JPH09281153A

JPH09281153A - 光ファイバ電流計測装置

Info

Publication number: JPH09281153A
Application number: JP8089081A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sakamoto; 和夫坂本; Seiichi Yokoyama; 精一横山; Toru Ebihara; 徹海老原
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1997-10-31
Anticipated expiration: 2016-04-11
Also published as: JP3494525B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバからの出射光の偏波面を回転させ
ずに２つの偏光成分を検出する。【解決手段】ファイバカップラ２は、光源１から入射
された光を偏光子／検光子部１０へ送り、偏光子／検光
子部１０から入射された光の一部を受光素子８へ送る。
センシングファイバ３は、入出射端がファラデー回転素
子４を介して偏光子／検光子部１０に接続されており、
終端には反射ミラー６が設けられている。センシングフ
ァイバ３は、測定すべき電流が流れる導体５を周回する
ように曲げられており、導体５内の電流により発生する
磁場の影響を受け、内部を通過する光にファラデー回転
を加える。偏光子／検光子部１０内には双方向検光子と
しての機能を有するグランレーザプリズムが配置されて
おり、センシングファイバ３からの光を２つの偏光成分
に分離し、ファイバカップラ２と受光素子９へ送る。

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中を伝搬
する直線偏光の偏波面がファラデー効果によって回転す
る原理を利用した光ファイバ電流計測装置に関し、特に
変電設備、送電設備などの高電圧設備における電流計測
に特に好適に用いられる光ファイバ電流計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電流の測定方法として、光ファイバを伝
搬する光の偏波面が磁界の作用により回転するというフ
ァラデー効果を利用した方法が知られている。ファラデ
ー効果を有する光ファイバを用いることにより電流計測
器の大幅な小型化や軽量化が図れる。

【０００３】そのような光ファイバ電流計測装置の構成
としては、大きく分けて以下の２種類の方式がある。第
１の方式は、光ファイバの一端から直線偏光を入射し、
光ファイバの他端から出射する光の偏波面の回転角度を
測定する方式である。これは、透過型と呼ばれている。

【０００４】第２の方式は、光ファイバの一端から直線
偏光を入射し、その光を光ファイバの他端で反射させ、
戻ってきた光の偏波面の回転角度を測定する方式であ
る。これは、反射型と呼ばれている。

【０００５】反射型の光ファイバ電流装置の例として、
特開昭４９−９０９７３号公報に示されたものがある。
この例に示された光ファイバ電流計測装置では、光ファ
イバの一端から光を入射し、他端に設けた膜によって光
を反射する。反射された光が同じ経路を戻り再び光ファ
イバから出射されると、その光の光路をビームスプリッ
タによって曲げ、これを検光子によって検出する。そし
て、検出された光のファラデー回転角を測定する。

【０００６】このような光ファイバ電流計測装置におい
て検出された光から、以下のような方法により電流値を
算出することができる。ファラデー効果を有するファイ
バ（以後「センシングファイバ」と呼ぶ）に０度方向の
直線偏光を入射したときに、ファラデー回転を受けてフ
ァイバから出射される光を０度と９０度方向の成分（そ
れぞれＩ₀，Ｉ₉₀）で表すと、

【０００７】

【数１】Ｉ₀＝Ｐ（１＋ｃｏｓ（２Ｆ））・・・・・（１）

【０００８】

【数２】Ｉ₉₀＝Ｐ（１−ｃｏｓ（２Ｆ））・・・・・（２）

【０００９】

【数３】Ｆ＝ＶＩＮ・・・・・（３）である。ここで、Ｐは入力強度の半分の光強度、Ｆはフ
ァラデー回転角、Ｖはベルデ定数、Ｉは電流値、Ｎは導
体の周りの光ファイバの巻回数である。

【００１０】この式によれば、ファラデー回転角が余弦
関数の引数の形で入っているため、Ｉ₀あるいはＩ₉₀を
測定したのではファラデー回転角の符号を区別できな
い。この問題を回避する有効な方法として、センシング
ファイバからの出射光を分離する検光子の２つの軸を−
４５度と＋４５度とに設定し、おのおのの軸方向の成分
の光強度Ｉ_-45、Ｉ₊₄₅を測定する方法がある。このと
き、

