AKIM ÖLÇMEK İÇİN FİBER OPTİK GİRİŞİM ÖLÇERLER:İLKELER VE TEKNOLOJİSİ

Şekil 1 a: Kurşun katkılanmış cam (çakmak taşı, Hint) çubuk. Bu çubuğa benzer çubuklar 1967'de Faraday etkisini kullanan akım transformatöründe kullanılmıştır.

Şekil 1 b: Katkılanmış silika korlu fiber. Bu fiberin Verdet sabitinin çok daha düşük olmasına rağmen Faraday etkisini N kare toplayacak kapalı bir yolla duyarlı fiber optik ölçme aletleriyle bu etkinin algılanması sağlanabilir.

AKIM ÖLÇMEK İÇİN FİBER OPTİK GİRİŞİM ÖLÇERLER: İLKELERİ VE TEKNOLOJİSİ*

J. P. DUPRAZ Çeviren: Murat KILINÇ

Yüksek gerilim hatlarında akım ölçmek işi, sert UHV/EHV alt birim çevreleri ve transformatörlere© ortaya çıkarılan yüksek güç düzeyleri yüzünden zor bir iştir, (Tablo 1). Geleneksel akım transformatörü tasarımlanırken, üretici, birincil ve ikincil (Primer ve sekonder) devre yakınlığı is teklerini yanılgıları (hataları) ve maliyeti en aza indirecek ve birincil ikincil ayrıklığını yeterli yalıtım isteklerini sağ layacak şekilde dengelemelidir.

Buna göre, 20 yıldan daha fazla bir süredir dünyadaki üreticiler, birbirinden tamamen bağımsız yalıtım ve ölçme özellikleri olan ideal bir aygıt üretmeye çalışmaktadırlar. Aşağıda açıklanacak olan Faraday etkisi, bu amacı gerç ekleştirmek için çekici bir yol sağlamaktadır. Faraday et kisini kullanarak akım ölçme aygıtı tasarlama girişimleri ciddi bir biçimde ancak 1960'ların sonlarında başlamıştır. Gereç olarak katkılanmış cam çubuklar kullanmaktaydı ama o zaman ki elektronik ve optik teknolojisi gereken özellikleri sağlamaktan uzaktı. Günümüzde teknoloji, özellikle de tek modlu fiberlerin gelişen pazar önemiyle,

Faraday etkisini kullanan akım transfomtörlerinin güç düzenek işleticilerinin istedikleri şartları fazlasıyla sağlayacak düzeyde kendini göstermektedir.

Tablo 1. Yüksek voltaj akım transformatörü için gerekli olan tipik performans özellikleri.

— En yüksek güç düzenek voltajı 420 kV Vms — 50 Hz.deki dayanma voltajı = 630 kV rms — Yıldırım darbesine karşı dayanma voltajı + 1425 kV (tepe) — Performans sınırı olan akım (duyarlılık) « 3000 kA rms (% 0,2) — Kısa devre akım; = 63 kA rms (1 saniye) — En yüksek tepe akımı =170 kA rms (% 5)

'Özgün Metin; "Rber Optıc Interferometers For Current Measurement: Prıncıples And Technology", Alsthom Revıew No: 9 1987

Bu gereçler, geleneksel ransformatörlerden büyük ölçü de değişiklik gösterdiklerinden bu yazı bu tip aygıtların ilke ve teknolojsini anlatmaktadır. Burada anlatılanlar temel kavramlardır ki bunlar bu olayı anlamada bir baş langıç oluşturmaktadır.

FARADAY ETKİSİNİN FİZİKSEL KÖKENİ:

Faraday etkisi, manyetik bir alan uygulanmış bir madde sel ortamda ortaya çıkan dairesel çift kırılmayla (bi refrıngence, double refraction) ispatlanan olgudur (1). Bunun ne olduğunu açıkça anlayabilmek için bazı temel kavramları tekrar etmek yararlı olacaktır. Tekrarlanması gereken ilk kavramlar polarizasyon ve çift kırılma ola caktır.

POLARİZE IŞIK: Işık, dalgaboyu optik aralıkta, görünebilir izgede bir elek tromanyetik ışınımdır (dalgaboyu 400 ntn=80nm). Boş lukta, temel bir ışık dalgası, birbirlerine dik ve aynı fazda bir elektrik alanının (E) ve manyetik alanının (H) salınımı ve 3 x 10* m/S'lik hızla E ve H ile oluşan düzleme dik ola rak hareket eden dalga olarak tanımlanabilir. Bu dalganın tanımı aşağıda verilen değişkenlerle tamamlanabilir.

— Frekans (ya da dalgaboyu) ve süre,

— Yayılma yönü ve duyarlılığı,

— E alanının fazı, yönü ve şiddeti.

bir durum olarak E alanı yayılımda değişmez bir düzlem deyse, böyle ışığa doğrusal olarak polarize olmuş ışık ve bulunduğu düzleme de polarizasyon düzlemi denir (şekil 2 a) Herhangi bir temel ışık dalgası, birbirlerine dik polarizas yon düzlemlerine sahip iki doğrusal polarize olmuş dal gadan oluşmuş diyebiliriz.

Şekil 2b: Yalnızca E alanı gösterilen sağa doğru dairesel polarize dalga

Şekil 2a: EveH alanlarını gösteren doğrusal polarize bir dalga

Doğal ışık, birçok sayıdaki temel dalganın yukarıdaki de ğişkenlerinin rastgele değiştiği bir birleşim olarak algıla nabilir. Bu değişkenlerden birini ya da birkaçını ayarla makla ışjğa özellikler verilebilir. Buna göre, tek dalga bo yuna sa~hip ışığa monokromatik ışık adı verilebilir. Özel (/; Doğasından dolayı, Faraday etkisi elektromanyetik dalgalar için genel bir haldedir ve mikrodalga aralığında özel uygulamaları vardır. Burada yanlızca optik aralık düşünülmüştür.

Şekil 2c: Yalnızca E alanı gösterilen sola doğru dairesel polarize dalga

Doğrusal polarize dalgalar üstünde çalışmak vektörel yönde bir temel oluşturacağından yararlıdır. Bunun ya nında diğer olasılıklarda vardır. E alanları özel bir şekilde düzenlenmiş iki dalgada belli avantajlar getirebilir. Böyle dalgalar elektrik alanı E için sarmal vektör sonlarına sa hiptir. Öyle ki sabit bir genlik ve yönle yayılım yönüne pa ralel tutturulmuş düzleme zamana bağlı bir açı oluşturur.

Bu dalgalar dairesel olarak polarize olmuş dalgalar ola rak bilinirler. Sağa doğru ve sola doğru (dextrorotary, le vorotary) sıfatları sarmalın yönünü belirler.

