JP2001050989A - Current sensor - Google Patents

Current sensor

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JP2001050989A
JP2001050989A JP11226073A JP22607399A JP2001050989A JP 2001050989 A JP2001050989 A JP 2001050989A JP 11226073 A JP11226073 A JP 11226073A JP 22607399 A JP22607399 A JP 22607399A JP 2001050989 A JP2001050989 A JP 2001050989A
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JP
Japan
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polarized light
circularly polarized
current
sensor fiber
fiber
Prior art date
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Application number
JP11226073A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Ichinose
祐治 一ノ瀬
Yoshimasa Kubota
善征 久保田
Isamu Sone
曽根  勇
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
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JP2001050989A publication Critical patent/JP2001050989A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a current sensor which is of a simple structure, restrains the influence of a change in the phase of propagation light caused by the twist of a sensor fiber, and can enhance the measuring accuracy of current. SOLUTION: A sensor fiber 4 which is wound on a conductor 5, in which a current as an object to be measured flows, is provided. A quarter-wave plate 3 which converts a linearly polarized light and which obtains right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light so as to be incident on one, end of the sensor fiber 4 is provided. A photodetector 8 which detects the interference intensity of the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light which are propagated through the sensor fiber 4, is provided. An LPF 9, a subtracter 10 and a divider 11 by which the current value of, the current flowing in the conductor 5 is found on the basis of the interference intensity detected by the photodetector 8 are provided.

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、電流が流れる導体
を囲むように配置されたセンサファイバを有し、センサ
ファイバ内を伝播する光に基づいて導体に流れる電流の
電流値を測定する電流センサに係り、特に、センサファ
イバに加えられる圧力,振動等による伝播光への外乱の
影響を抑制することが可能な電流センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current sensor having a sensor fiber disposed so as to surround a conductor through which a current flows, and measuring a current value of a current flowing through the conductor based on light propagating in the sensor fiber. In particular, the present invention relates to a current sensor capable of suppressing the influence of disturbance on propagation light due to pressure, vibration, and the like applied to a sensor fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】測定対象である電流が流れる導体に巻か
れたセンサファイバ内を伝播する光に基づいて、導体に
流れる電流の電流値を測定する電流センサでは、センサ
ファイバに対して外部から圧力,振動等が加えられると
センサファイバに捩じれが生じ、その捩じれにより伝播
光の位相が変化する。そのため、導体に流れる電流の電
流値を正確に測定できなくなってしまう。
2. Description of the Related Art In a current sensor for measuring a current value of a current flowing through a conductor based on light propagating in a sensor fiber wound around a conductor through which a current to be measured flows, a pressure is applied to the sensor fiber from outside. When vibration or the like is applied, the sensor fiber is twisted, and the phase of the propagating light changes due to the twist. Therefore, the current value of the current flowing through the conductor cannot be measured accurately.

【0003】このセンサファイバの捩じれによる悪影響
を抑制するために、特開昭58−11869 号公報(以下、第
1従来技術という)には、センサファイバの一端にミラ
ーを設けて直線偏光を往復伝播させることにより、位相
の変化を相殺することが記載されている。
In order to suppress the adverse effect caused by the twisting of the sensor fiber, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 58-11869 (hereinafter referred to as first prior art) discloses a method in which a mirror is provided at one end of a sensor fiber to reciprocate linearly polarized light. It is described that the change in the phase is canceled by performing the operation.

【0004】また、特開昭56−55864 号公報(以下、第
2従来技術という)には、センサファイバの両端から円
偏光を伝播させ、2つの伝播光を干渉させることによっ
て捩じれによる位相変化を相殺することが記載されてい
る。
Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 56-55864 (hereinafter referred to as "second prior art") discloses that a circularly polarized light is propagated from both ends of a sensor fiber and two propagated light beams interfere with each other to reduce a phase change due to twist. It is stated to be offset.

