Устройство для измерения электрического тока

Устройство для измерения электрического тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству для измерения электрического тока с использованием эффекта Фарадея и, в частности, к отражательному устройству измерения электрического тока, в котором свет падает на один конец оптического волокна для датчика и отражается от другого его конца.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известно устройство для измерения электрического тока, в котором используется эффект Фарадея в оптическом волокне, и которое имеет ряд преимуществ, таких как небольшой размер, гибкость, устойчивость к электромагнитным помехам, возможность передачи сигнала на большие расстояния, электрическая прочность и т.п. В качестве примера устройства для измерения электрического тока патентный документ 1 (WO 2006/022178) раскрывает отражательное устройство для измерения электрического тока, которое использует эффект Фарадея, то есть, использует вращение плоскости поляризации света под действием магнитного поля.

[0003] Это устройство для измерения электрического тока представляет собой отражательное устройство для измерения электрического тока, которое использует волокно из свинцового стекла в качестве оптического волокна для датчика, и в котором, в другом конце оптического волокна для датчика расположено зеркало. Оптическое волокно для датчика размещается вокруг периферии электрического проводника, через который течет измеряемый электрический ток, для регистрации измеряемого электрического тока. По сути, когда линейно поляризованный свет, падающий с одного конца оптического волокна для датчика, направляется к зеркалу и возвращается, то регистрируется Фарадеевский угол вращения линейно поляризованного света, вращаемого магнитным полем измеряемого электрического тока. Устройство для измерения электрического тока также включает в себя Фарадеевское вращающее устройство, выполненное из ферромагнитного кристалла, такого как YIG.

[0004] Однако, Фарадеевский угол вращения Фарадеевского вращающего устройства, используемого в устройстве для измерения электрического тока, имеет характеристику (температурная характеристика), зависящую от температуры окружающей среды. Оптическое волокно для датчика также имеет температурную характеристику относительной погрешности, следующую из температурной зависимости постоянной Верде и Фарадеевского угла вращения. Таким образом, необходимо выполнить не только компенсацию в Фарадеевском вращающем устройстве, но также и компенсацию (коррекцию) температурной характеристики оптического волокна для датчика. В качестве устройства для измерения электрического тока, который полностью компенсирует температурные характеристики и Фарадеевского вращающего устройства, и оптического волокна для датчика, настоящие авторы изобрели устройство для измерения электрического тока, который имеет диапазон колебаний относительной погрешности в пределах ±0,5%, или ±0,2% (см. Патентная Литература 2).

[0005] Устройство для измерения электрического тока, описанный в патентном документе 2 (JP 2010-271292A), сконфигурировано как включающее в себя, по меньшей мере, оптическое волокно для датчика, поляризационный разделитель, Фарадеевское вращающее устройство, источник света и схемы обработки сигналов, включающие в себя элемент фотоэлектрического преобразования. Оптическое волокно для датчика размещается вокруг периферии электрического проводника, через который течет измеряемый электрический ток. Кроме того, Фарадеевский угол вращения Фарадеевского вращающего устройства в момент магнитного насыщения задается как 22,5°+α° при температуре 23°С для изменения Фарадеевского угла вращения максимум на α° от 22,5°, чтобы диапазон колебаний относительной погрешности измеряемого значения измеряемого электрического тока, выводимого из схемы обработки сигналов, находился в пределах ±0,5% или ±0,2% в температурном диапазоне между -20°С или выше и 80°С или ниже.

