JP3524991B2 - 電流センサ用光ファイバの固定構造体 - Google Patents

電流センサ用光ファイバの固定構造体

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JP3524991B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電流センサ用光
ファイバの固定構造体に関し、特に、この種の電流セン
サの測定精度を向上させる固定構造体に関するものであ
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、被測定電流が流れている導体の外周を周回する光路
に光ファイバを採用した構成が、例えば、特開昭62−
161059号公報に開示されている。ところで、この
ような光ファイバ型電流センサを被測定電流が流れてい
る電流の外周に設置する場合には、外部磁界の影響を受
けないように、導体の周囲を光ファイバセンサで周回さ
せることが望ましい。
【0003】そこで、本発明者らは、円環状の枠体を導
体の外周に設置し、この枠体に光ファイバセンサを固定
する構造を開発し、平成7年に行なわれた電気学会全国
大会で発表した。図12には、この学会で発表した光フ
ァイバ型電流センサの具体的な構造が示されている。同
図において、符号1で示した部材が鉛ガラス製の光ファ
イバセンサであり、このセンサ1は、導体(図示省略)
の外周に設置された円環状の枠体2の外周に周回するよ
うに配置されている。
【0004】取付台3は、枠体2の外周側面に一体的に
固設されていて、偏光子4と光学箱5とが取付台3に保
持されている。偏光子4は、光ファイバセンサ1に直線
偏光光を導くものであって、その出射端側が光ファイバ
センサ1の入射端1aに接続されているとともに、偏光
子4の入射端側には、外部から偏光子4に光を導く入力
側光ファイバ6が配置されている。
【0005】光学箱5には、偏光面の回転を光の強度に
変換するための検光子やプリズムなどが内蔵されている
とともに、これらの情報が含まれている光信号を外部に
抽出する出力側光ファイバ7が接続されている。ところ
が、このような構成の光ファイバセンサ1の固定構造に
は、以下に説明する技術的な課題が存在していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記構成の
光ファイバセンサ1の固定構造では、偏光子4は、ホル
ダーを含めると比較的長いものであり、また、光学箱5
は、その中心近傍に光ファイバセンサ1の出射端1b側
の接続部分が設けられているので、光ファイバセンサ1
の入,出射端1a,1bは、枠体2の外周から離間した
位置まで導く必要がある。
【0007】この場合、取付台3の周端側の形状を枠体
2の曲率に倣うように形成することが難しいことと、鉛
ガラス製の光ファイバセンサ1の強度に限界があるの
で、これを大きな力で引っ張りながら配置すると切断す
る恐れがあることに起因して、光ファイバセンサ1が、
取付台3と枠体2との接合部の近傍や、光学箱5から取
付台3に至る間で浮いていた。
【0008】光ファイバセンサ1にこのような浮きがあ
ると、振動などの外力が加わった際にその物理的な形状
が変化し、測定精度が低下するという問題が発生する。
つまり、この種の光ファイバ型電流センサでは、ファラ
デー効果による偏波面の回転を検出して電流の大きさを
測定するが、光ファイバセンサ1の物理的な形状が変化
した場合にも偏波面が回転し、この回転がファラデー効
果によるものと、センサ1の物理的な形状変化によるも
のとの区別が困難なため、誤差の原因となる。
【0009】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、その目的とするところは、物
理的な形状変化が防止できる電流センサ用光ファイバの
固定構造体を提供することにある。また、別の目的とし
て、過大な力が加わることを防止できる電流センサ用光
ファイバの固定構造体を提供することにある。さらに、
別の目的として、外部磁界の影響が完全に排除できる電
流センサ用光ファイバの固定構造体を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第一発明は、被測定電流が流れる導体の外周に、こ
