(57)【要約】【課題】磁気光学電流及び磁界センサに関する。【解決手段】電流、磁界、又はこれらの組み合わせから成るグループから選択されたパラメータを推定するためのシステムは、共振周波数同調磁気光学ループ共振器（１０）を備え、ループ共振器は光導波路（１４）に結合された磁気光学センサ素子（１２）を含み、ループ共振器は広帯域光信号源（２０）から起源となる光信号を受信して、推定されたパラメータを表す変調信号を供給するように構成されている。【選択図】図１
2006170983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流、磁界、又はこれらの組み合わせから成るグループから選択されたパラメータを推定するためのシステムであって、
光導波路（１４）に結合された磁気光学センサ素子（１２）を含む共振周波数同調磁気光学ループ共振器（１０）を備え、
前記ループ共振器は、起源となる光信号を受信して、前記起源となる光信号を２つの反対方向で伝播し、前記パラメータを表す変調信号を供給するように構成されたことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記センサ素子（１２）は、少なくとも１つのループ素子を含む光ファイバコイルを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサ素子は、磁気光学水晶発振子を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ループ共振器が結合されるリング共振子フィルタ（１８）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
電流、磁界、電流の変化、磁界の変化、又はこれらの組み合わせからなるグループから選択されたパラメータを推定するためのシステムであって、
光導波路に結合された磁気光学センサ素子（１２）を各々が含む複数の共振周波数同調磁気光学ループ共振器（１０）を備え、
前記ループ共振器は、起源となる光信号を受信して、前記起源となる光信号を２つの反対方向に伝播し、更に前記パラメータを表すそれぞれの変調信号を供給するように各々が構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項６】
前記ループ共振器の少なくとも２つは、異なる共振周波数を有することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ループ共振器の少なくとも２つは、同じ共振周波数を有することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記ループ共振器の少なくとも１つからの出力は、前記ループ共振器の他の少なくとも１つに結合されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
異なる共振周波数を有する複数の共振周波数同調磁気光学ループ共振器（１０）を備えた分散型電流推定システムであって、
各々の磁気光学ループ共振器は、導波路に結合された磁気光学センサ（１２）を有し、
各センサ素子（１２）は、種々の導体に流れる電流を推定するように構成されており、
前記ループ共振器は、広帯域光信号源（２０）から発生する発生光信号を受信し、前記起源となる光信号を反対の方向に伝播し、更に前記推定された電流を表す変調信号をプロセッサ（３０）に供給するように構成されていることを特徴とする分散型電流推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にセンサに関する。本発明は特に、磁気光学電流及び磁界センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の変圧器ベースの電流センサは、現場作業用としてはサイズが大きく、高電圧又は高電流で飽和する傾向にある。光電流センサのような別の電流センサは通常、電流によって生成される磁界のファラデー効果に依存して、導体の近くのファイバに伝播する光の偏光を変化させる。ファイバからこの情報を抽出する方法は、極めて煩雑で高価である。１つの実施例では、複雑で能動的な複数の電源がラインの電位に置かれる。偏光計法に基づく光ファイバ電流センサは、偏光状態で厳しい制御を必要とする。偏光測定のための構成要素は通常高コストの巨大な光学素子に基づいており、これらのタイプの光学素子の幾つかで一致を維持することは難しい課題となる。更に、分散型感知アプリケーション用の偏光電流センサをカスケードすることは、システムが複雑になることにより実用的ではない。
