FR2539513A2

FR2539513A2 - Device for measuring electric current using the Faraday effect

Info

Publication number: FR2539513A2
Application number: FR8300693A
Authority: FR
Inventors: Daniel Langeac
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1983-01-18
Filing date: 1983-01-18
Publication date: 1984-07-20
Also published as: FR2539513B2

Abstract

The device conforms to Claim 1 of the principal patent and is characterised in that the two strands 19, 20 of optical fibres providing the out and back paths between the sensor proper 2 on the one hand and the polarised light source 5 and the measuring device 7, 8, 9, 10 on the other hand consist of a non-twisted monomode optical fibre of the type which preserves the linear polarisation.

Description

Dans le brevet principal, on a décrit un dispositif mettant en oeuvre l'effet Faraday pour réaliser un détecteur ampèremétrique permettant la mesure de l'intensité parcourant un conducteur. In the main patent, a device has been described implementing the Faraday effect to produce an amperometric detector allowing the measurement of the intensity traversing a conductor.

Ramenée à ses grandes lignes, l'invention est une combinaison des dispositifs décrits sur les figures 2, 3 et 4, c'est-à-dire comportant un capteur proprement dit constitué d'une fibre optique torsadée en deux parties, en des sens opposés, autour du conducteur 1 parcouru par l'intensité Ià mesurer auquel sont associés, d'une part à l'entrée du système une source de lumière polarisée 5 et, d'autre part, à la sortie de celui-ci un dispositif de mesure 7, 8, 9, 10 permettant d'effectuer la mesure de l'angle de rotation du plan de polarisation de la lumière ayant parcouru la fibre optique. Selon la théorie expliquée dans le brevet principal, cet angle de rotation est proportionnel à cette intensité I et sa connaissance procure .par conséquent un moyen de mesure de ladite intensité. Reduced to its main lines, the invention is a combination of the devices described in Figures 2, 3 and 4, that is to say comprising a sensor proper consisting of an optical fiber twisted in two parts, in directions opposite, around the conductor 1 traversed by the intensity I to be measured with which are associated, on the one hand with the input of the system a source of polarized light 5 and, on the other hand, with the output of this one a device for measurement 7, 8, 9, 10 making it possible to measure the angle of rotation of the plane of polarization of the light having passed through the optical fiber. According to the theory explained in the main patent, this angle of rotation is proportional to this intensity I and its knowledge therefore provides a means of measuring said intensity.

La torsion de la fibre-optique en deux parties dans des sens opposés et avec un nombre égal de tours dans chaque sens, permet, comme on l'explique dans le brevet principal, de compenser à la fois les phénomènes de biréfringence linéaire parasite ainsi que l'influence des variations de température du milieu d'ure mesure à l'autre. The twisting of the optical fiber into two parts in opposite directions and with an equal number of turns in each direction, makes it possible, as explained in the main patent, to compensate for both the parasitic linear birefringence phenomena as well as the influence of temperature variations from one urea medium to another.

Il est bien évident toutefois, que pour utiliser un dispositif tel que décrit sur les figures 2, 3 et 4 du brevet principal, il est nécessaire d'éloigner à une certaine distance du capteur proprement dit la source de lumière polarisée d'une part et le dispositif de mesure ou de détection de l'autre, en prolongeant la fibre optique du capteur par deux trajets aller et retour respectivement entre la source. et le capteur et entre le capteur et le détecteur. Dans cer
taines installations, il est nécessaire que les deux brins de fibres optiques qui assurent ces trajets aller-retour aient une longueur de plusieurs mètres par exemple.It is obvious, however, that in order to use a device as described in FIGS. 2, 3 and 4 of the main patent, it is necessary to distance the polarized light source at a certain distance from the sensor itself and the measurement or detection device on the other, by extending the optical fiber of the sensor by two outward and return paths respectively between the source. and the sensor and between the sensor and the detector. In some
taine installations, it is necessary that the two strands of optical fibers which provide these round trips have a length of several meters for example.

On constate alors malheureusement que- ces trajets aller-retour de la fibre optique sont très sensibles à la fois aux courbures que l'on peut imposer à ces fibres et aux vibrations auxquelles elles peuvent etre soumises temporairement ou de façon permanente. En ce qui concerne les courbures, on peut évidemment les compenser pour une installation déterminée si la configuration du trajet aller-retour entre la source, le capteur et le détecteur est figée- une fois pour toutes, mais ce n'est généralement pas le cas et lors de l'installation d'un dispositif de mesure d'intensité électrique à effet Faraday selon l'invention, il n'est pas possible en général de prévoir d'avance ou de fixer une fois pour toutes le trajet des fibres optiques. Unfortunately, then, it is found that these round-trip paths of the optical fiber are very sensitive both to the curvatures that can be imposed on these fibers and to the vibrations to which they may be subjected temporarily or permanently. Regarding the curvatures, we can obviously compensate for a specific installation if the configuration of the round trip between the source, the sensor and the detector is fixed - once and for all, but this is generally not the case and when installing a Faraday effect electric intensity measuring device according to the invention, it is generally not possible to plan in advance or fix the path of the optical fibers once and for all.

