JPH0682488A - 光変成器用センサ - Google Patents

光変成器用センサ

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JPH0682488A
JPH0682488A JP4232197A JP23219792A JPH0682488A JP H0682488 A JPH0682488 A JP H0682488A JP 4232197 A JP4232197 A JP 4232197A JP 23219792 A JP23219792 A JP 23219792A JP H0682488 A JPH0682488 A JP H0682488A
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JP
Japan
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light
optical
polarizer
sensor
analyzer
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Pending
Application number
JP4232197A
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English (en)
Inventor
Yoshihiko Tagawa
良彦 田川
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流検出精度の向上と信号処理系の簡略化が
図れる光変成器用センサを提供する。 【構成】 ファラデー素子41面を指向する第一のファ
イババンドル22の端面を凸球面研磨するとともに研磨
部表面に誘電体膜10を形成してこれを偏光子となす。
そして、この誘電体膜10にて偏角を微妙に変化させた
多数の偏光を同時に形成してファラデー素子41に導
く。光の入射角度は、透光方向に対して0〜45度程度
とする。ファラデー素子41を透過する複数の光は、磁
場の強さに応じて夫々偏光面が回転し、検光子42に導
かれるが、検光子42の位置を更に調整することで任意
光量の光がデジタル的に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光の性質を利用して電
流/電圧を計測する光変成器のセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電力計測システムにおいて、制御
装置等のデジタル化に加え、電流・電圧計測用変成器に
光を応用した光CT(電流変成器)、PD(電圧変成
器)が用いられてきている。
【0003】光CTは、ファラデー効果を応用して導体
電流を検出するものである。即ち、通電により生じてい
る磁界中にファラデー素子を配置し、これに直線偏光を
入射させると、その偏光面が磁界の強さに比例して回転
するので、この回転角を測定することで磁界の強さ、即
ち導体の一次電流を検出する。
【0004】他方、光PDは、ポッケルス効果を応用し
て電圧を検出するものである。即ち、ポッケルス素子に
電圧を印加し、それに直線偏光を入射させると、光は素
子の屈折率の相違により、速度の異なる二つの直交した
直偏光成分に分かれて進み(複屈折現象)、素子の出口
では両者間に印加電圧に比例した位相差が生じている。
この位相差を測定することで導体の電圧を検出する。
【0005】現在、これら光CT、光PDに採用されて
いる光変成器用センサは、図4に示すような基本的構造
を有している。即ち、光CT用センサでは、偏光子40
と検光子42との間に磁気光学結晶又はガラスから成る
ファラデー素子41を挟み込んでサンドイッチ構造と
し、発光素子43からの光を光ファイバ44を通して偏
光子40に入射する。偏光された光は検光子42から光
ファイバ45を通して取り出され、受光素子46に導か
れる。光PD用センサの場合もほぼ同様な構成となり、
ファラデー素子41に代え、ポッケルス素子が挟み込ま
れる。このような光変成器用センサでは、偏光面の回転
角(偏角)あるいは位相差が検光子42により光量変化
を伴った信号として出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光変成器用センサで検出できる偏角あるいは位相差
は一般に小さく、実際に適用される電力計測用途では数
度のオーダとなる。そのため、外乱の影響を受け易く、
検出精度に限界があった。しかも偏角等が小さいことか
ら検光子42を偏光子40に対して好適なクロスニコル
の位置、即ち、透過光強度が最も少ない位置(直交位
置)にセットすることができず、ある適当な角度(通常
45度程度)にセットしなければならない。そのため、
消光位置での誤差を低減させるための方策が別途必要で
あった。また、出力信号が微弱なため、SN比(ノイズ
比)が悪く、この取出した信号に対して何らかの処理を
施して使用する必要があり、信号処理系が複雑になる問
題もあった。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決する本
発明の構成は、偏光子と検光子との間にファラデー素子
又はポッケルス素子を配するとともに、前記偏光子の入
光側及び前記検光子の出光側に夫々複数の光ファイバ群
からなる第一及び第二のファイババンドルを設けてなる
光変成器用センサであって、前記ファラデー素子面又は
ポッケルス素子面を指向する前記第一のファイババンド
ルの端面を凸球面研磨するとともに研磨部表面に誘電体
膜を形成し、この誘電体膜を前記偏光子としたことを特
徴とする。なお、この構成において、前記研磨部表面に
形成された誘電体膜から前記ファラデー素子面又はポッ
ケルス素子面に入光する複数の光は、透光方向に対して
0〜45度の入光角度のものを含むものとする。
