JP2001526770A - 電気光学電圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 近隣導体や環境摂動により著しい誤差を被ることなく電圧測定を達成する電気光学電圧センサ。電圧センサは送信機（１）、センサ（４）、検出器（４３，４４）およびプロセッサ（６２）を含んでいる。送信機（１）は電磁放射ビームを発生しそれはセンサ（４）へ送られる。センサ（４）内で、ビームはポッケルス電気光学効果を受ける。電気光学効果によりビームの偏光の変調が生じ、次にそれは一対の独立した逆振幅変調信号へ変換され、それから電界の電圧がプロセッサ（６２）により求められる。逆ＡＭ信号を使用することにより信号プロセッサ（６２）は信号をノイズから良く区別することができる。センサ（４）はビームの偏光状態（電圧に比例して楕円率が−１と１の間で変動する楕円体）の軸に従ってビームを少なくとも２つのＡＭ信号へ変換する。これらのＡＭ信号は信号プロセッサ（６２）へ送られ処理されて接地導体と電圧を測定する導体（２）との間の電圧が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】 電気光学電圧センサ発明の背景 1．発明の分野 本発明は一般的に電圧センサの分野に関し、特にポッケルス電気光学効果を利 用して電圧を測定する電圧センサシステムに関する。 2．背景技術 高電圧の高精度測定は、従来、鉄芯強磁性変成器を使用して行われている。こ れらの装置は、実質的に、ダイナミックレンジ、帯域幅、線形性、および電気的 絶縁が制限されている。電気的な事故状態中に、これらの変成器は危険なレベル の故障エネルギを下流の計装や人間へ導通させてさらに不利をもたらすことがあ る。 従来の変成器技術に代わるものを電力産業へ提供するために、電圧を測定する ためのさまざまな光センサが開発されてきている。一般的に、これらの電圧セン サシステムは活性化導体との直接的な電気的接触を必要とする。この接触は、必 ず、測定を行う活性化導体に感知要素を接続するのに利用される分圧器を使用し て行う必要がある。導体との直接的な電気的接触により、電力系統は荷重すなわ ち負荷を与えられて動作が変更もしくは中断されてしまうことがある。 活性化導体との直接的な電気的接触に伴う不都合の他に、従来技術の電圧セン サシステムは典型的にかさばり、特に高圧応用においてて著しい。それは、必要 な分圧器のサイズが被測定電圧に比例するためである。このようなシステムは、 そのサイズにより、変電所内に設置し収納することが困難で費用のかかるものと なる。 従来技術の多くのセンサが、インターフェロメトリック変調原理を利用する電 歪原理に基づいている。残念ながら、インターフェロメトリック変調は温度に対 して極端に敏感である。正確な電圧測定値を得るには、この温度感応性は制御さ れた状態とする必要がある。制御された状態が必要であるために、このようなシ ステムの有用性が制限され屋外や制御されない応用には適さぬものとなってしま う。さらに、インターフェロメトリック変調は非常にコヒーレントな電磁放射源 を必要とし、それは比較的高価である。 屋外電界ベースセンサも開発されているが、使用する屋外電界が周囲の比誘電 率、隣接導体電圧、通過車両等の移動する導電性構造、その他の電磁ノイズ寄与 を含む多くのノイズの多いパラメータにより変動するため、電圧の測定に使用す ると精度を欠く。 光ファイバ内の光反射の機械的変調を使用するシステムも開発されている。さ まざまな欠点の中でも、このようなシステムが移動部に依存することが広く使用 されるための妨げとなっている。 したがって、活性化導体と直接的な電気的接触をする必要のない、コンパクト で、さまざまな温度および条件において作動し、信頼性が高く、コスト効果の高 いシステムを提供することが従来技術において有利である。発明の目的および要約 したがって、導体と接触する必要のない電気光学電圧センサシステムを提供す ることが本発明の目的である。 さまざまな環境条件において使用することができるこのような電気光学電圧セ ンサシステムを提供することが本発明のもう一つの目的である。 専用の分圧ハードウァエを使用せずに高圧を正確に測定するのに利用できるこ のような電気光学電圧センサシステムを提供することが本発明のさらにもう一つ の目的である。 実現するのに必要な電子装置を最小限に抑えられるこのような電気光学電圧セ ンサシステムを提供することが本発明のもう一つの目的である。 既存の高圧送配電装置に一体化して大型のスタンドアロン電圧測定装置の必要 性を低減もしくは解消することができるセンサシステムを提供することが本発明 のさらにもう一つの目的である。 既存の送配電装置に一体化することができるセンサシステムを提供することが 本発明のさらにもう一つの目的である。 本発明のこれらの目的およびその他の目的は、以下の説明および添付する請求 の範囲からより完全に明らかとなり、あるいはここに記載されている本発明の実 施例により学び取ることができる。 本発明はセンサシステムに関して説明されるが、この装置および方法は任意の 電気および光応用分野で使用することができる。当業者ならば、本発明の利点お よび広範な電気的用途への応用を理解できるものと思われる。 前記目的および特定的に引用されてはいない他の目的は、電気光学電圧センサ システムの特定の実施例において実現され、したがって物体もしくは位置間の電 圧差（すなわち、電位差）を測定することができる。電圧は電界（以後“電界” で示す）および導電体および絶縁体のジオメトリ、組成および距離の関数である 。本発明のように、電界の影響を観察できる場合には、電圧測定値を計算するこ とができる。 本発明は送信機、センサ、検出器、および信号プロセッサを利用する。送信機 はセンサへ送られる電磁放射ビームを発生する。本発明で使用するこの電磁放射 は可視スペクトルを越える任意の波長を含むことができるが、以後簡単にするた めに“光”という用語はここでは電磁放射を示すのに使用される。ビームは偏光 された後でセンサ内に含まれるトランスジューサ材料内で電気光学効果を受ける 。偏光されたビームでは、光は少なくとも２つの直交軸に沿って伝搬する少なく とも２つの成分を有し、ビーム内に少なくとも２つの直交面が形成される。電気 光学効果はセンサ、特にトランスデューサ材料、が電界内に配置される時に生じ 、直交ビーム成分の差動移相として観察することができる（２つの成分は反対方 向に偏移される）。伝搬面は差動移相の対象であり、位相変調とも呼ばれる。差 動移位相によりビームの偏光に対応する変化が生じる。次に、偏光の変化はセン サから送出される反対極性の１組の振幅変調（ＡＭ）信号へ変換される。検出器 が１組の光ＡＭ信号を電気信号へ変換し、それから信号プロセッサにより電圧が 求められる。 センサは直交偏光面の成分に従ってビームを少なくとも２つのＡＭ信号へ分割 することにより、ビームを処理する。実施例では、次に、これらのＡＭ信号はデ ジタル信号へ変換されてデジタル信号プロセッサへ送られ、電界を発生した電圧 に比例する信号へ数学的に処理される。 好ましい実施例のセンサでは、ビームは初期軸に沿ってトランスデューサ材料 中を送られ、次に逆反射体により一般的には初期軸と平行な第２の軸に沿って反 射し戻される。図面の簡単な説明 本発明の前記目的その他の目的、特徴および利点は添付図に関連した以下の詳 細説明を読めば明らかとなり、ここに、 図１は一般化された高圧応用シナリオにおける電気光学電圧センサシステムを 示す図。この図は本発明の原理に従って作られている。 図２は本発明の原理に従って作られる電気光学電圧センサシステムの別の実施 例（同じ一般化された応用シナリオにおける）を示す図。 図３は図１および図２の偏光ビームスプリッタを示す図。 図４は図２および図７、図８のコリメータの部分断面側面図。 図５は、１つの方位だけのトランスデューサ材料が図示されている、図１およ び図２のトランスデューサの一実施例を示す図。 