JP2986503B2

JP2986503B2 - 光方式直流電圧変成器

Info

Publication number: JP2986503B2
Application number: JP2059005A
Authority: JP
Inventors: 源治高橋; 和之清野; 逹斉藤; 忠佐藤; 悦紀森; 潔黒澤; 慶則白井
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: CA2038004A1; CA2038004C; JPH03259753A; US5153427A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光方式変成器に係り、特に、直流の被測定
電圧を検出するのに、チョッパ回路方式と同期検波回路
方式を併用し直流ドリフトを防止し、且つ直流の被測定
電圧の極性に対応した出力電圧を検出するのに好適な光
方式直流電圧変成器に関する。

［従来の技術］従来の光方式電圧測定装置は、例えば、第８図に、光
方式電圧センサ３として示すように、発光源１、光ファ
イバ２、レンズ27、偏光子４、1/4波長板５、BGO等の電
気光学効果を有する媒質（以下ポッケルス素子と記す）
６、検光子７、光ファイバ8,9、光−電気変換回路10,1
1、演算回路12より成っている。

このような光方式電圧センサにおいて、発光源１から
発せられた一定強度の光は光ファイバ２に入射し、セン
サ３に導びかれる。光はセンサ部のレンズ27で平行光
に、偏光子４で直線偏光に、更に1/4波長板で円偏光に
された後、ポッケルス素子６に入射される。この素子６
に被測定電圧が印加されると、ポッケルス素子６内で
は、ポッケルス効果により主軸方向の屈折率において印
加電圧に比例した異方性（複屈折変化）が生じる。即ち
円偏光はポッケルス素子６の出射端で、次式を位相差を
受ける。

ここで、１；ポッケルスの光路長ｄ；電圧印加方向の結晶厚さ λ ；波長 n₀ ；無電圧時のポッケルス素子の屈折率 γ₄₁;ポッケルスの係数 v₀ ；印加電圧の振幅 ω ；印加電圧の角周波数（１）式の位相差により円偏光は楕円偏光となり、こ
の楕円偏光は、偏光子の方位と直交する方位を持つ検光
子によって互いに直交する二つの信号成分に分けられ、
長軸と短軸の長さに比例した光強度信号に変換される。
これらの光強度変調された出射光を光−電気変換回路1
0,11に通した後の出力をV₁,V₂とし、入射光をI₀、比例
定数をK₁,K₂とすると、次の（２），（３）式がえられ
る。

V₁＝k₁I₀（１＋sinΓ） ……（２） V₂＝k₂I₀（１−sinΓ） ……（３）今、何らかの方法でk₁＝k₂となるように調整出来たと
すると、次の式が得られる。

sin2Γ＜＜１の範囲ではsin2Γ≒２Γとなり、位相角
に比例した出力、即ち演算回路12より被測定電圧に比例
した出力Ｖを得ることが出来る。

この検出方法は、前記の（４）式を用いるため、被測
定量が直流電圧でも検出することが出来る。しかし、一
般に、発光源１、光ファイバ8,9、偏光子４、1/4波長板
５、ポッケルス素子６、検光子７、光−電気変換回路1
0,11、演算回路12などの光伝送部において、温度特性、
経時変化等による光量の伝送特性の変化、いわゆる直流
ドリフト現象が起り、k₁＝k₂なる状態を得ることが非常
にむつかしい。k₁≠k₂となると、（４）式でのV₁−V₂の
誤差が大幅に増加し、直流電圧を検出する際の誤差が大
きいという欠点があった。

このようなことは、直流電流の測定においても、直流
電流を直流電圧に変換した後、電圧測定を行い、同様に
（４）式を用いるため、同じような欠点がある。

さらに、直流電圧測定に関しては次の様な問題もあ
る。

ポッケルス素子として一般的に使用されるのは、BGO,
LiNbO₃等の強誘電体であるが、交流電圧に対しては、光
学的直線性があり、被測定電圧に比例した光強度変調の
出力が得られることは周知の通りである。しかし、直流
電圧に対しては、例えば、直流の電圧、電界中にBGO,Li
NbO₃等のような、ポッケルス素子を静置すると、強誘電
体特有の帯電現象が起り、素子表面への帯電、ポッケル
ス素子内の空間電荷移動等により、時間的にゆるやかに
光出力が低下する現象が起り、測定不能になるものであ
る。

