CN1175693A - 光变流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种体积小结构简单、测量精度高的高性能光变流器,其由传感器光学部、信号处理部、及传送用光纤部构成、信号处理部具有发生测量光的光源、检测来自传感器光学部的光所用的检测器、处理由检测器取得的信号所用的信号处理电路,传送用光纤部具有发送用光纤和接收用光纤,传感器光学部具有由传感器和反射端构成的传感光纤部、及对该传感光纤部和信号处理部进行光学耦合的耦合光学部。

Description

光变流器

本发明涉及利用光的法拉第效应测量电流的光变流器，尤其涉及不易受被测电流以外的外部电流影响的。适合于高精度电流测量或大电流测量的光变流器。

过去，已开发了利用光的电力系统用电流测量装置，即光变流器作为电力系统用的电流测量装置。该光变流器是把铅玻璃等的块状体置于被测电流所流过的导体附近作为传感器，使直线偏振光通过该传感器，测量由被测电流所产生的法拉第效应的旋光角。

图12表示利用现有技术的气体绝缘开关装置用的光变流器的一例。如图12所示，高压电流所流过的导体2被置于作为接地电位的容器1内。由铅玻璃等构成的块状传感器3包围在导体2的整个周围，传感器3由夹具4固定。在此情况下，由于导体2带高电压，所以，传感器3的夹具4通过绝缘筒5进行安装，与容器1保持绝缘状态。并且光学系统存放箱6安装在容器1上，在该光学系统存放箱6内，存放耦合光学系统7、光传送用光纤8、以及2根光接收用光纤9a、9b。

其中，耦合光学系统7由透镜7a、偏光镜7b等构成，各光纤8、9a、9b通过该耦合光学系统7与传感器3进行光学耦合。并且，发送用光纤8用于把测量用的光从图中未示出的光源经过耦合光学系统7传送到传感器3内。接收用光纤9a、9b用于分别接收从传感器3射出经过耦合光学系统7分割成2个方向的偏振光成分的光，并将其传送到图中未示出的信号处理部内。

在具有上述结构的图12的光变流器中，可以根据下列原理来测量流过导体2的电流。

首先，从图中未示出的光源中发出的光通过发送用光纤8被送入耦合光学系统7内。该光通过耦合光学系统7变成光束基本平行的直线偏振光束10a，在空间内传播，射入传感器3内，在传感器3内反复进行反射，以此形式围绕导体2旋转，然后从传感器3射出。在此期间，通过传感器3内的光的偏振面，由于流过导体2的电流所感应的法拉第效应而仅旋转与电流相对应的某一个角度。

从传感器3射出的光变成直线偏振光束10b在空间内传播，然后再射入耦合光学系统7内，在这里被分割成2个方向的偏振光成分后，分别射入2条接收用光纤9a、9b。这里所叙述的耦合光学系统7的结构和作用已是众所周知的事项，故其说明从略。

但是，作为电力系统用的电流测量装置，必须体积小结构简单，不受周围的外部电流影响，始终保持高精度的测量性能。并且也要能测量大电流。再者，为了广泛普及应用，价格也必须低廉。

然而，图12所示的现有光变流器，有可能受外部电流的影响，难于确保高精度测量性能。例如，在图12的光变流器中，传感器3内尚存在从完全封闭环路中分离出的剩余光路部分L，在这一部分，光受到由外部电流等所产生的外部磁场的影响，不能精密地测量流过导体2的被测电流。再者，由于传感器3的灵敏度高，所以适于测量较小的电流，但另一方面难于测量大电流。再有，因为使用块状传感器3，所以，难于减小体积简化结构，成本也高，因此，也难于广泛普及。

本发明是为了解决以上的现有技术的问题而提出的。其第一目的在于提供体积小结构简单、可以精密测量的高性能光变流器。并且，第2目的在于提供体积小结构简单、可以精密测量，同时也可测量大电流的高性能光变流器。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种光变流器，其中包括：布置在被测导体附近的传感器、发生测量用光并将其送入上述传感器内的光源、检测来自上述传感器的出射光的检测器、对上述传感器和光源以及检测器进行光学耦合的耦合光学系统、以及对来自上述检测器的信号进行处理的信号处理部，

根据通过上述传感器的光的法拉第效应，测量被测导体上的通电电流，

其特征在于：上述传感器由光纤构成，该光纤缠绕在上述被测导体的周围，布置成其两端接近的闭环状。

所述的光变流器，其特征在于：

上述光纤的两端，其布置状态是：假定光纤相对于上述被测导体的缠绕圈数为n，该光纤投影到与被测导体直交的平面上时，从被测导体方向观看该光纤两端之间的区域时的视角为2πn(弧度)的1％以下。

所述的光变流器，其特征在于：

上述光纤的两端被有放在同一结构件内。

所述的光变流器，其特征在于：

当外部导体被置于上述被测导体附近的上述光纤的外侧时，上述光纤的两端，其布置状态是：假定该光纤相对于上述被测导体的缠绕圈数为n，当把该光纤投影到与外部导体直交的平面上时，从上述外部导体方向观看该光纤的两端之间的区域时视角为2πn(弧度)的1％以下。

所述的光变流器，其特征在于：

当上述被测导体被存放在容器内，在该容器内形成在上述光纤外侧流动的多个外层电流路径时，上述光纤的两端被布置成该两端之间的区域位于相邻的2个上述外层电流路径之间的状态。

