JP2013032968A - Optical fiber type voltage sensor - Google Patents

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Kenji Shibata
顕次 柴田
Isao Imaoka
功 今岡
Yoshifumi Suzaki
嘉文 須崎
Kiyoshi Nakagawa
清 中川
Hiroshi Iwata
弘 岩田
Takashi Yokouchi
孝史 横内
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Kagawa University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber type voltage sensor capable of using one light source for a plurality of kinds of uses.SOLUTION: An optical fiber type voltage sensor 10 includes an optical fiber 12 having a measuring optical fiber part 12b, and light emitted from a light source 11 is branched into the optical fiber 12 and the measuring optical fiber part 12b. The measuring optical fiber part 12b is provided with a Pockels effect member 21 of which a refractive index changes according to a voltage of a circuit 15 to be measured and a first FBG 22. The optical fiber 12 is provided with a second FBG 23 formed to have the same Bragg wavelength λ as the first FBG 22. Light of wavelength λ reflected by the second FBG 23 and light of wavelength λ of which propagation velocity is changed by the Pockels effect member 21 and which is reflected by the first FBG 22 out of the light emitted from light source 11 are combined, and interference phenomenon occurs.

Description

この発明は、光ファイバを利用して電圧を測定する光ファイバ型電圧センサの構成に関する。   The present invention relates to a configuration of an optical fiber voltage sensor that measures a voltage using an optical fiber.

近年、電圧を測定するためのセンサとして、ポッケルス効果やカー効果と呼ばれる電気光学効果を利用した光ファイバ型電圧センサが用いられる。ポッケルス効果とは、ある物質に電圧を印加して電場をかけると、電場の強さに比例して物質の屈折率が変化する現象である。一方、カー効果では電場の強さの2乗に比例して物質の屈折率が変化する。   In recent years, an optical fiber type voltage sensor using an electro-optic effect called Pockels effect or Kerr effect is used as a sensor for measuring voltage. The Pockels effect is a phenomenon in which when a voltage is applied to a substance and an electric field is applied, the refractive index of the substance changes in proportion to the strength of the electric field. On the other hand, in the Kerr effect, the refractive index of a substance changes in proportion to the square of the electric field strength.

例えば特許文献1には、ポッケルス効果を有するポッケルス材料を用いて被測定電圧を測定する光ファイバ型電圧センサが開示されている。これによれば、入力用及び出力用の光ファイバが、複屈折材料であるルチル平板を介してロッドレンズの一端側に接続されている。また、ロッドレンズの他端側には、ポッケルス材料、1/8波長板及び反射板が設けられており、ポッケルス材料に被測定電圧が印加されている。入力用光ファイバに入射された光はルチル平板を通過する際に直線偏光に変換され、ポッケルス材料及び1/8波長板を通過する。次いで、光は反射板に反射され、1/8波長板及びポッケルス材料を再び通過してからルチル平板に達する。   For example, Patent Document 1 discloses an optical fiber voltage sensor that measures a voltage to be measured using a Pockels material having a Pockels effect. According to this, the input and output optical fibers are connected to one end side of the rod lens via the rutile plate which is a birefringent material. Further, a Pockels material, a 1/8 wavelength plate, and a reflector are provided on the other end side of the rod lens, and a voltage to be measured is applied to the Pockels material. The light incident on the input optical fiber is converted into linearly polarized light when passing through the rutile plate, and passes through the Pockels material and the 1/8 wavelength plate. The light is then reflected off the reflector, passes again through the 1/8 wavelength plate and Pockels material, and reaches the rutile plate.

その際、ポッケルス材料の屈折率は被測定電圧に応じて変化しているため、ポッケルス材料を通過する光には被測定電圧に応じた位相変化が生じる。また、1/8波長板を二度通過する際に1/4波長の位相差が与えられることにより、反射板に反射されてルチル平板に達する光は楕円偏光に変換される。このように、被測定電圧に応じた位相変化が生じた状態の楕円偏光は、ルチル平板を再び通過する際に常光と異常光とに偏光分離され、異常光が出力用光ファイバに導かれる。また、この異常光の強度変化は、被測定電圧に応じた位相変化に応じたものとなる。すなわち、出力用光ファイバ内を伝播する異常光の強度を測定することにより、被測定電圧が求められる。   At this time, since the refractive index of the Pockels material changes according to the voltage to be measured, a phase change corresponding to the voltage to be measured occurs in the light passing through the Pockels material. In addition, when a phase difference of ¼ wavelength is given when passing through the 8 wavelength plate twice, the light reflected by the reflection plate and reaching the rutile plate is converted into elliptically polarized light. As described above, the elliptically polarized light in a state in which the phase change corresponding to the voltage to be measured is separated into ordinary light and extraordinary light when passing through the rutile plate again, and the extraordinary light is guided to the output optical fiber. The intensity change of the abnormal light corresponds to the phase change corresponding to the voltage to be measured. That is, the voltage to be measured is obtained by measuring the intensity of abnormal light propagating through the output optical fiber.