［発明が解決しようとする課題］この点を改良して直流電圧、電界を測定できるような
試みとして、特開昭59−17170号公報、特開昭59−11655
5号公報、特開昭63−29263号公報、特開平１−123162号
公報などの開示される技術がある。

特開昭59−17170号公報に開示される技術は、電気光
学効果を有する媒質、いわゆるポッケルス素子の直流電
圧が印加される電極間にCdS,CdSe,PdSなどの光導電効果
を有する材料とこれらの材料に光照射する光源を設け
て、該光源による光導電材料への光照射時と非光照射時
の光導電材料の比抵抗の変化を利用し、非光照射時に直
流電圧を検出する方法を提案している。

この方法は、帯電荷の影響を受けて光出力が時間と共
に漸次低下するのをなくすために、光照射によって直流
電圧が印加される電極間の抵抗を10⁴Ωcm程度まで低下
させてポッケルス素子内の帯電荷を消滅させて、非光照
射時に直流電圧を検出するものである。

しかし、この方法によると、直流の被測定電圧の変化
に対する応答速度が遅く、変電設備の計測、保護用には
適していない。

また、特開昭59−116555号公報に開示される技術によ
れば、ポッケルス素子に、帯電荷をショートさせるため
の電極を設けて、さらにこの電極間に回転スイッチを設
け、この回転スイッチをオン−オフさせて、オン時に電
極間をショートさせて帯電荷を消滅させ、オフ時に直流
電圧を測定することを提案している。

この方法は、もっとも基本的な構造で良い方法である
が、上記同様に、過渡応答速度を要求される回路には適
さない。

特開昭63−29263号公報に開示される技術によれば、
静電界の計測において、該ポッケルス素子を回転させる
ことなく接地されたスリット入りの回転羽根によるチョ
ッパによって静電界を脈流化して、該ポッケルス素子に
印加することにより交流電界と同様に測定しようとした
ものである。しかし、この方法も上記同様に過渡応答速
度を要求される回路には適さない。

以上のチョッパ方式は、いずれも該ポッケルス素子に
生じる空間電荷の影響を除去出来るが、応答速度が遅い
上に、出力電圧は、交流信号処理されて検出される。

特開平１−123162号公報に開示される技術によれば、
第11図に示したように直流光源からのCW光を光変調器に
透過させておき、被測定物からの電圧をチョッピングし
て光変調器に印加し、このチョッピング電圧によって変
調された強度変調光をサンプリング型の高速光検出器に
送り込んで、デジタル信号成分としてサンプリングし、
直流成分はロックインアンプ内に構成された可変バンド
パスフィルタによって除去し、高速の交流信号成分を検
出するものである。

また、この発明の中で従来例として記載している第12
図は、米国特許第4,446,425号に開示されている。この
発明によれば、パルス形光源から出た光を光変調器に透
過させておき、被測定物からの電圧をチョッピングし
て、その光変調器に印加し、これによって変調された強
度変調光を検光子で２つの成分に分けて、光検出器に送
り、差動増巾手段によって同相である直流成分を除去
し、しかるのちに交流信号をロックインアンプに送り、
平均化の出力を得るようになっている。

このような構成は、本発明との類似点はあるが、発明
目的の前提要件が異なる。これらの従来例は、電圧の検
出結果を得るだけの装置であり、他系統の機器の保護や
制御装置としての機能を保持していない。また構成にお
いても、特開平１−123162号公報では、直流電源、変調
器、サンプリング型高速光検出器、ロックインアンプ、
チョップ回路によって構成されているが、この発明では
サンプリング型の高速光検出器に特徴があり、これとゲ
ートパルスによって、1/2周波数成分の信号だけをサン
プリングする方式なので、被測定物からの信号が直流で
あっても、この出力の極性とロックインアンプからの検
出電圧の極性は対応せず正のみの検出となる。

