JP2004045397A - Optical measuring device and optical current measuring device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical measuring device and optical current measuring device of high practical use, which are highly precise and stable for a long period of time. <P>SOLUTION: An optics storage box 21 stores a collimator of a transmission fiber 3, polarizer 4, sensor fiber 5 and the collimator, analyzer 7, and optical components except the sensor fiber 5 among optics including collimators of receiving fibers 8. Fiber connectors 15 for constituting respective collimators, attaching members 16 for constituting the collimators of the transmission fiber 3 and reception fibers 8, fixing members of a lens holder 22, adjustment sleeve 23, and connector holder 24 or the like for constituting the collimator of the sensor fiber 5 and the optics storage box 21 are made of nickel alloy steel containing nickel at 30-40%. Spacings between each fixing member, and between each fixing member and the optics storage box 21, are fixed by means of laser welding (laser welding part WL), respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００６】
このようにして検出器９で得られた電気信号Ｖｘ，Ｖｙは、さらに、２つのＡＧＣ増幅器１０にそれぞれ送られ、次の式（２）によって、直流分成分で規格化される。
【数２】

【０００７】
この電気信号Ｖｘ’，Ｖｙ’は、除算器１１とＲＯＭテーブル１２によって処理され、次の式（３）に示すような、和と差のわり算のアークサインを求める演算によって、電流値Ｉが求められる。
【数３】

【０００８】
以上のような光応用電流測定装置においては、電流信号出力が光信号強度に無関係であるため、アライメントずれや光源の劣化による光量の変化などによる誤差を生じることなく、高精度の電流測定を行うことができる。このような光応用電流測定装置は、絶縁特性に優れており、構成もコンパクトであることから、特に、電力系統における高圧機器用の電流測定装置として、その一層の高性能化が期待されている。
【０００９】
［２．従来の光応用電流測定装置の光学系］
また、以上のような光応用電流測定装置において、送信ファイバ３から受信ファイバ８に至るまでの光学系は、例えば、図１７および図１８に示すように構成されている。ここで、図１７は、光学系の具体的な構成の一例を示す平面図、図１８は、図１７の断面図である。
【００１０】
図１７に示すように、送信ファイバ３から２つの受信ファイバ８に至るまでの光学系を構成する複数の光学部品は、光ファイバ部分を除いて、細長い光学系取付基板１３上に配置されている。まず、光学系取付基板１３の長手方向の一端には、被測定電流が流れる導体６を貫通させる円形の取付部１３ａが設けられ、この取付部１３ａの周囲にセンサファイバ５が巻回されている。このセンサファイバ５の両端部は、光学系取付基板１３の長手方向に沿って互いに平行にかつ同じ位置となるように配置されている。そして、センサファイバ５の入射端部の延長線上に、偏光子４、レンズ２、および送信ファイバ３の出射端部が一列に並べられると共に、センサファイバ５の出射端部の延長線上に、検光子７、レンズ２、および第１の受信ファイバ８の入射端部が一列に並べられている。
【００１１】
この場合、偏光子４は、その偏光方位が水平あるいは垂直方向に対して４５度をなすように配置されている。また、検光子７は、任意の方向に偏光している入射光を水平方向と垂直方向に偏光する２つの直線偏光に分解し、それぞれ異なる方向に出射する光学部品であるが、図１７においては、ここでは、光学系取付基板１３の長手方向と、それに対して９０度をなす方向（偏光子４側に向かう方向）に出射するように配置されている。
【００１２】
さらに、第２の受信ファイバ８の入射端部は、送信ファイバ３の出射端部と第１の受信ファイバ８の入射端部との間に、これらと平行に設けられている。そして、このように配置された第２の受信ファイバ８の入射端部に対して、前述した検光子７で９０度方向に出射した光を導くために、この検光子７と偏光子４の間には、光路を９０度折り曲げるための折り曲げ鏡１４が配置されている。
【００１３】
一方、このように配置された各ファイバ３，５，８の各端部には、このファイバ端部を支持するためのファイバコネクタ１５がそれぞれ設けられており、各ファイバコネクタ１５と各ファイバ３，５，８に結合される各レンズ２は、光軸を一致させる一定の位置関係となるようにして個別の取付部材１６に取り付けられている。これらの取付部材１６は、金属製であり、図１８に示すように、光学系取付基板１３上に、接着剤１７によって固定されている。また、偏光子４や検光子７、および折り曲げ鏡１４についても、同様に、接着剤１７によって光学系取付基板１３上に固定されている。そして、このように光学部品が固定された光学系取付基板１３の表面は、その重量が問題とならない程度の軽量の簡単なカバーによって覆われ、全体として、光学系収納箱を構成している。
【００１４】
以上のような構成を有する図１７および図１８の光学系の動作は、次の通りである。すなわち、この光学系において、各ファイバ３，５，８の各ファイバコネクタ１５と、取付部材１６、およびレンズ２からなる構造物は、ファイバからの光を平行ビームに変換するか、あるいは逆に、平行ビームを集光してファイバに入射させるコリメータとして機能する。
【００１５】
したがって、まず、図示していない光源を出射した光は、送信ファイバ３によって導かれ、その出射端部のコリメータにより平行ビームとなって偏光子４に達する。この場合、偏光子４は、前述したように、その偏光方位が水平あるいは垂直方向に対して４５度をなすように配置されているため、この偏光子４によって、光は方位４５度の直線偏光に変換される。この光は、センサファイバ５の入射端部のコリメータにより集光ビームとなってセンサファイバ５に入射する。
【００１６】
センサファイバ５に入射した光は、このセンサファイバ５を伝播する間に、導体６に流れる被測定電流の作る磁界によってファラデー旋光を受けてその方位が変化した後、センサファイバ５の出射端部のコリメータにより平行ビームとなって検光子７に入射する。この検光子７によって、光は、水平方向に偏光する直線偏光（ｘ成分）と垂直方向に偏光する直線偏光（ｙ成分）とに分解される。このように分解された２つの光のうち、一方の光はそのままの状態で、また他方の光は折り曲げ鏡１４を介して、２つの受信ファイバ８の入射端部のコリメータにそれぞれ入射し、各コリメータで集光ビームとなって各受信ファイバ８にそれぞれ入射する。
【００１７】
以上のような光学系の動作において、各光学部品は、高精度で位置決めされている必要がある。この場合、光学系取付基板１３は、各光学部品を所定の位置に正確に保持固定するように機能する。この光学系取付基板１３上における各光学部品の取付は、前述したように、接着剤１７によって行われているが、このような取付は、具体的には次のような手順によって行われている。すなわち、光学部品の取付に当たっては、光学部品の下面に接着剤を塗布し、この状態で、光学部品を微動装置によって保持しながら光学系取付基板１３上で位置決めし、その位置に接着固定している。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６〜図１８に示したような従来の光応用電流測定装置には、次のような問題点がある。
（１）　接着剤に起因する光学部品の位置ずれや脱落の可能性
（２）　光ファイバとそれに光を入射する集光光学系との間の位置ずれとそれによる光量変化
（３）　温度・湿度や外部磁界などの周囲環境や応力などの影響による精度低下
（４）　光ファイバ端面の異物付着による光量変化
（５）　受信ファイバの曲がりによる光損失
これらの問題点（１）　〜（５）　の具体的な内容について、以下に説明する。
【００１９】
（１）　「接着剤に起因する光学部品の位置ずれや脱落の可能性」について
図１７と図１８に示したように、従来、光学系の光学部品は、光学系収納箱の一部である光学系取付基板１３に対し、取付部材１６などの固定部材を使用して接着剤で固定されているにすぎない。この場合、接着剤は、一般的に、金属やガラスに対して膨脹率が１０倍以上大きいため、周囲温度が大きく変化した場合には、接着剤が大きく収縮してしまい、その結果、光学部品同士の位置がずれてしまう。また、光学系に温度変化や振動が繰り返し加わった場合には、前述したような大きな収縮と外部機械力との相乗的な影響によって接着剤が劣化し、長期間の後には、光学部品が脱落してしまう可能性がある。
【００２０】
（２）　「光ファイバとそれに光を入射する集光光学系との間の位置ずれとそれによる光量変化」について
光ファイバのコア径は極めて小径であるため、特に、このような光ファイバとそれに光を入射する集光光学系との間には極めて精度の高いアライメントが要求される。しかしながら、振動や温度変化が生じた場合、あるいは、接着剤の収縮を生じた場合には、センサと集光光学系との間のアライメントが崩れ、センサに入射する光量が大きく変化する可能性がある。このような光量変化は、測定精度の低下につながる。
【００２１】
特に、センサファイバを構成する光ファイバには、偏光情報を伝播することが要求されることから、シングルモード光ファイバが使用されるが、このようなシングルモード光ファイバのコア径は２〜１０μｍ程度と極めて小径であるため、振動や温度変化、接着剤の収縮などによって容易にアライメントが崩れ、ひどい場合にはセンサファイバに光を入射できなくなる可能性がある。
【００２２】
また、光学系の各部で、光量変化を生じた場合でも、ある程度の光量を確保することができれば、光学系のうち、検光子までの部分で発生した光量変化分については、電子回路で補正可能である。しかしながら、検光子以降で発生した光量変化分については、必ずしもｘ，ｙ成分共に同位相とならないため、電子回路で補正することは困難であり、誤差の原因となる。
【００２３】
この場合、受信ファイバを構成する光ファイバには、マルチモード光ファイバを使用することができるため、前述したシングルモード光ファイバを使用したセンサファイバに比べれば、比較的容易に光を入射することができる。しかしながら、前述したように、検光子以降で発生した光量変化分の補正は困難であるため、受信ファイバの入射時に光量変化が多少でも発生した場合には、この光量変化分はそのまま誤差の原因となってしまう。
【００２４】
（３）　「温度・湿度や外部磁界などの周囲環境や応力などの影響による精度低下」について
光学部品は、基本的に、温度・湿度や外部磁界などの周囲環境の影響を受けやすいが、図１７と図１８に示したように、光学系取付基板１３上に光学部品を取り付けて、この光学系取付基板１３を簡単なカバーで覆うだけの構造では、これらの周囲環境の影響から光学系を十分に保護することはできない。そのため、特に、センサファイバ以外の光学部品の光学特性が周囲環境の影響によって変化し、これらの光学部品を通過する光の誤差の原因となる可能性がある。
【００２５】
また、光応用電流測定装置において、センサファイバは、図１７と図１８に示したように、被測定電流の流れる導体の外周に配置された固定部材（図１７、図１８中では光学系取付基板１３の取付部１３ａ）に巻回されるが、センサファイバを固定部材に対して強固に固定した場合には、温度変化により固定部材からセンサファイバに大きな応力が加わり、誤差の原因となる。
【００２６】
（４）　「光ファイバ端面の異物付着による光量変化」について
光ファイバのコア径は極めて小径であるため、その端面に異物が付着した場合には光量損失を生じる。特に、センサファイバを構成するシングルモード光ファイバのコア径は、前述したように、２〜１０μｍ程度と極めて小径であるため、その端面に極めて微小の異物が付着した場合でも、大きな光量損失を生じてしまい、誤差の原因となる。
【００２７】
（５）　「受信ファイバの曲がりによる光損失」について
受信ファイバは、入射した光を検出器まで１００％導くことが望ましいが、曲り部分においては光の一部がファイバの外に逃げてしまい、光損失を生じてしまう。しかしながら、配設上の都合などから、受信ファイバを全く曲げずに配設し、その状態を維持することは通常困難であるため、このような受信ファイバの曲りによる光損失の発生は避けられない。
【００２８】
なお、以上のような問題点（１）　〜（５）　は、図１６〜図１８に示した光応用電流測定装置に限らず、光ファイバを含む光学系を使用して各種の物理量を測定する光応用測定装置一般に同様に存在している。
【００２９】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その第１の目的は、高精度でしかも長期に亘って安定性を有する、実用性の高い光応用測定装置を提供することである。
【００３０】
本発明の第２の目的は、温度・湿度や外部磁界などの周囲環境の影響を回避可能であり、高精度でしかも長期に亘って安定性を有する光学系を備えた光応用測定装置を提供することである。
【００３１】
本発明の第３の目的は、従来の光応用測定装置の構造に起因する光量損失を改善し、測定精度を向上させた光応用測定装置を提供することである。
【００３２】
本発明の第４の目的は、光ファイバに入射する光量の変化や光ファイバ端面への異物の付着を抑制可能であり、光量の安定性に優れた高精度の光学系を備えた光応用測定装置を提供することである。
【００３３】
本発明の第５の目的は、受信ファイバの曲りによる光損失を低減可能であり、光量の安定性に優れた高精度の光学系を備えた光応用測定装置を提供することである。
【００３４】
本発明の第６の目的は、センサファイバに対する応力などの外部影響を低減可能であり、高精度でかつ小型・簡略なセンサファイバを備えた光応用測定装置を提供することであり、特に、電力系統に適した光応用電流測定装置を提供することである。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１、２記載の各発明は、光を導く光ファイバと、この光ファイバに光を入射するための集光手段とを含む複数の光学部品から構成された光学系と、この光学系の一部に設けられたセンサ部とを備え、前記センサ部を通過した光の偏光状態を検出することによって測定対象となる物理量を求めるように構成された光応用測定装置において、次のような特徴を有する。
【００３６】
すなわち、請求項１記載の発明は、前記集光手段の、前記光ファイバの端面における入射光のスポットサイズがこの光ファイバのコア径の２^１／２以上となるように構成されていることを特徴としている。請求項２記載の発明は、前記集光手段の、前記光ファイバの端面における入射光のスポットサイズがこの光ファイバのコア径の２^−１／２以下となるように構成されていることを特徴としている。
【００３７】
以上のような構成を有する請求項１，２記載の各発明によれば、光ファイバに入射する光のファイバ端面におけるスポットサイズを光ファイバのコア径よりも大きくするか、あるいは逆に小さくすることによって、アライメントの変化に対するファイバ入射光量の変化を低減することができる。
【００３８】
請求項３記載の発明は、前記集光手段が、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）から構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項３記載の発明によれば、光ファイバに入射する集光手段に屈折率分布型レンズを使用することにより、レンズの外周とレンズの光学的中心との同軸度を容易に得ることができ、レンズ端面とファイバ端面との間の距離を機械加工で容易に設定できるため、アライメント精度を向上することができる。
【００３９】
請求項４記載の発明は、前記集光手段が、レンズから構成され、このレンズの焦点位置がレンズ端面に位置するように構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項４記載の発明によれば、光ファイバに入射する集光手段にレンズを使用し、このレンズの焦点位置がレンズ端面に位置するように設計することにより、光ファイバとレンズとを突き合わせ配置することができる。そして、このように突き合わせ配置することにより、光ファイバとレンズを同一振動条件下に設定することができるため、光量変化を抑制し、光量の安定性を向上することができる。
【００４０】
請求項５記載の発明は、前記請求項３または４記載の発明において、前記光ファイバの端部にはこのファイバ端部を支持するファイバコネクタが設けられ、前記レンズが、前記ファイバコネクタの直径と等しい直径を有することを特徴としている。以上のような構成を有する請求項５記載の発明によれば、前記請求項３，４記載の発明の作用効果に加えて、さらに、ファイバコネクタの直径とレンズの直径を同一にすることにより、光ファイバとレンズの同軸度を向上でき、アライメント精度を一層向上することができる。
【００４１】
請求項６記載の発明は、前記受信用光ファイバが、コア径が１００μｍ以上のマルチモード光ファイバから構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項６記載の発明によれば、受信用光ファイバに、大径のマルチモード光ファイバを使用することにより、アライメントの変化に対するファイバ入射光量の変化を低減することができる。
【００４２】
請求項７記載の発明は、前記受信用光ファイバが、ＮＡが０．２５以上のマルチモード光ファイバから構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項７記載の発明によれば、受信用光ファイバに、高ＮＡのマルチモード光ファイバを使用することにより、ファイバの曲りによる光損失を低減することができ、検出器への到達光量の変化を低減することができる。
【００４３】
請求項８記載の発明は、請求項６または７記載の発明において、前記マルチモード光ファイバが、多成分ガラスから構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項８記載の発明によれば、請求項６または７記載の発明の作用効果に加えて、さらに、受信用光ファイバを、多成分ガラスのマルチモード光ファイバを使用することにより、一層の高ＮＡと低損失を実現することができる。
【００４４】
請求項９記載の発明は、請求項６または７記載の発明において、前記マルチモード光ファイバのコアが石英から構成され、クラッドがプラスチックから構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項９記載の発明によれば、請求項６または７記載の発明の作用効果に加えて、さらに、受信用光ファイバのコアを石英、クラッドをプラスチックであることから、赤外域での高い透過率と、プラスチッククラッドによる高ＮＡを実現することができる。
【００４５】
また、上記目的を達成するため、請求項１０記載の発明は、測定対象となる物理量を検出可能な位置に配置されたセンサ用光ファイバを備え、このセンサ用光ファイバを通過した光の偏光状態を検出することによって測定対象となる物理量を求めるように構成された光応用測定装置において、次のような特徴を有する。
【００４６】
すなわち、請求項１０記載の発明においては、前記検出可能な位置に円環状取付部材が設けられ、前記センサ用光ファイバが、この円環状取付部材に沿って巻回される。そして、この円環状取付部材は、前記センサ用光ファイバを部分的に固定する固定部を有する。そして、この固定部は、センサ用光ファイバを収納する溝部とを有し、この溝部は、前記センサ用光ファイバの径よりも大きい寸法を有する。
【００４７】
以上のような構成を有する請求項１０記載の発明によれば、センサ用光ファイバを円環状取付部材に対して、緩やかにかつ部分的に固定することができるため、外部の影響を受けにくくすることができ、強固に固定した場合のように大きな応力を生じることがないため、そのような応力に起因する複屈折量の増加を抑制することができる。したがって、測定精度を向上することができる。
【００４８】
請求項１１記載の発明は、前記請求項１０記載の発明において、前記円環状取付部材の前記固定部は、前記円環状取付部材の周方向における複数箇所に分散配置されていることを特徴としている。請求項１２記載の発明は、前記請求項１０または１９記載の発明において、センサ用光ファイバの両端部のみが接着によって固定されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項１１、１２記載の各発明によれば、前記請求項１０記載の発明の作用効果に加えて、さらに、構造を簡略化することができ、設計の自由度を向上できる。また、センサ用光ファイバをより緩やかに固定することができるため、応力に起因する複屈折量の増加を一層抑制することができる。
【００４９】
請求項１３記載の発明は、前記請求項１０〜１２記載の発明において、前記センサ用光ファイバが、複数のターン数で巻回され、前記円環状取付部材の前記固定部が、前記センサ用光ファイバの隣接するファイバ間を分離する形でこれらを固定するように構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項１３記載の発明によれば、前記請求項１０〜１２記載の発明の作用効果に加えて、さらに、複数のターン数を有するセンサ用光ファイバを、各ターンのファイバを緩やかに配置しながら、しかも互いに干渉することなしに、良好に配置することができる。
【００５０】
請求項１４記載の発明は、前記請求項１０〜１３記載の発明において、前記センサ用光ファイバが、複数のセンサを構成する複数のセンサ用光ファイバであり、前記円環状取付部材の前記固定部が、前記複数のセンサ用光ファイバの隣接するファイバ間を分離する形でこれらを一括的に固定するように構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項１４記載の発明によれば、前記請求項１０〜１３記載の発明の作用効果に加えて、さらに、複数のセンサを構成する複数のセンサ用光ファイバを、各ファイバを緩やかに配置しながら、しかも互いに干渉することなしに、良好に配置することができる。特に、単一の円環状取付部材に複数のセンサを一括的に構成することができるため、複数のセンサを別に配置した場合に比べて、センサ全体の構成を小型・簡略化することができる。
