JPH0664172U - 光ファイバ電流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化にかかわらず、高精度に電流検出を
行うことができる光ファイバ電流センサを提供する。 【構成】 １次導体１を包囲するように光ファイバ２を
コイル状に巻装し、この光ファイバ２の一端に光を入射
させる光源３を設け、光ファイバ２の他端からの出射光
を受ける受光素子５を設け、光ファイバ２に温度センサ
８を近接配置し、この温度センサ８の出力信号に基づい
て受光素子５の出力信号を温度補償する温度補償手段９
を設けている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、送電線等の電路に流れる電流を磁気光学効果を有する、シングル モード型の光ファイバを利用して検出する光ファイバ電流センサに関するもので ある。

【０００２】

【従来の技術】

図４に従来の光ファイバ電流センサの概略図を示す。この光ファイバ電流セン サは、送電線等の１次導体１を包囲するようにシングルモード型の光ファイバ２ をコイル状に巻装し、光ファイバ２の一端面にレーザーダイオード等の光源３を 対向させて、光ファイバ２の一端に直線偏光の光を入射させるようにしている。 光ファイバ２の他端面に偏光ビームスプリッタ４を介してホトダイオード等の受 光素子５を対向させ、光ファイバ２の他端から出射した光を受光素子５で受ける ようにしている。

【０００３】 コイル状に巻回した光ファイバ２は、その巻回形状を維持するため、ゲル状の シリコンからなる略リング状の成形体６で固定している。また、光源３，偏光ビ ームスプリッタ４および受光素子５も光ファイバ２の両端部とともに成形体７で 一体化して光軸や相互の位置関係がずれないようにしている。 以上のような構成の計測用の光ファイバ電流センサにおいては、１次導体１に 電流Ｉが流れたとき、１次導体１と鎖交した光ファイバ２中で、ファラディ効果 により直線偏光の偏波面が回転する。偏波面の回転角θは、ベルデ定数をＶ、光 ファイバ２のターン数をＮとすると、

【０００４】

【数１】 θ＝ＶＮＩ となる。つまり、偏波面の回転角θは、電流Ｉに比例し、かつターン数Ｎに比例 する。この回転角θの変化を、入射直線偏光に対して４５度傾けた偏光ビームス プリッタ４で光強度の変化に変換して、受光素子５で検出すると、１次導体１に 流れる電流Ｉを計測することができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記において使用されるシングルモード型の光ファイバ２は、温度によって偏 波面の回転角度が変化する温度特性を有し、この温度特性は電流測定時の誤差と して現れる。 図５にシングルモード型の光ファイバの電流−比誤差特性を温度をパラメータ として示す。同図には、２０℃，４０℃，６０℃，８０℃における電流−比誤差 特性を示している（○：２０℃；□：４０℃；△：６０℃；◇：８０℃）。この 図を見るとわかるように、６０℃での比誤差は約１．５％、８０℃での比誤差は 約２．５％となり、光ファイバ電流センサにおける許容誤差範囲である±１％以 内より悪く、高精度に電流検出を行うことができなかった。

【０００６】 したがって、この考案の目的は、温度変化にかかわらず、高精度に電流検出を 行うことができる光ファイバ電流センサを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

請求項１記載の光ファイバ電流センサは、１次導体を包囲するように光ファイ バをコイル状に巻装し、この光ファイバの一端に光を入射させる光源を設け、光 ファイバの他端からの出射光を受ける受光素子を設け、光ファイバに温度センサ を近接配置し、この温度センサの出力信号に基づいて受光素子の出力信号を温度 補償する温度補償手段を設けている。

【０００８】 請求項２記載の光ファイバ電流センサは、１次導体を包囲するように電流検出 用光ファイバをコイル状に巻装し、この電流検出用光ファイバの一端に光を入射 させる光源を設け、電流検出用光ファイバの他端からの出射光を受ける電流検出 用受光素子を設け、１次導体に鎖交しない状態で電流検出用光ファイバに温度検 出用光ファイバを近接配置し、温度検出用光ファイバの一端に光源の光を入射さ せ、この温度検出用光ファイバの他端からの出射光を受ける温度検出用受光素子 を設け、この温度検出用受光素子の出力信号に基づいて電流検出用受光素子の出 力信号を温度補償する温度補償手段を設けている。