【0005】更に、特開平7-174791号公報(以下、第3
従来技術という)には、振動によるセンサファイバの捩
じれを防止するために、センサファイバの移動を抑える
機構を設けることが記載されている。
Further, Japanese Unexamined Patent Publication No.
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 describes that a mechanism for suppressing movement of the sensor fiber is provided in order to prevent twisting of the sensor fiber due to vibration.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記第1従来技術で
は、ミラーを用いた往復伝播により位相変化を相殺しよ
うとしているが、実際には往路光の位相変化と復路光の
位相変化とは完全には等しくないため、センサファイバ
の捩じれによる位相変化をなくすことはできない。ま
た、第2従来技術では、センサファイバの両端から円偏
光を伝播させ、2つの伝播光を干渉させることによって
捩じれによる位相変化を相殺しようとしているが、セン
サファイバの両端から入射する2つの円偏光を完全に同
一にすることは困難であり、実際には捩じれの影響をな
くすことはできない。
In the first prior art, the phase change is canceled by reciprocating propagation using a mirror. However, in practice, the phase change of the forward light and the phase change of the backward light are completely different. Is not equal, the phase change due to the twisting of the sensor fiber cannot be eliminated. Further, in the second prior art, circularly polarized light is propagated from both ends of the sensor fiber and two propagated lights interfere with each other to cancel a phase change due to torsion. It is difficult to make them completely identical, and in practice, the effects of twisting cannot be eliminated.

【0007】更に、第3従来技術では、振動によるセン
サファイバの捩じれを防止するために、センサファイバ
の移動を抑える機構を設けなければならず、電流センサ
の構造が複雑になってしまう。
Further, in the third prior art, a mechanism for suppressing the movement of the sensor fiber must be provided in order to prevent the sensor fiber from being twisted due to vibration, and the structure of the current sensor becomes complicated.

【0008】本発明の目的は、簡単な構造で、センサフ
ァイバの捩じれに起因する伝播光の位相の変化の影響を
抑制して、電流の測定精度を向上できる電流センサを提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a current sensor which has a simple structure and suppresses the influence of a change in the phase of propagating light caused by twisting of a sensor fiber, thereby improving current measurement accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、測定対象である電流が流れる導体に巻かれ
たセンサファイバと、前記センサファイバの一端から右
回り円偏光及び左回り円偏光を入射する手段と、前記セ
ンサファイバの他端側に配置され、かつ前記センサファ
イバを伝播した前記右回り円偏光及び前記左回り円偏光
の干渉強度を検出する光検出器と、前記光検出器によっ
て検出された干渉強度に基づいて前記導体に流れる電流
の電流値を求める手段とを備えたことにある。
A feature of the present invention to achieve the above object is that a sensor fiber wound around a conductor through which a current to be measured flows, a clockwise circularly polarized light and a counterclockwise circular light from one end of the sensor fiber. Means for injecting polarized light, a photodetector disposed at the other end of the sensor fiber, for detecting the interference intensity of the clockwise circularly polarized light and the counterclockwise circularly polarized light propagated through the sensor fiber, and the light detection Means for obtaining a current value of a current flowing through the conductor based on the interference intensity detected by the detector.

【0010】右回り円偏光と左回り円偏光の2つの円偏
光をセンサファイバの同じ端部から入射するため、2つ
の円偏光は全く同一の経路を伝播し、センサファイバの
捩じれにより発生する位相変化は2つの円偏光において
等しくなるので、2つの円偏光を干渉させることにより
センサファイバの捩じれにより発生する位相変化は相殺
される。一方、導体を流れる電流により発生する磁場に
よって生じる位相変化は、2つの円偏光に対して一方は
位相を進め、他方は位相を遅らせるように作用するた
め、2つの円偏光の干渉強度から導体に流れる電流を正
確に求めることができる。このように本発明によれば、
センサファイバの移動を抑える機構を設けない簡単な構
造で、センサファイバの捩じれに起因する伝播光の位相
の変化の影響を抑制して、電流の測定精度を向上でき
る。
[0010] Since two circularly polarized lights, clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light, are incident from the same end of the sensor fiber, the two circularly polarized lights propagate on exactly the same path, and a phase generated by twisting of the sensor fiber. Since the changes are equal in the two circular polarizations, the interference of the two circular polarizations cancels the phase changes caused by the twisting of the sensor fiber. On the other hand, the phase change caused by the magnetic field generated by the current flowing through the conductor causes one of the two circularly polarized lights to advance the phase and the other to retard the phase. The flowing current can be determined accurately. Thus, according to the present invention,
With a simple structure without a mechanism for suppressing the movement of the sensor fiber, it is possible to suppress the influence of a change in the phase of the propagating light due to the twisting of the sensor fiber and improve the accuracy of current measurement.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
を用いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0012】(実施例1)図1は、本発明の好適な一実
施例である電流センサの構成図を示す。図1において、
光源1は直線偏光を出力し、光源1から出力された直線
偏光は偏波面保存ファイバ2a(以下、PMF2aと略
す)に入射される。PMF2aは、入射された直線偏光
を偏波面を保ったまま伝播し、主偏光軸を45°傾けた
状態で接続されたPMF2bに直線偏光を入射する。P
MF2aとPMF2bは主偏光軸が45°傾けられて接
続されているため、PMF2aにおいて図2(a)で示
されるような直線偏光が、PMF2bでは図2(b)に
示されるように直交2成分の直線偏光となる。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a configuration diagram of a current sensor according to a preferred embodiment of the present invention. In FIG.
The light source 1 outputs linearly polarized light, and the linearly polarized light output from the light source 1 is incident on a polarization maintaining fiber 2a (hereinafter abbreviated as PMF 2a). The PMF 2a propagates the input linearly polarized light while maintaining the plane of polarization, and makes the linearly polarized light incident on the connected PMF 2b with the main polarization axis inclined at 45 °. P
The MF 2a and the PMF 2b are connected so that the main polarization axis is inclined by 45 °, so that the linearly polarized light as shown in FIG. 2A in the PMF 2a and the two orthogonal components in the PMF 2b as shown in FIG. Of linearly polarized light.

