專利名稱：使用極化光纖的高電壓測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于極化的(poled)波導(waveguide)的高電壓測量裝置。
背景技術：
文件W090/08970描述了 一種用于通過在高溫下施加橫向的強電場來使光學玻 璃光纖極化的過程。極化給予該光纖持久的二階非線性。施加于極化光纖的橫向的電場 導致折射系數與場強度成比例地改變(普克耳斯效應)。相反地，非極化的光纖(其具有 宏觀的反對稱性)僅僅表現出克爾效應，也就是說，系數的改變非常小并且與場強度的 二次方成比例地變化。文件W090/08970和文件W097/01100描述了使用極化光纖的電 壓傳感器。該光纖描述了螺旋狀的或像螺線的從地(ground)到高壓電勢的路徑。在光 纖中的光波經歷光相位移，該相位移為用于電壓的量度。在Mach-Zehnder干涉儀中或通 過測定偏振的(polarimetric)裝置測量相位移。然而，這種類型的傳感器對于變化的外部參數(例如溫度、機械沖擊及振動)是 敏感的，這些變化的外部參數可導致光學的相變化并且因此可使電壓測量嚴重惡化。
發明內容
通過本發明所解決的問題為，減小這種外部參數對測量信號的影響。通過根據 權利要求1的裝置解決該問題。相應地，提供在第一極化方向上極化的第一波導以及在第二極化方向上極化的 第二波導。兩個波導實質上為相同類型(也就是說，它們由相同材料制成并且具有相同 的波導特性)并且布置成相互平行。每個波導的尺寸設計成載有至少一個具有兩個正交 的光偏振(polarization)的空間模(spatial mode)。下文中，正交地偏振波(polarized wave) 稱為正交(偏振)模式(orthogonal modes)。兩個波導共同支撐在保持件上，同時第一和 第二極化方向相互反平行。兩個波導以這種方式光學地相互耦合(例如，直接或通過中 間光纖)，即，耦合改變在第一和第二光纖中的正交模式的光偏振方向。該設計方案具有的優點為，增加了在第一和第二波導中的兩個偏振方向之間的 電光引起相位延遲，而應變或溫度引起的相位延遲相互補償，這允許了更加精確的電壓 測量，該測量更少地依賴于以上所提及的外部參數或擾動的類型。“改變波導的模式的偏振方向”的波導之間的耦合理解為，將沿著一個波導行 進且沿著該波導的“慢軸”偏振的光子轉變為沿著另一波導的“快軸”偏振的光子，并 且反之亦然。例如，在最簡單的實施例中，這樣的耦合可通過直接將兩個波導垂直地接 合而實現。備選地，可在兩個波導之間提供耦合光纖；該耦合光纖由在第一定向上接合 到第一波導且在第二定向上接合到第二波導的偏振保持(polarizationmaintaining)光纖形 成，其中，第一和第二定向之間旋轉90°。“橫向地極化的”光波導為已極化的且因此在極化方向上橫向于尤其垂直于其 縱軸線具有非中心結構的波導。
4
本發明尤其適合用于測量高于IOkV的高電壓。
在從屬權利要求以及以下參考附圖的描述中給出本發明的其它實施例、優點以 及應用圖1顯示了電光電壓傳感器的第一實施例，圖2顯示了電光電壓傳感器的第二實施例，圖3顯示了電光電壓傳感器的第三實施例，圖4顯示了電光電壓傳感器的第四實施例的部分，圖5顯示了電光電壓傳感器的第五實施例的部分，圖6顯示了帶有圓形包層的光纖的橫截面，圖7顯示了帶有D形包層的光纖的橫截面，圖8顯示了帶有橢圓形包層的光纖的橫截面，圖9顯示了帶有矩形包層的光纖的橫截面，圖10顯示了傳感器裝置的第一實施例，圖11顯示了圖10的細節的截面視圖，圖12顯示了傳感器裝置的第二實施例，圖13顯示了傳感器裝置的第三實施例，圖14顯示了在其絕緣罩殼中的裝置的部分的截面視圖，圖15顯示了在其絕緣罩殼中的裝置的第二實施例，圖16顯示了帶有電暈環(corona ring)的裝置，以及圖17顯示了帶有兩個芯的光纖的橫截面。
