(57)【要約】  光電流または磁場センサー（１）のための光ファイバー・センサー・ヘッド（２）であって、少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）に光学的に接続された磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバー（３）を含む光ファイバーを有している。ここで、前記センサー・ファイバー（３）は、測定されるべき磁場の中に、または測定されるべき電流が流れる導体（Ｌ）の周りに、配置されることが可能であって、且つコイル（８）の形態である。このコイル（８）は、表面の法線（ＮＳ）を有するコイル平面（Ａ）を規定し、且つ、前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）は、マークされた軸（ｆ）を有している。前記センサー・ヘッド（２）は、前記センサー・ファイバー（３）の領域内でフレキシブルであり、且つ、調整手段（１０）が、前記マークされた軸（ｆ）と前記表面の法線（ＮＳ）の間の、予め設定可能な角度βの調整のために、または、前記マークされた二つの軸（ｆ）と前記表面の法線（ＮＳ）の間の、予め設定可能な角度β，β’の調整のために、設けられている。前記角度または角度β，β’が、センサーのキャリブレイションに影響を与えることが、見出された。前記調整手段（１０）は、好ましくは、取付けボディ（１１）を含んでいて、この取付けボディに、前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）が固定される。前記角度または角度β，β’は、この取付けボディ（１１）により予め設定される。前記マーキング（９ａ、９ｂ）は、前記コイル（８）が整数の巻数を有することを確実にすることを可能にする。
2007537424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電流または磁場センサー（１）のための光ファイバー・センサー・ヘッド（２）であって、
少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）に光学的に接続された磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバー（３）を有する光ファイバーを有しており、
前記センサー・ファイバー（３）は、センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーであり、
前記センサー・ヘッド（２）は、前記センサー・ファイバー（３）の領域内でフレキシブルであり、
前記センサー・ファイバー（３）は、測定されるべき電流が流れる導体（Ｌ）の周りにまたは測定されるべき磁場の中に、コイル（８）の形態に配置されることが可能であり、
前記コイル（８）は、表面の法線（ＮＳ）を有するコイル平面（Ａ）を規定し、
前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）は、マークされた軸（ｆ）を有し、且つ、
調整手段（１０）が、前記マークされた軸（ｆ）と前記表面の法線（ＮＳ）の間の予め設定可能な角度βの調整のために、または、前記マークされた二つの軸（ｆ）と前記表面の法線（ＮＳ）の間の予め設定可能な角度β，β’の調整のために、設けられた、
光ファイバー・センサー・ヘッドにおいて、
ファイバー・コーティングが、前記センサー・ファイバー（３）から除去されていることを特徴とする光ファイバー・センサー・ヘッド。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記センサー・ファイバー（３）は、毛細管（６）の中に配置されている。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記調整手段（１０）は、前記センサー・ファイバー（３）の全体としての副屈折の再現性を実現するために設けられていて、
電流または磁場センサーのキャリブレイションの後、且つ使用されるロケイションへの前記コイル（８）の組み込みの前に、前記センサー・ファイバー（３）が異なる形状に変えられるとき、前記調整手段（１０）は、前記角度βを再現性良く設定するために、または、前記角度β，β’を再現性良く設定するために、使用されることが可能である。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項３に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記全体としての副屈折は、下記の寄与により実質的に構成される：
−  曲げにより誘導される副屈折、
−  センサー・ファイバー（３）の内部応力の結果として、及び、センサー・ファイバー（３）のファイバー・コアが完全に回転対称の形状を有していないことの結果としての、真性の副屈折、
−  前記センサー・ヘッド（２）へのファイバー接続での応力、及び、
−  応力が加えられていない状態において、前記センサー・ファイバー（３）が初期曲率を有することからもたらされる副屈折。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）は、少なくとも一つの偏光子、または、少なくとも一つの位相遅延要素（４）、または、少なくとも一つの偏光維持サプライ・ファイバー（５）である。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記調整手段（１０）は、取付けボディ（１１）を有し、この取付けボディに前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）が固定される。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記取付けボディ（１１）は、フレキシブルに変形可能な取付けボディ（１１）である。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項６または７に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記取付けボディ（１１）は、当該取付けボディと前記偏光規定要素（４，５）の固定が、前記マークされた一つまたは複数の軸（ｆ）の、前記コイル平面（Ａ）に対する相対的位置を規定するようにデザインされている。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項６から８のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記センサー・ファイバー（３）は、前記取付けボディ（１１）のの長手方向の軸に沿って伸び、
前記取付けボディ（１１）の好ましい曲げ方向（Ｒ）が、前記長手方向の軸に対して直角に、予め定められる。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記取付けボディ（１１）が、好ましい曲げ方向（Ｒ）に曲げられたとき、前記センサー・ファイバー（３）は、前記取付けボディ（１１）のの中立面（１２）の中またはその近くに配置される。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項１から１０のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記角度βまたは前記角度β，β’は、
−  センサー・ファイバーの真性の副屈折、及び、接続での副屈折、
−  曲げにより誘導される副屈折、及び、
−  センサー・ファイバーの初期曲率から生じる副屈折、の関数として、
前記センサー・ヘッド（２）を有する電流または磁場センサーにより作り出されることが可能な測定信号に対する、
−  前記曲げにより誘導される副屈折の変化の影響、または、
−  前記角度βまたは前記角度β，β’の変化の影響が、
最小となるように選択される。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項１１に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記センサー・ファイバー（３）は、前記コイル平面（Ａ）の中に実質的に配置され、
−  前記偏光規定要素（５）は、偏光維持サプライ・ファイバー（５）であって、位相遅延要素（４）が、前記偏光維持サプライ・ファイバー（５）と前記センサー・ファイバー（３）の間に配置され、この位相遅延要素（４）は、理想的な位相遅延要素の前記位相遅延角度から、ゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、
前記角度βは、
β＝０°±ｎ＊９０°  または
β＝４５°±ｎ＊９０°  となるように選択され、ここで、ｎは正の整数またはゼロであり；または、
−  前記偏光規定要素（５）は、２本のサプライ・ファイバー（５）であって、位相遅延要素（４）が、前記サプライ・ファイバー（５）と前記センサー・ファイバー（３）の間に、それぞれ配置され、前記二つの位相遅延要素（４）の内の少なくとも一つは、理想的な位相遅延要素の位相遅延角度から、ゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、
前記角度β，β’は、
β＝β’＝０°±ｎ＊９０°  または
β＝β’＝４５°±ｎ＊９０°  となるように選択され、ここで、ｎは正の整数またはゼロである。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項１から１２のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