I1 en résulte par conséquent, si l'on désire conserver au dispositif toute sa souplesse d'emploi, 'la nécessité de s'affrancbir de la sensibilité aux courbures et aux vibrations de cette partie du dispositif. I1 therefore results, if one wishes to keep the device all its flexibility of use, 'the need to overcome the sensitivity to bends and vibrations of this part of the device.

La présente addition a précisément pour objet un dispositif de mesure selon la revendication 1 du brevet principal caractérisé en ce que les deux brins de fibres optiques assurant les trajets aller et retour entre le capteur proprement dit d'une part et la source de lumière polarisée et le dispositif de mesure d'autre part sont constitués par une fibre optique monomode non torsadée du type à conservation de polarisation linéaire (également appelée parfois fibre à maintien de polarisation). The subject of this present addition is precisely a measuring device according to claim 1 of the main patent, characterized in that the two strands of optical fibers providing the outward and return paths between the sensor proper on the one hand and the polarized light source and the measurement device on the other hand are constituted by a single-twisted optical mode fiber of the linear polarization preservation type (also sometimes called polarization maintenance fiber).

Dans une réalisation conforme à la présente addition, on voit donc que le dispositif global de mesure d'intensité électrique utilise deux types de fibres optiques différentes suivant la fonction à assurer - en ce qui concerne la partie capteur c'est-à-dire le
solénoide qui entoure le conducteur 1 parcouru par
l'intensité I à mesurer, on emploie une fibre opti
que monomode ordinaire (par exemple les fibres ITT T
1601 ou T 1602) torsadée selon une double torsion
conformément au brevet principal t - pour les deux brins de fibres optiq.ues qui assurent
les trajets aller-retour entre la source et le dé
tecteur, on emploie alors une fibre optique monomo
de, non torsadée, à conservation de polarisation li
néaire (par exemple une fibre ITT T1605) que l'on
relie à la fibre optique du capteur proprement dit
soit par une simple soudure, -soit à l'aide de con
necteurs du commerce (par exemple le connecteur "op
taball" vendu sous la marque "Radiall"). In an embodiment according to this addition, it can therefore be seen that the overall device for measuring electrical intensity uses two different types of optical fibers depending on the function to be performed - as regards the sensor part, that is to say the
solenoid surrounding the conductor 1 traversed by
the intensity I to be measured, an optic fiber is used
than ordinary single mode (e.g. ITT T fibers
1601 or T 1602) twisted according to a double twist
in accordance with main patent t - for the two strands of optical fibers which provide
return journeys between the source and the die
protector, we then use a monomo optical fiber
of, untwisted, with polarization conservation li
nary (for example an ITT T1605 fiber) which
connects to the optical fiber of the sensor itself
either by a simple weld, or using a con
commercial nectors (for example the connector "op
taball "sold under the brand name" Radiall ").

Ce deuxième type de fibres optiques est en effet très peu sensible aux perturbations extérieures, car elles présentent une très forte biréfringence linéaire (typiquement de l'ordre de-105 /m) ou, ce qui revient au même, une longueur de battement
Lp = 3600/105 = 3,6 mm au lieu de quelques mètres pour les fibres optiques ordinaires. Ces caractéristiques rendent très faible le coefficient de couplage entre les deux modes propres de propagation et, de cette façon, l'état de polarisation de l'onde qui émerge d'une telle fibre dépend très peu des perturbations qu'elle peut subir le long de son trajet en matière de courbure et/ou de vibrations.This second type of optical fibers is in fact very insensitive to external disturbances, since they exhibit a very high linear birefringence (typically of the order of −105 / m) or, which amounts to the same thing, a beat length
Lp = 3600/105 = 3.6 mm instead of a few meters for ordinary optical fibers. These characteristics make the coupling coefficient between the two natural propagation modes very low and, in this way, the state of polarization of the wave which emerges from such a fiber depends very little on the disturbances which it can undergo along of its path in terms of curvature and / or vibrations.

Selon une disposition secondaire, mais importante de la présente addition, des contrôleurs de polarisation sont prévus à l'entrée de la fibre "al ler", c'est-à-dire à la jonction de celle-ci avec la source de lumière et à la sortie de la fibre "retour", c'est-à-dire à la jonction de celle-ci avec le dispositif de mesure pour rendre linéaire l'état de polarisation de l'onde lumineuse. According to a secondary, but important, provision of this addition, polarization controllers are provided at the input of the fiber "al ler", that is to say at the junction of the latter with the light source and at the output of the "return" fiber, that is to say at the junction of the latter with the measuring device to make the polarization state of the light wave linear.