【0013】PMF2bは、直交2成分の直線偏光を偏
波面を保ちつつ伝播し、伝播した直線偏光をλ/4板3
に入射する。λ/4板3は、入射された直線偏光を図2
(c)に示す右回り円偏光(以下、RHCPと略す)と図
2(d)に示す左回り円偏光(以下、LHCPと略す)
の2つの円偏光に変換する。λ/4板3において得られ
た2つの円偏光は、シングルモードファイバであるセン
サファイバ4に入射され、電流が流れる導体5に巻かれ
たセンサファイバ4により導体5の周囲を周回するよう
に伝播される。
The PMF 2b propagates linearly polarized light of two orthogonal components while maintaining the plane of polarization, and transmits the propagated linearly polarized light to the λ / 4 plate 3.
Incident on. The λ / 4 plate 3 converts the incident linearly polarized light
Right-handed circularly polarized light (hereinafter abbreviated as RHCP) shown in FIG. 2C and left-handed circularly polarized light (hereinafter abbreviated as LHCP) shown in FIG.
Into two circularly polarized lights. The two circularly polarized lights obtained in the λ / 4 plate 3 enter the sensor fiber 4 which is a single mode fiber, and propagate around the conductor 5 by the sensor fiber 4 wound around the conductor 5 through which current flows. Is done.

【0014】導体5には電流が流れているため、導体5
の周辺には磁界が発生する。この磁界により生じるファ
ラデー効果によって、センサファイバ4内を伝播する2
つの円偏光の位相に変化が生じる。前述のように2つの
円偏光は右回りの円偏光と左回りの円偏光であるため、
ファラデー効果により一方の円偏光の位相は進み、他方
の円偏光の位相は遅れることとなる。ここで、ファラデ
ー効果による円偏光の位相変化をθI とすると、2つの
円偏光の間には2θI の位相差が発生する。
Since a current flows through the conductor 5, the conductor 5
A magnetic field is generated around. Due to the Faraday effect caused by this magnetic field, the light propagates through the sensor fiber 4.
A change occurs in the phase of the two circularly polarized lights. As described above, since the two circularly polarized lights are clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light,
Due to the Faraday effect, the phase of one circularly polarized light is advanced, and the phase of the other circularly polarized light is delayed. Here, when the phase change of the circularly polarized light by the Faraday effect and theta I, between the two circular polarization phase difference of 2 [Theta] I is produced.

【0015】また、センサファイバ4は前述のようにシ
ングルモードファイバであり、2つの円偏光は全く同一
の経路を伝播するため、センサファイバ4の捩じれによ
り生じる位相変化(θR とする)は2つの円偏光におい
て全く同一となる。センサファイバ4を伝播した2つの
円偏光の位相は(数1)及び(数2)で表わされる。
As described above, the sensor fiber 4 is a single mode fiber, and the two circularly polarized lights propagate through exactly the same path. Therefore, the phase change (θ R ) caused by the twist of the sensor fiber 4 is 2. It is exactly the same for two circularly polarized lights. The phases of the two circularly polarized lights that have propagated through the sensor fiber 4 are expressed by (Equation 1) and (Equation 2).

【0016】[0016]

【数1】 φRHCP=θR+θI …(数1)[ Equation 1] φ RHCP = θ R + θ I ( Equation 1)

【0017】[0017]

【数2】 φLHCP=θR−θI …(数2) なお、φRHCPは右回り円偏光の位相であり、φLHCPは左
回り円偏光の位相である。
Φ LHCP = θ R −θ I ( Equation 2) where φ RHCP is the phase of right-handed circularly polarized light, and φ LHCP is the phase of left-handed circularly polarized light.

