JPH09269339A - 光ファイバ電流測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導体５２を流れる高圧電流による磁界を光フ
ァイバのファラデー効果を利用して測定することによっ
て、前記電流の振幅および位相を測定する光ファイバ電
流測定装置において、低コストな汎用品を使用可能と
し、かつ高圧機器に隣接して配置される磁界検出部５３
と伝送部５８との接続作業を簡略化する。 【解決手段】 検出用のシングルモード光ファイバ６１
とほぼ同径で安価なシングルモード光ファイバ５５を送
光用に用い、これによって光軸合わせを容易に可能とす
る。また、シングルモード光ファイバ５５のカットオフ
波長λｃよりも小さい発振波長λのレーザダイオード６
５を光源として用いる。これによって、レーザダイオー
ド６５からの入射光は、該シングルモード光ファイバ５
５中をマルチモードで伝送され、振動や応力の影響を受
けることなく、磁界検出部５３へ伝送される。したがっ
て、煩雑な偏波面合わせの作業を無くすこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバのファ
ラデー効果を利用して、被検出導体に流れる電流の振幅
および位相等を測定することができる光ファイバ電流測
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、前記ファラデー効果を利用した
典型的な従来技術の光ファイバ電流測定装置１の構成を
示す図である。磁界検出部２は、シングルモード光ファ
イバ３が所定回数巻回されて構成されるボビン４内を、
被測定電流の流れる導体５が挿通されて構成されてい
る。前記シングルモード光ファイバ３の両端部は、前記
磁界検出部２と離間して配置される送受光部７に引込ま
れている。シングルモード光ファイバ３の一端にはレー
ザダイオード８が接続され、他端には偏光ビームスプリ
ッタ９が接続されている。

【０００３】前記レーザダイオード８からの出射光の偏
波面と、偏光ビームスプリッタ９の偏光方向とは、前記
導体５に流れる電流が０であるときに、相互に４５°ず
れた関係となるように、これらレーザダイオード８およ
び偏光ビームスプリッタ９の偏光方向の相対角度が定め
られている。

【０００４】前記偏光ビームスプリッタ９において、透
過光の出力部および反射光の出力部には、それぞれフォ
トダイオードなどから成る受光素子１０，１１が設けら
れている。これらの受光素子１０，１１は、入射光レベ
ルに対応した電流を出力し、光電変換を行う。前記受光
素子１０，１１からの出力信号は、割算器１２に入力さ
れている。割算器１２は、受光素子１０，１１からの出
力の加算値に対する差分値の比率を求める。したがっ
て、同一レベルで検出される直流成分が除去され、導体
５に流れる電流値に略比例した測定結果を得ることがで
きる。こうして、導体５に流れる電流の振幅および位相
が測定される。

【０００５】一方、一般に光ファイバに振動や曲げ応力
が加わると、その部分で光ファイバに複屈折が生じて、
偏波面が旋回する。したがって、上述の光ファイバ電流
測定装置１では、磁界検出部２と、送受光部７との間の
伝送部１３において、シングルモード光ファイバ３に振
動や曲げ応力が加わると、前記複屈折が生じ、前記レー
ザダイオード８からの直線偏光の偏波面を有する入射光
が、磁界検出部２におけるファラデー効果による旋回と
は別に、該伝送部１３においても旋回してしまう。この
ため、正確な電流測定を行うことができないという問題
がある。このような不具合を解決するための他の従来技
術は、図３で示される。

【０００６】図３は、他の従来技術の光ファイバ電流測
定装置２１の構成を示す図である。この光ファイバ電流
測定装置２１では、磁界検出部２２内に偏光子２３およ
び分光器２４を設け、前記ボビン４に巻回される検出用
のシングルモード光ファイバ２５の一端が前記偏光子２
３に接続され、他端が前記分光器２４に接続される。

【０００７】したがって、磁界検出部２２において分光
器２４の偏光方向は、偏光子２３の偏光方向に対して常
に一定に保持され、該磁界検出部２２全体が振動を受け
ても光学バイアスの関係は一定に保持され、電流の測定
に影響が及ぶことはない。

