a的直線上存在光纖兩端區(qū)域；另一個(gè)外部導(dǎo)體41b布置在這樣的位置上，即在連結(jié)導(dǎo)體2和該外部導(dǎo)體41b的直線上不存在光纖兩端區(qū)域。在此情況下，外部導(dǎo)體41b的布置，其光纖兩端區(qū)域的尺寸的允許誤差較大，因此，在對(duì)導(dǎo)體2可以選擇外部導(dǎo)體的布置方法時(shí)，最好選擇外部導(dǎo)體41b的布置方法而不是外部導(dǎo)體41a。
5.第5實(shí)施方式5-1.結(jié)構(gòu)圖7、圖8表示作為本發(fā)明的第5實(shí)施方式采用了權(quán)利要求2、5、9、10所述的各項(xiàng)發(fā)明的光變流器的一種方式。圖7是外觀斜視圖，圖8是斷面圖。本實(shí)施方式，其特征在于下列情況下的傳感器30的光纖兩端區(qū)域的布置方法，即尤其在存放被測(cè)導(dǎo)體2的容器1內(nèi)形成3在傳感器30的外側(cè)流動(dòng)的多個(gè)外層電流路徑。在本實(shí)施方式的光變流器中，由于基本結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式相同，所以，以下參照附圖7、8僅說(shuō)明與第1實(shí)施方式不同的特征。
如圖8所示，在本實(shí)施方式中，由光纖構(gòu)成的傳感器30及其把射端32和耦合光學(xué)系統(tǒng)21一起，被安裝在傳感器安狀部42中，傳感器30纏繞在導(dǎo)體2的周轉(zhuǎn)圍，其纏繞圈數(shù)n大體上是1以上的整數(shù)倍。該專感器安狀部42位于容器1的接口位置上，并有轉(zhuǎn)接法蘭盤(pán)的作用。在此情況下，其構(gòu)成狀態(tài)為下在容器1上流動(dòng)的外電流沿著分流片43a～43d流動(dòng)，該分片以相等的間隔分別是布置在傳感器安狀部42外圍上的4個(gè)位置上。也就是就利用這此分流片43a～43d形成了在傳感器30外側(cè)流動(dòng)的多個(gè)外層電流路徑，在導(dǎo)體2和傳感器30之間不存在電流路徑。而且，在本實(shí)施形態(tài)中，傳感器30的光纖兩端被布置在相鄰的2個(gè)分流片43b和43c之間。其他部分的結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式完全相同。
5-2.作用和效果在具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式中，由于把傳感器30的光纖兩端區(qū)域布置在相鄰的2個(gè)分流片43b和43c之間，所以，能夠減小從這些分流片43b、43c所形成的各外層電流路徑來(lái)觀看該光纖兩端區(qū)域時(shí)的視角。其結(jié)果，能夠充分減小易受外部電流影響的光纖兩端區(qū)域面對(duì)外層電流路徑的尺寸，能夠抑制外層電流的影響，所以能提高測(cè)量精度。
6.第6實(shí)施方式6-1.結(jié)構(gòu)圖9是表示作為本發(fā)明的第6實(shí)施方式采用了所述各項(xiàng)發(fā)明的光變流器的一咱方式的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的特征在于，尤其在對(duì)存放在同一容器1內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)體2a～2c分別設(shè)置單獨(dú)的傳感器30a～30c時(shí)各傳傳感器30a～30c的光纖兩端區(qū)域的布置方法。在本食施方式的光變流器中，由于其基本結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式相同，所以，以下參照?qǐng)D9僅說(shuō)明與第1實(shí)施方式不同的特征。
如圖9所示，在本實(shí)施方式中，對(duì)有放在同一容器1內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)體2a～2c，分別設(shè)置了由偉感器30a～30c、耦合光學(xué)系統(tǒng)21a～21c，以及反射端32a～32c構(gòu)成的單獨(dú)的光變流器44a～44c。各光變流器44a～44c還在容器1的外側(cè)分別備有連接發(fā)送用光纖和接收用光纖所需的貫通邊連接器45a～45c、46a～46c、47a～47c。另外，也可以使發(fā)送用光纖和接收髟光纖直接貫通和密封，以代替這些貫通邊接器。而且，各光變流器44a～44c，分別布置在接近容器1的壁面的位置上，并使其面對(duì)該壁面。另外，其他部分的結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式完全相同。
