JPH07333256A - Optical current transformer - Google Patents

Optical current transformer

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JPH07333256A
JPH07333256A JP6127496A JP12749694A JPH07333256A JP H07333256 A JPH07333256 A JP H07333256A JP 6127496 A JP6127496 A JP 6127496A JP 12749694 A JP12749694 A JP 12749694A JP H07333256 A JPH07333256 A JP H07333256A
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JP
Japan
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optical
sensor
lens
light
fiber
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Application number
JP6127496A
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Japanese (ja)
Inventor
Sakae Ikuta
栄 生田
Toru Tamagawa
徹 玉川
Masao Takahashi
正雄 高橋
Kiyohisa Terai
清寿 寺井
Hiroshi Miura
宏 三浦
Keiko Niwa
景子 丹羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a superior optical current transformer wherein drift of an optical axis and fluctuation of a space beam with respect to the temperature variation does not occur, the high accuracy can be stably maintained and it can be used in a power system of heavy current CONSTITUTION:A transmission optical fiber 1 and a lens 2 are united with each other by a bonding member 31 to form a fiber-lens assembly body 32. A sensor is wound around a conductor 9 to be measured to form a sensing optical fiber 34. Lenses 2 are provided to each of the input and output ends of the sensing optical fiber 34 and are united thereto by bonding members 31 to form respective fiber-lens assembly bodies 36. An optical system housing box 37 houses the fiber-lens assembly bodies 32, 36, a polarizer 3 and an analyzer 5 such that they are directly fixed thereto to form optical passages of the optical system. The optical system housing box 37 is made of a material of which thermal expansion coefficient is lower than that of each of the optical elements.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統の電流を測定
する電流測定器に関するものである。特に、光のファラ
デー効果を利用する光変流器における光学系の構造の改
良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current measuring device for measuring a current of a power system. In particular, it relates to an improvement in the structure of an optical system in an optical current transformer that uses the Faraday effect of light.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

[1]光変流器の原理 近年、光を用いた光変流器は、電力系統の高電圧化、大
容量化に伴って、その絶縁性が高く、小型化可能である
などの利点から、その実用性が急速に高まっている。光
変流器は、鉛ガラスや石英などのファラデー効果を有す
る物質をセンサとして、このセンサを被測定導体の近接
位置に配置して構成されている。そして、このセンサに
直線偏光を通過させて、被測定導体に流れる被測定電流
が形成する磁界によるファラデー効果の施光角を測定
し、このファラデー施光角と比例関係にある被測定電流
を求めるものである。図5は、このような光変流器の原
理を示すブロック図である。以下には、この図5を用い
て、光変流器の原理について説明する。
[1] Principle of optical current transformer In recent years, optical current transformers using light are advantageous in that they have high insulation properties and can be miniaturized with the increase in power system voltage and capacity. , Its practicality is increasing rapidly. The optical current transformer is constituted by using a substance having a Faraday effect, such as lead glass or quartz, as a sensor and disposing this sensor in the vicinity of the conductor to be measured. Then, the linearly polarized light is passed through this sensor, the illuminating angle of the Faraday effect due to the magnetic field formed by the measured current flowing through the measured conductor is measured, and the measured current that is proportional to this Faraday applied angle is obtained. It is a thing. FIG. 5 is a block diagram showing the principle of such an optical current transformer. The principle of the optical current transformer will be described below with reference to FIG.

【0003】この図5において、まず、光学系は、伝送
用光ファイバ1、レンズ2、偏光子3、センサ4、検光
子5、および、取付装置6を備えている。このうち、伝
送用光ファイバ1は、光源7からの光を受光するととも
に、2つの測定光を2つの受光器8に送るために使用さ
れている。また、レンズ2は、伝送用光ファイバ1から
の光を平行ビームに変換するとともに、検光子5からの
2つの直線偏光を個別に集束して個別の伝送用光ファイ
バ1に導くために使用されている。そして、偏光子3
は、レンズ2からの平行ビームを直線偏光にするために
使用されており、例えば、グラントムソンプリズムなど
から構成されている。さらに、センサ4は、被測定導体
9の近接位置に、偏光子3からの直線偏光を通過させる
ように配置されており、鉛ガラスや石英などのファラデ
ー効果を有する物質から構成されている。なお、センサ
4部分に記載されている矢印Hは、被測定導体9に流れ
る電流によって生じた磁界の一部を示している。そして
また、検光子5は、センサ4を通過した直線偏光を、互
いに直交する2つの直線偏光に分離するように配置され
ており、ウォラストンプリズムや偏光ビームスプリッタ
などから構成されている。さらに、取付装置6は、以上
のような各光学素子1〜5を保持する機構であり、この
図5では模式的に示されている。
In FIG. 5, first, the optical system includes a transmission optical fiber 1, a lens 2, a polarizer 3, a sensor 4, an analyzer 5, and a mounting device 6. Of these, the transmission optical fiber 1 is used to receive the light from the light source 7 and to send two measurement lights to the two light receivers 8. Further, the lens 2 is used for converting the light from the transmission optical fiber 1 into a parallel beam and separately focusing the two linearly polarized lights from the analyzer 5 and guiding them to the individual transmission optical fibers 1. ing. And the polarizer 3
Is used to convert the parallel beam from the lens 2 into linearly polarized light, and is composed of, for example, a Glan-Thompson prism or the like. Further, the sensor 4 is arranged near the conductor 9 to be measured so as to pass the linearly polarized light from the polarizer 3, and is made of a substance having a Faraday effect such as lead glass or quartz. The arrow H shown on the sensor 4 part shows a part of the magnetic field generated by the current flowing through the conductor 9 to be measured. Further, the analyzer 5 is arranged so as to separate the linearly polarized light that has passed through the sensor 4 into two linearly polarized lights that are orthogonal to each other, and is composed of a Wollaston prism, a polarization beam splitter, and the like. Further, the attachment device 6 is a mechanism for holding each of the optical elements 1 to 5 described above, and is schematically shown in FIG.

【0004】一方、光源7は、以上のような光学系に光
を導入するために使用されており、駆動制御回路10に
よって駆動制御されるようになっている。また、2つの
受光器8は、光学系からの2つの測定光を個別に受光し
てこの測定光の強度を電気信号に変換するために使用さ
れており、駆動回路11によって駆動されるようになっ
ている。そして、この2つの受光器8には1つの計測電
子回路12が接続されており、この計測電子回路12
は、2つの受光器8で得られた電気信号を処理して被測
定導体9に流れる電流を算出するようになっている。
On the other hand, the light source 7 is used to introduce light into the above optical system, and is drive-controlled by the drive control circuit 10. Further, the two light receivers 8 are used for individually receiving the two measurement lights from the optical system and converting the intensity of the measurement lights into an electric signal, and are driven by the drive circuit 11. Has become. One measuring electronic circuit 12 is connected to the two light receivers 8.
Is configured to process the electric signals obtained by the two light receivers 8 and calculate the current flowing through the conductor 9 to be measured.

【0005】以上のような構成を有する光変流器によっ
て、被測定導体9に流れる電流を測定する場合には、次
のような動作が行われる。まず、光源7から光が発せら
れ、この光は、伝送用光ファイバ1中を伝播して出射
し、レンズ2によって平行ビームに変換される。この平
行ビームは、偏光子3によって直線偏光になり、センサ
4に入射する。この時、センサ4は被測定導体9に流れ
る電流によって形成される磁界Hの中にあるため、この
センサ4に入射した直線偏光は、ファラデー効果によっ
てその偏光方位が角度θfだけ回転する。
When the current flowing through the conductor 9 to be measured is measured by the optical current transformer having the above structure, the following operation is performed. First, the light source 7 emits light, which propagates through the transmission optical fiber 1 and is emitted, and is converted into a parallel beam by the lens 2. This parallel beam is made into linearly polarized light by the polarizer 3 and is incident on the sensor 4. At this time, since the sensor 4 is in the magnetic field H formed by the current flowing through the conductor 9 to be measured, the linearly polarized light incident on the sensor 4 has its polarization direction rotated by the angle θf due to the Faraday effect.

【0006】この場合、センサ4部分における磁界Hの
強度をそのままHで表すとともに、センサ4を構成する
物質のベルデ定数をV、光の経路の微小部分の長さをd
S、電界Hと光の経路とがなす角度をαとすると、この
光の経路の微小部分dSで生じるファラデー施光角度d
θfは、次の式(1)で表される。
In this case, the strength of the magnetic field H at the sensor 4 portion is represented by H as it is, the Verdet constant of the substance forming the sensor 4 is V, and the length of the minute portion of the light path is d.
Letting α be the angle formed by S, the electric field H and the light path, the Faraday light application angle d generated at the minute portion dS of this light path.
θf is expressed by the following equation (1).

【数1】 dθf = VH・dS・cosα = VH・dS … (1) この場合、センサ4全体で生じるファラデー施光角度θ
fは、次の式(2)で表される。
## EQU00001 ## d.theta.f = VH.dS.cos.alpha. = VH.dS (1) In this case, the Faraday illumination angle .theta.
f is represented by the following equation (2).

