JPH07260833A - 電界センサ - Google Patents
電界センサInfo
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- JPH07260833A JPH07260833A JP6049178A JP4917894A JPH07260833A JP H07260833 A JPH07260833 A JP H07260833A JP 6049178 A JP6049178 A JP 6049178A JP 4917894 A JP4917894 A JP 4917894A JP H07260833 A JPH07260833 A JP H07260833A
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- Japan
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- electric field
- optical fiber
- branched
- optical
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高電界を検出するのに適している電界センサ
を提供する。 【構成】 センサヘッド1は、電気光学効果を有する基
板4と、これの上に形成され入射光ファイバ2に接続し
た入射光導波路5と、基板4上に形成され入射光導波路
5から分岐された2つの分岐光導波路6と、これらの分
岐光導波路6を合流して結合され出射光ファイバ3に接
続された出射光導波路7と、分岐光導波路6の一部の近
傍に設けられ電界を遮蔽する電界遮蔽部材8とを有して
いる。入射光導波路5と出射光導波路7の代わりに入出
射光導波路15を設け、かつ、分岐光導波路6からの光
を反射する反射ミラー16を基板4に形成しても良い。
を提供する。 【構成】 センサヘッド1は、電気光学効果を有する基
板4と、これの上に形成され入射光ファイバ2に接続し
た入射光導波路5と、基板4上に形成され入射光導波路
5から分岐された2つの分岐光導波路6と、これらの分
岐光導波路6を合流して結合され出射光ファイバ3に接
続された出射光導波路7と、分岐光導波路6の一部の近
傍に設けられ電界を遮蔽する電界遮蔽部材8とを有して
いる。入射光導波路5と出射光導波路7の代わりに入出
射光導波路15を設け、かつ、分岐光導波路6からの光
を反射する反射ミラー16を基板4に形成しても良い。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、EMC(電磁環境適合
性)分野で電波や電極ノイズの特性測定に用いる計測器
に関し、特に空間を伝搬する電磁波の電界強度を測定す
るための電界センサに関する。
性)分野で電波や電極ノイズの特性測定に用いる計測器
に関し、特に空間を伝搬する電磁波の電界強度を測定す
るための電界センサに関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータ等の情報機器や通信機器、
ロボット等のFA機器、自動車および鉄道等の制御器な
ど多くの電気機器は、互いに外部からの電磁ノイズによ
って誤動作などの影響を受ける危険を常にもっており、
EMC分野においては、外部の電磁環境や影響を及ぼす
ようなノイズの大きさ、また自らが発生するノイズ等を
正確に測定することが重要となっている。
ロボット等のFA機器、自動車および鉄道等の制御器な
ど多くの電気機器は、互いに外部からの電磁ノイズによ
って誤動作などの影響を受ける危険を常にもっており、
EMC分野においては、外部の電磁環境や影響を及ぼす
ようなノイズの大きさ、また自らが発生するノイズ等を
正確に測定することが重要となっている。
【0003】従来、上述のような電磁ノイズの測定シス
テムには、(a)通常のアンテナを用いて受信し同軸ケ
ーブルで測定器まで導くシステム、(b)アンテナを用
いて受信した信号を検波して光信号に変換し光ファイバ
で測定器まで導くシステム、(c)印加される電界強度
に応じて透過光の強度が変化するように構成された光学
素子を用いて電界強度変化を光強度変化に変換し、上記
光学素子と光源及び測定器に接続された光検出器間を光
ファイバで接続するシステムがある。
テムには、(a)通常のアンテナを用いて受信し同軸ケ
ーブルで測定器まで導くシステム、(b)アンテナを用
