JPH0670653B2 - 光温度・電気量測定装置 - Google Patents
光温度・電気量測定装置Info
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- JPH0670653B2 JPH0670653B2 JP1083002A JP8300289A JPH0670653B2 JP H0670653 B2 JPH0670653 B2 JP H0670653B2 JP 1083002 A JP1083002 A JP 1083002A JP 8300289 A JP8300289 A JP 8300289A JP H0670653 B2 JPH0670653 B2 JP H0670653B2
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- temperature
- optical
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、送電線や配電線等の電流・磁界、電圧・電界
等の電気量や温度を、光を検出媒体として測定する光測
定装置に係り、特に、温度と少なくとも一つの電気量と
を同時に測定し得るようにした光温度・電気量測定装置
に関するものである。
等の電気量や温度を、光を検出媒体として測定する光測
定装置に係り、特に、温度と少なくとも一つの電気量と
を同時に測定し得るようにした光温度・電気量測定装置
に関するものである。
（背景技術） 電力分野における送電線や配電線等の電流・磁界、電圧
・電界等の電気量や温度の計測手法として、近年、絶縁
性や耐電磁ノイズ性等が優れていることから、光を検出
媒体とした光測定手法が注目されている。そして、例え
ば、ポッケルス効果を利用した光電圧・電界センサやフ
ァラデー効果を利用した光電流・磁界センサ、或いは光
の光路の遮断率を温度に応じて変化させる光路遮断式温
度センサや、光の透過率が温度に応じて変化する物質を
光路上に設けてなる光強度変調式温度センサ等が、この
ような光測定手法を採用した光測定装置として提案され
ている。
・電界等の電気量や温度の計測手法として、近年、絶縁
性や耐電磁ノイズ性等が優れていることから、光を検出
媒体とした光測定手法が注目されている。そして、例え
ば、ポッケルス効果を利用した光電圧・電界センサやフ
ァラデー効果を利用した光電流・磁界センサ、或いは光
の光路の遮断率を温度に応じて変化させる光路遮断式温
度センサや、光の透過率が温度に応じて変化する物質を
光路上に設けてなる光強度変調式温度センサ等が、この
ような光測定手法を採用した光測定装置として提案され
ている。
ところで、電力分野においては、近年、電力需要の増大
や高密度化によって電力設備が膨大化且つ輻輳化してき
ていることから、電力系統の監視が一層重要になってき
ており、それに伴って、送電線や配電線等から、より多
量の情報を取得することが要求されるようになってきて
いる。
や高密度化によって電力設備が膨大化且つ輻輳化してき
ていることから、電力系統の監視が一層重要になってき
ており、それに伴って、送電線や配電線等から、より多
量の情報を取得することが要求されるようになってきて
いる。
ところが、前記従来から提案されている光測定装置（光
センサ）は、何れも、一種の測定量だけを対象とする単
機能センサであったため、多量の情報を取得しようとす
ると、その測定すべき情報量に応じてセンサ数が増大
し、機器類の集約化が難しくなるといった問題があっ
た。
センサ）は、何れも、一種の測定量だけを対象とする単
機能センサであったため、多量の情報を取得しようとす
ると、その測定すべき情報量に応じてセンサ数が増大
し、機器類の集約化が難しくなるといった問題があっ
た。
勿論、複数のセンサを並列的に設けて一つのセンサ機器
に組付け、もって機器類の集約化を図ることは考えられ
るが、そのようにしても、各センサの構成要素は互いに
独立した状態で設けられるため、その集約化は大して期
待できないのであり、しかもこの場合には、測定部とし
ての各センサのセンサヘッド部から受光部に透過光を導
くための光伝送路が、従来と同様に、センサ数に応じて
増加するため、電力分野で使用する場合のように、光伝
送路として光ファイバーを採用し、かかる光ファイバー
を碍子に貫通、保持させる場合において、その碍子の耐
久性を低下させるといった問題があった。
に組付け、もって機器類の集約化を図ることは考えられ
るが、そのようにしても、各センサの構成要素は互いに
独立した状態で設けられるため、その集約化は大して期
待できないのであり、しかもこの場合には、測定部とし
ての各センサのセンサヘッド部から受光部に透過光を導
くための光伝送路が、従来と同様に、センサ数に応じて
増加するため、電力分野で使用する場合のように、光伝
送路として光ファイバーを採用し、かかる光ファイバー
を碍子に貫通、保持させる場合において、その碍子の耐
久性を低下させるといった問題があった。
すなわち、センサ数が増大して透過光を導く光ファイバ
ー数が増大すると、碍子に形成すべき光ファイバー挿通
孔をその光ファイバー数に応じて大きくすることが必要
となるが、その挿通孔を大きくすると、碍子が劣化乃至
は破断し易くなるといった事情があるのである。
ー数が増大すると、碍子に形成すべき光ファイバー挿通
孔をその光ファイバー数に応じて大きくすることが必要
となるが、その挿通孔を大きくすると、碍子が劣化乃至
は破断し易くなるといった事情があるのである。
（解決課題） ここにおいて、本発明は、このような事情を背景として
為されたものであり、その解決すべき課題とするところ
は、センサヘッド部から受光部へ透過光を導く光伝送路
を共通に用いて、電圧・電界、電流・磁界等の少なくと
も一つの電気量と温度とを同時に測定し得るようにした
光温度・電気量測定装置を提供することにある。
為されたものであり、その解決すべき課題とするところ
は、センサヘッド部から受光部へ透過光を導く光伝送路
を共通に用いて、電圧・電界、電流・磁界等の少なくと
も一つの電気量と温度とを同時に測定し得るようにした
光温度・電気量測定装置を提供することにある。
（解決手段） そして、かかる課題を解決するために、本発明において
は、発光部と、該発光部から出射された光を被測定対象
量に応じて変化させて透過させるセンサヘッド部と、該
センサヘッド部を透過した透過光を受光して、該透過光
に対応した信号を出力する受光部と、該受光部から出力
される信号から、前記被対象測定量に応じて変化する信
号成分を取り出して、前記被測定対象量を測定する検出
部とを備えた光測定装置において、前記センサヘッド部
に、透過光の所定の第一の要素を環境温度に応じて変化
させる温度光変化手段と、透過光の所定の第二の要素を
被測定対象電気量に応じて変化させる電気量変化手段と
を互いに直列に若しくは一体に設けると共に、前記検出
部に、前記受光部から出力される信号から、前記透過光
の第一の要素に対応した信号成分を取り出して、その信
号成分から前記環境温度を測定する温度測定手段と、前
記透過光の第二の要素に対応した信号成分を取り出し
て、その信号成分から前記被測定対象電気量を測定する
電気量測定手段とを設けることとしたのである。
は、発光部と、該発光部から出射された光を被測定対象
量に応じて変化させて透過させるセンサヘッド部と、該
センサヘッド部を透過した透過光を受光して、該透過光
に対応した信号を出力する受光部と、該受光部から出力
される信号から、前記被対象測定量に応じて変化する信
号成分を取り出して、前記被測定対象量を測定する検出
部とを備えた光測定装置において、前記センサヘッド部
に、透過光の所定の第一の要素を環境温度に応じて変化
させる温度光変化手段と、透過光の所定の第二の要素を
被測定対象電気量に応じて変化させる電気量変化手段と
を互いに直列に若しくは一体に設けると共に、前記検出
部に、前記受光部から出力される信号から、前記透過光
の第一の要素に対応した信号成分を取り出して、その信
号成分から前記環境温度を測定する温度測定手段と、前
記透過光の第二の要素に対応した信号成分を取り出し
て、その信号成分から前記被測定対象電気量を測定する
電気量測定手段とを設けることとしたのである。
なお、ここで、上記温度光変化手段と電気量光変化手段
の組み合わせとしては、例えば、環境温度によってセン
サヘッド部を透過する透過光量を変化させる透過光量変
化手段と、ポッケルス効果およびファラデー効果の少な
くとも一方を有する光学素子との組み合わせを採用する
ことができる。
の組み合わせとしては、例えば、環境温度によってセン
サヘッド部を透過する透過光量を変化させる透過光量変
化手段と、ポッケルス効果およびファラデー効果の少な
くとも一方を有する光学素子との組み合わせを採用する
ことができる。
また、本発明は、前記課題を解決するために、ファラデ
ー効果を有する光学素子と、温度依存性を有する旋光子
とを直列に配列すると共に、該直列に配列された光学素
子と旋光子の前後に偏光子と検光子とを配置して、環境
温度および作用される交流磁界にて透過光が変調せしめ
られるセンサヘッド部を構成し、発光部から出射された
光を該センサヘッド部に入射して、該センサヘッド部を
透過した透過光を受光部にて受光せしめるようにする一
方、該受光部から出力される該透過光に対応した信号か
ら、前記交流磁界と同じ角周波数の信号成分（Ｐω）を
取り出す第一の取出手段を設けると共に、該交流磁界の
２倍の各周波数の信号成分（P2ω）を取り出す第二の取
出手段を設け、且つそれら取出手段で取り出される交流
磁界と同じ角周波数の信号成分（Ｐω）の２乗と２倍の
角周波数の信号成分（P2ω）との相対比を求める相対比
演算手段を設けて、前記第一の取出手段で取り出した前
記交流磁界と同じ角周波数の信号成分（Ｐω）から該交
流磁界若しくは該交流磁界を発生する電流を測定すると
共に、該相対比演算手段の演算結果から前記環境温度を
測定するようにした光温度・電気量測定装置も、その要
旨とする。
ー効果を有する光学素子と、温度依存性を有する旋光子
とを直列に配列すると共に、該直列に配列された光学素
子と旋光子の前後に偏光子と検光子とを配置して、環境
温度および作用される交流磁界にて透過光が変調せしめ
られるセンサヘッド部を構成し、発光部から出射された
光を該センサヘッド部に入射して、該センサヘッド部を
透過した透過光を受光部にて受光せしめるようにする一
方、該受光部から出力される該透過光に対応した信号か
ら、前記交流磁界と同じ角周波数の信号成分（Ｐω）を
取り出す第一の取出手段を設けると共に、該交流磁界の
２倍の各周波数の信号成分（P2ω）を取り出す第二の取
出手段を設け、且つそれら取出手段で取り出される交流
磁界と同じ角周波数の信号成分（Ｐω）の２乗と２倍の
角周波数の信号成分（P2ω）との相対比を求める相対比
演算手段を設けて、前記第一の取出手段で取り出した前
記交流磁界と同じ角周波数の信号成分（Ｐω）から該交
流磁界若しくは該交流磁界を発生する電流を測定すると
共に、該相対比演算手段の演算結果から前記環境温度を
測定するようにした光温度・電気量測定装置も、その要
旨とする。
さらに、本発明は、ポッケルス効果を有する光学素子
と、温度依存性を有する位相子とを直列に配列すると共
に、該直列に配列された光学素子と位相子の前後に偏光
子と検光子とを配置して、環境温度および被測定交流電
界にて透過光が変調せしめられるセンサヘッド部を構成
し、発光部から出射された光を該センサヘッド部に入射
して、該センサヘッド部を透過した透過光を受光部にて
受光せしめるようにする一方、該受光部から出力される
該透過光に対応した信号から、前記交流電界と同じ角周
波数の信号成分（Ｐω）を取り出す第一の取出手段を設
ける共に、該交流電界の２倍の角周波数の信号成分（P2
ω）を取り出す第二の取出手段を設け、且つそれら取出
手段で取り出される交流電界と同じ角周波数の信号成分
（Ｐω）の２乗と２倍の角周波数の信号成分（P2ω）と
の相対比を求める相対比演算手段を設けて、前記第一の
取出手段で取り出した前記交流電界と同じ角周波数の信
号成分（Ｐω）から該交流電界若しくは該交流電界を発
生する電圧を測定すると共に、該相対比演算手段の演算
結果から前記環境温度を測定するようにした光温度・電
気量測定装置をも、その要旨とする。
と、温度依存性を有する位相子とを直列に配列すると共
に、該直列に配列された光学素子と位相子の前後に偏光
子と検光子とを配置して、環境温度および被測定交流電
界にて透過光が変調せしめられるセンサヘッド部を構成
し、発光部から出射された光を該センサヘッド部に入射