【0018】この2つの円偏光を干渉させると、干渉強
度(光強度)IP は(数3)で表わされる。
When the two circularly polarized lights interfere with each other, the interference intensity (light intensity) I P is represented by (Equation 3).

【0019】[0019]

【数3】 IP=A2+B2+2ABcos(φRHCP−φLHCP) =A2+B2+2ABcos2θI …(数3) (数3)において、A及びBは2つの円偏光の光複素振
幅である。なお、後述するが、干渉強度IP は光検出器
8によって検出することができるため、検出した干渉強
度IP に基づいて位相変化θIを求めることができ、求
めた位相変化θIから導体5に流れる電流の電流値を得
ることができる。
Equation 3] I P = A 2 + B 2 + 2ABcos (φ RHCP -φ LHCP) = A 2 + B 2 + 2ABcos2θ I ... ( Equation 3) In equation (3), A and B are optical complex amplitudes of two circularly polarized light is there. As will be described later, interference for the intensity I P is which may be detected by the light detector 8, based on the detected interference intensity I P can be determined the phase change theta I, the conductor from the phase change theta I obtained 5 can be obtained.

【0020】しかしながら、(数3)で示されるよう
に、干渉強度IP はcos2θIに比例するため、θI が小
さい場合に感度が低く、導体5に流れる電流の算出も困
難となる。
However, as shown by (Equation 3), since the interference intensity I P is proportional to cos 2θ I , the sensitivity is low when θ I is small, and it becomes difficult to calculate the current flowing through the conductor 5.

【0021】従って、本実施例では、センサファイバ4
にファラデー素子6を接続し、センサファイバ4内を伝
播して出力された2つの円偏光に対して、更にπ/2の
位相差を与える。このファラデー素子6により2つの円
偏光にπ/2の位相差を与えることによって、干渉強度
P は(数4)に示すように変化する。
Therefore, in this embodiment, the sensor fiber 4
And a phase difference of π / 2 is further given to the two circularly polarized lights output after propagating in the sensor fiber 4. By providing a phase difference of [pi / 2 into two circularly polarized light by the Faraday element 6, the interference intensity I P changes as shown in equation (4).

【0022】[0022]

【数4】 (Equation 4)

【0023】(数4)に示すように、ファラデー素子6
を通過した後の2つの円偏光の干渉強度IP は、sin2
θIに比例するため、θI が小さいときに感度が最大と
なり、導体5に流れる電流を容易に求めることが可能と
なる。
As shown in (Equation 4), the Faraday element 6
Interference intensity I P of the two circularly polarized light after passing through the in, sin @ 2
proportional to theta I, theta I sensitivity is maximized when there is a small, it is possible to obtain a current flowing in the conductor 5 easily.

【0024】ファラデー素子6により位相差が与えられ
た2つの円偏光は、ファイバ7を介して光検出器8に入
力される。光検出器8では、干渉強度IP が検出され
る。検出された干渉強度IP は、ローパスフィルタ9
(以下、LPF9と略す)と減算器10に入力される。
なお、光検出器8で検出される干渉強度IP は、交流信
号である。LPF9は、入力された干渉強度IP の交流
成分をカットし、直流成分IDCを抽出する。LPF9に
よって抽出された直流成分IDCは減算器10及び除算器
11に入力される。減算器10では光検出器8において
検出された干渉強度IP から直流成分IDCが減算され、
干渉強度IP の交流成分IACが抽出される。抽出された
交流成分IACは除算器11に入力され、除算器11で
は、(数5)に示すように交流成分IACを直流成分IDC
で除算して、出力Sを得る。
The two circularly polarized lights having a phase difference given by the Faraday element 6 are input to a photodetector 8 via a fiber 7. In the optical detector 8, the interference intensity I P is detected. The detected interference intensity IP is equal to the value of the low-pass filter 9.
(Hereinafter abbreviated as LPF 9) is input to the subtractor 10.
Incidentally, interference intensity I P which is detected by the photodetector 8, an AC signal. LPF9 cuts the AC component of the input interference intensity I P, and extracts the DC component I DC. The DC component I DC extracted by the LPF 9 is input to a subtractor 10 and a divider 11. DC component I DC from the detected interference intensity I P in the photodetector 8, the subtracter 10 is subtracted,
Alternating current component I AC of the interference intensity I P are extracted. The extracted AC component I AC is input to a divider 11, which converts the AC component I AC into a DC component I DC as shown in (Equation 5).
To obtain an output S.