【００５１】
請求項１５記載の発明は、前記請求項１３または１４記載の発明において、前記円環状取付部材の前記固定部が、複数の前記溝部を有し、各溝部に前記センサ用光ファイバが収納されるように構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項１５記載の発明によれば、固定部に設けた複数の溝部に、複数ターンのセンサ用光ファイバの各ターンのファイバ、あるいは、複数のセンサを構成する複数のセンサ用光ファイバを互いに分離して容易に配置することができる。したがって、このような複数ターンあるいは複数のセンサを構成するセンサ用光ファイバにおける、緩やかでかつ互いに干渉しないような良好な配置を容易に実現することができる。
【００５２】
請求項１６記載の発明は、前記請求項１３〜１５記載の発明において、前記円環状取付部材の前記固定部が、ファイバガイド部を有することを特徴としている。このファイバガイド部は、前記溝部内に収納されて、前記センサ用光ファイバの隣接するファイバ間を分離する形で各ファイバを個別にガイドするように構成される。以上のような構成を有する請求項１６記載の発明によれば、固定部に設けたファイバガイド部により、複数ターンのセンサ用光ファイバの各ターンのファイバ、あるいは、複数のセンサを構成する複数のセンサ用光ファイバを互いに分離して容易に配置することができる。したがって、このような複数ターンあるいは複数のセンサを構成するセンサ用光ファイバにおける、緩やかでかつ互いに干渉しないような良好な配置を容易に実現することができる。
【００５３】
請求項１７記載の発明は、前記請求項１６記載の発明において、前記円環状取付部材の前記ファイバガイド部が、前記円環状取付部材の周方向における複数箇所に分散配置されていることを特徴としている。請求項１８記載の発明は、前記請求項１６または１７記載の発明において、前記円環状取付部材の前記ファイバガイド部は、前記センサ用光ファイバの隣接するファイバ間にそれぞれ配置された複数の円筒状ガイドであることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項１７、１８記載の発明によれば、前記請求項１６記載の発明の作用効果に加えて、さらに、構造を簡略化することができ、設計の自由度を向上できる。また、センサ用光ファイバをより緩やかに固定することができるため、応力に起因する複屈折量の増加を一層抑制することができる。
【００５４】
請求項１９記載の発明は、前記請求項１３または１４記載の発明において、前記円環状取付部材の前記固定部が、軸方向に積層配置される複数のディスク状収納部を有し、各ディスク状収納部が、軸方向の片側の端面に前記溝部をそれぞれ有することを特徴としている。
【００５５】
以上のような構成を有する請求項１９記載の発明によれば、前記請求項１３または１４記載の発明の作用効果に加えて、さらに、ディスク状収納部を規格化することができ、固定部の構造を簡略化することができる。特に、ディスク状収納部の積層数を増減することによって、容易に設計変更が可能であるため、実用性に優れている。
【００５６】
請求項２０記載の発明は、前記請求項１０から請求項１１に記載の光応用測定装置の中から選択された光応用測定装置の構成を有し、前記円環状取付部材が、前記導体を囲むように配置されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項２０記載の発明によれば、前記請求項１０〜１９に記載の各発明と同様の作用効果を得ることができ、導体に流れる被測定電流を高精度で測定することができる。
【００５７】
請求項２１記載の発明は、前記請求項２０記載の発明において、前記センサ用光ファイバは、その電流測定感度低下が１０％以下となるように構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項２１記載の発明によれば、前記請求項２０記載の発明と同様の作用効果が得られることに加えて、さらに、センサ用光ファイバの電流測定感度低下を１０％以下とすることにより、外部の影響を受けにくくすることができる。すなわち、測定電流０Ａ限界における光ファイバの電流測定感度Ｓは、光ファイバの複屈折をδ（ラジアン）とした場合に、次の式（４）で表される。
【数４】
Ｓ＝ｓｉｎδ／δ…式（４）
この場合に、電流測定感度Ｓを９０％以上とするためには、複屈折δを、δ＜０．８０ラジアン、すなわち、４５度以下にする必要がある。通常、計測用に使用される光変流器に要求される精度は、定格電流値において±１％以下である。外部の影響を受けない条件での電流測定感度Ｓを９１％（δ＝０．７４）とすると、要求される精度は、複屈折δが０．７０〜０．８０ラジアンの場合に満足される。前記式（４）の関数は、電流測定感度Ｓが小さくなるほどδの変動による影響が大きくなるため、電流測定感度Ｓの低下を１０％以下とすることにより、センサ用光ファイバの高精度を実現することができる。
【００５８】
また、より高い精度と安定性を実現するためには、許容精度幅が電流測定感度Ｓの幅となるようにし、電流測定感度Ｓを９８％以上とすることが望ましい。この場合に要求されるδの範囲は、０〜０．３５ラジアンである。
【００５９】
なお、ここで説明した電流測定感度Ｓは、ベルデ定数Ｖで決定されるファラデー旋光角が、Ｓを乗じた場合に低下することを意味している。すなわち、ファラデー旋光角Φは、導体の周囲の光ファイバのターン数をｎ、導体に流れる電流値をＩとした場合に、次の式（５）によって表される。
【数５】
Φ＝Ｓ・ｍ・ｎＶＩ…式（５）
ここで、ｍは一方向の光路の場合に１であり、往復光路の場合に２である。
【００６０】
請求項２２記載の発明は、前記請求項２０または２１記載の発明において、前記導体が、絶縁ガスを封入したタンク内に配置され、前記センサ用光ファイバが、前記絶縁ガス領域の外側でかつ前記タンクの電流路の内側となる部分に配置されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項２２記載の発明によれば、前記請求項２０または２１記載の発明の作用効果が得られることに加えて、さらに、センサ用光ファイバを、絶縁ガス領域の外側でかつタンクの電流路の内側に配置することにより、導体からの発熱の影響や被測定電流以外の電流による影響が少なくなるため、導体に流れる電流を正確に測定することができる。また、ガス領域の外側に配置することにより、センサ用光ファイバの取り扱いが容易となる。
【００６１】
請求項２３記載の発明は、前記請求項２０〜２２記載の各発明において、前記導体が、絶縁ガスを封入したタンク内に配置され、前記タンクが、複数のタンクを絶縁スペーサを介して接続して構成され、前記円環状固定部材が、前記絶縁スペーサであることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項２３記載の発明によれば、前記請求項２０〜２２記載の発明の作用効果が得られることに加えて、さらに、タンク間を接続する絶縁スペーサをセンサ用光ファイバの取付部材として利用することにより、電力系統の小型・簡略化を図ることができる。
【００６２】
請求項２４記載の発明は、前記請求項２０〜２３記載の各発明において、前記センサ用光ファイバが、石英ファイバから構成されていることを特徴としている。以上のような構成を有する請求項２４記載の発明によれば、前記請求項２０〜２３記載の発明の作用効果が得られることに加えて、さらに、センサ用光ファイバとして、石英ファイバを使用することにより、ファイバのターン数を１以上の整数倍とし、ファラデー旋光角Φを４５度以内とすることによって、通信用ファイバで使用されている波長領域以下（１．５５μｍ以下）で、電力系統での測定に必要な最大電流：２×２^１／２×６３ｋＡ＝１７８ｋＡまでを測定することができる。すなわち、電力系統で要求される電流計測器の条件を満足することができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下には、本発明による光応用測定装置を、図１６〜図１８に示したような光応用電流測定装置として適用した場合の複数の実施の形態について、図１〜図１５を参照して具体的に説明する。
【００６４】
［１．第１の実施の形態］
図１は、本発明による光応用測定装置の第１の実施の形態を示す構成図である。なお、図１７および図１８に示した従来例においては、センサファイバ中を単一方向にのみ光が通過する方式の光学系の構成を示したが、本実施の形態においては、センサファイバ中を光が往復する方式の光学系に適用した場合の構成を示している。このような方式の差異は、設計上の選択にすぎず、本発明の本質に関わるものではないため、ここではその説明を省略する。
【００６５】
［１−１．構成］
図１に示すように、送信ファイバ３から２つの受信ファイバ８に至るまでの光学系を構成する複数の光学部品は、光ファイバ部分を除いて、光学系収納箱２１内に収納されており、レーザ溶接によって光学系収納箱２１に固定されている。図中ＷＬは、このようなレーザ溶接部を示している。以下には、各部の構成について順次説明する。
【００６６】
［１−１−１．光学系収納箱］
光学系収納箱２１は、ニッケル含有率が３０〜４０％のニッケル合金鋼から構成された３つのブロックをレーザ溶接によって互いに接合して構成されている。これらの３つのブロックは、それぞれに固定する光学部品に合わせてくり抜いて構成されている。
【００６７】
［１−１−２．センサファイバ周辺］
光学系収納箱２１のブロック積層方向における一方のブロックの端部には、センサファイバ５の一方の端部に取り付けられたファイバコネクタ１５とそれに結合されるレンズ２を含むコリメータが、レーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって固定されている。このセンサファイバ５のコリメータは、単一の取付部材１６の代わりに、レンズホルダ２２、調節スリーブ２３、およびコネクタホルダ２４を使用して組み立てられている。
【００６８】
ここで、レンズホルダ２２は、レンズ２を取り付ける固定部材であり、コネクタホルダ２４は、ファイバコネクタ１５を保持する固定部材であり、調節スリーブ２３は、レンズ２とファイバコネクタ１５との間のアライメントを行うために、レンズホルダ２２とファイバホルダ２４との間に設けられた固定部材である。すなわち、このコリメータの組み立て時には、調節スリーブ２３とコネクタホルダ２４との摺動によって光軸方向のアライメントが行われ、レンズ２とセンサファイバ５の光軸の一致については、レンズホルダ２２と調節スリーブ２３を光軸と直交方向に摺動させてアライメントが行われる。これらのアライメントは、別に容易した治具によって行われ、位置決めされた時点で、各部材間がレーザ溶接によって固定される。
【００６９】
これらのレンズホルダ２２、調節スリーブ２３、およびコネクタホルダ２４とファイバコネクタ１５は、いずれも、前述した光学系収納箱２１と同一の、ニッケル含有率が３０〜４０％のニッケル合金鋼から構成されている。そして、レンズホルダ２２は、光学系収納箱２１にレーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって固定されており、また、レンズホルダ２２、調節スリーブ２３、コネクタホルダ２４、およびファイバコネクタ１５の各部材間も、それぞれレーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって固定されている。なお、センサファイバ５の他方の端部には、センサファイバ５を伝播してきた往路光を反射させて復路光として反対方向に伝播させるための反射鏡１８が取り付けられている。
【００７０】
［１−１−３．送信ファイバ側］
センサファイバ５のコリメータの延長線上には、ビームスプリッタ１９、偏光子４、レンズ２、および送信ファイバ３のコリメータが一列に配置されている。このうち、ビームスプリッタ１９は、偏光子４からの直線偏光の一部を通過させてセンサファイバ５に入射すると共に、センサファイバ５からの出射光の一部を９０度方向に反射するために配置されている。このビームスプリッタ１９と偏光子４は、光学系収納箱２１の中央のブロック内に組み込まれている。
【００７１】
また、送信ファイバ３のファイバコネクタ１５とそれに結合されるレンズ２を含むコリメータは、光学系収納箱２１のセンサファイバ５と反対側のブロックの端部に、レーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって固定されている。この送信ファイバ３のコリメータは、前記センサファイバ５のコリメータとは異なり、単一の取付部材（固定部材）１６を使用して組み立てられている。
【００７２】
さらに、このコリメータの取付部材１６とファイバコネクタ１５は、いずれも、前述した光学系収納箱２１と同一の、ニッケル含有率が３０〜４０％のニッケル合金鋼から構成されている。そして、取付部材１６は、光学系収納箱２１にレーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって固定されており、この取付部材１６とファイバコネクタ１５の間も、レーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって固定されている。
【００７３】
［１−１−４．受信ファイバ側］
ビームスプリッタ１９の反射光の光路上には、検光子７および折り曲げ鏡１４が一列に配置されており、さらに、検光子７の９０度方向の出射光の光路上には、第１の受信ファイバ８のコリメータが配置され、また、折り曲げ鏡１４の折り曲げ光の光路上には、第２の受信ファイバ８のコリメータが配置されている。このうち、検光子７と折り曲げ鏡１４は、前述したビームスプリッタ１９および偏光子４と同様に、光学系収納箱２１の中央のブロック内に組み込まれている。
【００７４】
また、２つの受信ファイバ８の各コリメータは、前述した送信ファイバ３のコリメータと平行に配置されている。この２つの受信ファイバ８の各コリメータは、前述した送信ファイバ３のコリメータと同様にファイバコネクタ１５とレンズ２、および取付部材（固定部材）１６からそれぞれ組み立てられており、同様に、レーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって光学系収納箱２１にそれぞれ固定されている。
【００７５】
さらに、この２つの受信ファイバ８の各コリメータの取付部材１６とファイバコネクタ１５は、いずれも、前述した光学系収納箱２１と同一の、ニッケル含有率が３０〜４０％のニッケル合金鋼から構成されている。そして、取付部材１６は、光学系収納箱２１にレーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって固定されており、この取付部材１６とファイバコネクタ１５の間喪、レーザ溶接（レーザ溶接部ＷＬ）によって固定されている。
【００７６】
［１−２．作用］
以上のような構成を有する第１の実施の形態の光学系の動作は、次の通りである。すなわち、まず、図示していない光源を出射した光は、送信ファイバ３によって導かれ、その出射端部のコリメータにより平行ビームとなって偏光子４に達する。この場合、偏光子４は、前述したように、その偏光方位が水平あるいは垂直方向に対して４５度をなすように配置されているため、この偏光子４によって、光は方位４５度の直線偏光に変換される。この光は、ビームスプリッタ１９に入射し、その一部がこのビームスプリッタ１９を通過した後、センサファイバ５の端部のコリメータにより集光ビームとなってセンサファイバ５の一端に入射する。
【００７７】
センサファイバ５の一端に入射した光は、このセンサファイバ５を伝播して他端の反射鏡１８で反射し、再びコリメータに戻る。このようにセンサファイバ５を往復する間に、この光は、導体６に流れる被測定電流の作る磁界によってファラデー旋光を受けてその方位が変化した後、センサファイバ５の端部のコリメータにより平行ビームとなってビームスプリッタ１９に戻る。ビームスプリッタ１９に戻った光の一部は反射して検光子７に入射する。この検光子７によって、光は、水平方向に偏光する直線偏光（ｘ成分）と垂直方向に偏光する直線偏光（ｙ成分）とに分解される。このように分解された２つの光のうち、一方の光はそのままの状態で、また他方の光は折り曲げ鏡１４を介して、２つの受信ファイバ８の入射端部のコリメータにそれぞれ入射し、各コリメータで集光ビームとなって各受信ファイバ８にそれぞれ入射する。このように受信ファイバ８に入射した光は、従来の技術の項で図１６の光応用電流測定装置に関して説明したのと同様に、検出器などを含む信号処理手段によって、同様の手順で処理される。
【００７８】
［１−３．効果］
以上のように、本実施の形態においては、ファイバコネクタ１５、取付部材１６、レンズホルダ２２、調節スリーブ２３、およびコネクタホルダ２４などの固定部材と光学系収納箱２１を、リンを含まないニッケル合金鋼で構成している。このように、リンを含まない合金で固定部材と光学系収納箱を作製し、レーザ溶接で組み立てているため、異種材料の介在やひび割れなどを発生することなしに信頼性の高い固定部を形成することができ、光学部品を強固に安定した状態で固定することが可能となる。その結果、従来問題となっていたような、各光学部品の位置ずれや脱落などを発生する可能性がなくなり、高精度の光学系を長期間に亘って安定した状態で維持することが可能となる。
【００７９】
また、レーザ溶接は、非接触加工であるため、光学部品に力を加えずに組み立てることができ、光学部品の光学特性に影響を与える可能性はない。さらに、レーザ溶接は、入熱量の小さい溶接方法であるため、光学系全体に与える熱歪みを、実用上無視できる程度まで小さくすることができる。
【００８０】
特に、送信ファイバ３、センサファイバ５、受信ファイバ８などの光ファイバ以外の光学部品を収納した光学系収納箱２１を磁性金属であるニッケル合金鋼で構成しているため、その内部に収納された光学部品を外部磁界から遮蔽することができ、センサファイバ以外の光学部品における不都合なファラデー旋光の発生を防止することができる。その結果、外部磁界による誤差やノイズの影響を低減することができる。また、このように、光ファイバを除く光学部品を光学系収納箱２１に収納しているため、光学系収納箱にセンサファイバ５を取り付けた図１７および図１８の従来例に比べて、光学系収納箱２１を小型・簡略化することができる。
【００８１】
さらに、本実施の形態において使用しているニッケル含有率が３０〜４０％のニッケル合金鋼の熱膨脹率は、他の金属に比べて１０分の１程度と極めて低い。したがって、このような熱膨脹率の低いニッケル合金鋼を、固定部材と光学系収納箱の材料とすることにより、光学系全体の温度安定性を確保することができる。
【００８２】
［１−４．変形例］
なお、前記第１の実施の形態においては、固定部材と光学系収納箱の材質をニッケル含有率が３０〜４０％のニッケル合金鋼としたが、他の含有率を有するニッケル合金鋼を使用することも可能である。また、ニッケル合金鋼に限らず、別の各種の磁性金属やリンを含まない金属を同様に使用可能であり、その場合にも、材質によって多少の差はあるものの、優れた作用効果を得ることができる。
【００８３】
さらに、リンを含まない金属は、少なくとも固定部材と光学系収納箱の固定部分に使用すれば、一定の作用効果を得ることができる。そしてまた、光学系収納箱を、磁性金属から構成しないことも可能である。この場合には、光学系収納箱に比べて、外部磁界からの遮蔽効果は劣るものの、レーザ溶接で固定することにより、前述したような十分な作用効果を得ることができる。
【００８４】
一方、前記第１の実施の形態においては、光学系収納箱を、３つのブロックを溶接して構成したが、光学系収納箱の具体的な構成は自由に変更可能であり、例えば、２つのブロックを溶接して構成したり、あるいは逆に、４つ以上のブロックを溶接して構成することも可能である。また、単体のブロックをくり抜いて構成することも可能である。そしてまた、光学系収納箱を、板状部材から構成したり、あるいは、板状部材とブロックを組み合わせて構成することなども考えられる。
【００８５】
［２．第２の実施の形態］
図２は、本発明による光応用測定装置の第２の実施の形態を示す構成図である。
【００８６】
［２−１．構成］
図２に示すように、送信ファイバ３の出射端部とセンサファイバ５の入射端部との結合部分には、第１のレンズ２ａ、偏光子４、第２のレンズ２ｂが一列に配置されている。この場合、送信ファイバ３の出射光を、第１のレンズ２ａによって平行ビームにして偏光子４に入射し、偏光子４で直線偏光にした光を、第２のレンズ２ｂによって集光してセンサファイバ５に入射するように構成されている。また、送信ファイバ３とセンサファイバ５は、コア径の等しいシングルモード光ファイバによって構成されている。
【００８７】
そして、本実施の形態においては特に、第１と第２のレンズ２ａ，２ｂが、次のように選択されている。すなわち、第１と第２のレンズ２ａ，２ｂは、第１のレンズ２ａの焦点距離ｆａと第２のレンズ２ｂの焦点距離ｆｂが、ｆｂ≧２^１／２ｆａの関係を有するように選択されている。そして、これらのレンズ２ａ，２ｂの各焦点位置に、送信ファイバ３の出射端面とセンサファイバ５の入射端面がそれぞれ配置されている。このようなレンズ２ａ，２ｂの焦点距離ｆａ，ｆｂの関係とファイバ３，５の配置によって、センサファイバ５の入射端面でのビームのスポットサイズは、送信ファイバ３のコア径のｆｂ／ｆａ倍、すなわち、２^１／２倍以上に設定される。この場合、前述したように、送信ファイバ３とセンサファイバ５のコア径は等しいため、結局、センサファイバ５の入射端面でのビームのスポットサイズは、センサファイバ５のコア径の２^１／２倍以上に設定されることになる。
【００８８】
［２−２．作用効果］
以上のような構成を有する第２の実施の形態においては、次のような作用効果が得られる。すなわち、送信ファイバ３からセンサファイバ５への結合効率は、送信ファイバ３とセンサファイバ５がコア径の等しいシングルモード光ファイバである場合には、ｆａ＝ｆｂの時に最大となるが、振動や温度変化によるアライメントずれに対しては、結合効率が急激に低下する。これに対して、本実施の形態においては、センサファイバ５のコア径に対し、センサファイバ５の入射端面でのビームのスポットサイズを２^１／２倍以上と大きく設定しているため、このようなコア径とスポットサイズとの差が、アライメントずれに対する余裕となり、アライメントずれに対する光量変化を低減し、光量の安定性を向上させることができる。特に、本実施の形態においては、コア径に対してスポットサイズを大きく設定しているため、アライメントずれに対する余裕度を大きくとることができる。
【００８９】
したがって、本実施の形態によれば、センサファイバ５のコア径に対して入射ビームのスポットサイズを大きくしたことにより、センサファイバ５に入射する光量の安定性を向上し、光学系の精度を向上することができ、それによって、光応用測定装置の測定精度を向上することができる。
【００９０】
［２−３．変形例］
なお、以上のように、センサファイバ５の入射端面でのビームのスポットサイズをセンサファイバ５のコア径より大きくするための具体的な方法は、前記第２の実施の形態のように、焦点距離の異なるレンズを使用することに限定されない。すなわち、第２の実施の形態の変形例としては、焦点距離の同じレンズを使用して、第２のレンズ２ｂの焦点位置から若干ずらした位置にセンサファイバ５の入射端面を配置することも可能である。このように構成した場合でも、第２の実施の形態と同様に、センサファイバ５の入射端面でのビームのスポットサイズを大きくすることができ、同様の作用効果を得ることができる。
