JP2580443B2 - Optical voltage sensor - Google Patents

Optical voltage sensor

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JP2580443B2
JP2580443B2 JP4204983A JP20498392A JP2580443B2 JP 2580443 B2 JP2580443 B2 JP 2580443B2 JP 4204983 A JP4204983 A JP 4204983A JP 20498392 A JP20498392 A JP 20498392A JP 2580443 B2 JP2580443 B2 JP 2580443B2
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electro
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light
voltage sensor
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豊 森
久和 岡島
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電圧測定装置を構成する
光電圧センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical voltage sensor constituting a voltage measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電圧測定装置は送電所、変電所の送電
線、配電線等における電圧を測定して故障区間、故障点
等を検出するために使用されるもので、センサ部が光電
圧センサにて構成されている。また、光電圧センサの一
形式として特開昭61−223821号公報に示されか
つ図2に概略的に示されているように、偏光子1、1/
4波長板2、電気光学素子3、検光子4を備えたものが
知られている。当該光電圧センサにおいては、光源5か
ら発せられて光ファイバーを介してマイクロレンズ6a
に伝達された光が偏光子1に入射され、入射光が偏光子
1にて直線偏光に変換されて1/4波長板2に入射さ
れ、波長板2にて互いに直交する偏光成分間にπ/2の
位相差を付与されて電気光学素子3に入射され、入射光
は電気光学素子3に印加された被測定電圧に応じた位相
変調を付与されて検光子4に入射され、検光子4にて各
偏光成分が検出され被測定電圧に応じた光強度変化に変
換されて出力するものである。
2. Description of the Related Art A voltage measuring device is used to detect a fault section, a fault point, and the like by measuring a voltage in a transmission line, a distribution line, or the like of a transmission station or a substation. It consists of. In addition, as shown in JP-A-61-223821 as one type of optical voltage sensor and schematically shown in FIG.
One having a four-wavelength plate 2, an electro-optical element 3, and an analyzer 4 is known. In the optical voltage sensor, the microlens 6a emitted from the light source 5 via an optical fiber
Is transmitted to the polarizer 1, the incident light is converted into linearly polarized light by the polarizer 1 and is incident on the 波長 wavelength plate 2, and π is interposed between polarization components orthogonal to each other by the wavelength plate 2. / 2 is applied to the electro-optical element 3 after being given a phase difference, and the incident light is applied to the analyzer 4 after being subjected to phase modulation according to the voltage to be measured applied to the electro-optical element 3, and is incident on the analyzer 4. The respective polarization components are detected, converted into light intensity changes corresponding to the voltage to be measured, and output.

【0003】なお、検光子4からの出射光はマイクロレ
ンズ6bを通し光ファイバーを介して受光器7aに導入
され、光電変換されて交流・直流分配器7bにて分配さ
れた信号の内直流分はDCアンプ8aにて増幅されると
ともに、交流分はACアンプ8bにて増幅される。これ
らの直流分と交流分とは割算器9に入力され、割算器9
にて交流分/直流分の演算がなされ、その値が信号とし
出力されて電圧強度を得ることができる。
The light emitted from the analyzer 4 passes through a microlens 6b, is introduced into a light receiver 7a via an optical fiber, is subjected to photoelectric conversion and is divided by a DC / AC distributor 7b into a DC component. While being amplified by the DC amplifier 8a, the AC component is amplified by the AC amplifier 8b. The DC component and the AC component are input to a divider 9 and the divider 9
The calculation of the AC component / DC component is performed, and the value is output as a signal to obtain the voltage intensity.

