JP2001281272A - Current/magnetic field measuring apparatus - Google Patents

Current/magnetic field measuring apparatus

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JP2001281272A
JP2001281272A JP2000098820A JP2000098820A JP2001281272A JP 2001281272 A JP2001281272 A JP 2001281272A JP 2000098820 A JP2000098820 A JP 2000098820A JP 2000098820 A JP2000098820 A JP 2000098820A JP 2001281272 A JP2001281272 A JP 2001281272A
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JP
Japan
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current
magnetic field
faraday
light
ring laser
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Application number
JP2000098820A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Takahashi
正雄 高橋
Kiyohisa Terai
清寿 寺井
Masao Hori
政夫 堀
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current/magnetic field measuring apparatus utilizing the Faraday effect which permits measurement at a higher accuracy by eliminating effect of external magnetic fields along with a higher dynamic range. SOLUTION: A laser diode 1 is driven by an LD driver 2 to supply exciting light to a fiber laser. The light is guided to a coupler 4 with a transmission fiber 3 and further to a ring resonator 5 of a ring laser with the coupler 4. The ring resonator 5 is composed of an optical fiber containing a laser medium having a light amplifying action and wound on the circumference of a primary conductor 6 to be measured. Beat frequency generated in the ring laser by the Faraday effect is determined thereby obtaining a current value of the primary conductor 6.

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、光学素子の偏光特
性の変化を利用して物理量の変化を測定する光応用測定
装置に係り、特に、リングレーザなどのリング状の光路
を有する装置におけるファラデー効果を利用した電流・
磁界測定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measuring device for measuring a change in a physical quantity by using a change in a polarization characteristic of an optical element, and more particularly to a Faraday measurement device having a ring-shaped optical path such as a ring laser. Current using effect
The present invention relates to a magnetic field measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、光学素子の偏光特性の変化を
利用して物理量の変化を測定する光応用測定装置が種々
提案されている。この光応用測定装置は、電気ノイズの
影響を受けにくく、電気的な測定装置に比べて高ダイナ
ミックレンジ化が可能であるため、その開発に強い期待
が寄せられている。なかでも、コンパクトな光応用測定
装置として、光ファイバー電流計測器(以下、光CTと
いう)が注目されている。
2. Description of the Related Art Hitherto, there have been proposed various optical applied measuring devices for measuring a change in a physical quantity by utilizing a change in a polarization characteristic of an optical element. Since this optical applied measuring device is hardly affected by electric noise and can achieve a higher dynamic range than an electric measuring device, there is a strong expectation for its development. Above all, an optical fiber current measuring device (hereinafter referred to as an optical CT) has attracted attention as a compact optical applied measuring device.

【0003】光CTは、被測定電流が流れる導体に近接
して光ファイバーをセンサとして配置し、このセンサに
直線偏光の光を通過させ、被測定電流によって生じる磁
界によって偏波面が回転するファラデー効果を用いて電
流を測定するものであり、絶縁物で構成でき、飽和がな
いため直線性が高く、直流から高周波まで測定が可能
で、コンパクトに構成できるといった特長がある。
In the optical CT, an optical fiber is arranged as a sensor close to a conductor through which a current to be measured flows, and a linearly polarized light is passed through the sensor, and a Faraday effect in which a polarization plane is rotated by a magnetic field generated by the current to be measured. It is used to measure current, and it can be composed of an insulator, has high linearity because there is no saturation, can measure from DC to high frequency, and has the features of being compact.

【0004】また、上記ファラデー効果を信号として取
り出す方法としては、従来から偏波面回転方式と干渉方
式が提案されている。この偏波面回転方式は、ファラデ
ー効果によって偏波面が回転した光を、偏光子を用いて
一偏光成分のみ取り出して強度信号に変換するものであ
り、例えば、高橋正雄他"Optical Current Transformer
for Gas Insulated Switchgear using Silica Optical
Fiber" IEEE Transactions on Power Delivery V0l.1
2, No4, p1422にその方法が開示されており、既に実用
に供されている。
As a method for extracting the Faraday effect as a signal, a polarization plane rotation method and an interference method have been conventionally proposed. In this polarization plane rotation method, light whose polarization plane has been rotated due to the Faraday effect is extracted using a polarizer and converted into an intensity signal by extracting only one polarization component. For example, Masao Takahashi et al. "Optical Current Transformer
for Gas Insulated Switchgear using Silica Optical
Fiber "IEEE Transactions on Power Delivery V01.1
2, No. 4, p1422, the method is disclosed and has already been put to practical use.

【0005】一方、上記干渉方式は、ファラデー効果で
右回りと左回りの円偏光の伝播時間に差が生じるのを利
用し、右回りと左回りの光を干渉させて、この干渉光強
度から電流値を求めるものであり、例えばS.X Shor "Im
perfect Quater-Waveplate Compensation in Sagnac In
terferometer-Type Current Sensor" Journal of Light
wav Technology, Vol16, No.7, P1212にその実施例が開
示されている。
On the other hand, the above-mentioned interference method utilizes the fact that the propagation time of right-handed and left-handed circularly polarized light is generated due to the Faraday effect, and causes right-handed and left-handed light to interfere with each other. For calculating the current value, for example, SX Shor "Im
perfect Quater-Waveplate Compensation in Sagnac In
terferometer-Type Current Sensor "Journal of Light
The embodiment is disclosed in wav Technology, Vol 16, No. 7, P1212.

【0006】これら偏波面回転方式と干渉方式は、どち
らも光を用いるため、電気ノイズの影響を受けにくく、
電気的な計測器に対して高ダイナミックレンジ化が期待
できるが、強度信号を用いているため、検出器部分での
電気ノイズやドリフトによってダイナミックレンジが制
限され、近年では更なる高ダイナミックレンジ化が求め
られている。
[0006] Since both the polarization plane rotation method and the interference method use light, they are hardly affected by electric noise.
Although a high dynamic range can be expected for electrical measuring instruments, the use of intensity signals limits the dynamic range due to electrical noise and drift at the detector. It has been demanded.

【0007】一方、光CTの出力信号として、強度信号
ではなく、レーザの発振周波数の差を用いて高精度化を
図ろうとする研究が行われている。これはMyung Lae Le
eら"A polarimetric current sensor using an orthogo
nally polarized dual-frequency fiber laser" Meas.
Sci. Technol.,Vol.9,p 952にその方法が開示されてい
る。このファイバーレーザを利用した光CTの構成を図
9に示す。
On the other hand, researches have been made to improve the accuracy by using the difference in the oscillation frequency of the laser instead of the intensity signal as the output signal of the optical CT. This is Myung Lae Le
e et al "A polarimetric current sensor using an orthogo
nally polarized dual-frequency fiber laser "Meas.
Sci. Technol., Vol. 9, p 952 discloses the method. FIG. 9 shows the configuration of an optical CT using this fiber laser.

【0008】すなわち、図9に示した光CTにおいて
は、送信ファイバー3により励起光が伝播され、WDM
カップラー26を通って、測定対象である1次導体6の
周囲にコイル状に巻回されたファイバー増幅器11内に
励起光が入力されるようにファイバーレーザ29が構成
されている。このファイバーレーザ29は、ファイバー
増幅器11とファラデー回転鏡によるリヤミラー27及
び出力ミラー28よりなる共振器で構成されており、共
振器の光学長によって決まる共振周波数でレーザ発振が
行われ、ファイバーレーザ29内には1次導体6を中心
として右回りと左回りの円偏光が生じる。
[0010] That is, in the optical CT shown in FIG.
The fiber laser 29 is configured so that the excitation light is input through the coupler 26 into the fiber amplifier 11 wound in a coil around the primary conductor 6 to be measured. The fiber laser 29 includes a resonator including a fiber amplifier 11, a rear mirror 27 including a Faraday rotating mirror, and an output mirror 28. Laser oscillation is performed at a resonance frequency determined by the optical length of the resonator. Generates clockwise and counterclockwise circularly polarized light around the primary conductor 6.