マーキング（９ａ、９ｂ）を有しており、これらのマーキング（９ａ、９ｂ）は、互いに対して適切なやり方でそれらが配置されたときに前記コイル（８）が整数の巻数を持つように、前記調整手段（１０）に取り付けられている。
【請求項１４】
下記特徴を有する電流または磁場センサー（１）：
前記センサー（１）は、請求項１から１３のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）を有している。
【請求項１５】
下記特徴を有する請求項１４に記載の電流または磁場センサー（１）：
前記センサー（１）は、
ａ）  一つの偏光規定要素（５）として偏光維持サプライ・ファイバー（５）を有する反射型コンフィギュレイションの干渉センサー（１）であって、一つのマークされた軸（ｆ）が、前記サプライ・ファイバー（５）の主軸（ｆ）の一つであり；または、
ｂ）  偏光規定要素（５）として二つの偏光維持サプライ・ファイバー（５）を有するサニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサーであって、二つのマークされた二つの軸（ｆ）が、それぞれ、前記２本のサプライ・ファイバー（５）の主軸（ｆ）の一つであり；または、
ｃ）  前記偏光規定要素として偏光子を有する、または、前記偏光規定要素として偏光維持サプライ・ファイバーを有する、反射型コンフィギュレイションの偏光センサーであって、一つのマークされた軸が、前記偏光子の伝播方向に沿って、または、前記変更維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、伸び；または、
ｄ）  偏光規定要素として二つの偏光子を有する、または偏光規定要素として二つの偏光維持サプライ・ファイバーを有する、サニヤック・コンフィギュレイションの偏光センサーであって、前記二つのマークされた二つの軸が、前記二つの偏光子の伝播方向に沿って、または、前記偏光維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、伸びている。
【請求項１６】
当該設備が、請求項１から１５のいずれか１項に記載の少なくとも一つのセンサー・ヘッド（２）を有していることを特徴とする高電圧設備。
【請求項１７】
光電流または磁場センサー（１）のためのセンサー・ヘッド（２）の製造方法であって、
少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）に光学的に接続された、磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバー（３）が、コイル（８）の形態で配置され、
センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーが、前記センサー・ファイバー（３）として使用され、
前記コイル（８）は、表面の法線（ＮＳ）を有するコイル平面（Ａ）を規定し、
前記偏光規定要素（４，５）は、マークされた軸（ｆ）を有し、
コイルの形態に配置された前記センサー・ファイバー（３）を備えた前記電流または磁場センサー（１）が、キャリブレイトされ、且つ、
前記センサー・ヘッド（２）には調整手段（１０）が設けられ、この調整手段により、前記センサー・ファイバー（３）が再びコイル（８）の形態に配置されたとき、マークされた軸（ｆ）と表面の法線（ＮＳ）の間の角度βが、キャリブレイション中と同じ大きさに調整されることが可能である、
製造方法において、
ファイバー・コーティングが前記センサー・ファイバー（３）から除去されていることを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー・センサー・システムの分野に係る。本発明は、独立特許クレイムのプリアンブル部分に記載されているセンサー・ヘッド、電流または磁場センサー、及び高電圧設備、並びにセンサー・ヘッドの製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
そのようなセンサー・ヘッドの一つが、例えばＥＰ０８５６７３７Ａ１に開示されている。この文献は、センサー・ヘッドを有する光ファイバー電流センサーを開示している。このセンサー・ヘッドは、センサー・ファイバーを有し、このセンサー・ファイバーは、毛細管の中に配置され、センサー・コイルを形成している。ファイバー・コーティングが、センサー・ファイバーから取り除かれ、次いで、機械的な応力を取り除くために、ファイバーに熱処理が施される。そのような応力は、意図されていない副屈折の結果として生ずる有害な影響をもたらす。
【０００３】
このような処理により、センサー測定の温度安定性が改善される。不活性ガスあるいはオイルが、毛細管の内側への湿分または化学的に攻撃的な蒸気の侵入を防止する目的で、毛細管の中に導入される。そのような蒸気は、ファイバー・コーティングが除去されたセンサー・ファイバーに、化学的なダメージを与えることがある。
【０００４】
このようなセンサー・ヘッドは、そのセンサー・ファイバーがフレキシブルでないと言う短所を有している。従って、センサー・コイルは、変形可能な形状を有さず、予め定められた固定された形状を有している。従って、そのようなセンサーは、電流導体をオープンにすることなく、電流導体の中を流れる電流の測定のために取り付けられることが可能でない。もし、コイルの直径が大きい場合には、固定されたコイル形状は、移送及び組み込みのためにも好ましくない。もし、このようなセンサーのコイルを、フレキシブルなものにデザインしようとすると、その正確さに好ましくない影響を与えるおそれがある。安定した測定感度が、確保できない可能性がある。
【０００５】
更に、ＪＰ２００１−０８３１８７及びＪＰ２００１−１２１６７５には、光ファイバー電流センサー及び対応するセンサー・ヘッドが開示されている。このセンサー・ヘッドは、電流導体を遮断する必要無く、電流導体の周りにセンサー・コイル・ループを配置することを可能にする。この目的のため、センサーのセンサー・ファイバーには、その両端にそれぞれ、リジットな半円形のフレーム・ピースが取り付けられ、これらの二つのフレーム・ピースは、ヒンジにより互いに接続され、閉じられた状態にあるときにリングを形成し、このリングの外面をセンサー・ファイバーが伸びることになる。
【０００６】
このようなセンサーを使用して、千分の１のレンジの正確さを有する測定は可能でなく、且つ、限られた空間的条件下でセンサー・ヘッドを移送し且つ組み込むことは、かなり困難である。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０８５６７３７Ａ１号明細書
【特許文献２】特願２００１−０８３１８７号公報
【特許文献３】特願２００１−１２１６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一つの目的は、以上の導入部に示されたタイプのセンサー・ヘッド及び電流または磁場センサーであって、上述の短所を有していないものを提供することにある。
【０００８】
一つの特別な狙いは、温度に大きく依存することが無く且つ正確な電流または磁場の測定を、容易に組み込みが可能なセンサー・ヘッドを使用して可能にすることである。この狙いは、例えば、大きな断面積を有する電流導体の中を流れる電流の測定のために必要になる大きな直径のセンサー・コイルを用いて測定を実施することを可能にすることにある。
【０００９】
特に、一つの狙いはまた、センサー・コイルの取り付け取り外しが繰り返し行われた場合であっても、高い正確さの測定を実現することにあり、且つ、センサーの新たなキャリブレイションを行う必要が無いようにすることである。この狙いは、（センサー・コイルまたはセンサーの）製造中にセンサーをキャリブレイトし、次いで、センサー・ファイバーを異なる形状に変え、次いで、使用されるロケイションにセンサー・ファイバーを組み込み、再びコイルを形成し、その後でセンサーを再度キャリブレイトする必要が無いこと、を可能にすることにある。
【００１０】
この狙いは、電流導体をオープンにする必要無く、センサー及びセンサー・コイルを電流導体の周りに取り付けること、を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの目的は、独立特許クレイムの特徴を有するセンサー・ヘッド及びセンサーにより実現される。
【００１２】
本発明に基づく、電流または磁場センサーのための光ファイバー・センサー・ヘッドは、光ファイバーを備え、この光ファイバーは、少なくとも一つの偏光規定要素に光学的に接続された磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバーを含んでいる。ここで、前記センサー・ファイバーは、測定されるべき電流が流れる導体の周り、または、測定されるべき磁場の中に、コイルの形態で配置されることが可能である。前記コイルは、表面の法線を有するコイル平面を規定し、前記少なくとも一つの偏光規定要素は、マークされたまたは好ましい軸を有している。
【００１３】
これに加えて、このセンサー・ヘッドは、センサー・ファイバーの領域内で曲げることが可能（フレキシブル）であり、調整手段が、前記マークされた軸と前記表面の法線の間の予め設定可能な角度βの調整のために、または、前記マークされた二つの軸と前記表面の法線の間の予め設定可能な角度β，β’の調整のために、設けられる。二つの偏光規定要素があるとき、一つの偏光規定要素のマークされた軸と前記表面の法線の間の角度は、βであり、他の偏光規定要素のマークされた軸と前記表面の法線の間の角度は、β’である。
