(57)【要約】【課題】温度感度を低減したファイバー電流センサーを提供する。【解決手段】形状誘起複屈折を有する４分の１波長デバイスと、該４分の１波長デバイスに結合され、電流導体に巻きつけて動作可能な検知コイルとを備えるセンサーヘッドアセンブリが提供される。４分の１波長デバイスは、偏光保持ファイバーからの直線偏光された光を円偏光された光に変換する。【選択図】図１Ａ
2012021982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状誘起複屈折を有する４分の１波長デバイス（１２０）と、
前記４分の１波長デバイスに結合され、電流導体（１４０）に巻きつけて動作可能な検知コイル（１２６）と
を備え、
前記４分の１波長デバイスは、偏光保持ファイバー（１１８）からの直線偏光された光を円偏光された光に変換するセンサーヘッドアセンブリ。
【請求項２】
前記検知コイル内の前記電流導体の磁界に晒すことによって、前記円偏光された光内に位相シフトが引き起こされ、
前記４分の１波長デバイスの偏光軸（３１４）が、前記偏光保持ファイバーの主偏光軸（３０８）に対して約４５度だけ傾けられ、
前記４分の１波長デバイスは、前記直線偏光された光に対する４分の１ビート長の奇数倍である長さを有し、
フォトニック結晶ファイバーは、
第１の屈折率の包囲材料（２０６）と、
前記包囲材料によって包囲される低屈折率領域（２１０）であって、
ガラス中心（２０２）、
第１の軸（２１２）に沿って前記ガラス中心に近接して配置される第１中空の領域（２０４−１）及び第２の中空の領域（２０４−２）であって、前記低屈折率領域の平均屈折率は前記第１の軸に直交する第２の軸（２１４）に沿っている場合よりも、前記第１の軸に沿っている場合に低い、第１中空の領域及び第２の中空の領域、及び
前記ガラス中心の周囲の前記低屈折率領域内に形成される複数の穴（２０８）
を含む、低屈折率領域と
を備える請求項１に記載のセンサーヘッドアセンブリ。
【請求項３】
電流センサー（１００）であって、
光学経路の第１の端部に結合される光源（１０２）と、
前記光学経路の第２の端部に結合されるセンサーヘッドアセンブリ（１２４）であって、
前記光学経路の前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記光学経路に沿って配置される偏光保持ファイバー（１１８）に結合される形状誘起複屈折ファイバー（１２０）、
前記形状誘起複屈折ファイバーに結合される検知コイル（１２６）であって、該検知コイルを通り抜ける円偏光された光は位相シフトを受ける、検知コイル、
を備える、センサーヘッドアセンブリと、
前記光学経路の第３の端部に結合される検出器（１３０）であって、前記位相シフトの値を求める、検出器と、
前記検出器に結合され、前記位相シフトを電流値に変える信号処理電子装置（１３２）とを備える電流センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度感度を低減したファイバー電流センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]光学電流センサーは電流を検出し、一般的に、応力複屈折を用いる光ファイバー４分の１波長デバイスを利用する。応力は４分の１波長デバイスの２つの主軸間で不均一に変化し、それによって、種々の屈折率の変化が温度変化と共に引き起こされるので、応力誘起複屈折は大きな温度依存性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
たとえば、高圧電力業界において屋外変流器で用いられる電流センサーは、広い温度範囲に晒される可能性がある。通常の光ファイバー電流センサーの温度感度は、そのような温度範囲にわたりセンサーの精度に悪影響を及ぼす。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0002]本明細書において説明されるいくつかの実施の形態は、形状誘起複屈折を有する４分の１波長デバイスと、該４分の１波長デバイスに結合され、電流導体に巻きつけて動作可能な検知コイルとを備えるセンサーヘッドアセンブリを提供する。４分の１波長デバイスは、偏光保持ファイバーからの直線偏光された光を円偏光された光に変換する。