【0009】そして、測定対象である1次導体6に電流
が通電されると、このファイバーレーザに磁界が加わ
り、ファラデー効果によって右回りの円偏光と左回りの
円偏光の間で屈折率が変化することとなる。共振器の光
学長はn・l(n:屈折率、l:ファイバー共振器長)
で表されるので、右回りの円偏光と左回りの円偏光の間
で共振器長に差が生じることとなり、結果として、偏光
子15を透過してきた出力光からは両発振周波数のビー
ト信号が観測される。このビート周波数は、加えた磁界
(電流)の大きさに比例することから、ビート周波数を
測定することによって電流を求めることができる。一般
に、周波数信号は強度信号より高いダイナミックレンジ
を得やすいことから、図9に示した光CTは、高ダイナ
ミックレンジの電流計測が期待される手法である。
When a current is applied to the primary conductor 6 to be measured, a magnetic field is applied to the fiber laser, and the refractive index changes between clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light due to the Faraday effect. Will be done. The optical length of the resonator is n · l (n: refractive index, l: fiber resonator length)
Therefore, there is a difference in the resonator length between the clockwise circularly polarized light and the counterclockwise circularly polarized light. As a result, the output light transmitted through the polarizer 15 generates a beat signal of both oscillation frequencies. Is observed. Since the beat frequency is proportional to the magnitude of the applied magnetic field (current), the current can be obtained by measuring the beat frequency. In general, a frequency signal is more likely to obtain a higher dynamic range than an intensity signal. Therefore, the optical CT shown in FIG. 9 is a method in which current measurement in a high dynamic range is expected.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の光CTには、以下に述べるような解決す
べき課題があった。すなわち、強度信号を用いた光CT
では、原理的にダイナミックレンジを大きくできず、ま
た、発振周波数を用いた光CTでは、高ダイナミックレ
ンジ化が期待できるが、その構成上、リヤミラー27と
出力ミラー28を全く同じ位置に置くことは困難であ
り、完全に閉ループ化できないことによる誤差が生じ、
外部磁界の影響を受けて、高精度化が困難であるという
問題点があった。
However, the conventional optical CT as described above has problems to be solved as described below. That is, the optical CT using the intensity signal
Therefore, the dynamic range cannot be increased in principle, and a high dynamic range can be expected in the optical CT using the oscillation frequency. However, due to the configuration, it is difficult to arrange the rear mirror 27 and the output mirror 28 at exactly the same position. Difficult, and errors due to inability to completely close
There is a problem that it is difficult to achieve high accuracy under the influence of an external magnetic field.

【0011】本発明は、上記のような従来技術の欠点を
解消するために提案されたものであり、その目的は、高
ダイナミックレンジ化を図ると共に、外部磁界の影響を
排除して高精度の測定を可能としたファラデー効果を利
用した電流・磁界測定装置を提供することにある。
The present invention has been proposed to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and has as its object the purpose of achieving a high dynamic range and eliminating the influence of an external magnetic field to achieve high precision. It is an object of the present invention to provide a current / magnetic field measuring device using the Faraday effect that enables measurement.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、リングレーザを電流・磁界検
出センサーとして用いたことを特徴とする。この請求項
1に記載の発明によれば、測定対象の近傍に配置したリ
ングレーザに生じるファラデー効果を利用して電流ある
いは磁界を測定することにより、電流あるいは磁界のセ
ンサーである共振器を完全ループ構造とし、外部磁界の
影響を受けない計測が可能となる。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is characterized in that a ring laser is used as a current / magnetic field detection sensor. According to the first aspect of the present invention, the current or the magnetic field is measured by utilizing the Faraday effect generated in the ring laser disposed near the object to be measured, so that the resonator as the current or magnetic field sensor is completely looped. With this structure, measurement can be performed without being affected by an external magnetic field.

【0013】請求項2の発明は、リングレーザ内に向流
伝播する2方向のレーザ光を生じさせ、これら2方向の
レーザ光と測定対象との間で働くファラデー効果によっ
て、前記2方向のレーザ光間の発振周波数の差から発生
するビート周波数に基づいて、測定対象の電流又は磁界
を計測することを特徴とする。この請求項2に記載の発
明によれば、ファラデー効果によって、リングレーザの
光路長は右回りの円偏光と左回りの円偏光の間で光路差
が生じその共振周波数が異なることとなり、リングレー
ザの発振周波数も、右回りと左回りの円偏光で異なる発
振周波数で発振することとなる。そのため、右回りの円
偏光と左回りの円偏光の間でビートが生じ、このビート
周波数は測定対象に通電された電流値に比例するため、
このビート周波数を求めることによって、測定対象の電
流値を求めることができる。
According to a second aspect of the present invention, a laser beam is generated in two directions which propagate countercurrently in a ring laser, and the laser beam in the two directions is generated by the Faraday effect acting between the laser beam in the two directions and the object to be measured. It is characterized in that a current or a magnetic field to be measured is measured based on a beat frequency generated from a difference in oscillation frequency between light beams. According to the second aspect of the present invention, due to the Faraday effect, the optical path length of the ring laser has an optical path difference between right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light, and the resonance frequency thereof is different. Also oscillate at different oscillation frequencies for clockwise and counterclockwise circularly polarized light. Therefore, a beat is generated between the clockwise circularly polarized light and the counterclockwise circularly polarized light, and the beat frequency is proportional to the current value applied to the measurement target.
By determining the beat frequency, the current value of the measurement target can be determined.

【0014】請求項3の発明は、請求項2に記載の電流
・磁界測定装置において、前記リングレーザに電流又は
磁界の測定値検出器を複数カ所設け、これら複数の検出
器のそれぞれからリングレーザ内を周回するレーザ光を
リングレーザ外部に取り出すことを特徴とする。この請
求項3に記載の発明によれば、測定装置上の任意の点か
ら出力を得ることができることを利用したものであり、
測定装置の出力を利用する複数の機器に対し、最小の配
線で信号を供給することが可能である。
According to a third aspect of the present invention, in the current / magnetic field measuring apparatus according to the second aspect, the ring laser is provided with a plurality of current or magnetic field measurement value detectors, and each of the plurality of detectors detects a ring laser. It is characterized in that the laser light circulating inside is taken out of the ring laser. According to the invention described in claim 3, the fact that an output can be obtained from an arbitrary point on the measuring device is used,
Signals can be supplied to a plurality of devices using the output of the measuring device with minimum wiring.

【0015】請求項4の発明は、請求項1、請求項2又
は請求項3記載の電流・磁界測定装置において、前記リ
ングレーザが、光ファイバーにより構成されていること
を特徴とする。この請求項4に記載の発明によれば、リ
ングレーザをファイバーで構成することにより、光路が
常に安定で、温度などの擾乱による不安定性を受けずに
高精度な測定が可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the current / magnetic field measuring apparatus according to the first, second, or third aspect, the ring laser is constituted by an optical fiber. According to the fourth aspect of the present invention, since the ring laser is composed of fibers, the optical path is always stable, and high-precision measurement can be performed without being affected by instability due to disturbance such as temperature.

【0016】請求項5の発明は、請求項4に記載の電流
・磁界測定装置において、前記リングレーザを構成する
光ファイバーに、捻りが加えられていることを特徴とす
る。この請求項5に記載の発明によれば、センサーとな
る光ファイバーに捻りを加えることによって、ファイバ
ーの固有伝播モードを円偏光とすることができ、円偏光
の屈折率変化を用いる本計測器の精度を高めることがで
きる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the current / magnetic field measuring apparatus according to the fourth aspect, the optical fiber constituting the ring laser is twisted. According to the fifth aspect of the present invention, by twisting the optical fiber serving as the sensor, the natural propagation mode of the fiber can be circularly polarized light, and the accuracy of the measuring instrument using the change in the refractive index of the circularly polarized light can be improved. Can be increased.

【0017】請求項6の発明は、請求項4に記載の電流
・磁界測定装置において、前記リングレーザを構成する
光ファイバーの少なくとも一部が、光増幅作用を有する
ファイバーより構成されていることを特徴とする。この
請求項6の発明によれば、ファラデー効果を受けるセン
サー部にレーザ媒質をドーピングする必要がないため、
使用できるファイバー材料の種類が制限されず、任意の
感度を持った電流測定装置の設計が容易となる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the current / magnetic field measuring apparatus according to the fourth aspect, at least a part of the optical fiber constituting the ring laser is constituted by a fiber having an optical amplification function. And According to the invention of claim 6, since it is not necessary to dope a laser medium into the sensor section which receives the Faraday effect,
The type of fiber material that can be used is not limited, and the design of a current measuring device having an arbitrary sensitivity is facilitated.

【0018】請求項7の発明は、請求項1、請求項2、
請求項3、請求項4、請求項5又は請求項6に記載の電
流・磁界測定装置において、リングレーザの光路の一部
に、光ファィバーからなるファラデー素子が設けられて
いることを特徴とする。この請求項7に記載の発明によ
れば、リングレーザの一部のみがファラデー素子となっ
ているので、その部分に近接して測定対象を配置するこ
とにより、他の部分でのファラデー効果による検出誤差
を低減することができる。
The invention according to claim 7 is based on claim 1, claim 2,
The current / magnetic field measuring apparatus according to claim 3, 4, 5, or 6, wherein a Faraday element comprising an optical fiber is provided in a part of an optical path of the ring laser. . According to the seventh aspect of the present invention, since only a part of the ring laser is a Faraday element, by arranging the measurement target close to the part, the other part is detected by the Faraday effect. Errors can be reduced.

