JP2000206154A - 光電流・電圧計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで電流と電圧を同時に測定できるよ
うにする。 【解決手段】 電流センサ１Ａと電圧センサ１Ｂとの直
列接続路の一端に光ファイバ２−１を、他端に光ファイ
バ２−２を光結合する。光ファイバ２−１の端部を光分
岐結合器１２−１の合流路１２−１ａに光結合し、光フ
ァイバ２−２の端部を光分岐結合器１２−２の合流路１
２−２ａに光結合する。発光器３−１からのパルス光の
発射と発光器３−２からのパルス光の発射とを交互に行
う。発光器３−１からのパルス光を１２−１ｂ→２−１
→１Ａ→１Ｂ→２−２→１２−２ｃの経路で受光器４−
１で受光する。発光器３−２からのパルス光を１２−２
ｂ→２−２→１Ｂ→１Ａ→２−１→１２−１ｃの経路で
受光器４−２で受光する。受光器４−１での受光出力と
受光器４−２での受光出力とを除算した結果に基づいて
電流測定を行い、加算した結果に基づいて電圧測定を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電力分野におけ
る送配電の電流・電圧計測に用いて好適な光電流・電圧
計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】〔電流計測〕磁気光学素子、例えば鉛ガ
ラスに外部から磁界を加え、磁界と同方向に偏光を通過
させると、素子を通過中、偏光の偏波面が磁界の強さに
比例して回転する。これをファラデー効果という。この
回転角ψは、 ψ＝Ｖ・Ｈ・Ｌ ・・・・（１） と表すことができる。ここで、Ｈは印加した磁界の強
さ、Ｌは磁気光学素子中の光路長、Ｖはベルデ定数であ
る。ベルデ定数は磁気光学素子に固有の定数であり、フ
ァラデー効果の大きさを示す。

【０００３】このファラデー効果を利用した光電流計測
装置として図１０にその要部を示すような交流電流計測
用の光電流計測装置がある。同図において、１Ａは電流
センサ、２−１，２−２は光ファイバ、３は発光器（光
源）、４は受光器、５は光源駆動回路、６は受光器増幅
回路、７は受光器増幅回路６からの受光出力の交流成分
を増幅する増幅回路、８は受光器増幅回路６からの受光
出力の直流成分を増幅する増幅回路、９は低域フィル
タ、１０は割算回路、１１は実効値変換回路である。電
流センサ１Ａは、図１１に示すように、磁気光学素子１
Ａ−１と偏光子１Ａ−２と検光子１Ａ−３とを備えてお
り、磁気光学素子１Ａ−１の長さ方向を磁界の作用方向
として被測定通電部位の近傍に配置される。

【０００４】この光電流計測装置において、発光器３か
らの光は光ファイバ２−１に発射され、光ファイバ２−
１を通して電流センサ１Ａへ与えられる。電流センサ１
Ａにおいて、光ファイバ２−１からの光は、偏光子１Ａ
−２により偏光（直線偏光）された後、磁気光学素子１
Ａ−１の長さ方向へと入射される。磁気光学素子１Ａ−
１に入射された偏光の偏波面は、磁気光学素子１Ａ−１
の長さ方向に作用する磁界の強さと磁気光学素子４中の
光路長との積に比例して回転する。この場合、その回転
方向は、磁界（交流磁界）の方向に応じて変化する。

【０００５】この偏波面の回転角（ファラデー回転角）
を光学的バイアスを４５゜与えた検光子１Ａ−３によ
り、すなわち偏光子１Ａ−２に対してその透過偏光方向
を４５゜傾けた検光子１Ａ−３により、光量の変化とし
て検出し、光ファイバ２−２によって受光器４へと導
き、光強度に応じた電気信号に変換する。

【０００６】図１４にファラデー回転角に対する光強度
特性を示す。特性Ｉは図１１において矢印Ａ方向へ光を
通した場合の光強度特性、特性IIはＡ方向とは反対の矢
印Ｂ方向へ光を通した場合の光強度特性である。すなわ
ち、図１１において、Ｂ方向へ光を通してもＡ方向へ通
した場合と同様にして、印加される磁界に応じた光強度
の電気信号が得られる。この例では、１Ａ−２を偏光
子、１Ａ−３を検光子として、Ａ方向へ光を通すように
している。Ｂ方向へ光を通す場合には、１Ａ−３が偏光
子、１Ａ−２が検光子となる。