【００１１】

【数４】Ｉ_-45＝Ｐ（１＋ｓｉｎ（２Ｆ））・・・・・（４）

【００１２】

【数５】Ｉ₊₄₅＝Ｐ（１−ｓｉｎ（２Ｆ））・・・・・（５）となる。Ｉ_-45とＩ₊₄₅とにはファラデー回転角が正弦
関数の引数の形で入っているため、Ｉ_-45あるいはＩ
₊₄₅のいずれかを測定すればファラデー回転角の符号を
区別できる。

【００１３】また、正弦関数であるため、電流が小さい
とき、すなわちファラデー回転角が小さいときは線形近
似で、

【００１４】

【数６】が成り立つ。従って、光強度からファラデー回転角を求
める信号処理機構が大幅に簡便となる。

【００１５】ところがこの方法においても式（４）、式
（５）の大きさは光源の光強度Ｐに依存し、これが変動
した場合に測定誤差が生じる。この欠点を回避する方法
として、

【００１６】

【数７】で定義されるＳという量を求めれば、

【００１７】

【数８】Ｓ＝ｓｉｎ（２Ｆ）≒２Ｆ・・・・・（８）となる。これは、入射光の強度に依存しないため光源の
光強度変動に影響を受けず、高精度な測定が可能であ
る。

【００１８】すなわち、ファイバに入射する光強度の変
動の影響を除き、電流計測の線形性を得るためには、検
光子の軸を入射偏波面に対して４５度に傾けること（以
後「４５度光学的バイアス」と呼ぶ）、及び検光子の軸
方向の２つの偏光成分を検出する必要がある。言い換え
ると、４５度光学的バイアスを加えなければファラデー
回転角の符号を区別することができず、検光子の片方の
偏光成分を検出するのみでは光強度の変動の影響を除け
ないため、高精度な電流計測は望めない。

【００１９】これらの要請は、透過型、反射型の双方に
共通する要請であるが、反射型ではセンシングファイバ
への入射光とセンシングファイバからの出射光が同一光
路に重なることから、入射光と出射光とを分離し両者の
間に４５度光学的バイアスを加えなければならない。

【００２０】上記の必要から、例えば「Electronic Cur
rent Sensors Employing Spun Highly Birefringent Op
tical Fibers,Journal of Lightwave Technology Vol.7
No.12,2084(1989)」(Richard I. Laming and David N.
Payne,) では、入射光を４５度方向に調整した偏光子
を通して４５度方向の偏波面を持つ直線偏光をセンシン
グファイバに入射し、ファイバからの出射光の光路をビ
ームスプリッタで曲げ、０度、９０度方向の軸を持つ検
光子で２つの偏光成分を検出している。そして、検出し
た偏光成分に基づき、式（７）に従って信号処理を行い
電流値に換算している。

【００２１】すなわち反射型の構成ではセンシングファ
イバの入射端は戻ってきた光の出射端でもある。そこ
で、入射光と出射光とを分離する必要があり、上記の例
ではビームスプリッタを用いて分離している。

【００２２】ところが、ビームスプリッタは直線偏光の
Ｐ波とＳ波との反射率が異なるため、ビームスプリッタ
で直線偏光が反射する際に、反射光の偏波面が回転す
る。その結果、正確なファラデー回転角を測定すること
ができなくなる。つまり、ビームスプリッタで入射光と
出射光とを分離することは、測定精度を低下させる原因
となる。