【0019】請求項8の発明は、請求項1、請求項2、
請求項3、請求項4、請求項5、請求項6又は請求項7
に記載の電流・磁界測定装置において、前記リングレー
ザの光路の一部が偏波面保存ファイバーから構成され、
前記ファラデー素子の両側に位相差板が設けられている
ことを特徴とする。この請求項8に記載の発明によれ
ば、センサー部分以外の光路を偏波面保存ファイバーで
構成することによって、センサー以外でのファラデー効
果による偏波面の回転を防ぎ、高精度の測定が可能であ
る。
The invention according to claim 8 is based on claim 1, claim 2,
Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, or Claim 7
In the current and magnetic field measurement device according to the above, a part of the optical path of the ring laser is configured from a polarization maintaining fiber,
A phase difference plate is provided on both sides of the Faraday element. According to the eighth aspect of the invention, by configuring the optical path other than the sensor portion with the polarization maintaining fiber, the rotation of the polarization plane due to the Faraday effect other than the sensor is prevented, and highly accurate measurement is possible. .

【0020】請求項9の発明は、請求項7又は請求項8
に記載の電流・磁界測定装置において、前記リングレー
ザの光路の少なくとも一部に偏光子が設けられ、前記フ
ァラデー素子の両側に位相差板が設けられていることを
特徴とする。この請求項9に記載の発明によれば、セン
サーの両端に位相差板を配置することによって、センサ
ー部分は円偏光、その他のファイバー部分には直線偏光
を伝播させ、さらにリングレーザの一部に偏光子を挿入
することによって、この直線偏光が複屈折によって楕円
偏光となったり、また、センサー以外でのファラデー回
転によって回転した成分を除去し、本来の信号成分であ
るセンサー中で右及び左回りとなる偏光成分のみを取り
出し、高精度測定が可能となる。
The invention of claim 9 is the invention of claim 7 or 8.
Wherein the polarizer is provided on at least a part of the optical path of the ring laser, and a phase difference plate is provided on both sides of the Faraday element. According to the ninth aspect of the present invention, by arranging retardation plates at both ends of the sensor, the sensor portion transmits circularly polarized light, the other fiber portions transmit linearly polarized light, and further transmits a part of the ring laser. By inserting a polarizer, this linearly polarized light becomes elliptically polarized light due to birefringence, and the component rotated by Faraday rotation other than the sensor is removed. Only the polarized light component which is obtained is taken out, and high precision measurement becomes possible.

【0021】請求項10の発明は、請求項8又は請求項
9に記載の電流・磁界測定装置において、前記位相差板
により生じる位相差が、1/4λであることを特徴とす
る。この請求項10に記載の発明によれば、位相差板に
より生じる位相差を1/4・λとすることによって、直
線偏光を正確に円偏光にすることができ、高精度の測定
が可能である。
According to a tenth aspect of the present invention, in the current / magnetic field measuring apparatus according to the eighth or ninth aspect, a phase difference generated by the phase difference plate is 4λ. According to the tenth aspect, by setting the phase difference generated by the phase difference plate to 円 · λ, linearly polarized light can be accurately converted to circularly polarized light, and high-precision measurement is possible. is there.

【0022】請求項11の発明は、請求項1、請求項
2、請求項3、請求項4、請求項6、請求項7、請求項
8、請求項9又は請求項10に記載の電流・磁界測定装
置において、リングレーザの光路中に、少なくとも2以
上のファラデー素子と、各ファラデー素子間を直列に接
続する手段を設け、前記ファラデー素子間を直列に接続
する手段に、ある特定の偏光のみを透過又は減衰するよ
うに、透過率の偏光依存性を持たせたことを特徴とす
る。この請求項11に記載の発明によれば、リング共振
器中に少なくとも2素子以上のファラデー素子と、各フ
ァラデー素子間を直列に光を結合する手段を備え、この
ファラデー素子間を直列に接続する手段にある特定の偏
光のみ透過、又は減衰するように、透過率の偏光依存性
を持たせたことを特徴としており、2つ以上のファラデ
ー素子の和電流及び差電流を測定するときに、ファラデ
ー素子間での偏光の変化による影響を、ある偏光成分の
み取り出す手段を用いることで除去することができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided an electric power supply according to any one of the first, second, third, fourth, sixth, seventh, eighth, ninth and tenth aspects. In the magnetic field measuring apparatus, at least two or more Faraday elements are provided in the optical path of the ring laser, and a means for connecting the Faraday elements in series is provided. Is characterized in that the transmittance has a polarization dependency so that the light is transmitted or attenuated. According to the eleventh aspect of the present invention, at least two or more Faraday elements are provided in the ring resonator, and means for coupling light in series between the Faraday elements is provided, and the Faraday elements are connected in series. The means is characterized by having a polarization dependence of transmittance so that only a specific polarized light is transmitted or attenuated. When measuring the sum current and the difference current of two or more Faraday elements, The effect of the change in polarization between the elements can be eliminated by using a means for extracting only a certain polarization component.

【0023】請求項12の発明は、2素子以上のファラ
デー素子を備えたリング状の光路を有し、被測定電流が
誘起する磁場の影響を受ける位置に配置されたファラデ
ー素子によるファラデー効果を利用して、当該ファラデ
ー素子内を伝播する2つの光波間の位相差から電流の強
度を測定する光電流測定装置において、光源と、2素子
以上のファラデー素子と、前記光源から導かれた光を2
つに分離する手段と、前記2つに分離された光を前記フ
ァラデー素子に結合する手段と、前記各ファラデー素子
間を直列に結合する手段と、前記ファラデー素子を出射
した2つの光を再結合する手段と、再結合した光の強度
を測定する手段を備え、前記ファラデー素子間を直列に
結合する手段において、ある特定の偏光のみ透過又は減
衰するように透過率の偏光依存性を持たせたことを特徴
とする。この請求項12に記載の発明によれば、干渉型
の電流測定装置においても前記請求項12に記載した発
明と同様に、高精度の和又は差電流の測定が可能であ
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, a ring-shaped optical path having two or more Faraday elements is used, and the Faraday effect of a Faraday element arranged at a position affected by a magnetic field induced by a current to be measured is used. Then, in a photocurrent measuring device that measures the intensity of current from the phase difference between two light waves propagating in the Faraday element, a light source, two or more Faraday elements, and light guided from the light source are separated by two.
Means for separating the two lights into two, means for connecting the two separated lights to the Faraday element, means for connecting the respective Faraday elements in series, and recombination of the two lights emitted from the Faraday element. And a means for measuring the intensity of the recombined light, wherein the means for coupling the Faraday elements in series has a polarization dependence of transmittance so that only specific polarized light is transmitted or attenuated. It is characterized by the following. According to the twelfth aspect of the invention, the sum or difference current can be measured with high accuracy in the interference-type current measurement device, as in the twelfth aspect of the invention.

【0024】請求項13の発明は、請求項11又は請求
項12に記載の光電流測定装置において、前記ファラデ
ー素子間を直列に結合する手段に、偏光子を配置したこ
とを特徴とする。この請求項13に記載の発明によれ
ば、偏光子の消光比は例えば60dB程度が容易に得ら
れるので、偏波の変化を十分に除去して、高精度の測定
が可能である。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the photocurrent measuring device according to the eleventh or twelfth aspect, a polarizer is disposed in the means for connecting the Faraday elements in series. According to the thirteenth aspect, since the extinction ratio of the polarizer can be easily obtained, for example, about 60 dB, it is possible to sufficiently remove the change in the polarization and perform the measurement with high accuracy.

【0025】請求項14の発明は、請求項13に記載の
光電流測定装置において、前記偏光子を、前記ファラデ
ー素子の近傍に配置したことを特徴とする。この請求項
14に記載の発明によれば、偏光子をファラデーセンサ
ー近傍に配置したことにより、偏光子とファラデー素子
間での偏光の乱れを最小にし、高精度の測定が可能であ
る。
According to a fourteenth aspect, in the photocurrent measuring device according to the thirteenth aspect, the polarizer is arranged near the Faraday element. According to the fourteenth aspect of the present invention, since the polarizer is disposed near the Faraday sensor, the disturbance of polarization between the polarizer and the Faraday element is minimized, and high-precision measurement is possible.

【0026】請求項15の発明は、請求項12、請求項
13又は請求項14に記載の光電流測定装置において、
前記ファラデー素子間を直列に結合する手段において、
偏波面保存ファイバーにより偏波面を保存しないことを
特徴とする。この請求項15に記載の発明によれば、フ
ァラデー素子間を直列に結合する手段に偏波面保存ファ
イバーを使用していないので、偏波面保存ファイバーの
軸を偏光と合わせる煩わしさと、このときの角度設定誤
差による電流測定の誤差を除去することができる。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the photocurrent measuring device according to the twelfth, thirteenth or fourteenth aspect,
In the means for coupling the Faraday elements in series,
The polarization plane is not preserved by the polarization plane preserving fiber. According to the fifteenth aspect of the present invention, since the polarization maintaining fiber is not used for the means for connecting the Faraday elements in series, the trouble of adjusting the axis of the polarization maintaining fiber to the polarization and the angle at this time are eliminated. An error in current measurement due to a setting error can be eliminated.