En effet, pour que le dispositif. de mesure d'intensité électrique par effet Faraday, objet de la présente addition, fonctionne de façon correcte il est nécessaire de s'assureur que l'état de polarisation de l'onde lumineuse à la sortie de la fibre aller (côté capteur) et à la sortie de la fibre bretour" < à l'entrée dans le détecteur) soit linéaire. C'est cette considération qui rend nécessaire l'utilisation de contrôleurs de polarisation qui permettent, d'induire par différents moyens (pressions locales, etcs. ) une biréfringence contrôlée capable de restituer le caractère linéaire éventuellement déficient de la polarisation de l'onde lumineuse. De tels contrôleurs de polarisation sont parfaitement connus et décrits par exemple dans l'article "Polarization stabilisation on-sint gle mode fiber" R. Ulrich, Applied Physic Letters, 35 11(79). Indeed, so that the device. Faraday effect electrical intensity measurement object of this addition works correctly it is necessary to ensure that the polarization state of the light wave at the output of the go fiber (sensor side) and at the output of the bretour fiber "<at the input into the detector) is linear. It is this consideration which makes necessary the use of polarization controllers which allow, to induce by different means (local pressures, etc.). ) a controlled birefringence capable of restoring the linear character, possibly deficient, of the polarization of the light wave. Such polarization controllers are perfectly known and described for example in the article "Polarization stabilization on-sint gle mode fiber" R. Ulrich , Applied Physic Letters, 35 11 (79).

De toute façon l'invention sera mieux comprise en se référant à la figure unique ci-jointe qui montre, à titre illustratif et non limitatif, un mode possible de mise en oeuvre du dispositif objet de l'invention. Anyway, the invention will be better understood by referring to the attached single figure which shows, by way of illustration and not limitation, a possible mode of implementation of the device which is the subject of the invention.

Sur cette figure unique, on voit le capteur 2 traversé par le conducteur l parcouru par l'intensité I à mesurer, la source de lumière polarisée 5 et le dispositif de mesure ou détecteur 7, 8, 9,10. Tous ces éléments ayant été décrits dans le brevet princi palt on ne reviendra pas sur leur constitution de détail. In this single figure, we see the sensor 2 crossed by the conductor 1 traversed by the intensity I to be measured, the polarized light source 5 and the measuring device or detector 7, 8, 9,10. All these elements having been described in the main patent, we will not return to their detailed constitution.

Dans l'exemple décrit sur la figure unique, on voit la gaine 18 d'une longueur atteignant par exemple 4 à 5 m qui contient les deux brins de fibres optiques 'aller" 19 et "retour" 20 joignant respectivement d'une part la source 5 au capteur 2 et d'autre part le capteur 2 au dispositif de mesure 7, 8, 9, 10. In the example described in the single figure, we see the sheath 18 with a length reaching for example 4 to 5 m which contains the two strands of optical fibers' go "19 and" return "20 respectively joining on the one hand the source 5 to sensor 2 and secondly sensor 2 to measuring device 7, 8, 9, 10.

Selon l'invention, les deux brins de fibres optiques 19 et 20 sont constitués par une fibre optique monomode non torsadée du type à conservation de polarisation linéaire ci-dessus décrite. De plus, deux contrôleurs de polarisation d'un type connu 21 et. 22 sont situés respectivement aux points de jonction.du brin de fibre optique 19 et de la source 5 et du brin de fibre optique 20 du dispositif de mesure 7, 8, 9, 10.According to the invention, the two strands of optical fibers 19 and 20 are constituted by a non-twisted single-mode optical fiber of the type with linear polarization preservation described above. In addition, two polarization controllers of a known type 21 and. 22 are located respectively at the junction points of the optical fiber strand 19 and the source 5 and the optical fiber strand 20 of the measuring device 7, 8, 9, 10.

Dans une installation conforme à- celle de la figure unique décrite, la .fiabilité des indications données par le dispositif de mesure 7, 8, 9, 10 situé pourtant à plusieurs mètres de distance du capteur 2 proprement dit est pratiquement indépendante des mouvements, des torsions ou des vibrations que l'on impose à la gaine 18 et notamment à la configuration qu'on lui a donné. dans l'espace au moment de. l'installation du dispositif de mesure. In an installation conforming to that of the single figure described, the reliability of the indications given by the measuring device 7, 8, 9, 10, however located several meters away from the sensor 2 proper, is practically independent of movements, torsions or vibrations that are imposed on the sheath 18 and in particular the configuration that it has been given. in space at the time of. installation of the measuring device.

Dans le capteur 2, on utilise, comme dans le brevet principal, une fibre optique monomode torsadée à double torsion avec un nombre égal- de tours dans chaque sens. In sensor 2, as in the main patent, a twisted double-twisted single-mode optical fiber is used with an equal number of turns in each direction.

Claims

1. Faraday effect electric intensity measuring device according to claim 1, of the main patent, characterized in that the two strands (19, 20) of optical fibers ensuring the outward and return paths between the sensor itself (2) on the one hand and the polarized light source (5) and the measuring device (7, 8, 9, 10) on the other hand are constituted by a non-twisted single mode optical fiber of the type with linear polarization preservation.

2. Device according to claim 1, characterized in that polarization controllers (21, 22) are provided at the input of the fiber "go" (19), that is to say at the junction thereof- ci with the polarized light source (5) and at the output of the "return" fiber (20) -, that is to say at the junction of the latter with the measuring device (7, 8, 9 , 10) to make the polarization state of the light wave linear.