JP3271117B2 - 電流センサ - Google Patents
電流センサInfo
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- JP3271117B2 JP3271117B2 JP51131293A JP51131293A JP3271117B2 JP 3271117 B2 JP3271117 B2 JP 3271117B2 JP 51131293 A JP51131293 A JP 51131293A JP 51131293 A JP51131293 A JP 51131293A JP 3271117 B2 JP3271117 B2 JP 3271117B2
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- Japan
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- optical fiber
- current sensor
- coil
- light
- beam splitter
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
- G01R15/245—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using magneto-optical modulators, e.g. based on the Faraday or Cotton-Mouton effect
- G01R15/246—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using magneto-optical modulators, e.g. based on the Faraday or Cotton-Mouton effect based on the Faraday, i.e. linear magneto-optic, effect
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はスパン複屈折光フィアバから成る検出素子を
使用した、導体を導通する電流を検出するためのセンサ
に関する。
使用した、導体を導通する電流を検出するためのセンサ
に関する。
光ファイバを使用した電流センサは高圧システム、例
えば発電及び配電システムのような高電圧システムにお
いて使用される。このようなセンサは導体を導通する電
流を測定するためにファラデー効果を利用しており、変
流器を組み入れた従来の測定装置と比較して利点を備え
ている。このセンサは軽量で、コンパクトで、製造コス
トが比較的低く、最も重要な点として電気的に絶縁され
ている。
えば発電及び配電システムのような高電圧システムにお
いて使用される。このようなセンサは導体を導通する電
流を測定するためにファラデー効果を利用しており、変
流器を組み入れた従来の測定装置と比較して利点を備え
ている。このセンサは軽量で、コンパクトで、製造コス
トが比較的低く、最も重要な点として電気的に絶縁され
ている。
光線が磁界の影響を受けると、光線の伝搬方向が磁界
と整列されて、右円偏波モードは左円偏波モードよりも
速く進行する。それによって位相ずれが生じ、偏波モー
ド相互間のファラデー効果と、位相ずれの度合いは磁界
強度に比例する。従って、位相ずれは磁界を生成する電
流に比例し、電流の大きさは位相ずれの度合いを測定す
ることによって推測できる。しかし、ファラデー効果は
弱く、測定可能な位相ずれを生ずるのに必要なファイバ
の長さを達成するには、導体に多くの巻き数の光ファイ
バを巻回しなければならない。
と整列されて、右円偏波モードは左円偏波モードよりも
速く進行する。それによって位相ずれが生じ、偏波モー
ド相互間のファラデー効果と、位相ずれの度合いは磁界
強度に比例する。従って、位相ずれは磁界を生成する電
流に比例し、電流の大きさは位相ずれの度合いを測定す
ることによって推測できる。しかし、ファラデー効果は
弱く、測定可能な位相ずれを生ずるのに必要なファイバ
の長さを達成するには、導体に多くの巻き数の光ファイ
バを巻回しなければならない。
スパン複屈折光ファイバは、通常の電気通信用の光フ
ァイバとは異なり偏波特性に重大の影響を及ぼさずに小
さい半径で巻回することができるので、巻き数が多いコ
イルを形成する上で利点がある。それによってコンパク
トな電流センサを製造し易くなる。しかし、スパン複屈
折光ファイバを使用することに起因する問題点は、この
ようなファイバの固有偏波モード間の位相ずれが温度と
共に変化することにある。温度が僅かに変化しても導体
を導通する電流の大きな変化と同様の位相ずれが生じ
