JP2000266787A - Optical current sensor - Google Patents

Optical current sensor

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JP2000266787A
JP2000266787A JP11073435A JP7343599A JP2000266787A JP 2000266787 A JP2000266787 A JP 2000266787A JP 11073435 A JP11073435 A JP 11073435A JP 7343599 A JP7343599 A JP 7343599A JP 2000266787 A JP2000266787 A JP 2000266787A
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JP
Japan
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component
sensor fiber
sensor
light
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP11073435A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Ichinose
祐治 一ノ瀬
Yoshimasa Kubota
善征 久保田
Tokio Yamagiwa
時生 山極
Kiyoshi Kurosawa
潔 黒澤
Kazunori Yamashita
和徳 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a current sensor stable against a temperature change and influenced little by a noise generated on a circuit, without requiring a temperature control mechanism. SOLUTION: This sensor is so composed that a sensor fiber 2 is fixed on a position encircling a conductor 1, and that linear polarized light is propagated, and that light is branched into orthogonal two components by propagating linear polarized light, and that a current is detected by intensities thereof. In this case, a curvature of the sensor fiber 2 and material of a fixing frame 3 are selected, so that the ratio between an alternating current component having the intensity of either of the orthogonal two components and a direct current component is not changed relative to a temperature. The ratio between an alternating current component of the orthogonal two components and a direct current component is operated, and the sum or the difference thereof is corrected from the time-average value of the ratios between the alternating current component and the direct current component, to thereby detect the current.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定電流が流れ
る導体の外周にセンサファイバを周回させ、このセンサ
ファイバの中を伝播する光のファラデー回転角から導体
に流れる電流の大きさを計測する光電流センサ、特に環
境の温度変化に対して安定に電流を検出する光電流セン
サに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of measuring a magnitude of a current flowing through a conductor from a Faraday rotation angle of light propagating in the sensor fiber by circulating a sensor fiber around a conductor through which a current to be measured flows. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photocurrent sensor, and more particularly to a photocurrent sensor that stably detects current with respect to environmental temperature changes.

【0002】[0002]

【従来の技術】ファラデー効果を生じるセンサファイバ
を被測定電流が流れる導体の外周に巻き、センサファイ
バの中を伝播させた光のファラデー回転角が被測定電流
に比例することを利用した光電流センサは、特開平7−
270505、特開平−35994、特開平−8−11
0357に記述されている。
2. Description of the Related Art A photocurrent sensor utilizing a fact that a sensor fiber causing a Faraday effect is wound around a conductor through which a current to be measured flows and the Faraday rotation angle of light propagated through the sensor fiber is proportional to the current to be measured. Is disclosed in
270505, JP-A-35994, JP-A-8-11
0357.

【0003】これらの公知例においては、光を直交する
2成分に分岐し、その光強度から電流を検出している。
この成分は、入射面内に電場ベクトルが振動する直線偏
光(P偏光、P成分)と入射面に垂直に電場ベクトルが
振動する直線偏光(S偏光、S成分)と呼ばれる。
[0003] In these known examples, light is branched into two orthogonal components, and a current is detected from the light intensity.
This component is called linearly polarized light (P-polarized light, P component) whose electric field vector oscillates in the plane of incidence and linearly polarized light (S-polarized light, S component) whose electric field vector oscillates perpendicular to the plane of incidence.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般的に前述の光電流
センサは、温度が変化すると次の二つの要因から測定精
度が低下する。光電流センサを電力設備に取り付ける場
合、センサファイバは取付け枠に固定されるために、温
度変化によって取付け枠が熱変形すると、導体の外側に
巻回したセンサファイバの曲率が変化したり、ねじれが
発生する。センサファイバの曲率の変化やねじれは、フ
ァラデー効果と同じように作用して、偏光面の回転角の
変化を招く結果、測定電流の検出誤差となる。
Generally, in the above-described photocurrent sensor, when the temperature changes, the measurement accuracy decreases due to the following two factors. When mounting a photocurrent sensor on power equipment, the sensor fiber is fixed to the mounting frame, so if the mounting frame is thermally deformed due to temperature changes, the curvature or twist of the sensor fiber wound around the outside of the conductor will change. appear. The change in the curvature or the twist of the sensor fiber acts in the same manner as the Faraday effect, causing a change in the rotation angle of the polarization plane, resulting in a measurement current detection error.

【0005】以下、図4を用いてセンサファイバが曲が
ったときの影響について説明する。被測定電流の通電方
向をZとし、X、Y平面上にセンサファイバ2を点線で
示すように円形に設置した場合には、曲がりによる偏光
角の変化は発生しない。
[0005] Hereinafter, the effect when the sensor fiber is bent will be described with reference to FIG. When the direction of the current to be measured is Z and the sensor fiber 2 is arranged in a circle on the X and Y planes as indicated by the dotted line, no change in the polarization angle due to bending occurs.