所述的光变流器，其特征在于：

当存放在同一容器内的多个导体均被作为上述被测导体，对各个被测导体分别设置单独的上述光纤时，

上述各光纤的两端均被布置在接近容器壁面的位置上，并使其两端之间的区域面对上述容器的壁面。

所述的光变流器，其特征在于：

上述光纤的两端被布置在与上述被测导体平行的方向上几乎重叠在一起的状态。

所述的光变流器，其特征在于：

包括上述光纤和上述耦合光学系统在内的光学零件，其一部分，被产生磁屏蔽效应的磁屏蔽材料覆盖。

所述的光变流器，其特征在于：

上述耦合光学系统被存放在由上述磁屏蔽材料构成的结构件内。

所述的光变流器，其特征在于：上述光纤的两端被存放在由上述磁屏蔽材料构成的结构件内。

所述的光变流器，其特征在于：上述光纤被上述磁屏蔽材料覆盖。

所述的光变流器，其特征在于：当在上述被测导体附近存在外部磁场时，其构成状态是：

在上述光纤的纵长方向上，多个上述磁屏蔽材料互相间留出间隔，分散地布置，被磁屏蔽材料覆盖的屏蔽部分和未被磁屏蔽材料覆盖的非屏蔽部分，这二者的比例，从上述外部磁场来看是一定的。

本发明的特征在于，为了解决上述问题，用光纤来构成光变流器的传感器，把光纤置于被测导体的周围并使其形成封闭的圆环状，而且精心配置该光纤的两端，对光学零件进行磁屏蔽。通过采用这种结构，可以减小和简化传感器周围的结构，同时可以减小由外部电流等所产生的外部磁场的影响，提高测量精度。

所述的发明，是这样一种光变流器，它具有：配置在被测导体附近的传感器、发生测量用的光并将其送入上述传感器内的光源、检测来自上述传感器的出射光的检测器、使上述传感器、光源和检测器进行光学耦合的耦合光学系统、以及处理来自上述检测器的信号的信号处理部，根据通过上述传感器的光的法拉第效应来测量被测导体中的通电电流，其特征在于，上述传感器按下列方法构成。

也就是说，传感器由光纤构成，该光纤缠绕在上述被测导体的周围，被布置成其两端接近的封闭环状。

根据具有上述结构的发明，把光纤布置在被测导体的周围，形成封闭环装，即可实现这样一种传感器，即其结构不易受外部电流等所产生的外部磁场的影响。因此，可始终确保高精度测量。并且，由于使用光纤，所以与使用块状体时相，可以减小和简化传感器周围的结构，而且还可以降低成本。

所述的发明是对光纤的两端进行精心布置。

所述的发明，其特征在于，在所述的发明中，光纤两端按下列方法布置在被测导体周围。也就是说，光纤两端的位置要符合下列要求：假定光纤相对于被测导体的缠绕卷数为n，当把该光纤投影到与被测导体直交的平面上时，从被测导体来观看光纤两端之间的区域，这时形成的视角为2πn(弧度)的1％以下。

根据具有上述结构的发明，布置光纤两端，使得从被测导体来观看光纤两端之间的区域(光纤两端区域)时所形成的视角为2πn(弧度)的1％以下，这样可以充分减小易受外部磁场影响的光纤两端区域面对被测导体的尺寸。因此，可抑制外部电流等所产生的外部磁场的影响，同时，可以检测出大约99％以上的被测电流，可以提高测量精度。

所述的发明，其特征在于，所述的发明中，光纤的两端被存放在同一结构件内。

根据具有上述结构的发明，把光纤的两端存放在同一结构件内，这样，容易固定作为传感器的光纤的两端，能确保其位置关系。所以，容易形成这样一种闭环结构，即便于抑制由外部电流等所产生的外部磁场的影响。

所述的发明，其特征在于：在上述的任一项的发明中，尤其外部导体被布置在上述被测导体附近的上述光纤外侧时，光纤的两端按下列方法相对于外部导体进行布置。也就是说，光纤两端的位置要符合下列要求：假定光纤相对于上述被测导体的缠绕圈数为n，当把该光纤投影到与外部导体直交的平面上时，从上述外部导体来观看该光纤的两端之间的区域，这时的视角为2πn(弧度)的1％以下。

根据具有上述结构的所述的发明，布置光纤两端，使得从外部导体来观看光纤两端之间的区域时视角为2πn(弧度)的1％以下，这样，可以充分减小易受外部电流影响的光纤两端区域面对外部导体的尺寸，因此，可以抑制流过该外部导体的外部电流的影响，可以提高测量精度。

所述的发明，其特征在于；在上述的任一项的发明中，尤其在上述被测导体被存放在容器内，在该容器内形成流过上述光纤外侧的多个外层电流路径的情况下，光纤的两端被布置成以下状态，即该两端之间的区域位于相邻的2个上述外层电流路径之间。

根据具有上述结构的发明，把光纤两端之间的区域布置在相邻的2个外层电流路之间，这样，可以减小从外层电流路观看该两端区域时的视角，可以充分减小易受外部电流影响的光纤两端区域面对外层电流路的尺寸。因此，可以抑制流过该外层电流路的外层电流的影响，可以提高测量精度。

所述的发明，其特征在于：在上述任一项所述的发明中，尤其在把同一容器内所存放的多个导体分别作为被测导体，并且对各个被测导体分别设置单独的光纤的情况下，各光纤的两端分别被布置在接近容器壁面的位置上，并使该两端之间的区域面对容器的壁面。

根据具有上述结构的发明，把各光纤的两端之间的区域布置在面向和接近容器壁面的位置上，这样，可以充分减小易受外部电流影响的光纤两端之间的区域面对被测导体以外的外部导体的尺寸。因此，可以抑制流入被测导体以外的外部导体内的外部电流的影响，可以提高测量精度，并且，由于把耦合光学系统布置在容器壁面附近，所以能缩短和简化贯通容器壁面的光传输部分的结构。