具體實施例方式測量原理圖1顯示了具有控制單元1以及兩個光纖10a，IOb的纖維光學電壓傳感器。光 纖10a，IOb形成了偏振保持波導。光纖10a，IOb為橫向地極化的光纖，其在施加橫向 的電場時表現出線性的場引起的(field-induced)雙折射變化。控制單元1包括光源3、用于非互逆(non-reciprocal)相位調制的相位調制器4、 光檢測器5、信號處理器6以及偏振保持光纖耦合部(coupler) 7。控制單元1和光纖10a， IOb形成偏振旋轉的(polarization-rotated)反射干涉儀，并且使用如從光纖陀螺儀中已知 的詢問(interrogation)技術，詳見參考文獻[1，2]。兩個正交的線偏振光波(由實現和虛線箭頭表示)從控制單元1處離開，并且行 進穿過偏振保持(pm)供給光纖(feed fiber) 8 (例如橢圓芯光纖)到達法拉第旋轉體9，其 中，每通過一次旋轉45°角(或等同地，旋轉45° +k ·90°角，其中k為任意整數)。 換句話說，每個光波在其每次通過法拉第旋轉體9時旋轉45°。該旋轉為非互逆的，也 就是說，例如，從朝向光束觀看的觀察者來看，如果光束從左向右傳播，則旋轉為順時 針的，但是如果光束從右向左傳播，則旋轉為逆時針的。因此，總的旋轉為90° (或 90° +k · 180°，其中k為整數)。從法拉第旋轉體9處離開的光波耦合到第一橫向地
5極化的pm感測光纖(sensing fiber) IOa中。該感測光纖的快軸和慢軸相對于在旋轉體9左 邊的pm供給光纖8的軸以45°定向。因此，在旋轉之后，偏振方向再次與雙折射光纖 軸一致。第二同樣橫向地極化的pm感測光纖IOb在接合部(splice) 12處接合，其中，該 感測光纖IOb的軸相對于第一感測光纖IOa旋轉了 90°。那么，以偏振的方式平行于第 一光纖IOa中的慢軸的波以偏振的方式沿著第二光纖IOb中的快軸，反之亦然。在第二 光纖IOb的端部處波被鏡15反射，并且然后折回其路徑。非互逆的法拉第旋轉體9引入 另一個45°旋轉，該另一個45°旋轉添加到第一次旋轉。因此，在前進和返回路線上的 總的旋轉為90°，也就是說，光波在帶有交換的(swapped)偏振的情況下再次返回到控 制單元1，如在文件EP 1154278的電流傳感器(其將結合在本發明中)中那樣。這是有 利的，因為其將波的總的往返行程路徑不平衡保持為零或接近零，并且因此，保持在低 相干光源3的相干長度以內。此外，溫度和振動所導致的在調制器4和法拉第旋轉體9 之間的光纖中的光相位變化大多相互抵消。在法拉第旋轉體9右邊的兩個感測光纖10a，IOb作為場傳感器起作用，并且 用于測量周期場引起的額外雙折射，該雙折射由具有相對于光纖的縱軸線的橫向分量的 交變的電場E引起。這種場引起的雙折射引起在兩個正交的波之間相應的微分相位移 (differential phaseshift)。如在圖1中所顯示的那樣，兩個光纖的極化方向y，也就是說其極軸，是反平行 的。如果沿著兩個光纖的電場分布E(Z)相同，則反平行的極化方向和(由于光纖之 間90°接合部而引起的)偏振方向交換(swapping)的組合造成在感測光纖中的具有相同 的大小和符號的場引起的相位移。在電壓傳感器中，通過將兩個光纖對準(如下文中在 圖10-13中示出的那樣)而得到相同的場分布。使用以90°接合部引起的且帶有如圖10-13中那樣對準的第一和第二感測光纖 10a, IOb連結的優點如下:-第二pm感測光纖IOb平衡了在第一感測光纖IOa中引入的兩個正交的波之間 的光路徑不平衡。如所提及的那樣，這也是必要的，因為其將總的路徑不平衡保持在低 相干光源的相干長度以內。-因為兩個光纖都經受相同的溫度和機械所引起的相位移(例如由沖擊和振動引 起)，在兩個光纖中相應的光相位移相互抵消。因此，與根據現有技術的傳感器相比， 該傳感器相對于外部擾動明顯更穩定(robust)。此外，如果避免了大的準靜態相位偏移 (例如，由溫度變化引起)，則信號處理變得更加簡單。理想地，總的相位變化應保持在 士 π的范圍內。-第二光纖IOb使電壓傳感器的靈敏度加倍。應注意，在基于非互逆相位調制的詢問技術的情況下，兩個極化的光纖10a， IOb相對于施加的交變電壓的表觀靈敏度(apparentsensitivity)隨著向前和向后傳播的波 之間的時間延遲的函數而變化，并且因此，隨著光纖長度和沿著光纖的位置的函數而變 化。