Un detector de corriente o detector de campo magnético de fibra óptica,

que comprende una fibra detectora (5) que se expondrá a un campo magnético de una corriente I a medir, en el que dicha fibra detectora (5) forma un bucle en un plano de la bobina detectora, y en el que dicha fibra detectora (5) tiene una constante de Verdet V, al menos un retardador (4) dispuesto entre una fibra para mantener la polarización (2) y dicha fibra detectora (5) para convertir la luz entre polarización lineal y elíptica, en el que un eje principal de dicha fibra para mantener la polarización (2) inmediatamente antes del retardador se hace girar con respecto a una normal de dicho plano de la bobina detectora en un ángulo ß y en el que dicho retardador (4) introduce un retardo P = π/2 + ε entre las ondas luminosas polarizadas a lo largo de sus ejes principales, siendo t1 un desplazamiento de fase distinto de cero, adicional, y una unidad de control (1) adaptada para generar una señal proporcional a un desplazamiento de fase δΦ, señal que es proporcional a 4 S (ε, δ, β, φF) V·N·l = 4 S (ε, δ, β, φF)·φF, en la que N es un número de bucles de dicha fibra detectora (5), φ es un desplazamiento de fase inducido por birrefringencia lineal de dicha fibra detectora (5), φF es un desplazamiento de fase de Faraday y S es un factor de escala, en el que una derivada normalizada de S con respecto a la temperatura T es

caracterizado por que ß, ε y son tales que

se satisface sobre un intervalo de valores de φF y para un valor distinto de cero del desplazamiento de fase δ

inducido por birrefringencia lineal y su dependencia de la temperatura dada, al menos a una temperatura T0, en particular en un centro de un intervalo de temperatura operativa del detector, siendo t1 un primer valor umbral menor de 7*10 -5 1/K, en particular menor de 2*10 -5 1/K.

Detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica, de temperatura compensada, insensible a las variaciones en los parámetros del detector 5

Campo técnico

La invención se refiera a un detector de corriente de fibra óptica (FOCS) , o un detector de campo magnético, que comprende una fibra detectora que se expondrá a un campo magnético, por ejemplo de una corriente a medir. Este tipo de detector se usa típicamente en aplicaciones de alta tensión o alta corriente.

Técnica anterior

Los detectores de corriente de fibra óptica normalmente dependen del efecto Faraday en fibras de sílice pirógena. El efecto Faraday varía con la temperatura. La constante de Verdet V de la fibra de sílice pirógena, que es una medida del efecto Faraday, cambia de acuerdo con (1/V) ∂V/∂T = 7x10-5 º C-1, es decir, dentro de un intervalo de temperatura de operación de por ejemplo -40º a +80 º C, la señal del detector varía dentro del 0, 84%. Muchas aplicaciones del detector requieren precisión dentro de +0, 2% o ±0, 1%, sin embargo, y por lo tanto, requieren medidas para compensar la temperatura. En los documentos EP 1107029, EP 1115000 y la Ref. [1] se describe un método para la compensación inherente de la temperatura del efecto Faraday en detectores de corriente interferométricos de fibra óptica Sagnac y de de tipo reflexión. El método de compensación inherente elimina la necesidad de un detector de temperatura extra, que es particularmente importante para detectar la corriente a altos potenciales eléctricos. El método aprovecha la dependencia de la temperatura del retardador de fibra óptica, que genera las ondas luminosas normalmente circulares que se propagan en la fibra detectora. Para compensar la temperatura, el retardo se ajusta a un valor que difiere en una cantidad ε distinta de cero respecto al retardo a 90º convencional. La variación del retardo con la temperatura afecta al factor de escala del detector. Al retardo elegido apropiadamente, por ejemplo con ε = 10º , la influencia del retardador sobre la sensibilidad del detector (factor de escala S) solo equilibra la variación de la constante de Verdet con la temperatura.

