JP2714965B2 - 光方式直流電界測定装置 - Google Patents

光方式直流電界測定装置

Info

Publication number
JP2714965B2
JP2714965B2 JP63316726A JP31672688A JP2714965B2 JP 2714965 B2 JP2714965 B2 JP 2714965B2 JP 63316726 A JP63316726 A JP 63316726A JP 31672688 A JP31672688 A JP 31672688A JP 2714965 B2 JP2714965 B2 JP 2714965B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
electric field
electro
optic crystal
bridge circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP63316726A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH02161363A (ja
Inventor
豊 大野
栄 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Dempa Kogyo Co Ltd filed Critical Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority to JP63316726A priority Critical patent/JP2714965B2/ja
Publication of JPH02161363A publication Critical patent/JPH02161363A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2714965B2 publication Critical patent/JP2714965B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、電気光学効果を利用して直流電界を測定す
る光方式直流電界測定装置に関する。
(発明の技術的背景とその問題点) 一般に、物質に電界を加えると、その光学的性質が変
化する。この現象は、広く電気光学効果と呼ばれ、ポッ
ケルス効果、カー効果等がよく知られている。この場
合、結晶の屈折率nは次式で与えられる。
n=n0+aE+bE2+・・・ ここでn0:電界印加前の屈折率 E:印加電界 ここで、電界Eの1次の係数aをポッケルス係数、2
次の係数bをカー係数という。
そして、このような電気光学効果を有する媒質(以下
電気光学結晶と称す)と光ファイバを組み合わせた電
界、電圧測定装置が開発され、このような装置の電気光
学結晶では屈折率が電界の1次の項に比例するポッケル
ス効果を利用している。
すなわち、複屈折性の電気光学結晶中の常光線と異常
光線との間の位相変化は、入射する直線偏光の偏光面が
この結晶媒質を通る間に、ある角度回転することを利用
している。たとえば、円偏光の入射光は結晶の出射面で
は楕円偏光となる。したがって、このような電気光学結
晶を、直交する偏光板の間に置いて電界を印加すれば透
過する光の強度を制御することができる。
しかしてこのような装置によれば、電気光学結晶およ
び光ファイバは絶縁体で構成されるために電磁誘導や外
来雑音等の影響を受けず、無火花、防爆性で耐薬品性も
良好であり、電力分野では高電圧の電力設備の保全、ま
たコンビナートの石油備蓄基地における帯電電荷の測定
等の安全性を重視する分野で有用性が評価されている。
しかしながらこのような電圧、電界測定装置の測定対
象は、ほとんどの場合交流電圧、交流電界に限られてい
る。たとえば「特開昭56−100364号」に開示される電
界、電圧測定装置では交流電界中に電気光学結晶を置い
て、電界の変化にしたがってその結晶中に誘起される複
屈折変化を、偏光子、検光子等を用いて光信号の強度の
変化として検出し電界の変化を測定している。
しかしながら、帯電電荷の様な直流電界の測定に電気
光学結晶を用いると、一般的にその静電容量および直流
抵抗が大きいために時間と共に測定値が変化し、さらに
結晶の分極を生じて測定不能となる。
このため、たとえば「特開昭59−116555号」に、直流
電界を測定することを目的として、回転スイッチを用い
て断続的に電気光学結晶の表面における電荷集中による
充電電荷を中和するものが記載されている。しかしなが
らこのようなものでは機械的な回転スイッチを用いるた
めに、信頼性に難があり、また高電界の測定にあっては
電気的な絶縁にも十分に配慮しなければならない問題が
ある。
(発明の目的) 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、機械
的に駆動する部材を用いる事なく電気光学結晶を用いて
直流電界の測定を行うことができる直流電界測定装置を
提供することを目的とするものである。
(発明の概要) 本発明は、ブリッジ回路の各アームに入射光の強度に
応じて抵抗値の変化する4個の光検出素子を配設しこの
ブリッジ回路の一方の対角に測定すべき電界を印加し、
上記各光検出素子にそれぞれ光ファイバを介して第1な