【００２３】そこで、特開平６−３３７２７５号公報に
開示された方式では、ビームスプリッタによって分けら
れた出射光の光路に位相補償器を追加している。図９は
位相補償器を用いた光ファイバ電流計測装置を示す図で
ある。この例では、位相補償器として透過補償板が用い
られている。送光ファイバ８１から出射した光は、コリ
メータレンズ８２と偏光子８３を通り直線偏光となる。
その直線偏光がビームスプリッタ８４、コリメータレン
ズ８５を通りセンシングファイバ８６に入射する。その
直線偏光は反射ミラー８７で反射し、センシングファイ
バ８６から出射する。この際、直線偏光には、導体８８
を流れる電流によるファラデー回転角が加えられてい
る。センシングファイバ８６から出射された反射光は、
ビームスプリッタ８４で反射し偏波面が回転する。その
偏波面の回転が透過補償板８９を通過する際にもとにも
どされ、検光子９０で２つの偏光成分に分離される。分
離された２つの偏光成分は、それぞれコリメータレンズ
９１，９２を通り、受光ファイバ９３，９４に入射す
る。これにより、２つの偏光成分が検出される。

【００２４】ここで用いられている透過補償板は、透過
する光の角度に応じてＰ波とＳ波との透過率が変化す
る。従って、ビームスプリッタによって分けられた出射
光に対する透過補償板の角度を調整することにより、ビ
ームスプリッタで回転した偏波面をもとに戻すことがで
きる。

【００２５】また、特開平７−２４８３３８号公報に
は、ビームスプリッタを用いずにファイバカップラによ
って出射光を分離する方式が開示されている。図１０は
ファイバカップラによって出射光を分離する光ファイバ
電流計測装置を示す図である。この例では、光源１０１
から出射した光は偏光子１０２で直線偏光となる。その
直線偏光は、ファイバカップラ１０３を通り、さらに薄
膜型偏光子ユニット１０４内の偏光子１０４ａを通った
後、センシングファイバ１０６に入射する。その直線偏
光は反射ミラー１０７で反射し、センシングファイバ１
０６から出射する。この際、直線偏光は、導体１０８を
流れる電流によるファラデー回転角が加えられている。
また、センシングファイバ１０６の入口に設けられた永
久磁石１０５により、直線偏光には４５度光学的バイア
スが印加されている。センシングファイバ１０６から出
射された反射光は、ファイバカップラ１０３により一部
が受光素子１０９へ送られる。そして、受光素子１０９
で、その光量が電気信号に変えられる。

【００２６】この方式によれば、ビームスプリッタを用
いていないため、センシングファイバからの出射光を分
離する際の偏光面の回転を考慮する必要がない。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−３
３７２７５号公報に開示された方式は、Ｐ波とＳ波との
反射率が異なることによる問題は低減されるが、位相補
償器は温度依存性が高いため、広範囲の温度領域での高
精度の測定は困難である。そのうえ、偏光子、ビームス
プリッタ、検光子、位相補償器を必要とするため、光学
系が複雑で大型になる。

【００２８】一方、特開平７−２４８３３８号公報に開
示された方式は、偏光成分の片方の成分しか検出できな
いため、光源の光強度の影響を受けることが避けられず
高精度の測定が困難である。

【００２９】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、光ファイバからの出射光の偏波面を回転させ
ずに２つの偏光成分を検出できる光ファイバ電流計測装
置を提供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、導体の周囲に巻かれた光ファイバの入出
射端から光を入射し、前記光ファイバの終端で反射して
戻ってきた反射光のファラデー回転角に基づいて、前記
導体を流れる電流を測定する光ファイバ電流計測装置に
おいて、光源に接続されており、前記光源の発した光を
前記光ファイバ側へ送るとともに、前記光ファイバ側か
ら逆行してきた光を第１の受光素子へ送る光学部品と、
前記光学部品と前記光ファイバとの間に設けられ、前記
光学部品から前記光ファイバへ向かう光を直線偏光に整
形し前記光ファイバへ送るとともに、前記光ファイバか
ら送られてきた前記反射光を２つの偏光成分に分離し、
前記偏光成分をそれぞれ前記光学部品と第２の受光素子
とへ送る双方向性検光子と、を有することを特徴とする
光ファイバ電流計測装置が提供される。

【００３１】このような光ファイバ電流計測装置によれ
ば、光源が発した光は光学部品を通り双方向検光子に入
射する。その光は、双方向検光子によって直線偏光に整
形され、光ファイバに入射する。光ファイバに入射され
た直線偏光は、光ファイバの終端で反射し、ファラデー
回転角が加えられた反射光となり双方向検光子へ逆方向
から入射する。その反射光は双方向性検光子によって、
２つの偏光成分に分離され、一方の偏光成分が光学部品
へ送られ、他方の偏光成分が第２の受光素子へ送られ
る。ファイバカップラへ送られた偏光成分は、ファイバ
カップラを通り第１の受光素子へ送られる。