また第12図の米国特許の構成では、光変調器の検光子
からの出力は（７），（８）式で示されるが、差動方式
だけで処理しているため、直流成分を除去する補償とな
っていない。例えば２つの成分の直流成分が同レベルな
ら良いが、２成分間の直流分のドリフトは必らず異な
る。特に電力機器の保護系統に使用される光センサは高
電圧部に配置されるために、直流光源や、検出器などは
すべて光ファイバを介して遠隔場所に配置される。従っ
て、検光子からの２成分の各々の出力には交流信号と同
時に直流成分も重畳されるため、光伝送途中における光
ファイバの振動、温度、曲げなどによるベンデング、光
コネクタ不良などによって直流ドリフトが夫々異なるた
め、夫々に直流変動を補償するための信号処理を行う演
算回路が必要となる。

変電所においては、直流電圧の極性が通常は正である
が、事故により、極性が負になる場合があり、その際は
すみやかに極性を検知後、対策を取る必要があり、極性
測定が可能な変成器が望まれている。

したがって、これらの方式は、変電所の計測、保護用
の信号処理として扱われる被直流電圧に対応した直流出
力信号検出、および被直流電圧に対応した直流出力信号
の極性、ならびにJEC−1201基準内の精度を要求される
光方式直流電圧測定装置としては極めて不満足なもので
あった。

なお、JEC−1201は、電気学会電気規格調査会標準
規格の計器用変成器（保護継電器用）に関する規格であ
る。

本発明は、上記した従来技術の欠点をなくし、直流の
被測定電圧を一度脈流化して交流電圧扱いとすることに
よって測定を可能とし、且つ同信号の演算処理後の信号
と前記脈流化信号の２つの信号を同期検波することによ
って、直流の被測定電圧の極性に対応した直流の出力電
圧を精度良く検出できる光方式直流変成器を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明は、発光源と、偏
光子と、電気光学効果を有する媒質と、検光子と、該検
光子から出射する光信号を電気信号に変換する装置とを
備え、該電気信号から前記媒質に印加される直流の電界
あるいは電圧の強さを求めるようにした光方式変成器に
おいて、前記電気光学効果を有する媒質に印加する電界
あるいは電圧を時間的に脈流化させるチョッパ手段と、
前記光−電気変換後の電気信号の平均値を求める平均値
回路、および、前記光−電気変換後の電気信号と前記平
均値回路から求められた平均値との差分を、前記平均値
回路より求められた平均値により除算する除算器回路を
有する演算手段と、前記演算手段からの電気出力信号を
前記チョッパ手段で脈流化された電界あるいは電圧と同
期して検波する検波手段と、前記検波手段からの電気出
力信号を用いて被測定電界あるいは電圧と同極性の電気
出力信号を得る出力手段とを設けたものである。

また、上記目的を達成するために本発明は、発光源か
ら光出力を発光し、この光出力を偏光子を介して偏光し
た後に、電気光学効果を有する媒質に入力し、該媒質に
被測定直流電界または電界を印加して、光強度変調を行
い、該変調光を検光子により、互いに直交する２成分の
光信号に分け、該光信号を電気信号に変換し、該電気信
号から被測定直流電界または電界の大きさを求める光方
式直流電圧測定法において、前記電気光学効果を有する
媒質に印加する電界あるいは電圧を時間的に脈流化させ
ると共に、光−電気変換後の電気信号の平均値を算出
し、該平均値と前記光−電気変換後の電気信号の差分を
前記平均値で除算し、該除算値を前記脈流化した電界あ
るいは電圧と同期させて検波し、該検波した電気信号を
平滑化して被測定電界あるいは電圧と同極性の電気信号
を得て、該電気信号から被測定直流電界または電圧の大
きさを求めたものである。

