CN105137147B

CN105137147B - 光学电压测量装置

Info

Publication number: CN105137147B
Application number: CN201510197841.0A
Authority: CN
Inventors: 高桥正雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2018-05-15
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: EP2952913A1; BR102015012892A2; JP2015230163A; CN105137147A

Abstract

本发明提供一种能进行高精度的光学电压测量且具有高可靠性的光学电压测量装置。光学电压测量装置(10)至少具备：光源(11)；光分路器(12)；偏振器(13)；相位调制器(14)；传输光纤(2)；法拉第旋转器(32)，使光纤的出射光的偏振波进行旋转；电光元件(31)，对旋转后的光给予由泡克尔斯效应产生的折射率变化；反射镜(33)；以及检测器(41)。在电光元件的灵敏度的温度系数为正的情况下，在使用温度范围内的最低温度下决定法拉第旋转器的对电光元件的入射偏振光方位，以使该入射偏振光方位与泡克尔斯效应表现出的双折射的轴成为同一轴。在电光元件的灵敏度的温度系数为负的情况下，在使用温度范围内的最高温度下，进行同样的操作。

Description

光学电压测量装置

技术领域

本发明的实施方式涉及一种对输配电线的电压、电力设备的分配电压等进行测量的光学电压测量装置。

背景技术

图7中示出现有的光学电压测量装置的结构例。

该光学电压测量装置100具备传感器部101、发光部102、受光部103、发光侧和受光侧信号处理电路部(未图示)。

传感器部101包括从光入射侧开始依次配置在同一光轴上的偏振器13、1/4波片35(以下也记作“λ/4板”)、电光元件31和检偏器52。

此外，发光部102包括E/O电路和输入侧光学系统，所述E/O电路包括作为光源11的LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等发光元件，所述输入侧光学系统包括配置在同一光轴上的光纤53a、套圈54a、GRIN透镜55a和保持器56a。将该输入侧光学系统中的各光学部件的相互接触的光轴面用粘接剂进行粘接。

另外，受光部103包括输出侧光学系统和O/E电路，所述输出侧光学系统包括配置在同一光轴上的光纤53b、套圈54b、GRIN透镜55b和保持器56b，所述O/E电路包括将从该输出侧光学系统射出的光信号变换成电信号进行检测的检测器41。输出侧光学系统中的各光学部件的相互接触的光轴面也用粘接剂进行粘接。

在光学电压测量装置100的传感器部101中，配置在同一光轴上的上述各光学部件、即偏振器13、λ/4板35、电光元件31和检偏器52的相互接触的光轴面全部用粘接剂进行粘接。在此，所谓光轴面，是与光轴相垂直的面，关于各光学部件，存在光的入射面和出射面这2个面(以下同样)。此外，在电光元件31上蒸镀有一对电极57，该一对电极57的各电极分别通过引线58与一对电极端子59的各电极端子电气性连接。光学电压测量装置100的被测量电压被施加在一对电极端子59的端子间。

发光侧和受光侧信号处理电路部(未图示)分别通过发光部102和受光部103而与传感器部101相连接。传感器部101的偏振器13的输入侧光轴面与发光部102的GRIN透镜55a的光轴面用粘接剂进行固定，传感器部101的检偏器52的输出侧光轴面与受光部103的GRIN透镜55b的光轴面用粘接剂进行固定。并且，将粘接固定的传感器部101、发光部102中的输入侧光学系统、以及受光部103中的输出侧光学系统，机械性地固定在壳体(未图示)中。此外，作为用于光学电压测量装置100中的各光学部件的粘接剂，使用环氧类或者尿烷类等的树脂。另外，作为电光元件31，使用Bi₁₂SiO₂₀(BSO、铋硅氧化物)、KDP(KH₂PO₄)等。

