JPH01291170A - Optical fiber current measuring instrument - Google Patents

Optical fiber current measuring instrument

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JPH01291170A
JPH01291170A JP63120587A JP12058788A JPH01291170A JP H01291170 A JPH01291170 A JP H01291170A JP 63120587 A JP63120587 A JP 63120587A JP 12058788 A JP12058788 A JP 12058788A JP H01291170 A JPH01291170 A JP H01291170A
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JP
Japan
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optical fiber
coil
measured
conductor
light
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Application number
JP63120587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Murase
洋 村瀬
Hitoshi Okubo
仁 大久保
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To execute the measurement with high accuracy by inserting a conductor to be measured into the center part of two pieces of optical fiber coils whose number of turns is different, consisting of an optical fiber of a single mode, and bringing two kinds of signals at the time of passing through the optical fiber coil to operation processing. CONSTITUTION:In the periphery of a conductor to be measured 1, an optical fiber coil 2a to which an optical fiber 2 of a single mode has been wound many times, and an optical fiber coil 3b to which an optical fiber 3 of a single mode has been wound several times are provided. In this state, a light beam from a laser light source 9 is resolved into two pieces of optical components whose planes of polarization make an angle of 90 deg. to each other by an analyzing device 12 through a polarizing device 8, a polarization plane maintaining optical fiber 4 and the coil 2a, and the optical components are changed to a signal of the product of both of them by an arithmetic unit 18' through optical fibers 13a, 13b and photodetectors 16a, 16b, respectively. Also, a light beam from a laser light source 11 is inputted to a photodetector 17 through a polarizing device 10, a polarization plane maintaining optical fiber 6, the coil 3b and an analyzing device 14. Subsequently, a signal from the unit 18' and the element 17 is processed by an electric circuit 18 and outputted.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、高い精度および高信頼性を要求される電流測
定に好適な光ファイバを応用した光ファイバ電流測定装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an optical fiber current measuring device using an optical fiber suitable for current measurement that requires high accuracy and high reliability.

(従来の技術) 従来、送配電機器等に用いられる大電流測定装置として
は、巻線型計器用変流器が主として使われている。しか
し、この巻線型計器用変流器は大型、高価、過渡電流波
形の変歪などの欠点があった。そこで近年、これに代わ
り、ファラデー効果を有する物質を利用して光学的に電
流を測定する方式が注目されている。このような光学的
電流測定器は、小型で過渡電流波形も忠実に再現できる
という利点を有する。近年の光ファイバ製造技術の進歩
はめざましく、光ファイバそのものをファラデー効果物
質として利用する電流測定器も実現されようとしている
。例えば、雑誌rOPTIcs ANDLASERTE
CHNOLOGYJの1980年2月号(p、25〜ρ
、29)には、”0ptical fibers fo
r current o+eagureneentap
pHcations”なる題名で、第3図に示すような
電流測定手段が提案されている。すなわち、被測定導体
1の周囲にシングルモードの光ファイバ3をコイル状に
巻き、レーザー光源11からの光ビームを偏光子10.
レンズ31を通して直線偏光波にし。
(Prior Art) Conventionally, wire-wound instrument current transformers have been mainly used as large current measuring devices used in power transmission and distribution equipment. However, this wire-wound instrument current transformer has drawbacks such as being large, expensive, and distorting the transient current waveform. Therefore, in recent years, instead of this, a method of optically measuring current using a substance having a Faraday effect has been attracting attention. Such optical current measuring instruments have the advantage of being compact and capable of faithfully reproducing transient current waveforms. In recent years, advances in optical fiber manufacturing technology have been remarkable, and current measuring instruments that utilize optical fibers themselves as Faraday effect materials are on the verge of being realized. For example, the magazine rOPTIcs ANDLASERTE
February 1980 issue of CHNOLOGYJ (p, 25-ρ
, 29), “0ptical fibers for
r current o+eagureneentap
Under the title "pHcations", a current measuring means as shown in FIG. Polarizer 10.
It passes through the lens 31 and becomes a linearly polarized wave.

上記光ファイバ3内に入射させる。この光は、被測定導
体1に流れる電流が形成する磁界によりファラデー旋回
を受ける。光ファイバ3の他端から出射した光は、レン
ズ32.検光子14により、偏波面が互いに直交する2
つの光ビームエ、と工、に分割され、受光素子17aお
よび17bに入射し、2つの電気信号に変換される。こ
の2つの電気信号にもとずいて演算回路33により、 
(1,−L)/CI、+L)なる演算を実施し、この結
果を出力する。この出力値は、ファラデー旋回角が小さ
い領域では、近似的にファラデー旋回角に比例するため
、結局、ファラデー旋回を引き起こす磁界強度に比例し
、被測定導体1に流れる電流値に比例することになり、
従って被測定導体1の電流値を測定できる。
The light is made to enter the optical fiber 3. This light undergoes Faraday rotation due to the magnetic field formed by the current flowing through the conductor 1 to be measured. The light emitted from the other end of the optical fiber 3 passes through the lens 32 . The analyzer 14 detects two polarization planes whose polarization planes are orthogonal to each other.
The light beam is split into two light beams, which enter light receiving elements 17a and 17b, where they are converted into two electrical signals. Based on these two electrical signals, the arithmetic circuit 33
The calculation (1, -L)/CI, +L) is performed and the result is output. Since this output value is approximately proportional to the Faraday rotation angle in a region where the Faraday rotation angle is small, it is ultimately proportional to the magnetic field strength that causes the Faraday rotation, and is proportional to the current value flowing through the conductor 1 to be measured. ,
Therefore, the current value of the conductor 1 to be measured can be measured.

(発明が解決しようとする課題) このような構造の電流測定装置の最大の問題点は、光フ
ァイバ3内に発生する複屈折である。−般に光ファイバ
3のケーブルを構成するガラスのようなアモルファス固
体は、光学的に等方性であり、偏光子10により形成さ
れた直線偏光波は、その偏光状態を保ったまま、伝ばん
する。しかし、光ファイバ3に応力が加えられると、ア
モルファス固体も光学的に異方性となり、複屈折を示す
(Problem to be Solved by the Invention) The biggest problem with the current measuring device having such a structure is birefringence that occurs within the optical fiber 3. - In general, an amorphous solid such as glass that constitutes the optical fiber 3 cable is optically isotropic, and the linearly polarized light wave formed by the polarizer 10 does not propagate while maintaining its polarization state. do. However, when stress is applied to the optical fiber 3, the amorphous solid also becomes optically anisotropic and exhibits birefringence.

すなわち、偏波面の方向により屈折率が異なるため、偏
光子10により形成された直線偏光波は、光ファイバ3
内を伝ばん中に偏光状JIMが変化し、だ円偏光化する
。これが測定誤差の一因となる。光ファイバ3に加えら
れる応力としては、製造時に加えられる残留応力の他に
、周囲の温度変化に伴う応力や、振動による応力が存在
する。したがって、従来の光ファイバを応用した電流測
定装置は。
That is, since the refractive index differs depending on the direction of the polarization plane, the linearly polarized light wave formed by the polarizer 10 is transmitted through the optical fiber 3.
While propagating inside, the polarized JIM changes and becomes elliptical. This is a cause of measurement error. Stresses applied to the optical fiber 3 include, in addition to residual stress applied during manufacturing, stress associated with changes in ambient temperature and stress due to vibration. Therefore, current measuring devices using conventional optical fibers.

振動や、周囲の温度変化に弱く、このような振動や温度
変化が大きい環境では、高精度な電流測定はできなかっ
た。
They are sensitive to vibrations and changes in ambient temperature, and highly accurate current measurements cannot be made in environments with large vibrations and temperature changes.

本発明の目的とするところは、以上の欠点を除去して振
動や温度変化が大きい環境でも高精度で電流を計測でき
る光ファイバ電流測定装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical fiber current measuring device that eliminates the above-mentioned drawbacks and can measure current with high accuracy even in an environment with large vibrations and temperature changes.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明は、シングルモードの光ファイバがら構成される
巻数の異なる2個の光ファイバコイルの中心部分に被測
定導体を挿入し、光がこれら2個の光ファイバコイルを
通過するときに受けるファラデー効果を利用して、受光
量の変化として2種類の信号を得、この2種類の信号を
演算処理して、1個の電流値を出力することを特徴とし
ている。
(Means for Solving the Problems) The present invention involves inserting a conductor to be measured into the center of two optical fiber coils each having a different number of turns each consisting of a single mode optical fiber, and transmitting light to these two optical fibers. It is characterized by using the Faraday effect that occurs when passing through a coil to obtain two types of signals as changes in the amount of light received, and then calculating and processing these two types of signals to output one current value. .

巻数の多い光ファイバコイルを通過する光は、大きなフ
ァラデー旋回を受け、被測定導体を流れるわずかな電流
値の変化に応じて、受光量は周期的に変化する。この信
号から1周期の数をカウントする。このカウント数が電
流値を表わす。一方、巻数の少ない光ファイバコイルを
通過する光は、小さなファラデー旋回を受け、測定電流
範囲内では一価関数となるようにする。すなわち、被測
定導体に流れる電流値の変化に対して、受光量は単調増
加、もしくは単調減少関数となるようにする。
Light passing through an optical fiber coil with a large number of turns undergoes a large Faraday rotation, and the amount of light received changes periodically in response to slight changes in the value of the current flowing through the conductor to be measured. The number of one cycle is counted from this signal. This count number represents the current value. On the other hand, light passing through an optical fiber coil with a small number of turns undergoes a small Faraday rotation, so that it becomes a single-valued function within the measurement current range. That is, the amount of received light is set to be a monotonically increasing or decreasing function with respect to a change in the value of the current flowing through the conductor to be measured.

この信号を参照することにより、前記巻数の多い光ファ
イバコイルから得た周期の数の新しいカウントは、電流
値が増加したために発生したものか減少したために発生
したものか判別することができる。したがって、電流値
が増加したと判定された時には、過去のカウント数の総
和に新しいカウント(+1)をを加え、電流値が減少し
たと判定された時には、過去のカウント数の総和に新し
いカウント(−1)を加える。このようにして得られた
カウント数の過去からの総和は、電流値に比例した値と
なり、電流を測定することが可能である。
By referring to this signal, it can be determined whether the new count of the number of cycles obtained from the optical fiber coil with a large number of turns is caused by an increase or a decrease in the current value. Therefore, when it is determined that the current value has increased, a new count (+1) is added to the sum of past counts, and when it is determined that the current value has decreased, a new count (+1) is added to the sum of past counts. -1) is added. The total sum of the counts obtained in this way from the past becomes a value proportional to the current value, and it is possible to measure the current.

本発明は1巻数の多い光ファイバコイルを通過した光を
、空間的に偏波面の異なる多数の成分に分解し、それぞ
れの信号の積の値をとり、この信号の周期の数をカウン
トすることを特徴とする。
The present invention decomposes light that has passed through an optical fiber coil with a large number of turns into a large number of components with spatially different polarization planes, takes the value of the product of each signal, and counts the number of periods of this signal. It is characterized by

(作用) 被測定導体に流れる電流値の変化により、導体の発熱量
が変化し1周囲部度が変化する場合や、太陽光の照射の
有無、外気温の変化などで、周囲温度が変化する場合に
、光ファイバが機械的応力を受けて複屈折現象が発生し
たり、しゃ断器の振動などによって光ファイバが機械的
応力を°受け、複屈折現象が発生する場合でも、受光量
の絶対値は変化するが、周期の数および位相は変化しな
い。
(Function) Changes in the value of the current flowing through the conductor to be measured may cause a change in the amount of heat generated by the conductor, causing a change in the ambient temperature, or changes in ambient temperature due to sunlight irradiation, changes in outside temperature, etc. Even if the optical fiber is subjected to mechanical stress and birefringence occurs, or even if the optical fiber is subjected to mechanical stress due to vibration of a circuit breaker and birefringence occurs, the absolute value of the amount of light received is changes, but the number and phase of periods do not change.

したがって、本方式により、このような温度変化や振動
の影響を受けない、高精度で、高信頼性を有する電流測
定装置を提供することができる。このとき1巻数の多い
光ファイバコイルを通過【ノた光を、空間的に偏波面の
異なるn個の成分に分解し、それぞれの信号の積の値を
とれば、その信号の周期の数は、このような操作を行な
わない場合に比べて、同一巻数、同一電流変化に対して
n倍となり、分解能が向上する。また、分解能を同じに
するならば巻数が1/nでよく、小型化、 S/N比の
向上などの点で有利である。
Therefore, with this method, it is possible to provide a highly accurate and highly reliable current measuring device that is not affected by such temperature changes and vibrations. At this time, if the light passing through an optical fiber coil with a large number of turns is decomposed into n components with spatially different polarization planes, and the value of the product of each signal is taken, the number of periods of the signal is , compared to the case where such an operation is not performed, the number of turns is n times larger for the same number of turns and the same current change, and the resolution is improved. Furthermore, if the resolution is to be kept the same, the number of turns can be reduced to 1/n, which is advantageous in terms of miniaturization and improvement of the S/N ratio.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を、第1図および第2図を参照
して説明する。被測定導体1の周囲に、シングルモード
の光ファイバ2を多数回巻いた光ファイバコイル2aお
よびシングルモードの光ファイバ3を数回巻いた光ファ
イバコイル3bを設置する。光ファイバコイル2aを形
成する光ファイバ2の一端は、偏波面保存光ファイバ4
と光コネクタ5で結合される。光ファイバコイル3bを
形成する光ファイバ3も同様に、その一端は、偏波面保
存光ファイバ6と、光コネクタ7で結合される。偏波面
保存光ファイバ4の他端は、偏光装置8と互いの偏波面
を一致させた状態で結合され、レーザー光g9から出射
される光は、偏光装置8を通過させた後、偏波面保存光
ファイバ4に入射される。
(Example) An example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. An optical fiber coil 2a in which a single mode optical fiber 2 is wound many times and an optical fiber coil 3b in which a single mode optical fiber 3 is wound several times are installed around the conductor 1 to be measured. One end of the optical fiber 2 forming the optical fiber coil 2a is connected to a polarization maintaining optical fiber 4.
and are connected by an optical connector 5. Similarly, one end of the optical fiber 3 forming the optical fiber coil 3b is coupled to the polarization maintaining optical fiber 6 through the optical connector 7. The other end of the polarization-maintaining optical fiber 4 is coupled to a polarizer 8 with their polarization planes matching each other, and the light emitted from the laser beam g9 passes through the polarization device 8 and then is polarized. The light is input into the optical fiber 4.

一方、偏波面保存光ファイバ6の他端も同様に。On the other hand, the same goes for the other end of the polarization maintaining optical fiber 6.

偏光装置10と互いの偏波面を一致させた状態で結合さ
れ、レーザー光源11から出射される光は、偏光装置1
0を通過した後、偏波面保存光ファイバ6に入射される
。光ファイバコイル2aを形成する光ファイバ2の他端
は、検光装置12を介して、2本のマルチモードの光フ
ァイバ13aと13bに結合する。
The light that is combined with the polarization device 10 with their polarization planes matching each other and emitted from the laser light source 11 is coupled to the polarization device 1
After passing through 0, the light is input to the polarization maintaining optical fiber 6. The other end of the optical fiber 2 forming the optical fiber coil 2a is coupled to two multimode optical fibers 13a and 13b via an analyzer 12.

すなわち、ファイバ2を出射した光は、任意の角度に設
置された検光装置12により、偏波面が互いに90″の
角度をなす2個の光成分に分解され、それぞれ光ファイ
バ13a、 13bにより伝送される。このようにして
伝送されたそれぞれの光成分は、受光素子16a、 i
6bにより電気信号に変換され、演算装置18′に入力
され、両者の積の信号に変えられる。光ファイバコイル
3bを形成するシングルモードの光ファイバ3の他端は
、検光装置14を介してマルチモードの光ファイバ15
と結合される。ここで、検光子14の偏波面の向きは、
偏光装置10により形成された直線偏光波が、被測定導
体1に電流が流れていない状態で、検光袋[14に入射
する直前に有する偏波面の向きに対して約45@の角度
を有するように配置する。光ファイバ15の他端は。
That is, the light emitted from the fiber 2 is separated into two light components whose polarization planes make an angle of 90'' to each other by the analyzer 12 installed at an arbitrary angle, and the light is transmitted through the optical fibers 13a and 13b, respectively. The respective light components transmitted in this way are transmitted to the light receiving elements 16a, i
6b, the signal is converted into an electrical signal, input to the arithmetic unit 18', and converted into a signal representing the product of both. The other end of the single mode optical fiber 3 forming the optical fiber coil 3b is connected to the multimode optical fiber 15 via the analyzer 14.
is combined with Here, the direction of the polarization plane of the analyzer 14 is
The linearly polarized light wave formed by the polarizer 10 has an angle of about 45@ with respect to the direction of the plane of polarization that it has just before it enters the analytical bag [14] when no current is flowing through the conductor 1 to be measured. Place it like this. The other end of the optical fiber 15 is.

受光素子17に結合している。演算装置18′および受
光素子17からの信号は、電子回路部18に入力され、
処理されて、被処理測定辱体1に流れる電流値にほぼ比
例した電気信号として出力される。
It is coupled to the light receiving element 17. Signals from the arithmetic unit 18' and the light receiving element 17 are input to the electronic circuit section 18,
It is processed and output as an electrical signal approximately proportional to the value of the current flowing through the object to be measured 1.

次に、電子回路部18の構成を第2図を参照して説明す
る。演算装置18’により得られた電気信号は、アンプ
21で増幅され、コンパレータ22に入力される。一方
、アンプ21の出力は同時に平滑回路23により平滑さ
れ、コンパレータ22のもう一方の入力端子に入力され
る。コンパレータ22は、この両方の信号の大きさを比
較し、両者が等しくなったときにパルスを出力する。こ
のパルスは、タイミングパルス発生器24に入力され、
タイミングパルス発生器24からの第1の出力は、演算
装置25に入力される。タイミングパルス発生器24か
らの第2の出力は、サンプルホールド27に入力され、
このときサンプルホールド27は、受光素子17および
アンプ26を通過した電気信号の大きさをサンプルし、
ホールドする。タイミングパルス発生器24からの第3
の出力は、コンパレータ29に入力され、コンパレータ
29は、サンプルホールド27とサンプルホールド28
にホールドされた電気信号の大小を比較し、比較結果に
応じて、正もしくは負のパルスを出力し、演算装置25
に入力される。タイミングパルス発生器24からの第4
の出力は、サンプルホールド28に入力され、サンプル
ホールド28は。
Next, the configuration of the electronic circuit section 18 will be explained with reference to FIG. 2. The electrical signal obtained by the arithmetic unit 18' is amplified by the amplifier 21 and input to the comparator 22. On the other hand, the output of the amplifier 21 is simultaneously smoothed by the smoothing circuit 23 and input to the other input terminal of the comparator 22. The comparator 22 compares the magnitudes of both signals and outputs a pulse when they are equal. This pulse is input to the timing pulse generator 24,
A first output from the timing pulse generator 24 is input to an arithmetic unit 25 . A second output from the timing pulse generator 24 is input to a sample hold 27;
At this time, the sample hold 27 samples the magnitude of the electrical signal that has passed through the light receiving element 17 and the amplifier 26,
Hold. The third pulse from the timing pulse generator 24
The output of
compares the magnitude of the electrical signals held in the
is input. The fourth pulse from the timing pulse generator 24
The output of is input to the sample hold 28, and the sample hold 28 is input to the sample hold 28.

サンプルホールド27にホールドされた電気信号の大き
さを取り込みホルトする。演算装置25は、タイミング
パルス発生器24からの第1の出力をカウントし、コン
パレータ29からの入力信号の正負に応じて、メモリに
保存されている総カウント数に1を加えるかもしくは1
を引く操作を実行し、この総カウント数に比例した電気
信号を出力する。
The magnitude of the electrical signal held in the sample hold 27 is taken in and held. The arithmetic unit 25 counts the first output from the timing pulse generator 24 and adds 1 to the total count stored in the memory or adds 1 to the total count stored in the memory depending on whether the input signal from the comparator 29 is positive or negative.
Executes a pull operation and outputs an electrical signal proportional to this total count number.

次に第1図、第2図に示される本発明の一実施例の作用
を第4図から第6図を参照して説明する。
Next, the operation of the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 will be explained with reference to FIGS. 4 to 6.

第4図(a) 、 (b) = (c)は、被測定導体
1に流れる電流変化に対して、受光素子16a、 16
bが受光するパワーの変化35a、35bおよび演算装
置18′の出力波形の変化35cを表わしたものである
。光ファイバコイル2aの巻数は非常に多く取っである
ため、このコイル状構造物2aを通過する光は、被測定
導体1に流れるわずかな電流で大きなファラデー旋回を
受ける。したがって、測定しようとする電流領域におい
ては、その偏波面は空間的に何回も回転し、受光素子1
6a、 16bが受光する光パワーは、第4図35a、
 35bの曲線に示すように、電流値に対して、周期的
に変化する。この波形の半周期を与える電流値の変化2
・Δ工は電流値によらず常に一定である。ここで、受光
素子16a、 16bが受光する光パワIap Ibは
、被測定導体1に流れる電流値Iに対して、次式で表わ
すことができる。
FIG. 4(a), (b) = (c) shows that the light receiving elements 16a, 16 change with respect to the current flowing through the conductor 1 to be measured.
b represents the changes 35a and 35b in the received power and the change 35c in the output waveform of the arithmetic unit 18'. Since the number of turns of the optical fiber coil 2a is very large, the light passing through this coiled structure 2a undergoes a large Faraday rotation due to the small amount of current flowing through the conductor 1 to be measured. Therefore, in the current region to be measured, the plane of polarization spatially rotates many times, and the light receiving element 1
The optical power received by 6a and 16b is as shown in Fig. 4, 35a,
As shown in the curve 35b, it changes periodically with respect to the current value. Change in current value that gives a half cycle of this waveform 2
・DELTA is always constant regardless of the current value. Here, the optical power Iap Ib received by the light receiving elements 16a and 16b can be expressed by the following equation with respect to the current value I flowing through the conductor 1 to be measured.

■ Ia=1. sin” (−7C+ ’/’ )   
   −(1)4・Δ工 ■ l3=1. cos”(□π+(f))     ・・
・■4・ΔI ■、■式から1. X Ibを求めると1次式が得られ
る。
■ Ia=1. sin" (-7C+ '/')
-(1) 4・Δtech■ l3=1. cos” (□π+(f)) ・・
・■4・ΔI ■, ■From formula 1. When determining X Ib, a linear equation is obtained.

したがって演算装置18′の出力は、0式で与えられ、
第4図35cで示した波形となる。この波形は、受光素
子16a、 16bで得られる波形35a、 35bに
比較して、周期が172になっていることがわかる。
Therefore, the output of the arithmetic unit 18' is given by the equation 0,
The waveform becomes as shown in FIG. 4, 35c. It can be seen that this waveform has a period of 172 compared to the waveforms 35a and 35b obtained by the light receiving elements 16a and 16b.

また、 波形35cの半周期を与える電流値の変化量Δ
Iは、電流値工によらず、常に一定である。−力先ファ
イバコイル3bの巻数はそれほど多くなく、光ファイバ
コイル3bを通過する光は、被測定導体1に流れる電流
により、それほど大きなファラデー旋回を受けない、従
って、測定しようとする電流領域においては、受光素子
17が受光する光パワーは、電流値工に対して第5図3
6の曲線に示すような単調増加、もしくは単調減少関数
となる。検光装置14の偏光面の向きを、被測定導体1
に電流が流れていない状態の光の偏波面に対して45°
の角度をなすようにすることで、第5図のカーブ36が
単調関数となる電流領域を最大にとることができる。
Also, the amount of change Δ in the current value that gives a half cycle of waveform 35c
I is always constant regardless of the current value. - The number of turns of the optical fiber coil 3b is not so large, and the light passing through the optical fiber coil 3b does not undergo a large Faraday rotation due to the current flowing through the conductor 1 to be measured. Therefore, in the current range to be measured. , the optical power received by the light-receiving element 17 is as shown in FIG.
It becomes a monotonically increasing or monotonically decreasing function as shown in the curve 6. The direction of the polarization plane of the analyzer 14 is set to the direction of the conductor 1 to be measured.
45° to the polarization plane of light when no current flows through
By making the angle , it is possible to maximize the current region in which the curve 36 in FIG. 5 is a monotonous function.

上記のような光信号が得られることを考慮したうえで第
6図を参照し、電子回路部18の作用を説明する。いま
、被測定導体1に流れる電流値が変化している場合には
、アンプ21の出力波形は第6図(a)に曲線37で示
すような波形となるにれは、アンプ21の出力は、演算
装ff18’の出力波形に比例することから明らかであ
る。また、平滑回路23の出力は同図曲線38に示すよ
うに1曲線37の平均値のレベルとする。ここで、曲線
37と曲線38の交点をコンパレータ22は検出するこ
とになる。たとえば1=1nで交わり5次に交わるのが
t=し、であったとすると2時刻t0からtlの間に被
測定導体1に流れる電流の大きさはΔ工だけ増加したか
もしくは減少したかのどちらかであることがわかる。増
加したのか減少したかは、第6図(b)に曲線39で示
すアンプ26の出力信号を測定すればわかる。1=1.
のときのアンプ26の出力に対してt=t、のときの出
力が大きくなっていれば増加、小さくなっていれば減少
している。この判断をコンパレータ29が実施している
。もし、1=0での電流値が0であるとすれば、それ以
後は、上記の操作で、Δ工を加えたり引いたりすること
により、電流値を求めることができる。この操作を、演
算装置25で実行している。ここで、本実施例による電
流測定装置の電流測定分解能はΔIとなり、このΔ■に
より与えられるファラデー旋回角は45゜である。した
がって、測定に必要な分解能の電流値に対して、光ファ
イバコイル2aを1往復した光が受けるファラデー旋回
角は45°以上となるように、シングルモードの光ファ
イバ2の巻数を決定しなければならない。
The operation of the electronic circuit section 18 will be explained with reference to FIG. 6, taking into account that the optical signal as described above is obtained. Now, when the current value flowing through the conductor 1 under test is changing, the output waveform of the amplifier 21 becomes the waveform shown by the curve 37 in FIG. 6(a). , it is clear from the fact that it is proportional to the output waveform of the arithmetic unit ff18'. Further, the output of the smoothing circuit 23 is set to the level of the average value of one curve 37, as shown by a curve 38 in the figure. Here, the comparator 22 detects the intersection of the curve 37 and the curve 38. For example, if 1=1n intersects and the 5th order intersects at t=, then the magnitude of the current flowing through the conductor 1 to be measured between time 2 t0 and tl increases or decreases by Δt. It turns out it's one or the other. Whether it has increased or decreased can be determined by measuring the output signal of the amplifier 26 shown by a curve 39 in FIG. 6(b). 1=1.
If the output when t=t is larger than the output of the amplifier 26 when t=t, it is increasing, and if it is smaller, it is decreasing. The comparator 29 makes this determination. If the current value when 1=0 is 0, then the current value can be found by adding or subtracting Δ work in the above operation. This operation is executed by the arithmetic unit 25. Here, the current measurement resolution of the current measuring device according to this embodiment is ΔI, and the Faraday rotation angle given by this Δ■ is 45°. Therefore, the number of turns of the single-mode optical fiber 2 must be determined so that the Faraday rotation angle received by the light that makes one round trip through the optical fiber coil 2a is 45° or more for the current value with the resolution required for measurement. It won't happen.

被測定導体1に流れる電流値の変化により、導体の発熱
量が変化し1周囲温度が変化する場合や、太陽光の照射
の有無、外気温の変化などで周囲温度が変化する場合に
、光ファイバが機械的応力を受けて複屈折現象が発生し
たり、しゃ断器の振動などによって光ファイバが機械的
応力を受け、複屈折現象が発生する場合でも、第4図(
a)に示したΔ工の値はこの複屈折の影響を受けず常に
一定である。また、第4図(a)の曲線35a、 35
bの振幅は複屈折により影響を受は変化するが、位相は
変化しない。 したがって、曲線35cの位相も変化し
ない。本発明では、曲線35eの位相のみを測定してい
るので、複屈折の影響を受けない高精度な電流測定装置
を提供できる。
When the amount of heat generated by the conductor changes due to a change in the current value flowing through the conductor to be measured 1, the ambient temperature changes, or when the ambient temperature changes due to the presence or absence of sunlight, changes in the outside temperature, etc. Even if the fiber is subjected to mechanical stress and birefringence occurs, or the optical fiber is subjected to mechanical stress due to the vibration of a breaker, etc., and birefringence occurs, as shown in Figure 4 (
The value of Δfactor shown in a) is not affected by this birefringence and is always constant. In addition, curves 35a and 35 in FIG. 4(a)
Although the amplitude of b changes due to birefringence, the phase does not change. Therefore, the phase of curve 35c also does not change. In the present invention, since only the phase of the curve 35e is measured, it is possible to provide a highly accurate current measuring device that is not affected by birefringence.

第4図に示したように、光ファイバコイル2aを通過し
た光を2成分Ia+ Ibに分解し、この信号の積■a
XIbを求めることで、原波の172の周期を有する信
号を得ることができる。このことは、Ia×よりなる操
作を実施しない場合に比較して2倍の分解能持つことを
意味し、もし、分解能を同一とするならば、 光ファイ
バ2の巻き数を172にできる。すると、光ファイバコ
イル2aの寸法が小さくなるばかりでなく、この光ファ
イバコイル2aを通過する間に光が受ける複屈折も1/
2となり、S/N比が向上する。
As shown in Fig. 4, the light passing through the optical fiber coil 2a is decomposed into two components Ia + Ib, and the product of this signal is
By determining XIb, a signal having a period of 172 of the original wave can be obtained. This means that the resolution is twice as high as when the operation of Ia× is not performed, and if the resolution is the same, the number of turns of the optical fiber 2 can be 172. This not only reduces the size of the optical fiber coil 2a, but also reduces the birefringence that light receives while passing through the optical fiber coil 2a.
2, and the S/N ratio improves.

一般に光ファイバコイル2aを通過する光をn個の成分
に分解し、これらの信号の積をとることで、周期を1/
nとし、同一巻数に対して分解能をn倍にとることがで
きる。したがって光ファイバコイル2aを通過する光が
受けるファラデー旋回角は。
Generally, by decomposing the light passing through the optical fiber coil 2a into n components and taking the product of these signals, the period can be reduced to 1/1.
n, the resolution can be increased n times for the same number of turns. Therefore, the Faraday rotation angle experienced by the light passing through the optical fiber coil 2a is.

測定に必要な分解能の電流値に対して90°/n以上と
なるように巻数を選択すればよい。第7図に、n=4と
した場合の受光系、演算装置の概要を示す。
The number of turns may be selected so that the resolution of the current value required for measurement is 90°/n or more. FIG. 7 shows an outline of the light receiving system and arithmetic unit when n=4.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、シングルモードの光ファ
イバをコイル状に多数回巻いた光ファイバコイルに、被
測定導体を内挿し、前記光ファイバコイルの一端から、
レーザ光源からの光を入射し、前記光ファイバコイルを
通過させ、他端から出射した光を、空間的に偏波面の異
なる多数の成分に分解し、それらの成分から得られる信
号の積を求め、この積の信号から被測定導体に流れる電
流値を計測するようにしたので振動や温度変化が大きい
環境でも高精度で電流を計測できる光ファイバ電流測定
装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a conductor to be measured is inserted into an optical fiber coil in which a single mode optical fiber is wound into a coil shape many times, and a conductor to be measured is inserted from one end of the optical fiber coil.
Light from a laser light source is input, passed through the optical fiber coil, and the light emitted from the other end is decomposed into a number of components with spatially different polarization planes, and the product of the signals obtained from these components is calculated. Since the value of the current flowing through the conductor to be measured is measured from the signal of this product, it is possible to obtain an optical fiber current measuring device that can measure current with high accuracy even in an environment with large vibrations and temperature changes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す光ファイバ電流測定装
置の全体構成図、第2図は電子回路部の41造を示すブ
ロック図、第3図は従来の光ファイバ電流測定装置の全
体構成図、第4図(a) 、 (b) 。 (C)、第5図は電流値に対する受光パワーの変化を表
わす特性図、第6図(a)、(b)は本発明の一実施例
の動作原理を示す特性図、第7図は本発明の他の実施例
を示す受光系および演算装置の概要を示すブロック図で
ある。 1・・・被測定導体 2.3・・・シングルモード光ファイバ2a、 3b・
・・光ファイバコイル 4.6・・・偏波面保存光ファイバ 5.7・・・ファイバ接続部  8,10・・・偏光装
置9、】1・・・レーザ光源 12、12a、 12b、 14−検光装置13a、 
13b、 13c、 13d、 Is”マルチモード光
ファイバ16a、 16b、 16e、 16d、 1
7.17a、 17b・・・受光素子18’、18”、
18”’・・・演算装置  18・・・電子回路部19
・・・駆動電源     21.26・・・アンプ22
・・・コンパレータ    23・・・平滑回路24、
29・・・タイミングパルス発生器25、33・・・演
算回路  27.28・・・サンプルホールド31、3
2・・・レンズ    40・・・ビームスプリッタ代
理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  第子丸 健 第3図 受光へ0ワー (C) 第4図 受光式0ワ− 9巴九ノ(07− (α) (b>
Fig. 1 is an overall configuration diagram of an optical fiber current measuring device showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing the 41 structure of the electronic circuit section, and Fig. 3 is an overall diagram of a conventional optical fiber current measuring device. Block diagram, Figure 4 (a) and (b). (C), Fig. 5 is a characteristic diagram showing changes in received light power with respect to current value, Figs. FIG. 3 is a block diagram showing an overview of a light receiving system and a computing device showing another embodiment of the invention. 1... Conductor to be measured 2.3... Single mode optical fiber 2a, 3b.
... Optical fiber coil 4.6 ... Polarization maintaining optical fiber 5.7 ... Fiber connection section 8, 10 ... Polarizer 9, ]1 ... Laser light source 12, 12a, 12b, 14- Analyzer 13a,
13b, 13c, 13d, Is'' multimode optical fiber 16a, 16b, 16e, 16d, 1
7.17a, 17b...light receiving elements 18', 18'',
18'''... Arithmetic device 18... Electronic circuit section 19
... Drive power supply 21.26 ... Amplifier 22
... Comparator 23 ... Smoothing circuit 24,
29...Timing pulse generator 25, 33...Arithmetic circuit 27.28...Sample hold 31, 3
2... Lens 40... Beam splitter representative Patent attorney Rule Ken Chika Yudo Daishimaru Ken Figure 3 Light reception 0 wah (C) Figure 4 Light reception type 0 wah - 9 Tomoe Kuno (07- ( α) (b>

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] シングルモードの光ファイバをコイル状に多数回巻いた
光ファイバコイルに、被測定導体を内挿し、前記光ファ
イバコイルの一端から、レーザ光源からの光を入射し、
前記光ファイバコイルを通過させ、他端から出射した光
を、空間的に偏波面の異なる多数の成分に分解し、それ
らの成分から得られる信号の積を求め、この積の信号か
ら被測定導体に流れる電流値を計測することを特徴とす
る光ファイバ電流測定装置。
A conductor to be measured is inserted into an optical fiber coil in which a single mode optical fiber is wound into a coil shape, and light from a laser light source is incident from one end of the optical fiber coil.
The light passed through the optical fiber coil and emitted from the other end is decomposed into a number of components with spatially different planes of polarization, the product of the signals obtained from these components is determined, and the signal of the product is used to determine the conductor to be measured. An optical fiber current measuring device characterized by measuring a current value flowing through an optical fiber.
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