【０００３】
また、高電圧環境で流れる電流の測定は、特に送電及び配電システムにおいて非常に望ましい。送電及び配電システムは、有効電力及び無効電力の変化に動的に対処する。送電を経済的にし、且つ電力システム障害のリスクを低くするためには、無効補償システム、特に電線網の幾つかの地点で同時に電流の流れをモニターできるシステムが望まれる。
【特許文献１】米国特許第６，３０１，４００号公報
【特許文献２】米国特許第６，４３４，２８５号公報
【特許文献３】米国特許第６，６７０，７９９号公報
【特許文献４】国際特許出願第９４／００７６８号公報
【特許文献５】欧州特許出願第０７８３７０１  Ｂ号公報
【特許文献６】欧州特許出願第１３１０８０２  Ａ２号公報
【非特許文献１】”Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｂｙ  Ｍｏｄｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｉｎ  Ｆｉｂｒｅ  ｖｉａ  ｔｈｅ  Ｆａｒａｄａｙ  Ｅｆｆｅｃｔ”，Ｊａｎｕａｒｙ  ３１，１９９１，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ  ｐｐ：２０７−２０８
【非特許文献２】Ｗ．Ｃｈｕ，ｅｔ  ａｌ  “Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｈｉｇｈｌｙ−Ｌｉｎｅａｒ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｒｅ”，２９  Ｍａｙ  １９９２，Ｆｉｂｒｅ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩＥＥ  Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ  ｏｎ，ｐｐ：７／１−７／３
【非特許文献３】Ａ．Ｊ．Ｒｏｇｅｒｓ，ｅｔ  ａｌ，“Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｉｍｍｕｎｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｆｉｂｒｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ”，Ｊｕｌｙ  １９９５，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．７，ｐｐ：１３７１−１３７７
【非特許文献４】Ｊ．Ｓｏｎｇ，ｅｔ  ａｌ，“Ａ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ  Ｃｌａｍｐ−ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｅｔｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｙｉｎｇ”，Ｏｃｔｏｂｅｒ  ４，１９９５，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４．
【非特許文献５】Ｙ．Ｎ．Ｎｉｎｇ，ｅｔ  ａｌ“Ｒｅｃｅｎｔ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，Ｍａｙ  １９９５，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ，Ｖｏｌ．６６，Ｎｏ．５，ｐｌ３０９７−３１１１
【非特許文献６】Ａ．Ｋｕｎｇ，ｅｔ  ａｌ“Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  ａｎｄ  Ｑｕａｓｉ−Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｅｎｓｏｒｓ”，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １９９６，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、低コストの電流計測及び計測機器に対する必要性が存在する。複数のチャンネルの計測機器が必要とされる用途で経済的に調整して使用できる多重化を可能にする電流測定システムに対する特別な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