En el documento WO 2005/111633 y la Ref. [2] se muestra que el factor de escala S del detector también está influido por el ángulo entre la normal del plano de la bobina de fibra y el eje lento de la polarización, manteniendo la fibra ante el retardador, denominado ángulo azimutal β =45º -β', siendo β' el ángulo entre la normal del plano de la bobina de fibra y el eje lento del retardador. En ese caso, la bobina de fibra detectora consistía en un solo bucle de fibra de modo único no recocida, con gran radio de bucle y, de esta manera, una pequeña birrefringencia lineal 35 inducida por torsión. La fibra reside en un capilar con medios reductores de la fricción y estaba empaquetada en una tira flexible de fibra de epoxi reforzada. La variación del factor de escala S con el ángulo azimutal β es de forma sinusoidal, y varía dentro del 0, 8% en el caso de un retardador con s = 10º y un retardo birrefringente en la fibra detectora de 1, 5º . Por lo tanto, para conseguir un factor de escala estable, el ángulo azimutal debe estar controlado y ser fijo. En la misma solicitud de patente se reivindican ángulos azimutales preferidos de β = 0º (módulo 90º ) y β = 45º (módulo 90º ) para conseguir una sensibilidad mínima del factor de escala a las variaciones de la birrefringencia inducida por torsión y el ángulo azimutal, respectivamente. Los efectos de la dependencia de la temperatura de la birrefringencia inducida por torsión [3] se consideraron insignificantes, puesto que en este caso eran muy pequeños. Sin embargo, es concebible una bobina de fibra detectora que consiste en varios bobinados de fibra (no recocida) de diámetro pequeño. Dichas bobinas pueden usarse, por ejemplo, para integración en un equipo de alta tensión (AT) .

45 En bobinas de este tipo puede estar presente una mayor cantidad de birrefringencia de fibra, provocando un retardo de fase birrefringente de, por ejemplo, δ = 5 25º .

En el documento EP 0856737 y la Ref. [1] se explica un método de recocido a alta temperatura para reducir eficazmente la birrefringencia inducida por torsión en bobinas de fibra de pequeño diámetro, con varios bobinados de fibra. La fibra de dichas bobinas puede residir, de nuevo, en un capilar de vidrio, tanto durante el procedimiento de recocido como en la configuración final del detector. Dependiendo del diámetro de la bobina y el número de bobinados puede quedar algo de birrefringencia en la fibra detectora después del recocido. Los desplazamientos de fase birrefringente correspondientes pueden ser del orden de varios grados. Adicionalmente, en un entorno de producción, la birrefringencia puede variar de una bobina a otra en una cierta extensión. Las variaciones en la 55 birrefringencia como resultado de tolerancias en el proceso de producción y/o debidas a variaciones de temperatura afectan a la compensación de la temperatura del efecto Faraday mencionada anteriormente. Esto es cierto tanto para bobinas recocidas como no recocidas.

Descripción de la invención

El problema a resolver por la presente invención, por lo tanto, es proporcionar un detector de corriente de fibra óptica o detector de campo magnético versátil, con pequeña sensibilidad a las variaciones en la birrefringencia de la fibra, por ejemplo debidas a tolerancias de fabricación o cambios de temperatura.

65 Este problema se resuelve mediante un detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica, que comprende una fibra detectora que se expondrá a un campo magnético de una corriente I a medir, en el que dicha fibra detectora forma un bucle en un plano del detector, en el que dicha fibra detectora tiene una constante de Verdet V, al menos un retardador dispuesto entre una fibra para mantener la polarización y dicha fibra detectora, para llevar la luz entre la polarización lineal y elíptica, en el que un eje principal de la fibra para mantener la polarización (pm)

inmediatamente antes de dicho retardador se hace girar con respecto a una normal de dicho plano del detector en un ángulo β, y en el que dicho retardador introduce un desplazamiento de fase diferencial ρ = π/2 + ε entre ondas luminosas polarizadas a lo largo de sus ejes principales, siendo ε un desplazamiento de fase distinto de cero, adicional, y una unidad de control que genera una señal particular, proporcional al desplazamiento de fase inducido por corriente Δφ, desplazamiento de fase que puede escribirse como Δφ =4 S (ε, δ, β, ϕF) · ϕF

con ϕF = V·N·l, y en la que N es un número de bucles de dicha fibra detectora, δ es un desplazamiento de fase 15 inducido por birrefringencia lineal, de dicha fibra detectora y S es un factor de escala, en el que una derivada normalizada de S respecto a la temperatura T es El detector está caracterizado por que β, ε y son tales que se satisface la condición o equivalentemente la condición sobre un amplio intervalo de valores de ϕF y para un valor distinto de cero del desplazamiento de fase inducido por birrefringencia δ, y su dependencia de la temperatura dada, , al menos a una temperatura T0 preferentemente en el centro del intervalo de temperatura operativa del detector, siendo t1 un primer valor umbral menor de 7*10-5 1/K, en particular menor de 2*10-5 1/K. Esta condición, en lo que sigue, se denomina "primera condición".

La dependencia de la temperatura, , del retardo de fase diferencial ρ del retardador de fibra puede adaptarse en una cierta extensión, eligiendo apropiadamente los parámetros de fibra. La dependencia de la temperatura o el coeficiente de temperatura, , de la birrefringencia lineal en la fibra detectora 35 corresponde aproximadamente a 6*10-4 1/K [3].