【００９１】
また、前記第２の実施の形態における発明では、受信ファイバの入射端部のコリメータに適用することも同様に可能である。その場合にも、前記第２の実施の形態と同様に、アライメントずれに対する光量変化を低減することができる。
【００９２】
［３．第３の実施の形態］
図３は、本発明による光応用測定装置の第３の実施の形態を示す構成図である。
【００９３】
［３−１．構成］
図３に示すように、本実施の形態における基本的な構成は、前記第２の実施の形態と同様である。すなわち、送信ファイバ３の出射端部とセンサファイバ５の入射端部との結合部分には、第１のレンズ２ａ、偏光子４、第２のレンズ２ｂが一列に配置され、送信ファイバ３の出射光を、第１のレンズ２ａによって平行ビームにして偏光子４に入射し、偏光子４で直線偏光にした光を、第２のレンズ２ｂによって集光してセンサファイバ５に入射するように構成されている。また、送信ファイバ３とセンサファイバ５は、コア径の等しいシングルモード光ファイバによって構成されている。
【００９４】
そして、本実施の形態においては特に、第１と第２のレンズ２ａ，２ｂが、次のように選択されている。すなわち、第１と第２のレンズ２ａ，２ｂは、前記第２の実施の形態とは逆に、第１のレンズ２ａの焦点距離ｆａと第２のレンズ２ｂの焦点距離ｆｂが、ｆａ≧２^１／２ｆｂの関係を有するように選択されている。そして、これらのレンズ２ａ，２ｂの各焦点位置に、送信ファイバ３の出射端面とセンサファイバ５の入射端面がそれぞれ配置されている。このようなレンズ２ａ，２ｂの焦点距離ｆａ，ｆｂの関係とファイバ３，５の配置によって、センサファイバ５の入射端面でのビームのスポットサイズは、送信ファイバ３のコア径のｆｂ／ｆａ倍、すなわち、２^−１／２倍以下に設定される。この場合、前述したように、送信ファイバ３とセンサファイバ５のコア径は等しいため、結局、センサファイバ５の入射端面でのビームのスポットサイズは、センサファイバ５のコア径の２^−１／２倍以下に設定されることになる。
【００９５】
［３−２．作用効果］
以上のような構成を有する第３の実施の形態においては、センサファイバ５のコア径に対し、センサファイバ５の入射端面でのビームのスポットサイズを２^−１／２倍以下と小さく設定しているため、このようなコア径とスポットサイズとの差が、アライメントずれに対する余裕となる。この場合、センサファイバ５のＮＡより大きなＮＡで光が入射することとなり、損失を生じるが、アライメントずれがコア径の範囲内であれば、この範囲では光量変化を生じない。
【００９６】
このように、本実施の形態においては、コア径に対してスポットサイズを小さく設定しているため、アライメントずれに対する余裕度を、第２の実施の形態と同程度に大きくとることはできないが、その一方で、アライメントずれに対する光量変化を生じないという利点がある。すなわち、アライメントずれを生じても、ビームの全てをセンサファイバ５のコアに入射することができるため、光量変化を生じることはない。そのため、本実施の形態は、特に、光量変化を嫌う装置への適用に有効である。
【００９７】
したがって、本実施の形態によれば、センサファイバ５のコア径に対して入射ビームのスポットサイズを小さくしたことにより、センサファイバ５に入射する光量の安定性を高く確保し、光学系の精度を向上することができ、それによって、光応用測定装置の測定精度を向上することができる。
【００９８】
［３−３．変形例］
なお、前記第３の実施の形態における発明では、受信ファイバの入射端部のコリメータに適用することも同様に可能である。その場合にも、前記第３の実施の形態と同様に、アライメントずれに対する光量変化を防止することができる。
【００９９】
［４．第４の実施の形態］
図４は、本発明による光応用測定装置の第４の実施の形態を示す構成図である。
【０１００】
［４−１．構成］
図４に示すように、第４の実施の形態においては、送信ファイバ３の出射光を平行ビームにして偏光子４に入射するためのレンズとして、前記第２、第３の実施の形態のレンズ２ａと同様のレンズ２が配置されている。また、偏光子４で直線偏光にした光を集光してセンサファイバ５に入射するレンズとしては、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）３１が配置されている。
【０１０１】
このＧＲＩＮレンズ３１は、その焦点位置がレンズ端面に位置するように設計されると共に、その直径は、センサファイバ５の入射端部に設けられたファイバコネクタ１５の直径と等しくされている。さらに、このＧＲＩＮレンズ３１とセンサファイバ５は、ＧＲＩＮレンズ３１のレンズ端面とセンサファイバ５のファイバ端面とが面接触するように突き合わせ配置されている。この場合、ＧＲＩＮレンズ３１のレンズ端面は、ファイバコネクタ１５の端面に対しても面接触している。そして、このような状態で、ＧＲＩＮレンズ３１とファイバコネクタ１５とは、単一の取付部材１６に取り付けられている。
【０１０２】
［４−２．作用効果］
以上のような構成を有する第４の実施の形態においては、センサファイバ５への入射光を集光するためのレンズとして、ＧＲＩＮレンズ３１を使用していることから、レンズ外周とレンズ光軸との間に高い同軸度を得ることができる。そのため、このＧＲＩＮレンズ３１とセンサファイバ５との光軸を光軸調整機構なしで正確に合わせることができ、光量の安定性を向上することができる。特に、本実施の形態においては、センサファイバ５の端部を支持するファイバコネクタ１５とＧＲＩＮレンズ３１の直径を等しくしているため、これらを取付部材１６に取り付けることにより、容易に光軸合わせを行うことができる。
【０１０３】
また、ＧＲＩＮレンズ３１においては、焦点位置がレンズ端面に位置するように正確に設計することができるため、前述したように、このＧＲＩＮレンズ３１のレンズ端面とセンサファイバ５のファイバ端面とが面接触するように突き合わせ配置することができる。このような焦点位置での突き合わせ配置によって、ＧＲＩＮレンズ３１とセンサファイバ５とを同一振動条件下に設定することができるため、振動による結合効率の低下を抑制することができ、光量の安定性を向上することができる。
【０１０４】
さらに、レンズや光ファイバなどの光学部品の端面には、反射率低減のために蒸着などの方法によって無反射膜を形成する必要があるが、本実施の形態においては、ＧＲＩＮレンズ３１のレンズ端面とセンサファイバ５のファイバ端面を突き合わせているため、このような無反射膜が不要となる利点もある。また、センサファイバ５のファイバ端面は、最もビーム径が小さくなり、埃や汚れ、結露などの異物付着による光量変化が発生しやすい部分であるが、本実施の形態においては、ＧＲＩＮレンズ３１のレンズ端面とセンサファイバ５のファイバ端面を突き合わせているため、ファイバ端面におけるこのような異物の侵入・付着を防止することができ、この点からも光量の安定性を向上できる。
【０１０５】
したがって、本実施の形態によれば、センサファイバ５に光を入射するレンズとしてＧＲＩＮレンズ３１を使用し、そのレンズ端面をファイバ端面と突き合わせたことにより、センサファイバ５に入射する光量の安定性を向上し、光学系の精度を向上することができ、それによって、光応用測定装置の測定精度を向上することができる。
【０１０６】
［４−３．変形例］
なお、前記第４の実施の形態においては、センサファイバ５に光を入射するためのレンズとしてＧＲＩＮレンズを使用したが、このようにＧＲＩＮレンズを使用する代わりに、球面レンズを使用することも可能である。図５は、このように球面レンズ３２を使用して、その焦点位置がレンズ端面に位置するように設計した例を示している。このように構成した場合にも、前記第４の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０７】
また、前記第４の実施の形態における発明では、受信ファイバの入射端部のコリメータに適用することも同様に可能である。その場合にも、前記第４の実施の形態と同様に光量の安定性を向上することができる。
【０１０８】
［５．第５の実施の形態］
図６は、本発明による光応用測定装置の第５の実施の形態を示す構成図である。
【０１０９】
［５−１．構成］
図６に示すように、センサファイバ５の出射端部と２つの受信ファイバの各入射端部との結合部分は、センサファイバ５の出射光を、レンズ２によって平行ビームにしてウォラストンプリズムからなる検光子７に入射し、この検光子７によってｘ，ｙの２成分に分解された光を２つのレンズ２によってそれぞれ集光して２つの受信ファイバ８にそれぞれ入射するように構成されている。そして、本実施の形態においては特に、受信ファイバ８として、コア径が１００μｍ以上でかつＮＡが０．２５以上のステップインデックス型のマルチモード光ファイバが使用されている。
【０１１０】
［５−２．作用効果］
以上のような構成を有する第５の実施の形態においては、次のような作用効果を得ることができる。
【０１１１】
すなわち、受信ファイバ８への結合部における損失が振動などで変化すると、誤差の原因となるため、通常、このような受信ファイバ８としては、マルチモード光ファイバが使用されている。しかしながら、通常使用されている屈折率分布型（ＧＩ型）ファイバは、そのコア径が５０μｍしかなく、また、コアの中心部に光を集光させた場合とコアの周辺部に光を集光させた場合とでは結合効率が異なるため、振動により光量損失が発生する。また、このような、屈折率分布型（ＧＩ型）ファイバのＮＡは、０．２程度と低いため、レンズからの光とファイバとの間の角度にずれがある場合には、損失が増加し、誤差の原因となる。
【０１１２】
これに対して、本実施の形態においては、コア径が１００μｍ以上の大径のマルチモード光ファイバを使用しているため、アライメントずれに起因する結合効率の変化を抑制することができる。また、ＮＡが０．２５以上の光ファイバを使用しているため、光ファイバの曲りによる光損失を低減することができる。
【０１１３】
したがって、本実施の形態によれば、受信ファイバ８として、コア径とＮＡが高いマルチモード光ファイバを使用したことにより、受信ファイバ８に入射する光量の安定性を向上し、光損失を低減して、光学系の精度を向上することができ、それによって、光応用測定装置の測定精度を向上することができる。
【０１１４】
［５−３．変形例］
また、受信ファイバ８に使用する光ファイバとしては、多成分ガラスからなるマルチモード光ファイバを使用することが考えられる。このように構成した場合には、一層の高ＮＡと低損失を実現することができる。さらに、コアが石英、クラッドがプラスチックからなるマルチモード光ファイバを使用することも考えられる。このように構成した場合には、赤外域での高い透過率と高ＮＡを実現することができる。
【０１１５】
［６．第６の実施の形態］
図７は、本発明による光応用測定装置の第６の実施の形態を示す構成図である。本実施の形態においては、前記第１の実施の形態と同様に、センサファイバ中を光が往復する方式の光学系に適用した場合の構成を示している。
【０１１６】
［６−１．構成］
［６−１−１．センサファイバ］
図７に示すように、本実施の形態の光応用電流測定装置は、センサとして、センサファイバ（センサ用光ファイバ）５を使用している。このセンサファイバ５は、被測定電流が流れる導体６の周囲に配置された円環状取付部材５１に沿って巻回されており、この円環状取付部材５１によって部分的に固定されている。より詳細には、円環状取付部材５１は、その外周面に沿って、センサファイバ５の径より大きい寸法の溝部とその開口面を閉塞する押さえ部とを含む固定部（図示していない）を有している。そして、センサファイバ５は、このような固定部の溝部内に余裕を持って収納されており、これによって、円環状取付部材５１に緩やかに固定されている。なお、このセンサファイバ５としては、石英ファイバが使用され、外部の影響を受けにくくするために捻りが加えられている。また、このセンサファイバ５の電流測定感度低下は１０％以下となるように構成されている。
【０１１７】
［６−１−２．光応用電流測定装置全体］
以上のようなセンサファイバ５を有する本実施の形態の光応用測定装置は、図７に示すように、大別して、センサ光学部４１、信号処理部４２、および伝送ファイバ部４３から構成されている。このうち、信号処理部４２は、測定光を発生する光源１、センサ光学部４１からの２つの光を検出し、その強度に応じた電気信号に変換する検出器４４ａ，４４ｂ、この検出器４４ａ，４４ｂで得られた信号を演算処理する信号処理回路４５、および処理結果を出力する出力端子４６を備えている。このような構成を有する信号処理部４２は、センサ光学部４１から十分に（少なくとも１０ｍ以上）離れた位置に配置されている。一方、伝送ファイバ部４３は、信号処理部４２内の光源１からセンサ光学部４１に光を送る送信ファイバ３と、センサ光学部４１から信号処理部４２内の２つの検出器４４ａ，４４ｂに光を送る２つの受信ファイバ８ａ，８ｂを備えている。ここで、光源１は、レーザダイオードあるいはスーパールミネセントダイオードなどから構成されている。
【０１１８】
また、センサ光学部４１は、前述したセンサファイバ５と結合光学系４７を備えている。このうち、結合光学系４７は、結合光学箱２１と、この結合光学箱２１内に収納された、複数の光学部品、すなわち、４つのレンズ２ａ〜２ｄ、偏光子４、２つのビームスプリッタ１９ａ，１９ｂ、および２つの検光子７ａ，７ｂを備えている。
【０１１９】
ここで、レンズ２ａ〜２ｄは、光ファイバからの光を平行ビームに変換するかあるいは平行ビームを集光して光ファイバに入射するために使用される。偏光子４は、レンズ２ａからの光を水平方向に関して４５度方向の直線偏光に変換するために使用される。第１のビームスプリッタ１９ａは、偏光子４からセンサファイバ５に入射する光およびセンサファイバ５から出射する光をその入射方向に応じて透過光と反射光とに分割するために使用され、第２のビームスプリッタ１９ｂは、第１のビームスプリッタ１９ａからの反射光を透過光と反射光とに分割するために使用される。２つの検光子７ａ，７ｂは、第２のビームスプリッタ１９ｂからの水平方向及び垂直方向の直線偏光の光をそれぞれ透過させることにより、直交するｘ，ｙの各偏光成分の光を抽出するために使用される。
【０１２０】
すなわち、この結合光学系４７は、送信ファイバ３からの光を、第１のレンズ２ａ、偏光子４、第１のビームスプリッタ１９ａ、および第２のレンズ２ｂを介してセンサファイバ５の始端部に導くようになっている。また、このセンサファイバ５からの出射光は、第２のレンズ２ｂを透過した後、第１のビームスプリッタ２４ａで反射して、第２のビームスプリッタ１９ｂに送られ、２方向の光に分割されるようになっている。そして、この一方の分割光は、第１の検光子７ａおよび第３のレンズ２ｃを介して一方の受信ファイバ８ａに送られるようになっている。また、他方の分割光は、第２の検光子７ｂおよび第４のレンズ２ｄを介して他方の受信ファイバ８ｂに送られるようになっている。なお、センサファイバ５の始端部と反対側の終端部には、反射鏡１８が設けられている。この反射鏡１８によって、センサファイバ５内を伝播してきた光を反射して再びセンサファイバ５内に戻し、反対方向に伝播させるようになっている。
【０１２１】
［６−２．作用］
以上のような構成を有する第６の実施の形態において、導体６を流れる被測定電流の測定は、次のようにして行われる。すなわち、まず、信号処理部４２の光源１から発した光が、送信ファイバ３を通って、センサ光学部４１の結合光学系４７に送られる。この送信ファイバ３からの光は、第１のレンズ２ａによって平行ビームに変換され、偏光子４によって直線偏光に変換された後、第１のビームスプリッタ１９ａを透過して第２のレンズ２ｂによって集光され、センサファイバ５の始端部に入射する。
【０１２２】
センサファイバ５に入射した光は、このセンサファイバ５内を伝播して終端部の反射鏡１８で反射された後、再びセンサファイバ５内に戻され、反対方向に伝播してその始端部から結合光学系４７側に出射する。この場合、センサファイバ５内を往復方向に通過する光は、導体６を流れる被測定電流によって誘起されるファラデー効果により、その偏光面が回転する。
【０１２３】
そして、センサファイバ５からの出射光は、結合光学系４７の第２のレンズ２ｂで平行ビームに変換された後、第１のビームスプリッタ１９ａで反射され、第２のビームスプリッタ１９ｂで２方向の光に分割される。このうち、一方の分割光は、第１の検光子７ａに送られ、この第１の検光子７ａによってｘ方向の偏光成分が抽出された後、第３のレンズ２ｃおよび受信ファイバ８ａを介して信号処理部４２の一方の検出器４４ａに送られる。また、他方の分割光は、第２の検光子７ｂに送られ、この第２の検光子７ｂによってｙ方向の偏光成分が抽出された後、第４のレンズ２ｄおよび受信ファイバ８ｂを介して信号処理部４２の他方の検出器４４ｂに送られる。
【０１２４】
さらに、このようにして、各検出器４４ａ，４４ｂに送られたｘ方向とｙ方向の偏光成分を表す各光信号は、各検出器４４ａ，４４ｂで、電気信号に変換され、増幅される。そして、これらの電気信号は、信号処理回路４５に送られて、演算処理され、得られた処理結果、すなわち、測定結果は、出力端子４６によって出力される。なお、この場合の具体的な信号処理については、従来の技術の項で説明したのと同様に処理可能であるため、ここでは説明を省略する。
【０１２５】
［６−３．効果］
以上のように、本実施の形態においては、センサとしてセンサファイバ５を使用し、このセンサファイバを、円環状取付部材５１に緩やかに固定しているため、従来のように強固に固定した場合に比べて、大きな応力を生じることがない。したがって、そのような応力に起因する複屈折量の増加を抑制することができ、測定精度を向上することができる。また、センサファイバ５は、導体６周囲の空きスペースを利用して設置できるため、装置全体を小型・簡略化することができ、低コスト化の面でも有利である。
【０１２６】
一方、本実施の形態においては、センサファイバ５の固有の複屈折と固定方法に基づく複屈折の和によって決定される電流測定感度低下が１０％以下となるように構成しているため、外部の影響を受けにくくすることができ、測定精度を向上することができる。特に、電流測定感度を９８％以上、すなわち、電流測定感度低下を２％以内にした場合には、より高い精度と安定性を実現することができる。この場合には、所定精度を実現するために必要な外部の影響に伴う複屈折の許容範囲が広くなる。
【０１２７】
さらに、電力系統で要求される電流計測器として適当なベルデ定数値を有する石英ファイバを使用しているため、電力系統での測定に必要な最大電流を測定することができる。この場合、石英ファイバは、光弾性定数が大きいため、外部の影響を比較的受けやすいが、本実施の形態のように、円環状取付部材５１に緩やかに固定することにより、外部の影響から十分に保護することができる。
【０１２８】
［７．第７の実施の形態］
図８は、本発明による光応用測定装置の第７の実施の形態を示す断面図である。なお、この第７の実施の形態は、センサファイバの固定構造に特徴を有するものであり、センサファイバ自身については、前記第６の実施の形態のセンサファイバと同様に構成されている。
【０１２９】
［７−１．構成］
図８に示すように、本実施の形態のセンサファイバ５は、被測定電流が流れる導体６の周囲に配置された円環状取付部材５１に沿って巻回されており、円環状取付部材５１の外周面に固定されたセンサ固定具（固定部）５２によって固定されている。このセンサ固定具５２は、センサファイバ５の径より大きい寸法の溝部とこの溝部の開口面を閉塞する押さえ部を備えており、この溝部内に、センサファイバ５が余裕を持って収納され、緩やかに固定されている。
【０１３０】
また、導体６は、電力系統のガス絶縁機器であり、絶縁ガスを封入したタンク５３内に収納されている。そして、センサファイバ５を取り付けた円環状取付部材５１は、このタンク５３の対向する端部に設けられた２つのタンクフランジ５４ａ，５４ｂの間に配置されている。この場合、円環状取付部材５３のタンクフランジ５４ａ，５４ｂとの接続面には、オーリング５５ａ，５５ｂが設けられており、センサファイバ５は、このオーリング５５ａ，５５ｂと円環状取付部材５１によって、導体６を含むガス領域５６から隔離されている。
【０１３１】
さらに、円環状取付部材５１は、絶縁材料によって絶縁物フランジとして構成されており、この円環状取付部材５１のセンサ固定具５２の外側には、タンクフランジ５４ａ，５４ｂ間を電気的かつ機械的に接続するための金属フランジ５７が配置されている。この金属フランジ５７と、タンクフランジ５４ａ，５４ｂとは、ボルト５８によって強固に接続固定されている。すなわち、金属フランジ５７は、タンク５３の電流路の一部を構成しており、この内側に配置されたセンサ固定具５２内に収納されたセンサファイバ５は、タンク５３の電流路の内側に配置されていることになる。なお、以上のような固定構造を除けば、本実施の形態のセンサファイバ５は、前述したとおり、前記第１の実施の形態のセンサファイバ５と全く同様に構成されている。
【０１３２】
［７−２．作用効果］
以上のような構成を有する本実施の形態によれば、前記第６の実施の形態のセンサファイバ５と同様の作用効果が得られることに加えて、さらに、次のような作用効果が得られる。
【０１３３】
すなわち、センサファイバ５がタンク５３内のガス領域５６から分離された空間内に配置されているため、導体６の通電に伴ってタンク５３内のガスの温度が上昇した場合でも、この温度上昇がセンサファイバ５に影響を及ぼす可能性はほとんどない。しかも、このセンサファイバ５は、タンク５３の電流路の内側に位置しているため、導体６に流れる被測定電流以外の電流による影響の可能性もほとんどない。さらに、このような電力系統のタンク５３の密閉性は高いため、外部からの影響も問題とならない程度に少なくすることができ、水分などの異物の付着を確実に防止できるなど、センサファイバ５にとって、好適な気密環境を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、センサファイバ５に対する外部の影響を十分に低減でき、測定精度を向上することができる。
【０１３４】
［７−３．変形例］
なお、前記第７の実施の形態においては、円環状取付部材５１を絶縁物フランジとして構成したが、円環状取付部材５１を金属フランジとして構成することも可能である。この場合には、円環状取付部材５１とタンク５３との間に絶縁物を介在させて電流路の形成を回避する必要がある。
【０１３５】
また、図９に示すように、電力系統においてタンク５３間接続やガス区分用として通常使用されている絶縁スペーサ５９を、円環状取付部材として使用することも可能である。この図９においては、絶縁スペーサ５９の外周面にセンサ固定具５２が固定され、このセンサ固定具５２によってセンサファイバ５が前記第７の実施の形態と同様に固定されている。この場合には、フランジを新たに増設することなしに、センサ固定具５２やセンサファイバ５などを追加するだけで簡単にセンサを構成し、電流測定が容易に可能となるため、電力系統の小型・簡略化を図ることができ、また、低コスト化の面でも有利である。
【０１３６】
［８．第８の実施の形態］