【０００５】
[0003]図面は例示的な実施形態を示すにすぎず、それゆえ、範囲を限定するものと見なされるべきではないことを理解した上で、添付の図面を用いて、例示的な実施形態をさらに具体的に、かつ詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】[0004]光ファイバー電流センサーの一実施形態のブロック図である。
【図１Ｂ】[0005]単相高圧電流測定システムの一実施形態の概略図である。
【図２】[0006]形状誘起複屈折ファイバーの一実施形態の図である。
【図３】[0007]その偏光軸が偏光保持ファイバーの偏光軸に対して４５度回転している形状誘起複屈折ファイバーの１つの例示的な実施形態の図である。
【図４】[0008]形状誘起複屈折ファイバーを有する電流センサーを用いて電流を測定する方法の一実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0009]慣例に従って、種々の示される特徴は縮尺通りに描かれるのではなく、例示的な実施形態に関連する特定の特徴を強調するように描かれる。
[0010]以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、例証として具体的な例示的実施形態が示される添付の図面が参照される。しかしながら、他の実施形態を利用することもできること、及び論理的、機械的及び電気的変更を加えることができることを理解されたい。さらに、図面及び明細書において提示される方法は、個々のステップを実行することができる順序を限定するものと見なされるべきではない。それゆえ、以下の詳細な説明は、限定する意味に解釈されるべきではない。
【０００８】
[0011]本明細書において記述される実施形態は、２つの直線偏光状態間に４分の１波長位相シフトを引き起こし、円偏光された光を生成する、或る長さの形状誘起複屈折ファイバーを提供する。形状誘起複屈折を用いるフォトニック結晶ファイバーを含む４分の１波長デバイスは、電流センサーの温度依存性を小さくする。これは、温度範囲にわたる電流センサーの精度を改善する。
【０００９】
[0012]図１Ａは、光ファイバー電流センサー１００の一実施形態のブロック図である。光ファイバー電流センサー１００は、電流導体１４０を通じて流れる電流の値を求める。光ファイバー電流センサー１００は、光学経路の第１の端部を与える電子装置（エレクトロニクス）及び光学アセンブリ１０１と、ケーブルアセンブリ１１２と、偏光及び変調アセンブリ１０６と、光学経路の第２の端部を与えるセンスヘッドアセンブリ（sense head assembly
）１２４とを備える。電子装置及び光学アセンブリ１０１によって生成される無偏光の光が、ケーブルアセンブリ１１２を通って、偏光及び変調アセンブリ１０６まで進む。その光は偏光及び変調アセンブリ１０６において２つの直線偏光された波に分割され、センスヘッドアセンブリ１２４に与えられる。センスヘッドアセンブリ１２４において、２つの直線偏光された波は２つの円偏光された光波に変換され、その光波は、電流導体１４０内の電流からの磁界に晒されることによりその間に生じる相対的な位相シフトを維持し、システム１００を通って電子装置及び光学アセンブリ１０１に戻り、そこで、その光内の位相シフトは電流導体１４０内に流れる電流の指標に変換される。
【００１０】
[0013]電子装置及び光学アセンブリ１０１は、光源１０２と、結合器１０４と、検出器１３０と、信号処理回路１３２とを備える。光源１０２は光ファイバー１１０に光を与え、光ファイバー１１０は結合器１０４を通り抜ける。結合器１０４は、光源１０２から進む光を通し、センスヘッドアセンブリ１２４から到来する光を検出器１３０に導くビームスプリッターである。その光は、ケーブルアセンブリ１１２を通って進み、その後、偏光及び変調アセンブリ１０６に入る。偏光及び変調アセンブリ１０６は、温度（たとえば、屋外温度）を測定する温度センサーも含み、その温度は、いくつかの実施形態において、電流センサー出力をリアルタイムに熱補償するために用いられる。別の実施形態では、電子装置及び光学アセンブリ１０１は、保護カバー、建物等に封入される。
