JP3268587B2 - 電流の測定方法および測定装置 - Google Patents
電流の測定方法および測定装置Info
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- JP3268587B2 JP3268587B2 JP07471194A JP7471194A JP3268587B2 JP 3268587 B2 JP3268587 B2 JP 3268587B2 JP 07471194 A JP07471194 A JP 07471194A JP 7471194 A JP7471194 A JP 7471194A JP 3268587 B2 JP3268587 B2 JP 3268587B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電流の測定方法およ
び測定装置に関し、特に、電流磁界のファラデー効果を
利用する電流の測定方法および測定装置に関するもので
ある。
び測定装置に関し、特に、電流磁界のファラデー効果を
利用する電流の測定方法および測定装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】光の偏波面が磁界の作用により回転する
ファラデー効果を利用した電流の測定方法が知られてお
り、このような原理に基づく電流の測定方法において、
周回積分型の電流の測定方法は、被測定電流が流れてい
る導体の周辺を整数回周回させることにより、導体周辺
部の磁界の非一様性や被測定電流が流れている導体以外
に起因する磁界の影響を補償することができる有利性が
ある。
ファラデー効果を利用した電流の測定方法が知られてお
り、このような原理に基づく電流の測定方法において、
周回積分型の電流の測定方法は、被測定電流が流れてい
る導体の周辺を整数回周回させることにより、導体周辺
部の磁界の非一様性や被測定電流が流れている導体以外
に起因する磁界の影響を補償することができる有利性が
ある。
【０００３】また、ファラデー回転角の検出方法として
は、光軸を合わせることが容易なことから、光源を１つ
で構成することができる強度検出方法が望ましい。しか
しながら、このような強度検出方式の周回積分型の電流
測定方法には、以下に説明する技術的課題があった。
は、光軸を合わせることが容易なことから、光源を１つ
で構成することができる強度検出方法が望ましい。しか
しながら、このような強度検出方式の周回積分型の電流
測定方法には、以下に説明する技術的課題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、ファラデー
効果を利用する電流の測定方法において、強度検出方式
を採用すると、電流が零のときの偏光面に対して、±４
５°方位の偏光の強度Ｐｘ，Ｐｙは、電流を流したこと
にによるファラデー回転角をθとすると、Ｐｘ∝ｃｏｓ
（４５°−θ），Ｐｙ∝ｓｉｎ（４５°−θ）で表され
る。この式から判るように、±４５°を越えたファラデ
ー回転角に対して、同じＰｘ，Ｐｙを持つファラデー回
転角が±４５°以内に存在するため、ファラデー回転角
が±４５°を超えると、電流の測定ができなくなる。
効果を利用する電流の測定方法において、強度検出方式
を採用すると、電流が零のときの偏光面に対して、±４
５°方位の偏光の強度Ｐｘ，Ｐｙは、電流を流したこと
にによるファラデー回転角をθとすると、Ｐｘ∝ｃｏｓ
（４５°−θ），Ｐｙ∝ｓｉｎ（４５°−θ）で表され
る。この式から判るように、±４５°を越えたファラデ
ー回転角に対して、同じＰｘ，Ｐｙを持つファラデー回
転角が±４５°以内に存在するため、ファラデー回転角
が±４５°を超えると、電流の測定ができなくなる。
【０００５】ところで、周回積分型の電流の測定におい
ては、ファラデー回転角は、磁界の大きさ，光路のベル
デ定数，光路長さの積により決まる。従って、例えば、
外部磁界などの影響を除くために、ファラデーセンサ素
子の光路が導体を整数回周回するように設置したとき
に、光路長とベルデ定数とが一定であれば、被測定電流
として非常に大きな電流が流れると、ファラデー回転角
が４５°を超えてしまい、電流の測定ができなくなると
いう問題があった。
ては、ファラデー回転角は、磁界の大きさ，光路のベル
デ定数，光路長さの積により決まる。従って、例えば、
外部磁界などの影響を除くために、ファラデーセンサ素
子の光路が導体を整数回周回するように設置したとき
に、光路長とベルデ定数とが一定であれば、被測定電流
として非常に大きな電流が流れると、ファラデー回転角
が４５°を超えてしまい、電流の測定ができなくなると
いう問題があった。
【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、第一の目的は、大電流の測定
が可能になる電流の測定方法および測定装置を提供する
ことにある。また、第二の目的として、光弾性定数が小
さい鉛ガラスファイバーを使用したときに、ファイバー
の変形外力に対して安定した状態での測定が可能になる
電流の測定方法および測定装置を提供することにある。
てなされたものであって、第一の目的は、大電流の測定
が可能になる電流の測定方法および測定装置を提供する
ことにある。また、第二の目的として、光弾性定数が小
さい鉛ガラスファイバーを使用したときに、ファイバー
の変形外力に対して安定した状態での測定が可能になる
