JPH08178968A - 光ファイバ型計測装置及び計測方法 - Google Patents
光ファイバ型計測装置及び計測方法Info
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- JPH08178968A JPH08178968A JP6325063A JP32506394A JPH08178968A JP H08178968 A JPH08178968 A JP H08178968A JP 6325063 A JP6325063 A JP 6325063A JP 32506394 A JP32506394 A JP 32506394A JP H08178968 A JPH08178968 A JP H08178968A
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Abstract
ァイバの基準偏光方位の変動に起因する誤差を除去し、
高精度の電流あるいは磁場の測定を行う。 【構成】 通電導体1の周囲に光ファイバ4が設けられ
る。この光ファイバ4に測定光を供給する半導体レーザ
ー光源2からのレーザー光が偏光子3によって直線偏光
に変換されて注入される。この光の偏光面は電流Iによ
り偏光角が変化する。光ファイバ4の出射光は検光子5
でp波とs波に分離され、フォトダイオード8a,8b
で電圧信号に変換され、分離手段11a,11bで交流
成分及び直流成分に分離され、除算手段12a,12b
で交流成分と直流成分の第1成分比及び第2成分比をお
のおの求め、その積を乗算手段13で求める。乗算手段
13の出力から電流Iの値を計測する。
Description
効果を利用した電流あるいは磁場を計測する光ファイバ
型計測装置及び計測方法に関する。
電流計測装置としては、たとえばR.I.Laming and D.N.P
ayne; Journal of Lightwave Technology, Vol. 7, No.
12 (1989)2084 に記載されているものが知られている。
図12は従来の光ファイバ型電流計測装置の基本構成を
示す図である。通電導体1には電流Iが流れている。通
電導体1にはファラデー効果を有する光ファイバ4が巻
付けられている。半導体レーザー光源2から出射された
光は偏光子3で直線偏光に変換されて、光ファイバ4に
送られる。このような光学系により光ファイバ4に送出
された光の偏光面の回転角度の変化により電流を測定す
ることができる。得られた光の電気的処理は以下のとお
り行われている。光ファイバ4から出射された光は検光
子(偏光ビームスプリッタ)5によってs波とp波に分
離される。検光子5から出射し直進するp波はフォトダ
イオード8aにより光電変換され、他方s波は検光子5
によって直交するように進行しフォトダイオード8bに
よって光電変換される。つぎに各フォトダイオードによ
って光電変換された電圧信号I1 ,I2 は演算処理部5
0に入力され、下記の式のとおり処理される。
角の変化量θを算出し、最終的に電流値を得ることがで
きる。
い状態、すなわちファラデー回転角がゼロの場合の偏光
面の方向(以後これを「基準偏光方位」と呼ぶ)を検光
子5の軸に対して45度の方向となるように設定し、フ
ァラデー回転角をθと書くと、
は、電流をI、光ファイバのベルデ定数をV、光ファイ
バの通電導体に対する周回数をNとすれば、
=2θと近似できる。
回路図である。演算処理部50はフォトダイオード8
a,8bから得られた電圧信号を増幅するアンプ51
a,51bと、アンプ51a,51bから得られた電圧
信号の差を得る演算素子52と、アンプ51a,51b
から得られた電圧信号の和を得る演算素子53と、演算
素子52の出力と演算素子53の出力の比をとる演算素
子54とからなる。
1 ,I2 が得られる。演算素子52からは出力(I1 −
I2 )、また演算素子53からは出力(I1 +I2 )が
得られ、演算素子54によりそれらの比(I1 −I2 )
/(I1 +I2 )が出力される。
電流計測装置の光ファイバとしては一般的に石英ガラス
ファイバまたは鉛ガラスファイバが使われている。
バの残留応力による複屈折あるいは温度変化などに基づ
