JP2010091357A

JP2010091357A - 光ファイバ電流センサ

Info

Publication number: JP2010091357A
Application number: JP2008260392A
Authority: JP
Inventors: Tatsufumi Yamaguchi; 達史山口; Isamu Cho; 偉張
Original assignee: Japan AE Power Systems Corp; Toko Electric Corp
Current assignee: Japan AE Power Systems Corp; Takaoka Toko Co Ltd
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-04-22
Also published as: WO2010041583A1

Abstract

【課題】光源部として半導体レーザを適用可能とすることで、計測性能を維持するとともにコスト低減を図り、更なる普及を実現する光ファイバ電流センサを提供する。
【解決手段】被測定電流が流れている電線４の外周に光ファイバ３１０を周回させ、半導体レーザを含む光源部１００から出射されるレーザ光から生成した直線偏波光を光路内に通過させてファラデー効果によりファラデー角を回転させ、この直線偏波光を直交する第１，第２の検出光に分けてフォトダイオード１２０，１３０で測定した第１，第２の光量に基づいて被測定電流を算出する光ファイバ電流センサ１０であって、光源部１００が直流電流に高周波電流を重畳した合成電流を半導体レーザに入力してマルチモード光のレーザ光を出射するような光ファイバ電流センサ１０とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファラデー効果を利用して電流値について測定する光ファイバ電流センサに関する。

光ファイバ電流センサは、光ファイバを通過する光の偏波面が磁界の作用により回転するファラデー効果を利用して電流値を測定する装置であり、例えば、ガス絶縁開閉装置内における電流値の測定に利用されている。

このような光ファイバ電流センサの従来技術の一例が、例えば特許文献１（特開平７−２４８３３８号公報，発明の名称「電流の測定方法および電流測定装置」）にも開示されている。特許文献１の電流測定装置は、光源と、光学系部品と、被測定電流の外周を周回する光路を形成する特定された組成比率の鉛ガラス光ファイバーとから概略構成される反射型の装置である。

特開平７−２４８３３８号公報（段落番号［００３３］）

従来技術の光ファイバ電流センサは、光源としてＡＳＥ（ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ）光源を使用するのが一般的である。ＡＳＥ光源の波長のスペクトル幅が非常に広いブロードバンド光源であるため、光源への戻り光があってもレーザ発振が安定しているという利点がある。また、ＡＳＥ光源は波長のスペクトル幅が非常に広いブロードバンド光源であるため、温度変化等による発光スペクトルのモードホッピングが起こらないという利点もある。このようにＡＳＥ光源は、高出力、優れた出力安定性、低可干渉性であるため、干渉雑音などに影響されない特長があり、戻り光や温度変化等に対して非常に安定しており、光ファイバ電流センサの光源としては最適である。

また、特許文献１の電流測定装置は、光源としてＳＬＤ（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ）光源を使用している。ＳＬＤ光源は、レーザダイオードの高輝度とＬＥＤの低コヒーレンス性を合せ持つ赤外発光素子である。コヒーレンスノイズなどレーザダイオードの短所を補う高輝度光源であり、光応用計測や光通信など高いＳ／Ｎを必要とする分野で使用されている。

しかしながら、従来技術として説明したＡＳＥ光源は、価格が約２０万円と高価であり、光ファイバ電流センサ全体のコストを引き上げる要因となっている。また、ＳＬＤ光源も同様に高価であるという問題があった。

そこで、光ファイバ電流センサの光源のコストダウンを図るため、従来使用しているＡＳＥ光源やＳＬＤ光源に代えて１万円〜２万円と比較的安価な半導体レーザを適用したいという要請がある。これまで光ファイバ電流センサの光源として半導体レーザを適用できなかった理由（換言すればＡＳＥ光源やＳＬＤ光源を適用してきた理由）は、次の通りである。