所述的发明，其特征在于；在上述任一项所述的发明中，光纤的两端被布置成在与上述被测导体平行的方向上几乎重叠。

根据具有上述结构的发明，在被测导体中所流过的电流的方向上把光纤的两端配置在靠近的位置上，这样，可以抑制具有下列成分的外部电流所产生的外部磁场的影响，这种电流成分的方向与被测导体中流过的电流方向进行直交。并且能提高测量精度。

所述发明的一方面是这样构成的，即利用产生磁屏蔽效应的材料来覆盖光学零件。

所述的发明，其特征在于：在上述任一项所述的发明中，包括光纤和耦合光学系统在内的光学零件的一部分，利用产生磁屏蔽效应的磁屏蔽材料进行覆盖。

根据具有上述结构的发明，利用磁屏蔽材料来覆盖光所通过的光学零件的一部分，这样，可以减小该部分的光学零件内部的磁场。因此，能抑制在这一部分光学零件中产生有害的法拉第效应而造成的影响，能提高测量精度。

所述的发明，其特征在于：在所述的发明中耦合光学系统被存放在由上述磁屏蔽材料构成的结构件内。

根据具有上述结构的发明，把耦合光学系统存放到由磁屏蔽材料构成的结构件内，这样，可以减小耦合光学系统内部的磁场。因此，可以抑制在该耦合光学系统的一部分中产生有害的法拉第效应而造成的影响，可以提高测量精度。

所述的发明，其特征在于：在所述的发明中，光纤的两端被存放在由上述磁屏蔽材料构成的结构件内。

根据具有上述结构的发明，把作为传感器的光纤的两端存放在由磁屏蔽材料构成的结构件内，这样，容易形成这样一种良好的闭环结构，即利用磁屏蔽材料的磁屏蔽效应，能很容易地充分抑制由外部电流等所产生的外部磁场的影响，能够提高测量精度。

所述的发明，其特征在于：在上述的任一项所述的发明中，光纤被上述磁屏蔽材料覆盖。

根据具有上述结构的发明，用磁屏蔽材料来覆盖作为传感器的光纤，这样，可以减小光纤内的磁场，可以降低表现上的灵敏度。因此，可以进行大电流测量。以下参照数式来说明这一点。

首先，假定作为传感器的光纤的费尔德常数为V，沿光纤的微小长度为dL，磁通密度为B。那么，相对于被测电流I的法拉第旋光角θ可用下式(1)表式。[数式I]

θ＝V∫_Ls ^LfB·dL                      式(1)

式(1)中Ls和Lf分别表示光纤的始点和终点。

当形成完全闭环时，Ls和Lf一致，变成光纤圈数量的缠绕(圆周)积分。

所以，若利用磁屏蔽根据L3把L3区域的磁通密度B定为0，则与式(1)时相同的被测电流I相对应的法拉第旋光角θs可用下式(2)表示。[数式2]θs＝V∫_Ls ^L2B·dL+V∫_L3 ^LfB·dL＜θ

                                    式(2)

从式(2)中可以看出：当利用磁屏蔽根据L3把L3区域的磁通密度B定为0时，可以减小法拉第旋光角θs，降低表现上的传感器灵敏度。在此情况下，利用磁屏蔽不一定要把磁通密度B定为0，若能满足|Bs|＜|B|，则可获得同样效果。并且，也可以对多个区域进行磁屏蔽。

所述的发明，其特征在于：在所述的发明中，尤其在被测导体附近存在外部磁场时，采用以下构成方法，即在光纤的长度方向上，多个磁屏蔽材料相互间留出间隔，分散地配置，并且，被磁屏蔽材料覆盖的屏蔽部分和未被磁屏蔽材料覆盖的非屏蔽部分，这二者的比例从上述外部磁场来看是一定的。

根据具有上述结构的发明，用磁屏蔽材料来覆盖作为传感器的光纤的多个部分，并使得被磁屏蔽覆盖的屏蔽部分和非并蔽部分的比例从外部磁场来看是一定的，这样，可以抑制外部磁场的影响，同时，可以降低光纤的灵敏度，所以，能够测量大电流而且提高测量精度。

本发明的积极效果

如上所述，在本发明中，利用光纤来构成光变流器的传感器，以闭环状态把该光纤布置在被测导体的周围，精心布置该光纤的两端，对光学零件进行磁屏蔽，这样一来，即可提供一种体积小结构简单，测量精度高的高性光变流器。并且，通过对传感器进行磁屏蔽，可以降低传感器的表观灵敏度，因此，能够提供一种测量大电流时也能过到高精度的高性能光变流器。

以下参照附图，详细说明本发明的实施例：

图1是表示涉及本发明的第1实施方式的光变流器的结构图。

图2是表示图1所示的光变流器的传感器和耦合光学系统的关系的结构图。

图3是表示图2所示的传感器的输出入端的结构的详细断面图。

图4是表示图2所示的传感器的反射端结构的详细断面图。

图5是表示涉及本发明的第3实施方式的光变流器的图，(a)是结构图，(b)是从X方向观看(a)中的光纤重叠部分时的图。

图6是表示涉及发明的第4实施方式的光变流器的结构图。

图7是表示涉及本发明的第5实施方式的光变流器的外观斜视图。

图8是表示图7的光变流器的断面图。

图9是表示涉及本发明的第6实施方式的光变流器的结构图。

图10是表示涉及本发明的第7实施方式的光变流器的结构图。

图11是用(a)和(b)分别表示图10的A-A’断面不同的例子的断面图。

图12是表示采用现有技术的气体绝缘开关装置的光变流器的一例的结构图。

以下参照附图1～附图11来具体地说明采用本发明的光变流器的多种实施方式。

1.第1实施方式

1-1  结构

图1作为本发明的第1实施方式是表示采用所述的n项发明的光变流器的一种方式的结构图。如图1所示，在本实施方式的光变流器中，使用由光纤构成的传感器30，构成该传感器30的光纤被缠绕在作为被测导体的导体2的周围。