電流の測定方法および測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる電流の測定方法は、被測定電流が流
れている導体の外周を周回するように光路を形成し、前
記光路内に直線偏波光を通過させた際に、前記被測定電
流の磁界作用で回転する前記直線偏波光のファラデー回
転角を測定する電流の測定方法において、前記光路は、
コアおよびクラッドを有する光ファイバーで構成され、
前記光路を複数に分割し、各光路における前記ファラデ
ー回転角の積分値が４５°以下になるようにし、前記直
線偏波光を、前記分割された光路の一端から他端に伝播
した後に、前記他端側で反射させ、分割した前記光路の
ファラデー回転角の加算量に基づいて電流を測定するこ
とを特徴とする。
め、本発明にかかる電流の測定方法は、被測定電流が流
れている導体の外周を周回するように光路を形成し、前
記光路内に直線偏波光を通過させた際に、前記被測定電
流の磁界作用で回転する前記直線偏波光のファラデー回
転角を測定する電流の測定方法において、前記光路は、
コアおよびクラッドを有する光ファイバーで構成され、
前記光路を複数に分割し、各光路における前記ファラデ
ー回転角の積分値が４５°以下になるようにし、前記直
線偏波光を、前記分割された光路の一端から他端に伝播
した後に、前記他端側で反射させ、分割した前記光路の
ファラデー回転角の加算量に基づいて電流を測定するこ
とを特徴とする。
【０００８】前記コアおよびクラッドは、ＰｂＯとＳｉ
Ｏ2 とを主成分とする鉛ガラスから構成することができ
る。
Ｏ2 とを主成分とする鉛ガラスから構成することができ
る。
【０００９】また、前記鉛ガラスは、その光弾性定数を
１．０×１０-9〜−１．０×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇの範囲
内に設定することができる。また、本発明は、被測定電
流が流れている導体の外周に光路を周回させ、前記光路
内に直線偏波光を通過させた際に、前記被測定電流の磁
界作用で回転する前記直線偏波光のファラデー回転角を
測定する電流測定装置であって、前記光路は、複数本に
分割された光ファイバーで構成され、前記複数本の光フ
ァイバーは、それぞれ当該光ファイバー内における前記
直線偏波光のファラデー回転角の積分値が４５°以下に
なるように設定されており、前記光ファイバーには、前
記直線偏波光が一端から他端に伝播した後に、他端側で
反射させる反射手段が設けられ、前記光ファイバーのそ
れぞれの入射端側には、前記直線偏波光を発生する入射
系光学ユニットが設けられるとともに、出射端側には、
出射した光を分離して電気信号に変換するための出射系
光学ユニットが設けられ、各光ファイバーは、その一端
と隣接する他の光ファイバーの他端が、平面的に見て交
差するように配置されて前記導体を周回しており、前記
交差した部分に近接して前記入射系および出射系光学ユ
ニットが設けられていることを特徴とする。
１．０×１０-9〜−１．０×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇの範囲
内に設定することができる。また、本発明は、被測定電
流が流れている導体の外周に光路を周回させ、前記光路
内に直線偏波光を通過させた際に、前記被測定電流の磁
界作用で回転する前記直線偏波光のファラデー回転角を
測定する電流測定装置であって、前記光路は、複数本に
分割された光ファイバーで構成され、前記複数本の光フ
ァイバーは、それぞれ当該光ファイバー内における前記
直線偏波光のファラデー回転角の積分値が４５°以下に
なるように設定されており、前記光ファイバーには、前
記直線偏波光が一端から他端に伝播した後に、他端側で
反射させる反射手段が設けられ、前記光ファイバーのそ
れぞれの入射端側には、前記直線偏波光を発生する入射
系光学ユニットが設けられるとともに、出射端側には、
出射した光を分離して電気信号に変換するための出射系
光学ユニットが設けられ、各光ファイバーは、その一端
と隣接する他の光ファイバーの他端が、平面的に見て交
差するように配置されて前記導体を周回しており、前記
交差した部分に近接して前記入射系および出射系光学ユ
ニットが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
【作用】上記構成の電流の測定方法および測定装置によ
れば、直線偏波光が伝播する光路は、コアおよびクラッ
ドを有する光ファイバーで構成され、この光路を複数に
分割し、各光路における前記ファラデー回転角の積分値
が４５°以下になるようにし、分割した光路のファラデ
ー回転角を加算するので、被測定電流の大きさに対応し
て分割数を設定すると、任意の大きさ、例えば、電力系
統の事故電流のように１５０ｋＡといった非常に大きな
電流測定が可能になる。
れば、直線偏波光が伝播する光路は、コアおよびクラッ
ドを有する光ファイバーで構成され、この光路を複数に
分割し、各光路における前記ファラデー回転角の積分値
が４５°以下になるようにし、分割した光路のファラデ
ー回転角を加算するので、被測定電流の大きさに対応し
て分割数を設定すると、任意の大きさ、例えば、電力系
統の事故電流のように１５０ｋＡといった非常に大きな
電流測定が可能になる。
【００１１】
【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照して詳細に説明する。図１から図４は、本発明に
かかる電流の測定方法および測定装置の第１実施例を示
