JP2008275499A - 光電圧センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電圧センサのセンシングヘッドにおいて、電気光学素子に円偏光を入射させるための光学素子である偏光子10及び1/4波長板11は板状に形成されており、基板17の両面に形成された溝部18の中にそれぞれ接着固定されている。周囲温度が上昇すると、接着剤19の熱膨張によって偏光子10には図中に示すF方向に力が作用して力の不均一な状態が生じるようになるものの、偏光子10及び1/4波長板11は、下面のみならず、上面も溝部18の内壁18aによって拘束されているため、偏光子10及び1/4波長板11が回転方向にずれてしまうことを防止できる。
【選択図】図3
Description
このようなことから、最近では、光信号の授受だけで電圧を測定できるようにした光電圧センサが提供されている(特許文献1参照)。この光電圧センサは、通常、光ファイバを介して導かれた光を、偏光子、印加電圧に対応して複屈折の大きさが変化する電気光学素子、検光子からなる経路を経由させた後に、光ファイバを介して受光系へ導くことにより、印加電圧に対応した出力信号を受光系から得るようにしている。
しかしながら、電気光学素子を主体として構成されるセンシングヘッドは高圧機器近傍に設置され、例えば屋外においては外気温の変動、また、機器が発生する振動などが加わり、その相対回転角にずれを生じることがある。特に、振動については、センシングヘッドが遮断器近傍に設置されると、1000Gを超える振動が加わることもあり、この激しい環境下で偏光子と1/4波長板との相対回転角を一定に保つことは困難であった。このため、外気温や振動によって、光電圧センサの感度が変化し、誤差を生じていた。
即ち、図5に示すように、従来構成の光電圧センサのセンシングヘッド101は、表面が極めて平滑な下板102上に角形の光学素子である送光コリメータ部103、偏光子104、1/4波長板105、電気光学素子106、検光子107、受光コリメータ部108を、互いの光学素子が所定の相対回転角となるように配置している。この場合、各光学素子103〜108と下板102との接着は、光学素子103〜108の下面のみで行われ、しかも、偏光子104や1/4波長板105等のように応力に敏感な素子を固定する必要があるため、シリコーンゴムのようなゴム弾性を有する接着剤で固定するようにしている。このため、下板102と偏光子104及び1/4波長板105との間の間隔が、振動や温度変化による接着剤や構成材の熱膨張によって変化し、偏光子104と1/4波長板105との相対回転角のずれを生じ、それに伴って電気光学素子106へ入射する円偏光の偏光状態が変化し、電圧計測の精度が悪化してしまうのである。
以下、本発明の第1の実施の形態について図1ないし図3を参照して説明する。
図1は、光電圧センサの構成を示す概略図である。この図1において、光電圧センサ1は、光源駆動装置2、この光源駆動装置2により駆動される光源3、この光源3からの入射光を導入する光ファイバ4、この光ファイバ4からの入射光が透過するセンシングヘッド5、このセンシングヘッド5を透過した光を導入する光ファイバ6、この光ファイバ6からの光を受光する検出器(受光部に相当)7、この検出器7の受光状態を測定する電子回路(受光部に相当)8から構成されている。
(1)送光コリメータ部9と偏光子10との相対回転角は、送光コリメータ部9を出射する光がランダム偏光であるので、光電圧センサ1の誤差要因とはならない。
(2)1/4波長板11と電気光学素子12との相対回転角については、1/4波長板11を出射する光が円偏光であるので、これも光電圧センサ1の誤差要因とはならない。
(3)電気光学素子12と検光子13との相対回転角については、電気光学素子12に電圧が印加されていないときには、電気光学素子12を出射する光は円偏光であり、誤差要因とはならないが、電圧が印加された状態では楕円偏光となっているため、この相対回転角の変化は光電圧センサ1の感度変化となり、誤差の要因となる、
(4)偏光子10と1/4波長板11との相対回転角のずれについては、円偏光を正しく生成できないこととなり、電圧印加時は勿論のこと、電圧が印加されていない場合においても、この相対回転角のずれに伴う光量変化を生じることとなり、光電圧センサ1として、無信号時にも誤差出力を生じ、影響が極めて大きい。
従って、本実施例では、偏光子10と1/4波長板11とを基板17において光透過方向に位置する両面にシリコーンゴムにより接着固定し、さらにその基板17を下板16にシリコーンゴムにより接着固定した。このような構成では、振動或いは温度変化により下板16と基板17との間の位置ずれは生じやすいものの、偏光子10と1/4波長板11との間は近接配置の上、周囲4箇所で基板17に接着固定されているため、偏光子10と1/4波長板11との相対回転角ずれを最小に抑えることができる。
図2(a)は基板17の側面図、図2(b)は基板17の正面図である。この図2に示すように、基板17において光透過方向に位置する両面には下面と平行な溝部18が形成されており、偏光子10及び1/4波長板11は溝部18の中にそれぞれ配置されている。この溝部18は、偏光子10と1/4波長板11の設定角度を合わせる機能と、偏光子10及び1/4波長板11の回転方向への変化を拘束し、振動や温度変化の相対回転角ずれを抑える機能とを発揮する。この基板17は、非透光性部材に光が透過可能なように光軸に沿って貫通孔17aを有して形成されているが、透光部材であればガラス部材であってもよいし、樹脂部材であってもよい。
次に、本発明の第2の実施の形態について図4を参照して説明するに、第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。この第2の実施の形態は、第1の実施の形態で用いた下板16を用いることなく、各光学素子間を接着で固定することによりセンシングヘッド5を構成したことに特徴を有する。
偏光子10と1/4波長板11とは、直接接着することなく、第1実施の形態と同様に、所定の相対回転角となるように基板17の両面に接着固定されている。このように偏光子10と1/4波長板11と直接接着することなく基板17に接着固定しているのは、1/4波長板11として板状のものを採用するためには、複屈折を有する結晶でしか現状では製作することができないことから、光学ガラスで形成されている他の光学素子との間で膨張率に差を生じ、両者の熱膨張の差により1/4波長板11に大きな応力が作用してしまうからである。このように1/4波長板11に大きな応力が作用した場合は、1/4波長板11の複屈折の状態が変化してしまい、高精度の測定を維持できなくなってしまう。従って、基板17の両面に偏光子10と1/4波長板11とを接着固定し、この基板17を他の光学素子と接着固定する構造を採用している。
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
基板17に形成する溝部18を下面と水平方向に形成するのに代えて、下面と直角方向に形成するようにしてもよい。
本実施例では、1/4波長板11を使用したが、複屈折を意図的に1/4波長以外の値に設定した位相差板を使用することによって、温度特性を制御することも一般的に行なわれていることから、位相差板としては1/4波長板に限らず、このような1/4波長以外の位相差板も採用することができる。
Claims (4)
- 入射光を直線偏光に変換する偏光子と、前記直線偏光を円偏光に変換する位相差板と、前記円偏光に対して印加電圧に応じた光位相変調を行う電気光学素子と、前記電気光学素子からの入射光を検出する検光子と、前記検光子を透過した光を検出することにより前記電気光学素子に対する印加電圧を検出する受光部とを備えた光電圧センサにおいて、
光透過方向に位置する両面において前記偏光子及び前記位相差板とを所定の相対回転角となるように固定する基板を備えたことを特徴とする光電圧センサ。 - 前記偏光子は、板状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の光電圧センサ。
- 前記位相差板は、自然複屈折を有する板状の結晶であることを特徴とする請求項1または2記載の光電圧センサ。
- 前記基板は、前記偏光子と前記位相差板との間が前記所定の相対回転角となる位置決め状態で接着される溝部を前記両面に有した形状に形成されていることを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の光電圧センサ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103018533A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-04-03 | 北京航空航天大学 | 基于电致发光效应的光学电压传感器 |
JP2014504726A (ja) * | 2011-01-21 | 2014-02-24 | パワーセンス・アクティーゼルスカブ | 交流または直流の送電システムおよび電圧を計測する方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6398568A (ja) * | 1986-10-15 | 1988-04-30 | Hitachi Ltd | 光方式変成装置 |
JPH1031112A (ja) * | 1996-07-16 | 1998-02-03 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 角型ヒステリシスを示すファラデー回転子 |
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2007
- 2007-05-01 JP JP2007120741A patent/JP4836862B2/ja active Active
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