【００１１】
[0014]偏光及び変調アセンブリ１０６において、光はスプライス１１４−１を通り抜ける。一実施形態では、スプライス１１４−１はコネクターである。スプライス１１４−１は、ファイバー１１０を偏光子入力ファイバー１１７に接合し、偏光子入力ファイバーは、光を偏光子１１６に向かって導く。偏光子１１６は、光を直線偏光する。その偏光子は、その入力及び出力において、偏光保持ファイバー１１７の２つのストランドに結合され、ストランドはそれぞれ、偏光子１１６の通過軸に向けられる主軸のうちの１つを有する。この場合、偏光子出力ファイバー１１７は、１１４−２において、４５度の入射角で偏光保持（ＰＭ）ファイバー１１８にスプライスされ、ＰＭファイバー１１８を通り抜ける、名目的に等しい振幅の同時に伝搬する２つの直線偏光された波を生成する。一実施形態では、その光は、偏光子１１６を通り抜ける際に、無偏光状態から直線偏光に変化する。別の実施形態では、光源１０２は直線偏光された光を放射し、スプライス１１４−１は、短い長さの偏光保持ファイバーで置き換えられ、その光の少なくとも半分が偏光子を通り抜けるのを確実にするように約４５度でファイバー１１７にスプライスされる。２つの直線偏光された光波がＰＭファイバー１１８を通って伝搬するので、各光波の偏光は保持される。ファイバー１１８は、圧電シリンダーに巻きつけられ、圧電シリンダーはファイバーを伸長して、２つの直線偏光された波間の位相シフト差に影響を及ぼす。図１Ａに示される実施形態では、光波がセンスヘッドアセンブリ１２４から戻るときに、光波間の差分位相変調が無効にされないのを確実にするために、ＰＭファイバー１１８は少なくとも、ＰＭ遅延線１１９としての役割を果たすほど十分に長い。ＰＭ遅延線１１９は、検出器１３０上の信号に交流バイアスをかけること、及び位相を高感度に検出することを可能にする。
【００１２】
[0015]その後、直線偏光された光はセンスヘッドアセンブリ１２４に入る。センスヘッドアセンブリ１２４は、４分の１波長デバイス１２０と、検知コイル１２６と、ミラー１２２とを備える。４分の１波長デバイス１２０は、ファイバーの２つの主軸に沿って、直線偏光された光波間に実効的な屈折率差を引き起こす、既知の複屈折率を有するファイバーである。この複屈折は、形状誘起複屈折として知られており、４分の１波長デバイス１２０のコア及びクラッディングの形状の２つの主軸に沿った差によって生成される。それゆえ、４分の１波長デバイス１２０は高い複屈折を有し、それは、２つの偏光状態に対して２つの屈折率を有し、それらの屈折率は値が異なることが適切であり、それらの値はファイバーを通る光波の伝搬に影響を及ぼす。一実施形態では、屈折率の差はファイバーの屈折率の約０．１％である。一実施態様では、４分の１波長デバイス１２０のファイバーの平均屈折率は約１．４７である。
【００１３】
[0016]形状誘起複屈折（shape-induced-birefringence）ファイバーによって、高い方の屈折率に対応する光波の１つの成分が、低い方の屈折率に対応する光波の他方の成分よりも遅く伝搬する。たとえば、ファイバー内の光速は、ファイバー内の１つの方向において、直交する方向よりも遅く、たとえば、ｘ軸に沿った方向においてｙ軸に沿った方向よりも遅い。この伝搬速度差は、ファイバーの形状及び外形に起因する。４分の１波長デバイス１２０は、応力誘起複屈折ではなく、形状誘起複屈折を有するので、温度変化に対して非常に低感度である。それにより、４分の１波長デバイス１２０の光学的な位相差の所望の４分の１波長は、温度変動に対して非常に低感度である。
【００１４】
[0017]その偏光軸がＰＭファイバー１１８の直線偏光軸に対して４５度回転している場合、４分の１波長デバイス１２０は、ＰＭファイバー１１８の１つの軸からの１つの直線偏光された光波を、１つの円偏光された光波、たとえば、右円偏光された光に変換する。同様に、４分の１波長デバイス１２０は、ＰＭファイバー１１８の他方の軸からの他方の直線偏光された光波も、直交するように円偏光された光波、たとえば、左円偏光された光に変換する。ここで円偏光された光波は、順方向経路１２８に沿って進み、電流導体１４０に巻きつけられた検知コイル１２６を通り抜ける。円偏光された光波は、ミラー１２２から反射し、そこで、当初に右円偏光された波は左円偏光になり、当初に左円偏光された波は、右円偏光になる。その後、各波は、逆方向経路１２９に従って、検知コイル１２６内を伝搬して戻り、その光は、到来した経路の部分を再び進む。