【０００９】

【作用】

請求項１記載の構成によれば、温度補償手段が、温度センサの出力信号に基づ いて受光素子の出力信号を温度補償して、光ファイバの温度特性を補正する。 請求項２記載の構成によれば、温度補償手段が、１次導体と鎖交しない温度検 出用光ファイバを伝搬した光を受ける温度検出用受光素子の出力信号に基づいて 電流検出用受光素子の出力信号を温度補償して、電流検出用光ファイバの温度特 性を補正する。

【００１０】

【実施例】

この考案の第１の実施例を図１および図２に基づいて説明する。 この光ファイバ電流センサは、図１に示すように、光ファイバ２に近接配置し た温度センサ８と、この温度センサ８の出力信号に基づいて受光素子５の出力信 号を温度補償するＣＰＵ等からなる温度補償手段９とを、図４の構成に追加した もので、その他の構成は図４と同様である。

【００１１】 このように構成すると、温度センサ８が光ファイバ２の温度に対応した信号を 出力し、温度補償手段９が、温度センサ８の出力信号に基づいて受光素子５の出 力信号を温度補償して、光ファイバ２の温度特性を補正することになる。 温度補償手段９は、具体的には、例えばＣＰＵからなり、温度センサ８の出力 信号に基づいて受光素子５の出力信号を温度補償するプログラムが内蔵されてい て、プログラムにしたがって、温度補償を行う。例えば、温度が８０℃の場合、 光ファイバ２の電流−比誤差特性は、図２（ａ）に示すように、小電流域では、 比誤差が−２．５％より小さい状態（０％に近い状態）にあり、電流が増加する につれて比誤差が増加し、中電流域では比誤差が電流値にかかわらず−２．５％ の状態を保ち、大電流域では、比誤差が−２．５％より大きい状態（０％から遠 い状態）にあり、電流が増加するにつれて比誤差が増加しているというような特 性になっている。

【００１２】 このような光ファイバ２の電流−比誤差特性に対し、温度補償手段９となるＣ ＰＵは、内蔵のプログラムにより、第１段階として、図２（ｂ）に示すように、 電流−比誤差特性における小電流域および大電流域の勾配をなくし（矢符で示す ように、破線の状態から実線の状態へ変化させる）、全電流範囲にわたって比誤 差が−２．５％の一定となるように、比誤差曲線が直線となるように補正する。 つぎに、第２段階として、図２（ｃ）に示すように、温度分の誤差（８０℃では ２．５％）を加えて比誤差を０％に補正して（矢符で示すように、破線の状態か ら実線の状態へ変化させる）出力する。

【００１３】 上記以外の電流検出動作については従来例と同様である。 以上のように、この実施例によれば、温度センサ８の出力信号を使用して温度 補償手段９により受光素子５の出力信号を温度補償するので、光ファイバ２の温 度特性を補正することができ、広い温度範囲にわたって高精度（比誤差が±１％ 以内）に電流検出を行うことができる。

【００１４】 この考案の第２の実施例を図３に基づいて説明する。 この光ファイバ電流センサは、図３に示すように、送電線等の１次導体１１を 包囲するようにシングルモード型の電流検出用光ファイバ１２をコイル状に巻装 し、電流検出用光ファイバ１２の一端面にレーザーダイオード等の光源１３を対 向させて、電流検出用光ファイバ１２の一端に直線偏光の光を入射させるように している。電流検出用光ファイバ１２の他端面に偏光ビームスプリッタ１４を介 してホトダイオード等の電流検出用受光素子１５を対向させ、電流検出用光ファ イバ１２の他端から出射した光を電流検出用受光素子１５で受けるようにしてい る。

【００１５】 また、１次導体１１に鎖交しない状態、つまり１次導体１１と平行な状態で電 流検出用光ファイバ１２に近接配置し一端に光源１３の光がカプラ２１により電 流検出用光ファイバ１２から分岐して入射するシングルモード型の温度検出用光 ファイバ１８を設け、この温度検出用光ファイバ１８の他端からの出射光を偏光 ビームスプリッタ２２を介して受ける温度検出用受光素子１９を設け、この温度 検出用受光素子１９の出力信号に基づいて電流検出用受光素子１５の出力信号を 温度補償するＣＰＵからなる温度補償手段２０を設けている。温度検出用光ファ イバ１８は、電流検出用光ファイバ１２と同じ種類のものを使用しており、両光 ファイバ１２，１８は同じ温度特性を有している。