く応力誘起複屈折が大きく電流計測の誤差を生じやす
い。そのような複屈折による偏波特性の不安定性を低減
するためにファイバに大きな捩りを与える方法も提案さ
れている。これは光弾性定数の大きいことを利用して捩
れ応力によって偏波面方位の安定性を維持しようという
試みであるが、元来光弾性定数が大きいためファイバの
変形、外部からの応力などによって容易にランダムな複
屈折が発生し、温度変化や振動が加わるなどの環境の変
化に対する安定性が不十分であった。
めて小さいので応力誘起複屈折による誤差が少なく、環
境変化による応力の影響を受けにくいという利点があ
る。しかし、逆に鉛ガラスファイバでは光弾性定数が極
めて小さいためファイバに捩れを与えるという手段では
基準偏光方位を安定化することができない。また、一度
基準偏光方位を設定しても、通電導体を巻回するファイ
バの幾何学的形状が外部温度の変化や、長期間使用の影
響で変化することにより、初めに設定した方向から変化
することが多々発生する。したがって、図12の光ファ
イバ4に鉛ガラスファイバを使い、その出力を演算処理
部50で処理すると、基準偏光方位がファイバの変形や
振動により変動することにより測定値がばらつき、結果
として測定誤差を発生するので、鉛ガラスファイバの長
所が充分に発揮されないという問題点があった。
つのフォトダイオード8a、8bの特性のアンバランス
あるいはアンプ51a、51bの増幅度のアンバランス
によりI1 、I2 が変化するため測定誤差を生ずるとい
う問題点もある。
フォトダイオード8a,8b間に使用される光ファイバ
の伝送損失のアンバランスも誤差を生ずる。本発明はこ
のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は光
電変換素子等の特性のアンバランスによる誤差及び出射
する光の基準偏光方位の変動に基づく誤差を除去し、高
精度の電流あるいは磁場の計測が可能な光ファイバ型計
測装置を提供することである。
子等の特性のアンバランスによる誤差及び基準偏光方位
の変動に基づく誤差を除去し、高精度の電流あるいは磁
場の計測が可能な光ファイバ型計測方法を提供すること
である。
決するために、光ファイバから出射された光のファラデ
ー効果による偏光面の変化から電流あるいは磁場の計測
を行う光ファイバ型計測装置において、通電導体あるい
は磁場の周囲に設けられ、光を導光させる鉛ガラス製の
光ファイバと、前記光ファイバの出射光を互いに異なっ
た偏光面を有する第1偏光及び第2偏光に分離する偏光
分離手段と、前記第1偏光及び前記第2偏光を各々第1
偏光電気信号及び第2偏光電気信号に変換する光電気変
換手段と、前記第1偏光電気信号及び前記第2偏光電気
信号を各々第1交流成分、第1直流成分及び第2交流成
分、第2直流成分に分離する分離手段と、前記第1交流
成分と前記第1直流成分との第1成分比、前記第2交流
成分と前記第2直流成分との第2成分比を各々求める除
算手段と、前記第1成分比と前記第2成分比との積を求
める乗算手段と、を有することを特徴とする光ファイバ
型計測装置が、提供される。
あるいは磁場によって偏光面が変化する。その出射光を
偏光分離手段によって、互いに異なった偏光面を有する
第1偏光及び第2偏光に分離し、光電変換手段によって
第1偏光電気信号及び第2偏光電気信号に変換する。そ
して、分離手段によって第1偏光電気信号及び第2偏光
電気信号は第1交流成分、第1直流成分及び第2交流成
分及び第2直流成分に分離される。さらに、除算手段に
より、第1成分比及び第2成分比を求める。
求めることにより、それぞれの光電変換手段の特性のア
ンバランスによる誤差が除去される。第1偏光及び第2
偏光の伝送路のアンバランスによる誤差も除去される。
の積を求める。これによって、基準偏光方位の変化によ
る誤差が除去される。そして、光電変換手段の特性のア
ンバランスによる誤差、第1偏光及び第2偏光の伝送路
の特性のアンバランスによる誤差、基準偏光方位の変化
による誤差のない電流あるいは磁場の計測ができる。
明する。図1は本発明の原理図である。本発明は光学系
と演算処理部からなり、光学系は通電導体1に2回巻い
た鉛ガラスからなる光ファイバ4と、この光ファイバ4
に測定光を供給する半導体レーザー光源2と、半導体レ