（１）半導体レーザは波長のスペクトル幅が狭いため、光源への戻り光によってレーザ発振が不安定になり、光出力の変動とともに大きなノイズが発生する。（コネクタ接続部の反射等により光源への戻り光が発生する。）
（２）半導体レーザは波長のスペクトル幅が狭いため、温度変化等により発光スペクトルにモードホッピングが起こると、この瞬間に大きなノイズが発生する。
このような事情から光ファイバ電流センサに半導体レーザを単純には適用できず、半導体レーザの波長のスペクトル幅が狭いことに起因する諸問題を解決する必要があった。

そこで、本発明はこれら課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光源部として半導体レーザを適用可能とすることで、計測性能を維持するとともにコスト低減を図り、更なる普及を実現する光ファイバ電流センサを提供することにある。

上記課題を解決するため、半導体レーザの波長のスペクトル幅を拡げるようにする。本発明では半導体レーザの波長のスペクトル幅を拡げるため、具体的には次の対策を施すことで光出力の安定化およびノイズ発生の抑制を行って、光ファイバ電流センサに適用可能とする。

（１）半導体レーザの駆動電流に２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの高周波電流を重畳してシングルモード発光に代えてマルチモード発光とする。これにより、スペクトル幅を広げてレーザ出力の安定化を図り、その結果ノイズ発生を抑制する。
（２）ペルチェ素子を用いて半導体レーザの温度制御を行うことにより、温度の安定化を図ってモードホッピングを抑制する。

このような本発明の請求項１に係る光ファイバ電流センサは、
被測定電流が流れている導体の外周を周回するように光路を形成し、半導体レーザを搭載した光源部のレーザ光から生成した直線偏波光を光路内に通過させ、被測定電流の磁界作用により直線偏波光のファラデー角を回転させ、このファラデー角を回転させた直線偏波光を直交する第１，第２の検出光に分けて第１，第２の検出光の光量を算出し、これら第１，第２の検出光の光量に基づいて被測定電流を算出する光ファイバ電流センサであって、
前記光源部は、直流電流に高周波電流を重畳した合成電流を半導体レーザに入力してマルチモード光のレーザ光を出射することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る光ファイバ電流センサは、
請求項１に記載の光ファイバ電流センサにおいて、
前記高周波電流は２００ＭＨｚから３００ＭＨｚまでの中から選択された高周波による高周波電流であることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る光ファイバ電流センサは、
請求項１または請求項２に記載の光ファイバ電流センサにおいて、
前記光路は、光ファイバと、その光ファイバの先端に設けた反射部と、を備え、直線偏波光が反射部で反射する反射型の光路であることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る光ファイバ電流センサは、
請求項１または請求項２に記載の光ファイバ電流センサにおいて、
前記光路は、光ファイバを備え、直線偏波光が一方向に透過する透過型の光路であることを特徴とする。

本発明によれば、光源部として半導体レーザを適用可能とすることで、計測性能を維持するとともにコスト低減を図り、更なる普及を実現する光ファイバ電流センサを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図に基づき説明する。図１は本形態の光ファイバ電流センサのブロック図である。本形態の光ファイバ電流センサ１０は反射型の光ファイバ電流センサに関するものである。
光ファイバ電流センサ１０は、回路部１、光サーキュレータ２、センサヘッド３を備え、電線４に流れる電流の値を計測する機能を有している。電線４は本発明の被測定電流が流れている導体の具体例である。

回路部１は、さらに光源部１００、光減衰器１１０、フォトダイオード（ＰＤ）１２０，１３０、演算処理部１４０、出力部１５０を備えている。
光サーキュレータ２は、さらに光サーキュレータ用光学部２００を備えている。
センサヘッド３は、さらにセンサヘッド用光学部３００、光ファイバ３１０、ミラー３２０を備えている。

続いて各部構成の詳細について図を参照しつつ説明する。図２は光源部のブロック図、図３は高周波重畳の説明図、図４は高周波重畳されたレーザ光のスペクトル図、図５はサーキュレータ用光学部のブロック図、図６はセンサヘッド用光学部の説明図、図７は演算処理部のブロック図である。
まず、本発明の特徴をなす光源部１００について説明する。光源部１００は、図２で示すように、半導体レーザ１０１、ＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）回路１０２、信号発生器１０３、ＡＣカット用インダクタ１０４、ＤＣカット用キャパシタ１０５、温度調整部１０６を備えている。半導体レーザ１０１は、さらにレーザダイオード１０１ａとバックモニタ受光素子１０１ｂからなる。