【００３２】これにより、直線偏光の偏波面を回転させ
ずに、光ファイバからの反射光の２つの偏光成分が検出
される。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の光ファイバ電流計
測装置の概略構成を示す図である。この光ファイバ電流
計測装置は、レーザ光を発生させる光源１、光源１と偏
光子／検光子部１０との間の光の伝搬経路となるファイ
バカップラ２、内蔵された偏光子／検光子により反射光
の分離等を行う偏光子／検光子部１０、ファラデー効果
により４５度光学的バイアスを印加するファラデー回転
素子４、ファラデー効果を有するセンシングファイバ
３、センシングファイバ３の終端で光を反射する反射ミ
ラー６、及び偏光子／検光子部１０から取り出された反
射光の偏光成分を電気信号に変換する受光素子８，９で
構成されている。

【００３４】光源１、偏光子／検光子部１０、及び受光
素子８は、それぞれがファイバカップラ２の入出射用の
ポートであるファイバ２ａ，２ｂ，２ｃに接続されてい
る。ファイバカップラ２は、ファイバ２ａから入射され
た光をファイバ２ｂへ送り、ファイバ２ｂから入射され
た光の一部をファイバ２ｃへ送る。一方、受光素子９
は、受光ファイバ７によって偏光子／検光子部１０に接
続されている。

【００３５】センシングファイバ３は、一端（入出射
端）がファラデー回転素子４を介して偏光子／検光子部
１０に接続されており、他端（終端）には反射ミラー６
が設けられている。ファラデー回転素子４は、外部から
所定の磁場が加えられることにより、内部を通過する光
に対して４５度光学的バイアスを印加する。センシング
ファイバ３は、測定すべき電流が流れる導体５を周回す
るように曲げられており、導体５内の電流により発生す
る磁場の影響を受け、内部を通過する光にファラデー回
転を加える。

【００３６】図２は偏光子／検光子部の構成を示す図で
ある。偏光子／検光子部１０のハウジング１２には、フ
ァイバ２ｂとセンシングファイバ３とが一直線上に向か
い合って固定されている。ファイバ２ｂとセンシングフ
ァイバ３との間には、双方向検光子としての機能を有す
るグランレーザプリズム１１が配置されている。また、
グランレーザプリズム１１で反射された光の進む方向
に、受光ファイバ７が固定されている。

【００３７】なお、上記のファイバカップラ２、センシ
ングファイバ３、及び受光ファイバ７は、いずれもその
端部に微小レンズを組み込んだファイバコリメータであ
る。以上のような構成の光ファイバ電流計測装置によれ
ば、光源１から発せられた光は、ファイバカップラ２を
通り偏光子／検光子部１０に導かれる。偏光子／検光子
部１０に入射した光はグランレーザプリズム１１を通る
ことにより直線偏光に整形される。その直線偏光がファ
ラデー回転素子４に入射され、ファラデー回転素子４を
通過する際に偏波面が２２．５度回転する。ファラデー
回転素子４を通過した光は、センシングファイバ３に入
射される。センシングファイバ３中を伝搬する直線偏光
の偏波面は、導体５中を流れる電流の作る磁場によりフ
ァラデー回転を受ける。センシングファイバ３の終端に
達した光は、反射ミラー６によって反射され、同じ光路
を逆方向に伝搬する。ファラデー効果は非相反性である
ため、復路においても往路と同じ方向のファラデー回転
を受ける。従って、ファラデー回転角は、センシングフ
ァイバ３を往復することにより片道の場合の２倍とな
る。センシングファイバ３から出射する際には、再度フ
ァラデー回転素子４内を通過し、さらに偏波面が２２，
５度回転する。これにより、偏波面が往復で４５度回転
したこととなり、４５度光学的バイアスが実現される。