[0006] Уменьшая диапазон колебаний относительной погрешности Фарадеевского вращающего устройства, диапазон колебаний относительной погрешности измеряемого значения измеряемого электрического тока, выводимого из схемы обработки сигналов, снижается до пределов ±0,5% или ±0,2%. Поэтому, компенсация температурной характеристики относительной погрешности измеряемого значения может быть выполнена в Фарадеевском вращающем устройстве, тем самым улучшая надежность устройства для измерения электрического тока. Кроме того, понижая диапазон колебаний относительной погрешности до пределов ±0,5% или ±0,2%, оказывается возможным получить устройство для измерения электрического тока, которое может быть применено для релейной защиты.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Патентная литература

[0007] Патентный документ 1: WO 2006/022178 (страницы 4-7, Фиг.18)

Патентный документ 2: JP 2010-271292 A

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая Проблема

[0008] Однако, когда настоящие авторы фактически сжали диапазон колебаний относительной погрешности в устройстве для измерения электрического тока до пределов ±0,5%, настоящие авторы обнаружили при рассмотрении устройства для измерения электрического тока в Патентном документе 2, что двулучепреломление, присущее оптическому волокну для датчика, может быть важным соответствующим объектом для компенсации.

[0009] Оптическое волокно для датчика имеет двулучепреломление даже в линейном состоянии. Вышеупомянутое оптическое волокно для датчика размещается вокруг периферии электрического проводника. Соответственно, оптическое волокно для датчика отклоняется от линейного состояния. Эта деформация наряду с изгибом создает напряжение в оптическом волокне для датчика, и напряжение создает большее двулучепреломление в оптическом волокне для датчика. Следовательно, настоящие авторы обнаружили, что поскольку относительная погрешность уменьшается больше, две распространяющиеся моды, каждая имеющая неконтролируемую фазу, выводятся в момент вывода из оптического волокна для датчика, и возникают значительные флуктуации и затухание в выходном сигнале устройства для измерения электрического тока.

[0010] Когда настоящие авторы фактически измерили диапазон колебаний относительной погрешности в устройстве для измерения электрического тока, раскрытом в Патентном документе 2, как показано на Фиг.31, диапазон колебаний относительной погрешности, следующий из двулучепреломления оптического волокна для датчика, был обнаружен как находящийся в диапазоне приблизительно от -1,0% и приблизительно до 1,2% (в диапазоне приблизительно от -0,7% и приблизительно до 1,2% в температурном диапазоне между -20°С или выше, и 80°С или ниже) для измеряемого значения измеряемого выходного сигнала электрического тока от устройства для измерения электрического тока. Соответственно, настоящие авторы обнаружили, что затруднительно сжать диапазон колебаний относительной погрешности измеряемого значения для измеряемого электрического тока до пределов ±0,5% уменьшая только диапазон колебаний относительной погрешности Фарадеевского вращающего устройства, как описано выше.

[0011] Настоящее изобретение реализуется с учетом вышеупомянутых обстоятельств и цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить устройство для измерения электрического тока, позволяющий получить диапазон колебаний относительной погрешности на выходе надежно в пределах ±0,5%, и позволяющий получить облегченную сборку.

Решение Проблемы

[0012] Вышеупомянутая проблема решается в соответствии с настоящим изобретением, описанным ниже.

(1) Устройство для измерения электрического тока, по меньшей мере, включает в себя блок испускания падающего света, оптическое волокно для датчика, Фарадеевское вращающее устройство, первую четвертьволновую, то есть 1/4 длины волны, пластину, и вторую четвертьволновую, то есть 1/4 длины волны, пластину, поляризационный разделитель, источник света, и схему обработки сигналов, включающую в себя элемент фотоэлектрического преобразования.

Блок испускания падающего света образован двумя скомпонованными волноводами.

Блок испускания падающего света, поляризационный разделитель, первая четвертьволновая пластина, вторая четвертьволновая пластина, Фарадеевское вращающее устройство, и оптическое волокно для датчика размещены в данном порядке.

Оптическое волокно для датчика является двулучепреломляющим, предоставляется вокруг периферии электрического проводника, через который течет измеряемый электрический ток, и включает в себя первый конец, на который падают два циркулярно-поляризованных световых пучка, имеющих различные углы вращения, и второй конец, отражающий падающие циркулярно-поляризованные световые пучки.

Вторая четвертьволновая пластина предоставляется на первой крайней стороне оптического волокна для датчика.