る。一方では、スパン複屈折ファイバの温度に対する鋭
敏度を補償する多くの技術が提案されてきており、それ
には温度に対する鋭敏度が高い正共役リフレクタ（orth
oconjugate reflector）と後方反射を伴う広帯域システ
ムの導入が含まれる。
ァイバとは異なり偏波特性に重大の影響を及ぼさずに小
さい半径で巻回することができるので、巻き数が多いコ
イルを形成する上で利点がある。それによってコンパク
トな電流センサを製造し易くなる。しかし、スパン複屈
折光ファイバを使用することに起因する問題点は、この
ようなファイバの固有偏波モード間の位相ずれが温度と
共に変化することにある。温度が僅かに変化しても導体
を導通する電流の大きな変化と同様の位相ずれが生じ
る。一方では、スパン複屈折ファイバの温度に対する鋭
敏度を補償する多くの技術が提案されてきており、それ
には温度に対する鋭敏度が高い正共役リフレクタ（orth
oconjugate reflector）と後方反射を伴う広帯域システ
ムの導入が含まれる。
本発明は温度に対する鋭敏度の影響を縮減し、その構
造に応じて各種の用途で使用するのに適したコンパクト
な電流検出器を製造し易くすることを指向するものであ
る。
造に応じて各種の用途で使用するのに適したコンパクト
な電流検出器を製造し易くすることを指向するものであ
る。
簡略に述べると、本発明は導体と並列するように配置
されたスパンシングルモート複屈折光ファイバから成る
センサ素子を備えた、導体を導通する電流を検出するた
めのセンサを提供するものである。ビーム分割器が光フ
ァイバの端末と光学的に結合され、逆方向に伝搬する光
ビームが光ファイバの両端部に入射するように配置され
ている。光源がビーム分割器と光学的に結合され、逆方
向に伝搬する光ビームの偏波モード間の位相ずれを検出
するように配置された検出器がビーム分割器を介して光
ファイバの端末に光学的に結合されている。センサ素子
は軸方向に延びる導体の周囲に位置するように、光ファ
イバのコイルから成っていることが好ましい。しかし、
導体自体がコイルの形態である場合は、センサ素子は導
体内に軸方向に位置するようにされた光ファイバの延長
から成っているものでもよい。
されたスパンシングルモート複屈折光ファイバから成る
センサ素子を備えた、導体を導通する電流を検出するた
めのセンサを提供するものである。ビーム分割器が光フ
ァイバの端末と光学的に結合され、逆方向に伝搬する光
ビームが光ファイバの両端部に入射するように配置され
ている。光源がビーム分割器と光学的に結合され、逆方
向に伝搬する光ビームの偏波モード間の位相ずれを検出
するように配置された検出器がビーム分割器を介して光
ファイバの端末に光学的に結合されている。センサ素子
は軸方向に延びる導体の周囲に位置するように、光ファ
イバのコイルから成っていることが好ましい。しかし、
導体自体がコイルの形態である場合は、センサ素子は導
体内に軸方向に位置するようにされた光ファイバの延長
から成っているものでもよい。
センサはザグナック（sagnac）干渉計上でパターン形
成され、それによってコイルを形成するためにスパンシ
ングルモード複屈折光ファイバを使用できる。導体を導
通する電流の大きさは、センサを使用する際、逆方向に
伝搬する光ビームの偏波モード間の位相ずれの度合いの
尺度として判定される。
成され、それによってコイルを形成するためにスパンシ
ングルモード複屈折光ファイバを使用できる。導体を導
通する電流の大きさは、センサを使用する際、逆方向に
伝搬する光ビームの偏波モード間の位相ずれの度合いの
尺度として判定される。
センサは例えば故障状態でのアース導体における場合
のように、電流の有無を検出するためだけに利用しても
よい。しかし、好ましい形態でのセンサは導体内の電流
の大きさを検出するために使用でき、このような場合
は、センサは電流の大きさの測定、又は所定の大きさの
電流の有無の表示のために利用できる。
のように、電流の有無を検出するためだけに利用しても
よい。しかし、好ましい形態でのセンサは導体内の電流
の大きさを検出するために使用でき、このような場合
は、センサは電流の大きさの測定、又は所定の大きさの
電流の有無の表示のために利用できる。
ビーム分割器は温度に左右される補償変数の補償を導
入する必要をなくするために、温度安定性のリターディ
ション（retardance/遅延）を生ずるように選択される
ことが好ましい。そのため、ビーム分割器のリターディ
ションはコイル・ファイバのそれと比較して低くする必
要がある。
入する必要をなくするために、温度安定性のリターディ
ション（retardance/遅延）を生ずるように選択される
ことが好ましい。そのため、ビーム分割器のリターディ
ションはコイル・ファイバのそれと比較して低くする必