下面，对具备上述结构的光学电压测量装置100的动作原理进行说明。在使用例如中心波长为0.85μm的LED(Light Emitting Diode)作为发光部102中的光源11时，从光源11射出LED的非偏振光，并在通过传感器部101的偏振器13后成为线偏振光。该线偏振光在通过1/4波片35时变为圆偏振光，该圆偏振光在通过电光元件31后，按照施加到该电光元件31上的施加电压Vm而椭圆化。即，电光元件31的透射光的偏振状态根据施加电压Vm而进行变化。这样的椭圆偏振光在通过检偏器52之后，由检测器41受光。其输出强度变化与电光元件31的透射光的偏振状态相对应。由于该偏振状态根据施加电压Vm进行变化，因此，通过经由受光侧的光纤53b，在受光器中监视检偏器52的输出强度变化，并计算出光量(强度)的调制度，就能够测量施加电压Vm。在此，所述光量的调制度是光量的AC成分与光量的DC成分之比。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平2－10383号公报

但是，光学电压测量装置100是计算光量的调制度来测量施加电压Vm的方法，因此在本质上存在无法测量直流电压的问题。此外，还会因温度等环境变化而产生灵敏度误差和相位误差，但该情况与电流测量器的情况不同，因此会成为对功率、阻抗进行测量时的误差，从而使测量精度变差。另外，由于测量中需要分压器，因此还存在因分压器而限制了测量精度和响应速度的问题。

此外，在以去掉分压器为目标的光学电压计中，需要有长距离的气体中的光传播，或者需要许多光源、光学系统，这就存在精度方面和可靠性方面的问题。

另一方面，也考虑了使用光量本身作为信号来测量电压的方法，但实际上检测器的灵敏度变化或光学元件的透射率变化会直接导致误差，因此难以得到必要的精度。

发明内容

本发明的实施方式是为了解决如上所述的现有技术的问题而提出的，其目的在于，提供一种能进行高精度的光学电压测量且具有高可靠性的光学电压测量装置。

为了达到上述目的，本发明的实施方式的光学电压测量装置的特征在于，至少具备：光源；第一光学元件，用于使来自所述光源的光成为线偏振光；相位调制器，对成为所述线偏振光的光施加相位调制；光纤，配置成使成为所述线偏振光的光在其滞相轴(慢轴)和进相轴(快轴)双方进行传播；第二光学元件，使所述光纤的出射光的偏振波进行旋转；电光元件，对旋转后的所述光给予由泡克尔斯效应产生的折射率变化；反射镜，将透射了所述电光元件的光反射；光分路器，将在所述反射镜反射并透射了所述电光元件的光分路；以及检测器，对由所述光分路器分路后的光进行检测，在所述电光元件的灵敏度的温度系数为正的情况下，在使用温度范围内的最低温度下，决定所述第二光学元件的对所述电光元件的入射偏振光方位，使得该入射偏振光方位与所述泡克尔斯效应表现出的双折射的轴成为同一轴，在所述电光元件的灵敏度的温度系数为负的情况下，在使用温度范围内的最高温度下，决定所述第二光学元件的对所述电光元件的入射偏振光方位，使得该入射偏振光方位与由所述泡克尔斯效应表现出的双折射的轴成为同一轴。

此外，本发明的其他实施方式的光学电压测量装置的特征在于，至少具备：光源；第一光学元件，用于使来自所述光源的光成为线偏振光；相位调制器，对成为所述线偏振光的光施加相位调制；光纤，配置成使成为所述线偏振光的光在该光纤的滞相轴和进相轴双方进行传播；第二光学元件，使所述光纤的出射光的偏振波进行旋转；电光元件，对旋转后的所述光给予由泡克尔斯效应产生的折射率变化；反射镜，将透射了所述电光元件的光反射；光分路器，将在所述反射镜上反射并透射了所述电光元件的光分路；以及检测器，对由所述光分路器分路后的光进行检测，作为所述电光元件，使用具有使入射光的偏振波进行旋转的旋光性的电光元件。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式涉及的光学电压测量装置的整体结构的概略图。