特開昭62−198769号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-198769

通常、光ファイバは、複数の波長の光を同時に伝送することが可能である。また、光ファイバは、例えば被測定物のひずみ、振動あるいは温度等、電圧以外の物理量を測定するためのセンサとして適用することが可能である。このような特性から、近年、電気自動車(EV)やハイブリッド自動車(HV)等の車両内に、光ファイバを介して各種センサや車両の制御機器等を接続したセンサネットワークを構築することが注目されている。光ファイバに複数の波長の光を入射し、各波長を複数個所の電圧測定や電圧以外の物理量測定、あるいは測定した物理量以外の情報伝達に振り分ければ、車両内に1本の光ファイバを敷設するだけでセンサネットワークを構築できる。   Usually, an optical fiber can transmit light of a plurality of wavelengths simultaneously. In addition, the optical fiber can be applied as a sensor for measuring physical quantities other than voltage, such as strain, vibration, or temperature of an object to be measured. Due to these characteristics, in recent years, it has attracted attention to construct a sensor network in which various sensors, vehicle control devices, and the like are connected via an optical fiber in a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV). ing. If light of multiple wavelengths is incident on an optical fiber and each wavelength is distributed to voltage measurements at multiple locations, physical quantity measurements other than voltage, or information transmission other than measured physical quantities, a single optical fiber is installed in the vehicle A sensor network can be constructed just by doing.

しかしながら、特許文献1に記載の光ファイバ型電圧センサでは、発する光の波長帯域が狭い半導体レーザが光源として用いられており、1つの光源により、1つのポッケルス材料に印加された電圧のみを測定する構成となっている。そのため、この光ファイバ型電圧センサは、電圧測定に用いる光の波長を選択する手段を備えておらず、仮に複数の波長の光を発する光源を用いたとしても、各波長を異なる用途に振り分けることが不可能となっている。すなわち、特許文献1に記載の光ファイバ型電圧センサでは、1つの光源を複数種類の用途に用いることができず、上述したようなセンサネットワークに適用しようとする場合、用途の数に応じた複数の光源を必要とするという問題点を有していた。   However, in the optical fiber type voltage sensor described in Patent Document 1, a semiconductor laser having a narrow wavelength band of emitted light is used as a light source, and only one voltage applied to one Pockels material is measured by one light source. It has a configuration. Therefore, this optical fiber type voltage sensor does not have a means for selecting the wavelength of light used for voltage measurement, and even if a light source that emits light of multiple wavelengths is used, each wavelength is allocated to different applications. Is impossible. That is, in the optical fiber type voltage sensor described in Patent Document 1, one light source cannot be used for a plurality of types of applications, and when applying to a sensor network as described above, a plurality of units according to the number of uses. However, it has a problem of requiring a light source.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、1つの光源を複数種類の用途に用いることを実現した光ファイバ型電圧センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an optical fiber voltage sensor that realizes use of one light source for a plurality of types of applications.

この発明に係る光ファイバ型電圧センサは、被測定回路の電圧を測定するセンサであって、光ファイバと、電圧に応じて屈折率が変化する電気光学効果部材とを備え、光ファイバは、光ファイバから分岐されるとともに電気光学効果部材と連結して設けられる測定用光ファイバ部を有し、測定用光ファイバ部には、入射光が伝播する方向における電気光学効果部材の下流側に第一FBGが設けられることを特徴とするものである。   An optical fiber type voltage sensor according to the present invention is a sensor for measuring a voltage of a circuit under test, and includes an optical fiber and an electro-optic effect member whose refractive index changes according to the voltage. A measurement optical fiber portion that is branched from the fiber and connected to the electro-optic effect member, and the measurement optical fiber portion has a first downstream side of the electro-optic effect member in a direction in which incident light propagates. An FBG is provided.

まず、FBG(ファイバブラッググレーティング)とは、光ファイバのコアの屈折率を軸方向に沿った所定の長さ周期(グレーティング周期)で変化させた回折格子であって、光ファイバへの入射光に対し、グレーティング周期に応じた所定の波長(ブラッグ波長)の光を反射し、残りの光を透過するという特性を有する。   First, FBG (Fiber Bragg Grating) is a diffraction grating in which the refractive index of the core of the optical fiber is changed by a predetermined length period (grating period) along the axial direction. On the other hand, it has a characteristic of reflecting light having a predetermined wavelength (Bragg wavelength) corresponding to the grating period and transmitting the remaining light.