図６は、２つの方位のトランスジューサ材料が図示されている、図１および図 ２のトランスジューサの一実施例を示す図。 図７ａは図２のセンサヘッドの一実施例の詳細な平面図。 図７ｂは図２のセンサヘッドの一実施例の詳細な平面図。 図７ｃは図２のセンサヘッドの一実施例の詳細な平面図。 図８は図１のセンサヘッドの一実施例の詳細な平面図。 図９はシールドされたジョイントとしての、図１および図２の電界発生源の一 実施例の断面図。 図１０はターミネータとしての、図１および図２の電界発生源の一実施例の平 面斜視図、部分略図。 図１１はブッシングとしての、図１および図２の電界発生源の一実施例の断面 図。 図１２はシールドされたバスもしくはシールドされたケーブルとしての、図１ および図２の電界発生源の一実施例の断面図、部分略図、側面図。 図１３はガスもしくはオイル絶縁開閉装置としての、図１および図２の電界発 生源の一実施例の断面図、部分略図、側面図。 図１４はダクト密閉バスとしての、図１および図２の電界発生源の一実施例の 断面図、部分略図、側面図。 図１５クランプオン装置としての、図１および図２の電界発生源の一実施例の 側面図。 図１６は電流検出器を有する図１の電気光学電圧センサの別の実施例。詳細な説明 本発明に従った好ましい実施例を図１に示し、それは電気光学電圧センサシス テムを示す図である。そこには送信機１が図示されており、それは電磁放射ビー ムを送信する送信手段（ビームは図１には図示されていないが、他では一般的に １２で示されている）および図１にセンサヘッド４として示す感知手段である。 好ましい実施例では、ビームは送信機１からセンサヘッド４へ偏波面保存（ＰＭ ）ファイバ１８により送られる。別の実施例では、ＰＭファイバ１８は複屈折フ ァイバに置換されている。コスト／性能特性が全く異なりある応用によく適した 別の実施例では、ＰＭファイバ１８はシングルモードもしくはマルチモード光フ ァイバに置換されている。ＰＭファイバ１８は送信機１からセンサヘッド４へビ ームを指向する。光信号がセンサヘッド４から一対のシングルモードもしくはマ ルチモード光ファイバ、３７および３８、により送られる。光ファイバ１８，３ ７，３８はセンサヘッド４を送信機１および検出システムの残りから絶縁して、 人間および装置をさらに高圧系統の危険から保護する。 図１の好ましい実施例のセンサヘッドの詳細図が図８に図示されており、そこ にはセンサヘッドの好ましい実施例が一般的に４で図示されている。センサヘッ ド４は偏光子６、透光媒体１３、トランスデューサ５、１０で示される再帰反射 器、偏光ビームスプリッタ８０、およびビームリフレクタ１４を含んでいる。コ リメータ２６がＰＭファイバ１８に接続されていて、ＰＭファイバ１８から偏光 子６内へビーム１２を送る。偏光子６はビーム１２をコリメータ２６から送られ る時に偏光し、したがって、偏光子６はコリメータ26から送られる時に偏光され ていなければビーム１２を偏光し、コリメータ２６から送られる時に偏光されて おればビーム１２を再偏光する。実際上、偏光子６は省いたり、ＰＭファイバ １８に沿った任意の場所を含む、トランスジューサ５とビーム１２の送信機との 間の任意の場所に配置することができる。別の実施例では、ＰＭファイバ１８は 十分な精度でトランスデューシング媒体の光軸と一致させて、偏光子６の機能を 実施させることができる（また、必要性を無くすことができる）。ビーム１２は 偏光子６から透光媒体１３を通りトランスデューサ５へ進む。透光媒体１３は、 融解石英もしくは類似物質等の、非導電性、非複屈折材料により構成され、好ま しくは電界の外部に配置される、偏光子６から電界内に存在しなければならない トランスデューサ５へのビーム経路を提供する。この電界の発生源について簡単 に検討する。 トランスデューサ５（トランスデューシング媒体とも呼ばれる）が非ゼロ電界 （図示せず）内に存在する場合には、後述するポッケルス電気光学効果によりビ ーム１２の直交ビーム成分に“差動移相”が誘起される。偏光ビーム１２では、 光は少なくとも２つの直交面に沿ってそれぞれ伝搬する少なくとも２つの成分を 有し、ビーム１２内に少なくとも２つの直交面が形成される。各伝搬面内の成分 の位相はトランスデューサ５において、他の面内の成分の位相に対して、偏移の 対象となる。トランスデューサ５内で生じるポッケルス電気光学効果により、ビ ーム成分の各位相は各速度を変えることにより変えられ、ポッケルストランスデ ューシング結晶および同様な媒体内で観察される。“差動移相”と呼ばれる移相 の大きさは電界の大きさに比例する。したがって、ポッケルス電気光学効果は電 界の大きさに比例する直交ビーム成分の“差動移相”として観察される。センサ ヘッドを取り付ける装置の固定同軸構造により、電界の大きさは電圧に比例する 。したがって、差動移相は活性化導体と接地導体間の電界の電圧に比例する（か つ、測定に使用できる）。 好ましい実施例では、トランスデューサ５、すなわちトランスデューシング媒 体、はポッケルス電気光学効果を発揮する材料により構成される。本発明では、 トランスジューサ５は好ましくはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）ポッケルス であり、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄），リン酸二重水素アンモ ニウム（ＮＨ₄Ｄ₂ＰＯ₄），リン酸二重水素カリウム（ＫＤ₂ＰＯ₄），ＭｇＯド ープニオブ酸リチウム（ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ₃），電気光学ポリマー， 有機材料，その他を使用することもできる。 直交成分間の移相はさらに、ビームの偏光の変更として現れる。したがって、 ビームは差動移相信号もしくは光学偏光変調信号と考えることができる。差動移 相を直接感知するのに必要な部品よりも温度、機械的摂動、および光学的インコ ヒーレンスの影響を受けない低コスト部品を使用して検出することができるため 、本発明では偏光変調信号が使用される。 本発明を実施する際、センサヘッド４もしくはトランスデューサ５は図示せぬ 誘電性バッファリング材料で固めてトランスジューサ５の誘電率と、大概の場合 に絶縁体である、周囲媒体の誘電率との間の遷移ジオメトリを滑らかにすること ができる。誘電性バッファリング材料は、特にトランスデューサ５のエッジ周り の、電界の均一性を促進する。それにより、トランスデューサ５を通過するビー ム１２の均一な移相が改善され、センサヘッド４内および周りの材料上の電圧歪 みが最小限に抑えられ、全体システムの予想される最大動作寿命が増加する。 ビーム１２は偏光子６（図８）、透光媒体１３およびトランスデューサ５を順 次通過した後で、再帰反射器１０へ入る。再帰反射器１０はビームを反射させて ビーム１２の４分の１波長遅延を生じる反射体材料９を含んでいる。反射体材料 ９の４分の１波長遅延特性により、ビーム１２の直交面内に１／４波長偏移が誘 起される。材料９が非複屈折であれば、１／４波長偏移はビーム１２の反射だけ で達成することができ、あるいは材料９は複屈折反射器材料を含み材料の性質が 偏移の達成を助けるようにすることができる。 複屈折を有する反射体材料９が使用される場合には、ビームの電磁波の直交成 分が互いに偏移される（ここでは、１／４波長だけ）時に移相が生じる。ある材 料に固有のこの複屈折は電界には依存しない。好ましい実施例では、反射誘起遅 延を発揮してビーム１２の直交面内のビーム成分の相対位相をπ／２ラジアンだ け差動偏移させる反射体材料９が使用される。逆反射体１０へ入射するビーム１ ２の偏光は、ビーム１２がトランスデューサ５を最初に通過する時に存在する電 界によって決まる。電界が存在する場合には、ビーム１２内に既にいくらかの差 動移相が存在している。 再帰反射器１０内のπ／２遅延によりセンサの全体合成偏光がバイアスされ、 トランスデューサ５によりビーム１２に差動移相は誘起されないため、ゼロ電界 （したがって、ゼロ電圧）が円偏光に対応するようにされる。