している。同図に示す方法は、本発明を交流電流の測定
に適用した場合であって、電流測定装置は、一対の光学
ユニット１と、被測定電流Ｉacが流れる導体２の外周を
周回する光路を形成する鉛ガラス光ファイバー３とから
概略構成されている。
を参照して詳細に説明する。図１から図４は、本発明に
かかる電流の測定方法および測定装置の第１実施例を示
している。同図に示す方法は、本発明を交流電流の測定
に適用した場合であって、電流測定装置は、一対の光学
ユニット１と、被測定電流Ｉacが流れる導体２の外周を
周回する光路を形成する鉛ガラス光ファイバー３とから
概略構成されている。
【００１２】鉛ガラス光ファイバー３は、導体２を中心
にして対向する位置で２分割された一対の第１および第
２光ファイバー３ａ，３ｂを有していて、各光ファイバ
ー３ａ，３ｂの周回端側に反射手段４が設けられてい
る。また、一対の第１および第２光ファイバー３ａ，３
ｂの配置状態は、一方の入射端と他方の反射端とが平面
的に見て交差するように配置され、この交差した部分に
近接して光学ユニット１がそれぞれ設けられている。
にして対向する位置で２分割された一対の第１および第
２光ファイバー３ａ，３ｂを有していて、各光ファイバ
ー３ａ，３ｂの周回端側に反射手段４が設けられてい
る。また、一対の第１および第２光ファイバー３ａ，３
ｂの配置状態は、一方の入射端と他方の反射端とが平面
的に見て交差するように配置され、この交差した部分に
近接して光学ユニット１がそれぞれ設けられている。
【００１３】なお、この鉛ガラス光ファイバー３の分割
状態は、光ファイバー３ａ，３ｂ中を伝播する直線偏波
光が被測定電流Ｉacによって受けるファラデー回転角θ
が実質的に４５°以上にならないように分割数が設定さ
れるものであって、必ずしも２分割を意味するものでは
ない。以下に示す表１は、ＰｂＯとＳｉＯ2 とを主成分
とする鉛ガラスにおいて、ファラデー回転角θが４５°
となる鎖交電流値を示している。
状態は、光ファイバー３ａ，３ｂ中を伝播する直線偏波
光が被測定電流Ｉacによって受けるファラデー回転角θ
が実質的に４５°以上にならないように分割数が設定さ
れるものであって、必ずしも２分割を意味するものでは
ない。以下に示す表１は、ＰｂＯとＳｉＯ2 とを主成分
とする鉛ガラスにおいて、ファラデー回転角θが４５°
となる鎖交電流値を示している。
【表１】 鉛ガラス光ファイバー３は、コアおよびクラッドを有
し、このコアおよびクラッドの組成比率が、重量％で ＳｉＯ2 ５〜２８％ Ｂ2 Ｏ2 ０〜１０％ Ａｌ2 Ｏ3 ０〜 ５％ 但し、ＳｉＯ2 ＋Ｂ2 Ｏ2 ＋Ａｌ2 Ｏ3 １６〜２８％ Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ ０．３〜２．５％ ＰｂＯ ６９．５〜８３．７％ の範囲内に含まれているものが望ましい。このような組
成比率に含まれている鉛ガラス光ファイバー３の具体的
な物性値の一例を以下の表２に示している。
し、このコアおよびクラッドの組成比率が、重量％で ＳｉＯ2 ５〜２８％ Ｂ2 Ｏ2 ０〜１０％ Ａｌ2 Ｏ3 ０〜 ５％ 但し、ＳｉＯ2 ＋Ｂ2 Ｏ2 ＋Ａｌ2 Ｏ3 １６〜２８％ Ｎａ2 Ｏ＋Ｋ2 Ｏ ０．３〜２．５％ ＰｂＯ ６９．５〜８３．７％ の範囲内に含まれているものが望ましい。このような組
成比率に含まれている鉛ガラス光ファイバー３の具体的
な物性値の一例を以下の表２に示している。
【表２】 なお、この実施例を含む以下の実施例では、光弾性定数
が０．４５ ×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇのものを使用した
が、これ以外に光弾性対数が０．８×１０-9ｃｍ2 ／ｋ
ｇのものと同−０．８×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇのものとに
ついて同等の評価をしたところ、測定値の安定性は、光
弾性定数が０．４５ ×１０-9ｃｍ2／ｋｇのものに比
較して僅かながら低下するものの、石英ガラスファイバ
に比べて遙に安定していることが確認できた。また、光
弾性定数が０．２ ×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇのものについ
て評価したところ、このものでは、光弾性定数が０．４
５ ×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇのものよりも測定値の安定性
が一層向上することも確認できた。
が０．４５ ×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇのものを使用した
が、これ以外に光弾性対数が０．８×１０-9ｃｍ2 ／ｋ
ｇのものと同−０．８×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇのものとに
ついて同等の評価をしたところ、測定値の安定性は、光
弾性定数が０．４５ ×１０-9ｃｍ2／ｋｇのものに比
較して僅かながら低下するものの、石英ガラスファイバ
に比べて遙に安定していることが確認できた。また、光
弾性定数が０．２ ×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇのものについ
て評価したところ、このものでは、光弾性定数が０．４
５ ×１０-9ｃｍ2 ／ｋｇのものよりも測定値の安定性