いて受信した信号を検波して光信号に変換し光ファイバ
で測定器まで導くシステム、(c)印加される電界強度
に応じて透過光の強度が変化するように構成された光学
素子を用いて電界強度変化を光強度変化に変換し、上記
光学素子と光源及び測定器に接続された光検出器間を光
ファイバで接続するシステムがある。
【0004】前記(a)のシステムが最も一般的である
が、同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在により電界分
布が乱れてしまったりケーブル途中からのノイズ混入の
おそれがある等の問題があるため、光フファイバを用い
た前記記(b),(c)のシステムが開発されている。
が、同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在により電界分
布が乱れてしまったりケーブル途中からのノイズ混入の
おそれがある等の問題があるため、光フファイバを用い
た前記記(b),(c)のシステムが開発されている。
【0005】前記システムのうち(b)のシステムは、
ダイオードで検波した信号を増幅して発光ダイオードに
加えて光信号に変換して光ファイバで光検出器に導くも
のであるが、センサヘッド部に電気回路やバッテリを必
要とするため、ある大きさの金属部分が存在しかつ形状
も大きくなってしまい、また、電界の検出感度が低く応
答速度が遅いという欠点がある。
ダイオードで検波した信号を増幅して発光ダイオードに
加えて光信号に変換して光ファイバで光検出器に導くも
のであるが、センサヘッド部に電気回路やバッテリを必
要とするため、ある大きさの金属部分が存在しかつ形状
も大きくなってしまい、また、電界の検出感度が低く応
答速度が遅いという欠点がある。
【0006】また、前記(c)のシステムでは、電界強
度を透過光の強度変化に変換する光学素子として電気光
学効果を有する結晶を用いている。その素子構造として
は、光ファイバの出射光をレンズで平行光として小型ア
ンテナを取り付けた結晶中を通過させて結晶中の電界に
より偏光状態を変化させ、検光子で強度変化に変換した
後再び光ファイバに結合するバルク型素子と、結晶上に
設けた光導波路により上記光学素子を構成する導波路型
素子があり、通常、導波路型のほうがバルク型よりも1
0倍以上検出感度が高い。
度を透過光の強度変化に変換する光学素子として電気光
学効果を有する結晶を用いている。その素子構造として
は、光ファイバの出射光をレンズで平行光として小型ア
ンテナを取り付けた結晶中を通過させて結晶中の電界に
より偏光状態を変化させ、検光子で強度変化に変換した
後再び光ファイバに結合するバルク型素子と、結晶上に
設けた光導波路により上記光学素子を構成する導波路型
素子があり、通常、導波路型のほうがバルク型よりも1
0倍以上検出感度が高い。
【0007】図5は従来の導波路型素子による電界セン
サヘッド101の構成例を示す。この電界センサヘッド
101は、c軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム結
晶の基板102と、この基板102上にチタンを拡散し
て入射光導波路103およびこの入射光導波路103か
ら分岐された位相シフト光導波路104,105と、こ
れらの位相シフト光導波路104,105が合流して結
合した出射光導波路106とを有している。入射光導波
路103の入射端には入射光ファイバ107が結合さ
れ、出射光導波路106の出射端には出射光ファイバ1
08が接続されている。
サヘッド101の構成例を示す。この電界センサヘッド
101は、c軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム結
晶の基板102と、この基板102上にチタンを拡散し
て入射光導波路103およびこの入射光導波路103か
ら分岐された位相シフト光導波路104,105と、こ
れらの位相シフト光導波路104,105が合流して結
合した出射光導波路106とを有している。入射光導波
路103の入射端には入射光ファイバ107が結合さ
れ、出射光導波路106の出射端には出射光ファイバ1
08が接続されている。
【0008】また、位相シフト光導波路104,105
上には1対の電極109が設けられ、これらの電極10
9はロッドアンテナ110に接続されている。図5にお
いて、入射光ファイバ107からの入射光111は入射