して、該センサヘッド部を透過した透過光を受光部にて
受光せしめるようにする一方、該受光部から出力される
該透過光に対応した信号から、前記交流電界と同じ角周
波数の信号成分（Ｐω）を取り出す第一の取出手段を設
ける共に、該交流電界の２倍の角周波数の信号成分（P2
ω）を取り出す第二の取出手段を設け、且つそれら取出
手段で取り出される交流電界と同じ角周波数の信号成分
（Ｐω）の２乗と２倍の角周波数の信号成分（P2ω）と
の相対比を求める相対比演算手段を設けて、前記第一の
取出手段で取り出した前記交流電界と同じ角周波数の信
号成分（Ｐω）から該交流電界若しくは該交流電界を発
生する電圧を測定すると共に、該相対比演算手段の演算
結果から前記環境温度を測定するようにした光温度・電
気量測定装置をも、その要旨とする。
なお、前記温度と磁界若しくはそれを発生する電流とを
測定する光温度・電気量測定装置においては、ファラデ
ー効果を有する光学素子と、温度依存性を有する旋光子
とに代えて、温度依存性を有する旋光子としての機能を
併せ備えたファラデー効果を有する光学素子を用いるこ
とができる。
測定する光温度・電気量測定装置においては、ファラデ
ー効果を有する光学素子と、温度依存性を有する旋光子
とに代えて、温度依存性を有する旋光子としての機能を
併せ備えたファラデー効果を有する光学素子を用いるこ
とができる。
また、上記温度と電界若しくはそれを発生する電圧とを
測定する光温度・電気量測定装置においては、ポッケル
ス効果を有する光学素子と、温度依存性を有する位相子
とを、温度依存性を有する位相子としての機能を併せ備
えたポッケルス効果を有する光学素子で代用することが
可能である。
測定する光温度・電気量測定装置においては、ポッケル
ス効果を有する光学素子と、温度依存性を有する位相子
とを、温度依存性を有する位相子としての機能を併せ備
えたポッケルス効果を有する光学素子で代用することが
可能である。
（具体的構成・作用） 以下、図面を参照しつつ、本発明をより一層具体的に明
らかにする。
らかにする。
なお、ここでは、先ず、電気量光変化手段として、ファ
ラデー効果を有する光学素子（以下、単にファラデー素
子という）を用いると共に、温度光変化手段として、温
度依存性を有する旋光子を用いて、磁界若しくはそれを
発生させる電流と温度とを測定するようにした、光温度
・電気量測定装置の一例としての光温度・磁界測定装置
の具体例を説明し、次いで、電気量光変化手段として、
ポッケルス効果を有する光学素子（以下、単にポッケル
ス素子という）を用いると共に、温度光変化手段とし
て、温度依存性を有する位相子を用いて、電界若しくは
それを発生させる電圧と温度とを測定するようにした、
光温度・電圧量測定装置の一例としての光温度・電圧測
定装置の具体例を説明する。そしてその後、温度光変化
手段として透過光量変化手段を用いる一方、電気量光変
化手段としてファラデー素子を用いた光温度・磁界測定
装置、および電気量光変化手段としてポッケルス素子を
用いた光温度・電圧測定装置の各具体例について説明
し、更にその後、温度光変化手段として透過光量変化手
段を用いる一方、電気量光変化手段として、ファラデー
効果とポッケルス効果とを併せ備えた光学素子を用いた
光温度・磁界・電圧測定装置の具体例について説明する
こととする。
ラデー効果を有する光学素子（以下、単にファラデー素
子という）を用いると共に、温度光変化手段として、温
度依存性を有する旋光子を用いて、磁界若しくはそれを
発生させる電流と温度とを測定するようにした、光温度
・電気量測定装置の一例としての光温度・磁界測定装置
の具体例を説明し、次いで、電気量光変化手段として、
ポッケルス効果を有する光学素子（以下、単にポッケル
ス素子という）を用いると共に、温度光変化手段とし
て、温度依存性を有する位相子を用いて、電界若しくは
それを発生させる電圧と温度とを測定するようにした、
光温度・電圧量測定装置の一例としての光温度・電圧測
定装置の具体例を説明する。そしてその後、温度光変化
手段として透過光量変化手段を用いる一方、電気量光変
化手段としてファラデー素子を用いた光温度・磁界測定
装置、および電気量光変化手段としてポッケルス素子を
用いた光温度・電圧測定装置の各具体例について説明
し、更にその後、温度光変化手段として透過光量変化手
段を用いる一方、電気量光変化手段として、ファラデー
効果とポッケルス効果とを併せ備えた光学素子を用いた
光温度・磁界・電圧測定装置の具体例について説明する
こととする。
ただし、ここで、ファラデー効果とは、磁界が印加され
たとき、透過光の偏光面が磁界強度に応じて回転する現
象であり、このような効果を有するファラデー素子とし
ては、例えば、YIG,Bi12SiO20，Bi12GeO20,ZnSe,鉛ガラ
ス等がある。また、ここで、ポッケルス効果とは、電界
が印加されたとき、透過光が電界強度に応じた位相変調
を受ける現象であり、かかるポッケルス効果を有するポ
ッケルス素子としては、LiNbO3，LiTaO3，Bi12SiO20，B
i12GeO20等が知られている。更に、旋光子（旋光素子）
は、自然旋光能を有する素子であって、水晶，Bi12SiO
20，Bi12GeO20等がかかる旋光子として知られており、
また位相子（位相差素子）は、複屈折性を有する素子で
あって、例えば水晶，LiNbO3，LiTaO3等がある。また、
旋光子としての機能を併せ備えたファラデー素子として
は、Bi12SiO20，Bi12GeO20等があり、位相子としての機
能を併せ備えたポッケルス素子としては、LiNbO3，LiTa
O3等があり、更に、ファラデー効果およびポッケルス効
果を併せ備えた光学素子としては、Bi12SiO20，Bi12GeO
20等がある。
たとき、透過光の偏光面が磁界強度に応じて回転する現
象であり、このような効果を有するファラデー素子とし
ては、例えば、YIG,Bi12SiO20，Bi12GeO20,ZnSe,鉛ガラ
ス等がある。また、ここで、ポッケルス効果とは、電界
が印加されたとき、透過光が電界強度に応じた位相変調
を受ける現象であり、かかるポッケルス効果を有するポ
ッケルス素子としては、LiNbO3，LiTaO3，Bi12SiO20，B
i12GeO20等が知られている。更に、旋光子（旋光素子）
は、自然旋光能を有する素子であって、水晶，Bi12SiO
20，Bi12GeO20等がかかる旋光子として知られており、
また位相子（位相差素子）は、複屈折性を有する素子で
あって、例えば水晶，LiNbO3，LiTaO3等がある。また、
旋光子としての機能を併せ備えたファラデー素子として
は、Bi12SiO20，Bi12GeO20等があり、位相子としての機
能を併せ備えたポッケルス素子としては、LiNbO3，LiTa
O3等があり、更に、ファラデー効果およびポッケルス効
果を併せ備えた光学素子としては、Bi12SiO20，Bi12GeO
20等がある。
先ず、第１図には、電気量光変化手段としてファラデー
素子10を用いると共に、温度光変化手段として温度依存
性を有する旋光子12を用いて、磁界若しくはそれを発生
させる電流と温度とを同時に測定し得るようにした光温
度・磁界測定装置の具体的な一例が示されている。
素子10を用いると共に、温度光変化手段として温度依存
性を有する旋光子12を用いて、磁界若しくはそれを発生
させる電流と温度とを同時に測定し得るようにした光温
度・磁界測定装置の具体的な一例が示されている。
そこにおいて、14は、測定部としてのセンサヘッド部で
あり、ファラデー素子10と旋光子12とは、かかるセンサ
ヘッド部14内において、ファラデー素子10が旋光子12の
前方に位置する状態で、光の透過方向（図中左右方向）
に直列に配置されている。そして、かかる直列に配置さ
れたファラデー素子10と旋光子12の前後に偏光子16と検
光子18が配置されると共に、更にその前後に位置してフ
ァイバーコリメータ20,22が配置され、発光部24から光
ファイバー26で導かれた所定強度の出射光が、ファイバ
ーコリメータ20からセンサヘッド部14内に入射され、偏
光子16、ファラデー素子10、旋光子12および検光子18を
順に透過して、ファイバーコリメータ22から出射せしめ
られるようになっている。
あり、ファラデー素子10と旋光子12とは、かかるセンサ
ヘッド部14内において、ファラデー素子10が旋光子12の
前方に位置する状態で、光の透過方向（図中左右方向）
に直列に配置されている。そして、かかる直列に配置さ
れたファラデー素子10と旋光子12の前後に偏光子16と検
光子18が配置されると共に、更にその前後に位置してフ
ァイバーコリメータ20,22が配置され、発光部24から光
ファイバー26で導かれた所定強度の出射光が、ファイバ
ーコリメータ20からセンサヘッド部14内に入射され、偏
光子16、ファラデー素子10、旋光子12および検光子18を
順に透過して、ファイバーコリメータ22から出射せしめ
られるようになっている。
なお、上記発光部24における発光源としては、通常、発
光ダイオードが用いられるが、He−Neレーザ等も採用す
ることが可能である。
光ダイオードが用いられるが、He−Neレーザ等も採用す
ることが可能である。
ここで、ファラデー素子10を透過する透過光の回転角：
φは、良く知られているように、ファラデー素子10のベ
ルデ定数をｖ、被測定対象電気量としての印加磁界を
Ｈ、光の透過方向におけるファラデー素子10の素子長を
Ｌとすると、下記（１）式で表される。
φは、良く知られているように、ファラデー素子10のベ
ルデ定数をｖ、被測定対象電気量としての印加磁界を
Ｈ、光の透過方向におけるファラデー素子10の素子長を
Ｌとすると、下記（１）式で表される。
φ＝ｖ・Ｈ・Ｌ ・・・(1) 従って、旋光子12による透過光偏光面の回転角をψと
し、偏光子16と検光子18との相対角度をθ０として、θ
＝θ０＋ψとすると、ファイバーコリメータ22を通じて
出射される透過光の出射光強度:Pは、下記(2)式で与え
られることとなる。
し、偏光子16と検光子18との相対角度をθ０として、θ
＝θ０＋ψとすると、ファイバーコリメータ22を通じて
出射される透過光の出射光強度:Pは、下記(2)式で与え
られることとなる。
Ｐ＝cP0cos2（φ＋θ） ＝cP0cos2（vLH＋θ） ＝cP0cos2（vLH0sinωｔ＋θ） ・・・（２） 〔但し、c:比例定数 P0：入射光強度 H0：印加交流磁界（Ｈ）の振幅 ω：印加交流磁界（Ｈ）の角周波数 t:時間〕 ここで、vLH0が１に比べて充分小さい場合、かかる
（２）式は、 と展開することができ、センサヘッド部14から出射され
る透過光の強度:Pは、印加交流磁界:Hと同じ角周波数：
ωの成分:Pωと２倍の角周波数:2ωの成分：P2ωを含む
関数で表されることとなる。
（２）式は、 と展開することができ、センサヘッド部14から出射され
る透過光の強度:Pは、印加交流磁界:Hと同じ角周波数：
ωの成分:Pωと２倍の角周波数:2ωの成分：P2ωを含む
関数で表されることとなる。
ところで、ファイバーコリメータ22を通じてセンサヘッ
ド部14から出力された光は、第１図に示されているよう
に、光ファイバー28を通じて、フォトダイオード等から
なる受光部30に導かれ、かかる受光部30で光強度に応じ
た電気信号:Eに変換されて出力される。そして、かかる
受光部30から出力された電気信号:Eが、第一の取出手段
としての同一角周波数成分検出器32および第二の取出手
段としての２倍角周波数成分検出器34にそれぞれ供給さ
れる。つまり、受光部30からは、下記（３）′式で表さ
れる光強度:Pに応じた電気信号:Eが出力されて、かかる
（３）′式で表される電気信号:Eが各検出器32,34に供
給されるのである。
ド部14から出力された光は、第１図に示されているよう
に、光ファイバー28を通じて、フォトダイオード等から
なる受光部30に導かれ、かかる受光部30で光強度に応じ
た電気信号:Eに変換されて出力される。そして、かかる
受光部30から出力された電気信号:Eが、第一の取出手段
としての同一角周波数成分検出器32および第二の取出手
段としての２倍角周波数成分検出器34にそれぞれ供給さ
れる。つまり、受光部30からは、下記（３）′式で表さ
れる光強度:Pに応じた電気信号:Eが出力されて、かかる
（３）′式で表される電気信号:Eが各検出器32,34に供
給されるのである。
〔但し、E0：電気信号（Ｅ）の振幅〕 第一の取出手段としての同一角周波数成分検出器32は、
電気的フィルタ，位相検波回路等から構成されて、電気