要約すると、本発明の１つの実施形態によって、電流又は磁界パラメータ決定のためのシステムは、共振周波数同調磁気光学ループ共振器を備え、このループ共振器は、光導波路に結合された磁気光学センサを含み、このループ共振器は、起源となる光信号を受信し、この信号を２つの反対方向に伝播して、更にパラメータを表す変調信号を供給するように構成されている。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、電流又は磁界パラメータ決定のためのシステムは、複数の共振周波数同調磁気光学ループ共振器を備え、各ループ共振器は、光導波路に結合された磁気光学センサを含み、ループ共振器は、光信号を受信し、その信号を２つの反対方向に伝播して、更にパラメータを表す変調信号を供給するように構成されている。
【０００７】
本発明の１つの態様によれば、電流又は磁界パラメータ決定の方法は、少なくとも１つの周波数同調磁気光学ループ共振器を準備する段階と、感知対象の磁界にループ共振器を位置付ける段階と、信号源から起源となる信号を少なくとも１つのループ共振器に結合させる段階と、起源となる信号をループ共振器の２つのアームを通して伝播する段階と、少なくとも１つの共振子から変調信号を検出する段階とを含む。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、同じ数字符号が図面全体を通じて同じ部分を表す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとより良く理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書で使用される「適合された」、「構成された」、及び同様の表現は、システムの要素が協働して説明される効果を与えることができるようにするシステム内の装置を意味し、これらの用語は、所与の入力信号に応答して出力を供給するようにプログラムされた、アナログ又はデジタルのコンピュータ或いは特定用途向け装置（特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など）などの電気素子又は光素子、増幅器、或いは同様のものの動作能力、更に構成要素を光学的又は電気的に共に結合する機械的装置を意味する。
【００１０】
本明細書で使用される用語「電流」は、交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）のいずれかを意味する。
【００１１】
本明細書の図面及び説明図は、本発明の実施形態又は態様を説明する目的のものであり、限定するものではない。
【００１２】
本発明の実施形態は、電流、磁界、或いはこれらの組み合わせから成るグループから選択されたパラメータを推定するための磁気光学センサに関する。本発明の１つの実施形態では、図１に示されるように、共振周波数同調磁気光学ループ共振器(resonant frequency tunable magneto-optical loop resonator)１０が、起源となる光信号を受信し、共振子を介してその信号を反対方向に伝播するように構成されている。ループ共振器は、導波路１４に結合されて共振子構造を形成する磁気光学センサ１２を含む。導波路は、誘導導波路又は自由空間ビームのいずれかを含むことができる。例えば、ビームスプリッタ、ファイバ、又は導波路方向性結合器(waveguide directional coupler)を含むことができる光スプリッタ１６は、ループ共振器の２つの逆伝播アームへの入射光を分割する。ループ共振器１０は更に、ループ共振器から出る再結合信号又は変調信号を伝送ポート（光ファイバ２４として示されている）及び反射ポート（光ファイバ２２として示されている）に送るように構成されている。
【００１３】
ファラデー回転は、光の伝播の方向に平行な磁界が存在することに起因する、磁気光学材料による光の偏光の回転である。ファラデー効果が引き起こす非可逆性位相シフト又は非可逆性の屈折率シフトは、光の伝播の方向に平行な磁界の存在下での伝播速度の変化である。この変化は、磁界又は伝播方向のいずれかが反転された場合に符号を反転させる。非可逆位相シフトは、材料のファラデー回転又はベルデ定数に比例する。
【００１４】
導体を流れる電流Ｉは、閉ループｓによって囲まれた磁束密度Ｂの線積分に比例し、次式によって与えられる。
【００１５】
【数１】
2006170983.tif 000003
ここで、μ０は自由空間の透磁率である。
【００１６】
磁気光学センサが、通電している導体の磁界内に配置される場合には、磁界強度Ｈに平行な方向に磁気光学センサを介して伝播する光は、ファラデー効果により非可逆位相シフトを生じさせる。非可逆位相シフトΔΦは、次式によって与えられる。