【００３８】この結果、ファラデー回転素子４から出射
した光の偏波面は、入射直線偏光に対して４５度回転
し、さらにファラデー回転角が加えられる。センシング
ファイバ３からの出射光は、グランレーザプリズム１１
を通ることにより、０度と９０度と方向の偏光成分（Ｐ
波、Ｓ波）に分けられる。一方はグランレーザプリズム
１１内を直進し、ファイバ２ｂに入射する。他方は、グ
ランレーザプリズム１１でほぼ直角方向に反射し、受光
ファイバ７に入射する。ファイバ２ｂに入射した光は、
一部がファイバ２ｃに導かれ、受光素子８によって電気
信号に変換される。受光ファイバ７に入射した光は、受
光素子９によって電気信号に変換される。

【００３９】２つの受光素子８，９から検出された電気
信号は図示されていない信号処理回路に送られる。その
電気信号は、信号処理回路で式（７）に従う演算を受け
てファラデー回転角に変化され、さらに式（１）〜式
（３）に従って電流が計算される。

【００４０】以上のようにして、ビームスプリッタを用
いずに、反射光から２つの偏光成分を検出することがで
きる。従って、偏光状態を正確に測定することができ、
測定精度の高い電流計測が実現される。

【００４１】ところで、上記の例ではグランレーザプリ
ズムを双方向性検光子として使用しているが、双方向性
検光子として使用できる為の条件は次の通りである。第
１の条件は、第１のポートから光を入射したときに、入
射された光を検光子の結晶軸に従って２つの偏光成分に
分離し、一方の偏光成分を第２のポートから出射するこ
とである。

【００４２】第２の条件は、第２のポートに逆方向の光
が入射すると、入射された光を検光子の結晶軸に従って
２つの偏光成分に分離し、一方の偏光成分は第１のポー
トに出射し、他方の偏光成分は第３のポートに出射する
ことである。

【００４３】従って、以上の条件を満たす光学素子であ
れば本発明の光ファイバ電流計測装置の双方向性検光子
として使用することができる。グランレーザプリズム以
外には、例えば、石英結晶、方解石等の複屈折結晶、偏
光ビームスプリッタ等がある。また、双方向性検光子と
して、光路シフトプリズムあるいは反射ミラーを組み合
わせ、片方の偏光成分を所望の方向に導くこともでき
る。以下に、これらの双方向性検光子を用いた偏光子／
検光子部の構成例を説明する。

【００４４】図３はグランレーザプリズムと反射ミラー
とを組み合わせた偏光子／検光子部の構成例を示す図で
ある。偏光子／検光子部３０のハウジング３３には、フ
ァイバカップラ２のファイバ２ｂとセンシングファイバ
３とが一直線上に向かい合って固定されている。ファイ
バ２ｂとセンシングファイバ３との間には、双方向検光
子としての機能を有するグランレーザプリズム３１が配
置されている。また、グランレーザプリズム３１で反射
された光の進む方向に、全反射ミラー３２が配置されて
いる。さらに、全反射ミラー３２で反射された光が進む
べき方向に受光ファイバ７が固定されている。この例で
は、受光ファイバ７は、ファイバ２ｂとほぼ平行となる
位置に設けられている。

【００４５】これにより、センシングファイバ３から偏
光子／検光子部３０内へ出射された光は、一方の偏光成
分がグランレーザプリズム３１で反射すると、その偏光
成分は全反射ミラー３２で反射し、再度方向が変えられ
る。従って、所望の位置に受光ファイバ７を固定するこ
とが可能となり、光ファイバ電流計測装置の設計の自由
度が増す。

【００４６】図４はグランレーザプリズムと光路シフト
プリズムとを組み合わせた偏光子／検光子部の構成例を
示す図である。偏光子／検光子部４０のハウジング４３
には、ファイバカップラ２のファイバ２ｂとセンシング
ファイバ３とが一直線上に向かい合って固定されてい
る。ファイバ２ｂとセンシングファイバ３との間には、
双方向検光子としての機能を有するグランレーザプリズ
ム４１が配置されている。また、グランレーザプリズム
４１で反射された光の進む方向に、光路シフトプリズム
４２が配置されている。さらに、光路シフトプリズム４
２で反射された光が進むべき方向に受光ファイバ７が固
定されている。この例では、受光ファイバ７は、ファイ
バ２ｂとほぼ平行となる位置に設けられている。