Фарадеевское вращающее устройство размещено между первой крайней стороной оптического волокна для датчика и второй четвертьволновой пластиной.

Свет, испускаемый из источника света, отражается на втором конце, образуя возвратный оптический путь, состоящий из разделителя поляризации, первой четвертьволновой пластины, второй четвертьволновой пластины, Фарадеевского вращающего устройства, и оптического волокна для датчика, в котором свет возвращается назад.

На возвратном оптическом пути между первой четвертьволновой пластиной и второй четвертьволновой пластиной, распространяются два линейно поляризованных световых пучка, и разность фаз между двумя линейно поляризованными световыми пучками на возвратном оптическом пути между первой четвертьволновой пластиной и второй четвертьволновой пластиной компенсируется.

Фарадеевский угол вращения Фарадеевского вращающего устройства в момент магнитного насыщения устанавливается как 22,5°+α° (фактор) при температуре 23°С, и диапазон колебаний относительной погрешности измеряемого значения измеряемого электрического тока, выводимого из схемы обработки сигналов, устанавливается в пределах ±0,5%.

Направления кристаллических осей на соответствующих оптических поверхностях первой четвертьволновой пластины и второй четвертьволновой пластины устанавливаются как перпендикулярные друг другу, или в одном направлении.

[0013] Возвратный оптический путь между первой четвертьволновой пластиной и второй четвертьволновой пластиной, через который распространяются два линейно поляризованных световых пучка, может быть составлен сохраняющим поляризацию волокном (PMF) или двумя двулучепреломляющими элементами, в которых соответствуют направления кристаллических осей на оптических поверхностях, и в этих направлениях, в которых смещен необыкновенный световой пучок, устанавливаются как инвертированные.

[0014] (2) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, направление кристаллической оси на оптической поверхности поляризационного разделителя и направление кристаллической оси на оптической поверхности первой четвертьволновой пластины устанавливаются как перпендикулярные друг другу, или в одном направлении.

[0015] (3) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, направление кристаллической оси на оптической поверхности поляризационного разделителя, направление кристаллической оси на оптической поверхности первой четвертьволновой пластины, и направление кристаллической оси на оптической поверхности второй четвертьволновой пластины устанавливаются как находящиеся в одном направлении.

[0016] (4) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, температурный диапазон, в котором диапазон колебаний устанавливается в пределах ±0,5%, составляет предпочтительно 100 градусов по шкале Цельсия.

[0017] (5) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, температурный диапазон 100 градусов по шкале Цельсия, составляет предпочтительно между -20°С или выше, и 80°С или ниже.

[0018] (6) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, Фарадеевское вращающее устройство предпочтительно имеет температурную характеристику Фарадеевского угла вращения, в котором Фарадеевский угол вращения в момент магнитного насыщения изменяется квадратичным образом с изменением температуры.

[0019] (7) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, Фарадеевское вращающее устройство предпочтительно составлено двумя или более Фарадеевскими элементами.

[0020] (8) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, Фарадеевские углы вращения двух или более Фарадеевских элементов предпочтительно отличаются друг от друга.

[0021] (9) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, диапазон колебаний относительной погрешности измеряемого значения измеряемого электрического тока, выводимого из схемы обработки сигналов, предпочтительно устанавливается в пределах ±0,2%.

[0022] (10) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, температурный диапазон, в котором диапазон колебаний устанавливается в пределах ±0,2%, составляет предпочтительно 100 градусов по шкале Цельсия.

[0023] (11) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, температурный диапазон 100 градусов по шкале Цельсия находится предпочтительно между -20°С или выше, и 80°С или ниже.

[0024] (12) В устройстве для измерения электрического тока в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, оптическое волокно для датчика предпочтительно представляет собой волокно из свинцового стекла.