しかしながら、セ ンサヘッド４内の再帰反射器１０の位置により、トランスデューサ５が非ゼロ電 界内にあってビーム１２内に差動移相を誘起する場合には、再帰反射器１０は光 を直線偏光から円偏光へ変換せずにビーム１２上に楕円偏光を誘起し、その楕円 率は電圧に比例して変動する。好ましい実施例ではレーザ光が使用されるが、他 の形式の電磁放射を使用して本発明を実施することもできる。 再帰反射器１０におけるビーム１２の反射は、入射角が反射角に等しい原理に 従っている。本発明の好ましい実施例では、再帰反射器１０はビーム１２の方向 を１８０°変えて、ビームをトランスデューサ５へ戻すように構成される。各反 射毎に、ビーム１２は１／８波長移相され、好ましい実施例では、合計１／４波 長の移相を生じるようにすることができる。当業者ならば、反射および複屈折を 組み合わせてビーム１２内にさらに１／４波長の偏移を誘起させることができる 。 ビーム１２はトランスデューサ５へ再入すると、さらにポッケルス電気光学効 果により移相される。図８に示すように、次にビーム１２は透光媒体１３を通過 して偏光ビームスプリッタ８０へ入る。 偏光ビームスプリッタ８０（従来技術で検光子とも呼ばれる）において、ビー ム１２はその偏光楕円体の各軸に従ってＡＭ信号３５および３６へ分離される。 前記偏光楕円体は任意所与の時間における電圧に比例して、−１と＋１の範囲の 楕円率を示す。当業者ならば、楕円率が−１と+１の範囲である楕円偏光は一つ の軸に沿った直線偏光から第１の軸に直角な第２の軸に沿った直線偏光までの範 囲として説明することができ、楕円率が０に等しい点は円偏光に対応するするこ とがお判りであろう。図３に示すように、ビーム１２の偏光楕円体の主従軸は一 般的に８３に示す２つの直交成分で表すことができる。次に、ビームスプリッタ ８０は直交成分８３として示す偏光楕円体の２つの軸の各々に沿った強度を含む ２つの成分８４，８５へビーム１２を分離する。ビーム成分８４，８５の強度は ビームの偏光の楕円率の変調に応答して互いに逆に変調される。ビーム成分８４ ，８５は、それぞれ、３５および３６として示す２つのＡＭ信号であり図１に示 すように、それぞれ、光検出器４３，４４へ送られる。 次に、ＡＭ信号３５，３６は図８に示すようにコリメータ２７，２８へ通され 、かつマルチモードもしくはシングルモード光ファイバ３７，３８へ送られる。 ビーム反射体１４を使用してＡＭ信号３５，３６のルーティングを助けることが できる。 図１に示すように、光ファイバ３７，３８として示す第１および第２のルーテ ィング手段はＡＭ信号３５，３６を感知手段から検出手段内へ送るのに使用され る。最初にＡＭ信号３５，３６は、それぞれ、第１および第２の透光ファイバ３ ７，３８として示す第１および第２のルーティング手段を介して光検出器４３， ４４内へ送られる。好ましい実施例では、第１および第２の透光ファイバ３７， ３８は少なくとも１本の光ファイバを含み、光ファイバはシングルモード光ファ イバおよびマルチモード光ファイバからなる群から選択される。光検出器４３， ４４において、ＡＭ信号３５，３６は電気信号４５，４６となる。電気信号４５ ，４６は検出手段の最後の部品である信号プロセッサ６２内へ送られ、そこで所 望の電界特性、特に電圧特性、が決定される。 本発明の好ましい実施例において電圧を決定するために、信号プロセッサ６２ は実質的に規則正しい間隔で実質的に同時に各ＡＭ信号をサンプルし、信号を処 理してディスプレイ信号（図示せず）を発生し、次にそれがデジタル、ハードコ ピー、ビデオ、ソフトウェア、コンピュータメモリディスプレイもしくは可聴イ ンジケータ等の読出し可能なディスプレイ上に表示されるように設計される。 トランスデューサを出射した後でビーム１２の直交成分の相対位相を実際に測 定することができるが、直接位相測定に伴う複雑で費用のかかる方法を使用せず に、図８に示すＡＭ信号３５，３６の強度から相対移相も引き出すことができる 。したがって、本発明では、適切に配向された偏光ビームスプリッタ８０を使用 して１つの差動移相信号から２つのＡＭ信号３５，３６が分離されると、ビーム の偏光状態が分析されてＡＭ強度信号が得られる。スプリッタ８０によりビーム の偏光状態から抽出されたＡＭ信号３５，３６は信号プロセッサ６２へ送られて 使用され、そこでそれらの相補性により共通モードノイズの除波が容易になり、 システム内のトランスデューシング媒体もしくは他の光部品内に存在する温度依 存真性複屈折の影響が最小限に抑えられる。本発明のこの特徴により、システム の 精度および実用性が実質的に向上され大概の従来技術を凌ぐ進歩がなされる。信 号プロセッサ６２は受信したＡＭ信号３５，３６を１つの非常に正確な電圧測定 値へ変換しながら、これらの機能を実施する。装置の電圧を測定する他に、本発 明は電流測定装置と共に使用して電力、力率角、および関心のある導体上のエネ ルギに関する情報を提供することができる。 前記したように、各ＡＭ信号３５，３６（図８）は光検出器４３，４４（図１ ）により信号プロセッサ６２が処理できる電気信号４５，４６（図１）へ変換さ れる。光検出器は前記ＡＭ信号をアナログ電子信号へ変換する光電変換手段を含 んでいる。好ましくは、アナログ電子信号はローレベルアナログ電圧信号もしく は電流信号を含んでいる。 本発明の好ましい実施例では、電気信号４５，４６は信号プロセッサ６２へ送 られる電子信号でありＡＭ信号３５，３６の強度に対応している。したがって、 実施例では、各電子信号４５，４６が各ＡＭ信号３５，３６の強度に対応するた め、一連のＡＭ信号が信号プロセッサ６２により処理される。電気信号４５，４ ６は信号プロセッサ６２により規則正しい間隔で実質的に互いに同時にサンプル される。サンプルされた信号は各ＡＭ信号３５，３６の瞬時強度である。これら の強度信号については、それぞれ、（Ａ）および（Ｂ）として後述する。 信号プロセッサ６２（図１）において、各ビーム成分の瞬時強度信号が順次サ ンプルされて格納され、時間毎の各ＡＭ信号を表す格納された信号のデータベー スが形成される。次に、格納された信号はトランスジューサ５（図８）における 電界の電圧に関するディスプレイ可能な信号へ変換される。 好ましい実施例では、信号は次のように処理される。最初に、独立した各振幅 変調信号の平均強度が計算される。それは所定の時間間隔にわたってサンプルさ れている信号の瞬時強度を加算し、その間隔内でとられたサンプル数で除算する ことにより行われる。好ましい実施例では、それは各ビーム成分の信号を加算し とられたサンプル数で除算して各ビーム成分に体する信号の時間平均をとること により達成される。 数学的に、ＡＭ信号（Ａ）の平均強度は次式で表される。 ンプルは均一な時間間隔（ｉ）でとられて格納され、現在の時間インデックスｎ と過去の時間インデックス（ｎ−Ｌ）間のサンプルを使用して平均が算出される 。同様に、ＡＭ信号（Ｂ）の平均強度は次式で表される。 ある。 次に、最も最近の瞬時信号強度を対応するＡＭ信号の平均信号強度と比較して 、各信号の調整された瞬時強度が求められる。したがって、ＡＭ信号（Ａ）に対 応するビーム成分に対して、調整された瞬時強度（Ｉ_n）は次式で表される。 ここに、（Ａ_n）は現在の時間インデックスにおけるＡＭ信号（Ａ）の瞬時強度 である。同様に、ＡＭ信号（Ｂ）に対して、調整された瞬時強度（Ｊ_n）は次式 で表される。 ここに、（Ｂ_n）は現在の時間におけるＡＭ信号（Ｂ）の瞬時強度である。当業 者ならば、信号（Ａ），（Ｂ）は各々が偏光楕円体上の異なる軸を表すため、そ れらの振幅は偏光の所与の変化に対して互いに反対方向に変化することが理解で きるであろう。したがって、一方の信号の強度が増大する所では他方の信号の強 度が同じ大きさだけ減少する。したがって、符号を保存するために調整された瞬 時強度信号（Ｉ_n），（Ｊ_n）を前記したように計算しなければならない。 