JPH07198757A - 光磁界センサ - Google Patents
光磁界センサInfo
- Publication number
- JPH07198757A JPH07198757A JP5335823A JP33582393A JPH07198757A JP H07198757 A JPH07198757 A JP H07198757A JP 5335823 A JP5335823 A JP 5335823A JP 33582393 A JP33582393 A JP 33582393A JP H07198757 A JPH07198757 A JP H07198757A
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- JP
- Japan
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- light
- optical
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高圧配電線などの電流状態を監視
するために用いる光磁界センサに関するものである。本
発明は、高感度で個別間感度ばらつきの少ない高精度の
光磁界センサを提供することを目的とする。 【構成】 本発明の光磁界センサは、磁界印加用コアの
空隙長によって制約される印加磁界強度を高める目的
で、磁気光学素子に入射する光の進行方向に対して垂直
に板状の磁性体１３，１４を配し、空隙部の磁気抵抗を
低減させる構成を有している。
するために用いる光磁界センサに関するものである。本
発明は、高感度で個別間感度ばらつきの少ない高精度の
光磁界センサを提供することを目的とする。 【構成】 本発明の光磁界センサは、磁界印加用コアの
空隙長によって制約される印加磁界強度を高める目的
で、磁気光学素子に入射する光の進行方向に対して垂直
に板状の磁性体１３，１４を配し、空隙部の磁気抵抗を
低減させる構成を有している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高圧配電線などの電流
状態を監視するために用いる光磁界センサに関するもの
である。
状態を監視するために用いる光磁界センサに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年配電の自動化、高信頼化、高付加価
値化の時代のニーズに応えるべく各電力会社において配
電線の事故点を検出する事故点評定システムの開発が行
われている。この中で、従来、電気式の電流、電圧セン
サが用いられてきており、短絡、地絡等の事故をセンサ
自身の設置によって誘発しないようにその絶縁性、信頼
性を保つべくさまざまの改良が行われてきたが、その結
果として装置が大がかりになり、大きな設置面積を必要
とすること、またコスト高になる等の問題を生じてい
る。
値化の時代のニーズに応えるべく各電力会社において配
電線の事故点を検出する事故点評定システムの開発が行
われている。この中で、従来、電気式の電流、電圧セン
サが用いられてきており、短絡、地絡等の事故をセンサ
自身の設置によって誘発しないようにその絶縁性、信頼
性を保つべくさまざまの改良が行われてきたが、その結
果として装置が大がかりになり、大きな設置面積を必要
とすること、またコスト高になる等の問題を生じてい
る。
【０００３】そこで、この問題を解決すべく、磁気光学
素子、電気光学素子を用いた光電流、電圧センサによる
事故点評定システムが開示されている（芹沢、電気評論
１９９２．３）。この光電流（磁界）センサは、ＬＥＤ
から発せられた例えば磁性ガーネット材料からなる磁気
光学素子を偏光子と検光子の間に介在させてなる検出部
に導き、その印加物理量（電流による磁界）により光の
偏光面が変化する現象を利用して電流の強度、位相を測
定するものである。図２にその構造を示す一部断面図を
掲げる。この場合、高圧配電線１６に流れる電流によっ
て発生する磁界を馬蹄型のコア１７を用いて周回積分
し、空隙部１８に発生する磁界を磁気光学素子（１９の
内部、図示せず）に印加している。検出部１９と光源
（ＬＥＤ）、受光素子等の収納された回路部の間を光フ
ァイバ１，１０を用いて結合しているため、絶縁性に富
み、電磁のノイズに影響されない高精度の測定ができる
ようになった。
素子、電気光学素子を用いた光電流、電圧センサによる
事故点評定システムが開示されている（芹沢、電気評論
１９９２．３）。この光電流（磁界）センサは、ＬＥＤ
から発せられた例えば磁性ガーネット材料からなる磁気
光学素子を偏光子と検光子の間に介在させてなる検出部