【0006】ところが、実線で示したセンサファイバ2
のようにX,Y平面に対して角度γを持つと、偏光角が
変化する。このため、特開平8−35994では、セン
サファイバの中を往復伝播させることにより、センサフ
ァイバの曲がりによる偏光角の変化を相殺したり、ある
いは、特開平7−270505では伝播光を直交する2
成分、P偏光およびS偏光に分岐し、双方の平均値を算
出することにより曲がりの影響を低減している。
However, the sensor fiber 2 shown by a solid line
Has an angle γ with respect to the X and Y planes, the polarization angle changes. For this reason, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-35994, the change in the polarization angle due to the bending of the sensor fiber is canceled out by reciprocating propagation in the sensor fiber, or in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-270505,
The influence of bending is reduced by branching into components, P-polarized light and S-polarized light, and calculating the average value of both.

【0007】一方、センサファイバの電流に対する感度
を表すベルデ定数Vは、温度変化に対して変化し、誤差
の要因になる。特開平8−35994では、センサファ
イバを断熱材で囲み、センサファイバ自体の温度変化を
抑えたり、特開平8−110357では、冷却装置を設
けてセンサファイバの温度を一定にするように制御して
いる、しかし、断熱材を用いても温度変化を完全に抑え
ることは難しく、また、冷却装置を用いるとセンサ部の
構造が複雑になる恐れがある。
On the other hand, the Verdet constant V representing the sensitivity of the sensor fiber to the current changes with a change in temperature and causes an error. In JP-A-8-35994, the sensor fiber is surrounded by a heat insulating material to suppress the temperature change of the sensor fiber itself. In JP-A-8-110357, a cooling device is provided to control the temperature of the sensor fiber to be constant. However, it is difficult to completely suppress the temperature change even if a heat insulating material is used, and if a cooling device is used, the structure of the sensor unit may be complicated.

【0008】従って本発明の目的は、上述したような温
度変化による測定誤差をより簡便な手段で抑えることで
ある。
Accordingly, an object of the present invention is to suppress measurement errors due to temperature changes as described above with simpler means.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は被測定交流電流が流れる導体と、ファラデ
ー効果を有し、前記導体を取り囲むように設置されたセ
ンサファイバと、光源からの光を前記センサファイバに
入射させる手段と、前記センサファイバを伝播した光か
ら前記被測定電流の大きさを検出する手段を備えた光電
流センサにおいて、前記センサファイバに直線偏光を伝
播させて入力面内で振動するP成分直線偏光と入力面と
垂直な面で振動するS成分直線偏光との二つの成分に分
岐し、どちらか一方の成分をローパスフィルターに供給
して直流成分を検出し、前記一方の成分から前記直流成
分を差し引くことにより交流成分を検出し、前記交流成
分と直流成分との比を計算し、被測定電流の大きさを検
出するようにし、かつ、前記交流成分と直流成分との比
が温度変化に対して一定となるように前記センサファイ
バ材質、曲率、固定枠の材質を選択するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a conductor through which an alternating current to be measured flows, a sensor fiber having a Faraday effect and installed around the conductor, and An optical current sensor comprising: means for causing light to enter the sensor fiber; and means for detecting the magnitude of the current to be measured from the light propagated through the sensor fiber. The light is branched into two components, a P-component linearly polarized light that oscillates in the inside and an S-component linearly polarized light that oscillates in a plane perpendicular to the input surface, and one of the components is supplied to a low-pass filter to detect a DC component. An AC component is detected by subtracting the DC component from one component, a ratio between the AC component and the DC component is calculated, and a magnitude of the measured current is detected. , In which the ratio between the AC component and a DC component the sensor fiber material so as to be constant with respect to temperature change, the curvature, selecting the material of the fixed frame.