图2是示出BiGeO₂₀的灵敏度的温度特性的图表。

图3是说明本发明的第一实施方式涉及的光学电压测量装置的作用和效果的概略图。

图4是示出本发明的第二实施方式涉及的复合型光学电压测量装置的整体结构的概略图。

图5是示出反射式萨尼亚克(In-line Sagnac)型光学电流传感器的结构的概略图。

图6是示出本发明的第三实施方式涉及的多级型光学电压测量装置的整体结构的概略图。

图7是示出现有的光学电压测量装置的结构例的透视主视图。

附图标记的说明

1 出射光调整部

2 传输光纤(保偏光纤)

3、3’ 传感器部

3a 第一传感器部

3b 第二传感器部

4 检测部

10 光学电压测量装置

11 光源

12 光分路器(耦合器)

13 偏振器(第一光学元件)

14 相位调制器

20 复合型光学电压测量装置

30 多级型光学电压测量装置

31 电光元件

32 法拉第旋转器(第二光学元件)

33 反射镜

34 施加电压

35 1/4波片

36 传感器光纤

37 第一电光元件

38 第二电光元件

40 相位调制器驱动电路

41 检测器

42 同步检波电路

50 光学电流传感器

51 电力测量器

52 检偏器

53a、53b 光纤

54a、54b 套圈

55a、55b GRIN透镜

56a、56b 保持器

57 电极

58 引线

59 电极端子

100 光学电压测量装置

101 传感器部

102 发光部

103 受光部

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式具体进行说明。

[第一实施方式]

(光学电压测量装置10的整体结构)

图1中示出本发明的第一实施方式涉及的光学电压测量装置的整体结构。

光学电压测量装置10具有：出射光调整部1，调整光源的出射光的偏振面，进行该光的相位调整；传感器部3，通过电光元件31产生与施加电压成比例的相位差；传输光纤2，对出射光调整部1和传感器部3进行连接；以及检测部4，进行检波并计算出电压。

(出射光调整部1)

出射光调整部1具有光源11、光分路器(以下也记作“耦合器”)12、偏振器13和相位调制器14。

光源11是射出用于电流测量的光的装置，使用超辐射发光二极管(SuperLuminescent Diode：SLD)等。光源11与光分路器12相连接。

光分路器12将入射光分成两路，并导入到与该光分路的一个分路相连的偏振器13。此外，光分路器12还将从后述的传感器部3返回来的光分路成两路，并将一路导入到检测部4。

偏振器13通过将导入的光变换成在特定方向偏振的光，而使导出侧的光成为线偏振光。作为该偏振器13，可以使用利用了保偏光纤的光纤型偏振器、或者组合晶体元件和保偏光纤而成的体元件型光纤偏振器等。将偏振器13的导出侧的保偏光纤以使光轴倾斜45°的方式熔焊连接。偏振器13的导出侧的保偏光纤保持2个正交的偏振波成分的偏振状态，使用应力施加型的保偏光纤。作为该保偏光纤，可以使用PANDA光纤或Bow－Tie光纤等。

相位调制器14对在其内部传播的光的成分按规定的相位差量施加相位调制。作为该相位调制器14，可以使用在压电管(PZT)上缠绕保偏光纤而成的PZT型相位调制器件、或采用泡克尔斯元件的泡克尔斯元件型相位调制器件等。由后述的相位调制器驱动电路40，对相位调制器14进行控制。此外，在相位调制器14的导出侧的保偏光纤上连接传输光纤2。该传输光纤2保持2个正交的偏振波成分的偏振状态。

(传感器部3)

传感器部3具有法拉第旋转器32、电光元件31、反射镜33和施加电压34。

法拉第旋转器32使从传输光纤2射出的光的偏振面旋转例如45°后射入电光元件31，此外，还使在后述的反射镜33上反射并再次通过电光元件31的光的偏振面旋转例如45°。

