JPH0560818A - 光方式の電界測定装置 - Google Patents
光方式の電界測定装置Info
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- JPH0560818A JPH0560818A JP3246663A JP24666391A JPH0560818A JP H0560818 A JPH0560818 A JP H0560818A JP 3246663 A JP3246663 A JP 3246663A JP 24666391 A JP24666391 A JP 24666391A JP H0560818 A JPH0560818 A JP H0560818A
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- Japan
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- electric field
- electro
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- Pending
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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
［目的］ 電解強度の測定を安全かつ高感度に行えるこ
と。 ［構成］ 電気光学結晶に光線を透過させて被測定電界
を印加して該光線のポッケルス効果による光学的な変化
から電界を測定するものにおいて、電気光学結晶の電界
の印加方向の側面に該電気光学結晶よりも比誘電率の大
きい誘電体を添設する。
と。 ［構成］ 電気光学結晶に光線を透過させて被測定電界
を印加して該光線のポッケルス効果による光学的な変化
から電界を測定するものにおいて、電気光学結晶の電界
の印加方向の側面に該電気光学結晶よりも比誘電率の大
きい誘電体を添設する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気光学結晶のポッケ
ルス効果を利用して電界を測定する光方式の電界測定装
置に係わり、特に検出感度の向上に関する。
ルス効果を利用して電界を測定する光方式の電界測定装
置に係わり、特に検出感度の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に物質に電圧を加えると、その光学
的性質が変化する。この現象は広く電気光学効果と呼ば
れ、ポッケルス効果、カー効果等がよく知られている。
この場合、結晶の屈折率ｎは次式で与えられる。 ｎ＝ｎo＋ａＥ＋ｂＥ2＋・・・ ただしｎo：電圧印加前の屈折率 Ｅ ：印加電圧 ここで、電圧Ｅの１次の係数ａをポッケルス係数、２次
の係数ｂをカー係数という。そして、このような電気光
学効果が顕著で、電界強度の測定等に用いられる媒質
（以下電気光学結晶と称す）としてはニオブ酸リチュウ
ム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチュウム（ＬｉＴａ
Ｏ3）、水晶、ＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、ＢＧＯ（Ｂ
ｉ12ＧｅＯ20）等が知られており、これらの結晶を結晶
軸に対して所定角度に切断して直方体に整形して用いる
ようにしている。そして、このような電気光学結晶の屈
折率が電圧の１次の項に比例するポッケルス効果を利用
し、光の送受に光ファイバを用いて電界強度を測定する
装置が研究されている。すなわち、電気光学結晶に電界
を印加すると屈折率が変化しそれによって該結晶を透過
する光線の光速が変化する。一方、電気光学結晶を透過
する２つの偏光成分は、電気光学結晶に印加された電界
強度に応じてそれぞれ異なる位相変調を受ける。したが
って、単色光の光源からの光を偏光板で直線偏光した後
にλ／４波長板を透過させると円偏光となり、この光線
を上記電気光学結晶に入射する。電気光学結晶を透過し
た光線は、いわゆる楕円偏光となり、その長軸の方向は
電気光学結晶に印加した電界強度および電気光学結晶中
の光路の長さに応じて変化する。そして電気光学結晶か
ら出射した光線を検光子を透過させると検光子の角度に
対応する方向成分の光のみが通過するので出力光の強度
に変化を生じ、この光強度の変化は電界強度の大きさに
対応することになる。このような原理に基づいて電界を
測定する装置の一例として、たとえば本発明の出願人に
より特願昭６３−３１６７２６号「光方式直流電界測定
装置」が出願されている。このような電界測定装置で
は、たとえば計測部に単色光の光源を用意して、その光
線を光ファイバを用いて検出部の電気光学結晶に導いて
透過させ、この透過光線を再び光ファイバを用いて計測
部へ導いて、その光学的変化を検出する。しかしてこの
ような装置によれば、電気光学結晶および光ファイバは
絶縁体で構成されるために電気的な絶縁を容易に行え、
信号の伝送を光で行うので高電界中にあっても電磁誘導
や外来雑音等の影響を受けることがなく、無火花、防爆
性で耐薬品性も良好である。したがって、このような電
界測定装置は、強電の分野における高電圧の電力設備の
保全、またコンビナートの石油備蓄基地における帯電電
荷の測定等の安全性を重視する分野で独自の用途が期待
されている。
的性質が変化する。この現象は広く電気光学効果と呼ば
れ、ポッケルス効果、カー効果等がよく知られている。
この場合、結晶の屈折率ｎは次式で与えられる。 ｎ＝ｎo＋ａＥ＋ｂＥ2＋・・・ ただしｎo：電圧印加前の屈折率 Ｅ ：印加電圧 ここで、電圧Ｅの１次の係数ａをポッケルス係数、２次
の係数ｂをカー係数という。そして、このような電気光
学効果が顕著で、電界強度の測定等に用いられる媒質
（以下電気光学結晶と称す）としてはニオブ酸リチュウ
ム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチュウム（ＬｉＴａ
Ｏ3）、水晶、ＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、ＢＧＯ（Ｂ
ｉ12ＧｅＯ20）等が知られており、これらの結晶を結晶
軸に対して所定角度に切断して直方体に整形して用いる
ようにしている。そして、このような電気光学結晶の屈
折率が電圧の１次の項に比例するポッケルス効果を利用
し、光の送受に光ファイバを用いて電界強度を測定する
装置が研究されている。すなわち、電気光学結晶に電界
を印加すると屈折率が変化しそれによって該結晶を透過
する光線の光速が変化する。一方、電気光学結晶を透過
する２つの偏光成分は、電気光学結晶に印加された電界
強度に応じてそれぞれ異なる位相変調を受ける。したが
って、単色光の光源からの光を偏光板で直線偏光した後
にλ／４波長板を透過させると円偏光となり、この光線
を上記電気光学結晶に入射する。電気光学結晶を透過し
た光線は、いわゆる楕円偏光となり、その長軸の方向は
電気光学結晶に印加した電界強度および電気光学結晶中
の光路の長さに応じて変化する。そして電気光学結晶か
ら出射した光線を検光子を透過させると検光子の角度に
対応する方向成分の光のみが通過するので出力光の強度
に変化を生じ、この光強度の変化は電界強度の大きさに
対応することになる。このような原理に基づいて電界を
測定する装置の一例として、たとえば本発明の出願人に
より特願昭６３−３１６７２６号「光方式直流電界測定
装置」が出願されている。このような電界測定装置で
は、たとえば計測部に単色光の光源を用意して、その光
線を光ファイバを用いて検出部の電気光学結晶に導いて
透過させ、この透過光線を再び光ファイバを用いて計測
部へ導いて、その光学的変化を検出する。しかしてこの
ような装置によれば、電気光学結晶および光ファイバは
絶縁体で構成されるために電気的な絶縁を容易に行え、
信号の伝送を光で行うので高電界中にあっても電磁誘導
や外来雑音等の影響を受けることがなく、無火花、防爆
性で耐薬品性も良好である。したがって、このような電
界測定装置は、強電の分野における高電圧の電力設備の
保全、またコンビナートの石油備蓄基地における帯電電
荷の測定等の安全性を重視する分野で独自の用途が期待
されている。
【０００３】図２は従来のこの種の電界測定装置の原理
的な構成を示すブロック図で、図示しない単色光の光源
からの光線を光ファイバ１およびレンズ２を介して偏光
子３に導き、さらに波長板４を介して水晶からなる電気
光学結晶５に入射させる。この電気光学結晶５の両側面
には測定すべき電界Ｅを印加し、また出射光は検光子６
およびレンズ７を介して光ファイバ８により図示しない
電界測定部へ導く。そして、たとえば図３に示すような
透過光の変調特性を得、電界強度に応じて得た透過光の
光学的な変化、たとえば光強度の変化から上記電界Ｅの
値を測定するようにしている。しかして、このような電
界測定装置では測定すべき電界を印加される電気光学結
晶等を含む検出部と、この検出部で生じた光学的な変化
から電界強度を計測する計測部との間は電気の絶縁体で
ある光ファイバで結ぶようにしている。したがって光源
からの光線を電気的に充分な絶縁を得られる長さの光フ
ァイバ１を介して電気光学結晶５へ導き、また出力光も
光ファイバ８を介して図示しない測定部へ導くことによ
り高電界の測定も安全に行うことができるようにしてい
る。ところで、このような電界測定装置を用いて空間電
界を測定すると、電気光学結晶の比誘電率は空間の比誘
電率よりも大きいために、該電界による等電位線の分布
は電気光学結晶中では粗、この電気光学結晶のまわりの
空間では密になる。このため電気光学結晶に印加される
電界の大きさは相対的に小さくなり、それによって検出
感度も低下してしまう問題があった。
的な構成を示すブロック図で、図示しない単色光の光源
からの光線を光ファイバ１およびレンズ２を介して偏光
子３に導き、さらに波長板４を介して水晶からなる電気
光学結晶５に入射させる。この電気光学結晶５の両側面
には測定すべき電界Ｅを印加し、また出射光は検光子６
およびレンズ７を介して光ファイバ８により図示しない
電界測定部へ導く。そして、たとえば図３に示すような
透過光の変調特性を得、電界強度に応じて得た透過光の
光学的な変化、たとえば光強度の変化から上記電界Ｅの
値を測定するようにしている。しかして、このような電
界測定装置では測定すべき電界を印加される電気光学結