続いて光源部１００での発光について説明する。
ＡＰＣ回路１０２からはレーザダイオード１０１ａを駆動する駆動電流が供給される。この駆動電流はＡＣカット用インダクタ１０４により高周波のノイズ成分が除去されて直流成分のみの駆動電流Ｉ_ｏｐが供給される。
信号発生器１０３からはレーザダイオード１０１ａを駆動する駆動電流Ｉ_ｏｐに重畳する高周波電流が供給される。この高周波電流はＤＣカット用キャパシタ１０５により直流成分が除去されて高周波成分のみの高周波電流Ｉ_ｏｕｔが供給される。

この駆動電流Ｉ_ｏｐに高周波電流Ｉ_ｏｕｔが重畳された合成電流である高周波重畳駆動電流が半導体レーザ１０１のレーザダイオード１０１ａに供給される。レーザダイオード１０１ａは、図３で示すように発振開始電流Ｉ_ｔｈを上回る高周波重畳駆動電流が入力された期間では発光し、発振開始電流Ｉ_ｔｈを下回る電流が入力された期間では発光しないというものである。ここに駆動電流Ｉ_ｏｐは発振開始電流Ｉ_ｔｈと同じになるように調整されている。

レーザダイオード１０１ａに高周波重畳駆動電流が入力されたならば、ＬＤ出力Ｐ_０は、図３でも明らかなように、所定期間毎にパルス状のレーザ光が発光されることとなる。駆動電流Ｉ_ｏｐは発振開始電流Ｉ_ｔｈと同じにした場合、光出力波形はＤｕｔｙ５０％のパルス発振をする。このようなレーザ光のスペクトルは図４に示すようになる。例えば、波長１５５０のシングルモードのレーザ光を発光する半導体レーザである場合には波長１５５０の中心波を基準として左右に側帯波が現れる。この側帯波は高周波電流Ｉ_ｏｕｔの周波数が高くなるにつれて増加する傾向にある。高周波電流Ｉ_ｏｕｔの周波数は２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの中から選択された一の周波数（例えば２５０ＭＨｚ）が好ましい。

また光ファイバ電流センサ１０では戻り光が半導体レーザ１０１へ入射した場合にはレーザ光の光量が増減するが、バックモニタ受光素子１０１ｂが戻り光の光量に応じた検出信号を出力し、ＡＰＣ回路１０２が検出信号に基づいてレーザ光の光量を一定にするように制御する。これにより、レーザ光の出力が変動しないように常時一定にしている。

また、温度調節部１０６により光源部１００の温度が一定となるように配慮している。温度調節部１０６は、温度センサ１０６ａ、ドライバ部１０６ｂ、ペルチェ素子１０６ｃを備えている。温度センサ１０６ａが温度に比例する物理量を検出してドライバ部１０６ｂへ出力しており、ドライバ部１０６ｂで温度が上昇したと判定したときにドライバ部１０６ｂはペルチェ素子１０６ｃを駆動して吸熱し、特に半導体レーザ１０１付近の温度が所定温度を維持するように制御する。これにより、熱上昇に起因するモードホッピング等の発生を防止しておりレーザ光の安定した出力を確保できる。
このような光源部１００では半導体レーザ１０１に高周波電圧を印加することでレーザ光の出力を一定にして雑音特性を改善することができる。さらに温度を一定にしてモードホッピングも起こらないようにすることができる。これにより、安価な半導体レーザ１０１を用いて光ファイバ電流センサに適用できる光源部を確保することが可能となった。