ーザー光源2から出射された光を直線偏光にする偏光子
3と、光ファイバ4から出射された光を互いに直交した
偏光面を有する偏光、すなわちs成分とp成分とに分け
る検光子(偏光ビームスプリッタ)5、検光子5から出
射された測定光を導光する石英ガラスファイバ6,7、
石英ガラスファイバ6,7に導光された光を電圧信号に
変換するフォトダイオード8a,8bからなる。
ア、クラッド、オーバークラッドよりなる3層構造光フ
ァイバであり、その組成は以下のとおりである。コアガ
ラス組成(いずれも重量%) SiO2 :27.10% PbO :71.10% Na2 O: 0.20% K2 O : 1.30% クラッドガラス組成 SiO2 :27.25% PbO :70.95% Na2 O: 0.20% K2 O : 1.30% ここでSiO2 とPbOは鉛ガラスの主成分であり、N
a2 OとK2 Oはガラス化を促進し、結晶化を抑制する
ことにより、ガラス状態を安定に保つ成分である。 オーバークラッドガラス組成 SiO2 :27.23% PbO :70.42% Na2 O : 1.31% Cr2 O3 : 0.05% Cu2 O : 1.01% ここで、SiO2 とPbOは鉛ガラスの主成分であり、
Na2 Oはガラス化を促進する成分、Cr2 O3 とCu
2 Oは光ファイバのクラッドモードを吸収するための吸
収剤である。
である。 ファイバの比屈折率差は0.17%、開口数は0.1
1、規格化周波数は2.35であり、波長850nmの
光に対してシングルモード条件を満たしている。ベルデ
定数は波長850nmで約0.04min/Oe・cm
であった。
ら出射した測定光は偏光子3によって直線偏光に変換さ
れた後光ファイバ4に入射する。光ファイバ4に入射し
た光は通電導体1を取り巻いている部分を通過する電流
の大きさに応じてファラデー効果によって偏光面が回転
し、光ファイバ4から出射される。出射され測定光は検
光子5に入射し、この検光子5によってs波とp波に分
離される。p波は石英ガラスファイバ6によってフォト
ダイオード8aに導光され、s波は石英ガラスファイバ
7によってフォトダイオード8bに導光される。
び直流に分離する分離手段11a,11b、各々の交流
成分と直流成分の成分比を求める除算手段12a,12
b、成分比の積を求める乗算手段13、乗算手段13の
出力の平方根を求める演算手段14からなる。
た第1偏光電気信号及び第2偏光電気信号は分離手段1
1a,11bによって交流成分と直流成分に分離され、
第1交流成分、第1直流成分及び第2交流成分及び第2
直流成分になる。さらに、除算手段12a,12bによ
り、第1交流成分と第1直流成分の比である第1成分比
及び第2交流成分と第2直流成分の比である第2成分比
を求める。そして、乗算手段13で第1成分比と第2成
分比の積を求める。演算手段14ではこの積の平方根を
求める。
的に説明する。図2は基準偏光方位を説明する図であ
る。図に示すように、基準偏光方位Erは検光子の軸に
対して45度の角度をなすように設定される。しかし、
これが45度から角度δだけずれてEraとなると、測
定電流によって引き起こされるファラデー回転角をθと
すれば、フォトダイオード8a,8bの電圧信号I1 ,
I2 は
ォトダイオード8a,8bの増幅度である。従来の方式
で、A=Bの場合は
(2θ+2δ) でありファラデー回転角はδだけずれ誤差を生じる。δ
はファイバ巻回形状の変形やファイバの振動によって変
化し、結果として測定値には、長期間使用した場合のド
リフトによる誤差や、振動によるランダムな誤差が含ま
れてしまう。またAとBが異なる場合も誤差を生じる。
したがい時間によって変化するのでθ(t)と記す。こ
のとき、流した電流をj(t)=j0 sinωtとする
と、これに対応したファラデー回転角は、
ベルデ定数、Nは光ファイバの周回数で、
電圧信号をI1 ,I2 とすると、
(t)・cos2δ) I2 (t)=B*(1−sin2δ−2θ(t)・co
s2δ) と近似できる。
1 (t),I2 (t)それぞれを交流成分(2θ
(t),−2θ(t))と直流成分(1+sin2δ,
1−sin2δ)に分離する。そして、除算手段12