【０００８】また、伝送部２６において、送光用には、
偏波面の旋回を防止するために予め大きな複屈折性を備
える偏波面保存光ファイバ２７が用いられており、受光
用にはマルチモード光ファイバ２８，２９が用いられて
いる。前記偏波面保存光ファイバ２７に対応して、送受
光部３０において、光源にはスーパールミネッセンスダ
イオード３１が用いられる。このスーパールミネッセン
スダイオード３１から出射された直線偏光の光が、偏波
面保存光ファイバ２７を介して、そのまま偏光子２３に
入射される。これによって、前記振動や曲げ応力に対し
ても、偏波面はほとんど旋回せず、偏光子２３への入射
光量の変化は少なく、正確な電流測定を行うことができ
る。

【０００９】また、分光器２４からの出力に、前記振動
や曲げ応力によって、マルチモード光ファイバ２８，２
９で偏波面の旋回が生じても、それぞれを介する光量の
差が測定電流値に対応しており、前記受光素子１０，１
１および割算器１２によって、光量のレベルに対応し
て、前述のように測定結果を出力することができる。

【００１０】しかしながら、このような光ファイバ電流
測定装置２１では、送光用光ファイバとして、特殊な偏
波面保存光ファイバ２７を用いるとともに、光源として
スーパールミネッセンスダイオード３１を用いているの
で、コストが非常に嵩むという問題がある。たとえば、
偏波面保存光ファイバ２７は、マルチモード光ファイバ
の１０倍以上のコストを要する。

【００１１】このため、該偏波面保存光ファイバ２７に
代えて、マルチモード光ファイバを用いて前記スーパー
ルミネッセンスダイオード３１からの直線偏光の光を伝
送することが考えられるけれども、マルチモード光ファ
イバのコア径はたとえば１００μｍであり、これに対し
て磁界検出部２２のシングルモード光ファイバ２５のコ
ア径は６μｍ程度であり、光軸合わせの作業が必要とな
る。このような不具合を解決するためのさらに他の従来
技術は、たとえば本件出願人が先に提案した特願平６−
１１２３６９号で示される。

【００１２】図４は、前記さらに他の従来技術の光ファ
イバ電流測定装置４１の構成を示す図である。この光フ
ァイバ電流測定装置４１において、前述の光ファイバ電
流測定装置１，２１に類似し、対応する部分には同一の
参照符号を付してその説明を省略する。

【００１３】この光ファイバ電流測定装置４１では、伝
送部４２における送光用光ファイバに、安価なシングル
モード光ファイバ４３が使用されている。また、送受光
部４４の光源には、レーザダイオード８が用いられてい
る。レーザダイオード８からの出射光に、伝送部４２へ
の振動や曲げ応力などによって旋回が生じても、偏光子
２３からシングルモード光ファイバ２５へ入射する光量
が変化するだけで、前述のように偏光子２３と分光器２
４との偏波面の関係は一定であり、割算器１２から出力
される測定結果には、前記光量変化の影響を受けること
なく、測定電流値のみに対応した出力を得ることができ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来技術でも、依然として、シングルモード光フ
ァイバ４３と偏光子２３との間の偏波面合わせの作業が
必要となる。高圧の導体５の周囲には高圧機器が配置さ
れており、したがってそのような高圧機器に囲まれた環
境で、シングルモード光ファイバ４３を軸線回りに回転
させ、偏光子２３と偏波面を合わせる作業は極めて煩雑
である。

【００１５】本発明の目的は、低コストで、かつ煩雑な
作業を削減することができる光ファイバ電流測定装置を
提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光ファイバ
電流測定装置は、被検出導体の周囲に巻回される検出用
シングルモード光ファイバと、前記検出用シングルモー
ド光ファイバの入射端に設けられる偏光子と、出射端に
設けられ、前記偏光子の偏光方向とは相互に異なる２つ
の偏光方向で検光を行い、各偏光方向の成分の光をそれ
ぞれ出射する分光器とを備える磁界検出部と、光源と、
前記光源からの光を前記偏光子に伝送する送光用シング
ルモード光ファイバと、前記分光器からの２つの各偏光
方向の成分の光を伝送する受光用マルチモード光ファイ
バと、各受光用マルチモード光ファイバからの光が入射
され、該光を光電変換する２つの受光素子と、前記各受
光素子の検出信号間の比例成分を演算する演算手段とを
含み、前記光源の波長をλとし、送光用シングルモード
光ファイバのカットオフ波長をλｃとするとき、λｃ＞
λに選ぶことを特徴とする。