【００１５】
[0018]電流導体１４０を通じて電流が流れるときに生成される電界に比例して、磁界が引き起こされる。ファラデー効果を通して、その磁界は検知コイル１２６を通って伝搬する光に影響を及ぼす。円偏光された光波が順方向１２８において検知コイル１２６を通って進むのに応じて、それらの光波の位相間に位相シフトが生じるであろう。その位相シフトは、光波がミラー１２２から反射し、逆方向１２９において検知コイル１２６を通り抜けることに起因して２倍にされる。順方向経路１２８内の円偏光された光波と逆方向経路１２９内の円偏光された光波との間の位相シフトの量を用いて、電流導体１４０を通じて流れる電流を計算する。位相シフトと電流との比は、導体１４０の周囲の検知コイル１２６の巻数によって、及び検知コイル１２６内の材料のベルデ定数によって決定される。ベルデ定数は、所与の材料内のファラデー効果の強さを示す。一実施態様では、検知コイル１２６は融解石英を含む。
【００１６】
[0019]こうして、順方向経路１２８内の光波と逆方向経路１２９内の光波との間の位相シフトを測定できるようにするために、光は検知コイル１２６に入る前に、直線偏光から円偏光に変換される。上記のように、その光は偏光子１１６によって直線偏光される。高い複屈折を有する形状誘起複屈折４分の１波長デバイス１２０を通って光が伝搬することによって、検知コイル１２６内の光の偏光状態が確実に円偏光になる。
【００１７】
[0020]その光は、逆方向経路１２９に沿って、結合器１０４までその経路を逆に辿る。結合器１０４は、到来ビームの少なくとも一部を検出器１３０に向かって導く。検出器１３０は、光が検知コイル１２６内を進むのに応じて電流導体１４０の磁界によって引き起こされる光の位相差を求める。一実施形態では、検出器１３０は、フォトダイオード、増幅器、Ａ／Ｄコンバーター、及び位相シフトを検出する位相敏感（phase-sensitive）デジタル復調器を備える。この位相シフトは、信号処理電子装置１３２に与えられ、信号処理電子装置は、その位相シフトを用いて、電流導体１４０内の電流を計算する。一実施形態では、信号処理電子装置１３２は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は任意の他の適切な処理回路を含む。
【００１８】
[0021]信号処理電子装置１３２は、温度センサー１３４及び圧電変換器１３６にも結合される。圧電変換器１３６は、ＰＭファイバー１１８を伸長し、ＰＭファイバー１１８内を進む２つの直線偏光状態間に、正弦曲線に従って変化する経路長差を生成する。一実施態様では、ＰＭファイバー１１８の一部は圧電変換器１３６に巻きつけられる。正弦曲線に従って変化する経路長差は、検出器１３０における２つの干渉する光波間の変調（交流バイアスとして知られている）を引き起こし、それによって、電流に起因する位相遅延の測定値は、圧電変換器１３６に印加される変調周波数の信号に変換される。信号処理電子装置１３２は変調源を生成し、検出器１３０内のデジタル復調器に、信号を復調するための基準を与える。一実施形態では、検出器１３０における干渉信号は、電流が流れることに起因する小さな位相シフトが検出されるような高感度設定点にバイアスをかけられる。入力信号が交流信号であり、それゆえ、低周波数１／ｆ雑音が低減されるときに、検出器１３０は位相シフトに対してさらに高感度である。別の実施形態では、温度センサーを用いて、検知コイル１２６内のファイバーのベルデ定数が熱に対し感度がよいことを補償する。信号処理電子装置１３２は、環境温度（たとえば、屋外温度）及びＰＭファイバー１１８の温度に伴うベルデ定数変化を用いて、温度変化に起因する誤差を補正する。
【００１９】