【００１４】
前記センサー・ファイバーは、当該センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーである。このようにして、前記センサー・ファイバーは、特にフレキシブルな状態が維持され、かくして、大きな直径のコイルのためのセンサー・ヘッドを製造すること、及び、そのようなセンサー・ヘッドを組み込むことが、大幅に容易になる。
【００１５】
ファイバー・コーティングが、センサー・ファイバーから取り除かれる。センサー・ファイバーからそのファイバー・コーティングが除去されているので、このことにより、機械的な力の結果として好ましくない副屈折の誘導が回避される。ここで、一般的に、上記の機械的な力は、温度変化がある場合に生じ、そして、ファイバー・コーティングがファイバーに機械的な力を作用させる。その理由は、一般的に、ファイバー・コーティングとクラッディングの間で熱膨張率が異なるからである。そのような有害な副屈折は、典型的には、１％から２％の、またはそれ以上の不正確さを測定にもたらす。
【００１６】
このケースでは、コイルと言う用語は、コイルが１またはそれ以上の閉じられた巻き線を有していること、または、円形の巻き線若しくは螺旋形状に配置される巻き線を有していること、必ずしも必要としない。
【００１７】
これらの特徴は、電流センサーのケースにおいては、明らかに好ましい。しかしながら、磁場センサーのケースでは、コイルが閉じられていてはならない；事実、センサー・ファイバーは、好ましくは、磁場に沿って引き伸ばされた形態で伸びる。このような状況の場合にも、ここでは、“センサー・ファイバーがコイルを形成するように配置される”と表現している。
【００１８】
もし、例えば、ファイバーが円弧の形態で配置されたとき、コイル平面は、この円弧を含む平面として規定される。完全に直線状の形状（即ち、曲げられていない形状）に配置されたセンサー・ファイバーの場合には、それはコイルを形成せず、従って、コイル平面が規定されることもない。
【００１９】
本発明における考察結果によれば、コイル平面に対する偏光規定要素の方位角（azimuth）の方向を規定する角度βまたは角度β，β’は、キャリブレイションに対してに小さい影響を与えることができる。これは、典型的には、千分の１のオーダーの範囲であるが、百分の１のオーダーの範囲であることもある。従って、正確さの高い測定のために、角度βまたは角度β，β’を、それぞれ、考慮に入れなければならない。角度βまたは角度β，β’の関係の認識に到った本発明の考察結果については、更に以下において説明する。
【００２０】
一般的に、本発明に基づくセンサーは、測定変数に依存する位相シフトに対して比例する測定信号を作り出す。キャリブレイションとは、予め設定可能な電流（例えば１ｋＡ）または予め設定可能な磁場が所望の出力信号（例えば、１スケール区分または１Ｖ）を、作り出すように、一定のファクター（較正ファクター）が探し出されて設定されることを、実質的に意味している。もし、そのキャリブレイション・ファクターの変化が、センサー・ヘッドの固定または取り付けの前にまたはその間に生ずる場合には、それは、センサーの測定の正確さに悪い影響を与え、再キャリブレイションが指示されることになる。
【００２１】
本発明のセンサー・ヘッドは、一般的に、反射型コンフィギュレイション（reflection configuration）を使用するセンサー、及びサニヤック・コンフィギュレイション（Sagnac configuration）を使用するセンサーのいずれに対しても、設けられる。前者のケースでは、ミラーリング（mirroring）が、センサー・ファイバーの一つの端に設けられ、他方の端には、偏光子、または位相遅延要素、または偏光維持サプライ・ファイバーが設けられる。上記の偏光子、位相遅延要素、またはサプライ・ファイバーは、それぞれ、センサー・ファイバーに入る光の偏光状態を規定する。かくして、これらは、偏光規定要素として使用される。
【００２２】
コイル平面の表面の法線と、偏光規定要素のマークされた軸（偏光子の場合には、伝播方向に沿う軸；移送遅延要素または偏光維持サプライ・ファイバーの場合には、主軸の一つ、例えば遅い主軸）との間の角度は、βである。
【００２３】
偏光維持サプライ・ファイバーまたは光ファイバー偏光子のケースでは、位相遅延要素の直前またはセンサー・ファイバーの前の、軸方向または通過方向が決定ファクターとなる。その理由は、サプライ・ファイバーまたはファイバー偏光子は、軸方向がファイバーに沿って変化するように捩じられることが可能であるからである。
【００２４】
サニヤック・コンフィギュレイションでは、センサー・ファイバーの両端にそれぞれ、一つのそのような偏光規定要素が設けられ、それによって、これが、異なる大きさとなるように選択されることも可能な二つの角度β，β’に帰着することになる。サニヤック・コンフィギュレイションにおけるセンサーのケースで、もし、センサー・ヘッドが、導体をオープンにする必要が無く取り付けられるように意図されている場合には、接続（splicing）または差し込み（plugging-in）のプロセスは、組み込みの間に実施されなければならない。
【００２５】
好ましくは、角度βまたは二つの角度β，β’を固定するための機械的な装置が、調整手段として使用される。
【００２６】
センサー・ファイバーは、特に好ましくは、毛細管（capillary）の中に配置される。毛細管は、ファイバー（そのファイバーからファイバー・コーティングが既に除去されている）のための機械的な保護を提供し、外力がファイバーに作用することを防止する。
【００２７】
好ましくは、センサー・ファイバーが、電流または磁場センサーのキャリブレイションと、使用されるロケイションでのコイルの組み込みとの間で、異なる形状に変えられるときの、センサー・ファイバーの全体としての副屈折の再現性を実現するために、調整手段が設けられる。即ち、この調整手段は、角度βを再現性良く設定するため、または、角度β，βを再現性良く設定するために、使用されることが可能である。
【００２８】
実際には、この全体としての副屈折は、下記の寄与によって実質的に構成される：
−  曲げにより誘導される副屈折、
−  センサー・ファイバーの内部応力がもたらす、及び完全に回転対称の形状を有していないセンサー・ファイバーのファイバー・コアがもたらす真性の副屈折、
−  センサー・ヘッド内のファイバー接続での応力、
−  センサー・ファイバーが正確には直線では無く、応力が加えられていない状態で初期曲率を有していると言うことからもたらされる副屈折。
【００２９】
これらの副屈折寄与は、千分の１のオーダーまたは百分の１のオーダーの範囲の影響を測定信号に与えるが、それらの発生を避けることは、困難である。しかし、測定信号へのそれらの結合した影響が、既に挙げた優位性を備えた本発明に基づくセンサーのケースにおいては、再現されることが可能である。
【００３０】
一つの好ましい実施形態では、調整手段は取付けボディを含み、この取付けボディに少なくとも一つの偏光規定要素が固定される。
【００３１】
そのような取付けボディは、好ましくは、フレキシブルに変形可能な取付けボディである。このことは、その形状（従ってセンサー・ヘッドの形状）を、外部条件（利用可能なスペース、使用されるロケイションでの予め定められた形状）に適合させることが可能であると言う優位性を有し、組み込みを容易にし、位相を容易にし、且つスペースを節約することを可能にする。
【００３２】
取付けボディは、好ましくは、その取付けボディにより及び偏光規定要素の固定により、少なくとも一つの角度βが規定されるようにデザインされる。
【００３３】
取付けボディは、特に好ましくは、その取付けボディにより及びそれへの偏光規定要素の固定により、コイル平面に対するマークされた軸または軸の相対的位置が規定されるように、デザインされる。取付けボディは、好ましくは、コイルの形状を予め決定することが可能である。
【００３４】
特に好ましい一つの実施形態において、センサー・ファイバーは、取付けボディの長手方向の軸に沿って伸びる。結果として、コイルの形状は、取付けボディの形状により予め定められる。取付けボディの好ましい曲げ方向は、好ましくは、長手方向の軸に対して直角に、予め定められる。
【００３５】
もし、取付けボディがフレキシブルな場合には、このことは、取付けボディにコイルの形態を与えることが可能なやり方を、予め決定することを可能にする。取付けボディは、従って、好ましくは、フレキシブル（少なくとも一つのマークされたまたは好ましい曲げ方向に対して）である。コイルの形状はまた、ハウジングの形状に適合されることも可能である。
【００３６】
一つの好ましい実施形態において、取付けボディが好ましい曲げ方向に曲げられたとき、センサー・ファイバーは、取付けボディの中立面にまたはその近くに配置される。このことは、機械的な応力を最小にする。そのような応力は、取付けボディの曲げによってコイルの形が与えられる間に、センサー・ファイバーに作用する。このことは、測定のためにセンサー・ヘッドを使用するセンサーの、測定の正確さ及びキャリブレイションの安定性の大幅な向上をもたらす。
【００３７】
特に好ましくは、角度βまたは角度β，β’は、
−  センサー・ファイバーの真性の副屈折及び接続での副屈折、
−  曲げにより誘導される副屈折、及び、
−  センサー・ファイバーの初期曲率によりもたらされる副屈折、
の関数として選択され、且つ、
センサー・ヘッドを備えた電流または磁場センサーにより作り出されることが可能な測定信号への、
