JPH0221272A - 光による電・磁気量測定方法及び装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、光による電・磁気量の測定方法及び装置に係
り、特に光の偏光を利用して、交流電界若しくはそれを
発生させる電圧並びに交流磁界若しくはそれを発生させ
る電流、更にはそれらと共に電力量を測定する新規な手
法並びにそのための装置に関するものである。

（背景技術） 近年、電圧や電界、電流や磁界、更には電力等の電・磁
気量を測定する技術の一つとして、電気光学効果である
ポッケルス効果や磁気光学効果であるファラデー効果を
利用する測定手法が注目を受けている。この手法によれ
ば、光が媒体となるために、絶縁性が良好であり、また
電磁誘導ノイズを受けない等の特徴を発揮するからであ
る。そして、そのような優れた耐絶縁信頼性や耐電磁ノ
イズ性の故に、かかる光を利用した測定手法は、電力分
野における送電線や配電線等の電・磁気量の計測に応用
されている。

ところで、かかる光を用いて電・磁気量を計測する装置
、所謂光センサとしては、ポッケルス効果を利用した電
圧（電界）センサやファラデー効果を利用した光電流（
磁界）センサが知られているが、それらセンサは、何れ
も電圧か電流の何れか一方を計測し得るのみであった。

このため、特開昭５８−９９７６１号公報や特開昭５９
−５０３６９号公報等においては、一つの光センサにて
電圧（電界）及び電流（磁界）を測定するようにした装
置が提案されている。即ち、かかる特開昭５８−９９７
６１号公報に明らかにされた光による電界磁界測定器は
、ポッケルス効果とファラデー効果を共に有する光学材
料を用いて、この光学材料に互いに直交する二つの光束
を透過せしめることにより、かかる光学材料のポッケル
ス効果を用いて電界を測定する一方、そのファラデー効
果を用いて磁界を測定するようにしたものであり、また
特開昭５９−５０３６９号公報に明らかにされた電気量
測定装置においては、二つの光源から出射された波長の
異なる二つの光を用いて、それらをポッケルス素子（ポ
ッケルス効果を有する光学材料）及びファラデー素子（
ファラデー効果を有する光学材料）に透過せしめること
により、波長が異なる二つの光についての光強度信号か
ら、電流や電圧等を測定しているのである。

また、光学的電力測定装置として、特開昭６１−１７２
０６９号公報には、所定の発光源から出射された光を、
偏光子を通じてファラデー素子及びポッケルス素子に順
次透過せしめ、そしてその透過光を検光子にて二つの成
分に分け、更にその二つの成分を２個の受光素子にてそ
れぞれ受光した後、電気的処理を施すことにより、ファ
ラデー効果とポッケルス効果の同時効果に基づいて交流
電力を測定するようにした装置が、明らかにされている
。

しかしながら、かかる電圧と電流を同時に測定したり、
電力量を測定する従来の光センサにあっては、二つの光
束を使用したり、二種類の光源を用いたり等しており、
それ故に部品点数が多く、センサヘッド、更には装置構
成が複雑となる等の問題を内在しているのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところは
、単一の光センサヘッドにて、しかも従来の如く二つの
光束や二種類の光源を用いることなく、簡単な装置構成
において、電圧若しくは電界と電流若しくは磁界の測定
、更にはそれら電・磁気量の測定と共に、電力の測定を
有利に実現することにある。

（解決手段） そして、本発明は、かかる課題解決のために、ポッケル
ス効果を有する光学材料及びファラデー効果を有する光
学材料、またはポッケルス効果とファラデー効果を共に
有する光学材料にて構成される光学素子手段を用い、該
光学素子手段に光を透過せしめる一方、測定されるべき
交流電界及び交流磁界を作用させて、前記光を前記ポッ
ケルス効果及びファラデー効果によって変調せしめ、そ
してその変調光に基づいて、かかる交流電界若しくはそ
れを発生させる電圧を測定し、また前記交’ＩＡ磁界若
しくはそれを発生させる電流を測定するに際して、前記
変調光に対応する受光手段の出力信号より、前記交流電
界または交流磁界と同一の角周波数成分及び２倍の角周
波数成分をそれぞれ取り出し、それらのうちの何れか一
方より前記交流電界若しくはそれを発生させる電圧を測
定する一方、それらのうちの何れか他方より前記交流磁
界若しくはそれを発生させる電流を測定することを特徴
とする光による電・磁気量測定方法を、その要旨とする
ものである。