【0027】請求項16の発明は、請求項12、請求項
13、請求項14又は請求項15に記載の光電流測定装
置において、前記ファラデー素子間を直列に結合する手
段に、偏光解消子を配置したことを特徴とする。この請
求項16に記載の発明によれば、偏光解消子と偏光子を
用いることによって、ファラデー素子間には光量の安定
した直線偏波が伝播し、高精度測定が可能となる。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the photocurrent measuring device according to the twelfth, thirteenth, fourteenth, or fifteenth aspect, a means for coupling the Faraday elements in series includes a depolarizer. It is characterized by being arranged. According to the sixteenth aspect, by using the depolarizer and the polarizer, a linearly polarized light having a stable light amount propagates between the Faraday elements, and high-precision measurement can be performed.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以
下、実施形態という)について、図面を参照して具体的
に説明する。
Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be specifically described below with reference to the drawings.

【0029】(1)第1実施形態 図1は、本発明による電流測定装置の第1実施形態の構
成を示す概略図である。すなわち、レーザダイオード1
は、LDドライバー2で駆動され、ファイバーレーザに
励起用の光を供給するように構成されている。そして、
この光は、送信ファイバー3によりカップラー4に導か
れ、さらにカップラー4によってリングレーザのリング
共振器5へ導入される。このリング共振器5は、例え
ば、ネオジウムやエルビウム等の、励起光を入射するこ
とによって光の増幅作用を持つレーザ媒質を含んだ光フ
ァイバーで構成され、測定対象となる1次導体6の周り
に巻回されている。この場合、本実施形態においては、
リング共振器5はレーザ媒質を含んだ単一素材の光ファ
イバーで構成されており、リング全長に渡って光増幅作
用を有している。また、光ファィバーとしては、直線複
屈折を持たないものを使用し、発振したレーザ光が円偏
波するものを用いる。
(1) First Embodiment FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a first embodiment of a current measuring device according to the present invention. That is, the laser diode 1
Are driven by the LD driver 2 to supply excitation light to the fiber laser. And
This light is guided by the transmission fiber 3 to the coupler 4, and further introduced into the ring resonator 5 of the ring laser by the coupler 4. The ring resonator 5 is composed of an optical fiber including a laser medium having a function of amplifying light by entering excitation light, such as neodymium or erbium, and is wound around a primary conductor 6 to be measured. Has been turned. In this case, in this embodiment,
The ring resonator 5 is composed of a single material optical fiber containing a laser medium, and has an optical amplifying action over the entire length of the ring. Further, as the optical fiber, one having no linear birefringence is used, and one in which the oscillated laser light is circularly polarized is used.

【0030】このような構成のリングレーザにおいて、
送信ファイバー3及びカップラー4を介して、光ファィ
バーで構成されたリング共振器5に十分な励起光が与え
られたときには、リング共振器5の光路長Lによって定
まる共振周波数でリングレーザが発振し、リング共振器
5内には右回りと左回りのレーザ光(円偏光)が周回す
る。
In the ring laser having such a configuration,
When sufficient excitation light is given to the ring resonator 5 composed of an optical fiber via the transmission fiber 3 and the coupler 4, the ring laser oscillates at a resonance frequency determined by the optical path length L of the ring resonator 5, Clockwise and counterclockwise laser light (circularly polarized light) circulates in the ring resonator 5.

【0031】このような状態の下で、リング共振器5の
中心に配置された1次導体6に電流が通電されると、フ
ァラデー効果によって、リングレーザの光路長は右回り
の円偏光と左回りの円偏光の間で光路差が生じ、その光
路長はそれぞれL+δ、L−δとなる。このため、右回
りと左回りの円偏光の共振周波数が異なることとなり、
リングレーザの発振周波数も、右回りと左回りの円偏光
で異なる発振周波数で発振することとなるため、右回り
の円偏光と左回りの円偏光の間でビートが生じることと
なる。このビート周波数は、1次導体6に通電された電
流値に比例するため、このビート周波数を求めることに
よって、1次導体6の電流値を求めることができる。す
なわち、カップラー4から発振光を取り出し、受光ファ
イバー7で検出器8まで導き、検出器8でこの光を光電
変換し、増幅器9で増幅を行った後に、スペクトラムア
ナライザー10でビート周波数を測定している。
Under such a condition, when a current is applied to the primary conductor 6 disposed at the center of the ring resonator 5, the optical path length of the ring laser becomes right-handed circularly polarized light and left-handed due to the Faraday effect. An optical path difference occurs between the surrounding circularly polarized lights, and the optical path lengths are L + δ and L−δ, respectively. For this reason, the clockwise and counterclockwise circularly polarized light has different resonance frequencies,
Since the oscillation frequency of the ring laser also oscillates at different oscillation frequencies for right-handed and left-handed circularly polarized light, a beat occurs between right-handed and left-handed circularly polarized light. Since the beat frequency is proportional to the value of the current supplied to the primary conductor 6, the current value of the primary conductor 6 can be determined by determining the beat frequency. That is, the oscillated light is extracted from the coupler 4, guided to the detector 8 by the light receiving fiber 7, photoelectrically converted by the detector 8, amplified by the amplifier 9, and then the beat frequency is measured by the spectrum analyzer 10. I have.

【0032】このように、本実施形態の電流測定装置に
おいては、出力信号としてビート周波数を用いているの
で、ダイナミックレンジを大きく取ることが容易で、且
つ、ファラデー効果を受けるセンサー部分がループ構造
とされて完全に閉じているため、原理的に外部磁界の影
響を受けず、高精度化が可能である。また、センサーと
して光ファイバーを用いているので、光路を全てファイ
バーあるいは導波路とすることが容易であり、バルク部
品にあるような位置ずれによる光量の不安定などが生じ
ず、高精度化が容易である。
As described above, in the current measuring device of the present embodiment, since the beat frequency is used as the output signal, it is easy to obtain a large dynamic range, and the sensor portion which receives the Faraday effect has a loop structure. Since it is closed completely, it is not affected by an external magnetic field in principle, and high precision can be achieved. In addition, since the optical fiber is used as the sensor, it is easy to use all the optical paths as fibers or waveguides. is there.

【0033】ところで、センサーとして用いる光ファイ
バーに、光弾性効果の大きい媒質を使用すると、ファイ
バーをループ状に巻くことによって直線複屈折を生じる
こととなる。このように大きな直線複屈折を生じたファ
イバーでは、光ファイバーの伝播モードが、直線複屈折
の軸に一致した直交した2つの直線偏光となり、ファラ
デー効果による旋光性を加えても円偏波は伝播せず、結
果としてビート周波数は直交した2つの直線偏光の周波
数差が観測されるのみで、1次導体に電流を通電して
も、その周波数は変化しない。
When a medium having a large photoelastic effect is used for an optical fiber used as a sensor, linear birefringence is generated by winding the fiber in a loop. In a fiber with such a large linear birefringence, the propagation mode of the optical fiber is two orthogonal linearly polarized lights that coincide with the axis of the linear birefringence. Even if optical rotation due to the Faraday effect is added, circularly polarized waves will propagate. However, as a result, only the frequency difference between two orthogonal linearly polarized lights is observed as the beat frequency, and the frequency does not change even if a current is applied to the primary conductor.

【0034】このような直線複屈折の影響を除去する方
法としては、ファイバーに捻りを加えることが効果的で
あることが知られている。ファイバーに捻りを加える
と、その伝播モードは円複屈折となり、効果的にファラ
デー効果による旋光を捉えることができる。このときに
使用する光ファイバーは、直線複屈折を持たないファイ
バーでも、あるいは高複屈折ファイバーでも良く、直線
複屈折に対し、十分な捻りを加えることで、伝播モード
を円偏波にすることができる。
As a method of removing the influence of such linear birefringence, it is known that twisting the fiber is effective. When the fiber is twisted, the propagation mode becomes circular birefringence, and the optical rotation due to the Faraday effect can be effectively captured. The optical fiber used at this time may be a fiber having no linear birefringence or a high birefringence fiber, and by applying a sufficient twist to the linear birefringence, the propagation mode can be circularly polarized. .

【0035】(2)第2実施形態 図2は、本発明による電流測定装置の第2実施形態の構
成を示す概略図である。なお、図2において、レーザダ
イオード1からスペクトラムアナライザー10までは、
図1と同一であるので、説明は省略する。すなわち、本
実施形態の電流測定装置においては、リング共振器5中
に複数のカップラー4が設けられ、複数の検出器8に光
が取り出されるように構成されている。
(2) Second Embodiment FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a second embodiment of the current measuring device according to the present invention. In FIG. 2, from the laser diode 1 to the spectrum analyzer 10,
The description is omitted because it is the same as FIG. That is, in the current measuring device of the present embodiment, the plurality of couplers 4 are provided in the ring resonator 5, and the light is extracted to the plurality of detectors 8.