【0025】[0025]

【数5】 (Equation 5)

【0026】この(数5)において、2つの円偏光の光
複素振幅であるA及びBを等しくすれば、除算器11の
出力SはS=sin2θIで表わされる。よって、(数5)
と除算器11の出力S(実測値)とに基づいて、位相変
化θI が求められる。更に、位相変化θI と導体5に流
れる電流Iとの間には(数6)の関係が成り立つ。
[0026] In this equation (5), if equal A and B is the optical complex amplitudes of two circularly polarized light, the output S of the divider 11 is expressed by S = sin2θ I. Therefore, (Equation 5)
The phase change θ I is obtained based on the output S (actually measured value) of the divider 11. Further, the relationship of (Equation 6) holds between the phase change θ I and the current I flowing through the conductor 5.

【0027】[0027]

【数6】 θI=nVEI …(数6) ここで、VE はベルデ定数、nはセンサファイバ4の導
体5に対する巻数であり、どちらも定数であるため、
(数6)に基づいて導体5に流れる電流の電流値が求め
られる。
Θ I = nV E I (Equation 6) Here, V E is a Verdet constant, and n is the number of turns of the sensor fiber 4 with respect to the conductor 5, and both are constants.
The current value of the current flowing through the conductor 5 is obtained based on (Equation 6).

【0028】以上説明したように、本実施例によれば、
センサファイバ4の一端から光複素振幅の等しい右回り
円偏光と左回り円偏光とを同時に入射することにより、
2つの円偏光は全く同一の経路を伝播するためにセンサ
ファイバ4の捩じれによって生じる位相変化θR が2つ
の円偏光で等しくなり、2つの円偏光を干渉させること
により捩じれによる位相変化θR を完全に相殺すること
ができる。従って、導体5を流れる電流により発生する
磁界によって2つの円偏光に生じる位相変化θI を正確
に求めることができ、導体5に流れる電流の測定精度を
向上させることができる。
As described above, according to this embodiment,
By simultaneously entering clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light having the same optical complex amplitude from one end of the sensor fiber 4,
Since the two circularly polarized lights propagate through exactly the same path, the phase change θ R caused by the torsion of the sensor fiber 4 becomes equal between the two circularly polarized lights, and the two circularly polarized lights interfere with each other to reduce the phase change θ R due to the torsion. Can be completely offset. Therefore, the phase change θ I generated between the two circularly polarized lights by the magnetic field generated by the current flowing through the conductor 5 can be accurately obtained, and the measurement accuracy of the current flowing through the conductor 5 can be improved.

【0029】また、本実施例では、ファラデー素子6に
より2つの円偏光にπ/2の位相差を与えることによ
り、位相変化θI が小さい場合の光検出器8の検出感度
を向上させることができる。
In this embodiment, the detection sensitivity of the photodetector 8 when the phase change θ I is small can be improved by giving a phase difference of π / 2 between two circularly polarized lights by the Faraday element 6. it can.

【0030】なお、本実施例では、センサファイバ4を
伝播した2つの円偏光に対してπ/2の位相差を与えて
いるが、図3に示すように、λ/4板3とセンサファイ
バ4との間にファラデー素子6を配置し、ファラデー素
子6により2つの円偏光にπ/2の位相差を与えた後、
2つの円偏光をセンサファイバ4に入射しても同様の結
果が得られる。
In this embodiment, a phase difference of π / 2 is given to the two circularly polarized lights that have propagated through the sensor fiber 4. However, as shown in FIG. 4 and a phase difference of π / 2 between the two circularly polarized lights by the Faraday element 6.
A similar result can be obtained even if two circularly polarized lights enter the sensor fiber 4.

【0031】(実施例2)図4は、本発明の他の実施例
である電流センサの構成を示す。本実施例は、センサフ
ァイバの他端にミラーを設けて光を往復伝播させる点、
直線偏光から円偏光への変換をファイバを用いて行う点
で実施例1と異なる。以下、実施例1と異なる点を中心
に本実施例について説明する。
(Embodiment 2) FIG. 4 shows a configuration of a current sensor according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, a mirror is provided at the other end of the sensor fiber to cause light to reciprocate,
The difference from the first embodiment is that conversion from linearly polarized light to circularly polarized light is performed using a fiber. Hereinafter, the present embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

【0032】図4において、光源1から出力された光
は、ファイバカップラ12を介してファイバ偏光子13
に入射される。なお、ファイバカップラ12は、光源1
から出力された光をファイバ偏光子13に入射させると
共に、後述するミラー15によって反射されて返ってき
た光を光検出器8に入力する。ファイバ偏光子13は、
PMFをコイル状に巻いたものであり、入射された光を
直線偏光に変換する。
In FIG. 4, light output from the light source 1 is transmitted through a fiber coupler 12 to a fiber polarizer 13.
Is incident on. In addition, the fiber coupler 12 is a light source 1
The light output from is input to the fiber polarizer 13 and the light reflected and returned by a mirror 15 described later is input to the photodetector 8. The fiber polarizer 13
The PMF is wound in a coil shape, and converts incident light into linearly polarized light.