具体的には、例えば上記の電気光学効果を有する素
子、すなわちポッケルス素子に印加される直流電圧を電
子式チョッピングによって、脈流化し、交流電圧測定と
同じ信号処理をすることにより、直流ドリフト分を除去
した出力信号を得ると共に、チョッピング周波数に同期
した信号を、同期検波回路で検波して、被測定直流電圧
を極性を検出するものである。

［作用］チョッパ回路と同期検波回路には、発振器によって同
一周波数の信号を送り、チョッパ回路では正負の被直流
電圧が広範囲で精度良く計測できるようにトランジスタ
などによる電子式スイッチング方式で導通−開放、いわ
ゆるオン−オフが、上記周波数でくり返される動作を行
う。そのため正ないし負の方形波信号がポッケルス素子
に印加されることになる。

この時、方形波信号の交流成分のみを対象に取扱う
と、ポッケルス素子、検光子を通過した出射光は、上記
のスイッチング周波数を有する強度変調光となる。そし
てこの強度変調光は、光−電気変換回路に導かれる。

ここで互に直交する出力光V₁,V₂は次式で与えられ
る。

V₁＝I₀（１＋m sinωｔ） ……（５） V₂＝I₀（１−m sinωｔ） ……（６） I₀は入射光の強さ、ｍは変調率、ωは印加電圧の角周
波数である。なお、この時の変調率ｍは次式で与えられ
る。

信号処理回路では、（５），（６）式に対し、（８）
式に示す演算を電気的に行い、Voutの出力電圧を得る。

ここで、Ｋは信号処理回路の比例定数、₁,_２は出
力光V₁,V₂の平均値である。

かかる式の適用により、出力電圧Voutからは直流ドリ
フト分（（５）式、（６）式のI₀に含まれる）が完全に
除外されるので、直流ドリフト分の影響は全く受けない
ことになる。

なお、この出力信号Voutは、交流信号となっているた
め、直流の被測定電圧の極性を識別することができな
い。

ところで、（８）式に（５），（６）式を代入する
と、Voutは下記の様になる。

Vout＝2Km sinωｔ ……（９）前述したように出力信号Voutは交流信号であり、直流
の被測定電圧の極性を識別することができない。そこで
上記（９）式によりえられる出力信号Voutの極性識別の
ために、前記チョッパ回路での脈流化信号を取り出して
同期検波回路に導き、出力信号Voutと同期させて検波す
る。この結果、直流の被測定電圧の極性が正であれば正
の信号のみが選択されて、次段の平滑回路で正の直流電
圧として出力される。

以上説明した、各部での電気信号の電圧−時間特性を
第３図に示す。すなわち極性が正の直流入力電圧（ａ）
に、チョッパ回路でオン−オフさせ脈流化された電圧を
印加させ（ｂ）、アナログ演算により交流で信号処理し
（ｃ）、同期検波回路と平滑回路を通過させて出力電圧
特性（ｄ）を得ている。従って、同図に示すように被測
定電圧が正の場合、チョッパ回路がON時に、出力信号Vo
utは正であることがわかる。

一方、直流の被測定電圧が負の場合には、上記と同様
の処理によりチョッパ回路がON時に出力信号Voutは負と
なり、次段の平滑回路で負の直流電圧を得ることにな
る。

［実施例］以下、本発明の一実施例について第１図および第２図
により説明する。

第１図に示すように、本実施例の変成器は、発光源
１、光ファイバ２、レンズ27、偏光子４、1/4波長板
５、ポッケルス素子６、検光子７、出射光用の光ファイ
バ8,9、光−電気変換回路10,11、演算回路12、および、
チョッパ回路13を含んで構成されている。なお、この中
の演算回路12の詳細は、第２図により説明する。