[0022]一実施形態では、光ファイバー１１０はシングルモード（ＳＭ）ファイバーであり、ケーブルアセンブリ１１２は堅牢型ＳＭファイバーケーブルである。別の実施形態では、偏光保持（ＰＭ）ファイバー１１８が、ケーブル１１２及びファイバー１１０の代わりに用いられる。さらに別の実施形態では、入力経路の端部の近くに第２の偏光子が配置され、４分の１波長デバイス１２０に入る光が直線偏光されるのを確実にする。本明細書において説明される技法は、光の位相差を変換するために当該技術分野において用いられる他の干渉分光技法及び信号処理と共に用いることができる。
【００２０】
[0023]図１Ｂは、高圧システム１５０の一実施形態の概略図である。高圧システム１５０は、高圧電力線１５４を通って流れる電流を求める。高圧システム１５０は、図１Ａに示される光ファイバー電流センサー１００を実現し、電子装置及び屋内光学系１０１、ケーブルアセンブリ１１２、偏光及び変調アセンブリ１０６、絶縁体アセンブリ１０８、及びセンサーヘッドアセンブリ（sensor head assembly）１２４を備える。電子装置及び屋内光学系１０１は、高圧システム１５０内を進む電流を検知するために用いられる光を生成し、その光において引き起こされる位相シフトから電流を計算する。電子装置及び屋内光学系１０１は、たとえば、図１Ａの光源１０２、結合器１０４、検出器１３０及び信号処理電子装置１３２を含む。
【００２１】
[0024]図１Ｂに示される例示的な実施形態では、電子装置及び屋内光学系１０１は無偏光の光を出力し、その光はケーブルアセンブリ１１２を通って偏光及び変調アセンブリ１０６まで伝搬する。偏光及び変調アセンブリ１０６は、無偏光の光を直線偏光された光に変換する。この直線偏光された光は絶縁体アセンブリ１０８を通って進み、絶縁体アセンブリは、直線偏光された光を保持し、その光を環境による影響から保護する、ＰＭファイバーを含む絶縁された支柱である。絶縁体アセンブリ１０８は、光を地表面からセンサーヘッドアセンブリ１２４まで引き上げる。一実施形態では、センサーヘッドアセンブリ１２４は、高圧電力線１５４に近接して配置され、たとえば、高圧電力線１５４が張られる高さに配置される。
【００２２】
[0025]センサーヘッドアセンブリ１２４は、２つの直線偏光された光を円偏光された光波に変換する。円偏光された光波は高圧電力線１５４に巻きつけられた検知コイルに通され、反射して戻される。互いに位相がシフトしている２つの光波は、システム１５０を通して戻され、電子装置及び屋内光学系１５２内の検出器１３０に向けられる。信号処理電子装置１３２は、位相シフトから、高圧電力線１５４内の電流を計算する。一実施形態では、電流センサーが高圧線１５４上の電流を非常に正確に測定し、グランド電位と高圧線１５４との間は絶縁される。電流センサーが正確である例示的な温度範囲は、−４０℃〜７０℃である。
【００２３】
[0026]図２は、形状誘起複屈折ファイバー２００（本明細書においてファイバー２００とも呼ばれる）の一実施形態の図である。形状誘起複屈折ファイバー２００は、図１Ａの４分の１波長デバイス１２０として用いることができる。ファイバー２００は、偏光軸、すなわち、ｘ軸２１２とｙ軸２１４との間に経路長差を有し、それらの軸間の光の伝搬の差はファイバー２００の形状に起因する。ファイバー２００は、偏光軸２１２と２１４との間に非対称性を有する。ファイバー２００の複屈折は、温度の変動にわたって大きくは変化しない。一実施形態では、ファイバー２００の複屈折の熱係数は最大でも、従来の複屈折ファイバー又はＰＭファイバーの約２００分の１である。
【００２４】
[0027]形状誘起複屈折ファイバー２００は、相対的に高い屈折率を有する周囲材料２０６と、低屈折率領域２１０とを含む。一実施形態において、周囲材料２０６は中実のガラス領域である。低屈折率領域２１０は、中実のガラス中心２０２と、ガラス中心２０２に隣接する中空のガラス管から得られる、２つの大きな中空の領域又は穴２０４−１及び２０４−２と、ガラス穴２０８のパターンとを含む。ガラス穴２０８のパターンは、シリカ繊維を含むガラス製の中空の毛細管を互いに積み重ねて形成されたプリフォームから得られる構造を含む。プリフォームは光ファイバーを線引きするに用いられ、通常、ガラスから形成される。包囲材料２０６は、予備成形ステージにおいて中実のガラス管から得られ、低屈折率領域２０８を包囲する中実のガラス領域を与える。穴２０４−１及び２０４−２が得られる２つの管のアスペクト比を選択して、軸２１２及び２１４上の偏光された光間の経路長差を調整し、それにより複屈折の度合いを調整する。ファイバー媒質の平均屈折率は、軸２１４に沿っている場合よりも、２つの大きな穴２０４−１及び２０４−２を通る軸２１２に沿っている場合に低い。図２は、形状誘起複屈折ファイバー２００の一実施形態であるが、例示すぎず、それよりも多いか、又は少ない数の任意のサイズの大きな穴２０４−１及び２０４−２を任意の向きにおいて利用する任意の設計が考えられる。