いし第4の光源から光を与えて選択的に抵抗値を変化さ
せるとともに、このブリッジ回路の他方の対角間に測定
すべき電界を印加される電気光学結晶を接続し、この電
気光学結晶に第5の光源から光ファイバ、偏光子および
波長板を介して光を与え、この電気光学結晶からの出射
光を光ファイバおよび検光子を介して計測部へ与えて受
光した光の強度から電界を測定することを特徴とするも
のである。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を第1図ないし第6図を参照
して詳細に説明する。
第1図は、本発明の直流−交流変換を行う部分を示す
ブロック図で、図中1は、入射光の強度に応じて電気的
な抵抗値が変化する4個の光検出素子1a〜1dをリング状
に接続したブリッジ回路である。
この光検出素子1a〜1dは、たとえば水素化アモルファ
スシリコンの薄膜等からなり高インピーダンスを有し、
入射光が少なければ高抵抗、多ければ低抵抗を示し、入
射光の強度に応じて抵抗値が変化する。そして、このブ
リッジ回路の一方の対角に入力ターミナル2、2を介し
て測定すべき直流電界Eを印加する。
そして、各光検出素子1a〜1dに第1ないし第4の光フ
ァイバ3a〜3dを介して第1ないし第4の光源4a〜4d、た
とえば発光ダイオードから光を与える。
第2図は、水素化アモルファスシリコンの薄膜からな
る上記第1ないし第4の光検出素子1a〜1dのパターンの
一例を示す図で、絶縁基板面にたとえばプラズマCVD法
などにより水素化アモルファスシリコンの薄膜を形成
し、この薄膜に所望のパターンを形成してエッチングす
るようにしている。
このような、水素化アモルファスシリコンの電気伝導
度は、シリコンの外に何もドープされていない薄膜で
は、光強度100mW/cm2の時、 暗電気伝導度σdark =10-10S/cm 光電気伝導度σphoto=10-5 S/cm 程度のものが得られている。
この水素化アモルファスシリコン薄膜を用いて第2図
に示すようなパターンを形成することにより、抵抗ブリ
ッジの一つのアームを考えると暗抵抗値で約1015Ω、光
抵抗で1010Ω程度に変化させることができる。この値
は、電気光学結晶のインピーダンスと略同じ値であり、
センサ部に電気光学結晶を用いて高入力インピーダンス
とした特徴を損なうこともない。
さらに、水素化アモルファスシリコンのバンドギャッ
プエネルギは約1.75eVであり、これは光の吸収端が710n
mの赤色光を吸収することができるものである。
これは、現在実用化されているAlGaAs(アルミ、ガリ
ウム、ヒ素)化合物で作成される発光ダイオードまたは
半導体レーザの波長(約660nm)の光で抵抗値を変化さ
せることができる。また、センサの全固体化にも好都合
である。
そして、上記ブリッジ回路の他方の対角に、電気光学
結晶5に形成した電極を接続して電界を印加するように
している。この電気光学結晶5は、たとえばニオブ酸リ
チュウム(LiNbO3)、タンタル酸リチュウム(LiTa
O3)、水晶、BSO(Bi12SiO20)、BGO(Bi12GeO20)等を
結晶軸に対して所定角度に切断して直方体に整形したも
のである。
第3図に示すように、電気光学結晶5の入射光側には
偏光子6を配置して入射光を直線偏光し、さらに波長板
7で円偏光した光を入射する。また、出射光側には検光
子8を配置して楕円偏光した光を直線偏光して出射する
ようにしている。
そして、上記偏光子6には第5の光ファイバ9を介し
て第5の光源10、たとえば発光ダイオードからの光を入
射する。さらに出射光は、上記検光子8および第6の光
ファイバ11を介して計測部12の光電変換器13に入射して
上記電気光学結晶5に印加された電界を測定する。
第4図に示すように、上記第1ないし第4の光源4a〜
4dは、対向するアームの光検出素子1a、1dおよび1b、1c
の各組に対応する光源4a、4d(第4図(a))および4
b、4c(第4図(b))に対して相互に逆位相の正弦波
で駆動するようにしている。したがってブリッジ回路の
他方の対角間に、交互に極正の反転する正弦波の交流電
界(第4図(c))を得られ、これを電気光学結晶に印
加する。
第5図は、全体の構成を示すブロック図で、測定すべ
き直流電界Eを直流−交流変換するブリッジ回路1の変
換出力を電気光学結晶5に印加するようにしている。
そして、正弦波発振器14の出力を直接および反転増幅
器15を介して、それぞれ光源駆動回路16、17へ与えて光
源4a、4dおよび光源4b、4cを駆動し、この出力光を光フ
ァイバ3a〜3dを介してブリッジ回路1の光検出素子1a〜
1dへ与えるようにしている。
そして、上記電気光学結晶5には第5の光源10の出力
光を第5の光ファイバ9を介して与え、出射光を第6の
光ファイバ11を介して計測部12の光電変換器13、たとえ
ばフォトダイオードへ入力するようにしている。
この計測部12には、上記第5の光源10を駆動する光源
駆動回路18を設けている。さらに、上記光電変換器13の
出力を前置増幅器19を介して増幅器20、直流増幅器21へ
並列に入力している。そして、増幅器20の出力は低域フ
ィルタ22を介して割り算器23へ与え、直流増幅器21の出
力は直接割り算器23へ与えて演算を行うようにしてい
る。そして割り算器23の出力を実効値変換回路24に与え