光ファイバに光が入射されると、入射された光は測定用光ファイバ部側にも分岐され、光ファイバ内と測定用光ファイバ部内とをそれぞれ伝播する。測定用光ファイバ部内を伝播する光は、被測定回路の電圧が印加されている電気光学効果部材に導かれ、電気光学効果部材の内部を伝播して第一FBGに入射される。電気光学効果部材の屈折率は印加されている電圧に応じて変化するため、その内部における光の伝播速度も電圧に応じて変化する。このように伝播速度が変化した光のうち、ブラッグ波長の光は第一FBGに反射され、測定用光ファイバ部内を逆行して光ファイバ内に戻される。   When light is incident on the optical fiber, the incident light is also branched to the measurement optical fiber part side and propagates through the optical fiber and the measurement optical fiber part, respectively. The light propagating in the measurement optical fiber part is guided to the electro-optic effect member to which the voltage of the circuit to be measured is applied, propagates through the electro-optic effect member, and enters the first FBG. Since the refractive index of the electro-optic effect member changes according to the applied voltage, the propagation speed of light inside thereof also changes according to the voltage. Of the light whose propagation speed has changed in this way, the light with the Bragg wavelength is reflected by the first FBG, and travels back through the measurement optical fiber portion and is returned into the optical fiber.

光ファイバ内に戻された第一FBGからの反射光は、光ファイバ内を伝播する同じ波長の光と合成され、光の干渉現象が発生する。ここで、第一FBGからの反射光の伝播速度は、電気光学効果部材を通過する際に被測定回路の電圧に応じて変化しているため、光ファイバ内で合成されて干渉した光の強度も電圧に応じたものとなる。つまり、光ファイバ内を伝播する光のうち、第一FBGからの反射光と合成された光の強度、すなわち第一FBGが反射するブラッグ波長の光の強度を測定することにより、被測定回路の電圧が求められる。   The reflected light from the first FBG returned into the optical fiber is combined with light of the same wavelength propagating through the optical fiber, and an optical interference phenomenon occurs. Here, since the propagation speed of the reflected light from the first FBG changes according to the voltage of the circuit under measurement when passing through the electro-optic effect member, the intensity of the light combined and interfered in the optical fiber Also depends on the voltage. That is, by measuring the intensity of the light propagating through the optical fiber and the light combined with the reflected light from the first FBG, that is, the intensity of the Bragg wavelength light reflected by the first FBG, A voltage is required.

また、上述したように、FBGはブラッグ波長の光を反射し、残りの波長の光を透過するという特性を有している。つまり、光ファイバに光を入射する光源として、第一FBGの反射スペクトルの帯域幅より広い帯域幅を有する広帯域の光を発する機器を用いれば、ブラッグ波長の光のみを電圧測定に利用し、残りの波長の光を他の用途に利用することができる。したがって、光ファイバ型電圧センサにおいて、1つの光源を複数種類の用途に用いることが可能となる。   In addition, as described above, the FBG has a characteristic of reflecting light with a Bragg wavelength and transmitting light with the remaining wavelengths. In other words, if a device that emits broadband light having a bandwidth wider than the bandwidth of the reflection spectrum of the first FBG is used as a light source for entering light into the optical fiber, only Bragg wavelength light is used for voltage measurement, and the rest Can be used for other purposes. Therefore, in the optical fiber type voltage sensor, one light source can be used for a plurality of types of applications.

光ファイバには、入射光が伝播する方向における電気光学効果部材の上流側に、第一FBGと同一波長の光を反射する第二FBGが設けられてもよい。この場合、第一FBGからの反射光と第二FBGからの反射光とが光ファイバ内で合成されて光ファイバ内を逆行する。すなわち、逆行するこの光の強度を測定することによって被測定回路の電圧が求められる。   The optical fiber may be provided with a second FBG that reflects light having the same wavelength as the first FBG on the upstream side of the electro-optic effect member in the direction in which the incident light propagates. In this case, the reflected light from the first FBG and the reflected light from the second FBG are combined in the optical fiber and travel backward in the optical fiber. That is, the voltage of the circuit under test is obtained by measuring the intensity of this light that goes backward.

この発明によれば、光ファイバ型電圧センサにおいて、1つの光源が発する光を複数種類の用途に用いることが可能となる。   According to the present invention, in an optical fiber voltage sensor, light emitted from one light source can be used for a plurality of types of applications.

この発明の実施の形態1に係る光ファイバ型電圧センサの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the optical fiber type voltage sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に係る光ファイバ型電圧センサにおけるFBGの構成を示す概略図である。2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an FBG in the optical fiber type voltage sensor according to Embodiment 1. FIG. この発明の実施の形態2に係る光ファイバ型電圧センサの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the optical fiber type voltage sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention.

