JP3199670B2 - 光応用電流変成器 - Google Patents
光応用電流変成器Info
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Description
利用した電流変成器に係わり、特に、ファラデー効果を
有する磁気旋光体によって回転される偏光の回転角を検
出して、これによって磁界発生源である電流を測定する
電流変成器に関する。
つの光源を用いる光応用電流変成器(以下、光CT)が
提案されている。この方式では、光電変換部に混入する
2光波の要素を分離するために、バンドパスフィルタが
採用されている。
ンドパスフィルタで特定周波数を出力した後、交流/直
流変換して後段の信号処理回路へ信号を伝送している。
しかし、この信号処理方式では、交流/直流変換に時間
を要し、応答遅れが発生する。かつ2光波で信号応答を
一致させる必要から、低周波で強度変調している方の応
答遅れで光CTの応答特性が決定されるという性能上の
問題がある。原理的には、変調周波数を高くすることで
交流/直流変換での応答遅れを短くすることができる
が、温度依存性の小さいバンドパスフィルタを構成する
ことには限界がある。また、バンドパスフィルタを使用
した場合には、各変調周波数であるf1成分とf2成分
とが接近し過ぎると両者を精度よく分離できないという
問題がある。このように、従来方式の光CTでは、応答
特性として実用上の限界がある。
に鑑みて、応答特性を改善した光CTを提供することを
目的とするものである。
なる2つの偏光子間にファラデー回転子を配置した磁気
光学センサ部と、前記磁気光学センサ部に結合され、互
いに逆方向に入射する光と互いに逆方向に出射する光と
を伝送する光伝送部と、前記各入射する光を発光する光
源部と、前記各出射する光を光電変換する光電変換部
と、前記光電変換された各検出信号を演算して光量変化
を検出する信号処理部と、を備えた光応用電流変成器に
おいて、前記各光源部は、それぞれ異なる周波数で強度
変調された光を発光し、前記信号処理部は、前記検出す
べき周波数成分と同一の周波数成分を有する参照信号の
位相を調整する位相調整器と、前記光電変換された各検
出信号から、検出すべき周波数成分を有する検出信号と
前記参照信号とを乗算する乗算部と、前記各乗算部から
出力される前記検出すべき周波数成分の2倍の周波数成
分のみをそれぞれ交流/直流変換する交流/直流変換部
と、を備え、前記各交流/直流変換部から出力される信
号に基づいて光量変化を検出することを特徴とする。
において、前記各光源部から出射される光は、それぞれ
周波数f1=18〜24kHz、f2=30kHzで強
度変調されることを特徴とする。
1〜図5を用いて説明する。
成器の全体構成図である。
導体、2,2’は光ファイバ、3,3’は収束レンズ、
4,4’はファラデー回転子の両端に配置され、通過偏
光方向が互いに異なる2つの偏光子、5は通電導体1の
近傍に設けられるファラデー回転子、6は偏光子4,
4’とファラデー回転子5とでセンサ部を構成する周回
積分型光CTセンサ部、7,7’はLED(発光ダイオ
ード)等で構成される光源、8,8’は検出された偏光
を光電変換する光電変換部、9,9’は光源7,7’か
らの入射光と周回積分型光CTセンサ部6からの出射光
とを分岐する光分岐器、10はファラデー効果を受けた
偏光から光量変化を検出する信号処理回路、11,1
1’は光源7,7’を駆動し発光させるための電源であ
る。
を”偏光子”、光が出射する側の偏光子を”検光子”と
呼んでいるが、本実施形態では、2つの光が互いに逆方
向に進行するので、混乱を避けるために、偏光子4、偏
光子4’と呼称する。
1は光分岐器9に入射し、光ファイバ2および収束レン
ズ3を経由して偏光子4に入射し、出射した光J1’は
ファラデー回転子5に入射し、ファラデー回転子5内で
ファラデー効果により光量変化を受けて、偏光子4’か
ら出射する。偏光子4’から出射した光J1”は、収束
レンズ3’を経由して、光分岐器9’に入射し、光電変
換部8で光電変換される。
分岐器9’に入射し、光ファイバ2’および収束レンズ
3’を経由して偏光子4’に入射し、偏光子4’で偏光
された光J2’はファラデー回転子5に入射し、ファラ
デー回転子5内でファラデー効果により光量変化を受け
て、偏光子4から出射する。偏光子4から出射した光J
2”は、収束レンズ3および光ファイバ2を経由して、
光分岐器9に入射し、光電変換部8’で光電変換され
る。光電変換部8,8’で変換された信号は信号処理回
路10で所定の演算処理が行われ光量変化が検出され
る。
サ部6の構造を示す図である。