【０００７】そして、この電気信号を受光器増幅回路６
によって増幅して受光出力とし、この受光出力の交流成
分を増幅回路７により増幅する一方、直流成分を増幅回
路８により増幅し、増幅回路７からの低域フィルタ９を
介する交流成分と増幅回路８からの直流成分とを割算回
路１０で除算して変調度を求め、この変調度を実効値変
換回路１１へ与えることによって磁気光学素子１Ａ−１
に作用している磁界の強さを求め、この磁界の強さから
被測定通電部位に流れる交流電流を測定する。

【０００８】〔電圧計測〕一方、光を用いた電圧測定に
は、ポッケルス素子（電気光学素子）を利用したものが
よく知られている。ある種の結晶に電界を印加すると、
結晶の屈折率が変化する。この屈折率の変化は、結晶の
種類および電界を印加する方向により異なる。したがっ
て、この結晶に直線偏光した光を透過させておくと、こ
の結晶を透過した後の光は結晶の屈折率が変化すること
によって、もとの偏光状態とは異なる光となる。この場
合、この結晶（電気光学素子）において、入射される偏
光の直交成分の位相差が加えられる電界の強さに応じて
変化する。そこで、電気光学素子を透過した光に偏光板
を作用させると、電気光学素子に印加された電界の強さ
を光の強弱として検知できるようになる。ここで、印加
電界の大きさと電気光学素子を透過した光の強さには線
形な関係があり、これをポッケルス効果という。

【０００９】図１２にこのポッケルス効果を利用した電
圧センサ１Ｂの要部構成を示す。図１０において、電流
センサ１Ａに代えてこの電圧センサ１Ｂを用いることに
より、交流電圧計測用の光電圧計測装置となる。図１２
において、１Ｂ−１は電気光学素子（電気光学結晶）、
１Ｂ−２は偏光子、１Ｂ−３はλ／４波長板、１Ｂ−４
は検光子であり、検光子１Ｂ−４は偏光子１Ｂ−２に対
してその透過偏光方向が９０゜傾けられている。また、
電気光学素子１Ｂ−１には電極Ｓ１，Ｓ２が設けられて
おり、この電極Ｓ１，Ｓ２が被測定通電部位に接続され
る。この例では、説明上、電極Ｓ１，Ｓ２を交流電源１
００に接続している。また、電気光学素子１Ｂ−１と偏
光子１Ｂ−２との間にλ／４波長板１Ｂ−３を挿入する
ことによって光学的なバイアスを掛け、最も直線性の良
い部分で変調をかけるようにしている。

【００１０】発光器３からの光ファイバ２−１を介する
無偏光状態の光（入射光）は、まず、偏光子１Ｂ−２で
直線偏光とされ、λ／４波長板１Ｂ−３を通過して円偏
光とされ、電気光学素子１Ｂ−１に入射される。電気光
学素子１Ｂ−１を通過した光の偏光状態は、ポッケルス
効果を受けて楕円偏光となる。この楕円偏光が検光子１
Ｂ−４を通過して直線偏光とされる。この検光子１Ｂ−
４を通して得られる直線偏光（出射光）の光強度は電気
光学素子１Ｂ−１の電極Ｓ１，Ｓ２間に加えられる電圧
の大きさに応じて変化する。

【００１１】図１３に印加電圧に対する光強度特性を示
す。この場合、図１２において矢印Ａ方向へ光を通した
場合も、矢印Ｂ方向へ光を通した場合も、同一の光強度
特性III となる。すなわち、図１２において、Ｂ方向へ
光を通してもＡ方向へ通した場合と同じく、印加される
電圧に応じた光強度の電気信号が得られる。この例で
は、１Ｂ−２を偏光子、１Ｂ−４を検光子として、Ａ方
向へ光を通すようにしている。Ｂ方向へ光を通す場合に
は、１Ｂ−４が偏光子、１Ｂ−２が検光子となる。な
お、図１３において、Ｖπは電気光学素子の種類、構成
によって決まる半波長電圧と呼ばれる素子定数であり、
λ／４波長板による光学的バイアスが与えられているた
め、−Ｖπ／２から＋Ｖπ／２の範囲で印加電圧に対応
した光変調を掛けることができる。半波長電圧Ｖπにつ
いては文献１（応用物理学会光光学懇話会：結晶光学，
森北出版，１９７５，２４５〜２４７頁）に説明されて
いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光電流計測装置では、電流のみで電圧を測定す
ることができなかった。また、上述した従来の光電圧計
測装置では、電圧のみで電流を測定することができなか
った。すなわち、従来の光電流計測装置や光電圧計測装
置では電流情報と電圧情報とを区別することができず、
電流と電圧を同時に測定することができなかった。電流
と電圧を同時に測定しようとした場合、個別に光電流計
測装置と光電圧計測装置を設ける必要があり、光ファイ
バ２（２−１，２−２）を２組必要とし、コストがアッ
プする。

【００１３】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、低コストで
電流と電圧を同時に測定することのできる光電流・電圧
計測装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、光結合された磁気光学素子と電気
光学素子との直列接続路への偏光の入射端および出射端
に第１および第２の光伝送路を光結合し、第１の光伝送
路へ光を発射する第１の発光手段と、第２の光伝送路へ
光を発射する第２の発光手段と、第１の発光手段から第
１の光伝送路へ発射され偏光とされたうえ、磁気光学素
子へ入り、電気光学素子を通り、第２の光伝送路を通っ
て戻ってくる光を受光する第１の受光手段と、第２の発
光手段から第２の光伝送路へ発射され偏光とされたう
え、電気光学素子へ入り、磁気光学素子を通り、第１の
光伝送路を通って戻ってくる光を受光する第２の受光手
段とを設け、第１の発光手段からの第１の光伝送路への
光の発射と第２の発光手段からの第２の光伝送路への光
の発射とを交互に行うようにし、第１の受光手段での受
光出力と第２の受光手段での受光出力とを除算した結果
に基づいて被測定通電部位に流れる電流を測定するよう
にし、また第１の受光手段での受光出力と第２の受光手
段での受光出力とを加算した結果に基づいて被測定通電
部位の電圧を測定するようにしたものである。

【００１５】この発明によれば、第１の発光手段からの
第１の光伝送路への光の発射と第２の発光手段からの第
２の光伝送路への光の発射とが交互に行われ、第１の発
光手段から発射された光は第１の光伝送路を通り偏光と
されたうえ磁気光学素子へ入り、電気光学素子を通り、
第２の光伝送路を通って第１の受光手段で受光され、第
２の発光手段から発射された光は第２の光伝送路を通り
偏光とされたうえ電気光学素子へ入り、磁気光学素子を
通り、第１の光伝送路を通って第２の受光手段で受光さ
れ、この第１の受光手段での受光出力と第２の受光手段
での受光出力とを除算した結果に基づいて被測定通電部
位に流れる電流が測定され、また、この第１の受光手段
での受光出力と第２の受光手段での受光出力とを加算し
た結果に基づいて被測定通電部位の電圧が測定される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示
す光電流・電圧計測装置の要部を示すブロック図であ
る。同図において、図１０と同一符号は同一或いは同等
構成要素を示し、その説明は省略する。

【００１７】この実施の形態では、電流センサ１Ａと電
圧センサ１Ｂとを光ファイバ２−３を介して直列に光結
合し、この直列接続路の一端（電流センサ１Ａ側）に光
ファイバ２−１を、他端（電圧センサ１Ｂ側）に光ファ
イバ２−２を光結合している。

【００１８】なお、電流センサ１Ａと電圧センサ１Ｂと
は光ファイバ２−３を用いずに、直接光結合するように
してもよい。また、電圧センサ１Ｂの偏光子１Ｂ−２
は、電流センサ１Ａの検光子１Ａ−３と電圧センサ１Ｂ
の検光子１Ｂ−４との透過偏光方向が９０゜ずれている
場合には省略してもよい。

【００１９】また、この実施の形態では、光分岐結合器
１２−１と１２−２を設け、光ファイバ２−１の端部を
光分岐結合器１２−１の合流路１２−１ａに光結合し、
光ファイバ２−２の端部を光分岐結合器１２−２の合流
路１２−２ａに光結合している。

【００２０】そして、光分岐結合器１２−１の分岐路１
２−１ｂに光が入るように第１の発光器３−１を設け、
光分岐結合器１２−２の分岐路１２−２ｂに光が入るよ
うに第２の発光器３−２を設けている。また、光分岐結
合器１２−２の分岐路１２−２ｃからの光を受光するよ
うに第１の受光器４−１を設け、光分岐結合器１２−１
の分岐路１２−１ｃからの光を受光するように第２の受
光器４−２を設けている。

【００２１】また、第１の発光器３−１に対して光源駆
動回路５−１と発振回路１３−１を設け、第２の発光器
３−２に対して光源駆動回路５−２と発振回路１３−２
を設けている。図２（ａ）に発振回路１３−１からの発
振波形を示し、図２（ｂ）に発振回路１３−２からの発
振波形を示す。発振回路１３−１からの発振波形によっ
て第１の発光器３−１から発射される光が変調され、そ
の発振波形に応じたパルス光とされる。発振回路１３−
２からの発振波形によって第２の発光器３−２から発射
される光が変調され、その発振波形に応じたパルス光と
される。この場合、発振回路１３−１および１３−２か
らの発振波形に従い、第１の発光器３−１からのパルス
光の発射と第２の発光器３−２からのパルス光の発射と
は交互に行われ、発振回路１３−１と１３−２が光発射
制御手段を構成している。