【0008】上記目的を達成する本発明の他の構成は、
偏光子と検光子との間にファラデー素子又はポッケルス
素子を配するとともに、前記偏光子の入光側及び前記検
光子の出光側に複数の光ファイバ群からなる第一及び第
二のファイババンドルを設けてなる光変成器用センサで
あって、前記偏光子は、前記光ファイバ数と同数の偏光
子片を二次元的に配し、且つ透光方向を夫々異ならしめ
てなることを特徴とする。なお、前記検光子には二つの
直角プリズムの斜面に誘電体膜を形成して成るポラロイ
ズドビームスプリッタを用いた。
【0009】
【作用】請求項1,2又は5記載の発明にあっては、第
一のファイババンドルで案内された光がその端面に形成
された凸球面研磨部、誘電体膜から複数の角度(0度〜
45度を含む)をもってファラデー素子面又はポッケル
ス素子面に入光する。ファラデー素子等では入光角度に
応じて偏光面の異なる複数の光を透光し、検光子に導
く。これら光は第二のファイババンドルで案内されて外
部に導かれる。
【0010】他方、請求項3〜5記載の発明にあって
は、第一のファイババンドルで案内された光は、偏光子
を透過する際に各偏光子片によって夫々異なる偏光を受
ける。その結果、偏光面の異なる複数の光となってファ
ラデー素子又はポッケルス素子を透光し、検光子を経て
第二のファイババンドルに導かれる。検光子にポラロイ
ドビームスプリッタを用いる場合は特定方向の振動波の
みが抽出され、第二のファイババンドルに導かれる。
【0011】したがって、一つの光源からの光が、ファ
イババンドルを構成する光ファイバの数だけ細分化され
て処理されることになり、デジタル処理が可能となる。
【0012】
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
【0013】(第一実施例)図1は本発明の第一実施例
に係る光CT用センサの基本構成図であり、従来品と同
一機能を有する部品については同一名称、同一符号を付
している。図1を参照すると、本実施例の光CTセンサ
は、光源からファラデー素子41への直線偏光及びファ
ラデー素子41を経た偏光を外部に導く導光手段とし
て、夫々、複数の光ファイバを束ねた第一及び第二のフ
ァイババンドル11,12を用いるとともに、入光側の
第一のファイババンドル11の端面を凸球面研磨し、研
磨部表面に誘電体膜10を形成してこれを偏光子とした
ものである。凸球面研磨は、端面から出光する複数の光
が、ファラデー素子41の表面に透光方向(主軸方向)
に対して0〜45度の角度範囲をもって入光する程度に
研磨する。例えば、ファイババンドル11の直径をd、
球面の半径をRとすると、R=(√2)・d/2の関係
を満足するように研磨する。誘電体膜10には例えばZ
rO2,MgF2系のものを用いる。また、各ファイババ
ンドル11,12には、例えばフェイスプレイトと呼ば
れる大口径の画像伝送ファイバ群を用いる。光ファイバ
数は多い程精度が向上するが、本実施例では102〜1
4本を束ねたものとする。各ファイババンドル11,
12は、光ファイバの配列に合わせたレンズアレィを介
してファラデー素子41及び検光子42に夫々カップリ
ングさせてある。
【0014】また、従来の受光素子46に変え、二次元
CCD13を使用している。
【0015】検光子42には、ポラロイドフィルム等が
用いられるが、好ましくはポラロイドビームスプリッタ
(PBS)を用いる。これは二つの直角プリズムの斜面
(45°カット面)に例えばZrO2,MgF2系の誘電
体膜を成膜したもので、入射光に平行な振動波(P波)
と垂直な振動波(S波)のうち、入射角度がブリュスタ
ー角(例えば45°)のときには後者をカットする。こ
れにより入射角度依存度が大きく、透光及び反射偏光の
状態が大きく変化する検光子が得られる。例えば、45
度入射の場合、透光はほぼ直線偏光となり、0度入射の
場合は殆ど偏光されない。
【0016】このような構成の光CT用センサでは、発
光素子43で発光された光が第一のファイババンドル1
1で案内されてその端面の偏光子(誘電体多層膜10)
から複数の角度をもって出光される。ファラデー素子4
1では、これら複数の光のうち透光方向に対して0〜4
5度のものを受光する。そして、まず、検光子42を調
整してクロスニコルの状態をつくる。この状態で、磁場
をかけると、ファラデー素子41で偏光の向きが回転す
るためにクロスニコルの状態からずれて透光量が増す。
ここで検光子42を回転させると更に透光量が変化す
る。したがって、検光子42の角度を種々調整すること
により任意の出力光が得られる。この出力光を第二のフ
ァイババンドル12で受光することで、光ファイバの数
及び配列に対応する光信号として取り出される。
【0017】これにより、みかけ上、デジタル信号とし
て処理することができ、二次元CCD13及び後段の信
号処理系にて各光信号のレベルに対応する値の電流を検
出することができる。したがって、磁場の強度、即ち、
一次導体を流れる電流の計測精度が一本の光ファイバで
のアナログ信号計測による従来のものに比べて格段に向
上する。
【0018】(第二実施例)図2は本発明の第二実施例
に係る光CT用センサの基本構成図であり、ファラデー
素子41の入光側にフィルム状の偏光子20を設けると
ともに、出光側に前述のポラロイドビームスプリッタ2
1を設けて検光子となし、更に、偏光子20の入光側及
びポラロイドビームスプリッタ21の出光側に、その端
面を球面研磨しない第一及び第二のファイババンドル2
2,23を配している。偏光子20は、図3に示すよう
に、各ファイババンドル22,23の光ファイバ数と同
数のフィルム状の偏光子片20’を二次元的に配列する
とともに、各偏光子片20’の透光方向を夫々異ならし
めてなる。この偏光子20は、例えば透光面部を二次元
的に複数の格子群に分割し、各分割部位に、夫々膜厚の
異なる同一材質又は材質の異なる同一膜厚の誘電体膜を
配列することで実現する。
【0019】ファイババンドル22,23を構成する光
ファイバの数及び対応する偏光子片20’の数は多い程
好ましいが、本実施例では、第一実施例と同様、102
〜104程度とする。
【0020】このような構成の光CT用センサでは、第
一のファイババンドル22で案内された光が偏光子20
を透過する際に、図3に示すように、入光部位に応じて
偏光状態の異なる光となってファラデー素子41に導か
れる。そしてポラロイドビームスプリッタ21で入射光
に平行な振動波(P波)のみが抽出され、第二のファイ
ババンドル23を経て二次元CCD13に導かれる。し
たがって、第一実施例と同様あるいはより顕著な効果が
得られる。
【0021】なお、第一及び第二実施例では、光CT用
センサの例について説明したが、光PD用センサについ
てもほぼ同様の説明が妥当する。この場合は、前記ファ
ラデー素子41に代え、ポッケルス素子を配する。
【0022】また、上記説明において、誘電体膜を多層
膜としても良い。この場合は、特性上、偏光子の中心部
の光は偏光が殆どかからずに透光するため、この部位の
光を入力信号の校正に使用することができ、発光光源の
精度要求を緩やかにすることもできる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光変成器
用センサでは、偏光子の入光側及び検光子の出光側に夫
々複数の光ファイバ群からなる第一及び第二のファイバ
バンドルを配するとともに、その端面が凸球面研磨され
た第一のファイババンドルとその研磨部表面の誘電体膜
を介して光の入射を行い、複数の偏光状態を形成してフ
ァラデー素子又はポッケルス素子を透光させる構成にし
たので、検光子(第二のファイババンドル)から任意光
量の複数の光信号が得られ、みかけ上、光信号のデジタ
ル処理が可能となる。したがって、一本の光ファイバに
より微弱な光量変化をとらえていた従来のこの種のセン
サに比べて外乱の影響を受けにくくなり、電気系の耐雑
音性も増して電流又は電圧の検出精度が格段に向上す
る。
【0024】上記効果は、偏光子を二次元的に配列され
た複数の偏光子片にて構成した場合もほぼ同様となる
が、検光子にポラロイドビームスプリッタを用いた場合
は、外乱の影響をより受けにくくなり、電流又は電圧の
検出精度も更に向上する。
【0025】更に、本発明によれば、受光系及び後段の
信号処理系は、単一信号からの情報抽出ではなくなるの
で、その構成を簡略化することができ、コスト的にも有
利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例に係る光変成器用センサの
基本構成図。
【図2】本発明の第二実施例に係る光変成器用センサの
基本構成図。
【図3】本発明の第二実施例による偏光子の概略構成
図。
【図4】従来の光変成器用センサの基本構成図。
【符号の説明】
10…誘電体膜 11,12,22,23…ファイババンドル 13…二次元CCD 20,40…偏光子 20’…偏光子片 41…ファラデー素子 42…検光子 43…発光素子 44,45…光ファイバ 46…受光素子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 偏光子と検光子との間にファラデー素子
    を配するとともに、前記偏光子の入光側及び前記検光子
    の出光側に夫々複数の光ファイバ群からなる第一及び第
    二のファイババンドルを設けてなる光変成器用センサで
    あって、前記ファラデー素子面を指向する前記第一のフ
    ァイババンドルの端面を凸球面研磨するとともに研磨部
    表面に誘電体膜を形成し、この誘電体膜を前記偏光子と
    したことを特徴とする光変成器用センサ。
  2. 【請求項2】 前記研磨部表面に形成された誘電体膜か
    ら前記ファラデー素子面に入光する複数の光は、透光方
    向に対して0〜45度の入光角度のものを含むことを特
    徴とする請求項1記載の光変成器用センサ。
  3. 【請求項3】 偏光子と検光子との間にファラデー素子
    を配するとともに、前記偏光子の入光側及び前記検光子
    の出光側に複数の光ファイバ群からなる第一及び第二の
    ファイババンドルを設けてなる光変成器用センサであっ
    て、前記偏光子は、前記光ファイバ数と同数の偏光子片
    を二次元的に配し、且つ各偏光子片の透光方向を夫々異
    ならしめてなることを特徴とする光変成器用センサ。
  4. 【請求項4】 前記検光子は二つの直角プリズムの斜面
    に誘電体膜を形成して成るポラロイズドビームスプリッ
    タであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
    の項記載の光変成器用センサ。
  5. 【請求項5】 前記ファラデー素子に代えてポッケルス
    素子を配したことを特徴とする請求項1ないし4のいず
    れかの項記載の光変成器用センサ。
JP4232197A 1992-08-31 1992-08-31 光変成器用センサ Pending JPH0682488A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8233753B2 (en) 2005-06-29 2012-07-31 Nec Corporation Electric field sensor, magnetic field sensor, electromagnetic field sensor and electromagnetic field measuring system using these sensors

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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