チョッパ回路13は、電気光学効果を有するポッケルス
素子６に印加する電界あるいは電圧を時間的に脈流化さ
せるチョッパ手段である。

発振器23はチョッパ周波数を設定するためである。

発光源１では、発光ダイオードやレーザダイオードな
どにより、一定強度の出力光が発せられ、光ファイバ２
に入射し、レンズ27を透過した後、偏光子４に導かれ
る。ここで、直線偏光にされた光が1/4波長板５で円偏
光にされた後、BGOなどのポッケルス素子６に入射す
る。

このポッケルス素子６には、被測定の直流電圧Ｖが、
ダイオードやFETなどの半導体素子から成る電子式チョ
ッパ回路13でオン、オフされていわゆる脈流化されて印
加されている。この脈流化された電圧により、円偏光の
光は楕円偏光に変化するが、その後検光子７によって直
交する２方向成分に分けられ、光ファイバ8,9で光−電
気変換回路10,11にそれぞれ導かれている。そして、こ
の脈流化された光の出力信号が演算回路12で、上述した
交流電圧測定時と同じ信号処理が行われるため、直流成
分は全く除去され、直流ドリフトの影響は受けないこと
になる。

なお、測定すべき直流電圧を脈流化させるチョッパ回
路13と同期させて、検波がなされ、その後平滑されるた
め、被測定信号と同極性の信号が最終出力できることに
なる。

このような信号処理のプロセスを第２図に示す演算回
路によりさらに詳しく説明する。

10,11は、検光子からの光信号V₁,V₂を電気信号に変換
する光−電気変換回路、18,19は、V₁,V₂をそれぞれ平均
して₁,_２を求める平均値回路、20は、V₁と_１の差
（V₁−_１）と_１との除算を行う除算回路、21もV₂に
関して同様の除算を行う除算回路、17は、21の出力の符
号を換える反転回路、22は、除算回路20と反転回路17の
出力から、（８）式のVoutを最終的に求める加算回路で
ある。

23は、チョッパ回路13と同期検波回路24に同じタイミ
ング信号を送る発振回路、24は、このタイミング信号に
より、Voutを同期検波する同期検波回路、25は同期検波
回路24で得られた出力を平滑化して、被測定電圧の極性
に対応した信号を出す平滑回路である。

ポッケルス素子の出力光端におかれた検光子により、
互に直交する２つの偏光成分V₁,V₂に分けられた光出力
は、それぞれ光−電気変換回路10,11により電気信号に
変換され、増幅器50の平均値回路18,19、そして除算器2
0,21を通ってV₂成分は反転回路17を通過後、加算回路22
で（８）式の演算が行われることになる。つまり、この
信号処理回路では、すべて交流信号として処理されてい
るため、従来の直流電圧測定時に問題視されていた直流
ドリフト分をほぼ完全に除去できることになる。

なお、この交流信号では、測定すべき直流電圧の極性
を識別することができないため、チョッパ回路で被測定
信号を脈流化させるのに用いられる発振回路23の信号と
加算器22からの交流出力信号とを同期させる同期検波回
路24を設ける。同期検波回路は第９図に示すように発振
回路23の信号を基準信号として、この位相を演算回路12
の脈流化信号と同相にする。すなわち、演算回路12から
の出力信号が、正側に同期して得られるものと、負側に
同期するものとを選別する回路28（電子アナログスイッ
チ等で構成される）よりなる、同期検波回路を通し、そ
の後平滑回路25で交流から直流に変換し、最終の直流出
力信号を得る構成となっている。このとき、正負の信号
検出値に誤差のないようにするために、脈流化信号ライ
ンと基準信号ラインの接地G₁,G₂は互いにフロートとす
る。他のブロック間は光ファイバで絶縁される。かかる
構成とすると、測定すべき直流電圧の極性に対応した直
流の出力電圧が正確に得られるようになる。