【0010】さらに本発明は、被測定交流電流が流れる
導体と、ファラデー効果を有し、前記導体を取り囲むよ
うに設置されたセンサファイバと、光源からの光を前記
センサファイバに入射させる手段と、前記センサファイ
バを伝播した光から前記被測定電流の大きさを検出する
手段を備えた光電流センサにおいて、前記センサファイ
バに直線偏光を伝播させて入力面内で振動するP成分直
線偏光と、入力面と垂直な面で振動するS成分直線偏光
との二つの成分に分岐し、前記P成分をローパスフィル
ターに供給して直流成分を検出し、前記P成分から前記
直流成分を差し引くことにより交流成分を検出し、前記
交流成分と直流成分との比を計算し、被測定電流の大き
さを検出するようにし、かつ、前記交流成分と直流成分
との比が温度変化に対して一定となるように前記センサ
ファイバの材質、曲率、固定枠の材質を選択するもので
ある。
Further, the present invention provides a conductor through which an alternating current to be measured flows, a sensor fiber having a Faraday effect and disposed so as to surround the conductor, and means for causing light from a light source to enter the sensor fiber; In a photocurrent sensor comprising means for detecting the magnitude of the current to be measured from light transmitted through the sensor fiber, a P-component linearly polarized light that propagates linearly polarized light through the sensor fiber and vibrates in an input plane; Split into two components, an S component and linearly polarized light oscillating in a plane perpendicular to the plane, supplying the P component to a low-pass filter to detect a DC component, and subtracting the DC component from the P component to obtain an AC component. , The ratio between the AC component and the DC component is calculated, the magnitude of the measured current is detected, and the ratio between the AC component and the DC component changes with temperature. The material of the sensor fiber to be constant for the curvature, and selects the material of the fixing frame.

【0011】さらに、被測定交流電流が流れる導体と、
ファラデー効果を有し、前記導体を取り囲むように設置
されたセンサファイバと、光源からの光を前記センサフ
ァイバに入射させる手段と、前記センサファイバを伝播
した光から前記被測定電流の大きさを検出する手段を備
えた光電流センサにおいて、前記センサファイバに直線
偏光を伝播させて入力面内で振動するP成分直線偏光と
入力面と垂直な面で振動するS成分直線偏光との二つの
成分に分岐し、前記S成分をローパスフィルターに供給
して直流成分を検出し、前記S成分から前記直流成分を
差し引くことにより交流成分を検出し、前記交流成分と
直流成分との比を計算し、被測定電流の大きさを検出す
るようにし、かつ、前記交流成分と直流成分との比が温
度変化に対して一定となるように前記センサファイバ材
質、曲率、固定枠の材質を選択するものである。
Further, a conductor through which the measured AC current flows;
A sensor fiber having a Faraday effect and disposed so as to surround the conductor, means for causing light from a light source to enter the sensor fiber, and detecting the magnitude of the measured current from the light propagated through the sensor fiber In the photocurrent sensor, means for transmitting linearly polarized light through the sensor fiber and oscillating in the input plane into two components, a P component linearly polarized light and an S component linearly polarized light that oscillates in a plane perpendicular to the input surface. The S component is supplied to a low-pass filter to detect a DC component, an AC component is detected by subtracting the DC component from the S component, and a ratio between the AC component and the DC component is calculated. The sensor fiber material, curvature, and fixed frame are set so as to detect the magnitude of the measurement current, and to make the ratio between the AC component and the DC component constant with respect to temperature change. It is to select the material.

【0012】さらに、本発明は上述の光電流センサにお
いて、前記交流成分と直流成分との比の和あるいは差を
演算する手段と、前記交流成分と直流成分との時間平均
値を演算する手段を設け、前記交流成分と直流成分の比
の時間平均値を用いて前記交流成分と直流成分との比の
和あるいは差を補正するものである。
Further, the present invention provides the photocurrent sensor described above, wherein the means for calculating the sum or difference of the ratio between the AC component and the DC component and the means for calculating the time average of the AC component and the DC component are provided. And correcting the sum or difference of the ratio between the AC component and the DC component by using the time average value of the ratio between the AC component and the DC component.

【0013】センサファイバの中を伝播する45度傾け
た直線偏光を直交する2成分に分岐した場合の各P成
分、S成分の光強度P、Sは次式で表される。
The light intensities P and S of the P component and the S component when the linearly polarized light propagating in the sensor fiber and inclined at 45 degrees are branched into two orthogonal components are expressed by the following equations.

【0014】[0014]

【数1】P=A(1−sin2θ) −−−(1) S=B(1+sin2θ) −−−(2) ただし、A、Bは、光強度および回路定数により定まる
定数である。
## EQU1 ## where P = A (1-sin2.theta.)-(1) S = B (1 + sin2.theta.)-(2) where A and B are constants determined by light intensity and circuit constants.

【0015】ここで、θは偏光面の回転角であり、次式
のようにファラデー回転角φとセンサファイバの曲がり
による回転角δとの和で与えられる。
Here, θ is the rotation angle of the polarization plane, and is given by the sum of the Faraday rotation angle φ and the rotation angle δ due to the bending of the sensor fiber as shown in the following equation.

【0016】[0016]

【数2】θ=φ+δ −−−(3) φ=nVI −−−(4) ただし、nはセンサファイバの巻数、Vはベルデ定数、
Iは被測定電流である。
## EQU2 ## θ = φ + δ-(3) φ = nVI-(4) where n is the number of turns of the sensor fiber, V is the Verdet constant,
I is the current to be measured.