このような光源部１００から出射されたレーザ光は図１に示す光減衰器１１０へ入射される。
光減衰器１１０はレーザ光の出射光強度および光サーキュレータ用光学部２００、センサヘッド用光学部３００、光ファイバ３１０、ループ部３１０aの挿入損失の個体差によるばらつきを補正して、フォトダイオード１２０および１３０の受光強度を最適に調整する。
光減衰器１１０から出射されたレーザ光はＰＭＦ１（偏波面保持ファイバ１）を介して光サーキュレータ２のサーキュレータ用光学部２００へ出射される。

このサーキュレータ用光学部２００は、図５で示すように、複屈折素子（偏／検光子）２０１、強磁性磁気光学素子２０２、二個の永久磁石２０３、金属ケース２０４を備えている。金属ケース２０４は、外力や温度変化に対して変形しにくいものが望ましい。

ＰＭＦ１（偏波面保持ファイバ１）を介して入射されたレーザ光は、複屈折素子（偏／検光子）２０１に入射される。この場合の複屈折素子（偏／検光子）２０１は偏光子として機能し、ファラデー回転角度が初期角度の直線偏波光となるようにレーザ光を偏光して強磁性磁気光学素子２０２へ出射する。
強磁性磁気光学素子２０２は、ＹＩＧや磁性ガーネットなどの強磁性体結晶からなる強磁性ファラデー回転子であり、上下の永久磁石２０３により磁気的に飽和しており、レーザ光が通過する際に、レーザ光に対して４５度ファラデー回転させる。角度の調節は厚さを調整することで実現される。

強磁性磁気光学素子２０２から出射されたレーザ光はＰＭＦ２（偏波面保持ファイバ２）を介してセンサヘッド３のセンサヘッド用光学部３００へ出射される。
このセンサヘッド用光学部３００は、図６で示すように、複屈折素子（偏／検光子）３０１、強磁性磁気光学素子３０２、二個の永久磁石３０３、金属ケース３０４を備えている。この金属ケース３０４も、外力や温度変化に対して変形しにくいものが望ましい。

ＰＭＦ２（偏波面保持ファイバ２）を介して入射されたレーザ光は、複屈折素子（偏／検光子）３０１に入射される。この場合も複屈折素子（偏／検光子）３０１は偏光子として機能し、レーザ光が通過する際に、レーザ光が直線偏波光となるように偏光して強磁性磁気光学素子３０２へ出射する。
強磁性磁気光学素子３０２は、ＹＩＧや磁性ガーネットなどの強磁性体結晶からなる強磁性ファラデー回転子であり、上下の永久磁石３０３により磁気的に飽和しており、レーザ光が通過する際に、レーザ光に対して２２．５度のファラデー回転させる。角度の調節は厚さを調整することで実現される。

強磁性磁気光学素子３０２から出射されたレーザ光は光ファイバ３１０へ出射される。光ファイバ３１０は、図１に示すように、電線４を周回するようなループ部３１０ａが形成され、その端部にミラー３２０が設けられる。このミラー３２０は、本発明の反射部の具体例であり、反射膜を形成したミラー３２０を光ファイバ３１０の端部に固定したり、または、光ファイバ３１０の端面に金属蒸着膜や誘電体多層膜を直接形成する。端部固定よりも直接形成を採用すれば、光ファイバ３１０の周回端側が太くならず、小型化を促進する。

光ファイバ３１０内に導入された直線偏波光は、ループ部３１０ａを通過し、周回端のミラー３２０で反射した後、今度は、周回端側から入射端側に向けて伝播する。これらの過程において、電線４を流れる被測定電流により形成される磁界の作用を受けて、直線偏波光の偏波面が被測定電流の大きさに比例して回転する。

光ファイバ３１０から戻って入射されたレーザ光は、強磁性磁気光学素子３０２へ再度入射する。
強磁性磁気光学素子３０２は、レーザ光が通過する際に、レーザ光に対して再度２２．５度のファラデー回転させる。このレーザ光は複屈折素子（偏／検光子）３０１に入射される。
複屈折素子（偏／検光子）３０１は直交する２つの直線平行成分に分離し、それぞれＰＭＦ２とＳＭＦ２へ出射する。