a,12bでそれぞれの交流成分と直流成分の成分比を
求める。それらの成分比を順にM1 (t),M2 (t)
と書くと、
され、それによる測定誤差はなくなる。
2 (t)の積を求めると、
基準偏光方位のずれδを相殺することができる。さら
に、演算手段14で乗算手段13の出力の平方根を求め
ると2θ(t)が得られ、
べる。図3は第1の演算処理部の回路図である。演算処
理部20は、フォトダイオード8a,8bから得られた
電圧信号を増幅するアンプ21a、21bと、アンプ2
1a,21bから得られた電圧信号を交流成分と直流成
分とに分離するハイパスフィルタ22a,22b及びロ
ーパスフィルタ23a,23bと、交流成分と直流成分
の比をとる除算器24a,24bと、除算器24a,2
4bの出力の積をとる乗算器25とからなる。
る。フォトダイオード8a,8bからの出力はアンプ2
1a,21bによって電圧信号I1 (t),I2 (t)
に増幅される。この信号波形は
(t)・cos2δ) I2 (t)=B*(1−sin2δ−2θ(t)・co
s2δ) である。ここで、Aはフォトダイオード8aの光電変換
効率、アンプ21aの増幅度によって決まる定数であ
る。また、Bはフォトダイオード8bの光電変換効率、
アンプ21bの増幅度によって決まる定数である。
おのおのA*2θ(t)*cos2δと−B*2θ
(t)*cos2δである。ローパスフィルタ23a,
23bの出力はおのおのA*(1+sin2δ)、B*
(1−sin2δ)である。除算器24a,24bによ
って交流成分を直流成分で除算し、その出力はおのお
の、
+sin2δ) M2 (t)=−2θ(t)*cos2δ/(1−sin
2δ) となる。すなわち、フォトダイオード8a,8b及びア
ンプ21a,21bによって決まる定数A,Bは除去さ
れる。いいかえれば、フォトダイオード8a,8b及び
アンプ21a,21bの特性のアンバランスの影響はな
くなる。そして、演算器25によりM1 (t)とM
2 (t)の積が得られ、これは−[2θ(t)]2 に等
しい。
7の特性アンバランスの影響については述べていない
が、フォトダイオード8a,8b及びアンプ21a,2
1bの特性のアンバランスと同様に除去される。
定する方法を具体的に説明する。M1 (t)とM
2 (t)は交流信号であり、正負の値をとる。そしてM
1 (t)とM2 (t)は互いに逆符号、すなわちM
1 (t)が正のときはM2 (t)は負であり、M
1 (t)が負のときはM2 (t)は正である。したがっ
て、それらの積M1 (t)×M2 (t)は常に負であ
り、
1 (t)×M2 (t)の信号波形を示した。さて、交流
電流を計測するのに、大別して2つの場合がある。第1
は電流を実効値として計測する場合であり、交流電流は
2乗平均の平方根(root mean square)として正の量で
表現される。
する場合であり、これはたとえば適当な電流/電圧変換
手段を介してオシロスコープで電圧波形を観察するよう
な場合である。
×M2 (t)はそのままθ(t)の2乗に比例するの
で、これをたとえば通常の交流電圧計で測定すれば2θ
(t)の2乗平均が得られる。次にこれから演算増幅器
あるいはデジタル計算によって平方根θrms を求める
と、
する。交流電流の場合θ(t)は、
形を得るのに、−(1/4)M1 (t)×M2 (t)の平方
根を、例えば通常の演算増幅器などによって求めても、
θ(t)とは一致しない。その理由は本来のθ(t)は
周波数fで正と負が入れ替わるのに対し、[θ(t)]
rms は常に正の値しかとらないためである。ただし、
[θ(t)]rms はθ(t)の実効値(2乗平均の平方
根)である。図5にファラデー回転角θ(t)、その2
乗値[θ(t)]2 、実効値[θ(t)]rms の信号波
形を示す。
rms では本来のθ(t)の負の位相の部分が信号のゼロ
レベルに対して対称に反転された形で現われてしまう。
したがって、θ(t)の波形を求めるには(1/2) ・[−
M1 (t)×M2 (t)](1/2) の出力波形をθ(t)
と同符号となるような回路を付加する必要がある。
ための回路を追加した第2の演算処理部の回路図であ
る。すなわち、図6の第2の演算処理部30は、図3の
第1の演算処理部20に、演算器27、平方根演算器2