Herhangi bir temel ışık dalgası iki ayrı yönde dairesel olarak polarize olmuş dalgadan meydana gelmiş olarak düşünebilir.

ÇİFT KIRILMA:

Maddesel bir ortamda, dalganın elektrik alanının (E), atomların elekrionlarının yerlerini değiştirmesinden dolayı bir oylumsal (volumetrik) polarizasyon oluşur. Maxwell denklemlerinin çözümü, maddesel ortamdaki yayılma hızının boşluktakinden farklı olduğunu gösterir. Bu da kırılma indisi kavramını ortaya çıkarır:

n=

Burda C» Işığın boşluktaki hızı V= Işığın belirtilen ortamdaki hızıdır. Bunun yanında elektronları atomlara bağlayan kuvvetler, elektronların ortamdaki bağlı yerlerine ve doğalarına yük sek oranda bağlıdır. Buna göre, akla uygun olan şey, dı şardan uygulanan elektrik alanıyla elektronların hareket lerinin etkilendiğidir.

Kırılma indisi ve böylece dalganın yayılma hızı, dalganın elektiriksel alanının (E) yönü ve polarizasyon durumuna bağlıdır. Bu olgu çift kırınım olarak bilinmektedir. Bu içsel (yöne bağlı olmayan maddeler için) yaratılmış olabilir (tablo 2).

KAY NAĞIN Mekanik Elektrik Manyekit

ETKİSİ

ETKİNİN TİPİ Fotoelastik Pockels, Kerr Faraday, Cotton Mouton

Tablo 2. Yaratılmış çift kırılma olgusu için örnekler.

ÖZMODLAR VE MOD ETKİLEŞİMİ (coupling)

Işık dalgasının polarizasyon durumu, maddesel ortamda yayılırken değişmezse dalga o ortamın özmodundadır. Özmodlar doğdusal olarak polarize olursa, böyle bir orta ma doğrusal çift kırılmalı ortam denir. Ortam, dairesel po larizasyona neden oluyorsa dairesel çift ortam kırılmalı olarak adlandırılır. Özmodlar herhangi bir temel dalganın bölünmesinde bir temel oluştururlar. Çift kırılmalı bir ortamda özmodlar değişik hızlarda hare ket edebilirler. Girdi temel dalga ile tekrar yayılan dalga arasında birbirinden faz farklı bileşenler olarak girişte ve çıkışta gözükecektir. Polarisazyon mod etkileşim iyle bir likte değişecektir.

Bu olgu, doğrusal olarak polarize olmuş dalgaları daire sel olarak polarize yapmak ve ya tersi bir olayı gerçek leştirmek için kullanılabilir. Bu optik gereçlerde çokça kullanılan çeyrek dalga yapraklarının işlevidir.

FARADAY ETKİSİ: Yukarıda belirtildiği gib, yayılım ölçülerinde ışıkla ortamın ilişkisi elektronların ortamda yer değiştirmeleriyle başarılı bir şekilde tanımlanabilir (şu anki gereksinimler için yet erli duyarlılıkta ve basit olarak) Her elektron "m" kütlesi ne sahip ve aşağıdaki itici kuvvetlerle birlikte düşünül müştür:

— Elektronu denge enerjisi düzeyinde tutan atomik kuv vetler,

—dalganın elektrik alanından doğan ve elektronu denge enerjisi düzeyinden ayırmaya çalışan Coulomb kuvveti.

Elektrik alanın şiddeti yeterince büyük değilse atomik güçler yer değişimine bağlı , geri çağına kuvvetler olarak düşünülebilir. Bundan sonra elektronun hareket denkle mi klasik kütle yay problemi olarak çözülebilir. Dışarıda, dalganın yayınım yönüyle aynı yönde bir manyetik alan uygulandığında elektronun hareketi, uygulanmadığı du rumundan farklıdır. Bunun nedeni yukarıda belirtilen iki kuvvetin manyetik alandan dolaylı yolları eğen bir Lap lace kuvveti ile ilişkide olmasıdır.

Elektronun hareket denkleminin çözümüyle öbür denk lemler de çözülür. Bu oylumsal (Volumetrik) polarizasyo nun belirlenmesi. Elektrik yer değiştirme vektörü D'nin ve bunun sonucu olarak da kırılma indisinin bulunmasını sağlar.

Bütün hesaplamalar bittikten sonra, dairesel polarize olmuş yayınım özmodlarında 2 tane kırılma indisinin oldu ğu görülür. Bu indisler n^ ve ng olarak adlandırılır.

H manyetik alanı maddesel ortamda kendine bağlı daire sel çift kırılma yaratır. 1845 yılında Micheal Faraday ta rafından bulunan bu etki Zeeman etkisiyle karşılaştırıl malıdır (Yayan ya da emen bir çizgisel izgenin manyetik alanın etkisiyle bireysel elemanlarına ayrıştırılması).

Tarihsel açıdan, Faraday etkisi, doğrusal polarize ışık üstündeki çift kırılma nedeniyle oluşan ve polarizasyon düzleminin dönmesine neden olmasıyla daha iyi bilin mektedir. Çalışma biçimi aynı olmasına rağmen aşağıda gösterileceği gibi açıları değişiktir. Doğrusal bir ışık dalgası, biri sağa doğru diğeri de sola doğru dönen iki aynı fazda ve aynı genliğe sahip olan dairesel polarize olmuş dalgadan meydana gelmiş olarak düşünülebilir. Bu dalgalar, yayınım yönüne paralel bir manyetik alanın etkisindeyseler bu iki bileşen Faraday etkisiyle farklı kırılma indisleri nd ve ng'nin etkisinde kala caklardır. Bunun sonucu olarak da bu ortamda değişik hızlarda hareket edeceklerdir. Ortamda dcp kadar yol aldıktan sonra, iki bileşen hala dairesel şeklini koruya caktır (çünkü bunlar dairesel çift kırılma ortamının özmo dundadırlar). Fakat aralarında dtp ile verilen faz farkı olu şacaktır (şekil 3)

dL d(p = 2n— ng na)

Âl

burada X boşluktaki dalga boyunu belirtmektedir. Açık olarak gözüktüğü gibi, tekrar düzenlemeyle bu iki bile şen hala sonuçta doğrusal polarize bir dalga vermeye devam etmektedir. Bunun yanında çıkan dalganın polari zasyon düzlemi ilk dalganın polarizasyon düzlemiyle de kadar açı yapmıştır.

