JP3021925B2 - 光方式直流電圧測定装置 - Google Patents

光方式直流電圧測定装置

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JP3021925B2
JP3021925B2 JP4046010A JP4601092A JP3021925B2 JP 3021925 B2 JP3021925 B2 JP 3021925B2 JP 4046010 A JP4046010 A JP 4046010A JP 4601092 A JP4601092 A JP 4601092A JP 3021925 B2 JP3021925 B2 JP 3021925B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気光学結晶のポッケ
ルス効果を用いた光方式直流電圧測定装置(以下、光方
式電圧測定装置とする)を利用分野とし、特にブリッジ
回路により測定すべき直流高電圧(被測定直流電圧とす
る)を交流に変換して計測する光方式直流高電圧測定装
置に関する。
【0002】
【発明の背景】光方式電圧測定装置は、電気光学結晶及
び光ファイバ等の絶縁材を主として構成されることか
ら、電磁誘導や外来雑音等の影響を受けず、しかも無火
花、防爆性、あるいは耐薬性を良好とする。したがっ
て、高圧下の送変電機器及びその関連装置(電力分野)
や、石油備蓄基地における帯電電荷の測定装置にその有
用性が認められている。また、その一方で、光方式電圧
測定装置は、交流に対しては何等の支障を来すことなく
計測できるが、直流に対しては一般的に電気光学素子の
静電容量及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。
このようなことから、この問題を克服する種々の考案が
提案されているが、それらの一つに本発明者等による、
ブリッジ回路を用いて直流を交流に変換して計測できる
ようにしたものがある(特開平2-161363号公報参照)。
【0003】
【従来技術】第4図はこの種の従来例を概略的に説明す
る図である。なお、第4図(a)は光方式電圧測定装置
のブロック図、同図(b)はブリッジ回路を主とした模
式図であるこの光方式電圧測定装置は、概ね、交流−直
流変換部(交直変換部とする)1と、電圧センサ2と、
計測部3とからなる。交直変換部1は、各辺の抵抗素子
を光感応抵抗R(1、2、3、4)としたブリッジ回路4と、光
感応抵抗R(1、2、3、4)の抵抗値を制御する光照射部5と
からなる。但し、ブリッジ回路4一方の対角間(ab)
には被測定電圧E(V)が印加され、他方の対角間(c
d)には電圧センサ2が接続される。光感応抵抗R
(1、2、3、4)は、例えば水素化アモルファスシリコンの薄
膜を基板に形成してなり(未図示)、高インピーダンス
を有して、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減少する。この
例では、光感応抵抗R(1、2、3、4)はその特性を同一と
し、光が照射されない場合には、ブリッジ回路4が平衡
しているとする。光照射部5は、光ファイバ7
(a、b、c、d)により光感応抵抗R(1、2、3、4)と接続し、光源
(例えば発光ダイオード)D(1、2、3、4)からの出射光を
それぞれ照射する。光源D(1、2、3、4)は、各駆動回路に
より電圧を印加され、その出射光はそれぞれ強度変調さ
れる。例えば、第5図(ab)で示したように、光源D
1、D2はsinθで、光源D3、D4はsin(θ+π)で強度変
調される。すなわち、光源D1、D2は正弦波発振器の出
力電圧を反転せずに印加され、光源D3、D4はインバー
タにより反転して印加される。そして、ブリッジ回路4
の一組の対向辺(一組辺とする)と他組の対向辺(他組
辺とする)の光感応抵抗R(1、2)とR(3、4)には、互いに
逆相となる光が照射される。このようなブリッジ回路で
は、一組辺と他組辺の光感応抵抗R(1、2)とR(3、4)は、
時間の経過とともに互いに逆相となる光が照射されるこ
とから、可逆的にその抵抗値を増減する。すなわち、一
組辺の光感応抵抗R(1、2)の抵抗値が減少すると、他組
辺の光感応抵抗R(3、4)のそれが増加する。そして、ブ
リッジ回路4の平衡がくずれ、他方の対角間(cd)の
上端側cを高電位、下端側dを低電位とした電位差を生