【００１７】
【数２】
2006170983.tif 000004
ここで、Ｖは磁気光学センサ材料のベルデ定数であり、Ｉは単位長ｄｌに沿って導体を流れる電流である。
【００１８】
位相シフトは、磁界又は伝播方向のいずれかが反転する場合に符号が反転する。従って、反対方向に伝播している２つの光の波の間の位相シフトは、次式によって与えられる。
【００１９】
Δφ＝２ＶＩ      （３）
磁気光学センサが、巻数Ｎのコイル状光ファイバ素子である場合、この位相シフトは次式によって与えられる。
【００２０】
Δφ＝２ＮＶＩ      （４）
ループ共振器の共振周波数ｆは、共振子材料の屈折率ｎとループ共振器の長さＬ１の関数である。共振子の２つの隣接するモード間の周波数間隔である自由スペクトル領域（ＦＳＲ）、は、次式によって与えられる。
【００２１】
ＦＳＲ＝ｃ／２ｎＬ１      （５）
ここで、ｃは光速である。
【００２２】
反対方向に光の波を伝播させる磁気光学センサを備えた共振子ループが、通電している導体の磁界内に配置された場合、ループ共振器の共振周波数は、ループの２つの反対方向に伝播する光の波によって生じる非可逆位相変化の感知可能な関数となる。共振子の共振周波数（又は波長）は、共振子によって濾波された周波数によって得られ、印加磁界の正確な推定を与えることができる。共振子内の非可逆性の屈折率の変化により、共振周波数の周波数シフトΔｆが生じることになる。２πの位相シフトは、ＦＳＲに等しい周波数シフトに対応する。従って、周波数シフトΔｆに対応する非可逆位相シフトは、次式によって与えられる。
Δφ＝２ＮＶＩ＝Δｆ×２π／（ｃ／２ｎＬ１）      （６）
単一のループ共振器の推定電流は、従って次式によって与えられる。
【００２３】
Ｉ＝Δｆ×２πｎＬ１／（ｃＮＶ）                        （７）
共振子の長さがＬ２であるリングフィルタが、センサ素子を備えたループ共振器に結合される場合、推定電流は次式によって与えられる。
Ｉ＝Δｆ×２πｎ（ΔＬ）／（ｃＮＶ）      （８）
ここでΔＬは、Ｌ１−Ｌ２、すなわち共振子の長さの差である。
【００２４】
共振子の周波数又は共振子によって濾波された周波数を得ることによって、印加磁界の正確な推定が可能となる。次いで、導体を通じて流れる電流を推定することができる。２つの波が光スプリッタ１６で結合されたときに相対位相雑音が各々打ち消されるように、圧力及び温度などの全ての他の影響は、ループの内側の反対方向に伝播する光に関して可逆的である。
【００２５】
図１に示された実施形態において、磁気光学センサ１２の非制限的な実施例は、コイル状光ファイバ素子を含む。光ファイバコイルは、通電している導体の周りに数回巻き付けられて、磁界を感知する。センサ素子の１つの実施形態では、センサ素子は、エルビウム(erbium)又はイッテルビウム(ytterbium)がドープされた複数巻きのコイル状光ファイバ素子を含む。例えば、複数巻きのコイル状光ファイバ素子コイルの巻き数は、約２００である。
【００２６】
光導波路１４の非制限的な実施例には、光ファイバ、ガラスを含む導波路構造体、ガラス、ポリマー導波路構造体、半導体材料導波路構造体、又はある期間の自由空間接続(period of free-space connection structures)の構造体が含まれる。種々の幾何形状の光導波路、種々のモード構造、及び変化する屈折率分布を備えたループ共振器は本発明の範囲内にある。
【００２７】
光学源２０は、光ファイバ２２を介して少なくとも１つの磁気光学ループ共振器１０に結合される発生光信号を送るように構成されている。光学源２０の非制限的な実施例には広帯域光信号源が含まれる。広帯域光信号源は、ある波長範囲にわたって発光することのできる光学源又は光学源の集まりとして定義される。広帯域光信号源は、例えば、単一波長同調レーザー或いは多波長広帯域レーザーを含むことができる。少なくとも１つの光スプリッタ１６は、ループ共振器への発生信号を結合し、ループ共振器からの変調信号を結合するのに使用される。
【００２８】
プロセッサ３０は、光ファイバ２４を介して磁気光学ループ共振器１０からの変調信号を受信するように構成される。通常、プロセッサはまた、各センサからの共振応答を求めるための波長デマルチプレクサとして機能する。プロセッサは、１つ又はそれ以上の波長多重分離素子、光スペクトルメーター、波長メーター、光検出器、差分増幅器、及びアナログ−デジタルコンバータを含むことができる。波長多重分離素子は、例えば、アレイ導波路回折格子、ファブリ・ペロー干渉計のような検出回路同調装置を備えた透過型回折又は偏光格子、リング共振子又はフィルタを含むことができる。本発明の別の実施形態では、プロセッサ４０と光学源３０は、光インテロゲーターモジュール５０を形成するために単一ユニット統合される。本発明の更に別の実施形態では、発生信号の一部が基準信号としてプロセッサに送られ、ほぼ正確なパラメータ値の抽出を助ける。