両信号（Ａ），（Ｂ）に対する調整された平均瞬時強度信号により、トランス デューサ内に存在することがある任意の温度誘起複屈折が補償される。温度誘起 複屈折により、トランスデューサが加熱もしくは冷却される時に、ＡＭ信号の強 度は時間と共に変化する。トランスデューサの温度依存真性複屈折による強度の 変動は平均強度の変調もしくは変動として現れる。したがって、瞬時強度を信号 の平均強度と比較しかつ瞬時強度から平均強度を差し引くことにより、トランス デューサ内の複屈折による信号の温度誘起変動が調整された瞬時強度信号（Ｉ_n ），（Ｊ_n）内で補償される。 調整された瞬時強度信号（Ｉ_n），（Ｊ_n）の付加処理により、強度揺動および 他の共通モードノイズが補償される。それは信号（Ａ），（Ｂ）に対する調整さ れた瞬時強度信号（Ｉ_i），（Ｊ_i）の平均を比較して遂行される。この比較には （Ｉ_n）と（Ｊ_n）の符号反転値との平均の計算が伴う。 この平均（Ｋ_n）は電圧に直接比例する。それはポッケルス電気光学効果により ビーム１２（図８）の直交面内に電界に直接比例する差動移相が誘起され、電界 は電圧に直接比例するためである。したがって、関心のある（ｎ）のサンプルに ついて、信号（Ａ），（Ｂ）に対する平均瞬時強度信号（Ｋ_n）は活性化導体と 大地間の実際の瞬時電圧（Ｖ_n）に直接比例し、スケーリング定数（ｋ）しか変 動しない。 スケーリング定数（ｋ）は既知の精密な電圧を関心のある装置へ印加し、実際 の瞬時電圧（Ｖ_n）として測定された値が印加された既知の精密な電圧と同等と なるまでスケーリング定数（ｋ）を調整して決定される。図１に示す本発明の典 型的な応用では、センサヘッド４は導体５２と接地導体４８との間の絶縁体５０ 内に配置される。導体５２に電圧が印加されると、絶縁体５０内の導体５２と接 地導体４８との間に電界が作り出される。スケーリング定数（ｋ）の決定は既知 の精密な電圧を導体５２へ印加して遂行される。スケーリング定数（ｋ）が求め られたら、電気光学電圧センサシステムを作動させて導体５２へさらに印加され る実際の瞬時電圧をさらに決定することができる。 本発明に従った別の実施例を図２に示し、それは電気光学電圧センサシステム を示している。別の実施例において前記したものと同等の部品には同じ参照番号 が付されている。この実施例には、送信機１が図示されておりそれはレーザ（図 示せず）、偏光子６、および波長板９を含んでいる。レーザは電磁放射ビーム１ ２を放出する。電磁放射ビーム１２は最初に偏光子６を通過し次に波長板９を通 過して、円偏光することができる偏光ビーム１２を発生する。ビーム１２はコリ メータ２０を介してＰＭ光ファイバ１８へ入る。ＰＭ光ファイバ１８はさらに低 複屈折光ファイバを含むことができる。光ファイバ１８は一般的に１６に示すセ ンサヘッドへビーム１２を送る。図２に示すこの別の実施例におけるセンサヘッ ド１６は図１に示す好ましい実施例のセンサヘッド４とは異なることを理解でき るであろう。 図２に一般的に８に示す検出器は偏光ビームスプリッタ８０、少なくとも２個 の光検出器４３，４４、信号プロセッサ６２を含んでいる。ビーム１２はセンサ ヘッド１６からもう一つのＰＭ光ファイバ１９およびコリメータ２３を通って偏 光ビームスプリッタ８０内へ送られる。図３に示すように、ここでも偏光ビーム スプリッタ８０は偏光されたビーム１２を偏光楕円体の直交軸内を伝搬する別々 の各波成分に従ってＡＭ信号３５，３６へ分割する。図２に示す実施例では、ア ナログ光信号であるＡＭ信号３５，３６はマルチモードもしくはシングルモード 光ファイバ３７，３８を介して光検出器４３，４４へ送られる。 光検出器はＡＭ信号３５，３６を信号プロセッサ６２が分析できる電気信号４ ５，４６へ変換する。 センサヘッド１６について検討する前に、各々が図４に示すコリメータ２９で 表される図２、図７ａ，７ｂ，７ｃのコリメータ２０，２１，２２，２３，２４ ，２５および図８のコリメータ２６，２７，２８について考える。一般的に、コ リメータ２９はレンズ３０および光ファイバ４０のコア３２に対してビーム１２ を出入りさせることができる透明端３１を含んでいる。光ファイバのコアへ光を 結合するのに使用されるコリメータは従来技術で“カップラ”と呼ばれることも あるが、簡単にするためにここでは“コリメータ”という用語が使用される。好 ましい実施例では、光ファイバ４０はＰＭ光ファイバ１８であり、それも低複屈 折 ファイバの形状とすることができる。 図７ａ，７ｂおよび７ｃを参照して、センサヘッド１６のこれら別の実施例は トランスデューサ５およびリフレクタ１７を含んでいる。図７ａにおいて、ビー ム１２はＰＭファイバ１８に取り付けられたコリメータ２１を介してセンサヘッ ド１６へ入る。次に、ビーム１２はトランスデューサ５を通過しビームリフレク タ１７により反射されて第２のコリメータ２２へ入る。第２のコリメータ２２は 光ファイバ１９に接続され、それによりビーム１２はセンサヘッド１６から送出 される。この実施例（および、図７ｂの実施例）では、ビーム１２はトランスデ ューサを一度しか通過しない。 同様に、図７ｂの別の実施例では、ビーム１２はＰＭファイバ１８に取り付け られたコリメータ２１を介して第２のセンサヘッド１６へ入り、続いてビームリ フレクタ１７により反射されてトランスデューサ５へ入る。トランスデューサ５ を通過した後で、ビーム１２は光ファイバ１９に接続された第２のコリメータ２ ２へ入り第２のセンサヘッド１６から送出される。 同様に、図７ｃの実施例では、ビーム１２はセンサヘッド１６へ入り、続いて トランスデューサ５を通過する。次に、ビーム１２はビームリフレクタ１７によ りトランスデューサ５を通って反射し戻され、光ファイバ１９に接続された第２ のコリメータ２２へ入る。次に、ビーム１２はセンサヘッド１６から送出される 。 図１および図２の実施例では、センサヘッドが埋設される特定の装置に応じて 各センサヘッド４および６の断面積はおよそ５０平方ミリ（５０ｍｍ²）以下に すぎず、長さはおよそ２５センチ（２５ｃｍ）以下にすぎない。 真性複屈折に従って変動するトランスデューサ５の２つの実施例がある。図５ に示すトランスデューサ５の第１の実施例は、トランスデューサ材料５がｚとし て示す伝搬軸に沿って真性複屈折を示さない場合に特に適切である。ビーム１２ はｚ軸に沿って伝搬する。電界９０の存在下で、トランスデューサ５によりビー ム１２の直交面内に差動位相変調が生じる。図５に示す実施例はトランスデュー サ５が真性複屈折を示さない場合に好ましい。真性複屈折は典型的に温度依存性 であるため回避することが望ましい。 真性複屈折を示すトランスデューサ５の第２の実施例を図６に示す。ここでは 、 トランスジューサ５および第２のトランスデューサ１１は、ｙ’として示す伝搬 軸に沿って互いに一致する真性複屈折を有している。トランスデューサ５は光軸 ｙ’が互いに９０°（１８０°）回転するように第２のトランスデューサ１１と 一致されている。ｚ軸に沿って一致されている電界９０により第２のトランスデ ューサ１１内に逆極性が達成される。光軸ｙ’に対するビーム１２の配向はビー ム１２の９０°（９０°）の回転により保存される。配向のこの回転は第１のト ランスデューサ５と第２のトランスデューサ１１との間に９０°偏光回転体７を 配置して達成される。この構成により、各トランスデューサ５，１１内に差動移 相を生じながら真性温度依存複屈折の影響を相殺することができる。したがって 、この実施例では、ビーム１２はトランスデューサ５を通って９０°偏光回転体 ７へ行き、そこから第２のトランスデューサ１１へ行く。 電界発生源９６のいくつかの表現があり、次にそれについて検討する。第１は 図９に示すシールドジョイント１００である。シールドジョイント１００はシー ルド導体５２を互いに接続するのに使用され、スプライスもしくはプリモールド コネクタの形状とすることができる。好ましい実施例では、互いに接続された２ 本の導体５２の各々が絶縁体５０内に密閉され、その周りに半導電性ジャケット １０９およびケーブル接地シールド１１１がある。導体接続手段１０４の周りに はシールドジョイント絶縁層１０８およびジョイント接地シールド１０２がある 。ジョイント接地シールド１０２はエンドキャップ１１５により正しい位置に支 持されている。接地シールドコネクタ１１３を使用して、ケーブル接地シールド １１１およびジョイント接地シールド１０２上に共通接地電位を維持することが できる。ケーブル接地シールド１１１は接地シールドコネクタ１１３に取り付け られた導線１０６により電気的に接続することができる。 あるいは、交差点において接地シールドコネクタ１１３や導線１０６を使用せ ずに、ケーブル接地シールド１１１をジョイント接地シールド１０２に物理的に 接続することができる。センサヘッド４はジョイント接地シールド１０２と導体 接続手段１０４との間に配置されている。光ファイバ１８，３７，３８によりセ ンサヘッド４に対してビームが出入りされる。センサヘッド４が導入される関心 のある電界が、導体接続手段１０４上に電圧が存在する時に、ジョイント接地シ ールド１０２と導体接続手段１０４との間に生じる。 電界発生源９６のもう一つの表現は図１０に示すターミネータ１１８である。 ターミネータ１１８を示す好ましい実施例では、導体５２は遷移スパンを形成す る絶縁体５０内に密閉されている。絶縁体５０は電圧勾配制御手段１２０内に密 閉される。ケーブル接地シールド１１１は電圧勾配制御手段１２０を部分的に密 閉することができる。センサヘッド４は導体５２と電圧勾配制御手段１２０との 間に配置される。光ファイバ１８，３７，３８によりセンサヘッド４に対してビ ームが出入りされる。センサヘッド４が導入される関心のある電界は、導体５２ 上に電圧が存在する時に、導体５２と電圧勾配制御手段１２０との間に生じる。 図１および図２の電界発生源９６のもう一つの表現は、ここに図１１に変圧器 ブッシングとして示す、スルーホール絶縁体１２４である。スルーホール絶縁体 １２４を示す好ましい実施例では、導体５２は絶縁体５０内に密閉され、それは 接地導体４８内に密閉されている。ここに変圧器ブッシングとして示すスルーホ ール絶縁体は、ブッシングおよび接地導体４８から延在する沿面距離スカート１ ２８を搭載する搭載フランジ１２６を有している。センサヘッド４は導体５２と 接地導体４８との間に配置されている。光ファイバ１８，３７，３８によりセン サヘッド４に対してビームが出入りされる。センサヘッド４が導入される関心の ある電界は、導体５２上に電圧が存在する時に、導体５２と接地導体４８との間 に生じる。 図１および図２の電界発生源９６のもう一つの表現は、図１２に示すシールド ケーブルすなわちバス１２９である。シールドケーブルすなわちバス１２９の好 ましい実施例では、導体５２は絶縁体５０内に密閉され、それは接地導体４８内 に密閉されている。センサヘッド４は導体５２と接地導体４８との間に配置され ている。光ファイバ１８，３７，３８によりセンサヘッド４に対してビームが出 入りされる。センサヘッド４が導入される関心のある電界は、導体５２上に電圧 が存在する時に、導体５２と接地導体４８との間に生じる。図１２には丸い断面 のバスが図示されているが、別の同等の実施例は矩形（もしくは方形）断面を含 んでいる。 図１および図２に示す電界発生源９６のもう一つの表現は、図１３に示すガス もしくはオイル絶縁開閉装置１３２である。ガスもしくはオイル絶縁開閉装置１ ３２を示す好ましい実施例では、導体５２はガスもしくはオイル絶縁体を収納す る接地導電性もしくは半導電性収納手段１４０によりガスもしくはオイル絶縁体 １３４内に密閉されている。センサヘッド４は導体５２と接地収納手段１４０と の間に配置されている。光ファイバ１８，３７，３８によりセンサヘッド４に対 してビームが出入りされる。センサヘッド４が導入される関心のある電界は、導 体５２上に電圧が存在する時に、導体５２と接地収納手段１４０との間に生じる 。 電界発生源９６のもう一つの表現は、図１４に示すダクト密閉バス１４２であ る。ダクト密閉バス１４２の好ましい実施例では、導体５２はフラッシオーバの 可能性を最小限に抑えるために、十分な厚さの絶縁体５０内に密閉されている。 絶縁バスは接地ダクトもしくは他の接地された少なくとも半導通手段１４４内に 密閉されている。当業者ならば、“少なくとも半導通”という用語はバスを接地 することができる全ての半導通および導通手段を意味することがお判りであろう 。センサヘッド４は導体５２と接地半導通手段１４４との間に配置されている。 光ファイバ１８，３７，３８によりセンサヘッド４に対してビームが出入りされ る。センサヘッド４が導入される関心のある電界は、導体５２上に電圧が存在す る時に、導体５２と半導通手段１４４との間に生じる。 電界発生源９６のもう一つの表現は、図１５に示すクランプオン装置１４７で ある。クランプオン装置の好ましい実施例では、導体５２は同軸導電性接地包囲 手段１４９内に密閉されている。実施例では、導体５２は好ましくは非シールド 送電線、非シールドケーブル、もしくは非シールドバスである。導体５２は絶縁 されたスタンドオフ手段１５１により導電性接地包囲手段１４９から分離されて いる。センサヘッド４は導体５２と同軸導電性接地包囲手段１４９との間に配置 されている。光ファイバ１８，３７，３８によりセンサヘッド４に対してビーム が出入りされる。センサヘッド４が導入される関心のある電界は、導体５２上に 電圧が存在する時に、導体５２と同軸導電性接地包囲手段１４９との間に生じる 。 図１６は、センサヘッドと実質的に共通して配置される電流検出器１５３を有 する、図１の電気光学電圧センサの別の実施例である。電流検出器１５３は導体 ５２を通過する電流、図示せず、を電流に関連する磁界、図示せず、を検出する ことにより検出する。電流検出器は電流信号、図示せず、を与えそれは電流信号 ルーティング部材１５６を介して信号プロセッサ６２へ送られる。一実施例では 、光電流信号ルーティング部材１５６は光ファイバ、光検出手段、および電気接 続手段により構成され、そのいずれも図示されていない。電圧（Ｖ）および電流 （Ｉ）が既知であれば、電力（Ｐ）は信号プロセッサにより次のように電流（Ｉ ）に電圧（Ｖ）を乗じて求めることができる。 Ｐ＝ＩＶ 本発明の少なくとも２個のセンサを使用してマルチソースシステムの別々の導 体のライン対大地電圧測定を行うことができる。“マルチソースシステム”はマ ルチラインシステムだけでなくマルチフェーズシステムも含むことを意味する。 このようなシステムでは、ライン対大地電圧測定値を使用してその単純な減算に より線間電圧を算出することもできる。 本発明は従来の電圧測定装置、方法および技術を凌ぐ著しい進歩を表している 。本発明は分圧器等のトランスデューシング材料をバイアスして電圧を求める任 意の付加電子装置を必要としない。本発明では、多種の送配電装置内に存在する 電界を利用して電圧が求められ、これらの配電装置は同軸である場合が多いため 本発明の応用が簡単になる。電圧に比例する電界を使用してトランスデューシン グ要素をバイアスし、変調された光信号として電圧に比例する差動移相移をビー ムの直交面内に誘起する。 本発明の多くの利点はセンサヘッドの単純化された構造から生じ、それは電界 が生じる装置内に簡便に取り付けたり、センサの一部として組み入れるのに十分 小さいことが理解できるであろう。 従来技術の電圧測定装置および方法において、ポッケルスもしくはカー係数を 有する材料内で電気光学効果を使用する試みがなされてきてはいるが、典型的に それらは電圧測定を行うための既知の基準電圧を有する独立した補償器クリスタ ルもしくは活性化導体に直接接続された独立した分圧器を必要とする。その結果 、既知の基準を測定するための付加電子装置を必要とするかさばった装置となり 、あるいはさらにハードウェアを必要とするためサイズ、重量、費用、信頼度、 その他の問題が生じている。 前記した送配電装置内に設置もしくは組み込むことができる本発明のセンサヘ ッドを使用すれば、大型の専用、スタンドアロン分圧装置を使用せずに電圧測定 を行うことができる。変電所内の不動産はプレミアムであり、したがってこのセ ンサシステムを使用すれば省スペースにより実質的な経済的利点が得られる。さ らに、本発明の実施により活性化導体との接触は実質的に低減され大概の場合に 完全に解消される。高圧を伴う場所では活性化導体によりとりわけ重大な生命お よび健康上の危険を生じることがあるため、これは利点である。さらに、本発明 は被測定装置と干渉せずに実施され、従来技術の分圧器の使用に伴うさまざまな 他の問題点が回避される。 当業者ならば、前記した開示から前記目的は本発明により有利に達成されるこ とが理解できるであろう。 前記した構成は本発明の原理の応用を例示するにすぎない。当業者ならば、本 発明の精神および範囲を逸脱することなくさまざまな修正および変更を行うこと ができるものと思われ、そのような修正および変更は添付した請求の範囲に含ま れるものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ルナック，トッド，ダブリュ. アメリカ合衆国83401 アイダホ州アイダ ホ フォールズ，エバーグリーン ドライ ブ 260

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 電界内の電圧感知センサであって、該電圧センサは、 少なくとも一つの偏光された電磁放射ビームを伝達する送信手段であって、前 記ビームは少なくとも２つの直交面に沿って、それぞれ、伝搬して少なくとも２ つの直交ビーム成分を形成する少なくとも２つの成分を有する送信手段と、 電界の存在を感知する感知手段であって、前記感知手段が前記電界内にある時 に直交ビーム成分上に差動移相を誘起する感知手段と、 前記直交ビーム成分の前記差動移相を検出する検出手段と、 第１および第２のルーティング手段であって、前記第１のルーティング手段は 前記送信手段から前記感知手段へ前記ビームを送る第１の透光要素を含み、前記 第２のルーティング手段は前記感知手段から前記検出手段へ前記ビーム成分を送 る第２の透光要素を含む第１および第２のルーティング手段と、 を含む、電圧感知センサ。 2. 請求項１記載のセンサであって、前記ルーティング手段は、さらに、 前記感知手段と前記第２の透光要素との間で前記ビームを反射させる第１の反 射手段を含み、前記第２の透光要素は前記感知手段から前記検出手段へ前記ビー ムを送る、センサ。 3. 請求項１記載のセンサであって、前記ルーティング手段は、さらに、 前記第１の透光要素と前記感知手段との間で前記ビームを反射させる第２の反 射手段を含み、前記第１の透光要素は前記送信手段から前記感知手段へ前記ビー ムを送る、センサ。 4. 請求項１記載のセンサであって、前記第１および第２の透光要素の各々が 少なくとも１本の光ファイバを含み、前記少なくとも１本の光ファイバは、 （１） シングルモード光ファイバ、および （２） マルチモード光ファイバ からなる群から選択される光ファイバを含む、センサ。 5. 請求項４記載のセンサであって、前記光ファイバ少のなくとも１本はビー ムの偏光損失を低減しながら前記ビームを送る偏波面保存（ＰＭ）光ファイバを 含む、センサ。 6. 請求項４記載のセンサであって、前記光ファイバの少なくとも１本はビー ムの偏光損失を低減しながら前記ビームを送る低複屈折光ファイバを含む、セン サ。 7. 請求項１記載のセンサであって、前記感知手段は、さらに、 ビームの偏光楕円体（その楕円率は電圧に比例して−１と＋１の間で変動する ）の軸に沿って配向される直交ビーム成分を分離してそこから、それぞれ、少な くとも２つの独立した振幅変調信号を形成するビーム分離手段を含む、センサ。 8. 請求項１記載のセンサであって、前記検出手段は、さらに、 ビームの偏光楕円体（その楕円率は電圧に比例して−１と＋１の間で変動する ）の軸に沿って配向される直交ビーム成分を分離してそこから、それぞれ、少な くとも２つの独立した振幅変調信号を形成するビーム分離手段と、 前記独立した振幅変調信号を前記電界の電圧に比例する少なくとも１つのディ スプレイ信号へ変換する処理手段と、 を含む、センサ。 9. 請求項８記載のセンサであって、前記処理手段は、さらに、 前記ＡＭ信号をアナログ電子信号へ変換する光電変換手段を含み、前記アナロ グ電子信号は、 （１） ローレベルアナログ電圧信号、および （２） 電流信号 からなる群から選択される信号を含む、センサ。 10．請求項９記載のセンサであって、前記処理手段は、さらに、 前記アナログ電子信号を少なくとも１つのデジタル電子信号へ変換するアナロ グ／デジタル変換手段を含む、センサ。 11．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、少なくとも１つ のシールドされたケーブルジョイントを含み、前記シールドされたケーブルジョ イントは、 少なくとも２本の導体と、 少なくとも１つの導体接続手段と、 少なくとも１つの接地シールドと、 を含み、 前記少なくとも２本の導体は前記少なくとも１つの導体接続手段により互いに接 続されており、前記感知手段は前記少なくとも１つの導体接続手段（もしくは前 記導体）と前記少なくとも１つの接地シールドとの間に配置されている、センサ 。 12．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、少なくとも１個 のターミネータを含み、前記少なくとも１個のターミネータは、 少なくとも１本の導体と、 前記導体の絶縁手段であって、遷移スパンを形成する絶縁手段と、 遷移スパン両端間の電圧勾配を平滑化しかつ制御する電圧勾配制御手段であっ て、前記感知手段は前記絶縁手段内に配置されている電圧勾配制御手段と、 を含む、センサ。 13．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、少なくとも１個 のスルーホール絶縁体を含み、前記スルーホール絶縁体は、 少なくとも１本の導体と、 少なくとも１個の接地導体と、 前記導体を絶縁する絶縁手段であって、前記絶縁手段は前記少なくとも１本の 導体と前記少なくとも１本の接地導体との間に存在し、前記感知手段は前記導体 と前記接地導体との間で前記絶縁手段内に配置されている絶縁手段と、 を含む、センサ。 14．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、少なくとも１本 のシールドされたバスを含み、前記シールドされたバスは、 電気を導通する導通手段であって、前記導通手段はバスを含む導通手段と、 前記バスに対して同軸配置された少なくとも１本の接地された同軸導体であっ て、前記感知手段は前記導通手段と前記接地された同軸導体との間に配置される 同軸導体と、 を含む、センサ。 15．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、少なくとも１本 のシールドされたケーブルを含み、前記シールドされたケーブルは、 電気を導通する導通手段であって、前記導通手段は中心導体を含む導通手段と 、 前記中心導体に対して同軸配置された少なくとも１本の接地された同軸導体で あって、前記感知手段は前記導通手段と前記接地された同軸導体との間に配置さ れる同軸導体と、 を含む、センサ。 16．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、少なくとも１個 の絶縁された開閉装置を含み、前記絶縁された開閉装置は、 少なくとも１本の導体と、 絶縁体であって、前記絶縁体は、 （１） オイル、および （２） ガス からなる群から選択される材料を含む絶縁体と、 前記導体周りに配置されて前記導体周りの周囲位置に前記絶縁体を収納する接 地された収納手段であって、前記絶縁体は前記導体を絶縁するように機能し、前 記感知手段は前記導体と前記接地された収納手段との間に配置される収納手段と 、 を含む、センサ。 