【００４７】これにより、センシングファイバ３から偏
光子／検光子部４０内へ出射された光は、一方の偏光成
分がグランレーザプリズム４１で反射すると、その偏光
成分は光路シフトプリズム４２で反射し、再度方向が変
えられる。従って、所望の位置に受光ファイバ７を固定
することが可能となり、図３に示した例と同様に光ファ
イバ電流計測装置の設計の自由度が増す。

【００４８】図５は双方向性検光子に複屈折結晶を用い
た偏光子／検光子部の構成例を示す図である。偏光子／
検光子部５０のハウジング５２には、ファイバカップラ
２のファイバ２ｂとセンシングファイバ３とが一直線上
に向かい合って固定されている。ファイバ２ｂとセンシ
ングファイバ３との間には、双方向検光子としての機能
を有する複屈折結晶５１が配置されている。また、複屈
折結晶５１で屈折された光の進む方向に受光ファイバ７
が固定されている。複屈折結晶５１としては、石英や方
解石等の結晶を用いることができる。

【００４９】これにより、ファイバ２ｂから偏光子／検
光子部５０内へ出射された光は複屈折結晶５１で方向が
変えられ、偏光子／検光子部５０の外部には出射されな
い。センシングファイバ３から偏光子／検光子部５０内
へ出射された光は、一方の偏光成分が複屈折結晶５１を
直進してファイバ２ｂに入射し、他方の偏光成分は複屈
折結晶５１で屈折して受光ファイバ７に入射する。

【００５０】図６は複屈折結晶と光路シフトプリズムと
を組み合わせた偏光子／検光子部の構成例を示す図であ
る。偏光子／検光子部６０のハウジング６３には、ファ
イバカップラ２のファイバ２ｂとセンシングファイバ３
とが一直線上に向かい合って固定されている。ファイバ
２ｂとセンシングファイバ３との間には、双方向検光子
としての機能を有する複屈折結晶６１が配置されてい
る。また、複屈折結晶６１で屈折された光の進む方向
に、光路シフトプリズム６２が配置されている。さら
に、光路シフトプリズム６２で反射された光が進むべき
方向に受光ファイバ７が固定されている。複屈折結晶６
１としては、石英や方解石等の結晶を用いることができ
る。

【００５１】これにより、ファイバ２ｂから偏光子／検
光子部６０内へ出射された光は２つの偏光成分に分離
し、一方の成分は直進してセンシングファイバ３に導か
れる。逆に、センシングファイバ３から偏光子／検光子
部６０内へ出射された光は、一方の偏光成分が複屈折結
晶６１を直進してファイバ２ｂに入射する。他方の偏光
成分は複屈折結晶６１で屈折して光路シフトプリズム６
２に入射し、光路シフトプリズム６２で屈折して受光フ
ァイバ７に入射する。

【００５２】なお、上記の例では、双方向検光子と受光
素子とは受光ファイバを介して光学的に接続されている
が、受光素子を偏光子／検光子部に直接取り付けること
もできる。

【００５３】図７は受光素子を有する偏光子／検光子部
の例を示す図である。偏光子／検光子部７０のハウジン
グ７３には、ファイバカップラ２のファイバ２ｂとセン
シングファイバ３とが一直線上に向かい合って固定され
ている。ファイバ２ｂとセンシングファイバ３との間に
は、双方向検光子としての機能を有するグランレーザプ
リズム７１が配置されている。また、グランレーザプリ
ズム７１で反射された光の進む方向に、受光素子７２が
固定されている。

【００５４】これにより、センシングファイバ３から偏
光子／検光子部７０内へ出射した光は、一方の偏光成分
がグランレーザプリズム３１でほぼ直角方向に反射し、
直接受光素子７２に入射する。受光素子７２は、入射し
た光を電気信号に変換し、その電気信号を信号処理回路
に送る。このような偏光子／検光子部７０であれば、個
別に受光素子を設けずにすみ、光ファイバ電流計測装置
の構造が簡易化される。