が一層向上することも確認できた。
【００１４】光学ユニット１の一例を図２に示してお
り、ユニット１は、光源１ａと、第１および第２偏光子
１ｂ，１ｃと、これらの偏光子１ｂ，１ｃが両端に固着
された偏波面保持光ファイバー１ｄとを有している。第
２偏光子１ｃの同一光軸上には、ビームスプリッタ１ｅ
を挟んで一対の第１および第２集光レンズ１ｆ，１ｇが
配置されており、これらの光学部品が入射系光学ユニッ
トとなっている。
り、ユニット１は、光源１ａと、第１および第２偏光子
１ｂ，１ｃと、これらの偏光子１ｂ，１ｃが両端に固着
された偏波面保持光ファイバー１ｄとを有している。第
２偏光子１ｃの同一光軸上には、ビームスプリッタ１ｅ
を挟んで一対の第１および第２集光レンズ１ｆ，１ｇが
配置されており、これらの光学部品が入射系光学ユニッ
トとなっている。
【００１５】ビームスプリッタ１ｅの側方には、ビーム
スプリッタ７のＳ偏波の方位に対して、光軸が一致する
ように配置された検光子１ｈが配置されていて、この検
光子１ｈの近傍には、一対の第３および第４集光レンズ
１ｉ，１ｊが配置されており、これらの光学部品が出射
系光学ユニットとなっている。 なお、偏波面保持光フ
ァイバー１ｄは、その主軸を第１および第２偏光子１
ｂ，１ｃ主軸と一致させるとともに、第１および第２偏
光子１ｂ，１ｃは、その方位をビームスプリッタ１ｅの
Ｓ偏波の方位に対して約４５°の方向に設定する。第３
および第４集光レンズ１ｉ，１ｊの近傍には、それぞれ
マルチモード光ファイバー１ｋ，１ｌの一端が配置さ
れ、各マルチモード光ファイバー１ｋ，１ｌの他端側
に、光電変換素子１ｍ，１ｎが接続されている。
スプリッタ７のＳ偏波の方位に対して、光軸が一致する
ように配置された検光子１ｈが配置されていて、この検
光子１ｈの近傍には、一対の第３および第４集光レンズ
１ｉ，１ｊが配置されており、これらの光学部品が出射
系光学ユニットとなっている。 なお、偏波面保持光フ
ァイバー１ｄは、その主軸を第１および第２偏光子１
ｂ，１ｃ主軸と一致させるとともに、第１および第２偏
光子１ｂ，１ｃは、その方位をビームスプリッタ１ｅの
Ｓ偏波の方位に対して約４５°の方向に設定する。第３
および第４集光レンズ１ｉ，１ｊの近傍には、それぞれ
マルチモード光ファイバー１ｋ，１ｌの一端が配置さ
れ、各マルチモード光ファイバー１ｋ，１ｌの他端側
に、光電変換素子１ｍ，１ｎが接続されている。
【００１６】そして、第２偏光子１ｃ，ビームスプリッ
タ１ｅ，検光子１ｈなどの主要構成部品は、ケース１ｏ
内に収納されている。光源１ａは、例えば、半導体レー
ザのように所定波長の光を発するものも使用できるが、
時間的コヒーレンスが低く、戻り光に影響されず、空間
的コヒーレンスが高いため、偏波面保持光ファイバー１
ｄに光を入射することができるスーパールミネッセント
ダイオードが望ましい。
タ１ｅ，検光子１ｈなどの主要構成部品は、ケース１ｏ
内に収納されている。光源１ａは、例えば、半導体レー
ザのように所定波長の光を発するものも使用できるが、
時間的コヒーレンスが低く、戻り光に影響されず、空間
的コヒーレンスが高いため、偏波面保持光ファイバー１
ｄに光を入射することができるスーパールミネッセント
ダイオードが望ましい。
【００１７】また、第１および第２偏光子１ｂ，１ｃ
は、光ファイバーの端面に直接接着固定することがで
き、小型化を促進するために積層型のもの、例えば、商
品名ラミポール（住友セメント株式会社製）を使用する
ことができる。ケース１ｏは、外力や温度変化に対して
変形しにくいものが望ましく、また、ビームスプリッタ
１ｅは、偏波の位相の飛びを防止する観点から蒸着膜が
ないものが望ましい。
は、光ファイバーの端面に直接接着固定することがで
き、小型化を促進するために積層型のもの、例えば、商
品名ラミポール（住友セメント株式会社製）を使用する
ことができる。ケース１ｏは、外力や温度変化に対して
変形しにくいものが望ましく、また、ビームスプリッタ
１ｅは、偏波の位相の飛びを防止する観点から蒸着膜が
ないものが望ましい。
【００１８】反射手段４は、反射膜を形成したミラーな
どを用いることもできるが、金属蒸着膜や誘電体多層膜
を鉛ガラス光ファイバー３の周回端面に直接形成するこ
とが、光ファイバー３の周回端側が太くならず、小型化
の上では望ましい。図３は、鉛ガラス光ファイバー３
ａ，３ｂの保護構造の一例を示している。同図に示した
保護構造は、ケース１ｏに穿設された貫通孔２０に嵌着
固定した両端が開口した金属スリーブ２１と、ケース１
ｏの外側に突出した金属スリーブ２１の一端に固着した
漏斗状金属スリーブ２２と、光ファイバー３ａ，３ｂが
緩く挿通される保護チューブ２３と、漏斗状金属スリー
ブ２２と保護チューブ２３との間に溶着される熱収縮チ
ューブ２４とから構成されている。
どを用いることもできるが、金属蒸着膜や誘電体多層膜
を鉛ガラス光ファイバー３の周回端面に直接形成するこ
とが、光ファイバー３の周回端側が太くならず、小型化
の上では望ましい。図３は、鉛ガラス光ファイバー３
ａ，３ｂの保護構造の一例を示している。同図に示した
保護構造は、ケース１ｏに穿設された貫通孔２０に嵌着
固定した両端が開口した金属スリーブ２１と、ケース１
ｏの外側に突出した金属スリーブ２１の一端に固着した
漏斗状金属スリーブ２２と、光ファイバー３ａ，３ｂが
緩く挿通される保護チューブ２３と、漏斗状金属スリー
ブ２２と保護チューブ２３との間に溶着される熱収縮チ
ューブ２４とから構成されている。