て実効値に変換して図示しないボルトメータ等に直流出
力を与えて電界を測定、表示するようにしている。
なお、ブリッジ回路1および電気光学結晶5と第1な
いし第4の光源4a〜4dおよび計測部12とは、全て光ファ
イバによって連結され信号、情報を送受するので相互に
電気的な絶縁を図ることができ、耐電圧性を著しく高め
ることができ、電磁誘導、外来雑音等の影響も受けない
特徴がある。
このような構成であれば、端子2に測定すべき直流電
界Eを与えると、該電荷Eはブリッジ回路1によって直
流−交流変換されて電気光学結晶5に印加される。
たとえば、第1図においてブリッジ回路1の一方の対
角のAに正極性、Bに負極性の電界が印加されていると
する。ここで、ある半サイクルでブリッジ回路1の一方
の向かい合う辺の第1および第4の光検出素子1a、1dに
強い光が照射されて低抵抗値となり、この時、他方の向
かい合う辺の第2、第3の各光検出素子1b、1cには逆に
弱い光が照射されて高抵抗値となる。したがって、上記
正極性の電界は第1の光検出素子1aを介して電気光学結
晶5の図示(第1図)上側の電極に印加される。一方、
上記負極性の電界は第4の光検出素子1dを介して電気光
学結晶5の図示(第1図)下側の電極に印加される。
そして、次の半サイクルでは第2、第3の各光検出素
子1b、1cに強い光が照射されて低抵抗値となり、第1、
第4の各光検出素子1a、1dには弱い光が照射されて高抵
抗値となる。したがって、上記正極性の電界は第3の光
検出素子1cを介して電気光学結晶5の図示(第1図)下
側の電極に印加される。一方、上記負極性の電界は第2
の光検出素子1bを介して電気光学結晶5の図示(第1
図)上側の電極に印加される。
そして、このような動作を交互に繰り返すことによ
り、電気光学結晶5に交番電界を印加することができ
る。
そして、電気光学結晶5に光源10から光ファイバ9を
介して入射した光は上記電界Eの強度に応じて出射光の
強度を制御される。
すなわち、電気光学結晶5に外部から電界を印加する
とその屈折率が変化し、結晶に入射した光は結晶中の2
つの直交する偏光成分間で位相変化の受け方が異なるた
め出射光の偏光状態が変化する。すなわち、直線偏光の
入射光は結晶の出射面では楕円偏光となる。そして、こ
の楕円偏光の主軸の方向および楕円率が印加した電界の
強さに応じて変化するので、この出射光を検光子を透過
させることによって光の強度変調を行うことができる。
たとえば、第6図に示すように電気光学結晶5に印加
した交流電圧に対して、該電気光学結晶を透過した透過
光の変調度すなわち光の交流成分と直流成分との比は線
形になるので、この変調度を測定することによって印加
された交流電界の値を知ることができる。
したがって、上記電気光学結晶5の出射光を光ファイ
バ11を介して光電変換器13に入力して電気信号に変換す
る。そして、この電気信号の直流成分を直流増幅器21で
得、交流成分を増幅器20および低域フィルタ22で得る。
そしてこの直流成分と交流成分とを割り算器23に入力し
て演算し変調度に応じた交流信号を得る。そして、この
交流信号を実効値変換回路で実効値に変換して変調度、
すなわち印加された電界の強度に応じた直流信号を得る
ようにしている。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、たとえば上記実施例では光強度を正弦波で変調して
光検出素子へ与えるようにしたが、要は電気光学結晶に
交番電界を与えれば良いので正負極性の対称な矩形波、
三角波等適宜の信号で変調するようにしても良い。
また、第5の光源としてレーザ光源を用いれば電気光
学結晶の入射側の偏光子を用いる必要はなく構成を簡単
にできる。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば電気光学結晶を
用いて直流電界の測定を行うことができる直流電界測定
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の直流一交流変換を行う要部のブロック
図、 第2図は上記実施例の光検出素子のパターン例を示す
図、 第3図は上記実施例の電気光学結晶を説明する斜視図、 第4図(a)、(b)、(c)は上記実施例の第1図に
示す各光源を駆動する信号の波形図および、上記直流−
交流変換によって得られた交流波形を示す波形図、 第5図は上記実施例の全体の構成を示すブロック図、 第6図は上記実施例の印加交流電圧と変調度との関係を
示すグラフである。 1……ブリッジ回路 1a〜1d……光検出素子 3a〜3d……光ファイバ 4a〜4d……光源 5……電気光学結晶 9、11……光ファイバ 10……光源 12……計測部 13……光電変換器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射光の強度に応じて抵抗値の変化する4
    個の光検出素子を各アームに配設し一方の対角に測定す
    べき電界を印加されるブリッジ回路と、 上記各光検出素子にそれぞれ光ファイバを介して光を与
    えて選択的に抵抗値を変化させる第1ないし第4の各光
    源と、 このブリッジ回路の他方の対角間に接続され電界を印加
    される電気光学結晶と、 この電気光学結晶に光ファイバ、偏光子および波長板を
