[其他]在塞氏干涉仪内实现法拉第效应用以测量电流的一种装置

说明书

本发明涉及测量电流，更具体地说，它适用于输电和配电电力网。

电力网的保护和运行需要在很大数值上来测量电流和电压，因为使用的这些电流通常为几千安培，而且电压为几十万伏特。

目前进行这些测量主要是使用常规的装置，这种装置利用物理的原理诸如在各导体之间（变压器）的互相感应並含有诸如瓷、油和纸等材料用以在高压侧各导体和接近于大地电位的次级低压侧各导体之间提供绝缘。

常规的装置虽然可以令人满意地测量交流电流，但它仍然难以在很高的电压下测量直流电流。再者，在设备遭受恶劣的环境和运行的条件下，虽然设备的使用者寻求高度安全的设备，但极为稀少。由于高压电网中的能量很大，因此常规的电流互感器的故障可能导致严重的后果。

为了满足高度安全的需要，已经做了长期的努力来实现法拉第效应，它使用光波，从而避免了在高压的紧邻设置测量回路中导电体的必要。

法拉第效应是磁-光效应，它是在有磁场的情况下，在电磁波和材料介质之间互相作用所引起的。

当受到与电磁波的磁场的方向相同的磁场时，某些材料介质以非倒易形式引起双折射而表现出光的放射性，即对于在介质中的一个园偏振波，其不同的波动传播速度取决于该波或是偏振于左旋方向或右旋方向。

实现法拉第效应用以测量电流的一个方法是，在园偏振电磁波上使用所谓塞氏（Sagnac）干涉技术。

塞氏干涉技术在于使来自共同光源並经过同一路径但方向相反的两个园偏振电磁波彼此互相干涉。这一技术由于法拉第效应显示出非倒易的双折射效应，但对由端部引起倒易的双折射效应、或者对作用于构成干涉仪环路的传播介质的机械应力都不敏感。

靠法拉第效应並使用塞氏干涉仪来测量电流的许多设备是众所周知的。具体地说，在法国专利申请号FR-A-2461956中有这些说明。图1是它的原理图，一个相干的光源1发射一束光波，它通过两个光束分束板3和4，产生两个反向传输的波，用透镜5和6耦合到单型光导纤维7的两端，该光导纤维环绕一导电体8，被测量的电流I沿着该导体通过。这两个波环绕着由光导纤维7构成的环向相反的方向传输，並且在（光）分束镜4上重新结合，然后，在（光）分束镜3反射之后，它们在光检测器2中互相干涉。

依靠法拉第效应，在导电体8内流通的电流所产生的磁场在光导纤维7内引起（光）倒易的双折射，在那里产生两束反向传输的光波，（它们有）不同的往返程的速率。如果这两个反向传输的光波受到相同地园偏振或是右旋或是左旋，则在光检测器2内来自干涉仪环路的输出的这两个波之间发生相位偏移δφ，该相位偏移的大小正比例于沿导电体8流过的电流值。光检测器2产生一个正比例于该两光波的光功率P的信号，即

P＝P₁+P₂+2P1·P2]]>COSδφ （1）

这里P₁和P₂分别为该两光波每一个光波的功率。

如图2所示，这个检测规律是余弦规律。对测量小电流值，它具有零灵敏度的缺点，纵然在测量电流处于特别低的数值时也要求最大的准确度，但是很难取得的，因为杂波干扰伴随着测量信号，所述的杂波干扰是由于设置在光波路径上光元件造成不连续性因而出现反向散射波所致。

为了提高检测灵敏度，法国专利FR-A-2475230号描述了用带有一个外差平衡的相干检测来测量从干涉仪来的两束光的功率。这种相干检测在于依靠从干涉仪来的两束光的和来实现的一种正交同步光的解调，所述的光束和被分成两部分，以产生与初始光束同相的脉冲和相的脉冲，所述的脉冲借助于被耦合在差动放大器两个输入端上的两个检测器来检测。这个方法克服了光源内的杂波干扰，並且成倍地提高了检测灵敏度，但它明显增加光学系统的复杂性的花费。