【0017】本発明の光電流センサは、交流電流を測定
対象としており、φは測定電流に比例する交流成分であ
り、δは温度変化に起因するもので直流成分と考えるこ
とができる。
The photocurrent sensor of the present invention measures an AC current, φ is an AC component proportional to the measured current, and δ is caused by a change in temperature and can be considered as a DC component.

【0018】P成分およびS成分のそれぞれの交流成分
と直流成分の比は、θが小さくθ=sinθと近似できる
領域では次式で表される。
The ratio between the AC component and the DC component of the P component and the S component is expressed by the following equation in a region where θ is small and can be approximated to θ = sin θ.

【0019】[0019]

【数3】 P(ac)/P(dc)=−2φ/(1−2δ)−−−(5) S(ac)/S(dc)=2φ/(1+2δ) −−−(6) ベルデ定数Vの温度係数は正であり、回転角δの温度係
数を同じく正と仮定すれば、式(5)、(6)からP(ac)/
P(dc)は、温度による変化が大きく S(ac)/S(dc)は
温度による変化が小さいことは明らかである。
P (ac) / P (dc) =-2φ / (1-2δ) --- (5) S (ac) / S (dc) = 2φ / (1 + 2δ) --- (6) Verde Assuming that the temperature coefficient of the constant V is positive and the temperature coefficient of the rotation angle δ is also positive, from the equations (5) and (6), P (ac) /
It is clear that P (dc) has a large change with temperature and S (ac) / S (dc) has a small change with temperature.

【0020】逆に回転角δの温度係数が負であればP(a
c)/P(dc)が温度による変化が小さくなる。従って、
ベルデ定数Vの温度変化による交流成分の変化と、同じ
大きさの温度変化の直流成分とが等しくなるようにすれ
ば、P成分、S成分のどちらか一方の交流成分、直流成
分の比は、温度が変化しても変化しないこととなる。
Conversely, if the temperature coefficient of the rotation angle δ is negative, P (a
c) The change in / P (dc) with temperature is reduced. Therefore,
If the change of the AC component due to the temperature change of the Verdet constant V is made equal to the DC component of the temperature change of the same magnitude, the ratio of the AC component and the DC component of one of the P component and the S component becomes It will not change even if the temperature changes.

【0021】電流に対する感度を表すベルデ定数Vおよ
びセンサファイバの曲がりに対する偏光角δの変化率は
センサファイバの材質により決まるため、このような交
流成分と直流成分の比にするには、センサファイバの曲
がりの温度に対する変化率を調整すればよい。
Since the change rate of the polarization angle δ with respect to the bending of the sensor fiber and the Verdet constant V representing the sensitivity to the current are determined by the material of the sensor fiber, the ratio of the AC component to the DC component is determined by the sensor fiber. The rate of change of the bending with respect to the temperature may be adjusted.

【0022】これはセンサファイバの曲率半径やセンサ
ファイバを固定する枠材の熱膨張係数を選定することに
より達成できる。
This can be achieved by selecting the radius of curvature of the sensor fiber and the coefficient of thermal expansion of the frame material for fixing the sensor fiber.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図2を用いて説明する。被測定交流電流が流れる導体
1の外周を周回するようにセンサファイバ2を設け、固
定枠3にセンサファイバ2を固定する。センサファイバ
2は、石英ガラス、鉛ガラスから作られ、固定枠3は、
例えば、ステンレス鋼(SUS)で作られる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. The sensor fiber 2 is provided so as to go around the outer periphery of the conductor 1 through which the measured AC current flows, and the sensor fiber 2 is fixed to the fixed frame 3. The sensor fiber 2 is made of quartz glass or lead glass, and the fixed frame 3 is
For example, it is made of stainless steel (SUS).

【0024】光源4からでた光は、送光用ファイバ5を
伝播し、偏光子6により直線偏光に変換され、センサフ
ァイバ2の中を伝播する。伝播した光は、光学レンズ7
a、検光子8を介して、直線偏光の直交するどちらか一
方の成分のみが透過され、レンズ7bおよび受光用ファイ
バ10を介して、光検出器11に入力される。
The light emitted from the light source 4 propagates through the light transmitting fiber 5, is converted into linearly polarized light by the polarizer 6, and propagates through the sensor fiber 2. The propagated light passes through the optical lens 7
a) Only one of orthogonal components of linearly polarized light is transmitted through the analyzer 8, and is input to the photodetector 11 through the lens 7b and the light receiving fiber 10.