以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に、この実施の形態1に係る光ファイバ型電圧センサ10の構成を概略的に示す。
光ファイバ型電圧センサ10は、一端に光源11が接続された光ファイバ12を備えている。また、光ファイバ12は、その分岐部12aから分岐された測定用光ファイバ部12bを有している。光源11から発せられた光は、光ファイバ12内を矢印Aで示される方向に伝播するとともに、矢印Bで示されるように分岐部12aで分岐されて測定用光ファイバ部12b内を伝播する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 schematically shows a configuration of an optical fiber type voltage sensor 10 according to the first embodiment.
The optical fiber type voltage sensor 10 includes an optical fiber 12 having a light source 11 connected to one end. The optical fiber 12 has a measuring optical fiber portion 12b branched from the branching portion 12a. The light emitted from the light source 11 propagates in the optical fiber 12 in the direction indicated by the arrow A, and is branched by the branching portion 12a as indicated by the arrow B and propagates in the measurement optical fiber portion 12b.

光源11と分岐部12aとの間にはサーキュレータ13が設けられており、このサーキュレータ13には、分岐用光ファイバ12cを介して測定機14が接続されている。サーキュレータ13は、光源11から光ファイバ12に入射された光を矢印Aで示される方向に通過させるとともに、後述する第一FBG22及び第二FBG23から光源11側に向かって反射された反射光を、矢印Cで示すように測定機14に導く光学部品である。また、測定機14としては、例えばフォトダイオード等により、光の強度に比例する光子量(フォトン量)を測定する機器が用いられる。   A circulator 13 is provided between the light source 11 and the branching portion 12a, and a measuring machine 14 is connected to the circulator 13 via a branching optical fiber 12c. The circulator 13 allows the light incident on the optical fiber 12 from the light source 11 to pass in the direction indicated by the arrow A, and reflects the reflected light reflected from the first FBG 22 and the second FBG 23 described later toward the light source 11. As shown by an arrow C, it is an optical component that leads to the measuring instrument 14. In addition, as the measuring device 14, for example, a device that measures the amount of photons (photon amount) proportional to the intensity of light using a photodiode or the like is used.

測定用光ファイバ部12bの途中には、印加された被測定回路15の電圧に応じて屈折率が変化する電気光学効果部材としてのポッケルス効果部材21が設けられており、測定用光ファイバ部12b内を伝播する光がポッケルス効果部材21内を通過可能となっている。ポッケルス効果部材21は圧電性のある等方性結晶からなる部材であり、その両側部には、被測定回路15の電圧を印加するための一対の電極21a、21bが設けられている。また、矢印Bで示される光の伝播方向におけるポッケルス効果部材21の下流側には、ポッケルス効果部材21を通過した光のうち、ブラッグ波長と呼ばれる所定の波長の光を反射する第一FBG22が、ポッケルス効果部材21と連結して設けられている。尚、この実施の形態1における測定用光ファイバ部12bは、矢印Bで示される光の伝播方向における第一FBG22の下流側で切断されている。   A Pockels effect member 21 as an electro-optic effect member whose refractive index changes according to the applied voltage of the circuit 15 to be measured is provided in the middle of the measurement optical fiber portion 12b, and the measurement optical fiber portion 12b. Light propagating through the inside can pass through the Pockels effect member 21. The Pockels effect member 21 is a member made of an isotropic crystal having piezoelectricity, and a pair of electrodes 21a and 21b for applying a voltage of the circuit 15 to be measured are provided on both sides thereof. Further, on the downstream side of the Pockels effect member 21 in the light propagation direction indicated by the arrow B, a first FBG 22 that reflects light of a predetermined wavelength called Bragg wavelength among the light that has passed through the Pockels effect member 21 is: It is connected to the Pockels effect member 21. The measurement optical fiber portion 12b in the first embodiment is cut downstream of the first FBG 22 in the light propagation direction indicated by the arrow B.

一方、光ファイバ12において、矢印Aで示される光の伝播方向における分岐部12aの下流側には、分岐部12aを通過して光ファイバ12内を伝播する光のうち、ブラッグ波長の光を反射する第二FBG23が形成されている。以下に説明するように、FBGのブラッグ波長はグレーティング周期と呼ばれる長さ周期に応じて決まる値であり、第一FBG22と第二FBG23とは、ブラッグ波長が互いに同一の波長となるように設けられている。   On the other hand, in the optical fiber 12, the light having the Bragg wavelength is reflected on the downstream side of the branching portion 12a in the light propagation direction indicated by the arrow A out of the light propagating in the optical fiber 12 through the branching portion 12a. A second FBG 23 is formed. As will be described below, the Bragg wavelength of the FBG is a value determined according to a length period called a grating period, and the first FBG 22 and the second FBG 23 are provided so that the Bragg wavelengths are the same wavelength. ing.