要がある。
ビーム分割器と光ファイバの端末との間の光学的結合
は、任意の所定の時点での光ファイバのコアと光線の偏
波との角度関係が光ファイバの両端で実質的に同一であ
るように行われることが好ましい。センサにこのような
特徴がない場合は、光源は短い波長の可干渉（コヒーレ
ント）光源である必要があろう。
は、任意の所定の時点での光ファイバのコアと光線の偏
波との角度関係が光ファイバの両端で実質的に同一であ
るように行われることが好ましい。センサにこのような
特徴がない場合は、光源は短い波長の可干渉（コヒーレ
ント）光源である必要があろう。
分光器は光ファイバ・カップラから、代表的には２＊
２カップラから成っていることが好ましいが、半銀付け
ミラーのようなバルクビーム分割器から成っているもの
でもよい。ビーム分割器は３＊３カップラから成ってい
ることが最も好ましく、導体を導通する電流の大きさと
方向を判定できるように光ファイバの端末には３個の検
出素子が結合されていることが好ましい。
２カップラから成っていることが好ましいが、半銀付け
ミラーのようなバルクビーム分割器から成っているもの
でもよい。ビーム分割器は３＊３カップラから成ってい
ることが最も好ましく、導体を導通する電流の大きさと
方向を判定できるように光ファイバの端末には３個の検
出素子が結合されていることが好ましい。
光源は通常は可干渉光又は準可干渉光の光源であり、
従って、通常は電流の大きさが測定されるレーザー、又
はスーパールミネセント・ダイオードのような準レーザ
ー装置から成っていることが一般的であろう。しかし、
例えば電流の有無だけを検出する場合のようなある用途
のセンサでは、光源は非干渉光の光源から成っているも
のでもよい。
従って、通常は電流の大きさが測定されるレーザー、又
はスーパールミネセント・ダイオードのような準レーザ
ー装置から成っていることが一般的であろう。しかし、
例えば電流の有無だけを検出する場合のようなある用途
のセンサでは、光源は非干渉光の光源から成っているも
のでもよい。
検出器はビーム分割器と直接、又は間接的に接続する
ことができ、検出器は干渉ビームの強度を測定する機能
を果たす装置の形態であることが好ましい。
ことができ、検出器は干渉ビームの強度を測定する機能
を果たす装置の形態であることが好ましい。
本発明は添付の図面を参照した電流センサの好ましい
実施例の以下の説明からより明解に理解されよう。
実施例の以下の説明からより明解に理解されよう。
第１図は電流センサと、この電流センサによって囲ま
れ、電流がそこを通って導通する導体部分との構成図で
ある。
れ、電流がそこを通って導通する導体部分との構成図で
ある。
第２図及び第３図は、双方ともビーム分割器として２
＊２カップラを含むセンサの別の実施例の概略図であ
る。
＊２カップラを含むセンサの別の実施例の概略図であ
る。
第４図は第２図と第３図に示したセンサ機構から出力
として導出された光信号を、センサによって検出された
導体電流の波形と共に示したグラフ解析図である。
として導出された光信号を、センサによって検出された
導体電流の波形と共に示したグラフ解析図である。
第５図はビーム分割器として３＊３カップラを含むセ
ンサの更に別の実施例の概略図である。
ンサの更に別の実施例の概略図である。
第６図は第５図に示したセンサ機構から出力として導
出された光信号を、センサによって検出された導体電流
の波形と共に示したグラフ解析図である。
出された光信号を、センサによって検出された導体電流
の波形と共に示したグラフ解析図である。
第７図はセンサのコイル部分がそこから巻回される光
ファイバの各端末間と、各端末でファイバのコアに入射
する光線の瞬間的偏波角との間の望ましい角度関係を示
したグラフである。
ファイバの各端末間と、各端末でファイバのコアに入射
する光線の瞬間的偏波角との間の望ましい角度関係を示
したグラフである。
図１及び図２に示すように、電流センサはスパンシン
グルモード複屈折光ファイバ11のコイル10を備えてい
る。コイル10は代表的には長さ50cm、直径10cmであり、
100m未満から最大500mまでの光ファイバが巻回される。
センサを使用する際にはコイル10は、電流が通常そこを
通って流れる導体12の回りに同心に巻回される。
グルモード複屈折光ファイバ11のコイル10を備えてい
る。コイル10は代表的には長さ50cm、直径10cmであり、
100m未満から最大500mまでの光ファイバが巻回される。
センサを使用する際にはコイル10は、電流が通常そこを
通って流れる導体12の回りに同心に巻回される。
コイル・ファイバは複屈折、又は応力複屈折ファイバ
（例えば楕円コア・ファイバ又は蝶ネクタイ形ファイ
バ）の形態のものでもよく、４マイクロメートル程度の
コア直径と、80マイクロメートル程度のクラッドの直径