【００２２】また、第１の受光器４−１に対して受光器
増幅回路６−１を設け、第２の受光器４−２に対して受
光器増幅回路６−２を設け、受光器増幅回路６−１から
の受光出力をゲート回路１４−１を介して同期検波回路
１５−１へ与え、受光器増幅回路６−２からの受光出力
をゲート回路１４−２を介して同期検波回路１５−２へ
与えるようにしている。

【００２３】ゲート回路１４−１に対しては発振回路１
３−１からの発振信号をゲート信号として与え、ゲート
回路１４−２に対しては発振回路１３−２からの発振信
号をゲート信号として与えるようにしている。ゲート回
路１４−１は、発振回路１３−１からの発振信号が
「Ｈ」レベルの間そのゲートを開き、受光器増幅回路６
−１からの受光出力を通過させ同期検波回路１５−１へ
与える。ゲート回路１４−２は、発振回路１３−２から
の発振信号が「Ｈ」レベルの間そのゲートを開き、受光
器増幅回路６−２からの受光出力を同期検波回路１５−
２へ与える。

【００２４】同期検波回路１５−１に対しては発振回路
１３−１からの発振信号を参照信号として与え、同期検
波回路１５−２に対しては発振回路１３−２からの発振
信号を参照信号として与えるようにしている。同期検波
回路１５−１は、発振回路１３−１からの発振信号を参
照信号としてゲート回路１４−１からの受光出力を同期
検波する。同期検波回路１５−２は、発振回路１３−２
からの発振信号を参照信号としてゲート回路１４−２か
らの受光出力を同期検波する。

【００２５】同期検波回路１５−１の検波出力と同期
検波回路１５−２の検波出力は割算回路１６へ与える
ようにしている。割算回路１６は、検波出力を検波出
力で除算し、除算出力を得る。この割算回路１６の
除算出力を電流値演算表示部１７へ与えるようにして
いる。電流値演算表示部１７は、対数変換回路１７−
１，実効値変換回路１７−２および表示回路１７−３を
備え、対数変換回路１７−１は除算出力の対数をとっ
て対数出力を得る。対数変換回路１７−１の対数出力
は実効値変換回路１７−２を介して表示回路１７−３
へ与られる。

【００２６】また、同期検波回路１５−１の検波出力
と同期検波回路１５−２の検波出力は、加算回路１８
へも与えるようにしている。加算回路１８は、検波出力
と検波出力とを加算し、加算出力を得る。この加
算回路１８の加算出力を電圧値演算表示部１９へ与え
るようにしている。電圧値演算表示部１９は、加算出力
の交流成分を増幅する増幅回路１９−１と、加算出力
の直流成分を増幅する増幅回路１９−２と、低域フィ
ルタ１９−３と、割算回路１９−４と、実効値変換回路
１９−５と、表示回路１９−６とを備えている。

【００２７】次に、このように構成された光電流・電圧
計測装置での電流および電圧の測定動作について説明す
る。電流センサ１Ａを、その磁気光学素子１Ａ−１の長
さ方向を磁界の作用方向として、被測定通電部位（交
流）の近傍に配置する。電圧センサ１Ｂの電極Ｓ１，Ｓ
２を被測定通電部位（交流）に接続する。すなわち、電
極Ｓ１を通電部位に接続し、電極Ｓ２を被測定電圧の基
準となる電位位置に接続する。

【００２８】主電源（図示せず）をオンとすると、発振
回路１３−１および１３−２からの発振信号が光源駆動
回路５−１および５−２へ与えられ、第１の発光器３−
１および第２の発光器３−２から交互にパルス光が発射
される。

【００２９】第１の発光器３−１から発射されたパルス
光は、光分岐結合器１２−１の分岐路１２−１ｂを介し
て光ファイバ２−１へ入り、光ファイバ２−１を通して
電流センサ１Ａへ与えられる。

【００３０】電流センサ１Ａにおいて、光ファイバ２−
１からのパルス光は、図３（ａ）に示すように、偏光子
１Ａ−２により偏光（直線偏光）された後、磁気光学素
子１Ａ−１の長さ方向へと入射される。磁気光学素子１
Ａ−１に入射された偏光の偏波面は、磁気光学素子１Ａ
−１の長さ方向に作用する磁界の強さと磁気光学素子１
Ａ−１中の光路長との積に比例して回転する。この場
合、その回転方向は、磁界（交流磁界）の方向に応じて
変化する。

