JP2995638B2 - インピーダンス装荷型電界センサ - Google Patents
インピーダンス装荷型電界センサInfo
- Publication number
- JP2995638B2 JP2995638B2 JP3072187A JP7218791A JP2995638B2 JP 2995638 B2 JP2995638 B2 JP 2995638B2 JP 3072187 A JP3072187 A JP 3072187A JP 7218791 A JP7218791 A JP 7218791A JP 2995638 B2 JP2995638 B2 JP 2995638B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electric field
- optical
- sensor
- impedance
- loaded
- 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 - Lifetime
Links
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
強度を正確に測定するため、周囲の電磁界分布を乱さな
い、電界を検出するセンサロッド以外は全て非金属で構
成された電界強度測定用のセンサに関するものである。
れるように、外部から侵入した電磁妨害波により装置が
誤動作を起こす現象が問題になっている。この問題に対
処するためには、装置に印加される電磁妨害波を正確に
測定する必要があり、微小ダイポールアンテナ、円錐ア
ンテナ、ホーンアンテナ等が使用されている。しかしな
がら、これらのアンテナはアンテナと信号の受信機関の
接続に同軸ケーブルを用いているため、自ら周囲の電磁
界を乱し、測定レベルが接続ケーブルの状態に影響され
るという問題点を持っている。
ベル測定器間を光ファイバで結ぶ電界センサが検討され
ている。それらは、構成により大きく二つに分けられ
る。すなわち、センサロッドで検出した電界レベルでセ
ンサ本体内部に設けられたレーザダイオード等を変調し
て、その光信号を光ファイバによりレベル測定器に伝送
するものと、センサ本体外部から光信号を入力し、それ
をセンサ内部の光変調器によりセンサロッドで検出した
電界レベルで変調して光ファイバによりレベル測定器に
伝送するものである。
は、周囲の電磁界を乱さないことの他に、電源を内蔵す
る必要がないので長時間の測定に有効であり、これまで
に光変調器にLiNbO3を用いたアンテナ(特開平2−1847
72号公報)及び電界アンテナ(特願平2−55223 号)が
提案されている。
である。同図において、1は光源、2はレンズ、3は光
ファイバケーブル、4はグレーデッドインデックスレン
ズ、5は偏光子、6は電気光学効果をもつ光学結晶、7
はセンサロッド、8は位相補償器、9は検光子、10はレ
ンズ、11は光検出器、12はレベル測定器を示し、4から
10まで破線に囲まれた部分が、光変調器13を構成してい
る。また16は変調器電極である。
1から光信号を光ファイバケーブル3により光変調器13
に入力し、この光信号を光変調器13内において変調器電
極16に印加されるセンサロッド7で検出した電界レベル
で光学結晶6により変調し、再び光ファイバケーブル3
を通してレベル測定器12側の光検出器11へ伝送してい
た。
5は光ファイバケーブルから出射した光から光学結晶6
の光軸に対して45°傾いた直線偏波のみを取り出し、光
学結晶6に入射させる。光学結晶6に入射した光は、セ
ンサロッド7から印加される電圧により位相変調され、
楕円偏波となる。この楕円偏波成分から特定の偏波成分
を検光子9により取り出すことにより強度変調された光
信号が得られる。
に示す。同図において、4はレンズ、5は偏光子、6は
光学結晶、7,7’はセンサロッド、8は位相補償器、
9は検光子、10はレンズ、14は図示していない光源との
間を結ぶ偏波面保持光ファイバ、15は図示していない光
検出器との間を結ぶシングルモード光ファイバ、16は光
変調器電極、18はセンサ外部筐体である。光学結晶6と
してLiNbO3を用い、センサロッドを構成する直列の2本
の金属棒(長さ14cm)の隙間にこの光学結晶6を集積さ
せて上記の電界センサを構成させた場合には、最小電界
強度約1V/m、周波数帯域100Hz 〜300MHzの測定が可
能である。
来のセンサでは、この従来の電界センサの感度特性を示
す図8および周波数特性を示す図9からわかるように、
この電界センサの最小検出感度約1V/m、周波数帯域
は100Hz 〜300MhZであり、電磁妨害波測定のためには更
に高感度な電界センサが必要である。
値を変化させることができる装荷インピーダンスを挿入
することにより、感度を向上させることができると共
に、被測定電界の周波数に応じた周波数を選択できる電
界センサを提供することを目的とする。
成するため、本発明では電界センサのセンサロッドを構
成する2つの金属棒と、印加電圧により光強度が変化す
る光変調器の間にインピーダンスを挿入することによっ
て、周波数帯域の全体的な感度向上を図り、さらに、イ
ンピーダンスの値を変化させることにより、目的とする
帯域の感度向上を図ろうとするものである。
に、インピーダンス素子を挿入することにより、センサ
ロッドの共振周波数を変化させている。センサロッドは
共振状態でもっとも効率よく電界を検出することができ
るので、従来の共振を起こさない領域で使用していた場
合に比べ感度向上を図ることができる。また、センサロ
ッドの共振周波数は挿入するインピーダンスの値を変え
ることにより制御できるので、感度向上を図る周波数を
希望する値に設定することもできる。
に説明する。図1は本発明の第1の実施例の構成を示す
斜視図である。同図において、1は光源、13は光変調手
段である光変調であり、11は変調された光信号を電気信
号に変換する光検出手段である光検出器、12は変換され
た電気信号を出力電圧として表示するレベル測定器であ
る。14は光源1と光変調器13と光結合する光ファイバで
あり、シングルモードでかつ偏波面を保持できる偏波面
保持光ファイバを用いている。15は光変調器13と光検出
器11とを光結合する光ファイバであり、シングルモード
光ファイバを用いている。光変調器13は、光源1側から
順にレンズ4、偏光子5、光学結晶6、位相補償器8、
検光子9、レンズ10が配置されてなる。光学結晶6は電
気光学効果を有し、17は2本1組のセンサロッドと光変
調器の隙間に挿入された装荷インピーダンスで本実施例
ではインダクタンスを使用している。
および作用を述べる。光源1は、無変調の光信号を偏波
面保持光ファイバ14を通して、光変調器13に入射する。
この光信号の伝送において、光ファイバ14はシングルモ
ードで光伝送を行い、かつ光信号の光波の偏波面を保持
する。光変調器13に入射された光信号は、レンズ4を通