电光元件31使用具有光的双折射特性根据电场进行变化的泡克尔斯(Pockels)效应的电光晶体。作为这样的晶体，可以使用BiGeO₂₀(铋锗氧化物)、Bi₁₂SiO₂₀(BSO、铋硅氧化物)、KDP(KH₂PO₄)、ADP(NH₄H₂PO₄)、LiNbO₃(铌酸锂)和LiTaO₃(钽酸锂)等。

(电光晶体的灵敏度对温度的依存性)

已知如上所述的电光晶体的灵敏度会随温度而进行变化。例如，如图2所示，BiGeO₂₀晶体的灵敏度在高温侧的100℃时降低2.0％。另一方面，也存在随着温度上升而灵敏度反而提高的电光晶体。因此，很难满足普通的电压测量器所需的精度、例如1％以内的精度，需要进行某种修正。

在本实施方式中，利用法拉第旋转器32的旋光角随温度进行变化这点来实施温度修正。

即，如图3的虚线所示，在电光晶体的灵敏度在高温侧变高的情况下(灵敏度的温度系数为正的情况)，法拉第旋转器32的旋光角设置为在低温侧(例如，－40℃)成为45°角。这时，若决定对电光元件31的入射偏振光方位以使电光元件31中与由泡克尔斯效应表现出的双折射的轴成为同一轴，则正交的2个轴所接受的光的双折射成为最大。

另一方面，在高温侧，法拉第旋转器32的出射偏振光方位与低温时不同，电光元件31的双折射的轴与对电光元件31的入射偏振光方位之间产生偏差。两个偏振光接受的双折射所导致的相位差变小了该偏差产生的量，表面上的灵敏度降低。其结果，能够抑制高温时的灵敏度，如图3的实线所示地使灵敏度的温度特性平坦。

此外，在与图3的虚线相反，电光晶体的灵敏度在低温侧变高的情况下(灵敏度的温度系数为负的情况)，法拉第旋转器32的旋光角设置为在高温侧(例如，90℃)成为45°角。这时，若决定对电光元件31的入射偏振光方位以使电光元件31中与泡克尔斯效应表现出的双折射的轴成为同一轴，则正交的2个轴所接受的光的双折射就成为最大。与此相对，在低温侧，法拉第旋转器32的出射偏振光方位与高温时不同，电光元件31的双折射的轴与对电光元件31的入射偏振光方位之间产生偏差。两个偏振光接受的双折射所导致的相位差变小了该偏差产生的量，表面上的灵敏度降低。其结果，能够抑制低温时的灵敏度，如图3的实线所示地使灵敏度的温度特性平坦。

此外，代替使用法拉第旋转器32的旋光的温度依存性来使光学电压测量装置10的灵敏度的温度特性平坦，也可以利用具有旋光性的电光晶体特性来得到同样的效果。表1中示出代表性的具有旋光性的电光晶体的特性。也存在例如ZnS或Bi₄Ge₃O₁₂这样的不具有旋光性的电光晶体，但多数晶体具有旋光性。若使用这样的具有旋光性的晶体，就能够用一个电光元件来给予图3所示的由法拉第旋转器产生的旋光和由电光晶体的电场产生的双折射。

表1

(检测部4)

检测部4具有相位调制器驱动电路40、检测器41和同步检波电路42。

相位调制器驱动电路40产生相位调制信号，并对出射光调整部1的相位调制器14进行控制。

检测器41对在传感器部3中反射并被耦合器12分路后的一方的光量进行检测。作为该检测器41，可以使用光电二极管或光电倍增管这样的光/电交换元件(O/E转换元件)。

同步检波电路42以相位调制角频率，对由检测器41检测出的光量进行同步检波。作为该同步检波电路42，可以使用锁定放大器。

(作用)

以下，按照实际的光的路径，对该光学电压测量装置10的作用进行说明。

首先，由出射光调整部1的光源驱动电路(未图示)控制光源11的驱动，使其射出光。将光源11的出射光导入到作为光分路装置的耦合器12中。出射光被耦合器12分成2个光，将其中一个光导入到偏振器13中。再有，将另一个光导出到光学电压测量装置10的外部。

被导入到偏振器13中之前的光，包含有在多个方向偏振的光，但在通过了偏振器13之后，成为在特定方向偏振的光，即、线偏振光。将该线偏振光导入到使光轴相对于偏振器13倾斜45°地熔焊连接的相位调制器14中。

相位调制器14构成为围绕压电振子卷绕有保偏光纤而成的结构，通过由压电振子使光纤伸缩来进行相位的调制。由于偏振器13的出射光与调制器件的保偏光纤的光轴倾斜45°，因此，线偏振光以相对于2个正交的轴、即x轴和y轴分别倾斜45°的状态，被导入到保偏光纤。导入到该保偏光纤后的线偏振光的一部分成为x轴成分的线偏振光，剩余部分成为y轴成分的线偏振光。于是，该2个轴成分的线偏振光就被约束在保偏光纤的各个光轴上进行传播。

在此，为了使说明简单化，假设由相位调制器驱动电路40进行控制的相位调制器14对x轴和y轴的2个线偏振光中的某一方的光，以一定的角频率施加一定振幅的相位调制。例如，设想相位调制器14仅对x轴的线偏振光施加相位调制的情况。

当在相位调制器14中对在相位调制器14中传播的x轴的线偏振光施加相位差为θ的相位调制时，x轴的线偏振光在时刻t接受相位调制。从而，在通过相位调制器14之后的x轴和y轴的2个线偏振光中产生相位差。此外，相位调制器14还输出在同步检波电路42中所使用的相位调制角频率。

将通过相位调制器14后的x轴和y轴的2个线偏振光导入到传输光纤2中。x轴和y轴的2个线偏振光在传输光纤2中也分别被约束在2个光轴上进行传播。

由法拉第旋转器(Faraday rotator)32将从传输光纤2出射的光旋转45°，然后将该偏振光射入到电光元件31。这时的电光元件31的轴被设置为相对于传输光纤2成45°，在光纤中x轴和y轴上传播的光通过电光元件31接受与施加电压34成比例的相位差。

从电光元件31出射的光在反射镜33上折回，并再次由电光元件31接受相位差，因此，所接受的相位差成为单光程时的2倍。该光在再次被引导到传输光纤2之前，再次在法拉第旋转器32中使偏振面旋转45°，因此，去程时在x轴上传播的光就会在y轴上传播折回，而去程时在y轴上传播的光就会在x轴上传播折回，不产生传输光纤2中的相位差。因此，仅表现出由电光元件31产生的相位差。

该x轴和y轴的2个线偏振光再次被导入到传输光纤2进行传播，并被导入到相位调制器14。在此，例如，相位调制器14仅对x轴的线偏振光施加相位调制。当在相位调制器14中对在相位调制器14中传播的x轴的线偏振光施加相位差为θ’的相位调制时，x轴的线偏振光在时刻t’接受相位调制。从而，就在通过相位调制器14之后的x轴和y轴的2个线偏振光中产生相位差。此外，相位调制器14还输出在同步检波电路42中所使用的相位调制角频率。

将从相位调制器14导出的x轴和y轴的2个线偏振光导入到偏振器13中。由于这时相位调制器14相对于偏振器13倾斜45°地连接，因此，x轴和y轴的2个线偏振光被合波而进行干涉。

通过了偏振器13的光再次被导入到耦合器12进行分路，其中一方被导入到检测器41中进行检测。并且，在同步检波电路42中，使用从相位调制器驱动电路40输入的相位调制角频率，对由检测器41检测出的光量进行同步检波。

(效果)

