電流測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用法拉第效應(yīng)的電流測量裝置，涉及光由傳感器用光纖的一端 側(cè)入射，在另一端側(cè)反射的反射型電流測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知一種電流測量裝置，其通過利用光纖的法拉第效應(yīng)，具有小型、柔性、耐電磁 噪音、長距離信號傳輸、耐電壓等各種優(yōu)點。作為這種電流測量裝置的一個例子，專利文獻 1公開了一種利用光的偏振面因磁場作用而旋轉(zhuǎn)的法拉第效應(yīng)的、反射型的電流測量裝置。
[0003] 該電流測量裝置是作為傳感器用光纖使用鉛玻璃光纖的同時，在傳感器用光纖的 另一端配置反射鏡的反射型電流測量裝置?；窘Y(jié)構(gòu)為將傳感器用光纖圍繞設(shè)置在被測電 流流過的導(dǎo)體的外周，用于檢測被測電流，在將從傳感器用光纖的一端側(cè)入射的直線偏振 光，由反射鏡進行往復(fù)的期間，測量因被測電流的磁場而旋轉(zhuǎn)的直線偏振光的法拉第轉(zhuǎn)角。 并且，具備由HG(yttriumirongarnet，紀鐵石植石）等強磁性體晶體構(gòu)成的法拉第轉(zhuǎn)子。
[0004] 然而，用于電流測量裝置的法拉第轉(zhuǎn)子的法拉第轉(zhuǎn)角具有取決于周圍溫度的特性 (溫度特性），并且傳感器用光纖也存在因費爾德常數(shù)及法拉第轉(zhuǎn)角的溫度依賴所導(dǎo)致的 比例誤差的溫度特性。因此，不僅需要補償法拉第轉(zhuǎn)子，還需要補償（降低）傳感器用光纖 的溫度特性。作為完全補償該法拉第轉(zhuǎn)子和傳感器用光纖雙方的溫度特性的電流測量裝 置，本發(fā)明人發(fā)明了將比例誤差的變動幅度抑制在±0.5%或±0.2%以內(nèi)的電流測量裝 置（參照專利文獻2)。
[0005] 專利文獻2中記載的電流測量裝置，至少包括傳感器用光纖、偏振光束分離器、法 拉第轉(zhuǎn)子、光源及具備光電轉(zhuǎn)換元件的信號處理電路來構(gòu)成電流測量裝置，并將傳感器用 光纖圍繞設(shè)置在被測電流流過的導(dǎo)體的外周。并且關(guān)于法拉第轉(zhuǎn)子的磁飽和時的法拉第轉(zhuǎn) 角，在溫度23°C時設(shè)定為22. 5°+a°，使法拉第轉(zhuǎn)角從22. 5°僅變化a°，由此將從信號 處理電路輸出的被測電流的測量值中的比例誤差的變動幅度，在_20°C以上且80°C以下的 溫度范圍內(nèi)設(shè)定在±0. 5%或±0. 2%的范圍內(nèi)。
[0006] 通過減少法拉第轉(zhuǎn)子的比例誤差的變動幅度，將從信號處理電路輸出的被測電流 的測量值中的比例誤差的變動幅度抑制在±0.5%或±0.2%的范圍內(nèi)。因此，可以通過 法拉第轉(zhuǎn)子進行測量值中的比例誤差的溫度特性的補償，在提高電流測量裝置可靠性的同 時，將比例誤差的變動幅度抑制在±0. 5%或±0. 2%以內(nèi)，從而實現(xiàn)可以適用于保護繼電 器的電流測量裝置。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :W02006/022178號公報（第4-7頁，圖18)
[0010] 專利文獻2 :日本專利公開2010-271292號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] (一）要解決的技術(shù)問題
[0012] 然而，本發(fā)明人研究專利文獻2的電流測量裝置得出，實際將電流測量裝置的比 例誤差的變動幅度降低至±0. 5%以內(nèi)的結(jié)果，傳感器用光纖固有的雙折射作為相對大的 補償對象出現(xiàn)。