に導き、その印加物理量（電流による磁界）により光の
偏光面が変化する現象を利用して電流の強度、位相を測
定するものである。図２にその構造を示す一部断面図を
掲げる。この場合、高圧配電線１６に流れる電流によっ
て発生する磁界を馬蹄型のコア１７を用いて周回積分
し、空隙部１８に発生する磁界を磁気光学素子（１９の
内部、図示せず）に印加している。検出部１９と光源
（ＬＥＤ）、受光素子等の収納された回路部の間を光フ
ァイバ１，１０を用いて結合しているため、絶縁性に富
み、電磁のノイズに影響されない高精度の測定ができる
ようになった。
【０００４】また、昨今、光電流（磁界）センサ用の光
学素子として磁性ガーネット結晶を用い、結晶厚み５０
μｍ以下で所望の感度が得られ、高感度の光磁界センサ
が構成できる技術が開示されている（特開平５−１１９
２８８）。磁性ガーネット結晶は、ファラデーガラス、
ビスマスシリコンオキサイド等の磁気光学効果を有する
材料の中でも磁界検出能力を示すヴェルデ定数の大きい
ことが知られている。
学素子として磁性ガーネット結晶を用い、結晶厚み５０
μｍ以下で所望の感度が得られ、高感度の光磁界センサ
が構成できる技術が開示されている（特開平５−１１９
２８８）。磁性ガーネット結晶は、ファラデーガラス、
ビスマスシリコンオキサイド等の磁気光学効果を有する
材料の中でも磁界検出能力を示すヴェルデ定数の大きい
ことが知られている。
【０００５】また、光磁界センサの感度について磁性ガ
ーネット結晶のごとく多磁区構造を有する磁気光学結晶
を用いた場合の数式が開示されている（例えば、八尾
他、電気学会マグネティクス研究会資料ＭＡＧ−９２−
７５（１９９２））。
ーネット結晶のごとく多磁区構造を有する磁気光学結晶
を用いた場合の数式が開示されている（例えば、八尾
他、電気学会マグネティクス研究会資料ＭＡＧ−９２−
７５（１９９２））。
【０００６】上記開示資料によれば、光磁界センサの感
度は、
度は、
【０００７】
【数１】
【０００８】である。ここで、Ｍは印加磁化、ＭSは飽
和磁化、θFは磁気的に飽和したときのファラデー回転
角である。また、 θF＝Ｆ×ｌ………（２） Ｆはヴェルデ定数、ｌは、磁気光学結晶の厚みである。
和磁化、θFは磁気的に飽和したときのファラデー回転
角である。また、 θF＝Ｆ×ｌ………（２） Ｆはヴェルデ定数、ｌは、磁気光学結晶の厚みである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の構
成では、使用する光学部品及び高圧配電線等の応用に耐
え得るケース構造によって光磁界センサの印加磁界方向
の大きさに制約があり、馬蹄型コアの空隙部に入れ配電
線路の電流によって発生する磁界を計測する場合、発生
磁界強度が大きくできないという問題点があった。ま
た、光磁界センサの感度は、上記（１），（２）式に示
すように厚みとその感度はほぼ比例する。しかし、磁気
光学素子を光磁界センサに供するために加工する技術
は、量産性を考慮すると概ね精度±１μｍであるため
に、上記のように薄い厚みで所望の感度の得られる磁気
光学素子を用いた場合、加工精度に起因する光磁界セン
サの個別間感度ばらつきが発生するという問題点があっ
た。
成では、使用する光学部品及び高圧配電線等の応用に耐
え得るケース構造によって光磁界センサの印加磁界方向
の大きさに制約があり、馬蹄型コアの空隙部に入れ配電
線路の電流によって発生する磁界を計測する場合、発生
磁界強度が大きくできないという問題点があった。ま
た、光磁界センサの感度は、上記（１），（２）式に示
すように厚みとその感度はほぼ比例する。しかし、磁気
光学素子を光磁界センサに供するために加工する技術
は、量産性を考慮すると概ね精度±１μｍであるため
に、上記のように薄い厚みで所望の感度の得られる磁気
光学素子を用いた場合、加工精度に起因する光磁界セン
サの個別間感度ばらつきが発生するという問題点があっ
た。
【００１０】本発明は、前記従来の問題点を解決するた
めのもので、高感度で個別間感度ばらつきの少ない光磁
界センサを提供することを目的とする。
めのもので、高感度で個別間感度ばらつきの少ない光磁
界センサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の光磁界センサは、磁界印加用コアの空隙長に
よって制約される印加磁界強度を高める目的で、磁気光
学素子に入射する光の進行方向に対して垂直に板上の磁
性体を配し、空隙部の磁気抵抗を低減させる構成を有し
ている。また、磁気光学素子の加工精度によって発生す
る光磁界センサの個別間感度ばらつきを軽減させる目的