根据本实施方式，由于不是根据光量变化，而是根据相位变化来进行光学电压测量，因此，不用考虑光量变化或检测器的DC漂移等的影响，而能够进行高精度且高可靠性的光学电压测量。

此外，在本实施方式中，由于利用法拉第旋转器32的旋光角随温度进行变化的特性来实施温度修正，因此，即使电光元件31的晶体灵敏度随温度而发生变化，也能够使光学电压测量装置10的灵敏度的温度特性平坦。

[第二实施方式]

图4中示出本发明的第二实施方式涉及的复合型光学电压测量装置的整体结构。

本实施方式的复合型光学电压测量装置20组合第一实施方式涉及的光学电压测量装置10和反射式(in-line)萨尼亚克干涉型光学电流传感器50而构成，并与电力测量器51相连接，该电力测量器51对由光学电压测量装置10所产生的电压和由光学电流传感器50所产生的电流进行测量。

光学电压测量装置10不仅可以像第一实施方式那样地单体地作为电压测量器发挥作用，还可以与电流计组合来对功率、电能、或者无功功率进行计量，或者对阻抗进行计算，用于使被称作远程继电器的保护系统进行动作。这时，与电流计的相位关系准确地一致是很重要的。

由于在第一实施方式中已经对光学电压测量装置10的结构进行了详细叙述，因此，以下对反射式萨尼亚克干涉型光学电流传感器50进行详细说明。

反射式萨尼亚克干涉型光学电流传感器50与利用泡克尔斯效应对在保偏光纤的x轴和y轴上传播的光施加相位差的光学电压测量装置10不同，其利用法拉第效应来施加相位差。因此，在光学电流传感器50中，虽然以图1所示的光学电压测量装置10的结构为基础，但有几处结构不同。再有，对与图1所示的光学电压测量装置10具有相同功能的部件标注相同的附图标记，并省略说明，以不同的结构部分为中心进行说明。

(反射式萨尼亚克型光学电流传感器50的结构)

图5中示出在本实施方式涉及的复合型光学电压测量装置20中所使用的反射式萨尼亚克型光学电流传感器50的结构。

光学电流传感器50具有：出射光调整部1，调整光源的出射光的偏振面，并进行该光的相位调整；传感器部3’，利用电流的磁场，使在光纤中行进的左右的圆偏振光中产生相位差；传输光纤2，对出射光调整部1和传感器部3’进行连接；以及检测部4，进行检波并计算出电流。

出射光调整部1、传输光纤2和检测部4与图1的光学电压测量装置10相同，因此省略说明。

(传感器部3’)

传感器部3’包括1/4波片35、传感器光纤36和反射镜33。

使光轴倾斜45°地连接有传输光纤2的1/4波片35是相对于射入的光产生1/4波长的相位差的波片。在1/4波片35的导出侧连接传感器光纤36。

传感器光纤36产生法拉第相位差。围着进行测量的电流四周地配置该传感器光纤36。在传感器光纤36的端部设置有使来自传感器光纤36的光反射的反射镜33。

(作用)

沿着实际的光的路径，对该复合型光学电压测量装置20的作用进行说明。

首先，由于复合型光学电压测量装置20的光学电压测量装置10的部分与第一实施方式相同，因此省略说明，按照图5，对反射式萨尼亚克型光学电流传感器50这部分的作用进行说明。

由于出射光调整部1和传输光纤2的作用与图1的光学电压测量装置10相同，因此省略说明。

接着，通过了传输光纤2的x轴和y轴的2个线偏振光接着被导入到传感器部3’的1/4波片35。1/4波片35使导入的2个线偏振光产生1/4波长的相位差，变换成2个相反地旋转的圆偏振光，即右圆偏振光和左圆偏振光。将该右圆偏振光和左圆偏振光导入到作为法拉第元件的传感器光纤36中。

在传感器光纤36中，即使右圆偏振光和左圆偏振光的行进方向相同，也会在相反朝向上接受来自磁场的法拉第效应。在右圆偏振光和左圆偏振光中产生法拉第相位差。并且，右圆偏振光和左圆偏振光被传感器光纤36的端部上设置的反射镜33反射后，在传感器光纤36中逆流返回。

被反射镜33折回的右圆偏振光和左圆偏振光再次在传感器光纤36中接受法拉第效应，因此，由右圆偏振光和左圆偏振光接受的法拉第效应引起的相位差加倍。将通过该传感器光纤36后的右圆偏振光和左圆偏振光导入到1/4波片35。右圆偏振光和左圆偏振光在1/4波片35中被给予1/4波长的相位差，再次成为2个轴成分的线偏振光。

这时，在导入到传感器部3’之前作为x轴成分的线偏振光进行传播的光，被转换成了y轴成分的线偏振光。此外，在导入到传感器部3’之前作为y轴成分的线偏振光进行传播的光，成为x轴成分的线偏振光。即，去程时是x轴成分的线偏振光，在回程时作为y轴成分进行传播，而去程时是y轴成分的线偏振光，在回程时作为x轴成分进行传播。从而，将去程和回程合起来说，2个线偏振光在相同的光路上前进，因此不会产生由光路差所导致的相位差。

将该x轴和y轴的2个线偏振光再次导入到传输光纤2中进行传播，并导入到相位调制器14中。在此，例如，相位调制器14仅对x轴的线偏振光施加相位调制。当在相位调制器14中对在相位调制器14中传播的x轴的线偏振光施加相位差为θ’的相位调制时，x轴的线偏振光在时刻t’接受相位调制。从而，就在通过相位调制器14后的x轴和y轴的2个线偏振光中产生相位差。此外，相位调制器14还输出在同步检波电路42中所使用的相位调制角频率。

使用调制角频率ωm的高次谐波成分对检测光信号进行同步检波时，同步检波输出Pnω如下：

Pωm∝J1(2δsinωnα)sin4θf 基波的检波信号

P2ωm∝J2(2δsinωnα)cos4θf 2倍高次谐波的检波信号

P3ωm∝J3(2δsinωnα)sin4θf 3倍高次谐波的检波信号

P4ωm∝J4(2δsinωnα)cos4θf 4倍高次谐波的检波信号

在此，Jn表示n次的贝塞尔函数，θf表示法拉第旋转角。

从该公式可知，若在θf较小的范围内使用奇数次谐波信号，则得到与被测量电流的正弦成比例的信号，而光量能利用偶数次谐波信号得到，因此，通过使用这些信号之比，即使存在光量变动，也能够正确地测出电流。

(效果)

在本实施方式的复合型光学电压测量装置20中，光学电压测量装置10和光学电流传感器50除了传感器部以外，都为相同结构，此外，由于传感器部不论哪个都是光路较短的光传感器，因此延迟时间不成问题。因此，理想上能实现相位特性一致的传感器对，能够实现排除了相位差问题的高精度测量。

[第三实施方式]

(结构)

图6中示出本发明的第三实施方式涉及的多级型光学电压测量装置的整体结构。

本实施方式的多级型光学电压测量装置30是使第一实施方式的光学电压测量装置10中的传感器部3构成为第一传感器部3a和第二传感器部3b的2级结构。第一传感器部3a中的第一电光元件37和第二传感器部3b中的第二电光元件38经由2个法拉第旋转器32串联连接。

(作用)

出射光调整部1和传输光纤2的作用与图1的光学电压测量装置10相同，因此省略说明。

从传输光纤2射出的光，在第一传感器部3a中，由法拉第旋转器32使其旋转45°，并在第一电光元件37中接受与电压成比例的相位差。在由法拉第旋转器32使该光旋转45°后，利用传输光纤2引导到第二传感器部3b的第二电光元件38。

即，去程在x轴上传播的光透射第一电光元件37的x轴，在下一个传输光纤2的x轴上进行传播，将该光引导到第二传感器部3b。在第二传感器部3b中最终在反射镜33上反射后折回到y轴上的光，透射第二电光元件38，并通过法拉第旋转器32而在第一电光元件37的x轴上传播，进而由法拉第旋转器32使其旋转45°，使光折回到传输光纤2的y轴上。

因此，仅是接受第一电光元件37和第二电光元件38的相位差，在连接了第一传感器部3a和第二传感器部3b的状态下，能测量第一传感器部3a的电压V1、第二传感器部3b的电压V2以及整体电压(V1+V2)。

(效果)

根据本实施方式涉及的多级型光学电压测量装置30，容易实现测量2点电压之和这样的计量器，并且还能测量到中途地点为止的电压降。

[其他实施方式]

(1)在第二实施方式中示出了组合有光学电压测量装置10和反射式萨尼亚克干涉型光学电流传感器50而成的复合型光学电压测量装置20，在第三实施方式中示出了使光学电压测量装置10中的传感器部3构成为2级而成的多级型光学电压测量装置30，但也可以组合第二实施方式和第三实施方式，将构成有2级传感器部3的光学电压测量装置10和反射式萨尼亚克干涉型光学电流传感器50进行组合。

(2)在第三实施方式中，作为多级型光学电压测量装置30，示出了使传感器部3构成为2级的例子，但级数可以设定为任意数量。

(3)也可以在第三实施方式中，仅对第一传感器部3a和第二传感器部3b中的某一方实施如第一实施方式所记载的那样的利用法拉第旋转器32的温度特性的温度修正。

(4)以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不是想限定发明范围。这些实施方式可以以其他各种各样的方式实施，可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换和变更。这些实施方式或其变形包含在发明范围或主旨内，并且也包含在权利要求范围中记载的发明及其均等的范围内。

Claims

1.一种光学电压测量装置，其特征在于，至少具备：

光源；

第一光学元件，用于使来自所述光源的光成为线偏振光；

相位调制器，对成为所述线偏振光的光施加相位调制；

光纤，配置成使成为所述线偏振光的光在该光纤的滞相轴和进相轴双方进行传播；

第二光学元件，使所述光纤的出射光的偏振波进行旋转；

电光元件，对旋转后的所述光给予由泡克尔斯效应产生的折射率变化；

反射镜，将透射了所述电光元件的光反射；

光分路器，将在所述反射镜上反射并透射了所述电光元件的光进行分路；以及

检测器，对由所述光分路器分路后的光进行检测，

在所述电光元件的灵敏度的温度系数为正的情况下，在使用温度范围内的最低温度下，决定所述第二光学元件的对所述电光元件的入射偏振光方位，使得该入射偏振光方位与所述泡克尔斯效应表现出的双折射的轴成为同一轴，在所述电光元件的灵敏度的温度系数为负的情况下，在使用温度范围内的最高温度下，决定所述第二光学元件的对所述电光元件的入射偏振光方位，使得该入射偏振光方位与由所述泡克尔斯效应表现出的双折射的轴成为同一轴，

第二光学元件是法拉第旋转器。

2.根据权利要求1所述的光学电压测量装置，其特征在于，

还具备反射式萨尼亚克干涉型光学电流传感器，该反射式萨尼亚克干涉型光学电流传感器至少具备：

光源；

偏振器，用于使来自所述光源的光成为线偏振光；

相位调制器，对成为所述线偏振光的光施加相位调制；

1/4波片，相对于入射光产生1/4波长的相位差；

传感器光纤，产生法拉第相位差；

反射镜，将透射了所述传感器光纤的光反射；

光分路器，将在所述反射镜上反射并透射所述传感器光纤的光进行分路；以及

检测器，对由所述光分路器分路后的光进行检测。

3.根据权利要求1或2所述的光学电压测量装置，其特征在于，

串联连接多个所述电光元件。