【0004】ところで、当該光電圧センサにおいては、
電気光学素子3に対する印加電圧と光強度との間に線形
性をもたせるために1/4波長板2により直線偏光の互
いに直交する2つの偏光成分間にπ/2の位相差を付与
しているが、波長板2には複屈折に温度依存性があるた
め入射光に光学的バイアス点の移動が生じ、測定値が波
長板2の複屈折温度特性の影響を受けて電圧測定精度に
影響を及ぼすという問題がある。かかる問題を解消する
ため、上記した公報には波長板の複屈折温度特性(以下
これを単に波長板の温度特性という場合がある)を相殺
することにより温度特性を向上させた光電圧センサが開
示されている。
Incidentally, in the optical voltage sensor,
In order to provide linearity between the voltage applied to the electro-optical element 3 and the light intensity, a quarter-wave plate 2 imparts a phase difference of π / 2 between two orthogonally polarized light components of linearly polarized light. However, since the wavelength plate 2 has a temperature dependence of birefringence, the optical bias point shifts in the incident light, and the measured value is affected by the birefringence temperature characteristic of the wavelength plate 2 and the voltage measurement accuracy is affected. There is a problem that. In order to solve such a problem, the above-mentioned publication discloses an optical voltage sensor in which the temperature characteristics are improved by canceling out the birefringence temperature characteristics of the wave plate (hereinafter, this may be simply referred to as the temperature characteristics of the wave plate). Have been.

【0005】当該光電圧センサ10は図3に示すよう
に、入射光をその偏光面が互いに直交する第1の偏光成
分と第2の偏光成分の2つの直線偏光に分割してそれぞ
れ異なる方向へ出射する偏光子11を備えるとともに、
分割された一方の直線偏光の光路には1/4波長板12
a、電気光学素子13a、第1の検光子14aおよび合
波器15を直列的に配置し、かつ分割された他方の直線
偏光の光路には光路の変更を行う全反射ミラー16a、
全反射ミラー16aにて光路変更された光路には1/4
波長板12b、電気光学素子13b、第2の検光子14
bおよび出射光の方向を変更して一方の光路に配置した
合波器15に入射させる全反射ミラー16bを直列的に
配置して構成されている。
As shown in FIG. 3, the optical voltage sensor 10 divides incident light into two linearly polarized light components, a first polarization component and a second polarization component, whose polarization planes are orthogonal to each other, and separates the light into different directions. With the polarizer 11 that emits light ,
A quarter-wave plate 12 is provided on one of the divided linearly polarized light paths.
a, an electro-optical element 13a, a first analyzer 14a, and a multiplexer 15 are arranged in series, and a total reflection mirror 16a for changing an optical path is provided on the other divided linearly polarized optical path,
The optical path whose optical path is changed by the total reflection mirror 16a is 1/4.
Wave plate 12b, electro-optical element 13b, second analyzer 14
b and a total reflection mirror 16b that changes the direction of the outgoing light and makes it incident on the multiplexer 15 arranged on one optical path is arranged in series.