【００１９】保護チューブ２３は、例えば、シリコン樹
脂から形成され、鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂの直
径よりも大きな内周径を有し、光ファイバー３ａ，３ｂ
は、このチューブ２３内に緩く挿通されていて、例えば
ファイバー３ａ，３ｂを円周状に変形させる際などに、
このチューブ２３内において滑るようにして移動する。
このような保護構造に鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂ
をセットする際には、まず、光ファイバー３ａ，３ｂを
保護チューブ２３内に挿通し、その一端側に漏斗状金属
スリーブ２２と熱収縮チューブ２４とを挿通しておく。
脂から形成され、鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂの直
径よりも大きな内周径を有し、光ファイバー３ａ，３ｂ
は、このチューブ２３内に緩く挿通されていて、例えば
ファイバー３ａ，３ｂを円周状に変形させる際などに、
このチューブ２３内において滑るようにして移動する。
このような保護構造に鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂ
をセットする際には、まず、光ファイバー３ａ，３ｂを
保護チューブ２３内に挿通し、その一端側に漏斗状金属
スリーブ２２と熱収縮チューブ２４とを挿通しておく。
【００２０】そして、この状態で光ファイバー３ａ，３
ｂの一端を、ケース１ｏの貫通孔２０内に嵌着固定され
ている金属スリーブ２１内に挿通し、漏斗状金属スリー
ブ２２を金属スリーブ２１の端部に嵌合して、溶接など
により固定する。次に、熱収縮チューブ２４を所定の位
置に移動した後、加熱して溶着する。しかる後に、光フ
ァイバー３ａ，３ｂの一端に、その端面が露出するよう
にしてフェルール２５を固着し、金属スリーブ２１内に
接着剤を充填して固定する。
ｂの一端を、ケース１ｏの貫通孔２０内に嵌着固定され
ている金属スリーブ２１内に挿通し、漏斗状金属スリー
ブ２２を金属スリーブ２１の端部に嵌合して、溶接など
により固定する。次に、熱収縮チューブ２４を所定の位
置に移動した後、加熱して溶着する。しかる後に、光フ
ァイバー３ａ，３ｂの一端に、その端面が露出するよう
にしてフェルール２５を固着し、金属スリーブ２１内に
接着剤を充填して固定する。
【００２１】このような保護構造により鉛ガラス光ファ
イバー３ａ，３ｂをケース１ｏに固定すると、比較的脆
いファイバーを効果的に保護することができる。次に、
上記構成の電流測定装置による交流電流の測定方法につ
いて説明する。導体２には、所定周波数の被測定電流Ｉ
acが流れているものとすると、光源１ａから発射された
光は、偏波面保持光ファイバー１ｄ内を伝播し、第２偏
光子１ｃにより消光比の高い直線偏波光に変換されて、
ビームスプリッタ１ｅを介して鉛ガラス光ファイバー３
ａ，３ｂ内にそれぞれ導入される。
イバー３ａ，３ｂをケース１ｏに固定すると、比較的脆
いファイバーを効果的に保護することができる。次に、
上記構成の電流測定装置による交流電流の測定方法につ
いて説明する。導体２には、所定周波数の被測定電流Ｉ
acが流れているものとすると、光源１ａから発射された
光は、偏波面保持光ファイバー１ｄ内を伝播し、第２偏
光子１ｃにより消光比の高い直線偏波光に変換されて、
ビームスプリッタ１ｅを介して鉛ガラス光ファイバー３
ａ，３ｂ内にそれぞれ導入される。
【００２２】鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂ内に導入
された直線偏波光は、その後周回端側に向けて伝播し、
周回端側に設けられている反射手段４でそれぞれ反射し
た後、今度は、周回端側から入射端側に向けて伝播し、
これらの過程において、被測定電流Ｉacの作る磁界の作
用を受けて、その偏波面が被測定電流Ｉacの大きさに比
例して回転する。
された直線偏波光は、その後周回端側に向けて伝播し、
周回端側に設けられている反射手段４でそれぞれ反射し
た後、今度は、周回端側から入射端側に向けて伝播し、
これらの過程において、被測定電流Ｉacの作る磁界の作
用を受けて、その偏波面が被測定電流Ｉacの大きさに比
例して回転する。
【００２３】なお、このときの回転角度は、ファラデー
効果に基づくものであって、これをファラデー回転角θ
Ｉacで表す。以上のようにして、偏波面が回転させられ
た反射光は、その後ビームスプリッタ１ｅで取り出さ
れ、検光子１ｈによりファラデー回転角θＩacが光の強
度に変換されて、マルチモード光ファイバー１ｋ，１ｌ
を介して光電変換素子１ｍ，１ｎに導かれ電気信号Ｉ1,
Ｉ2 に変換される。
効果に基づくものであって、これをファラデー回転角θ
Ｉacで表す。以上のようにして、偏波面が回転させられ
た反射光は、その後ビームスプリッタ１ｅで取り出さ
れ、検光子１ｈによりファラデー回転角θＩacが光の強
度に変換されて、マルチモード光ファイバー１ｋ，１ｌ
を介して光電変換素子１ｍ，１ｎに導かれ電気信号Ｉ1,
Ｉ2 に変換される。
【００２４】 図４は、このような電流の測定方法で行
なわれる電流Ｉac, Ｉ1,Ｉ2 とファラデー回転角θＩac
との関係を示した図であって、被測定電流Ｉacが変化す
ると、光電変換素子１ｍ，１ｎの出力電流 Ｉ1,Ｉ2 が
これに比例して変化するので、出力電流 Ｉ1,Ｉ2 を求