次に、図2を用いて、測定用光ファイバ部12b及び第一FBG22の構成について説明する。尚、これらの構成と光ファイバ12及び第二FBG23の構成とは共通であるため、図2には、光ファイバ12側の構成要素を括弧付きの符号にて示している。測定用光ファイバ部12bは、分岐部12a(図1参照)で分岐された光である入射光L1が伝播するコア24aと、コア24aの外周部を覆うクラッド24bとを有している。第一FBG22は、コア24aの屈折率を軸方向に沿った所定の長さ周期(グレーティング周期)Λで変化させた回折格子であって、例えばコア24aに紫外線等を照射することによって形成される。上述したように、第一FBG22のブラッグ波長λはグレーティング周期Λに応じて決まる値となっており、第一FBG22は、入射光L1に対してブラッグ波長λの光を反射光L2として反射するとともに、残りの波長の光を透過光L3として透過する。   Next, the configuration of the measurement optical fiber portion 12b and the first FBG 22 will be described with reference to FIG. Since these configurations and the configurations of the optical fiber 12 and the second FBG 23 are common, the components on the optical fiber 12 side are indicated by parenthesized symbols in FIG. The measurement optical fiber portion 12b includes a core 24a through which incident light L1 which is light branched by the branch portion 12a (see FIG. 1) propagates, and a clad 24b that covers the outer periphery of the core 24a. The first FBG 22 is a diffraction grating in which the refractive index of the core 24a is changed by a predetermined length period (grating period) Λ along the axial direction. For example, the first FBG 22 is formed by irradiating the core 24a with ultraviolet rays or the like. . As described above, the Bragg wavelength λ of the first FBG 22 is a value determined according to the grating period Λ, and the first FBG 22 reflects light having the Bragg wavelength λ as reflected light L2 with respect to the incident light L1. The remaining wavelengths of light are transmitted as transmitted light L3.

図1に戻って、光源11は、複数の波長の光を含み、且つ第一FBG22及び第二FBG23の反射スペクトルを帯域幅に含む広帯域の光を発する機器であり、例えば白色光を発するLED等が光源11として用いられる。尚、光源11から発せられる白色光とは、紫外線(不可視)、紫色〜赤色に対応する波長の光(可視)および赤外線(不可視)が連続的につながったスペクトルを示す光を指す。すなわち、光源11から入射されて光ファイバ12及び測定用光ファイバ部12bを伝播する光は無色の光のみに限定されるものではなく、そのスペクトルの帯域幅に応じた様々な色の光を含み得る。   Returning to FIG. 1, the light source 11 is a device that emits broadband light including light of a plurality of wavelengths and including the reflection spectra of the first FBG 22 and the second FBG 23 in the bandwidth, such as an LED that emits white light. Is used as the light source 11. Note that the white light emitted from the light source 11 refers to light having a spectrum in which ultraviolet light (invisible), light having a wavelength corresponding to purple to red (visible), and infrared light (invisible) are continuously connected. That is, the light that is incident from the light source 11 and propagates through the optical fiber 12 and the measurement optical fiber portion 12b is not limited to colorless light, but includes light of various colors according to the spectrum bandwidth. obtain.

次に、この発明の実施の形態1に係る光ファイバ型電圧センサ10を用いて被測定回路15の電圧を測定する方法について説明する。
図1に示すように、まず、ポッケルス効果部材21の両側部に設けられた電極21aと電極21bとの間に被測定回路15の電圧が印加され、次いで、光源11から発せられた光が光ファイバ12に入射される。尚、電極21aと電極21bとの間に被測定回路15の電圧が印加されてポッケルス効果部材21に電場がかかると、ポッケルス効果部材21の屈折率が電圧に応じて変化する。光ファイバ12に入射された光はサーキュレータ13を通過し、次いで、分岐部12aにおいて分岐され、光ファイバ12内(矢印A参照)と測定用光ファイバ部12b内(矢印B参照)とを伝播する。
Next, a method for measuring the voltage of the circuit under test 15 using the optical fiber type voltage sensor 10 according to the first embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the voltage of the circuit under test 15 is first applied between the electrodes 21a and 21b provided on both sides of the Pockels effect member 21, and then the light emitted from the light source 11 The light enters the fiber 12. When the voltage of the circuit under test 15 is applied between the electrode 21a and the electrode 21b and an electric field is applied to the Pockels effect member 21, the refractive index of the Pockels effect member 21 changes according to the voltage. The light incident on the optical fiber 12 passes through the circulator 13 and then is branched at the branching portion 12a and propagates in the optical fiber 12 (see arrow A) and in the measurement optical fiber portion 12b (see arrow B). .