を有する蝶ネクタイ形ファイバであることが好ましい。
更に、ファイバのスパン・ピッチ長は4.8mmであり、紡
がない状態のビート長さは2.4mmである。
（例えば楕円コア・ファイバ又は蝶ネクタイ形ファイ
バ）の形態のものでもよく、４マイクロメートル程度の
コア直径と、80マイクロメートル程度のクラッドの直径
を有する蝶ネクタイ形ファイバであることが好ましい。
更に、ファイバのスパン・ピッチ長は4.8mmであり、紡
がない状態のビート長さは2.4mmである。
固有リターディションが低い（すなわち約10゜未満）
２＊２溶融テーパ・カップラ13は、カップラのリード線
15とコイル・ファイバの端部との間の（前述のような）
撚り合わせ接続を可能にするコネクタ素子14によってコ
イル・ファイバ11の端末に撚り継ぎされる。
２＊２溶融テーパ・カップラ13は、カップラのリード線
15とコイル・ファイバの端部との間の（前述のような）
撚り合わせ接続を可能にするコネクタ素子14によってコ
イル・ファイバ11の端末に撚り継ぎされる。
レージング波長が670nmであるレーザー・ダイオード
の形式の光源16がカップラ13によってコイル・ファイバ
11の両端に結合され、光源への後方反射を防止するため
にアイソレータ17が備えられている。光源16からの光線
はカップラ13によって、コイル・ファイバ11のそれぞれ
の端部に入射する逆方向に伝搬する２つのビームに分割
される。
の形式の光源16がカップラ13によってコイル・ファイバ
11の両端に結合され、光源への後方反射を防止するため
にアイソレータ17が備えられている。光源16からの光線
はカップラ13によって、コイル・ファイバ11のそれぞれ
の端部に入射する逆方向に伝搬する２つのビームに分割
される。
検出器18はカップラ13を介してコイル・ファイバ11の
末端に光学的に結合されている。検出器はシリカ・フォ
トダイオードから成り、干渉ビームの強度を測定する機
能を果たす。このようにして、検出器は逆方向に伝搬す
るビームの偏波モード間の位相ずれを有効に検出する。
末端に光学的に結合されている。検出器はシリカ・フォ
トダイオードから成り、干渉ビームの強度を測定する機
能を果たす。このようにして、検出器は逆方向に伝搬す
るビームの偏波モード間の位相ずれを有効に検出する。
図５は光源16と検出器18とをコイル・ファイバ11の端
末に光学的に結合するために用いられる２個の２＊２カ
ップラ19及び20が使用されるセンサの別の機構を示して
いる。
末に光学的に結合するために用いられる２個の２＊２カ
ップラ19及び20が使用されるセンサの別の機構を示して
いる。
ビーム分割器として図２及び図３に示したような半銀
付けミラー又は２＊２カップラを使用すると、検出用に
２つの180゜変位したビームを利用でき、その一方は他
方から推測できるので、単一の検出器を使用するだけで
よい。しかし、図４に示すように、一方の光信号が最大
である場合、他方は最小であり、このような転換点では
電流の変化に伴う光線強度の変化率はゼロに降下する。
従って、センサは電流の僅かな変化には比較的鋭敏では
なくなる。更に、正弦光学応答のピーク値では電流の増
減によって光学的出力が低減するので、電流変化の方向
は不明確である。
付けミラー又は２＊２カップラを使用すると、検出用に
２つの180゜変位したビームを利用でき、その一方は他
方から推測できるので、単一の検出器を使用するだけで
よい。しかし、図４に示すように、一方の光信号が最大
である場合、他方は最小であり、このような転換点では
電流の変化に伴う光線強度の変化率はゼロに降下する。
従って、センサは電流の僅かな変化には比較的鋭敏では
なくなる。更に、正弦光学応答のピーク値では電流の増
減によって光学的出力が低減するので、電流変化の方向
は不明確である。
センサの更に別の好適な機構が図５に示されており、
この図は図４に関連して前述した問題点の少なくとも一
部を回避するセンサ機構を示している。図５に示した構
成では、単一の光源16からの光源をコイル・ファイバ11
の２つの端末に光学的に結合し、且つ、３個の検出素子
18A,18B及び18Cをコイル・ファイバの端末に結合するた
めに、２＊２カップラ21と３＊３カップラ22とが使用さ
れている。このように、コイルからの戻り光線が３つの
ファイバ間で分光され、この構成の主要な利点は、導体
12内の電流の全波形をコイル10の出力から再現できるこ
とにある。
この図は図４に関連して前述した問題点の少なくとも一
部を回避するセンサ機構を示している。図５に示した構
成では、単一の光源16からの光源をコイル・ファイバ11
の２つの端末に光学的に結合し、且つ、３個の検出素子
18A,18B及び18Cをコイル・ファイバの端末に結合するた
めに、２＊２カップラ21と３＊３カップラ22とが使用さ