めることにより被測定電流Ｉacの値が判る。 さて、以
上のような電流の測定方法および測定装置によれば、直
線偏波光が伝播する光路は、ファラデー回転角の積分値
が４５°以下になるように複数に分割できるので、被測
定電流の大きさに対応して導体を周回させるセンサの分
割数を設定し、各々のファラデー素子の出力の偏波面の
回転角を加算することにより、外部磁界の影響を打ち消
して任意の大きさの電流測定が可能になる。
なわれる電流Ｉac, Ｉ1,Ｉ2 とファラデー回転角θＩac
との関係を示した図であって、被測定電流Ｉacが変化す
ると、光電変換素子１ｍ，１ｎの出力電流 Ｉ1,Ｉ2 が
これに比例して変化するので、出力電流 Ｉ1,Ｉ2 を求
めることにより被測定電流Ｉacの値が判る。 さて、以
上のような電流の測定方法および測定装置によれば、直
線偏波光が伝播する光路は、ファラデー回転角の積分値
が４５°以下になるように複数に分割できるので、被測
定電流の大きさに対応して導体を周回させるセンサの分
割数を設定し、各々のファラデー素子の出力の偏波面の
回転角を加算することにより、外部磁界の影響を打ち消
して任意の大きさの電流測定が可能になる。
【００２５】特に、このような構成を採用すると、本実
施例のように直線偏波光を光ファイバー３ａ，３ｂ内で
往復させる場合には、光を透過させる場合の２倍のファ
ラデー回転が発生するので、電流の測定レンジが小さく
なることを効果的に防止できる。また、上記実施例の場
合には、被測定電流Ｉacが流れている導体２の外周に周
回され、直線偏波光の光路となる鉛ガラス光ファイバー
３ａ，３ｂは、光弾性定数が非常に小さいので、光弾性
効果の影響が非常に少なくなっているとともに、次のよ
うな顕著な効果が得られる。
施例のように直線偏波光を光ファイバー３ａ，３ｂ内で
往復させる場合には、光を透過させる場合の２倍のファ
ラデー回転が発生するので、電流の測定レンジが小さく
なることを効果的に防止できる。また、上記実施例の場
合には、被測定電流Ｉacが流れている導体２の外周に周
回され、直線偏波光の光路となる鉛ガラス光ファイバー
３ａ，３ｂは、光弾性定数が非常に小さいので、光弾性
効果の影響が非常に少なくなっているとともに、次のよ
うな顕著な効果が得られる。
【００２６】すなわち、被測定電流Ｉacが流れている導
体２の外周を周回するように形成された特定比率の鉛ガ
ラス光ファイバー３ａ，３ｂ内に入射した直線偏波光
は、光ファイバー３ａ，３ｂの周回端側で反射して、再
び光ファイバー３ａ，３ｂ内を伝播した後に出射する。
このとき、光ファイバー３ａ，３ｂの曲線の捩れに起因
する偏波の方位回転は、入射後に周回端側に向かう場合
と、周回端側から出射する場合では、その大きさが同じ
で方向が互いに異なった方向になる。従って、光ファイ
バー３内を伝播して出射した光には、捩れに起因する偏
波の方位回転が相殺されて全く含まれない。このため、
本実施例の測定方法では、外部から外力や振動を加えて
も測定値の変動が全く発生しない。
体２の外周を周回するように形成された特定比率の鉛ガ
ラス光ファイバー３ａ，３ｂ内に入射した直線偏波光
は、光ファイバー３ａ，３ｂの周回端側で反射して、再
び光ファイバー３ａ，３ｂ内を伝播した後に出射する。
このとき、光ファイバー３ａ，３ｂの曲線の捩れに起因
する偏波の方位回転は、入射後に周回端側に向かう場合
と、周回端側から出射する場合では、その大きさが同じ
で方向が互いに異なった方向になる。従って、光ファイ
バー３内を伝播して出射した光には、捩れに起因する偏
波の方位回転が相殺されて全く含まれない。このため、
本実施例の測定方法では、外部から外力や振動を加えて
も測定値の変動が全く発生しない。
【００２７】また、本実施例の電流の測定方法によれ
ば、永久磁石などの特別な手段を用いることなく光学的
バイアスを加えることができ、光学系が簡単になるとと
もに、鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂから出射した光
の２つの偏波成分をそれぞれ電気信号として取り出すこ
とができ、その後の演算処理が容易に行なえる。図５お
よび図６は、本発明の第２実施例を示している。同図に
示す電流の測定方法は、本発明を直流電流の測定に適用
した場合であり、上記実施例と同一若しくは相当する部
分には同一符号を付してその説明を省略するとともに、
以下にその特徴点についてのみ説明する。
ば、永久磁石などの特別な手段を用いることなく光学的
バイアスを加えることができ、光学系が簡単になるとと
もに、鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂから出射した光
の２つの偏波成分をそれぞれ電気信号として取り出すこ
とができ、その後の演算処理が容易に行なえる。図５お
よび図６は、本発明の第２実施例を示している。同図に
示す電流の測定方法は、本発明を直流電流の測定に適用
した場合であり、上記実施例と同一若しくは相当する部
分には同一符号を付してその説明を省略するとともに、
以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００２８】図５に示した電流の測定方法では、図１に
示した交流電流の測定装置に対して、出射系の第４集光
レンズ１ｉとマルチモード光ファイバー１ｌと光電変換
素子１ｎとを除去した光学ユニット１’を用い、鉛ガラ
ス光ファイバー３ａ，３ｂの一端側にそれぞれ偏波面変
調器５を設けている。この偏波面変調器５は、具体的に