【数2】 [Equation 2]

【0007】すなわち、センサ4に入射した直線偏光
は、磁界Hの原因である被測定電流に比例した角度θf
だけその偏光方位が回転して出射する。
That is, the linearly polarized light incident on the sensor 4 has an angle θf proportional to the measured current which causes the magnetic field H.
Only the polarization direction is rotated and the light is emitted.

【0008】このセンサ4からの出射光は、検光子5に
よって偏光方位が互いに直交する2つの直線偏光に分離
され、異なる方向(図5では便宜上90度として示して
いる)に進む。この2つの光は、個別のレンズ2と個別
の伝送用光ファイバ1を介して2つの受光器8にそれぞ
れ入射し、その強度が測定される。ここで、検光子5か
らの2つの光の方位をX軸方向およびY軸方向とし、偏
光子3の偏光方位をXY軸に対して45度の方向とし、
検光子5によって2つに分けられた2つの測定光の強度
をIX、IYとすると、次の式(3)と(4)からファ
ラデー旋光角度θfが容易に得られる。
The light emitted from the sensor 4 is separated by the analyzer 5 into two linearly polarized lights having polarization directions orthogonal to each other, and travels in different directions (illustrated as 90 degrees for convenience in FIG. 5). The two lights respectively enter the two photodetectors 8 via the individual lenses 2 and the individual transmission optical fibers 1, and the intensities thereof are measured. Here, the azimuths of the two lights from the analyzer 5 are the X-axis direction and the Y-axis direction, and the polarization azimuth of the polarizer 3 is 45 degrees with respect to the XY-axis.
If the intensities of the two measurement lights divided into two by the analyzer 5 are IX and IY, the Faraday rotation angle θf can be easily obtained from the following equations (3) and (4).

【数3】 (IX−IY)/(IX+IY) = sin(2θf) … (3)(3) (IX-IY) / (IX + IY) = sin (2θf) (3)

【数4】 すなわち、2つの受光器8によって、2つの測定光の各
強度IXとIYを測定し、計測電子回路でファラデー旋
光角度θfを算出し、このファラデー旋光角度θfと比
例関係にある電流値を求めることができる。以上が、光
変流器の動作原理である。
[Equation 4] That is, the intensities IX and IY of the two measurement lights are measured by the two light receivers 8, the Faraday rotation angle θf is calculated by the measurement electronic circuit, and the current value proportional to the Faraday rotation angle θf is obtained. You can The above is the operation principle of the optical current transformer.

【0009】[2]従来の光変流器の構成 次に、以上のような動作原理に基づいた実際の光変流器
の構成について、図6を用いて説明する。この図6は、
図5の光変流器のうち光源7とその駆動制御回路10、
受光器8とその駆動回路11、および計測電子回路12
を除いた光学系部分の従来技術による具体的な構成例を
示す図である。この図6に示すように、センサ4は、被
測定導体9の近接位置に、この被測定導体9を取り囲む
ように配置されている。このセンサ4は、ブロック状に
一体成形されており、被測定導体9の周囲を光が周回通
過できるように形成されている。この場合、光学的に均
質で大型のブロックは製作が困難で高価なため、小型の
ブロック状のセンサが用いられている。ところが、実際
の電力系統では、被測定導体9の対地電圧が高く、流れ
る電流も大きいため、十分な絶縁距離を確保しなければ
ならない。しかし、伝送用光ファイバ1は接地電位に接
続されており、その絶縁性能だけで高電圧大電力の電力
系統に要求される高い絶縁性能を得ることは不可能であ
る。
[2] Configuration of Conventional Optical Current Transformer Next, the configuration of an actual optical current transformer based on the above operation principle will be described with reference to FIG. This Figure 6
Of the optical current transformer of FIG. 5, the light source 7 and its drive control circuit 10,
Light receiver 8 and its drive circuit 11, and measurement electronic circuit 12
It is a figure which shows the specific structural example by the prior art of the optical system part except for. As shown in FIG. 6, the sensor 4 is arranged near the measured conductor 9 so as to surround the measured conductor 9. The sensor 4 is integrally formed in a block shape and is formed so that light can pass around the conductor 9 to be measured. In this case, a small block-shaped sensor is used because an optically homogeneous and large block is difficult and expensive to manufacture. However, in an actual power system, the ground voltage of the conductor 9 to be measured is high and the flowing current is also large, so that a sufficient insulation distance must be secured. However, since the transmission optical fiber 1 is connected to the ground potential, it is impossible to obtain the high insulation performance required for the high voltage and high power power system only by the insulation performance.

【0010】そのため、従来の光変流器において、光学
素子の取付装置6は、具体的には、図6に示すように、
光学系収納箱21、光学素子保持台22、センサ保持具
23、絶縁保持具24などから構成されている。まず、
センサ4を除く各光学素子、すなわち、伝送用光ファイ
バ1、レンズ2、偏光子3、および検光子5を光学素子
保持台22に固定具で取り付けて光学系収納箱21に収
納し、絶縁に必要な距離だけ被測定導体9から離して配
置している。そして、伝送用光ファイバ1、レンズ2、
偏光子3、センサ4、および検光子5からなる光学系の
各光学素子の位置関係を保持して各光学素子間の光軸を
整合させるために、センサ保持具23と絶縁保持具24
によってセンサ4と光学系収納箱21を機械的に結合し
ている。なお、図中25は、伝送用光ファイバ1を光学
素子保持台22に取り付けるファイバ固定具、26は、
レンズ2を光学素子保持台22に取り付けるレンズ固定
具である。また、図中27は、偏光子3からセンサ4に
光を導くための反射鏡である。
Therefore, in the conventional optical current transformer, the mounting device 6 for the optical element is specifically as shown in FIG.
The optical system storage box 21, the optical element holder 22, the sensor holder 23, the insulating holder 24, and the like are included. First,
Each optical element except the sensor 4, that is, the transmission optical fiber 1, the lens 2, the polarizer 3, and the analyzer 5 is attached to the optical element holding base 22 with a fixture and is stored in the optical system storage box 21 for insulation. It is arranged apart from the conductor 9 to be measured by a necessary distance. Then, the transmission optical fiber 1, the lens 2,
In order to maintain the positional relationship of each optical element of the optical system including the polarizer 3, the sensor 4, and the analyzer 5 and align the optical axis between the optical elements, the sensor holder 23 and the insulating holder 24
The sensor 4 and the optical system storage box 21 are mechanically connected by. In the figure, 25 is a fiber fixture for attaching the transmission optical fiber 1 to the optical element holding base 22, and 26 is a fiber fixture.
It is a lens fixing tool for attaching the lens 2 to the optical element holding base 22. Further, reference numeral 27 in the figure is a reflecting mirror for guiding light from the polarizer 3 to the sensor 4.

【0011】[3]従来の光変流器の動作 続いて、以上のような構成を有する図6の光変流器の動
作について説明する。図6において、図示しない光源か
ら発せられた光は、伝送用光ファイバ1中を伝播して出
射し、レンズ2によって平行ビームに変換される。この
平行ビームは、偏光子3によって直線偏光になり、反射
鏡27を経てセンサ4に入射する。センサ4に入射した
平行ビームは、センサ4内部において、被測定導体9の
周囲を周回通過する間に、被測定導体9を流れる電流が
形成する磁界によってファラデー施光を生じ、その偏光
方位が角度θfだけ回転した後に出射する。この場合の
ファラデー施光角度θfは、アンペールの定理により、
光が電流を周回する回数をN、センサ4を構成する物質
のベルデ定数をVとすると、次の式(5)で表される。
[3] Operation of Conventional Optical Current Transformer Next, the operation of the optical current transformer of FIG. 6 having the above-mentioned configuration will be described. In FIG. 6, light emitted from a light source (not shown) propagates through the transmission optical fiber 1 and is emitted, and is converted into a parallel beam by the lens 2. This parallel beam is converted into linearly polarized light by the polarizer 3, and enters the sensor 4 via the reflecting mirror 27. The parallel beam incident on the sensor 4 causes Faraday illuminating by the magnetic field formed by the current flowing through the conductor under measurement 9 while passing around the conductor 9 under measurement inside the sensor 4, and its polarization azimuth is angled. The light is emitted after rotating by θf. In this case, the Faraday illumination angle θf is given by Ampere's theorem.
Assuming that the number of times the light orbits the current is N and the Verdet constant of the substance forming the sensor 4 is V, it is expressed by the following equation (5).

【数5】 θf=N・V・I … (5) すなわち、被測定導体9を取り囲むセンサ4内を周回し
た直線偏光は、被測定導体9を流れる被測定電流に比例
した角度θfだけその偏光方位が回転して出射する。
[Mathematical formula-see original document] θf = N · V · I (5) That is, the linearly polarized light that circulates inside the sensor 4 surrounding the conductor 9 to be measured is polarized at an angle θf proportional to the current to be measured flowing through the conductor 9 to be measured. The direction is rotated and the light is emitted.