【００２５】
[0028]図２の実施形態では、ファイバー２００はフォトニック結晶ファイバーである。フォトニック結晶ファイバー２００は、包囲材料２０６において、第１の屈折率を有する材料の微小構造化された構成を与える。包囲材料２０６は、たとえば、ガラス又はドープされないシリカである。低屈折率領域２０８は通常、ファイバー２００の長さに沿って延在する空孔によって設けられる。いくつかの実施形態において、ファイバー２００は中実コアフォトニックバンドギャップファイバーである。他の実施形態では、ファイバー２００は、中空コアフォトニックバンドギャップファイバーである。
【００２６】
[0029]図３は、形状誘起複屈折ファイバー３２０の例示的な実施形態であり、その偏光軸３１２、３１４が、偏光保持ファイバー３１０の偏光軸３０８に対して４５度回転している。形状誘起複屈折ファイバー３２０は、図１Ａの４分の１波長デバイス１２０のような、４分の１波長デバイスである。形状誘起複屈折ファイバー３２０は、到来する直線偏光された光を円偏光された光に変換し、その光を光ファイバー３３０に出力する。ファイバー３１０、３２０及び３３０は、当業者に知られている技法を用いて接合される。
【００２７】
[0030]軸３０８の方向において直線偏光された光は、ＰＭファイバー３１０を通って、形状誘起複屈折ファイバー３２０に供給される。直線偏光された光は、偏光軸３０８に対して約４５度を成す偏光軸３１２及び３１４を有する媒質の中を伝送するときに、円偏光された光に変換される。軸３１２、３１４は到来する光に対して４５度の向きにあるので、この結果として、等しい量の直線偏光された光が軸３１２、３１４に達する。したがって、直線偏光された光は４分の１波長デバイスの２つの軸３１２及び３１４上に投影され、４分の１波長デバイスは、軸３１２上の光と軸３１４上の光では異なる経路長を有する。光が形状誘起複屈折ファイバー３２０から放射されるとき、２つの光成分は９０度だけ位相がずれており、それゆえ、円偏光された光が生成される。
【００２８】
[0031]軸３０８と、軸３１２及び３１４との間の回転の量が異なる結果として、円偏光された光全体のパーセンテージが異なる。磁界によって引き起こされる光の位相シフトは、円偏光された光のパーセンテージに依存する。直線偏光された光は、磁界が存在すると状態変化を受ける（たとえば、異なる向きに直線偏光される）可能性があるが、円偏光された光の状態は同じままである。２つの光成分が９０度以外の角度だけ位相がずれる結果として、円偏光から外れることになり、直線偏光の光もあれば、円偏光の光もあるので、結果として概ね楕円偏光の光が放射される。
【００２９】
[0032]一実施形態では、形状誘起複屈折ファイバー３２０の長さｌは、４分の１ビート長の正の奇数倍（１、３、５、７等）になるように決定される。一実施形態では、これは、長さをビート長の０以外の整数倍±ファイバー３２０の４分の１ビート長にすることよって、又は長さをビート長の４分の１又は４分の３だけにすることによって実現される。ビート長は、結果として第１の偏光軸に沿った全経路長が第２の偏光軸に沿った全経路長よりも一波長だけ長くなるようにする複屈折媒質の長さであり、１波長のリターデーションと呼ばれる。たとえば、通常の形状誘起複屈折ファイバーでは、１ミリメートルが１波長のリターデーションに相当する。一般的に、ファイバーを利用する場合、その目標は、ファイバーの長さを最小限に抑えて、所望のリターデーションを達成することである。これは、屈折率間の差をできる限り大きくすることに対応する。しかしながら、一実施形態では、形状誘起複屈折ファイバー３２０は長いビート長ｌを有することが適切であり、それにより、ファイバー３２０は、より扱いやすくなる。