で上記磁性体の厚みを調整し、上記磁気光学素子に印加
される磁気強度を制御する構成を有している。また、上
記磁性体の配し方として、上記磁気光学素子に入射する
光の進行方向に対して垂直の少なくとも一方のケースの
側面を磁性体で形成する構成を有している。
に本発明の光磁界センサは、磁界印加用コアの空隙長に
よって制約される印加磁界強度を高める目的で、磁気光
学素子に入射する光の進行方向に対して垂直に板上の磁
性体を配し、空隙部の磁気抵抗を低減させる構成を有し
ている。また、磁気光学素子の加工精度によって発生す
る光磁界センサの個別間感度ばらつきを軽減させる目的
で上記磁性体の厚みを調整し、上記磁気光学素子に印加
される磁気強度を制御する構成を有している。また、上
記磁性体の配し方として、上記磁気光学素子に入射する
光の進行方向に対して垂直の少なくとも一方のケースの
側面を磁性体で形成する構成を有している。
【００１２】
【作用】この構成によって、光磁界センサに印加磁界強
度を制御することが可能になり高感度で、個別間感度ば
らつきの少ない高精度な光磁界センサが提供できる。
度を制御することが可能になり高感度で、個別間感度ば
らつきの少ない高精度な光磁界センサが提供できる。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施例にお
ける光磁界センサを示すものである。
しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施例にお
ける光磁界センサを示すものである。
【００１４】入力用ファイバ１によって導かれたＬＥＤ
（中心波長８５０nm）の光は、レンズ２によって平行光
線となる。このとき、光ファイバ１とレンズ２の位置関
係を固定する目的で、ホルダー３が配されている。平行
光線となった光は、偏光ビームスプリッタからなる偏光
子４に入射し、反射面５により一方向に偏波した光線と
なり、光路を９０°変え、磁気光学素子６に入射する。
このとき、図のＡ方向に磁界が印加されると、印加磁界
強度に伴い光線はその偏波面の回転を受ける。７は、偏
光ビームスプリッタからなる検光子である。その透過方
向は、偏光子４と４５°の関係をなすように配されてい
る。磁気光学素子６を出射した光は、検光子７に入射す
るが、偏光面の回転にともない、その透過光量は変化す
る。すなわち、印加磁界にともない透過光量が変化する
光磁界センサの主要素が構成されたことになる。８は、
さらに光路を９０°曲げるための誘電体反射面を備える
ミラーである。ミラー８により９０°曲げられた光は、
レンズ９に入射し、出力用ファイバ１０の中心に集光さ
れ、光ファイバ１０により受光素子に導かれる。１１
は、ホルダー３と同じ役割を備えたホルダーである。以
上の光学系を基板１２上に固定している。この基板１２
上に、本発明の主要素である板上の磁性体１３，１４が
磁気光学素子６に入射する光の方向に対して垂直かつ偏
光子４、磁気光学素子６、検光子７、ミラー８を介在さ
せるように配されている。以上の構成要素を、ケース１
５に収納し、本発明の光磁界センサを構成している。
（中心波長８５０nm）の光は、レンズ２によって平行光
線となる。このとき、光ファイバ１とレンズ２の位置関
係を固定する目的で、ホルダー３が配されている。平行
光線となった光は、偏光ビームスプリッタからなる偏光
子４に入射し、反射面５により一方向に偏波した光線と
なり、光路を９０°変え、磁気光学素子６に入射する。
このとき、図のＡ方向に磁界が印加されると、印加磁界
強度に伴い光線はその偏波面の回転を受ける。７は、偏
光ビームスプリッタからなる検光子である。その透過方
向は、偏光子４と４５°の関係をなすように配されてい
る。磁気光学素子６を出射した光は、検光子７に入射す
るが、偏光面の回転にともない、その透過光量は変化す
る。すなわち、印加磁界にともない透過光量が変化する
光磁界センサの主要素が構成されたことになる。８は、
さらに光路を９０°曲げるための誘電体反射面を備える
ミラーである。ミラー８により９０°曲げられた光は、
レンズ９に入射し、出力用ファイバ１０の中心に集光さ
れ、光ファイバ１０により受光素子に導かれる。１１
は、ホルダー３と同じ役割を備えたホルダーである。以
上の光学系を基板１２上に固定している。この基板１２
上に、本発明の主要素である板上の磁性体１３，１４が
磁気光学素子６に入射する光の方向に対して垂直かつ偏
光子４、磁気光学素子６、検光子７、ミラー８を介在さ
せるように配されている。以上の構成要素を、ケース１
５に収納し、本発明の光磁界センサを構成している。
【００１５】図２は、本発明の光磁界センサの応用例で