−  曲げにより誘導される副屈折の変化の影響、または、
−  角度βまたは角度β，β’の変化の影響、
が最小であるように選択される。
【００３８】
適切な特定の角度βのそのような選択が可能であることが見出された。上述の副屈折は、決定されることが可能であり；これに加えて、例えば対応する測定信号、例えば正規化された信号、が角度βの関数として、ジョーンズ・マトリックス（Jones matrixes）により計算されることが可能である。このことは、捜し求められた角度βに帰着する。測定信号は、測定の間にセンサー・ヘッドの中を光が伝播する際に、光に生ずる位相シフトから得られ、電流または測定されるべき磁場に対して実質的に比例する。
【００３９】
一つの好ましい実施形態において、センサー・ファイバーは、実質的にコイル平面上に配置される。このケースでは（反射型の干渉センサー（reflective interferometric sensor）のケースでは）、偏光規定要素は、偏光維持サプライ・ファイバーであり、位相遅延要素が偏光維持サプライ・ファイバーとセンサー・ファイバーの間に配置され、且つ、理想的な位相遅延要素の位相遅延角度に対してゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、且つ、角度βは、β＝０°±ｎ＊０°  または  β＝４５°±ｎ＊９０°  となるように選択される。ここで、ｎは正の整数またはゼロである。
【００４０】
またはサニヤック・コンフィギュレイションを使用する干渉センサー（interferometric sensor）のケースでは）、偏光規定要素は、２本のサプライ・ファイバーであり、位相遅延要素が、サプライ・ファイバーとセンサー・ファイバーの間に、それぞれ配置され、且つ、二つの位相遅延要素の内の少なくとも一つは、理想的な位相遅延要素の位相遅延角度に対してゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、且つ、角度β，β’は、β＝β’＝０°±ｎ＊９０°  または  β＝β’＝４５°±ｎ＊９０°  となるように選択される。ここで、ｎは正の整数またはゼロである。
【００４１】
ゼロとは異なる角度εは、典型的には、センサーのための真性の温度補償を実現するために選択される。サニヤック・コンフィギュレイションのケースでは、サプライ・ファイバーは、好ましくは、偏光維持ファイバーである；しかしながら、サプライ・ファイバーは、異なるファイバー・タイプ、例えばシングル・モードであっても良く、更に、それぞれ偏光子を有していても良い。この偏光子により、偏光規定要素のマークされた方向が規定されることになる。
【００４２】
角度βまたは角度β，β’を、０°±ｎ＊９０°  と選択することより、コイル形状の変化がセンサーの正確さ及びキャリブレイションに及ぼす影響を最小にすることができる。その理由は、曲げにより誘導される副屈折の変化の影響が、測定信号に最小の影響を与えるからである。
【００４３】
角度βまたは角度β，β’を、４５°±ｎ＊９０°  と選択することより、角度β，β’の変化の測定信号への影響を最小にすることができきる。この最小値は、角度βとβ’の異なる組み合わせ（即ち、βとβ’が互いに異なる）により、実現されることが可能である。
【００４４】
角度βまたは角度β，β’を、０°±ｎ＊９０°  または  ４５°±ｎ＊９０°  と選択することによる優位性は、真性の副屈折が曲げにより誘導される副屈折より大きくないと仮定すれば、実現されることが可能である。
【００４５】
特に好ましい一つの実施形態は、マーキングが設けられること、且つ、それらのマーキングが、互いに対して適切なやり方で配置されたときにコイルが整数の巻数を持つように、調整手段に取り付けられることにより特徴付けられる。このことは、シンプルなやり方で正確な電流測定を可能にし、その電流測定は、外乱に対する感受性が極めて低い。
【００４６】
センサー・ファイバーの二つの端が、互いに非常に近くに配置されることが可能である。一方では、整数のコイル・巻き数を使用する電流測定は、コイルの内側での電流導体の位置に対しての感受性が極めて低く、且つもう一方では、コイルを通過しない導体の中を流れる電流の影響、及び他の外乱場の影響は、無視し得る程に小さい。このことは、例えば、狙いが、複数の隣接する電流導体の１またはそれ以上の中を流れる電流を測定することにあるときに、特に重要である。
【００４７】
これらのようなマーキングは、好ましくは、センサー・ファイバーの二つの端の直ぐ近傍に、またはセンサー・ファイバーの二つの端の近くに、または、センサー・ファイバーの長さだけ少なくとも離れて、取り付けられる。例として、これらのようなマーキングとして、穴を使用することができる。
【００４８】
そのようなマーキングはまた、調整手段の上に設けられることも可能である。そのような調整手段は、マークされた軸と表面の法線の間の予め設定可能な角度βの調整のための調整手段、または、マークされた二つの軸と表面の法線の間の予め設定可能な角度β，β’の調整のための調整手段ではない。このとき、そのような調整手段は、整数の巻数の調整のための調整手段である。
【００４９】
毛細管および／またはセンサー・ファイバーは、好ましくは、クォーツ・ガラスで実質的に構成される。
【００５０】
本発明に基づく電流または磁場センサーは、本発明に基づくセンサー・ヘッドを有しており、それに対応する対応する優位性を備えている。そのようなセンサーは、好ましくは、以下のようなものであり得る：
ａ）  反射型コンフィギュレイションの干渉センサーであって、一つの偏光規定要素として偏光維持サプライ・ファイバーを有し、且つ、一つのマークされた軸がサプライ・ファイバーの速い主軸または遅い主軸であるセンサー；または、
ｂ）  サニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサーであって、偏光規定要素として２本の偏光維持サプライ・ファイバーを備え、且つ、二つのマークされた軸が、２本のサプライ・ファイバーの速い主軸または遅い主軸（または、それぞれが速い主軸及び遅い主軸）であるセンサー；または、
ｃ）  反射型コンフィギュレイションの偏光センサーであって、偏光規定要素として偏光子を備え、または、偏光規定要素として偏光維持サプライ・ファイバーを備え、一つのマークされた軸が偏光子の伝播方向に沿って、または、偏光維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、それぞれ伸びるセンサー；または、
ｄ）  サニヤック・コンフィギュレイションの偏光センサーであって、偏光規定要素として二つの偏光子を備え、または、偏光規定要素として２本の偏光維持サプライ・ファイバーを備え、且つ、二つのマークされた二つの軸が二つの偏光子の伝播方向に沿って、または、偏光維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、それぞれ伸びるセンサー。
【００５１】
ａ）及びｂ）のケースにおいて、センサー・ファイバーに光学的に接続された位相遅延要素、あるいはセンサー・ファイバーの一つの端にそれぞれ光学的に接続された二つの位相遅延要素は、偏光規定要素として使用されることも可能である。
【００５２】
ケースｂ）において、２本の偏光維持サプライ・ファイバーの少なくとも一つのは、異なるタイプのファイバー、例えばシングル・モードのファイバー、及び偏光子で置き換えられることが可能である。偏光子の通過方向は、そのとき、マークされた方向を指す。
【００５３】
本発明に基づく高電圧設備は、本発明に基づく少なくとも一つのセンサー・ヘッドまたは本発明に基づく電流センサーを有している。例えば、高電圧設備は、好ましくは３極高電圧スイッチギア装置であっても良く、例えば、ガス絶縁型または空気絶縁型タイプであっても良い。
【００５４】
光電流または磁場センサーのためのセンサー・ヘッドの製造のための本発明に基づく方法では、少なくとも一つの偏光規定要素に光学的に接続された磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバーが、コイルの形態で配置される。センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーが、センサー・ファイバーとして使用される。前記コイルは、表面の法線を有するコイル平面を規定する。前記偏光規定要素は、マークされた軸を有している。前記コイル状のセンサー・ファイバーが設けられた電流または磁場センサーは、キャリブレイトされる。そして、センサー・ヘッドには、調整手段が設けられ、センサー・ファイバーがコイルの形態で再び配置されたとき、この調整手段によって、前記偏光規定要素のマークされた軸と前記表面の法線の間の角度βが、キャリブレイションの間と同じ大きさになるように調整されることが可能である。
【００５５】
上記の方法の特徴は、ファイバー・コーティングが除去されたセンサー・ファイバーが使用されるところにある。
【発明の効果】
【００５６】
このように作られたセンサー・ヘッドの優位性は、このセンサー・ヘッドが、センサー・コイルの変形の後に再キャリブレイションを行う必要無しで、非常に正確な測定が実施されることを可能にすることにある。このようなセンサー・ヘッドは、前もってキャリブレイトされ、使用されるロケイションに容易に組み込まれることが可能である。
【００５７】
更なる好ましい実施形態及び優位性は、従属特許クレイム及び図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