信号:Eから、被測定対象電気量としての前記印加交流磁
界:Hと同じ角周波数：ωの信号成分:Eω（Ｐω）を検出
するようになっており、また第二の取出手段としての２
倍角周波数成分検出器34は、同一角周波数成分検出器32
と同様に、電気的フィルタ，位相検波回路等から構成さ
れて、電気信号:Eから、前記印加交流磁界:Hの２倍の角
周波数:2ωの信号成分：E2ω（P2ω）を検出するように
なっている。そして、これにより、同一角周波数成分検
出器32にて、電気信号:Eから、下記（４）式で示される
電気信号:Eωが取り出されるようになっていると共に、
２倍角周波数成分検出器34にて、下記（５）式で示され
る電気信号：E2ωが取り出されるようになっている。
電気的フィルタ，位相検波回路等から構成されて、電気
信号:Eから、被測定対象電気量としての前記印加交流磁
界:Hと同じ角周波数：ωの信号成分:Eω（Ｐω）を検出
するようになっており、また第二の取出手段としての２
倍角周波数成分検出器34は、同一角周波数成分検出器32
と同様に、電気的フィルタ，位相検波回路等から構成さ
れて、電気信号:Eから、前記印加交流磁界:Hの２倍の角
周波数:2ωの信号成分：E2ω（P2ω）を検出するように
なっている。そして、これにより、同一角周波数成分検
出器32にて、電気信号:Eから、下記（４）式で示される
電気信号:Eωが取り出されるようになっていると共に、
２倍角周波数成分検出器34にて、下記（５）式で示され
る電気信号：E2ωが取り出されるようになっている。
ここで、同一角周波数成分検出器32で検出される前記印
加交流磁界:Hと同じ角周波数：ωの信号成分:Eωは、上
記（４）式から明らかなように、印加交流磁界:Hの磁界
振幅：H0に比例する信号であり、それ故、かかる同一角
周波数成分検出器32で検出された信号成分:Eωから、印
加交流磁界:Hの磁界振幅：H0を測定することができるの
であり、またかかる交流磁界:Hを発生する電流を測定す
ることができるのである。
加交流磁界:Hと同じ角周波数：ωの信号成分:Eωは、上
記（４）式から明らかなように、印加交流磁界:Hの磁界
振幅：H0に比例する信号であり、それ故、かかる同一角
周波数成分検出器32で検出された信号成分:Eωから、印
加交流磁界:Hの磁界振幅：H0を測定することができるの
であり、またかかる交流磁界:Hを発生する電流を測定す
ることができるのである。
一方、上記各検出器32,34から出力された各信号成分の
電気信号:Eω，E2ωは、第１図に示されているように、
相対比演算手段としての相対比演算器36に入力されるよ
うになっている。そして、この相対比演算器36では、検
出器32からの電気信号:Eωの２乗と、検出器34からの電
気信号：E2ωとの相対比：ET（PT）が下記（６）式のよ
うに算出されるようになっている。
電気信号:Eω，E2ωは、第１図に示されているように、
相対比演算手段としての相対比演算器36に入力されるよ
うになっている。そして、この相対比演算器36では、検
出器32からの電気信号:Eωの２乗と、検出器34からの電
気信号：E2ωとの相対比：ET（PT）が下記（６）式のよ
うに算出されるようになっている。
ここで、前記旋光子12によるセンサヘッド部14の透過光
の回転角：ψは、温度に依存するため、室温における旋
光子12の回転角をψ０、旋光子12の温度係数をδψ、温
度をＴとすると、下記（７）式の一次関数で近似するこ
とができ、従って、上記（６）式におけるθは、下記
（８）式のように表すことができる。
の回転角：ψは、温度に依存するため、室温における旋
光子12の回転角をψ０、旋光子12の温度係数をδψ、温
度をＴとすると、下記（７）式の一次関数で近似するこ
とができ、従って、上記（６）式におけるθは、下記
（８）式のように表すことができる。
ψ＝ψ０＋δψ・Ｔ ・・・（７） θ＝θ０＋ψ０＋δψ・Ｔ ・・・（８） つまり、このことから明らかなように、相対比演算器36
で求められる相対比：ETは、温度:Tの関数として表され
るのであり、それ故、かかる相対比演算器36で求められ
た相対比：ETから、センサヘッド部14における環境温度
を測定することができるのである。
で求められる相対比：ETは、温度:Tの関数として表され
るのであり、それ故、かかる相対比演算器36で求められ
た相対比：ETから、センサヘッド部14における環境温度
を測定することができるのである。
このように、かかる本発明に従う光温度・磁界測定装置
によれば、センサヘッド部14から受光部30に透過光を導
く光ファイバー28を単に１本用いるだけで、温度測定機
能と磁界（電流）測定機能とを共に得ることができるの
であり、かかる光ファイバー28を碍子に貫通・保持させ
て、送電線や配電線等の温度および磁界を測定する場合
において、碍子の光ファイバー挿通孔の大径化を回避し
て、碍子の耐久性を良好に維持することができるのであ
る。
によれば、センサヘッド部14から受光部30に透過光を導
く光ファイバー28を単に１本用いるだけで、温度測定機
能と磁界（電流）測定機能とを共に得ることができるの
であり、かかる光ファイバー28を碍子に貫通・保持させ
て、送電線や配電線等の温度および磁界を測定する場合
において、碍子の光ファイバー挿通孔の大径化を回避し
て、碍子の耐久性を良好に維持することができるのであ
る。
また、このような光温度・磁界測定装置によれば、光温
度センサおよび光磁界（電流）センサについて、発光部
24、光ファイバー26,28および受光部30を共通化できる
と共に、検出器32,34および演算器36にて構成される検
出部の一部を共通化できることから、従来に比べて、装
置を大幅に小形、集積化できると共に、製造コストを大
幅に低減することができるのである。
度センサおよび光磁界（電流）センサについて、発光部
24、光ファイバー26,28および受光部30を共通化できる
と共に、検出器32,34および演算器36にて構成される検
出部の一部を共通化できることから、従来に比べて、装
置を大幅に小形、集積化できると共に、製造コストを大
幅に低減することができるのである。
なお、かかる光温度・磁界測定装置において、ファラデ
ー素子10と旋光子12との配置関係を逆にすることも可能
であり、また第２図に示すように、ファラデー素子10お
よび旋光子12に代えて、ファラデー効果と自然旋光能を
併せ有する光学素子37を採用することも可能である。更
に、相対比演算手段としての相対比演算器36において
は、下記（９）式に従って、電気信号:Eωの２乗と電気
信号：E2ωとの相対比：ET（PT）を求めるようにするこ
とも可能である。
ー素子10と旋光子12との配置関係を逆にすることも可能
であり、また第２図に示すように、ファラデー素子10お
よび旋光子12に代えて、ファラデー効果と自然旋光能を
併せ有する光学素子37を採用することも可能である。更
に、相対比演算手段としての相対比演算器36において
は、下記（９）式に従って、電気信号:Eωの２乗と電気
信号：E2ωとの相対比：ET（PT）を求めるようにするこ
とも可能である。
次に、電子量光変化手段としてポッケルス素子を用いる
と共に、温度光変化手段として、温度依存性を有する位
相子を用いて、電圧（電界）および温度を同時に測定し
得るようにした光温度・電圧測定装置の具体例を、第３
図に基づいて説明する。なお、かかる第３図の光温度・
電圧測定装置の構成は、前記第１図の光温度・磁界測定
装置において、ファラデー素子10をポッケルス素子38に
置換すると共に、旋光子12を位相子としての位相差板40
に置換した構成と同じであるため、ここでは、専ら、そ
の電圧および温度の測定原理について説明する。
と共に、温度光変化手段として、温度依存性を有する位
相子を用いて、電圧（電界）および温度を同時に測定し
得るようにした光温度・電圧測定装置の具体例を、第３
図に基づいて説明する。なお、かかる第３図の光温度・
電圧測定装置の構成は、前記第１図の光温度・磁界測定
装置において、ファラデー素子10をポッケルス素子38に
置換すると共に、旋光子12を位相子としての位相差板40
に置換した構成と同じであるため、ここでは、専ら、そ
の電圧および温度の測定原理について説明する。
すなわち、第３図に示す光温度・電圧測定装置におい
て、ポッケルス素子38の相対向する対向面に形成された
電極41,41間に、電圧源43からリード線45,45を通じて印
加される電圧をＶ、かかる電圧:Vによってポッケルス素
子38の透過光に惹起される光学的位相差をΦとすると、
かかる光学的位相差：Φは、下記（10）式のように与え
られる。
て、ポッケルス素子38の相対向する対向面に形成された
電極41,41間に、電圧源43からリード線45,45を通じて印
加される電圧をＶ、かかる電圧:Vによってポッケルス素
子38の透過光に惹起される光学的位相差をΦとすると、
かかる光学的位相差：Φは、下記（10）式のように与え
られる。
Φ＝（π/Vπ）・Ｖ ・・・（10） 〔但し、Ｖπ；半波長電圧〕 ここで、位相差板40によって与えられる光学バイアス
（位相差）をΘとし、偏光子16と検光子18との相対角
度：θ０を０°として、ファイバーコリメータ20を通じ
てセンサヘッド部14に入射される入射光の強度をP0とす
ると、ファイバーコリメータ22を通じてセンサヘッド部
14から出射される透過光の出射光強度:Pは、下記（11）
式のように表される。
（位相差）をΘとし、偏光子16と検光子18との相対角
度：θ０を０°として、ファイバーコリメータ20を通じ
てセンサヘッド部14に入射される入射光の強度をP0とす
ると、ファイバーコリメータ22を通じてセンサヘッド部
14から出射される透過光の出射光強度:Pは、下記（11）
式のように表される。
〔但し、c:比例定数 V0：印加電圧（Ｖ）の振幅 ω：印加電圧（Ｖ）の角周波数 t:時間〕 つまり、前記光温度・磁界測定装置と同様に、センサヘ
ッド部14からの出射光の強度:Pは、印加電圧:Vと同じ角
周波数：ωの成分:Pωと２倍の角周波数:2ωの成分：P2
ωを含む関数で表されるのである。
ッド部14からの出射光の強度:Pは、印加電圧:Vと同じ角
周波数：ωの成分:Pωと２倍の角周波数:2ωの成分：P2
ωを含む関数で表されるのである。
従って、かかる出射光を前記光温度・磁界測定装置と同
様の受光部30に導き、かかる受光部30でその出射光強度
を電気信号:Eに変換して前記光温度・磁界測定装置と同
様に同一角周波数成分検出器32および２倍角周波数成分
検出器34に供給すれば、それら検出器32,34にて、それ
ぞれ、下記（12）式および（13）式で示される、前記印
加電圧:Vと同じ角周波数：ωの信号成分:Eω（Ｐω）お
よび２倍の角周波数:2ωの信号成分：E2ω（P2ω）を取
り出すことができるのである。そして、下記（12）式か
ら明らかなように、検出器32で検出される前記印加電
圧:Vと同じ角周波数：ωの信号成分:Eωが、印加電圧:V
の振幅：V0の関数として得られることから、かかる検出
器32で検出された電気信号:Eωに基づいて、ポッケルス
素子38の電極41,41間に印加された電圧:Vの振幅：V0を
測定することができるのであり、またその印加電圧:Vの
振幅：V0に基づいて、電界強度を測定することができる
のである。
様の受光部30に導き、かかる受光部30でその出射光強度
を電気信号:Eに変換して前記光温度・磁界測定装置と同
様に同一角周波数成分検出器32および２倍角周波数成分
検出器34に供給すれば、それら検出器32,34にて、それ
ぞれ、下記（12）式および（13）式で示される、前記印
加電圧:Vと同じ角周波数：ωの信号成分:Eω（Ｐω）お
よび２倍の角周波数:2ωの信号成分：E2ω（P2ω）を取
り出すことができるのである。そして、下記（12）式か
ら明らかなように、検出器32で検出される前記印加電
圧:Vと同じ角周波数：ωの信号成分:Eωが、印加電圧:V
の振幅：V0の関数として得られることから、かかる検出
器32で検出された電気信号:Eωに基づいて、ポッケルス
素子38の電極41,41間に印加された電圧:Vの振幅：V0を
測定することができるのであり、またその印加電圧:Vの
振幅：V0に基づいて、電界強度を測定することができる
のである。
ところで、検出器32,34で検出された信号成分:Eωおよ
びE2ωは、それぞれ、電気信号として前記光温度・磁界
測定装置と同様の相対比演算器36に供給され、そこで、
下記（14）式で示されるように、Ｅωの２乗とE2ωとの
相対比：ET（PT）が求められる。
びE2ωは、それぞれ、電気信号として前記光温度・磁界