如果時間延遲與交變電壓的周期相比可忽略，則電壓引起的往返行程光相位移達到 其最大值，并且如果延遲相應于周期的一半，則相位移變成零。此外，如果延遲不可忽 略，則兩個區段的有效靈敏度將不同。然而，對于頻率為50或60Hz的電壓以及長度為幾米的光纖，時間延遲可忽略并且可忽視延遲的影響。圖2顯示了圖1中的配置的改型。pm光纖耦合部13和兩個橫向地極化的pm感 測光纖10a，IOb形成了環鏡。在法拉第旋轉體9處的耦合部端部如圖1中的第一感測光 纖IOa區段那樣定向。環包括兩個90°接合部12，14。該接合部將環分割成兩個帶有 相同長度的半部。不需要額外的反射器。兩對帶有如所指出的定向的正交偏振在環中相 反地傳播。兩個環半部的功能與圖1中的兩個感測光纖10a，IOb的功能相同。如果極 化方向y和場方向E如圖2中所指出的那樣，則光纖10a，IOb中的相位移增加。該構造 的潛在優勢為，光纖10a，IOb的有效靈敏度與時間延遲無關總是相同的。圖1和圖2中的相位調制器4例如為集成光鋰調制器，例如，見參考文獻[1]。 該調制器也用作偏振器。另一備選方案為如在參考文獻[2]中示出的壓電調制器。圖3顯示了與圖1相同的結構，但帶有不同類型的集成光相位調制器4。該調制 器為雙折射調制器，其直接調制正交光波的相位。那么，不再需要圖1和2的pm耦合 部7。來自光源3 (消偏振器未示出)的消偏振光在光纖偏振器21中偏振，并且隨后在接 合部23處耦合到調制器的進入pm光纖導線22中。偏振方向相對于pm光纖導線的軸為 45° (45°接合)。因此，激勵了帶有相同振幅的兩個正交波。調制器4的兩個pm光纖 導線22，8的快軸和慢軸與調制器的電光軸平行。圖4顯示了傳感器的改型。(在旋轉體9左邊的傳感器部分與前述圖中任一個中 的相同，并且為了簡化在圖4和圖5中未顯示)。在此，在感測光纖10a，IOb之間安置 有兩個未極化的pm光纖區段2a，2b，其中，到第一感測光纖IOa的接合部12a為0°接 合部、在未極化的pm光纖區段2a，2b之間的接合部12b為90°接合部、以及到第二感 測光纖IOb的接合部12c為0°接合部。備選地，在10a/12a之間和12b/10b之間的接合 部兩者可為90°接合部。優選地，未極化的區段2a，2b具有圓形的截面，并且有助于例 如帶有D形的兩個極化光纖的連接。在芯定向上直接將兩個D形光纖(如上所述)利用 90°偏移接合部是更加困難的。優選地，兩個未極化的區段2a，2b在類型和長度上為相 同的，并且以90°接合相連結，以使得將正交模式的總的路徑不平衡保持為零。備選地，且如圖5中所顯示的那樣，未極化的光纖區段2a，2b中的一個可在法 拉第旋轉體9和第一極化的感測光纖IOa之間，借助于接合部12d連接到第一感測光纖 IOa上。接合部再次以這種方式定向，即，在12a/12b中的路徑不平衡彼此抵消。備選 地，未極化的光纖區段2a，2b中的一個可布置在第二極化的感測光纖IOb和反射器15 (未 示出)之間。在到目前為止所顯示的實施例中，具有用于至少一次發送光穿過第一光纖10a、耦合部(由接合部12形成或者由未極化 的光纖2a，2b及其接合部形成)且穿過第二光纖IOb的控制單元1 ；-控制單元1適用于測量下者之間經受的相位延遲-以沿著第一光纖的極化方向y的偏振行進穿過第一光纖IOa且以垂直于第二光 纖的極化方向的偏振行進穿過第二光纖IOb的光波，和-以垂直于第一光纖的極化方向y的偏振行進穿過第一光纖10a，且以沿著第二 光纖的極化方向IOb的偏振行進穿過第二光纖IOb的光波。以上所描述的使用法拉第旋轉體的互逆相位調制器的方案是尤為有利的，但也可借助于更加傳統的測定偏振的配置。優選地，在已經過光纖10a，IOb后，兩個正交的 光波被發送穿過另外一對相同的偏振保持光纖，該偏振保持光纖為檢測系統的一部分并 且再次以90°接合部連結。隨后，波在兩個相對于光纖軸以+/-45°定向的偏振器處被 引起干涉。所產生的干涉信號具有相反的相位。兩個信號的微分被反饋給相位控制器， 該相位控制器將干涉波的微分相位保持處于正交(atquadrature)。可借助于控制pm光纖 中的一個的長度的壓電調制器調整正交，見參考文獻[5]。