なお、かかる電・磁気量測定方法において、電力は、上
記測定された電圧値及び電流値に基づいて算出されるこ
ととなる。

そして、本発明は、また、ポッケルス効果を有する光学
材料及びファラデー効果を有する光学材料、またはポッ
ケルス効果とファラデー効果を共に有する光学材料にて
構成される光学素子手段の前後に、偏光子、検光子を配
して、所定の発光手段から出射された光を該偏光子を通
じて該光学素子手段に入射せしめ、そして該光学素子手
段に作用する被測定交流電界及び交流磁界の強度に応じ
て変調された光を前記検光子を通じて所定の受光手段に
て受光することにより、かかる交流電界若しくはそれを
発生させる電圧を測定し、また前記交流磁界若しくはそ
れを発生させる電流を測定するようにした装置において
、前記受光手段より出力される前記変調光に対応した出
力信号のうち、前記交流電界または交流磁界と同一の角
周波数成分を取り出す第一の取出手段と、前記受光手段
より出力される前記変調光に対応した出力信号のうち、
前記交流電界または交流磁界の２倍の角周波数成分を取
り出す第二の取出手段とを設け、それら第一及び第二の
取出手段にて取り出された二つの角周波数成分のうちの
一方より前記交流電界若しくはそれを発生させる電圧を
測定する一方、それらのうちの何れか他方より前記交流
磁界若しくはそれを発生させる電流を測定することを特
徴とする光による電・磁気量測定装置を、その要旨とす
るものである。

また、かかる電・磁気量測定装置においては、電力（交
流）を測定する場合において、前記第一及び第二の取出
手段にて取り出された二つの角周波数成分のうちの一方
より求められた電圧値と他方より求められた電流値に基
づいて、電力を算出する演算手段が設けられることとな
る。

（測定原理） 上記のように、本発明は、光学素子手段の有するポッケ
ルス効果及びファラデー効果による光の偏光を利用して
、かかる光学素子手段に作用する交流電界若しくはそれ
を発生させる電圧、及び交流磁界若しくはそれを発生さ
せる電流を測定しようとするものであって、その測定原
理は、以下の通りである。

先ず、ファラデー効果は、ファラデー素子に磁界が印加
された場合において、透過した光の偏光面が回転する現
象であり、その回転角：φは、下記（１）式にて表わさ
れる。

φ＝ｖ−Ｈ−Ｌ　　　　　　・・・（１）（但し、■＝
ファラデー素子のベルブ定数Ｈ：ファラデー素子に印加
した磁界 Ｌ：ファラデー素子の長さ） ところで、第１図には、ファラデー素子を用いた磁界測
定の原理図が示されており、そこにおいて、ファラデー
素子の前後には、偏光子、検光子が配置され、そして光
ａｉ（発光手段）から出射された光は偏光子で直線偏光
とされて、ファラデー素子を透過せしめられるが、その
際、ファラデー効果により光の偏光面は磁界強度に比例
して回転を受けることとなる。また、この回転を受けた
偏光は、偏光子とは透過偏光方向を異ならしめた検光子
を通過し、その回転角の大きさが光量変化に変換される
のである。即ち、偏光子と検光子との偏光方向の相対角
度をθとすると、作用磁界により変調を受けた出射光強
度：Ｐは、よく知られているように、下式； ％式％（２） は、角周波数ωの交流磁界であり、Ｈｏはその振幅、Ｌ
は時間である）で表わされるところから、上記（２）式
は、前記（１）式の代入によって、下記（３）式の如く
展開することが出来る。