【0025】以下の説明では検光子8により直交する2
成分をP、Sとした場合に、S成分を検出する場合を説
明するが、P成分を検出することもできる。光検出器11
で検出された光信号Sは、その直流成分S(dc)と交流成
分S(ac)に分離される。これは図2に示すように、光信
号の一方をローパスフィルタ12に入力して直流成分S
(dc)を検出して、その出力S(dc)をS成分から差し引く
ことによって、交流成分S(ac)を検出できる。そして、
割算器13により交流成分と直流成分の比S(ac)/S(d
c) を計算し、式6の出力を得ることができる。
In the following description, two orthogonal directions are determined by the analyzer 8.
The case where the S component is detected when the components are P and S will be described. However, the P component can also be detected. Photodetector 11
Is separated into a DC component S (dc) and an AC component S (ac). As shown in FIG. 2, one of the optical signals is input to the low-pass filter 12 and the DC component S
By detecting (dc) and subtracting the output S (dc) from the S component, the AC component S (ac) can be detected. And
The divider 13 calculates the ratio S (ac) / S (d
c) can be calculated to obtain the output of Equation 6.

【0026】[0026]

【数4】 S(ac)/S(dc)= 2φ/(1+2δ) −−−(6) ファラデー回転角φ を与えるセンサファイバのベルデ
定数Vの温度係数は、正の値を持ち、ファイバ材質にも
よるが0.01%/℃程度である。式6の分子がベルデ定数
Vの温度係数に従って温度に対して変化するため、分母
の値も分子と同様な比率で変化すれば、出力は温度に関
して一定となる。
S (ac) / S (dc) = 2φ / (1 + 2δ) (6) The temperature coefficient of the Verdet constant V of the sensor fiber giving the Faraday rotation angle φ has a positive value, and the fiber material Although it depends, it is about 0.01% / ° C. Since the numerator of Equation 6 changes with temperature according to the temperature coefficient of the Verdet constant V, if the value of the denominator also changes at the same ratio as the numerator, the output will be constant with respect to temperature.

【0027】そこで、センサファイバ2の曲がりによる
偏光角δを、センサファイバ2の曲率、固定枠3の材質
およびセンサファイバ2を固定する方法を選択すると、
式6の値を温度に対して一定化することが可能である。
センサファイバの曲率が大きいほど偏光角δは大きく、
固定枠3の熱膨張係数が大きいほどセンサファイバの曲
率変化は大きいため、センサファイバの曲率と熱膨張係
数を選択することにより交流成分、直流成分の温度に対
する変化率を等しくすることができる。
Therefore, when the polarization angle δ due to the bending of the sensor fiber 2 is determined by selecting the curvature of the sensor fiber 2, the material of the fixing frame 3 and the method of fixing the sensor fiber 2,
It is possible to make the value of Equation 6 constant with respect to temperature.
The larger the curvature of the sensor fiber, the larger the polarization angle δ,
Since the change in the curvature of the sensor fiber increases as the coefficient of thermal expansion of the fixed frame 3 increases, the rate of change of the AC component and the change in the DC component with respect to the temperature can be made equal by selecting the curvature of the sensor fiber and the coefficient of thermal expansion.

【0028】図2の実施の形態では、センサファイバの
曲げによる偏光角の変化に起因した直流成分の温度係数
と、ベルデ定数Vに起因する交流成分のそれとが同じ
で、その係数が正の場合について説明した。
In the embodiment of FIG. 2, when the temperature coefficient of the DC component caused by the change in the polarization angle due to the bending of the sensor fiber is the same as that of the AC component caused by the Verdet constant V, and the coefficient is positive. Was explained.

【0029】センサファイバの曲げによる偏光角の変化
の温度係数が負の場合には、直交する他方の光強度成分
Pのみを用いて、その交流成分と直流成分との比を出力
することにより、温度に対して安定な出力を得ることが
できる。なお、直交する2成分の選択は、検光子8を透
過する光軸方向により容易に可能である。このように本
発明によれば、センサファイバの温度を制御することな
しに、温度に対し安定な出力が得られるため、高精度の
電流検出が可能となる。
When the temperature coefficient of the change in the polarization angle due to the bending of the sensor fiber is negative, the ratio between the AC component and the DC component is output using only the other orthogonal light intensity component P, and A stable output with respect to temperature can be obtained. The selection of the two orthogonal components can be easily made depending on the direction of the optical axis passing through the analyzer 8. As described above, according to the present invention, a stable output with respect to the temperature can be obtained without controlling the temperature of the sensor fiber, so that the current can be detected with high accuracy.