6-2.作用和效果在具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式中，由于對(duì)同一容器內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)體2a～2c分別設(shè)置了單獨(dú)的光變流器44a～44c，所以，能夠以高精度分別測(cè)量各導(dǎo)體2a～2c的電流量。再者，利用貫通連接器45a～45c、46a～46c、47a～47c，能夠抑制因貫通容器1而產(chǎn)生的輸出下降，使發(fā)送用光纖和接收用光纖接觸良好，所以能提高測(cè)量精度。
尤其，在本實(shí)施方式中，由于把各傳感器30a～30c的光纖兩端區(qū)域48a～48c分別布置在接近容器1的壁面的位置上并使其面對(duì)該壁面，所以，能夠減小從被測(cè)導(dǎo)體以外的外部導(dǎo)體賂各光纖兩端區(qū)域48a～48c面對(duì)外部導(dǎo)體的尺寸，可以抑制外部電流的影響，因此，能夠提高測(cè)量精度。再者，由于耦合光學(xué)系統(tǒng)21a～21c布置在容器1的壁面附近，所以，通過(guò)貫通連接器45a～45c、46a～46c、47a～47c，很容易與容器1外部之間進(jìn)行光交換，能夠縮小和簡(jiǎn)化從耦合光學(xué)系統(tǒng)21a～21c到外部的信號(hào)檢測(cè)部的光傳輸部分的結(jié)構(gòu)。因此，能簡(jiǎn)化整個(gè)光變流器的結(jié)構(gòu)。
7.第7實(shí)施方式7-1.結(jié)構(gòu)圖10、圖11表示作為本發(fā)明的第7實(shí)施方式采用了權(quán)利要求2、7、9、10、12所述的各項(xiàng)發(fā)明的光變流器的一種方式。圖10是結(jié)構(gòu)圖；圖11的(a)和(b)是分別表示圖10的A-A’斷面不同的例子的斷面圖。本實(shí)施方式，尤其在外部導(dǎo)體布置在被測(cè)導(dǎo)體2附近時(shí)傳感器30的磁屏蔽結(jié)構(gòu)有獨(dú)特之處。在本實(shí)施方式的光變流器中由于基本結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式相同，所以，以下參照附圖10、附圖11僅說(shuō)明與第1實(shí)施方式不同的特征。
如圖10所示，在本實(shí)施方式中，由光纖構(gòu)成的傳感器30在導(dǎo)體2的周圍僅纏繞1圈，外部導(dǎo)體41c布置在該傳感器30的外側(cè)。在此情部鈣，在傳感器30的長(zhǎng)度方向上，由鎳、鐵、鐵氧體等磁性體構(gòu)成的多個(gè)結(jié)構(gòu)件49互相間留出間隔，分散布置，覆蓋傳感器30的各個(gè)部分。其結(jié)果，在傳感器30中結(jié)構(gòu)件49所產(chǎn)生的覆蓋部分的磁場(chǎng)因磁屏蔽效應(yīng)而減小。更詳細(xì)地說(shuō)，該傳感器30的結(jié)構(gòu)是由多個(gè)結(jié)構(gòu)件49形成的屏蔽部分和沒(méi)有結(jié)構(gòu)件49的非屏蔽部分，才者的比例從外部導(dǎo)體14c來(lái)觀看傳感器30時(shí)是一定的(圖示為11)。
另一方面，結(jié)構(gòu)件49的典型結(jié)構(gòu)如圖11(a)所示，對(duì)傳感器30的外圓面整體進(jìn)行覆蓋。再者，結(jié)構(gòu)件49也可以如圖11(b)所示，對(duì)外圓方向的一部分插入絕緣物50，在此情況下，可抑制磁場(chǎng)強(qiáng)時(shí)所產(chǎn)生的渦流損耗。另外，圖11(a)和(b)所示的結(jié)構(gòu)件49的斷面，其外周面的形狀均為矩形，但并非僅限于這種開(kāi)狀，也可以使外周面的形狀變成圓形等其他形狀。而且，其他部分的結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式相同。
7-2.作用和效果在具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式中，沿著傳感器30所感應(yīng)的磁場(chǎng)的光路，可以降低積分值，其降低量相當(dāng)于由結(jié)構(gòu)件49進(jìn)行磁屏蔽的屏蔽部分所占的比例。因此，能夠把法拉第旋光角抑帛到必要值以下(通常，最大值定為45°，但從電子線路運(yùn)算精度考慮，最好定為30°以下)，其結(jié)果，在測(cè)量大電流時(shí)也能達(dá)到高精度。