【００３１】この偏波面の回転角ψ１が検光子１Ａ−３
により光量の変化に変換される。検光子１Ａ−３を出た
パルス光（信号光）は光ファイバ２−３を介して電圧セ
ンサ１Ｂへ与えられる。電圧センサ１Ｂにおいて、電流
センサ１Ａからのパルス光は、偏光子１Ｂ−２を通り、
λ／４波長板１Ｂ−３を通過して円偏光とされ、電気光
学素子１Ｂ−１に入射される。電気光学素子１Ｂ−１を
通過した光の偏光状態は、ポッケルス効果を受けて楕円
偏光となる。この楕円偏光が検光子１Ｂ−４を通過して
直線偏光とされる。

【００３２】この検光子１Ｂ−４を通して得られる直線
偏光（出射光）の光強度は電気光学素子１Ｂ−１の電極
Ｓ１，Ｓ２間に加えられる電圧（交流電圧）の大きさに
応じて変化する。検光子１Ｂ−４を出たパルス光（信号
光）は、光ファイバ２−２を通り、光分岐結合器１２−
２の分岐路１２−２ｃを介して、第１の受光器４−１へ
与えられる。

【００３３】一方、第２の発光器３−２から発射された
パルス光は、光分岐結合器１２−２の分岐路１２−２ｂ
を介して光ファイバ２−２へ入り、光ファイバ２−２を
通して電圧センサ１Ｂへ与えられる。

【００３４】電圧センサ１Ｂにおいて、光ファイバ２−
２からのパルス光は、検光子（偏光子）１Ｂ−４→電気
光学素子１Ｂ−１→λ／４波長板１Ｂ−３→偏光子（検
光子）１Ｂ−２を通って出射される。この検光子１Ｂ−
２を通して得られる直線偏光（出射光）の光強度は電気
光学素子１Ｂ−１の電極Ｓ１，Ｓ２間に加えられる電圧
（交流電圧）の大きさに応じて変化する。

【００３５】検光子１Ｂ−２を出たパルス光（信号光）
は電流センサ１Ａへ与えられる。電流センサ１Ａにおい
て、電圧センサ１Ｂからのパルス光は、図３（ｂ）に示
すように、検光子（偏光子）１Ａ−３を通り、磁気光学
素子１Ａ−１の長さ方向へと入射される。磁気光学素子
１Ａ−１に入射された偏光の偏波面は、磁気光学素子１
Ａ−１の長さ方向に作用する磁界の強さと磁気光学素子
１Ａ−１中の光路長との積に比例して回転する。この場
合、その回転方向は、磁界（交流磁界）の方向に応じて
変化する。

【００３６】この偏波面の回転角ψ２が偏光子（検光
子）１−２により光量の変化に変換される。検光子１−
２を出たパルス光（信号光）は、光ファイバ２−１を通
り、光分岐結合器１２−１の分岐路１２−１ｃを介し
て、第２の受光器４−２へ与えられる。

【００３７】図４（ａ）に受光器４−２での受光波形を
示す。図４（ｂ）に受光器４−１での受光波形を示す。
光分岐結合器１２（１２−１，１２−２）では少なから
ずクロストークがある。すなわち、発光器３−１を発光
させると、その光の一部が受光器４−２側に漏れる。発
光器３−２を発光させると、その光の一部が受光器４−
１側に漏れる。

【００３８】このため、図４（ａ）においては、発光器
３−２からのパルス光による信号光Ｐ２の間に、発光器
３−１からのクロストーク光ＰＣ２が生じている。ま
た、図４（ｂ）においては、発光器３−１からのパルス
光による信号光Ｐ１の間に、発光器３−２からのクロス
トーク光ＰＣ１が生じている。なお、実際には、電流セ
ンサ１Ａや電圧センサ１Ｂでの反射光などがクロストー
ク光ＰＣ１，ＰＣ２に含まれるものとなるが、ここでは
説明を簡単とするために省略している。

【００３９】受光器４−１および４−２は受光した光を
その光強度に応じた電気信号に変換する。受光器４−１
からの電気信号は、受光器増幅回路６−１によって増幅
され、受光出力としてゲート回路１４−１へ与えられ
る。受光器４−２からの電気信号は、受光器増幅回路６
−２によって増幅され、受光出力としてゲート回路１４
−２へ与えられる。

【００４０】ゲート回路１４−１は、発振回路１３−１
からの発振信号が「Ｈ」レベルの間そのゲートを開き、
受光器増幅回路６−１からの受光出力を通過させ同期検
波回路１５−１へ与える。これにより、同期検波回路１
５−１には、図５（ｂ）に示すように、信号光Ｐ１の光
強度を示す受光出力のみが与えられる。

【００４１】ゲート回路１４−２は、発振回路１３−２
からの発振信号が「Ｈ」レベルの間そのゲートを開き、
受光器増幅回路６−２からの受光出力を通過させ同期検
波回路１５−２へ与える。これにより、同期検波回路１
５−２には、図５（ａ）に示すように、信号光Ｐ２の光
強度を示す受光出力のみが与えられる。

【００４２】同期検波回路１５−１は、発振回路１３−
１からの発振信号を参照信号としてゲート回路１４−１
からの受光出力を同期検波する。同期検波回路１５−２
は、発振回路１３−２からの発振信号を参照信号として
ゲート回路１４−２からの受光出力を同期検波する。

【００４３】〔電流計測〕同期検波回路１５−１の検波
出力と同期検波回路１５−２の検波出力は割算回路
１６へ与えられる。割算回路１６は、検波出力を検波
出力で除算し、除算出力を得る。この除算出力は
対数変換回路１７−１へ与えられる。対数変換回路１７
−１は除算出力の対数をとって対数出力を得る。

【００４４】図６に検波出力，検波出力，除算出力
および対数出力を示す。同図において、横軸はファ
ラデー回転角（磁気光学素子１Ａ−１での回転角ψ）、
縦軸は検波出力，については光強度（電圧値）、除
算出力および対数出力に対しては無名数（実際的に
は電気回路で扱っているので電圧値で表示される）であ
る。例えば、磁気光学素子１Ａ−１に磁界が作用してい
ない場合、検波出力，は５Ｖである。また、磁気光
学素子１Ａ−１に磁界が作用していない場合、除算出力
（＝／）は１となり、対数出力は０となる。
但し、対数出力は、変化を分かりやすくするために全
体を５倍している。

【００４５】対数出力は厳密にはファラデー回転角ψ
に対して直線ではないが、磁気光学素子１Ａ−１に磁界
が作用していない場合を中心としてある程度の範囲では
直線とみなすことができる。この直線性を利用すること
により、対数出力の値からそのときのファラデー回転
角ψを簡単に求めることができ、この求めたファラデー
回転角ψから被測定通電部位に流れる電流を測定するこ
とができる。この場合、被測定通電部位には交流電流が
流れており、対数の値が変動するので、その実効値を
実効値変換回路１７−２で求める。そして、この求めた
実効値から被測定通電部位に流れる電流値を求め、表示
回路１７−３を介して表示する。

【００４６】ここで、電圧センサ１Ｂの影響を考えてみ
る。電圧センサ１Ｂの印加電圧に対する光強度特性は、
図１３に示されるように、Ａ方向へ光を通した場合もＢ
方向へ光を通した場合も、同一の光強度特性III とな
る。すなわち、Ａ方向へ光を通した場合もＢ方向へ光を
通した場合も、光強度信号は同じ割合だけ増加または減
少する。一方、電流センサ１Ａのファラデー回転角に対
する光強度特性は、図１４に示されるように、Ａ方向へ
光を通した場合とＢ方向へ光を通した場合とでは特性Ｉ
およびIIのように逆特性となる。従って、検波出力と
検波出力との比をとれば、電圧センサ１Ｂでの変化が
消去される。これにより、電圧センサ１Ｂの影響を受け
ることなく、被測定通電部位の電流を測定することがで
きるようになる。

【００４７】〔電圧計測〕同期検波回路１５−１の検波
出力と同期検波回路１５−２の検波出力は加算回路
１８へ与えられる。加算回路１８は、検波出力と検波
出力とを加算し、加算出力を得る。この加算出力
は、その交流成分が増幅回路１９−１によって増幅され
る一方、直流成分が増幅回路１９−２によって増幅され
る。増幅回路１９−１からの低域フィルタ１９−３を介
する交流成分と増幅回路１９−２からの直流成分とは割
算回路１０で除算される。これにより、変調度が求めら
れ、この変調度が実効値変換回路１９−５において実効
値に変換される。そして、この実効値から被測定通電部
位の電圧値が求められ、表示回路１９−６を介して表示
される。

【００４８】ここで、電流センサ１Ａの影響を考えてみ
る。電圧センサ１Ｂの印加電圧に対する光強度特性は、
図１３に示されるように、Ａ方向へ光を通した場合もＢ
方向へ光を通した場合も、同一の光強度特性III とな
る。すなわち、Ａ方向へ光を通した場合もＢ方向へ光を
通した場合も、光強度信号は同じ割合だけ増加または減
少する。一方、電流センサ１Ａのファラデー回転角に対
する光強度特性は、図１４に示されるように、Ａ方向へ
光を通した場合とＢ方向へ光を通した場合とでは特性Ｉ
およびIIのように逆特性となり、ファラデー回転角に拘
わらずその和は常に一定値となる。従って、検波出力
と検波出力との和の変化は、電圧センサ１Ｂでの光強
度の変化を示す。これにより、電流センサ１Ａの影響を
受けることなく、被測定通電部位の電圧を測定すること
ができるようになる。