Преимущественные эффекты изобретения

[0025] В соответствии с настоящим изобретением, описанным в п.1 формулы, (то есть, изобретение, описанное в вышеупомянутом пункте (1)), в дополнение к изменению угла вращения Фарадеевского вращающего устройства не меньше чем на α° от 22,5° при температуре 23°С для уменьшения диапазона колебаний относительной погрешности в устройстве для измерения электрического тока, относительная погрешность, наряду с двулучепреломлением, присущим оптическому волокну для датчика, компенсируется, и разность фаз между двумя линейно поляризованными световыми пучками на возвратном оптическом пути между первой четвертьволновой пластиной и второй четвертьволновой пластиной компенсируется. Соответственно, компенсируются все разности фаз, отличные от разности фаз угла вращения Фарадеевского вращающего устройства, кроме разности фаз φ, вызванной Фарадеевским эффектом в оптическом волокне для датчика, и не появляются на выходе устройства для измерения электрического тока. Следовательно, поскольку диапазон колебаний относительной погрешности, следующей из двулучепреломления оптического волокна для датчика (приблизительно от -0,1% и приблизительно до 1,2%) компенсируется, и разность фаз между двумя линейно поляризованными световыми пучками на возвратном оптическом пути между первой четвертьволновой пластиной и второй четвертьволновой пластиной компенсируется, диапазон колебаний относительной погрешности на выходе устройства для измерения электрического тока может быть надежно установлен в пределах ±0,5%.

[0026] Кроме того, поскольку компенсируются разности фаз, отличные от разности фаз угла вращения Фарадеевского вращающего устройства, кроме разности фаз φ, выход устройства для измерения электрического тока не подвержен влиянию изменений фазы во время распространения света в оптическом волокне устройства для измерения электрического тока вследствие возникновения возмущений. Соответственно, выходная характеристика устройства для измерения электрического тока может быть стабилизирована.

[0027] Кроме того, направления кристаллических осей на соответствующих оптических поверхностях первой и второй четвертьволновых пластинах устанавливаются как перпендикулярные, или в одинаковых направлениях. Соответственно, даже в случае, когда число компонентов увеличивается настолько, что две четвертьволновые пластины, когда собирается устройство для измерения электрического тока, использующий циркулярно-поляризованные световые пучки, не требуется точная регулировка углов соответственных кристаллических осей. Таким образом, удается осуществить эффективное сжатие диапазона колебаний относительной погрешности до пределов ±0,5% и одновременно может быть достигнуто упрощение сборки компонентов.

[0028] И, кроме того, поскольку аппарат для измерения электрического тока в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнен в целом независимо от вида оптического волокна для датчика, выход годных изделий устройства для измерения электрического тока также может быть улучшен.

[0029] Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, описанным в п.2 формулы (то есть, изобретение, описанное в вышеупомянутом пункте (2)), в дополнение к эффекту изобретения, описанного в п.1 формулы, не требуется тонкая регулировка углов соответственных кристаллических осей, когда поляризационный разделитель устанавливается к первой четвертьволновой пластине. Таким образом, операция сборки поляризационного разделителя и первой четвертьволновой пластины может быть упрощена.

[0030] Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, описанным в п.3 формулы (то есть, изобретение, описанное в вышеупомянутом пункте (3)), в дополнение к эффекту изобретения, описанному в п.1 формулы, не требуется регулировка углов кристаллических осей поляризационного разделителя и двух четвертьволновых пластин и не требуется операция установки поляризационного разделителя и двух четвертьволновых пластин. Таким образом, операция сборки поляризационного разделителя и двух четвертьволновых пластин может быть дополнительно упрощена.

[0031] И, кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, описанным в пп.4 и 5 или 10 и 11 формулы (то есть, изобретение, описанное в вышеупомянутых пунктах (4) и (5) или (10) и (11)), посредством достижения диапазона колебаний относительной погрешности ±0,5% или ±0,2% по температурному диапазону 100 градусов по шкале Цельсия (между -20°С или выше, и 80°С или ниже), оказывается возможным предоставить устройство для измерения электрического тока, применимый для покрытия обычного диапазона температур, который простирается от -10°С или выше, и 40°С или ниже.