17．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、少なくとも１本 のダクト密閉バスを含み、前記バスは、 電気を導通する導通手段であって、前記導通手段はバスを含む導通手段と、 絶縁手段であって、前記絶縁手段は前記導通手段の周りに配置されフラッシオ ーバを最小限に抑えるのに十分な厚さを有する絶縁手段と、 接地されたシールド用の接地された少なくとも半導電性手段であって、前記接 地された半導電性手段は前記導通手段および前記絶縁手段の周りに配置され、前 記感知手段は前記導通手段の外側で前記絶縁手段と前記接地された半導電性手段 との間に配置される半導電性手段と、 を含む、センサ。 18．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、少なくとも１個 のクランプオン装置を含み、前記クランプオン装置は、 少なくとも１本の導体であって、 （１） シールドされていない送電線、 （２） シールドされていないケーブル、 （３） シールドされていないバス、 からなる群から選択される導体を含む導体と、 前記導体に対応する断面積および前記少なくとも１本の導体よりも大きいサイ ズを有する導電性同軸接地包囲手段と、 前記包囲手段を前記導体から分離し、前記包囲手段が前記導体周りに配置され る時に前記包囲手段を保持する絶縁されたスタンドオフ手段であって、絶縁感知 手段は前記少なくとも１本の導体と前記包囲手段との間に配置される前記スタン ドオフ手段と、 を含む、センサ。 19．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、 第１の光伝搬方位を有する第１の感知手段と、 第２の光伝搬方位を有する第２の感知手段であって、前記第２の感知手段の前 記伝搬方位は第１の感知手段の前記第１の光軸に対して１８０°に配向されてい る第２の感知手段と、 前記第１の感知手段と前記第２の感知手段との間に配置されて第１の感知手段 からビームを受光し、前記ビームを９０°回転させ、前記ビームを前記第２の感 知手段へ通す９０°偏光回転子手段と、 を含む、センサ。 20．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、電流により生じ る磁界の存在と大きさを検出し、さらに、 前記磁界を検出してそこから電流を求める電流検出手段であって、前記電流検 出手段は実質的に前記感知手段と共通に配置されている電流検出手段を含む、セ ンサ。 21．請求項１記載のセンサであって、前記センサは、さらに、 感知手段をバッファして電界を感知手段へ均一に遷移させるバッファ手段であ って、前記バッファ手段は感知手段と実質的に同じ誘電特性を有し、感知手段と 実質的に共通に配置される誘電バッファ材料を含むバッファ手段を含む、センサ 。 22．請求項１記載の少なくとも２個のセンサの組合せであって、前記各センサ はマルチソースシステムの独立導体のライン対大地電圧測定を行い、前記ライン 対大地電圧測定値はライン対大地値の単純な減算によりさらに前記システム内の 線間電圧を算出するのに使用することができるセンサの組合せ。 23．センサヘッドを電界の電圧を感知するシステムの一部として使用する方法 であって、前記センサヘッドは、それが電界内に電圧を有する装置の電界内にあ る時に、電磁放射ビームの電磁波成分として少なくとも２つの直交面内を伝搬す る少なくとも２つのビーム成分の差動移相を誘起する電気光学感知手段を有し、 該方法は、 （ａ） それぞれ、少なくとも２つの直交面に沿って伝搬する少なくとも２つ のビーム成分を有する電磁放射ビームを送信するステップと、 （ｂ） 前記送信手段から前記センサヘッドへ前記ビームを送ってビーム成分 の差動移相を誘起するステップと、 （ｃ） 前記センサヘッドから処理手段へ前記ビームを送るステップと、 （ｄ） 前記ビーム成分を少なくとも１つの電気信号へ変換することにより前 記ビーム成分を処理するステップであって、前記信号はセンサヘッドにおける電 界の電圧に比例するステップと、 を含む、方法。 24．請求項２３記載の方法であって、ステップ（ｃ）のルーティングは、さら に、 前記ビームからの特定のビーム成分を少なくとも２つの独立した振幅変調信号 へ分離するステップであって、各独立した振幅変調信号がビーム成分を含むステ ップを含む、方法 25．請求項２３記載の方法であって、ステップ（ｄ）の処理は、さらに、 （ｅ） 実質的に規則正しい間隔で電気信号をサンプリングするステップであ って、前記サンプリングは全てのビーム成分に対して実質的に同時に行われるス テップと、 （ｆ） 前記サンプルされた信号を格納するステップと、 （ｇ） 各ビーム成分の前記サンプルされた信号を処理して前記信号をディス プレイ信号へ変換するステップであって、前記ディスプレイ信号は前記電界の電 圧に比例するステップと、 を含む、方法。 26．請求項２５記載の方法であって、ステップ（ｇ）の処理は、さらに、 （ｈ） 各ビーム成分のサンプルされた電気信号を指定された時間間隔にわた って加算し、前記和をその間隔内にとられるビーム成分のサンプル数で除算する ことにより各ビーム成分に対する平均電気信号を求めるステップと、 （ｉ） サンプルされたビーム成分の最も最近の電気信号をビーム成分の最も 最近算出された平均電気信号と比較することにより各ビーム成分に対する調整さ れた瞬時信号を求めその差をとるステップと、 （ｊ） 各ビーム成分の調整された瞬時信号を加算しビーム成分数で除算する ことにより全てのビーム成分に対する調整された瞬時信号を求めるステップと、 （ｋ） 前記調整された平均瞬時信号にスケーリング定数を乗じることにより スケールされ調整された平均瞬時信号を比例的に増大させてスケールされ調整さ れた平均瞬時信号を求めるステップであって、前記スケールされ調整された平均 瞬時信号は大地と電圧測定が行われる活性化導体との間の電圧を表すディスプレ イ信号であるステップと、 を含む、方法。 27．請求項２５記載の方法であって、さらに、 （１） 前記ディスプレイ信号をディスプレイ手段上にディスプレイするステ ップであって、前記ディスプレイ信号をディスプレイする前記ディスプレイ手段 は、 （１） デジタルディスプレイ、 （２） ハードコピーディスプレイ、 （３） ビデオディスプレイ、 （４） ソフトウェアディスプレイ、 （５） コンピュータメモリ （６） 可聴インジケータ からなる群から選択されるディスプレイステップを含む、方法。 28．請求項２３記載の方法であって、前記ステップは少なくとも２個のセンサ の各々で実施され、さらに、 （ｍ） 関心のある導体のライン対大地間電圧を減算することにより少なくと も２本の活性化導体間の線間電圧を算出するステップを含む、方法。 29．物質上の電磁放射の電気光学効果を使用して電圧を測定する方法であって 、該方法は、 少なくとも２つの直交面に沿って、それぞれ、伝搬する少なくとも２つのビー ム成分を有する偏光電磁放射の少なくとも１つのビームを送信するステップと、 前記少なくとも１つのビームを少なくとも１個の透光要素を通って感知手段へ 送るステップと、 前記感知手段を通過する時に前記少なくとも１つのビームを変調して、前記感 知手段が電界内にある場合に前記少なくとも１つのビームの前記少なくとも２つ の直交面において前記少なくとも２つのビーム成分の差動移相を生じるようにす るステップであって、前記差動移相により前記ビームの偏光状態に対応する変化 を生じるステップと、 少なくとも２つのビーム成分を、電圧に比例して−１と＋１の間で楕円率が調 整されるビームの前記偏光楕円体の２つの直交軸に沿って逆に変調される強度に 対応する、少なくとも２つの独立した振幅変調信号へ分離するステップと、 前記少なくとも２つの独立した振幅変調信号を少なくとも１つのディスプレイ 信号へ変換するステップであって、前記少なくとも１つのディスプレイ信号は前 記電界の電圧に比例するステップと、 電界の電圧を確認できるように前記ディスプレイ信号をディスプレイするステ ップと、 を含む、方法。 