【００２９】
図２に示されるような本発明の別の実施形態では、磁気光学ループ共振器１０は、少なくとも１つのリングフィルタ１８に結合される。これにより、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）、半値全幅（ＦＷＨＭ）、及びフィルタフィネスのような広範囲にわたるパラメータの調整が可能になる。更に、リングフィルタは、ループ共振器の温度補償のための基準として使用できる。リングフィルタの非制限的な実施例には、ループ共振器とリング共振子とが含まれる。望ましい結合比を選択することによって、ループ共振器−リングフィルタ組み合わせの周波数特性を構成することができる。
【００３０】
非制限的な実施例では、２００回巻の光ファイバセンサ素子を有する磁気光学ループ共振器は、共振子フィルタに結合され、ここで共振子の長さの差ΔＬは、約０．０１ｍｍから約０．１ｍｍの範囲である。ΔＬ値が低いほど、周波数分解能がより高く且つ推定電流がより正確になる。このようなシステムは通常、サブナノメートルの分解能を示し、例えば、導体を流れる３０００アンペアの電流を１％又はこれよりも優れた正確度で推定できる。
【００３１】
図３に示されるような本発明の別の実施形態では、磁気光学感知ヘッド１２は、望ましいベルデ定数を有する磁気光学水晶発振子１２である。磁気光学水晶発振子の非制限的な実施例には、テルビウム−ガリウム−ガーネット（ＴＧＧ）、テルビウムがドープされたボロシリケートガラス、希土類イオン、エルビウムがドープされたガラス、イッテルビウムがドープされたガラス、又はＬｉＮｂＯ３がある。
【００３２】
上述の実施形態では主に、例証の目的で、単一の磁気光学ループ共振器センサ、光学源、及びプロセッサの観点から説明されたが、各システムは、このような素子の１つ又はそれ以上を含むことができ、本明細書で使用される「１つの」は、「少なくとも１つ」を意味するものとする。複数のループ共振器が使用される場合、１つのループ共振器からの出力信号は、第２ループ共振器の入力に結合することができる。１つの実施例では、本発明の実施形態によるシステムは、共振周波数が異なる磁気光学ループ共振器の少なくとも２つを有する。第２の実施例では、本システムは、共振周波数が同じである少なくとも２つの共振子を有する。
【００３３】
複数の磁気光学ループ共振器が使用される本発明の１つの実施形態は、図４に示されるような分散型電流推定システムである。センサは、種々の導体４０を流れる電流を感知するために、異なる共振周波数を有する磁気光学ループ共振器１０が複数の場所に位置付けられる分散型アーキテクチャで使用される。広帯域光信号源２０が起源となる信号は、第１ループ共振器１０の入力に結合される。最終共振子からの変調信号は、プロセッサに入力される。センサは、カスケードすることができ、異なる共振周波数によって離れた所から区別することができる。
【００３４】
本発明の１つの実施形態では、分散型電流推定システムが電力変電所において具現化される。電力電線網において、複数の送電線への電力分配は通常、電力変電所で行われる。望ましくは、発電所は、複数の送電線に流れる電流をモニターするための分散型電流推定システムを含む。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、分散型電流推定システムは、輸送システムでの電力モニタリングシステムにおいて具現化される。非制限的な実施例では、発電及び配電が輸送システム内で行われる輸送システムは、電流を感知するための分散型電流推定システムを含む電力モニタリングシステムを含む。
【００３６】
複数の磁気光学ループ共振器が使用される本発明の実施形態は、図５に示されるような差分電流推定システムである。同じ導体に沿った２点に流れる電流間の差を推定するためのシステムを有するのが望ましい。このような測定は、電力システムで中継される差分漏電電流用に使用することができる。また電流の差は、導体を囲む絶縁状態に関する情報を提供することができる。例えば、導体に沿った１つの地点での不良絶縁によるグランドへの小さな漏れ電流は、一般的に不良絶縁のいずれかの側の２点で推定される等しくない電流を生じることになる。
【００３７】
