JP4053677B2 - 光電流・電圧計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力分野における送配電の電流・電圧計測に用いて好適な光電流・電圧計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
〔電流計測〕
磁気光学素子、例えば鉛ガラスに外部から磁界を加え、磁界と同方向に偏光を通過させると、素子を通過中、偏光の偏波面が磁界の強さに比例して回転する。これをファラデー効果という。この回転角ψは、
ψ=V・H・L ・・・・(1)
と表すことができる。ここで、Hは印加した磁界の強さ、Lは磁気光学素子中の光路長、Vはベルデ定数である。ベルデ定数は磁気光学素子に固有の定数であり、ファラデー効果の大きさを示す。
【0003】
このファラデー効果を利用した光電流計測装置として図10にその要部を示すような交流電流計測用の光電流計測装置がある。
同図において、1Aは電流センサ、2−1,2−2は光ファイバ、3は発光器(光源)、4は受光器、5は光源駆動回路、6は受光器増幅回路、7は受光器増幅回路6からの受光出力の交流成分を増幅する増幅回路、8は受光器増幅回路6からの受光出力の直流成分を増幅する増幅回路、9は低域フィルタ、10は割算回路、11は実効値変換回路である。電流センサ1Aは、図11に示すように、磁気光学素子1A−1と偏光子1A−2と検光子1A−3とを備えており、磁気光学素子1A−1の長さ方向を磁界の作用方向として被測定通電部位の近傍に配置される。
【0004】
この光電流計測装置において、発光器3からの光は光ファイバ2−1に発射され、光ファイバ2−1を通して電流センサ1Aへ与えられる。電流センサ1Aにおいて、光ファイバ2−1からの光は、偏光子1A−2により偏光(直線偏光)された後、磁気光学素子1A−1の長さ方向へと入射される。磁気光学素子1A−1に入射された偏光の偏波面は、磁気光学素子1A−1の長さ方向に作用する磁界の強さと磁気光学素子4中の光路長との積に比例して回転する。この場合、その回転方向は、磁界(交流磁界)の方向に応じて変化する。
【0005】
この偏波面の回転角(ファラデー回転角)を光学的バイアスを45゜与えた検光子1A−3により、すなわち偏光子1A−2に対してその透過偏光方向を45゜傾けた検光子1A−3により、光量の変化として検出し、光ファイバ2−2によって受光器4へと導き、光強度に応じた電気信号に変換する。
【0006】
図14にファラデー回転角に対する光強度特性を示す。特性Iは図11において矢印A方向へ光を通した場合の光強度特性、特性IIはA方向とは反対の矢印B方向へ光を通した場合の光強度特性である。すなわち、図11において、B方向へ光を通してもA方向へ通した場合と同様にして、印加される磁界に応じた光強度の電気信号が得られる。この例では、1A−2を偏光子、1A−3を検光子として、A方向へ光を通すようにしている。B方向へ光を通す場合には、1A−3が偏光子、1A−2が検光子となる。
【0007】
そして、この電気信号を受光器増幅回路6によって増幅して受光出力とし、この受光出力の交流成分を増幅回路7により増幅する一方、直流成分を増幅回路8により増幅し、増幅回路7からの低域フィルタ9を介する交流成分と増幅回路8からの直流成分とを割算回路10で除算して変調度を求め、この変調度を実効値変換回路11へ与えることによって磁気光学素子1A−1に作用している磁界の強さを求め、この磁界の強さから被測定通電部位に流れる交流電流を測定する。
【0008】
〔電圧計測〕
一方、光を用いた電圧測定には、ポッケルス素子(電気光学素子)を利用したものがよく知られている。ある種の結晶に電界を印加すると、結晶の屈折率が変化する。この屈折率の変化は、結晶の種類および電界を印加する方向により異なる。したがって、この結晶に直線偏光した光を透過させておくと、この結晶を透過した後の光は結晶の屈折率が変化することによって、もとの偏光状態とは異なる光となる。この場合、この結晶(電気光学素子)において、入射される偏光の直交成分の位相差が加えられる電界の強さに応じて変化する。そこで、電気光学素子を透過した光に偏光板を作用させると、電気光学素子に印加された電界の強さを光の強弱として検知できるようになる。ここで、印加電界の大きさと電気光学素子を透過した光の強さには線形な関係があり、これをポッケルス効果という。
【0009】
図12にこのポッケルス効果を利用した電圧センサ1Bの要部構成を示す。図10において、電流センサ1Aに代えてこの電圧センサ1Bを用いることにより、交流電圧計測用の光電圧計測装置となる。図12において、1B−1は電気光学素子(電気光学結晶)、1B−2は偏光子、1B−3はλ/4波長板、1B−4は検光子であり、検光子1B−4は偏光子1B−2に対してその透過偏光方向が90゜傾けられている。また、電気光学素子1B−1には電極S1,S2が設けられており、この電極S1,S2が被測定通電部位に接続される。この例では、説明上、電極S1,S2を交流電源100に接続している。また、電気光学素子1B−1と偏光子1B−2との間にλ/4波長板1B−3を挿入することによって光学的なバイアスを掛け、最も直線性の良い部分で変調をかけるようにしている。
【0010】
発光器3からの光ファイバ2−1を介する無偏光状態の光(入射光)は、まず、偏光子1B−2で直線偏光とされ、λ/4波長板1B−3を通過して円偏光とされ、電気光学素子1B−1に入射される。電気光学素子1B−1を通過した光の偏光状態は、ポッケルス効果を受けて楕円偏光となる。この楕円偏光が検光子1B−4を通過して直線偏光とされる。この検光子1B−4を通して得られる直線偏光(出射光)の光強度は電気光学素子1B−1の電極S1,S2間に加えられる電圧の大きさに応じて変化する。
【0011】
図13に印加電圧に対する光強度特性を示す。この場合、図12において矢印A方向へ光を通した場合も、矢印B方向へ光を通した場合も、同一の光強度特性III となる。すなわち、図12において、B方向へ光を通してもA方向へ通した場合と同じく、印加される電圧に応じた光強度の電気信号が得られる。この例では、1B−2を偏光子、1B−4を検光子として、A方向へ光を通すようにしている。B方向へ光を通す場合には、1B−4が偏光子、1B−2が検光子となる。なお、図13において、Vπは電気光学素子の種類、構成によって決まる半波長電圧と呼ばれる素子定数であり、λ/4波長板による光学的バイアスが与えられているため、−Vπ/2から+Vπ/2の範囲で印加電圧に対応した光変調を掛けることができる。半波長電圧Vπについては文献1(応用物理学会光光学懇話会:結晶光学,森北出版,1975,245〜247頁)に説明されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光電流計測装置では、電流のみで電圧を測定することができなかった。また、上述した従来の光電圧計測装置では、電圧のみで電流を測定することができなかった。すなわち、従来の光電流計測装置や光電圧計測装置では電流情報と電圧情報とを区別することができず、電流と電圧を同時に測定することができなかった。電流と電圧を同時に測定しようとした場合、個別に光電流計測装置と光電圧計測装置を設ける必要があり、光ファイバ2(2−1,2−2)を2組必要とし、コストがアップする。
【0013】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低コストで電流と電圧を同時に測定することのできる光電流・電圧計測装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、光結合された磁気光学素子と電気光学素子との直列接続路への偏光の入射端および出射端に第1および第2の光伝送路を光結合し、第1の光伝送路へ光を発射する第1の発光手段と、第2の光伝送路へ光を発射する第2の発光手段と、第1の発光手段から第1の光伝送路へ発射され偏光とされたうえ、磁気光学素子へ入り、電気光学素子を通り、第2の光伝送路を通って戻ってくる光を受光する第1の受光手段と、第2の発光手段から第2の光伝送路へ発射され偏光とされたうえ、電気光学素子へ入り、磁気光学素子を通り、第1の光伝送路を通って戻ってくる光を受光する第2の受光手段とを設け、第1の発光手段からの第1の光伝送路への光の発射と第2の発光手段からの第2の光伝送路への光の発射とを交互に行うようにし、第1の受光手段での受光出力と第2の受光手段での受光出力とを除算した結果に基づいて被測定通電部位に流れる電流を測定するようにし、また第1の受光手段での受光出力と第2の受光手段での受光出力とを加算した結果に基づいて被測定通電部位の電圧を測定するようにしたものである。
【0015】
この発明によれば、第1の発光手段からの第1の光伝送路への光の発射と第2の発光手段からの第2の光伝送路への光の発射とが交互に行われ、第1の発光手段から発射された光は第1の光伝送路を通り偏光とされたうえ磁気光学素子へ入り、電気光学素子を通り、第2の光伝送路を通って第1の受光手段で受光され、第2の発光手段から発射された光は第2の光伝送路を通り偏光とされたうえ電気光学素子へ入り、磁気光学素子を通り、第1の光伝送路を通って第2の受光手段で受光され、この第1の受光手段での受光出力と第2の受光手段での受光出力とを除算した結果に基づいて被測定通電部位に流れる電流が測定され、また、この第1の受光手段での受光出力と第2の受光手段での受光出力とを加算した結果に基づいて被測定通電部位の電圧が測定される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。図1はこの発明の一実施の形態を示す光電流・電圧計測装置の要部を示すブロック図である。同図において、図10と同一符号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【0017】
この実施の形態では、電流センサ1Aと電圧センサ1Bとを光ファイバ2−3を介して直列に光結合し、この直列接続路の一端(電流センサ1A側)に光ファイバ2−1を、他端(電圧センサ1B側)に光ファイバ2−2を光結合している。
【0018】
なお、電流センサ1Aと電圧センサ1Bとは光ファイバ2−3を用いずに、直接光結合するようにしてもよい。また、電圧センサ1Bの偏光子1B−2は、電流センサ1Aの検光子1A−3と電圧センサ1Bの検光子1B−4との透過偏光方向が90゜ずれている場合には省略してもよい。
【0019】
また、この実施の形態では、光分岐結合器12−1と12−2を設け、光ファイバ2−1の端部を光分岐結合器12−1の合流路12−1aに光結合し、光ファイバ2−2の端部を光分岐結合器12−2の合流路12−2aに光結合している。
【0020】
そして、光分岐結合器12−1の分岐路12−1bに光が入るように第1の発光器3−1を設け、光分岐結合器12−2の分岐路12−2bに光が入るように第2の発光器3−2を設けている。また、光分岐結合器12−2の分岐路12−2cからの光を受光するように第1の受光器4−1を設け、光分岐結合器12−1の分岐路12−1cからの光を受光するように第2の受光器4−2を設けている。
【0021】
また、第1の発光器3−1に対して光源駆動回路5−1と発振回路13−1を設け、第2の発光器3−2に対して光源駆動回路5−2と発振回路13−2を設けている。図2(a)に発振回路13−1からの発振波形を示し、図2(b)に発振回路13−2からの発振波形を示す。発振回路13−1からの発振波形によって第1の発光器3−1から発射される光が変調され、その発振波形に応じたパルス光とされる。発振回路13−2からの発振波形によって第2の発光器3−2から発射される光が変調され、その発振波形に応じたパルス光とされる。この場合、発振回路13−1および13−2からの発振波形に従い、第1の発光器3−1からのパルス光の発射と第2の発光器3−2からのパルス光の発射とは交互に行われ、発振回路13−1と13−2が光発射制御手段を構成している。
【0022】
また、第1の受光器4−1に対して受光器増幅回路6−1を設け、第2の受光器4−2に対して受光器増幅回路6−2を設け、受光器増幅回路6−1からの受光出力をゲート回路14−1を介して同期検波回路15−1へ与え、受光器増幅回路6−2からの受光出力をゲート回路14−2を介して同期検波回路15−2へ与えるようにしている。
【0023】
ゲート回路14−1に対しては発振回路13−1からの発振信号をゲート信号として与え、ゲート回路14−2に対しては発振回路13−2からの発振信号をゲート信号として与えるようにしている。ゲート回路14−1は、発振回路13−1からの発振信号が「H」レベルの間そのゲートを開き、受光器増幅回路6−1からの受光出力を通過させ同期検波回路15−1へ与える。ゲート回路14−2は、発振回路13−2からの発振信号が「H」レベルの間そのゲートを開き、受光器増幅回路6−2からの受光出力を同期検波回路15−2へ与える。
【0024】
同期検波回路15−1に対しては発振回路13−1からの発振信号を参照信号として与え、同期検波回路15−2に対しては発振回路13−2からの発振信号を参照信号として与えるようにしている。同期検波回路15−1は、発振回路13−1からの発振信号を参照信号としてゲート回路14−1からの受光出力を同期検波する。同期検波回路15−2は、発振回路13−2からの発振信号を参照信号としてゲート回路14−2からの受光出力を同期検波する。
【0025】
同期検波回路15−1の検波出力▲1▼と同期検波回路15−2の検波出力▲2▼は割算回路16へ与えるようにしている。割算回路16は、検波出力▲2▼を検波出力▲1▼で除算し、除算出力▲3▼を得る。この割算回路16の除算出力▲3▼を電流値演算表示部17へ与えるようにしている。電流値演算表示部17は、対数変換回路17−1,実効値変換回路17−2および表示回路17−3を備え、対数変換回路17−1は除算出力▲3▼の対数をとって対数出力▲4▼を得る。対数変換回路17−1の対数出力▲4▼は実効値変換回路17−2を介して表示回路17−3へ与られる。
【0026】
また、同期検波回路15−1の検波出力▲1▼と同期検波回路15−2の検波出力▲2▼は、加算回路18へも与えるようにしている。加算回路18は、検波出力▲1▼と検波出力▲2▼とを加算し、加算出力▲5▼を得る。この加算回路18の加算出力▲5▼を電圧値演算表示部19へ与えるようにしている。電圧値演算表示部19は、加算出力▲5▼の交流成分を増幅する増幅回路19−1と、加算出力▲5▼の直流成分を増幅する増幅回路19−2と、低域フィルタ19−3と、割算回路19−4と、実効値変換回路19−5と、表示回路19−6とを備えている。
【0027】
次に、このように構成された光電流・電圧計測装置での電流および電圧の測定動作について説明する。
電流センサ1Aを、その磁気光学素子1A−1の長さ方向を磁界の作用方向として、被測定通電部位(交流)の近傍に配置する。
電圧センサ1Bの電極S1,S2を被測定通電部位(交流)に接続する。すなわち、電極S1を通電部位に接続し、電極S2を被測定電圧の基準となる電位位置に接続する。
【0028】
主電源(図示せず)をオンとすると、発振回路13−1および13−2からの発振信号が光源駆動回路5−1および5−2へ与えられ、第1の発光器3−1および第2の発光器3−2から交互にパルス光が発射される。
【0029】
第1の発光器3−1から発射されたパルス光は、光分岐結合器12−1の分岐路12−1bを介して光ファイバ2−1へ入り、光ファイバ2−1を通して電流センサ1Aへ与えられる。
【0030】
電流センサ1Aにおいて、光ファイバ2−1からのパルス光は、図3(a)に示すように、偏光子1A−2により偏光(直線偏光)された後、磁気光学素子1A−1の長さ方向へと入射される。磁気光学素子1A−1に入射された偏光の偏波面は、磁気光学素子1A−1の長さ方向に作用する磁界の強さと磁気光学素子1A−1中の光路長との積に比例して回転する。この場合、その回転方向は、磁界(交流磁界)の方向に応じて変化する。
【0031】
この偏波面の回転角ψ1が検光子1A−3により光量の変化に変換される。検光子1A−3を出たパルス光(信号光)は光ファイバ2−3を介して電圧センサ1Bへ与えられる。電圧センサ1Bにおいて、電流センサ1Aからのパルス光は、偏光子1B−2を通り、λ/4波長板1B−3を通過して円偏光とされ、電気光学素子1B−1に入射される。電気光学素子1B−1を通過した光の偏光状態は、ポッケルス効果を受けて楕円偏光となる。この楕円偏光が検光子1B−4を通過して直線偏光とされる。
【0032】
この検光子1B−4を通して得られる直線偏光(出射光)の光強度は電気光学素子1B−1の電極S1,S2間に加えられる電圧(交流電圧)の大きさに応じて変化する。検光子1B−4を出たパルス光(信号光)は、光ファイバ2−2を通り、光分岐結合器12−2の分岐路12−2cを介して、第1の受光器4−1へ与えられる。
【0033】
一方、第2の発光器3−2から発射されたパルス光は、光分岐結合器12−2の分岐路12−2bを介して光ファイバ2−2へ入り、光ファイバ2−2を通して電圧センサ1Bへ与えられる。
【0034】
電圧センサ1Bにおいて、光ファイバ2−2からのパルス光は、検光子(偏光子)1B−4→電気光学素子1B−1→λ/4波長板1B−3→偏光子(検光子)1B−2を通って出射される。この検光子1B−2を通して得られる直線偏光(出射光)の光強度は電気光学素子1B−1の電極S1,S2間に加えられる電圧(交流電圧)の大きさに応じて変化する。
【0035】
検光子1B−2を出たパルス光(信号光)は電流センサ1Aへ与えられる。電流センサ1Aにおいて、電圧センサ1Bからのパルス光は、図3(b)に示すように、検光子(偏光子)1A−3を通り、磁気光学素子1A−1の長さ方向へと入射される。磁気光学素子1A−1に入射された偏光の偏波面は、磁気光学素子1A−1の長さ方向に作用する磁界の強さと磁気光学素子1A−1中の光路長との積に比例して回転する。この場合、その回転方向は、磁界(交流磁界)の方向に応じて変化する。
【0036】
この偏波面の回転角ψ2が偏光子(検光子)1−2により光量の変化に変換される。検光子1−2を出たパルス光(信号光)は、光ファイバ2−1を通り、光分岐結合器12−1の分岐路12−1cを介して、第2の受光器4−2へ与えられる。
【0037】
図4(a)に受光器4−2での受光波形を示す。図4(b)に受光器4−1での受光波形を示す。光分岐結合器12(12−1,12−2)では少なからずクロストークがある。すなわち、発光器3−1を発光させると、その光の一部が受光器4−2側に漏れる。発光器3−2を発光させると、その光の一部が受光器4−1側に漏れる。
【0038】
このため、図4(a)においては、発光器3−2からのパルス光による信号光P2の間に、発光器3−1からのクロストーク光PC2が生じている。また、図4(b)においては、発光器3−1からのパルス光による信号光P1の間に、発光器3−2からのクロストーク光PC1が生じている。なお、実際には、電流センサ1Aや電圧センサ1Bでの反射光などがクロストーク光PC1,PC2に含まれるものとなるが、ここでは説明を簡単とするために省略している。
【0039】
受光器4−1および4−2は受光した光をその光強度に応じた電気信号に変換する。受光器4−1からの電気信号は、受光器増幅回路6−1によって増幅され、受光出力としてゲート回路14−1へ与えられる。受光器4−2からの電気信号は、受光器増幅回路6−2によって増幅され、受光出力としてゲート回路14−2へ与えられる。
【0040】
ゲート回路14−1は、発振回路13−1からの発振信号が「H」レベルの間そのゲートを開き、受光器増幅回路6−1からの受光出力を通過させ同期検波回路15−1へ与える。これにより、同期検波回路15−1には、図5(b)に示すように、信号光P1の光強度を示す受光出力のみが与えられる。
【0041】
ゲート回路14−2は、発振回路13−2からの発振信号が「H」レベルの間そのゲートを開き、受光器増幅回路6−2からの受光出力を通過させ同期検波回路15−2へ与える。これにより、同期検波回路15−2には、図5(a)に示すように、信号光P2の光強度を示す受光出力のみが与えられる。
【0042】
同期検波回路15−1は、発振回路13−1からの発振信号を参照信号としてゲート回路14−1からの受光出力を同期検波する。
同期検波回路15−2は、発振回路13−2からの発振信号を参照信号としてゲート回路14−2からの受光出力を同期検波する。
【0043】
〔電流計測〕
同期検波回路15−1の検波出力▲1▼と同期検波回路15−2の検波出力▲2▼は割算回路16へ与えられる。割算回路16は、検波出力▲2▼を検波出力▲1▼で除算し、除算出力▲3▼を得る。この除算出力▲3▼は対数変換回路17−1へ与えられる。対数変換回路17−1は除算出力▲3▼の対数をとって対数出力▲4▼を得る。
【0044】
図6に検波出力▲1▼,検波出力▲2▼,除算出力▲3▼および対数出力▲4▼を示す。同図において、横軸はファラデー回転角(磁気光学素子1A−1での回転角ψ)、縦軸は検波出力▲1▼,▲2▼については光強度(電圧値)、除算出力▲3▼および対数出力▲4▼に対しては無名数(実際的には電気回路で扱っているので電圧値で表示される)である。例えば、磁気光学素子1A−1に磁界が作用していない場合、検波出力▲1▼,▲2▼は5Vである。また、磁気光学素子1A−1に磁界が作用していない場合、除算出力▲3▼(▲3▼=▲2▼/▲1▼)は1となり、対数出力▲4▼は0となる。但し、対数出力▲4▼は、変化を分かりやすくするために全体を5倍している。
【0045】
対数出力▲4▼は厳密にはファラデー回転角ψに対して直線ではないが、磁気光学素子1A−1に磁界が作用していない場合を中心としてある程度の範囲では直線とみなすことができる。この直線性を利用することにより、対数出力▲4▼の値からそのときのファラデー回転角ψを簡単に求めることができ、この求めたファラデー回転角ψから被測定通電部位に流れる電流を測定することができる。この場合、被測定通電部位には交流電流が流れており、対数▲4▼の値が変動するので、その実効値を実効値変換回路17−2で求める。そして、この求めた実効値から被測定通電部位に流れる電流値を求め、表示回路17−3を介して表示する。
【0046】
ここで、電圧センサ1Bの影響を考えてみる。電圧センサ1Bの印加電圧に対する光強度特性は、図13に示されるように、A方向へ光を通した場合もB方向へ光を通した場合も、同一の光強度特性III となる。すなわち、A方向へ光を通した場合もB方向へ光を通した場合も、光強度信号は同じ割合だけ増加または減少する。一方、電流センサ1Aのファラデー回転角に対する光強度特性は、図14に示されるように、A方向へ光を通した場合とB方向へ光を通した場合とでは特性IおよびIIのように逆特性となる。従って、検波出力▲1▼と検波出力▲2▼との比をとれば、電圧センサ1Bでの変化が消去される。これにより、電圧センサ1Bの影響を受けることなく、被測定通電部位の電流を測定することができるようになる。
【0047】
〔電圧計測〕
同期検波回路15−1の検波出力▲1▼と同期検波回路15−2の検波出力▲2▼は加算回路18へ与えられる。加算回路18は、検波出力▲1▼と検波出力▲2▼とを加算し、加算出力▲5▼を得る。この加算出力▲5▼は、その交流成分が増幅回路19−1によって増幅される一方、直流成分が増幅回路19−2によって増幅される。増幅回路19−1からの低域フィルタ19−3を介する交流成分と増幅回路19−2からの直流成分とは割算回路10で除算される。これにより、変調度が求められ、この変調度が実効値変換回路19−5において実効値に変換される。そして、この実効値から被測定通電部位の電圧値が求められ、表示回路19−6を介して表示される。
【0048】
ここで、電流センサ1Aの影響を考えてみる。電圧センサ1Bの印加電圧に対する光強度特性は、図13に示されるように、A方向へ光を通した場合もB方向へ光を通した場合も、同一の光強度特性III となる。すなわち、A方向へ光を通した場合もB方向へ光を通した場合も、光強度信号は同じ割合だけ増加または減少する。一方、電流センサ1Aのファラデー回転角に対する光強度特性は、図14に示されるように、A方向へ光を通した場合とB方向へ光を通した場合とでは特性IおよびIIのように逆特性となり、ファラデー回転角に拘わらずその和は常に一定値となる。従って、検波出力▲1▼と検波出力▲2▼との和の変化は、電圧センサ1Bでの光強度の変化を示す。これにより、電流センサ1Aの影響を受けることなく、被測定通電部位の電圧を測定することができるようになる。
【0049】
なお、上述した実施の形態においては、発振回路13−1および13−2からの発振波形を図2(a)および(b)に示すような波形としたが、この波形に限定されるものではない。例えば、図7(a)および(b)に示すような波形としてもよく、この場合、受光器4−2および4−1での受光波形は図8(a)および(b)に示すものとなり、ゲート回路14−2および14−1からの出力波形は図9(a)および(b)に示すようになる。
【0050】
また、上述した実施の形態においては、ゲート回路14−1および14−2を設け、発振回路13−1からの発振信号が「H」レベルである間ゲート回路14−1のゲートを開き、発振回路13−2からの発振信号が「H」レベルである間ゲート回路14−2のゲートを開くようにしたが、ゲート回路14−1および14−2に代えてサンプルホールド回路を設けるようにしてもよい。すなわち、発振回路13−1からの発振信号が「H」レベルとなった直後の所定タイミングで受光器増幅回路6−1からの受光出力をサンプルホールドし、発振回路13−2からの発振信号が「H」レベルとなった直後の所定タイミングで受光器増幅回路6−2からの受光出力をサンプルホールドし、このサンプルホールドした受光出力を割算回路16へ与えて除算するようにしてもよい。
【0051】
また、上述した実施の形態において、磁気光学素子1A−1の材料としては、YIG(Yttrium Iron Garnet )やRIG(Rare Earth Iron Garnet )などの他、鉛ガラス、マルチモードの鉛ガラスファイバなどを利用することができる。マルチモードの鉛ガラスファイバは、シングルモードの鉛ガラスファイバと比較して、光が入り易く、振動にも強く、発光器3(3−1,3−2)として安価な発光ダイオードを使用することができる。
【0052】
また、上述した実施の形態では、交流電流・交流電圧を測定する場合について説明したが、直流電流・直流電圧の測定も可能である。
直流電流を測定する場合、対数出力▲4▼の正負はファラデー回転角ψの正負、すなわち電流の方向を示しているので、対数出力▲4▼から被測定通電部位に流れる直流電流の値だけではなく、その電流の方向も測定することができるようになる。この場合、実効値変換回路17−2は省略できる。なお、割算回路16における除算の分母,分子は、電流の方向をどちらを順方向とするか逆方向とするかで定義すればよいので、問題とはならない。
直流電圧を測定する場合、加算出力▲5▼が電圧センサ1Bでの変化分だけ増大あるいは減少するので、電圧値演算表示部19の構成を変えることによって、その電圧値を測定することができる。
【0053】
また、上述した実施の形態では、電極S1を通電部位に接続し、電極S2を被測定電圧の基準となる電位位置に接続するようにしたが、必ずしも電極S1を通電部位に接続しなくてもよい。例えば、被測定通電部位の近傍に電気光学素子1B−1を配置し、これによって被測定通電部位からの電界の強さを測定し、この電界の強さから被測定通電部位の電圧を求めるようにしてもよい。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、第1の発光手段からの第1の光伝送路への光の発射と第2の発光手段からの第2の光伝送路への光の発射とが交互に行われ、第1の発光手段から発射された光は第1の光伝送路を通り偏光とされたうえ磁気光学素子へ入り、電気光学素子を通り、第2の光伝送路を通って第1の受光手段で受光され、第2の発光手段から発射された光は第2の光伝送路を通り偏光とされたうえ電気光学素子へ入り、磁気光学素子を通り、第1の光伝送路を通って第2の受光手段で受光され、この第1の受光手段での受光出力と第2の受光手段での受光出力とを除算した結果に基づいて被測定通電部位に流れる電流が測定され、また、この第1の受光手段での受光出力と第2の受光手段での受光出力とを加算した結果に基づいて被測定通電部位の電圧が測定されるものとなり、電流の測定に際して電気光学素子の影響を受けないものとし、電圧の測定に際して磁気光学素子の影響を受けないものとし、1組の光ファイバを用い低コストで電流と電圧を同時に測定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態を示す光電流・電圧計測装置の要部を示すブロック図である。
【図2】 この光電流・電圧計測装置における発振回路からの発振波形を示す図である。
【図3】 この光電流・電圧計測装置における電流センサでの磁界による偏光の偏波面の回転状況を示す図である。
【図4】 この光電流・電圧計測装置における受光器での受光波形を示す図である。
【図5】 この光電流・電圧計測装置におけるゲート回路からの出力波形を示す図である。
【図6】 検波出力▲1▼,検波出力▲2▼,除算出力▲3▼および対数出力▲4▼を示すグラフである。
【図7】 この光電流・電圧計測装置における発振回路からの発振波形の別の例を示す図である。
【図8】 発振波形を図7とした場合の受光器での受光波形を示す図である。
【図9】 発振波形を図7とした場合のゲート回路からの出力波形を示す図である。
【図10】 従来の交流電流計測用の光電流計測装置(光電圧計測装置)を示すブロック図である。
【図11】 この光電流計測装置における電流センサの要部構成を示す図である。
【図12】 この光電圧計測装置における電圧センサの要部構成を示す図である。
【図13】 電圧センサの印加電圧に対する光強度特性を示す図である。
【図14】 電流センサのファラデー回転角に対する光強度特性を示す図である。
【符号の説明】
1A…電流センサ、1A−1…磁気光学素子、1A−2…偏光子(検光子)、1A−3…検光子(偏光子)、1B…電圧センサ、1B−1…電気光学素子、1B−2…偏光子(検光子)、1B−3…λ/4波長板、1B−4…検光子(偏光子)、S1,S2…電極、2−1,2−2,2−3…光ファイバ、3−1,3−2…発光器、4−1,4−2…受光器、5−1,5−2…光源駆動回路、6−1,6−2…受光器増幅回路、12−1,12−2…光分岐結合器、12−1a,12−2a…合流路、12−1b,12−1c,12−2b,12−2c…分岐路、13−1,13−2…発振回路、14−1,14−2…ゲート回路、15−1,15−2…同期検波回路、16…割算回路、17…電流値演算表示部、17−1…対数変換回路、17−2…実効値変換回路、17−3…表示回路、18…加算回路、19…電圧値演算表示部、19−1…増幅回路(交流)、19−2…増幅回路(直流)、19−3…低域フィルタ、19−4…割算回路、19−5…実効値変換回路、19−6…表示回路。
Claims (1)
- 入射される偏光の偏波面を加えられる磁界の強さに応じて回転する磁気光学素子と、この磁気光学素子に光結合され入射される偏光の直交成分の位相差を加えられる電界の強さに応じて変化する電気光学素子と、この光結合された磁気光学素子と電気光学素子との直列接続路への偏光の入射端および出射端に光結合された第1および第2の光伝送路とを備え、前記磁気光学素子を被測定通電部位の近傍に配置することによってその被測定通電部位に流れる電流を測定し、前記電気光学素子を被測定通電部位に対して任意の位置に配置することによってその被測定通電部位の電圧を測定する光電流・電圧計測装置であって、
前記第1の光伝送路へ光を発射する第1の発光手段と、
前記第2の光伝送路へ光を発射する第2の発光手段と、
前記第1の発光手段から前記第1の光伝送路へ発射され偏光とされたうえ、前記磁気光学素子へ入り、前記電気光学素子を通り、前記第2の光伝送路を通って戻ってくる光を受光する第1の受光手段と、
前記第2の発光手段から前記第2の光伝送路へ発射され偏光とされたうえ、前記電気光学素子へ入り、前記磁気光学素子を通り、前記第1の光伝送路を通って戻ってくる光を受光する第2の受光手段と、
前記第1の発光手段からの前記第1の光伝送路への光の発射と前記第2の発光手段からの前記第2の光伝送路への光の発射とを交互に行わせる光発射制御手段と、
前記第1の受光手段での受光出力と前記第2の受光手段での受光出力とを除算した結果に基づいて被測定通電部位に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記第1の受光手段での受光出力と前記第2の受光手段での受光出力とを加算した結果に基づいて被測定通電部位の電圧を測定する電圧測定手段と
を備えたことを特徴とする光電流・電圧計測装置。
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