には通電導体1を貫通する貫通孔が設けられており、偏
光子4,4’からそれぞれ偏光されてファラデー回転子
5に入射した光J1’,J2’は、通電導体1の通電電
流によって磁界の発生しているファラデー回転子5中を
互いに逆方向を周回してそれぞれ偏光子4’,4から出
射するように構成されている。
との位置関係を説明するための拡大図であり、ハッチン
グした面が偏光子4および偏光子4’の誘電体多層膜で
あり、その通過偏光面は相対的に45度回転した位置関
係になっている。P,SはそれぞれP偏光、S偏光を表
す。
電源11,11’の詳細を図4に基づいて説明する。
12’はそれぞれ電源11,11’の直流電源、13,
13’はそれぞれ周波数f1および周波数f2の交流信
号V(f1),V(f2)から成る電源11,11’の
交流電源、14,14’は交流電源13,13’からそ
れぞれ出力される交流信号V(f1),V(f2)の位
相を調整するための位相調整回路、15,15’は光電
変換部8,8’から入力する検出信号と上記位相調整さ
れた参照信号とを乗算する乗算器、16,16’は乗算
器15,15’からそれぞれ出力される周波数2f1の
交流信号V(2f1)および周波数2f2の交流信号V
(2f1)のみを通過させるフイルター、17,17’
は交流信号V(2f1)、V(2f2)をそれぞれ直流
信号V1,V2に変換するAC/DC変換器、18はA
C/DC変換器17,17’からそれぞれ出力される直
流信号V1,V2を加算する加算器、19はAC/DC
変換器17,17’からそれぞれ出力される直流信号V
1,V2間で引算する引算器、20は引算器19から出
力される差信号V1−V2を加算器18から出力される
和信号V1+V2で除算する除算器である。なお、その
他の構成は図1に示すものと略同一であるので説明を省
略する。
1)から成る交流電源13を重畳した電源11によって
発光駆動される。同様に、光源7’も、直流電源12’
と交流信号V(f2)から成る交流電源13’を重畳し
た電源11’によって発光駆動される。光源7,7’か
らは一定光にそれぞれ周波数f1および周波数f2の光
が重畳された変調光が出射される。出射光は、上記に説
明したように、ファラデー回転子5においてファラデー
効果を受けて、光電変換器8,8’に入射される。光電
変換器8に入射された光は電気信号に変換され、位相調
整器14から出力される参照信号V(f1)と共に乗算
器15に入力される。同様に、光電変換器8’に入射さ
れた光は電気信号に変換され、位相調整器14’から出
力される参照信号V(f2)と共に乗算器15’に入力
される。ここで、光電変換器8から出力される電気信号
には、ファラデー効果を受けて検出された周波数f1成
分の他に、図1に示す光分岐器9’等からクロストーク
した周波数f2成分等が含まれる。そのため、乗算器1
5においてこれらの成分を含む電気信号と参照信号V
(f1)とを乗算すると、周波数2f1、周波数f1−
f2、周波数f1+f2の交流成分、直流成分等の信号
が生成される。同様に、乗算器15’から、周波数2f
2、周波数f2−f1、周波数f2+f1の交流成分、
直流成分等の信号が生成される。次に、乗算器15,1
5’から出力される信号をそれぞれ周波数2f1の交流
成分および周波数2f2の交流成分のみを通過させるフ
イルター16および16’を介してAC/DC変換器1
7および17’に入力させる。その結果、AC/DC変
換器17,17’からはそれぞれ、周波数2f1の交流
成分を直流に変換した直流信号V1、および周波数2f
2の交流成分を直流に変換した直流信号V2が出力され
る。加算器18では直流信号V1と直流信号V2を加算
して和信号V1+V2を得、また引算器19では直流信
号V1から直流信号V2を引算して差信号V1−V2を
得る。そして、除算器20において、差信号V1−V2
を和信号V1+V2で除算して、(V1−V2)/(V
1+V2)を得、これからファラデー効果による光量変
化のみを検出することができる。
の対比を示す特性図である。
数f1=24kHz、f2=30kHzの時の応答特
性、Bは本実施形態を適用した場合の変調周波数f1=
18kHz、f2=30kHzの時の応答特性、Cはバ
ンドパスフイルタを用いた従来技術を適用した場合の変
調周波数f1=18kHz、f2=30kHzの時の応
答特性である。
ンドパスフィルタを用いた場合では、応答特性Cに示す
ように、変調周波数として18kHzと30kHzの場
合で、応答速度が0.8msecであった。同じ変調周
波数で、本実施形態を適用した場合は、応答特性Bに示
すように応答時間が0.4msecとすることができ