ある。高圧配電線１６を中心に配し、磁界周回積分用コ
ア１７の空隙部１８に発生する磁界を光磁界センサ１９
に印加する。このとき高圧配電線１６に流れる電流値Ｉ
と空隙部１８に発生する磁界強度Ｈｇの関係は以下の式
で表すことができる。
ある。高圧配電線１６を中心に配し、磁界周回積分用コ
ア１７の空隙部１８に発生する磁界を光磁界センサ１９
に印加する。このとき高圧配電線１６に流れる電流値Ｉ
と空隙部１８に発生する磁界強度Ｈｇの関係は以下の式
で表すことができる。
【００１６】
【数２】
【００１７】Ｈｇ：磁界強度 Ｋ：比例定数 Ｉ：電流
値 δ：空隙長 この式の関係を用いれば、高圧配電線１６に流れる電流
値を換算することができる。
値 δ：空隙長 この式の関係を用いれば、高圧配電線１６に流れる電流
値を換算することができる。
【００１８】コア材料として方向性を有するケイ素鋼
板、磁路長１５０mm、空隙長３０mm、空隙断面積２８８
mm2を用いた場合、（３）式に示す比例定数Ｋ＝１２
［Ｏｅ・mm／Ａ］を例示できる。このとき、上記磁性体
１３，１４を上記コア１７と同様の材料を用いてその板
厚をおのおの２mmにて配する。このとき、空隙部の磁気
抵抗が下がり、実効的に空隙長が、３０mmから２６mmに
縮小されたことになる。これにより、磁気光学素子に印
加される磁界強度を約１５％高めることができ、この結
果磁気光学素子の組成を変えることなく、高感度な光磁
界センサを得ることができる。なお、上記磁性体１３，
１４の材料として、フェライト、パーマロイ等を例示で
きる。
板、磁路長１５０mm、空隙長３０mm、空隙断面積２８８
mm2を用いた場合、（３）式に示す比例定数Ｋ＝１２
［Ｏｅ・mm／Ａ］を例示できる。このとき、上記磁性体
１３，１４を上記コア１７と同様の材料を用いてその板
厚をおのおの２mmにて配する。このとき、空隙部の磁気
抵抗が下がり、実効的に空隙長が、３０mmから２６mmに
縮小されたことになる。これにより、磁気光学素子に印
加される磁界強度を約１５％高めることができ、この結
果磁気光学素子の組成を変えることなく、高感度な光磁
界センサを得ることができる。なお、上記磁性体１３，
１４の材料として、フェライト、パーマロイ等を例示で
きる。
【００１９】また、最近開発されている磁性ガーネット
結晶を磁気光学素子として用いて、配電線路の電流値を
計測する場合、その素子厚は、概ね５０μｍである。こ
れを光学研磨技術を用いて、素子厚みを適合させるべく
加工する場合、その仕上げ精度は、量産性を考慮すると
±１μｍである。（１），（２）式からわかるように、
素子厚みと光磁界センサの感度はほぼ比例するので光磁
界センサの個別間ばらつきは、±２％程度発生する。こ
れを従来は、光磁界センサと電気信号に変換する回路を
一対一で調整し、実用に供していたが、本発明において
は、上記磁性体の厚みを変えることにより、光磁界セン
サの磁気光学素子加工精度に起因する感度ばらつきを抑
えることができるものである。コアに使用する材料、寸
法を上記実施例に示したものを用い、磁気光学素子の加
工精度により発生する厚みばらつきの３つの場合につ
き、配する磁性体１３、１４の各厚みを表１に示す。こ
れにより磁気光学素子の加工精度を補い、かつ個別間ば
らつきの極めて少ない高精度の光磁界センサを得ること
ができる。
結晶を磁気光学素子として用いて、配電線路の電流値を
計測する場合、その素子厚は、概ね５０μｍである。こ
れを光学研磨技術を用いて、素子厚みを適合させるべく
加工する場合、その仕上げ精度は、量産性を考慮すると
±１μｍである。（１），（２）式からわかるように、
素子厚みと光磁界センサの感度はほぼ比例するので光磁
界センサの個別間ばらつきは、±２％程度発生する。こ
れを従来は、光磁界センサと電気信号に変換する回路を
一対一で調整し、実用に供していたが、本発明において
は、上記磁性体の厚みを変えることにより、光磁界セン
サの磁気光学素子加工精度に起因する感度ばらつきを抑
えることができるものである。コアに使用する材料、寸
法を上記実施例に示したものを用い、磁気光学素子の加
工精度により発生する厚みばらつきの３つの場合につ
き、配する磁性体１３、１４の各厚みを表１に示す。こ
れにより磁気光学素子の加工精度を補い、かつ個別間ば
らつきの極めて少ない高精度の光磁界センサを得ること
ができる。
【００２０】
【表１】
【００２１】なお、本実施例において基板上に磁性体１
３，１４を配したが、ケース１５の磁気光学素子６に入
射する光と垂直すなわち印加磁界方向の側面を磁性体で
形成し、その磁性体により形成された側面の厚みを調整
することにより、光磁界センサの感度のばらつきを抑え