晶等を含む検出部と、この検出部で生じた光学的な変化
から電界強度を計測する計測部との間は電気の絶縁体で
ある光ファイバで結ぶようにしている。したがって光源
からの光線を電気的に充分な絶縁を得られる長さの光フ
ァイバ１を介して電気光学結晶５へ導き、また出力光も
光ファイバ８を介して図示しない測定部へ導くことによ
り高電界の測定も安全に行うことができるようにしてい
る。ところで、このような電界測定装置を用いて空間電
界を測定すると、電気光学結晶の比誘電率は空間の比誘
電率よりも大きいために、該電界による等電位線の分布
は電気光学結晶中では粗、この電気光学結晶のまわりの
空間では密になる。このため電気光学結晶に印加される
電界の大きさは相対的に小さくなり、それによって検出
感度も低下してしまう問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたもので簡単な構成で電界強度の測定を
高感度に行うことができる光方式の電界測定装置を提供
することを目的とするものである。
に鑑みてなされたもので簡単な構成で電界強度の測定を
高感度に行うことができる光方式の電界測定装置を提供
することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気光学結晶
に光線を透過させて被測定電界を印加して該光線のポッ
ケルス効果による光学的な変化から電界を測定するもの
において、電気光学結晶の電界の印加方向の側面に該電
気光学結晶よりも比誘電率の大きい誘電体を添設したこ
とを特徴とするものである。
に光線を透過させて被測定電界を印加して該光線のポッ
ケルス効果による光学的な変化から電界を測定するもの
において、電気光学結晶の電界の印加方向の側面に該電
気光学結晶よりも比誘電率の大きい誘電体を添設したこ
とを特徴とするものである。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に示す電界測
定装置の概略構成図を参照して詳細に説明する。図中２
１は電気光学結晶で、たとえばニオブ酸リチュウム（Ｌ
ｉＮｂＯ3）の結晶をＺ軸方向に細長い直方体に成形し
たものである。しかして、このような電気光学結晶２１
を透過する光線の旋光角は光の波長に依存する。したが
って、図示しない単色光の光源からの光線を光ファイバ
２２、レンズ２３、偏光子２４および１／４波長の波長
板２５を介して上記電気光学結晶２１のＺ軸方向の一側
端面から入射させる。この光線は電気光学結晶２１内を
Ｚ軸に沿って進行して他側端面から出力する。電気光学
結晶２１からの出射光は検光子２６、レンズ２７、光フ
ァイバ２８を介して図示しない受光器へ導く。そして電
気光学結晶２１のＸ軸方向の側面には、該電気光学結晶
２１よりも比誘電率の大きい誘電体２９を相対面して添
設している。この誘電体２９としては、たとえば比誘電
率ε33＝１７３であるルチル結晶のＣ軸方向を用いる。
ルチル結晶は常誘電体のために温度変化に対する比誘電
率の変化がわずかでありこのような用途に適している。
さらにルチル結晶からなる誘電体２９に対して電気光学
結晶としてニオブ酸リチュウムを用いた場合、その比誘
電率はε11＝４４であり誘電体２９のそれは充分に大き
い。
定装置の概略構成図を参照して詳細に説明する。図中２
１は電気光学結晶で、たとえばニオブ酸リチュウム（Ｌ
ｉＮｂＯ3）の結晶をＺ軸方向に細長い直方体に成形し
たものである。しかして、このような電気光学結晶２１
を透過する光線の旋光角は光の波長に依存する。したが
って、図示しない単色光の光源からの光線を光ファイバ
２２、レンズ２３、偏光子２４および１／４波長の波長
板２５を介して上記電気光学結晶２１のＺ軸方向の一側
端面から入射させる。この光線は電気光学結晶２１内を
Ｚ軸に沿って進行して他側端面から出力する。電気光学
結晶２１からの出射光は検光子２６、レンズ２７、光フ
ァイバ２８を介して図示しない受光器へ導く。そして電
気光学結晶２１のＸ軸方向の側面には、該電気光学結晶
２１よりも比誘電率の大きい誘電体２９を相対面して添
設している。この誘電体２９としては、たとえば比誘電
率ε33＝１７３であるルチル結晶のＣ軸方向を用いる。
ルチル結晶は常誘電体のために温度変化に対する比誘電
率の変化がわずかでありこのような用途に適している。
さらにルチル結晶からなる誘電体２９に対して電気光学
結晶としてニオブ酸リチュウムを用いた場合、その比誘
電率はε11＝４４であり誘電体２９のそれは充分に大き
い。
【０００７】このような構成であれば、電気光学結晶２
１のＸ軸方向の側面には、該電気光学結晶２１よりも比
誘電率の大きいルチル結晶からなる誘電体２９を添設し
ているので、誘電体２９の部位では等電位線の分布は粗
になり、相対的に電気光学結晶２１中の等電位線の分布
は密になる。したがって電気光学結晶２１は、そのＸ軸
方向に充分な電界強度差を生じ、それによって透過光線
の光学的変化はより増大するので電界の検出感度を高め
ることができる。たとえば電気光学結晶２１としてニオ
ブ酸リチュウムを用いて、そのＺ軸方向に光線を透過さ
せＹ軸方向に電界を印加する電界測定装置において、電
気光学結晶のＺ軸の寸法が１０ｍｍ、Ｙ軸の寸法が３ｍ
ｍ、Ｘ軸の寸法が２ｍｍの時に、Ｘ軸方向の側面にルチ