本発明の主題が、以下のテクストにおいて、好ましい実施形態の例がより詳細に説明される。これらの実施形態は、添付図面の中に例示されている。
【００５９】
これらの図面の中で使用されている参照符号及びそれらの意味は、参照符号のリストの中に、まとめの形で挙げられている。これらの図面の中で、原則として、同一の機能を有する同一の部分には、同一の参照符号が付されている。ここに記載された実施形態の例は、本発明の主題の例を表わしていて、限定する効果を有していない。
【００６０】
図１に、反射型コンフィギュレイションによる、本発明に基づくセンサー・ヘッド２を概略的に示す。偏光維持サプライ・ファイバー５が、センサー・ヘッド２を光磁気モジュール（図示せず）に接続するために使用されている。サプライ・ファイバー５から発射された光は、先ず第一に、光ファイバー位相遅延要素４の中に入る。この要素は、拡大された形態で示されており、円形のまたは楕円形の偏光を作り出すために使用される。位相遅延要素４は、センサー・ファイバー３の一つの端に設けられる。このセンサー・ファイバー３は、導体Ｌの周りの一回巻きのコイル８の形態で配置される。センサー・ファイバー３の他の端には、鏡面が形成され、またはミラー２４が設けられる。
【００６１】
センサー・ファイバー３は、好ましくは、名目的に非常に低い副屈折を有する。それは、ファラデイ（Faraday）効果が、センサー・ファイバー３の中を伝播する光波の非相補的位相シフトを実現することを可能にするようなヴェルデ定数（Verdet constant）を有している。
【００６２】
光ファイバー３，４，５は、調整手段１０として用いられる取付けボディ１１に固定されている。グラス・ファイバー強化プラスチック製のストリップが、取付けボディ１１として用いられる。
【００６３】
コイル８は、好ましくは整数の巻数を有しており、表面の法線ＮＳを有するコイル平面Ａを規定する。コイル８はまた、複数の巻き数を有していても良く、特に、螺旋状またはヘリカル状のような巻き方の形状の複数のターン（非整数の巻数を含む）を有していても良い。コイル平面Ａは、常に規定されることが可能である。
【００６４】
位相遅延要素４は、このケースでは偏光規定要素４として機能するものであり、速い主軸ｆ及び遅い主軸ｓを、二つのマークされた二つの軸として有している。表面の法線ＮＳと速い主軸ｆにより作られる角度は、このケースでは、角度βと呼ばれる。
【００６５】
位相遅延要素４は、プラスチック・ストリップ１１に取り付けられ、それによって、プラスチック・ストリップ１１の対応する領域に対する位置及び回転角方向が固定される。
【００６６】
取付けボディ１１の断面の形状は、好ましくはプラスチック・ストリップ１１が曲げられることが可能な（好ましくは、これが比較的僅かな力で足りるために）半径方向を予め規定する。その結果、速い主軸ｆに対するコイル平面Ａの相対的位置が、予め規定されることになる。その結果として、角度βが予め規定される。取付けボディが非等方性材料または材料の組み合わせから製造されることも可能であり、それによって、好ましい曲げ方向が、断面形状よりはむしろ材料により、作り出されることになる。
【００６７】
これに加えて、二つのマーキング９ａ、９ｂ（それぞれ、二つの穴の形態である）もまた、取付けボディに設けられる。センサー・ファイバーの二つの端は、これらの穴９ａ，９ｂにより規定されるやり方で、互いの直ぐ近傍に配置されることが可能である。かくして、整数の巻数を有する事実上完全に閉じられたコイル８が得られる。これをより明確に示すために、図１は、若干の距離を開けて互いに離れた二つのセンサー・ファイバーの端を示している。
【００６８】
センサー・ヘッド２の製造の間に、センサー・ヘッド２及び光磁気モジュールから構成されるセンサーは、キャリブレイトされることが可能であり、このプロセスの間に、角度βが予め決定されることが可能である。センサー・ヘッド２は、その後、異なるやり方で配置されることが可能である。例えば、移送のために、もっとタイトに巻かれることが可能である。その後、センサーの使用されるロケイションで、キャリブレイションの間と同じやり方または異なるやり方で、配置されることが可能である。しかしながら、角度βは、調整手段１０により、キャリブレイションの間と正確に同じ大きさに再び選択されることが可能である。それによって、測定の高い正確さを実現するために、使用されるロケイションでのセンサーの再キャリブレイションの必要がなくなることになる。この程度まで、調整手段１０は、角度βが再現性良くセットされることを可能にする。
【００６９】
図２は、楕円形のコア断面を有するファイバーのための角度βの定義を概略的に示している。このファイバーは、サプライ・ファイバー５または光ファイバー位相遅延要素４であって良い。ファイバー・クラッディング２７は、ファイバー・コア２８の周りに配置され、このファイバー・コア２８は、主軸ｓ，ｆの位置を規定する。ファイバーはまた、ファイバー・コーティング２９を有し、このファイバー・コーティング２９は、ファイバー・クラッディング２７の周りを取り囲んでいる。
【００７０】
センサー・ファイバー３は、好ましくは、そのようなファイバー・コーティング２９を有していない。
【００７１】
コイル平面Ａに対する偏光規定要素４の方位角（azimuth）の方向の固定は、以下の理由で好ましい。
【００７２】
反射型干渉センサーのケースでは、センサー・ファイバー３の中で測定されるべき電流Ｉにより誘導される、センサー・ファイバー３内を伝播する右手と左手の円形に偏光した光波の間の位相シフトΔφＲは：
ΔφＲ＝４φＦ＝４Ｖ・Ｎ・Ｉ  
ここで、
φＦは、ファラデイ位相シフト
Ｖは、センサー・ファイバーのヴェルデ定数
Ｎは、コイルの巻き数
Ｉは、電流である。
【００７３】
このケースでは、位相遅延要素４はλ／４要素であると仮定される。即ち、位相遅延要素４の副屈折の主軸がサプライ・ファイバー５の副屈折の主軸に対して４５°の角度を成している。上記の式は、センサー・ファイバー３が副屈折を全く有していないときにのみ、高い精度で正しい。
【００７４】
しかしながら、名目的に、非常に小さい副屈折を有するファイバー３のケースでは、僅かな副屈折が発生する。
【００７５】
実際には、無視し得ない副屈折への寄与は、以下の通りである：
（１）  曲げにより誘導される副屈折；
（２）  ファイバーの内部応力の結果としての、及び完全に回転対称の形状を有していないセンサー・ファイバー３のファイバー・コアの結果としての真性の副屈折；
（３）  例えば、λ／４要素４とセンサー・ファイバー３の間のファイバー接続での応力；
（４）  センサー・ファイバー３が正確に直線ではなく、応力が加えられていない状態で初期曲率を有していると言う事実からもたらされる副屈折、その結果として、それ自身の軸の周りでのファイバー３の回転（コイルの形態で配置されている）が、副屈折の変化をもたらすことになる。
【００７６】
角度β変化の場合に、寄与（２）及び（３）のための軸は、同じ角度だけ変化する。しかしながら、寄与（１）のための副屈折の主軸は、曲げ方向に対して、それぞれ、常に平行または直角のままで残る。全体としての副屈折は、かくして、角度β、即ちファイバー３ａの方位角の方向が変化したとき、変化する。
【００７７】
寄与（４）は、一般的に、他の寄与と比べて小さく、あるいはゼロである。この寄与（４）が同様に角度βに依存すると言う事実は、その性質からもたらされる。
【００７８】
副屈折の存在を考慮すると、ジョーンズ・マトリックス（Jones matrixes）の助けによる光の伝播の記述は、位相シフトΔφＲのより正確な値をもたらす。その位相シフトは、センサー・ファイバー３内の測定されるべき電流Ｉにより誘導され、センサー・ファイバー３（反射型干渉センサー）の中を伝播する右手と左手の円形に偏光した光波の間に生ずる：
ΔφＲ＝４φＦ・（１＋（１／３）・δ２）
ここで、δは、センサー・ファイバー３内での  合計の副屈折の位相シフトである。
【００７９】
それぞれの項、及び（１）から（４）までの寄与のβ依存性を考慮すると、これは、次の式に帰着する：
【数１】
2007537424.tif 000003
【００８０】
ここで、各略号の意味は以下の通りである：
δｂ：寄与（１）からもたらされる、即ち、曲げにより誘導される副屈折の位相シフト；
δ０：寄与（２）及び（３）からもたらされる、即ち、真性の副屈折及び接続での副屈折によりもたらされる、副屈折位相シフト；
δ１：寄与（４）によりもたらされる副屈折位相シフト。
【００８１】
同様な考察が、サニヤック・コンフィギュレイションのケース、及び偏光センサーのケースにも適用される。
【００８２】
図３は、正規化された信号ＳＮと角度βの間の計算により求められた関係を、再び反射型干渉センサーについて示している。偏光維持サプライ・ファイバー５は、このケースでは偏光規定要素５であると想定され、このサプライ・ファイバーは、二つのマークされた軸として、速い及び遅い主軸を有している。表面の法線ＮＳと速い軸によって構成される角度は、このケースでは、図３及び４における計算のために、角度βと呼ばれる。これらの計算はまた、センサー・ファイバーが実質的にコイル平面の中に配置されると言う仮定に基づいている。
【００８３】
正規化された信号は、以下のように規定される：
ＳＮ  ＝  ΔφＲ／４φＦ
【００８４】
図３の中には、ＳＮが、δ０＝２．２°  及び  δ１＝０°  の場合について、且つ、δｂが０°、１．１°及び２．２°の値である場合について描かれている。ＳＮは、千分の±１または±２までの範囲内で変化する。δｂ＝１．１°  の値は、当初、直線状に伸びているクォーツ・ファイバーが、コイルの直径が１ｍ、ファイバーの直径が８０μｍの、巻数１回のコイルの形態に巻かれたケースでの、曲げにより誘導される副屈折に対応している。図３における計算は、位相遅延要素４が完全なλ／４要素である、即ち、正確に９０°の位相遅延を作り出すと言う仮定に基づいている。