En el detector de acuerdo con la presente descripción, la expresión desplazamiento de fase ε, así como el ángulo de orientación β de la fibra pm antes del retardador, se eligen ventajosamente de manera que la derivada normalizada del factor de escala S con respecto a la temperatura T es de signo opuesto y, preferentemente de magnitud similar o 40 más preferentemente idéntica a la derivada normalizada de la constante de Verdet V con respecto a la temperatura T. Como se muestra a continuación, en estas condiciones, el retardador compensa, parcial o totalmente, la dependencia de la temperatura de la constante de Verdet V de la fibra detectora. Cuando se... [Seguir leyendo]

1. Un detector de corriente o detector de campo magnético de fibra óptica, que comprende una fibra detectora (5) que se expondrá a un campo magnético de una corriente I a medir, en el que dicha fibra detectora (5) forma un bucle en un plano de la bobina detectora, y en el que dicha fibra detectora (5) tiene una constante de Verdet V, al menos un retardador (4) dispuesto entre una fibra para mantener la polarización (2) y dicha fibra detectora (5) para convertir la luz entre polarización lineal y elíptica, en el que un eje principal de dicha fibra para mantener la polarización (2) inmediatamente antes del retardador se hace girar con respecto a una normal de dicho plano de la bobina detectora en un ángulo β y en el que dicho retardador (4) introduce un retardo ρ = π/2 + ε entre las ondas luminosas polarizadas a lo largo de sus ejes principales, siendo ε un desplazamiento de fase distinto de cero, adicional, y una unidad de control (1) adaptada para generar una señal proporcional a un desplazamiento de fase Δφ, señal que es proporcional a 4 S (ε, δ, β, ϕF) V·N·l =4 S (ε, δ, ρ, ϕF) ·ϕF, en la que N es un número de bucles de dicha fibra detectora (5) , δ es un desplazamiento de fase inducido por birrefringencia lineal de dicha fibra detectora (5) , ϕF es un desplazamiento de fase de Faraday y S es un factor de escala, en el que una derivada normalizada de S con respecto a la temperatura T es

caracterizado por que β, ε y

se satisface sobre un intervalo de valores de ϕF y para un valor distinto de cero del desplazamiento de fase δ

inducido por birrefringencia lineal y su dependencia de la temperatura dada , al menos a una temperatura T0, en particular en un centro de un intervalo de temperatura operativa del detector, siendo t1 un primer valor umbral 25 menor de 7*10-5 1/K, en particular menor de 2*10-5 1/K.

2. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 1, en el que Q, β y ε son tales que siendo t2 un segundo valor umbral menor de 2*10-3 (K-1*rad-1) , en particular menor de 0, 5*10-3 (K-1*rad-1) .

3. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 1 en el que Q, β y ε son tales que siendo t3 un tercer valor umbral menor de 0, 2 [rad-1], en particular menor de 0, 05 [rad-1].

4. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 1 en el que β mod 90º = 45º ±5º .

5. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 2, en el que Q, β y ε son tales que siendo t3 un tercer valor umbral menor de 0, 2 [rad-1], en particular menor de 0 05 [rad-1].

6. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 2, en el que Q, β y ε son tales que siendo t4 un cuarto valor umbral menor de 0, 06 [rad-1], en particular menor de 0, 01 [rad-1]. 5

7. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 2, en el que Q, β y ε son tales que siendo t5 un quinto valor umbral menor de 0, 0005 [K-1*rad-1], en particular menor de 0, 0001 [K-1*rad-1].

8. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 3, en el que Q, β y ε son tales que siendo t4 un cuarto valor umbral menor de 0, 06 [rad-1], en particular menor de 0, 01 [rad-1].

9. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 3, en el que Q, β y ε son tales que 20

siendo t5 un quinto valor umbral menor de 0, 0005 [K-1*rad-1], en particular menor de 0, 0001 [K-1*rad-1].

10. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en 25 el que dicha fibra detectora (5) es una fibra recocida.

11. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de la reivindicación 10, en el que dicha fibra detectora recocida (5) reside en un capilar de vidrio recocido.

12. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha fibra detectora (5) es una fibra no recocida.

13. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha fibra detectora (5) es una fibra no recocida que reside en un capilar. 35

14. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho retardador (4) comprende una fibra para mantener la polarización adicional.

15. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en 40 el que dicho retardador (4) comprende una fibra de núcleo elíptico.

16. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que 45 con con coeficientes P y Q distintos de cero.

17. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que I Q l = (1..6) 10-4 K-1.

18. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 5 para ϕF < 0, 3 rad, particularmente ϕF < 0, 1 rad.

19. El detector de corriente o de campo magnético de fibra óptica de cualquiera de las reivindicaciones 1-17 para ϕF > 0, 3 rad.