[0032] И, кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, описанным в п.6 или 9 формулы (то есть, изобретение, описанное в вышеупомянутых пунктах (6) или (9)), предоставляя Фарадеевское вращающее устройство, имеющее температурную характеристику Фарадеевского угла вращения, в которой Фарадеевский угол вращения в момент магнитного насыщения изменяется квадратичным образом при увеличении температуры, оказывается возможным сжать диапазон колебаний относительной погрешности измеряемого значения измеряемого электрического тока, выводимого из схемы обработки сигналов, до пределов ±0,5% или ±0,2%. Соответственно, устройство для измерения электрического тока может использоваться для такого применения, в котором требуется температурная характеристика относительной погрешности в пределах ±0,2% (например, счетчик электроэнергии для измерения расхода электроэнергии, что требует точного измерения), в дополнение к применению в пределах ±0,5%.

[0033] И, кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, описанным в п.7 (то есть, изобретение, описанное в вышеупомянутом пункте (7)) формулы, Фарадеевское вращающее устройство, имеющее желаемый угол вращения, может быть получено как стационарное.

[0034] И, кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, описанным в п.8 (то есть, изобретение, описанное в вышеупомянутом пункте (8)) формулы, поскольку Фарадеевские углы вращения соответствующих Фарадеевских элементов могут отличаться друг от друга, температурная характеристика каждого Фарадеевского элемента может быть выбрана с желаемой характеристикой.

[0035] И, кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, описанным в п.12 (то есть, изобретение описало в вышеупомянутом пункте (12)) формулы, даже когда волокно из свинцового стекла используется для оптического волокна для датчика, оказывается возможным сжать диапазон колебаний относительной погрешности измеряемого значения измеряемого электрического тока, выводимого из схемы обработки сигналов, до пределов ±0,5% (или ±0,2%).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0036] Фиг.1 изображает пояснительную схему, иллюстрирующую конфигурацию устройства для измерения электрического тока в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

Фиг.2 - пояснительная схема, иллюстрирующая конфигурацию оптической системы (за исключением циркулятора) в устройстве для измерения электрического тока на Фиг.1.

Фиг.3 - перспективный вид, показывающий расположение соответствующих компонентов от блока испускания падающего света к сохраняющему поляризацию волокну и состояние поляризации света на внешнем контуре в устройстве для измерения электрического тока на Фиг.2.

Фиг.4 - перспективный вид, показывающий расположение соответствующих компонентов от сохраняющего поляризацию волокна к оптическому волокну для датчика и состояние поляризации света на внешнем контуре в устройстве для измерения электрического тока на Фиг.2.

Фиг,5 - вид крайней поверхности сохраняющего поляризацию волокна, показывающий направления сохраняющих поляризацию осей сохраняющего поляризацию волокна на Фиг.2, и состояния поляризации световых пучков, падающих на сохраняющее поляризацию волокно.

Фиг.6 - направление кристаллических осей второй четвертьволновой пластины на Фиг.2 и состояний поляризации световых пучков, направляемых ко второй четвертьволновой пластине.

Фиг.7 - состояния поляризации распространяющихся световых пучков от испускания от первого оптического волокна до отражения на другом конце оптического волокна для датчика в устройстве для измерения электрического тока на Фиг.2.

Фиг.8 - перспективный вид, показывающий расположение соответствующих компонентов от сохраняющего поляризацию волокна до оптического волокна для датчика, и состояние поляризации света на внутреннем контуре в устройстве для измерения электрического тока на Фиг.2.

Фиг.9 - перспективный вид, показывающий расположение соответствующих компонентов от блока испускания падающего света до сохраняющего поляризацию волокна, и состояние поляризации света на внутреннем контуре в устройстве для измерения электрического тока на Фиг.2.

Фиг.10 - состояния поляризации распространяющихся световых пучков от отражения в другом конце оптического волокна для датчика до падения на первое и второе оптические волокна в устройстве для измерения электрического тока на Фиг.2.