【００８５】
真性の温度補償を実現するために、位相遅延要素４を使用することも可能であり、この位相遅延要素は、９０°＋ε  の異なる位相遅延角度を作り出す。温度補償に関係する更なる詳細は、欧州特許出願 EP 1 115 000 号、または、国際公開公報 WO 03/071290 A1 号明細書の中に見出すことができる。これら両者の文献の全開示内容は、ここにおいて、この明細書の中に組み込まれる。そのような温度補償のケースでは、サプライ・ファイバーの主軸と位相遅延要素の間の角度は、好ましくは、４５°以外の角度に選択されても良い。
【００８６】
無視し得ない角度εを考慮すると、これは、図４に示されているような、角度βの関数としての、正規化された信号ＳＮの値をもたらす。この値は、δ０＝０°  及び  δ１＝０°、且つ、δｂの値が０°，０．６６６°及び１．３３２°のケースに対するものであり、即ち、副屈折の全てが曲げにより誘導された状況に対するものである。実線は、計算値であり、円及び四角形は、実験により決定された値である。
【００８７】
ε＝１３°  のケースが考察された。直径が８０μｍ及びコイル半径が０．８２１ｍのファイバーが、δｂ＝０．６６６°  である状況について、調べられた。図４から分かるように、もし角度βが無視された場合には、数パーセントの変動が発生し得る。
【００８８】
以下の式は、ジョーンズの形式（Jones formalism）を使用して同様に導き出されるが、これらの式は、図４に示された計算された曲線のための基礎として使用される：
【数２】
2007537424.tif 000004
【００８９】
ここで、
【数３】
2007537424.tif 000005
【００９０】
且つ、
【数４】
2007537424.tif 000006
【００９１】
図５は、本発明に基づくセンサー・ヘッドの断面を、センサー・ファイバー３の領域内で、概略的に示している。そのファイバー・コーティングが取り除かれた状態で、センサー・ファイバー３が、毛細管の中に取り付けられる。この毛細管はまた、摩擦減少手段７（例えばシリコーン・オイル）を含んでいる。この摩擦減少手段７は、センサー・ファイバー３と毛細管６の間の摩擦力を最小にする。
【００９２】
毛細管６が、プラスチック・ストリップ１１の長手方向の軸に沿って伸びる溝の中に配置される。このプラスチック・ストリップは、取付けボディ１１として機能する。この毛細管６は、シリコーン２６により、溝の中に取り付けられる。それは、全センサー・ファイバー３に沿って、または不連続ポイントで、取り付けられることが可能である。この取り付け部（attachment）は、毛細管６が溝の中で捩じられることを防止する。
【００９３】
毛細管６は、取付けボディ１１の曲げの間の、毛細管６及びセンサー・ファイバー３の機械的な応力を最小にするために、取付けボディ１１の中立面１２の中に配置される。このことは、センサー・ファイバー３が取付けボディ１１の中立面１２の近くに配置されることを確実にする。毛細管６はまた、好ましくは、毛細管コーティングを有していても良い。このことは、もしセンサー・ヘッドが度々曲げられた場合に、毛細管の表面に発生するマイクロ・クラックを防止する。そのようなマイクロ・クラックは、毛細管の破壊をもたらすことがありうる。
【００９４】
もし、センサー・ファイバー３が、グラス・ファイバー強化プラスチック製のストリップ１１上に、毛細管無しで配置された場合には、センサー・ファイバー自体は、好ましくは、取付けボディ１１の中立面１２の中に配置される。
【００９５】
センサー・ファイバー３が、調整手段１０に沿って伸びているので、コイルの形状は、調整手段１０により予め定められることが可能である。
【００９６】
このことは、コイルが開かれ、再び閉じられたときに、曲げにより誘導される副屈折の変化を最小にすることを、再び可能にする。上記の寄与（１）も参照方。
【００９７】
例えば、センサー・ファイバー３端の近くに配置され、互いに対して方向付けられることが可能な二つの部材を有する調整手段１０を準備することもまた、可能である。そのような方向付けは、例えば、プラグインまたはクランピング装置により行われ、そのときセンサー・ファイバー３の中央部分の形状は、調整手段１０により支配されない状態にある。調整手段の第三の部材が、このケースでは、コイル平面を二つの他の部材に対して予め規定するために使用される。例として、この第三の部材は、コイル平面を予め規定するが、ターンの形状をコイル平面の中に著しくは拘束しないハウジングであっても良い。
【００９８】
このような第三の部材は、固定要素としてのプラスチック・ストリップ１１により予め設定されるコイル平面内で、コイルの形状を予め規定するハウジングであることも可能である。
【００９９】
そのようなケースにおいて、即ち、異なるコイル形状が設けられなければならないとき、曲げにより誘導される副屈折の寄与（４）は、キャリブレイションと使用されるロケイションでのセンサー・ヘッドの組み込みとの間で、かなり変化することもありうる。即ち、もし、変化するコイル形状が設けられなければならない場合、図４との関係で説明した構成に対して、次のように角度βを選択することが特に好ましい：
β＝０°±ｎ＊９０°  
ここで、ｎは正の整数またはゼロである。
【０１００】
図４から分かるように、測定信号に対する及びキャリブレイションに対する、曲げにより誘導される副屈折の影響は、そのときに最小になる。
【０１０１】
しかしながら、もし、コイルの形状が知られており、例えば、毛細管６またはセンサー・ファイバー３が完全に固定される取付けボディが使用されることにより、キャリブレイションと使用されるロケイションでの間で同一である場合、図４との関係で説明した構成に対して、次のように角度βを選択することが特に好ましい：
β＝４５°±ｎ＊９０°  
これは、角度βの完全ではない固定の影響を最小にするためである。
【０１０２】
図４から分かるように、βが
β＝４５°±ｎ＊９０°  
であるように選択されたとき、正規化された信号ＳＮに対するβの影響が、最小になる。
【０１０３】
図３から分かるように、位相遅延要素が、理想的な位相遅延要素とは異なる位相遅延角度（即ち、ε＝０°）を有していない状況に対して、意図された適用のための最適の角度β（またはβ及びβ’）が、計算されなければならない。
【０１０４】
角度βを固定するために、位相遅延要素および／またはサプライ・ファイバーを取付けボディ１１に直接取り付けることも可能であり、また、位相遅延要素および／またはサプライ・ファイバーを毛細管６に取り付けることも可能である。この毛細管は、次いで、取付けボディ１１に取り付けられる（例えば、シリコーン２６により）。少なくとも一つのサプライ・ファイバーの一部はまた、好ましくは、毛細管６の中に配置されることが可能である。
【０１０５】
取付けボディ１１の断面の形状は、取付けボディ１１の好ましい曲げ方向Ｒ（半径方向）を予め規定する。この方向Ｒに対する反対の方向も、同様に、取付けボディ１１の好ましい曲げ方向である。他の方向は、このような方向に沿って（同じ半径で）、取付けボディを曲げるために、かなり大きい力が必要になることによって、特徴付けられる。
【０１０６】
取付けボディ１１の断面は、例えば、１０ｍｍｘ２．５ｍｍとすることができる。更に、好ましくは、非回転対称な断面、例えば楕円形の断面も実施可能である。
【０１０７】
取付けボディのためのエポキシ材料の代わりに、多くの他の材料を使用することが可能であり、それの中には非強磁性金属さえも含まれる。金属のケースでは、金属により、センサー・ファイバーが、半径方向に完全に周囲を取り囲まれることがないように、注意が払われなければならない。その理由は、そうでないと、渦電流が測定されるべき磁場を遮蔽してしまうであろうからである。このことは、狙いが、交流電流、または交流成分を有する電流、または交番磁場を測定することにあるときには、特に重要である。
【０１０８】
二つの穴９ａが、取付けボディ１１上に設けられ、センサー・ファイバー３の一つの端の近くに配置される。そのとき、少なくとも一つの更なるマーキング（例えば、同様な穴またはマッチング・ピン）が、センサー・ファイバー３（図に示されていない）のその端に設けられなければならない。このマーキングは、センサー・ファイバーの端を互いに近くに配置することによって、センサー・ファイバー３を整数の巻数に配置する作業を容易にする。
【０１０９】
他のマーキング、好ましくは工学的または機械的なマーキングが、マーキングとして使用されることも可能である。そのとき、取付けボディ１１の対応する断面が、互いに重なり合ってまたは互いに隣り合って配置されることが可能であり、ネジ結合によりまたはブラケットまたは同様な保持装置により、ともに保持される（互いに固定される）ことが可能である。穴９ａはまた、取付けボディ１１をハウジングに固定するために使用されることも可能である。
【０１１０】
コイルの形状はまた、調整手段によってではなく、外側のハウジングにより、予め定められることも可能である。この調整手段は、回転角方向を規定するが、コイルの形状まで規定する必要は必ずしもない。もし、コイルの巻き数が円形となるように選択された場合には、曲げにより誘導される副屈折の影響は最小になる。
【０１１１】
図６は、サニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサー１の一つの可能な形態を概略的に示す。２本のサプライ・ファイバー５は、センサー・ヘッド２を光磁気モジュール１３に接続する、この光磁気モジュールは、光の発生及び検出のため及び評価のために使用される。これらの参照符号の意味は、参照符号のリストの中に見つけ出すことができる。