6、乗算器28を追加している。 演算器27は入力が
正のとき+v(ボルト)、入力が負のとき−v(ボル
ト)を出力する。図6に示した演算処理部30の動作は
以下のとおりである。
(t),−θ(t)に比例する。なお、除算器24bの
出力は除算器24aの出力と同位相となるように反転さ
れ、θ(t)として出力されるものとする(内部に位相
反転回路を追加する)。
[θ(t)]2 に比例した出力が得られる。乗算器25
の出力はa[θ(t)]2 である。aは比例係数で乗算
器25の特性に依存する。
平方根が得られ、その出力はb|θ(t)|である。b
は比例係数であり、平方根演算器26の特性に依存す
る。演算器27は除算器24aの出力の符号により以下
の値を出力する。
積が得られる。したがって、乗算器28の出力は、 c|θ(t)| (θ(t)≧0) −c|θ(t)| (θ(t)<0) となる。ただし、cは比例係数であり、乗算器28の特
性に依存する。すなわち、乗算器28の出力はcθ
(t)となりθ(t)そのものに比例する。
って行うことも可能である。例えば、除算器24a,2
4bの出力を測定すべき交流電流の周波数よりも速いサ
ンプリングレートでサンプリングし、その後乗算器2
5、平方根演算器26、演算器27、乗算器28の機能
をデジタル信号処理する。
てデジタル信号処理構成とすることも可能である。この
場合、アンプ21a,21bの次にA/D変換器を設け
て信号をデジタル化し、デジタル信号処理を行う。
る。図7は第3の演算処理部40の回路図である。演算
処理部40では、図3の演算処理部20と同一の要素に
は同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
から乗算器25を除き、整流器31a,31b,32
a,32b、乗算器33a,33b、平方根演算器34
a,34b、減算器35を追加した構成になっている。
は図3の除算器24a,24bの出力と同じであり、そ
れぞれの交流分と直流分の成分比(M1 (t),M
2 (t))である。
れ、整流器31a,32a,31b,32bを経て乗算
器33a,33bに入力される。除算器24aの出力で
整流器31aを通るものと、除算器24bの出力の整流
器31bを通る信号は、正の成分であり、乗算器33a
に入力される。
を通るものと、除算器24bの出力で整流器32bを通
る信号は負の成分であり、乗算器33bに入力される。
乗算器33a,33bはそれぞれ整流器31a,31b
の出力の積、整流器32a,32bの出力の積を出力す
る。平方根演算器34a,34bは平方根を演算し、そ
れぞれ乗算器33a,33bの出力をその平方根に変換
する。そして、減算器35で平方根演算器34a,34
bの差をとり、先に述べたファラデー回転角に比例する
出力が得られる。
形を示す。除算器24a,24bの出力は正負に交番す
る電圧信号である。なおここで除算器24bの出力は除
算器24aの出力と同位相となるよう反転させる(内部
に反転回路を設ける)。
a,24bの信号のうち負の部分が除かれたものであ
る。同様に整流器32a,32bの出力は除算器24
a,24bの信号のうち正の部分が除かれたものであ
る。この結果、乗算器33aの出力は除算器24aの出
力の正の位相の部分だけが乗算されたもの、また乗算器
33bの出力は除算器24aの出力の負の位相の部分だ
けが乗算されたものとなる。
bの出力はそれぞれ正の位相の部分が2θ(t)、負の
位相の部分が−2θ(t)に等しいものになる。そし
て、減算器35で平方根演算器34aの出力から平方根
演算器34bの出力を差し引くことにより全位相範囲で
4θ(t)に等しい出力が得られる。
算処理部の効果を確認する実験を以下のようにして行っ
た。まず、基準偏光方位の変動をシミュレートすること
を目的として図1の検光子5に回転しうる半波長板60
を付加した。図9にその構造を示す。検光子と鉛ガラス
からなる光ファイバ4との間に、半波長板60を挿入し
た。半波長板60は回転式ホルダ(図示せず)に固定さ
れており、光ファイバ4からの出射光の光線を軸として
回転することができる。
0を透過して検光子5に入射する。検光子5では2つの
偏波成分が分けられ、おのおのの偏波成分が石英ガラス