【００４９】なお、上述した実施の形態においては、発
振回路１３−１および１３−２からの発振波形を図２
（ａ）および（ｂ）に示すような波形としたが、この波
形に限定されるものではない。例えば、図７（ａ）およ
び（ｂ）に示すような波形としてもよく、この場合、受
光器４−２および４−１での受光波形は図８（ａ）およ
び（ｂ）に示すものとなり、ゲート回路１４−２および
１４−１からの出力波形は図９（ａ）および（ｂ）に示
すようになる。

【００５０】また、上述した実施の形態においては、ゲ
ート回路１４−１および１４−２を設け、発振回路１３
−１からの発振信号が「Ｈ」レベルである間ゲート回路
１４−１のゲートを開き、発振回路１３−２からの発振
信号が「Ｈ」レベルである間ゲート回路１４−２のゲー
トを開くようにしたが、ゲート回路１４−１および１４
−２に代えてサンプルホールド回路を設けるようにして
もよい。すなわち、発振回路１３−１からの発振信号が
「Ｈ」レベルとなった直後の所定タイミングで受光器増
幅回路６−１からの受光出力をサンプルホールドし、発
振回路１３−２からの発振信号が「Ｈ」レベルとなった
直後の所定タイミングで受光器増幅回路６−２からの受
光出力をサンプルホールドし、このサンプルホールドし
た受光出力を割算回路１６へ与えて除算するようにして
もよい。

【００５１】また、上述した実施の形態において、磁気
光学素子１Ａ−１の材料としては、ＹＩＧ（Yttrium Ir
on Garnet ）やＲＩＧ（Rare Earth Iron Garnet ）な
どの他、鉛ガラス、マルチモードの鉛ガラスファイバな
どを利用することができる。マルチモードの鉛ガラスフ
ァイバは、シングルモードの鉛ガラスファイバと比較し
て、光が入り易く、振動にも強く、発光器３（３−１，
３−２）として安価な発光ダイオードを使用することが
できる。

【００５２】また、上述した実施の形態では、交流電流
・交流電圧を測定する場合について説明したが、直流電
流・直流電圧の測定も可能である。直流電流を測定する
場合、対数出力の正負はファラデー回転角ψの正負、
すなわち電流の方向を示しているので、対数出力から
被測定通電部位に流れる直流電流の値だけではなく、そ
の電流の方向も測定することができるようになる。この
場合、実効値変換回路１７−２は省略できる。なお、割
算回路１６における除算の分母，分子は、電流の方向を
どちらを順方向とするか逆方向とするかで定義すればよ
いので、問題とはならない。直流電圧を測定する場合、
加算出力が電圧センサ１Ｂでの変化分だけ増大あるい
は減少するので、電圧値演算表示部１９の構成を変える
ことによって、その電圧値を測定することができる。

【００５３】また、上述した実施の形態では、電極Ｓ１
を通電部位に接続し、電極Ｓ２を被測定電圧の基準とな
る電位位置に接続するようにしたが、必ずしも電極Ｓ１
を通電部位に接続しなくてもよい。例えば、被測定通電
部位の近傍に電気光学素子１Ｂ−１を配置し、これによ
って被測定通電部位からの電界の強さを測定し、この電
界の強さから被測定通電部位の電圧を求めるようにして
もよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、第１の発光手段からの第１の光伝送路へ
の光の発射と第２の発光手段からの第２の光伝送路への
光の発射とが交互に行われ、第１の発光手段から発射さ
れた光は第１の光伝送路を通り偏光とされたうえ磁気光
学素子へ入り、電気光学素子を通り、第２の光伝送路を
通って第１の受光手段で受光され、第２の発光手段から
発射された光は第２の光伝送路を通り偏光とされたうえ
電気光学素子へ入り、磁気光学素子を通り、第１の光伝
送路を通って第２の受光手段で受光され、この第１の受
光手段での受光出力と第２の受光手段での受光出力とを
除算した結果に基づいて被測定通電部位に流れる電流が
測定され、また、この第１の受光手段での受光出力と第
２の受光手段での受光出力とを加算した結果に基づいて
被測定通電部位の電圧が測定されるものとなり、電流の
測定に際して電気光学素子の影響を受けないものとし、
電圧の測定に際して磁気光学素子の影響を受けないもの
とし、１組の光ファイバを用い低コストで電流と電圧を
同時に測定することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を示す光電流・電圧計
測装置の要部を示すブロック図である。