測定装置と同様の相対比演算器36に供給され、そこで、
下記（14）式で示されるように、Ｅωの２乗とE2ωとの
相対比：ET（PT）が求められる。
ここで、前記位相差板40で惹起される光学バイアスとし
ての位相差：Θは、温度に依存するため、室温における
光学バイアス：ΘをΘ０、かかる光学バイアスの温度係
数をΔΘ、温度をＴとすると、下記（15）式の一次関数
で近似することができ、従って、上記相対比演算器36で
求められる相対比：ETは、温度:Tの関数として表される
こととなる。
ての位相差：Θは、温度に依存するため、室温における
光学バイアス：ΘをΘ０、かかる光学バイアスの温度係
数をΔΘ、温度をＴとすると、下記（15）式の一次関数
で近似することができ、従って、上記相対比演算器36で
求められる相対比：ETは、温度:Tの関数として表される
こととなる。
Θ＝Θ０＋ΔΘ・Ｔ ・・・（15） つまり、このことから明らかなように、かかる相対比演
算器36で求められた相対比：ETから、前記光温度・磁界
測定装置と同様に、センサヘッド部14における環境温度
を測定することができるのである。
算器36で求められた相対比：ETから、前記光温度・磁界
測定装置と同様に、センサヘッド部14における環境温度
を測定することができるのである。
このように、かかる本発明に従う光温度・電圧測定装置
においても、前記光温度・磁界測定装置と同様に、セン
サヘッド部14から受光部30に透過光を導く光ファイバー
28を単に１本用いるだけで、温度測定機能と電圧（電
界）測定機能を共に得ることができるのであり、かかる
光ファイバー28を碍子に貫通・保持させて、送電線や配
電線等の温度および電圧（電界）を測定する場合におい
て、碍子の光ファイバー挿通孔の大径化を回避して、碍
子の耐久性の低下を良好に防止することができるのであ
る。
においても、前記光温度・磁界測定装置と同様に、セン
サヘッド部14から受光部30に透過光を導く光ファイバー
28を単に１本用いるだけで、温度測定機能と電圧（電
界）測定機能を共に得ることができるのであり、かかる
光ファイバー28を碍子に貫通・保持させて、送電線や配
電線等の温度および電圧（電界）を測定する場合におい
て、碍子の光ファイバー挿通孔の大径化を回避して、碍
子の耐久性の低下を良好に防止することができるのであ
る。
また、このような光温度・電圧測定装置においても、光
温度センサおよび光電圧センサについて、発光部24、光
ファイバー26,28、受光部30および検出部の一部を共通
化できるのであり、それ故、前記光温度・磁界測定装置
と同様に、装置の大幅な小形・集積化が可能になると共
に、製造コストの大幅な低減化が可能となるのである。
温度センサおよび光電圧センサについて、発光部24、光
ファイバー26,28、受光部30および検出部の一部を共通
化できるのであり、それ故、前記光温度・磁界測定装置
と同様に、装置の大幅な小形・集積化が可能になると共
に、製造コストの大幅な低減化が可能となるのである。
なお、かかる光温度・電圧測定装置においては、ポッケ
ルス素子38と位相子としての位相差板40の配置関係を逆
にすることが可能であり、またポッケルス素子38および
位相差板40に代えて、第４図に示すように、ポッケルス
素子と位相差板としての機能を併せ備えた光学素子47を
採用することも可能である。
ルス素子38と位相子としての位相差板40の配置関係を逆
にすることが可能であり、またポッケルス素子38および
位相差板40に代えて、第４図に示すように、ポッケルス
素子と位相差板としての機能を併せ備えた光学素子47を
採用することも可能である。
また、前記光温度・磁界測定装置と同様に、相対比演算
器36において、下記（16）式に従って、電気信号:Eωの
２乗と電気信号：E2ωとの相対比：ET（PT）を求めるよ
うにすることも可能である。
器36において、下記（16）式に従って、電気信号:Eωの
２乗と電気信号：E2ωとの相対比：ET（PT）を求めるよ
うにすることも可能である。
次に、温度光変化手段として透過光量変化手段が採用さ
れた光温度・磁界測定装置、光温度・電圧測定装置およ
び光温度・磁界・電圧測定装置の各具体例を、それぞ
れ、第５図，第６図および第７図に基づいて説明する。
れた光温度・磁界測定装置、光温度・電圧測定装置およ
び光温度・磁界・電圧測定装置の各具体例を、それぞ
れ、第５図，第６図および第７図に基づいて説明する。
すなわち、第５図には、温度光変化手段として透過光量
変化手段が採用された光温度・磁界測定装置の一例が示
されている。そこにおいて、42は、温度測定部としての
温度センサヘッド部であり、相対向して設けられた一対
のファイバーコリメータ44,46間に、バイメタル48で支
持されて遮光板50が配設された構造を有している。ま
た、同図において、52は、磁界測定部としての磁界セン
サヘッド部であり、ファラデー素子10の前後に偏光子16
と検光子18が、またそれら偏光子16と検光子18の前後
に、ファイバーコリメータ20,22が配置された構造を有
している。そして、ここでは、温度センサヘッド部42の
ファイバーコリメータ46と磁界センサヘッド部52のファ
イバーコリメータ20とが光ファイバー54で接続されて、
全体としてのセンサヘッド部14が構成されている。つま
り、光ファイバー54で接続された温度センサヘッド部42
と磁界センサヘッド部52とからセンサヘッド部14が構成
されているのである。
変化手段が採用された光温度・磁界測定装置の一例が示
されている。そこにおいて、42は、温度測定部としての
温度センサヘッド部であり、相対向して設けられた一対
のファイバーコリメータ44,46間に、バイメタル48で支
持されて遮光板50が配設された構造を有している。ま
た、同図において、52は、磁界測定部としての磁界セン
サヘッド部であり、ファラデー素子10の前後に偏光子16
と検光子18が、またそれら偏光子16と検光子18の前後
に、ファイバーコリメータ20,22が配置された構造を有
している。そして、ここでは、温度センサヘッド部42の
ファイバーコリメータ46と磁界センサヘッド部52のファ
イバーコリメータ20とが光ファイバー54で接続されて、
全体としてのセンサヘッド部14が構成されている。つま
り、光ファイバー54で接続された温度センサヘッド部42
と磁界センサヘッド部52とからセンサヘッド部14が構成
されているのである。
ところで、発光部24は、光ファイバー26を通じて温度セ
ンサヘッド部42のファイバーコリメータ44に接続されて
おり、発光部24から出射された光は、光ファイバー26に
よってファイバーコリメータ44に導かれ、かかるファイ
バーコリメータ44から、遮光板50が配置された空間を介
して、ファイバーコリメータ46に伝送されるようになっ
ている。そして、ファイバーコリメータ46に伝送された
光が、かかるファイバーコリメータ46から光ファイバー
54を通じて磁界センサヘッド部52のファイバーコリメー
タ20に導かれ、かかる磁界センサヘッド部52内に設けら
れた偏光子16,ファラデー素子10および検光子18を順に
透過して、ファイバーコリメータ22から出射されるよう
になっている。
ンサヘッド部42のファイバーコリメータ44に接続されて
おり、発光部24から出射された光は、光ファイバー26に
よってファイバーコリメータ44に導かれ、かかるファイ
バーコリメータ44から、遮光板50が配置された空間を介
して、ファイバーコリメータ46に伝送されるようになっ
ている。そして、ファイバーコリメータ46に伝送された
光が、かかるファイバーコリメータ46から光ファイバー
54を通じて磁界センサヘッド部52のファイバーコリメー
タ20に導かれ、かかる磁界センサヘッド部52内に設けら
れた偏光子16,ファラデー素子10および検光子18を順に
透過して、ファイバーコリメータ22から出射されるよう
になっている。
ここで、前記遮光板50を支持するバイメタル48は、ファ
イバーコリメータ44からファイバーコリメータ46に伝送
される光の光量を環境温度に応じて遮光板50で変化させ
るように設けられており、磁界センサヘッド部52には、
環境温度に応じて光量が変化された光が入射されるよう
になっている。そして、磁界センサヘッド部52において
は、偏光子16と検光子18とが所定の相対角度：θをもっ
て配設されており、これにより、磁界センサヘッド52の
ファイバーコリメータ22からは、環境温度に応じた光強
度：P0の、前記（２），（３）式で表される透過光が出
射せしめられるようになっている。
イバーコリメータ44からファイバーコリメータ46に伝送
される光の光量を環境温度に応じて遮光板50で変化させ
るように設けられており、磁界センサヘッド部52には、
環境温度に応じて光量が変化された光が入射されるよう
になっている。そして、磁界センサヘッド部52において
は、偏光子16と検光子18とが所定の相対角度：θをもっ
て配設されており、これにより、磁界センサヘッド52の
ファイバーコリメータ22からは、環境温度に応じた光強
度：P0の、前記（２），（３）式で表される透過光が出
射せしめられるようになっている。
ここで、例えば、上記偏光子16と検光子18との相対角
度：θを45°に設定すれば、センサヘッド部14から出射
される透過光は、前記（３）式より、その出射光強度:P
が下記（17）式で与えられることとなり、センサヘッド
部14から出射される透過光は、その光強度:Pの直流成分
が環境温度に応じた大きさとなり、またその交流成分が
環境温度と磁界強度に応じた大きさとなる。
度：θを45°に設定すれば、センサヘッド部14から出射
される透過光は、前記（３）式より、その出射光強度:P
が下記（17）式で与えられることとなり、センサヘッド
部14から出射される透過光は、その光強度:Pの直流成分
が環境温度に応じた大きさとなり、またその交流成分が
環境温度と磁界強度に応じた大きさとなる。
従って、第５図に示されているように、かかるセンサヘ
ッド部14から出射された透過光を光ファイバー28にて受
光部30に導き、かかる受光部30で電気信号:Eに変換して
検出部に出力し、かかる検出部に設けた直流成分検出器
56でその直流成分（cP0/2）を取り出せば、その直流成
分からセンサヘッド部14の環境温度を測定することがで
きるのであり、また検出部に設けた交流成分検出器58で
電気信号:Eの交流成分（cP0・vLH0・Sin ωｔ）を検出
すると共に、かかる交流成分検出器58で検出された交流
成分信号と前記直流成分検出器56で検出された直流成分
信号とを除算器60に供給して、それらを除算すれば、そ
の除算値（2vLH0sinωｔ）から、印加磁界:Hの磁界強
度：H0を測定することができるのである。
ッド部14から出射された透過光を光ファイバー28にて受
光部30に導き、かかる受光部30で電気信号:Eに変換して
検出部に出力し、かかる検出部に設けた直流成分検出器
56でその直流成分（cP0/2）を取り出せば、その直流成
分からセンサヘッド部14の環境温度を測定することがで
きるのであり、また検出部に設けた交流成分検出器58で
電気信号:Eの交流成分（cP0・vLH0・Sin ωｔ）を検出
すると共に、かかる交流成分検出器58で検出された交流
成分信号と前記直流成分検出器56で検出された直流成分
信号とを除算器60に供給して、それらを除算すれば、そ
の除算値（2vLH0sinωｔ）から、印加磁界:Hの磁界強
度：H0を測定することができるのである。
なお、上記直流成分検出器56および交流成分検出器58
は、前記周波数成分検出器32,34と同様に、電気的フィ
ルタ，位相検波回路等から構成されることとなる。
は、前記周波数成分検出器32,34と同様に、電気的フィ
ルタ，位相検波回路等から構成されることとなる。
また、上述の説明から明らかなように、ここでは、直流
成分検出器56が温度測定手段としての役割を果たし、ま
た直流成分検出器56,交流成分検出器58,除算器60が電気
量測定手段としての役割を果たすこととなる。
成分検出器56が温度測定手段としての役割を果たし、ま
た直流成分検出器56,交流成分検出器58,除算器60が電気
量測定手段としての役割を果たすこととなる。
以上の説明から明らかなように、温度光変化手段として
透過光量変化手段を採用すると共に、電気量光変化手段
としてファラデー素子を採用した光温度・磁界測定装置
によっても、センサヘッド部から受光部に透過光を導く
光伝送路が一つで済むのであり、光伝送路としての光フ
ァイバー28を碍子に貫通・保持させて、送電線や配電線
等の温度および磁界を測定するような場合において、前
記光温度・磁界測定装置と同様に、碍子の光ファイバー
挿通孔の大径化を回避して、碍子の耐久性を良好に維持
することができるのである。また、前記光温度・磁界測
定装置と同様に、計測装置の集積化・低コスト化を有利
に達成できるのである。
透過光量変化手段を採用すると共に、電気量光変化手段
としてファラデー素子を採用した光温度・磁界測定装置
によっても、センサヘッド部から受光部に透過光を導く
光伝送路が一つで済むのであり、光伝送路としての光フ
ァイバー28を碍子に貫通・保持させて、送電線や配電線
等の温度および磁界を測定するような場合において、前
記光温度・磁界測定装置と同様に、碍子の光ファイバー
挿通孔の大径化を回避して、碍子の耐久性を良好に維持
することができるのである。また、前記光温度・磁界測
定装置と同様に、計測装置の集積化・低コスト化を有利
に達成できるのである。
しかも、かかる構成の光温度・磁界測定装置において
は、温度センサヘッド部42と磁界センサヘッド部52とが
光ファイバー54で接続されているため、温度と磁界とを
互いに離れた箇所で測定できるといった利点もある。
は、温度センサヘッド部42と磁界センサヘッド部52とが
光ファイバー54で接続されているため、温度と磁界とを
互いに離れた箇所で測定できるといった利点もある。
なお、かかる光温度・磁界測定装置においては、除算器
60を用いることなく、交流成分検出器58で取り出した電
気信号:Eの交流成分から印加交流磁界:Hの磁界振幅：H0
を直接測定するようにすることも可能であるが、この場
合には、伝送路の故障、例えば光ファイバー28の曲がり
等によって透過光の光強度：cP0が変化したとき、その
光強度：cP0の変化が測定磁界の誤差となって現れるた
め、上述のように、除算器60を用いて、直流成分と交流
成分との除算結果から印加磁界:H（H0）を求めること
が、磁界強度の測定精度上望ましいのである。
60を用いることなく、交流成分検出器58で取り出した電
気信号:Eの交流成分から印加交流磁界:Hの磁界振幅：H0
を直接測定するようにすることも可能であるが、この場
合には、伝送路の故障、例えば光ファイバー28の曲がり
等によって透過光の光強度：cP0が変化したとき、その
光強度：cP0の変化が測定磁界の誤差となって現れるた
め、上述のように、除算器60を用いて、直流成分と交流
成分との除算結果から印加磁界:H（H0）を求めること
が、磁界強度の測定精度上望ましいのである。
また、温度センサヘッド部42と磁界センサヘッド部52と
は、その配置関係を逆にすることも可能であり、それら
両センサヘッド部42,52を一体的に構成することも可能
である。
は、その配置関係を逆にすることも可能であり、それら
両センサヘッド部42,52を一体的に構成することも可能
である。
更に、透過光量変化手段としては、前記温度センサヘッ
ド部42の如き、光路遮断式のもの以外に、環境温度によ
って光の透過率が変化する温度感知素子、例えはGaAs,G
aP,CdTe等を光路上に介在させて透過光量を変化させる
光強度変調式のものや、複屈折物質の温度変化を利用し
た形式のもの、或いは旋光物質の温度変化を利用した形
式のもの等を採用することも可能である。なお、透過光
量変化手段として上記光強度変調式の温度感知素子を採
用する場合には、温度感知素子およびファラデー素子と
して、同一の素子を採用することも可能である。
ド部42の如き、光路遮断式のもの以外に、環境温度によ
って光の透過率が変化する温度感知素子、例えはGaAs,G
aP,CdTe等を光路上に介在させて透過光量を変化させる
光強度変調式のものや、複屈折物質の温度変化を利用し
た形式のもの、或いは旋光物質の温度変化を利用した形
式のもの等を採用することも可能である。なお、透過光
量変化手段として上記光強度変調式の温度感知素子を採
用する場合には、温度感知素子およびファラデー素子と
して、同一の素子を採用することも可能である。
一方、第６図には、温度光変化手段として透過光量変化
手段を採用した光温度・電気量測定装置の一例として、
電気量光変化手段としてポッケルス素子38を用いた光温
度・電圧測定装置が示されている。すなわち、そこにお
いては、ポッケルス素子38と位相差板40とが前後に直列
に設けられており、それらポッケルス素子38と位相差板
40の前後に偏光子16と検光子18とが設けられている。そ
して、偏光子16の前方にファイバーコリメータ20が配設
される一方、検光子18の後方に、環境温度によって光の
透過率が変化する光強度変調式の温度感知素子62を介し
て、ファイバーコリメータ22が配設され、更に、被測定
対象電気量としての電圧:Vを印加するための電極41,41
がポッケルス素子38の対向面に配設されて、センサヘッ
ド部14が構成されている。
手段を採用した光温度・電気量測定装置の一例として、
電気量光変化手段としてポッケルス素子38を用いた光温
度・電圧測定装置が示されている。すなわち、そこにお
いては、ポッケルス素子38と位相差板40とが前後に直列
に設けられており、それらポッケルス素子38と位相差板
40の前後に偏光子16と検光子18とが設けられている。そ
して、偏光子16の前方にファイバーコリメータ20が配設
される一方、検光子18の後方に、環境温度によって光の
透過率が変化する光強度変調式の温度感知素子62を介し
て、ファイバーコリメータ22が配設され、更に、被測定
対象電気量としての電圧:Vを印加するための電極41,41
がポッケルス素子38の対向面に配設されて、センサヘッ
ド部14が構成されている。
偏光子16の前方に配置されたファイバーコリメータ20に
は、光ファイバー26を介して発光部24が接続されてお
り、発光部24から出射された光がファイバーコリメータ
20を通じてセンサヘッド部14に入射されるようになって
いる。一方、検光子18の後方に配置されたファイバーコ
リメータ22には、光ファイバー28を介して受光部30が接
続されている。そして、センサヘッド部14から出射され
た透過光の強度:Pが、かかる受光部30で電気信号:Eに変
換されるようになっている。
は、光ファイバー26を介して発光部24が接続されてお
り、発光部24から出射された光がファイバーコリメータ
20を通じてセンサヘッド部14に入射されるようになって
いる。一方、検光子18の後方に配置されたファイバーコ
リメータ22には、光ファイバー28を介して受光部30が接
続されている。そして、センサヘッド部14から出射され
た透過光の強度:Pが、かかる受光部30で電気信号:Eに変
換されるようになっている。
ここで、位相差板40の光学バイアスである位相角：Θを
90°とすると、検光子18から出射される透過光の出射光
強度:P′は、前記（11）式から下記（18）式のように導
かれ、その交流成分が電圧：V0sinωｔに比例した関数
となる。
90°とすると、検光子18から出射される透過光の出射光
強度:P′は、前記（11）式から下記（18）式のように導
かれ、その交流成分が電圧：V0sinωｔに比例した関数
となる。
一方、温度感知素子62を通過してファイバーコリメータ
22から出射され、受光部30で受光されるセンサヘッド部
14の透過光の出射光強度:Pは、温度感知素子62の透過率
をｋとすると、下記（19）式のようになる。
22から出射され、受光部30で受光されるセンサヘッド部
14の透過光の出射光強度:Pは、温度感知素子62の透過率
をｋとすると、下記（19）式のようになる。
ここで、温度感知素子62の透過率:kは、それが環境温度
に依存するものであるところから、温度:Tの関数として
表され、受光部30から出力される電気信号:Eは、その直
流成分が温度:Tのみを変数とする関数として与えられる
こととなる。
に依存するものであるところから、温度:Tの関数として
表され、受光部30から出力される電気信号:Eは、その直
流成分が温度:Tのみを変数とする関数として与えられる
こととなる。
従って、第６図に示すように、前記第５図の光温度・磁
界測定装置と同様の構成の検出部を採用すれば、直流成
分検出器56で取り出された電気信号:Eの直流成分からセ
ンサヘッド部14の環境温度を測定することができると共
に、除算器60の除算結果から、ポッケルス素子38に印加
される電圧:Vを測定することができるのであり、これま
での光温度・電気量測定装置と同様に、計測装置を有利
に小形・集積化且つ低コスト化できると共に、光ファイ
バー28を碍子に貫通、保持させる場合において、碍子の
耐久性の低下を良好に防止することができるのである。
界測定装置と同様の構成の検出部を採用すれば、直流成
分検出器56で取り出された電気信号:Eの直流成分からセ
ンサヘッド部14の環境温度を測定することができると共
に、除算器60の除算結果から、ポッケルス素子38に印加
される電圧:Vを測定することができるのであり、これま
での光温度・電気量測定装置と同様に、計測装置を有利
に小形・集積化且つ低コスト化できると共に、光ファイ
バー28を碍子に貫通、保持させる場合において、碍子の
耐久性の低下を良好に防止することができるのである。
なお、前述の説明から明らかなように、かかる光温度・
電圧測定装置においても、前記光温度・磁界測定装置と
同様に、直流成分検出器56が温度測定手段としての役割
を果たすと共に、直流成分検出器56,交流成分検出器58
および除算器60が電気量測定手段としての役割を果たす
こととなる。
電圧測定装置においても、前記光温度・磁界測定装置と
同様に、直流成分検出器56が温度測定手段としての役割
を果たすと共に、直流成分検出器56,交流成分検出器58
および除算器60が電気量測定手段としての役割を果たす
こととなる。
また、このような構成の光温度・電圧測定装置において
も、前記第５図の光温度・磁界測定装置と同様に、交流
成分検出器58の出力から電圧:Vを直接測定するようにす
ることが可能である。
も、前記第５図の光温度・磁界測定装置と同様に、交流
成分検出器58の出力から電圧:Vを直接測定するようにす
ることが可能である。
また、第７図には、温度光変化手段として透過光量変化
手段が採用される一方、電気量光変化手段として、ファ
ラデー効果およびポッケルス効果を共に有するBi12SiO
20等の光学素子が採用された光温度・磁界・電圧測定装
置の具体例が示されている。
手段が採用される一方、電気量光変化手段として、ファ
ラデー効果およびポッケルス効果を共に有するBi12SiO
20等の光学素子が採用された光温度・磁界・電圧測定装
置の具体例が示されている。
すなわち、そこに示されているように、かかる光温度・
磁界・電圧測定装置においては、位相差板40と、ファラ
デー効果およびポッケルス効果を併せ有するBi12SiO20
等の光学素子64とが前後に直列に配置され、それら位相
差板40と光学素子64の前後に偏光子16と検光子18が配置
されている。そして、それら偏光子16と検光子18の前後
にファイバーコリメータ20,22が配設されて、磁界・電
圧センサヘッド部66が構成されている。また、透過光量
変化手段として、前記第５図の光温度・磁界測定装置と
同様の温度センサヘッド部42が採用されており、かかる
温度センサヘッド部42の出射側のファイバーコリメータ
46と磁界・電圧センサヘッド部66の入射側のファイバー
コリメータ20とが光ファイバー54で接続されて、全体と
してのセンサヘッド部14が構成されている。なお、光透
過方向で対向する光学素子64の対向面には、かかる光学
素子64に電圧:Vを印加するための透明電極41,41が設け
られている。
磁界・電圧測定装置においては、位相差板40と、ファラ
デー効果およびポッケルス効果を併せ有するBi12SiO20
等の光学素子64とが前後に直列に配置され、それら位相
差板40と光学素子64の前後に偏光子16と検光子18が配置
されている。そして、それら偏光子16と検光子18の前後
にファイバーコリメータ20,22が配設されて、磁界・電
圧センサヘッド部66が構成されている。また、透過光量
変化手段として、前記第５図の光温度・磁界測定装置と
同様の温度センサヘッド部42が採用されており、かかる
温度センサヘッド部42の出射側のファイバーコリメータ
46と磁界・電圧センサヘッド部66の入射側のファイバー
コリメータ20とが光ファイバー54で接続されて、全体と
してのセンサヘッド部14が構成されている。なお、光透
過方向で対向する光学素子64の対向面には、かかる光学
素子64に電圧:Vを印加するための透明電極41,41が設け
られている。
ところで、発光部24から出射された光は、前記第５図の
光温度・磁界測定装置と同様に、光ファイバー26を通じ
て温度センサヘッド部42に導かれ、かかる温度センサヘ
ッド部42を介して磁界・電圧センサヘッド部66のファイ
バーコリメータ20に入射されるようになっており、ファ
イバーコリメータ20から偏光子16,位相差板40,光学素子
64および検光子18を順に透過されて、ファイバーコリメ
ータ22から出射されるようになっている。そして、その
ファイバーコリメータ22から出射された透過光が、光フ
ァイバー28によって受光部30に導かれ、そこで電気信
号:Eに変換されるようになっている。
光温度・磁界測定装置と同様に、光ファイバー26を通じ
て温度センサヘッド部42に導かれ、かかる温度センサヘ
ッド部42を介して磁界・電圧センサヘッド部66のファイ
バーコリメータ20に入射されるようになっており、ファ
イバーコリメータ20から偏光子16,位相差板40,光学素子
64および検光子18を順に透過されて、ファイバーコリメ
ータ22から出射されるようになっている。そして、その
ファイバーコリメータ22から出射された透過光が、光フ
ァイバー28によって受光部30に導かれ、そこで電気信
号:Eに変換されるようになっている。
そして、ここでは、かかる電気信号:Eが、それぞれ、直
流成分検出器56、同一角周波数成分検出器32および２倍
角周波数成分検出器34に供給され、直流成分検出器56で
電気信号:Eの直流成分：EDCが、また同一角周波数成分
検出器32で印加磁界:Hおよび印加電圧:Vと同じ角周波
数：ωの交流成分:Eωが、更に２倍角周波数成分検出器
34で印加磁界:Hおよび印加電圧:Vの２倍の角周波数:2ω
の交流成分：E2ωが、それぞれ検出されるようになって
おり、且つ直流成分検出器56で検出された直流成分：E
DCの信号および同一角周波数成分検出器32で検出された
交流成分:Eωの信号が第一の除算器68に供給されて、そ
の第一の除算器68で交流成分:Eωが直流成分：EDCで除
算されるようになっていると共に、直流成分検出器56で
検出された直流成分：EDCの信号および２倍角周波数成
分検出器34で検出された交流成分：E2ωの信号が第二の
除算器70に供給されて、その第二の除算器70で交流成
分：E2ωが直流成分：EDCで除算されるようになってい
る。
流成分検出器56、同一角周波数成分検出器32および２倍
角周波数成分検出器34に供給され、直流成分検出器56で
電気信号:Eの直流成分：EDCが、また同一角周波数成分
検出器32で印加磁界:Hおよび印加電圧:Vと同じ角周波
数：ωの交流成分:Eωが、更に２倍角周波数成分検出器
34で印加磁界:Hおよび印加電圧:Vの２倍の角周波数:2ω
の交流成分：E2ωが、それぞれ検出されるようになって
おり、且つ直流成分検出器56で検出された直流成分：E
DCの信号および同一角周波数成分検出器32で検出された
交流成分:Eωの信号が第一の除算器68に供給されて、そ
の第一の除算器68で交流成分:Eωが直流成分：EDCで除
算されるようになっていると共に、直流成分検出器56で
検出された直流成分：EDCの信号および２倍角周波数成
分検出器34で検出された交流成分：E2ωの信号が第二の
除算器70に供給されて、その第二の除算器70で交流成
分：E2ωが直流成分：EDCで除算されるようになってい
る。
このような装置においては、ファイバーコリメータ20か
ら入射される光の強度をP0とし、光学バイアス：θを45
°として、光学素子64をファラデー素子として見ると、
ファイバーコリメータ22から出射される透過光の強度:P
は、前記（17）式で表され、印加磁界:Hと同じ角周波
数：ωの成分だけで表され得ることとなり、また光学バ
イアス：θを０°とすると、透過光の強度:Pは、前記
（３）式より、下記（20）式のように表され、印加磁
界:Hの２倍の角周波数:2ωの成分だけで表され得ること
となる。
ら入射される光の強度をP0とし、光学バイアス：θを45
°として、光学素子64をファラデー素子として見ると、
ファイバーコリメータ22から出射される透過光の強度:P
は、前記（17）式で表され、印加磁界:Hと同じ角周波
数：ωの成分だけで表され得ることとなり、また光学バ
イアス：θを０°とすると、透過光の強度:Pは、前記
（３）式より、下記（20）式のように表され、印加磁
界:Hの２倍の角周波数:2ωの成分だけで表され得ること
となる。
一方、光学素子64をポッケルス素子として見た場合に
は、光学バイアス：Θを０°とした場合、透過光強度:P
は、前記（11）式より、下記（21）式のように表され、
印加電圧:Vの２倍の角周波数:2ωの成分：P2ωだけで表
され得ることとなり、また光学バイアス：Θを90°とす
ると、下記（22）式のように表され、印加電圧:Vと同じ
角周波数：ωの成分:Pωだけで表され得ることとなる。
は、光学バイアス：Θを０°とした場合、透過光強度:P
は、前記（11）式より、下記（21）式のように表され、
印加電圧:Vの２倍の角周波数:2ωの成分：P2ωだけで表
され得ることとなり、また光学バイアス：Θを90°とす
ると、下記（22）式のように表され、印加電圧:Vと同じ
角周波数：ωの成分:Pωだけで表され得ることとなる。
従って、偏光子16と検光子18との偏光方向の相対角度：
θ０と光学素子64の旋光素子としての旋光角：ψとによ
る光学バイアス：θと、位相差板40による光学バイア
ス：Θとを適当に組み合わせれば、例えば角周波数：ω
の成分:Pωが印加磁界:Hに依存し、２倍の角周波数:2ω
の成分：P2ωが印加電圧:Vに依存する透過光をセンサヘ
ッド部14から出射せしめることができ、受光部30から出
力される電気信号:Eとしても、印加磁界:Hおよび印加電
圧:Vと同じ角周波数：ωの成分:Eωが印加磁界:H（H0）
に依存した成分として、また印加電圧:Vの２倍の角周波
数:2ωの成分：E2ωが印加電圧:Vに依存した成分として
出力されることとなる。
θ０と光学素子64の旋光素子としての旋光角：ψとによ
る光学バイアス：θと、位相差板40による光学バイア
ス：Θとを適当に組み合わせれば、例えば角周波数：ω
の成分:Pωが印加磁界:Hに依存し、２倍の角周波数:2ω
の成分：P2ωが印加電圧:Vに依存する透過光をセンサヘ
ッド部14から出射せしめることができ、受光部30から出
力される電気信号:Eとしても、印加磁界:Hおよび印加電
圧:Vと同じ角周波数：ωの成分:Eωが印加磁界:H（H0）
に依存した成分として、また印加電圧:Vの２倍の角周波
数:2ωの成分：E2ωが印加電圧:Vに依存した成分として
出力されることとなる。
従って、前述のように、同一角周波数成分検出器32を設
けて、電気信号:Eから、印加磁界:Hと同じ角周波数：ω
の成分:Eωを取り出すようにすれば、その検出器32の出
力として印加磁界:H（H0）に依存した情報（Ｅω）を取
り出すことができるのであり、また２倍角周波数成分検
出器34を設けて、印加電圧:Vの２倍の角周波数:2ωの成
分：E2ωを取り出すようにすれば、その検出器34の出力
として印加電圧:V（V0）に依存した情報（E2ω）を取り
出すことができるのである。
けて、電気信号:Eから、印加磁界:Hと同じ角周波数：ω
の成分:Eωを取り出すようにすれば、その検出器32の出
力として印加磁界:H（H0）に依存した情報（Ｅω）を取
り出すことができるのであり、また２倍角周波数成分検
出器34を設けて、印加電圧:Vの２倍の角周波数:2ωの成
分：E2ωを取り出すようにすれば、その検出器34の出力
として印加電圧:V（V0）に依存した情報（E2ω）を取り
出すことができるのである。
そして、ここでは、前記第５図および第６図の光温度・
電気量測定装置と同様に、それら検出器32,34で検出さ
れる角周波数：ωの成分:Eωおよび２倍の角周波数:2ω
の成分：E2ωが、それぞれ、直流成分：EDCに比例する
ものであるところから、前述のように、同一角周波数成
分検出器32で検出した角周波数：ωの交流成分:Eωの信
号と直流成分検出器:56で検出した直流成分：EDCの信号
とを第一の除算器68に供給して、交流成分:Eωを直流成
分EDCで除算させるようにすることにより、かかる第一
の除算器68の除算結果として、直流成分に依存しない磁
界情報を得ることができるのであり、また２倍角周波数
成分検出器34で検出した角周波数:2ωの交流成分：E2ω
の信号と直流成分検出器:56で検出した直流成分：EDCの
信号とを第二の除算器70に供給して、交流成分：E2ωを
直流成分：EDCで除算させるようにすることにより、か
かる第二の除算器70の除算結果として、直流成分に依存
しない電圧情報を得ることができるのであり、それら磁
界情報出力および電圧情報出力からそれぞれ印加磁界:H
（H0）および印加電圧:V（V0）を測定することができる
のである。
電気量測定装置と同様に、それら検出器32,34で検出さ
れる角周波数：ωの成分:Eωおよび２倍の角周波数:2ω
の成分：E2ωが、それぞれ、直流成分：EDCに比例する
ものであるところから、前述のように、同一角周波数成
分検出器32で検出した角周波数：ωの交流成分:Eωの信
号と直流成分検出器:56で検出した直流成分：EDCの信号
とを第一の除算器68に供給して、交流成分:Eωを直流成
分EDCで除算させるようにすることにより、かかる第一
の除算器68の除算結果として、直流成分に依存しない磁
界情報を得ることができるのであり、また２倍角周波数
成分検出器34で検出した角周波数:2ωの交流成分：E2ω
の信号と直流成分検出器:56で検出した直流成分：EDCの
信号とを第二の除算器70に供給して、交流成分：E2ωを
直流成分：EDCで除算させるようにすることにより、か
かる第二の除算器70の除算結果として、直流成分に依存
しない電圧情報を得ることができるのであり、それら磁
界情報出力および電圧情報出力からそれぞれ印加磁界:H
（H0）および印加電圧:V（V0）を測定することができる
のである。
また、受光部30から出力される電気信号:Eの直流成分：
EDCは、前記第５図および第６図の光温度・電気量測定
装置と同様に、温度センサヘッド部42における環境温
度:Tに依存したものとなるため、その直流成分から、温
度センサヘッド部42における環境温度:Tを測定すること
ができるのである。
EDCは、前記第５図および第６図の光温度・電気量測定
装置と同様に、温度センサヘッド部42における環境温
度:Tに依存したものとなるため、その直流成分から、温
度センサヘッド部42における環境温度:Tを測定すること
ができるのである。
このように、かかる本発明に従う光温度・磁界・電圧測
定装置においては、センサヘッド部14から受光部30に透
過光を導く光ファイバー28を単に１本用いるだけで、温
度と、磁界および電圧の二つの電気量とを同時に測定す
ることができるのであり、本発明に従う前述の光温度・
電気量測定装置よりも、計測装置を一層小形化且つ集積
化できると共に、センサ機能に対する製造コストを低減
化し得るのである。また、光ファイバー28を碍子に貫
通、保持させて用いるような場合において、ファイバー
挿通孔の大径化による碍子の耐久性の低下を更に有利に
回避できるのである。
定装置においては、センサヘッド部14から受光部30に透
過光を導く光ファイバー28を単に１本用いるだけで、温
度と、磁界および電圧の二つの電気量とを同時に測定す
ることができるのであり、本発明に従う前述の光温度・
電気量測定装置よりも、計測装置を一層小形化且つ集積
化できると共に、センサ機能に対する製造コストを低減
化し得るのである。また、光ファイバー28を碍子に貫
通、保持させて用いるような場合において、ファイバー
挿通孔の大径化による碍子の耐久性の低下を更に有利に
回避できるのである。
なお、このように、印加磁界:Hと印加電圧:Vとを同時に
測定し得るようにした場合には、電力を同時に測定する
こともできる。
測定し得るようにした場合には、電力を同時に測定する
こともできる。
また、光学素子64に代えて、ポッケルス素子とファラデ
ー素子とを直列に設けた光学素子手段を採用しても、上
述と同様の機能を得ることができる。
ー素子とを直列に設けた光学素子手段を採用しても、上
述と同様の機能を得ることができる。
更に、ここでは、光学素子64に電圧:Vを印加するための
電極41,41として透明電極が採用され、かかる透明電極
が透過光の光路面に設けられているが、このような電極
41,41は、光学素子64の特性に応じて、透過光の透過方
向と直交する方向で相対向する面に形成するようにする
ことも可能である。
電極41,41として透明電極が採用され、かかる透明電極
が透過光の光路面に設けられているが、このような電極
41,41は、光学素子64の特性に応じて、透過光の透過方
向と直交する方向で相対向する面に形成するようにする
ことも可能である。
（実施例） 以下、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に具
体的に明らかにすることとするが、本発明が、それら実
施例の記載によって何等制約を受けるものではないこと
は勿論であり、本発明が、その趣旨を逸脱しない範囲内
において、種々なる変更，修正，改良等を施した態様で
実施され得るものであることが、理解されるべきであ
る。
体的に明らかにすることとするが、本発明が、それら実
施例の記載によって何等制約を受けるものではないこと
は勿論であり、本発明が、その趣旨を逸脱しない範囲内
において、種々なる変更，修正，改良等を施した態様で
実施され得るものであることが、理解されるべきであ
る。
実施例１ ファラデー効果および旋光性（自然旋光能）を共に有す
るBi12SiO20を素子材料として、５×５×10.7mmの光学
素子37を作製し、光透過方向の素子長:L（（１）式にお
けるＬ）が10.7mmとなる状態で、波長：λが870nmの光
を透過させ、その室温での旋光角：ψを測定したとこ
ろ、112.5°であり、またその旋光角：ψの温度特性
は、−0.3×10-2（deg/℃・mm）であった。
るBi12SiO20を素子材料として、５×５×10.7mmの光学
素子37を作製し、光透過方向の素子長:L（（１）式にお
けるＬ）が10.7mmとなる状態で、波長：λが870nmの光
を透過させ、その室温での旋光角：ψを測定したとこ
ろ、112.5°であり、またその旋光角：ψの温度特性
は、−0.3×10-2（deg/℃・mm）であった。
このような光学素子を用いて、偏光子16と検光子18の相
対角度：θ０が０°となる状態で、第２図に示す如き光
温度・磁界測定装置を構成した。そして、かかる光温度
・磁界測定装置について、前記（６）式に基づいて、相
対比演算器36での演算結果：ET（PT）を推定したとこ
ろ、下記（23）式のように近似でき、相対比演算器36の
出力：ETが環境温度:Tに比例した出力になることが認め
られた。
対角度：θ０が０°となる状態で、第２図に示す如き光
温度・磁界測定装置を構成した。そして、かかる光温度
・磁界測定装置について、前記（６）式に基づいて、相
対比演算器36での演算結果：ET（PT）を推定したとこ
ろ、下記（23）式のように近似でき、相対比演算器36の
出力：ETが環境温度:Tに比例した出力になることが認め
られた。
ただし、（６）式からかかる（23）式を導くに際して、
cos（δψＴ）≒1,sin（δψＴ）≒δψＴとそれぞれ近
似した。
cos（δψＴ）≒1,sin（δψＴ）≒δψＴとそれぞれ近
似した。
一方、このような光温度・磁界測定装置のセンサヘッド
部14を恒温槽に入れ、かかるセンサヘッド部14に100Oe
の磁界:H（第２図参照）を印加し、かかる磁界:Hの印加
状態において、同一角周波数成分検出器32の出力:Eωが
25℃において1.00Vとなるように設定して、そのような
設定状態下で、−25℃から75℃までの温度範囲でＥωを
測定したところ、75℃においてはＥω＝0.95Vとなり、
また−25℃においてはＥω1.05Vとなり、約５％の変動
が見られた。また、磁界測定精度は25℃で測定したとこ
ろ、１〜200Oeの範囲で±0.5％であることが認められ
た。
部14を恒温槽に入れ、かかるセンサヘッド部14に100Oe
の磁界:H（第２図参照）を印加し、かかる磁界:Hの印加
状態において、同一角周波数成分検出器32の出力:Eωが
25℃において1.00Vとなるように設定して、そのような
設定状態下で、−25℃から75℃までの温度範囲でＥωを
測定したところ、75℃においてはＥω＝0.95Vとなり、
また−25℃においてはＥω1.05Vとなり、約５％の変動
が見られた。また、磁界測定精度は25℃で測定したとこ
ろ、１〜200Oeの範囲で±0.5％であることが認められ
た。
一方、25℃における相対比演算器36の出力：ETを1.00V
に設定し、そのETを測定したところ、75℃において1.18
V、−25℃において0.85Vであり、50℃の温度差で出力：
ETが約18％変動することが認められた。検出器32の検出
誤差は約0.005Vであり、温度の測定誤差は約1.4℃であ
った。
に設定し、そのETを測定したところ、75℃において1.18
V、−25℃において0.85Vであり、50℃の温度差で出力：
ETが約18％変動することが認められた。検出器32の検出
誤差は約0.005Vであり、温度の測定誤差は約1.4℃であ
った。
以上の結果から、かかる光温度・磁界測定装置において
は、−25℃〜75℃において、磁界を±5.5％の測定誤差
をもって、また温度を±1.4℃の測定誤差をもって測定
できることが認められた。
は、−25℃〜75℃において、磁界を±5.5％の測定誤差
をもって、また温度を±1.4℃の測定誤差をもって測定
できることが認められた。
なお、測定した温度結果によって磁界情報出力を補正す
るようにすれば、温度に依存する測定誤差を小さく抑制
して、磁界:Hの測定精度を更に高めることが可能であ
る。
るようにすれば、温度に依存する測定誤差を小さく抑制
して、磁界:Hの測定精度を更に高めることが可能であ
る。
実施例２ LiNbO3を素子材料としてポッケルス素子38を作製すると
共に、GaAsを素子材料として、光強度変調式の温度感知
素子62を作製し、それらポッケルス素子38および温度感
知素子62を用いて、第６図に示す如き光温度・電圧測定
装置を製作した。
共に、GaAsを素子材料として、光強度変調式の温度感知
素子62を作製し、それらポッケルス素子38および温度感
知素子62を用いて、第６図に示す如き光温度・電圧測定
装置を製作した。
なお、ポッケルス素子38は、Ｚ軸方向が光の透過方向と
一致するように設け、電極41,41は、第６図に示されて
いるように、光の透過方向と直交する方向の対向面（Ｘ
面）に形成した。また、発光部24の光源としては、出射
光の中心波長：λが0.85μｍの発光ダイオードを用い、
受光部30の受光素子としてフォトダイオードを採用し
た。
一致するように設け、電極41,41は、第６図に示されて
いるように、光の透過方向と直交する方向の対向面（Ｘ
面）に形成した。また、発光部24の光源としては、出射
光の中心波長：λが0.85μｍの発光ダイオードを用い、
受光部30の受光素子としてフォトダイオードを採用し
た。
このような光温度・電圧測定装置において、センサヘッ
ド部14における環境温度を変化させて、直流成分検出器
56の出力（直流成分）からその環境温度を測定したとこ
ろ、±５℃の測定精度での温度測定が可能であった。ま
た、ポッケルス素子38の電極41,41間に印加する電圧を
変化させて、除算器60の出力からその電圧を測定したと
ころ、±0.01Vの精度で印加電圧:Vを測定できることが
認められた。
ド部14における環境温度を変化させて、直流成分検出器
56の出力（直流成分）からその環境温度を測定したとこ
ろ、±５℃の測定精度での温度測定が可能であった。ま
た、ポッケルス素子38の電極41,41間に印加する電圧を
変化させて、除算器60の出力からその電圧を測定したと
ころ、±0.01Vの精度で印加電圧:Vを測定できることが
認められた。
実施例３ ポッケルス効果およびファラデー効果を共に有するBi12
SiO20を素子材料として光学素子64を作製し、かかる光
学素子64を用いて、温度、電圧および磁界の測定を目的
とした、第７図に示す如き構造の光温度・磁界・電圧測
定装置を製作した。なお、光学素子64は、光の透過方向
が〔100〕軸方向となし、その光の透過方向における素
子長:Lを4mmに設定した。そして、第７図に示されてい
るように、その光路面に電極41,41を形成して、電圧を
印加できるようにした。また、発光部24の光源として
は、出射光の中心波長：λが0.85μｍの発光ダイオード
を用い、受光部30の受光素子としてフォトダイオードを
採用した。
SiO20を素子材料として光学素子64を作製し、かかる光
学素子64を用いて、温度、電圧および磁界の測定を目的
とした、第７図に示す如き構造の光温度・磁界・電圧測
定装置を製作した。なお、光学素子64は、光の透過方向
が〔100〕軸方向となし、その光の透過方向における素
子長:Lを4mmに設定した。そして、第７図に示されてい
るように、その光路面に電極41,41を形成して、電圧を
印加できるようにした。また、発光部24の光源として
は、出射光の中心波長：λが0.85μｍの発光ダイオード
を用い、受光部30の受光素子としてフォトダイオードを
採用した。
かかる光温度・磁界・電圧測定装置を用いて、それぞ
れ、温度、磁界、電圧を測定したところ、温度について
は測定精度±２℃での測定が、また磁界および電圧につ
いては、それぞれ±0.1Oeおよび±0.1Vの測定精度での
測定が可能であることが認められた。
れ、温度、磁界、電圧を測定したところ、温度について
は測定精度±２℃での測定が、また磁界および電圧につ
いては、それぞれ±0.1Oeおよび±0.1Vの測定精度での
測定が可能であることが認められた。
実施例４ 固相反応手法で作製したTb置換型のYIG単結晶を作製
し、ベルデ定数の温度特性を測定したところ、−20〜80
℃において、その変動幅は±１％であった。また、その
透過光量の温度係数は−0.1％／℃であった。
し、ベルデ定数の温度特性を測定したところ、−20〜80
℃において、その変動幅は±１％であった。また、その
透過光量の温度係数は−0.1％／℃であった。
この素子を光学素子37として用いて、第２図に示すよう
なセンサヘッド部14を構成し、かかるセンサヘッド部14
を用いて、第５図に示すような検出部を有する光温度・
磁界測定装置を製作した。そして、直流成分検出器56の
出力から温度を測定する一方、除算器60の出力から磁界
を測定したところ、±５℃の精度で温度が測定できると
共に、±0.05Oeの精度で磁界が測定できることが認めら
れた。
なセンサヘッド部14を構成し、かかるセンサヘッド部14
を用いて、第５図に示すような検出部を有する光温度・
磁界測定装置を製作した。そして、直流成分検出器56の
出力から温度を測定する一方、除算器60の出力から磁界
を測定したところ、±５℃の精度で温度が測定できると
共に、±0.05Oeの精度で磁界が測定できることが認めら
れた。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従う光温度・
電気量測定装置によれば、センサヘッド部から受光部へ
透過光を導く光伝送路を共通に用いて、温度と少なくと
も一つの電気量とを同時に測定できると共に、それら温
度や電気量の測定に用いられる発光部や受光部等のセン
サ構成要素の大部分を互いに共通化できるのであり、そ
れ故、互いに独立した光センサを単に一つのセンサ機器
に一体的に組み付けるだけの場合に比べて、機器類を大
幅に小形、集積化できると共に、１センサ機能当たりの
製造コストを大幅に低減することができるのであり、ま
たセンサヘッド部から受光部へ透過光を導く光伝送路に
光ファイバーを用いて、かかる光ファイバーを碍子に貫
通、保持させるような場合において、その光ファイバー
挿通孔の大径化による碍子の耐久性の低下を良好に防止
することができるのである。
電気量測定装置によれば、センサヘッド部から受光部へ
透過光を導く光伝送路を共通に用いて、温度と少なくと
も一つの電気量とを同時に測定できると共に、それら温
度や電気量の測定に用いられる発光部や受光部等のセン
サ構成要素の大部分を互いに共通化できるのであり、そ
れ故、互いに独立した光センサを単に一つのセンサ機器
に一体的に組み付けるだけの場合に比べて、機器類を大
幅に小形、集積化できると共に、１センサ機能当たりの
製造コストを大幅に低減することができるのであり、ま
たセンサヘッド部から受光部へ透過光を導く光伝送路に
光ファイバーを用いて、かかる光ファイバーを碍子に貫
通、保持させるような場合において、その光ファイバー
挿通孔の大径化による碍子の耐久性の低下を良好に防止
することができるのである。
第１図乃至第７図は、それぞれ、本発明に従う光温度・
電気量測定装置の具体的な構成例を説明するための系統