れている。このように、コイルからの戻り光線が３つの
ファイバ間で分光され、この構成の主要な利点は、導体
12内の電流の全波形をコイル10の出力から再現できるこ
とにある。
このように、図６のグラフ解析図に示したように、導
体を導通する電流のどの瞬間値においても、コイルから
の出力信号の一つは光線強度が電流の変化と共に急速に
変化する領域内にある。それによって電流の方向と大き
さとを導出することができる。
体を導通する電流のどの瞬間値においても、コイルから
の出力信号の一つは光線強度が電流の変化と共に急速に
変化する領域内にある。それによって電流の方向と大き
さとを導出することができる。
図５に示すように、３個の検出素子18A,18B及び18Cか
らの出力は、信号を光源16のレーザー出力に対して規準
化するために使用されたアナログ分割器23に供給され
る。次にフリンジ（fringe）のカウントが弁別器と、組
合せ論理素子24とを用いてなされ、これらはフリンジを
カウントし、フリンジ補間のための最適な領域を選択す
るために備えられる。弁別器はフリンジごとの所定のパ
ルスを供給し、弁別器がトリガする順序は電流の方向に
よって左右される。この情報からフリンジの計数によっ
て電流の粗測定に対応する８ビット数が生成される。各
フリンジ部分内の精密解像度は、非同期タイミングネッ
トワーク26によって選択されたフリンジ上の電圧を測定
するアナログ−ディジタル（A/D）変換器25によって付
与される。A/D変換器は信号の全電圧範囲にわたる所定
数の量子化レベルを有し、これらのレベルの大部分は補
間が行われる弁別器のレベル内にある。フリンジ・カウ
ント回路とA/D変換器からの出力は探索テーブル27に送
られ、そこから16ビットの解像度と直線性を有する出力
が導出される。
らの出力は、信号を光源16のレーザー出力に対して規準
化するために使用されたアナログ分割器23に供給され
る。次にフリンジ（fringe）のカウントが弁別器と、組
合せ論理素子24とを用いてなされ、これらはフリンジを
カウントし、フリンジ補間のための最適な領域を選択す
るために備えられる。弁別器はフリンジごとの所定のパ
ルスを供給し、弁別器がトリガする順序は電流の方向に
よって左右される。この情報からフリンジの計数によっ
て電流の粗測定に対応する８ビット数が生成される。各
フリンジ部分内の精密解像度は、非同期タイミングネッ
トワーク26によって選択されたフリンジ上の電圧を測定
するアナログ−ディジタル（A/D）変換器25によって付
与される。A/D変換器は信号の全電圧範囲にわたる所定
数の量子化レベルを有し、これらのレベルの大部分は補
間が行われる弁別器のレベル内にある。フリンジ・カウ
ント回路とA/D変換器からの出力は探索テーブル27に送
られ、そこから16ビットの解像度と直線性を有する出力
が導出される。
前述の各センサ機構において、コイル・ファイバに入
射する各々の光ビームは２つの楕円偏波モードから成っ
ている。これらのモードは異なる位相速度を有し、これ
らの位相速度は曲折又はファラディ回転によって生じる
ような僅かな付加的な複屈折がある場合に保存され、更
にこの点に関して、前記モードの性状は直線的な複屈折
ファイバでのモードと同じである。しかし、直線的な複
屈折ファイバの場合とは異なり、これらのモードの偏波
は一定ではない。何故ならば、偏波モードの楕円率は一
定であるが、それらの楕円率の長軸の配向はファイバに
沿って周期的に変化するからである。
射する各々の光ビームは２つの楕円偏波モードから成っ
ている。これらのモードは異なる位相速度を有し、これ
らの位相速度は曲折又はファラディ回転によって生じる
ような僅かな付加的な複屈折がある場合に保存され、更
にこの点に関して、前記モードの性状は直線的な複屈折
ファイバでのモードと同じである。しかし、直線的な複
屈折ファイバの場合とは異なり、これらのモードの偏波
は一定ではない。何故ならば、偏波モードの楕円率は一
定であるが、それらの楕円率の長軸の配向はファイバに
沿って周期的に変化するからである。
温度により誘発される偏波モード相互間の位相ずれに
起因する前述の問題点は、本発明のセンサでは逆方向に
伝搬する光ビームE+とE-の結果として解消される。温度
による影響の回避は、各方向ごとに一つの偏波モードだ
けを考察することによって最も容易に理解され、更に、
明解にするために、ファイバが右撚りのスピンピッチを
有し、且つ逆方向に伝搬する右楕円モードER+とER-だけ
が励磁されるものと想定する。温度が上昇すると双方の
右楕円モードの位相速度が同様に上昇する。これらの楕
円モードがその出力で互いに干渉しても、それらの相対
的な位相は不変のままに留まり、従って複合波の振幅も
不変である。このように、検出器での光線強度は温度の
変化によって影響されない。
起因する前述の問題点は、本発明のセンサでは逆方向に
伝搬する光ビームE+とE-の結果として解消される。温度
による影響の回避は、各方向ごとに一つの偏波モードだ
けを考察することによって最も容易に理解され、更に、
明解にするために、ファイバが右撚りのスピンピッチを
有し、且つ逆方向に伝搬する右楕円モードER+とER-だけ
が励磁されるものと想定する。温度が上昇すると双方の
右楕円モードの位相速度が同様に上昇する。これらの楕
円モードがその出力で互いに干渉しても、それらの相対
的な位相は不変のままに留まり、従って複合波の振幅も
不変である。このように、検出器での光線強度は温度の
変化によって影響されない。
しかし、磁界は逆方向に伝搬するビームに異なる影響
を及ぼすので、センサはファラディ効果により磁界に対
して鋭敏な状態に留まる。磁界強度の増大によって磁界
の方向に進行するモードの位相速度は高まり、磁界と逆
方向に進行する偏波モードの速度は低下する。偏波モー
ドは出力でビートが生じ、従って電流の大きさを磁界に
よって誘発された位相ずれの尺度として判定することが
できる。
を及ぼすので、センサはファラディ効果により磁界に対
して鋭敏な状態に留まる。磁界強度の増大によって磁界
の方向に進行するモードの位相速度は高まり、磁界と逆
方向に進行する偏波モードの速度は低下する。偏波モー
ドは出力でビートが生じ、従って電流の大きさを磁界に
よって誘発された位相ずれの尺度として判定することが
できる。
同様にして、右モードEL+とEL-だけが励磁されると、
出力はこの場合も温度変化による影響は受けず、磁界に
対して鋭敏な状態に留まる。
出力はこの場合も温度変化による影響は受けず、磁界に
対して鋭敏な状態に留まる。
絶縁された双方の偏波モードが上記のような性状を有
しているので、同じモードが双方の方向に同程度に励磁
されると、温度の変化による影響を更に除去できる。こ
れが可能であるのは、コイル・ファイバ11の２つの端末
に入射した光線の偏波の楕円率が同一であり、且つファ
イバの端面に対する配向が同じである場合である。この
状態が図７に示されており、この図はファイバ11の各端
末でのコアの長軸間の角度と、入射光線の偏波角とが同
一である角度θを示している。このように、２＊２カッ
プラとコイル・ファイバの端末との光学的結合は、コイ
ル・ファイバのコアと光線の偏波との角度関係がファイ
バの両端でどの時点でも同一であるように構成されてい
る。
しているので、同じモードが双方の方向に同程度に励磁
されると、温度の変化による影響を更に除去できる。こ
れが可能であるのは、コイル・ファイバ11の２つの端末
に入射した光線の偏波の楕円率が同一であり、且つファ
イバの端面に対する配向が同じである場合である。この
状態が図７に示されており、この図はファイバ11の各端
末でのコアの長軸間の角度と、入射光線の偏波角とが同
一である角度θを示している。このように、２＊２カッ
プラとコイル・ファイバの端末との光学的結合は、コイ
ル・ファイバのコアと光線の偏波との角度関係がファイ
バの両端でどの時点でも同一であるように構成されてい
る。
これは撚り継ぎする前にファイバの端末を入念に整列
せしめることによって達成できるが、実際には、前述し
たように、ファイバの端面がカップラからの光線の偏波
と整列されるようにカップラのリード線がコイル・ファ
イバと撚り継ぎされる位置で継ぎ目全体を撚るだけで行
うほうが簡単で確実である。継ぎ目を撚ることによって
カップラのリード線に付加的な小さい環状の複屈折が生
ずるので、偏波状態のファイバの端面の配向とを単に比
較する場合に通常必要であるよりも約10％多く継ぎ目を
撚らなければならない。
せしめることによって達成できるが、実際には、前述し
たように、ファイバの端面がカップラからの光線の偏波
と整列されるようにカップラのリード線がコイル・ファ
イバと撚り継ぎされる位置で継ぎ目全体を撚るだけで行
うほうが簡単で確実である。継ぎ目を撚ることによって
カップラのリード線に付加的な小さい環状の複屈折が生
ずるので、偏波状態のファイバの端面の配向とを単に比
較する場合に通常必要であるよりも約10％多く継ぎ目を
撚らなければならない。
カップラからの光線の偏波が双方向で同じ角度で整列
されない場合は、一方の方向に伝搬する右楕円モードの
一部が別の方向に伝搬する左楕円モードを干渉し、この
干渉は温度変化に鋭敏である。
されない場合は、一方の方向に伝搬する右楕円モードの
一部が別の方向に伝搬する左楕円モードを干渉し、この