就此而論，可以傳輸或反射的 方式操作光纖10a，IObo極化的光纖以上裝置的感測光纖10a，IOb需要被橫向地極化(或需要具有至少橫向的極化 方向分量)以使得其表現出線性電光效應。例如，在文件W090/08970以及在參考文獻[3]和[4]中描述了玻璃光纖的熱極 化。通過在提高的溫度下(例如在300°C下)將高的橫向電場施加到光纖芯區域來實現光 纖的極化。場引起了電荷的重新排列。因此，在光纖在施加的極化場下冷卻到室溫后， 永久的電場28(見圖6)以凍結的形式保留在光纖內。極化引起的各向異性導致隨所施加 的電場線性地變化的電光效應。常常通過將幾千伏的電壓施加到在光纖包層(cladding) 26中的兩個孔25中的 電極線(electrode wire)上產生極化電場，見圖6。孔25沿著光纖芯27在相對側上延 伸，光纖芯27形成光纖的波導。對于電壓感測有利的是，使用雙折射光纖(也就是 說，偏振保持光纖，pm光纖)，如橢圓核光纖，該光纖支持帶有正交的偏振方向的雙模 (doublemode)(平行于慢和快雙折射光纖軸χ和y)。在橢圓核光纖中它們為主軸和副軸。 極化方向選擇為平行于雙折射軸(圖6中的y方向)。一旦光纖被極化，則沿著y的強度為E的電場引起用于兩個正交地偏振的光波的 電光系數差Δ neo = rE(1)其中，！·為有效電光系數，典型地接近lpm/V。那么，在長度為1的光纖中， 所引起的波長為λ的兩個波的微分電光相位移為
Acpeo = (2π/λ)·Δι ￡0·1(2)沿χ或ζ(ζ為光纖方向)的場不產生任何微分相位移。場強度E為在光纖芯處 的有效場強度，該有效場強度在所給出的外部場強度Ε’下取決于介電常數以及光纖的截 面形狀。例如，為了電壓測量，光纖(其中，用于極化的導線被移除)被放置在兩個電位 (例如地和高電壓)之間的具有恒定的螺旋角的螺旋的路徑上。使光纖軸對準，以使得在 沿著光纖的任何點處極化方向都近似地平行于螺旋的縱軸線，見文件W090/08970和WO 97/01100。那么，可顯示出，引起的總相位移Δφεο以良好的近似性相應于沿著螺旋的縱 軸線的路徑積分/ E · ds,并且因此相應于待測量的電壓。為了促進光纖的對準(極化方向的對準)有利的是，使用帶有非圓形光纖截面 的光纖。在圖7，8和9中顯示了示例。圖7顯示了帶有具有D形狀的包層的光纖，圖 8顯示了帶有具有橢圓形狀的包層的光纖，以及圖9顯示了帶有具有矩形或正方形形狀的包層的光纖。電壓傳感器配置和封裝圖10和11顯示了高電壓測量裝置的實施例。其包括保持件30，有利地，該保 持件30為帶有縱軸線31的棒。保持件30布置在地和待測的高電壓之間，其中，縱軸線 31基本上沿著電場延伸。保持件30具有外圓柱面32。第一光纖IOa和第二光纖IOb螺旋地在表面32周 圍纏繞，也就是說，其以雙股的方式沿著螺旋路徑行進，該螺旋路徑的中心在縱軸線31 的位置處。螺旋路徑具有恒定的螺旋角。兩個光纖的極化方向y并不相對于縱軸線31 垂直(但基本上恒定)，以使得沿所述軸線的電場在光纖的波導中產生線性電光效應。優 選地，極化方向基本上平行于軸線31。第一光纖IOa和第二光纖IOb相互平行地延伸，優選地，相互的間距小于其螺旋 路徑的螺距。每個光纖10a，IOb在高電壓和地之間在保持件30的整個長度上延伸。圖11顯示了示例的實施例，在其中，顯示了光纖軸的定向和極化方向y，其用 于實現消除熱和機械的相位移并且使電光相位移加倍的目的。由于中間的90°接合部 12，因而在兩個光纖區段中，相對于芯軸的兩個偏振模式的方向交換。兩個帶有波導或芯27的感測光纖10a，IOb通常支撐在保持件30上。在圖10 和11的實施例中，兩個感測光纖10a，IOb優選地安裝在共用承載件33的相對側上，以 使得它們經受相同的溫度變化和機械擾動。由于在光纖10a，IOb之間的模式交換，所引 起的微分光相位移大小相同但符號相反，并且因此相互抵消。此外，感測光纖10a，IOb 以凍住的(frozen-in)電場的相反方向安裝。該措施與偏振交換組合使電光相位移加倍。在圖11的實施例中，承載件33具有從表面32中伸出且在保持件30周圍螺旋地 延伸的形狀或突出部。在圖11中兩個D形感測光纖10a，IOb安裝在承載件33的頂表面和底表面上， 以用于實現合適的光纖對準。