図１０は、本発明による光応用測定装置の第８の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ_１−Ｘ_２線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ_１−Ｙ_２線断面図である。なお、この第８の実施の形態は、センサファイバの固定構造に特徴を有するものであり、センサファイバ自身については、前記第６の実施の形態のセンサファイバと同様に構成されている。
【０１３７】
［８−１．構成］
図１０に示すように、本実施の形態のセンサファイバ５は、円環状取付部材５１の外周面に固定されたセンサ固定具５２によって固定されている。このセンサ固定具５２は、センサファイバ５の径より大きい寸法の複数の互いに分離した溝部を有する溝付き固定部６１と、この溝付き固定部６１の溝部の開口面を閉塞する押さえ部６２を備えている。また、円環状取付部材５１の周方向の一部には、このようなセンサ固定具５２のない領域６３が設けられている。すなわち、本実施の形態においては、溝部をねじ状に切らず、複数の溝部を互いに分離して設けているため、センサファイバ５を複数のターン数で巻回する場合に隣接する溝部に移行することを可能にするために、このようなセンサ固定具５２のない領域６３が設けられているのである。なお、溝付き固定部６１と押さえ部６２は、シリコンゴム、絶縁物、アルミなどの金属材料で構成されている。
【０１３８】
そして、本実施の形態においては、このようなセンサ固定具５２に対し、２つのセンサを構成する２つのセンサファイバ５ａ，５ｂが固定されている。すなわち、第１のセンサファイバ５ａは、４ターンで巻回されており、各ターンのファイバが、溝付き固定部６１の４つの溝部に順次収納されている。この第１のセンサファイバ５ａは、その両端に取り付けられた結合光学系４７ａおよび反射鏡１８ａと共に、第１のセンサを構成している。また、第２のセンサファイバ５ｂは、１ターンのみで巻回されており、溝付き固定部６１の１つの溝部に収納されている。この第２のセンサファイバ５ｂは、その両端に取り付けられた結合光学系４７ｂおよび反射鏡１８ｂと共に、第２のセンサを構成している。
【０１３９】
この場合、センサファイバ５ａ，５ｂは、その両端部の反射鏡１８ａ，１８ｂと結合光学系４７ａ，４７ｂで接着によって固定されていると共に、溝付き固定部６１に対しても接着によって部分的に固定されている。このうち、センサファイバ５ａ，５ｂと溝付き固定部６１との間の接着による固定は、ヤング率が低く柔らかなシリコンゴムを接着材として行われている。
【０１４０】
［８−２．作用効果］
以上のような構成を有する本実施の形態によれば、前記第６の実施の形態のセンサファイバ５と同様の作用効果が得られることに加えて、さらに、次のような作用効果が得られる。
【０１４１】
すなわち、複数の溝部を有する溝付き固定部６１を使用して、２つのセンサファイバ５ａ，５ｂを、各ファイバをそれぞれ緩やかに配置しながら、しかも互いに干渉することなしに、良好かつ容易に配置することができる。特に、単一の円環状取付部材５１に対して、２つのセンサを一括的に構成することができるため、複数のセンサを別に配設した場合に比べて、センサ全体の構成を小型・簡略化することができる。したがって、本実施の形態によれば、２つのセンサを構成する２つのセンサファイバ５ａ，５ｂを、互いに干渉することなく緩やかに配設でき、それぞれの測定精度を向上することができる。
【０１４２】
［８−３．変形例］
なお、前記第８の実施の形態のように、溝付き固定部６１に対して接着によって固定した場合には、押さえ部６２を省略することも可能であり、この場合には、構成をより簡略にすることができる。逆に、前記第８の実施の形態のように、押さえ部６２を使用した場合には、この押さえ部６２によって、センサファイバが溝付き固定部６１から外れることを防止できる。
【０１４３】
そのため、このように押さえ部６２を使用した場合には、さらに、接着による固定部分を、センサファイバの両端部の反射鏡および結合光学系部分のみとする構成も可能である。このようにセンサファイバの接着による固定部分を低減することにより、センサファイバを一層緩やかな状態で固定できる。そしてまた、押さえ部６２を、円環状取付部材５１の周方向に分散配置することも可能である。いずれの場合も、固定に伴う応力によって生じる複屈折の増加を抑制することができるため、測定精度をより向上することができる。
【０１４４】
一方、図１１は、前記第８の実施の形態の一つの変形例として、円環状取付部材５１に溝部を直接設けた構成を示す図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ_１−Ｘ_２線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ_１−Ｙ_２線断面図である。このように構成した場合には、前記第８の実施の形態と同様の作用効果が得られることに加え、さらに、センサ固定具５２を別に設けた場合に比べて部材数を低減でき、構成を簡略化することができる。
【０１４５】
さらに、図１２は、前記第８の実施の形態の一つの変形例を示す図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ_１−Ｘ_２線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ_１−Ｙ_２線断面図である。このように構成した場合には、センサ固定具５２のない領域６３を特に設ける必要はなく、センサ固定具５２間の部分を利用してセンサファイバ５を隣接する溝部に容易に移行することができる。また、この変形例においても、前記第８の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【０１４６】
そしてまた、単一の円環状取付部材５１に３つ以上のセンサを構成する３つ以上のセンサファイバを取り付ける構成や、あるいは逆に、１つのセンサを構成する１つのセンサファイバのみを取り付ける構成なども可能であり、その場合にも同様に優れた作用効果を得ることができる。
【０１４７】
［９．第９の実施の形態］
図１３は、本発明による光応用測定装置の第９の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ_１−Ｘ_２線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ_１−Ｙ_２線断面図である。なお、この第９の実施の形態は、センサファイバの固定構造に特徴を有するものであり、センサファイバ自身については、前記第６の実施の形態のセンサファイバと同様に構成されている。
【０１４８】
［９−１．構成］
図１３に示すように、本実施の形態において、円環状取付部材５１には、その軸方向の端面に開口面を有する溝部６４が、軸方向に沿って伸びるように形成されている。そして、この溝部６４内に、２つのセンサを構成する２つのセンサファイバ５ａ，５ｂが固定されている。すなわち、第１のセンサファイバ５ａは、４ターンで巻回され、第２のセンサファイバ５ｂは、１ターンのみで巻回されており、溝部６４内に一括的に収納されている。また、各ターンのファイバ間は、この溝部６４内に挿入された複数の円筒状ガイド６５によって互いに分離されている。この複数の円筒状ガイド６５は、ポリテトラフロロエチレンなどのフッ素系樹脂やシリコンゴムなどの絶縁物あるいはアルミニウムなどの金属から構成されており、円環状取付部材５１の周方向に沿って分散配置されている。
【０１４９】
また、円環状取付部材５１の一部には、２つのセンサファイバ５ａ，５ｂの両端部を引き出すために、ファイバ出入口６６が設けられている。さらに、溝部６４の開口面は、押さえ部５２によって閉塞されている。なお、本実施の形態において、センサファイバ５ａ，５ｂは、その両端部の反射鏡１８ａ，１８ｂと結合光学系４７ａ，４７ｂにおいてのみ、接着によって固定されており、それ以外の部分については、接着されていない。
【０１５０】
［９−２．作用効果］
以上のような構成を有する本実施の形態によれば、前記第６の実施の形態のセンサファイバ５と同様の作用効果が得られることに加えて、さらに、次のような作用効果が得られる。
【０１５１】
すなわち、円環状取付部材５１に直接設けた溝部６４とこの溝部６４に部分的に挿入した複数の円筒状ガイド６５を使用して、２つのセンサファイバ５ａ，５ｂを、各ファイバをそれぞれ緩やかに配置しながら、しかも互いに干渉することなしに、良好かつ容易に配置することができる。特に、前記第８の実施の形態と同様に、単一の円環状取付部材５１に対して、２つのセンサを一括的に構成することができるため、複数のセンサを別に配設した場合に比べて、センサ全体の構成を小型・簡略化することができる。
【０１５２】
したがって、本実施の形態によれば、前記第８の実施の形態と同様に、２つのセンサを構成する２つのセンサファイバ５ａ，５ｂを、互いに干渉することなく緩やかに配設でき、それぞれの測定精度を向上することができる。また、接着による固定をセンサファイバ５ａ，５ｂの両端部のみで行っているため、センサファイバ５ａ，５ｂを一層緩やかな状態で固定でき、測定精度をより向上することができる。さらに、このように、円筒状ガイド６５などのファイバガイドを使用する構成は、簡略であり、設計の自由度に優れている。
【０１５３】
［９−３．変形例］
なお、前記第９の実施の形態の変形例としては、例えば、円筒状ガイド６５によってセンサファイバ５ａ，５ｂを接着によって固定することなども可能である。また、ファイバガイドの構成は自由に変更可能であり、例えば、単一のファイバガイドによって複数のファイバを一括的にガイドするような構成も可能である。
【０１５４】
［１０．第１０の実施の形態］
図１４および図１５は、本発明による光応用測定装置の第１０の実施の形態を示す図であり、図１４は断面図、図１５は、センサファイバの配設方法を説明する斜視図である。なお、この第８の実施の形態は、センサファイバの固定構造に特徴を有するものであり、センサファイバ自身については、前記第６の実施の形態のセンサファイバと同様に構成されている。
【０１５５】
［１０−１．構成］
図１４に示すように、本実施の形態の円環状取付部材５１の外周面には、複数のディスク状収納部６７が、軸方向に積層配置されている。この場合、各ディスク状収納部６７は、軸方向の片側の端面に、一つの溝部６８をそれぞれ有しており、各溝部６８に、複数のターン数で巻回されたセンサファイバ５の各ターンのファイバがそれぞれ収納されている。
【０１５６】
より詳細には、図１５に示すように、各ディスク状収納部６７の周方向の一部には、前記第８の実施の形態におけるセンサ固定具５２のない領域６３と同じ目的で、切欠き部６９が設けられている。すなわち、この切欠き部６９は、一つのディスク状収納部６７の溝部６８内に配設したセンサファイバ５を、隣接するディスク状収納部６７の溝部６８内に移行することを可能にするために設けられている。また、センサファイバ５は、前記第９の実施の形態と同様に、その両端部においてのみ、接着によって固定されており、それ以外の部分については、接着されていない。
【０１５７】
［１０−２．作用効果］
以上のような構成を有する本実施の形態によれば、前記第６の実施の形態のセンサファイバ５と同様の作用効果が得られることに加えて、さらに、次のような作用効果が得られる。
【０１５８】
すなわち、複数のディスク状収納部６７を使用して、図１５に示すように、その各溝部６８に、センサファイバ５の各ターンのファイバをそれぞれ収納しながら、ディスク状収納部６７を順次積層することにより、センサファイバ５の各ターンのファイバをそれぞれ緩やかに配置しながら、しかも互いに干渉することなしに、良好かつ容易に配置することができる。
【０１５９】
したがって、本実施の形態によれば、前記第８、第９の実施の形態と同様に、センサファイバ５の各ターンのファイバを、互いに干渉することなく緩やかに配設でき、測定精度を向上することができる。また、第９の実施の形態と同様に、接着による固定をセンサファイバ５の両端部のみで行っているため、センサファイバ５を一層緩やかな状態で固定でき、測定精度をより向上することができる。さらに、このようなディスク状収納部６７は、規格化することができ、固定構造の簡略化を図ることができる。特に、ディスク状収納部６７の積層数を増減することによって、容易に設計変更が可能であるため、実用性に優れている。
【０１６０】
［１０−３．変形例］
なお、前記第１０の実施の形態の変形例としては、例えば、ディスク状収納部６７間を接着によって固定することも可能である。また、前記第８、第９の実施の形態と同様に、複数のセンサを構成する複数のセンサファイバを一括的に取り付けることも可能である。
【０１６１】
［１１．他の実施の形態］
なお、本発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、他にも多種多様の形態を実施することが可能である。例えば、前記第１、第６の実施の形態においては、センサファイバ中を光が往復する方式の光学系に適用した場合について説明したが、本発明は、センサファイバ中を単一方向にのみ光が通過する方式の光学系にも同様に適用可能であり、同様に優れた作用効果を得ることができる。また、本発明は、光応用電流測定装置に限らず、光ファイバを含む光学系を使用して各種の物理量を測定する各種の光応用測定装置に同様に適用可能であり、同様に優れた作用効果を得ることができる。
【０１６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学系の製造方法とその構成を改良し、また、光ファイバとこの光ファイバに光を入射する集光手段や受信ファイバの構成を改良し、あるいは、センサファイバの固定構造を改良することにより、従来に比べて、高精度でしかも長期に亘って安定性を有する、実用性の高い光応用測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態の光学系を示す構成図。
【図２】本発明による第２の実施の形態の送信ファイバとセンサファイバとの間の結合部分を示す構成図。
【図３】本発明による第３の実施の形態の送信ファイバとセンサファイバとの間の結合部分を示す構成図。
【図４】本発明による第４の実施の形態の送信ファイバとセンサファイバとの間の結合部分を示す構成図。
【図５】図４の結合部分の変形例を示す構成図。
【図６】本発明による第５の実施の形態のセンサファイバと２つの受信ファイバとの間の結合部分を示す構成図。
【図７】本発明による第６の実施の形態の光応用電流測定装置を示す構成図。
【図８】本発明による第７の実施の形態のセンサファイバの固定構造を示す断面図。
【図９】図８の固定構造の変形例を示す断面図。
【図１０】本発明による第８の実施の形態のセンサファイバの固定構造を示す図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ_１−Ｘ_２線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ_１−Ｙ_２線断面図。
【図１１】図１０の固定構造の一つの変形例を示す図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ_１−Ｘ_２線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ_１−Ｙ_２線断面図。
【図１２】図１０の固定構造の別の変形例を示す図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ_１−Ｘ_２線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ_１−Ｙ_２線断面図。
【図１３】本発明による第９の実施の形態のセンサファイバの固定構造を示す図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ_１−Ｘ_２線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ_１−Ｙ_２線断面図。
【図１４】本発明による第１０の実施の形態のセンサファイバの固定構造を示す断面図。
【図１５】図１４の固定構造におけるセンサファイバの配設方法を示す斜視図。
【図１６】従来の光応用電流測定装置の一例を示す構成図。
【図１７】図１６の装置に使用される従来の光学系の具体的な構成の一例を示す平面図。
【図１８】図１７の断面図。
【符号の説明】
１：光源
２，２ａ〜２ｄ：レンズ
３：送信ファイバ
４：偏光子
５，５ａ，５ｂ：センサファイバ
６：導体
７，７ａ，７ｂ：検光子
８：受信ファイバ
９：検出器
１０：ＡＧＣ増幅器
１１：除算器
１２：ＲＯＭテーブル
１３：光学系取付基板
１４：折り曲げ鏡
１５：ファイバコネクタ
１６：取付部材
１７：接着剤
１８，１８ａ，１８ｂ：反射鏡
１９，１９ａ，１９ｂ：ビームスプリッタ
２１：光学系収納箱
２２：レンズホルダ
２３：調節スリーブ
２４：コネクタホルダ
３１：屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）
３２：球面レンズ
４１：センサ光学部
４２：信号処理部
４３：伝送ファイバ部
４４ａ，４４ｂ：検出器
４５：信号処理回路
４６：出力端子
４７，４７ａ，４７ｂ：結合光学系
５１：円環状取付部材
５２：センサ固定具
５３：タンク
５４ａ，５４ｂ：タンクフランジ
５５ａ，５５ｂ：オーリング
５６：ガス領域
５７：金属フランジ
５８：ボルト
５９：絶縁スペーサ
６１：溝付き固定部
６２：押さえ部
６３：センサ固定具のない領域
６４：溝部
６５：円筒状ガイド
６６：ファイバ出入口
６７：ディスク状収納部
６８：溝部
６９：切欠き部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical applied measuring device and an optical applied current measuring device for obtaining a physical quantity to be measured by using an optical element whose polarization characteristic changes due to a change in a physical quantity such as a temperature, an electric field, or a magnetic field as a sensor. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various physical quantities such as magnetic field, electric field, strain, and temperature are measured by measuring polarization using the Faraday effect, in which the angle of rotation of polarized light changes due to a magnetic field, and the photoelastic effect, in which birefringence occurs due to stress. Attempts have been made widely, and various optical applied measurement devices have been proposed.
[0003]
[1. Conventional optical applied current measuring device]
FIG. 16 is a configuration diagram showing a typical example of a conventional applied optical measuring device, particularly an applied optical current measuring device. As shown in FIG. 16, light from a light source 1 composed of a laser diode or a light emitting diode is condensed by a lens 2 and enters a transmission fiber 3. The light propagating through the transmission fiber 3 is converted into a parallel beam by the lens 2 and is converted into linearly polarized light through the polarizer 4. This light is collected by the lens 2 and enters the sensor fiber 5. The sensor fiber 5 is wound around a conductor 6 through which a current to be measured flows. Light propagates through the sensor fiber 5 so that the light is Faraday optical rotation proportional to a magnetic field generated by the current to be measured flowing through the conductor 6. And output as linearly polarized light rotated by an angle θ. Therefore, a current value can be obtained by measuring the optical rotation angle θ.
[0004]
As a method of measuring such an optical rotation angle θ, in FIG. 16, an analyzer 7 composed of a Wollaston prism arranged to be rotated by 45 degrees with respect to the polarizer 4 is used, and two orthogonal polarization line segments are used. A method of detecting light separately is adopted. That is, first, the light emitted from the sensor fiber 5 is converted into a parallel beam again by the lens 2 and is divided into two components of x and y by the analyzer 7 composed of a Wollaston prism. The two components of light are incident on two receiving fibers 8 via the individual lenses 2. The two-component light of x and y respectively propagated through the receiving fiber 8 is guided to two detectors 9 respectively.