てもよい。
３，１４を配したが、ケース１５の磁気光学素子６に入
射する光と垂直すなわち印加磁界方向の側面を磁性体で
形成し、その磁性体により形成された側面の厚みを調整
することにより、光磁界センサの感度のばらつきを抑え
てもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明は、板状の磁性体を
磁気光学素子に入射する光と垂直にかつ間に偏光子、検
光子、磁気光学素子、検光子、ミラーを介在させるよう
に配することにより、前記磁気光学素子への印加磁界強
度を高め、高感度の光磁界センサを実現するものであ
る。また、上記磁性体の厚みを変えることにより、光磁
界センサの個別間感度ばらつきを抑えることができ、高
精度の光磁界センサを実現するものである。
磁気光学素子に入射する光と垂直にかつ間に偏光子、検
光子、磁気光学素子、検光子、ミラーを介在させるよう
に配することにより、前記磁気光学素子への印加磁界強
度を高め、高感度の光磁界センサを実現するものであ
る。また、上記磁性体の厚みを変えることにより、光磁
界センサの個別間感度ばらつきを抑えることができ、高
精度の光磁界センサを実現するものである。
【図１】本発明の一実施例の光磁界センサの正面略図
【図２】光磁界センサを高圧配電線に流れる電流値を測
定する適用例を一部断面で示した正面略図
定する適用例を一部断面で示した正面略図
１，１０ 光ファイバ ２，９ レンズ ３，１１ ホルダー ４ 偏光子 ６ 磁気光学素子 ７ 検光子 ８ ミラー １３，１４ 磁性体 １５ ケース １６ 高圧配電線 １７ コア １８ コアの空隙部 １９ 光磁界センサ
Claims (3)
- 【請求項１】 磁気光学素子、偏光子、検光子、基板、
磁性体を備え、前記磁気光学素子に入射する光の進行方
向に対して、垂直に板状の磁性体を配置することを特徴
とする光磁界センサ。 - 【請求項２】 前記磁性体の厚みをかえることにより、
前記磁気光学素子に印加される磁界強度を調整すること
を特徴とする請求項１記載の光磁界センサ。 - 【請求項３】 磁気光学素子、偏光子、検光子、基板、
磁性体がこれらを収納するケースとを備え、前記ケース
の前記磁気光学素子に入射する光の進行方向に対して垂
直の少なくとも一方の側面に前記磁性体を配置すること
を特徴とする光磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5335823A JPH07198757A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 光磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5335823A JPH07198757A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 光磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07198757A true JPH07198757A (ja) | 1995-08-01 |
Family
ID=18292809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5335823A Pending JPH07198757A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 光磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07198757A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017115623A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 株式会社日立製作所 | 電流センサ及びそれを用いた計測装置、計測方法 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5335823A patent/JPH07198757A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017115623A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 株式会社日立製作所 | 電流センサ及びそれを用いた計測装置、計測方法 |
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