JPH03216558A - 光電流センサ - 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］ 本発明は磁性体のファラデー効果を利用した磁界＃ｊ定
により電流の測定を行う電流センサに関し，とくに光学
素子の微調整を容晶にすることによって信頼性の向上を
図った電流センサに関するものである。

［従来の技術］ 電力分野では，高電圧設備の制御，保護のため，高電圧
・大電流の各設備の電流計測手段が不可欠である。従来
は，このような目的での電流計測手段として大型の巻線
型変成器が用いられてきた。

しかし，この変成器はその設置のために一般に広い敷地
を必要とし，また，測定信号の送信にメタルケーブルを
用いて電気信号により行っているため，変成器近傍の高
電圧．大電流の環境よりの電気雑音の影響をうけてしま
い，測定値の信頼性の低下が避けられないという欠点を
持っていた。そのためこれに代わる電流計測手段として
信号伝送路に光ファイバを用い，電気雑音の影響をうけ
やすい。電流計測部近傍では電気信号を全く用いないフ
ァラデー効果を応用した光電流センサの使用が提案され
ている。この場合．　ＩＩＩ定電流値は光信号にて送信
されるので原理的に電気雑音の影響をうけない。この光
電流センサの構造として数種の形状が提案されているが
，その中でも実用性の高い構造であるカットコア使用の
形状の従来例を第２図に示す。

カットコア１は磁性体にて成り，その一箇所に空隙を設
けた環状のコアの空隙部に，ファラデー効果利用の光磁
界センサ部４を挿入し，カットコア１の内側に被測定体
である電力線導体６を貫通させるものである。

この光磁界センサ部４の内部構成を第３図に示す。また
，この光電流センサの動作原理を，第２図及び第３図を
用いて以下に述べる。

第２図に於で，中央部の導体６を流れる電流により励起
された磁界Ｈが磁性体製のカットコア１中を矢印７の向
きに生じる。この磁界Ｈがカットコア１の空隙部を貫通
し，空隙部に設けられた光磁界センサ部４の中を紙面の
左から右への向きに貫通する。第３図に於で．入射角８
を受けた光ファイバ４２より出射された光（楕円偏光）
は，球レンズ４８により平行光とされ．偏光ビームスブ
リッタ４７により直線偏光となると同時に光路を９０″
曲げられ，ファラデ−回転子４６透過時に矢印７の向き
に励起された磁界Ｈによりその大きさに応じた角度だけ
その偏波面がファラデー回転する。更に１／４波長板４
９，偏光ビームスブリッタ４７の透過によりファラデー
回転角に応じた光量の直線偏光となって出射し，かつそ
の先路が更に９０″曲げられる。この光が球レンズ４８
により集束されて光ファイバ４２の内に集められ．導体
６の電流値に応じた光量の出力光９として帰還する。

当方式の光電流センサは印加磁界方向の厚さを比較的薄
くできるので，カットコア１の空隙部のギャップ幅を小
さくでき光電流センサの応答性の向上を図ることができ
るが，１／４波長板４９の存在により光学素子が結果と
して１ヶ増加すること．２度にわたり光軸が９０″曲げ
られていることにより磁界センサ部４の組立後の光学系
の微調整作業が複雑化し，長期信頼性の維持にも困難が
生じるとの問題があった。

この欠点を改善するために提案された光電流センサを第
４図に示す。第４図の磁界センサ部４の内部断面図を第
５図に示す。第２図に示した光電流センサとの構造上の
違いは，光ファイバによる光の人出力を光磁界センサ部
４を貫通するように設け，内部の偏光ビームスブリッタ
４７による光路の屈折を解消していることである。また
，従来例では，１／４波長板を設ける必要はない。第４
図に示すように光磁界センサ部４の光の入出力の経路の
変更に伴い、磁性体のカットコア１の両側のカット面を
貫くように光ファイバ４２を通すための貫通孔１０を夫
々設けている。当方式の欠点としては第１に，第５図に
示すように球レンズ４８を含む全ての光学素子が一直線
に並ぶため光磁界センサ部４を納める磁性体力ットコア
１の空隙部のギャップ幅を小さくすることが出来ず，従
って光電流センサを高感度化することが困難であること
を従来より指摘されていた。しかし．近年．誘電体多層
膜等を用いた高性能な偏光位置が種々開発されており，
それらを偏光ビームスプリッタ４７の代りに用いること
で光磁界センサ部全体を第３図にて示した光磁界センサ
部４の従来例と同等まで薄くすることが可能である。

しかし，当形状による光電流センサには従来は解決され
なかった下記の欠点があり，製作上の問題となっていた
。即ち，当構造の光電流センサでは光の入出力の為の光
ファイバを予め光磁界センサに固定することが構造上で
きないので，磁性体コア１空隙部への光磁界センサ部４
の設置ののちに磁性体コア１の貫通孔１０より光ファイ
バ２を差し込んで接続し，そののちに光学的な微調整を
行う必要があるが一般に小型である先磁界センサ部４に
．先ファイバ２先端を接続固定し，かつ光学的な微調整
を行うことは磁性体コア１の空隙部に先磁界センサ部４
を挿入した状態では組立作業に著しい困難を生じてしま
う。これは，カットコア１中の磁束密度の乱れを防ぐた
め磁性体コア１への貫通孔１０の直径をできるだけ小さ
くしなければならず，差し込む光ファイバ２の先端に光
コネクタを予め装着することができないことが原囚であ
る。このことから第４図及び第５図にて示した光電流セ
ンサの形状は，その優れた特徴にもかかわらず実現が困
難となっていた。

本発明は従来技術のかかる問題点をふまえ，空隙を持つ
磁性体コアにコアを貫通するよう光ファイバをとりつけ
た光電流センサにおいて，予め光磁界センサ部に光ファ
イバを接続固定し，光学的微調整を行ったのちに磁性体
コアに取付けることの可能な光電流センサを提案するも
のである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば．偏光子，検光子および磁気光学素子を
含む検出手段を備え．該磁気光学素子の光ファラデー効
果を利用して電流を検出する光電流センサにおいて，前
記検出手段として導線を囲む環状コアの環状部に設けた
空隙部に光磁界センサ部を挿入し，該空隙部を間にした
前記環状コアの両面にそれぞれスリットを１つずつ設け
，前記光磁界センサ部への光の入射，出射をそれぞれ上
記スリットを利用して行うことにより，前記光磁界セン
サ部への入出力光の光路が直線状となるようにしたこと
を特徴とする光電流センサが得られます。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図（ａ）．（ｂ）に示す。本発
明では第４図，第５図にて示した光電流センサの欠点を
とり除くため，従来，貫通孔であった磁性体力ットコア
１の光ファイバ２用コアスリット３とする。

組立時は，まず，光ファイバ２，コア補強材５，磁界セ
ンサ部４を組み立てて光学的微調整を行い，そののちに
コアスリット６を設けたカットコア１へ全体を挿入し，
固定する。これにより，組立・微調整の容易な光電流セ
ンサを構成することが可能である。

この時、あらかじめ光磁界センサ部４に光学的微調整の
のち光ファイバ２を接着固定した光磁界センサ部４を最
後に磁性体コア１のカット部分に挿入する。

これによると，光ファイバ２と磁界センサ部４をあらか
じめ接若固定できる。

尚、先磁界センサ部４の磁気光学素子は希土類鉄ガーネ
ットを使用するのが好ましい。

これにより，光ファイバ２側に光コネクタをまえもって
固定しておき，光ファイバ自体ではなく光コネクタを介
して光学的微調整を行うことが可能であり，また光路が
一直線状であることと，１／４波長板が不要で，使用光
学素子数が必要最小限である。よって，光学的微調整を
容易に行うことが可能である。また磁性体コア１のスリ
ット部３の幅は光ファイバの直径と同等でよいので，コ
アスリット３の体積は小さく保つことが可能であり，ス
リット部３の存在による磁性体コア１内の磁束密度の乱
れは測定値に影響しないよう設計を行うことができる。

尚、偏光子及び検光子として最適なものとしては、それ
ぞれガラスプラライザという高性能偏光板が挙げられる
。

［発明の効果］ 以上述べたようにスリットを設けた磁性体コアを用い，
光路に屈曲がなく一直線状である磁界センサ部と組み合
わせることによりその光学的微調整の工程が容易である
光電流センサを構成することができる。また，光路上に
必要最小限の光学素子が設置されているだけであり，か
つ光路に屈曲が設けられていないので微調整された光学
素子の位置関係の長期的な保存の面でも有利である。よ
って，本発明における光電流センサは，その組立時の光
学的微調整及び長期の信頼性のいづれの面においても有
利な形状であると言うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る光電流センサの断面図，第
１１Ｚ　（ｂ）は第１図（ａ）を下方から見た磁性体力
ットコア１の正面図である。 第２図は従来の光電流センサの断面図，第３図は光磁界
センサ部４の断面図，第４図は従来の他の光電流センサ
の正面全体図，第５図は第４図の先磁界センサ部の内部
断面図である。 図において，１・・・カットコア．２・・・光ファイバ
３・・・コアスリット，４・・・光磁界センサ部．５・
・・コア補強材，６・・・導体，７・・・磁界の向き（
Ｈ）．８・・・入射光，９・・・出力光，１０・・・貫
通孔，４１・・・筐体，４２・・・光ファイバ，４３・
・・光コネクタ，４４・・・光学素子ホルダ１，４５・
・・光学素子ホルダ２，４６・・・ファラデー回転子，
４７・・・偏光ビームスプリッタ．４８・・・球レンズ
，４９・・・１／４波長波。 第１図 （（１） 帛５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）偏光子、検光子および磁気光学素子を含む検出手
   段を備え、該磁気光学素子の光ファラデー効果を利用し
   て電流を検出する光電流センサにおいて、前記検出手段
   として導線を囲む環状コアの環状部に設けた空隙部に光
   磁界センサ部を挿入し、該空隙部を間にした前記環状コ
   アの両面にそれぞれスリットを１つずつ設け、前記光磁
   界センサ部への光の入射、出射をそれぞれ上記スリット
   を利用して行うことにより、前記光磁界センサ部への入
   出力光の光路が直線状となるようにしたことを特徴とす
   る光電流センサ。
2. （２）請求項１記載の光電流センサにおいて、上記磁気
   光学素子が希土類鉄ガーネットより成るものであること
   を特徴とする光電流センサ。
3. （３）請求項１或いは２記載の光電流センサにおいて、
   上記偏光子及び上記検光子がそれぞれガラスプラライザ
   という高性能偏光板であることを特徴とする光電流セン
   サ。