[0005]
Next, the two component optical signals x and y are converted into electric signals Vx and Vy by the two detectors 9, respectively. The electric signals Vx and Vy in this case are represented by the following equation (1).
(Equation 1)

[0006]
The electric signals Vx and Vy obtained by the detector 9 in this way are further sent to two AGC amplifiers 10, respectively, and are normalized by a DC component according to the following equation (2).
(Equation 2)

[0007]
The electric signals Vx 'and Vy' are processed by the divider 11 and the ROM table 12, and the current value I is obtained by the operation of obtaining the arc sine of the sum and difference as shown in the following equation (3). Can be
[Equation 3]

[0008]
In the optical applied current measuring device as described above, since the current signal output is independent of the optical signal strength, high-precision current measurement is performed without causing an error due to misalignment or a change in light amount due to deterioration of the light source. be able to. Such an optical applied current measuring device has excellent insulation properties and a compact configuration, and therefore is expected to have higher performance especially as a current measuring device for high-voltage equipment in a power system. .
[0009]
[2. Optical system of conventional optical applied current measuring device]
Further, in the optical applied current measuring device as described above, the optical system from the transmission fiber 3 to the reception fiber 8 is configured as shown in FIGS. 17 and 18, for example. Here, FIG. 17 is a plan view showing an example of a specific configuration of the optical system, and FIG. 18 is a cross-sectional view of FIG.
[0010]
As shown in FIG. 17, a plurality of optical components constituting the optical system from the transmission fiber 3 to the two reception fibers 8 are arranged on the elongated optical system mounting board 13 excluding the optical fiber portion. . First, at one end in the longitudinal direction of the optical system mounting substrate 13, a circular mounting portion 13 a that penetrates the conductor 6 through which the current to be measured flows is provided, and the sensor fiber 5 is wound around the mounting portion 13 a. . Both ends of the sensor fiber 5 are arranged in parallel with each other and at the same position along the longitudinal direction of the optical system mounting board 13. The polarizer 4, the lens 2, and the output end of the transmission fiber 3 are arranged in a line on the extension of the input end of the sensor fiber 5, and the analyzer is placed on the extension of the output end of the sensor fiber 5. 7, the lens 2 and the incident end of the first receiving fiber 8 are arranged in a line.
[0011]
In this case, the polarizer 4 is arranged such that its polarization direction is at 45 degrees to the horizontal or vertical direction. The analyzer 7 is an optical component that decomposes incident light polarized in an arbitrary direction into two linearly polarized lights that are polarized in a horizontal direction and a vertical direction, and emits the polarized light in different directions. Here, it is arranged so as to be emitted in the longitudinal direction of the optical system mounting substrate 13 and in a direction at 90 degrees to the longitudinal direction (direction toward the polarizer 4).
[0012]
Further, the incident end of the second receiving fiber 8 is provided between the emitting end of the transmitting fiber 3 and the incident end of the first receiving fiber 8 in parallel with them. Then, in order to guide the light emitted in the 90-degree direction by the above-described analyzer 7 to the incident end of the second receiving fiber 8 arranged as described above, the distance between the analyzer 7 and the polarizer 4 is increased. Is provided with a bending mirror 14 for bending the optical path by 90 degrees.
[0013]
On the other hand, at each end of each of the fibers 3, 5 and 8 thus arranged, a fiber connector 15 for supporting the fiber end is provided. The lenses 2 connected to the lenses 5 and 8 are mounted on the individual mounting members 16 so as to have a fixed positional relationship for matching the optical axes. These mounting members 16 are made of metal, and are fixed on the optical system mounting substrate 13 by an adhesive 17 as shown in FIG. Similarly, the polarizer 4, the analyzer 7, and the bending mirror 14 are also fixed on the optical system mounting substrate 13 by the adhesive 17. The surface of the optical system mounting substrate 13 to which the optical components are fixed is covered with a light and simple cover whose weight does not matter, thereby constituting an optical system storage box as a whole.
[0014]
The operation of the optical system having the above configuration shown in FIGS. 17 and 18 is as follows. That is, in this optical system, the structure composed of each fiber connector 15 of each of the fibers 3, 5, and 8, the mounting member 16, and the lens 2 converts light from the fiber into a parallel beam, or conversely, It functions as a collimator that focuses the parallel beam and makes it incident on the fiber.
[0015]
Accordingly, first, the light emitted from the light source (not shown) is guided by the transmission fiber 3 and reaches the polarizer 4 as a parallel beam by the collimator at the emission end. In this case, as described above, the polarizer 4 is arranged so that its polarization direction is at 45 degrees with respect to the horizontal or vertical direction. Is converted to This light is condensed by the collimator at the incident end of the sensor fiber 5 and enters the sensor fiber 5.
[0016]
The light incident on the sensor fiber 5 undergoes Faraday rotation due to the magnetic field generated by the current to be measured flowing through the conductor 6 while propagating through the sensor fiber 5 and changes its direction. The collimator makes a parallel beam and enters the analyzer 7. The analyzer 7 decomposes light into linearly polarized light (x component) polarized horizontally and linearly polarized light (y component) polarized vertically. Of the two lights decomposed in this way, one light is left as it is, and the other light is incident on the collimators at the incident ends of the two receiving fibers 8 via the bending mirror 14, respectively. The light is condensed by the collimator and is incident on each receiving fiber 8.
[0017]
In the operation of the optical system as described above, each optical component needs to be positioned with high accuracy. In this case, the optical system mounting board 13 functions to accurately hold and fix each optical component at a predetermined position. The mounting of each optical component on the optical system mounting board 13 is performed by the adhesive 17 as described above, but such mounting is specifically performed by the following procedure. . That is, in mounting the optical component, an adhesive is applied to the lower surface of the optical component, and in this state, the optical component is positioned on the optical system mounting board 13 while being held by the fine movement device, and is adhesively fixed at that position. I have.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional optical applied current measuring device as shown in FIGS. 16 to 18 has the following problems.
(1) Possibility of displacement or falling off of optical parts due to adhesive
(2) Displacement between the optical fiber and the condensing optical system that impinges light on the optical fiber and the change in light amount
(3) Decrease in accuracy due to the influence of ambient environment such as temperature / humidity and external magnetic field and stress
(4) Light intensity change due to foreign matter adhering to the optical fiber end face
(5) Optical loss due to bending of receiving fiber
The specific contents of these problems (1) to (5) will be described below.
[0019]
(1) "Possibility of misalignment or dropping of optical components due to adhesive"
As shown in FIGS. 17 and 18, conventionally, an optical component of an optical system is attached to an optical system mounting substrate 13 which is a part of an optical system storage box by using a fixing member such as a mounting member 16 with an adhesive. It is only fixed at. In this case, since the adhesive generally has an expansion rate 10 times or more larger than that of metal or glass, when the ambient temperature changes greatly, the adhesive contracts greatly, and as a result, the optical component The positions of them are shifted. In addition, when temperature changes and vibrations are repeatedly applied to the optical system, the adhesive deteriorates due to the synergistic effect of large shrinkage and external mechanical force as described above, and after a long period of time, the optical components fall off. Could be done.
[0020]
(2) Regarding “Position shift between optical fiber and light-gathering optical system that makes light incident on it, resulting in change in light quantity”
Since the core diameter of the optical fiber is extremely small, extremely high precision alignment is particularly required between such an optical fiber and a condensing optical system that enters light into the optical fiber. However, when vibrations or temperature changes occur, or when the adhesive shrinks, the alignment between the sensor and the condensing optical system is broken, and the amount of light incident on the sensor may change significantly. is there. Such a change in light quantity leads to a decrease in measurement accuracy.
[0021]
In particular, since the optical fiber constituting the sensor fiber is required to propagate polarization information, a single mode optical fiber is used. The core diameter of such a single mode optical fiber is about 2 to 10 μm. Since the diameter is extremely small, the alignment may be easily broken due to vibration, temperature change, shrinkage of the adhesive, or the like, and in severe cases, light may not be able to be incident on the sensor fiber.
[0022]
Also, even if the light amount changes in each part of the optical system, if the light amount can be secured to some extent, the light amount change generated in the optical system up to the analyzer can be corrected by the electronic circuit. It is. However, since the x- and y-components do not always have the same phase with respect to the change in the amount of light generated after the analyzer, it is difficult to correct the amount by the electronic circuit, which causes an error.
[0023]
In this case, since a multimode optical fiber can be used as the optical fiber constituting the receiving fiber, light can be incident relatively easily as compared with the sensor fiber using the single mode optical fiber described above. it can. However, as described above, since it is difficult to correct the light amount change that occurs after the analyzer, if the light amount change occurs at any time upon incidence on the receiving fiber, the light amount change is directly the cause of the error. turn into.
[0024]
(3) "Degradation in accuracy due to ambient environment such as temperature / humidity and external magnetic field and stress"
Optical components are basically susceptible to the surrounding environment such as temperature, humidity, and external magnetic field. However, as shown in FIGS. 17 and 18, the optical components are mounted on the optical system With a structure in which the optical system mounting board 13 is simply covered with a simple cover, the optical system cannot be sufficiently protected from the influence of the surrounding environment. Therefore, in particular, the optical characteristics of the optical components other than the sensor fiber may change due to the influence of the surrounding environment, which may cause errors in light passing through these optical components.
[0025]
In the optical applied current measuring device, the sensor fiber is, as shown in FIGS. 17 and 18, a fixing member (an optical system mounting board in FIGS. 17 and 18) arranged on the outer periphery of the conductor through which the current to be measured flows. When the sensor fiber is firmly fixed to the fixing member, a large stress is applied from the fixing member to the sensor fiber due to a temperature change, which causes an error.
[0026]
(4) "Change in light intensity due to foreign matter adhering to optical fiber end surface"
Since the core diameter of the optical fiber is extremely small, a light amount loss occurs when foreign matter adheres to the end face. In particular, since the core diameter of the single mode optical fiber constituting the sensor fiber is as small as about 2 to 10 μm as described above, even if extremely minute foreign matter adheres to the end face, a large light amount loss occurs. It causes an error.
[0027]
(5) About “optical loss due to bending of receiving fiber”
The receiving fiber desirably guides the incident light 100% to the detector. However, at the bent portion, a part of the light escapes outside the fiber, resulting in light loss. However, since it is usually difficult to arrange the receiving fiber without bending at all and maintain that state for reasons of arrangement, etc., occurrence of optical loss due to such bending of the receiving fiber is inevitable. .
[0028]
The problems (1) to (5) described above are not limited to the optical applied current measuring device shown in FIGS. 16 to 18, and various physical quantities are measured using an optical system including an optical fiber. Optically applied measuring devices generally exist as well.
[0029]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the first object of the present invention is to provide a highly practical optical device having high accuracy and stability over a long period of time. It is to provide an applied measuring device.
[0030]
A second object of the present invention is to provide an optical applied measurement device having an optical system which can avoid the influence of the surrounding environment such as temperature and humidity and an external magnetic field, and has high accuracy and stability for a long time. It is to be.
[0031]
A third object of the present invention is to provide a light applied measurement device in which the loss of light amount due to the structure of the conventional light applied measurement device is improved and the measurement accuracy is improved.
[0032]
A fourth object of the present invention is to provide an optical measurement system equipped with a high-precision optical system that is capable of suppressing a change in the amount of light incident on an optical fiber and the adhesion of a foreign substance to the end face of the optical fiber, and having excellent light amount stability. It is to provide a device.
[0033]
A fifth object of the present invention is to provide an optical applied measurement device including a high-precision optical system capable of reducing light loss due to bending of a receiving fiber and having excellent light quantity stability.
[0034]
A sixth object of the present invention is to provide an optical applied measurement device having a highly accurate, small, and simple sensor fiber capable of reducing external effects such as stress on the sensor fiber, and An object of the present invention is to provide an optical applied current measuring device suitable for a power system.
[0035]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, each of the inventions according to the first and second aspects of the present invention provides an optical device comprising a plurality of optical components including an optical fiber for guiding light and a condensing means for making the light incident on the optical fiber. And a sensor unit provided in a part of the optical system, and configured to obtain a physical quantity to be measured by detecting a polarization state of light passing through the sensor unit. Has the following features.
[0036]
That is, according to the first aspect of the present invention, the spot size of the incident light on the end face of the optical fiber of the condensing means is equal to the core diameter of the optical fiber. ^1/2 It is characterized in that it is configured as described above. According to a second aspect of the present invention, the spot size of the incident light on the end face of the optical fiber of the light condensing means is two times the core diameter of the optical fiber. ^-1/2 It is characterized in that it is configured as follows.
[0037]
According to the first and second aspects of the present invention having the above configuration, the spot size of the light incident on the optical fiber at the fiber end face is made larger than the core diameter of the optical fiber or, conversely, made smaller. Accordingly, it is possible to reduce a change in the amount of incident light on the fiber with respect to a change in the alignment.
[0038]
The invention according to claim 3 is characterized in that the light condensing means is constituted by a gradient index lens (GRIN lens). According to the third aspect of the present invention having the above-described configuration, by using a gradient index lens for the light collecting means for entering the optical fiber, the coaxiality between the outer periphery of the lens and the optical center of the lens is improved. Can be easily obtained, and the distance between the lens end surface and the fiber end surface can be easily set by machining, so that the alignment accuracy can be improved.
[0039]
The invention according to claim 4 is characterized in that the light condensing means is constituted by a lens, and the focal position of the lens is arranged on the lens end face. According to the fourth aspect of the present invention having the above-described configuration, a lens is used as a light condensing unit that enters the optical fiber, and the lens is designed such that the focal position of the lens is located at the lens end face. The fiber and the lens can be placed side by side. Since the optical fiber and the lens can be set under the same vibration condition by butt-arranging in this manner, a change in the light amount can be suppressed, and the stability of the light amount can be improved.
[0040]
According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, a fiber connector for supporting the fiber end is provided at an end of the optical fiber, and the lens has a diameter corresponding to the diameter of the fiber connector. It is characterized by having equal diameter. According to the fifth aspect of the present invention having the above configuration, in addition to the effects of the third and fourth aspects, by further equalizing the diameter of the fiber connector and the diameter of the lens, The coaxiality between the optical fiber and the lens can be improved, and the alignment accuracy can be further improved.
[0041]
The invention according to claim 6 is characterized in that the receiving optical fiber is constituted by a multi-mode optical fiber having a core diameter of 100 μm or more. According to the sixth aspect of the present invention having the above-described configuration, by using a large-diameter multimode optical fiber as the receiving optical fiber, it is possible to reduce a change in the amount of incident light on the fiber with respect to a change in alignment. it can.
[0042]
The invention according to claim 7 is characterized in that the receiving optical fiber comprises a multimode optical fiber having an NA of 0.25 or more. According to the seventh aspect of the present invention having the above configuration, by using a high-NA multimode optical fiber as the receiving optical fiber, it is possible to reduce the optical loss due to the bending of the fiber, The change in the amount of light reaching the vessel can be reduced.
[0043]
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 6 or 7, wherein the multimode optical fiber is made of multi-component glass. According to the eighth aspect of the present invention having the above configuration, in addition to the functions and effects of the sixth or seventh aspect, the receiving optical fiber further uses a multi-mode optical fiber of multi-component glass. By doing so, higher NA and lower loss can be realized.
[0044]
A ninth aspect of the present invention is characterized in that, in the invention of the sixth or seventh aspect, the core of the multimode optical fiber is made of quartz, and the cladding is made of plastic. According to the ninth aspect of the present invention having the above configuration, in addition to the effects of the sixth or seventh aspect, the receiving optical fiber is made of quartz and the cladding is made of plastic. A high transmittance in the infrared region and a high NA by the plastic clad can be realized.
[0045]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 10 includes a sensor optical fiber disposed at a position where a physical quantity to be measured can be detected, and a polarization state of light passing through the sensor optical fiber. The optical applied measurement device configured to obtain a physical quantity to be measured by detecting the following has the following features.
[0046]
That is, according to the tenth aspect of the present invention, an annular mounting member is provided at the detectable position, and the sensor optical fiber is wound along the annular mounting member. The annular mounting member has a fixing portion for partially fixing the sensor optical fiber. The fixing portion has a groove for accommodating the sensor optical fiber, and the groove has a size larger than the diameter of the sensor optical fiber.
[0047]
According to the tenth aspect of the present invention having the above-described configuration, the sensor optical fiber can be loosely and partially fixed to the annular mounting member, so that it is hardly affected by external influences. Therefore, since a large stress is not generated as in the case of firmly fixing, an increase in the amount of birefringence due to such stress can be suppressed. Therefore, measurement accuracy can be improved.
[0048]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention of the tenth aspect, the fixing portions of the annular mounting member are dispersedly arranged at a plurality of positions in a circumferential direction of the annular mounting member. . According to a twelfth aspect of the present invention, in the above-described tenth or nineteenth aspect, only the both ends of the sensor optical fiber are fixed by bonding. According to each of the eleventh and twelfth aspects of the present invention having the above configuration, in addition to the operation and effect of the tenth aspect, the structure can be further simplified and the degree of freedom of design can be increased. Can be improved. In addition, since the sensor optical fiber can be more loosely fixed, an increase in the amount of birefringence due to stress can be further suppressed.
[0049]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the above-described tenth to twelfth aspects, the sensor optical fiber is wound with a plurality of turns, and the fixing portion of the annular mounting member is provided with the sensor light. It is characterized in that the fibers are fixed so as to separate adjacent fibers. According to the invention of claim 13 having the above configuration, in addition to the effects of the invention of claims 10 to 12, an optical fiber for a sensor having a plurality of turns is further provided. The fibers can be placed satisfactorily while gently placing the fibers and without interfering with each other.
[0050]
The invention according to claim 14 is the invention according to claims 10 to 13, wherein the optical fibers for sensors are a plurality of optical fibers for sensors constituting a plurality of sensors, and the fixing portion of the annular mounting member is provided. However, it is characterized in that the plurality of sensor optical fibers are fixed collectively in such a manner as to separate adjacent fibers from each other. According to the invention of claim 14 having the above configuration, in addition to the functions and effects of the inventions of claims 10 to 13, a plurality of sensor optical fibers constituting a plurality of sensors are further provided. The fibers can be placed satisfactorily while gently placing the fibers and without interfering with each other. In particular, since a plurality of sensors can be collectively configured on a single annular mounting member, the configuration of the entire sensor can be reduced in size and simplified as compared with a case where a plurality of sensors are separately arranged.
[0051]
According to a fifteenth aspect, in the thirteenth or fourteenth aspect, the fixing portion of the annular mounting member has a plurality of the groove portions, and the sensor optical fiber is housed in each groove portion. It is characterized by having such a configuration. According to the invention as set forth in claim 15 having the above configuration, the plurality of grooves provided in the fixing portion, the fiber of each turn of the optical fiber for the sensor of multiple turns, or the plurality of sensors constituting the plurality of sensors. The sensor optical fibers can be easily separated from each other and arranged. Therefore, it is possible to easily realize a favorable arrangement in which the sensor optical fibers constituting such a plurality of turns or a plurality of sensors are loose and do not interfere with each other.
[0052]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the above-described thirteenth to fifteenth aspects, the fixing portion of the annular mounting member has a fiber guide portion. The fiber guide section is housed in the groove section, and is configured to individually guide each fiber so as to separate adjacent fibers of the sensor optical fiber. According to the invention according to claim 16 having the above-described configuration, the fiber guide portion provided in the fixing portion, the fiber of each turn of the optical fiber for a plurality of turns, or the plurality of fibers constituting the plurality of sensors. The sensor optical fibers can be easily separated from each other and arranged. Therefore, it is possible to easily realize a favorable arrangement in which the sensor optical fibers constituting such a plurality of turns or a plurality of sensors are loose and do not interfere with each other.
[0053]
The invention according to claim 17 is characterized in that, in the invention according to claim 16, the fiber guide portions of the annular mounting member are dispersedly arranged at a plurality of positions in a circumferential direction of the annular mounting member. I have. In the invention according to claim 18, in the invention according to claim 16 or 17, the fiber guide portion of the annular attachment member has a plurality of cylindrical shapes arranged between adjacent fibers of the sensor optical fiber. It is characterized by being a guide. According to the seventeenth and eighteenth aspects of the invention having the above configuration, in addition to the effects of the sixteenth aspect, the structure can be further simplified and the degree of freedom in design can be improved. it can. In addition, since the sensor optical fiber can be more loosely fixed, an increase in the amount of birefringence due to stress can be further suppressed.