【0012】このセンサ4からの出射光は、検光子5に
よって偏光方位が互いに直交する2つの直線偏光に分離
され、異なる方向(図6では図5と同様に便宜上90度
として示している)に進む。この2つの光は、個別のレ
ンズ2と個別の伝送用光ファイバ1を介して、図示して
いない受光器に入射し、その強度が測定される。すなわ
ち、受光器に達した光は、それぞれの強度に比例した電
気信号に変換され、図示していない計測電子回路によっ
て、前記の式(4)の計算が行われ、電流に比例した信
号が得られる。
The light emitted from the sensor 4 is separated by the analyzer 5 into two linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other, and in different directions (illustrated as 90 degrees for convenience in FIG. 6). move on. The two lights are incident on a light receiver (not shown) via the individual lens 2 and the individual transmission optical fiber 1, and the intensities thereof are measured. That is, the light reaching the light receiver is converted into an electric signal proportional to each intensity, and the measurement electronic circuit (not shown) calculates the above equation (4) to obtain a signal proportional to the current. To be

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上の説明で分かる通
り、図6に示す従来の光変流器においては、光源側の伝
送用光ファイバ1の出射端から出射した光は、受光器側
の伝送用光ファイバの入射端までの長い距離を空間ビー
ムとして伝播することになる。また、伝送用光ファイバ
のコア直径は数ミクロンから数十ミクロンである。その
ために、光学素子間のわずかの光軸ずれによって光が受
光器に届かなくなったり、受光器に達する光量が大幅に
低下する可能性がある。
As can be seen from the above description, in the conventional optical current transformer shown in FIG. 6, the light emitted from the emission end of the transmission optical fiber 1 on the light source side is on the light receiver side. A long distance to the entrance end of the transmission optical fiber propagates as a spatial beam. The core diameter of the transmission optical fiber is several microns to several tens of microns. Therefore, there is a possibility that light may not reach the light receiver or the amount of light reaching the light receiver may be significantly reduced due to a slight optical axis shift between the optical elements.

【0014】さらに、光源側の伝送用光ファイバの出射
端と受光器側の伝送用光ファイバの入射端との間にある
光学素子のうち、センサ4および反射鏡27を除く光学
素子、すなわち、レンズ2、偏光子3、および偏光子5
は、光学系収納箱21の内部に収納されている。この場
合、これらの光学素子は、それぞれ固定具を介して光学
素子保持台22に保持されて光学系収納箱21の内部に
取り付けられている。そして、伝送用光ファイバ1とセ
ンサ2との間の位置関係は、光学系収納箱21内に収納
された複数の光学素子2,3,5、絶縁保持具24、セ
ンサ保持具23、および光学系収納箱21の外部に配置
された反射鏡27などの多数個の部材によって保たれて
いる。
Further, among the optical elements between the emission end of the transmission optical fiber on the light source side and the incidence end of the transmission optical fiber on the light receiver side, the optical elements except the sensor 4 and the reflecting mirror 27, that is, Lens 2, Polarizer 3, and Polarizer 5
Are stored inside the optical system storage box 21. In this case, these optical elements are attached to the inside of the optical system storage box 21 by being held by the optical element holding base 22 via the fixtures. The positional relationship between the transmission optical fiber 1 and the sensor 2 is determined by a plurality of optical elements 2, 3, 5 housed in the optical system housing box 21, an insulating holder 24, a sensor holder 23, and an optical member. It is held by a large number of members such as a reflecting mirror 27 arranged outside the system storage box 21.

【0015】そのため、大電流通電による被測定導体の
発熱や周囲温度の変化などによる温度変化時には、部材
間の熱膨脹の差によって光学素子の位置や姿勢の変化を
生じ、光学素子間に光軸ずれが発生し易い。そしてま
た、光が空間ビームとして伝播する距離が長いため、急
激な温度変化や導体発熱のような局部的な温度変化によ
って光路中の空気あるいは絶縁ガスの密度が変動した場
合には、空間ビームが大きくゆらぎ、光軸ずれと同様の
ずれが現れる。これらの光軸ずれや空間ビームのゆらぎ
は、いずれも光変流器の精度を低下させたりあるいは測
定を不可能にする。
Therefore, when the conductor to be measured is heated by a large current and the temperature changes due to a change in ambient temperature, the position and orientation of the optical element change due to the difference in thermal expansion between the members, and the optical axis shifts between the optical elements. Is likely to occur. Also, since the distance that light propagates as a spatial beam is long, if the density of air or insulating gas in the optical path fluctuates due to a local temperature change such as a sudden temperature change or conductor heat generation, the spatial beam will change. There is a large fluctuation, and a deviation similar to the deviation of the optical axis appears. Any of these optical axis shifts and spatial beam fluctuations deteriorates the accuracy of the optical current transformer or makes measurement impossible.

【0016】さらに、前述したようにセンサ4は、一般
に鉛ガラスまたは石英のブロックによって形成されてお
り、光ビームがその内部を反射して周回するようにして
各部に反射面が形成されている。このような周回光路
は、わずかな光軸ずれが生じただけでビームが所定の位
置から外れてしまい光が周回できなくなる。すなわち、
このようなセンサは、温度変動によって光の周回が不能
になり、光変流器として測定不能となる可能性が極めて
高い。
Further, as described above, the sensor 4 is generally formed of a lead glass or quartz block, and a reflecting surface is formed on each part so that the light beam reflects the inside thereof and goes around. In such an orbiting optical path, the beam deviates from a predetermined position even if a slight optical axis deviation occurs, and the light cannot be orbited. That is,
Such a sensor has a very high possibility that it becomes impossible to measure light as an optical current transformer because the light cannot be circulated due to temperature fluctuations.

【0017】このように、従来の光変流器では、周囲温
度の変化や大電流通電のための導体発熱に伴う光学系周
囲の温度変化によって精度が著しく低下したり測定不能
となる可能性がある。温度に対する精度の変化が直線的
であれば計測電子回路で補正することも可能である。し
かし、これらの精度変化は、温度に対して非直線的であ
り、計測電子回路での補正は著しく困難であり実用上は
不可能に近い。したがって、従来の光変流器によって、
温度変化に起因する精度の低下や測定不能の発生を確実
に防止することは困難である。そのため、従来の光変流
器は、このような温度変化に対する信頼性の問題から、
大電流の電力系統での使用が甚だしく制限されている。
As described above, in the conventional optical current transformer, there is a possibility that accuracy may be significantly reduced or measurement may not be possible due to a change in ambient temperature or a change in ambient temperature of the optical system due to heat generation of the conductor due to conduction of a large current. is there. If the change in accuracy with temperature is linear, it can also be corrected by the measuring electronics. However, these changes in accuracy are non-linear with respect to temperature, and correction in the measurement electronic circuit is extremely difficult, which is practically impossible. Therefore, by the conventional optical current transformer,
It is difficult to reliably prevent the decrease in accuracy and the occurrence of measurement inability due to the temperature change. Therefore, the conventional optical current transformer, from the problem of reliability against such temperature changes,
Its use in high current power systems is severely limited.

【0018】ところで、従来の光変流器における以上の
ような温度変化に対する信頼性の問題の原因は、前述し
たように、温度変化により発生する光学系の光軸ずれや
空間ビームのゆらぎである。そして、このような光軸ず
れや空間ビームのゆらぎを生じる根本的な原因は、前述
したように、多数の部材で光路が保持されていること
と、光が長い距離を空間ビームとして伝播することにあ
る。
By the way, as described above, the cause of the reliability problem with respect to the temperature change in the conventional optical current transformer is the optical axis shift of the optical system and the fluctuation of the spatial beam caused by the temperature change. . The fundamental causes of such optical axis shift and spatial beam fluctuation are that the optical paths are held by many members and that light propagates as a spatial beam over a long distance, as described above. It is in.

【0019】したがって、本発明の目的は、光路をでき
る限り少数の部材で保持し、かつ、光が空間ビームとし
て伝播する距離を極力短くすることにより、温度変化に
対しても光軸ずれや空間ビームのゆらぎが発生せず、安
定した高い精度を保ち、大電流の電力系統に使用可能な
優れた光変流器を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to hold the optical path with a small number of members and to minimize the distance that light propagates as a spatial beam, so that the optical axis shifts and the space even when the temperature changes. It is an object of the present invention to provide an excellent optical current transformer that does not generate beam fluctuations, maintains stable high accuracy, and can be used in a large-current power system.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明による光変流器
は、光学系を備え、この光学系を通過する光のファラデ
ー旋光角度から被測定導体に流れる電流を測定する光変
流器において、その光学系を次のように構成したことを
特徴としている。まず、請求項1記載の光変流器は、セ
ンサ、光源側と受光器側の伝送用光ファイバ、光源側と
受光器側のレンズ、偏光子、検光子、および光学系収納
箱を備えている。センサは、ファラデー効果を有する物
質から構成されかつ被測定導体に流れる電流によって生
じる磁界内に配置される。光源側の伝送用光ファイバ
は、センサに光源からの光を伝送し、受光器側の伝送用
光ファイバは、センサからの光を受光器に伝送する。光
源側のレンズは、光源側の伝送用光ファイバの出射端に
光学的に結合され、受光器側のレンズは、受光器側の伝
送用光ファイバの入射端に光学的に結合される。偏光子
は、光源側のレンズとセンサの間に配置されてレンズか
らの光を直線偏光に変換する。検光子は、センサと受光
器側のレンズとの間に配置されて、センサを通過した直
線偏光を2つの直線偏光に分離する。光学系収納箱は、
伝送用光ファイバの端部、レンズ、偏光子、および検光
子を、光学系の光路を形成するようにして取り付け、収
納する。そして、請求項1記載の光変流器は、以上の構
成に加えて、各伝送用光ファイバとその端部に光学的に
結合される各レンズとを一体構造のファイバ・レンズ組
立体として組み立て、光学系収納箱に取り付けられる結
合部材を備えている。
An optical current transformer according to the present invention comprises an optical system, and an optical current transformer for measuring a current flowing through a conductor to be measured from a Faraday rotation angle of light passing through the optical system, The optical system is characterized by being configured as follows. First, the optical current transformer according to claim 1 comprises a sensor, a transmission optical fiber on the light source side and the light receiving side, a lens on the light source side and the light receiving side, a polarizer, an analyzer, and an optical system storage box. There is. The sensor is made of a substance having a Faraday effect and is placed in a magnetic field generated by a current flowing through the conductor to be measured. The transmission optical fiber on the light source side transmits the light from the light source to the sensor, and the transmission optical fiber on the light receiver side transmits the light from the sensor to the light receiver. The lens on the light source side is optically coupled to the emission end of the transmission optical fiber on the light source side, and the lens on the light receiver side is optically coupled to the incidence end of the transmission optical fiber on the light receiver side. The polarizer is arranged between the lens on the light source side and the sensor and converts light from the lens into linearly polarized light. The analyzer is arranged between the sensor and the lens on the side of the light receiver, and separates the linearly polarized light passing through the sensor into two linearly polarized light. The optical system storage box
The end of the transmission optical fiber, the lens, the polarizer, and the analyzer are attached and housed so as to form the optical path of the optical system. According to the optical current transformer of claim 1, in addition to the above configuration, each optical fiber for transmission and each lens optically coupled to the end thereof are assembled as an integrated fiber / lens assembly. , A coupling member attached to the optical system storage box.