[0013]傳感器用光纖即使在直線狀態(tài)下也具有雙折射，并且圍繞設(shè)置在導(dǎo)體的外周。因 此，傳感器用光纖形成為從直線狀態(tài)被變形的結(jié)構(gòu)。通過伴隨該彎曲的變形，傳感器用光纖 產(chǎn)生應(yīng)力，通過該應(yīng)力，傳感器用光纖上產(chǎn)生更大的雙折射。其結(jié)果是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，越是 想降低比例誤差，越是在從傳感器用光纖進行輸出時輸出具有兩種不能控制的相位的傳輸 模式，電流測量裝置的輸出表現(xiàn)出明顯的波動和衰減。
[0014]本發(fā)明人實際測量專利文獻2中公開的電流測量裝置的比例誤差的變動幅度的 結(jié)果，引起傳感器用光纖的雙折射的比例誤差的變動幅度如圖31所示，在由電流測定裝 置輸出的被測電流的測量值中，在約-1.0%~約1.2%的范圍（在-20°C以上且80°C以下 的溫度范圍內(nèi)，為約-0.7%~約1.2%的范圍）出現(xiàn)。因此，發(fā)現(xiàn)如上所述僅減少法拉第 轉(zhuǎn)子的比例誤差的變動幅度，難以將被測電流的測量值中的比例誤差的變動幅度抑制在 ±0. 5%范圍內(nèi)。
[0015]本發(fā)明是鑒于所述問題而完成的，其技術(shù)問題在于提供一種能夠?qū)⑤敵龅谋壤` 差的變動幅度準確限制在±0. 5%的范圍內(nèi)，并且能夠使組裝簡單化的電流測量裝置。
[0016](二）技術(shù)方案
[0017]所述的技術(shù)問題，通過以下的本發(fā)明實現(xiàn)。艮P，
[0018] (1)本發(fā)明的電流測量裝置的特征在于，至少包括光入射出射部，傳感器用光纖、 法拉第轉(zhuǎn)子、第一1/4波片及第二1/4波片、偏振光束分離器、光源以及具備光電轉(zhuǎn)換元件 的信號處理電路，
[0019]光入射出射部排列構(gòu)成為兩條波導(dǎo)，
[0020] 從光入射出射部依次配置偏振光束分離器、第一1/4波片、第二1/4波片、法拉第 轉(zhuǎn)子、傳感器用光纖，
[0021] 并且，傳感器用光纖具有雙折射，同時圍繞設(shè)置在被測電流流過的導(dǎo)體的外周，具 備用于入射旋轉(zhuǎn)方向不同的兩條圓偏振光的一端和對入射的圓偏振光進行反射的另一端，
[0022] 第二1/4波片設(shè)置在傳感器用光纖的一端的同時，
[0023]法拉第轉(zhuǎn)子配置在傳感器用光纖的一端側(cè)與第二1/4波片之間，
[0024]通過由另一端反射從光源出射的光，設(shè)定有往返于偏振光束分離器、第一1/4波 片、第二1/4波片、法拉第轉(zhuǎn)子以及傳感器用光纖的往復(fù)光路，
[0025] 在第一1/4波片與第二1/4波片之間的往復(fù)光路上傳輸兩條直線偏振光的同時， 補償?shù)谝?/4波片與第二1/4波片之間的往復(fù)光路上的兩條直線偏振光的相位差，
[0026]并且，法拉第轉(zhuǎn)子的磁飽和時的法拉第轉(zhuǎn)角在溫度23°C時設(shè)定為22. 5°+a°， 從信號處理電路輸出的被測電流的測量值中的比例誤差的變動幅度設(shè)定在± 〇.5%的范圍 內(nèi)，
[0027] 將第一1/4波片及第二1/4波片各自在光學(xué)面上的晶軸方向設(shè)定為垂直，或設(shè)定 為同一方向。
[0028]傳輸兩條直線偏振光，作為第一1/4波片與第二1/4波片之間的往復(fù)光路也可以 由保偏光纖（PMF)構(gòu)成，或者，由在光學(xué)面上的晶軸方向聚集的同時，異常光線的偏移方向 反向配置的兩個雙折射元件構(gòu)成。
[0029] (2)本發(fā)明的電流測量裝置的一個實施方式的特征在于，將第一 1/4波片在光學(xué) 面上的晶軸方向，設(shè)定為與偏振光束分離器的光學(xué)面上的晶軸方向垂直，或者設(shè)定為同一 方向。
[0030] (3)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式的特征在于，將偏振光束分離器在光 學(xué)面上的晶軸方向、第一 1/4波片在光學(xué)面上的晶軸方向、第二1/4波片在光學(xué)面上的晶軸 方向設(shè)定為同一方向。
[0031] (4)本發(fā)明的電流測量裝置的一個實施方式，優(yōu)選變動幅度設(shè)定在±0. 5%范圍 內(nèi)的溫度范圍為1〇〇 °C。
[0032] (5)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式，優(yōu)選100°C的溫度范圍為-20°C以上 且80°C以下。
[0033] (6)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式，優(yōu)選法拉第轉(zhuǎn)子具有隨著溫度的變 化，磁飽和時的法拉第轉(zhuǎn)角變化為二次曲線狀的法拉第轉(zhuǎn)角的溫度特性。
[0034] (7)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式，優(yōu)選法拉第轉(zhuǎn)子由兩個以上的法拉 第元件構(gòu)成。
[0035] (8)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式，優(yōu)選兩個以上法拉第元件的法拉第 轉(zhuǎn)角各不相同。
[0036] (9)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式，優(yōu)選從信號處理電路輸出的被測電 流的測量值中的比例誤差的變動幅度設(shè)定在±0. 2%的范圍內(nèi)。
[0037] (10)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式，優(yōu)選將變動幅度設(shè)定在±0. 2%的 范圍內(nèi)的溫度范圍為l〇〇°C。
[0038] (11)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式，優(yōu)選100°C的溫度范圍為-20°C以 上且80°C以下。
[0039] (12)本發(fā)明的電流測量裝置的其他實施方式，優(yōu)選傳感器用光纖為鉛玻璃光纖。
[0040](三）有益效果
[0041] 根據(jù)項1所述的發(fā)明（即，所述（1)的發(fā)明），在溫度23°C時僅使法拉第轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)角從22. 5°變化a°，減少電流測量裝置的比例誤差的變動幅度，并且在補償由傳感器 用光纖固有的雙折射而產(chǎn)生的比例誤差的同時，也補償?shù)谝?1/4波片與第二1/4波片之間 的往復(fù)光路上的兩條直線偏振光的相位差。因此，除法拉第轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角的相位差以外相位 差，除了因傳感器用光纖內(nèi)部的法拉第效應(yīng)所引起的相位差印以外全部被補償，不會在電 流測量裝置的輸出中出現(xiàn)。因此，補償由傳感器用光纖的雙折射引起的比例誤差的變動幅 度（約-1.0%~約1.2% )的同時，也補償?shù)谝?1/4波片與第二1/4波片之間的往復(fù)光路 上的兩條直線偏振光的相位差，因此能夠?qū)㈦娏鳒y量裝置的輸出中的比例誤差的變動幅度 準確限制在±0. 5%的范圍內(nèi)。
[0042] 并且，由于除法拉第轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角的相位差以外的相位差，除了相位差爭以外全部 被補償，因此在電流測量裝置的光纖內(nèi)對光進行傳輸時，即使施加外部干擾而導(dǎo)致相位變 化，電流測量裝置的輸出也不受影響。因此，也可以使電流測量裝置的輸出特性穩(wěn)定化。
[0043] 并且，將第一 1/4波片及第二1/4波片各自在光學(xué)面上的晶軸方向設(shè)定為垂直，或 者設(shè)定為同一方向。因此，在使用圓偏振光構(gòu)成電流測量裝置時，即使只增加兩個1/4波片 程度的結(jié)構(gòu)元件，也不需要在各自的晶軸方向上進行細微的角度調(diào)整操作。因此，能夠同時 實現(xiàn)將比例誤差的變動幅度抑制在±0. 5%范圍內(nèi)這樣的高性能，以及結(jié)構(gòu)元件的組裝的 操作容易化。
[0044]并且，由于與傳感器用光纖的種類無關(guān)，均能夠廣泛地實現(xiàn)本發(fā)明的電流測量裝 置，因此也能夠提高電流測量裝置的成品率。
[0045] 并且，根據(jù)項2所述的發(fā)明（S卩，所述（2)的發(fā)明），在項1所述的發(fā)明所具有的效 果的基礎(chǔ)上，對第一 1/4波片設(shè)置偏振光束分離器時，不需要在各自的晶軸方向上進行細 微的角度調(diào)整操作。因此，能夠容易地進行偏振光束分離器與第一 1/4波片之間的組裝操 作。
[0046] 并且，根據(jù)項3所述的發(fā)明（S卩，所述（3)的發(fā)明），在項1所述的發(fā)明所具有的效 果的基礎(chǔ)上，不需要進行偏振光束分離器與兩個1/4波片之間的晶軸角度調(diào)整操作和設(shè)置 操作。因此，能夠進一步容易地進行偏振光束分離器與兩個1/4波片之間的組裝操作。
[0047] 并且，根據(jù)項4、5或10、11所述的發(fā)明（S卩，所述（4)、（5)或（10)、（11)的發(fā)明）， 通過在100°C(_20°C以上且80°C以下）的溫度范圍內(nèi)，實現(xiàn)±0. 5%或±0. 2%的比例誤 差變動幅度，能夠構(gòu)成補償_l〇°C以上且40°C以下的常溫區(qū)間的具備實用性的電流測量裝 置。
[0048] 并且，根據(jù)項6或9所述的發(fā)明（S卩，所述（6)或（9)的發(fā)明），通過具備具有隨著 溫度上升磁飽和時的法拉第轉(zhuǎn)角二次曲線狀變化的法拉第轉(zhuǎn)角的溫度特性的法拉第轉(zhuǎn)子， 能夠?qū)男盘柼幚黼娐份敵龅谋粶y電流的測量值中的比例誤差的變動幅度設(shè)定在± 0. 5 % 或±0. 2%的范圍內(nèi)。因此，能夠以在±0. 5%范圍內(nèi)的用途，以及在要求±0. 2%范圍內(nèi)的 比例誤差的溫度特性的用途（例如，用于計量電費的電表）使用電流測量裝置。
[0049] 并且，根據(jù)項7所述的發(fā)明（S卩，所述（7)的發(fā)明），能夠穩(wěn)定地獲得具有所希望的 轉(zhuǎn)角的法拉第轉(zhuǎn)子。
[0050] 并且，根據(jù)項8所述的發(fā)明（S卩，所述（8)的發(fā)明），由于能夠構(gòu)成為使各法拉第元 件的法拉第轉(zhuǎn)角各不相同，因此能夠?qū)⒏鞣ɡ谠臏囟忍匦栽O(shè)定為所希望的特性。
[0051] 并且，根據(jù)項12所述的發(fā)明（S卩，所述（12)的發(fā)明），即使將鉛玻璃光纖用于傳感 器用光纖，也能夠?qū)男盘柼幚黼娐份敵龅谋粶y電流的測量值中的比例誤差的變動幅度抑 制在±0. 5% (或±0. 2% )的范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0052]圖1為表示本發(fā)明的一個實施方式的電流測量裝置的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0053]圖2為表示圖1的電流測量裝置中的光學(xué)系統(tǒng)（回轉(zhuǎn)器除外）的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[