干渉は温度変化に鋭敏である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−172557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−317713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−263470（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 15/24 G01J 9/02 G01R 19/00
Claims (11)
- 【請求項１】電流センサにおいて、 電流を導通する導体（12）の周辺に配置されて使用され
るシングルモード複屈折光ファイバのコイル（10）から
成るセンサ素子と、 前記コイル（10）を形成する光ファイバ（11）内に光を
発するように配置された光源（16）と、 前記光源（16）と前記コイル（10）を形成する前記光フ
ァイバ（11）の端末とに光学的に結合されたビーム分割
器（13）と、 前記ビーム分割器（13）を介して前記光ファイバの端末
に光学的に結合された検出器（18）と、 を備え、 前ビーム分割器（13）は、前記光ファイバ（11）の端末
を介して前記コイル（10）内に逆方向に伝搬する光ビー
ムを入射させるべく前記光源（16）からの光を分割し、
かつ、前記光ファイバ（11）の端末から来る前記逆方向
に伝搬する光ビームを結合するように構成されてなり、
前記検出器（18）は、前記逆方向に伝搬する光ビームの
偏波モード間の位相ずれを検出するように構成されてな
り、前記導体を通じて流れる電流を表示するもの、 において、 （ａ）前記光ファイバ（11）はスパンシングルモード複
屈折光ファイバであり、かつ、 （ｂ）前記光ファイバの端末における前記逆方向に伝搬
する光ビームの種々の楕円モード間の干渉が最少化さ
れ、それによって前記検出器の温度感度を減少させる、 ようにしてなることを特徴とする電流センサ。 - 【請求項２】前記ビーム分割器（13）が前記光ファイバ
と比較してリターディションが低くなるように選択され
ることを特徴とする請求の範囲１に記載の電流センサ。 - 【請求項３】前記ビーム分割器（13）と前記光ファイバ
（11）の端末との光学的結合が、光ファイバのコアと光
線の偏波との角度関係（θ）がその光ファイバの両端部
でどの時点でも実質的に同一であるようになされること
を特徴とする請求の範囲１又は２に記載の電流センサ。 - 【請求項４】前記光源（16）が可干渉光又は準可干渉光
の光源であることを特徴とする請求の範囲１から３のう
ちいずれか１つに記載の電流センサ。 - 【請求項５】前記光ファイバ（11）がスパン応力複屈折
ファイバであることを特徴とする請求の範囲１から４の
うちいずれか１つに記載の電流センサ。 - 【請求項６】前記光ファイバ（11）がスパン形式の複屈
折ファイバであることを特徴とする請求の範囲１から４
のうちいずれか１つに記載の電流センサ。 - 【請求項７】前記ビーム分割器（13）が２＊２光カップ
ラから成ることを特徴とする請求の範囲１から６のうち
いずれか１つの記載の電流センサ。 - 【請求項８】前記ビーム分割器（13）が３＊３光カップ
ラ（22）から成るとともに、少なくとも２個の検出器
（18）がその光カップラ（22）によって前記光ファイバ
（11）の端末に結合されていることを特徴とする請求の
範囲１から６のうちいずれか１つに記載の電流センサ。 - 【請求項９】前記光源（16）が２＊２光カップラ（21）
を介して前記ビーム分割器（前記３＊３光カップラ）22
に結合され、２個の検出器（18）が前記３＊３光カップ
ラ（22）の２個の周辺のそれぞれと直接結合されるとと
もに、第３の検出器（18）が前記２＊２光カップラ（2
1）の一つの周辺と直接結合されることを特徴とする請
求の範囲８記載の電流センサ。 - 【請求項１０】前記検出器が前記ビーム分割器（13）に
おける前記逆方向に伝搬する光ビームの干渉から生じる
ビームの強度をあらわす出力を供給するように構成され
たことを特徴とする請求の範囲１から９のうちいずれか
１つに記載の電流センサ。 - 【請求項１１】前記センサ素子を横切る光の楕円モード
の操作手段がその間の干渉を最少化するように配置され
てなることを特徴とする請求の範囲１から10のうちいず
れか１つに記載の電流センサ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU0193 | 1991-12-24 | ||
| AUPL019391 | 1991-12-24 | ||
| PCT/AU1992/000680 WO1993013428A1 (en) | 1991-12-24 | 1992-12-22 | Current sensor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07502596A JPH07502596A (ja) | 1995-03-16 |
