[发明专利]光纤双折射补偿镜及电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤双折射补偿镜和电流传感器，所述光纤双折射补偿镜用于对电力系统的电流值进行检测的电流传感器或磁场传感器，光通信领域中用于在以传输线路连接的发送部及接收部之间传送量子密码的量子密码装置或光开关、光源、放大器、干涉计、分插复用器（アドドロツプ）等中。

背景技术

以往，在电力设备的电力系统的电流测量中，广泛使用绕线式电流互感器。但是问题在于，应测量的系统电压越大，绕线式电流互感器也越大，致使成本和设置空间增大。特别是在被称为GIS（Gas Insulation Switch，气体绝缘开关）的使用绝缘性气体的气体绝缘开关装置中，强烈需求小型化和节省空间，因此装载大型绕线式电流互感器变得困难。

为此，从小型化和节省空间以及高绝缘性、抗噪声性方面考虑，现有技术中提出有各种电流传感器，其应用光纤自身的法拉第效应，在电流导体的周围环绕设置光纤而进行电流测量。该电流传感器，向光纤入射直线偏振光，使该光纤环绕在被测量电流流动的导体上，通过与电流成比例产生磁场，根据光纤的法拉第效应，使光纤中直线偏振光的偏振面进行旋转。此时，偏振面的旋转角度与被测量电流的大小成比例。因此，通过测量该旋转角度，能够求出电流的大小。

图15为利用光纤的法拉第效应的电流传感器的一例，表示专利文献1记载的电流传感器的模式图。该电流传感器100由光循环器101、双折射元件102、法拉第旋光器103和传感器用光纤104构成。光纤104被环绕配置在被测量电流流动的导体105的外周上。而且，光纤104的一端上设置有法拉第旋光器103，另一端上设置有镜子106。另外，双折射元件102和光循环器101分别由光纤连接，光循环器101被连接在来自光源107的光透过到光纤104侧的方向上。

从光源107射出并通过光纤108和光循环器101入射到双折射元件102中的光，通过双折射元件102形成直线偏振光，入射到法拉第旋光器103中。法拉第旋光器103由磁铁109和通过该磁铁109被磁饱和的强磁性石榴石110构成，使透过强磁性石榴石110的光的偏振面旋转22.5度。透过法拉第旋光器103的直线偏振光入射到光纤104中，通过由流过导体105的被测量电流产生的磁场受到法拉第旋转，直线偏振光的偏振面只旋转与磁场大小成比例的旋转角度。

沿光纤104传播的光，进一步由镜子106反射而再次沿光纤104传播时，通过所述磁场再次根据法拉第效应被旋转，再次入射到法拉第旋光器103中。光通过再次透过法拉第旋光器103，其偏振面进一步被旋转22.5度，因此通过往返法拉第旋光器103偏振面被旋转45度。透过法拉第旋光器103的光再次被传播到双折射元件102中，被分离为偏振方向互相垂直的两束直线偏振光。被分离的一束直线偏振光通过光循环器101和光纤111被光接收元件112接收，被转变为电信号S1。另外，另一方向的直线偏振光，通过光纤113被光接收元件114接收，被转变为电信号S2。

对应于在光纤104中传播的直线偏振光所产生的法拉第旋转角，由光接收元件112和114接收的光量发生变化，因此通过在信号处理电路115中对反映该变化的电信号S1和S2进行处理，能够求出在光纤104中产生的法拉第旋转角。然后，从求得的法拉第旋转角计算被测量电流。

另外，上述的GIS等输变电设备进行了大电流化，而为了用光纤检测这样的大电流，需要使用最大测量电流值大的石英系光纤。

但是，当进行电流检测的光纤104使用石英系光纤时，因弯曲或振动等所产生的应力发生直线双折射，由于传播的直线偏振光发生椭圆化，测量误差会变大。即，当如电流传感器100等利用光纤的法拉第效应的电流传感器上附加振动时，由于光纤自身所具有的光弹性，存在被测量电流的测量结果大幅变动的问题。

例如，图16中表示测量结果因所述GIS内遮断器的工作发生变动的例子。系统频率为60Hz，稳态中的测量结果如图16（a）所表示的波形。在该稳态中附加振动时，如图16（b）所示，测量结果大幅变动。

因此，在光纤104中使用含有氧化铅的低双折射光纤。使用含有氧化铅的光纤的理由为，其光弹性系数与石英系光纤相比非常小，因此传播的偏振光对于由弯曲或振动等引起的应力不容易受到影响。

然而，含有氧化铅的光纤，其表示法拉第旋转能的费尔德常数约为所述石英系光纤的5倍，因此与石英系光纤相比，最大检测电流小，不利于大电流的测量。