【０１１２】
図６を説明するために、欧州特許庁に２００３年９月３日に、出願番号ＥＰ０３４０５６４１．６で、本願と同じ出願人により出願された特許出願が参照される。調整手段１０を除いては、その図１は、本願における図６に実質的に対応している。関係する図の説明（上記の特許出願、出願番号ＥＰ０３４０５６４１．６の出願時のバージョンの第１０ページ最終パラグラフから第１４ページ第一パラグラフまで）が、センサーのデザイン及びその動作の説明のために参照される。そして、この参照文献は、ここにおいて、その開示内容に明白に組み込まれる。
【０１１３】
図７は、反射型干渉センサー１の一つの可能な形態を概略的に示している。サプライ・ファイバー５は、センサー・ヘッド２を光磁気モジュール１３に接続する。この光磁気モジュールは、光の発生及び検出のため及び評価のために使用される。これらの参照符号の意味は、参照符号のリストの中に見つけ出すことができる。
【０１１４】
図７を説明するために、欧州特許庁に２００３年９月３日に、出願番号ＥＰ０３４０５６４１．６で、本願と同じ出願人により出願された特許出願が参照される。調整手段１０を除いては、その図２は、本願における図７に実質的に対応している。関係する図の説明（上記の特許出願、出願番号ＥＰ０３４０５６４１．６の出願時のバージョンの、第１４ページ最終パラグラフから第１５ページ第一パラグラフまで）が、センサーのデザイン及びその動作の説明のために参照される。そして、この参照文献は、ここにおいて、その開示内容に明白に組み込まれる。
【０１１５】
本発明に基づくセンサー・ヘッド及びセンサーは、電気化学産業または電気溶解炉などにおいて発生するような、大きな直流電流を測定するために使用されることが可能である。そこでは、大きな導体断面積のために、大きなコイル直径が要求される。
【０１１６】
本発明に基づく電流センサーを有する高電圧設備の更なる例は、高電圧スイッチギア装置、例えばガス絶縁型スイッチギア装置である。このような高電圧設備は、好ましくは、位相毎にまたは高電圧導体毎にそれぞれ、一つまたは二つのセンサーまたはセンサー・ヘッドを有することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】図１は、本発明に基づくセンサー・ヘッド概略的に示している。
【図２】図２は、楕円形のコア断面を有するファイバーのための角度βの定義を示している。
【図３】図３は、正規化された信号と角度βの間の、計算により求められた関係を示している。
【図４】図４は、正規化された信号と角度βの間の、計算により求められた関係、及びそれに対応する実験により決定された値を示している。
【図５】図５は、本発明に基づくセンサー・ヘッドのセンサー・ファイバーの領域内での断面を概略的に示している。
【図６】図６は、サニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサーの形状を概略的に示している。
【図７】図７は、反射型の干渉センサーの形状を概略的に示している。
【符号の説明】
【０１１８】
１・・・電流センサー、２・・・センサー・ヘッド、３・・・センサー・ファイバー、４・・・位相遅延要素、偏光規定要素、５・・・サプライ・ファイバー、偏光規定要素、６・・・毛細管、７・・・摩擦減少手段、オイル、８・・・コイル、９ａ，９ｂ・・・マーキング、１０・・・調整手段、１１・・・取付けボディ、１２・・・取付けボディの中立面、１３・・・光磁気モジュール、１４・・・光源、レーザ、ＬＥＤ、スーパー・ルミネセンス・ダイオード、１５・・・デポラライザー、１６・・・ファイバー・カプラー、１７・・・位相変調器、１８・・・検出器、光ダイオード、１９・・・信号線、２０・・・信号プロセッサ、２１・・・コントロール・ライン、２２・・・０°ファイバー接続またはプラグ・コネクター、２３・・・９０°接続、２４・・・ミラー、鏡面仕上げされた端面、２５・・・偏光維持ファイバー・カプラー、２６・・・シリコーン、２７・・・ファイバー・クラッディング、２８・・・ファイバー・コア、２９・・・ファイバー・コーティング、Ａ・・・コイル平面、ｆ・・・速い軸、ｌ・・・電流、Ｌ・・・電流導体、バスバー、ＮＳ・・・表面の法線、Ｎ・・・センサー・コイルの巻き数、Ｒ・・・好ましい曲げ方向、ＳＮ・・・正規化された信号、Ｔ・・・温度、Ｖ・・・センサー・ファイバーの材料のヴェルデ定数、β，β’・・・角度、δ・・・位相シフト、δｂ，δ０，δ１・・・位相シフト、ΔφＲ・・・磁場により誘導される位相シフト、ε・・・角度、φＦ・・・ファラデイ位相シフト（Ｖ・Ｎ・Ｉ）。
【図１】
2007537424.tif 000007
【図２】
2007537424.tif 000008
【図３】
2007537424.tif 000009
【図４】
2007537424.tif 000010
【図５】
2007537424.tif 000011
【図６】
2007537424.tif 000012
【図７】
2007537424.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月13日(2006.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電流または磁場センサー（１）のための光ファイバー・センサー・ヘッド（２）であって、
少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）に光学的に接続された磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバー（３）を有する光ファイバーを有しており、
前記センサー・ヘッド（２）は、前記センサー・ファイバー（３）の領域内でフレキシブルであり、
前記センサー・ファイバー（３）は、測定されるべき電流が流れる導体（Ｌ）の周りにまたは測定されるべき磁場の中に、コイル（８）の形態で配置されることが可能であり、
前記コイル（８）は、表面の法線（ＮＳ）を有するコイル平面（Ａ）を規定し、
前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）は、マークされた軸（ｆ）を有し、且つ、
調整手段（１０）が、前記マークされた軸（ｆ）と前記表面の法線（ＮＳ）の間の予め設定可能な角度βの調整のために、または、前記マークされた二つの軸（ｆ）と前記表面の法線（ＮＳ）の間の予め設定可能な角度β，β’の調整のために、設けられており、
更に、前記調整手段（１０）は、取付けボディ（１１）を有し、この取付けボディに前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）が固定される、
光ファイバー・センサー・ヘッドにおいて、
前記センサー・ファイバー（３）は、前記センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーであること、
ファイバー・コーティングが前記センサー・ファイバー（３）から除去されていること、
前記センサー・ファイバー（３）が毛細管（６）の中に配置されていること、
この毛細管（６）が摩擦減少手段（７）を含んでいること、及び、
前記取付けボディ（１１）がフレキシブルに変形可能な取付けボディ（１１）であること、
を特徴とする光ファイバー・センサー・ヘッド。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記調整手段（１０）は、前記センサー・ファイバー（３）の全体としての副屈折の再現性を実現するために設けられていて、
電流または磁場センサーのキャリブレイションの後、且つ使用されるロケイションへの前記コイル（８）の組み込みの前に、前記センサー・ファイバー（３）が異なる形状に変えられるとき、前記調整手段（１０）は、前記角度βを再現性良く設定するために、または、前記角度β，β’を再現性良く設定するために、使用されることが可能である。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項２に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記全体としての副屈折は、下記の寄与により実質的に構成される：
−  曲げにより誘導される副屈折、
−  センサー・ファイバー（３）の内部応力の結果として、及び、センサー・ファイバー（３）のファイバー・コアが完全に回転対称の形状を有していないことの結果としての、真性の副屈折、
−  前記センサー・ヘッド（２）へのファイバー接続での応力、及び、
−  応力が加えられていない状態において、前記センサー・ファイバー（３）が初期曲率を有することからもたらされる副屈折。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）は、少なくとも一つの偏光子、または、少なくとも一つの位相遅延要素（４）、または、少なくとも一つの偏光維持サプライ・ファイバー（５）である。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記取付けボディ（１１）は、当該取付けボディと前記偏光規定要素（４，５）の固定が、前記マークされた一つまたは複数の軸（ｆ）の、前記コイル平面（Ａ）に対する相対的位置を規定するようにデザインされている。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１または６に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記センサー・ファイバー（３）は、前記取付けボディ（１１）のの長手方向の軸に沿って伸び、
