Streszczenie: W artykule zaprezentowano rozwiązanie układu interferometru różnicowego wykorzystanego do pomiarów przebiegów prądu o dużych amplitudach i częstotliwości sieciowej. Tego typu czujnik nie wprowadza w obwód mierzony dodatkowej rezystancji i indukcyjności, co jest zjawiskiem pożądanym przy tego rodzaju pomiarach. Elementem magnetoczułym jest światłowodowa cewka wykonana z kwarcowego jednomodowego włókna telekomukacyjnego. Światłowód, w którym rdzeń jest skręcony dookoła swojej osi, charakteryzuje się małym wpływem wielkości zakłócających, tj. drganiom mechanicznym i zmianom ciśnienia na pracę polarymetru poprzez indukowanie dwójłomność liniowej.
Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych rozwiązania konstrukcyjnego interferometru różnicowego, pracującego na długości fali 1550 nm i zaproponowano sposoby eliminacji wielkości wpływowych na działanie światłowodowego czujnika prądu. Czujnika użyto do pomiaru prądu sinosuidalnego o częstotliwości 50 Hz i o amplitudach z zakresu od 100 do 1500 A. Określono niepewność pomiaru amplitudy prądu elektrycznego w zakresie wartości mierzonych, którą oszacowano na wartość nie większą niż 1,5%.
Abstract: In the article presents a solution of a differential interferometer system used to measure current waveforms with large amplitudes and mains frequency. This is presented type of sensor does not introduce additional resistance and inductance into the measured circuit which is a desirable phenomenon in this type of measurements. The magnetosensitive element is an optical fiber coil made of a quartz single-mode telecommunications fiber. The optical fiber, in which the core is twisted around its axis, is characterized by a small influence of disturbing quantities, i.e. mechanical vibrations and pressure changes on the operation of the polarimeter by inducing linear birefringence.
The results of experimental research on a design solution of a differential interferometer operating at a wavelength of 1550 nm are presented, and methods of eliminating the quantities influencing the operation of the fiber-optic current sensor are proposed. The sensor was used to measure the sinusoidal current with a frequency of 50 Hz and amplitudes ranging from 100 to 1500 A. The uncertainty of measurement of the electric current amplitude was determined in the range of measured values, which was estimated at no more than 1.5%.
B I B L I O G R A F I A[1] Mihailovic P., Petricevic S. , Fiber Optic Sensors Based on the Faraday Effect, Sensors (Basel), 2021 Sep 30
21(19):6564.
[2] Ginter Mariusz, Fiberoptic sensor for measuringcurrents with mainsfrequencies, Proceedings of SPIE, tom 10808, zeszyt 1080805, 2018,
[3] Sun L, Jiang S, Marciante JR., All-fiber optical magnetic-field sensor based on Faraday rotation in highly terbium-doped fiber., Opt Express. 2010 Mar 15
18(6):5407-12.
[4] Frazao O., Baptista J., Santos J.L., “Resent advances in high-birefringence fiber loop mirror sensors,” Sensors 7, pp. 2970-2983 (2007).
[5] Fu H.Y., Wu C., Tse M.L.V. at all, “High pressure sensor based on photonic crystal fiber for downhole application,” Applied Optics 49(14), pp.2639-2643 (2010).
[6] Aerssens M. , Gusarov A., Brichard B., Massaut V., Mégret P., Wuilpart M., “Faraday Effect Based Optical Fiber Current Sensor for Tokamaks,” Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications (ANIMMA) - 2nd International Conference, (2011).
[7] Wang H., Guan Y., “Study on Long-term Operation Stability of Fiber Optical Current Transformer Based on Faraday Effect,” International Conference on Intelligent Transportation, Big Data & Smart City, pp. 767-770 (2015).
[8] Ginter M., Measurement of impulse current using polarimetric fiber optic sensor, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High Energy Physics Experiments, Volume: 10445, Pages: 1044507, 2017.
[9] Zubia J., Casado L., Aldabaldetreku G., Montero A., Zubia E., Durana G., “Design and Development of a Low-Cost Optical Current Sensor,” Sensors 13(10), pp. 13584-13595 (2013).
[10] Chen G.Y., Newson T.P., “Detection bandwidth of fibre-optic current sensors based on Faraday effect,” Electronics Letters 50(8), pp. 626–627 (2014).
[11] Torbus S. A., Zastosowanie światłowodów telekomunikacyjnych G.652, G.653 i G.655 w polarymetrycznych czujnikach natężenia prądu, Pomiary Automatyka Kontrola , Tom: R. 57, nr 5, Strony 441—446. 