【0036】このような構成を有する本実施形態におい
ては、リング共振器5中に複数の光の取り出し口を設け
ても、取り出せるビート周波数は変化せず、上記第1実
施形態と同様の高精度な測定が可能である。すなわち、
従来の光電流測定装置においては、センサーからの光の
取り出し口は常に1点となってしまい、複数の検出器を
設けたいときには、そこから別々に光ファイバーを敷設
する必要があり、光ファイバーの敷設本数の増加を引き
起こしていた。しかし、本実施形態の電流測定装置によ
れば、リング共振器中の任意の点から、任意の分岐数の
光を取り出すことが可能となり、構成が単純化され、コ
ストの低減と信頼性の向上が可能となる。
In the present embodiment having such a configuration, even if a plurality of light extraction ports are provided in the ring resonator 5, the beat frequency that can be extracted does not change, and the same high precision as in the first embodiment is obtained. Measurement is possible. That is,
In the conventional photocurrent measuring device, the light outlet from the sensor is always one point, and when it is desired to provide a plurality of detectors, it is necessary to separately lay optical fibers from there. Was causing an increase. However, according to the current measuring device of the present embodiment, it is possible to extract light of an arbitrary number of branches from an arbitrary point in the ring resonator, which simplifies the configuration, reduces cost and improves reliability. Becomes possible.

【0037】(3)第3実施形態 図3は、本発明による電流測定装置の第3実施形態の構
成を示す概略図である。なお、図3において、レーザダ
イオード1からスペクトラムアナライザー10までは、
図1と同一であるので、説明は省略する。
(3) Third Embodiment FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a third embodiment of the current measuring device according to the present invention. In FIG. 3, from the laser diode 1 to the spectrum analyzer 10,
The description is omitted because it is the same as FIG.

【0038】上記第1実施形態及び第2実施形態の電流
測定装置においては、リング共振器は単一素材の光ファ
イバーで構成されリング全長に渡って光増幅作用を有し
ていたが、本実施形態の電流測定装置においては、カッ
プラー4の入射部近辺に光増幅作用を有する光ファイバ
ー増幅器11が配置されている。また、リングレーザの
光路の一部に、ファラデー効果を有する光ファイバーに
より構成されたファラデー素子14が設けられている。
このファラデー素子14には円偏波が伝播することが必
要であるため、ファラデー素子14の両端には、位相差
板である1/4λ板13が配設されている。
In the current measuring devices of the first and second embodiments, the ring resonator is composed of an optical fiber of a single material and has an optical amplification function over the entire length of the ring. In the current measuring device described above, an optical fiber amplifier 11 having an optical amplifying function is arranged near the entrance of the coupler 4. Further, a Faraday element 14 composed of an optical fiber having a Faraday effect is provided in a part of the optical path of the ring laser.
Since the Faraday element 14 needs to propagate a circularly polarized wave, a 4λ plate 13 as a phase difference plate is provided at both ends of the Faraday element 14.

【0039】前記光ファイバー増幅器11及びセンサー
部以外の光ファイバーとして、偏波面保存ファイバー1
2が用いられている。このため、このリングレーザ中で
は、偏波面保存ファイバー12の複屈折の軸に一致し
た、直交する2つの偏波の光でレーザが発振することと
なる。
As the optical fibers other than the optical fiber amplifier 11 and the sensor section, the polarization maintaining fiber 1
2 is used. Therefore, in this ring laser, the laser oscillates with light of two orthogonal polarizations that match the axis of birefringence of the polarization-maintaining fiber 12.

【0040】このような構成を有する本実施形態の電流
測定装置においては、ファラデー効果を受けるセンサー
部にレーザ媒質をドーピングする必要がないため、使用
できるファイバー材料の種類が制限されず、任意の感度
を持った電流測定装置の設計が容易となる。ただし、こ
の場合、センサー部以外でのファラデー効果はむしろ誤
差となって観測されるため、逆にファラデー効果を受け
ないようにする工夫が必要である。そのため、本実施形
態においては、光ファイバー増幅器11のファイバー長
を、リング共振器の共振器長に対して短く設定し、増幅
器部でのファラデー効果を小さくしている。
In the current measuring device of this embodiment having such a configuration, it is not necessary to dope a laser medium into the sensor section which is subjected to the Faraday effect. This facilitates the design of a current measurement device having However, in this case, since the Faraday effect in portions other than the sensor section is observed as an error, it is necessary to contrarily avoid the Faraday effect. Therefore, in the present embodiment, the fiber length of the optical fiber amplifier 11 is set shorter than the length of the ring resonator to reduce the Faraday effect in the amplifier section.

【0041】また、増幅部及びセンサー部以外の光ファ
イバーとして、偏波面保存ファイバー12を使用してい
るため、このリングレーザ中では偏波面保存ファイバー
の複屈折の軸に一致した、直交する2つの偏波の光でレ
ーザが発振することとなる。また、センサー部であるフ
ァラデー素子14は、ファラデー効果を持った光ファイ
バーで構成され、1次導体6に流れた電流を測定するよ
うに構成されているが、このときに、ファラデー素子1
4には円偏波が伝播することが必要であるため、ファラ
デー素子14の両端に1/4λ板13を配置し、偏波面
保存ファイバー12を出射した直線偏光を円偏光にし
て、ファラデー素子14に伝播させている。
Since the polarization preserving fiber 12 is used as an optical fiber other than the amplification section and the sensor section, two orthogonal polarization axes which coincide with the birefringence axis of the polarization preserving fiber in this ring laser. The laser oscillates with the light of the wave. Further, the Faraday element 14 as a sensor unit is formed of an optical fiber having a Faraday effect and is configured to measure a current flowing through the primary conductor 6. At this time, the Faraday element 1
Since it is necessary for the Faraday element 4 to propagate a circularly polarized wave, 1 / λ plates 13 are arranged at both ends of the Faraday element 14, the linearly polarized light emitted from the polarization plane preserving fiber 12 is converted into a circularly polarized light, Has been propagated to.

【0042】なお、本実施形態においては、他相磁界の
影響を低くするために、リングレーザの中心部に1次導
体6を配置する代わりに、ファラデー素子の周りにのみ
1次導体6を巻回して電流を周回させることも有効であ
る。また、本実施形態の測定装置は、そのまま磁界の測
定装置としても成り立ち、ファラデー素子部分での磁界
の計測に用いることもできる。
In this embodiment, in order to reduce the influence of the other phase magnetic field, the primary conductor 6 is wound only around the Faraday element instead of disposing the primary conductor 6 at the center of the ring laser. It is also effective to rotate the current to make it circulate. Further, the measuring device of the present embodiment can also be used as a magnetic field measuring device as it is, and can be used for measuring a magnetic field at the Faraday element.

【0043】(4)第4実施形態 図4は、本発明による電流測定装置の第4実施形態の構
成を示す概略図である。なお、図4において、レーザダ
イオード1からスペクトラムアナライザー10までは、
図1と同一であり、ファイバー増幅器11、偏波面保存
ファイバー12、1/4λ板13、ファラデー素子14
については、図3と同一であるので、説明を省略する。
(4) Fourth Embodiment FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a fourth embodiment of the current measuring device according to the present invention. In FIG. 4, from the laser diode 1 to the spectrum analyzer 10,
As shown in FIG. 1, a fiber amplifier 11, a polarization preserving fiber 12, a λλ plate 13, a Faraday element 14
Are the same as those in FIG.

【0044】本実施形態においては、リング共振器5中
に少なくとも1つ以上の偏光子15が挿入されているこ
とが特徴である。なお、この偏光子15は、偏波面保存
ファイバー12の複屈折の軸方位に一致して配置され、
直交する2つの直線偏光の一方をカットし、単一の直線
偏光とするものである。
The present embodiment is characterized in that at least one or more polarizers 15 are inserted into the ring resonator 5. Note that the polarizer 15 is disposed so as to coincide with the birefringent axis direction of the polarization-maintaining fiber 12.
One of the two orthogonal linearly polarized lights is cut to make a single linearly polarized light.

【0045】また、リング共振器5内には、ファイバー
増幅器11の両側に、ファイバーカップラー4が2つ配
設され、後述するように、右回りの光と左回りの光をそ
れぞれ取り出すように構成されている。さらに、これら
2つのファイバーカップラー4と検出器8の間にはビー
ム合成用カップラー16が設けられ、2つのファイバー
カップラー4により取り出された右回りの光と左回りの
光を合成して、伝播時間差に比例したビート周波数を測
定することができるように構成されている。
In the ring resonator 5, two fiber couplers 4 are provided on both sides of the fiber amplifier 11 so as to extract clockwise light and counterclockwise light, respectively, as described later. Have been. Further, a beam combining coupler 16 is provided between the two fiber couplers 4 and the detector 8, and the right-handed light and the left-handed light extracted by the two fiber couplers 4 are combined to generate a propagation time difference. It is configured to be able to measure a beat frequency proportional to.