Bu de şu şekilde verilebilir:

dq> de =

dL

[ ng nd)

Bu açı yayınım yönünde ortamda alınan yol dL'e ve bu nun yanında da dışarıdan uygulanan manyetik H alanına şu şekilde bağlıdır.

d9 = V.H.dT

Burada V katsayısı Verdek sabiti olarak bilinmektedir. Bu sabit aşağıdaki yaklaşım kullanılarak iyi bir duyar lılıkla (2) belirlenebilir. Bu sonuç çift kırılmaya dayanan hesaplamalardan çıkarılmıştır.

dNe

VC M

Burada c evrensel bir sabittir (c = 2, 070 * 10'Vs.ı) Maddenin yapısı aşağıdaki etkenlerin etkisindedir.

örnek olarak.tablo 31e değişik ortamlar için Verdet sabit leri verilmiştir. Yukarıdaki denklem, bize dikkat edilmesi gereken birkaç noktayı düşündürmektedir.

DALGA BOY UNUN ETKİSİ:

Kaynamış silika (silisyum dioksit) için Xo yaklaşık 80 nm'dir 800 nm'ye yakın dalga boyu X kullanıldığıda (yarı iletken lazerler için geçerli değildir) ( Xa/X) oranı % V dir. Buna göre, ilk yaklaşım,Verdet sabitinin, dalga bo yuyla (1/ X ) şeklinde karakterize edilebileceğidir.

Bir helyum neon lazeri (X 633 nm) iletişim tipi yarı iletken lazerden ( X = 1300 nm) 1 "e 4.2 oranında daha iyi bir duyarlılık sağlayacaktır. Işık kaynağının dalgaboyu herhangi bir nedenden dolayı değişiyorsa (ısı değişimiyle olan değişiklikler gibi) bu değişimlerin etkisi Verdet sabi tinde dikkate alınmalıdır.

SICAKLIĞIN ETKİSİ:

Denklemde yanlızca u. sıcaklıktan fazlasıyla etkilenmek tedir. Buna göre, ferrit bir ortamda Faraday etkisi sıcak lığa önemli derecede bağlıdır.

Optik araçlar içinn kullanılan maddeler genellikle diaman yetiktir. (silikada olduğu gibi) böylece u. bire yakındır ve ısıyla değişmemektedir.

Sonuç olarak Verdet sabitindeki oynamalara, n indisini ve Xo 'nun değişmesine neden olan (3 etkileşim katsayısı sebep olmaktadır. Bu değişim silika için kurşun katkılan mış camdan çok daha azdır; bu da fiberlerden yapılmış duyarlılık ölçerlerin üstünlüğünü göstermektedir.

MADDENİN ETKİSİ:

Madde, Verdet sabitini yoğunluğu ve kimyasal yapısıyla

Şekil 3: Faraday etkisinin gösterimi şekil 3 a. ve 3b etkilemektedir. Bunun sonucu olarak Verdet sabiti mad

dairesel polarize olmuş dalgaların H alanının etkisiyle de seçimi ya da değişimiyle (katkılama yoluyla) artırıla

bağlı faz kaymalarını göstermektedir. Şekil 3 c'de ayrıca bilir ya da azaltılabilir. Bu sabitin artırılması alan şideti

doğrusal polarize dalganın dönmesini şekil 3a ve 3c'dekiölçümlerinde işe yarar azaltılması ise girişimden bağı

vektörlerin toplamı olarak göstermektedir.

şıklık kazalndırmak için (fiber optik jireskop) için kulla

—Yoğunluk d,

nılır.

— Ortalama moleküler kütle M (kg), — atom başına harekete geçen ortalama elektron sayısı Ne,

—Elektronlar için yarı esnek etkileşim katsayısı p (N/M),

— bağıl geçirgenlik katsayısı u.

UY GULAMA: Faraday etkisi basitçe şu ikisinden biri olarak gösterile bilir.

(p 2 fVH^dl*

— kırılma indisi n,

e=fV tf dL*

—optik elektronlara bağlı doğal frekansın dalga boyu X

<) — ışığın boşluktaki dalga boyu X, (2) Bu denklem iyonik polarizasyon ve içsel elektrik alanla iyonların yerlerinin değişimini ihmal etmiştir. Bunların sayısal olarak değersiz olmalarına rağmen çalışma dözenini doğru olarak anlatmasından dolayı yararlıdır.

MADDE

Yüksek yoğunluklu çakmaktaşı Baryum oksit atkılanmış çakmaktaşı Silika Su Elmas

V (u,rad/A)

20 5,5 2,8 2,6 2,4

Tablo 3. 800 nm'lik dalga boyunda çeşitli maddelerin Verdet sabiti.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ • 356

Uygun denklem, iki dairesel polarize dalga için H tarafın dan yaratılan <p bağıl faz kayması veya doğrusal polarize olmuş dalga için polarizasyon düzleminin 6 açısı kadar dönmesi için seçilir. Manyetik alan I akımı tarafından ya ratılmış ve bu dalgalar bu akımın aktığı iletkenin etrafında maddeyle N kere çevrilmişse, bu şu sonucu ortaya çıkarır, cp 2 6 «2VNIdır.

(p veya 8'nın ölçümü l'nın ölçümüyle aynı anlama gelir.

FARADAY ETKİSİNİN ALGILANMASI:

Yukarıda belirtildiği gibi, Faraday etkisi iki dairesel pola rize olmuş dalga arasındaki fazla yada doğrusal polarize olmuş bir dalganın polarizasyon düzlemindeki dönme siyle tanımlanabilir.

İki algılama yönetimi de sonuçta verimlidir.

POLARİMETRE Y ÖNTEMİ:

Bu teknikte, temel ışık dalgaları doğrusal polarize dalga lardır. Çapraz polarizeler, gelen dalganın polarizasyon düzleminin H manyetik alanıyla oluşan dönmesinde kul lanılır. Bu yöntem literatürde yeterice açıklanmıştır. Bu yüzden burda daha fazla detaya girilmeyecektir.

GİRİŞİM ÖLÇER Y ÖNTEMİ (Intereferometer Method):

Bu yöntem için temel ışık dalgaları dairesel polarize dal galardır. 2. dalga girişim oluşturacak şekle getirilir ve Faraday etkisiyle oluşan faz farkı cp'y'8 oluşan girişim yapısındaki değişiklikler ölçer.

Bu iş için uygun bir alet SAGNAC girişimölçeridir. Sag nac girişimölçerinin çalışması sagnac etkisine dayanır ve optik Jireskoplarda kullanılır. Faraday etkisinde oldu ğu gibi sagnac etkisi de ters olarak çalışmaz.

Şekil 4a ve 4b'de I akımı tarafından yaratılan Faraday etkisini ölçmek için kullanılan sagnac girişimölçerinin çalışma ilkeleri gösterilmektedir. Girişimölçerin çıkışında algılanan dalgalar geometri olarak aynı yolu alırlar, yalnız biri girişimölçer döngüsünü bir yönden katederken diğeri aksi yönde kateder.