1-1-1  整体结构

如图1所示，本实施方式的光变流器大体上由传感器光学部11、信号处理部12、以及传送用光纤部13构成。

信号处理部12具有：发生测量光的光源14、检测来自传感光学部11的2种光并将其变换成与该光强度相对应的电信号的检测器15a、15b、对由检测器15a、15b获得的信号进行运算处理的信号处理电路16、以及输出处理结果的输出端子17。其中，光源14由激光二级管或超级发光二极管构成。再者，信号处理部12被布置在远离(至少10米以上)传感器光学部11的位置上。

传送用光纤部13具有：把光从信号处理部12内的光源14传送到传感器光学部11内的发送用光纤18、以及把光从传感器光学部11传送到信号处理部12内的2个检测器15a、15b内的2条接收用光纤19a、19b。

传感器光学部11具有耦合光学系统21和传感光纤部31。并且，耦合光学系统21由四个透镜22a～22d、偏光镜23、2个分光束镜24a、24b以及2个检偏镜25a、25b构成。

其中，四个透镜22a～22d用于把来自发送用光纤18的光变换成平行光束，或者对平行光束进行聚光，然后射入各接收用光纤19a、19b，或传感光纤部31内。偏光镜23用于把光变换成与水平方向形成45度角的直线偏振光，2个分光速镜24a、24b用于把光根据其入射方向分裂成透射光和反射光。2个检偏镜25a、25b分别用于使水平方向和垂直方向的直线偏振光透过，以此取出直交的X、Y方向的各偏振光成分。

在此情况下，耦合光学系统21通过第1透镜22a、偏光镜23、第1分光束镜24a和第2透镜22b，把来自传送用光纤18的光传送到传感光纤部31的一端。并且，耦合光学系统21通过第2透镜22b用第一分光束镜24a使来自传感光纤部31的反射方向的光进行反射，然后用第2分光束镜24b分裂成2个方向的光。之后，耦合光学系统21通过第1检偏镜25a和第3透镜22c把一边的分裂光送入一边的接收用光纤19a内；通过第2检偏镜25b和第4透镜22d把另一边的分裂光送入接收用光纤19b内。

另一方面，传感光纤部31具有由连接在耦合光学系统21内的光纤所构成的传感器30和设置在该终端部的反射端32。其中，传感器30按照1以上的几乎是整数信的圈数n缠绕在被测电流所流过的导体2的周围。并且，反射端32使在传感器30内传播的光进行反射，再次返回到传感器30内，使其向反方向传播。这样，由于把反射端32设置在传感器30的终端部上，所以传感器30的始端部成为入射端和出射端兼用的输出入端。

这样由光纤构成的传感器30以松弛状态被固定在导体2周围的、图中未示出的安装件上，其结构不易受外力影响。并且，构成传感器30的光纤，其典型材料是采用可靠性高的石英光纤，但也可以采用其他种类的光纤。

1-1-2  电流测量原理

具有以上结构的本实施方式的光变流器，其电流测量原理如下。

首先，从信号处理部12的光源14发出的光，通过传送用光纤18被传送到传感器光学部11的耦合光学系统21内。在该耦合光学系统21中，来自发送用光纤8的光经过第1透镜22a变换成平行光束，经过偏光镜23变换成直线偏振光。然后，透过第1分光束镜24a由第2透镜22b聚光，再被送入传感光纤部31内，射入传感器30的输出入端。

在该传感光纤部31内，从耦合光学系统21射入传感器30的光在传感器30内传播，由其反射端32反射然后再返回到传感器30内，向反方向传播，从传感器30的输出入端射出。这时，以往返形式通过传感器30的光的偏振光面，受到导体2内流过的被测电流感应生成的法拉第效应而进行旋转。

并且，来自传感光纤部31的出射光被射入耦合光学系统21内，由第2透镜22b将其变换成平行光束，然后，由第1分光束镜24a反射，被第2分光束镜24b分袭成2个方向的光。

其中，一个方向的分裂光，由第一检偏镜25a抽出X方向的偏振光成分，然后通过第3透镜22c和接收用光纤19a，被送入信号处理部12的一个检测器15a内。另一个方向的分裂光，由第2检偏镜25b抽出Y方向的偏振光成分，然后，通过第4透镜22d和接收用光纤19b被送入另一个检测器15b内。

再者，这样，X方向和Y方向的偏振光成分的光被送入各检测器15a、15b后，在这些检测器15a、15b内获得表示各偏振光成分的各个电信号。这些电信号被送入信号处理电路16内进行运算处理。然后，在信号处理电路16中获得的处理结果，即测量结果由输出端子17输出。

1-1-3  传感器光学部的结构

图2是表示本实施方式的传感器光学部11中尤其是传感器30和耦合光学系统21的关系的结构图。如图2所示，由光纤构成的传感器30被缠绕在被测电流所流过的导体2的周围，其缠绕圈数n是1以上的几乎整数倍数，布置成其反射端32和输入端33互相接近的闭环状。更具体来说，该传感器30的结构状态是：在将传感器30投影到与导体2直交的平面上时，传感器30的输出入端33的实质端面位置A和反射端32的实质端面位置C之间的区域(光纤两端区域)，从导体2方向观看时，其视角Ω为2πn(弧度)的1％以下。