【0033】ファイバ偏光子13によって得られた直線
偏光は、ファイバ偏光子13に対して主偏光軸が45°
傾けられて接続されたPMF2bに入射される。PMF
2bに入射された直線偏光は、直交2成分の直線偏光と
なる。PMF2bの他端には、主偏光軸が45°傾けら
れたファイバ14が接続される。ファイバ14は10π
〔rad /m〕の複屈折を有しており、PMF2bから入
射される直線偏光を5〔cm〕伝播する。従って、2つの
直線偏光にπ/2の位相差を与えることができ、かつP
MF2bに対して主偏光軸が45°傾けられているた
め、2つの直線偏光は右回り円偏光(RHCP)及び左
回り円偏光(LHCP)に変換される。すなわち、本実
施例のファイバ14は、実施例1のλ/4板3と同様
に、直交2成分の直線偏光を2つの円偏光に変換する機
能を有する。
The linearly polarized light obtained by the fiber polarizer 13 has a main polarization axis of 45 ° with respect to the fiber polarizer 13.
The light is incident on the PMF 2b that is connected by being inclined. PMF
The linearly polarized light incident on 2b is a linearly polarized light of two orthogonal components. The other end of the PMF 2b is connected to a fiber 14 whose main polarization axis is inclined by 45 °. Fiber 14 is 10π
It has birefringence of [rad / m], and propagates 5 [cm] of linearly polarized light incident from the PMF 2b. Accordingly, a phase difference of π / 2 can be given to the two linearly polarized lights, and P
The two linearly polarized lights are converted into clockwise circularly polarized light (RHCP) and counterclockwise circularly polarized light (LHCP) because the main polarization axis is inclined by 45 ° with respect to MF2b. That is, the fiber 14 of this embodiment has a function of converting linearly polarized light of two orthogonal components into two circularly polarized lights, similarly to the λ / 4 plate 3 of the first embodiment.

【0034】ファイバ14によって得られた2つの円偏
光は、ファラデー素子6に入力され、2つの円偏光には
π/4の位相差が与えられる。ファラデー素子6を通過
した2つの円偏光は、センサファイバ4内を伝播し、セ
ンサファイバ4の他端に設けられたミラー15により反
射されて、再びセンサファイバ4内を伝播した後、ファ
ラデー素子6に入射する。ファラデー素子6では、再び
2つの円偏光にπ/4の位相差が与えられるので、往路
と復路とを合わせてπ/2の位相差が2つの円偏光に与
えられることになる。
The two circularly polarized lights obtained by the fiber 14 are input to the Faraday element 6, and the two circularly polarized lights are given a phase difference of π / 4. The two circularly polarized lights that have passed through the Faraday element 6 propagate through the sensor fiber 4, are reflected by a mirror 15 provided at the other end of the sensor fiber 4, and propagate through the sensor fiber 4 again. Incident on. In the Faraday element 6, since a phase difference of π / 4 is again given to the two circularly polarized lights, a phase difference of π / 2 is given to the two circularly polarized lights including the forward path and the return path.

【0035】その後、2つの円偏光は、ファイバ14,
PMF2b,ファイバ偏光子13及びファイバカップラ
12を介して光検出器8に入力される。光検出器8で
は、実施例1と同様に干渉強度IP が検出され、検出さ
れた干渉強度IP に基づいて導体5に流れる電流が測定
される。なお、干渉強度IP から導体に流れる電流の電
流値を求める点については実施例1と同様であるので、
説明を省略する。
Thereafter, the two circularly polarized lights are converted into fibers 14,
The light is input to the photodetector 8 via the PMF 2b, the fiber polarizer 13, and the fiber coupler 12. In the optical detector 8, is detected similarly interference intensity I P as in Example 1, the current flowing in the conductor 5 is measured based on the detected interference intensity I P. Since the point of obtaining the current value of the current flowing through the conductor from the interference intensity I P is the same as in Example 1,
Description is omitted.

