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。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。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。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。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。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。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。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。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senseheadassembly124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。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。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。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。0016形状誘起複屈折shapeinducedbirefringence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。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。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。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。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phasesensitive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。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。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。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sensorheadassembly124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。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。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°C~70°Cである。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。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。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。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。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。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。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。0033図4は、成形形状複屈折shapedbirefringence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。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。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。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。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。