30．少なくとも１つの電磁放射ビームと組み合わせて電界および電圧の存在お よび大きさを検出するのに使用するセンサヘッドであって、該センサヘッドは、 前記少なくとも１つのビームを偏光させて前記少なくとも１つのビームが少な くとも２つの直交面内に少なくとも２つのビーム成分を含むようにする偏光手段 と、 前記偏光手段から前記少なくとも１つのビームを受光し、電界の大きさに応答 して大きさが変動するビーム成分の差動移相を誘起するトランスデューシング手 段と、 前記トランスデューシング手段から前記少なくとも１つのビームを受光して前 記ビームを前記トランスデューシング手段へ反射し戻す第１の反射手段と、 を含む、センサヘッド。 31．請求項３０記載のセンサヘッドであって、該センサヘッドは、さらに、 ビームの偏光をバイアスしてトランスデューサ上のゼロ電界が円偏波状態に対応 するようにする１／４波長遅延手段を含む、センサヘッド。 32．請求項３０記載のセンサヘッドであって、前記反射手段は少なくとも１つ の表面を有する材料を含み、前記反射手段の少なくとも１つの表面上に反射コー ティングが配置され前記反射コーティングは前記ビームの反射を遂行する、セン サヘッド。 33．請求項３１記載のセンサヘッドであって、前記１／４波長遅延手段は前記 反射手段内に存在し、前記反射手段は、さらに、 前記ビーム成分の少なくとも１つの位相を偏移させて１／４波長の前記ビーム 成分間の差動移相を達成する移相手段であって、前記１／４波長偏移には少なく ともシングルオーダ偏移が含まれる移相手段を含む、センサヘッド。 34．請求項３１記載のセンサヘッドであって、前記１／４波長遅延手段は、 前記偏光手段に従う前記ビームの経路内の点に配置されて前記ビーム成分の少な くとも１つの位相を１／４波長偏移させる１／４波長板を含み、前記１／４波長 偏移には少なくともシングルオーダ偏移が含まれる１／４波長板を含む、センサ ヘッド。 35．請求項３０記載のセンサヘッドであって、前記トランスデューシング手段 はさらにポッケルストランスデューシング材料を含む、センサヘッド。 36．請求項３５記載のセンサヘッドであって、前記ポッケルストランスデュー シング材料は、 ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃） リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄） リン酸二重水素アンモニウム（ＮＨ₄Ｄ₂ＰＯ₄） リン酸二重水素カリウム（ＫＤ₂ＰＯ₄） ＭｇＯドープニオブ酸リチウム（ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ₃） タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃） 電気光学ポリマー 有機材料 からなる群から選択された材料である、センサヘッド。 37．請求項３０記載のセンサヘッドであって、前記センサヘッドは、さらに、 偏光手段とトランスデューシング手段との間に配置され、前記偏光手段からの 前記少なくとも１つのビームを受光して前記トランスデューシング手段へ通す透 光手段を含む、センサヘッド。 38．請求項３７記載のセンサヘッドであって、前記透光媒体はさらに実質的に 非複屈折で非導電性である材料を含む、センサヘッド。 39．請求項３０記載のセンサヘッドであって、前記センサヘッドは、さらに、 前記少なくとも１つのビームの偏光楕円体の主従軸に対応するビーム成分を分 離して、そこから少なくとも２つの信号を形成するビーム分離手段を含む、セン サヘッド。 40．請求項３９記載のセンサヘッドであって、前記センサヘッドは、さらに、 トランスデューシング手段と分離手段との間に配置され、前記トランスデュー シング手段からの前記少なくとも１つのビームを受光して前記分離手段へ通す透 光手段を含む、センサヘッド。 41．請求項３９記載のセンサヘッドであって、前記少なくとも２つの信号は独 立した逆振幅変調信号を含む、センサヘッド。 42．請求項３８記載のセンサヘッドであって、前記透光手段は、融解石英、融 解シリカ、および非導電性透光媒体からなる群から選択された少なくとも１つの 材料を含む、センサヘッド。 43．請求項３８記載のセンサヘッドであって、前記透光手段は、コリメータ結 合低複屈折ファイバおよび偏波面保存光ファイバからなる群から選択された少な くとも１つのファイバを含む、センサヘッド。 44．少なくとも１つの電磁放射ビームと組み合わせて電界を検出するのに使用 するセンサヘッドであって、該センサヘッドは、 前記少なくとも１つのビームを偏光させて前記少なくとも１つのビームが少な くとも２つの直交面内に少なくとも２つのビーム成分を含むようにする偏光手段 と、 前記偏光手段から前記少なくとも１つのビームを受光し、電界の大きさに応答 して大きさが変動するビーム成分の差動移相を誘起するトランスデューシング手 段と、 前記偏光手段から前記少なくとも１つのビームを受光して前記ビームを前記ト ランスデューシング手段内へ反射する第２の反射手段と、 を含む、センサヘッド。 45．請求項４４記載のセンサヘッドであって、該センサヘッドは、さらに、 ビームの偏光をバイアスしてトランスデューサ上のゼロ電界の大きさが円偏波 状態に対応するようにする１／４波長遅延手段を含む、センサヘッド。 46．少なくとも１つの電磁放射ビームと組み合わせて電界を検出するのに使用 するセンサヘッドであって、該センサヘッドは、 前記少なくとも１つのビームを偏光させて前記少なくとも１つのビームが少な くとも２つの直交面内に少なくとも２つのビーム成分を含むようにする偏光手段 と、 前記偏光手段から前記少なくとも１つのビームを受光し、電界の大きさに応答 して大きさが変動するビーム成分の差動移相を誘起するトランスデューシング手 段と、 前記少なくとも１つのビームを受光しビーム成分を分離して、そこから少なく とも２つの信号を形成するビーム分離手段と、 前記トランスデューシング手段から前記少なくとも１つのビームを受光して前 記ビームを前記ビーム分離手段内へ反射する第３の反射手段と、 を含む、センサヘッド。 47．請求項４６記載のセンサヘッドであって、該センサヘッドは、さらに、 ビームの偏光をバイアスしてトランスデューサ上のゼロ電界の大きさが円偏波 状態に対応するようにする１／４波長遅延手段を含む、センサヘッド。 48．少なくとも２つの直交面内を伝搬する少なくとも２つのビーム成分を有す る少なくとも１つの偏光された電磁放射ビームを使用して電界を検出する方法で あって、該方法は、 （ａ） 電圧に比例する電束を含む装置内へ前記トランスデューシング手段を 配置することにより、少なくとも１つのトランスデューシング手段上に電界を印 加するステップと、 （ｂ） 前記ビームを前記少なくとも１つのトランスデューシング手段へ通す ステップと、 （ｃ） 前記ビームが前記電界内の前記トランスデューシング手段を通過する 時にビーム成分間に差動移相を誘起するステップであって、前記差動移相は前記 電界の存在および大きさを示すステップと、 （ｄ） 反射手段を有するトランスデューシング手段を前記ビームが通過した 後で、前記ビームをトランスデューシング手段へ向けて戻されるよう反射させて 、前記ビームをトランスデューシング手段へ再入させるステップと、 （ｅ） ビーム成分を少なくとも１対の逆振幅変調（ＡＭ）信号へ分離するス テップであって、前記ＡＭ信号は楕円率が電圧に比例して−１と＋１の間で調整 される前記ビームの偏光楕円体の主従軸に対応し、前記各軸に沿った強度は他方 の軸に沿って示される強度とは逆に変調されるビーム成分分離ステップと、 （ｆ） 前記ＡＭ信号を送信して電界の大きさ（したがって、電圧）を確認で きるうにするステップと、 を含む、方法。