Çeyrek dalga yapraklarının görevi ışığın maddesel ortam dan geçerken daireseli olarak polarize olmasını sağla maktır. Maddesel ortamda da Faraday etkisi oluşmak tadır. I akımının yokluğunda (3) yani H manyetik alanının yok luğunda, dalgalar maddesel ortamda aynı indise sahip olacaklar ve yönlerinden bağımsız aynı optik yolu kate deceklerdir. Algılayıcı düzeyinde bu dalgalar birleştirici ve sabit bir şekilde karışacaklardır. Halkanın uzunluğun daki herhangi bir değişme (maddenin genişlemesi gibi) dikkate alınmayacaktır. Çünkü ayrı yönlerden yayılan

dalgalarla aynı şekilde algılanılacaktır. I akımı girişimöl çer halkasının içinden aktığı zaman bu akım yayınım yönünde tek bileşeni olan ve dairesel çift kırılmaya ne den olanH manyetik alanını yaratacaktır. Bundan böyle aynı yönlerde yayılan dalgalar aynı indisle karşılaşma yacaklar ve böylece maddesel ortamda kalma süreleri de farklı olacaktır. 8u da algılayıcı tarafından ölçülebilen bir faz kayması yaratacaktır.

Şekil 5, âîgılanan optik gücün akım cinsinden işlevini sunan kanunu göstermektedir.

GİRİŞİMÖLÇER Y ÖNTEMİNİN KAZANÇLARI:

Bu düzenleme zamanla değişmeyecek şekilde sağlan mıştır. SAGNAC girişimölçeri Faraday etkisi gibi tersi ol mayan olguları algılar. Özellikle, ısıdan dolayı oluşan, et kin maddenin genişlemesi gibi etkilere karşı duyarsızdır, örnek olarak yada olasılık içeriside olan, maddenin optik hareketliliğidir ki bu hareket tersinirdir (Bunun etkisi dal ga yayınım yolundan bağımsızdır). Karşı yayınım için geometrik yolun farkı algılanan farkla sınırlıdır. 10' dalgaboyluk bir yolda tipik olarak bir dalga boyundan az yol olarak görülür. Bu, uyumsuz ışık kay naklarının kullanımını olanaklı kılmaktır. Tek döngülü bir girişimölçer gerekli dinamik aralığı sağlayabilir. Özellikle, en yüksek ölçülecek akım olan 170 kA'e ulaşan değer lerli ölçmede transfer işlevi tekdüze bir şekilde davran maktadır (Bu fiberin sonuna ayna yerleştirilerek elde edi len, Faraday etkisini iki katına çıkaran polarimetre yön teminde böye değildir).

ELEKTRİK AKIMI ÖLÇÜMLERİNDEKİ UY GULAMA:

Bu bölüm, EHV/UHV güç hatlarında akım ölçümleri için

*

, M4.LL

Om

If ık kaynacı 1 " * r h ı r

'F

A/4X L

, Tl

Foto algılayıcı

Şekil 4a: SAGNAC girişimölçarih ilkasi. Mavi ışık ışınları doğrusal, san olanlar ise dairasal polarize olmuş ışınlar dır. Oklar dalgaların yönlerini belirtmektedir: Algılayıcıya yol boyunca hareket ettikten sonra dönenlerin biri bir yönde, diğeri isa onun aksi yönündedir.

(3) Ayrıca aygıtın dönmemesi sağlanmalıdır. Çünkü aygıt döndüğü zaman SAGNAC etkisi yüzünden bir faz kayması belirecektir.

gerçekleştirilebilir uygulamaları açıklayacaktır. Şekil 6' da gösterilen alet tasarımına iki amaç yüklenmiştir. İlk amaç, girişimölçeri ve gerekli elektroniği performansı artıracak şekilde yeniden düzenlemek, ikinci amaç ise, tek modlu optik fiberleri girişimölçerin bileşenlerinde kul lanmaktır.

Y üksek voltaj iletkeni or Optik fiber

Tek mod optik fiber

Şekil 4b: Şekil 4a'daki gibi fakat bu sefer dairesel polarizasyon sağlayan optik fiber kullanılmış iletkenin çevresinde bir dönüş yapılabilmektedir.

PERFORMANSIN ARTIRILMASI:

Şekil 4a'da gösterilen tasarım kararlı bir ölçme aleti sağ lamaz, çünkü etkin ortamda I tarafından oluşturulan alan ortamın iletkene olan uzaklığına bağlıdır. Bununla birlikte başka iletkenlerden akan akımlarda ölçülecek I akımı üzerinde ayırtedilebilecek karışıklıklar meydana getirir ler. •Bu sorun iletkenin çevresini bir yada birkaç kez tama men saran madde de Faraday etkisi kullanılarak çözü lebilir. Optik fiber dalgayı yönlendirmek ve Faraday etki liğini kullanmak için en doğal seçenektir. Tersinir olma yan akım Faz farkı <p sonuş olarak iletken çevresinde N kere döndürüldüğünde aşağıdaki gibi toplanır:

\J

Fotodetekttr (ışın algılayıcı)

Y üksek voltaj iletkeni ir

Optik fiber

Çeyrek dalga yapraklar

• i ıı

D

Tümleşik optiks

Optik bağlayıcı

Şekil 5: İletkenden geçen akım ile algılayıcıda belirlenen gücün ilişkisi (şekil 4a ve 4bye bakınız). Bu ilişki

Po ( 1+ cos ç) şeklindedir.

Şekil 6: Fiber abtik teknolojisini kullanan akım ölçer girişimciler şeması.

<p=N 2 fV H dL

Burada N iletkenin etrafındaki optik fiberin dönüş sayısı ve (p'de kapalı olan temel dönüştür.

Verdet sabiti bütün yol boyunca değişmiyorsa Ampere kuramı bize şu sonucu verir:

<p = 2VNI

Sonuç olarak faz farkı iletken halkanın içindeki yerine bağlılıktan kurtulur ve halkanın dışındaki iletkenlerce üretilen alanlarada bağışıklık kazanır. Şekil 5,'temel bir girişimölçer algılamasının aşağıda verilen tipinin kullandı ğı kanunu göstermektedir.