光導波路103に入射した後、位相シフト光射導波路1
04,105にエネルギーが分割される。電界が印加さ
れた場合、ロッドアンテナ110により電極109に電
圧が誘起されて位相シフト光導波路104,105中に
は深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生ずる。この
結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて位相シフ
ト光導波路104,105を伝搬する光波間には印加電
界の大きさに応じた位相差が生じ、それらが合流して出
射光導波路106に結合する場合に干渉により光強度が
変化する。すなわち、印加電界強度に応じて出射光ファ
イバ108に出射する出射光112の強度は変化するこ
とになり、その光強度変化を光検出器で測定することに
より印加電界の強度を測定できる。
上には1対の電極109が設けられ、これらの電極10
9はロッドアンテナ110に接続されている。図5にお
いて、入射光ファイバ107からの入射光111は入射
光導波路103に入射した後、位相シフト光射導波路1
04,105にエネルギーが分割される。電界が印加さ
れた場合、ロッドアンテナ110により電極109に電
圧が誘起されて位相シフト光導波路104,105中に
は深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生ずる。この
結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて位相シフ
ト光導波路104,105を伝搬する光波間には印加電
界の大きさに応じた位相差が生じ、それらが合流して出
射光導波路106に結合する場合に干渉により光強度が
変化する。すなわち、印加電界強度に応じて出射光ファ
イバ108に出射する出射光112の強度は変化するこ
とになり、その光強度変化を光検出器で測定することに
より印加電界の強度を測定できる。
【0009】図6は、図5に示す従来の前記電界センサ
ヘッド101を用いた電界センサを示す。図5の電界セ
ンサヘッド101の入射光ファイバ107が送信用光フ
ァイバ113を介して光源114に接続され、出射光フ
ァイバ108が受信用光ファイバ115を介して光検出
器116に接続されている。図6では省略してあるが、
光検出器116からの検出された電気信号は、通常の電
圧計、電流計またははスペクトラムアナライザ等の測定
器に接続される。
ヘッド101を用いた電界センサを示す。図5の電界セ
ンサヘッド101の入射光ファイバ107が送信用光フ
ァイバ113を介して光源114に接続され、出射光フ
ァイバ108が受信用光ファイバ115を介して光検出
器116に接続されている。図6では省略してあるが、
光検出器116からの検出された電気信号は、通常の電
圧計、電流計またははスペクトラムアナライザ等の測定
器に接続される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこの種
の電界センサは、高電界を検出する場合には、わずかに
数ミクロン〜数十ミクロンの間隔の2つの電極に電圧印
加によって誘起された電荷の放電のために電極が破損し
やすいから、高電界の検出に適用することは困難である
という問題がある。
の電界センサは、高電界を検出する場合には、わずかに
数ミクロン〜数十ミクロンの間隔の2つの電極に電圧印
加によって誘起された電荷の放電のために電極が破損し
やすいから、高電界の検出に適用することは困難である
という問題がある。
【0011】本発明の目的は、高電界を検出するのに適
している電界センサを提供することにある。
している電界センサを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するために、印加される電界強度に応じて透過する
光の強度が変化するように構成されたセンサヘッドと、
このセンサヘッドに接続された入射光ファイバおよび出
射光ファイバと、前記入射光ファイバの一端に結合され
この入射光ファイバに光を照射する光源と、前記センサ
ヘッドを透過して前記出射光ファイバから出射する透過
光を検出するための光検出器とを具備する電界センサに
おいて、前記センサヘッドは、電気光学効果を有する基
板と、この基板上に形成され前記入射光ファイバに接続
した入射光導波路と、前記基板上に形成され前記入射光
導波路から分岐された2つの分岐光導波路と、これらの