備選地，可使用如在圖6-8中所顯示的帶有橢圓形、正方 形或矩形截面的光纖，如圖12中所顯示的那樣，可直接將該光纖扭曲(wrap)到保持件30 的表面32上。在圖13中顯示了另一備選方案。在此，兩個光纖預安裝在作為承載件起作用的 柔性的支撐條33’的槽34中。隨后，將條33’纏繞在保持件30上。這一過程有助于 傳感器的準備。此外，在裝置的后續封裝期間(見下文)光纖以機械的方式在槽34內受 到保護。如有需要，槽34可由適當的蓋(未示出)遮蓋。圖14和15顯示了兩種用于戶外應用的傳感器的耐高壓封裝(high-voltage proof packaging)的選擇。在圖14中，相應于圖10-13的保持件30布置在硅制成的絕緣罩殼 35中，該罩殼載有多個周緣絕緣子裙(shed) 35a。該絕緣子裙35a提供了足夠大的爬電距 離。在模制過程中將硅施加到保持件30上，其中，光纖10a，IOb布置在保持件30和絕 緣罩殼35之間。裝置的兩端均配有金屬凸緣36。例如，相似的封裝技術使用在電涌放電器的制 造中。結構中可包括一些復合棒以用于增加其機械強度。在圖15中，保持件30安裝在由纖維加強的樹脂制成的復合絕緣管37中。為了 電絕緣，有利地，絕緣管37和保持件30之間的縫隙由固體絕緣材料38填充。一個實例是帶有足夠的可壓縮性(為了避免由于熱膨脹而引起的過大的應力)的聚氨酯泡沫。其 它備選方案為介質(dielectric)液體(例如，變壓器油(transformer oil)、硅油)或絕緣氣 體(例如SF6、氮氣、空氣)。有利地，如圖16中所顯示的那樣，傳感器配有一個或多個電暈環39，該電暈環 39提供更加均勻的電場分布。圖16同樣顯示了兩個用于安裝該裝置的懸纜40。其它傳感器改型圖17顯示了帶有兩個芯27a，27b的極化的光纖的截面。在該幾何結構中，在極 化期間在芯區域中產生兩個如指出的那樣帶有相反方向的凍住的電場28。以這種方式， 在圖11中所示的兩光纖的布置可由允許甚至更好的溫度和振動補償的單光纖體取代。此 外，傳感器的制造變得更容易。通常，本發明可應用于具有第一和第二延長的波導的裝置，該波導可由具有 兩個芯的單個光纖形成或者由兩個具有單芯的光纖形成。有利地，波導為單模(single mode)的波導。當使用如圖6-9和11中所顯示的單芯光纖時，波導對應于兩個光纖的芯27。如 在圖11和13中所顯示的那樣，光纖可安裝在共用保持件30上，并且尤其地安裝在共用 承載件33，33’的相對側上。然而，兩個光纖也可布置成相互鄰近，并且，尤其地，其 例如可直接彼此焊接或粘合在一起。有利地，在任何一種情況中，兩個光纖應具有相同 的設計，以使得除了電場引起的折射系數變化，其它所有效應相互抵消。備選地，兩個波導可由單獨的光纖的兩個芯28a，28b形成，如在圖17中所顯示 的那樣。代替使用如圖14中的串聯的兩對極化光纖，多對極化光纖可布置成串聯的，也 就是說，多對所述的第一波導和所述的第二波導布置成串聯的。每個后續的極化光纖對 像第一光纖對那樣再次布置在其自己的圓柱形支撐體上。因此，電壓傳感器可包括一連 串獨立模塊，這些獨立模塊在特定應用中可增加設計的靈活性。兩個波導或感測光纖10a，IOb中的每一個均可由以0°接合部引起的多個獨立 極化的光纖段連結組成(可選地，如以上所描述的那樣，如果pm光纖區段需要有助于接 合，則在節段之間存在一個或多個短的pm光纖區段)。如果可被極化的最大光纖長度受 到限制(例如由于電極線的長度或可插入光纖孔中的液體電極材料限制)，則可選擇這一 方式。代替集成的相位調制器，可使用壓電調制器(例如，見參考文獻[3])。通常， 壓電調制器用于與開環檢測組合使用。相對于帶有非互逆相位調制和法拉第旋轉體的檢測，備選地，可采用如在例如 參考文獻[3]或在文件US 5936395中所描述的偏振測定的檢測方案。以傳輸或反射的方 式操作極化的光纖區段是可能的。單一光源可用于多個傳感器，例如，用于在三相高壓儀器中的三個傳感器的組 合。那么，消偏振光通過多個光纖耦合部分開到三個傳感器通道上，例如，通過1 3 耦合部接著平行布置的三個2 1耦合部。那么，光電二極管在2 1耦合部的自由出 口處。所有示例和圖僅用于示范性目的，并且既不應限制權利要求也不應限制本發明的 優選的特征的獨立使用。