ファイバ6,7に入射する。このとき、半波長板60を
回転し、向きを変えることにより、光ファイバ4から出
射した光はその偏光面の方位が変化する。すなわち、半
波長板60の向きを変えることにより検光子に入る偏光
方位が変わり、基準偏光方位の変化をシミュレートでき
る。
光方位依存性を示す図である。すなわち、半波長板60
を回転し基準偏光方位を45°方向から角度δだけ変化
させたときのファラデー回転角を示したものである。
ペア、周波数50Hzの交流電流を流した。ファラデー
回転角も実効値で示してある。S2は図6の演算処理部
30を用いて計測したファラデー回転角である。また、
S1は従来の演算処理部50を用いて計測したファラデ
ー回転角である。すなわち、(I1 −I2 )/(I1+
I2 )という演算によって求められたファラデー回転角
の測定値を示す。
まず、従来の測定値S1を見ると、δが0度を中心とし
て±5度程度までの範囲で真値に対する誤差が少ない
が、±5度を越えるδに対しては大きく真値から外れて
くる。すなわち、従来法では何らかの原因で基準偏光方
位が変動した場合、誤差が増大する。
心として±20度程度の広い範囲にわたって真値からの
誤差が極めて小さいことが分かる。すなわち、温度変
化、機械的振動、光学部品の機械的変形を経時変化など
の原因により基準偏光方位が変動した場合にも測定誤差
の少ない高精度な測定が可能であることが分かる。
て測定値S1がわずかに真値より低く出ている。この理
由を詳細に検討した結果、以下の理由が判明した。図6
あるいは図7のフォトダイオード8aに入る光量は1+
sin2δに比例し、δが負で大きくなると減少し、δ
=−45°ではゼロになる。この結果、図6あるいは図
7の除算器24aに入る直流電圧が小さくなるが、直流
電圧は除算における分母であるので、分母がゼロに近づ
くに従って除算器24aの誤差が増大する。フォトダイ
オード8bについては光量は1−sin2δに比例する
のでδが正で大きくなるときに、除算器24bに入る直
流電圧が低下することになり上述と同様になる。以上の
結果|δ|が大きくなるとS1の誤差がわずかではある
が増大する。
り高精度な測定は、除算器24a,24bに入る直流電
圧が一定の範囲内に入るような増幅率制御回路を演算処
理部に付加することにより達成できる。
第4の演算処理部の回路図である。図11に示す演算処
理部40aでは、図7の演算処理部40に対して、増幅
率制御回路として基準電圧設定器41、比較回路42
a,42b、利得可変器43a,43bを付加してい
る。
8bの経路の回路構成は同じであるので、フォトダイオ
ード8aの経路の動作について説明する。フォトダイオ
ード8aの光電流はアンプ21aによって増幅され、直
流成分はローパスフィルタ23aによって分離され除算
器24aに入力される。このとき除算器24aに入力さ
れる直流電圧は比較回路42aによって基準電圧Vref
と比較され、その差にもとづいて利得可変器43aを通
してアンプ21aの増幅率を制御する。
電圧が低下するとアンプ21aの増幅率が大きくなり除
算器24aに入る直流電圧の大きさは常に一定範囲内に
制御される。
同様である。このような利得制御の結果アンプ21aと
アンプ21bの増幅率は互いに異なっていてもさしつか
えない。これは除算器24a,24bから得られる交流
分と直流分の比はアンプ21a,21bの増幅率に無関
係であるからである。これに対して、従来の演算方法 (I1 −I2 )/(I1 +I2 ) では、図13のアンプ51aとアンプ51bの増幅率を
互いに異なったものとすることはできず、ここで述べた
ような増幅率制御回路を付加することは逆に大きな測定
誤差を生じさせることになる。上記の実施例で使用した
鉛ガラスファイバは反磁性ガラスであり、ベルデ定数の
温度依存性が極めて小さいので、ファラデー回転角の温
度による変化も本来極めて小さいものである。本発明に
よって、鉛ガラスファイバのこの優れた特長を生かし、
温度に依存しない高精度な測定が実現できる。
成分について、さらに実験をした結果、SiO2 の重量
%が5%から35%、PbOの重量%が85%から65
%の範囲である鉛ガラスから成る光ファイバで良好な結
果が得られた。すなわち、この範囲の組成で小さな光弾