ファイバー４ミリメートル〜５ミリメートルあたり１波長のリターデーションを有するファイバー３２０は、ファイバー３２０の１ミリメートルにわたって１波長のリターデーションを有するファイバー３２０よりも扱うのがはるかに容易である。形状誘起複屈折ファイバー３２０は、その偏光保持特性を保持するほど十分に短く、にわたって取り扱い、劈開するのに実用的であるほど十分に長い長さになるように適切に選択される。一実施形態では、大きな穴２０４−１及び２０４−２のサイズ及び場所は、所望のビート長ｌを達成するために変更される。
【００３０】
[0033]図４は、成形（形状）複屈折（shaped birefringence）ファイバーを有する電流センサーを用いて電流を検知する方法４００の流れ図である。方法４００は、ブロック４１０において、成形複屈折ファイバーを用いて、入力される２つの直線偏光された光波を円偏光することによって開始する。一実施形態では、ＰＭファイバーの軸と、成形複屈折ファイバーの偏光軸と間は約４５度である。一実施形態では、直線偏光された光は、光を偏光子に通し、直線偏光された光を、偏光保持ファイバーを介して成形複屈折ファイバーに伝搬することによって生成される。一実施形態では、光源は測定される電流導体から、たとえば、最大で１００ｍまで離れて、たとえば、制御された環境内に配置される。
【００３１】
[0034]光波が円偏光されると、ブロック４２０において、円偏光された光間に位相シフトが引き起こされるように、それらの光波は電流源の磁界に晒される。一実施形態では、円偏光された光波は、形状誘起複屈折４分の１波長デバイス１２０から、電流導体１４０に巻きつけられた検知コイル１２６内に進む。円偏光された光波は、電流導体１４０によって検知コイル１２６を通る順方向経路１２８上に引き起こされる磁界に起因して相対的な位相シフトを受ける。位相シフトの量は、その光がミラー１２２から反射され、検知コイル１２６を通って戻った後に２倍にされる。その光は、形状誘起複屈折４分の１波長デバイス１２０を通り、直線偏光子１１６を通って戻り、最終的には検出器１３０に向けられる。
【００３２】
[0035]ブロック４３０において、検出器１３０は、電流導体１２０によって光の中に引き起こされた位相シフトを求める。検出器１３０は、その位相シフトを信号処理電子装置１３２に与える。ブロック４４０において、信号処理電子装置１３２は、たとえば、位相シフトから電流を計算する。形状誘起複屈折ファイバーは、広い温度範囲にわたって、４分の１波長デバイス１２０としてのその性能を保持するので、この電流は広い温度範囲にわたって正確になるであろう。
【００３３】
[0036]上記の実施形態は、電流センサーのための４分の１波長デバイスとして形状誘起複屈折ファイバーを提供し、それは、環境において安定しており、軽量で、安全であり、設置するのが容易であり、デジタルインターフェースに適合し、広い温度範囲にわたって正確である。屋外温度にわたる高圧電力線内の電流の誤りのある読み値は、その精度に影響を及ぼす、４分の１波長デバイスのような１つ又は複数の素子の温度感度を低減することによって低減される。本明細書において記述される電流センサーの実施形態は、温度補償するのが簡単であるか、又は温度に関する特性変化が小さく、コストが節約される。
【００３４】
[0037]添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の複数の実施形態が説明されてきた。それにもかかわらず、特許請求される発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、説明された実施形態に対して種々の変更を加えることができることは理解されよう。したがって、他の実施形態も添付の特許請求の範囲内にある。
【図１Ａ】
2012021982.tif 000003
【図１Ｂ】
2012021982.tif 000004
【図２】
2012021982.tif 000005
【図３】
2012021982.tif 000006
【図４】
2012021982.tif 000007
【外国語明細書】
2012021982000001.pdf