た。これは乗算器15,15’によって検出信号を変調
周波数の2倍の周波数としたことにより、交流/直流変
換器17,17’でそれぞれ変換に要する時間を半減す
ることができたことによるものであり、それに伴って応
答時間を2倍速くすることができた。また本実施形態に
おいて、変調周波数を24kHzと30kHzとした場
合には、応答時間が0.3msecとすることができ、
従来のものと比べて大幅に応答特性を改善することがで
きた。
場合は、変調周波数f1とf2とを接近させるとバンド
パスフィルタの特性が重なりあって前記2成分の分離性
が悪くなるという欠点があったが、本実施例では問題と
ならない。
特性を大幅に改善することができるので、例えば、電力
機器の高精度の制御、保護のためには、応答時間が0.
5ms以内といわれる要求に十分に対応することができ
る。
れた電気信号の周波数を2倍の周波数に変換後、その2
倍の周波数成分を交流/直流に変換するように構成した
ので、光応用電流変成器の応答特性を大幅に改善するこ
とができる。
のブロック図である。
示す斜視図である
を説明するための拡大図である。
11’の詳細を示すブロック図である。
術に係わる光応用電流変成器との応答特性の対比を示す
特性図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 通過偏光方向が互いに異なる2つの偏光
子間にファラデー回転子を配置した磁気光学センサ部
と、 前記磁気光学センサ部に結合され、互いに逆方向に入射
する光と互いに逆方向に出射する光とを伝送する光伝送
部と、 前記各入射する光を発光する光源部と、 前記各出射する光を光電変換する光電変換部と、 前記光電変換された各検出信号を演算して光量変化を検
出する信号処理部と、を備えた光応用電流変成器におい
て、 前記各光源部は、それぞれ異なる周波数で強度変調され
た光を発光し、 前記信号処理部は、前記検出すべき周波数成分と同一の周波数成分を有する
参照信号の位相を調整する位相調整器と 、 前記光電変換された各検出信号から、検出すべき周波数
成分を有する検出信号と前記参照信号とを乗算する乗算
部と、 前記各乗算部から出力される前記検出すべき周波数成分
の2倍の周波数成分のみをそれぞれ交流/直流変換する
交流/直流変換部と、を備え、 前記各交流/直流変換部から出力される信号に基づいて
光量変化を検出することを特徴とする光応用電流変成
器。 - 【請求項2】 請求項1の記載において、前記各光源部
から出射される光は、それぞれ周波数f1=18〜24
kHz、f2=30kHzの周波数で強度変調されるこ
とを特徴とする光応用電流変成器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26981297A JP3199670B2 (ja) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | 光応用電流変成器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26981297A JP3199670B2 (ja) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | 光応用電流変成器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11109007A JPH11109007A (ja) | 1999-04-23 |
JP3199670B2 true JP3199670B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=17477523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26981297A Expired - Lifetime JP3199670B2 (ja) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | 光応用電流変成器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3199670B2 (ja) |
-
1997
- 1997-10-02 JP JP26981297A patent/JP3199670B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11109007A (ja) | 1999-04-23 |
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