り、偏光子5を通って光学結晶6内を通る。ここで。偏
光子5は光学結晶6の光軸に対し45°傾いた直線偏波の
光信号のみを通して光学結晶6に入射させる。入射され
た光信号は、光変調電極16, 16’に印加される電圧によ
り位相変調され、楕円偏波成分から特定の偏波成分が取
り出され、強度変調された光信号として、レンズ10を通
り、シングルモード光ファイバ15を通って光検出器11へ
伝送される。フォトダイオードで電気信号に変換された
信号はレベル測定器で出力電圧として測定される。
めに、図2に示すような等価回路を考える。Cmを光変調
器の入力インピーダンスで、変調器に使用される結晶の
抵抗は非常に大きいためキャパシタンスで表わすことが
できる。Lmは装荷インピーダンスで本実施例の場合はイ
ンダクタンス、Zaはセンサロッドの駆動点インピーダン
ス、heはセンサロッドの実効長、Eは測定電界強度であ
る。
をVcとするとセンサの感度A[dB]は次式で定義され
る。
る相対感度As[dB]は次式になる。 AS(f)=A(f) −A(100) (3)
め、Cmは低周波での実測値を用いた。解析結果を図3の
実線で示す。同図に示すように、挿入するインダクタン
スLの値を変化させることにより、感度を10dB〜30dB程
度増加させることができることがわかる。
では、エレメント長140mm 、光変調器の入力容量14.8p
F、挿入したインダクタンス200nH である。また、黒点
は測定値(測定条件:光入力電力:11dBm, APDバイ
アス:38V)、実線は理論値である。
クタンスを挿入することにより、感度を30dB程度向上で
きること、その結果は理論解析の結果とほぼ一致してい
る。図より、この電界センサの場合、インダクタンスを
挿入することにより、感度を30dB程度向上できること、
その結果は理論解析の結果とほぼ一致していることがわ
かる。
ると、図2の等価回路に示す駆動点インピーダンスは誘
導性になる(例えばKraus"Antenna", マグロウヒルブッ
ク(株)発行,1950年,pp.239-246)。従って、その場
合は、インピーダンスとしてキャパシタンスを使用する
ことにより、同様に、電界センサの感度特性を改善でき
る。
同図において、1は光源、11は光検出器、12はレベル測
定器、13は光変調器(マッハ・ツェンダ型変調器)、14
は光源との間を結ぶ偏波面保持光ファイバ、15は光検出
器との間を結ぶシングルモード光ファイバ、16は変調器
電極、17は装荷された可変インピーダンス、18はセンサ
外部筐体である。
光変調器13として、光学結晶でなく導波路型にIC化
(Ti拡散LiNbO3基盤)されたマッハツェンダ型干渉計を
用いているため、レンズ、偏光子、検光子を必要としな
い。光変調器13は、ロッド7の隙間に、装荷された可変
インピーダンス素子17を介し、センサ外部筐体18の内部
に配置される。さらに、センサ外部筐体18を貫通して光
信号の入出力用の光ファイバ14,15が取り付けられる。
センサ外部筐体は、その外側に2本の金属棒からなるセ
ンサロッド7,7’を互いに反対方向に延びるように固
定すると同時に、それらのセンサロッド7,7’の間に
隙間を確保するためのものである。光源としては例えば
波長1.3 μmのLD励起のYAGレーザ光源等を用い
る。
および作用を述べる。光源より出射された無変調の光信
号は、例えば偏波面保持光ファイバ14に入射される。こ
の光ファイバ14を伝送した光信号は電気光学効果を持つ
光変調器13の中を通る。ここで、第1の実施例と同様
に、外部電界によって変調器電極16,16’間に生じる電
圧により強度変調を受ける。すなわち、アンテナロッド
7,7’に外部電界より高周波電流が流れると、変調器
電極16,16’間に電圧が生じる。この電圧により、変調
器電極16,16’間に強い電界が生じ、光変調器13を構成
しているTi拡散LiNbO3光導波路の誘電率が変化する。こ
のため、導波路P1,P2を通る光波に時間差が生じ、
それらの交点で光波の干渉が起きる。光波の干渉は印加
電圧に応じ変化するので、その結果、光波は外部電界に
比例した光強度変調を受けることになる。このように変
調された光信号は、今度はシングルモード光ファイバ15
に入射され伝送され、センサより離れたところにある光
検出器により電気信号に変換された後、レベル測定器に
よりレベルが測定される。
変調の強度は外部電界の強さに依存するので本実施例は
電界センサとして動作することができる。上記実施例で
は、ダイポール状のロッドを持つ電界センサを例に説明
したが、本発明は、他の種々の形状のロッドを持つ電界
センサの場合にも当然に適用可能である。
センサロッドと光変調器の間に、値を変化させることが
できる装荷インピーダンスを挿入することにより、感度
を向上させることができると共に、被測定電界の周波数
に応じた周波数を選択できる。
る。
す特性図である。
性図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 センサロッドを構成する2つの金属棒を
狭い隙間を介して直列に配置し、その隙間に印加電圧に
より光強度が変化する光変調器を挿入し、この2つの金
属棒と光変調器より離れた位置に置かれた光源より無変
調の光信号を光ファイバを用いて伝送し、これを外部電
界によって金属棒の隙間に生じる電圧により光変調器で
変調し、変調された光信号成分をセンサ外部の光検出器
に光ファイバを用いて伝送して検出することにより、セ
ンサ本体が置かれた地点の電界強度を測定する電界セン
サにおいて、光変調器の各電極とセンサロッドを構成す
る各金属棒の間にインピーダンスを各々装荷することを
特徴とするインピーダンス装荷型電界センサ。 - 【請求項2】 前記装荷したインピーダンスとしてイン
ダクタンスを用いる請求項1記載のインピーダンス装荷
型電界センサ。 - 【請求項3】 前記装荷したインピーダンスとしてキャ
パシタンスを用いる請求項1記載のインピーダンス装荷
型電界センサ。 - 【請求項4】 前記光変調器としてマッハ・ツェンダ型
干渉計を用いる請求項1記載のインピーダンス装荷型電
界センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3072187A JP2995638B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | インピーダンス装荷型電界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3072187A JP2995638B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | インピーダンス装荷型電界センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04285866A JPH04285866A (ja) | 1992-10-09 |