【0046】上記のような構成を有する本実施形態は、
以下のように作用する。すなわち、偏光子15を配設し
たことにより、ファラデー素子14に入射する光は、右
回り(あるいは左回り)の光のみとなるため、このまま
ではファラデー効果によるビートは起こらない。しか
し、リングレーザを右回りに回る光と左回りに回る光
は、ファラデー素子14の両側に配置された1/4λ板
13の作用により、それぞれファラデー素子14内では
右回りの円偏光と左回りの円偏光となり、それぞれ、フ
ァラデー効果による伝播時間差が生じる。このため、こ
の右回りの光と左回りの光を合成すると、伝播時間差に
比例したビート周波数が観測されることとなる。
The present embodiment having the above configuration has
It works as follows. That is, since the polarizer 15 is provided, the light incident on the Faraday element 14 is only clockwise (or counterclockwise) light, and no beat due to the Faraday effect occurs in this state. However, the light turning clockwise and the light turning counterclockwise in the ring laser are respectively rotated clockwise and counterclockwise in the Faraday element 14 by the action of the 14λ plates 13 arranged on both sides of the Faraday element 14. , And a propagation time difference occurs due to the Faraday effect. Therefore, when the clockwise light and the counterclockwise light are combined, a beat frequency proportional to the propagation time difference is observed.

【0047】このように、本実施形態においては、リン
グ共振器を右回りに伝播する光と、左回りに伝播する光
の両方を用いるため、リング共振器内にファイバーカッ
プラー4を2つ配置し、右回りの光と左回りの光をそれ
ぞれ取り出している。この2つの光は、もう一つのビー
ムを合成するためのビーム合成用カップラー16で合成
され、ビートを生じることとなる。また、本実施形態に
よれば、ファイバーの複屈折によって、偏波面保存ファ
イバー12の2つの伝播モードの間にクロストークが生
じても、このクロストーク成分を偏光子15で除去する
ことによって、高精度な電流測定を実現することができ
る。
As described above, in this embodiment, since both the light propagating clockwise and the light propagating counterclockwise through the ring resonator are used, two fiber couplers 4 are arranged in the ring resonator. And clockwise and counterclockwise light, respectively. These two lights are combined by a beam combining coupler 16 for combining another beam, and a beat is generated. Further, according to the present embodiment, even if crosstalk occurs between the two propagation modes of the polarization-maintaining fiber 12 due to the birefringence of the fiber, the crosstalk component is removed by the polarizer 15 to increase the crosstalk. Accurate current measurement can be realized.

【0048】(5)第5実施形態 図5は、本発明による電流測定装置の第5実施形態の構
成を示す概略図である。本実施形態の電流測定装置は、
図5に示したように、複数のファラデー素子14,14
を直列に接続して、これら複数のファラデー素子14,
14のそれぞれに測定対象である1次導体6,6を巻回
することにより、複数の測定対象6,6(地点)での電
流を測定し、その和又は差の電流を測定しようとするも
のである。なお、図5において、レーザダイオード1か
らビーム合成用カップラー16までは、図4と同一であ
るので、説明を省略する。
(5) Fifth Embodiment FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a fifth embodiment of the current measuring device according to the present invention. The current measuring device according to the present embodiment includes:
As shown in FIG. 5, the plurality of Faraday elements 14, 14
Are connected in series, and the plurality of Faraday elements 14,
14 is to measure the current at a plurality of measurement objects 6, 6 (points) by winding the primary conductors 6, 6 which are the measurement objects around each of the measurement objects 14, and to measure the sum or difference current. It is. In FIG. 5, the components from the laser diode 1 to the beam combining coupler 16 are the same as those in FIG.

【0049】すなわち、従来の巻線CTにおいては、1
次側と2次側が電磁的に結合されているので、直接直列
接続を行うことができないが、本実施形態の電流測定装
置の場合は、容易に直列接続を行うことができる。な
お、従来の光電流測定装置における直列接続は、例え
ば、岨知宏他「鉛ガラスファイバー型光CTを用いた2
地点電流測定システム」平成11年電気学会全国大会
や、黒澤潔他「光CT技術を適用した電流差動保護シス
テムの基礎検討」電気学会保護リレー研究会PSR-99-8に
その方法が開示されている。
That is, in the conventional winding CT, 1
Since the secondary side and the secondary side are electromagnetically coupled, direct series connection cannot be performed. However, in the case of the current measuring device of the present embodiment, series connection can be easily performed. The serial connection in the conventional photocurrent measuring apparatus is described, for example, by Tomohiro Soso et al.
The method is disclosed in the 1999 National Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Kiyoshi Kurosawa et al., "Basic Study of Current Differential Protection System Applying Optical CT Technology," PSR-99-8, the Institute of Electrical Engineers of Japan. ing.

【0050】このような従来の光電流測定装置と同様
に、リングレーザを用いた本実施形態においても、直接
直列接続を行うことができる。しかし、直列接続を行っ
たときに問題となるのは、センサー数(ファラデー素子
14の数)の増加に従って、センサーの直線複屈折の影
響が大きくなることである。本実施形態の場合にも、セ
ンサーの直線複屈折により、リングレーザ中に伝播して
いる2つの偏光の間にクロストークが生じ、電流測定時
の誤差となってしまう。このため、本実施形態では、第
4実施形態と同様に偏光子15を用いて、クロストーク
成分をカットしている。
As in the case of such a conventional photocurrent measuring apparatus, direct series connection can also be performed in this embodiment using a ring laser. However, the problem with the serial connection is that the influence of the linear birefringence of the sensor increases as the number of sensors (the number of Faraday elements 14) increases. Also in the case of the present embodiment, crosstalk occurs between two polarized lights propagating in the ring laser due to the linear birefringence of the sensor, resulting in an error in current measurement. Therefore, in the present embodiment, the crosstalk component is cut using the polarizer 15 as in the fourth embodiment.

【0051】(6)第6実施形態 図6は、本発明による電流測定装置の第6実施形態の構
成を示す概略図である。本実施の形態は、各ファラデー
素子14,14間を直列に接続する手段を設け、前記フ
ァラデー素子間を直列に接続する光ファィバーにデポラ
ライザーや偏光子を接続してある特定の偏光のみを透過
又は減衰することにより、透過率の偏光依存性を持たせ
て、偏波面保存ファイバーを用いることなしに、2つ以
上のファラデー素子14,14間を接続するものであ
る。なお、このときに使用するファイバーは、例えば、
通信用のシングルモードファイバーである。また、図6
において、レーザダイオード1からビーム合成用カップ
ラー16までは、図5と同一であるので、説明を省略す
る。
(6) Sixth Embodiment FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a sixth embodiment of the current measuring device according to the present invention. In this embodiment, means for connecting the Faraday elements 14 in series is provided, and only a specific polarized light is transmitted by connecting a depolarizer or a polarizer to an optical fiber connecting the Faraday elements in series. Alternatively, by attenuating, the polarization dependence of the transmittance is provided, and the two or more Faraday elements 14 are connected without using a polarization-maintaining fiber. The fiber used at this time is, for example,
Single mode fiber for communication. FIG.
In FIG. 5, the components from the laser diode 1 to the beam combining coupler 16 are the same as those in FIG.

【0052】本実施形態においては、リングレーザのリ
ング共振器は、シングルモードファイバーで構成されて
いるが、このシングルモードファイバーを伝播した光を
そのまま使用すると、偏波面が不安定となるため、第1
のシングルモードファイバー17の出口に第1のデポラ
ライザー20を配置して、光を無偏光状態にした後、偏
光子15に通して、直線偏光を得るように構成されてい
る。この場合、偏光子15のみでも同様の効果が得られ
るが、偏光の状態によって偏光子を透過する光の強度が
変化し、また、偏光子の透過光の偏光方向に対し90°
の直線偏光が偏光子に入射されると、偏光子の透過光量
は0となり、測定ができなくなる可能性があるため、本
実施形態においては、第1のシングルモードファイバー
17の出口に第1のデポラライザー20を配置する。
In this embodiment, the ring resonator of the ring laser is constituted by a single mode fiber. However, if the light propagated through the single mode fiber is used as it is, the polarization plane becomes unstable. 1
The first depolarizer 20 is arranged at the exit of the single mode fiber 17 to make the light non-polarized, and then pass through the polarizer 15 to obtain linearly polarized light. In this case, the same effect can be obtained only with the polarizer 15, but the intensity of light transmitted through the polarizer changes depending on the state of polarization, and the polarization direction of the transmitted light of the polarizer is 90 °.
When the linearly polarized light is incident on the polarizer, the transmitted light amount of the polarizer becomes 0, and there is a possibility that the measurement cannot be performed. In this embodiment, the first single mode fiber 17 has the first The depolarizer 20 is arranged.

【0053】本実施形態において、前記第1のデポララ
イザー20に隣接して配設された偏光子15を透過した
直線偏光は、1/4λ板13を通って円偏光となり、フ
ァラデー素子14でファラデー効果を受け、さらに1/
4λ板13で再び直線偏光となり、第2のシングルモー
ドファイバー18により、もう一つのファラデー素子1
4まで光が導かれる。この場合、第2のシングルモード
ファイバー18を通った光は、同様に第2のデポラライ
ザー21で無偏光にされた後、第2のデポラライザー2
1に隣接して配設された偏光子15と1/4λ板13で
円偏光となって、ファラデー素子14でファラデー効果
を受ける。この光は1/4λ板13と偏光子15で再び
直線偏光とされ、第3のシングルモードファイバー19
へと光が伝播していく。
In this embodiment, the linearly polarized light transmitted through the polarizer 15 disposed adjacent to the first depolarizer 20 becomes circularly polarized light through the 1 / λ plate 13, and is converted by the Faraday element 14 into Faraday light. Received the effect, 1 /
The light becomes the linearly polarized light again by the 4λ plate 13, and the second Faraday element 1
Light is guided up to 4. In this case, the light that has passed through the second single mode fiber 18 is similarly depolarized by the second depolarizer 21 and then is depolarized by the second depolarizer 2.
The light becomes circularly polarized light by the polarizer 15 and the 4λ plate 13 which are disposed adjacent to the light-receiving element 1, and is subjected to the Faraday effect by the Faraday element 14. This light is again linearly polarized by the 4λ plate 13 and the polarizer 15, and the third single mode fiber 19
Light propagates toward.

【0054】このように、リング共振器がシングルモー
ドファイバーで結合されているため、各モジュール間の
接続が容易となり、また、偏波面保存ファイバー接続時
の角度誤差が、電流測定の誤差を生じるという問題も回
避でき、高精度の電流測定を実現できる。
As described above, since the ring resonators are connected by the single mode fiber, connection between the modules becomes easy, and an angle error when the polarization maintaining fiber is connected causes an error in current measurement. Problems can also be avoided, and highly accurate current measurement can be realized.

【0055】なお、図6に示した本実施形態の構成で
は、ファラデー素子14の両側に1/4λ板13を配置
しているが、この構成を単純化して、例えば、図7に示
したように、ファラデー素子14の片側にのみ、1/4
λ板13と偏光子15を配置した場合でも、これらが、
入射光に対しては、ファラデー素子に入射する光を右回
り(左回り)の円偏光となるように作用し、出射光に対
しては、ファラデー効果を透過した光の内、ファラデー
素子内で左回り(右回り)の円偏光となった成分のみを
透過するように働くので、同様の効果を得ることができ
る。
In the configuration of the present embodiment shown in FIG. 6, the 1 / 4.lambda. Plates 13 are arranged on both sides of the Faraday element 14, but this configuration is simplified to, for example, as shown in FIG. 1/4 on only one side of the Faraday element 14
Even when the λ plate 13 and the polarizer 15 are arranged,
For the incident light, it acts so that the light incident on the Faraday element becomes clockwise (counterclockwise) circularly polarized light, and for the outgoing light, of the light transmitted through the Faraday effect, the Faraday element The same effect can be obtained because it works so as to transmit only the component turned into the left-handed (right-handed) circularly polarized light.

【0056】(7)第7実施形態 図8は、図6に示した構成を干渉型の電流測定装置に応
用した例である。この干渉型の電流測定装置では、リン
グ型光路の外部に光源を持ち、リング型光路を右回りに
伝播する光と左回りに伝播する光で光学長が変わるよう
にしておき、この2つの光の位相差から物理量を求める
計測器であり、この光学長を変える手段として、電流計
測器ではファラデー効果が用いられ、本実施形態では、
光源としてスーパールミネッセントダイオード24を用
いている。このスーパールミネッセントダイオード24
は、ドライバー25で駆動され、送信ファイバー3によ
って、リング型光路まで光が導かれる。この光は、カッ
プラー4でリング型光路を右回りと左回りに伝播する光
に分岐される。
(7) Seventh Embodiment FIG. 8 shows an example in which the configuration shown in FIG. 6 is applied to an interference type current measuring device. In this interference type current measuring device, a light source is provided outside the ring-shaped optical path, and the optical length is changed between light propagating clockwise and light propagating counterclockwise through the ring-shaped optical path. The Faraday effect is used in a current measuring device as a means for changing the optical length as a means for changing the optical length.
A super luminescent diode 24 is used as a light source. This super luminescent diode 24
Is driven by a driver 25, and light is guided by the transmission fiber 3 to a ring-shaped optical path. This light is split by the coupler 4 into light propagating clockwise and counterclockwise through the ring optical path.

【0057】まず、右回りに回る光について説明する。
この右回りに回る光は、第1のシングルモードファイバ
ー17で導かれ、第1のデポラライザー20で一旦無偏
光とされた後、偏光子15で直線偏光とされ、1/4λ
板13で右回りの円偏光となって、ファラデー素子14
でファラデー効果による位相差を受け、1/4λ板13
で直線偏光となったあと、偏光子15を透過し、第2の
シングルモードファイバー18を伝播して、第2のデポ
ラライザー21で無偏光とされた後、偏光子15で直線
偏光とされ、1/4λ板13で右回りの円偏光となっ
て、ファラデー素子14でさらにファラデー効果による
位相差を受け、1/4λ板13で直線偏光となった後、
偏光子15を透過し、第3のシングルモードファイバー
19でカップラー4まで、光が戻ってくる。
First, the light turning clockwise will be described.
This clockwise light is guided by the first single mode fiber 17, is once depolarized by the first depolarizer 20, is then linearly polarized by the polarizer 15, and is 1 / λ
The light is turned into clockwise circularly polarized light by the plate 13, and the Faraday element 14
Receives the phase difference due to the Faraday effect, and
Then, the light passes through the polarizer 15, propagates through the second single-mode fiber 18, is made unpolarized by the second depolarizer 21, and then becomes linearly polarized by the polarizer 15, After becoming clockwise circularly polarized light by the λλ plate 13, further receiving a phase difference due to the Faraday effect by the Faraday element 14, and becoming linearly polarized light by the 4λ plate 13,
The light passes through the polarizer 15 and returns to the coupler 4 via the third single mode fiber 19.

【0058】一方、左回りに伝播する光は、右回りに伝
播する光と全く逆の順番で各素子を伝播するが、ファラ
デー素子14中では、右回りの光とは逆の左回りの円偏
光で伝播することとなる。このため、右回りの光と左回
りの光ではファラデー効果による位相差θがプラスマイ
ナス逆となり、干渉光の強度はsin2θに比例して変
化する。このため、この干渉光強度を検出器8で電気信
号に変換し、信号処理回路でアークサインを取ることに
よって、電流を求めることができる。
On the other hand, the light propagating counterclockwise propagates through each element in exactly the reverse order of the light propagating clockwise. However, in the Faraday element 14, a counterclockwise circle opposite to the clockwise light is generated. It will propagate with polarized light. For this reason, the phase difference θ due to the Faraday effect between the clockwise light and the counterclockwise light becomes plus or minus, and the intensity of the interference light changes in proportion to sin2θ. Therefore, the current can be obtained by converting the interference light intensity into an electric signal by the detector 8 and obtaining an arc sine by the signal processing circuit.

【0059】このように、干渉型の電流測定装置におい
ても、各ファラデー素子間をシングルモードファイバー
で接続して、その和あるいは差電流を測定することが可
能である。
As described above, even in the interference type current measuring device, it is possible to connect the Faraday elements with the single mode fiber and measure the sum or difference current.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
ダイナミックレンジ化を図ると共に、外部磁界の影響を
排除して高精度の測定を可能とした電流・磁界測定装置
を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a current / magnetic field measuring apparatus capable of achieving a high dynamic range and eliminating the influence of an external magnetic field to enable high-precision measurement. Can be.

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

【図1】本発明の第1実施形態の構成を示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施形態の構成を示す概略図FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施形態の構成を示す概略図FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施形態の構成を示す概略図FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5実施形態の構成を示す概略図FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6実施形態の構成を示す概略図FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6実施形態の変形例の構成を示す概
略図
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a modification of the sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第7実施形態の構成を示す概略図FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a seventh embodiment of the present invention.