図である。 10:ファラデー素子（光学素子） 12:旋光子、14:センサヘッド部 16:偏光子、18:検光子 24:発光部、28:光ファイバー 30:受光部、32:同一角周波数成分検出器 34:2倍角周波数成分検出器 36:相対比演算器、37:光学素子 38:ポッケルス素子（光学素子） 40:位相差板（位相子） 42:温度センサヘッド部 47:光学素子、48:バイメタル 50:遮光板、52:磁界センサヘッド部 56:直流成分検出器、58:交流成分検出器 60,68,70:除算器 62:温度感知素子、64:光学素子 66:磁界・電圧センサヘッド部
電気量測定装置の具体的な構成例を説明するための系統
図である。 10:ファラデー素子（光学素子） 12:旋光子、14:センサヘッド部 16:偏光子、18:検光子 24:発光部、28:光ファイバー 30:受光部、32:同一角周波数成分検出器 34:2倍角周波数成分検出器 36:相対比演算器、37:光学素子 38:ポッケルス素子（光学素子） 40:位相差板（位相子） 42:温度センサヘッド部 47:光学素子、48:バイメタル 50:遮光板、52:磁界センサヘッド部 56:直流成分検出器、58:交流成分検出器 60,68,70:除算器 62:温度感知素子、64:光学素子 66:磁界・電圧センサヘッド部
Claims (6)
- 【請求項１】発光部と、該発光部から出射された光を被
測定対象量に応じて変化させて透過させるセンサヘッド
部と、該センサヘッド部を透過した透過光を受光して、
該透過光に対応した信号を出力する受光部と、該受光部
から出力される信号から、前記被対象測定量に応じて変
化する信号成分を取り出して、前記被測定対象量を測定
する検出部とを備えた光測定装置であって、 前記センサヘッド部に、透過光の所定の第一の要素を環
境温度に応じて変化させる温度光変化手段と、透過光の
所定の第二の要素を被測定対象電気量に応じて変化させ
る電気量光変化手段とを互いに直列に若しくは一体に設
けると共に、前記検出部に、前記受光部から出力される
信号から、前記透過光の第一の要素に対応した信号成分
を取り出して、その信号成分から前記環境温度を測定す
る温度測定手段と、前記透過光の第二の要素に対応した
信号成分を取り出して、その信号成分から前記被測定対
象電気量を測定する電気量測定手段とを設けてなること
を特徴とする光温度・電気量測定装置。 - 【請求項２】前記温度光変化手段として、環境温度によ
って前記センサヘッド部を透過する透過光量を変化させ
る透過光量変化手段を採用する一方、前記電気量光変化
手段として、ポッケルス効果およびファラデー効果の少
なくとも一方を有する光学素子を採用してなることを特
徴とする請求項（１）記載の光温度・電気量測定装置。 - 【請求項３】ファラデー効果を有する光学素子と、温度
依存性を有する旋光子とを直列に配列すると共に、該直
列に配列された光学素子と旋光子の前後に偏光子と検光
子とを配置して、環境温度および作用される交流磁界に
て透過光が変調せしめられるセンサヘッド部を構成し、
発光部から出射された光を該センサヘッド部に入射し
て、該センサヘッド部を透過した透過光を受光部にて受
光せしめるようにする一方、該受光部から出力される該
透過光に対応した信号から、前記交流磁界と同じ角周波
数の信号成分（Ｐω）を取り出す第一の取出手段を設け
ると共に、該交流磁界の２倍の角周波数の信号成分（P2
ω）を取り出す第二の取出手段を設け、且つそれら取出
手段で取り出される交流磁界と同じ角周波数の信号成分
（Ｐω）の２乗と２倍の角周波数の信号成分（P2ω）と
の相対比を求める相対比演算手段を設けて、前記第一の
取出手段で取り出した前記交流磁界と同じ角周波数の信
号成分（Ｐω）から該交流磁界若しくは該交流磁界を発
生する電流を測定すると共に、該相対比演算手段の演算
結果から前記環境温度を測定するようにしたことを特徴
とする光温度・電気量測定装置。 - 【請求項４】温度依存性を有する旋光子としての機能を
併せ備えたファラデー効果を有する光学素子の前後に、
偏光子と検光子とを配置して、環境温度および作用され
る交流磁界にて透過光が変調せしめられるセンサヘッド
部を構成し、発光部から出射された光を該センサヘッド
部に入射して、該センサヘッド部を透過した透過光を受
光部にて受光せしめるようにする一方、該受光部から出
力される該透過光に対応した信号から、前記交流磁界と
同じ角周波数の信号成分（Ｐω）を取り出す第一の取出
手段を設けると共に、該交流磁界の２倍の角周波数の信
号成分（P2ω）を取り出す第二の取出手段を設け、且つ
それら取出手段で取り出される交流磁界と同じ角周波数
の信号成分（Ｐω）の２乗と２倍の角周波数の信号成分
（P2ω）との相対比を求める相対比演算手段を設けて、
前記第一の取出手段で取り出した前記交流磁界と同じ角
周波数の信号成分（Ｐω）から該交流磁界若しくは該交
流磁界を発生する電流を測定すると共に、該相対比演算
手段の演算結果から前記環境温度を測定するようにした
ことを特徴とする光温度・電気量測定装置。 - 【請求項５】ポッケルス効果を有する光学素子と、温度
依存性を有する位相子とを直列に配列すると共に、該直
列に配列された光学素子と位相子の前後に偏光子と検光
子とを配置して、環境温度および作用される交流電界に
て透過光が変調せしめられるセンサヘッド部を構成し、
発光部から出射された光を該センサヘッド部に入射し
て、該センサヘッド部を透過した透過光を受光部にて受
光せしめるようにする一方、該受光部から出力される該
透過光に対応した信号から、前記交流電界と同じ角周波
数の信号成分（Ｐω）を取り出す第一の取出手段を設け
ると共に、該交流電界の２倍の角周波数の信号成分（P2
ω）を取り出す第二の取出手段を設け、且つそれら取出
手段で取り出される交流電界と同じ角周波数の信号成分
（Ｐω）の２乗と２倍の角周波数の信号成分（P2ω）と
の相対比を求める相対比演算手段を設けて、前記第一の
取出手段で取り出した前記交流電界と同じ角周波数の信
号成分（Ｐω）から該交流電界若しくは該交流電界を発
生する電圧を測定すると共に、該相対比演算手段の演算
結果から前記環境温度を測定するようにしたことを特徴
とする光温度・電気量測定装置。 - 【請求項６】温度依存性を有する位相子としての機能を
併せ備えたポッケルス効果を有する光学素子の前後に、
偏光子と検光子とを配置して、環境温度および作用され
る交流電界にて透過光が変調せしめられるセンサヘッド
部を構成し、発光部から出射された光を該センサヘッド
部に入射して、該センサヘッド部を透過した透過光を受
光部にて受光せしめるようにする一方、該受光部から出
力される該透過光に対応した信号から、前記交流電界と
同じ角周波数の信号成分（Ｐω）を取り出す第一の取出
手段を設けると共に、該交流電界の２倍の角周波数の信
号成分（P2ω）を取り出す第二の取出手段を設け、且つ
それら取出手段で取り出される交流電界と同じ角周波数
の信号成分（Ｐω）の２乗と２倍の角周波数の信号成分
（P2ω）との相対比を求める相対比演算手段を設けて、
前記第一の取出手段で取り出した前記交流電界と同じ角
周波数の信号成分（Ｐω）から該交流電界若しくは該交
流電界を発生する電圧を測定すると共に、該相対比演算
手段の演算結果から前記環境温度を測定するようにした
ことを特徴とする光温度・電気量測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083002A JPH0670653B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光温度・電気量測定装置 |
| EP90303422A EP0390581B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-03-30 | Instrument for concurrently optically measuring thermal and electric quantities |
| DE69015401T DE69015401T2 (de) | 1989-03-31 | 1990-03-30 | Instrument zur gleichzeitigen optischen Messung von thermischen und elektrischen Grössen. |
| US07/502,871 US5053617A (en) | 1989-03-31 | 1990-04-02 | Instrument for concurrently optically measuring thermal and electric quantities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083002A JPH0670653B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光温度・電気量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02262067A JPH02262067A (ja) | 1990-10-24 |
| JPH0670653B2 true JPH0670653B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=13790049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1083002A Expired - Lifetime JPH0670653B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光温度・電気量測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5053617A (ja) |
| EP (1) | EP0390581B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0670653B2 (ja) |
| DE (1) | DE69015401T2 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0778526B2 (ja) * | 1991-08-29 | 1995-08-23 | 日本碍子株式会社 | 光磁界センサ |
| AU643913B2 (en) * | 1992-02-21 | 1993-11-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical magnetic field sensor |
| DE4312183A1 (de) * | 1993-04-14 | 1994-10-20 | Siemens Ag | Optisches Meßverfahren zum Messen eines elektrischen Wechselstromes mit Temperaturkompensation und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| CA2144080C (en) * | 1993-07-07 | 2001-12-18 | Michikazu Kondo | Electric field sensor |
| DE69431513T2 (de) * | 1993-07-07 | 2003-08-07 | Nec Tokin Corp | Fühler für elektrische felder |
| WO1995002193A1 (fr) * | 1993-07-07 | 1995-01-19 | Tokin Corporation | Capteur de champs magnetiques |
| US5561547A (en) * | 1994-02-04 | 1996-10-01 | Spectra-Physics Lasers, Inc. | Thermal lens of controlled ellipicity |
| DE4436181A1 (de) * | 1994-10-10 | 1996-04-11 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer elektrischen Wechselgröße mit Temperaturkompensation durch Fitting |
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