【0006】かかる構成の光電圧センサ10における互
いに分割された2つの直線偏光においては、各波長板1
2a,12bの複屈折位相差付与に基づく光強度変化が
互いに逆になり、電気光学素子13a,13bによる位
相差の変化に基づく光強度変化が同一になるように構成
されている。従って、これらを合成した光は波長板の複
屈折位相差に関係なく一定となって波長板の複屈折温度
特性の影響を受けることがなく、当該光電圧センサ10
は温度特性に優れた光電圧センサということができる。
なお、図3において、各符号5〜9は図2に示す符号に
対応するもので、光源5、マイクロレンズ6a,6b、
受光器7a、分配器7b、各アンプ8a,8bおよび割
算器9を示している。
In the optical voltage sensor 10 having such a configuration, the two linearly polarized light beams separated from each other have respective wavelength plates 1.
The light intensity changes based on the birefringence phase difference of 2a and 12b are opposite to each other, and the light intensity changes based on the phase difference change by the electro-optical elements 13a and 13b are configured to be the same. Accordingly, the combined light is constant regardless of the birefringence phase difference of the wave plate, and is not affected by the birefringence temperature characteristic of the wave plate.
Can be called an optical voltage sensor having excellent temperature characteristics.
In FIG. 3, reference numerals 5 to 9 correspond to the reference numerals shown in FIG. 2, and the light source 5, the micro lenses 6a and 6b,
The figure shows a light receiver 7a, a distributor 7b, amplifiers 8a and 8b, and a divider 9.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このように、当該光電
圧センサは温度特性に優れてはいるが、上記したごとく
主要構成部品が従来のこの種形式の光電圧センサに比較
して極めて多い。すなわち、図2に示す従来の光電圧セ
ンサの主要構成部品は偏光子、波長板、電気光学素子、
検光子の4部品であるのに対して、図3に示す当該光電
圧センサ10の主要構成部品は1個の偏光子、2個の波
長板、2個の電気光学素子、2個の検光子、2個の全反
射ミラー、1個の合波器15等10部品である。このた
め、当該光電圧センサ10は構成部品の増大に起因して
構成が複雑になるとともにセンサとしての形状が大型化
し、かつコストの増大を招くことになる。従って、本発
明の目的は、温度特性に優れた光電圧センサを少ない構
成部品で構成して構成を簡単化するとともに小型化し、
かつコストの低減を図ることにある。
As described above, the optical voltage sensor has excellent temperature characteristics, but as described above, the number of main components is much larger than that of a conventional optical voltage sensor of this type. That is, the main components of the conventional optical voltage sensor shown in FIG. 2 are a polarizer, a wave plate, an electro-optical element,
The main components of the optical voltage sensor 10 shown in FIG. 3 are one polarizer, two wave plates, two electro-optical elements, and two analyzers, whereas the analyzer has four components. 10 parts such as two total reflection mirrors and one multiplexer 15. For this reason, the configuration of the optical voltage sensor 10 becomes complicated due to an increase in the number of components, the size of the sensor becomes large, and the cost increases. Therefore, an object of the present invention is to configure an optical voltage sensor excellent in temperature characteristics with a small number of components to simplify the configuration and downsize the optical voltage sensor.
Another object is to reduce costs.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、入射光を直線
偏光にする偏光子と、入射光の2つの偏光成分間に所定
の光学的位相差を付与する波長板と、印加される電圧に
応じた光学的位相差を入射光の各偏光成分間に付与する
電気光学素子と、入射光の各偏光成分を検出する検光子
を備えた光電圧センサであり、前記偏光子および前記電
気光学素子としてそれぞれ2つ偏光子および電気光学
素子を採用するとともに、前記波長板として入射光に付
与する光学的位相差の値を正負互いに反する同一値とす
る2つの波長板を採用して、第1の偏光子および第2の
偏光子間に第1の波長板および第1の電気光学素子を直
列的に配置し、かつ前記第2の偏光子と前記検光子間に
第2の波長板および第2の電気光学素子を直列的に配置
したことを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a polarizer for converting incident light into linearly polarized light, a wave plate for providing a predetermined optical phase difference between two polarized components of the incident light, and an applied voltage. An electro-optical element for providing an optical phase difference between the respective polarized light components of the incident light, and an analyzer for detecting each of the polarized light components of the incident light, wherein the polarizer and the electro-optic each while adopting the two polarizers and the electro-optical element as the element, and employs two wave plates to have the same value against the value of optical phase difference in positive and negative to each other to impart to the incident light as the wave plate, the A first wave plate and a first electro-optical element are arranged in series between one polarizer and a second polarizer, and a second wave plate is arranged between the second polarizer and the analyzer. A second electro-optical element is arranged in series. Is shall.

【0009】当該光電圧センサにおいては、前記両電気
光学素子に対する印加電圧の極性を互いに逆特性にする
ことが好ましい。
[0009] In the optical voltage sensor, it is preferable that the polarity of the voltage applied to the previous SL both electro-optical element in the opposite characteristics.

【0010】[0010]