【図9】従来の光電流センサの構成を示す概略図FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional photocurrent sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザダイオード 2…LDドライバー 3…送信ファイバー 4,16…カップラー 5…リング共振器 6…1次導体 7…受光ファイバー 8…検出器 9…増幅器 10…スペクトラムアナライザー 11…ファイバー増幅器 12…偏波面保存ファイバー 13…1/4λ板(位相差板) 14…ファラデー素子 15…偏光子 16…ビーム合成用カップラー 17…第1のシングルモードファイバー 18…第2のシングルモードファイバー 19…第3のシングルモードファイバー 20…第1のデポラライザー 21…第2のデポラライザー 22…信号処理器 23…出力 24…スーパールミネッセントダイオード 25…ドライバー 26…WDMカップラー 27…リヤミラー 28…出力ミラー 29…ファイバーレーザ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser diode 2 ... LD driver 3 ... Transmission fiber 4, 16 ... Coupler 5 ... Ring resonator 6 ... Primary conductor 7 ... Light receiving fiber 8 ... Detector 9 ... Amplifier 10 ... Spectrum analyzer 11 ... Fiber amplifier 12 ... Polarization plane Storage fiber 13: 1 / 4λ plate (phase difference plate) 14: Faraday element 15: Polarizer 16: Coupler for beam combining 17: First single mode fiber 18: Second single mode fiber 19: Third single mode Fiber 20 first depolarizer 21 second depolarizer 22 signal processor 23 output 24 superluminescent diode 25 driver 26 WDM coupler 27 rear mirror 28 output mirror 29 fiber laser

フロントページの続き (72)発明者 堀 政夫 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内 Fターム(参考) 2G017 AA01 AB01 AD12 AD15 2G025 AA11 AB10 AB12 AC06 2G035 AA08 AA17 AB00 AC02 AD33Continued on the front page (72) Inventor Masao Hori 1-1-1, Shibaura, Minato-ku, Tokyo F-term in Toshiba head office (reference) 2G017 AA01 AB01 AD12 AD15 2G025 AA11 AB10 AB12 AC06 2G035 AA08 AA17 AB00 AC02 AD33

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】リングレーザを電流・磁界検出センサーと
して用いたことを特徴とする電流・磁界測定装置。
1. A current / magnetic field measuring device using a ring laser as a current / magnetic field detection sensor.
【請求項2】リングレーザ内に向流伝播する2方向のレ
ーザ光を生じさせ、これら2方向のレーザ光と測定対象
との間で働くファラデー効果によって、前記2方向のレ
ーザ光間の発振周波数の差から発生するビート周波数に
基づいて、測定対象の電流又は磁界を計測することを特
徴とする電流・磁界測定装置。
2. An oscillation frequency between two laser beams in a ring laser due to a Faraday effect acting between the laser beams in the two directions and an object to be measured. A current / magnetic field measuring apparatus for measuring a current or a magnetic field of a measurement target based on a beat frequency generated from a difference between the current and the magnetic field.
【請求項3】前記リングレーザに電流又は磁界の測定値
検出器を複数カ所設け、これら複数の検出器のそれぞれ
からリングレーザ内を周回するレーザ光をリングレーザ
外部に取り出すことを特徴とする請求項2に記載の電流
・磁界測定装置。
3. The ring laser according to claim 1, wherein a plurality of current or magnetic field measurement value detectors are provided, and a laser beam circulating in the ring laser is extracted from each of the plurality of detectors to the outside of the ring laser. Item 3. A current / magnetic field measurement device according to item 2.
【請求項4】前記リングレーザが、光ファイバーにより
構成されていることを特徴とする請求項1、請求項2又
は請求項3に記載の電流・磁界測定装置。
4. The current / magnetic field measuring apparatus according to claim 1, wherein the ring laser is constituted by an optical fiber.
【請求項5】前記リングレーザを構成する光ファイバー
に、捻りが加えられていることを特徴とする請求項4に
記載の電流・磁界測定装置。
5. The current / magnetic field measuring apparatus according to claim 4, wherein the optical fiber constituting the ring laser is twisted.
【請求項6】前記リングレーザを構成する光ファイバー
の少なくとも一部が、光増幅作用を有しないファイバー
より構成されていることを特徴とする請求項4に記載の
電流・磁界測定装置。
6. The current / magnetic field measuring apparatus according to claim 4, wherein at least a part of the optical fiber constituting the ring laser is constituted by a fiber having no optical amplification action.
【請求項7】リングレーザの光路の一部に、光ファィバ
ーからなるファラデー素子が設けられていることを特徴
とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求
項5又は請求項6に記載の電流・磁界測定装置。
7. The ring laser according to claim 1, wherein a Faraday element comprising an optical fiber is provided in a part of the optical path of the ring laser. The current / magnetic field measuring device according to claim 6.
【請求項8】前記リングレーザの光路の一部が偏波面保
存ファイバーから構成され、前記ファラデー素子の両側
に位相差板が設けられていることを特徴とする請求項
1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項
6又は請求項7に記載の電流・磁界測定装置。
8. The ring laser according to claim 1, wherein a part of an optical path of the ring laser is composed of a polarization preserving fiber, and retardation plates are provided on both sides of the Faraday element. The current / magnetic field measuring apparatus according to claim 3, 4, 5, 5, 6, or 7.
【請求項9】前記リングレーザの光路の少なくとも一部
に偏光子が設けられ、前記ファラデー素子の両側に位相
差板が設けられていることを特徴とする請求項7又は請
求項8に記載の電流・磁界測定装置。
9. The ring laser according to claim 7, wherein a polarizer is provided on at least a part of an optical path of the ring laser, and a phase difference plate is provided on both sides of the Faraday element. Current and magnetic field measuring device.
【請求項10】前記位相差板により生じる位相差が、1
/4λであることを特徴とする請求項8又は請求項9に
記載の電流・磁界測定装置。
10. A phase difference caused by the phase difference plate is 1
10. The current / magnetic field measuring apparatus according to claim 8, wherein the current / magnetic field is / 4λ.
【請求項11】リングレーザの光路中に、少なくとも2
以上のファラデー素子と、各ファラデー素子間を直列に
接続する手段を設け、前記ファラデー素子間を直列に接
続する手段に、ある特定の偏光のみを透過又は減衰する
ように、透過率の偏光依存性を持たせたことを特徴とす
る請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項
6、請求項7、請求項8、請求項9又は請求項10に記
載の電流・磁界測定装置。
11. At least two light beams in an optical path of a ring laser.
The above-mentioned Faraday element and a means for connecting each Faraday element in series are provided, and the means for connecting the Faraday elements in series is provided with a polarization dependency of transmittance so that only a specific polarized light is transmitted or attenuated. The current / magnetic field according to claim 1, 2, 3, 4, 7, 6, 7, 8, 9, or 10, wherein measuring device.
【請求項12】2素子以上のファラデー素子を備えたリ
ング状の光路を有し、被測定電流が誘起する磁場の影響
を受ける位置に配置されたファラデー素子によるファラ
デー効果を利用して、当該ファラデー素子内を伝播する
2つの光波間の位相差から電流の強度を測定する光電流
測定装置において、 光源と、2素子以上のファラデー素子と、前記光源から
導かれた光を2つに分離する手段と、 前記2つに分離された光を前記ファラデー素子に結合す
る手段と、 前記各ファラデー素子間を直列に結合する手段と、 前記ファラデー素子を出射した2つの光を再結合する手
段と、 再結合した光の強度を測定する手段を備え、 前記ファラデー素子間を直列に結合する手段において、
ある特定の偏光のみ透過又は減衰するように透過率の偏
光依存性を持たせたことを特徴とする光電流測定装置。
12. A Faraday device having a ring-shaped optical path having two or more Faraday elements and utilizing the Faraday effect of a Faraday element disposed at a position affected by a magnetic field induced by a current to be measured. A photocurrent measuring device for measuring current intensity from a phase difference between two light waves propagating in an element, a light source, two or more Faraday elements, and means for separating light guided from the light source into two. Means for coupling the two separated lights to the Faraday element; means for coupling the respective Faraday elements in series; means for recombining the two lights emitted from the Faraday element; Means for measuring the intensity of the combined light, wherein in the means for coupling the Faraday elements in series,
A photocurrent measuring device characterized in that the transmittance has a polarization dependency so that only a specific polarized light is transmitted or attenuated.
【請求項13】前記ファラデー素子間を直列に結合する
手段に、偏光子を配置したことを特徴とする請求項11
又は請求項12に記載の光電流測定装置。
13. A polarizer is provided in the means for connecting the Faraday elements in series.
Or the photocurrent measuring device according to claim 12.
【請求項14】前記偏光子を、前記ファラデー素子の近
傍に配置したことを特徴とする請求項13に記載の光電
流測定装置。
14. The photocurrent measuring device according to claim 13, wherein said polarizer is arranged near said Faraday element.
【請求項15】前記ファラデー素子間を直列に結合する
手段において、偏波面保存ファイバーにより偏波面を保
存しないことを特徴とする請求項12、請求項13又は
請求項14に記載の光電流測定装置。
15. The photocurrent measuring device according to claim 12, wherein the polarization plane is not preserved by the polarization plane preserving fiber in the means for connecting the Faraday elements in series. .
【請求項16】前記ファラデー素子間を直列に結合する
手段に、偏光解消子を配置したことを特徴とする請求項
12、請求項13、請求項14又は請求項15に記載の
光電流測定装置。
16. The photocurrent measuring apparatus according to claim 12, wherein a depolarizer is arranged in the means for connecting the Faraday elements in series. .
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