【0021】請求項2記載の光変流器は、請求項1記載
の光変流器において、次のような取付構造を有すること
を特徴としている。すなわち、請求項2記載の光変流器
において、伝送用光ファイバとレンズとが結合部材で組
み立てられてなるファイバ・レンズ組立体、偏光子、お
よび検光子は、光学系収納箱に直接取り付けられる。
An optical current transformer according to a second aspect is the optical current transformer according to the first aspect, characterized in that it has the following mounting structure. That is, in the optical current transformer according to claim 2, the fiber / lens assembly in which the transmission optical fiber and the lens are assembled by the coupling member, the polarizer, and the analyzer are directly attached to the optical system storage box. .

【0022】請求項3記載の光変流器は、請求項1また
は2記載の光変流器において、センサとその取付構造に
次のような特徴を有する。すなわち、請求項3記載の光
変流器において、センサは、センサ用光ファイバであ
り、センサ用光ファイバの入射端と出射端に光学的にそ
れぞれ結合されるレンズをさらに備える。そして、個別
の結合部材は、センサ用光ファイバとその入射端と出射
端に結合される各レンズとを一体構造のファイバ・レン
ズ組立体として組み立てる結合部材を含む。
The optical current transformer according to claim 3 is the optical current transformer according to claim 1 or 2, wherein the sensor and its mounting structure have the following features. That is, in the optical current transformer according to a third aspect of the present invention, the sensor is a sensor optical fiber, and further includes lenses that are optically coupled to an incident end and an emitting end of the sensor optical fiber. The individual coupling member includes a coupling member that assembles the optical fiber for sensor and each lens coupled to the incident end and the emission end thereof as a fiber-lens assembly having an integral structure.

【0023】請求項4記載の光変流器は、請求項3記載
の光変流器において、センサ用光ファイバの取付構造に
次のような特徴を有する。すなわち、請求項4記載の光
変流器において、センサ用光ファイバとレンズとが結合
部材で組み立てられてなるファイバ・レンズ組立体は、
光学系収納箱に直接取り付けられる。
The optical current transformer according to a fourth aspect is the optical current transformer according to the third aspect, and has the following features in the mounting structure of the optical fiber for sensor. That is, in the optical current transformer according to claim 4, a fiber / lens assembly in which the sensor optical fiber and the lens are assembled by a coupling member is provided.
It can be attached directly to the optical system storage box.

【0024】請求項5および6記載の光変流器は、請求
項1記載の光変流器において、光学系収納箱の構成に次
のような特徴を有する。すなわち、請求項5記載の光変
流器において、光学系収納箱は、光ファイバ、レンズ、
偏光子、および検光子の熱膨脹率以下の熱膨脹率を有す
る材料で構成される。また、請求項6記載の光変流器に
おいて、光学系収納箱は、熱伝導度の大きな材料で構成
される。
The optical current transformer according to claims 5 and 6 is the optical current transformer according to claim 1, wherein the configuration of the optical system storage box has the following features. That is, in the optical current transformer according to claim 5, the optical system storage box includes an optical fiber, a lens,
It is composed of a polarizer and a material having a coefficient of thermal expansion equal to or lower than that of the analyzer. Further, in the optical current transformer according to claim 6, the optical system storage box is made of a material having a large thermal conductivity.

【0025】請求項7記載の光変流器は、請求項1記載
の光変流器において、検光子の構成に次のような特徴を
有する。すなわち、請求項7記載の光変流器において、
検光子は、その光軸が互いに直交するように配置された
2つの偏光子とビームスプリッタとからなる。
An optical current transformer according to a seventh aspect is the optical current transformer according to the first aspect, wherein the analyzer has the following features. That is, in the optical current transformer according to claim 7,
The analyzer is composed of two polarizers and a beam splitter arranged so that their optical axes are orthogonal to each other.

【0026】[0026]

【作用】以上に述べたような本発明の光変流器は、次の
ような作用を有する。まず、請求項1記載の発明によれ
ば、伝送用光ファイバとレンズとを単一の結合部材によ
って一体構造のファイバ・レンズ組立体として組み立て
ることにより、伝送用光ファイバとレンズとの光学系収
納箱に対する取り付けを、単一の結合部材によって行う
ことができる。そのため、伝送用光ファイバとレンズを
個別の固定具によって取り付けた場合に比べて、温度変
化による伝送用光ファイバとレンズとの間の光軸ずれを
小さくすることができる。
The optical current transformer of the present invention as described above has the following actions. First, according to the first aspect of the present invention, the optical fiber for transmission and the lens are assembled by a single coupling member as a fiber / lens assembly having an integrated structure, so that the optical system for storing the optical fiber for transmission and the lens is housed. Attachment to the box can be done by a single coupling member. Therefore, as compared with the case where the transmission optical fiber and the lens are attached by separate fixtures, the optical axis shift between the transmission optical fiber and the lens due to the temperature change can be reduced.

【0027】請求項2記載の発明によれば、光学系収納
箱に各光学素子を直接取り付けることにより、光学系の
光路をできる限り少数の部材で保持することができる。
そのため、温度変化が生じた場合でも、各部材の熱膨張
の差によって生じる光学素子の位置や姿勢の変化を小さ
くすることができ、光学素子間の光軸ずれを極力小さく
することができる。
According to the second aspect of the invention, by directly attaching each optical element to the optical system storage box, the optical path of the optical system can be held by as few members as possible.
Therefore, even if a temperature change occurs, it is possible to reduce the change in the position and orientation of the optical element caused by the difference in thermal expansion of each member, and to minimize the optical axis deviation between the optical elements.

【0028】請求項3記載の発明によれば、センサとし
てセンサ用光ファイバを使用しているため、ブロック状
のセンサを使用した場合に比べて、わずかな光軸ずれが
生じた場合でも、光が周回可能であり、測定不能となる
恐れがない。また、このセンサ用光ファイバの端部を単
一の結合部材によって一体構造のファイバ・レンズ組立
体として組み立てることにより、このセンサ用光ファイ
バとレンズとの光学系収納箱に対する取り付けを、単一
の結合部材によって行うことができる。そのため、セン
サ用光ファイバとレンズを個別の固定具によって取り付
けた場合に比べて、温度変化によるセンサ光ファイバと
レンズとの間の光軸ずれを小さくすることができる。
According to the third aspect of the present invention, since the sensor optical fiber is used as the sensor, even if a slight optical axis deviation occurs, compared with the case where the block-shaped sensor is used, the optical Can be circulated, and there is no risk of measurement failure. Further, by assembling the end portion of the optical fiber for sensor as a fiber lens assembly having an integral structure with a single coupling member, the optical fiber for lens and the lens can be attached to the optical system storage box in a single unit. This can be done by a connecting member. Therefore, the optical axis shift between the sensor optical fiber and the lens due to temperature change can be reduced as compared with the case where the sensor optical fiber and the lens are attached by separate fixtures.

【0029】請求項4記載の発明によれば、センサ用光
ファイバの端部に構成したファイバ・レンズ組立体を、
光学系収納箱に直接取り付けることにより、センサ用光
ファイバの入射端と出射端が光学系収納箱に接するかま
たは近接して配置されることになる。そのため、光が空
間ビームとして伝播する距離を極力短くすることがで
き、温度変化による空間ビームのゆらぎを小さくするこ
とができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fiber / lens assembly formed at an end of an optical fiber for sensor,
By directly attaching to the optical system storage box, the incident end and the output end of the sensor optical fiber are arranged in contact with or close to the optical system storage box. Therefore, the distance that light propagates as a spatial beam can be shortened as much as possible, and the fluctuation of the spatial beam due to temperature change can be reduced.