は、鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂの外周に捲回され
たコイルから構成され、鉛ガラス光ファイバー３ａ，３
ｂ中を伝播する直線偏波光に所定の変調を加えるもので
あって、高周波電流ｉm が供給される。なお、この実施
例では、第１偏光子１ｂと偏波面保持光ファイバー１ｄ
および第２偏光子１ｃとの主軸はそれぞれ一致させると
ともに、第２偏光子１ｃの主軸は、ビームスプリッタ１
ｅに対して、Ｐ偏波成分の方位に一致させる。
示した交流電流の測定装置に対して、出射系の第４集光
レンズ１ｉとマルチモード光ファイバー１ｌと光電変換
素子１ｎとを除去した光学ユニット１’を用い、鉛ガラ
ス光ファイバー３ａ，３ｂの一端側にそれぞれ偏波面変
調器５を設けている。この偏波面変調器５は、具体的に
は、鉛ガラス光ファイバー３ａ，３ｂの外周に捲回され
たコイルから構成され、鉛ガラス光ファイバー３ａ，３
ｂ中を伝播する直線偏波光に所定の変調を加えるもので
あって、高周波電流ｉm が供給される。なお、この実施
例では、第１偏光子１ｂと偏波面保持光ファイバー１ｄ
および第２偏光子１ｃとの主軸はそれぞれ一致させると
ともに、第２偏光子１ｃの主軸は、ビームスプリッタ１
ｅに対して、Ｐ偏波成分の方位に一致させる。
【００２９】以上のように構成された装置で直流電流を
測定する際には、導体２に被測定電流Ｉdcが供給され
る。そして、光源１ａから発した光を第１偏光子１ｂ，
偏波面保持光ファイバー１ｄ，第２偏光子１ｃを経由し
て直線偏波光に変え、この直線偏波光を集光レンズ１
ｆ，１ｇとビームスプリッタ１ｅを介して、鉛ガラス光
ファイバー３ａ，３ｂに導入する。
測定する際には、導体２に被測定電流Ｉdcが供給され
る。そして、光源１ａから発した光を第１偏光子１ｂ，
偏波面保持光ファイバー１ｄ，第２偏光子１ｃを経由し
て直線偏波光に変え、この直線偏波光を集光レンズ１
ｆ，１ｇとビームスプリッタ１ｅを介して、鉛ガラス光
ファイバー３ａ，３ｂに導入する。
【００３０】直線偏波光は、鉛ガラス光ファイバー３
ａ，３ｂ中を往復伝播する過程で、被測定電流Ｉdcと変
調用高周波電流ｉm の両者によるファラデー回転を受け
る。このときのファラデー回転をθＩdcおよびθｉm と
すると、この実施例の場合にもこのファラデー回転角の
和が４５°以下になるように光ファイバー３ａ，３ｂの
分割数が設定される。そして、反射手段４から反射して
戻ってきた光を、ビームスプリッタ１ｅで受けて、検光
子１ｈに入射し、ビームスプリッタ１ｅのＳ偏波の方位
に等しい成分を信号として取り出す。
ａ，３ｂ中を往復伝播する過程で、被測定電流Ｉdcと変
調用高周波電流ｉm の両者によるファラデー回転を受け
る。このときのファラデー回転をθＩdcおよびθｉm と
すると、この実施例の場合にもこのファラデー回転角の
和が４５°以下になるように光ファイバー３ａ，３ｂの
分割数が設定される。そして、反射手段４から反射して
戻ってきた光を、ビームスプリッタ１ｅで受けて、検光
子１ｈに入射し、ビームスプリッタ１ｅのＳ偏波の方位
に等しい成分を信号として取り出す。
【００３１】得られた信号から変調用高周波電流ｉm の
周波数に等しい周波数成分と、その２倍周波数成分を取
り出し、両者の比から被測定電流Ｉdcの大きさを求め
る。図６は、このような過程における電流とファラデー
回転角との関係を示す特性図である。さて、以上のよう
な電流の測定方法によれば、直流電流が上記実施例で示
した交流電流と同様な作用効果を奏しながら測定できる
とともに、永久磁石などを用いなくても、クロスニコル
の偏光解析条件が容易に得られ、信号のＳ／Ｎ比を図る
上で有利となる。
周波数に等しい周波数成分と、その２倍周波数成分を取
り出し、両者の比から被測定電流Ｉdcの大きさを求め
る。図６は、このような過程における電流とファラデー
回転角との関係を示す特性図である。さて、以上のよう
な電流の測定方法によれば、直流電流が上記実施例で示
した交流電流と同様な作用効果を奏しながら測定できる
とともに、永久磁石などを用いなくても、クロスニコル
の偏光解析条件が容易に得られ、信号のＳ／Ｎ比を図る
上で有利となる。
【００３２】なお、この実施例では、ビームスプリッタ
１ｅとしては、単なる誘電体（ガラス板など）を用いる
よりも偏光ビームスプリッタを用いる方が信号レベルを
高くすることができる。
１ｅとしては、単なる誘電体（ガラス板など）を用いる
よりも偏光ビームスプリッタを用いる方が信号レベルを
高くすることができる。
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】なお、上記実施例では、周回積分型の光路
形成材として、特定組成比率の鉛光ファイバーを用いる
場合を例示したが、本発明の実施はこれに限定されるこ
とはなく、別構造の光ファイバーであってもよい。
形成材として、特定組成比率の鉛光ファイバーを用いる
場合を例示したが、本発明の実施はこれに限定されるこ
とはなく、別構造の光ファイバーであってもよい。
【００３７】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかる電流の測定方法および測定装置によれ
ば、電流の大きさにより制約がなく、非常に大きな直流
および交流電流の測定が可能になる。
本発明にかかる電流の測定方法および測定装置によれ
ば、電流の大きさにより制約がなく、非常に大きな直流
