JPH0252827B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光変流器に係り、特にフアラデー効果
を利用して高電圧導体に流れる電流を測定するに
好適な光変流器に関する。

磁界内における偏光面の回転現象すなわちフア
ラデー効果を利用して電流を測定することができ
る。その原理は、電流により生成され磁界中に置
かれた鉛ガラス等のフアラデー効果を示すガラス
（以下、フアラデー効果ガラスと称する）中を偏
光が通過する際に、偏光面が角度θ＝Ｖ・Ｈ・Ｌ
（但し、Ｖ：ブエルデ定数、Ｈ：光の進行方向の
磁界の強さ、Ｌ：進行方向のガラス長）だけ回転
するのを周知の方法で検出し、磁界の強さＨを測
定することにより、ガラス近傍に流れる電流を測
定するものである。

しかしながら、かかる原理に沿つて製作した光
変流器によつて、フアラデー効果ガラス近傍に複
数本の導体が設置されている通常の電流計測現場
で測定しようとすると、測定したい導体と他の導
体との区別が測定原理上できないため、被測定導
体以外の導体が作る磁界をも同時に検出し、この
ために大きな誤差を生じる欠点があつた。

このような欠点を解消するものとして提案され
たのが実公昭44−7589であり、第１図および第２
図に示す構成を有している。第１図の例は、導体
１の周囲にフアラデー効果ガラス等の偏光物体
２，２′，２″，２を四辺形を成す如く配置し、
偏光物体相互間に反射鏡７，７′，７″を配置し、
偏光物体２の入側に導光棒５より送られてくる光
を偏光子３で取り出した直線偏光のみを入射し、
各偏光物体を通した後の光を検光子４に通し、フ
アラデー回転角を検出し、導光棒６より信号光を
取出すものである。この時、他の導体による磁界
が、複数個の偏光物体２，２′，２″，２の偏光
回転角の総和をとることで相殺され、導体１の磁
界にる偏光転角のみ加算となることで、導体１の
電流を、他の導体の電流と区別し測定することが
可能である。なお、第２図の例は、反射鏡７〜
７″に代えて導光棒８，８′，８″を設けると共に、
これら導光棒の入側に検光子を設け出側に偏光子
を設けるようにしたものであり、動作原理は第１
図の場合と同様である。

ところで前記各構成では、光路が複雑であるた
めに次に列挙する如き欠点を有している。

(1) 偏光物体２，２′，２″，２と反射鏡７，
７′，７″あるいは導光棒８，８′，８″の相互位
置を高精度で保持することが困難である。

(2) 反射鏡７，７′，７″あるいは導光棒８，８′，
８″で直線偏光が反射に伴う光の位相変化で楕
円偏光になり、検出できる偏光回転角が著しく
低下し、電流の検出が困難になる。

(3) 導体１の電流を他の導体の電流と区別し、精
度良く測定するには、偏光物体２，２′，２″，
２の感度が同一である必要があるが、反射鏡
７，７′，７″あるいは導光棒８，８′，８″を通
過した光が直線偏光でなくなるため、偏光物体
２，２′，２″，２相互間の磁界にする感度が
著し異なり、導体１の電流を高精度で測定する
ことが困難である。

なお、ブアラデー効果ガラスを用いずに、光フ
アイバ自身を直接に被測定導体の周囲に巻回する
ことによつて導体の電流を測定する方法も提案さ
れている。しかしながら、かかる測定方法では、
光フアイバの中を直線偏光が通過する際、フアイ
バに対する曲げ、歪、振動等の機械的な影響のた
めに、偏光角が簡単に変動し、楕円偏光等が不規
則に生じ、光フアイバーの保持機構に高精度、高
安定度が要求されるため実用的ではない。

このように従来においては、精度および安定性
に優れた光変流器は存在しなかつた。

本発明の目的は、単一の偏光物体を用いて光路
周回を実現し、高精度の電流測定を安定に行なう
ことのできる光変流器を提供するにある。

本発明は、被測定導体に鎖交（直交）しうるよ
うに中心部を導体が貫通しうるようにフアラデー
効果ガラスに開口部を設けると共に、該フアラデ
ー効果ガラスの周辺に被測定導体に光路を一周さ
せる少なくとも２ケ所以上の全反射面を設け、前
記光路を一周する光がフアラデー効果によつて偏
光回転が生じるようにしたものである。更に、高
感度を得るために、フアラデー効果ガラスに設け
られた光路変更点における全反射を近接した地点
で２回全反射させて直線偏光のくずれを防止（楕
円偏光になるのを防止）することもできる。

