[发明专利]具有对连接器未对准的容差的光导纤维电流传感器

说明书

光导纤维电流传感器包括光电子模块（1）、传感器头端（8）以及将光电子模块（1）连接到传感器头端（8）的连接光纤（7）。传感器包括第一和第二分束器（20、22），在其之间，测量光在两个分支（21a、21b）中传播。一个光纤连接器（6a、6b）布置在每个分支中以用于将线缆组合件（25）连接到光电子模块。两个连接器（6a、6b）与第二分束器（22）之间的光程长度是不同的，使得归因于连接器（6a、6b）的角未对准而交叉耦合到正交偏振模式中的光波变成与从传感器头端（8）返回的非交叉耦合波不相干。

技术领域

本发明涉及光导纤维电流传感器，具体来说用于电功率传输和工业应用的高压变电站中的电流测量的光导纤维电流传感器。

背景技术

光导纤维电流传感器（FOCS）通常利用熔融硅石感测光纤的线圈中的法拉第效应，其包封电流导体。过去已经研究了大量的各种传感器方案。从参考文献[1、2]已知频繁采用的传感器配置。在这里，两个线性偏振光波通过偏振保持（PM）连接光纤从光电子模块传播到感测光纤线圈，其在反射模式中操作。在线圈入口的四分之一波减速器将波转换成左和右圆形波。圆形波累加与其通过线圈的往返期间的电流成比例的微分磁光相移。波然后再次作为正交线性偏振光波返回到光电子模块，但是与前向传播波相比具有交换的偏振方向。磁光相移基于从光纤陀螺仪已知的检测方案来测量[3]。该方案涉及理想地在与光波的往返时间的两倍对应的频率的两个光波的微分相位的调制。磁光相移然后从检测器信号中的调制频率的各种谐波来得出。开环和闭环检测电路两者均是已知的。在[1、2]中，相位调制器是双折射调制器，其直接调制正交波的微分相位。从参考文献[4、5]已知修改方案。这里，两个线性偏振光波在它们在偏振保持光纤耦合器中组合成正交波之前最初在两个分开的光纤分支中传播。一个或两个光纤分支中的调制器调制单独线性偏振波的相位。

WO 2011/069 558 A1 [6]公开了关于如何单独校准这类传感器的头端和光电子模块，以便在无需后续传感器重新校准的情况下而允许现场的任一个组件的交换的方法。WO 2011/069 558 A1为此目的还公开了沿携带正交偏振模式的光纤的PM光纤连接器。

上述类型的光导纤维电流传感器的光电子模块通过偏振保持（PM）光纤线缆来连接到传感器头端（其在HV变电站中典型地处于高压电位）。为了促进传感器安装或者例如在其寿命结束时的光电子模块的更换，期望在光纤线缆的一端或两端具有光纤连接器。然而，连接器必须不降低传感器精度。具体来说，对于电力计量应用，必须对扩展温度范围保持±0.2%之内的精度。电积（electro-winning）行业对于一些测量甚至要求 ±0.1%。为了保持这种高精度，连接器处的两个正交光波之间的偏振串扰必须低于-33 dB，优选地甚至低于-36 dB。相比之下，商业上可用的PM连接器典型地指定有-20 dB与-25 dB之间的串扰。这类连接器不适合在具有计量精度的FOCS中使用。典型地，串扰作为连接器套圈中的变化机械光纤应力的结果随温度而改变。例如从-25 dB至-23 dB的偏振交叉耦合的改变将已经引起大约0.4%的比例因子改变。（为了比较，从-35 dB至-33 dB的改变将比例因子仅改变大约0.04%。）

在光纤的正交偏振模式之间的光纤连接器处的交叉耦合生成二级光波。在感测光纤线圈中，二级波及其父波经历相反符号的磁光相移。在现有技术中，二级波干扰其父波，并且由于其相反相移而能够显著影响传感器信号。

发明内容

因此，要通过本发明所解决的问题是提供一种如上所述的光导纤维电流传感器，其具有用于将偏振保持连接光纤连接到光电子模块的连接器，但是其是可靠的，即使连接器重复断开和闭合或者受到可能改变其交叉耦合行为的其它事件。

这个问题通过权利要求1的光导纤维电流传感器来解决。

相应地，该光导纤维电流传感器包括：

-光源，生成具有相干长度Lc的光，

-第一分束器，把来自光源的光分为第一和第二分支，