| JP3271117B2 true JP3271117B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=3775914
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP51131293A Expired - Lifetime JP3271117B2 (ja) | 1991-12-24 | 1992-12-22 | 電流センサ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0619021B1 (ja) |
| JP (1) | JP3271117B2 (ja) |
| AT (1) | ATE216084T1 (ja) |
| AU (1) | AU670255B2 (ja) |
| CA (1) | CA2117344C (ja) |
| DE (1) | DE69232546T2 (ja) |
| WO (1) | WO1993013428A1 (ja) |
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| AUPN329295A0 (en) * | 1995-05-31 | 1995-06-22 | University Of Sydney, The | Fibre optic transducer |
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| US4545682A (en) * | 1983-08-11 | 1985-10-08 | The Singer Company | Optical gyroscope |
| GB8612190D0 (en) * | 1986-05-20 | 1986-07-16 | Qian J R | Optical fibre apparatus |
| FR2616538B1 (fr) * | 1987-06-11 | 1989-09-01 | Alsthom | Systeme interferometrique a fibre optique de type sagnac |
| WO1989011110A1 (en) * | 1988-05-12 | 1989-11-16 | The Commonwealth Of Australia Of Department Of Def | An interferometric fibre optic network |
| US4904931A (en) * | 1988-09-28 | 1990-02-27 | Westinghouse Electric Corp. | Electro-optical voltage measuring system incorporating a method and apparatus to derive the measured voltage waveform from two phase shifted electrical signals |
| GB9100924D0 (en) * | 1991-01-16 | 1991-02-27 | Rogers Alan J | Interference-free optical-fibre current measurement |
-
1992
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- 1992-12-22 DE DE69232546T patent/DE69232546T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-22 AU AU32513/93A patent/AU670255B2/en not_active Expired
- 1992-12-22 WO PCT/AU1992/000680 patent/WO1993013428A1/en active IP Right Grant
- 1992-12-22 JP JP51131293A patent/JP3271117B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-22 CA CA002117344A patent/CA2117344C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-22 EP EP93901065A patent/EP0619021B1/en not_active Expired - Lifetime
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