性定数が実現された。
めには、SiO2 の重量%が15%から30%、PbO
の重量%が80%から70%の範囲であるものがより好
ましい。
レーザー光源を使用したが、半導体レーザーに限定され
るものではなく、他の固体レーザー、気体レーザー、ス
ーパールミネッセントダイオード、発光ダイオードなど
光ファイバに光を入射できるものであればよい。光学系
において、基準偏光方位を検光子の軸に対して45度方
向に調整する機構として、検光子あるいは偏光子を光フ
ァイバに対して回転する機構、あるいは半波長板などの
偏光面回転機構を備えてもよい。
装置として説明したが、交流磁場の測定にも適用でき
る。
イバの出力を2つの偏光に分離し、それらをさらに直流
分及び交流分に分離し、交流分と直流分の比をとり、そ
の比を演算するように構成したので、光電変換素子の特
性等のアンバランスによる誤差、基準偏光方位の変化に
よる誤差を除去でき、電流あるいは磁場を正確に測定で
きる。
て、より基準偏光方位等の変化を低減でき、より正確に
電流あるいは磁場が測定できる。さらに、本発明によれ
ば交流的に振動する直線偏光を高精度で測定することが
できる。したがって、本発明は光ファイバ型計測装置に
限らず、バルクの結晶あるいはガラスブロックのファラ
デー効果を利用した電流あるいは磁場測定装置にも適用
できる。
なく、交流的に振動する直線偏光の偏波方位を正確に測
定する目的に広く適用できる。
号波形を示す図である。
の信号波形を示す図である。
である。
である。
性を示す図である。
の回路図である。
を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 光ファイバから出射された光のファラデ
ー効果による偏光面の変化から電流あるいは磁場の計測
を行う光ファイバ型計測装置において、 通電導体あるいは磁場の周囲に設けられ、光を導光させ
る鉛ガラス製の光ファイバと、 前記光ファイバの出射光を互いに異なった偏光面を有す
る第1偏光及び第2偏光に分離する偏光分離手段と、 前記第1偏光及び前記第2偏光を各々第1偏光電気信号
及び第2偏光電気信号に変換する光電気変換手段と、 前記第1偏光電気信号及び前記第2偏光電気信号を各々
第1交流成分、第1直流成分及び第2交流成分、第2直
流成分に分離する分離手段と、 前記第1交流成分と前記第1直流成分との第1成分比、
前記第2交流成分と前記第2直流成分との第2成分比を
各々求める除算手段と、 前記第1成分比と前記第2成分比との積を求める乗算手
段と、 を有することを特徴とする光ファイバ型計測装置。 - 【請求項2】 前記乗算手段の出力の平方根を求める演
算手段を設けることにより前記電流あるいは前記磁場の
時間的に変化する値を求めるように構成したことを特徴
とする請求項1記載の光ファイバ型計測装置。 - 【請求項3】 前記第1偏光電気信号及び前記第2偏光
電気信号を増幅する増幅器を設け、前記第1直流成分及
び前記第2直流成分が一定になるように、前記増幅器の
増幅率を制御する増幅率制御手段を設けたことを特徴と
する請求項1記載の光ファイバ型計測装置。 - 【請求項4】 前記光ファイバはSiO2 とPbOを含
み、前記SiO2 の重量%が5〜35%、前記PbOの
重量%が85〜65%である鉛ガラスであることを特徴
とする請求項1記載の光ファイバ型計測装置。 - 【請求項5】 光ファイバから出射された光のファラデ
ー効果による偏光面の変化から電流あるいは磁場の計測
を行う光ファイバ型計測方法において、 光を導光させる鉛ガラス製の光ファイバを通電導体ある
いは磁場の周囲に設け、 前記光ファイバの出射光を互いに異なった偏光面を有す
る第1偏光及び第2偏光に分離し、 前記第1偏光及び前記第2偏光を各々第1偏光電気信号
及び第2偏光電気信号に変換し、 前記第1偏光電気信号及び前記第2偏光電気信号を各々
第1交流成分、第1直流成分及び第2交流成分、第2直
流成分に分離し、 前記第1交流成分と前記第1直流成分との第1成分比、
前記第2交流成分と前記第2直流成分との第2成分比を
各々求め、 前記第1成分比と前記第2成分比との積を求め、 電流あるいは磁場を計測することを特徴とする光ファイ