以上、本実施例における演算回路での動作特性を説明
したが、各部での電気信号の電圧−時間特性をまとめる
と第３図のようになっている。図中（ａ）が被測定とな
る直流入力電圧特性、（ｂ）が（ａ）の特性をチョッパ
回路でオン−オフしたチョッパ出力電圧特性、（ｃ）が
アナログ演算により交流で信号処理された出力電圧特
性、そして（ｄ）が同期検波回路と平滑回路を通過した
最終の出力電圧特性をそれぞれ示している。直流入力
（ａ）から直流出力（ｄ）までの処理過程で、交流の信
号処理が行われているため、途中で混入してくる直流ド
リフト分の除去がほぼ完全になされている。なお、本実
施例では、第３図（ｂ）のチョッパ出力特性が、正極性
で直流電圧のオン−オフだけの特性を示しているが、チ
ョッパ回路の変更により正・負の両極に電圧をチョッピ
ングした出力電圧とし、演算処理することも当然可能で
あり、上記と全く同様の作用・効果が実現できる。

第４図に、本実施例による直流電圧の実際の測定例を
示す。正・負に渡る直流入力電圧と信号処理された最終
直流出力電圧とは、良好な直線関係を有している。本発
明によれば、直流電圧の高精度な測定が可能であること
が明らかである。

本発明の他の実施例を第５図に示す。

これは、第１図の実施例をもとに実用的な計測システ
ムを構築した一例であり、大別して電圧検出部100と信
号処理部200とから成っている。電圧検出部100では測定
すべき直流電圧が、適切な値に設定できるように分圧器
26により、抵抗R₁,R₂で抵抗分圧されて、保護抵抗R₄を
通してチョッパ回路13に入力するようになっている。そ
して、この電圧検出部100には、他に、チョッパ回路13
駆動のための電源回路30や光−電気変換回路31、そして
電圧センサ３などが含まれている。一方、信号処理部20
0は、光−電気変換回路10,11,32,33の他に、増幅器50、
同期検波回路24、平滑回路25、発振回路23そして、これ
らの駆動用電源回路40などから構成される。なお、電圧
検出部100と信号処理部200とは、すべて光ファイバ2,8,
9および34で結合されており、各部での使用電源も別系
統となっている。かかる構成とすることで、電圧検出部
100と信号処理部200とは電気的に完全に分離できるた
め、耐ノイズ性に優れ、かつ誤動作等も少ない高信頼性
の計測システムを構築できるようになっている。

なお、本システム中での直流電圧の測定の原理や効果
等は、第１図から第４図までの実施例で述べたものと何
ら変るものでない。

第６図に他の実施例として、本測定原理をもとにした
計測システムの別の構築例を示す。

図中（ａ），（ｂ）は第５図のシステムが２系統並列
に配備される例を示したもので、（ａ）は分圧器26の一
個の抵抗R₂から並列にチョッパ回路81,82を介して２系
統の計測システムが並列に配備される。保護を兼ねた分
離抵抗R_4A,R_4Bは、２系統のチョッパ81,82が同期形のチ
ョッパであれば、チョッパ回路の保護のみとなるが、非
同期形チョッパの場合に相互に干渉しないような目的で
挿入される。（ｂ）では、抵抗R₁,R₂のそれぞれにチョ
ッパ回路83,84が接続されて２系統の計測システムが、
それぞれ並列に配備される構成になっている。

第10図は第６図に示す２系統化において、チョッパ回
路81,82も同期させたものである。発振器の２系統化
は、発振器23,23′が発振回路監視装置29によって監視
され、発振器23に異状があれば直ちに別の発振器23′が
動作するものである。又は、発振器23,23′は同時に作
動させて、一方のみに信号出力をさせておき、一方が故
障したとき、他方が出力信号を出すようにしても良い。
この様に同期させることによりチョッパ精度が向上す
る。

第７図は、第６図に示した２系統の非同期形のチョッ
パより、さらに高精度化を計ったものである。

すなわち、第６図において、分離抵抗R_4A,R_4Bの値
は、第５図における出力信号Ｖの応答速度や、チョッパ
回路13の出力電圧に影響のないような値に設定しなけれ
ばならないが、さらに、２系統のチョッパ相互間にも影
響しないように設定するのは非常に困難である。第７図
の例は、これらの影響を極力なくしたものである。すな
わち、分圧器26の分圧抵抗R₂をR₂,R₃に分圧し、さらにR
₁＞R₂＞R₃となるように配列し、所定の検出電圧はR₃よ
り取り出す。チョッパ回路81と82の間には分圧抵抗R₂が
介在するために、チョッパ回路81,82相互に流れ込む電
流が小さくなり、相互の干渉度は大幅に低減されるもの
である。しかもR₃の設定が容易になる。

したがって、分離抵抗R_4A,R_4Bは小さくできてチョッ
パ精度が向上する。

かかる複数のシステム構成としたのは、計測システム
の信頼性をより確実にするためのもので、本計測システ
ムによる監視、保護、制御を一層確実に実現することが
できるようになる。

本発明の直流電圧変成器は、電圧の測定に好ましく用
いることができる。特に、変電所等の直流高電圧の測定
に好適である。

［発明の効果］本発明によれば、光伝送経路中における温度特性、経
時変化、振動などに起因する直流電圧の検出誤差を除去
することができるだけでなく、直流の被測定電圧の極性
に対応した直流の出力電圧が検出できるため、高精度
で、かつ安定した直流電圧の測定を行うことができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光方式直流電圧変成器
を示す構成図、第２図は本発明の一実施例に係る光方式
直流電圧変成器の演算回路、第３図は本発明に係る各部
の電気信号の電圧−時間特性を説明する図、第４図は本
発明による直流電圧の実際の測定例を示す図、第５図か
ら第６図は本発明の他の実施例を示す図、第７図は第６
図に示したチョッパを高精度化したものを示す図、そし
て第８図は従来の光方式直流電圧変成器を示す構成図、
第９図は同期検波回路の一実施例を示す図、第10図は第
６図においてチョッパ回路を同期化させた一実施例を示
す図、第11図と第12図は従来の光方式直流電圧測定器の
構成を示す図をそれぞれ示している。１……発光源、３……電圧センサ、2,8,9,34……光ファ
イバ、４……偏光子、５……1/4波長板、６……ポッケ
ルス素子、７……検光子、10,11,31,32,33……光−電気
変換回路、12……演算回路、13,81,82,83,84……チョッ
パ回路、17……反転回路、18,19……平均値回路、20,21
……除算器、22……加算回路、23……発振回路、24……
同期検波回路、25……平滑回路、26……分圧器、27……
レンズ、30,40……電源回路、50……増幅器、100……電
圧検出部、200……信号処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤逹茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者佐藤忠茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者森悦紀茨城県日立市国分町１丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者黒澤潔東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１号東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者白井慶則東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１号東京電力株式会社技術研究所内 (56)参考文献特開昭60−257326（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 15/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光源と、偏光子と、電気光学効果を有す
る媒質と、検光子と、前記検光子から出射する光信号を
電気信号に変換する装置とを備え、該電気信号から前記
媒質に印加される直流の電界あるいは電圧の強さを求め
るようにした光方式変成器において、前記電気光学効果を有する媒質に印加する電界あるいは
電圧を時間的に脈流化させるチョッパ手段と、前記光−電気変換後の電気信号の平均値を求める平均値
回路、および、前記光−電気変換後の電気信号と前記平
均値回路から求められた平均値との差分を、前記平均値
回路より求められた平均値により除算する除算器回路を
有する演算手段と、前記演算手段からの電気出力信号を、前記チョッパ手段
で脈流化された電界あるいは電圧と同期して検波する検
波手段と、前記検波手段からの電気出力信号を用いて、被測定電界