【発明の作用・効果】このように構成した光電圧センサ
においては、検光子から出射される光強度は第1の偏光
子と第2の偏光子間で変調された光強度と第2の偏光子
と検光子間で変調された光強度との積に比例する。ま
た、第1の波長板と第2の波長板とは付与する位相差の
値を正負互いに反する同一値とするものであるから、各
波長板の複屈折温度特性の影響が極めて小さくて無視す
ることができ、従って当該光電圧センサは温度特性に優
れ、電圧測定精度を向上させることができる。また、当
該光電圧センサにおいては、構成部品が2つの偏光子
2つの波長板、2つの電気光学素子および1つの検光子
であって、これら各構成部品を直列的に配置しているた
め、構成部品が少なくて構成を簡単化することができる
とともに形状を小型化することができ、かつコストの低
減を図ることができる。
In the optical voltage sensor thus configured, the light intensity emitted from the analyzer is equal to the light intensity modulated between the first polarizer and the second polarizer and the second polarized light. It is proportional to the product of the light intensity modulated between the detector and the analyzer. Further, since the first wave plate and the second wave plate have the same value of the phase difference to be given, which is opposite to each other, the influence of the birefringence temperature characteristics of each wave plate is extremely small and is ignored. Therefore, the optical voltage sensor has excellent temperature characteristics and can improve voltage measurement accuracy. Further, in the optical voltage sensor, the components are two polarizers ,
Two wave plates, two electro-optical elements, and one analyzer. Since these components are arranged in series, the number of components can be reduced, the configuration can be simplified, and the shape can be reduced. And cost can be reduced.

【0011】[0011]

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
るに、図1には本発明に係る光電圧センサを採用した電
圧測定装置が示されている。当該電圧測定装置は本発明
に係る光電圧センサ20以外に従来と同様に光源5、一
対のマイクロレンズ6a,6b、受光器7a、分配器7
b、DCアンプ8a、ACアンプ8bおよび割算器9を
備えている。また、光電圧センサ20は2つの第1,第
2偏光子21a,21b、2つの第1,第2波長板22
a,22b、2つの第1,第2電気光学素子23a,2
3bおよび1つの検光子24にて構成されている。これ
ら各構成部品においては、第1偏光子21a、第1波長
板22a、第1電気光学素子23a、第2偏光子21
b、第2波長板22b、第2電気光学素子23b、検光
子24の順序で直列的に配置されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a voltage measuring apparatus employing an optical voltage sensor according to the present invention. The voltage measuring device includes a light source 5, a pair of microlenses 6a and 6b, a light receiver 7a, and a distributor 7 in the same manner as in the related art, except for the optical voltage sensor 20 according to the present invention.
b, a DC amplifier 8a, an AC amplifier 8b, and a divider 9. The optical voltage sensor 20 includes two first and second polarizers 21a and 21b and two first and second wave plates 22.
a, 22b, two first and second electro-optical elements 23a, 2
3b and one analyzer 24. In each of these components, a first polarizer 21a, a first wave plate 22a, a first electro-optical element 23a, a second polarizer 21a
b, the second wave plate 22b, the second electro-optical element 23b, and the analyzer 24 in this order.

【0012】第1偏光子21aおよび第2偏光子21b
は、入射光を直線偏光に変換する光学ガラス製のもので
ある。第1波長板22aおよび第2波長板22bは直線
偏光の互いに直交する2つの偏光成分間に所定の光学的
位相差を付与するもので、両波長板22a,22bは1
/4波長板であってそれぞれの屈折率楕円体の長主軸方
向が互いに90度の角度をなし、かつ第1偏光子21a
からの直線偏光の偏光面とは45度の角度をなす関係に
配置されている。従って、第1波長板22aは入射光に
位相差π/2を付与し、また第2波長板22bは入射光
に位相差−(π/2)を付与する。
The first polarizer 21a and the second polarizer 21b
Is made of optical glass that converts incident light into linearly polarized light. The first wave plate 22a and the second wave plate 22b provide a predetermined optical phase difference between two orthogonally polarized light components of linearly polarized light.
/ 4 wavelength plate, the major axis directions of the respective refractive index ellipsoids form an angle of 90 degrees with each other, and the first polarizer 21a
Are arranged at an angle of 45 degrees with the plane of polarization of the linearly polarized light. Therefore, the first wave plate 22a gives the incident light a phase difference of π / 2, and the second wave plate 22b gives the incident light a phase difference of-(π / 2).

【0013】第1電気光学素子23aおよび第2電気光
学素子23bはLiNbO3からなるもので、各電気光学素子
23a,23bにおいては結晶軸(x,y,z)に対し
てz軸が光軸に平行で下記の数1式
The first electro-optical element 23a and the second electro-optical element 23b are made of LiNbO 3. In each of the electro-optical elements 23a and 23b, the z axis is the optical axis with respect to the crystal axis (x, y, z). Equation 1 below in parallel with

【0014】[0014]

【数1】x’≡{1/(2)1/2}×(x−y) y’≡{1/(2)1/2}×(x+y) で定義される光学的主軸x’,y’が各波長板22a,
22bの屈折率楕円体の長主軸方向に一致するようにそ
れぞれ配置されている。また、両電気光学素子23a,
23bは、印加される電圧の極性が互いに逆特性(印加
電圧に比例した位相差Гz,−Гz)になるように接続さ
れている。検光子24は第2電気光学素子23bからの
入射光の各偏光成分を検出して受光器7aに出射する機
能を有するものである。
The optical principal axis x ′ defined by x′≡ {1 / (2) 1/2 } × (xy) y′≡ {1 / (2) 1/2 } × (x + y) y ′ is the wavelength plate 22a,
The refractive index ellipsoid 22b is arranged so as to coincide with the major axis direction of the ellipsoid. Further, both electro-optical elements 23a,
23b are connected such that the polarities of the applied voltages are opposite to each other (phase differences Δz, −Δz proportional to the applied voltage). The analyzer 24 has a function of detecting each polarization component of the incident light from the second electro-optical element 23b and emitting the same to the light receiver 7a.

【0015】このように構成した光電圧センサ20を採
用した電圧測定装置の動作について説明すると、光源5
から発せられた波長λの光は光ファイバー5aを介して
マイクロレンズ6aに伝達され、同レンズ6aにて平行
光として第1偏光子21aに入射される。入射された光
は第1偏光子21aにて直線偏光に変換され、直角方向
へ出射されて第1波長板22aに入射され、第1波長板
22aにて位相差π/2が付与されて第1電気光学素子
23aに入射される。入射光は第1電気光学素子23a
の印加電圧に比例した位相差Гzが付与され、第2偏光
子21bに入射される。第2偏光子21bからの出射光
は続いて第2波長板22b、第2電気光学素子23bお
よび検光子24に入射され、検光子24にて検出されて
マイクロレンズ6bにて集光されて受光器7aに出力さ
れる。この間、第2波長板22bへの入射光には位相差
−(π/2)が付与されるとともに、第2電気光学素子
23bへの入射光には位相差−Гzが付与される。
The operation of the voltage measuring device employing the optical voltage sensor 20 configured as described above will be described.
Is transmitted to the microlens 6a via the optical fiber 5a, and is incident on the first polarizer 21a as parallel light by the lens 6a. The incident light is converted into linearly polarized light by the first polarizer 21a, emitted in a right angle direction and incident on the first wavelength plate 22a, and given a phase difference π / 2 by the first wavelength plate 22a. 1 The light enters the electro-optical element 23a. The incident light is the first electro-optical element 23a.
Is applied to the second polarizer 21b. The light emitted from the second polarizer 21b subsequently enters the second wave plate 22b, the second electro-optical element 23b, and the analyzer 24, is detected by the analyzer 24, is collected by the microlens 6b, and is received. Output to the container 7a. During this time, the phase difference − (π / 2) is given to the light incident on the second wavelength plate 22b, and the phase difference −Δz is given to the light incident on the second electro-optical element 23b.

【0016】当該光電圧センサ20において、第1偏光
子21aに対する入射光の光強度をI0、第1偏光子2
1aと第2偏光子21b間で変調された光強度をI1,
第2偏光子21bと検光子24間で変調された光強度を
I2、第1波長板22aおよび第2波長板22bにおけ
る位相差の温度依存係数をk、常温からの温度差をΔ
T、検光子24からの出射光の光強度をIとすると、下
記数2式が成り立つ。
In the optical voltage sensor 20, the light intensity of the light incident on the first polarizer 21a is set to I0, and the first polarizer 2
The light intensity modulated between the first polarizer 1a and the second polarizer 21b is represented by I1,
The light intensity modulated between the second polarizer 21b and the analyzer 24 is I2, the temperature dependence coefficient of the phase difference between the first wave plate 22a and the second wave plate 22b is k, and the temperature difference from room temperature is Δ.
When T is I and the light intensity of the light emitted from the analyzer 24 is I, the following equation 2 is established.

【0017】[0017]

【数2】 I=I1×I2 =(1/2)×I0×{1+sin(k・ΔT+Гz)}×{1−sin(k・ΔT−Гz)} =(1/2)×I0{1+sin(k・ΔT)・cosГz)+sinГz・cos(k ・ΔT)} ×{1−sin(k・ΔT)・cos(−Гz)−sin(−Гz)・cos(k・ΔT)} 但し、Гz=(2π/λ)・n0 3・γ22・(L/d)・Vであって、n0
は波長λの光に対する常光屈折率、γ22は電気光学素子
の波長λの光に対する光学係数、Lは電気光学素子の電
極長、dは電極間素子厚、Vは印加交流電圧である。
I = I1 × I2 = (1/2) × I0 × {1 + sin (k · ΔT + Гz)} × {1−sin (k · ΔT−Гz)} = (1/2) × I0 {1 + sin ( k ・ ΔT) ・ cosГz) + sinГz ・ cos (k ・ ΔT)} × {1−sin (k ・ ΔT) ・ cos (−Гz) −sin (−Гz) ・ cos (k ・ ΔT)} where Гz = (2π / λ) · n 0 3 · γ 22 · (L / d) · V, where n 0
Is the ordinary light refractive index for light of wavelength λ, γ 22 is the optical coefficient of the electro-optical element for light of wavelength λ, L is the electrode length of the electro-optical element, d is the interelectrode element thickness, and V is the applied AC voltage.

【0018】上記数2式においてΔT、Vが小さい場合
には(k・ΔT)、Гzは十分に小さく、かつ(k・ΔT・Гz)も
十分に小さいため、cosГz,cos(−Гz),cos(k ・Δ
T),cos(k ・ΔT・Гz)を1に近似させることができると
ともに、sinГzをГzに近似させることができ、上記数
2式を下記数3式
In the above equation (2), when ΔT and V are small (k · ΔT), Гz is sufficiently small and (k · ΔT · Гz) is sufficiently small, so that cosГz, cos (−Гz), cos (k
T), cos (k · ΔT · Гz) can be approximated to 1 and sinГz can be approximated to Гz.

【0019】[0019]

【数3】 I=(1/2)×I0×{1+sin(k・ΔT)+sin(Гz)}×{1−sin(k・ΔT)+sin(Гz)} =(1/2)×I0×〔1+2sin(Гz)+{(1−cos2(Гz)}−{1−cos2(k・ΔT)}〕 =(1/2)×I0×(1+2sinГz) =(1/2)×I0×(1+2Гz) とすることができる。I = (1/2) × I0 × {1 + sin (k · ΔT) + sin (Гz)} × {1−sin (k · ΔT) + sin (Гz)} = (1/2) × I0 × [1 + 2 sin (Гz) + {(1−cos 2 (Гz)} − {1-cos 2 (k · ΔT)}] = (1/2) × I0 × (1 + 2sinГz) = (1/2) × I0 × (1 + 2Гz).

【0020】この光強度Iの光は受光器7aで電気信号
に変換されて分配器7bにて分配され、分配された交流
成分と直流成分はそれぞれDCアンプ8aとACアンプ
8bで増幅され、出力された交流成分{(1/2)×I
0×2Γz}と直流成分{(1/2)×I0}は割算器
9で演算されて、下記数4式に示す出力Ioutが得ら
れる。
The light having the light intensity I is converted into an electric signal by the light receiver 7a and distributed by the distributor 7b. The divided AC and DC components are amplified by the DC amplifier 8a and the AC amplifier 8b, respectively, and output. AC component {(1/2) × I
0 × 2 {z} and the DC component {(1 /) × I0} are calculated by the divider 9 to obtain the output Iout shown in the following equation (4) .
It is.

【0021】[0021]

【数4】 Iout={(1/2)×I0×2Γz}/{(1/2)×I0} の出力は温度依存項(k・ΔT)を含まず、印加電圧
に比例する。
Equation 4] Iout = {(1/2) × I0 × 2Γz} / {(1/2) × I0} This output is free of temperature dependent term (k · ΔT), proportional to the applied voltage.

【0022】従って、当該光電圧センサ20は温度特性
に優れ、電圧測定精度の高い光電圧センサであるが、波
長板として入射光に付与する光学的位相差の値を正負互
いに反する同一値とする第1,第2波長板22a,22
bを採用するとともに、電気光学素子として印加電圧の
極性を互いに逆特性とした第1,第2電気光学素子23
a,23bを採用して、第1偏光子21a、第1波長板
22a、第1電気光学素子23a、第2偏光子21b、
第2波長板22b、第2電気光学素子23bおよび検光
子24をこの順序にて直列的に配置する構成のため、全
反射ミラーの採用を省略することができる。従って、当
該光電圧センサ20においては、図3に示す従来のこの
種の光電圧センサに比較して構成部品が少なくて、構成
を簡素化することができるとともに形状を小型化するこ
とができ、かつコストの低減を図ることができる。
Therefore, the photovoltaic sensor 20 is a photovoltaic sensor having excellent temperature characteristics and high voltage measurement accuracy. However, the value of the optical phase difference imparted to the incident light as a wavelength plate is set to the same value that is opposite to the positive and negative values. First and second wave plates 22a, 22
b, and the first and second electro-optical elements 23 which have opposite polarities of applied voltages as electro-optical elements.
a, 23b, a first polarizer 21a, a first wave plate 22a, a first electro-optical element 23a, a second polarizer 21b,
Since the second wave plate 22b, the second electro-optical element 23b, and the analyzer 24 are arranged in this order in series, the use of a total reflection mirror can be omitted. Therefore, in the optical voltage sensor 20, the number of components is smaller than that of the conventional optical voltage sensor shown in FIG. 3, the configuration can be simplified, and the shape can be reduced. In addition, cost can be reduced.

【0023】なお、上記実施例においては光電圧センサ
の全ての構成部品を直列的に配列した例について示した
が、本発明においては第2偏光子21bからの出射光を
入射方向とは直角方向に変更するとともに、出射方向に
第2波長板22b、第2電気光学素子23bおよび検光
子24を直列的に配列するように構成することもでき
る。
In the above embodiment, an example is shown in which all the components of the optical voltage sensor are arranged in series, but in the present invention, the light emitted from the second polarizer 21b is directed in a direction perpendicular to the incident direction. And the second wavelength plate 22b, the second electro-optical element 23b, and the analyzer 24 may be arranged in series in the emission direction.

【0024】(実験)図1に示す光電圧センサ20にお
いて、各偏光子21a,21bおよび検光子24として
光学ガラス製のPBSを、各波長板22a,22bとして
1/4波長板を、各電気光学素子23a,23bとして
有効電極長L=4mm、素子厚d=2mmを採用し、光波長
λ=850nm、印加電圧=10V交流電圧、温度=−2
0〜+80℃の条件の下で出力Ioutを測定して、出力
温度25℃での同様の出力に対する変化率を算出した結
果を図4の(a)に示すとともに、同図の(b)には図
2に示す従来の基本的な光電圧センサであって本実施例
における第2偏光子21b〜第2電気光学素子23bを
省略してある光電圧センサにおける同様の結果を示し、
かつ同図の(c)には本実施例における第1偏光子21
a〜第1電気光学素子23aを省略してある光電圧セン
サにおける同様の結果をそれぞれ示している。これらの
結果を比較すると、本実施例の光電圧センサ20におい
ては温度依存性が無くて、温度特性に優れていることが
明かとなる。
(Experiment) In the optical voltage sensor 20 shown in FIG. 1, a PBS made of optical glass was used as each of the polarizers 21a and 21b and the analyzer 24, and a 1/4 wavelength plate was used as each of the wavelength plates 22a and 22b. As the optical elements 23a and 23b, an effective electrode length L = 4 mm, an element thickness d = 2 mm, an optical wavelength λ = 850 nm, an applied voltage = 10 V AC voltage, and a temperature = −2.
The results of measuring the output Iout under the conditions of 0 to + 80 ° C. and calculating the rate of change with respect to the same output at an output temperature of 25 ° C. are shown in FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b). 2 shows a similar result in the conventional basic optical voltage sensor shown in FIG. 2, and in the optical voltage sensor in which the second polarizer 21 b to the second electro-optical element 23 b in this embodiment are omitted,
FIG. 3C shows the first polarizer 21 in this embodiment.
a to a similar result in the optical voltage sensor in which the first electro-optical element 23a is omitted. Comparing these results, it is clear that the optical voltage sensor 20 of this embodiment has no temperature dependency and has excellent temperature characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る光電圧センサを採用し
た電圧測定装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a voltage measuring device employing an optical voltage sensor according to one embodiment of the present invention.

【図2】従来の一般に採用されている光電圧センサを採
用した電圧測定装置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional voltage measuring device employing an optical voltage sensor generally employed.

【図3】従来の温度特性の良好な光電圧センサを採用し
た電圧測定装置の概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a conventional voltage measuring device employing an optical voltage sensor having good temperature characteristics.

【図4】各光電圧センサにおける出力変化率と温度との
関係をそれぞれ示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an output change rate and a temperature in each optical voltage sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,21a,21b…偏光子、2,12a,12
b,22a,22b…波長板、3,13a,13b,2
3a,23b…電気光学素子、4,14a,14b,2
4…検光子、15…合波器、16a,16b…全反射ミ
ラー、5…光源、6a,6b…マイクロレンズ、7,7
a…受光器、8a,8b…アンプ、9…割算器。
1,11,21a, 21b ... polarizer, 2,12a, 12
b, 22a, 22b ... wave plate, 3, 13a, 13b, 2
3a, 23b: electro-optical element, 4, 14a, 14b, 2
4 analyzer, 15 combiner, 16a, 16b total reflection mirror, 5 light source, 6a, 6b micro lens, 7, 7
a ... receiver, 8a, 8b ... amplifier, 9 ... divider.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入射光を直線偏光にする偏光子と、入射光
の2つの偏光成分間に所定の光学的位相差を付与する波
長板と、印加される電圧に応じた光学的位相差を入射光
の各偏光成分間に付与する電気光学素子と、入射光の各
偏光成分を検出する検光子を備えた光電圧センサであ
り、前記偏光子および前記電気光学素子としてそれぞれ
2つの偏光子および電気光学素子を採用するとともに、
前記波長板として入射光に付与する光学的位相差の値を
正負互いに反する同一値とする2つの波長板を採用し
て、第1の偏光子と第2の偏光子間に第1の波長板およ
び第1の電気光学素子を直列的に配置し、かつ前記第2
の偏光子と前記検光子間に第2の波長板および第2の電
気光学素子を直列的に配置したことを特徴とする光電圧
センサ。
A polarizer for converting incident light into linearly polarized light, a wave plate for providing a predetermined optical phase difference between two polarization components of the incident light, and an optical phase difference corresponding to an applied voltage. An electro-optical element provided between each polarized light component of the incident light, and a light voltage sensor including an analyzer for detecting each polarized light component of the incident light, wherein the polarizer and the electro-optical element each have two polarizers. With the adoption of electro-optical elements,
As the wave plate, two wave plates having the same value of the optical phase difference given to the incident light and having the same value opposite to each other are adopted, and the first wave plate is provided between the first polarizer and the second polarizer. And a first electro-optical element are arranged in series, and
An optical voltage sensor, wherein a second wave plate and a second electro-optical element are arranged in series between the polarizer and the analyzer.
【請求項2】前記両電気光学素子に対する印加電圧の極
性を互いに逆特性としたことを特徴とする請求項1に記
載の光電圧センサ。
2. The pole of a voltage applied to both electro-optical elements.
The characteristics are set to be opposite to each other.
On-board optical voltage sensor.
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