【００１６】 コイル状に巻回した電流検出用光ファイバ１２は、その巻回形状を維持するた め、ゲル状のシリコンからなる略リング状の成形体１６で固定しており、温度検 出用光ファイバ１８についても、成形体１６で一体的に固定されている。また、 光源１３，偏光ビームスプリッタ１４，２２および電流検出用受光素子１５，１ ９も電流検出用光ファイバ１２の両端部および温度検出用光ファイバ１８の他端 部とともに成形体１７で一体化して光軸や相互の位置関係がずれないようにして いる。

【００１７】 このように構成すると、１次導体１１と鎖交しない温度検出用光ファイバ１８ は電流検出用光ファイバ１２と同じように温度変化し、温度検出用光ファイバ１ ８は温度変化に対応して偏波面の回転角を変化させ、この温度による回転角の変 化が温度検出用受光素子１９で検出される。しかも、温度検出用光ファイバ１８ は１次導体１１に流れる電流によって偏波面が回転することはない。この結果、 電流検出用光ファイバ１２の温度に対応した信号が温度検出用受光素子１９から 出力される。そして、温度補償手段２０が、１次導体１１と鎖交しない温度検出 用光ファイバ１８を伝搬した光を受ける温度検出用受光素子１９の出力信号に基 づいて電流検出用受光素子１５の出力信号を温度補償して、電流検出用光ファイ バ１２の温度特性を補正する。

【００１８】 その他の構成は前記実施例と同様である。 この実施例によれば、１次導体２１と鎖交しない温度検出用光ファイバ１８を 伝搬した光を受ける温度検出用受光素子１９の出力信号を使用して温度補償手段 ２０により電流検出用受光素子１５の出力信号を温度補償するので、電流検出用 光ファイバ１２の温度特性を補正することができ、広い温度範囲にわたって高精 度に電流検出を行うことができる。

【００１９】

【考案の効果】

請求項１記載の光ファイバ電流センサによれば、温度センサの出力信号を使用 して温度補償手段により受光素子の出力信号を温度補償するので、光ファイバの 温度特性を補正することができ、広い温度範囲にわたって高精度に電流検出を行 うことができる。

【００２０】 請求項２記載の光ファイバ電流センサによれば、１次導体と鎖交しない温度検 出用光ファイバを伝搬した光を受ける温度検出用受光素子の出力信号を使用して 温度補償手段により電流検出用受光素子の出力信号を温度補償するので、電流検 出用光ファイバの温度特性を補正することができ、広い温度範囲にわたって高精 度に電流検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の第１の実施例の光ファイバ電流セン
サの構成を示す概略図である。

【図２】ＣＰＵのアルゴリズムを説明するための特性図
である。

【図３】この考案の第２の実施例の光ファイバ電流セン
サの構成を示す概略図である。

【図４】従来の光ファイバ電流センサの一例を示す概略
図である。

【図５】光ファイバの温度をパラメータとした電流−比
誤差特性図である。

【符号の説明】

１ １次導体 ２ 光ファイバ ３ 光源 ４ 偏光ビームスプリッタ ５ 受光素子 ６ 成形体 ７ 成形体 ８ 温度センサ ９ 温度補償手段 １１ １次導体 １２ 電流検出用光ファイバ １３ 光源 １４ 偏光ビームスプリッタ １５ 電流検出用受光素子 １６ 成形体 １７ 成形体 １８ 温度検出用光ファイバ １９ 温度検出用受光素子 ２０ 温度補償手段 ２１ カプラ ２２ 偏光ビームスプリッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中井 仁志 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 (72)考案者 岡田 直喜 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次導体を包囲するようにコイル状に巻
   装した光ファイバと、この光ファイバの一端に光を入射
   させる光源と、前記光ファイバの他端からの出射光を受
   ける受光素子と、前記光ファイバに近接配置した温度セ
   ンサと、この温度センサの出力信号に基づいて前記受光
   素子の出力信号を温度補償する温度補償手段とを備えた
   光ファイバ電流センサ。
2. 【請求項２】 １次導体を包囲するようにコイル状に巻
   装した電流検出用光ファイバと、この電流検出用光ファ
   イバの一端に光を入射させる光源と、前記電流検出用光
   ファイバの他端からの出射光を受ける電流検出用受光素
   子と、前記１次導体に鎖交しない状態で前記電流検出用
   光ファイバに近接配置して一端に前記光源の光が入射す
   る温度検出用光ファイバと、この温度検出用光ファイバ
   の他端からの出射光を受ける温度検出用受光素子と、こ
   の温度検出用受光素子の出力信号に基づいて前記電流検
   出用受光素子の出力信号を温度補償する温度補償手段と
   を備えた光ファイバ電流センサ。