ずる。また、逆に、一組辺の光感応抵抗R(1、2)の抵抗
値が増加すると、他組辺の感応抵抗D(3、4)のそれが減
少する。そして、他方の対角間(cd)の上端側cを低
電位、下端側dを高電位とした電位差を生ずる。したが
って、ブリッジ回路4の他方の対角間(cd)には、第
6図に示したように、被測定直流電圧値に応じた交番電
圧が発生する。電圧センサ2は、ポッケルス効果(電界
に応じて屈折率変化を生ずる効果)を生ずる例えばLi
b3の電気光学素子からなる。電気光学素子は絶縁材
等に収容され、両主面の電極がブリッジ回路4の他方の
対角間(cd)に接続される。そして、前述した交番電
圧が印加される。また、電気光学素子には光ファイバ8
(ab)が接続され、交番電圧間を直交する方向に、光
源D5からの入射光を透過させる。そして、電気光学素
子のポッケルス効果により、出射光の偏光状態を交番電
圧に応じて異ならせる。計測部3は、このような偏光状
態の異なる出射光から、光電変換素子(フォトダイオー
ド等)PD等により、偏光状態に応じた検出電圧に変換
し、これから図示しない回路により被測定電圧の値を計
測する。
【0004】
【従来技術の問題点】しかしながら、上記構成の光方式
電圧測定装置では、ブリッジ回路4の各抵抗素子を光感
応抵抗R(1、2、3、4)とするため、光照射部には、4本の
光ファイバ7( a、b、c、d)と4つの光源D(1、2、3、4)及び駆
動回路を必要とする。したがって、部品点数を多くして
事故率を高めるとともに、消費電力も嵩むことから不経
済な問題があった。
【0005】
【発明の目的】本発明は、部品点数を減らして信頼性を
高めるとともに、経済的な光方式電圧測定装置を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【解決手段】本発明は、前述したブリッジ回路の一組辺
に設けられた抵抗素子の一方を固定抵抗、他方を光感応
抵抗とするとともに、他組辺に設けられた抵抗素子の一
方を固定抵抗、他方を光感応抵抗とし、かつ、前記一組
辺と他組辺の光感応抵抗には互いに逆相となる強度変調
された光を照射するようにしたことを解決手段とする。
以下、本発明の一実施例を説明する。
【0007】
【実施例】第1図は本発明の一実施例を説明する光方式
電圧測定装置の図で、同図(a)はブロック図、同図
(b)はブリッジ回路を主とした模式図である。なお、
前従来例図と同一部分には同番号を付与し、その説明は
簡略する。光方式電圧測定装置は、前述したように、被
測定直流電圧を交番電圧に変換するブリッジ回路10と
光照射部11からなる交直変換部12と、交番電圧を印
加されてポッケルス効果により出射光の偏光状態を異な
らせる電圧センサ2と、出射光の偏光状態から被測定直
流電圧の値を検出する計測部3からなる。この実施例で
は、ブリッジ回路10の一組辺に設けられる抵抗素子の
いずれか一方を光感応抵抗R1、他方を固定抵抗r1とす
る。そして、他組辺のいずれか一方を光感応抵抗R2
他方を固定抵抗r2とする。なお、光感応抵抗R(1、2)
固定抵抗r(1、2)はいずれも前述した水素化アモルファ
スシリコンから形成され、固定抵抗r(1、2)には光が照
射されないように遮光される。光照射部12は、光感応
素子R(1、2)に互いに逆相となるsinθ及びsin(θ+π)
で強度変調された光を照射する(第2図参照)。すなわ
ち、正弦波発振器の出力を直接、あるいはインバータに
より位相反転した出力を、駆動回路を経て光源D(1、2)
に印加し、その出射光を光ファイバ7(ab)により照
射する。このようなブリッジ回路10では、一組辺と他
組辺の光感応抵抗R(1、2)は、時間の経過とともに互い
に逆相となる光が照射されることから、前従来例同様に
可逆的にその抵抗値を増減する。そして、一方の対角の
上端側を低電位としたときに下端側を高電位とし、上端
側を高電位としたときに下端側を低電位とした電位差を
生ずる。したがって、ブリッジ回路10の他方の対角間
(cd)には、被測定直流電圧Eに応じた交番電圧が発
生する。
【0008】このような構成であれば、ブリッジ回路1
0の一組辺と他組辺の各二つの抵抗素子のうち、それぞ
れいずれか一方のみを光感応抵抗R(1、2)として、従来
例同様に他方の対角間(cd)に被測定直流電圧Eに応
じた交番電圧を得ることができる。したがって、光感応