あるいは電圧と同極性の電気出力信号を得る出力手段と
を設けたことを特徴とする光方式直流電圧変成器。
【請求項２】電圧検出ブロックと信号処理ブロックとを
電気的に分離し、光学的手段を用いて結合した光方式直
流電圧変成器において、前記電圧検出ブロックは、発光源と、偏光子と、電気光
学効果を有する媒質と、検光子と、前記電気光学効果を
有する媒質に印加する電界あるいは電圧を時間的に脈流
化させるチョッパ手段とを有し、前記信号処理ブロックは、前記検光子から出射する光信
号を電気信号に変換する装置と、前記光−電気変換後の
電気信号の平均値を求める平均値回路および前記光−電
気変換後の電気信号と前記平均値回路から求められた平
均値との差分を前記平均値回路より求められた平均値に
より除算する除算器回路を有する演算手段と、該演算手
段からの電気出力信号と前記チョッパ手段で脈流化され
た電界あるいは電圧と同期して検波する検波手段と、前
記検波手段からの電気出力信号を平滑化して被測定電界
あるいは電圧と同極性の電気出力信号を得る出力手段と
を設けたことを特徴とする光方式直流電圧変成器。
【請求項３】被測定信号を、少なくとも２系統に分ける
分圧器を備え、少なくとも２系統に分けられた被測定信
号について、各々請求項１または２記載の光方式直流電
圧変成器を設けて、測定を少なくとも２重化して行うこ
とを特徴とする直流電圧測定システム。
【請求項４】請求項１もしくは２記載の光方式直流電圧
変成器、または、請求項３記載の直流電圧測定システム
を用い、直流高電圧計測を行うことを特徴とする変電
所。
【請求項５】発光源と、偏光子と、電気光学効果を有す
る媒質と、検光子と、前記検光子から出射する光信号を
電気信号に変換する装置とを備え、前記電気信号から前
記媒質に印加される直流の電界あるいは電圧の強さを求
めるようにした光方式電圧測定器において、前記電気光学効果を有する媒質に印加する電界あるいは
電圧を時間的に脈流化させるチョッパ手段と、前記光−電気変換後の電気信号の平均値を求める平均値
回路、および、前記光−電気変換後の電気信号と前記平
均値回路から求められた平均値との差分を、前記平均値
回路より求められた平均値により除算する除算器回路を
有する演算手段と、前記演算手段からの電気出力信号を、前記チョッパ手段
で脈流化された電界あるいは電圧と同期して検波する検
波手段と、前記検波手段からの電気出力信号を用いて、被測定電界
あるいは電圧と同極性の電気出力信号を得る出力手段と
を設けたことを特徴とする光方式電圧測定器。
【請求項６】発光源から光出力を発光し、この光出力を
偏光子を介して偏光した後に、電気光学効果を有する媒
質に入力し、該媒質に被測定直流電界または電圧を印加
して、光強度変調を行い、該変調光を検光子により、互
いに直交する２成分の光信号に分け、該光信号を電気信
号に変換し、該電気信号から被測定直流電界または電圧
の大きさを求める光方式直流電圧測定法において、前記電気光学効果を有する媒質に印加する電界あるいは
電圧を時間的に脈流化させると共に、光−電気変換後の
電気信号の平均値を算出し、該平均値と前記光−電気変
換後の電気信号の差分を前記平均値で除算し、該除算値
を前記脈流化した電界あるいは電圧と同期させて検波
し、該検波した電気信号を平滑化して被測定電界あるい
は電圧と同極性の電気信号を得て、該電気信号から被測
定直流電界または電圧の大きさを求めることを特徴とす
る直流電圧測定法。
【請求項７】複数系統設けられたすべての光方式直流電
圧変成器について共通の発振器を設け、すべての光方式
直流電圧変成器を同期させてチョッパおよび検波するこ
とを特徴とする請求項３記載の直流電圧測定システム。
【請求項８】請求項３または７記載の直流電圧測定シス
テムにおいて、前記分圧器は、予め定めた分圧比を得るように直列接続
された、高圧側抵抗と、該高圧側抵抗よりも低い抵抗値
を持つ接地側抵抗とから構成され、前記接地側抵抗は、２つの抵抗を直列接続して構成した
直列合成抵抗を、複数並列配置して構成されたものであ
り、前記各直列合成抵抗のうちの接地側に位置する抵抗の端
子電圧を、前記各系統での被測定電圧とすることを特徴
とする直流電圧測定システム。