Ｐ　＝　ＣＰ＋Ｉ　ＣＯ３”（ＶＬＨ，ｓｉｎωｔ＋θ
）＝　ｃＰｏ／２　［１＋ｃｏｓ（２ｖＬＩＩ＋ｓｉｎ
ωｔ＋２θ）］＝　ｃＰｏ／２　（１＋ｃｏｓ（２ｖＬ
Ｈｏｓｉｎωｔ）・ｃｏｓ（２θ）−ｓｉｎ（２ｖＬＨ
，ｓｉｎωｔ）　・５ｉｎ（２θ））・・・（３） そして、かかる（３）式において、ＶＬＨ，が１に比し
て充分小さい時には、次のように近似することが出来る
ところから、 ｃｏｓ　（２ｖＬＨ，ｓｉｎ　（１）　ｔ）　＝　１−
１／２（２ｖＬＨ，ｓｉｎ　（１）　ｔ）　”＝　　１
　　＋　（ｖＬＨｏ）２・ｃｏｓ２ωｔｓｉｎ（２ｖＬ
Ｈ，ｓｉｎ　ωｔ）　＝２ｖＬＩｌｏｓｉｎ　ωｔかか
る（３）式は、次のように整理され得、Ｐ　＝　ｃＰ　
ｏ／２　（１＋ｃｏｓ（２θ）＋２ｖＬＨｏｓｉｎωｔ
・５ｉｎ（２θ）　＋　（ｖＬＨｏ）　”　・ｃｏｓ２
　ωｔ−ｃｏｓ　（２θ）〕・・・（４） そしてこれによって、角周波数ω及び２倍の角周波数２
ωの交流成分を含む関数にて表わされることとなるので
ある。

また、通常、用いられる電流（磁界）センサでは、光の
変調度が大きく、且つ磁界に対する線形性を良くするた
めに、前記相対角度二〇としてはθ＝４５度が採用され
、その場合において、上記（４）式は、下式： Ｐ＝ｃＰｏ／２（１＋２ｖＬｌ＋ｏｓｉｎωｔ）　　　
・−・（ｓ）で与えられ、以て出射光強度：Ｐは、磁界
に比例した角周波数ωの交流成分を含む関数にて表わさ
れることとなる。

一方、偏光子と検光子との偏光方向の相対角度：θを０
度とすると、前記（４）式は、Ｐ　＝　ｃＰｏ／２　（
２＋（ｖＬｔｌｏ）２・ｃｏｓ２ωｔ　）・・・（６） と近似され得、出射光強度二Ｐは、２倍の角周波＠２ω
の交流成分のみを含む関数として表わされ得るのである
。

従って、かかる（５）式及び（６）式から明らかなよう
に、偏光子と検光子との偏光方向の相対角度：θにより
、出射光強度二Ｐは、その交流成分として角周波数ωの
みを含む関数及び２倍の角周波数２ωのみを含む関数と
して表わされ、また前記（４）式においては、それら両
者を含む関数として表わされ得るのである。

一方、ポッケルス効果は、ポッケルス素子に電界が印加
された場合において、そのような印加電界強度に応じて
、かかるポッケルス素子を透過する光が位相変調を受け
る現象であるが、このようなポッケルス効果を応用した
電界センサにおいても、上記と同様な結論が導き出され
、第２図に示される位相差板による光学バイアスの大き
さにより、出射光強度：Ｐは、交流成分として角周波数
ωのみを含む関数、２倍の角周波数２ωのみを含む関数
及びその両者を含む関数として表わされ得るのである。

なお、第２図は、ポッケルス素子を用いた電界測定の原
理を示すものであって、光源からの光は偏光子によって
直線偏光とされた後、ポッケルス素子に透過せしめられ
るが、その際、ポッケルス素子に電界が印加されている
と、二°つの直線偏光モード間に位相差が惹起され、ポ
ッケルス素子からの出射光は楕円偏光波となり、そして
それが位相差板による光学的バイアスによって円偏光波
に変換せしめられた後、更にかかる位相差板からの出射
光は検光子により光強度に変換され、この検光子からの
出射光の強度が光検出器にて取り出されることによって
、印加電界に比例した電気信号が得られているのである
。

そして、このようなポッケルス効果を応用した電界セン
サにおいて、偏光子と検光子との偏光方向の相対角度：
θを０度とする平行偏光の場合、例えばポッケルス素子
としてリチウム・ナイオベ）　（Ｌ　１Ｎｂｏａ　）結
晶のＺ軸方向に光を入射した場合において、次式： ％式％（７） にて示される出射光強度二Ｐは、次の（８）式の如くな
る。