ＰＭＦ２（偏波面保持ファイバ２）を介して入射されたレーザ光は、強磁性磁気光学素子２０２に再度入射される。
強磁性磁気光学素子２０２は、レーザ光が通過する際に、レーザ光に対して再度４５度のファラデー回転させる。角度の調節は厚さを調整することで実現される。このレーザ光は複屈折素子（偏／検光子）２０１に入射される。
複屈折素子（偏／検光子）２０１は直交する２つの直線平行成分に分離し、それぞれＰＭＦ１とＳＭＦ１へ出射する。

ＰＭＦ１から光減衰器１１０や光源１００へ戻る光は計測等には使用されず、むしろ半導体レーザ１０１へ入射する戻り光は先ほども説明したように発光を不安定にするものであるが、本発明では高周波重畳がなされており、発光が不安定になることはない。また、ＡＰＣ回路１０２でも安定化するため、これらが相俟って安定したレーザ光の発光を実現している。

さて、ＳＭＦ１とＳＭＦ２からの戻り光は４５°の光学的なバイアスが付されていることになる。これらのような直線偏波光がそれぞれフォトダイオード１２０，１３０へ入力される。フォトダイオード１２０，１３０はそれぞれ第１，第２の検出光の光量を算出し、これら第１，第２の検出光の光量に応じた電圧信号に変換する。なお、図示しないアンプをフォトダイオード１２０，１３０の後段にそれぞれ接続し、電圧信号を増幅して最適な振幅の電圧信号となるようにしても良い。これら電圧信号は演算処理部１４０へそれぞれ入力される。

演算処理部１４０は、図７で示すように、バンドパスフィルタ１４１、ローパスフィルタ１４２、除算器１４３、バンドパスフィルタ１４４、ローパスフィルタ１４５、除算器１４６、極性反転器１４７、加算器１４８を備える。

バンドパスフィルタ１４１は、フォトダイオード１２０から得られた電圧信号のうち帯域内の交流成分のみ抽出して出力し、帯域外の直流成分や高周波ノイズ成分を除去する。
ローパスフィルタ１４２は、フォトダイオード１２０から得られた電圧信号のうち直流成分のみ抽出して出力する。
除算器１４３は交流成分と直流成分の比をとる。

バンドパスフィルタ１４４は、フォトダイオード１３０から得られた電圧信号のうち帯域内の交流成分のみ抽出して出力し、帯域外の直流成分や高周波ノイズ成分を除去する。
ローパスフィルタ１４５は、フォトダイオード１３０から得られた電圧信号のうち直流成分のみ抽出して出力する。
除算器１４６は、交流成分と直流成分の比をとる。

極性反転器１４７は、＋−の符号を変換する。
加算機１４８は、除算器１４３の出力と、除算器１４６の極性を反転した出力と、の和をとる。

次に、この演算処理部２０の動作を説明する。
フォトダイオード１２０，１３０の電圧信号Ｖ１，Ｖ２は次式のようになる。

［数１］
Ｖ１＝Ａ（１＋ｓｉｎ（２θ（ｔ）＋２δ））
Ｖ２＝Ｂ（１−ｓｉｎ（２θ（ｔ）＋２δ））

ここに、θは電線４の測定電流によってファラデー効果により引き起こされるファラデー回転角である。なお、交流電流を測定する場合、θは交流電流にしたがい時間によって変化するのでθ（ｔ）となる。
また、Ａ、Ｂはおのおのの偏光成分に対するフォトダイオード１２０，１３０の増幅度である。
また、δはファイバ巻回形状の変形、ファイバの振動により含まれる誤差の回転角である。