【0030】請求項5および6記載の発明によれば、複
数の光学素子を取り付ける光学系収納箱を、光学素子の
熱膨脹率以下の熱膨張率を有する材料、または、熱伝導
度の大きな材料で構成することにより、温度変化による
光学系収納箱の熱膨脹を小さくすることができる。その
ため、温度変化時には、この光学系収納箱に取り付けら
れた複数の光学素子の位置と姿勢の変化を小さくするこ
とができ、光学素子間の光軸ずれを極力小さくすること
ができる。
According to the fifth and sixth aspects of the invention, the optical system housing box for mounting the plurality of optical elements is made of a material having a coefficient of thermal expansion equal to or lower than the coefficient of thermal expansion of the optical elements, or a material having high thermal conductivity. With this structure, thermal expansion of the optical system storage box due to temperature change can be reduced. Therefore, when the temperature changes, changes in the positions and orientations of the plurality of optical elements attached to the optical system storage box can be reduced, and the optical axis shift between the optical elements can be minimized.

【0031】請求項7記載の発明によれば、検光子を、
その光軸が互いに直交するように配置された2つの偏光
子とビームスプリッタによって構成することにより、こ
のビームスプリッタの角度を適宜調節して光学系の配置
を自由に変えることができる。そして、このように光学
系の配置を自由に変えることができることから、光学系
全体の小型化を図ることができ、光が空間ビームとして
伝播する距離を極力短くすることができる。したがっ
て、温度変化による空間ビームのゆらぎを小さくするこ
とができる。
According to the invention of claim 7, the analyzer is
By configuring the two polarizers and the beam splitter arranged such that their optical axes are orthogonal to each other, the angle of the beam splitter can be appropriately adjusted to freely change the arrangement of the optical system. Since the arrangement of the optical system can be freely changed in this way, the entire optical system can be downsized, and the distance that light propagates as a spatial beam can be shortened as much as possible. Therefore, the fluctuation of the spatial beam due to the temperature change can be reduced.

【0032】[0032]

【実施例】【Example】

[1]第1実施例 [1−1]実施例の構成…図1、図2 図1は、本発明による光変流器の代表的な実施例を示す
図であり、特に、光学系部分の具体的な構成を示してい
る。すなわち、この図1において、光源側と受光器側の
各伝送用光ファイバ1と対応する各レンズ2とは、個別
の結合部材31によって一体構造のファイバ・レンズ組
立体32として組み立てられている。すなわち、このフ
ァイバ・レンズ組立体32は、図2に示すように、筒状
の結合部材31に伝送用光ファイバ1とレンズ2とを、
接着剤あるいは止め金具33などの公知の手段で取り付
けて構成されている。この場合、伝送用光ファイバ1の
端面とレンズ2との間の距離は、レンズ2の焦点距離に
ほぼ等しくなるように設定されている。
[1] First Embodiment [1-1] Configuration of Embodiments FIGS. 1 and 2 FIG. 1 is a diagram showing a typical embodiment of an optical current transformer according to the present invention, and particularly, an optical system portion. Shows a specific configuration of. That is, in FIG. 1, the optical fibers 1 for transmission on the light source side and the optical receiver side and the corresponding lenses 2 are assembled by an individual coupling member 31 as a fiber / lens assembly 32 having an integrated structure. That is, in this fiber / lens assembly 32, as shown in FIG. 2, the optical fiber 1 for transmission and the lens 2 are attached to the tubular coupling member 31.
It is configured by being attached by a known means such as an adhesive or a stopper 33. In this case, the distance between the end face of the transmission optical fiber 1 and the lens 2 is set to be substantially equal to the focal length of the lens 2.

【0033】また、本実施例においては、センサについ
ても、センサ用光ファイバ34として構成されており、
このセンサ用光ファイバ34は、被測定導体9の周囲に
配置されたリング状のセンサ保持具35の周囲に巻回さ
れている。そして、このセンサ用光ファイバ34の入射
端と出射端には、レンズ2がそれぞれ配置されており、
伝送用光ファイバ1と同様に、個別の結合部材31によ
って一体構造のファイバ・レンズ組立体36として組み
立てられている。そして、センサ用光ファイバ34の端
面とレンズ2との間隔は、レンズ2の焦点距離にほぼ等
しくなるように設定されている。
Further, in this embodiment, the sensor is also configured as the sensor optical fiber 34,
The sensor optical fiber 34 is wound around a ring-shaped sensor holder 35 arranged around the conductor 9 to be measured. Then, the lenses 2 are arranged at the entrance end and the exit end of the optical fiber 34 for sensor,
Similar to the transmission optical fiber 1, it is assembled by a separate coupling member 31 as an integrated fiber / lens assembly 36. The distance between the end surface of the sensor optical fiber 34 and the lens 2 is set to be substantially equal to the focal length of the lens 2.

【0034】一方、本実施例の光学系収納箱37には、
以上のような、ファイバ・レンズ組立体32,36、偏
光子3、および検光子5が、光学系の光路を形成するよ
うにして直接取り付けられ、収納されている。例えば、
ファイバ・レンズ組立体32,36は、光学系収納箱3
7の側面に設けられた取付孔に、接着や嵌合などの公知
の手段で取り付けられている。また、偏光子3と検光子
5は、光学系収納箱37の底面の所定の位置に、接着剤
などの公知の手段によって取り付けられている。さら
に、この光学系収納箱37は、前記の光学素子の熱膨脹
率と同じかあるいはわずかに低い熱膨脹率を有する材料
によって構成されている。例えば、光学系収納箱37
は、石英、インバー、低膨張ガラス、セラミックなどで
構成されている。
On the other hand, in the optical system storage box 37 of this embodiment,
The fiber / lens assemblies 32, 36, the polarizer 3, and the analyzer 5 as described above are directly attached and housed so as to form the optical path of the optical system. For example,
The fiber / lens assemblies 32 and 36 are the optical system storage box 3
It is attached to the attachment hole provided on the side surface of the member 7 by a known means such as adhesion or fitting. Further, the polarizer 3 and the analyzer 5 are attached to predetermined positions on the bottom surface of the optical system storage box 37 by a known means such as an adhesive. Further, the optical system storage box 37 is made of a material having a thermal expansion coefficient equal to or slightly lower than the thermal expansion coefficient of the optical element. For example, the optical system storage box 37
Is made of quartz, Invar, low expansion glass, ceramics, or the like.

【0035】[1−2]実施例の作用 前記のような構成を有する本実施例の光変流器の作用は
次の通りである。まず、単一の結合部材31によって伝
送用光ファイバ1とレンズ2とを一体構造のファイバ・
レンズ組立体32として組み立てているため、伝送用光
ファイバ1とレンズ2との光学系収納箱37に対する取
り付けを、単一の結合部材31によって行うことができ
る。したがって、図6に示した従来例のように、伝送用
光ファイバ1とレンズ2とをファイバ固定具25とレン
ズ固定具26によって個別に取り付けた場合に比べて、
温度変化による伝送用光ファイバ1とレンズ2との間の
光軸ずれを小さくすることができる。
[1-2] Operation of the Embodiment The operation of the optical current transformer of the present embodiment having the above-mentioned structure is as follows. First, a single coupling member 31 is used to integrate the optical fiber 1 for transmission and the lens 2 into a single fiber.
Since the lens assembly 32 is assembled, the transmission optical fiber 1 and the lens 2 can be attached to the optical system storage box 37 by the single coupling member 31. Therefore, compared to the case where the transmission optical fiber 1 and the lens 2 are individually attached by the fiber fixture 25 and the lens fixture 26 as in the conventional example shown in FIG. 6,
The optical axis shift between the transmission optical fiber 1 and the lens 2 due to temperature change can be reduced.

【0036】また、光学系収納箱37に、ファイバ・レ
ンズ組立体32,36、偏光子3、および検光子5を直
接取り付けているため、図6の従来例よりも少ない部材
で光学系の光路を保持することができる。したがって、
温度変化が生じた場合でも、各部材の熱膨張の差によっ
て生じる光学素子の位置と姿勢の変化を、図6の従来例
よりも小さくすることができ、光学素子間の光軸ずれを
極力小さくすることができる。また、これらの光学素子
を接着剤で取り付けた場合でも、この接着剤は接着され
る部品間にごく小量介在するだけであるから、光学素子
の位置や姿勢の変化は問題となるほど大きくならない。
Further, since the fiber / lens assemblies 32, 36, the polarizer 3 and the analyzer 5 are directly attached to the optical system housing box 37, the optical path of the optical system can be made with a smaller number of members than the conventional example shown in FIG. Can be held. Therefore,
Even if the temperature changes, the change in the position and orientation of the optical element caused by the difference in thermal expansion of each member can be made smaller than that in the conventional example of FIG. 6, and the optical axis deviation between the optical elements can be minimized. can do. Further, even when these optical elements are attached by an adhesive, since the adhesive only intervenes in a small amount between the components to be adhered, the change in the position and the posture of the optical element does not become so large as to cause a problem.

【0037】さらに、本実施例では、センサとしてセン
サ用光ファイバ34を使用しているため、図6の従来例
におけるブロック状のセンサ4に比べて、わずかな光軸
ずれが生じた場合でも光が周回可能であり、測定不能と
なる恐れがない。また、このセンサ用光ファイバ34と
レンズ2とを単一の結合部材31によって一体構造のフ
ァイバ・レンズ組立体36として組み立てているため、
センサ用光ファイバ34とレンズ2との光学系収納箱3
7に対する取り付けを、単一の結合部材31によって行
うことができる。したがって、センサ用光ファイバ34
とレンズ2とを個別に取り付けた場合に比べて、温度変
化によるセンサ用光ファイバ34とレンズ2との間の光
軸ずれを小さくすることができる。
Further, in this embodiment, since the sensor optical fiber 34 is used as the sensor, even if a slight optical axis deviation occurs compared to the block-shaped sensor 4 in the conventional example of FIG. Can be circulated, and there is no risk of measurement failure. Further, since the sensor optical fiber 34 and the lens 2 are assembled by the single coupling member 31 into a fiber / lens assembly 36 having an integral structure,
Optical system storage box 3 including optical fiber 34 for sensor and lens 2
Attachment to 7 can be done by a single coupling member 31. Therefore, the sensor optical fiber 34
The optical axis shift between the sensor optical fiber 34 and the lens 2 due to a temperature change can be reduced as compared with the case where the lens 2 and the lens 2 are individually attached.

【0038】そしてまた、このようなセンサ用光ファイ
バ34の入射端と出射端に構成されたファイバ・レンズ
組立体36は、光学系収納箱37に直接取り付けられ、
かつ、このファイバ・レンズ組立体36において、セン
サ用光ファイバ34とレンズ2との間の距離は、レンズ
2の焦点距離にほぼ等しくなるように設定されている。
この距離は、具体的には、数mm〜数十mmであるた
め、センサ用光ファイバ34は、光学系収納箱37に接
する位置あるいはごく近接した位置で光を入出射するこ
とになる。したがって、図6の従来例に比べて、光が空
間ビームとして伝播する距離を格段に短くすることがで
きるため、温度変化による空間ビームのゆらぎはほとん
ど生じない。
The fiber / lens assembly 36 formed at the entrance end and the exit end of the sensor optical fiber 34 is directly attached to the optical system storage box 37.
In addition, in the fiber / lens assembly 36, the distance between the sensor optical fiber 34 and the lens 2 is set to be substantially equal to the focal length of the lens 2.
Since this distance is specifically several millimeters to several tens of millimeters, the sensor optical fiber 34 enters and emits light at a position in contact with the optical system storage box 37 or a very close position. Therefore, as compared with the conventional example of FIG. 6, the distance that light propagates as a spatial beam can be significantly shortened, so that fluctuations of the spatial beam due to temperature changes hardly occur.

【0039】一方、光学系収納箱37を、光学素子の熱
膨張率と同じかあるいはわずかに低い熱膨脹率を有する
材料で構成しているため、温度変化による光学系収納箱
37の熱膨脹を小さくすることができる。特に、光学素
子の熱膨脹率と近い熱膨脹率を有する場合には、光学系
全体が、均一の熱膨脹を示すため、光学素子の位置と姿
勢の変化を極力小さくすることができ、光学素子間の光
軸ずれを極力小さくすることができる。
On the other hand, since the optical system storage box 37 is made of a material having a thermal expansion coefficient equal to or slightly lower than the thermal expansion coefficient of the optical element, the thermal expansion of the optical system storage box 37 due to temperature change is reduced. be able to. In particular, when the coefficient of thermal expansion is close to the coefficient of thermal expansion of the optical element, the entire optical system exhibits uniform thermal expansion, so that the change in the position and posture of the optical element can be minimized, and the light between the optical elements can be minimized. The axis deviation can be minimized.

【0040】[1−3]実施例の効果 以上の説明で分かるように、本実施例によれば、次のよ
うな効果が得られる。すなわち、第1に、複数の光学素
子を極力少数の部品で保持して光路を形成しているた
め、温度が変化しても、複数の光学素子の位置や姿勢の
変化が少なく、光軸ずれが生じ難い。第2に、光が空間
ビームとして伝播する距離が従来の光変流器に比べて大
幅に短くなっているため、空気や絶縁ガスの温度変化や
密度変化に対してビームのゆらぎが小さく、またその影
響が問題にならない程度に小さくなる。したがって、本
実施例によれば、温度変化に対しても光軸ずれや空間ビ
ームのゆらぎが発生せず、安定した高い精度を保ち、大
電流の電力系統に使用可能な優れた光変流器を提供する
ことができる。
[1-3] Effects of the Embodiment As can be seen from the above description, according to this embodiment, the following effects can be obtained. That is, firstly, since the optical paths are formed by holding the plurality of optical elements by a small number of parts as much as possible, even if the temperature changes, the positions and postures of the plurality of optical elements do not change so much that the optical axis shifts. Is unlikely to occur. Secondly, since the distance that light propagates as a spatial beam is much shorter than that of conventional optical current transformers, the fluctuation of the beam is small with respect to temperature changes and density changes of air and insulating gas. The effect is small enough not to be a problem. Therefore, according to the present embodiment, the optical axis shift and the fluctuation of the spatial beam do not occur even with the temperature change, the stable high accuracy is maintained, and the excellent optical current transformer that can be used for the large current power system is provided. Can be provided.

【0041】[2]第2実施例…図3 図3は、本発明による光変流器の第2実施例を示す図で
あり、特に、光学系部分の具体的な構成を示している。
すなわち、この図3においては、センサ用光ファイバ3
4の一端が、レンズ2とともに、結合部材31によって
一体構造のファイバ・レンズ組立体36として組み立て
られているとともに、センサ用光ファイバ34の他端
に、反射鏡38が設けられている。この反射鏡38は、
センサ用光ファイバ34内を伝播してきた光をその端面
から入射し、180度で反射して、再びこのセンサ用光
ファイバ34内に逆方向の光として戻すように配置され
ている。一方、センサ用光ファイバ34のファイバ・レ
ンズ組立体36と偏光子3との間には、ビームスプリッ
タ39が設けられている。このビームスプリッタ39
は、偏光子3から出射した光を透過してファイバ・レン
ズ組立体36に入射するとともに、ファイバ・レンズ組
立体36から出射する逆方向の光を反射して検光子5に
入射するように配置されている。なお、他の部分につい
ては、前述した第1実施例と同様に構成されている。
[2] Second Embodiment FIG. 3 FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the optical current transformer according to the present invention, and particularly shows a specific configuration of the optical system portion.
That is, in FIG. 3, the sensor optical fiber 3
One end of the optical fiber 4 is assembled with the lens 2 by the coupling member 31 into a fiber / lens assembly 36 having an integral structure, and the other end of the optical fiber 34 for sensor is provided with a reflecting mirror 38. This reflecting mirror 38
The light propagating in the sensor optical fiber 34 is arranged so as to enter from the end face thereof, be reflected at 180 degrees, and be returned to the sensor optical fiber 34 as light in the opposite direction. On the other hand, a beam splitter 39 is provided between the fiber / lens assembly 36 of the sensor optical fiber 34 and the polarizer 3. This beam splitter 39
Is arranged so that the light emitted from the polarizer 3 is transmitted and is incident on the fiber lens assembly 36, and the light in the opposite direction emitted from the fiber lens assembly 36 is reflected and incident on the analyzer 5. Has been done. The other parts are configured in the same manner as in the first embodiment described above.

【0042】以上のような構成を有する本実施例の光変
流器においては、センサ用光ファイバ34内を伝播し、
ファラデー効果によって偏光方位が回転した光は、反射
鏡38で反射した後、再びセンサ用光ファイバ34内を
伝播してファラデー効果を受けることになる。そして、
ファイバ・レンズ組立体36からビームスプリッタ39
に入射し、このビームスプリッタ39で反射して検光子
5に送られる。このように、センサ用光ファイバ34の
終端で光を反射する構成はすでに公知の技術であり、光
が同じセンサ用光ファイバ34内を往復するため、この
光に2倍のファラデー効果を与えて測定感度を2倍にで
きるとともに、センサ用光ファイバ34内に生じた自然
複屈折を消去することができる。なお、他の部分の構成
は、前述した第1実施例と同様であるため、前述した第
1実施例と同様の作用が得られることは明らかである。
In the optical current transformer of the present embodiment having the above-mentioned structure, the light is propagated in the sensor optical fiber 34,
The light whose polarization azimuth is rotated by the Faraday effect is reflected by the reflecting mirror 38 and then propagates through the optical fiber for sensor 34 again to undergo the Faraday effect. And
Fiber / lens assembly 36 to beam splitter 39
Is reflected by the beam splitter 39 and is sent to the analyzer 5. As described above, the configuration in which the light is reflected at the terminal end of the sensor optical fiber 34 is a known technique. Since the light travels back and forth in the same sensor optical fiber 34, a double Faraday effect is given to this light. The measurement sensitivity can be doubled and the natural birefringence generated in the sensor optical fiber 34 can be eliminated. Since the configuration of the other parts is the same as that of the first embodiment described above, it is obvious that the same operation as that of the first embodiment described above can be obtained.

【0043】したがって、本実施例によれば、第1実施
例と同様に、温度変化に対しても光軸ずれや空間ビーム
のゆらぎが発生せず、安定した高い精度を保ち、大電流
の電力系統に使用可能な優れた光変流器を提供すること
ができる。特に、本実施例においては、センサ用光ファ
イバ34内で光を往復させているため、第1実施例より
も、測定感度および測定精度を向上することができる。
なお、センサ用光ファイバの終端に反射鏡を配置するこ
と、および、光路中にビームスプリッタを配置すること
は、公知の技術により実現可能であり、本発明の本質に
なんら影響を与えるものではない。
Therefore, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the optical axis shift and the fluctuation of the spatial beam do not occur even with the temperature change, the stable high accuracy is maintained, and the power of the large current is large. It is possible to provide an excellent optical current transformer that can be used in a system. In particular, in this embodiment, since the light is reciprocated in the optical fiber for sensor 34, the measurement sensitivity and the measurement accuracy can be improved as compared with the first embodiment.
Arranging the reflecting mirror at the end of the sensor optical fiber and arranging the beam splitter in the optical path can be realized by a known technique, and do not affect the essence of the present invention at all. .

【0044】[3]第3実施例…図4 図4は、本発明による光変流器の第3実施例を示す図で
あり、特に、光学系部分の具体的な構成を示している。
この第3実施例は、前記第2実施例の構成において、検
光子5の構成のみを変更した例である。すなわち、この
図4において、検光子5は、ウォラストンプリズムや偏
光ビームスプリッタから構成される変わりに、前記第
1、第2実施例の偏光子3と同じ構成の第2、第3の偏
光子41,42と、第2のビームスプリッタ43とから
構成されている。この場合、第2、第3の偏光子41,
42は、その方向が互いに直交し、かつ、第1の偏光子
3の方位と45度の角度をなすように配置されている。
そして、他の部分については、前述した第2実施例と同
様に構成されている。
[3] Third Embodiment FIG. 4 FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the optical current transformer according to the present invention, and particularly shows a specific configuration of the optical system portion.
The third embodiment is an example in which only the structure of the analyzer 5 is changed from the structure of the second embodiment. That is, in FIG. 4, the analyzer 5 is composed of a Wollaston prism and a polarization beam splitter, but instead of the polarizer 3 of the first and second embodiments, second and third polarizers having the same structure. It is composed of 41 and 42 and a second beam splitter 43. In this case, the second and third polarizers 41,
42 are arranged so that their directions are orthogonal to each other and form an angle of 45 degrees with the azimuth of the first polarizer 3.
The other parts are configured in the same manner as the second embodiment described above.

【0045】以上のような構成を有する本実施例の変流
器においては、センサ用光ファイバ34内を伝播し、フ
ァラデー効果によって偏光方位が回転した光は、反射鏡
38で反射した後、再びセンサ用光ファイバ34内を伝
播してファラデー効果を受けることになる。そして、フ
ァイバ・レンズ組立体36から第1のビームスプリッタ
39に入射し、このビームスプリッタ39で反射して第
2のビームスプリッタ43に入射する。この第2のビー
ムスプリッタ43に入射した光は、2つの光に分けられ
て、それぞれ第2、第3の偏光子41,42に入射す
る。この場合、第2、第3の偏光子41,42は、その
方向が互いに直交しておりかつ第1の偏光子3の方位と
45度の角度をなしているため、これらの偏光子41,
42を通過した2つの光の強度は、従来技術の欄の
[1]光変流器の原理の節で説明した検光子5からの2
つの測定光の強度IX、IYに該当する。
In the current transformer of the present embodiment having the above-mentioned structure, the light propagating in the optical fiber for sensor 34 and the polarization direction of which is rotated by the Faraday effect is reflected by the reflecting mirror 38 and then again. The light propagates through the sensor optical fiber 34 and receives the Faraday effect. Then, it enters the first beam splitter 39 from the fiber / lens assembly 36, is reflected by the beam splitter 39, and enters the second beam splitter 43. The light that has entered the second beam splitter 43 is split into two lights and respectively enter the second and third polarizers 41 and 42. In this case, since the directions of the second and third polarizers 41 and 42 are orthogonal to each other and form an angle of 45 degrees with the azimuth of the first polarizer 3, these polarizers 41 and 42 are
The intensity of the two lights passing through 42 is 2 from the analyzer 5 described in the section [1] Principle of optical current transformer in the section of the prior art.
It corresponds to two measurement light intensities IX and IY.

【0046】そして、このように、2つの測定光の強度
IX、IYを得るために、第2、第3の偏光子41,4
2と第2のビームスプリッタ43を用いている本実施例
においては、2つのビームスプリッタ39,43の角度
を適宜変えることによって光学系の配置を自由に変える
ことができる。そのため、光学系全体を小型化して、光
が空間ビームとして伝播する距離を極力短くすることが
でき、その結果、温度変化による空間ビームのゆらぎを
小さくすることができる。なお、他の部分の構成は、前
述した第2実施例と同様であるため、前述した第2実施
例と同様の作用が得られる。
Then, in this way, in order to obtain the intensities IX and IY of the two measuring lights, the second and third polarizers 41 and 4 are obtained.
In this embodiment using the second and second beam splitters 43, the arrangement of the optical system can be freely changed by appropriately changing the angles of the two beam splitters 39 and 43. Therefore, the entire optical system can be downsized, and the distance that light propagates as a spatial beam can be shortened as much as possible. As a result, fluctuations of the spatial beam due to temperature changes can be reduced. Since the other parts of the configuration are the same as those of the second embodiment described above, the same operation as that of the second embodiment described above can be obtained.

【0047】したがって、本実施例によれば、第1、第
2実施例と同様に、温度変化に対しても光軸ずれや空間
ビームのゆらぎが発生せず、安定した高い精度を保ち、
大電流の電力系統に使用可能な優れた光変流器を提供す
ることができる。そして、第2実施例と同様に、センサ
用光ファイバ34内で光を往復させているため、第2実
施例と同様に、測定感度および測定精度を向上すること
ができる。その上、本実施例においては、検光子を2つ
の偏光子とビームスプリッタで構成していることから、
光が空間ビームとして伝播する距離を極力短くして温度
変化による空間ビームのゆらぎを極力小さくすることが
できるため、測定精度をさらに向上することができる。
Therefore, according to this embodiment, similarly to the first and second embodiments, the optical axis shift and the spatial beam fluctuation do not occur even with the temperature change, and stable and high accuracy is maintained.
It is possible to provide an excellent optical current transformer that can be used in a high-current power system. Since the light is reciprocated in the sensor optical fiber 34 as in the second embodiment, the measurement sensitivity and the measurement accuracy can be improved as in the second embodiment. Moreover, in this embodiment, since the analyzer is composed of two polarizers and a beam splitter,
Since the distance that light propagates as a spatial beam can be made as short as possible to minimize the fluctuation of the spatial beam due to temperature change, the measurement accuracy can be further improved.

【0048】[4]他の実施例 なお、本発明による光変流器は、前記各実施例に限定さ
れるものではなく、例えば、光学系収納箱の材料として
は、光学素子の熱膨脹率以下の低い熱膨脹率を有する材
料に限らず、熱伝導度の大きな材料を使用することも可
能である。このような材料としては、例えば、アルミニ
ウム合金を使用することができる。この場合には、温度
変化を生じた際に、光学系収納箱が熱伝導度に応じて十
分に放熱し、この光学系収納箱の熱膨脹を極力低減する
ことができるため、前記実施例と同様の優れた作用効果
が得られる。
[4] Other Embodiments The optical current transformer according to the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the material of the optical system storage box is not more than the coefficient of thermal expansion of the optical element. Not only a material having a low coefficient of thermal expansion but also a material having a large thermal conductivity can be used. As such a material, for example, an aluminum alloy can be used. In this case, when a temperature change occurs, the optical system storage box sufficiently radiates heat according to the thermal conductivity, and the thermal expansion of the optical system storage box can be reduced as much as possible. The excellent action and effect of can be obtained.

【0049】また、光ファイバとレンズを結合する結合
部材の具体的な構造は、適宜選択可能であり、この結合
部材によって構成したファイバ・レンズ組立体の光学系
収納箱に対する取り付け構造も適宜選択可能である。
Further, the specific structure of the coupling member for coupling the optical fiber and the lens can be selected as appropriate, and the mounting structure of the fiber / lens assembly constituted by this coupling member to the optical system storage box can also be selected as appropriate. Is.

