JPH03276076A - 光ファイバ電流センサ - 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） この発明は、光ファイバ電流センサに関し、とくに、そ
の検出精度を改良したものに関する。

（従来の技術） 光が電流による磁Ｗ中を進行すると、ファラデー効果に
より磁昇の強さと進行距離の積に比例した偏光角の回転
を生じることが知られている。

光ファイバ電流センサは、このファラデー効果を利用す
るものであり、既７ｆの固体ブロックを検出素子とする
電流センサに比較して、極めて構成が間車で、高精度の
電流センサが失現される可能性が期待されている。

ところで、従来から捉案されている先ファイバ電流セン
サの代表的な構成としては、測定対象電流が流れる導体
の外周に光ファイバを捲回し、光ファイバの一端から光
を入射させ、導体の外周を通過してファラデー回転が坐
じた光をファイバの他端側で検光子を介して受光し、こ
の受光した光を光ダイオードで光電変換し、光の強度に
比例した電気信号を得るようになっている。

しかしながら、このような構成の光ファイバ電流センサ
には、光ファイバの残留歪み６曲げ応力。

などに起因する光弾性効果の影響による検出感度の低下
や雑音の発生などの問題があった。

このような問題に対して、光ファイバの捲回手段に工夫
をすることにより測定感度を向上させることも提案され
ている。

この手段は、導体の外周に持回する光ファイバをの捲回
数を２回以上とし、入出力側と成文・１側の捲回部分を
所定の距離だけ離間させ、平面形状が略８の字形であっ
て、かつ、側面から見て相好の捲回部分が直交するよう
に設置する方法であり、このような捲回方法によれば、
一方の捲回部分で圧縮側に位置した部分が、他方の捲回
部分で引張り側に位置することになるので、曲げ応力が
全体で見ると相殺されて測定感度が向上することになる
。

しかしながら、このような光ファイバの捲回手段には、
以下に説明する技術的課題があった。

（発明が角ｑ決しようとする課題） すなわち、上述した捲回手段を実現する際には、具体的
には、導体が挿通される測定管の外周に光ファイバを化
量することになるが、このときに捲＋！ｉｌ形状が上記
のように複雑であって、しかも、かなり長くなり、その
上、光ファイバ自体が比較的脆く、その途中に欠陥部分
がある場合には、化量途中でしばしば切断するという問
題があった。

この場合、特に、光ファイバの構成材料として、例えば
、光弾性定数が小さい鉛ガラス製を用いたときには、こ
の構成の光ファイバがさらに一層脆いので、切断の発生
が高くなる。

また、仮に、切断されること無く捲回されたとしても、
光ファイバの光軸が捲回する際に捩じれて、応力の相殺
が不均一になり、測定感度が十分に向上しないという問
題もあった。

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、切断すること無く捲回
できるとともに、持回状態で捩じれの発生がなく、測定
感度を十分に向上できる光ファイバ電流センサを提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、測定対象電流
が流れている導体の外周に、少なくともも２回以上捲回
した光ファイバを設置し、この光ファイバのファラデー
効果により前記測定対象電流の大きさを検出する光ファ
イバ電流センサにおいて、前記光ファイバは、その直径
よりも大きな内径の可撓性のガイドスリーブに挿通され
、２回以上捲回された状態で平面形状が略８の字形であ
って、かつ、側面から見て相互の捲回部分が直交するよ
うに設置されることを特徴とする。

上記光ファイバは、鉛ガラスで構成することができる。

（発明の作用効果〉 上記構成の光ファイバ電流センナによれば、捲回される
光ファイバは、その直径よりも大きいＭ径のガイドスリ
ーブに挿通されているので、捲回された時にガイドスリ
ーブ内で移動することができ、欠陥箇所などの特定の箇
所に応力が集中せず、その切断が防止されるとともに、
光軸に捩じれが発生せず、これにより測定感度が大きく
向上する。

（実施的） 以下、この発明の好適な丈施例について添付図面を参照
にして詳細に説明する。

第１図および第２図は、この発明に係る先ファイバ電流
センンサの一夫施例を示している。

同図に示す光ファイバ電流センサ１０は、測定対象電流
が流れる導体１２が挿通される両端が開目した？１１定
管１４と、この測定管１４の外周にガイドスリーブ１６
に挿通されて捲回された光ファイバ１８とから構成され
ている。

上記ガイドスリーブ１６は、可撓性のあるシリコン樹脂
などの合成樹脂から構成され、その山径は、上記光ファ
イバ１８の外周の直径よりも大きく、挿通された光ファ
イバ】８がその山部で移動できるようになっている。

上記光ファイバ１８は、例えば、光弾性定数が極力小さ
い鉛ガラス製のものが用いられ、この丈施例では測定管
１４の外周に４回捲回されている。

光ファイバ１８は、１回目と３回口の捲回部分１８ａと
、２回口と４回口の捲回部分１８ｂとがそれぞれ同じ方
向に位置し、平面形状が略８″′ｆ形になり、かつ、側
面から見たときに１，３目の持回部分１８ａと、２，４
回目の捲回部分１８ｂとが相互に直交するように捲回さ
れている。

以上のように構成された光ファイバ電流センサ１０では
捲回される光ファイバ１８は、その直径よりも大きい内
径のガイドスリーブ１６に挿通されているので、平面形
状が８字形で、かつ、側面から見たときに相互に直交す
るように捲回された時に、ガイドスリーブ１６内で移動
することができ、欠陥箇所などの特定の箇所に応力が集
中せず、その切断が防止されるとともに、光軸に捩じれ
が発生せず、これにより測定感度が大きく向上する。

第３図は、上記構成の光ファイバ電流センサ１０の効果
を確認するために行った失験の構成を示している。

同図に示す実験では、先ファイバ１８の入力端に、Ｈｅ
−Ｎｅレーザ２０，１／４λ板２２．偏光子２４．レン
ズ２６を配置し、光ファイバ１８の出力側に、レンズ２
８．検光子３０．光電変換器３２を配置した。

そして、導体１２の両端には、ＡＣ電源３４を接し、入
出力の電流波形をオシロスコープ３６で測定した。

光ファイバ１８の曲げ半径は２０關とし、その直径が０
．２７＋ａｍの鉛ガラス光ファイバを使用し、ガイドス
リーブ１６には、フロン工業（株）製の内径が１．０ｍ
ｍのものを用いた。

第４図は、５０Ｈｚの制限は交流電流を３００ＡＴまで
印加したときの、入力端子信号と出力電圧信号との関係
を測定した結果である。

同図からも明らかなように、人出力信号が比例関係にあ
ることが角ｑる。

また、第５図は、上記Ａ１１定における入力端子波形と
出力電圧波形の結果を示しており、この図から両者の波
形が良く一致していることが角ｑす、測定感度が向上す
ることを示唆している。

なお、この試験では偏光特性もＯＦせて求めたが、これ
を直線偏光を入射したときの楕円率により求めて良好な
結果が得られた。

また、光ファイバ１８の変形や急加熱ないしは急冷却も
試みたが、いずれの場合にも電流特性長びに偏光特性へ
の影響は認められなかった。

さらに、光ファイバ１８の直径とガイドスリーブ１６の
内径との関係を種々に変えて試験したところ、これらの
比が０．１３〜ｏ、５２の範囲で良好な結果が得られた
が、この発明の実施がこれに限定されることはなく、こ
の範囲の上限以上の場合であっても、例えば、光ファイ
バ１８の外周にグリスなどの潤滑材を塗布してガイドス
リーブ１６に挿通すれば、所期するところの効果が得ら
れる。

さらにまた、上記実施例では先ファイバ１８として、鉛
ガラスのものを例示したが、この発明の実施がこれに限
定されることはなく、他の構成の光ファイバであっても
良く、また、光ファイバ１８の持回手段も、ガイドスリ
ーブ１６に光ファイバ１８を挿通した状態で行う場合と
、予めガイドスリーブ１６を測定管１４に持回しておき
、その内部に光ファイバ１８を挿通する場合のいずれか
が選択できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る光ファイバ電流センサの一丈
糺例を示す平面図、第２図は、第１図の側面図、第３図
は同電流センサの作用効果を確認するために行った試験
の説明図、第４図は、同試験の人出力特性を示すグラフ
、第５図は、同試験の入出力波形を示すグラフである。 １　［）・・・・・・光ファイバ電流センサ１２・・・
・・・導体 １４・・・・・・？Ｉ−１定管 １６・・・・・・ガイドスリーブ １８・・・・・・光ファイバ 特２′１出願人 代　　理　　人 間 東京電力株式会ン１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定対象電流が流れている導体の外周に、少なく
   ともも２回以上捲回した光ファイバを設置し、この光フ
   ァイバのファラデー効果により前記測定対象電流の大き
   さを検出する光ファイバ電流センサにおいて、前記光フ
   ァイバは、その直径よりも大きな内径の可撓性のガイド
   スリーブに挿通され、２回以上捲回された状態で平面形
   状が略８の字形であって、かつ、側面から見て相互の捲
   回部分が直交するように設置されることを特徴とする光
   ファイバ電流センサ。
2. （２）上記光ファイバは、鉛ガラスから構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の光ファバ電流センサ。