本システムは、同じ導体に沿った２点を流れる電流間の差分信号を取得することができる。少なくとも２つの磁気光学ループ共振器センサ１０が、同じ導体に沿った種々の地点で通電している導体４０のフィールドに配置される。光学源２０からの光信号は、各ループ共振器に結合され、各ループ共振器からの変調された光信号が検出され、プロセッサ３０によって処理されて、導体の２点間の差分電流が抽出される。
【００３８】
本システムの別の実施形態には、地絡検出システムがある。１つの実施例では、地絡検出システムは、導体又は電線での不均衡な負荷を測定するために２つ又はそれ以上の導体又は電線の電流を測定するように構成された２つ又はそれ以上の磁気光学センサを含む。このような地絡検出システムは、平衡負荷を有する３相ＡＣシステムで実施することができ、システム内のいかなる不均衡も検出し、本発明の範囲内にある。
【００３９】
図６に示されるような本発明による図示される実施形態には、送電及び配電（Ｔ＆Ｄ）ネットワークの無効補償システムがある。電力Ｔ＆Ｄネットワーク用の力率改善システムでは、接地電位から完全に絶縁された磁気光学センサ１２を備える幾つかの磁気光学ループ共振器１０が、送電ネットワーク６０の導体の幾つかの地点に取り付けられる。各ループ共振器は、少なくとも１つのリングフィルタ１８に更に結合される。光インテロゲーターモジュール５０は、起源となる広帯域信号を少なくとも１つの光ファイバ２２に沿って送ることによってセンサに問いかける。各ループ共振器センサ１０は、種々の波長領域で応答するよう構成されている。ループ共振器センサは、濾波された周波数を変化させる電流変化に応答する。光インテロゲーターモジュール５０は、少なくとも１つの光ファイバ２４から結果として生じた変調光信号を受信する。種々の磁気光学センサから起源となる光信号は、デマルチプレクサによって多重分離され、光インテロゲーターモジュール５０に収容された光検出器によって電気信号に変換される。この信号は更に処理されて、ネットワーク上の種々の地点での電流の流れの情報がコントローラに渡され、システムの電力フローを動的に制御できるようになる。
【００４０】
本発明の態様では、電流、磁界、或いはこれらの組み合わせから成るグループから選択されたパラメータを推定するための方法は、センサ素子を有する少なくとも１つの周波数同調磁気光学ループ共振器を準備する段階と、感知されることになる磁界にセンサ素子を位置付ける段階と、発生源から発生した信号を少なくとも１つのループ共振器に結合する段階と、ループ共振器の２つのアームを通る２つの互いに反対方向に沿って起源となる信号を伝播する段階と、少なくとも１つの共振子から変調信号を検出する段階とを含む。更にこの方法は、パラメータの値を決定するためのプロセッサを準備する段階を含む。また更にこの方法は、差電流の推定のためのプロセッサを構成する段階を含む。
【００４１】
本発明の別の態様においては、電流、磁界、又はこれらの組み合わせからなるグループから選択されたパラメータを推定するための方法は、異なる共振周波数を有する複数の共振子を構成する段階と、分散型ネットワークを形成するために種々の導体の磁界内にこれらを位置付ける段階と、複数のループ共振器を介して起源となる信号を送る段階と、受信された変調信号を多重分離するためのプロセッサを構成する段階と、更にパラメータを推定する段階とを含む。
【００４２】
周波数多重化の実施形態の代替、或いはこれと組み合わせて使用することができる実施形態では、時分割多重方式が使用される。この実施形態では、磁気光学センサからの変調された信号が、種々の時間で信号を観察することによって分析される。このような実施形態では、磁気光学センサは、発生源及び又はプロセッサに異なるファイバ長で接続され、変調された信号の到達時間は、各センサによって異なるものとなる。
【実施例】
【００４３】
非制限的な実施例が図７に示されている。各々が異なるループ長Ｌ１及びＬ２を備えた２つの共振子２１０と３１０は、９９：１結合器１１６で結合される。共振子２１０の入力結合器２１６は５０：５０であり、共振器３１０の出力結合器３１６は９８：２である。結合器の結合比は、図８及び図９（図７の実施例のダブルリングシステムの予測されるスペクトル応答を示すグラフ）に示す通り、スペクトル応答を最適化するように選択され、実線は室温でのシステムを表し、破線は室温より高い摂氏約２００度の温度でのシステムを表している。温度によって誘起される波長シフトは、摂氏２００度を超える範囲では約１ＧＨｚ（０．００８ｎｍ）より小さく推定される。２００回巻及び最大電流Ｉ＝３０００Ａのデュアルリングモデルに基づいて、電流測定の正確度は、差分長ΔＬ＝Ｌ１−Ｌ２及び図１０に示されるようなインテロゲーションシステムの波長分解能と対比させて推定することができる。例えばΔＬ＝０．１ｍｍと４０ｐｍの波長分解能を使用すると、０．３％の高い正確度を達成することができる。