【0036】以上説明した本実施例によれば、実施例1
の作用効果に加えて、ミラー15を用いて光を往復させ
るため、センサファイバ4において導体5に流れる電流
に起因する磁界の影響を2回受けることとなり、その結
果、電流の測定精度を向上させることができる。
According to this embodiment described above, Embodiment 1
In addition to the function and effect of the above, the light is reciprocated by using the mirror 15, so that the sensor fiber 4 is affected twice by the magnetic field caused by the current flowing through the conductor 5, and as a result, the measurement accuracy of the current is improved. be able to.

【0037】また、本実施例では、直線偏光を作り出す
ファイバ偏光子13及び直線偏光を円偏光に変換するフ
ァイバ14を用いているが、どちらもファイバであるた
め、光学素子を用いる場合と比較して、組み立てや調整
が容易に行える。
In this embodiment, the fiber polarizer 13 for producing linearly polarized light and the fiber 14 for converting linearly polarized light to circularly polarized light are used. And can be easily assembled and adjusted.

【0038】(実施例3)図5は、本発明の他の実施例
である電流センサの構成を示す。本実施例は、ファラデ
ー素子6に代えて位相変調器16を設ける点で実施例2
と異なる。以下、実施例2と異なる点について説明す
る。
(Embodiment 3) FIG. 5 shows the configuration of a current sensor according to another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the second embodiment in that a phase modulator 16 is provided instead of the Faraday element 6.
And different. Hereinafter, points different from the second embodiment will be described.

【0039】図5において、位相変調器16はPMF2
bに設けられ、発振器17の出力に基づいてPMF2b
内を伝播する直線偏光に対して位相変調を与える。な
お、位相変調器16は、圧電素子にファイバを巻いて構
成され、電圧印加による圧電素子の伸長を利用してファ
イバ長を変化させ、光に位相変調を与えるものである。
この位相変調器16により位相変調された光がミラー1
5で反射されて、再び位相変調器16に戻ってくるまで
の伝播時間をTとすると、光検出器8で検出される干渉
強度IP は(数7)及び(数8)で示される。
In FIG. 5, the phase modulator 16 has a PMF2
b, and based on the output of the oscillator 17, the PMF 2b
Phase modulation is applied to linearly polarized light propagating inside. The phase modulator 16 is configured by winding a fiber around a piezoelectric element, and changes the fiber length by using the expansion of the piezoelectric element by applying a voltage to apply phase modulation to light.
The light phase-modulated by the phase modulator 16 is transmitted to the mirror 1.
Assuming that the propagation time from the reflection at 5 to the return to the phase modulator 16 is T, the interference intensity I P detected by the photodetector 8 is represented by (Equation 7) and (Equation 8).

【0040】[0040]

【数7】 IP=A2{1+cos(4θI+φm(t))} …(数7)I p = A 2 {1 + cos (4θ I + φ m (t))} (Equation 7)

【0041】[0041]

【数8】 φm(t)=φ{coswt−cos(wt−WT)} …(数8) (数7)のIP に含まれる1倍の変調周波数成分の振幅
は、sin4θIに比例するため、同期検出器18で発振器
17の出力に基づいてIP に含まれる1倍の変調周波数
成分の振幅を検出し、検出した振幅に基づいて導体5に
流れる電流を求めることができる。
Equation 8] φ m (t) = φ amplitude of 1 times the modulation frequency component included in the I P of {coswt-cos (wt-WT )} ... ( 8) (7) is proportional to Sin4shita I to order to detect the amplitude of the first time the modulation frequency component included in the I P based on the output of the oscillator 17 in synchronism detector 18 can determine the current flowing in the conductor 5 on the basis of the detected amplitude.

【0042】本実施例によれば、実施例2と同様の作用
効果が得られる。
According to this embodiment, the same functions and effects as those of the second embodiment can be obtained.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、簡単な構造で、センサ
ファイバの捩じれに起因する伝播光の位相の変化の影響
を抑制して、電流の測定精度を向上できる。
According to the present invention, the influence of the change in the phase of the propagating light due to the twisting of the sensor fiber can be suppressed with a simple structure, and the current measurement accuracy can be improved.