图3是表示图2所示传感器30的输出入端33的结构的详细断面图。如图3所示，传感器30的输出入端33由套管34固定。为了防止该端面上的反射光沿着与入射光路相同的光路返回到传感器30内，该套管34的端面被研磨成斜面，其斜角为8度。另外，图中，35a表示耦合光学系统21和套管34之间的光路。

这样，被固定在套管34内的传感器30的输出入端33和套管34一起被存放在由镍、铁、铁氧体等磁性体构成的结构件36内，在该结构件36内传感器30受到的磁场由于磁屏蔽效应而减小。其结果，传感器30的输出入端33的实质端面位置是在结构件36中的传感器装入口(图中右侧的端面位置)A的附近。并且，在本实施方式中耦合光学系统21也是由镍、铁、铁氧体等磁性体所构成的结构件(因瓦合金)构成的，该耦合光学系统21的内部磁场也由于磁屏蔽效应而减弱。

图4是表示图2所示的传感器30的反射端32的结构的详细断面图。如图4所示，传感器30的反射端32和输出入端33一样由套管37固定。该套管37的端面为了使反射光量稳定而研磨成球面，光反射用的反射镜38被布置在与该套管37的端面相接触的位置上。这时，反射镜38，其典型的做法是采用单体的反光镜。但也可以采用通过涂敷而形成反射膜的镜子。另外，图中35b表示套管37内的光路。

这样固定在套管37内的传感器30的反射端32，和套管37及反射镜38一起被存放在由镍、铁、铁氧体等磁性体构成的结构件39内，在该结构件39内，传感器30接受的磁场由于磁屏蔽效应而减小。其结果，传感器30的反射端32的实质端面位置在结构件39中的传感器装入口(图中右侧的端面位置)C的附近。

1-2  作用和效果

根据具有以上结构的本实施方式，使用由光纤构成的传感器30，而不是使用用由块状体构成的传感器，该传感器30被置于导体2的周围，呈闭环状，所以，根据昂贝尔法则，形成了不易受外部电流等所产生的外部磁场的影响的结构，能使测量始终保持高精度。并且，由于采用光纤，所以与采用块状体时相比，可以减小和简化传感器周围的结构，而且还可以降低成本。以下详细说明这种作用和效果。

1-2-1  传感器整体的作用和效果

在本实施方式中，由光纤构成的传感器30缠绕在导体2的周围，缠绕圈数为n。其结构状态是：当把传感器30投影到与导体2直交的平面上时，传感器30的输出入端33的端面位置A和反射端32的端面位置C之间的区域(光纤两端区域)，从导体2的方向观看时形成的视角Ω为2πn(弧度)的11％以下。因此，可以充分减小易受外部磁场影响的光纤两端区域面向导体2的尺寸，可以抑制外部电流等所产生的外部磁场的影响，同时可以测量出99％以上的被测电流。因此能提高测量精度。而且，这时1％这一数值是测量用光变流器的额定电流值的允许误差。

更具体地说，为了在结构上使从导体2向光纤两端区域观看时所形成的视角Ω达到2πn(弧度)的1％以下，例如在传感器30的圈数n为4时，从导体2向光纤两端区域的视角Ω能达到0.25弧度(14.3度)以下即可。并且，在传感器30的圈数n为1时，从导体2向光纤两端区域的视角Ω如为0.0625弧度(3.6度)以下即可。

另一方面，在本实施方式中，由光纤构成的传感器30，其入射端和出射端被归纳在一起构成输出入端；另一端构成反射端32，于是使光在同一光路内往返传输，所以，可以使传感器30的灵敏度提高到约2倍。并且，由光纤构成的传感器30采用缠绕的形式，所以在结构上容易使输出入端33和反射端32的位置接近，容易形成传感器30的闭环，能抑制外部电流等所产生的外部磁场的影响。

1-2-2  传感器两端的结构的作用和效果

在本实施方式中，由光纤构成的传感器30的输出入端33和反射端32分别由套管34、37固定，所以，由光纤构成的传感器30的端部在固定时不会增大该部分的双折射。在此情况下，若局部增大双折射，则外部磁场的影响不均匀，容易产生误差。但在本实施方式中，整个传感器30上双折射条件可以达到均匀一现所以，能够抑制外部电流等所产生的外部磁场的影响。因此，可以精密地测量出流过导体2的被测电流。

尤其在本实施方式中，由光纤构成的传感器30的反射端32用套管37固定，所以容易固定反射端32的位置，因此，容易形成传感器30的闭环，可以抑制由外部电流等所产生的外部磁场的影响。在此情况下，设置作为反射材料的反射镜38，使其与固定反射端32的套管37相接触，所以，容易使光往复传输，同时能够特别规定位于传感器30区域内的光距离，从这一点看，也容易形成传感器30的闭环。

再者，固定反射端32的套管37和反射镜38被存放在同一结构件39内，因此，能固定光的反射位置，使反射强度保持稳定，能保持光变流器的高精度。再加上使用了套管37，因此能使传感器30的反射端32的结构始终保持一定，容易特别规定传感器30的反射端32的位置。所以，从这一点来看，也容易形成传感器30的闭环。

再者，在本实施方式中，传感器30的输出入端33和反射端32分别被存放在由镍、铁、铁氧体等磁性体构成的结构件36、39，内所以，由于这些结构件36。39的磁屏蔽效应，容易形成传感器30的闭环，能够抑制由外部电流等所产生的外部磁场的影响。

而且，如上所述，在本实施方式中，由光纤构成的传感器30的两端的端面位置在各结构件36。39的传感器装入口A、C的附近。这里用附近来表示是因为周围磁场分布随磁性体而变化。而且，在本实施方式中，为了方便起见，把各结构件36、39中的传感器装入口A、C的位置作为传感器30的实质两端，把这些位置的A、C之间作为光纤两端区域，对上述视角进行定义。