【００４４】
Ａｇｉｌｅｎｔ社のＤＣ電源から可変電流出力で供給された、導体を流れる電流を測定するために、本発明の１つの実施形態によるシステムを使用した。電源による電流出力は、０アンペアから７００アンペアまで変動した。導体の周りに巻かれた１２０巻きの光ファイバコイルを含むセンサ素子を有する磁気光学ループ共振器を用いて、導体を流れる電流を感知した。約１５４５ｎｍの範囲でレーザー発振させるレーザーダイオードを光学源として使用し、その出力はループ共振器にインテロゲートするのに使用された。掃引メーターを含むインテロゲーションシステムを用いて、電流を推定した。例えば、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社の掃引メーターは通常、レーザーダイオード出力波長を掃引するために使用される。波長モニターは、波長をモニターするために使用された。ループ共振器の共振周波数は、約０．１６πの非可逆位相シフトに対して約１．３ｎｍ（１５４６ｎｍから１５４７．３ｎｍ）の波長シフトを示した。電流を約０から約６００アンペアまで変化させたときに、約０．４ｎｍの波長シフトが図１１に示されるように観察された。波長シフトは、中心波長の周りの波長フィルタを使用して対応する振幅シフトに変換され、振幅を測定することによって推定された電流が、図１２に示されている。応答は、電流測定範囲内で線形である。上記の実施例においてより多くの波長長チャンネルを多重化するための電位は、５０ｎｍ（１５２０ナノメートルから１５７０ナノメートル）の全体的な利用可能なスペクトルに起因して高く、実際に使用されたチャンネルは、図１３に示されるように１．４ｎｍの幅を占めている。
【００４５】
本発明の上述の実施形態は、偏光電流センサに使用される測定セットアップの１／３からなる偏光構成要素を排除することを含む多くの利点を有し、従って、ファイバの曲げ及び材料応力のような周囲雑音に対する堅牢さを向上させる。光波長（周波数）領域で感知することによって、飽和の影響を受けることなく高いダイナミックレンジに対して線形で、適応性があり且つ正確な推定を可能にする。本発明の電流推定システムは、大きなダイナミックレンジにわたり線形応答を有することが望ましい。
【００４６】
本発明の幾つかの特徴だけを本明細書で例証し説明してきたが、多くの修正及び変更が当業者には想起されるであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の精神に含まれるこのような修正及び変更の全てを保護するものである点を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態によるシステムの概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態によるシステムの概略図。
【図３】本発明の第３の実施形態によるシステムの概略図。
【図４】本発明の１つの実施形態による分散型電流感知システムの概略図。
【図５】本発明の１つの実施形態による差分電流感知システムの概略図。
【図６】本発明の実施形態による電流システムの実施形態を組み込んだ無効補償システムの概略図。
【図７】本発明の１つの実施例によるダブルリングシステムの概略図。
【図８】図７の実施例のダブルリングシステムの予測されるスペクトル応答を示すグラフ。
【図９】図８のグラフの関心のあるセクションの拡大図。
【図１０】図７の実施例の波長分解能及び差分長に対する予測される正確度を示すグラフ。
【図１１】図７の実施例の位相シフトに対する波長シフトの実験結果を示すグラフ。
【図１２】図７の実施例の振幅に対する電流の実験結果を示すグラフ。
【図１３】図７の実施例の実際に示されたチャンネルを含むスペクトルの実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４８】
１０  共振周波数同調磁気光学ループ共振器
１２  磁気光学センサ
１４  導波路
１６  光スプリッタ
２０  光学源
２２  光ファイバ（反射ポート）
２４  光ファイバ（伝送ポート）
３０  プロセッサ
４０  プロセッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１１】
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【図１３】
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