分岐光導波路を合流して結合され前記出射光ファイバに
接続された出射光導波路と、これらの分岐光導波路また
は分岐部の少なくとも一部の近傍に設けられ電界を遮蔽
する電界遮蔽部材とを有していることを特徴とする。
解決するために、印加される電界強度に応じて透過する
光の強度が変化するように構成されたセンサヘッドと、
このセンサヘッドに接続された入射光ファイバおよび出
射光ファイバと、前記入射光ファイバの一端に結合され
この入射光ファイバに光を照射する光源と、前記センサ
ヘッドを透過して前記出射光ファイバから出射する透過
光を検出するための光検出器とを具備する電界センサに
おいて、前記センサヘッドは、電気光学効果を有する基
板と、この基板上に形成され前記入射光ファイバに接続
した入射光導波路と、前記基板上に形成され前記入射光
導波路から分岐された2つの分岐光導波路と、これらの
分岐光導波路を合流して結合され前記出射光ファイバに
接続された出射光導波路と、これらの分岐光導波路また
は分岐部の少なくとも一部の近傍に設けられ電界を遮蔽
する電界遮蔽部材とを有していることを特徴とする。
【0013】また、本発明は、印加される電界強度に応
じて透過する光の強度が変化するように構成されたセン
サヘッドと、このセンサヘッドに接続された入出射光フ
ァイバと、この入出射光ファイバの入出射端に結合され
ているサーキュレータと、このサーキュレータを介して
前記入出射光ファイバに光を照射する光源と、前記サー
キュレータから出射する透過光を検出するための光検出
器とを具備する電界センサにおいて、前記センサヘッド
は、電気光学効果を有する基板と、この基板上に形成さ
れ前記入出射光ファイバに接続した入出射光導波路と、
前記基板上に形成され前記入出射光導波路から分岐され
た2つの分岐光導波路と、前記基板に設けられ前記分岐
光導波路からの光を反射する反射ミラーと、前記分岐光
導波路の少なくとも一部の近傍に設けられ電界を遮蔽す
る電界遮蔽部材とを有していることを特徴とする。
じて透過する光の強度が変化するように構成されたセン
サヘッドと、このセンサヘッドに接続された入出射光フ
ァイバと、この入出射光ファイバの入出射端に結合され
ているサーキュレータと、このサーキュレータを介して
前記入出射光ファイバに光を照射する光源と、前記サー
キュレータから出射する透過光を検出するための光検出
器とを具備する電界センサにおいて、前記センサヘッド
は、電気光学効果を有する基板と、この基板上に形成さ
れ前記入出射光ファイバに接続した入出射光導波路と、
前記基板上に形成され前記入出射光導波路から分岐され
た2つの分岐光導波路と、前記基板に設けられ前記分岐
光導波路からの光を反射する反射ミラーと、前記分岐光
導波路の少なくとも一部の近傍に設けられ電界を遮蔽す
る電界遮蔽部材とを有していることを特徴とする。
【0014】
【実施例】まず、本発明の第1の実施例を図1に基いて
説明する。本発明の電界センサは、印加される電界強度
に応じて透過する光の強度が変化するように構成された
センサヘッド1と、このセンサヘッド1に接続された入
射光ファイバ2および出射光ファイバ3と、前記入射光
ファイバ2の一端に結合されこの入射光ファイバ2に光
を照射する半導体レーザなどの光源(図示せず)と、前
記センサヘッド1を透過して前記出射光ファイバ3から
出射する透過光を検出するための光検出器(図示せず)
とを具備する。
説明する。本発明の電界センサは、印加される電界強度
に応じて透過する光の強度が変化するように構成された
センサヘッド1と、このセンサヘッド1に接続された入
射光ファイバ2および出射光ファイバ3と、前記入射光
ファイバ2の一端に結合されこの入射光ファイバ2に光
を照射する半導体レーザなどの光源(図示せず)と、前
記センサヘッド1を透過して前記出射光ファイバ3から
出射する透過光を検出するための光検出器(図示せず)
とを具備する。
【0015】前記センサヘッド1は、電気光学効果を有
する基板4と、この基板4上に形成され前記入射光ファ
イバ2に接続した入射光導波路5と、前記基板4上に形
成され前記入射光導波路5から分岐された2つの分岐光
導波路6と、これらの分岐光導波路6を合流して結合さ
れ前記出射光ファイバ3に接続された出射光導波路7
と、前記分岐光導波路6の一部の近傍に設けられ電界を
遮蔽する電界遮蔽部材8とを有している。前記電界遮蔽
部材8は、導電物質または電波吸収物質などで構成され
る。
する基板4と、この基板4上に形成され前記入射光ファ
イバ2に接続した入射光導波路5と、前記基板4上に形
成され前記入射光導波路5から分岐された2つの分岐光
導波路6と、これらの分岐光導波路6を合流して結合さ
れ前記出射光ファイバ3に接続された出射光導波路7
と、前記分岐光導波路6の一部の近傍に設けられ電界を
遮蔽する電界遮蔽部材8とを有している。前記電界遮蔽
部材8は、導電物質または電波吸収物質などで構成され
る。
【0016】前記分岐導波路6上に配置した電界遮蔽部
材8によって電界が遮蔽され、他の一方の分岐光導波路
6においては印加電界に依存して屈折率が変化し、その
結果、これらが合流する出射光導波路7においては光波
の位相差が生じ、印加する電界の強度の変化に対応した
出射光の強度が検出される。
材8によって電界が遮蔽され、他の一方の分岐光導波路
6においては印加電界に依存して屈折率が変化し、その
結果、これらが合流する出射光導波路7においては光波
の位相差が生じ、印加する電界の強度の変化に対応した
出射光の強度が検出される。
【0017】より具体的に説明すると、前記分岐光導波
路6は、ニオブ酸リチウム結晶からなる基板(Z板)4
上に対称に分岐して形成されている。光の吸収を防ぐた
めのバッファ層として二酸化珪素(SiO2 )膜で分岐
光導波路6の全表面をコートした上で、分岐光導波路6
の一部に金属からなる電界遮蔽部材8が形成されてい
る。
路6は、ニオブ酸リチウム結晶からなる基板(Z板)4
上に対称に分岐して形成されている。光の吸収を防ぐた
めのバッファ層として二酸化珪素(SiO2 )膜で分岐
光導波路6の全表面をコートした上で、分岐光導波路6
の一部に金属からなる電界遮蔽部材8が形成されてい
る。
【0018】図2は、本発明の第2の実施例を示す。こ
の第2の実施例において、第1の実施例と同じ構成要素
に同じ符号が付されている。図2のセンサヘッド1は、
前記電界遮蔽部材8が両方の分岐光導波路6の上に形成
されていると共に分岐光導波路6の上における電界遮蔽
部材8の長さが異なるものである。この第2の実施例
は、前記第1の実施例とほぼ同様の特性を有する。
の第2の実施例において、第1の実施例と同じ構成要素
に同じ符号が付されている。図2のセンサヘッド1は、
前記電界遮蔽部材8が両方の分岐光導波路6の上に形成
されていると共に分岐光導波路6の上における電界遮蔽
部材8の長さが異なるものである。この第2の実施例
は、前記第1の実施例とほぼ同様の特性を有する。
【0019】図3は、本発明の第3の実施例を示す。こ
の第3の実施例において、第1の実施例と同じ構成要素
に同じ符号が付されている。図3の電界センサは、印加
される電界強度に応じて透過する光の強度が変化するよ
うに構成されたセンサヘッド1と、このセンサヘッド1
に接続された入出射光ファイバ9と、この入出射光ファ
イバ9の入出射端に結合されているサーキュレータ10
と、このサーキュレータ10およびレンズ12を介して
前記入出射光ファイバ9に光を照射する光源11と、前
記サーキュレータ10から出射する透過光を検出するた
めの光検出器13と、この光検出器13からの検出信号
を計測する計測器14とを具備する。
の第3の実施例において、第1の実施例と同じ構成要素
に同じ符号が付されている。図3の電界センサは、印加
される電界強度に応じて透過する光の強度が変化するよ
うに構成されたセンサヘッド1と、このセンサヘッド1
に接続された入出射光ファイバ9と、この入出射光ファ
イバ9の入出射端に結合されているサーキュレータ10
と、このサーキュレータ10およびレンズ12を介して
前記入出射光ファイバ9に光を照射する光源11と、前
記サーキュレータ10から出射する透過光を検出するた
めの光検出器13と、この光検出器13からの検出信号
を計測する計測器14とを具備する。
【0020】図4に示すように、前記センサヘッド1
は、電気光学効果を有する基板4と、この基板4上に形
成され前記入出射光ファイバ9に接続した入出射光導波
路15と、前記基板4上に形成され前記入出射光導波路
15から分岐された2つの分岐光導波路6と、前記基板
4に設けられ前記分岐光導波路6からの光を反射する反
射ミラー16と、前記分岐光導波路6の一部の近傍に設
けられ電界を遮蔽する電界遮蔽部材8とを有している。
前記入出射光ファイバ9は、偏波保持ファイバからな
る。前記反射ミラー16は、誘電体ミラー、通常のミラ
ーまたは反射コートで構成される。
は、電気光学効果を有する基板4と、この基板4上に形
成され前記入出射光ファイバ9に接続した入出射光導波
路15と、前記基板4上に形成され前記入出射光導波路
15から分岐された2つの分岐光導波路6と、前記基板
4に設けられ前記分岐光導波路6からの光を反射する反
射ミラー16と、前記分岐光導波路6の一部の近傍に設
けられ電界を遮蔽する電界遮蔽部材8とを有している。
前記入出射光ファイバ9は、偏波保持ファイバからな
る。前記反射ミラー16は、誘電体ミラー、通常のミラ
ーまたは反射コートで構成される。
【0021】この第3の実施例においては、前記電界遮
蔽部材8が存在する範囲では電界が遮蔽され、他方の分
岐光導波路6においては印加電界に依存して屈折率が変
化する。その結果、これらが合流する入出射光導波路1
5においては、光波の位相差が生じ、印加する電界強度
の変化の対応した出射光の強度が計測される。
蔽部材8が存在する範囲では電界が遮蔽され、他方の分
岐光導波路6においては印加電界に依存して屈折率が変
化する。その結果、これらが合流する入出射光導波路1
5においては、光波の位相差が生じ、印加する電界強度
の変化の対応した出射光の強度が計測される。
【0022】
【発明の効果】本発明の電界センサは、光導波路に形成
される電界遮蔽部材が単一であるから、放電およびこれ
による破壊が生じないので、高電界の検出に適してい
る。
される電界遮蔽部材が単一であるから、放電およびこれ
による破壊が生じないので、高電界の検出に適してい
る。
【図1】本発明の第1の実施例を示す正面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す正面図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図4】本発明の第3の実施例の要部を示す正面図であ
る。
る。
【図5】従来の電界センサのセンサヘッドを示す正面図
である。
である。
【図6】従来の電界センサを示すブロック図である。
1 センサヘッド 2 入射光ファイバ 3 出射光ファイバ 4 基板 5 入射光導波路 6 分岐光導波路 7 出射光導波路 8 電界遮蔽部材 9 入出射光ファイバ 10 サーキュレータ 11 光源 12 レンズ 13 光検出器 14 計測器 15 入出射光導波路 16 反射ミラー
Claims (2)
- 【請求項1】 印加される電界強度に応じて透過する光
の強度が変化するように構成されたセンサヘッドと、こ
のセンサヘッドに接続された入射光ファイバおよび出射
光ファイバと、前記入射光ファイバの一端に結合されこ
の入射光ファイバに光を照射する光源と、前記センサヘ
ッドを透過して前記出射光ファイバから出射する透過光
を検出するための光検出器とを具備する電界センサにお
いて、前記センサヘッドは、電気光学効果を有する基板
と、この基板上に形成され前記入射光ファイバに接続し
た入射光導波路と、前記基板上に形成され前記入射光導
波路から分岐された2つの分岐光導波路と、これらの分
岐光導波路を合流して結合され前記出射光ファイバに接
続された出射光導波路と、これらの分岐光導波路または
分岐部の少なくとも一部の近傍に設けられ電界を遮蔽す
る電界遮蔽部材とを有していることを特徴とする電界セ
ンサ。 - 【請求項2】 印加される電界強度に応じて透過する光
の強度が変化するように構成されたセンサヘッドと、こ
のセンサヘッドに接続された入出射光ファイバと、この
入出射光ファイバの入出射端に結合されているサーキュ
レータと、このサーキュレータを介して前記入出射光フ
ァイバに光を照射する光源と、前記サーキュレータから
出射する透過光を検出するための光検出器とを具備する
電界センサにおいて、前記センサヘッドは、電気光学効
果を有する基板と、この基板上に形成され前記入出射光
ファイバに接続した入出射光導波路と、前記基板上に形
成され前記入出射光導波路から分岐された2つの分岐光
導波路と、前記基板に設けられ前記分岐光導波路からの
光を反射する反射ミラーと、前記分岐光導波路の少なく
とも一部の近傍に設けられ電界を遮蔽する電界遮蔽部材
とを有していることを特徴とする電界センサ。
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-
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