【図２】 この光電流・電圧計測装置における発振回路
からの発振波形を示す図である。

【図３】 この光電流・電圧計測装置における電流セン
サでの磁界による偏光の偏波面の回転状況を示す図であ
る。

【図４】 この光電流・電圧計測装置における受光器で
の受光波形を示す図である。

【図５】 この光電流・電圧計測装置におけるゲート回
路からの出力波形を示す図である。

【図６】 検波出力，検波出力，除算出力および
対数出力を示すグラフである。

【図７】 この光電流・電圧計測装置における発振回路
からの発振波形の別の例を示す図である。

【図８】 発振波形を図７とした場合の受光器での受光
波形を示す図である。

【図９】 発振波形を図７とした場合のゲート回路から
の出力波形を示す図である。

【図１０】 従来の交流電流計測用の光電流計測装置
（光電圧計測装置）を示すブロック図である。

【図１１】 この光電流計測装置における電流センサの
要部構成を示す図である。

【図１２】 この光電圧計測装置における電圧センサの
要部構成を示す図である。

【図１３】 電圧センサの印加電圧に対する光強度特性
を示す図である。

【図１４】 電流センサのファラデー回転角に対する光
強度特性を示す図である。

【符号の説明】

１Ａ…電流センサ、１Ａ−１…磁気光学素子、１Ａ−２
…偏光子（検光子）、１Ａ−３…検光子（偏光子）、１
Ｂ…電圧センサ、１Ｂ−１…電気光学素子、１Ｂ−２…
偏光子（検光子）、１Ｂ−３…λ／４波長板、１Ｂ−４
…検光子（偏光子）、Ｓ１，Ｓ２…電極、２−１，２−
２，２−３…光ファイバ、３−１，３−２…発光器、４
−１，４−２…受光器、５−１，５−２…光源駆動回
路、６−１，６−２…受光器増幅回路、１２−１，１２
−２…光分岐結合器、１２−１ａ，１２−２ａ…合流
路、１２−１ｂ，１２−１ｃ，１２−２ｂ，１２−２ｃ
…分岐路、１３−１，１３−２…発振回路、１４−１，
１４−２…ゲート回路、１５−１，１５−２…同期検波
回路、１６…割算回路、１７…電流値演算表示部、１７
−１…対数変換回路、１７−２…実効値変換回路、１７
−３…表示回路、１８…加算回路、１９…電圧値演算表
示部、１９−１…増幅回路（交流）、１９−２…増幅回
路（直流）、１９−３…低域フィルタ、１９−４…割算
回路、１９−５…実効値変換回路、１９−６…表示回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射される偏光の偏波面を加えられる磁
   界の強さに応じて回転する磁気光学素子と、この磁気光
   学素子に光結合され入射される偏光の直交成分の位相差
   を加えられる電界の強さに応じて変化する電気光学素子
   と、この光結合された磁気光学素子と電気光学素子との
   直列接続路への偏光の入射端および出射端に光結合され
   た第１および第２の光伝送路とを備え、前記磁気光学素
   子を被測定通電部位の近傍に配置することによってその
   被測定通電部位に流れる電流を測定し、前記電気光学素
   子を被測定通電部位に対して任意の位置に配置すること
   によってその被測定通電部位の電圧を測定する光電流・
   電圧計測装置であって、 前記第１の光伝送路へ光を発射する第１の発光手段と、 前記第２の光伝送路へ光を発射する第２の発光手段と、 前記第１の発光手段から前記第１の光伝送路へ発射され
   偏光とされたうえ、前記磁気光学素子へ入り、前記電気
   光学素子を通り、前記第２の光伝送路を通って戻ってく
   る光を受光する第１の受光手段と、 前記第２の発光手段から前記第２の光伝送路へ発射され
   偏光とされたうえ、前記電気光学素子へ入り、前記磁気
   光学素子を通り、前記第１の光伝送路を通って戻ってく
   る光を受光する第２の受光手段と、 前記第１の発光手段からの前記第１の光伝送路への光の
   発射と前記第２の発光手段からの前記第２の光伝送路へ
   の光の発射とを交互に行わせる光発射制御手段と、 前記第１の受光手段での受光出力と前記第２の受光手段
   での受光出力とを除算した結果に基づいて被測定通電部
   位に流れる電流を測定する電流測定手段と、 前記第１の受光手段での受光出力と前記第２の受光手段
   での受光出力とを加算した結果に基づいて被測定通電部
   位の電圧を測定する電圧測定手段とを備えたことを特徴
   とする光電流・電圧計測装置。