ここでθ（ｔ）とδがともに小さい場合は、ｓｉｎ（２θ（ｔ）＋２δ）は２θ（ｔ）＋２δと近似できるため、次式のように変形される。

［数２］
Ｖ１（ｔ）＝Ａ（１＋２δ＋２θ（ｔ））
Ｖ２（ｔ）＝Ｂ（１−２δ−２θ（ｔ））

次にバンドパスフィルタ１４１，１４４、ローパスフィルタ１４２，１４５で、Ｖ１（ｔ），Ｖ２（ｔ）からそれぞれ交流成分（２θ（ｔ），−２θ（ｔ））と直流成分（１＋２δ，１−２δ）とに分離する。そして、除算手段１４３，１４６でそれぞれの交流成分と直流成分の成分比を求める。それらの成分比を順にＭ１（ｔ），Ｍ２（ｔ）と書き、δ≪１という近似を使うと、次式のようになる。

［数３］
Ｍ１（ｔ）＝Ａ〔２θ（ｔ）〕／Ａ（１＋２δ）≒２θ（ｔ）（１−２δ）
Ｍ２（ｔ）＝Ｂ〔−２θ（ｔ）〕／Ｂ（１−２δ）≒−２θ（ｔ）（１＋２δ）

増幅度Ａ，Ｂは消去され、それによる測定誤差はなくなる。続いて加算器１４８でＭ１（ｔ），−Ｍ２（ｔ）の和を求めると、次式のようになる。

［数４］
Ｍ１（ｔ）−Ｍ２（ｔ）＝４θ（ｔ）

これにより基準偏光方位のずれδを相殺することができる。
なお、交流電流を測定する場合、測定電流によって引き起こされるファラデー回転角をθとすれば、流した電流をｊ（ｔ）＝ｊ_０ｓｉｎωｔとすると、これに対応したファラデー回転角は、θ（ｔ）＝θ_０ｓｉｎωｔであり、ファラデー回転角はωで振動する。ここでＶはベルデ定数、Ｎは光ファイバの巻き数で、θ_０＝ＶＮｊ_０である。そして、θ（ｔ）＝θ_０ｓｉｎωｔ＝ＶＮｊ_０ｓｉｎωｔであるので、ｊ（ｔ）＝ｊ・ｓｉｎωｔ＝θ（ｔ）／ＶＮから電流ｊ（ｔ）を求めることができる。

演算処理部１４０はこのようにして算出した電流値を電流データとして出力部１５０へ出力する。出力部１５０は、例えば、ＬＣＤ等の表示部であり、例えば、５ｋＡというように電流値を表示する。

以上本発明の光ファイバ電流センサ１０について説明した。このような光ファイバ電流センサ１０では、安価な半導体レーザを使用可能としてコスト低減を図りつつ、ノイズの少ない波形が得られ、測定すべき交流電流波形が安定に観測された。

続いて他の形態について図を参照しつつ説明する。図８は他の形態の光ファイバ電流センサのブロック図である。本形態の光ファイバ電流センサ２０は透過型の光ファイバ電流センサに関するものである。
光ファイバ電流センサ２０は、回路部１、センサヘッド３を備え、電線４に流れる電流の値を計測する機能を有している。電線４は本発明の被測定電流が流れている導体の具体例である。

回路部１は、さらに光源部１００、フォトダイオード（ＰＤ）１２０，１３０、演算処理部１４０、出力部１５０を備えている。
センサヘッド３は、さらに、光ファイバ３１０、センサヘッド用光学部３３０を備えている。

光源部１００は先に図２，図３，図４を用いて説明した光源部１００と同様な構成としており、マルチモード光のレーザ光を出射するようにしている。
このような光源部１００から出射されたレーザ光はセンサ用光学部３３０の偏光子３３１へ出射される。

ＰＭＦ１（偏波面保持ファイバ１）を介して入射されたレーザ光は、偏光子３３１に入射される。この偏光子３３１は、レーザ光が直線偏波光となるように偏光して光ファイバ３１０へ出射する。

偏光子３３１から出射されたレーザ光は光ファイバ３１０へ出射される。光ファイバ３１０は、図８に示すように、電線４を周回するようなループ部３１０ａが形成されている。光ファイバ３１０のループ部３１０を通過する直線偏波光は、検光子３３２に向けて伝播する。これらの過程において、電線４を流れる被測定電流の作る磁界の作用を受けて、直線偏波光の偏波面が被測定電流の大きさに比例して回転する。