再者，本實(shí)施方式的傳感器30，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)是由多個(gè)結(jié)構(gòu)件49形成屏蔽部分和沒(méi)有結(jié)構(gòu)件49的非屏蔽部分，這二者的比例從外部導(dǎo)體41c觀看傳感器30時(shí)是一定的。由于采用這種結(jié)構(gòu)，易受外部導(dǎo)體41c的影響的區(qū)域S和剩余的區(qū)域T，其感應(yīng)光路上的磁場(chǎng)積分值的絕對(duì)值相等，符號(hào)相反，所以，能夠抑制外部導(dǎo)體41c的影響，能夠提高測(cè)量精度。
7-3.改變例作為本實(shí)施方式的改變例，可以適當(dāng)更改傳感器30的磁屏蔽結(jié)構(gòu)。例如用磁性體來(lái)涂敷傳感器30的多個(gè)部分以代替采用由磁性體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件49，也能得到同樣的交效果。再者，當(dāng)沒(méi)有外部導(dǎo)體時(shí)，用磁性體覆蓋傳感器30的一部分，很容易降低傳感器30本身的靈敏度。例如，在圖10中，用磁性體僅覆蓋傳感器30的右半部分，可使傳感器30的靈敏度降低約一半。另一方面，作為抑制外部磁場(chǎng)影響的方法，在傳感器30外側(cè)的區(qū)域內(nèi)，布置在導(dǎo)體方向上具有適當(dāng)長(zhǎng)度的磁性體的結(jié)構(gòu)件、涂層或絲網(wǎng)，這種方法也是有效的。另外，適當(dāng)組合使用上述多種磁屏蔽結(jié)構(gòu)的方法也是有效的。
再者，傳感器30的磁屏蔽材料也可使用鎳、鐵、鐵氧體等的合金。另外，對(duì)有些測(cè)量頻率，不使用磁性體而使用良好的導(dǎo)電體(鋁、銅等)也能獲得磁屏蔽效果。
8.其他實(shí)施方式再者，本發(fā)明并非僅限于上述各種實(shí)施方式，在本發(fā)明的范圍，也可以采用其他各種改變的方式。
例如，在上述各實(shí)施方式中，磁性屏蔽材料作用了由磁性體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件，但是，該結(jié)構(gòu)件不僅限于作用單一的磁性體，也可以把磁性體涂敷到由非磁性體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件上，這樣同樣可以獲得良好的磁屏蔽效果。并用磁屏蔽材料也使用鎳、鐵、鐵氧體等的合金。另外，也可使用磁性體以外的材料。
另一方面，在上述各實(shí)施方式中，說(shuō)明了有反射端并且入射端和出射端一致的傳感器。但是本發(fā)明同樣也可適用于沒(méi)有反射端，而且入射端和反射端不一致的傳感器。這樣同樣能獲得良好效果。再者，對(duì)于沙尼亞庫(kù)形等干涉型光變流器，也可把光路的分支點(diǎn)作為光纖的兩端，使用本發(fā)明，同樣能獲得良好效果。也就是說(shuō)，本發(fā)明的特征在于傳感器兩端的布置方法以和包括該傳感器在內(nèi)的光學(xué)零件的磁屏蔽方法，所以，其他部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)可任意選擇。
權(quán)利要求
1.一種光變流器，其中包括布置在被測(cè)導(dǎo)體附近的傳感器、發(fā)生測(cè)量用光并將其送入上述傳感器內(nèi)的光源、檢測(cè)來(lái)自上述傳感器的出射光的檢測(cè)器、對(duì)上述傳感器和光源以及檢測(cè)器進(jìn)行光學(xué)耦合的耦合光學(xué)系統(tǒng)、以及對(duì)來(lái)自上述檢測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理部，根據(jù)通過(guò)上述傳感器的光的法拉第效應(yīng)，測(cè)量被測(cè)導(dǎo)體上的通電電流，其特征在于上述傳感器由光纖構(gòu)成，該光纖纏繞在上述被測(cè)導(dǎo)體的周圍，布置成其兩端接近的閉環(huán)狀。