2.第2实施方式

2-1结构

作为本发明的第2实施方式，现对采用所述的各项发明的光变流器的一种方式加以说明。在本实施方式的光变流器中，由于基本结构与上述第1实施方式相同，所以，以下参照图3和图4仅对与第1实施方式不同的特征加以说明。

如图3所示，在本实施形态中，固定在套管34内的传感器30的输出入端33和套管34一起被存放在结构件36内。但是，在本实施方式中，该结构件36不是由磁性体而是由非磁性体构成的。对此，耦合光系统21由镍、铁铁氧体等磁性体构成，该耦合光学系统21的内部磁场因磁屏蔽效应而减小。其结果，构成传感器30的光纤的输出入端33，在套管34的前端部B之前曝露在磁场中。并且。如图4所示，在本实施立式中，被固定在套管37内的传感器30的反射端32和套管37及反射镜38一起被存放在结构件39内。在本实施方式中该结构件39不是由磁性体而是由非磁性体构成。其结果，构成传感器30的光纤的反射端32，在套管37的前端部分D之前曝露在磁场中，而且，其他部分的结构与上述第1实施方式完全相同。

2-2.作用和效果

在具有上述结构的本实施方式中，传感器30的实质两端为B和D。把这些位置B、D之间作为光纤两端区域，和上述第1实施方式一样定义视角，可以实视闭环化。所以，本实施方式也和上述第1实施方式一样，能够抑制外部电流等所产生的外部磁场的影响。因此，能够提高测量精度。

3.第3实施方式

3-1.结构

图5表示作为本发明的第3实施方式采用了所述的各项发明的光变流器的一种方式，(a)是结构图，(b)是在(a)中从X方向观看光纤重叠部分的的图。在本实施方式的光变流器中，由于基本结构与上述第1实施方式相同，所以，下面参照图5的(a)、(b)仅说明与第1实施方式不同的特征。

如图5(a)所示，在本实施方式中，缠绕在导体2的周围的传感器30的输出入端33和反射端32，被存放在由镍、铁、铁氧体等磁性体构成的同一结构件40内，该结构件40内的磁场因磁屏蔽效应而减小。并用。如图5(b)所示，本实施方式，在与导体2平行的方向上传感器30的两端位置靠近。也就是说，传感器30的耦合光学系统21附近部分和反射端32附近部分互相重叠，并使重叠部分中心间距ΔLZ达到极小。这时的传感器30的重叠程度被设定到从导体2观看传感器30的光纤两端区域时视角Ω为2πn(弧度)的1％以下。而且，其他部分的结构与上述第1实施方式相同。

3-2.作用和效果

根据具有上述结构的本实施方式，把由光纤构成的传感器30的两端存放在同一结构件40内，这样一来，容易固定传感器30的两端，可以确保其位置关系.加之，利用磁性体构成该结构件40，所以，借助磁屏蔽效应能减小比闭环延长的部分的磁场.其结果，容易形成传感器30的闭环。另外，使光纤的两端在流过被测导体的电流方向上互相靠近，这样一来，尤其可以抑制这样的外部电流的影响，即其中具有与流过被测导体的电流方向直接的方向的电流成分。所以能够提高测量精度。

再者，作为本实施方式的改变例子也可以采用这样的结构，即不使用同一结构件40，而是把传感器30的两端分别放入单独的结构件内，用磁屏蔽材料把光纤两端区域几乎全部覆盖起来。在此情况下也能获得与本实施方式相同的作用和效果。

4.第4实施方式

4-1.结构

图6是表示作为本发明的第4实施方式采用了权利要求2、4、9、10所述的各项发明的光变流器的一种方式的结构图。本实施方式的特征在于，尢其当外部导体被置于作为被测导体的导体2的附近时的传感器30的光纤两端区域的布置方法。本实施方式的光变流器，由于基本结构与上述第一实施方式相同，所以下面参照附图6仅说明与第1实施方式不同的特征。

如图6所示，在本实施方式中，由光纤构成的传感器30被缠绕在导体2的周围，缠绕圈数n大体为1以上的整数倍。外部导体41a、41b被置于该传感器30的外侧。在此情况下，传感器30按下列条件构成，即从各外部导体41a、41b观看传感器30的光纤两端区域时的视角a、b为2πn(弧度)的1％以下。而且，其他部分的结构与上述第1实施方式完全相同。

4-2.作用和效果

在具有上述结构的本实施方式中，容易受流过外部导体41a、41b的外部电流的影响的光纤两端区域，其面对外部导体41a、41b的尺寸可以充分缩小，可以抑制外部电流的影响，因此，能提高测量精度。

再者，在本实施方式中，一个外部导体41a布置在这样的位置上，即在连结作为被测导体的导体2和该外部导体41a的直线上存在光纤两端区域；另一个外部导体41b布置在这样的位置上，即在连结导体2和该外部导体41b的直线上不存在光纤两端区域。在此情况下，外部导体41b的布置，其光纤两端区域的尺寸的允许误差较大，因此，在对导体2可以选择外部导体的布置方法时，最好选择外部导体41b的布置方法而不是外部导体41a。

5.第5实施方式

5-1.结构

图7、图8表示作为本发明的第5实施方式采用了权利要求2、5、9、10所述的各项发明的光变流器的一种方式。图7是外观斜视图，图8是断面图。本实施方式，其特征在于下列情况下的传感器30的光纤两端区域的布置方法，即尤其在存放被测导体2的容器1内形成3在传感器30的外侧流动的多个外层电流路径。在本实施方式的光变流器中，由于基本结构与上述第1实施方式相同，所以，以下参照附图7、8仅说明与第1实施方式不同的特征。

如图8所示，在本实施方式中，由光纤构成的传感器30及其把射端32和耦合光学系统21一起，被安装在传感器安状部42中，传感器30缠绕在导体2的周转围，其缠绕圈数n大体上是1以上的整数倍。该专感器安状部42位于容器1的接口位置上，并有转接法兰盘的作用。在此情况下，其构成状态为下在容器1上流动的外电流沿着分流片43a～43d流动，该分片以相等的间隔分别是布置在传感器安状部42外围上的4个位置上。也就是就利用这此分流片43a～43d形成了在传感器30外侧流动的多个外层电流路径，在导体2和传感器30之间不存在电流路径。而且，在本实施形态中，传感器30的光纤两端被布置在相邻的2个分流片43b和43c之间。其他部分的结构与上述第1实施方式完全相同。

5-2.作用和效果

在具有上述结构的本实施方式中，由于把传感器30的光纤两端区域布置在相邻的2个分流片43b和43c之间，所以，能够减小从这些分流片43b、43c所形成的各外层电流路径来观看该光纤两端区域时的视角。其结果，能够充分减小易受外部电流影响的光纤两端区域面对外层电流路径的尺寸，能够抑制外层电流的影响，所以能提高测量精度。

6.第6实施方式

6-1.结构

图9是表示作为本发明的第6实施方式采用了所述各项发明的光变流器的一咱方式的结构图。本实施方式的特征在于，尤其在对存放在同一容器1内的多个导体2a～2c分别设置单独的传感器30a～30c时各传传感器30a～30c的光纤两端区域的布置方法。在本食施方式的光变流器中，由于其基本结构与上述第1实施方式相同，所以，以下参照图9仅说明与第1实施方式不同的特征。

如图9所示，在本实施方式中，对有放在同一容器1内的多个导体2a～2c，分别设置了由伟感器30a～30c、耦合光学系统21a～21c，以及反射端32a～32c构成的单独的光变流器44a～44c。各光变流器44a～44c还在容器1的外侧分别备有连接发送用光纤和接收用光纤所需的贯通边连接器45a～45c、46a～46c、47a～47c。另外，也可以使发送用光纤和接收髟光纤直接贯通和密封，以代替这些贯通边接器。而且，各光变流器44a～44c，分别布置在接近容器1的壁面的位置上，并使其面对该壁面。另外，其他部分的结构与上述第1实施方式完全相同。

6-2.作用和效果

在具有上述结构的本实施方式中，由于对同一容器内的多个导体2a～2c分别设置了单独的光变流器44a～44c，所以，能够以高精度分别测量各导体2a～2c的电流量。再者，利用贯通连接器45a～45c、46a～46c、47a～47c，能够抑制因贯通容器1而产生的输出下降，使发送用光纤和接收用光纤接触良好，所以能提高测量精度。

尤其，在本实施方式中，由于把各传感器30a～30c的光纤两端区域48a～48c分别布置在接近容器1的壁面的位置上并使其面对该壁面，所以，能够减小从被测导体以外的外部导体赂各光纤两端区域48a～48c面对外部导体的尺寸，可以抑制外部电流的影响，因此，能够提高测量精度。再者，由于耦合光学系统21a～21c布置在容器1的壁面附近，所以，通过贯通连接器45a～45c、46a～46c、47a～47c，很容易与容器1外部之间进行光交换，能够缩小和简化从耦合光学系统21a～21c到外部的信号检测部的光传输部分的结构。因此，能简化整个光变流器的结构。

7.第7实施方式

7-1.结构

图10、图11表示作为本发明的第7实施方式采用了权利要求2、7、9、10、12所述的各项发明的光变流器的一种方式。图10是结构图；图11的(a)和(b)是分别表示图10的A-A’断面不同的例子的断面图。本实施方式，尤其在外部导体布置在被测导体2附近时传感器30的磁屏蔽结构有独特之处。在本实施方式的光变流器中由于基本结构与上述第1实施方式相同，所以，以下参照附图10、附图11仅说明与第1实施方式不同的特征。

如图10所示，在本实施方式中，由光纤构成的传感器30在导体2的周围仅缠绕1圈，外部导体41c布置在该传感器30的外侧。在此情部钙，在传感器30的长度方向上，由镍、铁、铁氧体等磁性体构成的多个结构件49互相间留出间隔，分散布置，覆盖传感器30的各个部分。其结果，在传感器30中结构件49所产生的覆盖部分的磁场因磁屏蔽效应而减小。更详细地说，该传感器30的结构是：由多个结构件49形成的屏蔽部分和没有结构件49的非屏蔽部分，才者的比例从外部导体14c来观看传感器30时是一定的(图示为1：1)。

另一方面，结构件49的典型结构如图11(a)所示，对传感器30的外圆面整体进行覆盖。再者，结构件49也可以如图11(b)所示，对外圆方向的一部分插入绝缘物50，在此情况下，可抑制磁场强时所产生的涡流损耗。另外，图11(a)和(b)所示的结构件49的断面，其外周面的形状均为矩形，但并非仅限于这种开状，也可以使外周面的形状变成圆形等其他形状。而且，其他部分的结构与上述第1实施方式相同。

7-2.作用和效果

在具有上述结构的本实施方式中，沿着传感器30所感应的磁场的光路，可以降低积分值，其降低量相当于由结构件49进行磁屏蔽的屏蔽部分所占的比例。因此，能够把法拉第旋光角抑帛到必要值以下(通常，最大值定为45°，但从电子线路运算精度考虑，最好定为30°以下)，其结果，在测量大电流时也能达到高精度。