ル結晶のａ軸方向を厚み１．５ｍｍの板状に成形して添
設すると電界の検出感度は実測で約２倍になった。
１のＸ軸方向の側面には、該電気光学結晶２１よりも比
誘電率の大きいルチル結晶からなる誘電体２９を添設し
ているので、誘電体２９の部位では等電位線の分布は粗
になり、相対的に電気光学結晶２１中の等電位線の分布
は密になる。したがって電気光学結晶２１は、そのＸ軸
方向に充分な電界強度差を生じ、それによって透過光線
の光学的変化はより増大するので電界の検出感度を高め
ることができる。たとえば電気光学結晶２１としてニオ
ブ酸リチュウムを用いて、そのＺ軸方向に光線を透過さ
せＹ軸方向に電界を印加する電界測定装置において、電
気光学結晶のＺ軸の寸法が１０ｍｍ、Ｙ軸の寸法が３ｍ
ｍ、Ｘ軸の寸法が２ｍｍの時に、Ｘ軸方向の側面にルチ
ル結晶のａ軸方向を厚み１．５ｍｍの板状に成形して添
設すると電界の検出感度は実測で約２倍になった。
【０００８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば簡
単な構成で電気光学結晶を透過する光線に対する光学的
変化を増大することができ、それによって電界強度を高
感度に測定することができる光方式の電界測定装置を提
供することができる。
単な構成で電気光学結晶を透過する光線に対する光学的
変化を増大することができ、それによって電界強度を高
感度に測定することができる光方式の電界測定装置を提
供することができる。
【０００９】
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】従来の電圧測定装置の一例を示す概略構成図で
ある。
ある。
【図３】光方式の電圧測定装置の変調特性を説明する図
である。
である。
２１ 電気光学結晶 ２２、２８ 光ファイバ ２３、２７ レンズ ２４ 偏光子 ２５ 波長板 ２６ 検光子 ２９ 誘電体
Claims (1)
- 【請求項１】電気光学結晶に光線を透過させて被測定電
界を印加して該光線のポッケルス効果による光学的な変
化から電界を測定するものにおいて、 電気光学結晶の電界の印加方向の側面に該電気光学結晶
よりも比誘電率の大きい誘電体を添設したことを特徴と
する光方式の電界測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3246663A JPH0560818A (ja) | 1991-08-31 | 1991-08-31 | 光方式の電界測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3246663A JPH0560818A (ja) | 1991-08-31 | 1991-08-31 | 光方式の電界測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0560818A true JPH0560818A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=17151766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3246663A Pending JPH0560818A (ja) | 1991-08-31 | 1991-08-31 | 光方式の電界測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0560818A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0763803A (ja) * | 1993-08-30 | 1995-03-10 | Stanley Electric Co Ltd | 非接触型表面電位計 |
| JP2006132970A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Ntt Docomo Inc | 比吸収率測定システム及び方法 |
| JP2009115497A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Ntt Docomo Inc | 電気光学プローブ |
-
1991
- 1991-08-31 JP JP3246663A patent/JPH0560818A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0763803A (ja) * | 1993-08-30 | 1995-03-10 | Stanley Electric Co Ltd | 非接触型表面電位計 |
| JP2006132970A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Ntt Docomo Inc | 比吸収率測定システム及び方法 |
| JP2009115497A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Ntt Docomo Inc | 電気光学プローブ |
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