Фиг.11 - график, схематично показывающий температурную характеристику относительной погрешности в температурном диапазоне между -20°С или выше и 80°С или ниже, в устройстве для измерения электрического тока, включающего в себя Фарадеевское вращающее устройство, имеющее Фарадеевский угол вращения 45° при температуре 23°С, когда циркулярно-поляризованный свет проходит возвратно-поступательным образом.

Фиг.12 - график, схематично показывающий температурную зависимость Фарадеевского угла вращения, когда Фарадеевский угол вращения при температуре 23°С изменяется на α° от 22,5° и свет проходит возвратно-поступательным образом.

Фиг.13 - график, схематично показывающий температурную характеристику относительной погрешности в температурном диапазоне между -20°С или выше и 80°С или ниже, в устройстве для измерения электрического тока, включающего в себя Фарадеевское вращающее устройство, когда Фарадеевский угол вращения изменяется на α° от 22,5° и кривая температурной характеристики относительной погрешности сдвигается в сторону высокой температуры.

Фиг.14 - график, показывающий пример температурной характеристики относительной погрешности измеряемого значения измеряемого электрического тока, выводимого из схемы обработки сигналов в устройстве для измерения электрического тока в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

Фиг.15 - график, схематично показывающий температурную характеристику относительной погрешности волокна из свинцового стекла, которое используется как оптическое волокно для датчика.

Фиг.16 - схема конфигурации, иллюстрирующая другой вариант работы устройства для измерения электрического тока в соответствии с Фиг.2.

Фиг.17 - график, схематично показывающий температурную характеристику Фарадеевского угла вращения первого Фарадеевского элемента.

Фиг.18 - график, схематично показывающий температурную характеристику Фарадеевского угла вращения второго Фарадеевского элемента.

Фиг.19 - график, показывающий температурную характеристику Фарадеевского угла вращения, в котором температурные характеристики Фарадеевских углов вращения, показанные на Фиг.17 и 18, объединены.

Фиг.20 - график, показывающий пример температурной характеристики относительной погрешности устройства для измерения электрического тока в измеряемом значении измеряемого электрического тока, полученный из температурной зависимости Фарадеевского угла вращения, показанной на Фиг.19.

Фиг.21 - частичный схематический вид, показывающий пример модификации формы каждой крайней поверхности первого оптического волокна и второго оптического волокна.

Фиг.22 - перспективный вид, показывающий другую форму возвратного оптического пути между первой четвертьволновой пластиной и второй четвертьволновой пластиной на Фиг.2.

Фиг.23 - перспективный вид, показывающий пример модификации устройства для измерения электрического тока в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

Фиг.24 - график, показывающий температурную характеристику относительной погрешности в Примере 1 устройства для измерения электрического тока настоящего изобретения.

Фиг.25 - график, показывающий пример температурной характеристики Фарадеевского угла вращения Фарадеевского элемента 27a в Примере 2 устройства для измерения электрического тока настоящего изобретения.

Фиг.26 - график, показывающий пример температурной характеристики Фарадеевского угла вращения Фарадеевского элемента 27b в Примере 2 устройства для измерения электрического тока настоящего изобретения.

Фиг.27 - график, показывающий пример температурной характеристики полного Фарадеевского угла вращения Фарадеевских элементов 27a и 27b в Примере 2 устройства для измерения электрического тока в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.28 - график, показывающий температурную характеристику относительной погрешности в Примере 2 устройства для измерения электрического тока настоящего изобретения.

Фиг.29 - график, показывающий температурную характеристику Фарадеевского угла вращения Фарадеевского вращающего устройства в Примере 3 устройства для измерения электрического тока настоящего изобретения.

Фиг.30 - график, показывающий температурную характеристику относительной погрешности в Примере 3 устройства для измерения электрического тока настоящего изобретения.

Фиг.31 - график, показывающий температурную характеристику относительной погрешности, иллюстрирующий диапазон колебания относительной погрешности устройства для измерения электрического тока, раскрытого в упомянутом выше Патентном документе 2.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037] Ниже, в связи с чертежами, подробно описывается устройство для измерения электрического тока в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Устройство 1 для измерения электрического тока, показанное на Фиг.1, сконфигурировано как включающее в себя, по меньшей мере, блок испускания падающего света, оптическое волокно для датчика 2, Фарадеевское вращающее устройство 3, первую четвертьволновую пластину 4 и вторую четвертьволновую пластину 5, поляризационный разделитель 6, источник 7 света и схему 8 обработки сигналов, включающую в себя элементы 13a и 13b фотоэлектрического преобразования. Кроме того, свет, испускаемый из источника 7 света, отражается на другом конце оптического волокна для датчика 2, образуя возвратный оптический путь из поляризационного разделителя 6, первой четвертьволновой пластины 4, второй четвертьволновой пластины 5, Фарадеевского вращающего устройства 3, и оптического волокна для датчика 2, по которым свет возвращается назад.

[0038] При этом, в нижеследующем описании, принята показанная на Фиг.1 ортогональная система координат XYZ, и позиционное соотношение соответствующих компонентов описывается в связи с этой ортогональной системой координат XYZ. Направление распространения света от поляризационного разделителя 6 к оптическому волокну для датчика 2 выбрано как оси Z, и горизонтальное направление и вертикальное направление в плоскости, перпендикулярной к оси Z, выбраны как ось X и ось Y, соответственно. Ортогональные системы координат XYZ, показанные на Фиг.1-23, соответствуют друг другу на соответствующих чертежах.

[0039] Устройство 1 для измерения электрического тока в целом включает в себя источник 7 света, схему 8 обработки сигналов и оптическую систему 9, как показано на Фиг.1, и оптическая система 9 включает в себя соответствующие компоненты, показанные на Фиг.2, и циркулятор 10, Блок испускания падающего света составлен первым оптическим волокном 11 и вторым оптическим волокном 12, сконфигурированными как два волновода. Кроме того, как соответствующие компоненты, показанные на Фиг.2-4, блок испускания падающего света, поляризационный разделитель 6, первая четвертьволновая пластина 4, вторая четвертьволновая пластина 5, Фарадеевское вращающее устройство 3, и оптическое волокно для датчика 2 размещены в данном порядке.

[0040] Линейно поляризованный свет L1, имеющий направление поляризации, параллельное направлению X оси, падает на поляризационный разделитель 6. Линейно поляризованный свет L1 падает от первого оптического волокна 11 на поляризационный разделитель 6, как показано на Фиг.2 и 3.

[0041] Первое оптическое волокно 11 является сохраняющим поляризацию волокном, и оптическим волокном, которое может пропускать свет, сохраняя линейное состояние поляризации (так называемое PMF; Сохраняющее Поляризацию волокно), и крайняя поверхность 11a на одной крайней его стороне размещена близко к разделителю 6 поляризации. Альтернативно, крайняя поверхность 11a и поляризационный разделитель 6 могут быть размещены как примыкающие друг к другу. В результате первое оптическое волокно 11 имеет функцию пропускания линейно поляризованного света L1 как падающего на поляризационный разделитель 6 и распространяющегося как обыкновенный световой луч LO, испускаемый от поляризационного разделителя 6 к элементу 13a фотоэлектрического преобразования. Это сохраняющее поляризацию волокно размещено так, чтобы основная его ось могла соответствовать направлению поляризации (направление оси X) линейно поляризованного света L1.

[0042] Второе оптическое волокно 12 представляет собой одномодовое оптическое волокно, многомодовое оптическое волокно, или сохраняющее поляризацию волокно, и крайняя поверхность 12a на одной крайней его стороне размещена близко к разделителю 6 поляризации. Альтернативно, крайняя поверхность 12a и поляризационный разделитель 6 могут быть размещены как примыкающие друг к другу. В результате, второе оптическое волокно 12 имеет функцию распространения необыкновенного светового луча LE, испускаемого от поляризационного разделителя 6 к элементу 13b фотоэлектрического преобразования.

[0043] В случае настоящего варианта реализации, первое и второе оптические волокна 11 и 12 имеют крайней поверхности 11a и 12a на крайних сторонах, размещенных на одной плоскости и поддерживаются металлической муфтой 14 с двойной сердцевиной до заданного промежутка, располагаемого между ними. Вышеупомянутый заданный промежуток устанавливается в соответствии с толщиной поляризационного разделителя 6, имеющего форму параллельной плоской пластины, и физическими свойствами материала для поляризационного разделителя 6. Вышеупомянутый заданный промежуток соответствует пространству разделения поляризационного разделителя 6, чтобы дать возможность обыкновенному световому лучу LO и необыкновенному световому лучу LE падать в соответствующие сердцевины соответствующих оптических волокон 11 и 12. Следует отметить, что средство для поддержания заданного промежутка между первым и вторым оптическими волокнами 11 и 12 не должно быть ограничено металлической муфтой 14 и может быть матричной подложкой, снабженной двумя параллельными V-образными проточками. Размещая оптические волокна 11 и 12 в V-образных проточках, оптические волокна 11 и 12 могут быть соответственно позиционированы.

[0044] Поляризационный разделитель 6 представляет собой пропускающий свет оптический элемент и устанавливается близко к стороне крайней поверхности 11a первого оптического волокна 11. Поляризационный разделитель 6 выполнен из двулучепреломляющего элемента. Поляризационный разделитель 6 имеет функцию поляризационно-разделяющего элемента, который позволяет линейно поляризованному свету проходить через него как он есть, если линейно поляризованный свет падает перпендикулярно кристаллической оси, и позволяет линейно поляризованному свету смещаться параллельно и испускаться из него, когда линейно поляризованный свет падает вдоль кристаллической оси. Когда падает линейно поляризованный свет, имеющий плоскость поляризации, отличную от этих двух плоскостей, перпендикулярных друг к другу, то линейно поляризованный свет разделяется на соответствующие векторные компоненты в соответствии с интенсивностью света, и обыкновенный световой луч проходит так, как он есть, тогда как необыкновенный свет смещается параллельно и испускается. Соответственно, поляризационный разделитель 6 имеет функцию разделения линейно поляризованного света, распространяющегося от стороны оптического волокна для датчика 2, на обыкновенный световой луч LO и необыкновенный световой луч LE, со взаимно перпендикулярными поляризациями, и позволяет линейно поляризованному свету L1, испускаемому из источника 7 света, описанного ниже, проходить через него.

[0045] Материал для поляризационного разделителя 6 может быть выбран из рутила, YVO₄, ниобата лития, и кальцита. Двулучепреломляющий элемент, выбранный из таких материалов, обрабатывается как плоская пластина, имеющая противостоящие оптические поверхности для падающего и испускаемого света, параллельные друг другу, имеющая заданную толщину как поляризационный разделитель 6. Поляризационный разделитель 6 устанавливается так, чтобы одна параллельная оптическая поверхность могла противостоять крайним поверхностям 11a и 12a первого оптического волокна 11 и второго оптического волокна 12, тогда как другая оптическая поверхность может противостоять линзе 15 и первой четвертьволновой пластине 4. Кроме того, направление кристаллической оси X61 на каждой оптической поверхности устанавливается как параллельное направлению оси Y. Когда линейно поляризованный свет падает на одну оптическую поверхность, поляризационный разделитель 6 расщепляет линейно поляризованный свет в обыкновенный световой луч LO и необыкновенный световой луч LE, и когда обыкновенный световой луч LO и необыкновенный световой луч LE испускаются от другой поверхности, поляризационный разделитель 6 испускает обыкновенный световой луч LO и необыкновенный световой луч LE параллельно с заданным промежутком разделения, расположенным между ними.

[0046] Первая четвертьволновая пластина 4 размещена как противоположная поверхности разделителя 6 поляризации так, чтобы направление кристаллической оси X41 на ее оптической поверхности могло совпадать с направлением оси X. В качестве материала для нее используется кр