および交流電流の測定が可能になる。
【図１】本発明にかかる電流の測定方法の第１実施例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図２】図１の光学ユニットの詳細構成図である。
【図３】図１の要部拡大断面図である。
【図４】第１実施例の電流とファラデー回転角との関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
【図５】本発明にかかる電流の測定方法の第２実施例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図６】第２実施例の電流とファラデー回転角との関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 和夫 東京都昭島市武蔵野３丁目３番１号 ホ ーヤ株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−20157（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−209707（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 15/24
Claims (4)
- 【請求項１】 被測定電流が流れている導体の外周を周
回するように光路を形成し、前記光路内に直線偏波光を
通過させた際に、前記被測定電流の磁界作用で回転する
前記直線偏波光のファラデー回転角を測定する電流の測
定方法において、 前記光路は、コアおよびクラッドを有する光ファイバー
で構成され、 前記光路を複数に分割し、各光路における前記ファラデ
ー回転角の積分値が４５°以下になるようにし、前記直線偏波光を、前記分割された光路の一端から他端
に伝播した後に、前記他端側で反射させ、 分 割した前記光路のファラデー回転角の加算量に基づい
て電流を測定することを特徴とする電流の測定方法。 - 【請求項２】 前記コアおよびクラッドは、ＰｂＯとＳ
ｉＯ 2 とを主成分とする鉛ガラスからなることを特徴と
する請求項１載の電流の測定方法。 - 【請求項３】 前記鉛ガラスは、その光弾性定数を１．
０×１０ -9 〜−１．０×１０ -9 ｃｍ 2 ／ｋｇの範囲内に
設定したことを特徴とする請求項２記載の電流の測定方
法。 - 【請求項４】 被測定電流が流れている導体の外周に光
路を周回させ、前記光路内に直線偏波光を通過させた際
に、前記被測定電流の磁界作用で回転する前記直線偏波
光のファラデー回転角を測定する電流測定装置であっ
て、 前記光路は、複数本に分割された光ファイバーで
構成され、前記複数本の光ファイバーは、それぞれ当該
光ファイバー内における前記直線偏波光のファラデー回
転角の積分値が４５°以下になるように設定されてお
り、 前記光ファイバーには、前記直線偏波光が一端から他端
に伝播した後に、他端側で反射させる反射手段が設けら
れ、 前記光ファイバーのそれぞれの入射端側には、前
記直線偏波光を発生する入射系光学ユニットが設けられ
るとともに、出射端側には、出射した光を分離して電気
信号に変換するための出射系光学ユニットが設けられ、
各光ファイバーは、その一端と隣接する他の光ファイ
バーの他端が、平面的に見て交差するように配置されて
前記導体を周回しており、前記交 差した部分に近接して
前記入射系および出射系光学ユニットが設けられている
ことを特徴とする電流測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07471194A JP3268587B2 (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | 電流の測定方法および測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07471194A JP3268587B2 (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | 電流の測定方法および測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280850A JPH07280850A (ja) | 1995-10-27 |
| JP3268587B2 true JP3268587B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=13555088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07471194A Expired - Lifetime JP3268587B2 (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | 電流の測定方法および測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3268587B2 (ja) |
-
1994
- 1994-04-13 JP JP07471194A patent/JP3268587B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07280850A (ja) | 1995-10-27 |
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