れを取り巻くように設置される環状の枠体と、この枠体
の外周に沿って周回状に捲回される光ファイバセンサ
と、この光ファイバセンサの両端に光学的に接続される
光学部品とを備えた光ファイバ型電流センサにおいて、
前記枠体の外周に前記光学部品の取付台を固設し、この
取付台で、前記光ファイバセンサが前記枠体の外周から
離間して前記光学部品との接続部に至る少なくとも入,
出射端近傍部を、前記枠体の軸と直交する方向から挟持
するようにした。この構成の固定構造体によれば、入,
出射端近傍部に振動などの外力が加えられたときに、こ
の部分の物理的な変形が防止される。前記第一発明で
は、前記取付台に、前記入,出射端近傍部を収容し、こ
の近傍部から前記枠体に向かって幅が漸次拡大する凹部
を設けることができる。この構成によれば、強度に限界
のある光ファイバセンサを弛ませて、物理的な変形が可
能な自由度を与えて設置しても、これが枠体の軸と直交
する方向から挟持されるので、挟持後には、物理的な変
形が防止される。また、前記凹部に、前記入,出射端近
傍部の外周を包囲するクッション材を挿入することがで
きる。この構成によれば、枠体の軸と直交する方向から
作用する力をクッション材で緩和することができる。さ
らに、前記光ファイバセンサは、前記入,出射端近傍部
同士が交差する部分の外周を高透磁率部材で包囲するこ
とができる。この構成構成によれば、導体の外周を周回
する光ファイバセンサの入射端と出射端との磁気的なポ
テンシャルが同一になって、実質上光ファイバセンサの
光路を完全に閉塞した状態と見做すことができる。一
方、第二発明は、被測定電流が流れる導体の外周に、こ
れを取り巻くように設置される環状の枠体と、この枠体
の外周に沿って周回状に捲回される光ファイバセンサ
と、この光ファイバセンサの両端に光学的に接続される
光学部品とを備えた光ファイバ型電流センサにおいて、
前記光学部品は、前記光ファイバセンサとの接続部分が
前記枠体の外周面と面一になるように取付けられ、前記
枠体に捲回された前記光ファイバセンサを前記枠体の曲
率に沿った曲面板で挟持固定したことを特徴とする。こ
の構成によれば、光ファイバセンサに振動などの外力が
加えられたときに、その物理的な変形が防止される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
添附図面を参照して詳細に説明する。図1から図7は、
本発明にかかる電流センサ用光ファイバの固定構造体の
第1実施例を示している。同図に示す固定構造体は、被
測定電流が流れる導体(図示省略)の外周に設置される
円環状枠体10と、この枠体10の外周に沿って配置さ
れる鉛ガラス製の光ファイバセンサ12と、この光ファ
イバセンサ12の両端側に配置される光学部品14とを
備えた電流センサに適用されている。
【0012】光ファイバセンサ12は、円環状の枠体1
0の外周を周回するように配置され、適宜箇所を接着テ
ープなどで固定されていて、枠体10には、光ファイバ
センサ12の外周を覆い、これを保護するための帯板1
5が固設されている。光学部品14は、光ファイバセン
サ12の入射端側に設置される偏光子14aと、光ファ
イバセンサ12の出射端側に設置される検光子やプリズ
ムなどであって、この検光子やプリズムは、光学箱14
b内に収納されている。光ファイバセンサ12に直線偏
光を導く偏光子14aは、円筒状のホルダー14c内に
内蔵されており、ホルダー14cの他端側には、入力側
光ファイバ16が接続される。
【0013】光学箱14bには、光信号を外部に注出す
る2本の出力側光ファイバ18が接続される。この実施
例の固定構造体は、枠体10の外周側面の一部に突出す
るように固設された取付台20を備えている。取付台2
0は、入射系取付部22と、この入射系取付部22の下
方に設置される出射系取付部24とから構成されてい
る。入射系取付部22は、図2〜4にその詳細を示すよ
うに、枠体10の外周側面に上端縁が、ほぼ面一になる
ように固定される台部22aと、この台部22aの上面
側に固定される固定板22bとを有している。
【0014】台部22aは、環状の取付基部220a
と、この取付基部220aの外周面から外方に突出する
フランジ部221aと、取付基部220aの外周面とフ
ランジ部221aの内側との間に跨がるように設けられ
た固定部222aとから構成されていて、取付基部22
0aの内周面は、枠体10の曲率と同じ曲率で湾曲して
いる。
【0015】固定部222aの上面は、取付基部220
aおよびフランジ部221aの上面よりも低くなってい
て、この部分は、光ファイバセンサ12の入射端近傍部
12aの下側固定面となっている。この固定部222a
の上面には、偏光子14aが内蔵されたホルダー14c
と光ファイバセンサ12の入射端近傍部12aとを収容
する凹部225aが形成されている。
【0016】この凹部225aの幅は、外周に保護被覆
が施された光ファイバセンサ12の直径よりも大きい外
径のホルダー14cよりも大きくなっていて、枠体10
側に向かって、その幅が漸次拡大するように形成されて
おり、光ファイバセンサ12の入射端近傍部12aは、
凹部225a内において面方向への自由度が十分に確保
されるようになっている。
【0017】なお、本発明において、光ファイバセンサ
12の入射端近傍部12aとは、光ファイバセンサ12
が枠体10の外周から離間して偏光子14a(光学部
品)との接続部に至るまでの部分の総称である。凹部2
25a内には、その形状に沿ったシリコンゴムライニン
グ層228aが形成され、このライニング層228a上
に入射端近傍部12aを載置した状態で、その上方から
シリコンゴムスポンジシート229aを被せて、固定板
22bが固定部222aに固設される。
【0018】なお、本実施例では、凹部225aは、固
定部222aの上面に設けているが、この凹部225a
は、固定板22bの下面側に形成しても同等の機能が得
られる。フランジ部221aには、これを水平方向に貫
通する貫通孔226aが穿設されている。この貫通孔2
26aは、凹部225aと連通する位置に設けられてい
て、この貫通孔226aには、入射側光ファイバ16が
挿入固定される。
【0019】固定板22bは、固定部222aの平面形
状に対応した形状の平板状のものであって、ネジにより
固定部222a上に固設される。なお、図2,3に示し
た符号227aの部分は、取付基部220a側の内周面
に凹設されたパーマロイ板30の取付凹部である。この
ように構成された入射系取付部22では、予め、取付凹
部227aに、この凹部227aと同一形状の高透磁率
部材であるパーマロイ板30を固設して、台部22aを
枠体10に固定し、固定板22bを固定部222aに固
設する。このとき、光ファイバセンサ12の入射端は、
ホルダー14cの一端と接続され、また、ホルダー14
cの他端には、入射側光ファイバ16が接続され、か
つ、これらの各部材が凹部225a内に位置するように
予めセットされる。
【0020】このような状態で固定板22bを固定部2
22aに固設すると、凹部225a内において、シリコ
ンゴムライニング層228aとシリコンゴムスポンジシ
ート229aとを介在させて、入射端近傍部12aを枠
体10の軸と直交する方向から挟持,固定することがで
きる。そして、この状態で、取付部22の前面側と、上
面側とにそれぞれパーマロイ板30を固設する。このよ
うにしてパーマロイ板30を固設すると、偏光子14a
が内蔵されたホルダー14cの下面側以外の部分を高透
磁率部材で包囲することができる。
【0021】図5〜7に出射系取付部24の詳細を示し
ている。同図に示す出射系取付部24は、台部24a
と、この台部24aの下面側に固設される固定板24b
とから構成されている。台部24aは、取付基部240
aと、この取付基部240aの一端側に突設されたフラ
ンジ部241aと、取付基部240aの他端側に延設さ
れた固定部242aとを有していて、フランジ部241
aと固定部242aの対向する部分に光学箱14bの収
容空間部243aが形成されている。
【0022】フランジ部241aには、上下方向に間隔
をおいて水平方向に貫通する一対の貫通孔244aが穿
設され、これらの各貫通孔244aには、出射側光ファ
イバ18が挿通固定される。固定部242aは、略台形
状のものであって、その上,下面は、取付基部240a
と面一になっている。収納空間部243aには、光学箱
14bが、その上,下端面が取付基部240aの上,下
端と面一になるように固定され、光学箱14bの右端側
に設けられたコネクタ14dを介して出射側光ファイバ
18が接続される。取付基部240aと固定部242a
に跨がる内周面は、枠体10と同じ曲率で湾曲してい
る。
【0023】また、固定部242aの内周側には、入射
系取付部22の取付凹部227aに対応する位置に、パ
ーマロイ板30が固設される凹状の切欠部246aが設
けられている。固定板24bは、固定部242aの平面
形状と同一の形状に形成され、その上面側が光ファイバ
センサ12の出射端近傍部12b側の固定面となってい
て、この固定部242aの上面には、出射端近傍部12
bを収容する凹部241bが形成されている。
【0024】なお、本発明において、光ファイバセンサ
12の出射端近傍部12bとは、光ファイバセンサ12
が枠体10の外周から離間して光学箱14b(光学部
品)との接続部に至るまでの部分の総称である。この凹
部241bは、一端側が光学箱14bの左側に突設され
たコネクタ14dに位置対応しており、他端側が枠体1
0の側面に到達するように形成され、かつ、枠体10側
に向けてその幅が拡大するように形成されていて、収容
される光ファイバセンサ12の出射端近傍部12bの面
方向への自由度が十分に確保されるようになっている。
【0025】また、この凹部241b内には、シリコン
ゴムライニング層242bが設けられている。固定板2
4bを固定部242aに固設する際には、シリコンゴム
ライニング層242b上に載置された出射端近傍部12
bの上方に、凹部241bと同じ形状のシリコンゴムス
ポンジシート243bを載せて、ビスにより固定板24
bを固定部241bの下面側に固定する。
【0026】なお、この実施例では、凹部241bは、
固定板24bの上面側に形成しているが、この凹部24
1bは、固定部242aの下面に形成しても同等の作用
効果が得られる。このように構成された出射系取付部2
4は、予め、切欠部246aに、この切欠部246aと
同一形状の高透磁率部材であるパーマロイ板30を固設
して、台部24aを枠体10に固定し、固定板24bを
固定部242aに固設する。このとき、光ファイバセン
サ12の出射端は、光学箱14bの左側に突設されたコ
ネクタ14eと接続され、かつ、出射端近傍部12bが
凹部241b内に位置するように予めセットされる。
【0027】このような状態で、固定板24bを固定部
242aに固設すると、凹部241b内において、シリ
コンゴムライニング層242bとシリコンゴムスポンジ
シート243bとを介在させて、出射端近傍部12bを
枠体10の軸と直交する方向から挟持,固定することが
できる。そして、この状態で、固定板22bの下面側
と、固定部242aの前端側とにそれぞれパーマロイ板
30を固設する。このようにしてパーマロイ板30を固
設すると、光ファイバセンサ12は、入,出射端近傍部
12a,12b同士が交差する部分の外周をパーマロイ
板30(高透磁率部材)で包囲することができる。
【0028】さて、以上のように構成された固定構造に
よれば、枠体10の外周縁の一部に光学部品14の取付
台20を固設し、この取付台20に光ファイバセンサ1
2の入,出射端近傍部12a,12bを、枠体10の軸
方向と直交する方向挟持するので、強度に限界がある鉛
ガラス製の光ファイバセンサ12に自由度を与えて設置
したとしても、光ファイバセンサ12は、振動などの外
力が加えられた場合の物理的な変形が防止される。
【0029】また、光ファイバセンサ12の入,出射端
近傍部12a,12bは、その面方向の移動を許容する
凹部225a,241b内に収納されているので、強度
に限界がある光ファイバセンサ12を弛ませて、物理的
な変形が可能な自由度を与えて設置しても、これが枠体
10の軸と直交する方向から挟持されるので、挟持後に
は、物理的な変形が防止される。
【0030】さらに、本実施例では、出射端12bの近
傍を収容する凹部225a,241b内にシリコンゴム
ライニング層228a,242bとシリコンゴムスポン
ジシート229a,243bとを介装して光ファイバセ
ンサ12の入,出射端近傍部12a,12bを挟持固定
するので、光ファイバセンサ12に枠体10の軸と直交
する方向から加わる力を緩和することでき、過大な外力
がセンサ12に作用することも防止できる。
【0031】さらに、光ファイバセンサ12は、その
入,出射端近傍部12a,12b同士が交差する部分の
外周を高透磁率部材(パーマロイ板30)で包囲されて
いるので、導体の外周を周回する光ファイバセンサ12
の入射端と出射端との磁気的なポテンシャルが同一にな
って、実質上光ファイバセンサ12の光路を完全に閉塞
した状態と見做すことができる。
【0032】図8,9は、上記実施例の固定構造体と、
図12に示した従来の固定構造体とにおいて、取付台に
振動を加え、そのときの光ファイバセンサの出力波形を
測定した結果を示している。各図において、上段側が加
えた振動の波形であり、下段が光ファイバセンサの出力
波形である。図9に示した従来の固定構造体では、振動
波形の1目盛りが0.08mmであり、また、出力波形
の1目盛りは、80Aとなっている。
【0033】これに対して、本実施例の固定構造体で
は、振動波形の1目盛りが0.02mmであり、また、
出力波形の1目盛りは、40Aとなっている。これらの
図を比較すると明らかなように、本発明にかかる固定構
造体によれば、光ファイバセンサの物理的な形状変化が
殆ど発生しないので、振動などの外力に対して安定した
測定ができることが判る。
【0034】図10は、本発明にかかる固定構造体の第
2実施例を示しており、以下にその特徴部分についての
み説明する。同図に示す固定構造体は、枠体10の外周
の全周にわたって固設された環状取付台50と、この取
付台50とほぼ同一形状の固定リング52とを備えてい
る。環状取付台50には、角形切欠部50aが形成さ
れ、この切欠部50aに光学箱14bが固定されてい
る。
【0035】環状取付台50の上面には、枠体10の外
周に沿って同心円状に形成された凹部50bが形成され
ていて、この凹部50bの内面には、シリコンゴムライ
ニング層50cが形成されている。光学箱14bの近傍
には、偏光子14aが内蔵されたホルダー14cが設置
されていて、ホルダー14cの一端に接続された光ファ
イバセンサ12は、枠体10の外周を周回するようにし
て、他端が光学箱14bと光学的に接続されている。
【0036】一方、固定リング52には、環状取付台5
0の切欠部50aに対応させて切欠部52aが形成され
ている。このように構成された固定構造体は、シリコン
ゴムライニング層50c上に光ファイバセンサ12を弛
ませた状態で載せて、その上方からリング状のシリコン
ゴムスポンジシート50dを載せて、固定リング52を
固設する。
【0037】このように構成された固定構造体によれ
ば、光ファイバセンサ12の全周を枠体10の軸と直交
する方向から挟持することができるので、上記実施例と
同等の作用効果が得られる。図11は、本発明にかかる
固定構造体の第3実施例を示しており、以下にその特徴
点についてのみ説明する。同図に示す実施例では、枠体
10aを取付台と兼用させた場合であって、枠体10a
の外周面には、周方向に沿って傾斜しながら隆起した取
付台部10bと、角形の凹部10cとが設けられてい
る。
【0038】取付台部10bには、偏光子14aが内蔵
されたホルダー14cが固設され、凹部10c内には、
光学箱14bが固設される。これらの光学部品の固設状
態において、枠体10aの外周を周回する光ファイバセ
ンサ12と光学部品(光学箱14b,ホルダー14
c,)との接続部分は、枠体10aの外周面と面一にな
るように設定されている。
【0039】そして、枠体10aの外周を周回した光フ
ァイバセンサ12は、枠体10aの曲率に沿った複数の
曲面板70で挟持固定される。なお、この実施例におい
ても、枠体10aの外周面にシリコンゴムライニング層
を形成し、曲面板70の内周面にシリコンゴムスポンジ
シートを介在させてもよい。このように構成された固定
構造体においても上記第2実施例と同等の作用効果が得
られる。
【0040】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかる固定構造体によれば、光ファイバセンサ
の物理的な形状変化がないので、電流センサの測定精度
が向上する。また、請求項3の構成によれば、光ファイ
バセンサに過大な外力が加わることが低減されるので、
電流センサを安定した状態で長期的に使用することがで
きる。さらに、請求項4の構成にによれば、外部磁界の
影響が排除されるので、電流センサの測定精度をより一
層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる電流センサ用光ファイバの固定
構造体の第1実施例を示す取付状態の平面図と側面図で
ある。
【図2】図1の固定構造体の入射系取付部の取付状態の
平面図と側面図である。