JP2995638B2 true JP2995638B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=13481961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3072187A Expired - Lifetime JP2995638B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | インピーダンス装荷型電界センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2995638B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103134997B (zh) * | 2013-01-30 | 2015-11-25 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种基于光学原理的雷电探测装置 |
-
1991
- 1991-03-13 JP JP3072187A patent/JP2995638B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04285866A (ja) | 1992-10-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0664460B1 (en) | Electric field sensor | |
US5278499A (en) | Fiberoptic apparatus for measuring electromagnetic field intensity with an electro-optic sensor | |
US5210407A (en) | Electric field intensity detecting device having a condenser-type antenna and a light modulator | |
US6285182B1 (en) | Electro-optic voltage sensor | |
Kanda et al. | Optically sensed EM-field probes for pulsed fields | |
US4982151A (en) | Voltage measuring apparatus | |
Wyss et al. | A practical optical modulator and link for antennas | |
JP2995638B2 (ja) | インピーダンス装荷型電界センサ | |
Masterson et al. | Photonic probes for the measurement of electromagnetic fields over broad bandwidths | |
US7142309B2 (en) | Method and device for measuring half-wave voltage of Mach-Zehnder type optical modulator | |
JP3071497B2 (ja) | 電界センサ | |
CN218647069U (zh) | 一种宽频电光式表面电场测量装置 | |
JPH02184772A (ja) | 光学結晶を用いた電界アンテナ | |
CN117073730B (zh) | 基于微波光子的光纤传感系统和光纤传感方法 | |
Sukhov et al. | Microwave photonic detector for measuring pulsed electric field strengths in the sub-nanosecond region | |
JP2562287Y2 (ja) | 電界アンテナ | |
TWI261680B (en) | Electromagnetic signal sensing system | |
Kuwabara et al. | Frequency response improvement of electric field sensor using optical modulator | |
Young | Electro-optic e-field sensors for shielding measurements up to 18 ghz | |
Tajima et al. | Frequency bandwidth improvement of electric field sensor using optical modulator by resistively loaded element | |
Bassen et al. | An RF field strength measurement system using unintegrated optical linear modulator | |
Abramski et al. | FM EMF sensors | |
JPH0829467A (ja) | 電界センサ | |
GB2287313A (en) | Apparatus for the detection and measurement of electromagnetic fields | |
Phelan Jr et al. | A sensitive, high frequency, electromagnetic field probe using a semiconductor laser in a small loop antenna |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990921 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071029 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081029 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091029 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101029 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101029 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111029 Year of fee payment: 12 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111029 Year of fee payment: 12 |