    介して光を与える第5の光源と、 この電気光学結晶からの出射光を検光子および光ファイ
    バを介して光電変換器へ導いて電気信号に変換しこの信
    号の変化から電界を測定する計測部と、 上記ブリッジ回路の対向するアームの各光検出素子の組
    に対して互に逆位相に変化する光を与えて上記電気光学
    結晶に対して交番電界を印加するように上記第1ないし
    第4の光源をスイッチング駆動する光源駆動部と、 を具備することを特徴とする光方式電界測定装置。
JP63316726A 1988-12-15 1988-12-15 光方式直流電界測定装置 Expired - Fee Related JP2714965B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63316726A JP2714965B2 (ja) 1988-12-15 1988-12-15 光方式直流電界測定装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63316726A JP2714965B2 (ja) 1988-12-15 1988-12-15 光方式直流電界測定装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02161363A JPH02161363A (ja) 1990-06-21
JP2714965B2 true JP2714965B2 (ja) 1998-02-16

Family

ID=18080222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63316726A Expired - Fee Related JP2714965B2 (ja) 1988-12-15 1988-12-15 光方式直流電界測定装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2714965B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02161363A (ja) 1990-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0083196B1 (en) Voltage and electric field measuring device using light
JPH0670651B2 (ja) 光による電・磁気量測定方法及び装置
KR100243779B1 (ko) 전계센서
US4253061A (en) Light converting type detectors
WO2014127654A1 (zh) 准互易反射式光学电压传感单元及其传感系统
JPS6325307B2 (ja)
JP2986503B2 (ja) 光方式直流電圧変成器
JP2714965B2 (ja) 光方式直流電界測定装置
US5477134A (en) Voltage sensor for use in optical power transformer including a pair of Pockels cells
Li et al. Optical voltage sensor using a pulse-controlled electrooptic quarter waveplate
JPH0721512B2 (ja) 光センサ用光部品
Guo et al. An optical electric field sensor for AC and DC electric field measuring
JP2983106B2 (ja) 光方式直流電圧測定装置
JP3021925B2 (ja) 光方式直流電圧測定装置
JPH0237545B2 (ja) Hikarinyorudenkai*jikaisokuteiki
JPS58174857A (ja) 直流光電圧計
Bayvel Electro-optic coefficient in BSO-type crystals with optical activity measurement and application to sensors
JP3235301B2 (ja) 光電圧センサー
JP3159823B2 (ja) 光方式の電界測定装置
Bordovsky Electrooptic electric field sensor for dc and extra-low-frequency measurement
RU1803879C (ru) Электрогирационное устройство дл измерени высокого напр жени
SU1173324A1 (ru) Устройство дл бесконтактного измерени тока и напр жени
JPH0560818A (ja) 光方式の電界測定装置
SU1013999A1 (ru) Оптико-электронный преобразователь угла поворота в электрический сигнал
JPH0271160A (ja) 電気光学サンプラ及びそれを利用した電気信号波形測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees