JPH01311285A - 光式電流変成器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光式電流変成器に関し、特にファラデー効果を
利用して高電圧導体に流れる電流を、非接触にて測定す
る光式電流変成器に関するものである。

〔従来の技術〕

磁界内における偏光面の回転現象、即ちファラデー効果
を利用して高電圧導体に流れる電流を測定するようにな
した光式電流変成器は公知であり、第５図〜第９図はこ
のような従来の光式電流変成器の主要構成または光路を
示す模式図である。

以下、これらの従来の光式電流変成器について説明する
。

第５図は、特開昭５８−１５３１７４号公報に開示され
た第１の従来例の構成を示す斜視図であって、図中１０
０は電流測定対象の導体を示す。該導体１００は、磁界
によりファラデー効果を示す鉛ガラス等のファラデー効
果ガラス５　（以下ファラデローテークという）に内挿
されており、該ファラデローテーク５内を一周する光は
ファラデー効果により偏光回転が生じるようになってい
る。発光部１から出射された光は光ファイバ２を伝播し
、コリメータレンズ３により集光されて偏光子４に入射
する。偏光子４からの直線偏光波はファラデローテーク
５内を一周する間に、その偏光面が回転される。ファラ
デローテーク５からの出射光は、偏光ビームスプリッタ
６により２系路に分離され、集光レンズ７にて集光され
た光は光ファイバ９を経て受光部１１へ送られ、集光レ
ンズ８にて集光された光は光ファイバ１０を経て受光部
１１へ送られる。

受光部１１では２つの直線偏光波Ｐ−，Ｐｂに基づいて
、（Ｐつ−　Ｐｂ　）／　（ｐ、＋　　Ｐｂ　）の値に
よりファラデー回転角を算出し、導体１００を流れる電
流を測定する。

この第１の従来例では、ファラデローテーク５への入射
光り、とファラデローテーク５からの出射光Ｌ２とはそ
の光路方向が互いに直交するので、入射側光学部材と出
射側光学部材とを同一方向の光軸にて設置することがで
きず、装置全体が大型化するという難点があった。また
、ファラデローテーク５の位置は、入射光Ｌ１と出射光
Ｌ２との進路がコリメータレンズ３．集光レンズ７．８
の位置により確定しているので、装置製作時における位
置合わせに高精度が要求され、設置された装置の環境制
限が極めて限定されるという難点があった。

このような難点を解決すべく、入射光Ｌ１及び出射光Ｌ
２の光路を同一方向とする光式電流変成器が提案されて
いる（特開昭６０−２３６０７１号公報。

特開昭６１−２６６９６１号公報等）。

第６図、第７図は特開昭６０−２３６０７１号公報に開
示されている光式電流変成器の第２の従来例におけるフ
ァラデローテーク５及び光路の概略を示す模式図、また
第８図、第９図は特開昭６１−２６６９６１号公報に開
示されている光式電流変成器の第３の従来例におけるフ
ァラデローテーク５及び光路の概略を示す模式図であり
、図中第１の従来例（第５図）と同一符号、同一番号に
て示すものは同一部分である。

第２の従来例にあっては、導体１００を周回するファラ
デローテーク５内の光路の終端部分にコーナキューブ１
２を設けて光線を元の方向に戻そうとするものであり、
本例では光がファラデローテーク５内を一往復する。

また第３の従来例にあっては、ファラデローテーク５の
基本構成は前述の第１の従来例と同様であるが、光路内
に多面プリズム１３を設けることにより入射光Ｌ１と出
射光Ｌ２との光路とを同一方向としており、ファラデロ
ーテーク５の内部と多面プリズム１３の内部とにおける
全反射の回数を何れも偶数回とし、各反射面への入射角
を何れも４５゜とし、隣合う２つの全反射面では平行な
偏波成分と垂直な偏波成分とが交替するように、両者の
形状を設定している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが第２の従来例では、コーナキューブ１２内部に
おける全反射面への入射角は各全反射の度に異なった値
であり、また入射光の偏波面と入射面との角度が各回毎
に異なった値となるので、全反射に際して入射面に平行
な偏波成分及び垂直な偏波成分間において生じる位相変
化量が定まらず、雨漏波成分の合成として得られるコー
ナキューブ１２からの反射光の偏波率に変動が生じて、
測定精度が低いという問題点があった。

また第３の従来例では、全反射毎に生じる直交２偏波間
の位相変化量が不安定であるという第２の従来例におけ
る問題点は解決されているが、第９図に示す如く多面プ
リズム１３の形状は複雑であるので、多面プリズム１３
をファラデローテーク５に設置する際に、両者の光軸合
わせには熟練を要するという問題点があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ファ
ラデローテークを複数のプリズムにて構成することによ
り、装置全体を小型化でき、しかも高精度に電流を測定
することができる光式電流変成器を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る光式電流変成器は、同形状の２個の大型２
等面直角プリズム、小型２等面直角プリズムを接合して
なる接合体に、測定対象の導体を挿通させるための挿通
孔を形成してなる接合プリズムを、ファラデー効果ガラ
スとして使用することを特徴とする。

〔作用〕

本発明の光式電流変成器の接合プリズム（ファラデーガ
ラス）にあっては、まず第３の２等面直角プリズムの直
角の稜線に対向する面に光は入射する。その後入射した
光は２個の第１，２の２等面直角プリズム内にて反射し
ながら導体の周りを１周回し、再び第３の２等面直角プ
リズムの直角の稜線に対向する面から外部に出射する。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的
に説明する。

第１図は本発明に係る光式電流変成器の光学系の全体構
成及び導体１００と光学系との位置関係を示す模式図で
あり、第２図は本発明に係る光式電流変成器に使用され
るファラデーガラス（ファラデ−ガラス）としての接合
プリズム１５の構成を示す模式図、第３図は該接合プリ
ズム１５の第３角法による３面図、第４図は同じく斜視
図である。

第１図において、２は発光部（図示せず）にその一端面
が接続された光ファイバであり、該光ファイバ２の他端
面ばコリメータレンズ３に臨ませである。コリメータレ
ンズ３の出射方向には偏光子４が設けられており、偏光
子４の出射方向には、後述する接合プリズム１５を構成
するプリズムの１つである小型の２等面直角プリズム１
８の直角の稜線に対向する面１８ａが臨ませである。ま
たこの面１８ａにその入射面を臨ませて、偏光ビームス
ブリック６が設けられている。偏光ビームスプリッタ６
からの出射光の２方向には、夫々集光レンズ７゜光ファ
イバ９、集光レンズ８．光ファイバ１０がこの順に光軸
を一致させて設けられており、また各光ファイバ９．１
０は夫々受光部（図示せず）に接続されている。

次に本発明の要旨をなす接合プリズム１５の構成につい
て、第２．３．４図に基づき説明する。

接合プリズム１５は、同形状をなす２個の大型の２等面
直角プリズム１６．１７　（以下第１プリズム１６゜第
２プリズム１７という）及びこれらの第１プリズム１６
．第２プリズム１７に比して小型である２等面直角プリ
ズム１８　（以下第３プリズム１８という）を接合して
構成されている。なおこれらの３個のプリズム１６．１
７．１８は何れもファラデー効果を示すようにファラデ
ーガラスを素材としている。

直角の稜線（図中太い実線Ｘにて示す）を有する第１プ
リズム１６と、直角の稜線（図中太い破線Ｙにて示す）
を有する第２プリズム１７とは、各稜線Ｘ、Ｙが直交す
るように、各稜線Ｘ、Ｙに対向する正方形状をなす面同
士を当接させて、接合されている。また、第１プリズム
１６と第３プリズム１８とは、第１プリズム１６の稜線
Ｘと第３プリズム１Ｂの直角の稜線（図中太い破線Ｚに
て示す）とが平行になるように、第１プリズム１６の直
角を挟む２等面のうちの１つの面の一部１６ａと第３プ
リズム１８の直角を挟む２等面のうちの１つの面１８ｂ
とを当接させて、接合されている。

そして接合プリズム１５には、第１プリズム１６と第２
プリズム１７との接合面に略垂直な方向に、導体挿通孔
２０が形成されており、ＢＮ　ｍ体挿通孔２０には導体
１００が挿通されている。

なお、第２図においては第１プリズム１６及び第２プリ
ズム１７を何れも２等面直角プリズムとして図示してい
るが、各２等面直角プリズム１６．１７において光が通
過する領域は、両者の接合面に近接した領域に限られる
ので、実用上は第３．４図に示すように、接合面に平行
な平面にて稜線を含んで切除してなる形状のプリズムを
使用することとする。

また、第４図においては、ハツチングを付した部分は、
第１プリズム１６及び第３プリズム１８の接合面１６ａ
、　１６ｂを示している。更に、第２．３図に示す点Ａ
は接合プリズム１５への入射光り、の光路における１点
を示し、また点Ｐは接合プリズム１５からの出射光Ｌ２
の光路における１点を示しておリ、更にＢ〜０の各点は
、接合プリズム１５を構成する３個のプリズム１６．１
７．１８における入射点。

反射点、出射点を順に示したものである。

次に動作について説明する。

図示しない発光部から出射された光は光ファイバ２を伝
播し、コリメータレンズ３にて平行光に変換される。コ
リメータレンズ３からの平行光は偏光子４を通過し、偏
光子４を通過した光Ｌ１は第３プリズム１８の直角の稜
線Ｚに対向する面１８ａ（点Ｂ）に入射する。第３プリ
ズム１８に入射した光は、第３プリズム１８の全反射面
上の点Ｃにおいて９０°その進路が変向され、第１プリ
ズム１６との接合面１８ｂにおいてほとんど無損失に第
１プリズム１６に点りから入射する。

第１プリズム１６に入射した光は、第１プリズム１６内
を通過した後、点Ｅから第２プリズム１７に入射し、該
第２プリズム１７の２本の４５°の稜線に夫々対向する
２面（直角の稜線を挟む２等面）上の点２１点Ｇにおい
て全反射され、進行方向が反転して再び第１プリズム１
６に入射する。その後光は、第１プリズム１６の２本の
４５°の稜線に夫々対向する２面上の点８２点Ｉにおい
て全反射され、進行方向が反転して再び第２プリズム１
７に入射し、第２プリズム１７において上述の全反射と
同様な２回の全反射を受けて進行方向が反転し、三たび
第１プリズム１６に入射する。その後光は、第１プリズ
ム１６の点しにおいて全反射され、第３プリズム１８と
の接合面１６ａ上の点Ｍを通過して、点Ｎから第３プリ
ズム１８に入射し、面１８ａ上の点０から外部に出射し
て出射光Ｌ２となる。

出射光Ｌ２はその偏波面の違いにより、偏光ビームスプ
リッタ６にて２方向に分割される。つまり第１図に示し
たＸ軸方向に振動面を有する偏波Ｐ、は集光レンズ７の
方向に通過し、Ｘ軸方向に振動面を有する偏波Ｐ、は集
光レンズ８の方向に反射される。偏光ビームスプリッタ
６にて分割された２方向の平行光は、夫々集光レンズ７
．８により集光された後、光ファイバ９．ＩＯに入射さ
れる。

光ファイバ９，１０を伝播した光は図示しない受光部に
おいて光電変換され、その結果が電子回路によって演算
されて導体１００を流れる電流Ｉが測定される。なお、
ファラデー効果による偏波面の回転角が小さい場合には
Ｉは下記（１）式により算出される。

・・・（１） 但し、 ■８　：接合プリズム１５の素材のベルデ定数ＰＸ　：
偏光ビームスプリッタ６にて分割されたうちのＸ方向偏
波成分 Ｐｙ　：偏光ビームスプリッタ６にて分割されたうちの
Ｘ方向偏波成分 丁７：Ｐ８の時間平均 丁「：Ｐ、の時間平均 本実施例の接合プリズム１５内にあっては、第２プリズ
ム１７におけるＦ、Ｇ、Ｊ、にの各点、第１プリズム１
６．第３プリズム１８におけるＣ、　　Ｈ，ｒ。

Ｌの各点での全反射では入射光の平行方向の偏波成分と
垂直方向の偏波成分とが夫々互いに交替しているので、
全反射の際に生じる直交２偏波間の位相のとびを打消す
ことができ、この結果、導体１００を周回する光路Ｔ百
、Ｈ［、了Ｔ、τＭにおいては直線偏光とすることがで
きて測定精度は向上する。

また、接合プリズム１５は３個の２等面直角プリズムか
ら構成されているだけであり、その製作は容易である。

更に、光の入射面及び出射面は第３プリズム１８の１つ
の面に限定されているので、光学系を高密度に配置する
ことができ、空間利用率が高い小型な光式電流変成器と
することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明の光式電流変成器では、３個の
２等面直角プリズムが接合されてなり、導体を挿通する
ための孔が形成された接合プリズムをファラデー効果ガ
ラスとして使用するので、ファラデー効果ガラス自体が
小さくなり、また光の入射面及び出射面を接合プリズム
の一側面に限定でき、この結果、装置全体を小型化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光式電流変成器の全体構成を示す
模式図、第２図は本発明に係る光式電流変成器に使用す
る接合プリズムの構成を示す模式図、第３図はこの接合
プリズムの第３角法による３面図、第４図はこの接合プ
リズムの斜視図、第５図〜第９図は従来の光式電流変成
器の主要構成または光路を示す模式図である。 ４・・・偏光子　６・・・偏光ビームスプリンタ　１５
・・・接合プリズム　１６・・・第１プリズム　１７・
・・第２プリズム　１８・・・第３プリズム　２０・・
・導体挿通孔１００・・・導体 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被測定電流が流れる導体を周回するファラデーガラ
   スを備えた光式電流変成器において、大きさが実質的に
   等しく、ファラデーガラスからなる第１、第２の２等面
   直角プリズムを、互いの直角の稜線が実質的に直交する
   ように接合させ、前記２個のうちの一方の２等面直角プ
   リズムにおける前記稜線を挟む２等面のうちの１面と、
   前記２個の２等面直角プリズムに比して小型であり、フ
   ァラデーガラスからなる第３の２等面直角プリズムの直
   角の稜線を挟む２等面のうちの１面とを、互いの稜線が
   実質的に平行になるように接合させてなる接合体に、前
   記導体を挿通するための挿通孔が、前記第１、２の２等
   面直角プリズムの接合面に実質的に垂直に形成されてな
   る接合プリズムを備え、前記第３の２等面直角プリズム
   の前記稜線に対向する面を、前記接合プリズムへの光の
   入射部及び前記接合プリズムからの光の出射部としてあ
   ることを特徴とする光式電流変成器。