[0054]
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the thirteenth or fourteenth aspect, the fixing portion of the annular mounting member has a plurality of disk-shaped storage portions stacked and arranged in the axial direction. The storage portion is characterized in that the storage portion has the groove portion on one end surface in the axial direction.
[0055]
According to the invention of the nineteenth aspect having the above configuration, in addition to the operation and effect of the invention of the thirteenth or fourteenth aspect, the disk-shaped storage portion can be further standardized, and The structure can be simplified. In particular, the design can be easily changed by increasing or decreasing the number of laminations of the disk-shaped storage portions, so that the practicability is excellent.
[0056]
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided an optical applied measuring device selected from the optical applied measuring devices according to the tenth to eleventh aspects, wherein the annular mounting member surrounds the conductor. It is characterized by being arranged as follows. According to the twentieth aspect of the present invention having the above-described configuration, the same function and effect as those of the tenth to nineteenth aspects can be obtained, and the measured current flowing through the conductor is measured with high accuracy. can do.
[0057]
The invention according to claim 21 is characterized in that, in the invention according to claim 20, the optical fiber for a sensor is configured such that the current measurement sensitivity is reduced by 10% or less. According to the twenty-first aspect of the present invention having the above-described configuration, in addition to obtaining the same effects as those of the twentieth aspect, a decrease in the current measurement sensitivity of the optical fiber for a sensor is reduced by 10%. % Or less, it is possible to make it less susceptible to external influences. That is, the current measurement sensitivity S of the optical fiber at the measurement current limit of 0 A is expressed by the following equation (4), where the birefringence of the optical fiber is δ (radian).
(Equation 4)
S = sin δ / δ Equation (4)
In this case, in order to make the current measurement sensitivity S 90% or more, the birefringence δ needs to be δ <0.80 radians, that is, 45 degrees or less. Usually, the accuracy required for an optical current transformer used for measurement is ± 1% or less at a rated current value. Assuming that the current measurement sensitivity S is 91% (δ = 0.74) under the condition that there is no external influence, the required accuracy is satisfied when the birefringence δ is 0.70 to 0.80 radians. . Since the effect of the change in δ increases as the current measurement sensitivity S decreases as the function of the equation (4) decreases, the accuracy of the optical fiber for a sensor is realized by setting the decrease in the current measurement sensitivity S to 10% or less. can do.
[0058]
Further, in order to realize higher accuracy and stability, it is desirable that the allowable accuracy width be the width of the current measurement sensitivity S and the current measurement sensitivity S be 98% or more. In this case, the required range of δ is 0 to 0.35 radians.
[0059]
The current measurement sensitivity S described here means that the Faraday rotation angle determined by the Verdet constant V decreases when multiplied by S. That is, the Faraday rotation angle Φ is represented by the following equation (5), where n is the number of turns of the optical fiber around the conductor, and I is the value of the current flowing through the conductor.
(Equation 5)
Φ = S · m · nVI Equation (5)
Here, m is 1 for a one-way optical path, and 2 for a reciprocal optical path.
[0060]
The invention according to claim 22 is the invention according to claim 20 or 21, wherein the conductor is disposed in a tank filled with an insulating gas, and the sensor optical fiber is outside the insulating gas region and the It is characterized in that it is arranged in a portion inside the current path of the tank. According to the invention of the twenty-second aspect having the above configuration, in addition to the effect of the invention of the twentieth or twenty-first aspect, the optical fiber for a sensor is further provided outside the insulating gas region. By arranging it inside the current path of the tank, the influence of heat generation from the conductor and the influence of a current other than the current to be measured are reduced, so that the current flowing through the conductor can be accurately measured. Further, by arranging the optical fiber outside the gas region, the handling of the sensor optical fiber becomes easy.
[0061]
According to a twenty-third aspect of the present invention, in each of the twentieth to twenty-second aspects, the conductor is disposed in a tank filled with an insulating gas, and the tank connects a plurality of tanks via an insulating spacer. The annular fixing member is the insulating spacer. According to the twenty-third aspect of the present invention having the above-described structure, in addition to the effects of the twenty-second to twenty-second aspects, the insulating spacer for connecting the tanks is provided with a sensor light. By using as a fiber attachment member, the power system can be reduced in size and simplified.
[0062]
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in each of the twenty-fifth to twenty-third aspects, the optical fiber for a sensor is formed of a quartz fiber. According to the invention of the twenty-fourth aspect having the above-described configuration, in addition to obtaining the effects of the inventions of the twenty-fifth to twenty-third aspects, a quartz fiber is used as the optical fiber for the sensor. By setting the number of turns of the fiber to an integral multiple of 1 or more and setting the Faraday rotation angle Φ to 45 degrees or less, it is possible to use the power system in the wavelength region or less (1.55 μm or less) used in the communication fiber. Current required for measurement of 2 × 2 ^1/2 X 63 kA = can be measured up to 178 kA. That is, the condition of the current measuring device required in the power system can be satisfied.
[0063]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a plurality of embodiments in which the optical applied measuring device according to the present invention is applied as an optical applied current measuring device as shown in FIGS. 16 to 18 will be specifically described with reference to FIGS. Will be explained.
[0064]
[1. First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an optical applied measurement device according to the present invention. In the conventional example shown in FIGS. 17 and 18, the configuration of the optical system in which light passes only in a single direction in the sensor fiber has been described. The configuration when applied to an optical system of a system in which light reciprocates is shown. Such a difference between the methods is only a design choice and does not relate to the essence of the present invention, so that the description thereof is omitted here.
[0065]
[1-1. Constitution]
As shown in FIG. 1, a plurality of optical components constituting the optical system from the transmission fiber 3 to the two reception fibers 8 are housed in an optical system housing box 21 except for the optical fiber part. It is fixed to the optical system storage box 21 by laser welding. In the figure, WL indicates such a laser weld. Hereinafter, the configuration of each unit will be sequentially described.
[0066]
[1-1-1. Optical storage box]
The optical system storage box 21 is configured by joining three blocks made of nickel alloy steel having a nickel content of 30 to 40% to each other by laser welding. These three blocks are formed by hollowing out optical components to be fixed to the respective blocks.
[0067]
[1-1-2. Around sensor fiber]
A collimator including a fiber connector 15 attached to one end of the sensor fiber 5 and a lens 2 coupled thereto is laser-welded (laser-welded) to one end of one block of the optical system storage box 21 in the block stacking direction. It is fixed by a welded portion WL). The collimator of the sensor fiber 5 is assembled using a lens holder 22, an adjustment sleeve 23, and a connector holder 24 instead of the single mounting member 16.
[0068]
Here, the lens holder 22 is a fixing member for attaching the lens 2, the connector holder 24 is a fixing member for holding the fiber connector 15, and the adjustment sleeve 23 adjusts the alignment between the lens 2 and the fiber connector 15. This is a fixing member provided between the lens holder 22 and the fiber holder 24 to perform the operation. That is, at the time of assembling the collimator, alignment in the optical axis direction is performed by sliding the adjustment sleeve 23 and the connector holder 24, and when the optical axes of the lens 2 and the sensor fiber 5 match, the lens holder 22 and the adjustment sleeve 23 are aligned. Is slid in the direction orthogonal to the optical axis to perform alignment. These alignments are performed by a jig, which is separately facilitated, and at the time of positioning, the members are fixed by laser welding.
[0069]
Each of the lens holder 22, the adjustment sleeve 23, the connector holder 24, and the fiber connector 15 is made of the same nickel alloy steel as that of the optical system storage box 21 having a nickel content of 30 to 40%. I have. The lens holder 22 is fixed to the optical system storage box 21 by laser welding (laser welding portion WL), and the lens holder 22, the adjusting sleeve 23, the connector holder 24, and the fiber connector 15 are also connected to each other. , Respectively, are fixed by laser welding (laser welding portion WL). The other end of the sensor fiber 5 is provided with a reflecting mirror 18 for reflecting the forward light transmitted through the sensor fiber 5 and transmitting the reflected light as the backward light in the opposite direction.
[0070]
[1-1-3. Transmission fiber side]
On the extension of the collimator of the sensor fiber 5, the beam splitter 19, the polarizer 4, the lens 2, and the collimator of the transmission fiber 3 are arranged in a line. Among these, the beam splitter 19 is arranged to pass a part of the linearly polarized light from the polarizer 4 and enter the sensor fiber 5 and reflect a part of the light emitted from the sensor fiber 5 in the 90-degree direction. Have been. The beam splitter 19 and the polarizer 4 are incorporated in a central block of the optical system storage box 21.
[0071]
The collimator including the fiber connector 15 of the transmission fiber 3 and the lens 2 coupled thereto is fixed to the end of the block opposite to the sensor fiber 5 of the optical system storage box 21 by laser welding (laser welding portion WL). Have been. The collimator of the transmission fiber 3 is assembled using a single mounting member (fixing member) 16 unlike the collimator of the sensor fiber 5.
[0072]
Further, both the mounting member 16 and the fiber connector 15 of the collimator are made of the same nickel alloy steel having a nickel content of 30 to 40% as the optical system storage box 21 described above. The mounting member 16 is fixed to the optical system storage box 21 by laser welding (laser welding portion WL), and the space between the mounting member 16 and the fiber connector 15 is also fixed by laser welding (laser welding portion WL). ing.
[0073]
[1-1-4. Receiving fiber side]
The analyzer 7 and the bending mirror 14 are arranged in a line on the optical path of the reflected light of the beam splitter 19, and the first receiving fiber is provided on the optical path of the emitted light of the analyzer 7 in the 90-degree direction. 8 are arranged, and a collimator of the second receiving fiber 8 is arranged on the optical path of the bending light of the bending mirror 14. Among them, the analyzer 7 and the bending mirror 14 are incorporated in the central block of the optical system storage box 21 similarly to the beam splitter 19 and the polarizer 4 described above.
[0074]
Each collimator of the two receiving fibers 8 is arranged in parallel with the collimator of the transmitting fiber 3 described above. Each collimator of the two receiving fibers 8 is assembled from the fiber connector 15 and the lens 2 and the mounting member (fixing member) 16 in the same manner as the collimator of the transmitting fiber 3 described above. They are fixed to the optical system storage box 21 by welding parts WL).
[0075]
Further, the mounting member 16 of each collimator of the two receiving fibers 8 and the fiber connector 15 are both made of the same nickel alloy steel as that of the optical system storage box 21 and having a nickel content of 30 to 40%. ing. The mounting member 16 is fixed to the optical system storage box 21 by laser welding (laser welding part WL), and the space between the mounting member 16 and the fiber connector 15 is fixed by laser welding (laser welding part WL). ing.
[0076]
[1-2. Action]
The operation of the optical system according to the first embodiment having the above-described configuration is as follows. That is, first, the light emitted from a light source (not shown) is guided by the transmission fiber 3 and reaches the polarizer 4 as a parallel beam by the collimator at the emission end. In this case, as described above, the polarizer 4 is arranged so that its polarization direction is at 45 degrees with respect to the horizontal or vertical direction. Is converted to This light enters the beam splitter 19, and after a part of the light passes through the beam splitter 19, the light is condensed by the collimator at the end of the sensor fiber 5 and is incident on one end of the sensor fiber 5.
[0077]
The light incident on one end of the sensor fiber 5 propagates through the sensor fiber 5, is reflected by the reflecting mirror 18 on the other end, and returns to the collimator again. During the reciprocating movement of the sensor fiber 5, the light is subjected to Faraday rotation by the magnetic field generated by the current to be measured flowing through the conductor 6, and its direction is changed. Then, the light is collimated by the collimator at the end of the sensor fiber 5. And returns to the beam splitter 19. Part of the light returned to the beam splitter 19 is reflected and enters the analyzer 7. The analyzer 7 decomposes light into linearly polarized light (x component) polarized horizontally and linearly polarized light (y component) polarized vertically. Of the two lights decomposed in this way, one light is left as it is, and the other light is incident on the collimators at the incident ends of the two receiving fibers 8 via the bending mirror 14, respectively. The light is condensed by the collimator and is incident on each receiving fiber 8. The light incident on the receiving fiber 8 in this manner is processed in the same procedure by signal processing means including a detector and the like in the same manner as described for the optical applied current measuring device in FIG. You.
[0078]
[1-3. effect]
As described above, in the present embodiment, fixing members such as the fiber connector 15, the mounting member 16, the lens holder 22, the adjusting sleeve 23, and the connector holder 24 and the optical system storage box 21 are made of a nickel alloy containing no phosphorus. It is made of steel. In this way, the fixing member and the optical system storage box are made of an alloy that does not contain phosphorus and are assembled by laser welding, so that a highly reliable fixing part is formed without intervening dissimilar materials or cracking etc. It is possible to fix the optical component firmly and stably. As a result, there is no possibility of occurrence of misalignment or dropout of each optical component, which has conventionally been a problem, and it is possible to maintain a high-precision optical system in a stable state for a long period of time. Become.
[0079]
In addition, since laser welding is a non-contact processing, it can be assembled without applying force to an optical component, and there is no possibility of affecting the optical characteristics of the optical component. Furthermore, since laser welding is a welding method with a small heat input, the thermal strain applied to the entire optical system can be reduced to a practically negligible level.
[0080]
In particular, since the optical system storage box 21 storing optical components other than optical fibers such as the transmission fiber 3, the sensor fiber 5, and the reception fiber 8 is made of nickel alloy steel, which is a magnetic metal, the optical system storage box 21 is housed therein. The optical component can be shielded from an external magnetic field, and the occurrence of undesirable Faraday rotation in optical components other than the sensor fiber can be prevented. As a result, the effects of errors and noise due to the external magnetic field can be reduced. Further, since the optical components except the optical fiber are housed in the optical system storage box 21 as described above, the optical system is compared with the conventional example of FIGS. 17 and 18 in which the sensor fiber 5 is attached to the optical system storage box. The storage box 21 can be reduced in size and simplified.
[0081]
Furthermore, the nickel alloy steel having a nickel content of 30 to 40% used in the present embodiment has a coefficient of thermal expansion as extremely low as about one tenth of other metals. Therefore, by using such a nickel alloy steel having a low coefficient of thermal expansion as a material for the fixing member and the optical system storage box, the temperature stability of the entire optical system can be ensured.
[0082]
[1-4. Modification]
In the first embodiment, the material of the fixing member and the optical system storage box is nickel alloy steel having a nickel content of 30 to 40%, but nickel alloy steel having another content is used. It is also possible. In addition, not only nickel alloy steel but also various other magnetic metals and metals not containing phosphorus can be used in the same manner. Can be.
[0083]
Furthermore, if a metal containing no phosphorus is used at least for the fixing member and the fixing portion of the optical system storage box, a certain effect can be obtained. Further, the optical system storage box may not be made of a magnetic metal. In this case, although the shielding effect from an external magnetic field is inferior to that of the optical system storage box, the above-described sufficient operation and effect can be obtained by fixing by laser welding.
[0084]
On the other hand, in the first embodiment, the optical system storage box is configured by welding three blocks. However, the specific configuration of the optical system storage box can be freely changed. It is also possible to construct by welding blocks, or, conversely, to construct by welding four or more blocks. Further, it is also possible to cut out a single block. Further, it is also conceivable to configure the optical system storage box from a plate-like member, or to combine the plate-like member and a block.
[0085]
[2. Second Embodiment]
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention.
[0086]
[2-1. Constitution]
As shown in FIG. 2, a first lens 2a, a polarizer 4, and a second lens 2b are arranged in a line at a coupling portion between an output end of the transmission fiber 3 and an input end of the sensor fiber 5. I have. In this case, the light emitted from the transmission fiber 3 is converted into a parallel beam by the first lens 2a, is incident on the polarizer 4, and the light linearly polarized by the polarizer 4 is condensed by the second lens 2b. It is configured to be incident on the fiber 5. Further, the transmission fiber 3 and the sensor fiber 5 are constituted by single mode optical fibers having the same core diameter.
[0087]
In the present embodiment, in particular, the first and second lenses 2a and 2b are selected as follows. That is, the first and second lenses 2a and 2b have a focal length fa of the first lens 2a and a focal length fb of the second lens 2b satisfying fb ≧ 2. ^1/2 fa has been selected. The outgoing end face of the transmitting fiber 3 and the incoming end face of the sensor fiber 5 are arranged at the focal positions of the lenses 2a and 2b, respectively. Due to the relationship between the focal lengths fa and fb of the lenses 2a and 2b and the arrangement of the fibers 3 and 5, the beam spot size at the incident end face of the sensor fiber 5 is fb / fa times the core diameter of the transmission fiber 3, That is, 2 ^1/2 Set to more than double. In this case, as described above, since the core diameters of the transmission fiber 3 and the sensor fiber 5 are equal to each other, the spot size of the beam on the incident end face of the sensor fiber 5 is eventually equal to the core diameter of the sensor fiber 5. ^1/2 It will be set to more than double.
[0088]
[2-2. Effect]
In the second embodiment having the above configuration, the following operation and effect can be obtained. That is, when the transmission fiber 3 and the sensor fiber 5 are single-mode optical fibers having the same core diameter, the coupling efficiency from the transmission fiber 3 to the sensor fiber 5 becomes maximum when fa = fb. The coupling efficiency sharply decreases with respect to the misalignment due to the change. On the other hand, in the present embodiment, the spot size of the beam on the incident end face of the sensor fiber 5 is set to 2 with respect to the core diameter of the sensor fiber 5. ^1/2 The difference between the core diameter and the spot size provides a margin for the misalignment, and the change in the amount of light due to the misalignment can be reduced, and the stability of the amount of light can be improved. In particular, in the present embodiment, since the spot size is set to be larger than the core diameter, it is possible to increase the margin for the misalignment.
[0089]
Therefore, according to the present embodiment, by increasing the spot size of the incident beam with respect to the core diameter of the sensor fiber 5, the stability of the amount of light incident on the sensor fiber 5 is improved, and the accuracy of the optical system is improved. Therefore, the measurement accuracy of the optical applied measurement device can be improved.
[0090]
[2-3. Modification]
As described above, a specific method for making the beam spot size on the incident end face of the sensor fiber 5 larger than the core diameter of the sensor fiber 5 is, as in the second embodiment, the focal length. It is not limited to using different lenses. That is, as a modification of the second embodiment, it is possible to use a lens having the same focal length and arrange the incident end face of the sensor fiber 5 at a position slightly shifted from the focal position of the second lens 2b. It is. Even in the case of such a configuration, similarly to the second embodiment, the spot size of the beam at the incident end face of the sensor fiber 5 can be increased, and the same operation and effect can be obtained.
[0091]
Further, in the invention in the second embodiment, it is also possible to apply the present invention to a collimator at the input end of the receiving fiber. Also in this case, similarly to the second embodiment, it is possible to reduce the change in the amount of light due to the misalignment.
[0092]
[3. Third Embodiment]
FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention.
[0093]
[3-1. Constitution]
As shown in FIG. 3, the basic configuration in the present embodiment is the same as that of the second embodiment. That is, the first lens 2 a, the polarizer 4, and the second lens 2 b are arranged in a line at the coupling portion between the output end of the transmission fiber 3 and the input end of the sensor fiber 5, and the output of the transmission fiber 3. The emitted light is converted into a parallel beam by the first lens 2a and is incident on the polarizer 4, and the light linearly polarized by the polarizer 4 is condensed by the second lens 2b and is incident on the sensor fiber 5. Have been. Further, the transmission fiber 3 and the sensor fiber 5 are constituted by single mode optical fibers having the same core diameter.
[0094]
In the present embodiment, in particular, the first and second lenses 2a and 2b are selected as follows. That is, the first and second lenses 2a and 2b are different from the second embodiment in that the focal length fa of the first lens 2a and the focal length fb of the second lens 2b are fa ≧ 2. ^1/2 fb. The outgoing end face of the transmitting fiber 3 and the incoming end face of the sensor fiber 5 are arranged at the focal positions of the lenses 2a and 2b, respectively. Due to the relationship between the focal lengths fa and fb of the lenses 2a and 2b and the arrangement of the fibers 3 and 5, the beam spot size at the incident end face of the sensor fiber 5 is fb / fa times the core diameter of the transmission fiber 3, That is, 2 ^-1/2 Set to less than double. In this case, as described above, since the core diameters of the transmission fiber 3 and the sensor fiber 5 are equal to each other, the spot size of the beam on the incident end face of the sensor fiber 5 is eventually equal to the core diameter of the sensor fiber 5. ^-1/2 It will be set to less than double.
[0095]
[3-2. Effect]
In the third embodiment having the above-described configuration, the beam spot size on the incident end face of the sensor fiber 5 is set to 2 with respect to the core diameter of the sensor fiber 5. ^-1/2 The difference between the core diameter and the spot size provides a margin for the misalignment because it is set to be smaller than twice. In this case, light is incident at an NA larger than the NA of the sensor fiber 5, causing loss. However, if the misalignment is within the range of the core diameter, the light amount does not change in this range.
[0096]
As described above, in the present embodiment, the spot size is set to be smaller than the core diameter, so that the margin for the misalignment cannot be as large as that of the second embodiment. On the other hand, there is an advantage that a change in the amount of light does not occur due to the misalignment. That is, even if the alignment shift occurs, all of the beams can be made incident on the core of the sensor fiber 5, so that the light quantity does not change. Therefore, the present embodiment is particularly effective for application to a device that does not want to change the light amount.
[0097]
Therefore, according to the present embodiment, by reducing the spot size of the incident beam with respect to the core diameter of the sensor fiber 5, the stability of the amount of light incident on the sensor fiber 5 is ensured high, and the accuracy of the optical system is improved. It is possible to improve the measurement accuracy of the optical measurement device.
[0098]
[3-3. Modification]
In the invention of the third embodiment, the invention can be applied to the collimator at the input end of the receiving fiber. Also in this case, similarly to the third embodiment, it is possible to prevent a change in light amount due to misalignment.
[0099]
[4. Fourth Embodiment]
FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention.
[0100]
[4-1. Constitution]
As shown in FIG. 4, in the fourth embodiment, the lens of the second and third embodiments is used as a lens for converting the light emitted from the transmission fiber 3 into a parallel beam and entering the polarizer 4. A lens 2 similar to 2a is arranged. As a lens that condenses the light linearly polarized by the polarizer 4 and enters the sensor fiber 5, a gradient index lens (GRIN lens) 31 is disposed.
[0101]
The GRIN lens 31 is designed so that its focal position is located at the lens end face, and its diameter is made equal to the diameter of the fiber connector 15 provided at the incident end of the sensor fiber 5. Further, the GRIN lens 31 and the sensor fiber 5 are arranged so that the lens end face of the GRIN lens 31 and the fiber end face of the sensor fiber 5 are in surface contact with each other. In this case, the lens end surface of the GRIN lens 31 is also in surface contact with the end surface of the fiber connector 15. Then, in such a state, the GRIN lens 31 and the fiber connector 15 are attached to the single attachment member 16.
[0102]
[4-2. Effect]
In the fourth embodiment having the above-described configuration, since the GRIN lens 31 is used as a lens for condensing light incident on the sensor fiber 5, the lens outer circumference and the lens optical axis are High coaxiality can be obtained. Therefore, the optical axes of the GRIN lens 31 and the sensor fiber 5 can be accurately aligned without an optical axis adjusting mechanism, and the stability of the light amount can be improved. In particular, in the present embodiment, since the diameter of the fiber connector 15 supporting the end of the sensor fiber 5 and the diameter of the GRIN lens 31 are made equal, the optical axis can be easily adjusted by attaching them to the attachment member 16. It can be carried out.
[0103]
Further, since the GRIN lens 31 can be accurately designed so that the focal position is located at the lens end face, as described above, the lens end face of the GRIN lens 31 and the fiber end face of the sensor fiber 5 come into surface contact. Can be arranged in a butt manner. With the butting arrangement at such a focal position, the GRIN lens 31 and the sensor fiber 5 can be set under the same vibration condition, so that a decrease in coupling efficiency due to vibration can be suppressed, and the stability of the light amount can be reduced. Can be improved.
[0104]
Further, it is necessary to form a non-reflective film on the end face of an optical component such as a lens or an optical fiber by a method such as vapor deposition in order to reduce the reflectance. In the present embodiment, the lens end face of the GRIN lens 31 is used. Since the fiber end faces of the sensor fiber 5 are abutted with each other, there is also an advantage that such an antireflection film is not required. Further, the fiber end face of the sensor fiber 5 has the smallest beam diameter and is likely to cause a change in the amount of light due to the attachment of foreign substances such as dust, dirt, and dew. In the present embodiment, the lens of the GRIN lens 31 is used. Since the end face and the fiber end face of the sensor fiber 5 abut against each other, it is possible to prevent such foreign matter from entering and adhering to the fiber end face, and from this point, it is possible to improve the stability of the light amount.
[0105]
Therefore, according to the present embodiment, the stability of the amount of light incident on the sensor fiber 5 is improved by using the GRIN lens 31 as a lens for entering light into the sensor fiber 5 and abutting the lens end face on the fiber end face. Thus, the accuracy of the optical system can be improved, and thereby, the measurement accuracy of the optical applied measurement device can be improved.
[0106]
[4-3. Modification]
In the fourth embodiment, a GRIN lens is used as a lens for allowing light to enter the sensor fiber 5, but a spherical lens may be used instead of using the GRIN lens. It is. FIG. 5 shows an example in which the spherical lens 32 is designed so that its focal position is located at the lens end face. With this configuration, the same operation and effect as those of the fourth embodiment can be obtained.
[0107]
Further, in the invention in the fourth embodiment, it is also possible to apply the present invention to a collimator at the input end of a receiving fiber. In this case, the stability of the light amount can be improved as in the fourth embodiment.
[0108]
[5. Fifth Embodiment]
FIG. 6 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention.
[0109]
[5-1. Constitution]
As shown in FIG. 6, the coupling portion between the output end of the sensor fiber 5 and each input end of the two receiving fibers is formed of a Wollaston prism by converting the output light of the sensor fiber 5 into a parallel beam by the lens 2. The light is incident on the analyzer 7, and the light decomposed into two components of x and y by the analyzer 7 is condensed by the two lenses 2 and is incident on the two receiving fibers 8. In the present embodiment, in particular, a step index type multimode optical fiber having a core diameter of 100 μm or more and an NA of 0.25 or more is used as the receiving fiber 8.
[0110]
[5-2. Effect]
In the fifth embodiment having the above configuration, the following operation and effect can be obtained.
[0111]
That is, if the loss at the coupling portion to the receiving fiber 8 changes due to vibration or the like, an error is caused. Therefore, a multi-mode optical fiber is usually used as the receiving fiber 8. However, a graded index (GI) fiber that is generally used has a core diameter of only 50 μm, and light is focused at the center of the core and light is focused at the periphery of the core. Since the coupling efficiency is different from that in the case where the light is emitted, a light amount loss occurs due to the vibration. Further, since the NA of such a gradient index (GI) fiber is as low as about 0.2, the loss increases when the angle between the light from the lens and the fiber is shifted. Causes an error.
[0112]
On the other hand, in the present embodiment, since a large-diameter multimode optical fiber having a core diameter of 100 μm or more is used, a change in coupling efficiency due to misalignment can be suppressed. Further, since an optical fiber having an NA of 0.25 or more is used, light loss due to bending of the optical fiber can be reduced.
[0113]
Therefore, according to the present embodiment, the use of a multimode optical fiber having a high core diameter and a high NA as the receiving fiber 8 improves the stability of the amount of light incident on the receiving fiber 8 and reduces the optical loss. Thus, the accuracy of the optical system can be improved, and thereby the measurement accuracy of the optical applied measurement device can be improved.
[0114]
[5-3. Modification]
As an optical fiber used for the receiving fiber 8, a multi-mode optical fiber made of multi-component glass may be used. With such a configuration, a higher NA and a lower loss can be realized. It is also conceivable to use a multimode optical fiber having a core made of quartz and a clad made of plastic. With such a configuration, a high transmittance and a high NA in the infrared region can be realized.
[0115]
[6. Sixth Embodiment]
FIG. 7 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention. In the present embodiment, as in the first embodiment, a configuration in which the present invention is applied to an optical system of a system in which light reciprocates in a sensor fiber is shown.
[0116]
[6-1. Constitution]
[6-1-1. Sensor fiber]
As shown in FIG. 7, the optical applied current measuring device of the present embodiment uses a sensor fiber (sensor optical fiber) 5 as a sensor. The sensor fiber 5 is wound along an annular mounting member 51 disposed around the conductor 6 through which the current to be measured flows, and is partially fixed by the annular mounting member 51. More specifically, the annular mounting member 51 has a fixing portion (not shown) including a groove portion having a size larger than the diameter of the sensor fiber 5 and a pressing portion closing the opening surface thereof along the outer peripheral surface. Have. The sensor fiber 5 is accommodated in the groove of such a fixing portion with a margin, and is thereby loosely fixed to the annular mounting member 51. In addition, a quartz fiber is used as the sensor fiber 5, and a twist is applied to make the sensor fiber 5 hardly affected by outside. Further, the sensor fiber 5 is configured so that the current measurement sensitivity drop of the sensor fiber 5 is 10% or less.
[0117]
[6-1-2. Optical Current Measurement System]
As shown in FIG. 7, the optical applied measurement device of the present embodiment having the above-described sensor fiber 5 is roughly composed of a sensor optical unit 41, a signal processing unit 42, and a transmission fiber unit 43. . Among them, the signal processing unit 42 detects the light source 1 that generates the measurement light, the two light beams from the sensor optical unit 41, and converts them into electric signals corresponding to the intensity. The detectors 44a and 44b, and the detector 44a , 44b are provided with a signal processing circuit 45 for arithmetically processing the signals obtained by the signals, and an output terminal 46 for outputting the processing result. The signal processing unit 42 having such a configuration is arranged at a position sufficiently (at least 10 m or more) away from the sensor optical unit 41. On the other hand, the transmission fiber unit 43 transmits the light from the light source 1 in the signal processing unit 42 to the sensor optical unit 41 and transmits the light from the sensor optical unit 41 to the two detectors 44a and 44b in the signal processing unit 42. Are provided with two receiving fibers 8a and 8b. Here, the light source 1 includes a laser diode or a super luminescent diode.
[0118]
The sensor optical unit 41 includes the sensor fiber 5 and the coupling optical system 47 described above. The coupling optical system 47 includes a coupling optical box 21 and a plurality of optical components housed in the coupling optical box 21, that is, four lenses 2a to 2d, a polarizer 4, and two beam splitters 19a. 19b, and two analyzers 7a and 7b.
[0119]
Here, the lenses 2a to 2d are used to convert the light from the optical fiber into a parallel beam or to condense the parallel beam and make it incident on the optical fiber. The polarizer 4 is used to convert the light from the lens 2a into linearly polarized light having a direction of 45 degrees with respect to the horizontal direction. The first beam splitter 19a is used to split light incident on the sensor fiber 5 from the polarizer 4 and light emitted from the sensor fiber 5 into transmitted light and reflected light according to the incident direction. The beam splitter 19b is used to split the reflected light from the first beam splitter 19a into transmitted light and reflected light. The two analyzers 7a and 7b transmit the linearly-polarized light in the horizontal direction and the vertical direction from the second beam splitter 19b, respectively, to extract the light of the orthogonal polarization components of x and y. used.
[0120]
That is, the coupling optical system 47 transfers the light from the transmission fiber 3 to the start end of the sensor fiber 5 via the first lens 2a, the polarizer 4, the first beam splitter 19a, and the second lens 2b. It is leading. The light emitted from the sensor fiber 5 passes through the second lens 2b, is reflected by the first beam splitter 24a, is sent to the second beam splitter 19b, and is split into light in two directions. It has become so. The one split light is sent to one receiving fiber 8a via the first analyzer 7a and the third lens 2c. Further, the other split light is sent to the other receiving fiber 8b via the second analyzer 7b and the fourth lens 2d. In addition, a reflection mirror 18 is provided at an end portion opposite to the start end portion of the sensor fiber 5. The light that has propagated in the sensor fiber 5 is reflected by the reflecting mirror 18, returned to the sensor fiber 5 again, and propagated in the opposite direction.
[0121]
[6-2. Action]
In the sixth embodiment having the above configuration, the measurement of the measured current flowing through the conductor 6 is performed as follows. That is, first, the light emitted from the light source 1 of the signal processing unit 42 is sent to the coupling optical system 47 of the sensor optical unit 41 through the transmission fiber 3. The light from the transmission fiber 3 is converted into a parallel beam by the first lens 2a, converted into linearly polarized light by the polarizer 4, and then transmitted through the first beam splitter 19a to be collected by the second lens 2b. The light is incident on the start end of the sensor fiber 5.
[0122]
The light incident on the sensor fiber 5 propagates through the sensor fiber 5 and is reflected by the reflecting mirror 18 at the terminal end, and then returns to the sensor fiber 5 again, propagates in the opposite direction, and is coupled from the starting end. The light is emitted to the optical system 47 side. In this case, the polarization plane of the light passing through the sensor fiber 5 in the reciprocating direction rotates due to the Faraday effect induced by the measured current flowing through the conductor 6.
[0123]
Then, the light emitted from the sensor fiber 5 is converted into a parallel beam by the second lens 2b of the coupling optical system 47, then reflected by the first beam splitter 19a, and is reflected by the second beam splitter 19b in two directions. Split into light. One of the divided lights is sent to the first analyzer 7a, and after the first analyzer 7a extracts the polarization component in the x direction, the first splitter 7a passes through the third lens 2c and the receiving fiber 8a. The signal is sent to one detector 44a of the signal processing unit 42. The other split light is sent to the second analyzer 7b, and after the polarization component in the y direction is extracted by the second analyzer 7b, the signal is passed through the fourth lens 2d and the receiving fiber 8b. The signal is sent to the other detector 44b of the processing unit 42.
[0124]
Further, in this manner, the optical signals representing the polarization components in the x and y directions sent to the detectors 44a and 44b are converted into electric signals by the detectors 44a and 44b and amplified. Then, these electric signals are sent to the signal processing circuit 45 and subjected to arithmetic processing, and the obtained processing result, that is, the measurement result is output from the output terminal 46. It should be noted that specific signal processing in this case can be processed in the same manner as described in the section of the related art, and a description thereof will be omitted.
[0125]
[6-3. effect]
As described above, in the present embodiment, the sensor fiber 5 is used as a sensor, and the sensor fiber is loosely fixed to the annular mounting member 51. In comparison, no large stress is generated. Therefore, an increase in the amount of birefringence due to such stress can be suppressed, and measurement accuracy can be improved. In addition, since the sensor fiber 5 can be installed using an empty space around the conductor 6, the entire device can be reduced in size and simplified, which is advantageous in terms of cost reduction.
[0126]
On the other hand, in the present embodiment, the configuration is such that the decrease in the current measurement sensitivity determined by the sum of the intrinsic birefringence of the sensor fiber 5 and the birefringence based on the fixing method is 10% or less. It can be hardly affected, and the measurement accuracy can be improved. In particular, when the current measurement sensitivity is 98% or more, that is, when the decrease in current measurement sensitivity is within 2%, higher accuracy and stability can be realized. In this case, the permissible range of birefringence due to external influences required to achieve the predetermined accuracy is widened.
[0127]
Further, since a quartz fiber having an appropriate Verdet constant value is used as a current measuring device required in the power system, the maximum current required for measurement in the power system can be measured. In this case, since the quartz fiber has a large photoelastic constant, it is relatively susceptible to external influences. However, as in the present embodiment, the quartz fiber is sufficiently fixed to the annular mounting member 51 to be sufficiently free from external influences. Can be protected.
[0128]
[7. Seventh embodiment]
FIG. 8 is a sectional view showing a seventh embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention. Note that the seventh embodiment is characterized in the structure for fixing the sensor fiber, and the sensor fiber itself is configured in the same manner as the sensor fiber of the sixth embodiment.
[0129]
[7-1. Constitution]
As shown in FIG. 8, the sensor fiber 5 of the present embodiment is wound along an annular mounting member 51 arranged around a conductor 6 through which a current to be measured flows. It is fixed by a sensor fixture (fixing part) 52 fixed to the outer peripheral surface. The sensor fixture 52 has a groove having a size larger than the diameter of the sensor fiber 5 and a pressing portion for closing the opening of the groove. The sensor fiber 5 is accommodated in this groove with a margin, and Fixed to.
[0130]
The conductor 6 is a gas insulation device of a power system, and is housed in a tank 53 filled with an insulation gas. The annular mounting member 51 to which the sensor fiber 5 is mounted is disposed between two tank flanges 54a and 54b provided at opposite ends of the tank 53. In this case, O-rings 55 a and 55 b are provided on the connection surface between the annular mounting member 53 and the tank flanges 54 a and 54 b, and the sensor fiber 5 is formed by the O-rings 55 a and 55 b and the annular mounting member 51. , Isolated from the gas region 56 containing the conductor 6.
[0131]
Further, the annular mounting member 51 is formed of an insulating material as an insulator flange. Outside the sensor fixture 52 of the annular mounting member 51, the space between the tank flanges 54a and 54b is electrically and mechanically provided. A metal flange 57 for connection is arranged. The metal flange 57 and the tank flanges 54a and 54b are firmly connected and fixed by bolts 58. That is, the metal flange 57 constitutes a part of the current path of the tank 53, and the sensor fiber 5 housed in the sensor fixture 52 disposed inside the tank 53 is disposed inside the current path of the tank 53. It will be. Except for the fixing structure as described above, the sensor fiber 5 of the present embodiment has exactly the same configuration as the sensor fiber 5 of the first embodiment, as described above.
[0132]
[7-2. Effect]
According to the present embodiment having the above-described configuration, in addition to obtaining the same operation and effect as the sensor fiber 5 of the sixth embodiment, the following operation and effect can be obtained. .
[0133]
That is, since the sensor fiber 5 is disposed in a space separated from the gas area 56 in the tank 53, even if the temperature of the gas in the tank 53 increases with the energization of the conductor 6, this temperature increase does not occur. There is almost no possibility of affecting the sensor fiber 5. Moreover, since the sensor fiber 5 is located inside the current path of the tank 53, there is almost no possibility that the sensor fiber 5 is affected by a current other than the current to be measured flowing through the conductor 6. Further, since the tightness of the tank 53 of such a power system is high, the influence from the outside can be reduced to a level that does not cause a problem, and the adhesion of foreign substances such as moisture can be reliably prevented. A suitable airtight environment can be obtained. Therefore, according to the present embodiment, the external influence on the sensor fiber 5 can be sufficiently reduced, and the measurement accuracy can be improved.
[0134]
[7-3. Modification]
In the seventh embodiment, the annular mounting member 51 is configured as an insulator flange, but it is also possible to configure the annular mounting member 51 as a metal flange. In this case, it is necessary to avoid formation of a current path by interposing an insulator between the annular mounting member 51 and the tank 53.
[0135]
Further, as shown in FIG. 9, an insulating spacer 59 which is generally used for connection between the tanks 53 and for gas division in the power system can be used as the annular mounting member. In FIG. 9, a sensor fixture 52 is fixed to the outer peripheral surface of the insulating spacer 59, and the sensor fiber 5 is fixed by the sensor fixture 52 in the same manner as in the seventh embodiment. In this case, the sensor can be easily configured simply by adding the sensor fixture 52 and the sensor fiber 5 without newly adding a flange, and current measurement can be easily performed. -Simplification can be achieved, and it is also advantageous in terms of cost reduction.
[0136]
[8. Eighth embodiment]
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing an eighth embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention, wherein FIG. 10A is a configuration diagram, and FIG. ₁ -X ₂ (C) is the Y of (A). ₁ -Y ₂ It is a line sectional view. Note that the eighth embodiment is characterized in the structure for fixing the sensor fiber, and the sensor fiber itself is configured in the same manner as the sensor fiber of the sixth embodiment.
[0137]
[8-1. Constitution]
As shown in FIG. 10, the sensor fiber 5 according to the present embodiment is fixed by a sensor fixture 52 fixed to the outer peripheral surface of an annular mounting member 51. The sensor fixture 52 includes a grooved fixing portion 61 having a plurality of separated grooves each having a size larger than the diameter of the sensor fiber 5, and a pressing portion 62 for closing an opening surface of the groove of the grooved fixing portion 61. ing. Further, an area 63 where such a sensor fixture 52 is not provided is provided in a part of the annular mounting member 51 in the circumferential direction. That is, in the present embodiment, since the groove is not cut in a screw shape and the plurality of grooves are provided separately from each other, when the sensor fiber 5 is wound with a plurality of turns, the groove shifts to the adjacent groove. In order to enable this, an area 63 without such a sensor fixture 52 is provided. The grooved fixing portion 61 and the pressing portion 62 are made of a metal material such as silicon rubber, an insulator, or aluminum.