分岐部12aにおいて光ファイバ12側に分岐した光は、第二FBG23に入射される。第二FBG23は、そのブラッグ波長λの光を反射するとともに残りの波長の光を透過し、反射されたブラッグ波長λの光は、矢印D2で示されるように光ファイバ12内を逆行する。一方、分岐部12aにおいて測定用光ファイバ部12b側に分岐された光は、ポッケルス効果部材21を通過して第一FBG22に入射される。ここで、ポッケルス効果部材21の屈折率は、電極21aと電極21bとの間に印加された被測定回路15の電圧に応じて変化しているため、ポッケルス効果部材21内における光の伝播速度も電圧に応じて変化する。このように伝播速度を変えられてポッケルス効果部材21を通過した光のうち、ブラッグ波長λの光は第一FBG22によって反射され、矢印D1で示すように測定用光ファイバ部12b内を逆行する。   The light branched to the optical fiber 12 side in the branch part 12a is incident on the second FBG 23. The second FBG 23 reflects the light having the Bragg wavelength λ and transmits the light having the remaining wavelength, and the reflected light having the Bragg wavelength λ travels backward in the optical fiber 12 as indicated by an arrow D2. On the other hand, the light branched to the measurement optical fiber part 12 b side in the branch part 12 a passes through the Pockels effect member 21 and enters the first FBG 22. Here, since the refractive index of the Pockels effect member 21 changes in accordance with the voltage of the circuit 15 to be measured applied between the electrodes 21a and 21b, the propagation speed of light in the Pockels effect member 21 is also high. Varies with voltage. Of the light having passed through the Pockels effect member 21 with the propagation speed changed in this way, the light having the Bragg wavelength λ is reflected by the first FBG 22 and travels backward in the measurement optical fiber portion 12b as indicated by an arrow D1.

第一FBG22に反射されて測定用光ファイバ部12b内を逆行する反射光は、分岐部12aを通って光ファイバ12内に戻され、その内部を逆行する。また、光ファイバ12内では、第二FBG23に反射された反射光が逆行している。これらの逆行する光が分岐部12aにおいて合成されると、光の干渉現象が発生する。ここで、第一FBG22からの反射光の伝播速度は、ポッケルス効果部材21を通過する際に被測定回路15の電圧に応じて変化しているため、光ファイバ12内で合成されて干渉した光の強度もこの電圧に応じたものとなる。このように干渉した光は光ファイバ12内を逆行してサーキュレータ13に達し、分岐用光ファイバ12cを介して測定機14に導かれる。測定機14は、受け取った光の光子量、すなわちブラッグ波長λの光の光子量を測定し、測定した光子量に基づいて被測定回路15の電圧が求められる。   The reflected light that is reflected by the first FBG 22 and travels backward in the measurement optical fiber portion 12b returns to the optical fiber 12 through the branching portion 12a and travels backward. Further, in the optical fiber 12, the reflected light reflected by the second FBG 23 is reversed. When these retrograde lights are combined at the branching portion 12a, a light interference phenomenon occurs. Here, since the propagation speed of the reflected light from the first FBG 22 changes according to the voltage of the circuit under test 15 when passing through the Pockels effect member 21, the light that is combined and interfered in the optical fiber 12. The intensity also depends on this voltage. The light that interferes in this manner travels backward in the optical fiber 12 to reach the circulator 13 and is guided to the measuring instrument 14 via the branching optical fiber 12c. The measuring device 14 measures the photon amount of the received light, that is, the photon amount of the light having the Bragg wavelength λ, and the voltage of the circuit under measurement 15 is obtained based on the measured photon amount.

また、光源11から発せられて光ファイバ12側を伝播する広帯域の光において、ブラッグ波長λ以外の波長の光は、第二FBG23に透過されてその下流側を伝播する。上述したように、被測定電圧の測定を行うために用いられる波長はブラッグ波長λの光だけであるため、第二FBG23に透過された光は、被測定回路15の電圧測定以外の用途に用いることが可能となっている。尚、このような用途としては、別の部位における電圧の測定や、例えば被測定物のひずみ、振動、温度等、電圧以外の物理量の測定、あるいは測定した物理量以外の情報伝達が挙げられる。   In the broadband light emitted from the light source 11 and propagating on the optical fiber 12 side, light having a wavelength other than the Bragg wavelength λ is transmitted through the second FBG 23 and propagates downstream thereof. As described above, since the wavelength used for measuring the voltage to be measured is only the light having the Bragg wavelength λ, the light transmitted through the second FBG 23 is used for purposes other than the voltage measurement of the circuit under measurement 15. It is possible. Examples of such applications include measurement of voltage at another part, measurement of physical quantities other than voltage, such as strain, vibration, temperature, etc. of an object to be measured, or transmission of information other than measured physical quantities.

このように、ポッケルス効果部材21によって伝播速度を変えられるとともに第一FBG22に反射されたブラッグ波長λの光と、光ファイバ12内を伝播して第二FBG23に反射されたブラッグ波長λの光とを合成することによって干渉現象を発生させ、干渉した光を測定機14で受け取るように構成したので、測定機14が受け取った光の強度、具体的には強度に比例する光子量に基づいて被測定回路15の電圧を測定することができる。また、光ファイバ12内を伝播する光のうち、ブラッグ波長λ以外の波長の光は第二FBG23に透過されるため、透過した光を他の用途に用いることができる。したがって、光ファイバ型電圧センサ10において、1つの光源11を複数種類の用途に用いることが可能となる。尚、複数種類の用途とは、例えば複数の箇所の電圧を測定する電圧センサに用いる場合や、電流センサ及び電圧センサ等の複数種類のセンサに用いる場合を含む。   As described above, the propagation speed can be changed by the Pockels effect member 21 and the light with the Bragg wavelength λ reflected by the first FBG 22 and the light with the Bragg wavelength λ propagated through the optical fiber 12 and reflected by the second FBG 23 Since the interference phenomenon is generated by synthesizing and the interfering light is received by the measuring instrument 14, the intensity of the light received by the measuring instrument 14, specifically, the photon amount proportional to the intensity is measured. The voltage of the measurement circuit 15 can be measured. In addition, among the light propagating through the optical fiber 12, light having a wavelength other than the Bragg wavelength λ is transmitted to the second FBG 23, so that the transmitted light can be used for other purposes. Therefore, in the optical fiber type voltage sensor 10, one light source 11 can be used for a plurality of types of applications. Note that the multiple types of applications include, for example, a case where it is used for a voltage sensor for measuring voltages at a plurality of locations and a case where it is used for a plurality of types of sensors such as a current sensor and a voltage sensor.

実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る光ファイバ型電圧センサについて説明する。この実施の形態2に係る光ファイバ型電圧センサは、実施の形態1における測定機14が、光ファイバ12において光源11側に接続されていたのに対し、測定機14を光源11とは反対側となる端部に接続するように構成したものである。尚、以下に説明する実施の形態において、図1、2に示される符号と同一の符号は同一または同様の構成要素であるため、その詳細な説明は省略する。
Embodiment 2. FIG.
Next, an optical fiber type voltage sensor according to Embodiment 2 of the present invention will be described. In the optical fiber type voltage sensor according to the second embodiment, the measuring instrument 14 in the first embodiment is connected to the light source 11 side in the optical fiber 12, whereas the measuring instrument 14 is opposite to the light source 11. It connects to the edge part which becomes. In the embodiment described below, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 are the same or similar components, and thus detailed description thereof is omitted.

図3に示すように、光ファイバ型電圧センサ30における光ファイバ12の一端には光源11が接続されており、他端には測定機14が接続されている。また、光ファイバ12の途中にはサーキュレータ31が設けられており、このサーキュレータ31に測定用光ファイバ部12bが接続されている。測定用光ファイバ部12bには、実施の形態1と同様にポッケルス効果部材21及び第一FBG22が設けられている。一方、光ファイバ12には、実施の形態1における第二FBG23は設けられておらず、光ファイバ12側を伝播する光(矢印A参照)が、測定機14に導かれるようになっている。   As shown in FIG. 3, the light source 11 is connected to one end of the optical fiber 12 in the optical fiber type voltage sensor 30, and the measuring instrument 14 is connected to the other end. A circulator 31 is provided in the middle of the optical fiber 12, and the measurement optical fiber portion 12 b is connected to the circulator 31. The measurement optical fiber portion 12b is provided with a Pockels effect member 21 and a first FBG 22 as in the first embodiment. On the other hand, the optical fiber 12 is not provided with the second FBG 23 in the first embodiment, and light propagating on the optical fiber 12 side (see arrow A) is guided to the measuring instrument 14.

サーキュレータ31は、光源11から光ファイバ12に入射された光を矢印Aで示される方向に通過させるとともに、矢印Bで示されるように測定用光ファイバ部12bに分岐させる。また、サーキュレータ31は、第一FBG22が反射した光(矢印D1参照)を矢印Eで示される方向、すなわち矢印Aで示される方向に伝播する光に合流させる方向に通過させる。その他の構成については実施の形態1と同様である。   The circulator 31 allows light incident on the optical fiber 12 from the light source 11 to pass in the direction indicated by the arrow A and branches to the measurement optical fiber portion 12b as indicated by the arrow B. Further, the circulator 31 allows the light reflected by the first FBG 22 (see arrow D1) to pass in a direction where the light propagates in the direction indicated by the arrow E, that is, the direction indicated by the arrow A. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