2.如權(quán)利要求1所述的光變流器，其特征在于上述光纖的兩端，其布置狀態(tài)是假定光纖相對(duì)于上述被測(cè)導(dǎo)體的纏繞圈數(shù)為n，該光纖投影到與被測(cè)導(dǎo)體直交的平面上時(shí)，從被測(cè)導(dǎo)體方向觀看該光纖兩端之間的區(qū)域時(shí)的視角為2πn(弧度)的1％以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光變流器，其特征在于上述光纖的兩端被有放在同一結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的光變流器，其特征在于當(dāng)外部導(dǎo)體被置于上述被測(cè)導(dǎo)體附近的上述光纖的外側(cè)時(shí)，上述光纖的兩端，其布置狀態(tài)是假定該光纖相對(duì)于上述被測(cè)導(dǎo)體的纏繞圈數(shù)為n，當(dāng)把該光纖投影到與外部導(dǎo)體直交的平面上時(shí)，從上述外部導(dǎo)體方向觀看該光纖的兩端之間的區(qū)域時(shí)視角為2πn(弧度)的1％以下。
5.如權(quán)利要求1～4中的任一項(xiàng)所述的光變流器，其特征在于當(dāng)上述被測(cè)導(dǎo)體被存放在容器內(nèi)，在該容器內(nèi)形成在上述光纖外側(cè)流動(dòng)的多個(gè)外層電流路徑時(shí)，上述光纖的兩端被布置成該兩端之間的區(qū)域位于相鄰的2個(gè)上述外層電流路徑之間的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的光變流器，其特征在于當(dāng)存放在同一容器內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)體均被作為上述被測(cè)導(dǎo)體，對(duì)各個(gè)被測(cè)導(dǎo)體分別設(shè)置單獨(dú)的上述光纖時(shí)，上述各光纖的兩端均被布置在接近容器壁面的位置上，并使其兩端之間的區(qū)域面對(duì)上述容器的壁面。
7.如權(quán)利要求1～6中的任一項(xiàng)所述的光變流器，其特征在于上述光纖的兩端被布置在與上述被測(cè)導(dǎo)體平行的方向上幾乎重疊在一起的狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1～7中的任一項(xiàng)所述的光變流器，其特征在于包括上述光纖和上述耦合光學(xué)系統(tǒng)在內(nèi)的光學(xué)零件，其一部分，被產(chǎn)生磁屏蔽效應(yīng)的磁屏蔽材料覆蓋。
9.如權(quán)利要求8所述的光變流器，其特征在于上述耦合光學(xué)系統(tǒng)被存放在由上述磁屏蔽材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的光變流器，其特征在于上述光纖的兩端被存放在由上述磁屏蔽材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件內(nèi)。
11.如權(quán)利要求8～10中的任一項(xiàng)所述的光變流器，其特征在于上述光纖被上述磁屏蔽材料覆蓋。
12.如權(quán)利要求11所述的光變流器，其特征在于當(dāng)在上述被測(cè)導(dǎo)體附近存在外部磁場(chǎng)時(shí)，其構(gòu)成狀態(tài)是在上述光纖的縱長(zhǎng)方向上，多個(gè)上述磁屏蔽材料互相間留出間隔，分散地布置，被磁屏蔽材料覆蓋的屏蔽部分和未被磁屏蔽材料覆蓋的非屏蔽部分，這二者的比例，從上述外部磁場(chǎng)來(lái)看是一定的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高的高性能光變流器,其由傳感器光學(xué)部、信號(hào)處理部、及傳送用光纖部構(gòu)成、信號(hào)處理部具有發(fā)生測(cè)量光的光源、檢測(cè)來(lái)自傳感器光學(xué)部的光所用的檢測(cè)器、處理由檢測(cè)器取得的信號(hào)所用的信號(hào)處理電路,傳送用光纖部具有發(fā)送用光纖和接收用光纖,傳感器光學(xué)部具有由傳感器和反射端構(gòu)成的傳感光纖部、及對(duì)該傳感光纖部和信號(hào)處理部進(jìn)行光學(xué)耦合的耦合光學(xué)部。
文檔編號(hào)G01R15/24GK1175693SQ9711622
公開(kāi)日1998年3月11日 申請(qǐng)日期1997年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月30日
發(fā)明者寺井清壽, 高橋正雄, 生田榮 申請(qǐng)人:東芝株式會(huì)社