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

【図1】本発明の好適な一実施例である電流センサの構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a current sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】図1の偏波面保存ファイバ2a,2bにおける
直線偏光と、λ/4板3により得られる円偏光とを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing linearly polarized light in the polarization-maintaining fibers 2a and 2b in FIG. 1 and circularly polarized light obtained by a λ / 4 plate 3;

【図3】λ/4板3とセンサファイバ4との間にファラ
デー素子6を配置した例である。
FIG. 3 is an example in which a Faraday element 6 is arranged between a λ / 4 plate 3 and a sensor fiber 4;

【図4】本発明の他の実施例である電流センサの構成図
である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a current sensor according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例である電流センサの構成図
である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a current sensor according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2a,2b…偏波面保存ファイバ(PM
F)、3…λ/4板、4…センサファイバ、5…導体、
6…ファラデー素子、7…ファイバ、8…光検出器、9
…ローパスフィルタ(LPF)、10…減算器、11…
除算器。
1. Light source, 2a, 2b ... Polarization maintaining fiber (PM
F), 3 ... λ / 4 plate, 4 ... sensor fiber, 5 ... conductor,
6: Faraday element, 7: Fiber, 8: Photodetector, 9
... Low-pass filter (LPF), 10 ... Subtractor, 11 ...
Divider.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 勇 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・電機開発研究所内 Fターム(参考) 2G025 AA00 AA17 AB10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Isamu Sone 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi, Ltd. Electric Power and Electrical Development Laboratory 2G025 AA00 AA17 AB10

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】測定対象である電流が流れる導体に巻かれ
たセンサファイバと、前記センサファイバの一端から右
回り円偏光及び左回り円偏光を入射する手段と、前記セ
ンサファイバの他端側に配置され、かつ前記センサファ
イバを伝播した前記右回り円偏光及び前記左回り円偏光
の干渉強度を検出する光検出器と、前記光検出器によっ
て検出された干渉強度に基づいて前記導体に流れる電流
の電流値を求める手段とを備えたことを特徴とする電流
センサ。
1. A sensor fiber wound around a conductor through which a current to be measured flows, means for injecting right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light from one end of the sensor fiber, and the other end of the sensor fiber A photodetector that is disposed and detects the interference intensity of the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light that has propagated through the sensor fiber, and a current that flows through the conductor based on the interference intensity detected by the photodetector Means for determining the current value of the current sensor.
【請求項2】測定対象である電流が流れる導体に巻かれ
たセンサファイバと、前記センサファイバの一端から右
回り円偏光及び左回り円偏光を入射する手段と、前記セ
ンサファイバの他端側に配置され、かつ前記センサファ
イバを伝播した前記右回り円偏光及び前記左回り円偏光
を反射するミラーと、前記センサファイバにおいて前記
右回り円偏光及び前記左回り円偏光が入射される一端側
に配置され、かつ前記ミラーによって反射された後に前
記センサファイバを伝播した前記右回り円偏光及び前記
左回り円偏光の干渉強度を検出する光検出器と、前記光
検出器によって検出された干渉強度に基づいて前記導体
に流れる電流の電流値を求める手段とを備えたことを特
徴とする電流センサ。
2. A sensor fiber wound around a conductor through which a current to be measured flows, means for injecting clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light from one end of the sensor fiber, and the other end of the sensor fiber. A mirror disposed to reflect the clockwise circularly polarized light and the counterclockwise circularly polarized light that has propagated through the sensor fiber, and disposed at one end of the sensor fiber where the clockwise circularly polarized light and the counterclockwise circularly polarized light are incident; And a photodetector that detects the interference intensity of the clockwise circularly polarized light and the counterclockwise circularly polarized light that have propagated through the sensor fiber after being reflected by the mirror, based on the interference intensity detected by the photodetector. Means for calculating a current value of a current flowing through the conductor.
【請求項3】前記右回り円偏光及び前記左回り円偏光に
π/2の位相差を与える手段を備えたことを特徴とする
請求項1及び2のいずれかに記載の電流センサ。
3. A current sensor according to claim 1, further comprising means for giving a phase difference of π / 2 to said clockwise circularly polarized light and said counterclockwise circularly polarized light.
【請求項4】前記右回り円偏光及び前記左回り円偏光を
入射する手段は、直交2成分の直線偏光を右回り円偏光
及び左回り円偏光に変換する変換手段を有し、前記変換
手段は、前記直交2成分の直線偏光を伝播するファイバ
と主偏光軸が45°傾けられて接続され、かつ複屈折を
有するファイバであることを特徴とする請求項1乃至3
のいずれかに記載の電流センサ。
4. The means for injecting the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light includes a converting means for converting two-component orthogonally polarized light into right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light. Is a fiber that is connected to the fiber that propagates the orthogonal two-component linearly polarized light while the main polarization axis is inclined at 45 ° and has birefringence.
The current sensor according to any one of the above.
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