第３図は本発明の第１の実施例を示す構成図で
ある。

光路のうち入側系は、光を発生する発光部９、
該発光部９よりの光を伝送する光フアイバ１０、
該光フアイバ１０より放出される光を集光し光の
発散を防止する集光レンズ１１、該集光レンズ１
１による光を直線偏光する高分子フイルム、蒸着
膜、偏光プリズム等よりる偏子光子１２より構成
される。発光部９としては、発光ダイオード、レ
ーザダイオード、レーザ等が用いられる。偏光子
１２の出力光はフアラデー効果ガラス１３に導入
される。フアラデー効果ガラス１３の正面図を示
したのが第４図であり、入射光はフアラデー効果
ガラス１３の側部を直進し、第１の全反射面（入
射光対し45度の角度を有する）で反射されたのち
第２の全反射面に直進し、該第２の全反射面で反
射したのち更に第３の全反射面によつて反射さ
れ、この反射光は入射光に対し直交しながら出射
する。フアラデー効果ガラス１３の中心部は導体
２０が貫通しうるようにくり抜かれる。

フアラデー効果ガラス１３に設けられた３ケ所
の全反射面により、光路は被測定導体２０を周回
する。即ち、同一フアラデー効果ガラス中を直線
偏光した光が複測定導体２０（一次導体）と鎖交
しながら通過し、導体２０を一周した時点のフア
ラデー効果による偏光回転角θは、 θ＝∫Hdl＝VI （但し、Ｖ：ブエルデ定数、Ｈ：導体周囲の磁界
の強さ、Ｉ：被測定電流） となり、被測定電流に正確に比例して偏光回転が
生じる。従つて、従来に比べ高精度に電流測定を
行なうことができる。

フアラデー効果ガラス１３よりの出射光は、出
測系光路に送出される。先ず偏光プリズム等によ
る検光子１４によつて出射光を受け、しかるのち
集光レンズ１５，１６によつて２系統に光を送出
する。集光レンズ１５によつて集光された直線偏
光光は光フアイバ１７を介して受光部１９に送ら
れ、集光レンズ１６によつて集光された直線偏光
光は光フアイバ１８を介して受光部１９に送られ
る。受光部１９では、２つの直線偏光光Pa、Pb
に基づいて（Pa−Pb）／（Pa＋Pb）によりフア
ラデー回転角を算出する。なお、フアラデー効果
ガラス、１３の材料としては、鉛ガラス、重フリ
ントガラス、磁性ガラス等が用いられる。

このようにフアラデー効果ガラスにより光路を
形成したことにより、周囲温度、機械的振動等を
受けにくいため、光路の変動は殆んど無視するこ
とができ、高精度の測定を長期間にわたり安定に
行なうことができる。

前記実施例においては、フアラデー効果ガラス
における全反射回数が３回の場合を示したが、光
路が導体を一周すれば本発明を実現できることか
ら、更に反射回数を減らした第５図の如き形状の
フアラデー効果ガラスを用いることもできる。

第４図および第５図に示したフアラデー効果ガ
ラスにおける全反射面は、光学研摩あるいは銀、
アルミ等のメツキを施すことにより形成すること
ができる。

第４図および第５図に示した形状のフアラデー
効果ガラスを用いた光変流器は、構造が簡単で製
作の容易なことが特長であるが、一回の光路変更
に対し１回の全反射を行なうにすぎない。このた
め直線偏光が全反射を行なう度に楕円偏光に変化
し、フアラデー回転角の回転量が低下し、感度が
低下する不都合がある。この点を改良した実施例
を次に説明する。

第６図は本発明の第２の実施例を示す構成図で
ある。第６図においては第３図において示したと
同一部材であるものには同一符号を付している。
本実施例はフアラデー効果ガラスの全反射面に工
夫をこらし、一回の光路変更点において２回の全
反射を行なうことにより感度低下の防止を図つた
ものである。

本実施例に用いられるフアラデー効果ガラス３
０の形状の一例を示せば第７図乃至第１１図の如
くである。第７図は正面図、第８図は平面図、第
９図は左側面図、第１０図は右側面図、第１１図
は底面図である。図に示す如く全反射回数は、ｂ
点、ｃ点、ｄ点、ｅ点、ｆ点、ｇ点の６回である
が、ｂ〜ｃ間、ｄ〜ｅ間、ｆ〜ｇ間の軸方向距離
は他導体による磁界の影響を受けないよう、でき
るだけ接近することが望ましい。ａ点より入射し
た偏光子１２よりの光は直進し、ｂ点で全反射し
90度だけ軸方向に曲げられ、ついで直ちにｃ点で
全反射され、入射光に対し直交した左方向に直進
する。直進した光はｄ点で全反射し軸方向に曲げ
られ（ｃ点に向かう光と逆方向に直進）るが、直
ちにｅ点で全反射されて入射光と逆方向の下側に
反射される。ｆ点において直線偏光光は正面方向
に反射され、その後ただちに右側に反射され、入
射光に対し90度の角度をもつてｈ点より出光す
る。全６回の全反射により、光路は被測定導体２
０を一周する。このように光路変更部において短
間隔で２回全反射させることにより、理想的なフ
アラデー回転変化を得ることができる。

直線偏光の偏光面のフアラデー効果による回転
は、光路に平行な磁界の強さと光路長に比例す
る。そして、導体２０の近傍にある他の導体に流
れる電流は、フアラデー効果ガラス３０内の光路
に沿つての積分によつて零となるため、これによ
る影響は無視できる。従つて、導体２０を一周し
た直線偏光により、ほぼ完全にフアラデー回転量
θは導体２０を流れる電流に比例することにな
る。なお、フアラデー効果ガラス３０の各全反射
面は、光学研摩を施すことにより実現できるの
で、接着部分を要することなく形成することがで
きる。

本実施例によれば、第３図に示した実施例に対
し、更に感度を上げることができる。

第８図乃至第１１図に示したフアラデー効果ガ
ラス３０は、更に改良を加え製造を容易にするこ
とができる。この具体例を示したのが第１２図乃
至第１４図の構造、および第１５図乃至第１７図
に示す構造である。

第１の変形例を示す第１２図乃至第１４図にお
いて、第１２図は正面図、第１３図は右側面図、
第１４図は底面図である。本実施例は光入射部お
よび光出射部を形成する角部をカツトし、この部
分に直角プリズム４１を接着等により装着したも
のである。このような構造とすることにより、右
側部の研摩加工が容易（即ち、各光学研摩面を平
面とすることができるため段付加工をせずに済
む）となり、製作が容易となる。

第２の変形例を示す第１５図乃至第１７図にお
いて、第１５図は正面図、第１６図は右側面図、
第１７図は底面図である。本実施例は光入射部ａ
および光出射部ｈに各々直角プリズム５１，５２
を接着等により装着したもので、かかる構造によ
り、光学研摩面の全てが平面として揃えられると
ともに、角部のカツトが不要であるために、製作
は最も容易となる。

以上詳述したように本発明によれば、被測定導
体と鎖交（直交）し、且つ、一体化されたフアラ
デー効果ガラスを用いることにより、他の導体を
流れる電流の影響がなく、フアラデー回転が生じ
る部分が一体となつているガラス構造であるため
に、高精度の電流測定を長期間安定して継続でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光変流器を示す構成図、第２図
は他の従来の光変流器を示す構成図、第３図は本
発明の第１の実施例を示す構成図、第４図は第１
の実施例に用いられるフアラデー効果ガラスを示
す正面図、第５図は第１の実施例に用いられる他
のフアラデー効果ガラスを示す正面図、第６図は
本発明の第２の実施例を示す構成図、第７図、第
８図、第９図、第１０図および第１１図は第２の
実施例に用いられるフアラデー効果ガラス３０の
正面図、平面図、左側面図、右側面図および底面
図、第１２図、第１３図および第１４図は第２の
実施例に用いられるフアラデー効果ガラスの他の
例を示す正面図、右側面図および底面図、第１５
図、第１６図および第１７図は第２の実施例に用
いられるフアラデー効果ガラスの更に他の例を示
す正面図、右側面図および底面図である。 ９……発光部、１０，１７，１８……光フアイ
バ、１１，１５，１６……集光レンズ、１２……
偏光子、１３，３０，４０，５０……フアラデー
効果ガラス、１４……検光子、１９……受光部、
２０……被測定導体、４１，５１，５２……直角
プリズム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導体に流れる電流をフアラデー回転角に基づ
   いて測定するフアラデー効果を利用した光変流器
   において、被測定導体を直交状態で中心部に内挿
   し、その一部より入射した光を前記導体に対し一
   周させたのち外部に放出する少なくとも二つの全
   反射部を周辺に有すると共にフアラデー効果を持
   つたガラスを備えてなる光変流器。 ２ 前記全反射部は、単一の反射面であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光変流
   器。 ３ 前記全反射部は、近接して配置された二つの
   反射面をもつて構成することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光変流器。 ４ 前記全反射部を形成する反射面を前記ガラス
   の周縁部全域に設けると共に、光入射部および光
   出射部の双方に介在させて単一のプリズムを配設
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の光変流器。 ５ 前記全反射部を形成する反射面を前記ガラス
   の周縁部全域に設けると共に、光入射部および光
   出射部の各々にプリズムを配設したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光変流器。