前記取付けボディ（１１）の好ましい曲げ方向（Ｒ）が、前記長手方向の軸に対して直角に、予め定められる。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項６に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記取付けボディ（１１）が、好ましい曲げ方向（Ｒ）に曲げられたとき、前記センサー・ファイバー（３）は、前記取付けボディ（１１）のの中立面（１２）の中またはその近くに配置される。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項１に記載のセンサー・ヘッド（２）：
グラス・ファイバー強化プラスチックのストリップが、前記取付けボディ（１１）として使用される。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項１または８に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記毛細管（６）は、溝の中に配置され、この溝は、前記取付けボディ（１１）として機能するプラスチック・ストリップの長手方向の軸に沿って伸びている。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記毛細管（６）は、シリコーン（２６）により前記溝の中に取り付けられる。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項１０に記載のセンサー・ヘッド（２）：
取り付け部が、全センサー・ファイバー（３）の全体に沿って、または、不連続なポイントに、設けられる。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項１から１１のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記毛細管（６）の中の前記摩擦減少手段（７）は、シリコーンオイルである。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記角度βまたは前記角度β，β’は、
−  センサー・ファイバーの真性の副屈折、及び、接続での副屈折、
−  曲げにより誘導される副屈折、及び、
−  センサー・ファイバーの初期曲率から生じる副屈折、の関数として、
前記センサー・ヘッド（２）を有する電流または磁場センサーにより作り出されることが可能な測定信号に対する、
−  前記曲げにより誘導される副屈折の変化の影響、または、
−  前記角度βまたは前記角度β，β’の変化の影響が、
最小となるように選択される。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１３に記載のセンサー・ヘッド（２）：
前記センサー・ファイバー（３）は、前記コイル平面（Ａ）の中に実質的に配置され、
−  前記偏光規定要素（５）は、偏光維持サプライ・ファイバー（５）であって、位相遅延要素（４）が、前記偏光維持サプライ・ファイバー（５）と前記センサー・ファイバー（３）の間に配置され、この位相遅延要素（４）は、理想的な位相遅延要素の前記位相遅延角度から、ゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、
前記角度βは、
β＝０°±ｎ＊９０°  または
β＝４５°±ｎ＊９０°  となるように選択され、ここで、ｎは正の整数またはゼロであり；または、
−  前記偏光規定要素（５）は、２本のサプライ・ファイバー（５）であって、位相遅延要素（４）が、前記サプライ・ファイバー（５）と前記センサー・ファイバー（３）の間に、それぞれ配置され、前記二つの位相遅延要素（４）の内の少なくとも一つは、理想的な位相遅延要素の位相遅延角度から、ゼロ以外の角度εだけ異なる位相遅延角度を有し、
前記角度β，β’は、
β＝β’＝０°±ｎ＊９０°  または
β＝β’＝４５°±ｎ＊９０°  となるように選択され、ここで、ｎは正の整数またはゼロである。
【請求項１５】
下記特徴を有する請求項１から７、１３、１４のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）：
マーキング（９ａ、９ｂ）を有しており、これらのマーキング（９ａ、９ｂ）は、互いに対して適切なやり方でそれらが配置されたときに前記コイル（８）が整数の巻数を持つように、前記調整手段（１０）に取り付けられている。
【請求項１６】
下記特徴を有する電流または磁場センサー（１）：
当該センサー（１）は、請求項１から１５のいずれか１項に記載のセンサー・ヘッド（２）を有している。
【請求項１７】
下記特徴を有する請求項１６に記載の電流または磁場センサー（１）：
前記センサー（１）は、
ａ）  一つの偏光規定要素（５）として偏光維持サプライ・ファイバー（５）を有する反射型コンフィギュレイションの干渉センサー（１）であって、一つのマークされた軸（ｆ）が、前記サプライ・ファイバー（５）の主軸（ｆ）の一つであり；または、
ｂ）  偏光規定要素（５）として二つの偏光維持サプライ・ファイバー（５）を有するサニヤック・コンフィギュレイションの干渉センサーであって、二つのマークされた二つの軸（ｆ）が、それぞれ、前記２本のサプライ・ファイバー（５）の主軸（ｆ）の一つであり；または、
ｃ）  前記偏光規定要素として偏光子を有する、または、前記偏光規定要素として偏光維持サプライ・ファイバーを有する、反射型コンフィギュレイションの偏光センサーであって、一つのマークされた軸が、前記偏光子の伝播方向に沿って、または、前記変更維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、伸び；または、
ｄ）  偏光規定要素として二つの偏光子を有する、または偏光規定要素として二つの偏光維持サプライ・ファイバーを有する、サニヤック・コンフィギュレイションの偏光センサーであって、前記二つのマークされた二つの軸が、前記二つの偏光子の伝播方向に沿って、または、前記偏光維持サプライ・ファイバーの主軸に沿って、伸びている。
【請求項１８】
高電圧設備、特に高電圧スイッチギア装置であって、
当該設備が、請求項１から１５のいずれか１項に記載の少なくとも一つのセンサー・ヘッド（２）を有していることを特徴とする高電圧設備。
【請求項１９】
光電流または磁場センサー（１）のためのセンサー・ヘッド（２）の製造方法であって、
少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）に光学的に接続された、磁気光学的にアクティブなセンサー・ファイバー（３）が、コイル（８）の形態で配置され、
センサー・ファイバーの材料の少なくとも軟化温度で熱処理が施されていないファイバーが、前記センサー・ファイバー（３）として使用され、
前記コイル（８）は、表面の法線（ＮＳ）を有するコイル平面（Ａ）を規定し、
前記偏光規定要素（４，５）は、マークされた軸（ｆ）を有し、
コイルの形態に配置された前記センサー・ファイバー（３）を備えた前記電流または磁場センサー（１）が、キャリブレイトされ、且つ、
前記センサー・ヘッド（２）には調整手段（１０）が設けられ、この調整手段により、前記センサー・ファイバー（３）が再びコイル（８）の形態に配置されたとき、マークされた軸（ｆ）と表面の法線（ＮＳ）の間の角度βが、キャリブレイション中と同じ大きさに調整されることが可能である、
製造方法において、
ファイバー・コーティングが前記センサー・ファイバー（３）から除去されていること、
前記センサー・ファイバー（３）が毛細管（６）の中に配置されること、
この毛細管（６）が摩擦減少手段（７）を含んでいること、
前記調整手段（１０）が取付けボディ（１１）を含んでいて、この取付けボディに前記少なくとも一つの偏光規定要素（４，５）が固定されること、及び、
前記取付けボディ（１１）がフレキシブルに変形可能な取付けボディ（１１）であること、
を特徴とする製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
このようなセンサーを使用して、千分の１のレンジの正確さを有する測定は可能でなく、且つ、限られた空間的条件下でセンサー・ヘッドを移送し且つ組み込むことは、かなり困難である。  
JP A 09 068 618 には、光ファイバー・センサーが記載されている。この光ファイバー・センサーのセンサー・ファイバーは、コーティングの中に埋め込まれ、ファイバーの変形及び微小な曲がりを小さく維持するために、偏心的に外側に変形されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
上記の方法の特徴は、ファイバー・コーティングが除去されたセンサー・ファイバーが使用され、センサー・ファイバーは、毛細管の中に取り付けられ、毛細管は、摩擦減少手段を含み、調整手段は、取付けボディを含み、この取付けボディに少なくとも一つの偏光規定要素が固定され、そして、取付けボディは、フレキシブルに変形可能な取付けボディであるところにある。
【国際調査報告】
2007537424.tif 000014
2007537424.tif 000015
2007537424.tif 000016
2007537424.tif 000017
2007537424.tif 000018
2007537424.tif 000019