[0138]
In the present embodiment, two sensor fibers 5a and 5b constituting two sensors are fixed to such a sensor fixture 52. That is, the first sensor fiber 5a is wound in four turns, and the fiber of each turn is sequentially stored in the four grooves of the grooved fixing portion 61. The first sensor fiber 5a constitutes a first sensor together with the coupling optical system 47a and the reflecting mirror 18a attached to both ends thereof. The second sensor fiber 5b is wound in only one turn, and is housed in one groove of the grooved fixing portion 61. The second sensor fiber 5b constitutes a second sensor together with the coupling optical system 47b and the reflecting mirror 18b attached to both ends thereof.
[0139]
In this case, the sensor fibers 5a and 5b are fixed to the reflecting mirrors 18a and 18b at both ends thereof by bonding optical systems 47a and 47b, and are also partially fixed to the grooved fixing portion 61 by bonding. Have been. The fixing between the sensor fibers 5a and 5b and the grooved fixing portion 61 is performed by using a soft silicone rubber having a low Young's modulus as an adhesive.
[0140]
[8-2. Effect]
According to the present embodiment having the above-described configuration, in addition to obtaining the same operation and effect as the sensor fiber 5 of the sixth embodiment, the following operation and effect can be obtained. .
[0141]
That is, using the grooved fixing portion 61 having a plurality of grooves, the two sensor fibers 5a and 5b are satisfactorily and easily arranged without arranging each fiber gently and without interfering with each other. be able to. In particular, since two sensors can be collectively configured for a single annular mounting member 51, the overall configuration of the sensor can be made smaller and simpler than when a plurality of sensors are separately provided. can do. Therefore, according to the present embodiment, the two sensor fibers 5a and 5b constituting the two sensors can be gently disposed without interfering with each other, and the measurement accuracy of each can be improved.
[0142]
[8-3. Modification]
In the case of fixing to the grooved fixing portion 61 by bonding as in the eighth embodiment, the pressing portion 62 can be omitted, and in this case, the configuration is simplified. Can be Conversely, when the holding portion 62 is used as in the eighth embodiment, the holding portion 62 can prevent the sensor fiber from coming off the grooved fixing portion 61.
[0143]
Therefore, when the holding portion 62 is used as described above, a configuration in which the fixing portion by adhesion is only the reflecting mirror and the coupling optical system portion at both ends of the sensor fiber is possible. As described above, by reducing the fixing portion of the sensor fiber by bonding, the sensor fiber can be fixed more loosely. Further, it is also possible to disperse the pressing portions 62 in the circumferential direction of the annular mounting member 51. In any case, since the increase in birefringence caused by the stress caused by fixing can be suppressed, the measurement accuracy can be further improved.
[0144]
On the other hand, FIGS. 11A and 11B are diagrams showing, as a modification of the eighth embodiment, a configuration in which a groove is directly provided in the annular mounting member 51, FIG. 11A is a configuration diagram, and FIG. A) X ₁ -X ₂ (C) is the Y of (A). ₁ -Y ₂ It is a line sectional view. With this configuration, in addition to obtaining the same operation and effect as the eighth embodiment, the number of members can be reduced as compared with the case where the sensor fixture 52 is separately provided, and the configuration is improved. It can be simplified.
[0145]
FIGS. 12A and 12B are views showing a modification of the eighth embodiment, wherein FIG. 12A is a configuration diagram, and FIG. ₁ -X ₂ (C) is the Y of (A). ₁ -Y ₂ It is a line sectional view. In the case of such a configuration, it is not necessary to particularly provide the region 63 without the sensor fixture 52, and the sensor fiber 5 can be easily transferred to the adjacent groove using the portion between the sensor fixtures 52. . Also, in this modification, the same operation and effect as those of the eighth embodiment can be obtained.
[0146]
In addition, a configuration in which three or more sensor fibers constituting three or more sensors are attached to a single annular attachment member 51, or a configuration in which only one sensor fiber constituting one sensor is attached. Is also possible, and in this case, similarly, excellent operational effects can be obtained.
[0147]
[9. Ninth embodiment]
13A and 13B are diagrams showing a ninth embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention, wherein FIG. 13A is a configuration diagram, and FIG. ₁ -X ₂ (C) is the Y of (A). ₁ -Y ₂ It is a line sectional view. The ninth embodiment has a feature in the structure for fixing the sensor fiber, and the sensor fiber itself is configured in the same manner as the sensor fiber of the sixth embodiment.
[0148]
[9-1. Constitution]
As shown in FIG. 13, in the present embodiment, the annular mounting member 51 is formed with a groove 64 having an opening surface at an axial end surface thereof so as to extend in the axial direction. In the groove 64, two sensor fibers 5a and 5b constituting two sensors are fixed. That is, the first sensor fiber 5a is wound in four turns, and the second sensor fiber 5b is wound in only one turn, and is housed in the groove 64 collectively. The fibers of each turn are separated from each other by a plurality of cylindrical guides 65 inserted into the grooves 64. The plurality of cylindrical guides 65 are made of an insulating material such as a fluorocarbon resin such as polytetrafluoroethylene or silicon rubber or a metal such as aluminum, and are dispersed along the circumferential direction of the annular mounting member 51. ing.
[0149]
In addition, a fiber port 66 is provided in a part of the annular mounting member 51 to draw out both ends of the two sensor fibers 5a and 5b. Further, the opening surface of the groove portion 64 is closed by the pressing portion 52. In the present embodiment, the sensor fibers 5a and 5b are fixed by bonding only at the reflecting mirrors 18a and 18b at both ends and the coupling optical systems 47a and 47b, and the other portions are bonded. Not.
[0150]
[9-2. Effect]
According to the present embodiment having the above-described configuration, in addition to obtaining the same operation and effect as the sensor fiber 5 of the sixth embodiment, the following operation and effect can be obtained. .
[0151]
That is, the two sensor fibers 5a and 5b are gently arranged using the groove 64 directly provided in the annular mounting member 51 and the plurality of cylindrical guides 65 partially inserted into the groove 64. However, they can be arranged well and easily without interfering with each other. Particularly, similarly to the eighth embodiment, since two sensors can be collectively configured for a single annular mounting member 51, compared to a case where a plurality of sensors are separately provided. Thus, the configuration of the entire sensor can be reduced in size and simplified.
[0152]
Therefore, according to the present embodiment, similarly to the eighth embodiment, the two sensor fibers 5a and 5b constituting the two sensors can be gently arranged without interfering with each other, and each measurement can be performed. Accuracy can be improved. Further, since the fixing by bonding is performed only at both ends of the sensor fibers 5a and 5b, the sensor fibers 5a and 5b can be fixed in a more gentle state, and the measurement accuracy can be further improved. Further, the configuration using the fiber guide such as the cylindrical guide 65 is simple and has excellent design flexibility.
[0153]
[9-3. Modification]
As a modification of the ninth embodiment, for example, it is possible to fix the sensor fibers 5a and 5b with a cylindrical guide 65 by bonding. The configuration of the fiber guide can be freely changed. For example, a configuration in which a plurality of fibers are collectively guided by a single fiber guide is also possible.
[0154]
[10. Tenth embodiment]
14 and 15 are views showing a tenth embodiment of the optical applied measuring device according to the present invention, FIG. 14 is a sectional view, and FIG. 15 is a perspective view for explaining a method of disposing a sensor fiber. . Note that the eighth embodiment is characterized in the structure for fixing the sensor fiber, and the sensor fiber itself is configured in the same manner as the sensor fiber of the sixth embodiment.
[0155]
[10-1. Constitution]
As shown in FIG. 14, on the outer peripheral surface of the annular mounting member 51 of the present embodiment, a plurality of disk-shaped storage portions 67 are stacked and arranged in the axial direction. In this case, each of the disk-shaped storage portions 67 has one groove 68 on one end face in the axial direction, and each turn of the sensor fiber 5 wound with a plurality of turns in each groove 68. Are stored respectively.
[0156]
More specifically, as shown in FIG. 15, a notch is formed on a part of each disk-shaped storage portion 67 in the circumferential direction for the same purpose as the region 63 without the sensor fixture 52 in the eighth embodiment. A part 69 is provided. That is, the notch 69 is provided to enable the sensor fiber 5 disposed in the groove 68 of one disk-shaped storage section 67 to be transferred into the groove 68 of the adjacent disk-shaped storage section 67. Is provided. Further, as in the ninth embodiment, the sensor fiber 5 is fixed only at both ends by bonding, and the other parts are not bonded.
[0157]
[10-2. Effect]
According to the present embodiment having the above-described configuration, in addition to obtaining the same operation and effect as the sensor fiber 5 of the sixth embodiment, the following operation and effect can be obtained. .
[0158]
That is, as shown in FIG. 15, the disk-shaped storage portions 67 are sequentially stacked while storing the fibers of each turn of the sensor fiber 5 in the respective groove portions 68 using the plurality of disk-shaped storage portions 67 as shown in FIG. Thus, the fibers of each turn of the sensor fiber 5 can be satisfactorily and easily arranged while gently arranging the fibers and without interfering with each other.
[0159]
Therefore, according to the present embodiment, similarly to the eighth and ninth embodiments, the fibers of each turn of the sensor fiber 5 can be gently arranged without interfering with each other, and the measurement accuracy is improved. be able to. Further, similarly to the ninth embodiment, the fixing by bonding is performed only at both ends of the sensor fiber 5, so that the sensor fiber 5 can be fixed in a more gentle state, and the measurement accuracy can be further improved. . Furthermore, such a disk-shaped storage section 67 can be standardized, and the fixing structure can be simplified. In particular, since the design can be easily changed by increasing or decreasing the number of stacked disk-shaped storage portions 67, the practicability is excellent.
[0160]
[10-3. Modification]
As a modification of the tenth embodiment, for example, the space between the disk-shaped storage portions 67 can be fixed by bonding. Further, similarly to the eighth and ninth embodiments, a plurality of sensor fibers constituting a plurality of sensors can be collectively attached.
[0161]
[11. Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various other embodiments can be implemented. For example, in the first and sixth embodiments, a case has been described where the present invention is applied to an optical system in which light reciprocates in a sensor fiber. The present invention can be similarly applied to an optical system of a type through which light passes, and similarly excellent operational effects can be obtained. In addition, the present invention is not limited to the optical applied current measuring device, and is similarly applicable to various optical applied measuring devices for measuring various physical quantities using an optical system including an optical fiber, and similarly excellent operation is achieved. The effect can be obtained.
[0162]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a method for manufacturing an optical system and the configuration thereof are improved, and further, the configuration of an optical fiber and a condensing unit for receiving light into the optical fiber and the configuration of a receiving fiber are improved, or By improving the fixing structure of the sensor fiber, it is possible to provide a highly practical optical applied measuring device having higher accuracy and stability over a long period of time as compared with the related art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a coupling portion between a transmission fiber and a sensor fiber according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a coupling portion between a transmission fiber and a sensor fiber according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a coupling portion between a transmission fiber and a sensor fiber according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a modification of the coupling portion in FIG. 4;
FIG. 6 is a configuration diagram showing a coupling portion between a sensor fiber and two receiving fibers according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing an optical applied current measuring device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a fixing structure of a sensor fiber according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing a modification of the fixing structure of FIG. 8;
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a structure for fixing a sensor fiber according to an eighth embodiment of the present invention, wherein FIG. 10A is a configuration diagram, and FIG. ₁ -X ₂ (C) is the Y of (A). ₁ -Y ₂ Line sectional view.
11A and 11B are diagrams showing a modification of the fixing structure of FIG. 10, wherein FIG. 11A is a configuration diagram, and FIG. ₁ -X ₂ (C) is the Y of (A). ₁ -Y ₂ Line sectional view.
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing another modification of the fixing structure of FIG. 10; FIG. 12A is a configuration diagram, and FIG. ₁ -X ₂ (C) is the Y of (A). ₁ -Y ₂ Line sectional view.
13A and 13B are diagrams showing a structure for fixing a sensor fiber according to a ninth embodiment of the present invention, wherein FIG. 13A is a configuration diagram, and FIG. ₁ -X ₂ (C) is the Y of (A). ₁ -Y ₂ Line sectional view.
FIG. 14 is a sectional view showing a structure for fixing a sensor fiber according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view showing a method for arranging sensor fibers in the fixing structure of FIG. 14;
FIG. 16 is a configuration diagram showing an example of a conventional optical applied current measuring device.
FIG. 17 is a plan view showing an example of a specific configuration of a conventional optical system used in the apparatus of FIG.
18 is a sectional view of FIG.
[Explanation of symbols]
1: Light source
2, 2a to 2d: lens
3: Transmission fiber
4: Polarizer
5, 5a, 5b: Sensor fiber
6: conductor
7, 7a, 7b: analyzer
8: Receiving fiber
9: Detector
10: AGC amplifier
11: Divider
12: ROM table
13: Optical system mounting board
14: folding mirror
15: Fiber connector
16: Mounting member
17: Adhesive
18, 18a, 18b: Reflecting mirror
19, 19a, 19b: beam splitter
21: Optical storage box
22: Lens holder
23: Adjustable sleeve
24: Connector holder
31: graded index lens (GRIN lens)
32: Spherical lens
41: Sensor optical unit
42: signal processing unit
43: Transmission fiber section
44a, 44b: detector
45: Signal processing circuit
46: output terminal
47, 47a, 47b: coupling optical system
51: annular mounting member
52: Sensor fixture
53: Tank
54a, 54b: tank flange
55a, 55b: O-ring
56: Gas area
57: Metal flange
58: Bolt
59: insulating spacer
61: Fixed part with groove
62: Holding part
63: Area without sensor fixture
64: groove
65: Cylindrical guide
66: Fiber entrance and exit
67: disk-shaped storage section
68: Groove
69: Notch

Claims (24)

An optical system including a plurality of optical components including an optical fiber for guiding light, and a light condensing unit for inputting light to the optical fiber, and a sensor unit provided in a part of the optical system. In the optical applied measurement device configured to obtain a physical quantity to be measured by detecting a polarization state of light that has passed through the sensor unit, the condensing unit may include a spot of incident light on an end face of the optical fiber. An optical applied measurement apparatus characterized in that the size is configured to be not less than ^21/2 of the core diameter of the optical fiber. An optical system including a plurality of optical components including an optical fiber for guiding light, and a light condensing unit for inputting light to the optical fiber, and a sensor unit provided in a part of the optical system. An optical applied measurement device configured to determine a physical quantity to be measured by detecting a polarization state of light that has passed through the sensor unit, wherein the light condensing unit includes a spot of incident light on an end face of the optical fiber. An optical measuring apparatus characterized in that the size is configured to be 2 ^-1/2 or less of the core diameter of the optical fiber. An optical system including a plurality of optical components including an optical fiber for guiding light, and a light condensing unit for inputting light to the optical fiber, and a sensor unit provided in a part of the optical system. An optical measuring device configured to obtain a physical quantity to be measured by detecting a polarization state of light that has passed through the sensor unit, wherein the condensing unit is configured to detect a physical quantity to be measured from a refractive index distribution type lens (GRIN lens). An optical applied measurement device characterized by being constituted. An optical system including a plurality of optical components including an optical fiber for guiding light, and a light condensing unit for inputting light to the optical fiber, and a sensor unit provided in a part of the optical system. In an optical applied measurement device configured to determine a physical quantity to be measured by detecting a polarization state of light that has passed through the sensor unit, the light condensing unit includes a lens. An optical applied measurement device characterized in that a focal position is located at a lens end face. 5. The light according to claim 3, wherein an end of the optical fiber is provided with a fiber connector for supporting the end of the fiber, and the lens has a diameter equal to a diameter of the fiber connector. Applied measuring device. A sensor optical element, an analyzer in which the amount of transmitted light varies depending on the polarization state of the light emitted from the sensor optical element, a receiving optical fiber for guiding light transmitted through the analyzer, and light passing through the receiving optical fiber. An optical system including a plurality of optical components including a light condensing unit for incidence is provided, and a physical quantity to be measured is determined by detecting a light amount of light guided by the receiving optical fiber. In the optical applied measuring device, the receiving optical fiber is constituted by a multi-mode optical fiber having a core diameter of 100 μm or more. A sensor optical element, an analyzer in which the amount of transmitted light varies depending on the polarization state of the light emitted from the sensor optical element, a receiving optical fiber for guiding light transmitted through the analyzer, and light passing through the receiving optical fiber. An optical system including a plurality of optical components including a light condensing unit for incidence is provided, and a physical quantity to be measured is determined by detecting a light amount of light guided by the receiving optical fiber. In the optical applied measuring device, the receiving optical fiber is constituted by a multi-mode optical fiber having an NA of 0.25 or more. 8. The optical applied measurement device according to claim 6, wherein the multimode optical fiber is made of multi-component glass. 8. The optical applied measurement apparatus according to claim 6, wherein the core of the multimode optical fiber is made of quartz, and the cladding is made of plastic. An optical measurement system comprising an optical fiber for a sensor arranged at a position where a physical quantity to be measured can be detected, and configured to obtain the physical quantity by detecting a polarization state of light passing through the optical fiber for the sensor. In the apparatus, an annular mounting member is provided at the detectable position, the sensor optical fiber is wound along the annular mounting member, and the annular mounting member partially extends the sensor optical fiber. A light receiving portion for receiving the optical fiber for the sensor, the groove having a dimension larger than a diameter of the optical fiber for the sensor. Applied measuring device. The optical applied measurement device according to claim 10, wherein the fixing portions of the annular mounting member are dispersedly arranged at a plurality of positions in a circumferential direction of the annular mounting member. 12. The optical applied measurement device according to claim 10, wherein only the both ends of the optical fiber for the sensor are fixed by bonding. The sensor optical fiber is wound with a plurality of turns, and the fixing portion of the annular mounting member is configured to fix these in such a manner as to separate adjacent fibers of the sensor optical fiber. The optical applied measurement device according to any one of claims 10 to 12, wherein: The sensor optical fiber is a plurality of sensor optical fibers constituting a plurality of sensors, and the fixing portion of the annular mounting member is configured to separate adjacent fibers of the plurality of sensor optical fibers. 14. The optical applied measuring device according to claim 10, wherein the measuring device is configured to fix these collectively. The said fixing | fixed part of the said annular mounting member has several said groove parts, Comprising: It is comprised so that the optical fiber for sensors may be accommodated in each groove part, The claim 13 or Claim 14 characterized by the above-mentioned. Optical application measuring device. The fixing portion of the annular mounting member is provided in the groove portion, and has a fiber guide portion that individually guides each fiber in a form that separates adjacent fibers of the sensor optical fiber. The optical applied measurement device according to any one of claims 13 to 15. 17. The optical applied measurement device according to claim 16, wherein the fiber guide portions of the annular mounting member are dispersedly arranged at a plurality of positions in a circumferential direction of the annular mounting member. 18. The optical application according to claim 16, wherein the fiber guide portion of the annular mounting member is a plurality of cylindrical guides arranged between adjacent fibers of the sensor optical fiber. measuring device. The fixing portion of the annular mounting member has a plurality of disk-shaped storage portions stacked in the axial direction, and each disk-shaped storage portion has the groove portion on one end surface in the axial direction. The optical applied measurement device according to claim 13 or 14, wherein: An optical fiber for a sensor disposed in the vicinity of a conductor through which a current to be measured flows, and a light configured to determine a current flowing through the conductor by detecting a polarization state of light passing through the optical fiber for the sensor. In the applied current measuring device, the applied current measuring device has a configuration of an optical applied measuring device selected from the optical applied measuring devices according to claim 10 to claim 19, wherein the annular mounting member surrounds the conductor. An optical applied current measuring device, which is disposed. 21. The optical applied current measuring device according to claim 20, wherein the sensor optical fiber is configured so that a decrease in current measurement sensitivity is 10% or less. The conductor is disposed in a tank filled with insulating gas, and the sensor optical fiber is disposed outside the insulating gas region and inside a current path of the tank. The optical applied current measuring device according to claim 20 or 21. The conductor is disposed in a tank filled with insulating gas, the tank is configured by connecting a plurality of tanks via an insulating spacer, and the annular fixing member is the insulating spacer. The optical applied current measuring device according to any one of claims 20 to 22. The optical current measuring device according to any one of claims 20 to 23, wherein the optical fiber for the sensor is formed of a quartz fiber.

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