Ｐ＝　ｃＰａｃｏｓ”　（（ｘ／Ｖｉ　４＋φ）／２〕
＝　　ｃＰｏ／２　（１＋ｃｏｓ（π／Ｖπ　・Ｖ＋ψ
）］＝　　ｃＰｏ／２　（１＋ｃｏｓ（π／Ｖπ・Ｖ）
　・ｃｏｓ（ψ）ｓｉｎ（π／Ｖπ・Ｖ）・５ｉｎ（ψ
）〕＝　ｃＰｏ／２　（１＋ｃｏｓ（ψ）−πハ１　・
Ｖ、−５ｉｎωｔ・５ｉｎ（ψ）＋１／４　・（ｚ／Ｖ
π）’Ｖｏ”・ｃｏｓ２ωｔ−ｃｏｓ（ψ）］　　　　
　　・　・　・（８）（但し、Ｐ：出射光強度 Ｃ；比例定数 Ｐｏ：入射光強度 φ：光学的位相差 ψ：光学バイアス ■π：半波長電圧（＝λｄ／　２　ｎｏ３ｒ　ｚｚＬ）
■＝ポッケルス素子に印加した電圧 Ｖｏｓｉｎωｔ：ボッケルス素子に印加した角周波数ω
の交流電圧（Ｖｏ：振幅、Ｌ： 時間） λ：光源の波長 ｄ：電圧印加電極間距離 ｎｏ：常光屈折率 Ｔ　ｔｚ　：ボッケル人定数 Ｌ：ポッケルス素子の長さ） ところで、通常用いられる電界（電圧）センサでは、変
調度が大きく且つ電圧に対する線形性を良くするために
、光学バイアス：ψとして９０度が採用されるところか
ら、上記（８）式にて示される出射光強度二Ｐは、次式
： ％式％） で与えられ、出射光強度：Ｐは、電圧に比例した角周波
数ωの交流成分のみを含む関数にて表わされることとな
る。

また、位相差板のない場合、即ち光学バイアス：ψが０
度の時、前記（８）式は、次式：Ｐ　＝ｃＰｏ／２　（
２＋１／４・（ｚ／Ｖπ）”−Ｖｏ”−ｃｏｓ２ωｔ）
・・・００） のように整理され、出射光強度：Ｐは、２倍の角周波数
２ωの交流成分のみを含む関数にて表わされ得るのであ
る。

従って、上記の検討から明らかなように、変調光の角周
波数ω成分と共に、２倍の角周波数２ω成分を利用して
、偏光子と検光子との偏光方向の相対角度−〇、光学バ
イアス；ψを適当に組み合わせることによって、単一の
光センサにおいて、例えば角周波数ωの交流成分は磁界
に依存した出力として、また２倍の角周波数２ωの交流
成分は電圧に依存した出力として、取り出すことが出来
るのであり、それは前記（５）式及びθ０）式よりして
明らかである。また、前記（６）式及び（９）式より、
角周波数ωの交流成分を電圧に依存した出力とする一方
、２倍の角周波数２ωの交流成分を磁界に依存した出力
とすることが出来ることも、明らかなところである。

要するに、角周波数ω成分と２ω成分の混じった変調光
が、適当な受光手段にて光電変換された後、電気的にω
成分と２ω成分とに分離され、それぞれの大きさが計測
されることによって、光センサに印加した交流磁界若し
くはそれを発生させる電流及び／又は電圧若しくはそれ
によって発生させられた交流電界の値を知ることが出来
るのである。なお、かかる計測に際して、好適には、角
周波数２ω成分の値については、それを電気的に処理し
て、その平方根を採ることにより、印加された電気量に
比例した出力を得ることが出来る。

また、このようにして得られた電流と電圧の大きさに基
づいて、例えばそれらを乗算することによって、電力量
も知ることが出来るのである。このように、一つのセン
サを用いることによって、電圧（電界）及び電流（磁界
）の測定、並びにそれらの測定と共に、電力量の測定が
、同時に可能となったのである。

（実施例） ところで、上記した本発明に従う測定原理に基づいて、
電・磁気量を測定する装置の具体的構成の異なる例が、
第３図及び第４図に示されている。

先ず、第３図に示される光センサ構造において、２は、
光センサヘッドである。このセンサヘッド２は、ポッケ
ルス効果とファラデー効果とを共に有する光学材料から
なる光学素子４と、その前後（図において左右）に配置
された偏光子６及び検光子８と、それら偏光子、検光子
の外側に配置されたファイバーコリメータ１０．１０と
から構成されている。そして、このセンサヘッド２の光
学素子４には、測定されるべき交流磁界１２が作用せし
められるようになっている。また、測定されるべき交流
電界は、光学素子４の対向する光透過面に設けられた透
明電極膜１４．１４によって作用せしめられるようにな
っている。即ち、それら透明電極膜１４．１４には、そ
れぞれ、リード線１６．１６を介して、交流電圧発生器
１８が接続せしめられているのである。

一方、センサヘッド２に所定強度の光を出射する発光手
段として、発光素子２０とそれを駆動する発光素子駆動
回路２２とが設けられており、その発光素子２０から出
射された光が、光ファイバー２４を通じてセンサヘッド
２の入側ファイバーコリメータｌＯに導かれるようにな
っている。なお、発光素子２０としては発光ダイオード
等が用いられるが、またＨｅ−Ｎｅレーザ光等も発光手
段として用いられる。

そして、センサヘッド２では、光学素子４内において、
発光素子２０から導かれた光が、作用する交流磁界１２
や透明電極膜１４．１４によって加えられる交流電界の
強度に応じて、変調せしめられることとなる。

また、センサヘッド２を透過した光は、出側ファイバー
コリメータ１０を通じて出射され、その出射光は、光フ
ァイバー２６を通じてＰＩＮフォトダイオード等の受光
素子２８にて受光され、そこで出射光（光信号）に対応
する電気信号に変換せしめられるようになっているので
ある。

さらに、かかる受光素子２８から出力される電気信号は
、それぞれ位相検波器等から構成される同一角周波数成
分検出器３０及び２倍角周波数成分検出器３２に、それ
ぞれ導かれ、そこで、入力電気信号から目的とする角周
波数成分が取り出されることとなるのである。即ち、こ
こでは、同一角周波数成分検出器３０は第一の取出手段
として機能し、受光素子２８から出力される電気信号の
うち交流磁界または交流電界と同一の角周波数成分を取
り出すようになっており、また２倍角周波数成分検出器
３２は第二の取出手段として機能して、受光素子２８か
ら出力される電気信号のうち交流磁界または交流電界の
２倍の角周波数成分を取り出すようになっているのであ
る。なお、２倍角周波数成分検出器３２は、かかる取り
出される２倍の角周波数成分信号（Ｐ、、、、　）の平
方根回路を備えており、これによって光学素子４に印加
される電・磁気量に比例した信号を出力するようになっ
ている。

そして、かかる同一角周波数成分検出器３０並びに２倍
角周波数成分検出器３２からの出力信号（Ｐω、　ｆ；
’：　）に基づいて、そのうちの一方から前記交流磁界
若しくはそれを発生させる電流が測定され、またそれら
のうちの他方より、前記交流電界若しくはそれを発生さ
せる電圧が測定されるのである。例えば、図示の如く、
同−角周波数酸・分検出器３０からの出力信号（Ｐω）
より、磁界が測定され、また２倍角周波数成分検出器３
２からの出力信号（Ｒ：）より、電圧が測定されるので
ある。

なお、かかる同一角周波数成分検出器３０及び２倍角周
波数成分検出器３２からのそれぞれの出力信号は、また
、演算手段としての乗算器３４に導かれ、そこで同一の
角周波数成分と２倍の角周波数成分を乗算する演算が行
なわれ、その結果が電力信号として出力されるようにな
っているのである。

また、本発明に従う光センサの他の具体例を示す第４図
においては、前例とは異なり、光学素子手段が、ポッケ
ルス効果を有する光学材料からなるポッケルス素子３６
とファラデー効果を有する光学材料からなるファラデー
素子３８とからなる別個の素子にて構成されているとこ
ろに特徴がある。また、ここでは、ポッケルス素子３６
に印加される電界は、透明電極１４．１４がポッケルス
素子３６の対向する側面に設けられζいることによって
、光の透過方向に対して直角な方向となるようになって
いる。

従って、このような構成の光センサにおいては、発光素
子２０から導かれた光は、電極１４．１４によって作用
せしめられる交流電界によって、ポッケルス素子３６に
おいて変調を受け、更にファラデー素子３８において、
そこに作用せしめられる交流磁界１２によって、変調を
受けることとなるのである。

なお、光伝送路における光量変動に対して安定した出力
を得るには、同一角周波数成分検出器３０や２倍角周波
数成分検出器３２にて取り出される交流成分（Ｐω、ζ
）を直流成分で除算するか、或いは直流成分を一定に保
つように、受光素子２８の信号を発光手段２０、具体的
には発光手段駆動回路２２ヘフイードバンクする手法が
採用されることとなる。

また、受光素子２８から出力される電気的信号より同一
角周波数成分ω及び２倍の角周波数成分２ωの分離には
、位相検出回路が用いられる他、バンドパスフィルタ回
路の如き電気的フィルタ手段等が用いられても何等差支
えない。

さらに、本発明における光センサヘット２を構成する光
学素子手段は、偏光子と検光子との間に配置せしめられ
るものであり、また位相差板も、必要に応じて配置せし
められることとなる。なお、光学素子手段としては、ポ
ッケルス効果とファラデー効果を共に有する光学材料（
結晶）からなる、第３図に示される如き一つの光学素子
が用いられる他、第４図に示されるように、別個のポッ
ケルス素子（結晶）とファラデー素子（結晶）とから構
成されるものであっても、何等差支えない。このポッケ
ルス素子としては、ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａｇ、等があ
り、またファラデー素子としては、ＹＩＧ、Ｚｎ５ｅ、
ＣｄＭｎＴｅ等があり、更にポッケルス効果とファラデ
ー効果を有する光学素子としては、ＢＳＯ（Ｂ　ｉ、、
Ｓ　ｉ　Ｏ，。）、ＢＧＯ（Ｂ　ｆ　ＩｚＧ　ｅ　０ｚ
ｏ）等がある。

そして、以上説明してきた本発明の作用・効果は、以下
の実施例の記載によって、更に明瞭に理解されるであろ
う。

実施例　１ 第３図に示される光センサと同様な構造の光センサを用
いて、以下の測定を行なった。なお、使用した光の波長
は０．８５μｍであり、発光素子２０にＬＥＤ、受光素
子２８にＰＩＮフォトダイオードを使用した。また、セ
ンサヘッド２を構成する光学素子４としてＢＳＯ単結晶
を用い、偏光子６及び検光子８としてはＰＢＳ　（偏光
ビームスプリッタ−）を用いた。更に、偏光子６と検光
子８との偏光方向の相対角度は０度とした。光学素子４
を構成するＢＳＯ単結晶において、光の透過する方向は
（１００）軸方向であり、その素子長さを４ｍ［１１と
し、その対向する光路面に透明電極１４１４を形成して
、電圧を印加出来るようにした。

そして、発光素子２０としてのＬＥＤより出射した光は
センサヘッド２で変調され、ＰＩＮフォトダイオード２
８に達し、更にこのフォトダイオード２８で受けた光は
電気信号に変換され、この信号をスペクトラムアナライ
ザーにて観察した。

より具体的には、センサヘッド２をソレノイドコイル中
に入れ、０〜１０００ｅの交流磁界（５０Ｈｚ　）とＯ
〜１００■の交流電圧（５０Ｈｚ）を印加し、スペクト
ラムアナライザーによるスペクトル観察と出力信号の５
０Ｈｚ成分（同一角周波数成分）と１ｏＯＨｚ成分（２
倍の角周波数成分）の大きさを測定した。

先ず初めに、磁界、電界を共に印加しない状態下でスペ
クトルを観察したところ、第５図に示すようであった。

次に、ソレノイドコイルに定電流を流し、５００ｅの磁
界を印加したところ、第６図に示されるように、５０Ｈ
ｚの信号が観測された。また、センサヘッド２に５０Ｖ
の電圧を印加したところ、第７図に示されるように、１
００　Ｈｚの信号の加わったスペクトルが観察された。

次に、磁界、電界の値を任意に変化させたときの挙動を
調べるため、電圧をＯＶ、５０Ｖ、ｔ。

ＯＶの３水準下において、磁界をＯ〜１０００ｅの間で
変化させた時の出力信号の５０Ｈｚ成分と１００Ｈｚ成
分の平方根を採った値とを測定し、その結果を第８図（
ａ）〜（Ｃ）に示す。それら第８図（ａ）〜（ｃ）より
明らかなように、実線で示される５　０　Ｈｚ成分は、
磁界の大きさに比例して大きくなり、一方破線で示され
る１　００　Ｈｚ成分の平方根を採った値は電圧に対応
した値となり、且つ磁界の大きさに依らず、一定の値を
示した。

また、電流（磁界）が００ｅ、５００ｅ、１０００ｅの
３水準下において、電圧を０〜１００■の大きさの間で
変化させたときの出力信号の５０Ｈｚ成分の値と１００
　Ｈｚ成分の値の平方根を採った値とを測定し、その結
果を、第９図（ａ）〜（Ｃ）に示した。そして、それら
の図から明らかなように、破線で示される１００Ｈｚ成
分の平方根を採った値は、電圧の大きさに比例して大き
くなり、一方実線で示される５０Ｈｚ成分は磁界に対応
した値となり、且つ電界の大きさに依らず、一定の値と
なっているのである。

以上の結果から、電圧、磁界に対する各出力の挙動は独
立していることが認められるのである。

また、以上の結果は、次の理由によるものと考えられる
。即ち、ＢＳＯ結晶はファラデー効果とポッケルス効果
と自然旋光能を有しており、この自然旋光能のために、
素子長さを約４１ＴＩＩ１１とすると、光の偏光面が約
４５°傾くこととなる。従って、上記センサヘッド２は
、印加磁界に対して、前記（５）弐に示される如き印加
磁界と同一の周波数を有する出力信号が得られ、また電
圧を印加すると、ポッケルス素子に光学バイアスを加え
ない場合に対応するため、前記θ０）式に示した如く、
印加電圧の２倍の周波数を有する出力信号が得られるこ
ととなるのである。

以上の結果より、極めて簡単なセンサヘッド２の構成に
て、電圧５電流が独立して、しかも精度よく測定出来る
ことが理解される。

実施例　２ 第４図に示される光センサヘッド２と同様な構造の光セ
ンサヘッドを用いて、実施例１と同様な測定を行なった
。なお、ファラデー素子３８にＹＩＧ単結晶を用い、ま
たポッケルス素子３６にはＬｉＮｂ０：ｌ単結晶を使用
した。このＬｉＮｂＯ３結晶において、光の透過する方
向はＺ軸方向であり、その素子長さを７鴫とすると共に
、そのＸ面に電極１６を形成し、電圧を印加出来るよう
にした。また、ＹＩＧ結晶は、その素子長さを１−とし
、更に偏光子６及び検光子８はＰＢＳを使用した。