【0030】次に本発明の他の実施の形態を図1を用い
て説明する。図1において、光源4から出力される光
は、送光用ファイバ5を介して直線偏光がセンサファイ
バ2の中を伝播し、その伝播光を偏光ビームスプリッタ
ー9により直交する二つの偏光成分に分岐し、受光用フ
ァイバ10a、10bによりそれぞれ光検出器11a、
11bに入力される。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the light output from the light source 4 is such that linearly polarized light propagates through the sensor fiber 2 via the light transmitting fiber 5, and the propagated light is split into two orthogonal polarization components by the polarization beam splitter 9. Then, the photodetectors 11a,
11b.

【0031】その光信号をP成分、S成分とすると、上
述した回路構成により割算器13a、13bからそれぞ
れの直流成分と交流成分の比が得られる。割算器13b
の出力を符号を反転し、加算した値を平均したものが信
号VIであり、次式となる。
Assuming that the optical signal is a P component and an S component, the ratio between the DC component and the AC component can be obtained from the dividers 13a and 13b by the above-described circuit configuration. Divider 13b
The signal VI is obtained by inverting the sign of the output of (1) and averaging the added value.

【0032】[0032]

【数5】VI=−2φ/(1−4δ2)−−−(7) δは、1に比べ非常に小さいので、VIの分母は1と見
なすことができる。このため、VIはベルデ定数の温度
係数に比例するため、温度に対して変動する。しかし、
P、S信号を平均化しているため、回路上で発生する電
源変動および電磁ノイズによる同相ノイズを相殺できる
ので、高精度の電流検出が可能となる。
## EQU5 ## VI = -2φ / (1-4δ 2 )-(7) Since δ is much smaller than 1, the denominator of VI can be regarded as 1. Therefore, VI varies with temperature because it is proportional to the temperature coefficient of the Verdet constant. But,
Since the P and S signals are averaged, common mode noise due to power supply fluctuations and electromagnetic noise generated on the circuit can be canceled out, so that highly accurate current detection becomes possible.

【0033】本発明の被測定電流は、交流であり、ファ
ラデー回転角φは式4を用いて次式で表すことができ
る。
The current to be measured according to the present invention is an alternating current, and the Faraday rotation angle φ can be expressed by the following equation using Equation 4.

【0034】[0034]

【数6】φ=nVKsin(ωt) −−−(8) ただし、Kは電流の振幅、ωは角周波数、tは時間であ
る。
Φ = nVKsin (ωt) (8) where K is the current amplitude, ω is the angular frequency, and t is time.

【0035】図1において、割算器13a、13bの各
出力を交流信号の実効値を計算するrms回路15a、
15bに入力し、各実効値を計算するとその出力は次式
となる。
In FIG. 1, each output of the dividers 13a and 13b is used as an rms circuit 15a for calculating an effective value of an AC signal.
15b, and calculating each effective value, the output is as follows.

【0036】[0036]

【数7】 |P|=2nVK/(1−2δ) −−−(9) |S|=2nVK/(1+2δ) −−−(10) 実効値を計算する時間周期を長くすれば、回路上で発生
するノイズは、時間的にランダムであるため、その影響
は低減することができる。したがって、光電流センサの
検出量が交流電流の実効値である場合には、P成分ある
いはS成分の内、温度に対して安定な一方を出力すれば
良い。
│P│ = 2nVK / (1-2δ) --- (9) │S│ = 2nVK / (1 + 2δ) --- (10) If the time period for calculating the effective value is increased, the circuit becomes Is random in time, the effect can be reduced. Therefore, when the detection amount of the photocurrent sensor is the effective value of the alternating current, one of the P component and the S component that is stable with respect to the temperature may be output.

【0037】光電流センサの検出量が交流電流の瞬時値
であり、P成分が温度に対して安定な場合には、図1に
示す補正回路により補正回路にて補正係数εを次式によ
って求め、信号VIに乗ずれば、その出力V2が求めら
れる。
When the detection amount of the photocurrent sensor is the instantaneous value of the alternating current and the P component is stable with respect to the temperature, the correction circuit shown in FIG. , Signal VI, the output V2 is obtained.

【0038】[0038]

【数8】 ε=2|P|/(|P|+|S|) −−−(11) V2=−2nVKsin(ωt)/(1−2δ) −−−(12) 式12の分母、分子の温度に対して変化する割合を同一
にしているため、温度変化に対し安定で、かつ回路上で
発生するノイズの影響が小さい電流センサを構成でき
る。
Ε = 2 | P | / (| P | + | S |) (11) V2 = −2nVKsin (ωt) / (1-2δ) (12) Denominator of Equation 12, Since the rate of change of the molecule with respect to the temperature is the same, it is possible to configure a current sensor that is stable with respect to the temperature change and is less affected by noise generated on the circuit.

【0039】上述した本発明の実施の形態である図1お
よび図2の構成は、光強度信号をアナログ回路にて実現
するものである。このような信号処理法は、当然デジタ
ル回路での構成も可能であることは言うまでもない。
1 and 2, which are the embodiments of the present invention, realize the light intensity signal by an analog circuit. Needless to say, such a signal processing method can also be configured with a digital circuit.

【0040】図3に本発明の実施の形態の構成図を示
す。光学系の構成は、上述した図1の構成と同じであ
り、P、Sの信号をA/D変換器18a、18bでデジタ
ル信号化し、計算機19のプログラム上で式12を計算
すれば良い。
FIG. 3 shows a configuration diagram of an embodiment of the present invention. The configuration of the optical system is the same as the configuration shown in FIG. 1 described above. The P and S signals may be converted into digital signals by the A / D converters 18 a and 18 b, and Equation 12 may be calculated on a computer 19 program.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明によれば、温度変化に対し安定
で、かつ回路上で発生するノイズの影響が小さい電流セ
ンサを、温度制御機構を必要としないで実現することが
可能である。
According to the present invention, it is possible to realize a current sensor that is stable against temperature changes and is less affected by noise generated on a circuit without requiring a temperature control mechanism.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電流センサの実施の形態を示す構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a current sensor of the present invention.

【図2】本発明の電流センサの他の実施の形態を示す構
成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of the current sensor of the present invention.

【図3】本発明の電流センサの他の実施の形態を示す構
成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment of the current sensor of the present invention.

【図4】センサファイバの配置状況を説明する略図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an arrangement state of a sensor fiber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…被測定電流の流れる導体、2…センサファイバ、3
…固定枠、4…光源、5…送光用ファイバ、6…偏光
子、7…レンズ、8…検光子、9…偏光ビーム分岐器、
10…受光用ファイバ、11…光検出器、12…ロウパ
スフィルタ、13…割算器、14…アンプ、15…rm
s回路、16…補正係数演算回路、17…乗算器、18
…A/D、19…計算機。
Reference numeral 1: a conductor through which a current to be measured flows, 2: a sensor fiber, 3
... Fixed frame, 4 ... Light source, 5 ... Transmission fiber, 6 ... Polarizer, 7 ... Lens, 8 ... Analyzer, 9 ... Polarized beam splitter,
10: light receiving fiber, 11: photodetector, 12: low-pass filter, 13: divider, 14: amplifier, 15: rm
s circuit, 16: correction coefficient operation circuit, 17: multiplier, 18
... A / D, 19 ... Calculator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 善征 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 山極 時生 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 黒澤 潔 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町4番1号 東京電力株式会社内 (72)発明者 山下 和徳 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町4番1号 東京電力株式会社内 Fターム(参考) 2G025 AA09 AA11 AB10 AC06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshiyuki Kubota 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Power & Electricity Development Division (72) Inventor Tokio Yamagoku Hitachi, Ibaraki 1-1-1, Kokubuncho Kokubu Plant, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kiyoshi Kurosawa 4-1 Egasakicho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside Tokyo Electric Power Company (72) Inventor Kazunori Yamashita Kanagawa Prefecture 4-1, Egasakicho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi Tokyo Electric Power Company F-term (reference) 2G025 AA09 AA11 AB10 AC06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定交流電流が流れる導体と、ファラ
デー効果を有し、前記導体を取り囲むように設置された
センサファイバと、光源からの光を前記センサファイバ
に入射させる手段と、前記センサファイバを伝播した光
から前記被測定電流の大きさを検出する手段を備えた光
電流センサにおいて、前記センサファイバに直線偏光を
伝播させて入力面内で振動するP成分直線偏光と入力面
と垂直な面で振動するS成分直線偏光との二つの成分に
分岐し、どちらか一方の成分をローパスフィルターに供
給して直流成分を検出し、前記一方の成分から前記直流
成分を差し引くことにより交流成分を検出し、前記交流
成分と直流成分との比を計算し、被測定電流の大きさを
検出するようにし、かつ、前記交流成分と直流成分との
比が温度変化に対して一定となるように前記センサファ
イバの材質、曲率、固定枠の材質を選択することを特徴
とする光電流センサ。
1. A conductor through which an alternating current to be measured flows, a sensor fiber having a Faraday effect and disposed so as to surround the conductor, means for causing light from a light source to enter the sensor fiber, and the sensor fiber A light current sensor having means for detecting the magnitude of the current to be measured from the light propagated through the sensor fiber, wherein linearly polarized light that propagates linearly polarized light through the sensor fiber and vibrates in the input plane is perpendicular to the input plane. It splits into two components, the S component and linearly polarized light oscillating on the surface, supplies one of the components to a low-pass filter to detect a DC component, and subtracts the DC component from the one component to obtain an AC component. Detecting, calculating the ratio between the AC component and the DC component, and detecting the magnitude of the current to be measured, and the ratio between the AC component and the DC component with respect to a temperature change. The photocurrent sensor is characterized by selecting the material of the sensor fiber, the curvature, and the material of the fixed frame so as to be constant.
【請求項2】 被測定交流電流が流れる導体と、ファラ
デー効果を有し、前記導体を取り囲むように設置された
センサファイバと、光源からの光を前記センサファイバ
に入射させる手段と、前記センサファイバを伝播した光
から前記被測定電流の大きさを検出する手段を備えた光
電流センサにおいて、前記センサファイバに直線偏光を
伝播させて入力面内で振動するP成分直線偏光と、入力
面と垂直な面で振動するS成分直線偏光との二つの成分
に分岐し、前記P成分をローパスフィルターに供給して
直流成分を検出し、前記P成分から前記直流成分を差し
引くことにより交流成分を検出し、前記交流成分と直流
成分との比を計算し、被測定電流の大きさを検出するよ
うにし、かつ、前記交流成分と直流成分との比が温度変
化に対して一定となるように前記センサファイバの材
質、曲率、固定枠の材質を選択することを特徴とする光
電流センサ。
2. A conductor through which an alternating current to be measured flows, a sensor fiber having a Faraday effect and disposed so as to surround the conductor, means for causing light from a light source to enter the sensor fiber, and the sensor fiber A photocurrent sensor comprising means for detecting the magnitude of the current to be measured from the light propagated through the P-component linearly polarized light that oscillates in the input plane by propagating linearly polarized light through the sensor fiber; Branched into two components with linearly polarized S-component oscillating on a flat surface, supplying the P-component to a low-pass filter to detect a DC component, and subtracting the DC component from the P-component to detect an AC component. Calculating the ratio between the AC component and the DC component to detect the magnitude of the current to be measured, and ensuring that the ratio between the AC component and the DC component is constant with respect to a temperature change. A material, a curvature, and a material of a fixed frame of the sensor fiber are selected as described above.
【請求項3】 被測定交流電流が流れる導体と、ファラ
デー効果を有し、前記導体を取り囲むように設置された
センサファイバと、光源からの光を前記センサファイバ
に入射させる手段と、前記センサファイバを伝播した光
から前記被測定電流の大きさを検出する手段を備えた光
電流センサにおいて、前記センサファイバに直線偏光を
伝播させて入力面内で振動するP成分直線偏光と入力面
と垂直な面で振動するS成分直線偏光との二つの成分に
分岐し、前記S成分をローパスフィルターに供給して直
流成分を検出し、前記S成分から前記直流成分を差し引
くことにより交流成分を検出し、前記交流成分と直流成
分との比を計算し、被測定電流の大きさを検出するよう
にし、かつ、前記交流成分と直流成分との比が温度変化
に対して一定となるように前記センサファイバの材質、
曲率、固定枠の材質を選択することを特徴とする光電流
センサ。
3. A conductor through which an alternating current to be measured flows, a sensor fiber having a Faraday effect and disposed so as to surround the conductor, means for causing light from a light source to enter the sensor fiber, and the sensor fiber A light current sensor having means for detecting the magnitude of the current to be measured from the light propagated through the sensor fiber, wherein linearly polarized light that propagates linearly polarized light through the sensor fiber and vibrates in the input plane is perpendicular to the input plane. Branching into two components with an S component linearly polarized light oscillating on the surface, supplying the S component to a low-pass filter to detect a DC component, and subtracting the DC component from the S component to detect an AC component, The ratio between the AC component and the DC component is calculated to detect the magnitude of the measured current, and the ratio between the AC component and the DC component becomes constant with respect to temperature change. So that the material of the sensor fiber,
A photocurrent sensor characterized by selecting a curvature and a material of a fixed frame.
【請求項4】 請求項1に記載した光電流センサにおい
て、前記交流成分と直流成分との比の和あるいは差を演
算する手段と、前記交流成分と直流成分との時間平均値
を演算する手段を設け、前記交流成分と直流成分の比の
時間平均値を用いて前記交流成分と直流成分との比の和
あるいは差を補正することを特徴とする光電流センサ。
4. The photocurrent sensor according to claim 1, wherein a means for calculating a sum or difference of a ratio between the AC component and the DC component, and a means for calculating a time average value of the AC component and the DC component. Wherein the sum or difference of the ratio between the AC component and the DC component is corrected using a time average value of the ratio between the AC component and the DC component.
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