JP7204753B2 - 磁界及び／又は電界を測定するための測定装置、導電体の電流及び／又は電圧を測定するためのユニット、並びに導電体を収容する金属筐体を含むガス絶縁変電所 - Google Patents
磁界及び／又は電界を測定するための測定装置、導電体の電流及び／又は電圧を測定するためのユニット、並びに導電体を収容する金属筐体を含むガス絶縁変電所 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7204753B2 JP7204753B2 JP2020533792A JP2020533792A JP7204753B2 JP 7204753 B2 JP7204753 B2 JP 7204753B2 JP 2020533792 A JP2020533792 A JP 2020533792A JP 2020533792 A JP2020533792 A JP 2020533792A JP 7204753 B2 JP7204753 B2 JP 7204753B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measuring
- measuring cell
- light
- electric field
- magnetic field
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims description 63
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 60
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 39
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 26
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 24
- 238000000711 polarimetry Methods 0.000 claims description 20
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 20
- 230000005699 Stark effect Effects 0.000 claims description 19
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N francium atom Chemical compound [Fr] KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052730 francium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 12
- 239000002585 base Substances 0.000 description 12
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 230000005697 Pockels effect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 125000004436 sodium atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
- G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
本発明の分野は、高電圧交流（ＨＶＡＣ）及び高電圧直流（ＨＶＤＣ）の輸送及び分配グリッドにおける電気の輸送に関し、特に、グリッドのような電気エネルギー輸送ケーブルに関し、また、電界及び／若しくは磁界、又は電流及び／若しくは電圧を測定する関連装置に関する。
電気が生成される様々な場所は、通常、互いに遠く、また、消費地から離れているため、現在の再生可能エネルギーの開発は、電力グリッドに新たな制限をかけている。したがって、エネルギー損失を最小限に抑えながら、非常に長い距離の電気の輸送が可能な新たな送電網を開発する必要がある。
これらの制限を満たすために、高電圧（例えば５０ｋＶ）の直流（ＨＶＤＣ）グリッドは、交流グリッドと比べて、ラインロスが少なく、長距離グリッドにおいて浮遊容量が発生しないため、有望な解決策であると考えられる。電気エネルギー輸送グリッドを制御するため、電圧及び／又は電流が、電力線又は変電所の適切な位置で測定される。
これを行うため、例えば、導電体／電気エネルギー輸送ケーブルの周囲に配置され、電磁誘導の原理で動作する巻線で形成された誘導変圧器が知られている。
しかしながら、このような既知の装置は、直流の電気エネルギー輸送ケーブルを測定することができない。
既知の装置の別の問題は、導電体／電気エネルギー輸送ケーブルの周囲に配置された巻線の重量に関するものであり、特に、後者が高い所に配置された場合に顕著である。具体的には、この場合、巻線の重量により、測定装置の支持部材に大きな機械的ストレスが生じる可能性がある。
近年、上述の問題を解決すべく、別の測定方法が開発されている。
欧州特許出願公開第０４５３６９３号明細書（ＥＰ０４５３６９３）は、「ポッケルス効果電界センサ」に関する。このセンサは、電界の値及び方向を決定するために、単色の偏光線が通過するように構成された結晶を有する。
ポッケルス効果は、静的又は動的な電界によって生成された環境における複屈折の発生である。複屈折は、電界に比例して発生するため、測定することができる。
具体的には、欧州特許出願公開第０４５３６９３号明細書に記載のセンサは、単色光線を生成するように構成された光源と、プローブ結晶と、例えば、フォトダイオード型の光検出器とを備える。光源は、シングルモード光ファイバによってプローブ結晶に接続され、プローブ結晶は、偏光保持光ファイバによって光検出器に接続される。
使用されるプローブ結晶は、電界に晒されたときに特定の複屈折結晶構造を有しており、プローブ結晶を通過した偏光線の２つの成分の位相差を測定することにより、電界を測定することができる。
しかしながら、使用されるプローブ結晶は、温度変化に敏感であるため、気候の変化に晒されるエネルギー輸送網で使用することが困難である。さらに、温度センサ及び補正ユニットを用いて、温度変化が測定に与える影響を補正する必要がある。
例えば、電流を測定するために用いられる他の効果は、ファラデー効果である。ファラデー効果は、物質内の光と磁界の相互作用によって生じる。具体的には、偏光は、光の伝播方向において磁界の構成要素に比例する回転を引き起こす。この磁界の構成要素は、導電体／エネルギー輸送ケーブル内の電流に比例するため、偏光の回転を測定することにより、電流を測定することができる。
例えば、そのような測定装置の一例が、欧州特許出願公開第０１０８０１２号明細書（ＥＰ０１０８０１２）に記載されている。
この公報に記載された測定装置は、導電体に周囲に巻かれ、かつ、レーザダイオード等の光源によって生成された単色光線が通過する光ファイバを有する。一方、この公報に記載された測定装置は、光ファイバの出力における偏光を分析する装置を有する。分析装置は、偏光スプリッタキューブ偏光と、それぞれが線形偏光線及び直交偏光線の強度を検出する２つのフォトダイオードと、導電体／電気エネルギー輸送ケーブル内で測定される強度の代表的な比率を算出するアナログユニットとを備える。
これもまた、温度に対するファラデー効果の依存度を観察することができるが、測定結果を補正する必要がある。
中国特許出願公開第２０６０５７４２４号明細書（ＣＮ２０６０５７４２４）は、さらに別の効果であるホール効果を利用する。この公報は、ホール効果検出器と、ホール効果検出器の温度に基づいて取得した測定値を補正する温度検出ユニットとを備える電流測定装置を開示する。また、この公報に記載された電流測定装置は、ホール効果検出器によって測定された電圧データを処理及び補正するように構成されたマイクロプロセッサを備える。この公報は、導電体／電気エネルギー輸送ケーブルを流れる電流が比例磁界を生成することを明記しており、導電体／電気エネルギー輸送ケーブルを流れる電流の強度及び電圧を検出することができる。
本発明の目的は、温度変化の問題を解決し、かつ、気候の変化が大きな場所に設置可能な耐久性を有する、電界又は磁界を測定する装置を提案することである。この目的のために、本発明は、磁界及び／又は電界を測定する装置に関し、当該装置は、
ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガス、具体的にはアルカリ性ガスを収容し、磁界及び／又は電界に配置されるように構成された測定セルと、
ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスの吸収線に合わせて波長が調整され、測定セルを通過する光線を放射する偏光光源と、
光線が、ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスを収容する測定セルを通過することによって生じる偏光角の回転に対応する第１のパラメータを測定するように構成された少なくとも１つの偏光測定システムと、
測定セル内のゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスによる光線の吸収に対応する第２のパラメータを測定するように構成された吸収測定システムと、
偏光角の回転に対応する第１のパラメータの測定値と吸収測定値を組み合わせて、これから、それぞれが電界及び／又は磁界に対応する第３のパラメータ及び／又は第４のパラメータを抽出するように構成された処理ユニットとを含む。
ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガス、具体的にはアルカリ性ガスを収容し、磁界及び／又は電界に配置されるように構成された測定セルと、
ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスの吸収線に合わせて波長が調整され、測定セルを通過する光線を放射する偏光光源と、
光線が、ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスを収容する測定セルを通過することによって生じる偏光角の回転に対応する第１のパラメータを測定するように構成された少なくとも１つの偏光測定システムと、
測定セル内のゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスによる光線の吸収に対応する第２のパラメータを測定するように構成された吸収測定システムと、
偏光角の回転に対応する第１のパラメータの測定値と吸収測定値を組み合わせて、これから、それぞれが電界及び／又は磁界に対応する第３のパラメータ及び／又は第４のパラメータを抽出するように構成された処理ユニットとを含む。
本発明はさらに、単独で又は組み合わせて、以下の１以上の態様を含むことができる。
一態様では、アルカリ性ガスは、例えば、ルビジウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム又はフランシウムである。
本装置は、偏光源からの光を少なくとも２つの部分的な光線に分離するビームスプリッタ（スプリッタプレート又はビームスプリッタキューブ）を含む測定ヘッドと、互いに垂直な２つの測定ブランチを規定するリフレクタとを含むことができ、測定セルは、測定ヘッド内の２つの部分的な光線の交点に配置される。
測定ヘッドは、例えば、光ファイバによって、偏光源、偏光測定システム及び吸収測定システムに接続される。
別の態様では、測定セルを通過する光線の経路は、測定対象の磁界又は電界と共線的な少なくとも１つの構成要素を有し、または、測定対象の磁界又は電界と共線的である。
測定セルは、長さが０．１ｍｍ～２０ｍｍの第１の面と長さが０．１ｍｍ～２５ｍｍの第２の面とを有する立方体、または、高さが０．１ｍｍ～２０ｍｍであり直径が０．１ｍｍ～２５ｍｍである円筒形とすることができる。
偏光測定システムは、具体的には、測定セルの下流に配置され、かつ、偏光ビームスプリッタ及び２つの関連する光検出器を備える平衡偏光測定システムである。
吸収測定システムは、例えば、それぞれ測定セルの上流及び下流に配置された第１のビームスプリッタプレート及び第２のビームスプリッタプレートと、ビームスプリッタプレートのそれぞれに関連付けられ、測定セルの上流及び下流の光線の光度を検出するように構成された２つの光検出器とを含む。
光源は、具体的にはレーザ、特にレーザダイオードである。
単一のレーザ光源を用いて、少なくとも１つの電界及び少なくとも１つの磁界の双方を測定することができる。
本発明はさらに、中電圧又は高電圧の導電体の電流及び／又は電圧を測定するユニットに関し、当該ユニットは、上述した少なくとも１つの測定装置を含み、処理ユニットはさらに、導電体と測定セルとの距離に基づいて、対地電圧及び／又は導電体内を流れる電流を決定するように構成される。
本発明はさらに、中電圧又は高電圧の導電体を収容する金属筐体を含むガス絶縁変電所に関し、ガス絶縁変電所は、上述した測定装置を備え、その測定セルは、変電所の内部に配置され、具体的には、金属筐体の内部に固定される。
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照し、例示であって限定ではない以下の説明から明らかになるであろう。
図１は、偏光に関する図を示す。
図２は、アルカリ原子のエネルギーレベルをモデル化した２つの簡略図を示しており、具体的には、ａ）電磁界が存在しない場合と、ｂ）光線の伝搬方向に平行な磁界又は電界が存在する場合である。
図３は、第１の実施形態に係る測定装置の簡略図である。
図４Ａは、導電体の周囲に形成された電界及び磁界の説明図である。
図４Ｂは、導電体から所定の距離にある磁界及び電界の双方を測定するために、導電体の周りに配置された２つの測定装置を示す簡略図である。
図５は、図４Ｂの実施形態を簡略化及び最適化した変形例である。
図６は、いくつかの導電体の近くの電気及び／又は磁界を測定する測定装置の例示的な実施形態である。
図７は、一方に測定ヘッドを備え、他方に測定ベースを備え、これらが光ファイバによって互いに接続された第２の実施形態の簡略図である。
図８は、第３の実施形態に係る測定装置を備えたガス絶縁変電所の簡略図である。
図９は、図８の測定ヘッドの例示的な一実施形態の概略断面図である。
図１０は、図８の測定ヘッドの例示的な一実施形態の概略断面図である。
全ての図面において、同一の機能を有する構成要素には、同じ参照番号が付される。
以下の実施形態は例示である。以下の説明では１以上の実施形態に言及するが、これは、各言及が同一の実施形態に関すること、又は特徴が単一の実施形態にのみ適用されることを、必ずしも意味するものではない。また、様々な実施形態の個別の特徴が組み合わされ、又は、置換されて、他の実施形態を提供することができる。
「上流」又は「下流」は、構成要素が光の伝播の方向に配置された場合を意味する。したがって、光線が、初めに第１の装置又は構成要素を通過し、次に第２の装置を通過する場合、第１の装置又は構成要素が、第２の装置又は構成要素の上流に位置にする。
本開示では、いくつかの参照は、測定対象の電界又は磁界の性質を表す文字で補足することができる。例えば、光検出器１９は、電界の測定に関する場合は光検出器１９Ｅであり、磁界の場合は１９Ｂである。測定ヘッド３３は、電界の測定に関する場合は測定ヘッド３３Ｅであり、磁界の場合は３３Ｂであり、磁界Ｂ及び電界Ｅの双方の測定に関する場合は３３ＥＢである。
本発明は、中電圧又は高電圧の交流又は直流の設備に関し、特に、導電体／電気エネルギー輸送ケーブル、又は例えばガス絶縁変電所に関する。
本発明は、特に、電気エネルギー、すなわち電流を輸送する高電圧直流（ＨＶＤＣ）グリッドに有益である。
図１は、偏光についての説明図である。光波は電磁波であり、その電界及び磁界が光波の伝播方向に対して直接三面体（direct trihedron）を形成する。この電界は、光波の伝播中に発生する一方、光波を観察すると特定の形状を示す。したがって、伝播中の光波の偏光（電界の方向）は、直線偏光、円偏光、楕円偏光の３つに分類できる。
ゼーマン効果（磁界Ｂに関する）及びシュタルク効果（電界Ｅに関する）は、原子（アルカリを含む）の電子エネルギーレベルで生じる効果である。これらの効果は、これらのエネルギーレベルが相互作用する場合に観察することができる。これらのエネルギーレベルと相互作用する１つの方法は、共鳴光放射、例えばレーザからの光子による対象の原子の電子スピンと、調査対象のエネルギーレベルとの相互作用を利用することである。
そして、関連するエネルギーレベルと相互作用する直線偏光波を用いて、ゼーマン効果又はシュタルク効果を観察できるであろう。この観測は、光波の直線偏光の回転を観察することによって行われる。
これらの効果は、特に、単一の価電子を有する原子、例えばアルカリ原子等から形成されたガスにおいて観察することができる。アルカリは、単一の価電子が、容易に操作可能な不一致のスピンを有するため、多くの応用例で広く利用されている。したがって、価電子帯の単一電子のエネルギーを用いて、原子のエネルギーを近似することができる。
しかしながら、気体媒質が含まれる場合、これら２つのシュタルク効果及びゼーマン効果は、光が通過する気体媒質の密度に依存するため、温度にも依存する。
図２のａ）は、電磁界が存在しない場合のアルカリ原子のエネルギーレベルをモデル化した簡略図である。
これは、このように簡略化した３つのレベルのエネルギーシステムである（基準サブレベルｍＦ＝０は、後述する原子とレーザの相互作用プロセスには含まれない）。
このシステムは、運動量の３つの基準サブレベルｍＦ＝－１，ｍＦ＝０，ｍＦ＝＋１で形成される基準レベルを有する。また、このシステムは、運動量のサブレベルが含まれない励起レベルｍＥ＝０を有する。
所定の伝播方向を有する直線偏光波が伝播する場合、この直線偏光を、反対方向σ＋，σ－の２つの円偏光の集合に分解することができる。
そして、光波は、運動量の２つの基準サブレベルｍＦ＝－１，ｍＦ＝＋１と相互作用し、電子を運動量の励起レベルｍＥ＝０にすることができる。これは、角運動量の保存に関する選択規則と、光波σ＋が、＋１の運動量の光子を交換し、光波σ－が、－１の運動量の光子を交換する事実によって説明される。
図２のｂ）は、光線ｐＥの伝播方向と平行な磁界Ｂ又は電界Ｅが存在する場合のアルカリ原子のエネルギーレベルをモデル化した簡略図である。
光波ｐＥの伝播方向と共線的な電界Ｅ又は磁界Ｂを適用すると、運動量の基準サブレベルｍＦ＝－１，ｍＦ＝＋１のエネルギー変位が生じる（一方が正で他方が負であり、反対方向の界の場合は、その逆である）。
電界の場合、この効果はシュタルク効果と呼ばれ、このエネルギーのオフセット値は、下記数式１に示す値を有する。
磁界Ｂの場合 、この効果はゼーマン効果と呼ばれ、エネルギーオフセット値は、下記数式２に示す値を有する。
図２ｂに示すように、２つの運動量の基準サブレベルｍＦ＝－１，ｍＦ＝＋１の間には、電界の場合は数式１に示すオフセット値の２倍のエネルギー差があり、磁界の場合は数式２に示すオフセット値の２倍のエネルギー差がある。したがって、これにより、対象のアルカリ原子の電子を有する構成要素σ＋及び構成要素σ-の間に違いが生じる。
光波の偏光を数学的に再構築すると、長さｌのアルカリ原子媒質を通過した光波の直線偏光は、数式３及び数式４に示す角度θで回転する。
Ｅは、光波ｐＥの伝播軸に沿った電界の構成要素であり、
Ｂは、光波ｐＥの伝播軸に沿った磁界の構成要素であり、
ｎａｌは、アルカリの体積密度であり、温度に依存するパラメータである。
Ｂは、光波ｐＥの伝播軸に沿った磁界の構成要素であり、
ｎａｌは、アルカリの体積密度であり、温度に依存するパラメータである。
したがって、体積密度が既知又は一定である場合、偏光分析によって光波の偏光の回転を検出することにより、電界及び／又は磁界が測定可能であると理解される。
測定セル内に存在するアルカリ性ガスの密度は、温度（飽和蒸気圧）に依存する。この問題を解決すべく、アルカリ性ガスが光線を吸収する現象を利用することが提案されている。具体的には、測定セルの出力における光線のパワーＰＴは、入力パワーＰ０の関数として、数式５によって与えられる。
これは、数式６を与える。
数式６をｎａｌについて整理する。
また、数式（７）を上記数式（３）及び（４）に代入することにより、温度の影響を取り除くことができる。
図３は、光線の伝搬が磁界又は電界と共線的である場合に、磁界の測定又は電界の測定のいずれかを実現する、偏光及び吸収の双方の測定を組み合わせた第１の実施形態に係る測定装置１の簡略図の一例を示す。磁界及び／又は電界を測定するための測定装置１は、
ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガス、具体的にはアルカリ性ガスを含み、矢印５で示す磁界及び／又は電界内に配置されるように構成された測定セル３と、
偏光光源７であって、その波長が、測定セル３に収容されたゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスの吸収線に合わせて調整され、測定セル３を通過する光線９を放射する偏光光源７と、
光線が、測定セル３内のゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスを通過することによって生じる偏光角の回転に対応する第１のパラメータを測定するように構成された偏光測定システム１１と、
測定セル３内のゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスによる光線９の吸収に対応する第２のパラメータを測定するように構成された吸収測定システム１３と、
偏光角の回転に対応する第１のパラメータの測定値と吸収測定値を組み合わせて、これから、それぞれが測定対象の電界Ｅ及び／又は磁界Ｂに対応する第３のパラメータ及び／又は第４のパラメータを抽出するように構成された処理ユニット１５とを含む。
ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガス、具体的にはアルカリ性ガスを含み、矢印５で示す磁界及び／又は電界内に配置されるように構成された測定セル３と、
偏光光源７であって、その波長が、測定セル３に収容されたゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスの吸収線に合わせて調整され、測定セル３を通過する光線９を放射する偏光光源７と、
光線が、測定セル３内のゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスを通過することによって生じる偏光角の回転に対応する第１のパラメータを測定するように構成された偏光測定システム１１と、
測定セル３内のゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスによる光線９の吸収に対応する第２のパラメータを測定するように構成された吸収測定システム１３と、
偏光角の回転に対応する第１のパラメータの測定値と吸収測定値を組み合わせて、これから、それぞれが測定対象の電界Ｅ及び／又は磁界Ｂに対応する第３のパラメータ及び／又は第４のパラメータを抽出するように構成された処理ユニット１５とを含む。
したがって、測定セル３に含まれるゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスには、具体的には、ルビジウム原子、リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子、セシウム原子又はフランシウム原子等で構成されるアルカリ性ガスが含まれる。
測定セル３は、具体的には、使用される光源７の波長に対して透過性を有する。光線９が通過する面のみが透過性を有すれば十分である。他の面は透過性を有していなくてもよく、周囲光によって生じ得る干渉を排除できるため有利である。
測定セル３は、例えば、第１の面が０．１ｍｍ～２０ｍｍであり、第２の面が０．１ｍｍ～２５ｍｍである立方体／平行六面体、又は、高さが０．１ｍｍ～２０ｍｍであり、直径が０．１ｍｍ～２５ｍｍである円筒形等である。したがって、測定セル３は、電気エネルギー輸送設備の任意の場所に設置できるほど十分に小さく、又は、さらに説明するように、電気エネルギー輸送設備の装置に組み込むことが可能な大きさである。さらに、セルが小さいことにより、測定範囲の調整が可能であると共に、感度に影響を与えることができる。
光源７は、例えばレーザ、具体的にはレーザダイオードである。レーザの波長は、選択したアルカリの吸収遷移に基づいて選択される。以下の表は、特定のアルカリ及び特定の遷移の波長の例を示す。
偏光測定システム１１は、具体的には、測定セル３の下流に配置される平衡偏光測定システム（balanced polarimetry system）とすることができる（特に、図３、図５及び図６を参照）。このような偏光測定システム１１は、具体的には、偏光ビームスプリッタ１７と、関連する２つの光検出器１９及び２１とを備える。
偏光ビームスプリッタ１７（図のＰＢＳ）は、偏光成分ｓ及びｐを分離して、これらの偏光成分を光検出器１９及び２１（図のＰＤ）のそれぞれ、例えばフォトダイオードに送信する。例えば、偏光成分ｓは、光検出器１９に向かって９０°で反射される一方、偏光成分ｐは、偏光ビームスプリッタ１７を通過して、光検出器２１によって検出される。
したがって、光検出器１９及び２１の測定信号を考慮すると、測定セル３の出力における光線の偏光角を測定することができ、また、光源７の出力における直線偏光が分かっている場合、偏光角の変動を判断できるため、測定対象の電界及び／又は磁界の値を判断することができる。
限定ではなく、説明を容易にするため、測定セル内の入力偏光が、偏光ビームスプリッタ１７の偏光成分ｓ又は偏光成分ｐに対して４５°である場合が想定される。
そして、これは、電界Ｅの出力信号と、磁界Ｂの出力信号を与え、レーザの伝播軸に沿った電界Ｅの構成要素及び磁界Ｂの構成要素のそれぞれは、数式１０及び数式１１によって与えられる。
ここで、Ｅは、光線９の伝播方向と共線的な電界Ｅの構成要素であり、
Ｂは、光線９の伝播方向と共線的な磁界Ｂの構成要素であり、
αＡＴＴは、光線の既知又は所定の減衰係数であり、
Ｐ１は、光検出器１９によって測定された光強度であり、
Ｐ２は、光検出器２１によって測定された光強度であり、
Ｐ０は、光検出器２５によって測定された光強度である。
Ｂは、光線９の伝播方向と共線的な磁界Ｂの構成要素であり、
αＡＴＴは、光線の既知又は所定の減衰係数であり、
Ｐ１は、光検出器１９によって測定された光強度であり、
Ｐ２は、光検出器２１によって測定された光強度であり、
Ｐ０は、光検出器２５によって測定された光強度である。
もちろん、我々の事例では、電界Ｅと磁界Ｂが垂直であること（Ｅ⊥Ｂ）、すなわち、光線が、２つの電界又は磁界の一方に感度を有するように配向されることを想定している。偏光ビームスプリッタ１７に対して光線９の直線偏光を調整すべく、半波長板２２（図ではλ／２で示す）が測定セル３の上流に配置される。
温度への依存を解決すべく、吸収測定システム１３が利用される。吸収測定システム１３は、上流部１３Ａと、下流部１３Ｂとを備える。より詳細には、上流部１３Ａは、測定セル３の上流に配置された第１のビームスプリッタプレート２３（「ビームスプリッタ」、図ではＢＳ）と、関連する光検出器２５とを含み、これらは、測定セル３の上流に配置された光線９の光度を検出するように構成される。下流部１３Ｂは、測定セル３の下流に配置され、かつ、偏光測定システム１１の上流に配置された第２のビームスプリッタプレート２７と、関連する光検出器２９とを備え、これらは、測定セル３の下流の光線９の光度を検出するように構成される。スプリッタプレート２３及び２７は、スプリッタキューブと置き換えてもよい。
そして、この温度に依存する信号は、上述した吸収信号で補正することができる。数式（１０）の電界の出力信号又は数式（１１）の磁界の出力信号は、数式（１２）及び数式（１３）になる。
したがって、温度に依存しない信号が取得され、電界又は磁界を測定することができる。測定対象の電界Ｅ又は磁界Ｂの絶対値を返すため、例えば、キャリブレーションを用いて、測定信号Ｓと電界Ｅ又は磁界Ｂの絶対値との対応を決定することができる。
そして、導電体内を流れる電流、又は対地電圧に返すため、測定セル３と導電体との距離を考慮する必要がある。
アルカリ原子が測定セル内に閉じ込められる場合、吸収率は、究極的に温度にのみ依存する。したがって、光検出器２９の信号ＰＴを用いることにより、温度の局所的な測定も可能となる。具体的には、アルカリの密度ｎａｌは、温度Ｔ（ケルビン）に依存し、数式１４に示す関係が与えられる。
ここで、ａ及びｂは、各アルカリに固有のパラメータである。
信号ＰＴ／ＰＯを考慮した数学的な計算を用いると、局所的な温度を測定できると共に、電界又は磁界を測定することができる。
図３では、光源７は、測定ヘッド３３とも呼ばれるオプトエレクトロニクスアセンブリに直接的に設置される。
変形例では、光源７、すなわち、例えばレーザは、例えば、測定ヘッド３３から離れており、これらは、光ファイバによって相互に接続される。
図４Ａは、導電体３１の周りに形成される電界Ｅ及び磁界Ｂの説明図である。
磁界Ｂは、導電体３１の周りで円を描く一方、電界Ｅの方向は、磁界Ｂに垂直な半径方向である。
図４Ｂは、同じ導電体３１の断面と、導電体３１の周囲に形成された電界Ｅ及び磁界Ｂを示す簡略図である。また、導電体３１から所定の距離Ｒにおける磁界及び電界の双方を測定するために、導電体３１の周りに配置された２つの測定装置１の２つの電気（Ｅ）測定ヘッド３３Ｅ及び磁気（Ｂ）測定ヘッド３３Ｂが概略的に示される。この例示的な実施形態では、光源７Ｅ及び７Ｂは、光ファイバ４１、すなわち、光源７Ｅと測定ヘッド３３Ｅとの間の光ファイバ４１Ｅ、光源７Ｂと測定ヘッド３３Ｂとの間の光ファイバ４１Ｂによって個別の測定ヘッド３３Ｅ，３３Ｂに接続される。
図４Ｂに概略的に示す測定ヘッド３３Ｅ及び３３Ｂの長手方向として示すように、測定ヘッド３３Ｅの光線が、電界Ｅと共線的な測定セル３を部分的に通過し、測定ヘッド３３Ｂの光線が、磁界Ｂと共線的な測定セル３を部分的に通過する。
この構成では、導電体３１を流れる電流Ｉは、数式１５によって与えられる。
ここで、μ０は、自由空間における透磁率である。
同様に、導電体３１の対地電圧が得られる。
測定された電界Ｅ０と導電体３１に印加された電圧Ｖ０との関係は、数式１６によって与えられる。
もちろん、既知の電流が流れている導電体３１でキャリブレーションを実行することにより、測定装置１を較正し、測定された信号と、測定されるパラメータ（電界又は磁界）を関連付けることができる。
図５は、図４Ｂの実施形態を簡略化及び最適化した変形例であり、測定ヘッド３３Ｅ及び３３Ｂを組み合わせて単一の測定ヘッド３３ＥＢとしたものである。本実施形態では、測定ヘッド３３ＥＢは、偏光光源７からの光線９を２つの部分的な光線９Ｅ及び９Ｂに分離するスプリッタプレート３５と、互いに垂直な２つの測定ブランチを規定するリフレクタと、測定ヘッド内の２つの部分的な光線９Ｅ及び９Ｂの交点に配置された測定セル３とを含む。
したがって、このアセンブリでは、偏光測定システム１１Ｅを備える図３に示すアセンブリに対して、スプリッタプレート３５と、２つのリフレクタ３７及び３９が追加され、光線９Ｂが光線９Ｅに垂直に交差する状態で光線９Ｂを測定セル３内に導く。測定セル３の出力の光線９Ｂは、偏光測定システム１１Ｂに導かれる。
図５に示すように、偏光された光線９を、直接又は光ファイバ４１を介して測定ヘッド３３ＥＢに導くことができる。
図６は、いくつかの導電体３１の近くの電界及び／又は磁界を測定する測定装置１の例示的な実施形態である。本実施形態では、測定ヘッド３３、ここでは３３Ｅ又は３３Ｂ及び３３ＥＢには、単一のレーザ７から偏向された光線９が供給される。この例では、測定ヘッド３３Ｅ又は３３Ｂは、図３の測定ヘッドと同じであり、光線の方向は電界と共線的であり、別の測定ヘッド３３ＥＢは、図５の測定ヘッドと同じであり、導電体３１の電界及び磁界の双方を測定する。
図７は、第２の実施形態の簡略図であり、測定ヘッド部３３ＥＢに関し、測定セル３の光学機能／配置機能と、具体的には光検出器を含むオプトロニックコンポーネントによる測定機能が分離される。
このように、測定ヘッド３３は、プローブヘッド４２と、測定ベース４３に分けられる。
プローブヘッド４２は、その中心に測定セル３を備える。さらに、プローブヘッド４２は、光源７に接続された入力光ファイバ４１Ｉと、測定セル３を通過すると共に電界Ｅと共線的で部分的な光線９Ｅを、測定ベース４３の対応する入力に導く出力光ファイバ４１Ｅと、測定セル３を通過すると共に磁界Ｂと共線的で部分的な光線９Ｂを、対応する測定ベース４３の入力に導く出力光ファイバ４１Ｂと、吸収測定のために、測定セル３を通過した部分的な光線９Ｅを光検出器２５に導く出力光ファイバ４１Ｔとに接続される。
入力光ファイバ４１Iは、偏光保持ファイバである。出力光ファイバ４１Ｅ，４１Ｂ，４１Ｔは、非偏光保持ファイバである（しかしながら、偏光保持光ファイバも使用できるが、必須ではない）。したがって、プローブヘッド４２は、測定セル４１に加えて、リフレクタ３７と、測定セル３の上流に配置されたスプリッタプレート３５と、部分的な光線９Ｅ及び９Ｂにおける下流に配置されたプレート状又は立方形状等の２つの偏光子４４と、本実施形態では具体的には部分的な光線９Ｅにおける測定セル３の下流に配置され、偏光子４４の一方の上流に配置されたスプリッタプレート４６のみを含む。数学的な理由から、偏光子４４の軸は、測定セル３の入力偏光に対して４５°に設定される。
光源７、２つの偏光測定システム１１Ｅ及び１１Ｂ、並びに吸収測定システム１３は、測定ベース４３に設置される。この構成により、具体的には光検出器１９Ｅ，１９Ｂ，２５，２９を、導電体３１から、例えば、数メートル、数十メートル又はそれ以上離すことができる。したがって、導電体３１から遠く離れた位置に、光検出器１９Ｅ，１９Ｂ，２５，２９を配置することができ、測定センサ内で導電体３１の電界及び磁界によって生じ得る潜在的な電磁干渉を解決することができる。
変形例では、測定ベース４３は、ファラデーケージとして機能する金属筐体内に設置され、組み込まれる。
図８は、中電圧又は高電圧の導電体３１を収容するガス絶縁変電所５１の部分的な簡略図であり、図７の測定ベースと酷似する測定ベース４３を有する測定装置１を含み、測定ベース４３においてスプリッタプレート３５によって２つの部分的な光線９Ｅ及び９Ｂに分離され、４つの光ファイバ４１がプローブヘッド４２に接続される点が異なる。
したがって、図７及び図８では、プローブヘッド４２の上流の光ファイバ（例えば４１Ｉ）は、偏光保持ファイバである。このプローブヘッドの上流で使用される半波長板λ／２ ２２により、偏光を調整することができ、光源７からの光線を、ファイバの好適な軸に沿って偏光保持ファイバに入れることができる。
プローブヘッド４２の光線の下流で使用される光ファイバ４１Ｅ，４１Ｂ，４１Ｔは、例えば、非偏光保持ファイバである（しなしながら、偏波保持光ファイバも使用できるが、必須ではない）。プローブヘッド４２に追加されたスプリッタプレート４６は、追加の光ファイバ４１Ｔを用いて、吸収（したがって温度）に関する情報を取得することができる。
測定ベース４３では、３つの光検出器１９Ｅ，１９Ｂ及び２５により、信号を分析することができる。光検出器２５により、吸収を測定することができる一方、光検出器１９Ｅ及び１９Ｂにより、回転角を測定することができるため、以下の式を利用して電界及び磁界を測定することができる。
ここで、Ｅは、光線９の伝播方向と共線的な電界Ｅの構成要素であり、
Ｂは、光線９の伝播方向と共線的な磁界Ｂの構成要素であり、
αａｔｔは、光線の既知又は所定の減衰係数であり、
Ｐ０は、光検出器によって測定された光強度である。
Ｂは、光線９の伝播方向と共線的な磁界Ｂの構成要素であり、
αａｔｔは、光線の既知又は所定の減衰係数であり、
Ｐ０は、光検出器によって測定された光強度である。
図７及び図８の実施形態は、測定セル３の下流に配置された偏光子４４と、各ブランチの関連する光検出器１９Ｅ，１９Ｂとを備える簡素化された偏光測定システムを含むと理解される。この場合、測定セル３の入力における光線は、光源７により、又は例えば偏光子を測定セル３の上流に配置することにより、直線的に偏光される。
吸収測定システム１３は、例えば、測定セル３の下流に配置され、かつ、（例えばプレート状又は立体形状の）偏光子４４の上流に配置されたビームスプリッタ４６（例えば、スプリッタプレート又はスプリッタキューブ等）を含み、光線の一部を吸収測定システム１３の光検出器２５に導く。
もちろん、光ファイバを備えない簡略化した実施形態も考えられる。この場合、平衡偏光測定システムを利用することも考えられる。
図９及び図１０は、互いに垂直な２つの切断プレートを有する金属筐体５１に組み込まれたプローブヘッド４２の実施形態の概略断面図である。
図９及び図１０に示すように、測定セル３は、金属筐体５１の内部に配置され、具体的には、金属筐体５１の内側部分に固定される。
これを実現するため、金属筐体５１は、測定セル３において、フランジ５５によって固定されたウィンドウ５３を備え、光線９Ｅ（図９）及び９Ｂ（図１０）が通過することができる。
ウィンドウ５３と反対側の測定セル３の後壁５７は、反射性を有しており、又は、ミラーが設置される。
したがって、電界Ｅ（図９）を検出すべく、光線９Ｅが、磁界Ｂに垂直な面で放射される。光線９Ｅは、特定の角度で測定セル３に入り、後壁５７で反射して、測定ベース４３に送られる。
この構成では、光線９Ｅの共線的な成分のみが、シュタルク効果に寄与する。光線９Ｅが測定セル３を２回通過するため（往路及び復路）、測定セル３のサイズは比較的小さくなる。
次いで、磁界Ｂ（図１０）を検出すべく、光線９Ｂが経路を介して放射され、当該経路では、光線９Ｂは、磁界Ｂ及び電界Ｅと部分的に共線的になる。光線９Ｂは、特定の角度で測定セル３に入り、後壁５７で反射され、測定ベース４３に送られる。
この構成では、電界Ｅ及び磁界Ｂと共線的な光線９Ｂの成分のみが、それぞれゼーマン効果及びシュタルク効果に寄与する。初めに図９のアセンブリを用いて電界Ｅを決定し、算出された測定結果から、図９のアセンブリを用いた測定から分かる電界Ｅの寄与を差し引くことにより、図１０のアセンブリを用いた測定によって磁界Ｂを決定することができる。光線９Ｂが測定セル３を２回通過するため（往路及び復路）、測定セル３のサイズは比較的小さくなる。
以下、電流及び電圧の測定の具体例について説明し、この例は、記載した全ての実施形態に適用される。
測定セル３で使用されるアルカリ性ガスは、シュタルク効果及びゼーマン効果のため、例えば、ルビジウムであると想定される。
ゼーマン効果について、アンペア（Ａ）単位の電流と偏光の回転角θＺとの関係は、数式１７によって与えられる。
ここで、ｒは、導電体３１と測定セル３との距離ｍｍであり、
ｗは、測定セル３内の光線９の直径ｍｍであり、
ｌＢは、磁界Ｂと共線的な光線９Ｂの経路において移動した長さｍｍである。
この範囲は、選択したルビジウムのエネルギー遷移に依存する。したがって、この方程式を逆にすることにより、導電体３１の電流を返すことができる。
ｗは、測定セル３内の光線９の直径ｍｍであり、
ｌＢは、磁界Ｂと共線的な光線９Ｂの経路において移動した長さｍｍである。
シュタルク効果について、ｋＫ単位の電圧Ｕと回転角θＳとの関係は、数式１８で与えられる。
ここで、ｒ０は、導電体３１の半径ｍｍであり、
ｒは、導電体３１と測定セル３との距離ｍｍであり、
ｌＥは、電界Ｅと共線的な光線９Ｅの経路において移動した長さｍｍである。
この範囲は、選択したルビジウムのエネルギー遷移に依存する。したがって、この方程式を逆にすることにより、電圧を返すことができる。
ｒは、導電体３１と測定セル３との距離ｍｍであり、
ｌＥは、電界Ｅと共線的な光線９Ｅの経路において移動した長さｍｍである。
交流電流及び交流電圧の測定：
交流電圧Ｖ（ｔ）＝ＶＯｃｏｓ（ωｔ）を印加する場合、数式１９によって定義される電界が得られる。
したがって、回転角が、下記数式によって測定及び与えられる。
次いで、２つの成分、すなわち、連続的な成分及び周波数が２倍の交流成分で構成される信号が得られる。
交流電流Ｉ（ｔ）＝ＩＯｃｏｓ（ωｔ）を供給する場合、下記数式によって定義される磁界が得られる。
したがって、回転角は、下記数式によって測定され、与えられる。
したがって、本発明は、サイズが小さく、電流及び電圧について活性部分（測定セル３内のアルカリ性ガス）の体積が１０ｃｍ３未満とし得ることを特徴とすると理解される。
活性部分は、密閉された測定セル３内のガスであるため、物理的な測定値は絶対値であり、経時的に変化しない。変化パラメータのみが、制御可能なパラメータ（温度）であり、又は、遠隔の装置で較正可能なパラメータである。
故障する可能性のある構成部品は、潜在的に光源７のみであり、これは導電体３１から離れている。そのため、メンテナンスが容易である。
上述した光学的な測定により、高帯域幅を用いた高感度な測定が可能になる。
上述した通り、測定装置は実装が容易である。電流及び電圧を測定するために、様々な光検出器を導電体３１と接触させる必要がない。これにより、電力網から測定チェーンを電気的に分離することもできる。
最後に、測定装置１により、直流モード及び交流モードの電流及び電圧を測定することができる。
Claims (18)
- 磁界（Ｂ）及び／又は電界（Ｅ）を測定するための測定装置（１）であって、
アルカリ性ガスを含むゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスを収容し、かつ、磁界（Ｂ）及び／又は電界（Ｅ）内に配置されるように構成された測定セル（３）と、
ゼーマン効果及び／又はシュタルク効果に敏感なガスの吸収線に合わせて波長が調整され、測定セル（３）を通過する光線（９）を放射する偏光光源（７）と、
前記光線（９）が前記測定セル（３）を通過して偏光ビームスプリッタ（１７）によって分離された２つの偏光成分の光強度（Ｐ １ ，Ｐ ２ ）を測定するように構成された少なくとも１つの偏光測定システム（１１）と、前記光線（９）の偏光成分の回転角は、前記測定セル（３）内の前記磁界（Ｂ）及び温度に依存し、又は、前記測定セル（３）内の前記電界（Ｅ）及び温度に依存し、
前記測定セル（３）に入力される前記光線（９）の光強度（Ｐ ０ ）と、前記測定セル（３）から出力された前記光線（９）の光強度（Ｐ Ｔ ）を測定するように構成された吸収測定システム（１３）と、前記光強度（Ｐ Ｔ ）に対する前記光強度（Ｐ ０ ）の比である前記光線（９）の吸収率（Ｐ ０ ／Ｐ Ｔ ）は、測定セル（３）の温度に依存し、
前記偏光測定システム（１１）及び前記吸収測定システム（１３）によって前記光強度が測定された前記光線（９）の前記回転角を算出し、算出された前記回転角を、前記吸収率を用いて補正し、補正された前記回転角から電界（Ｅ）の値及び／又は磁界（Ｂ）の値を導出するように構成された処理ユニット（１５）と
を含み、
前記偏光測定システム（１１）は、測定セル（３）の下流に配置された、前記偏光ビームスプリッタ（１７）及び２つの関連する光検出器（１９，２１）を含み、
前記光検出器（１９，２１）はそれぞれ、前記偏光ビームスプリッタ（１７）によって分離された光線を検出し、
前記吸収測定システム（１３）は、前記測定セル（３）の上流の光線（９）の光度を検出する光検出器（２５）と、前記測定セル（３）の下流の光線（９）の光度を検出する光検出器（２９）とを含み
前記処理ユニット（１５）は、算出された前記回転角を前記吸収率の対数値で除算して補正し、補正された前記回転角を、前記測定セル（３）における光線（９）と物質との相互作用を示す既知の相互作用パラメータで除算し、前記測定セル（３）における吸収による光線（９）と物質との相互作用を示す既知の吸収相互作用パラメータで乗算することにより、電界（Ｅ）の値及び／又は前記磁界（Ｂ）の値を算出する、
測定装置。 - 偏光測定システム（１１）は、前記光検出器（２５）によって検出された前記光強度（Ｐ ０ ）に対する、前記偏光ビームスプリッタ（１７）によって反射されて前記光検出器（１９）によって検出された前記光線（９）の偏光成分の光強度（Ｐ １ ）と、前記偏光ビームスプリッタ（１７）を通過して前記光検出器（２１）によって検出された前記光線（９）の偏光成分の光強度（Ｐ ２ ）との差の比と、前記光線（９）の減衰係数とを乗算して、前記回転角を算出する、請求項１に記載の測定装置。
- アルカリ性ガスは、ルビジウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム又はフランシウムである、請求項１又は２に記載の測定装置。
- 前記処理ユニット（１５）は、
前記測定セル（３）に磁界が存在するときにゼーマン効果によって生じた第１の前記回転角を、前記吸収率の対数値で除算して補正し、
補正された第１の回転角を、前記測定セル（３）に磁界が存在するときの前記測定セル（３）における光線（９）と物質との相互作用を示す既知の相互作用パラメータで除算し、前記吸収相互作用パラメータで乗算することにより、前記磁界（Ｂ）の値を算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の測定装置。 - 前記処理ユニット（１５）は、
前記測定セル（３）に電界が存在するときにシュタルク効果によって生じた第２の前記回転角を、前記吸収率の対数値で除算して補正し、
補正された第２の回転角を、前記測定セル（３）に電界が存在するときの前記測定セル（３）における光線（９）と物質との相互作用を示す既知の相互作用パラメータで除算し、前記吸収相互作用パラメータで乗算することにより、前記電界（Ｅ）の値を算出する、請求項１～４のいずれか１項に記載の測定装置。 - 処理ユニット（１５）は、前記吸収率から測定セル（３）内の温度を導出するように構成された、請求項１～５のいずれか１項に記載の測定装置。
- 偏光光源（７）からの光線（９）を少なくとも２つの部分的な光線（９Ｅ，９Ｂ）に分離するビームスプリッタ（３５）を備える測定ヘッド（３３）と、
互いに垂直な２つの測定ブランチを規定するリフレクタ（３７，３９）とを含み、
測定セル（３）は、測定ヘッド（３３）内の２つの部分的な光線（９Ｅ，９Ｂ）の交点に配置される、請求項１～６のいずれか１項に記載の測定装置。 - 測定ヘッド（３３）は、光ファイバ（４１）によって、偏光光源（７）、偏光測定システム（１１）及び吸収測定システム（１３）に接続される、請求項１～７のいずれか１項に記載の測定装置。
- 測定セル（３）を通過する光線（９）の経路は、
測定対象の磁界（Ｂ）若しくは電界（Ｅ）と共線的な少なくとも１つの構成要素を有し、または、
測定対象の磁界（Ｂ）又は電界（Ｅ）と共線的である、請求項１～８のいずれか１項に記載の測定装置。 - 測定セル（３）は、０．１ｍｍ～２０ｍｍの長さの第１の面と０．１ｍｍ～２５ｍｍの長さの第２の面を有する立方体であり、又は、高さが０．１ｍｍ～２０ｍｍ、直径が０．１ｍｍ～２５ｍｍの円筒形である、請求項１～９のいずれか１項に記載の測定装置。
- 偏光測定システム（１１）は、平衡偏光測定システムである、請求項１～１０のいずれか１項に記載の測定装置。
- 偏光測定システム（１１）は、測定セル（３）の下流に配置された偏光子（４４）と、関連する光検出器（１９Ｅ，１９Ｂ）とを備え、測定セル（３）の入力における光線は、直線的に偏光される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の測定装置。
- ビームスプリッタ（４６）が、測定セル（３）の下流かつ偏光子（４４）の上流に配置され、光線の一部を吸収測定システム（１３）の光検出器（２５）に導く、請求項１２に記載の測定装置。
- 吸収測定システム（１３）は、
それぞれ測定セル（３）の上流及び下流に配置された第１のビームスプリッタプレート及び第２のビームスプリッタプレート（２３，２７）と、
それぞれビームスプリッタープレート（２３，２７）に関連付けられ、測定セル（３）の上流及び下流の光線（９）の光度を検出するように構成された２つの光検出器（２５，２９）と
を含む、請求項１～１３のいずれか１項に記載の測定装置。 - 光源（７）は、レーザダイオードを含むレーザである、請求項１～１４のいずれかに１項に記載の測定装置。
- 単一のレーザ光源（７）を用いて、少なくとも１つの電界（Ｅ）及び少なくとも１つの磁界（Ｂ）の双方が測定される、請求項１～１５のいずれか１項に記載の測定装置。
- 中電圧又は高電圧の導電体（３１）の電流及び／又は電圧を測定するためのユニットであって、
請求項１～１６のいずれか１項に記載の測定装置（１）を少なくとも１つ備え、
処理ユニット（１５）はさらに、導電体（３１）と測定セル（３）との距離に基づいて、対地電圧及び／又は導電体（３１）を流れる電流を決定するように構成された、ユニット。 - 中電圧又は高電圧の導電体（３１）を収容する金属筐体（５１）を含むガス絶縁変電所であって、
請求項１～１６のいずれか１項に記載の測定装置（１）を含み、
測定セル（３）は、ガス絶縁変電所内において、金属筐体（５１）の内部に固定される、ガス絶縁変電所。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1762656 | 2017-12-20 | ||
| FR1762656A FR3075386B1 (fr) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Dispositif de mesure d’un champ electrique et/ou magnetique notamment dans un conducteur de transport d’energie electrique |
| PCT/FR2018/053380 WO2019122693A1 (fr) | 2017-12-20 | 2018-12-18 | Dispositif de mesure d'un champ électrique et/ou magnétique notamment dans un conducteur de transport d'énergie électrique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021508049A JP2021508049A (ja) | 2021-02-25 |
| JP7204753B2 true JP7204753B2 (ja) | 2023-01-16 |
Family
ID=61224151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020533792A Active JP7204753B2 (ja) | 2017-12-20 | 2018-12-18 | 磁界及び／又は電界を測定するための測定装置、導電体の電流及び／又は電圧を測定するためのユニット、並びに導電体を収容する金属筐体を含むガス絶縁変電所 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11099242B2 (ja) |
| EP (1) | EP3729107B1 (ja) |
| JP (1) | JP7204753B2 (ja) |
| CN (1) | CN111492252B (ja) |
| FR (1) | FR3075386B1 (ja) |
| WO (1) | WO2019122693A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3105825A1 (fr) * | 2019-12-30 | 2021-07-02 | Supergrid Institute | Dispositif de mesure optique d’un paramètre physique |
| FR3110000B1 (fr) * | 2020-05-06 | 2022-05-27 | Commissariat Energie Atomique | Capteur de courant basé sur l’effet Faraday dans un gaz atomique |
| DE102020124516A1 (de) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | Turck Duotec GmbH | Sensor mit Lichtleiteranschluss |
| CN112198374B (zh) * | 2020-09-30 | 2021-10-22 | 武汉大学 | 一种高频高精度空间电场测量系统及方法 |
| CN112462154A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-03-09 | 武汉大学 | 测量电气设备金具表面电场强度的装置及方法 |
| FR3130996B1 (fr) * | 2021-12-17 | 2024-05-03 | Inst Supergrid | Dispositif de mesure d’un courant dans un conducteur de mise à la terre |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050052650A1 (en) | 2003-09-05 | 2005-03-10 | Zhen Wu | System for high-resolution measurement of a magnetic field/gradient and its application to a magnetometer or gradiometer |
| JP2016029362A (ja) | 2014-07-24 | 2016-03-03 | セイコーエプソン株式会社 | ガスセルおよび磁気測定装置 |
| JP2018146310A (ja) | 2017-03-02 | 2018-09-20 | 株式会社リコー | 磁気センサ、生体磁気測定装置 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3071721A (en) * | 1957-02-13 | 1963-01-01 | Varian Associates | Optical absorption monitoring of oriented or aligned quantum systems |
| US5189368A (en) * | 1976-09-24 | 1993-02-23 | Lockheed Sanders, Inc. | Magnetometer |
| EP0108012A1 (fr) | 1982-10-28 | 1984-05-09 | Commissariat à l'Energie Atomique | Dispositif de mesure d'intensité électrique à effet Faraday |
| EP0173740A1 (en) * | 1984-03-05 | 1986-03-12 | Beckman Instruments, Inc. | Mirror scan velocity control |
| FR2661003B2 (fr) | 1989-12-26 | 1992-06-12 | Commissariat Energie Atomique | Capteur de champ electrique a effet pockels. |
| EP0515690B1 (en) * | 1990-11-19 | 1999-07-14 | Nikkiso Co., Ltd. | Fourier-transform mass spectrometer |
| US5640021A (en) * | 1995-08-25 | 1997-06-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Faraday-stark magneto-optoelectronic (MOE) devices |
| AT505470B1 (de) * | 2007-06-15 | 2010-09-15 | Univ Graz Tech | Verfahren und vorrichtung zum messen von magnetfeldern |
| CN101806718B (zh) * | 2009-02-13 | 2011-12-14 | 上海光谱仪器有限公司 | 交直流两用塞曼效应原子吸收背景校正系统及使用方法 |
| WO2010128513A2 (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Ben-Gurion University Of The Negev Research And Development Authority | A method and apparatus for high precision spectroscopy |
| JP6134092B2 (ja) * | 2011-10-18 | 2017-05-24 | セイコーエプソン株式会社 | 磁場計測装置 |
| EP2626711B1 (fr) * | 2012-02-10 | 2015-03-11 | Alstom Technology Ltd | Dispositif de mesure de courant HVDC à large bande passante, très haute précision |
| CN103605086B (zh) * | 2013-11-13 | 2016-04-06 | 清华大学 | 一种基于光纤电光调制器的可自由扩展测磁系统 |
| CN103616571B (zh) * | 2013-12-07 | 2016-03-30 | 山西大学 | 基于里德堡原子斯塔克效应的电场探测方法及装置 |
| US9726494B2 (en) * | 2014-05-15 | 2017-08-08 | Northrop Grumman Systems Corporation | Atomic sensor system |
| CN107085130B (zh) * | 2016-02-16 | 2020-05-19 | 姚晓天 | 采用主动温度补偿的偏振不敏感电流和磁场传感器 |
| CN206057424U (zh) | 2016-07-11 | 2017-03-29 | 深圳市知用电子有限公司 | 一种电流测量装置 |
| US10672564B2 (en) * | 2018-09-23 | 2020-06-02 | Kirk W. Rosener | Electret energy storage system |
-
2017
- 2017-12-20 FR FR1762656A patent/FR3075386B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2018
- 2018-12-18 WO PCT/FR2018/053380 patent/WO2019122693A1/fr unknown
- 2018-12-18 CN CN201880081907.1A patent/CN111492252B/zh active Active
- 2018-12-18 US US16/772,081 patent/US11099242B2/en active Active
- 2018-12-18 JP JP2020533792A patent/JP7204753B2/ja active Active
- 2018-12-18 EP EP18833976.6A patent/EP3729107B1/fr active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050052650A1 (en) | 2003-09-05 | 2005-03-10 | Zhen Wu | System for high-resolution measurement of a magnetic field/gradient and its application to a magnetometer or gradiometer |
| JP2016029362A (ja) | 2014-07-24 | 2016-03-03 | セイコーエプソン株式会社 | ガスセルおよび磁気測定装置 |
| JP2018146310A (ja) | 2017-03-02 | 2018-09-20 | 株式会社リコー | 磁気センサ、生体磁気測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021508049A (ja) | 2021-02-25 |
| US11099242B2 (en) | 2021-08-24 |
| EP3729107B1 (fr) | 2022-09-14 |
| CN111492252A (zh) | 2020-08-04 |
| EP3729107A1 (fr) | 2020-10-28 |
| CN111492252B (zh) | 2022-08-02 |
| FR3075386B1 (fr) | 2020-07-10 |
| US20200408855A1 (en) | 2020-12-31 |
| FR3075386A1 (fr) | 2019-06-21 |
| WO2019122693A1 (fr) | 2019-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7204753B2 (ja) | 磁界及び／又は電界を測定するための測定装置、導電体の電流及び／又は電圧を測定するためのユニット、並びに導電体を収容する金属筐体を含むガス絶縁変電所 | |
| JP6391370B2 (ja) | 光ポンピング磁力計及び磁気センシング方法 | |
| Freise et al. | Triple Michelson interferometer for a third-generation gravitational wave detector | |
| WO2013008500A1 (ja) | 脳磁計及び脳磁測定方法 | |
| JP2017026405A (ja) | 光ポンピング磁力計および磁気センシング方法 | |
| CN105992934B (zh) | 干涉测定传感器 | |
| US7599062B2 (en) | Local non-perturbative remote sensing devices and method for conducting diagnostic measurements of magnetic and electric fields of optically active mediums | |
| KR101094363B1 (ko) | 광섬유 전류 센서 및 그것의 센싱 방법 | |
| CN104698410A (zh) | 用于磁力仪的原子磁传感器及消除磁力仪探测盲区的方法 | |
| US20090231583A1 (en) | Local non-perturbative remote sensing devices and method for conducting diagnostic measurements of magnetic and electric fields of optically active mediums | |
| US10921191B2 (en) | Atomic sensing method and chip-scale atomic sensor | |
| CN112269155A (zh) | 一种全光纤磁强计装置 | |
| Zheng et al. | Influences of optical-spectrum errors on excess relative intensity noise in a fiber-optic gyroscope | |
| CN106062506B (zh) | 干涉测定传感器 | |
| Tian et al. | Continuous-wave frequency-shifted interferometry cavity ring-down gas sensing with differential optical absorption | |
| JP5645011B2 (ja) | 変調光解析装置とその変調光解析装置を用いた電界あるいは磁界測定プローブ装置 | |
| Fricke | Homodyne detection for laser-interferometric gravitational wave detectors | |
| Przhiyalkovsky et al. | Modified sensing element of a fibre-optic current sensor based on a low-eigenellipticity spun fibre | |
| US11442119B2 (en) | Magnetometer with optical pumping of a sensitive element with linearly polarised light and multiple-pass in the sensitive element | |
| Li et al. | Analysis and design of loop gains to optimize the dynamic performance of optical voltage sensor based on Pockels effect | |
| CN106646183B (zh) | Sld光源测试系统 | |
| Akiyama et al. | Dispersion interferometer for large helical device | |
| CN115792780A (zh) | 基于s波片与无模型自适应迭代学习的光学电压传感器应力线双折射补偿方法 | |
| CN117572056A (zh) | 一种基于量子混频的微弱电流检测系统及其方法和应用 | |
| Şahin | The Variation of the Linewidths and Amplitudes of Sub-Doppler Resonances of 87Rb D2 Line with Laser Beam Intensity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200817 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210804 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210907 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211203 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220510 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220804 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220930 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221206 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221228 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7204753 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |