JPH0384471A - 光応用物理量測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光応用物理量測定装置に関し、特に、測定時の
消費電力の低減化が可能な光応用物理量測定装置に関す
る。

［従来の技術］ 光フアイバ伝送技術の進歩に伴い、電界および磁界によ
って物質の光学的性質が変化する電気光学効果（ポッケ
ルス効果、ファラデー効果等）や外圧による物質の光学
的性質の変化を利用して、光を用いて圧力、電圧、磁界
等の物理量を測定する光応用物理量測定装置の開発が活
発してきた。

このような光応用物理量測定装置は、一般に、測定すべ
物理量の変化に応じて光学的性質が変化するセンサ部と
、このセンサ部へ与える入力光をＬＥＤ（発光ダイオー
ド）等の発光素子を用いて発生させて送信する送信部と
、センサ部からの出力光を受信して被測定物理量の変化
を表わす所定の信号形式に変換する受信部と、センサへ
の人力光の伝送およびセンサ部からの出力光の伝送を担
う光ファイバとを含む。電気光学効果を利用した光応用
物理量測定装置の一例は住友電気第１２２号ｒＢｓｏ（
ビスマス・シリコン・オキサイド）磁界センサ◆電圧セ
ンサの開発」に示されている。

たとえば、磁界測定あるいは磁界を介しての電流測定を
行なう装置のセンサ部には、ファラデー効果を利用した
磁界センサの使用が有効である。

第５図はファラデー効果を利用した磁界センサの構成を
示す図である。

図を参照して、磁界センサは偏光子５１と、ＢＳｏ、Ｂ
ＧＯ（ビスマス・ゲルマニウム・オキサイド）、Ｚｎ５
ｅ　（ジンク・セレン）等の電気光学結晶と、旋光子５
３と、偏光子５１とπ／４の角度をなして配される検光
子５４とを含む。この磁界センサへの入力光は偏光子５
１から入り、図中破線で示される光路を通って、検光子
５４から出力光として出る。まず、偏光子５１は入力光
を直線偏光にする。電気光学結晶５２に、光路に平行に
磁界Ｈが加えられると、偏光子５１によって直線偏光と
なった入力光は電気光学結晶５２によって、磁界Ｈの強
さに比例した角度θだけ偏光面が回転する。この、偏光
面の回転は、旋光子５３および検光子５４によって、出
力光の強度変化に変換される。すなわち、電気光学結晶
５２による、直線偏光の回転角度θに依存した、つまり
、磁界Ｈの強度に依存した割合で強度変調された直線偏
光が、出力光として検光子５２から出力される。

これは、磁界センサにおける光透過率が磁界Ｈに依存し
て変化することを意味する。

たとえば、磁界ＨがＨＯｓ　ｉｎωｔ　（Ｈ６は磁界振
幅、ωは角周波数、ｔは時間を示す。）で表わされる交
流磁界であれば、磁界センサの光透過率Ｔは、磁界セン
サの出力光の直流成分および交流成分の透過率の和とし
て１／２Ｘ　（１＋２ｘＶｅｘＨＯｓｉｎωｔＸｆＬ）
で表わされる。ここで、ｖｅはベルデ定数といわれる材
料固有の定数、之は磁界センサにおける光路長を示す。

このような交流磁界下において磁界センサへの人力光が
第５図（ａ）で示されるような時間に依存しない一定の
連続した光パワー（強度）を有する場合、磁界センサか
らの出力光は、光パワーが第５図（ｂ）で示されるよう
に時間とともに変動する交流光となる。

第６図は、上記のような磁界センサを用いて導体に流れ
る電流を測定する光応用電流測定装置の構成を示す概略
図である。

観を参照して、被測定電流が流れる導体６０１は、ギャ
ップ部６０２を有する磁性体コア２の内側に、略直交す
るように配される。ギャップ部６０２には磁界センサ１
が配される。磁界センサ１は、導体６０１に被測定電流
が流れることによってギャップ部６０２に生じる磁界を
測定する。

信号処理回路部７Ｃにおいて、信号処理回路７０１はＬ
ＥＤ　（発光ダイオード）等の発光素子を含む発光部（
図中Ｅ１０と表わす。）７０２に一定レベルの直流電流
を連続的に流す。これによって、発光部７０２からは第
６図（ａ）に示されるような一定の連続した光パワーを
有する光が出力される。発光素子７０２から出力される
光は２芯光フアイバケーブル６ａを介して磁界センサ１
に入力される。この入力光は、磁界センサ１によって、
先述のような原理で強度変調された後２芯光フアイバケ
ーブル６ｂを介して信号処理回路７Ｃに入力される。た
とえば、導体６０１に流れる被測定電流は第６図（ｃ）
で示されるような交流電流であれば、コア２のギャップ
部６０２には時間的に連続な交流磁界が生じる。したが
って、この場合には磁界センサ１の出力光も第６図（ｂ
）に示されるように連続な交流光となる。磁界センサ１
からの出力光は、信号処理回路部７Ｃにおいて、光ダイ
オード（ＰＤ）等の受光素子を含む光電変換部（図中０
／Ｅと表わす。）７０３によって、その光パワーに比例
した量の光電流に変換される。

信号処理回路７０１は、光電変換部７０３からの光電流
に基づいて、磁界発生の原因である被測定電流の大きさ
に対応する電気量を出力する。この出力は、一般に図示
されないオシロスコープやデジタルボルトメータ等に与
えられる。ユーザは、このオシロスコープやデジタルボ
ルトメータ等の表示部から被測定電流値を知ることがで
きる。

このような磁界センサだけでなく、他の光応用センサへ
の入力光には時間的に連続な一定レベルの光パワーを有
する直流光が用いられる。しかし、実際には、光フアイ
バケーブルによって光が伝送させる際の損失光量が、光
フアイバケーブルの長さ、設置時の曲げ具合等によって
異なること、ファイバの経年劣化等によって時間的にも
変動すること、さらに、センサ部への入力光の光パワー
がこれを出力する受光素子の温度特性によって異なるこ
と、受光素子の経年劣化等によって時間的に変動するこ
となど種々の原因によって、センサ部への入力光の光パ
ワーを長期にわたって一定不変とすることは困難である
。

一方、入力光に対するセンサの変調特性は変動しない。

たとえば、ＢＳＯを用いたセンサ、特に、Ｂ＋　Ｉ　２
　Ｓｌ　０２０を用いたセンサは、電圧１ｖに対応する
光パワーを有する光に対して常に、０゜６％の変調をか
ける。したがって、センサへの入力光の光パワーが変動
すると、センサからの出力光強度は磁界等の被測定物理
量の変動以外の原因によって不安定に変動する。たとえ
ば、ＢＳＯを用いたセンサへの入力光および出力光の強
度は、このセンサへの光の伝送を担う光ファイバの長さ
に変化がない場合にも、上記のような原因により１０％
程度変動することが経験的に知られている。

第６図に示されるような装置には、センサへの入力光強
度を補償する手段が何ら講じられていない。

したがって、第６図に示されるような単純な装置の動作
性能は十分に安定ではない。

第７図は、センサ部への入力光強度の変動にかかわらず
、安定した動作性能が補償される光応用型、流測定装置
の概略ブロック図である。

第８図は、第７図に示される光応用電流測定装置の動作
を説明するための図である。

図を参照して、信号処理回路部７ｄにおいて、ドライブ
回路７１は基準電圧［７２から出力される一定の基準電
圧に対応する電流を発光素子Ｄ１に流す。これによって
発光素子Ｄ１から出力された一定強度の連続光（第８図
（ａ））は、光フアイバケーブル６ａを介して磁界、セ
ンサ１に入力される。この入力光は磁界センサ１におい
て、被測定電流によって生じた磁界Ｈによって強度変調
された後光ファイバケーブル６ｂを介して受光素子Ｄ２
に人力される。受光素子Ｄ２は、光フアイバケーブル６
ｂを介して伝送された、磁界センサ１の出力光の強度に
応じた量の光電流を発生する。

この光電流を充電流増幅回路７５がその大きさに応じた
レベルの電圧信号に変換する。次に、ローパスフィルタ
７３およびバイパスフィルタ７４が、光電変換部７０３
の出力信号の直流成分ＤＣに対応する低周波成分および
交流成分ＡＣに対応する高周波成分をそれぞれ抽出する
。つまり、ローパスフィルタ７３は受光素子Ｄ２の出力
信号の平均レベルの変動、すなわち、磁界センサ１への
入力光の強度変動を抽出し、バイパスフィルタ７４は受
光素子Ｄ２の出力信号のレベル変動、すなわち、磁界セ
ンサ１の出力光の強度変動を抽出する。

たとえば、被測定電流によって生じた磁界Ｈが第８図（
ｂ）に示されるように強度変動する連続的な交流磁界で
あった場合、受光素子Ｄ２の出力信号レベルもこれに追
従して変動する。したがって、この場合にはバイパスフ
ィルタ７４の出力信号レベルは第８図（Ｃ）における■
で示されるように、磁界センサ１の出力光の強度変化を
反映して時間的に変動し、ローパスフィルタ７３の出力
信号は第８図（Ｃ）における■で示されるように、磁界
センサ１への入力光の強度（第８図（ａ）参照）が一定
であることを反映して一定レベルとなる。

次に、交流／直流化抽出回路７６がバイパスフィルタ７
４の出力信号レベルの、ローパスフィルタ７３の出力信
号レベルに対する比に対応する信号を導出する。つまり
、交流／直流化抽出回路（以下、割算回路と呼ぶ。）７
０からは、磁界センサ１の出力光強度の人力光強度に対
する比、すなわち、磁界センサ１への入力光の磁界Ｈに
よる変調度が電気信号として出力される。たとえば、ロ
ーパスフィルタ７３およびノ＼イパスフィルタ７４の出
力信号がそれぞれ第８図（Ｃ）における■および■で示
される場合には、割算回路７６の出力信号は第８図（ｄ
）で示されるように、磁界センサ１への入力光に対する
変調度が０の場合に対応するレベルを中心に上下変動し
、磁界Ｈの強度変動（第８図（ｂ））を再現する。この
ように、第７図に示される光応用電流測定装置は、磁界
センサ１の出力光強度に対応する電気信号を被測定電流
によって生じた磁界Ｈの強さ、すなわち、被測定電流の
大きさを示すものにしてそのまま出力するのではなく、
磁界センサ１の出力光と入力光との強度比に対応する電
気信号を導出しこれを被測定電流の大きさを示すものと
して出力する。したがって、磁界センサ１への入力光強
度が先に述べたような何らかの原因により基準電圧源７
２によって予め設定されたレベルから変動した場合にも
、この装置の出力信号はこのような変動を反映せず人力
光が被測定電流によって生じた磁界から受けた変調にの
み依存する。つまり、この装置によれば、センサ部への
入力光の強度変動にかかわらず、被測定物理量が正確に
測定される。なお、磁界センサ１は実際にはパッケージ
３に内蔵される。

第６図および第７図に示される従来の光応用物理量測定
装置においては、センサ部に常時一定レベルの入力光が
与えられるため、消費電力が大きくなる。このため、従
来の光応用物理量測定装置は、一般に、１００ｖの商用
交流電源等により駆動される。たとえば第７図に示され
る装置には、１００ｖの交流電源から供給された電圧を
内部の機能部が必要とする所定の電圧に変換する電源ユ
ニット８２が設けられる。

また、センサ部への人力光のレベル変動を考慮した光応
用物理量測定装置の他の例では、センサ部からの出力光
を光電変換して得られた電圧信号から直流成分を抽出し
、この直流成分を発光素子を駆動するドライブ回路にフ
ィードバックさせることによって、センサ部への人力光
が常に一定レベルに保持される。つまり、この場合には
センサ部への入力光強度に対応する前記直流成分のレベ
ルが常に一定となるように、ドライブ回路が発光素子に
流す電流の大きさが調整されるように、ドライブ回路が
前記直流成分によって制御される。

このような光応用電流測定装置は、たとえば、落雷等に
よって架空送電線路での架空地線等に流れる電流を検出
するために用いられている。このような電流の検出は、
架空送電線の中継鉄塔の雷観測等のために行なわれる。

以上のように、従来の光応用物理量測定装置は一定レベ
ルの直流光を常時センサ部に送り続けておき、受信側で
センサ部からの出力光強度をそれに応じたレベルの電気
信号に変換する。このため、光応用物理ｊ１測定装置の
送信部において人力光発生用のＬＥＤ等の発光素子には
常時一定レベルの直流電流を流し続けなければならない
。したがって、光応用物理量測定装置の消費電力は大き
くなり、光応用物理量測定装置の使用には一定のレベル
の直流電流を発光素子に常時流し続けることのできる、
比較的容量の大きい電源が必要であった。

従来、このような光応用物理量測定装置は一般に必要と
される電源が容易に人手される場所で用いられると考え
られていた。したがって、従来の光応用物理ｍ測定装置
は必要とされる電源が容易に得られない山岳地等には適
用されにくく太陽電池等の極低消費電力用電源の使用も
ほぼ不可能であった。また、このような条件下で従来の
光応用物理量測定装置を使用するには大掛かりな電源設
備が必要となるなどの理由から付加的な設備に費用がか
かる。このような問題点を解決するには光応用物理量測
定装置の消費電力を低減化する必要がある。このような
要求を満足するために、センサ部に一定レベルの人力光
を、常時与え続けるのではなく、所定の微小時間間隔ご
とに断続的に与えるという方法が提案されている。この
提案によれば、センサ部への人力光を発生する発光素子
に断続的に電流が流されるため、消費電力が大巾に削減
できる。

［発明が解決しようとする課題］ 消費電力の低減という要求を満足するために提案されて
いる上記の方法が用いられる場合、発光素子を駆動する
ための回路部およびセンサ部からの出力光を被測定物理
量を表わす電気信号に変換するための回路部が、従来の
光応用物理量測定装置におけるそれと異なる構成を有す
る。つまり、発光素子を駆動するための回路部は発光素
子から断続的な光、すなわち、パルス光が出力されるよ
うに構成され、センサ部からの出力光を被測定物理量表
わす電気信号に変換するための回路部は、センサ部への
人力光をパルス光とすることによって、センサ部からの
出力光に含まれる不必要な周波数が除去されように構成
される。しかし、単に発光素子を駆動するための回路部
およびセンサ部からの出力光を被測定物理量を表わす電
気信号に変換するための回路部をこのように構成しただ
けでは、光応用物理量測定装置としての動作性能は十分
でないという問題があった。

それゆえに本発明の目的は、上記のような問題を解決し
、センサ部への人力光のレベル変動にかかわらず好まし
い動作性能を有する消費電力の小さい光応用物理量測定
装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記のような目的を達成するために本発明に係る光応用
物理ｊｉｉ＃Ｉ定装置は、予め定める一定周期でパルス
光を発生する光発生手段と、測定されるべき物理量の変
化に応じて光特性が変化し、かつ、光発生手段からの光
を受けてそのときの光特性に応じた光出力を導出する光
学手段と、光学手段からの光出力を、光発生手段からの
光発生タイミングに同期して受信して、その光強度に対
応するレベルの電気信号に変換する変換手段と、変換手
段によって変換されて得られた電気信号の直流成分の平
均レベルを検出する平均レベル検出手段と、平均レベル
検出手段の検波出力が常に予め定める一定レベルとなる
ように、光発生手段から発生するパルス光のレベルを補
正する補正手段と、変換手段によって変換されて得られ
た電気信号を被測定物理量を表わす信号にさらに変換す
る手段とを含む。

さらに、別の局面においては、本発明に係る光応用物理
量測定装置は、変換手段によって変換されて得られた電
気信号の交流成分を抽出する交流成分抽出手段と、交流
成分抽出手段の抽出出力と平均レベル検出手段の検出出
力とに基づいて、変換手段によって変換されて得られた
電気信号を被測定物理量を表わす信号にさらに変換する
手段とを、上記補正手段と、変換手段によって変換され
て得られた電気信号を被測定物理量を表わす信号にさら
に変換する手段とに変えて備えてもよい。

［作用］ 上記のように、本発明に係る光応用物理ＩＡ　７３）Ｊ
窓装置の光発生手段は断続的に光を発生するため、その
消費電力は一定レベルの光を常時発生し続ける、従来の
光応用物理量測定装置の光発生手段に比べ小さくなる。

さらに、装置が上記補正手段を含む場合、光学手段の光
出力から導出された電気信号の直流成分の平均レベルが
常に予め定める一定レベルとなるように、光発生手段か
ら発生するパルス光のレベルが補正手段によって補正さ
れるため、光発生手段から発生するパルス光のレベルは
長期間にわたって一定レベルに保持される。

また、装置が平均レベル検出手段および交流成分抽出手
段を含む場合には、これらの検出出力および抽出出力に
基づいて、被測定物理量を表わす信号が導入される。こ
こで、前記検出出力は、光学手段の光出力の強度を示す
電気信号の直流成分である。したがって、この場合、光
発生手段から発生するパルス光のレベルが変動すると、
この変動は、平均レベル検出手段の検出出力変動として
、被測定物理量を表わす信号を得るために用いられる。

さらに、光学手段の光出力は、光発生手段からの光発生
タイミングに同期して受信されるため、変換手段には、
光学手段において被測定物理量による変調を受けた、光
発生手段の出力光のみが確実に入力される。したがって
、被測定物理量を表わす信号は、常に、光学手段におい
て変調を受けた適正な光出力から導出される。

［実施例コ 第１図は、本発明に係る光応用電流測定装置の全体構成
の一例を示す概略ブロック図である。

図を参照して、この光応用電流測定装置は、光応用磁界
センサ１と、磁界センサ１への入力光を伝送スる光フア
イバケーブル６ａおよび磁界センサ１の出力光を伝送す
る光フアイバケーブル６ｂとを含む伝送ケーブル６と、
磁界センサ１への人力光を発生するための回路部と、光
フアイバケーブル６ｂによって伝送されてきた磁界セン
サ１からの出力光から被測定電流の大きさを示す電気信
号を導出するための回路部とを含む信号処理回路部７と
を含む。

この光応用電流測定装置は、磁界センサ１への入力光と
してパルス光を用いる低消費電力装置である。したがっ
て、信号処理回路部７は従来と異なり、太陽電池５によ
って取込まれた電気エネルギを蓄積する蓄電池４によっ
て駆動されることができる。

磁界センサ１は実際にはパッケージに内蔵されて、たと
えば、導体６０１に被測定電流が流れることによって導
体６０１を囲む磁性体コア２のギャップ部６０２に生じ
る磁界の強さを測定するために、磁性体コア２のギャッ
プ部６０２に配される。

第２図は、信号処理回路部７の内部構成を示す概略ブロ
ック図であり、本発明の第１の実施例を示す。

以下の説明にあたっては第４図も参照する。第４図は、
第２図に示される信号処理回路部の信号処理動作を説明
するための波形図である。

第２図を参照して、第１図における信号処理回路部７に
対応する信号処理回路部７ａは、第７図に示される従来
の信号処理回路部７ｄに含まれる機能部に加えて、発振
回路７８と、発振回路７８の出力に基づいて所定の時間
間隔ごとに所定のパルス幅および安定な振幅を有するワ
ンショットパルスを発生するワンショットパルス発生回
路８ａおよび８ｂと、ワンショットパルス発生回路８ａ
から出力されるワンショットパルスと基準電圧源７２か
ら出力される基準電圧（たとえば１２Ｖ）とに基づいて
ドライブ回路７１を駆動する合成器８３とを含む。

合成器８３は、ワンショットパルス８０ａから与えられ
るワンショットパルスの振幅を基準電圧源７２から与え
られる基準電圧に対応する大きさに変換して、これをド
ライブ回路７１に与える。

ドライブ回路７１は、合成器７３からワンショットパル
スが出力されている期間、そのパルスの振幅に対応する
大きさの電流を発光素子Ｄ１に流す。したがって、発光
素子Ｄ１からはワンショットパルス発生回路８０ａのワ
ンショットパルス出力間隔に対応する時間間隔ごとに、
ワンショットパルス発生回路８０ａが出力するワンショ
ットパルスのパルス幅に対応する期間、基準電圧源７２
が出力する基準電圧に対応する強度を有する光が出力さ
れる。つまり、磁界センサ１への人力光は、第４図（ｂ
）に示されるように、一定の時間間隔ごとに発生し一定
の強度およびパルス幅を有するパルス光によって構成さ
れるパルス状の光となる。

なお、基準電圧源７２の出力電圧の設定値は、使用時の
ニーズに応じて適宜変えることができる。

この信号処理回路部７ａは、さらに、充電流増幅回路７
５と、ローパスフィルタ７３およびバイパスフィルタ７
４との間に設けられるピークホールド回路７９および電
界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと略す。）Ｑｌと
を含む。Ｆ　ＥＴＱ　１のベースには、ワンショットパ
ルス発生回路８０ｂから出力されるワンショットパルス
が与えられる。

磁界センサ１への人力光を構成するパルス光は各々、磁
界センサ１に入力された時点での磁界Ｈの大きさに応じ
て変調される。したがって、たとえば、導体６０１に流
れる被測定電流が交流電流であり、磁性体コア２のギャ
ップ部６０２に生じる磁界Ｈが第４図（ａ）に示される
ような交流磁界であった場合、磁界センサ１からは第４
図（ｃ）に示されるようなパルス状の出力光が出力され
る。

このパルス状の出力光は、受光素子Ｄ２および充電流増
幅回路７５によって、ピークホールド回路７つに与えら
れるべく、その強度に応じたレベルの電圧信号に変換さ
れる。

一方、ＦＥＴＱｌはワンショットパルス発生回路８０ｂ
からワンショットパルスが出力されているときのみ導通
して、充電流増幅回路７５が出力する電圧信号をピーク
ホールド回路７つに与える。

ワンショットパルス発生回路８０ｂは、ワンショットパ
ルス発生回路８０ａと同じタイミングで、ワンショット
パルス発生回路８０ａが出力するワンショットパルスと
同程度のパルス幅を有するワンショットパルスを発生す
る。したがって、充電流増幅回路７５によって導出され
た電圧信号は、磁界センサ１への人力光を構成するパル
ス光の各々が発光素子Ｄ１から出力されている期間のみ
、ピークホールド回路７９に出力される。すなわち、磁
界センサ１に１つのパルス光が入力されると、これに応
答して、このパルス光が磁界センサ１において変調され
た後の強度に対応する電気信号がピークホールド回路に
与えられる。これは、信号処理回路部７ａにおいてセン
サ部への入力に同期して被測定物理量の測定が行なわれ
ることを意味する。したがって、センサ部への光の人力
がない期間にセンサ部から得られた出力信号に基づいて
測定が行なわれることはないため、測定がより正確に行
なわれる。この結果、ピークホールド回路７つには、磁
界センサ１への入力パルス光の各々が、磁界Ｈによって
変調された後の強度に対応する電圧信号のみが順次与え
られる。

ピークホールド回路７つは、与えられた電圧信号のレベ
ルを、次の電圧信号が与えられるまで保持して出力し続
ける。したがって、磁界センサ１の出力パルス光の各々
の強度に対応する電圧信号のみを順次受けるピークホー
ルド回路７９の出力信号は、第４図（ｄ）に示されるよ
うに、磁界センサ１に光が人力されない期間、すなわち
、人力パルス光のパルス間隔を埋めるように、各出力パ
ルス光の強度に対応するレベルがつなぎ合わされた不連
続なものとなる。

このように、ＦＥＴＱｌおよびピークホールド回路７９
によってローパスフィルタ７３およびバイパスフィルタ
７４には磁界センサ１への人力光が一定レベルの連続光
である場合と同様に、磁界センサ１の出力光の強度変化
を示す電圧信号が入力される。

信号処理回路部７ａは、割算回路７６の出力を増幅する
増幅回路７７と、増幅回路７７の出力信号を平滑化して
最終的なアナログ出力信号として外部に出力する交流平
滑回路８１とをさらに含む。

割算回路７６では、従来と同様に、ノ１イバスフィルタ
７４の出力レベルの、ローパスフィルタ７３の出力レベ
ルに対する比に対応する信号が導出される。すなわち、
磁界センサ１の出力光の強度変化を示すピークホールド
回路７つの出力信号の交流成分ＡＣと、磁界センサ１へ
の人力光の強度を示す、ピークホールド回路７９の出力
信号の直流成分ＤＣとに割算処理が施される。これによ
って、センサ部への入力パルス光のレベルが変動した場
合にも、センサ部への入力光が被測定電流によって生じ
た磁界によってのみ受けた変調の度合が正確に導出され
る。したがって、ビークホールド回路７９の出力信号が
第４図（ｄ）で示される場合、割算回路７６の出力信号
は第４図（ｅ）で示されるように、ピークホールド回路
７つの出力信号の不連続性を反映して、磁界センサ１に
おける変調度が零であるときの出力光強度に対応するレ
ベルを中心に階段状に上下変動する。

割算回路７６の出力信号は増幅回路７７によって増幅さ
れた後、交流平滑回路８１によって平滑化される。たと
えば、割算回路７６の出力信号が第４図（ｅ）で示され
る場合には交流平滑回路８１の出力信号は第４図（ｆ）
で示されるように滑らかな曲線を描くアナログ信号とな
り磁界Ｈの強さの変動（第４図（ａ）参照）を正確に再
現する。

したがって、磁界Ｈを発生させている被測定電流の大き
さが正確に測定される。

以上のように、第２図に示される信号処理回路部によれ
ば、センサ部への人力光としてパルス光を用いて、入力
光の時間的なレベル変動の影響を受けない正確な測定を
行なうことが可能となる。

つまり、実際の使用に十分な高い動作性能を有する、低
消＊電力型の光応用電流測定装置が実現される。

なお、蓄電池４に蓄積された電気エネルギは、信号処理
回路部７ａの電源ユニット８２に与えられる。電源ユニ
ット８２は蓄電池４に蓄積された電気エネルギから、信
号処理回路部７ａの各機能部を駆動するのに必要な大き
さの電圧を導出する。

第３図は第１図における信号処理回路部７の内部構成の
他の例を示す概略ブロック図であり、本発明の第２の実
施例を示す。

第３図を参照して、第１図における信号処理回路部７に
対応する信号処理回路部７ｂにおいては、第２図に示さ
れる信号処理回路部７ａの場合と異なり、ローパスフィ
ルタ７３の出力が合成器７３に与えられ、バイパスフィ
ルタ７４の出力が直接、増幅回路７７に与えられる。ま
た、基準電圧源７２の出力電圧は、使用時のニーズに応
じた値に設定可能であるとともに、使用中においては合
成器８３の制御下において可変である。この信号処理回
路部７ｂに含まれる他の＃！能部の動作は第２図におけ
るものと同様である。

合成器８３は、ローパスフィルタ７３の出力信号のレベ
ル、すなわち、磁界センサ１への入力光の強度を示す電
圧レベルを受けて、これが常に予め定められた所定の値
となるように、基準電圧源７２の出力電圧を調整する。

さらに、合成器７３は、ワンショットパルス発生回路８
０ａから与えられたワンショットパルスの振幅を、調整
後の基準電圧に対応する大きさに変換してドライブ回路
７１に与える。これによって、ドライブ回路７１が発光
素子Ｄ１に流す電流の大きさは、磁界センサ１への人力
パルス光のレベルが常に一定になるように制御される。

したがって、磁界センサ１への人力パルス光の磁界セン
サ１における変調度の時間的変化は、そのまま、磁界セ
ンサ１の出力パルス光の強度の時間的変化に対応する。

これは、入力パルス光が常に一定レベルとなるように補
償されるため、第２図に示される信号処理回路部に含ま
れる割算回路は不必要であることを意味する。

したがって、磁界センサ１の出力パルス光の強度変化を
示す、バイパスフィルタ７４の出力信号は増幅回路７７
に直接与えられればよい。

上記のことかられかるように、本実施例においては、バ
イパスフィルタ７４の出力信号が増幅回路７７によって
増幅された後、平滑回路８１によって平滑化されて得ら
れたアナログ出力信号が先の実施例の場合と同様に磁界
Ｈの強さの変化を正確に再現する。したがって、本実施
例によれば、動作性能の良好な消費電力の小さい光応用
物理量測定装置がより簡単な構成で実現される。

なお、センサ部への入力光は、パルス幅およびパルス間
隔が各々、たとえば０．１ｍ５ｅｃ程度および１ｍ５ｅ
ｃ程度の、デユーティ比が１７１０程度のパルス光であ
ることが望ましい。このようなパルス光をセンサ部への
人力光として用いた場合、被測定物理量の変動が、セン
サ部から出力されるパルス光の強度変化として十分に再
現される、被測定物理量の変動周波数範囲は３０Ｈｚ〜
１００Ｈｚ程度である。したがって、パルス光をセンサ
部への人力光として用いる上記のような光応用電流測定
装置による測定が好ましい被測定電流の大きさおよび周
波数は各々、ＩＯＡ〜５００Ａ程度および５０Ｈｚ〜６
０Ｈｚ程度である。

また、このような条件のパルス光をセンサ部に人力する
場合に信号処理回路部の電源ユニットから出力されるべ
き電圧および電流は各々直流５Ｖおよび直流１５ｍＡで
ある。したがって、上記のような光応用電流測定装置の
消費電力は、５ｖＸ１５　ｍ　Ａ　ｓすなわち、７５ｍ
Ｗ程度である。したがって、出力電力がＩＷ程度のソー
ラセルおよび蓄積容量が３０日で５４ＡＨ（アンペア・
アワー）程度のバッテリを各々太陽電池５および蓄電池
４として用いることが可能である。上記２実施例の光応
用電流測定装置をこのような仕様で使用した場合、被７
１？１定電流が＋５０ＯＡから一５０ＯＡまで変動する
場合に最終的なアナログ出力信号はこれに応答して＋４
Ｖから一４ｖまで変動する。

なお、本発明に係る光応用物理量測定装置の測定対象と
なる物理量は、上記２実施例の場合におけるもの、すな
わち、電流のみに限定されない。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、実際の使用に十分に適用
する動作性能を有した消費電力の小さい光応用物理量測
定装置が提供される。したがって、光応用物理量測定装
置を駆動する電源として太陽電池等の低消１２電力用電
源を用いることが可能となる。この結果、商用電源の確
保が困難な山岳地等の架空送電線路における架空地線の
電流検出等が容易となる。また、光発生手段の消費電力
が小さいため、装置からの発熱量も従来に比べ大幅に小
さくなる。したがって、変換手段、平均レベル検出手段
、交流成分抽出手段、補正手段等を含む、光学手段から
の光出力を処理する一連の信号処理部および光発生手段
を従来よりも小さい密封容器内に入れることも可能とな
るため、装置全体のコンパクト化が図れる。

さらに、センサ部である光学手段には電気的な回路が一
切用いられる必要がないため、センサ部が完全な防爆構
造となる。したがって、本発明に係る光応用物理量測定
装置によれば、引火性ガスが発生するような環境下にお
ける物理量の測定が容易になる。さらに、光発生手段お
よび光学手段からの光出力を処理する一連の信号処理部
が被測定物理量の発生部（たとえば、ＣＴ（ｃｕｒｒｅ
ｎｔ　　ｔａｎｓｆｏｒｍｅｒ）コア部）とは先ファイ
バケーブルによって電気的に絶縁されて接続されるため
、センサ部である光発生手段からの出力信号が伝送路に
おいて、サージ・電磁誘導等の電磁気の影響を受けない
。したがって、本発明に係る光応用物理Ｅｌ測定装置に
よれば高電圧下での電流測定等が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光応用電流測定装置の全体構成を
示す概略図、第２図は本発明の第１の実施例の信号処理
回路部の内部構成を示す概略ブロック図、第３図は本発
明の第２の実施例の信号処理回路部の内部構成を示す概
略ブロック図、第４図は第２図および第３図に示される
信号処理回路部の動作を説明するための波形図、第５図
は光応用磁界センサの構成を示す図、第６図は従来の光
応用電流測定装置の一例を示す概略ブロック図、第７図
は従来の光応用電流測定装置の他の例を示す概略ブロッ
ク図、第８図は第７図に示される従来の光応用電流測定
装置における信号処理回路部の動作を説明するための波
形図である。 図において、１は光応用磁界センサ、２は磁性体コア、
３はパッケージ、４は蓄電池、５は太陽電池、６は伝送
ケーブル、６ａおよび６ｂは光フアイバケーブル、７，
７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄは信号処理回路部、７１は
ドライブ回路、７２は基準電圧源、７３はローパスフィ
ルタ、７４はバイパスフィルタ、７５は充電流増幅回路
、７６は割算回路、７８は発振回路、７つはピークホー
ルド回路、８０ａおよび８０ｂはワンショットパルス発
生回路、８１は交流平滑回路、８２は電源ユニット、８
３は合成器、ＱｌはＦＥＴ５ＤＩは発光素子、Ｄ２は受
光素子を示す。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 愕屹ニ ーＷ”？ひ− １窪ン一

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め定める一定周期で、パルス光を発生する光発
   生手段と、 測定されるべき物理量の変化に応じて光特性が変化し、
   かつ、前記光発生手段からの光を受けてそのときの光特
   性に応じた光出力を導出する光学手段と、 前記光学手段からの光出力を、前記光発生手段からの光
   発生タイミングに同期して受信して、その光強度に対応
   するレベルの電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段によって変換されて得られた電気信号の直
   流成分の平均レベルを検出する平均レベル検出手段と、 前記平均レベル検出手段の検出出力が常に予め定める一
   定レベルとなるように、前記光発生手段から発生するパ
   ルス光のレベルを補正する補正手段と、 前記変換手段によって変換されて得られた電気信号を被
   測定物理量を表わす信号にさらに変換する手段とを備え
   た、光応用物理量測定装置。
2. （２）予め定める一定周期で、パルス光を発生する光発
   生手段と、 測定されるべき物理量の変化に応じて光特性が変化し、
   かつ、前記光発生手段からの光を受けてそのときの光特
   性に応じた光出力を導出する光学手段と、 前記光学手段からの光出力を、前記光発生手段からの光
   発生タイミングに同期して受信して、その光強度に対応
   するレベルの電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段によって変換されて得られた電気信号の直
   流成分の平均レベルを検出する平均レベル検出手段と、 前記変換手段によって変換されて得られた電気信号の交
   流成分を抽出する交流成分抽出手段と、前記平均レベル
   検出手段の検出出力と、前記交流成分抽出手段の抽出出
   力とに基づいて、前記変換手段によって変換されて得ら
   れた電気信号を被測定物理量を表わす信号にさらに変換
   する手段とを備えた、光応用物理量測定装置。