再者，本实施方式的传感器30，其结构状态是：由多个结构件49形成屏蔽部分和没有结构件49的非屏蔽部分，这二者的比例从外部导体41c观看传感器30时是一定的。由于采用这种结构，易受外部导体41c的影响的区域S和剩余的区域T，其感应光路上的磁场积分值的绝对值相等，符号相反，所以，能够抑制外部导体41c的影响，能够提高测量精度。

7-3.改变例

作为本实施方式的改变例，可以适当更改传感器30的磁屏蔽结构。例如用磁性体来涂敷传感器30的多个部分以代替采用由磁性体构成的结构件49，也能得到同样的交效果。再者，当没有外部导体时，用磁性体覆盖传感器30的一部分，很容易降低传感器30本身的灵敏度。例如，在图10中，用磁性体仅覆盖传感器30的右半部分，可使传感器30的灵敏度降低约一半。另一方面，作为抑制外部磁场影响的方法，在传感器30外侧的区域内，布置在导体方向上具有适当长度的磁性体的结构件、涂层或丝网，这种方法也是有效的。另外，适当组合使用上述多种磁屏蔽结构的方法也是有效的。

再者，传感器30的磁屏蔽材料也可使用镍、铁、铁氧体等的合金。另外，对有些测量频率，不使用磁性体而使用良好的导电体(铝、铜等)也能获得磁屏蔽效果。

8.其他实施方式

再者，本发明并非仅限于上述各种实施方式，在本发明的范围，也可以采用其他各种改变的方式。

例如，在上述各实施方式中，磁性屏蔽材料作用了由磁性体构成的结构件，但是，该结构件不仅限于作用单一的磁性体，也可以把磁性体涂敷到由非磁性体构成的结构件上，这样同样可以获得良好的磁屏蔽效果。并用磁屏蔽材料也使用镍、铁、铁氧体等的合金。另外，也可使用磁性体以外的材料。

另一方面，在上述各实施方式中，说明了有反射端并且入射端和出射端一致的传感器。但是本发明同样也可适用于没有反射端，而且入射端和反射端不一致的传感器。这样同样能获得良好效果。再者，对于沙尼亚库形等干涉型光变流器，也可把光路的分支点作为光纤的两端，使用本发明，同样能获得良好效果。也就是说，本发明的特征在于传感器两端的布置方法以和包括该传感器在内的光学零件的磁屏蔽方法，所以，其他部分的详细结构可任意选择。

Claims (12)

1.一种光变流器，其中包括：布置在被测导体附近的传感器、发生测量用光并将其送入上述传感器内的光源、检测来自上述传感器的出射光的检测器、对上述传感器和光源以及检测器进行光学耦合的耦合光学系统、以及对来自上述检测器的信号进行处理的信号处理部，

根据通过上述传感器的光的法拉第效应，测量被测导体上的通电电流，

其特征在于：上述传感器由光纤构成，该光纤缠绕在上述被测导体的周围，布置成其两端接近的闭环状。

2.如权利要求1所述的光变流器，其特征在于：

上述光纤的两端，其布置状态是：假定光纤相对于上述被测导体的缠绕圈数为n，该光纤投影到与被测导体直交的平面上时，从被测导体方向观看该光纤两端之间的区域时的视角为2πn(弧度)的1％以下。

3.如权利要求1或2所述的光变流器，其特征在于：

上述光纤的两端被有放在同一结构件内。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的光变流器，其特征在于：

当外部导体被置于上述被测导体附近的上述光纤的外侧时，上述光纤的两端，其布置状态是：假定该光纤相对于上述被测导体的缠绕圈数为n，当把该光纤投影到与外部导体直交的平面上时，从上述外部导体方向观看该光纤的两端之间的区域时视角为2πn(弧度)的1％以下。

5.如权利要求1～4中的任一项所述的光变流器，其特征在于：

当上述被测导体被存放在容器内，在该容器内形成在上述光纤外侧流动的多个外层电流路径时，上述光纤的两端被布置成该两端之间的区域位于相邻的2个上述外层电流路径之间的状态。

6.如权利要求1～5中的任一项所述的光变流器，其特征在于：

当存放在同一容器内的多个导体均被作为上述被测导体，对各个被测导体分别设置单独的上述光纤时，

上述各光纤的两端均被布置在接近容器壁面的位置上，并使其两端之间的区域面对上述容器的壁面。

7.如权利要求1～6中的任一项所述的光变流器，其特征在于：

上述光纤的两端被布置在与上述被测导体平行的方向上几乎重叠在一起的状态。

8.如权利要求1～7中的任一项所述的光变流器，其特征在于：

包括上述光纤和上述耦合光学系统在内的光学零件，其一部分，被产生磁屏蔽效应的磁屏蔽材料覆盖。

9.如权利要求8所述的光变流器，其特征在于：

上述耦合光学系统被存放在由上述磁屏蔽材料构成的结构件内。

10.如权利要求8或9所述的光变流器，其特征在于：上述光纤的两端被存放在由上述磁屏蔽材料构成的结构件内。

11.如权利要求8～10中的任一项所述的光变流器，其特征在于：上述光纤被上述磁屏蔽材料覆盖。

12.如权利要求11所述的光变流器，其特征在于：当在上述被测导体附近存在外部磁场时，其构成状态是：

在上述光纤的纵长方向上，多个上述磁屏蔽材料互相间留出间隔，分散地布置，被磁屏蔽材料覆盖的屏蔽部分和未被磁屏蔽材料覆盖的非屏蔽部分，这二者的比例，从上述外部磁场来看是一定的。

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