參考文獻1.” The fiber-optic gyroscope”， Herve Lefevre, Artech House, Boston, London, 1993.( “光導光纖陀螺儀”，Herve Lefevre，ArtechHouse,波士頓，倫敦， 1993)2.EP 11542783.P.G.Kazansky et al.，” Glass fiber poling and applications”，J.Lightw.Technology 15, 1484, l"7.(RG.Kazansky 等，“玻璃光纖的極化及應用”，ILightw.Technology 15， 1484， 1997)4.M. Janos et al.，” Growth and decay of the electro-optic effect inthermally poled B/ Gecodopedfiber “，J.Lightw.Technology 17, 1037，1999. (M.Janos 等，“在熱極化的 B/ Ge雙摻雜光纖中的電光效應的增長和衰退”，J.Lightw.Technology 17，1037，1999)5.D.A.Jackson, R.Priest, A.Dandridge, and A.B.Tveten, ” Elimination of drift in a single-mode optical fiber interferometerasing a piezoelectrically stretched coiled fiber” , Appl. Opt., vol.19, pp.2926-2929, 1980. (D.A.Jackson, R.Priest, A.Dandridge, A.B.Tveten,
“使用壓電地延長的盤繞光纖消除在單模光纖干涉儀中的漂移”，Appl.Opt.，卷19，頁
2926-2929, 1980)
參考標號列表
1控制單元
3光源
2a,2b 未極化的pm
4相位調制器
5光檢測器
6信號處理器
7pm光纖耦合部
8供給光纖
9法拉第旋轉體
10a,IOb 感測光纖
12a，12b，12c接合部
13pm光纖耦合部
12，14 90°接合部
15鏡
21光纖偏振器
22pm光纖導線
23接合部
25孔
26包層
27，27a, 27b 芯
28凍住場
30保持件
11
31 保持件的縱軸線32 保持件表面33 承載件33’ 柔性的支撐條34槽35絕緣罩殼35a絕緣子裙36金屬凸緣37復合絕緣管38固體絕緣材料39電暈環40懸纜
權利要求
1.一種高電壓測量裝置，包括用于布置在兩個電勢之間的保持件(30)，在第一極化方向上橫向極化的第一波導以及在第二方向上橫向極化的第二波導，其 中，所述波導為相同類型并且布置成相互平行，其中，每個波導適合載有至少一個具有 兩個正交的光偏振方向的光學模，并且其中，所述第一和第二波導共同地支撐在所述保 持件(30)上，其中，所述第一和所述第二極化方向(y)反平行，以及在所述第一和所述第二波導之間的耦合部(12)，其中，所述耦合部(12)改變所述模 的所述偏振方向。
2.根據權利要求1所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述保持件(30)包括具有 縱軸線(31)的棒，并且所述第一和所述第二波導沿著螺旋的路徑在所述軸線(31)周圍纏 繞，其中，所述第一和所述第二極化方向不垂直于所述縱軸線(31)。
3.根據權利要求2所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述第一和所述第二波導的 相互的距離小于所述螺旋路徑的螺距。
4.根據權利要求2至3中任一項所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述保持件 (30)具有在所述縱軸線(31)周圍的圓柱形的表面(32)，并且所述第一和所述第二波導在 所述表面(32)周圍纏繞。