そして、かかる測定によって、実施例１と同様な結果を
得た。

また、フォトダイオード２８の出力から、位相検波器３
０．３２により、それぞれ、５０Ｈｚ。

１００Ｈｚの信号成分を取り出し、更に１００Ｈｚの信
号成分について平方根をとることによって、センサヘッ
ドに印加されている電圧、磁界を検出することが出来た
。また、かかる電圧、磁界（電流）の大きさを乗算器３
４によって乗算することにより、電力量も測定すること
が出来た。要するに、第４図に示される如き電気回路構
成によって、電圧（電界）、電流（磁界）、電力量が同
時に測定出来たのである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は、光学素子手
段に加わる電界、磁界の強さに応じて変調された光信号
に基づいて変換された電気信号から、かかる光学素子手
段に作用する交流電界または交流磁界と同一の角周波数
成分ωと、かかる交流電界または交流磁界の２倍の角周
波数成分２ωを取り出し、そしてそれらのうちの一方よ
り該交流電界若しくはそれを発生させる電圧を測定する
一方、それらのうちの何れか他方より、前記交流磁界若
しくはそれを発生させる電流を測定したり、また得られ
た電圧値と電流値に基づいて電力を算出するようにした
ものであって、これにより、従来の如く二つの光束を使
用したり２種類の光源を用いたりする必要がなく、また
簡単な装置構成において、それら電・磁気量の測定が可
能となったのであり、そこに、本発明の大きな工業的意
義が存するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ、電界測定の原理及び磁
界測定の原理を示す説明図であり、第３図及び第４図は
、それぞれ、本発明に従う電・磁気量測定装置の具体的
構成の異なる例を示す系統図である。また、第５図、第
６図及び第７図は、それぞれ、実施例１において、印加
磁界と印加電圧を変化させて得られたスペクトル図であ
る。更に、第８図（ａ）〜（ｃ）及び第９図（ａ）　〜
（ｃ）は、それぞれ、実施例１において得られた、出力
の５０Ｈｚ成分、１００Ｈｚ成分の平方根と印加磁界及
び印加電圧との関係を示すグラフである。 ２　； ６　： １０　： ｌ　２　： １６　： ２０　： ２４゜ ２８　： ３０　： ３２　： ３４　： ３８　： 光センサヘッド　　４：光学素子 偏光子　　　　　　８：検光子 ファイバーコリメータ 交流磁界　　　　１４：透明電極膜 リード線　　　　１８：交流電圧発生器発光素子　　　
　２２：発光素子駆動回路２６：光ファイバー 受光素子 同一角周波数成分検出器 ２倍角周波数成分検出器 乗算器　　　　　３６：ポッケルス素子ファラデー素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポッケルス効果を有する光学材料及びファラデー
   効果を有する光学材料、またはポッケルス効果とファラ
   デー効果を共に有する光学材料にて構成される光学素子
   手段を用い、該光学素子手段に光を透過せしめる一方、
   測定されるべき交流電界及び交流磁界を作用させて、前
   記光を前記ポッケルス効果及びファラデー効果によって
   変調せしめ、そしてその変調光に基づいて、かかる交流
   電界若しくはそれを発生させる電圧を測定し、また前記
   交流磁界若しくはそれを発生させる電流を測定するに際
   して、 前記変調光に対応する受光手段の出力信号より、前記交
   流電界または交流磁界と同一の角周波数成分及び２倍の
   角周波数成分をそれぞれ取り出し、それらのうちの何れ
   か一方より前記交流電界若しくはそれを発生させる電圧
   を測定する一方、それらのうちの何れか他方より前記交
   流磁界若しくはそれを発生させる電流を測定することを
   特徴とする光による電・磁気量測定方法。
2. （２）前記測定された電圧値及び電流値に基づいて、電
   力を求めることを特徴とする請求項（１）記載の光によ
   る電・磁気量測定方法。
3. （３）ポッケルス効果を有する光学材料及びファラデー
   効果を有する光学材料、またはポッケルス効果とファラ
   デー効果を共に有する光学材料にて構成される光学素子
   手段の前後に、偏光子、検光子を配して、所定の発光手
   段から出射された光を該偏光子を通じて該光学素子手段
   に入射せしめ、そして該光学素子手段に作用する被測定
   交流電界及び交流磁界の強度に応じて変調された光を前
   記検光子を通じて所定の受光手段にて受光することによ
   り、かかる交流電界若しくはそれを発生させる電圧を測
   定し、また前記交流磁界若しくはそれを発生させる電流
   を測定するようにした装置において、 前記受光手段より出力される前記変調光に対応した出力
   信号のうち、前記交流電界または交流磁界と同一の角周
   波数成分を取り出す第一の取出手段と、前記受光手段よ
   り出力される前記変調光に対応した出力信号のうち、前
   記交流電界または交流磁界の２倍の角周波数成分を取り
   出す第二の取出手段とを設け、それら第一及び第二の取
   出手段にて取り出された二つの角周波数成分のうちの一
   方より前記交流電界若しくはそれを発生させる電圧を測
   定する一方、それらのうちの何れか他方より前記交流磁
   界若しくはそれを発生させる電流を測定することを特徴
   とする光による電・磁気量測定装置。
4. （４）前記第一及び第二の取出手段にて取り出された二
   つの角周波数成分のうちの一方より求められた電圧値と
   他方より求められた電流値に基づいて、電力を算出する
   演算手段を有する請求項（３）記載の光による電・磁気
   量測定装置。