光ファイバ３１０から戻って入射されたレーザ光は、検光子３３２へ出射する。
検光子３３２は、直交する２つの直線平行成分に分離し、それぞれフォトダイオード１２０，１３０へ入力される。以下、演算処理部１４０は、先に説明したと同様の演算処理を行って出力部１５０は、例えば、５ｋＡといいうように電流値を表示する。
本形態の光ファイバ電流センサ２０はこのようなものである。

以上、これら反射型や透過型の形態の光ファイバ電流センサについて説明した。これら形態によれば、波長のスペクトル幅を拡げるために、半導体レーザのマルチモード光のレーザ光を出射することで計測性能を維持するとともに光出力の安定化およびノイズ発生の抑制を行い、安価な半導体レーザによりコスト低減を図り、その結果、一般への普及を図る光ファイバ電流センサを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態（反射型）の光ファイバ電流センサのブロック図である。光源部のブロック図である。高周波重畳の説明図である。高周波重畳されたレーザ光のスペクトル図である。サーキュレータ用光学部のブロック図である。センサヘッド用光学部の説明図である演算処理部のブロック図である。他の形態（透過型）の光ファイバ電流センサのブロック図である。

符号の説明

１０，２０：光ファイバ電流センサ
１：回路部
１００：光源部
１０１：半導体レーザ
１０１ａ：レーザダイオード
１０１ｂ：バックモニタ受光素子
１０２：ＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）回路
１０３：信号発生器
１０４：ＡＣカット用インダクタ
１０５：ＤＣカット用キャパシタ
１０６：温度調整部
１０６ａ：温度センサ
１０６ｂ：ドライバ部
１０６ｃ：ペルチェ素子
１１０：光減衰器
１２０，１３０：フォトダイオード（ＰＤ）
１４０：演算処理部
１４１：バンドパスフィルタ
１４２：ローパスフィルタ
１４３：除算器
１４４：バンドパスフィルタ
１４５：ローパスフィルタ
１４６：除算器
１４７：極性反転器
１４８：加算器
１５０：出力部
２：光サーキュレータ
２００：光サーキュレータ用光学部
２０１：複屈折素子（偏／検光子）
２０２：強磁性磁気光学素子
２０３：永久磁石
２０４：金属ケース
３：センサヘッド
３００：センサヘッド用光学部
３０１：複屈折素子（偏／検光子）
３０２：強磁性磁気光学素子
３０３：永久磁石
３０４：金属ケース
３１０：光ファイバ
３２０：ミラー
３３０：センサヘッド用光学部
３３１：偏光子
３３２：検光子
４：電線

Claims

被測定電流が流れている導体の外周を周回するように光路を形成し、半導体レーザを搭載した光源部のレーザ光から生成した直線偏波光を光路内に通過させ、被測定電流の磁界作用により直線偏波光のファラデー角を回転させ、このファラデー角を回転させた直線偏波光を直交する第１，第２の検出光に分けて第１，第２の検出光の光量を算出し、これら第１，第２の検出光の光量に基づいて被測定電流を算出する光ファイバ電流センサであって、
前記光源部は、直流電流に高周波電流を重畳した合成電流を半導体レーザに入力してマルチモード光のレーザ光を出射することを特徴とする光ファイバ電流センサ。
請求項１に記載の光ファイバ電流センサにおいて、
前記高周波電流は２００ＭＨｚから３００ＭＨｚまでの中から選択された高周波による高周波電流であることを特徴とする光ファイバ電流センサ。
請求項１または請求項２に記載の光ファイバ電流センサにおいて、
前記光路は、光ファイバと、その光ファイバの先端に設けた反射部と、を備え、直線偏波光が反射部で反射する反射型の光路であることを特徴とする光ファイバ電流センサ。
請求項１または請求項２に記載の光ファイバ電流センサにおいて、
前記光路は、光ファイバを備え、直線偏波光が一方向に透過する透過型の光路であることを特徴とする光ファイバ電流センサ。