JPH0352582B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気光学効果を利用した電界測定装置
に係り、特に直流電界を測定する光方式電界測定
装置に関する。

従来の電気光学効果を有する媒質を利用した電
圧測定装置、電界測定装置の測定対象は、ほとん
どの場合交流電圧、交流電界に限られている。そ
の理由は、直流電界中に電気光学結晶を静置する
と、一般的に、その静電容量、直流抵抗が大きい
ため時間とともに測定値が変化し、さらに結晶表
面に電荷集中が起り、いわゆる表面層が形成され
て、測定不能となるからである。

上記従来の、電気光学効果を有する媒質（以
下、電気光学結晶と記す）を利用した電界測定装
置（以下、光方式電界測定装置と記す）では、交
流電界中に電気光学結晶を静置し、電界の変化に
従つてその結晶中に誘起される複屈折変化を、偏
光子、検光子等を用いて光強度信号（但し交流信
号である）として検出し電界の変化を測定してい
る。その詳細は、例えば、「公開特許公報特開昭
56−100364号」、「電子通信学会技術研究報告、
Vol.80，No.６，（1980）、第19頁〜第24頁、
OQE80−４、光応用電界センサ」等に記載され
ている。

本発明は、従来の光方式電界測定装置における
上記難点を解消し、直流電界の強さの測定を可能
ならしめる光方式電界測定装置の提供を目的とす
るものである。

上記目的を達成するため、本発明の光方式電界
測定装置は、光源部、電気光学効果を有する媒質
を具備した電界検出部、該検出部からの光を計測
する計測部、ならびに該光源部と該検出部および
該計測部を光学的に結合する光伝送路からなる電
界測定装置において、該電気光学効果を有する媒
質を回転せしめてなる構造を有するものである。
すなわち、直流電界中で電気光学結晶を回転させ
れば、電気光学結晶と電界の位置関係の相対的変
化を生じせしめることができ、交流電界中に電気
光学結晶を静置した場合とまつたく同等の効果を
利用して測定することができるのである。

上記光伝送路には、周知のように、光フアイバ
を用いるのが好都合である。

電気光学効果を有する媒質としては、例えば
KDP，ADP，LiNbO₃，LiTaO₃，Bi₁₂SiO₂₀，
Bi₁₂GeO₂₀等が知られているが、そのいずれも使
用でき、またこれらに限ることなく、電気光学効
果を有する材料であればよい。

前記電界検出部は、通常、光源部側の光フアイ
バと計測部側の光フアイバとの間に、レンズ、偏
光子、電気光学結晶、検光子およびレンズが順に
配置されている。また、上記電気光学結晶と検光
子の間には、必要に応じてλ／４板を入れる。検
光子には、通常の検光子の他に、例えばウオラス
トンプリズムのような偏光プリズムを用いてもよ
い。出射光側のレンズは、通常の検光子の場合は
１個、偏光プリズムの場合は２つの直線偏光に分
離するので２個とする。前記検出部から出射され
た光は光フアイバで計測部の受光器に導かれ、出
力電気信号となる。この出力電気信号をそのまま
測定してもよいし、また光源部と電気光学結晶と
の間で分岐された光（電気光学結晶を通らない
光）と検出部からの光とをそれぞれ受光器で電気
信号に変換し、両電気信号を演算装置に入れ、電
界強度を算出してもよい。また、偏光プリズムを
検光子として用いた場合には、出射光が２偏光光
線に分離するので、双方をそれぞれ受光器で電気
信号に変換し、両電気信号を演算装置に入れて電
界強度を算出する。なお、上記入射光側と出射光
側のレンズは省略することも可能である。

いずれにしても、本発明の光方式電界測定装置
は、電気光学結晶を回転することが重要な点であ
り、他の構成については電気光学効果を利用した
電界測定機構であれば何でもよく、従来技術を踏
襲してもよい。

電気光学結晶の回転軸は、電界の印加される方
向とほゞ直角とすると、結晶の回転による電界方
向と結晶方位との位置関係の変化が明確になり好
ましいがこれに限定されない。電気光学結晶に対
する光の入射方向、ならびに該結晶からの光の出
射方向は、通常、該結晶の回転軸と同一の方向に
するのが便利である。

電気光学結晶の回転速度は通常0.1Hz〜100Hz位
でよいがこれに限定されない。回転速度が低過ぎ
ると結晶表面の電荷集中の解消が困難となり好ま
しくないが、その下限値は結晶形状によつても異
なり、必要に応じて簡単な実験によつて確認する
のが望ましい。また、上記結晶回転速度は、回転
機構上の機械的な問題（例えば結晶の振動等）に
より、上限が定まつてくる。

電気光学結晶を回転させるのにはどのような手
段を用いてもよいが、一定の温度にした気体を該
結晶に吹付けてもよい。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。第１図は本実施例における光方式電界測定
装置の構成図である。光源部１としては、出力が
60mW、波長0.8μmの発光ダイオードを用い、直
径0.6μmのプラスチツククラツド石英光フアイバ
２に入射し、検出部Ａにレンズ３を介して平行に
導いた。電界検出部Ａはレンズ３、偏光子４、電
気光学結晶５、ウオラストンプリズム６およびレ
ンズ３―１，３―２よりなり、偏光子４の光の振
動方向（直線偏光の向き）とウオラストンプリズ
ムの主軸が45゜に相対するように設定されている。
ウオラストンプリズム６により２つの直線偏光に
分離された光はレンズ３―１，３―２で再び収光
され、光フアイバ２―１，２―２に入射した。そ
れぞれの出力を計測部Ｂに導きPINフオトダイオ
ード９―１，９―２で検出してその出力P₁，P₂
について、電気的な演算回路１０で Ｓ＝P₁−P₂／P₁＋P₂ なる演算を行い交流出力信号Ｓを算出し、電界強
度を測定した。

第１図において、電界印加方向は紙面上で上方
より下方に向う直流電界（矢Ｅ）で、電気光学結
晶５の回転軸は光の進行方向とする。直流電界は
平行平板電極にて最大1kV／cmとした。

電気光学結晶５は、Bi₁₂SiO₂₀よりなり、外形
８mm×８mm×10mmの直方体状で、 （110），（１１０），（001）面を有し、（１１０）
面を光の入出射面とすべく鏡面としている。電気
光学結晶の回転軸は、２つの（１１０）面（光の
入出射面）の中心を結ぶ線とし、上記中心線に凹
みを作り、テフロン治具７―１，７―２で保持
し、回転できるようにした。電気光学結晶５を回
転させるには、外部よりプラスチツクチユーブ８
を用いて、30℃に温度調節した乾燥したN₂ガス
を該結晶に吹きつけることによつて行なつた。結
晶の回転は約１Hzとした。このようにして、電気
光学結晶には（110）面、（001）面に交番的に電
界が印加され、（１１０）面を通過する光の偏光
面が交番的に変化する。この変化の様子を、上記
出力Ｓの交流信号変化として再現性よく測定でき
た。

第２図に、直流電界強度と交流出力信号Ｓの相
関関係測定結果を示す。第２図で明らかなごと
く、直線性も良好で、従来不可能であつた直流電
界の測定が、本発明により、従来の交流電界と同
様に測定できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光方式電界
測定装置の構成を示す説明図、第２図は本発明の
一実施例における光方式電界測定装置による電界
強度測定結果を示すグラフである。 １…光源、２，２―１，２―２…光フアイバ、
３，３―１，３―２…収光レンズ、４…偏光子、
５…電気光学結晶、６…ウオラストンプリズム、
７―１，７―２…結晶保持治具、８…N₂ガス導
入用プラスチツクチユーブ、９―１，９―２…フ
オトダイオード、１０…演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源部、電気光学効果を有する媒質を具備し
   た電界検出部、該検出部からの光を計測する計測
   部、ならびに該光源部と該検出部および該計測部
   を光学的に結合する光伝送路からなる電界測定装
   置において、上記媒質を被測定電界内で回転運動
   させる手段を有することを特徴とする光方式電界
   測定装置。 ２ 前記電気光学効果を有する媒質の回転軸の方
   向は、電界の印加される方向とほぼ垂直であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光方
   式電界測定装置。 ３ 前記電気光学効果を有する媒質に対する光の
   入射方向ならびに該媒質からの光の出射方向は、
   該媒質の回転軸の方向とほぼ同一の方向であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光方
   式電界測定装置。