【0050】さらに、本発明においては、センサとし
て、従来のブロック状のセンサを使用することも可能で
ある。この場合には、ブロック状のセンサと光学系収納
箱との距離を短縮することはできないが、少なくとも光
学系収納箱内部における光軸のずれを生じることがない
ため、ブロック状のセンサとの間の光軸を整合させるこ
とにより、一定の作用効果を得ることができる。
Further, in the present invention, it is possible to use a conventional block-shaped sensor as the sensor. In this case, the distance between the block-shaped sensor and the optical system storage box cannot be shortened, but at least the optical axis does not shift inside the optical system storage box. By aligning the optical axes of, it is possible to obtain a certain effect.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイバとレンズとを一体構造として、複数の光学素
子を光学系収納箱に直接取り付け、また、センサとして
センサ用光ファイバを使用し、このセンサ用光ファイバ
の端部についてもレンズと一体構造として光学系収納箱
に直接取り付け、さらに、光学系収納箱を熱膨脹率の低
い材料または熱伝導度の大きな材料で構成することによ
り、光路をできる限り少数の部材で保持し、かつ、光が
空間ビームとして伝播する距離を極力短くすることがで
きる。したがって、温度変化に対しても光軸ずれや空間
ビームのゆらぎが発生せず、安定した高い精度を保ち、
大電流の電力系統に使用可能な優れた光変流器を提供す
ることができる。
As described above, according to the present invention,
An optical fiber and a lens are integrated structure, a plurality of optical elements are directly attached to an optical system storage box, and a sensor optical fiber is used as a sensor. The end of this sensor optical fiber is also integrated with the lens. By directly attaching to the optical system storage box, and by constructing the optical system storage box with a material with a low coefficient of thermal expansion or a material with a high thermal conductivity, the optical path is held by as few members as possible, and the light is a spatial beam. The propagation distance can be minimized. Therefore, even if the temperature changes, the optical axis does not shift and the spatial beam does not fluctuate, maintaining stable high accuracy,
It is possible to provide an excellent optical current transformer that can be used in a high-current power system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による光変流器の第1実施例の光学系部
分を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical system portion of a first embodiment of an optical current transformer according to the present invention.

【図2】図1のファイバ・レンズ組立体32を示す構成
図。
FIG. 2 is a block diagram showing the fiber / lens assembly 32 of FIG.

【図3】本発明による光変流器の第2実施例の光学系部
分を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an optical system portion of a second embodiment of an optical current transformer according to the present invention.

【図4】本発明による光変流器の第3実施例の光学系部
分を示す構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an optical system portion of a third embodiment of the optical current transformer according to the present invention.

【図5】光変流器の原理を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing the principle of an optical current transformer.

【図6】従来の光変流器の光学系部分の一例を示す構成
図。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of an optical system portion of a conventional optical current transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…伝送用光ファイバ 2…レンズ 3…偏光子 4…センサ 5…検光子 6…取付装置 7…光源 8…受光器 9…被測定導体 10…駆動制御回路 11…駆動回路 12…計測電子回路 21…光学系収納箱 22…光学素子保持台 23…センサ保持具 24…絶縁保持具 25…ファイバ固定具 26…レンズ固定具 27…反射鏡 31…結合部材 32…ファイバ・レンズ組立体 33…接着剤あるいは止め金具 34…センサ用光ファイバ 35…センサ保持具 36…ファイバ・レンズ組立体 37…光学系収納箱 38…反射鏡 39…ビームスプリッタ 41,42…偏光子 43…ビームスプリッタ 1 ... Optical fiber for transmission 2 ... Lens 3 ... Polarizer 4 ... Sensor 5 ... Analyzer 6 ... Mounting device 7 ... Light source 8 ... Photoreceiver 9 ... Conductor under test 10 ... Drive control circuit 11 ... Drive circuit 12 ... Measuring electronic circuit 21 ... Optical system storage box 22 ... Optical element holding base 23 ... Sensor holding tool 24 ... Insulation holding tool 25 ... Fiber fixing tool 26 ... Lens fixing tool 27 ... Reflecting mirror 31 ... Coupling member 32 ... Fiber / lens assembly 33 ... Adhesion Agent or stopper 34 ... Optical fiber for sensor 35 ... Sensor holder 36 ... Fiber / lens assembly 37 ... Optical system storage box 38 ... Reflector 39 ... Beam splitter 41, 42 ... Polarizer 43 ... Beam splitter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺井 清寿 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 三浦 宏 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 丹羽 景子 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kiyotoshi Terai 2-1, Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Hamakawasaki Plant (72) Hiroshi Miura Second, Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 in stock company Toshiba Hamakawasaki factory (72) Inventor Keiko Niwa No. 2 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Hamakawasaki factory

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光学系と、この光学系に光を送る光源、
および光学系からの光を受光する受光器を備え、光学系
を通過する光のファラデー旋光角度から被測定導体に流
れる電流を測定する光変流器において、 前記光学系は、 ファラデー効果を有する物質から構成されかつ被測定導
体に流れる電流によって生じる磁界内に配置されるセン
サと、 前記センサに前記光源からの光を伝送するとともに、セ
ンサからの光を前記受光器に伝送する光源側と受光器側
の伝送用光ファイバと、 前記光源側の伝送用光ファイバの出射端と受光器側の伝
送用光ファイバの入射端にそれぞれ光学的に結合される
光源側と受光器側のレンズと、 前記光源側のレンズと前記センサの間に配置されてレン
ズからの光を直線偏光に変換する偏光子と、 前記センサと前記受光器側のレンズとの間に配置され
て、センサを通過した直線偏光を2つの直線偏光に分離
する検光子と、 前記伝送用光ファイバの端部、レンズ、偏光子、および
検光子を、前記光学系の光路を形成するようにして取り
付け、収納する光学系収納箱と、 前記各伝送用光ファイバとその端部に光学的に結合され
る各レンズとを一体構造のファイバ・レンズ組立体とし
て組み立て、前記光学系収納箱に取り付けられる結合部
材と、を備えたことを特徴とする光変流器。
1. An optical system and a light source for sending light to the optical system,
And an optical current transformer having a light receiver for receiving light from the optical system, wherein the current flowing through the conductor to be measured is measured from the Faraday rotation angle of light passing through the optical system, wherein the optical system is a substance having a Faraday effect. A sensor disposed in a magnetic field generated by a current flowing through a conductor to be measured, and a light source side and a light receiver for transmitting light from the light source to the sensor and transmitting light from the sensor to the light receiver. Side transmission optical fiber, the light source side and the light receiver side lens optically coupled to the emission end of the light source side transmission optical fiber and the incident end of the light receiver side transmission optical fiber, respectively, A polarizer arranged between the lens on the light source side and the sensor to convert light from the lens into linearly polarized light, and arranged between the sensor and the lens on the light receiver side to pass through the sensor. An optical system for attaching and storing an analyzer for separating linearly polarized light into two linearly polarized lights, and an end portion of the optical fiber for transmission, a lens, a polarizer, and an analyzer so as to form an optical path of the optical system. A storage box; and a coupling member that is assembled into the optical system storage box by assembling the transmission optical fibers and the lenses optically coupled to the ends thereof into a fiber / lens assembly having an integrated structure. An optical current transformer characterized by that.
【請求項2】 前記伝送用光ファイバとレンズとが前記
結合部材で組み立てられてなるファイバ・レンズ組立
体、前記偏光子、および前記検光子は、前記光学系収納
箱に直接取り付けられることを特徴とする請求項1記載
の光変流器。
2. A fiber / lens assembly formed by assembling the transmission optical fiber and a lens by the coupling member, the polarizer, and the analyzer are directly attached to the optical system storage box. The optical current transformer according to claim 1.
【請求項3】 前記センサは、センサ用光ファイバであ
り、 前記センサ用光ファイバの入射端と出射端に光学的にそ
れぞれ結合されるレンズをさらに備え、 前記個別の結合部材は、前記センサ用光ファイバとその
入射端と出射端に結合される各レンズとを一体構造のフ
ァイバ・レンズ組立体として組み立てる結合部材を含
む、ことを特徴とする請求項1または2記載の光変流
器。
3. The sensor is an optical fiber for a sensor, further comprising lenses that are optically coupled to an incident end and an emitting end of the optical fiber for sensor, respectively, and the individual coupling member is for the sensor. 3. The optical current transformer according to claim 1, further comprising a coupling member for assembling the optical fiber and each lens coupled to the incident end and the emission end thereof as an integrated fiber / lens assembly.
【請求項4】 前記センサ用光ファイバとレンズとが前
記結合部材で組み立てられてなるファイバ・レンズ組立
体は、前記光学系収納箱に直接取り付けられることを特
徴とする請求項3記載の光変流器。
4. The optical variable according to claim 3, wherein a fiber / lens assembly in which the sensor optical fiber and the lens are assembled by the coupling member is directly attached to the optical system storage box. Sink.
【請求項5】 前記光学系収納箱は、前記光ファイバ、
レンズ、偏光子、および検光子の熱膨脹率以下の熱膨脹
率を有する材料で構成されたことを特徴とする請求項1
記載の光変流器。
5. The optical system storage box includes the optical fiber,
The lens, the polarizer, and the analyzer are made of a material having a coefficient of thermal expansion equal to or less than that of the analyzer.
The described optical current transformer.
【請求項6】 前記光学系収納箱は、熱伝導度の大きな
材料で構成されたことを特徴とする請求項1記載の光変
流器。
6. The optical current transformer according to claim 1, wherein the optical system storage box is made of a material having high thermal conductivity.
【請求項7】 前記検光子は、その光軸が互いに直交す
るように配置された2つの偏光子とビームスプリッタと
からなることを特徴とする請求項1記載の光変流器。
7. The optical current transformer according to claim 1, wherein the analyzer comprises two polarizers and a beam splitter arranged such that their optical axes are orthogonal to each other.
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