以上のように構成される光ファイバ型電圧センサ30において、光源11から光ファイバ12に入射された光はサーキュレータ31によって分岐され、光ファイバ12内と測定用光ファイバ部12b内とを伝播する。測定用光ファイバ部12b内を伝播する光は、ポッケルス効果部材21を通過する際に被測定回路15の電圧に応じた伝播速度に変えられてから第一FBG22に入射される。第一FBG22は、入射された光のうちブラッグ波長λの光を反射し、この反射光がサーキュレータ31によって光ファイバ12内に戻されると、実施の形態1と同様に、波長λの光同士が合成されることによって光の干渉現象が発生する。干渉した光は光ファイバ12内を矢印Aで示される方向に伝播して測定機14に導かれ、それにより、被測定回路15の電圧が求められる。   In the optical fiber type voltage sensor 30 configured as described above, light incident on the optical fiber 12 from the light source 11 is branched by the circulator 31 and propagates in the optical fiber 12 and the measurement optical fiber portion 12b. The light propagating through the measurement optical fiber portion 12 b is incident on the first FBG 22 after being changed to a propagation speed corresponding to the voltage of the circuit under test 15 when passing through the Pockels effect member 21. The first FBG 22 reflects light having the Bragg wavelength λ of the incident light, and when this reflected light is returned into the optical fiber 12 by the circulator 31, the light having the wavelength λ is reflected between the light beams having the wavelength λ. As a result of the synthesis, an optical interference phenomenon occurs. The interfered light propagates in the optical fiber 12 in the direction indicated by the arrow A and is guided to the measuring instrument 14, whereby the voltage of the circuit under test 15 is obtained.

このように、光ファイバ12の一端側に光源11が接続され、他端側に測定機14が接続されるように光ファイバ型電圧センサ30を構成しても、実施の形態1と同様に、光の干渉現象を利用して被測定回路15の電圧を求めることができる。また、この電圧の測定に利用している光は、第一FBG22のブラッグ波長λの光のみであるため、実施の形態1と同様に、波長λ以外の波長の光を他の用途に利用することができる。さらに、光ファイバ型電圧センサ30では、実施の形態1における第二FBG23のように、光ファイバ12にFBGを形成する必要がないため、低コストで被測定回路15の電圧測定を行うことも可能となる。   Thus, even if the optical fiber type voltage sensor 30 is configured such that the light source 11 is connected to one end side of the optical fiber 12 and the measuring device 14 is connected to the other end side, as in the first embodiment, The voltage of the circuit under test 15 can be obtained using the light interference phenomenon. Further, since the light used for the voltage measurement is only the light having the Bragg wavelength λ of the first FBG 22, light having a wavelength other than the wavelength λ is used for other purposes as in the first embodiment. be able to. Further, in the optical fiber type voltage sensor 30, unlike the second FBG 23 in the first embodiment, it is not necessary to form the FBG on the optical fiber 12, so that the voltage of the circuit under test 15 can be measured at low cost. It becomes.

実施の形態1、2における電気光学効果部材は、ポッケルス効果を有するポッケルス効果部材21として構成されたが、ポッケルス効果を利用することに限定するものではない。電場の強さの2乗に比例して物質の屈折率が変化するカー効果を有する部材を電気光学効果部材として用いても、実施の形態1、2と同様の効果を得ることができる。   Although the electro-optic effect member in the first and second embodiments is configured as the Pockels effect member 21 having the Pockels effect, it is not limited to utilizing the Pockels effect. Even if a member having a Kerr effect in which the refractive index of a substance changes in proportion to the square of the intensity of the electric field is used as the electro-optic effect member, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.

10,30 光ファイバ型電圧センサ、12 光ファイバ、12b 測定用光ファイバ部、15 被測定回路、21 ポッケルス効果部材(電気光学効果部材)、22 第一FBG、23 第二FBG。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 30 Optical fiber type voltage sensor, 12 Optical fiber, 12b Measurement optical fiber part, 15 Circuit to be measured, 21 Pockels effect member (electro-optic effect member), 22 1st FBG, 23 2nd FBG.

Claims (2)

被測定回路の電圧を測定する光ファイバ型電圧センサであって、
光ファイバと、
電圧に応じて屈折率が変化する電気光学効果部材と
を備え、
前記光ファイバは、前記光ファイバから分岐されるとともに前記電気光学効果部材と連結して設けられる測定用光ファイバ部を有し、
前記測定用光ファイバ部には、入射光が伝播する方向における前記電気光学効果部材の下流側に第一FBGが設けられることを特徴とする光ファイバ型電圧センサ。
An optical fiber type voltage sensor for measuring the voltage of a circuit under test,
Optical fiber,
An electro-optic effect member whose refractive index changes according to voltage,
The optical fiber includes a measurement optical fiber portion that is branched from the optical fiber and connected to the electro-optic effect member.
The optical fiber type voltage sensor, wherein the measurement optical fiber portion is provided with a first FBG on the downstream side of the electro-optic effect member in a direction in which incident light propagates.
前記光ファイバには、前記入射光が伝播する方向における前記電気光学効果部材の上流側に、前記第一FBGと同一波長の光を反射する第二FBGが設けられる請求項1に記載の光ファイバ型電圧センサ。   2. The optical fiber according to claim 1, wherein the optical fiber is provided with a second FBG that reflects light having the same wavelength as the first FBG on the upstream side of the electro-optic effect member in a direction in which the incident light propagates. Type voltage sensor.
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