P= Po(1+cos<p)

burada Po Faraday etkisinin olmadığı zaman (cp=o) al gılanan güçtür. Çok düşük akım mdeğerleri yani çok dü şük <p değerleri için kosinüs algılama kanunu yüzünden çok düşük algılama düzeyi meydana gelmektedir. Bu nunla birlikte, bu algılama, küçük açılar için en yüksek duyarlığı vermek üzere sinüs kanununa çevrilebilir. Uygulanan yöntemde, halkanın içinde yayılan ve yayılan karşıtı dalgalar üstünde etkin olabilmek için ışığın yayı nım hızının ölçülebilir değerleri kullanılmaktadır. Optik ji reskoplarda başarıyla kullanılan bu teknik girişimölçer halkasının iki girişine yerleştirilen ve modülasyon frekan sında iki yayılan ve karşı yayılan dalga arasında dönem sel faz farkı yaratmak için faz karşıtı olarak çalışan elektro optik faz kaydmcılar kullanmaktadır (örnek; lit yum niobat içindepockels etkisine dayanan faz kaydırı cıları şekil 7a ve 7b).

Girişimölçerin çıkışında algılanan sinyalde f frekansıyla birlikte aşağıdaki genlik görülür.

masıdır. Fakat tek modlu fiberlerin özellikleri kullanıldık ları alana göre (girişimölçer kullanımı veya iletişim uygu lamaları) değişmektedir. Girişimölçer için tek modlu fiber kavramı daha da kısıtlayıcıdır. Girişimölçerde yanlızca HE II teme L modu olmalıdır, bu ayrıca polarizasyon du rumunu sağlamak içinde gereklidir.

Akımı ölçülecek iletkenin çevresine yerleştirilen fiberin, özellikle birbirini etkilemeden dairesel polarizasyon modlarını yaratacak yeteneği olmalıdır. Diğer bir deyişle,

Algılanan güç

A \J_ \j rB'c"

0 faz

b)

Algılama Güç

\TWWl

W I*1

A ot Jı (6) sin (p burada J,= birinci cins birinci dereceden Bessel işlevi;

8 = modülasyon nedeniyle oluşan tersinir faz farkı,

<p = 2VNI= Faraday etkisi nedeniyle oluşan faz farkı. Girişimölçer kullanan bir akım transformatörüde kullanı lan kısa boylu fiberlerin yol açtığı yüksek modülasyon frekansı, firmaların modülasyon frekansı 10 MHz'i aşan durumlada da çalışan basit bir eşzamanlı algılama (syn chronous detection) tekniği geliştirmeye zorlamıştır. Bu kavramsal gelişmelerle yanlızca foton gürültüsüyle sı nırlanan duyarlılık performanslarını sağlayacak olanaklar ele geçirilmiş olmaktadır. Bu düşünüşler teknolojik geliş melerle, aşağıda açıklanacaktır.

TEK MODLU FİBERLERİN KULLANIMI: Faraday etkisini kullanan transformatörlerin başarıyla gerçekleştirilmesinde anahtar etken, yüksek perfor mans ve kalite sunan ticari tek modlu fiberlerin hazır ol

Şekil 7a: ölçmek için akım olmadığından f frekansındaki 6 faz modulasyonun girişim yapısını simetrik olarak algılar. Algılanan sinyalin izgesi modüle sinyalin yanlızca çift harmoniklerini içerir. Böylece f frekansında herhangi bir enerjinin varlığı söz konusu değildir. Şekil 7b: Ölçülecek akım yüzünden tersinir olmayan faz kayması oluştuğu zaman girişim yapısı asimetrik olur. Böylece çıkış sinyalinde önceki harmoniklerde görülür, f frekansındaki harmoniğin genliği faz kaymasının sinü süyle orantılıdır. Bu yöntem, Fransız fiber optik jireskop uzmanları tarafından ortaya çıkarılmıştır. Bu yöntemle bir kosinüs algılama kanunu sinüs kanununa kararlı bir şekilde çevrilmektedir.

yukarıdaki deyimi kullanarak bu fiber dairesel çift kırılma özelliğine sahip olmahdır. Fiberin iletkenin çevresinde bir kaç tur dönme zorunluluğu onu, eğilmeden dolayı oluşan mekanik gerilmelerle karşı karşıya kalmasına neden olmaktadır. Bu gerilmeler de, fiberde doğrusal çift kırılma etkisi yaratmaktadır. Fotoelastik (ışınesneklik) kuramı bize çiftkırılma etkisinin aşağıdaki kanunla değiştiğini göstermektedir.

An İL

Firmalar tek modlu fiberlerin değişik mekanik gerilmeler karşısında zamana göre davranışlarını incelemek üzere uzun süreli testler yapmıştır. Burulmayla ilgili gerilmeler üzerinde özellikle durulmuştur, (şekil 9)

elektnK aıan manyetik alan

Burada n = 1.46 (kırılma indisi) P,2 P,, = O,15 (fotoelastik girginin (tensor) bileşenleri U.S 0,16 (poison oranı) d = Fiberin çapı D = İletkenin çevresindeki halkanın çapıdır.

Çift kırılma, görüldüğü gibi halkanın çapıyla ters oran tılıdır. Bu çift kırılma, sorun yaratıcıdır. Çünkü bu yüzden modlar arasında etkileşim oluşmaktadır. Örnek olarak girişte sağa doğru dairesel polarize bir dalga çıkışta sağa ve sola doğru dairesel polarize olmuş dalgaları ala rak görünmesi verilebilir. Bu da ölçüm duyarlılığını etkile mektedir. Doğrusal çift kırılma, üretim hataları ve yerel basınçlar gibi etkenlerden dolayı da gözükür. Bu istenmeyen durumların getirdiği etkiler istenilen ölç me duyarlılığının ışığında kabul edilebir düzeylere indiri lebilir. Bu fiberin yeterince dairesel çift kırılma sağlaya cak şekilde fotoelastik etkiyi kullanması için burulmasıy la elde edilir. Böylece istenmeyen doğrusal çift kırılma, ihmal edilebilir düzeye iner. Sonuç olarak fiberin özel bir dönme gücü vardır. Bu optik etkinlik SAGNAC girişimölçerinden sapma gösterir çün kü bu olgu tersinirdir; öyleki karşı yönlerden gelen dalga lar için aynı etkiyi gösterir. Bu tersinir olmayan Faraday etkisiyle olan farkı belirler. Optik fiberler burulmak için biçilmiş kaftanlardır. Çünkü küçük çaplı fiber maddeler "yığın" maddelerden çok daha fazla dayanma gücüne sahiptirler.

Çok modlu fiber

Şekil 8a: Çok modlu fiberlerle tek modlu fiberler arasın daki yapısal ve teorik farklılıklar.

HE,

TE,01

TM,01

Şekil 8b: Tek modlu optik bir fiberde elektrik ve manyetik alanın yere göre dağılımının gösterimi uygun kor boyutu, kor/metal kaplamanın indis farklılıkları dalgaboyu seçimi ile "HE" dışında modlar elde edilebilir. Bu mod "dejenere" olarak adlandırılır, çünkü alanlar yayınıma dik düzlemde herhangi bir öneme sahip değildirler.