【図3】図2に示した入射系取付部の分解斜視図図であ
る。
【図4】図2(B)のA−A線断面図である。
【図5】図1の固定構造体の出射系取付部の取付状態の
平面図と側面図である。
【図6】図5に示した出射系取付部の分解斜視図図であ
る。
【図7】図5(B)のB−B線断面図である。
【図8】図1に示した固定構造体の振動試験の試験結果
を示す波形図である。
【図9】従来の固定構造体の振動試験の試験結果を示す
波形図である。
【図10】本発明にかかる固定構造体の第2実施例を示
す分解斜視図である。
【図11】本発明にかかる固定構造体の第3実施例を示
す分解斜視図である。
【図12】従来の固定構造の一例を示す取付状態の平面
図と側面図である。
【符号の説明】
10 枠体 12 光ファイバセンサ 12a 入射端 12b 出射端 14 光学部品 14a 偏光子 14b 光学箱 14c ホルダー 14d コネクタ 16 入射側光ファイバ 18 出射側光ファイバ 20 取付台 22 入射系取付部 22a 台部 224a 下固定面 225a 凹部 22b 固定板 24 出射系取付部 24a 台部 24b 固定板 241b 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 礼志 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町4番1号 東京電力株式会社 電力技術研究所内 (72)発明者 坂本 和夫 東京都新宿区中落合2丁目7番5号 ホ ーヤ株式会社内 (72)発明者 舘岡 進 東京都新宿区中落合2丁目7番5号 ホ ーヤ株式会社内 (72)発明者 山下 俊晴 東京都新宿区中落合2丁目7番5号 ホ ーヤ株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−230039(JP,A) 実開 平7−16171(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 15/24

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定電流が流れる導体の外周に、これ
    を取り巻くように設置される環状の枠体と、この枠体の
    外周に沿って周回状に捲回される光ファイバセンサと、
    この光ファイバセンサの両端に光学的に接続される光学
    部品とを備えた光ファイバ型電流センサにおいて、 前記枠体の外周に前記光学部品の取付台を固設し、この
    取付台で、前記光ファイバセンサが前記枠体の外周から
    離間して前記光学部品との接続部に至る少なくとも入,
    出射端近傍部を、前記枠体の軸と直交する方向から挟持
    するようにしたことを特徴とする電流センサ用光ファイ
    バの固定構造体。
  2. 【請求項2】 前記取付台に、前記入,出射端近傍部を
    収容し、この近傍部から前記枠体に向かって幅が漸次拡
    大する凹部を設けたことを特徴とする請求項1記載の電
    流センサ用光ファイバの固定構造体。
  3. 【請求項3】 前記凹部に、前記入,出射端近傍部の外
    周を包囲するクッション材を挿入することを特徴とする
    請求項2記載の電流センサ用光ファイバの固定構造体。
  4. 【請求項4】 前記光ファイバセンサは、前記入,出射
    端近傍部同士が交差する部分の外周を高透磁率部材で包
    囲するようにしたことを特徴とする請求項1から3のい
    ずれか1項記載の光ファイバ型電流センサの固定構造。
  5. 【請求項5】 被測定電流が流れる導体の外周に、これ
    を取り巻くように設置される環状の枠体と、この枠体の
    外周に沿って周回状に捲回される光ファイバセンサと、
    この光ファイバセンサの両端に光学的に接続される光学
    部品とを備えた光ファイバ型電流センサにおいて、 前記光学部品は、前記光ファイバセンサとの接続部分が
    前記枠体の外周面と面一になるように取付けられ、前記
    枠体に捲回された前記光ファイバセンサを前記枠体の曲
    率に沿った曲面板で挟持固定したことを特徴とする電流
    センサ用光ファイバの固定構造体。
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