【００１７】上記の構成によれば、磁界検出部では、偏
光子と分光器との偏波面が一定に保たれ、該磁界検出部
に対する振動および曲げ応力による測定誤差の発生が防
止されている。また、分光器からの出力は、前記振動お
よび曲げ応力によって偏波面が旋回しても、その光量レ
ベルを正確に検出できればよく、受光用マルチモード光
ファイバによって、受光素子に伝送される。

【００１８】これに対して、送光用の光ファイバにはシ
ングルモード光ファイバが用いられており、前記振動や
曲げ応力によって偏波面が旋回しても、偏光子への入射
光量が変化するだけで、前記旋回の影響によって電流値
の測定結果に誤差を生じることはない。ただし、送光用
シングルモード光ファイバと偏光子との間には、偏波面
合わせの作業が必要となるために、注目すべきは本発明
では、光源および送光用シングルモード光ファイバを、
前記λｃ＞λの関係を満足するように選ぶ。

【００１９】したがって、送光用シングルモード光ファ
イバによって、光源からの光のマルチモードでの伝送が
可能となり、偏光子と送光用シングルモード光ファイバ
との偏波面合わせの煩雑な作業を無くすことができると
ともに、低コストなシングルモード光ファイバを用い
て、しかも光源にも安価なレーザダイオードを用いるこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１に基づいて説明すれば以下のとおりである。

【００２１】図１は、本発明の実施の一形態の光ファイ
バ電流測定装置５１の構成を示す図である。この光ファ
イバ電流測定装置５１は、高圧の導体５２に臨む磁界検
出部５３と、該磁界検出部５３から離間して配置される
送受光部５４と、前記磁界検出部５３と送受光部５４と
の間を接続する送光用のシングルモード光ファイバ５５
および受光用のマルチモード光ファイバ５６，５７から
成る伝送部５８とを備えて構成されている。

【００２２】前記磁界検出部５３は、検出用のシングル
モード光ファイバ６１が巻回されたボビン６２内を、前
記導体５２が挿通して構成されている。シングルモード
光ファイバ６１の入射端は偏光子６３に接続され、出射
端は分光器６４に接続される。前記偏光子６３は、たと
えば複数の誘電体層と金属層とを交互に積層一体化させ
た、住友セメント株式会社製の製品名「ラミポール」な
どの積層薄膜偏光子で実現することができる。また前記
分光器６４は、入射光を所定の偏光方向で検光し、透過
光と反射光との相互に偏光方向の異なる２つの光を出射
する、いわゆる偏光ビームスプリッタなどで実現され
る。前記分光器６４の偏光方向と、偏光子６３の偏光方
向とは、導体５２に流れる電流が０であるときに４５°
ずれた関係となるように、設定されている。

【００２３】前記偏光子６３へは、送受光部５４のレー
ザダイオード６５からの光が、送光用のシングルモード
光ファイバ５５を介して入射される。また、分光器６４
からの偏波面が相互に異なる２つの出力光は、それぞれ
受光用のマルチモード光ファイバ５６，５７を介して、
送受光部５４の受光素子６６，６７に入射される。受光
素子６６，６７は、フォトダイオードなどで実現され、
マルチモード光ファイバ５６，５７からの入射光を光電
変換し、該入射光の強度Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ対応した
レベルの信号Ｐ１ａ，Ｐ２ａを出力する。前記信号Ｐ１
ａ，Ｐ２ａは、割算器６８に入力される。

【００２４】前記割算器６８は、前記信号Ｐ１ａ，Ｐ２
ａの加算値に対する差分値の割合、すなわち、 （Ｐ１ａ−Ｐ２ａ）／（Ｐ１ａ＋Ｐ２ａ） …（１） を求め、その計算結果を測定結果として出力する。した
がって、偏光子６３への入射光量変化の影響を受けるこ
となく、検出用のシングルモード光ファイバ６１内での
磁界による光の旋回角、すなわち導体５２を流れる電流
の振幅および位相等の測定結果を出力することができ
る。

【００２５】前記磁界検出部５３の分光器６４の偏光方
向は、偏光子６３の偏光方向に対して一定であり、該磁
界検出部５３への振動や曲げ応力に対して、導体５２を
流れる電流の測定に誤差を生じることがない。また、受
光用のマルチモード光ファイバ５６，５７に振動や曲げ
応力が加わって、その偏波面が旋回したとしても、受光
素子６６，６７は偏光方向を検出するのではなく、光量
を検出するので、電流の測定に誤差が生じることはな
い。

【００２６】上述のように構成される光ファイバ電流測
定装置５１において、本発明では、送光用のシングルモ
ード光ファイバ５５のカットオフ波長λｃは、たとえば
１．３μｍに選ばれており、これに対応してレーザダイ
オード６５の発振波長λは、７８０ｎｍに選ばれてい
る。すなわち、λｃ＞λに選ばれている。

【００２７】したがって、λｃ≦λであるときには、シ
ングルモード光ファイバ５５の伝送条件はシングルモー
ドとなって直線偏光が伝送され、振動や曲げ応力が加わ
ると、偏波面が振動や曲げの大きさに対応して旋回し、
磁界検出部５３へ入射される光量が刻々と変化すること
になる。これに対して、本発明のようにλｃ＞λとする
ことによって、シングルモード光ファイバ５５の伝送条
件は、マルチモードとなる。したがって、任意の偏波面
を有するランダム光の伝送が可能となる。このため、前
記振動や曲げ応力に対して、マルチモード光ファイバと
同様に、磁界検出部５３へ入射される光量の変化を小さ
く抑えることができる。

【００２８】このようにして、振動や曲げ応力の影響を
受けることなく、高精度に導体５２を流れる電流の測定
を可能とするにあたって、広く使用されている低コスト
なシングルモード光ファイバ５５およびレーザダイオー
ド６５を使用し、かつ該シングルモード光ファイバ５５
をマルチモード伝送条件で使用するので、検出用のシン
グルモード光ファイバ６１との光軸合わせを容易に行う
ことができるとともに、偏光子６３に対する偏波面調整
を行う必要もなく、高圧機器に隣接して配置される磁界
検出部５３と、送光用光ファイバとの接続作業を容易に
行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る光ファイバ電流測定装置
は、以上のように、光ファイバのファラデー効果を利用
して被検出導体に流れる電流の振幅および位相等を測定
するにあたって、送光用にシングルモード光ファイバを
用い、光源の波長をλとし、前記送光用シングルモード
光ファイバのカットオフ波長をλｃとするとき、λｃ＞
λに選び、送光用シングルモード光ファイバをマルチモ
ードで使用する。

【００３０】それゆえ、偏光子と送光用シングルモード
光ファイバとの偏波面合わせの煩雑な作業を無くすこと
ができるとともに、低コストなシングルモード光ファイ
バを用いて、しかも光源にも安価なレーザダイオードを
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の光ファイバ電流測定装
置の構成を示す図である。

【図２】典型的な従来技術の光ファイバ電流測定装置の
構成を示す図である。

【図３】他の従来技術の光ファイバ電流測定装置の構成
を示す図である。

【図４】さらに他の従来技術の光ファイバ電流測定装置
の構成を示す図である。

【符号の説明】

５１ 光ファイバ電流測定装置 ５２ 導体（被検出導体） ５３ 磁界検出部 ５４ 送受光部 ５５ シングルモード光ファイバ（送光用シングルモ
ード光ファイバ） ５６ マルチモード光ファイバ（受光用マルチモード
光ファイバ） ５７ マルチモード光ファイバ（受光用マルチモード
光ファイバ） ５８ 伝送部 ６１ シングルモード光ファイバ（検出用シングルモ
ード光ファイバ） ６２ ボビン ６３ 偏光子 ６４ 分光器 ６５ レーザダイオード（光源） ６６ 受光素子 ６７ 受光素子 ６８ 割算器（演算手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検出導体の周囲に巻回される検出用シン
   グルモード光ファイバと、前記検出用シングルモード光
   ファイバの入射端に設けられる偏光子と、出射端に設け
   られ、前記偏光子の偏光方向とは相互に異なる２つの偏
   光方向で検光を行い、各偏光方向の成分の光をそれぞれ
   出射する分光器とを備える磁界検出部と、 光源と、 前記光源からの光を前記偏光子に伝送する送光用シング
   ルモード光ファイバと、 前記分光器からの２つの各偏光方向の成分の光を伝送す
   る受光用マルチモード光ファイバと、 各受光用マルチモード光ファイバからの光が入射され、
   該光を光電変換する２つの受光素子と、 前記各受光素子の検出信号間の比例成分を演算する演算
   手段とを含み、 前記光源の波長をλとし、送光用シングルモード光ファ
   イバのカットオフ波長をλｃとするとき、λｃ＞λに選
   ぶことを特徴とする光ファイバ電流測定装置。