Şekil 4b, bir SAGNAC girişimölçerinin genel görünümünü vermektedir. Renkler ışığın değişik polarizasyon hallerini gösterecek şekilde seçilmiştir. Sarı renkle gösterilen kesit biraz önce açıklanan burulmuş fibere aittir.

Mavi renkle gösterilen kesitte ışık doğrusal olarak polar ize olmuştur. Dalga bu bölgelere, hazır elde bulunan tica ri yüksek çiftkırılma özelliğine sahip tek modlu fiberlere yönlendirilebilir. Burada fiber doğrusal polarizasyon sağ layan tek modlu dalga klavuzu olarak kullanılmaktadır.

Burada kullanılan ilke yukarıda, belirtilen aynı nedenle türetilmiştir. Ama bu halde dikkat, dairesel özmodlardan doğrusal özmodlara çevrilmiştir. Daha önceki gibi amaç fiberde doğrusal çift kırılma üretmek böylece istenme yen çift kırı İmayı en aza indirmektir.

Yapım sırasında istenilen yapıyı sağlamak için kullanılan en etkin yöntem, oluşturulacak yapının iç duvarlarını kırılma indisine ve bunun yanında genişleme katsayısına göre seçilen bir katkıyla asimetrik olarak zorlamaktır. Bu oluşturulacak yapıda, bu yapıyı oluşturan maddelerle olan farklılığı ortaya çıkarır. Fiberin şekillenmesi sırasın da katkı kullanılmış bölgeler fiber koru üstünde yüzeysel gerilmeler meydana getirecek ve fotoelastik etki yüzün den çok yüksek doğrusal çift kırılma sağlanacaktır. Bu işlem doğrusal polarize dalganın klavuzluğunu ve polari zasyon istemlerini tamamen tatmin edecek fiberlerin üretimini olanaklı kılar. Böyle fiberler ticari fiber optik ji reskopların ortaya çıkmasıyla kabul edilebilir fiyatlar ve nitelik düzeylerinde elde edilebilmektir. Şekil 10, sıradan tek modlu fiberin kesitiyle birkaç ticari yüksek çift kırıl ma özelliğine sahip fiberlerin kesitlerini göstermektir.

DİNAMİK ARALIK:

Dinamik aralığı sınırlayan bazı etkenler bu bölümde ince lenmiştir.

J max

Şekil 9: Tek modlu fiberler üstünde uygulanan,,uzup süreli dayanıklılık testi.

U K sin (<p) <p = 2VNI « Faraday etkisinden dolayı oluşan faz farkı K » Ölçülendirme katsayısı U = Çalışma voltajı Buna göre algılama kanunu periyodiktir ayrıca doğrusal da değildir. Bununla beraber, faz koyması <p + 7t/2 sınırları içinde

Şekil 10a: Sıradan tek modlu fiberin kesiti. Şekil. 10 b

ise, algılama kanunun yerel olarak yavaş artması (mono ton) yüzünden girişim saçaklarını sayacak bir düzeneğe ihtiyaç yoktur. Buna ek olarak değişim aralığı yeterince dar ise, doğrusal olmayan işlem elektronik devrelerle ko layca doğrusal hale sokulabilir. Böylece, en yüksek ölçülebilir akım şu şekilde verilebilir.

(MI

, lmax.= — (tepe değeri)

Şekil. 10 c'

0 <( ( K İ .

Örnek olarak verilirse, N=1 ,V«2,8x10"* ve ş = 0,6 değer leri için I max = 168 kA olarak çıkar, bu da yasalarda be lirtilen tipik asimetrik kısa devre akımıdır. Endüşük akım ölçme sınırı foton gürültüsüyle belirlenmiştir. Bu gürültü ışığın parçacık yapısından ve algılayıcıda fotoelektrik et kisiyle oluşan yük taşıyıcılarının belirsiz doğasından kaynaklanmaktadır.

Bununla en az algılanabilinen akım şu şekilde verilir:

Şekil. 10 d

1 İmin

2VN

B

XP

burada

h Plank sabiti

c = ışığın boşluktaki hızı

B = etkin band aralığı

P « çalışmazken algılanan güç

bunlarla dinamik aralık şu şekilde belirlenir.

Şekil 10b, 10c, 10d: Çeşitli ticari polarizasyon sağlayıcı fiberler, korlar yüzeysel gerilmeler sağlayan bölgelerle çevrelenmiş.

Sayısal bir uygulama, dinamik aralığın 105 düzeyini aşa cak bir sonuca ulaşmamızı sağlayacaktır. P ve B'nin uy gun seçimleriyle 10° düzeyinde değerler elde edilebilir. Foton gürültüsü en alt sınırı belirlerken öteki gürültü kay nakları da dinamik aralığı sınırlayabilir. Bu en iyi kazanç ları verecek teknoloji ve yöntemlerin kullanılmasının ge rekliliğini gösterir.

TEKNOLOJİLER:

SAGNAC girişimölçeri güçlü bir araçtır. Optik fiberlerde yüksek performans etkileşimli ortam ve dalga klavuzu yaratırlar. Bu ikisinin silika fiberin yalıtım özelliğinden de yararlanılarak oluşturulacak düzenlemesi, yüksek voltaj elektrik güç iletim düzeneklerinde ilginç yeni olasılıkları ortaya çıkaracaktır.

ölçüm dinamik aralığı, duyarlılık, uzun dönem kararlılığı ve güvenirlilik gibi performans özellikleri firmaja/j .gerekli işlemleri sağlamak üzere yeni bir düzenleme ve optik eleman teknolojisi geliştirmeye itmiştir. Bu teknoloji akım ölçmek için kullanılan girişimölçerin beklenen perfor mansını bazan özsel karakteristikten bağımsız olmalıdır.

Gelecek bölüm, istenenleri tatmin edecek elektro optik ve optik eleman teknolojisini anlatacaktır. Burada belirtil mesi gereken nokta, belirtilen birçok elemanın Fransa ve Fransa dışındaki ülkelerde fiber opytik jirometrisi üzerine yapılan çalışmaların sonucu olduğudur.

IŞIK KAY NAĞI:

Aletle en önemli etkinbileşen ışık kaynağıdır. Girişim ölçer aklımıza hemen lazeri getirmektedir. Laserler hak kında zamanımızda uyumlu ışık özellikleri hakkında ma sal gibi söylentiler dolaşmaktadır. Buna rağmen, daha önce belirtildiği gibi SAGNAC girişimölçeri kısa eşevreli boyu olan ışık kaynağı kullanımına izin verir, çünkü bir birleriyle girişen dalgalar arasındaki geometrik yol farkı yanlızca bir dalgaboyu düzeyindedir ya da 1 mikron civa rındadır. Buna göre ışık kaynağının performans özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir.