抵抗R(1、2)の抵抗値を制御する光照射部11は、互い
に逆相とする二組の光源D(1、2)、駆動回路及び光ファ
イバがあればよく、部品点数を減らすことができる。し
たがって、事故率を低下して信頼性を高めるとともに、
消費電力も減じて経済的とする。
【0009】
【他の事項】上記実施例では、一組辺と他組辺のそれぞ
れ一方のみの抵抗素子を光感応抵抗R(1、2)としたの
で、いずれも光感応抵抗とした従来例に比し、一方の対
角間に発生する電位差は少なくなる。したがって、比測
定直流電圧に対する感度が損なわれる。このことから、
高感度を要求される場合には、光感応抵抗としての基板
に形成された水素化アモルファスシリコンの薄膜を、例
えばSF6としたガス中に密閉するとよい。その理由
は、第3図に示したように、SF6ガス中に密閉した場
合「曲線(イ)」には、空気中の場合「同(ロ)」よ
り、光強度に対する抵抗値の変化率が大きいので、一方
の対角間に発生する電位差を大きくできるからである。
そして、光感応抵抗あるいは固定抵抗は、水素化アモル
ファスシリコンからなるとしたが、これに限らず適用可
能な他の抵抗素子であってもよいことは勿論である。ま
た、本発明では、便宜上、測定の対象を直流電圧とした
が、電界を補足する集電電極を付加することにより直流
電界に対しても同様に計測できるもので、これを排除す
るものではない。
【0010】
【発明の効果】本発明は、前述したブリッジ回路の一組
辺に設けられた抵抗素子の一方を固定抵抗、他方を光感
応抵抗とするとともに、他組辺に設けられた抵抗素子の
一方を固定抵抗、他方を光感応抵抗とし、かつ、前記一
組辺と他組辺の光感応抵抗には互いに逆相となる強度変
調された光を照射するようにしたので、部品点数を減ら
して信頼性を高めるとともに、経済的な光方式電圧測定
装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【第1図】本発明の一実施例を説明する光方式電圧測定
装置の図で、同図(a)はブロック図、同図(b)はブ
リッジ回路を主とした模式図である。
【第2図】本発明の光源D(1、2)からの出射光の波形図
で、同図(a)は光源D1、同図(b)は光源D2の同波
形図である。
【第3図】本発明の変形例を説明するための光感応抵抗
の光強度に対する抵抗変化特性で、同図(イ)はSF6
ガスで密閉した場合、同図(ロ)は空気中の場合であ
る。
【第4図】従来例を説明する光方式電圧測定装置の図
で、同図(a)はブロック図、同図(b)はブリッジ回
路を主とした模式図である。
【第5図】従来例の光源D(1、2、3、4)からの出射光の波
形図で、同図(a)は光源D(1、4)、同図(b)は光源
(2、3)の同波形図である。
【第6図】ブリッジ回路の他方の対角間(cd)に発生
する交番電圧の図である。
【符号の説明】
1、12 交直変換部、2 電圧センサ、3 計測部、
4、10 ブリッジ回路、5、11 照射部、7 光フ
ァイバ.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 15/24 G01R 29/12 H01F 38/20 - 38/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各辺に抵抗素子を有するブリッジ回路の一
    方の対角間に測定すべき直流電圧を印加し、前記ブリッ
    ジ回路の抵抗素子の値を変化させて該ブリッジ回路の他
    方の対角間に交番電圧を生じさせ、前記他方の対角間に
    設けられた電気光学結晶のポッケルス効果を利用した電
    圧センサにより、前記直流電圧を計測する光方式直流電
    圧測定装置において、 前記ブリッジ回路の一組の対向辺に設けられた抵抗素子
    の一方を固定抵抗、他方を光により抵抗値の変化する光
    感応抵抗とするとともに、前記ブリッジ回路の他組の対
    向辺に設けられた抵抗素子の一方を固定抵抗、他方を光
    により抵抗値の変化する光感応抵抗とし、かつ、前記一
    組中の光感応抵抗と前記他組中の光感応抵抗とは互いに
    逆相となる強度変調された光を照射し、 前記ブリッジ回路の他方の対角間に交番電圧を発生させ
    たことを特徴とする光方式直流電圧測定装置。
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