5.根據前述權利要求中任一項所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述第一波導 包括第一光纖(IOa)的芯(27)，并且所述第二波導包括第二光纖(IOb)的芯(27)。
6.根據權利要求5所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述第一和所述第二光纖 (10a, 10b)布置成相互鄰近，并且尤其地，所述第一光纖(IOa)和所述第二光纖(IOb)彼 此粘合或焊接在一起。
7.根據權利要求5至6中任一項所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述第一和所 述第二光纖(10a，10b)具有相同的設計。
8.根據權利要求5所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述第一和所述第二光纖 (10a, 10b)安裝在共同承載件(33，33’ )的相對側上，所述承載件(33，33’ )安裝在 所述保持件(30)上，并且尤其地，其中，所述承載件螺旋地在所述保持件(30)周圍纏 繞。
9.根據權利要求8所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述第一和所述第二光纖 (10a, 10b)安裝在所述承載件(33’)的相對側上的凹口中。
10.根據權利要求1至4中任一項所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述第一和 所述第二波導包括共同光纖的兩個芯(27a，27b)。
11.根據前述權利要求中任一項所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述保持 件(30)布置在絕緣罩殼(35)中，其中，所述絕緣罩殼(35)載有多個周緣的絕緣子裙 (35a),其中，所述波導布置在所述保持件(30)和所述絕緣罩殼(35)之間。
12.根據權利要求11所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述絕緣子裙布置在尤 其由纖維加強的樹脂制成的絕緣管(37)的外側，并且其中，所述波導布置在所述保持件 (30)和所述絕緣管(37)之間。
13.根據前述權利要求中任一項所述的高電壓測量裝置，所述高電壓測量裝置還包括控制單元(1)，該控制單元(1)用于至少一次將光發送穿過所述第一波導、所述耦合 部(12)以及所述第二波導并且適用于測量下者之間經受的相位延遲_以沿著所述第一極化方向的偏振行進穿過所述第一波導且以垂直于所述第二極化方 向的偏振行進穿過所述第二波導的光波，和_以垂直于所述第一極化方向的偏振行進穿過所述第一波導且以沿著所述第二極化方 向的偏振行進穿過所述第二波導的光波。
14.根據權利要求13所述的高電壓測量裝置，所述高電壓測量裝置還包括至少一個布 置在所述控制單元(1)和所述光纖之間的法拉第旋轉體(9)，并且尤其地，其中，每次經 過時所述法拉第旋轉體(9)將光旋轉45°。
15.根據前述權利要求中任一項所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述第一和所 述第二波導相互平行地延伸。
16.根據前述權利要求中任一項所述的高電壓測量裝置，其特征在于，所述高電壓測 量裝置包括布置成串聯的多對所述第一波導和所述第二波導。
全文摘要
兩個橫向地極化的光纖(10a，10b)在其極化方向反平行的情況下在保持件(30)周圍纏繞。耦合部(12)改變光纖的模式的偏振方向。該設計具有的優點為，使熱和機械引起的雙折射變化可基本上消除，而使電場引起的雙折射變化增加，這允許了提供更穩定的高電壓測量裝置。
文檔編號G01B9/02GK102027314SQ200880129250
公開日2011年4月20日 申請日期2008年5月14日 優先權日2008年5月14日
發明者H·布倫德勒, K·博納特, S·維爾德穆特 申請人:Abb研究有限公司