—optik fiber klavuzlama potansiyeline uygun dalgaboyu ( 800 nm gibi —fibere yüksek güç itimi —dalga boyu kararlılığı —fibere itilen gücün kararlılığı —yüksek güvenirlilik —uzun ömür —polarize ışık yayınımında polarizasyon düzleminin kararlılığı —çevre aletlerle kullanım uyumluluğu —kabul edilebilir maliyet

Işık yayan diodlar (LED) buradaki birçok leritere uymakla birlikte tek modlu fiberde enerji etkileşimini sağlamak için uygun değildir. Bu iş için yarıiletken lazerler çok

daha uygundur. Bununla birlikte bu lazerler günümüzde geçerli olan pazar elektroniğine göre tasarlanmıştır. Örnek olarak compact disk çalıcılar ve haberleşme ele manları için üretilenleri verebilirz.

İlk halde elemanlar daha ucuzdur ama fiziksel yapıları fi berle ilgili işlere uzun ömürlülük ve sıcaklıkla ilgili sorun lar nedeniyle pek uygun değildir. Haberleşme lazerleri ise genellikle fiber bir düzenekle ortak şekilde düzenlen miş ve sıcaklıkla ilgili şartları sağlayacak şekilde fiziksel bir yapıda sunulmuştur. Bunun yanında bu lazerlerin iz gesel saflığı çok yüksektir. Buda onları eşevreli yapar (Bu özellik buradaki kullanım için gereksiz ve bunun ya nında sorun yaratıcıdır). Ayrıca bu lazerler çok pahalıdır.

Bundan daha kötüsü SAGNAC girişimölçerinin perfor mansını sınırlayan gürültü kaynakları üzerinde yapılan araştırmalar değişik diyoptrilerde (mercek gücü) parazit ik yansıma olgusunun mod etkileşimlerindeki farklılıkların ve RAYLEIGH geri saçılmalarının kısa yapışma uzunluk lu kaynak kullanımını zorlayan etkenler olduğunu göster miştir.

Bunların yanında bu işe uygun ideal bir kaynakta vardır; süper radyant diod (SRD), Bu eleman 500 W'ı geçen güç leri yalnızca5 u. m çaplı koru olan fibere basabilmekte ve sagnac girişimölçerlerinin isteklerine uyan en iyi yapış ma uzunluğunu (50 u. m) sağlamaktadır.

FOTODETEKTÖR (ışınsal algılayıcılar):

Fotodetektör 800 nm dalgaboyu kullanmak şartıyla her hangi bir sorun yaratmamaktadır. PIN tipi silikon foto , diodlar düşünülen uygulama için yeterli gürültü karakter istliğine ve algılamaya sahiptir.

TEK MODLU FİBER KULLANAN BAĞLAY ICILAR (couplers)

Şekil 4b, girişimölçerin temel elemanlarından ayırma yap rağını göstermektedir. Gelen ışını iki ikincil'ışına ayırma işi bu elemanca yapılmaktadır. Bu işlev optik dalga kla vuzu tekniğini kullanan bağlayıcılar (coupler) tarafından da gerçekleştirilebilir. Gerçekte işlevsel açıdan optik bağlayıcılar mikrodalga bağlayıcıların optik frekanslara taşınmış halidir.

Tek modlu fiberlerle bağlayıcı yapmanın iki çeşit endüst riyel tekniği bulunmaktadır. Birinci teknik, iki fiberin yerel olarak soyulmasını gerektirir. Buda daha önce eğilmiş iki fiberin kesme yada inceltme gibi yollarla metalkaplama nın kara değmeden olabilecek en yakın yere yerleştiril mesiyle ve iki fiberin birbirine bağlanmasıya olur. Daha sonra özel bir yağ kullanılarak kırılma indisi ayarlanır. Kara yakınlık ve metal kaplamanın belli bir parçasının alınması iki fiber arasında karşılıklı bir enerji etkileşimine neden olur. Bu tekniğin en önemli yararı bağlama oranı nın fiberlerin bağlanmasından önce ayarlanabilir olma sıdır. Ayrıca bu teknikle doğrusal polarizasyon sağlayan yüksek çift kırılma etkili fiberlerle bağlayıcı yapmak ola sıdır.

Öbür teknik ise iki fiberin metal kaplamayı eritmek birbi rine değmesini ve daha sonra da fiberlerin çekilerek kor

ların alınmasını gerektirir. Bu işlemler sırasında ortalama ışık verilirse işlemler istenen bağlama katsayısı elde edi lene kadar devam eder. Her iki teknikte çabuk kaybolan (evanesont) olan bağlama ilkesini kullanmaktadır.

TÜMLEŞİK OPTİKLİ FAZ MODÜLATÖRLERİ:

L uzunluğunda ve n indisli bir ortamdan geçen dalganın faz kaymasını değiştirmek için 2 yöntem kullanılabilir. Bunlar mekanik etkiyle L uzunluğunu değiştirmek ya da kırılma indisinin değişimini kullanarak bunu sağlamaktır. Bu koşullar altındaki faz değişimi şu şekilde gösterile bilir:

OT

A 9 = — — (nAL+LAn) A,

madde üzerindeki polarizer bağlayıcı ve faz modülatörü olan devre gösterilmektedir.

Bu tüp devrelerin yararlarının anlaşılabilmesi için aşağı daki denklem verilmiştir:

Bu iki yöntem piezoelektrik seramikler kullanılarak fibe rin çekilmesi ya da fiberde mekanik şartlar ortaya çıka rarak ve fotoelastik etkiyle denetlenen çift kırılma yoluy la .uygulanabilir.

Labaratuar koşullarında iyi sonuçlar elde edilmesine rağ men endüstriyel uygulaması zordur. Endüstriyel uygula ma için çok daha çekici ve halen işler olan başka bir yöntem vadır, bunda bir elektro optik etki olan pockels etkisi kullanılır. Aşağıda pockels etkisi üstünde durula caktır.

POCKELS ETKİSİ:

Bu yazının ilk bölümünde maddenin elektrik polarizasyo nuna bağlı kırılma indisinin, maddenin kimyasal yapısına, katı fiziğinde üzerinde çok çalışılan bağıl pozisyonuna bağımlı olduğu belirtilmiştir.

Ortam eşyönlü ise bu polarizasyon dalganın elektrik alanının yönüne bağımlı değildir. Bu dalga polarizasyon durumundan etkilenmeyen bir hızda hareket eder.

Ortam yönden bağımsızsa doğal olarak ya da bir dış et kiyle elektron polarizasyon yeteneği belirir. Bu elektron lara etki eden elektrik alanı yönüne bağlıdır. Hareket hızı da polarizasyon durumuna bağımlı olarak belirlenir. Die lektrik ortamın yönden bağımsızlığı, dışarıdan uygulanan bir elektrik alanı ile değiştirilebilir. Alanın ilkesel etkisi kristal içindeki iyonların dengesini değiştirmektir. Bu özellik, doğrusal elektro optik etki ya da pockels etkisi olarak tanımlanır. Bu etki bir elektro optik madde için elektrik alanı kullanılarak kırılma indisinin değiştirilmesi olarak özetlenebilir.

Pockels etkisinin kullanımı yeni bir optik eleman teknolo jisi olan tümleşik optikler sayesinde günümüzde kolay bir hale gelmiştir. Bu teknolojinin temel ilkesi tek modlu dalga klavuzu elde etmek için katkılanarak kırılma indis leri ayarlanan dielektrik filmler içine elektromanyetik dal ganın haphsedilmesidir. Bu teknoloji geçerli mikroelekt ronik tekniklerini, katkılama işleminde kullanmaktadır.

Bu uygulamalar için en iyi maddelerden biri lityum niobat tır. Bu madde yüksek saflıkta olup 0,8 u.m'lik dalgaboy larını geçirmekte, ayrıca elektro optik filmlerin üretilmesi için uygun olmaktadır. Böylece tek modlu dalga klavuz larının oluşturulması bağlayıcıların faz modülatörlerinin ve polarizerlerin yapılması mümkündür. Şekil 11 'de bir alt

Şekil 11: Polarizer, bağlayıcı ve faz modülatöründen oluşan tümleşik optik devre.

ne3 fi ir *~*\

"Y*

I

r'3~L

Burada V: iki yüzey arasında uygulanan voltajı, e: lityum niobatın kalınlığını, L: uzunluğu, ne: UNbO3'ün olağanüs tü katsayısını (doğal olarak çift kırılma özelliğine sahip),

r33: bir elektro optik gergi katsayısını göstermektedir. Bu denklem faz kaymasının V voltajıyla değil de V/e elektrik alanıyla denetlendiğini göstermektedir. Bu da aynı şartlar altında yığınsal optikten (e=lmm) tümleşik optiğe (e= 10mm) geçildiğinde herhangi bir faz kaymasını elde etmek için gereken voltajın 100 kat düşmesi an lamına gelmektedir. Böylece n kadar faz kayması elde etmek için 10 voltun altındaki değerler yetmektedir.

ÇEY REK DALGA Y APRAKLARI:

Bu yaprakların görevi doğrusal polarize dalgaları dairesel polarize dalgalar haline getirmek ya da tersi işlemi yap maktır. Dairesel polarize olmuş bir dalganın faz çeyreğin de birbirine dik iki doğrusal polarize dalga şeklinde ayrılabilmesi nedeniyle doğrusal çift kırılmalı eleman, dal ga yolunda, gelen dalganın polarizasyon düzleminin do ğal ekseninden 45"lik açı ile yerleştirilmesi bu iş için ye terli olacaktır. Sonuç olarak bu dalga ana eksende iki elemanın değişik hızlardaki yayınımını görür. Böylece madde kalınlığını çıkışta 90"lik faz koyması verecek şekilde seçmek yeterli olacaktır. Burada tüm fiberin uzunluğunu kullanan birçok tasarım dan belirgin olan bir tanesi açıklanmıştır. Yukarıda belir tildiği gibi doğrusal çift kırılma fiberi eğerek elde edilebi lir. Böylece fiberi istenilen çapta, etkide ve enerji etkile şimini, gelen dalganın polarizasyon düzemiyle eğim ya pacak şekilde oluşturmak yeterli olacaktır. Şekil 12, bu ilkeyi kullanan halkanın kararlılığını değerlendirmek için kurulmuş düzeneği göstermektedir.

Şekil 12. Çift kırılmalı fiber optik halkanın kararlılığını belirlemek için kullanılan test düzeneği.

DENEY SEL GELİŞİM:

Firmalar aşağıda belirtilen üstünlüklere sahip bir akım transformatörü tasarlamayı düşünmüştür. — Yüksek işlerlik güvenirliliği; — Üstün ölçüm güvenirliliği ve kullanışlılığı — Düşük alım ve çalışma maliyeti — Gelecekteki güç düzeneklerini koruma ve işletme yöntemlerine uyabilirlik. Araştırma şirketlerin aygıt transformatörü bölümünce değişik araştırma düzeylerinde yapılmıştır.

|LK DENEY SEL TİP VE İLK PROTOTİP TESTLERİ:

Bu testler ilk basamak optikten son basamak elektroni ğe kadar olan tüm ölçme alanını belirlemiştir. Ölçümler tümüyle donatilmış çeşitli alt grupların hesaplarında kul lanılan matematiksel modelleri gerçekleyen deneysel tip lerde yapılmıştır.

Özellikle, yüksek akım testlerinde (I > 20 kA rms) giri şimölçer halkanın mükemmel davranışı ve güç hatlarında oluşan yüksek mekanik titreşimlere karşı olan duyar sızlığı sonuç olarak alınmıştır (şekil 13)

Testler ayrıca dinamik aralığı alçak akımlarda sınırlayan gürültü kaynaklarını da sayısal olarak göstermiştir. İyi sonuçlar 420 kV'lık yalıtım voltajına ve günümüzdeki geçerli duyarlılık sınıfına ve dinamik aralık standartlarına (sırasıyla % 0,2 ve 170 kA) sahip bir prototipin yapılma sını sağlamıştır.

ALTBİRLEŞTİRME VE MADDE TESTLERİ:

Akım ölçme kanalındaki eleman sayısı, geleneksel birim lerdekinden önemli sayıda fazladır. Bu elemanlar günü müz teknolojisini çeşitli özel birleştirme düzenekleriyle kullanmaktadır. Bu testler yapılan aletin gelecekteki üretim aşamalarında da geçerli olacaktır (şekil 9).

Şekil 13: Deneysel tipin labratuar ortamında 20 kA rms testi.

Şekil 14: Sıklık sentezi için kullanılan prototip devre..

SONUÇ:

Teknolojik verimlilik, fiber optik akım ölçme aletlerinde artık sağlanmıştır. Firmalar araştırmalarını maliyeti düşü recek, güç sistemi işleticilerince istenen güvenirliliği ve kullanışlılığı sağlayacak yönlere yöneltmiştir. Gelişen teknoloji sayesinde daha birçok kazanç beklenmektedir. Bu yeni aygıtların itcari başarısı güç düzeneklerinin ko runmasında ve işletiminde kullanılan aygıtlar ve özellikle de üretici firmaların teknolojiyi daha da geliştirmesinde yetm aktadır.