バ型計測方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32506394A JP3300184B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 光ファイバ型計測装置及び計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32506394A JP3300184B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 光ファイバ型計測装置及び計測方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08178968A true JPH08178968A (ja) | 1996-07-12 |
JP3300184B2 JP3300184B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=18172745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32506394A Expired - Lifetime JP3300184B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 光ファイバ型計測装置及び計測方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3300184B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998012570A1 (de) * | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur gewinnung eines temperaturgangkompensierten ausgangssignals bei einem optischen strommessensor |
EP1491903A1 (en) * | 2003-05-12 | 2004-12-29 | Kasmatic Innovation A/S | Fiberoptic Faraday effect sensor |
JP2014238398A (ja) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 光ファイバ電流検知システムを監視するシステム及び方法 |
JP2017215245A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | 九電テクノシステムズ株式会社 | 電流検出装置及び部分放電相検出装置 |
CN110007125B (zh) * | 2019-04-12 | 2021-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 双光路光学电流传感器 |
-
1994
- 1994-12-27 JP JP32506394A patent/JP3300184B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104237834A (zh) * | 2013-06-10 | 2014-12-24 | 通用电气公司 | 用于监测光纤电流传感系统的系统及方法 |
JP2017215245A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | 九電テクノシステムズ株式会社 | 電流検出装置及び部分放電相検出装置 |
CN110007125B (zh) * | 2019-04-12 | 2021-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 双光路光学电流传感器 |
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Publication number | Publication date |
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