【００５５】なお、双方向検光子に偏光ビームスプリッ
タを用いた場合の構成は、図３，図４，図７におけるグ
ランレーザプリズムを偏光ビームスプリッタに置き換え
るだけであり、他の構成は上記の例と同じである。

【００５６】ところで、信号処理回路における演算は式
（７）に限らず、２つの偏光成分を用いて光源の光強度
の変動を相殺できる演算であれば、他の方式を採用する
こともできる。例えば交流電流測定においては、特開平
７−２７０５０５号公報に開示されているような、２つ
の変調度の和あるいは差を用いる方式や、特願平６−３
２５０６３号に示したように、変調度の積を用いる方式
などがある。これらの方式は、交流電流に限定される
が、光学的バイアスが４５度からずれた場合にも高精度
な測定を実現できる点で有用である。

【００５７】また、４５度光学的バイアスを得る方式
は、ファラデー回転素子を用いる方式以外にも、センシ
ングファイバ自身に永久磁石を適用することにより、４
５度光学的バイアスを印加する方式等がある。その中で
特に有効な方式として、センシングファイバの終端と反
射ミラーとの間に１／４波長板を配置する方式がある。

【００５８】図８は１／４波長板を用いた反射部を示す
図である。センシングファイバ３の終端は、反射部２０
の全体を収納するスリーブ２５内に挿入されている。挿
入されたセンシングファイバ３はフェルール２１で固定
されている。そして、センシングファイバ３の終端面は
フェルール２１とともに平面に研磨されている。

【００５９】センシングファイバ３の終端面には、１／
４波長板２２と反射ミラー２３とが重ねて接着されてい
る。このときの接着剤には、複屈折が少なく、かつ使用
波長領域で実用上透明な光学的接着剤が用いられる。反
射ミラー２３とスリーブ２５との間には弾性体２４が挟
まれている。この弾性体２４は、反射ミラー２３を押さ
えつけるようにして設けられている。この弾性体２４か
らの圧力により、センシングファイバ３から１／４波長
板２２と反射ミラー２３とが剥がれ落ちることを防止し
ている。そして、電流を計測する際には。１／４波長板
２２の結晶軸の軸方向をセンシングファイバの終端から
出射される光の偏波面に対して２２．５度傾けで設置す
る。

【００６０】このような反射部であれば、センシングフ
ァイバ３に入射されその中を伝搬する光は、ファラデー
効果により偏波面が回転しつつ伝搬し、終端において１
／４波長板２２を透過する。１／４波長板２２の軸方向
が入射直線偏光に対して２２．５度の方向に設定されて
いるため、１／４波長板２２を透過した光は楕円偏光と
なり、さらに反射ミラー２３で反射され、再び１／４波
長板２２を透過した後は偏波面は４５度回転した直線偏
光となる。つまり、４５度光学的バイアスが加えられ
る。そして、その光はセンシングファイバ３中を往路と
反対方向に伝搬する。

【００６１】従って、センシングファイバの終端に１／
４波長板を設け、１／４波長板の結晶の光軸方向が光の
偏光軸に対してほぼ２２．５度の方向となるように設定
することにより、４５度光学的バイアスの印加が容易と
なる。その結果、図１に示したファラデー回転素子４は
不要となり、広い温度範囲において、さらに高精度で安
定した測定が可能となる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、反射光
を双方向検光子で２つの偏光成分に分離し、一方の偏光
成分は光学部品を介して第１の受光素子へ送り、他方の
偏光成分を第２の受光素子へ送るようにしたため、光フ
ァイバから出射されたときの偏波面を回転させずに２つ
の偏光成分を検出することが可能となる。その結果、温
度変化に影響されず、かつ入射される光の強度に依存せ
ずに電流測定が可能となり、測定精度の高い電流計測が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ電流計測装置の概略構成を
示す図である。

【図２】偏光子／検光子部の構成を示す図である。

【図３】グランレーザプリズムと反射ミラーとを組み合
わせた偏光子／検光子部の構成例を示す図である。

【図４】グランレーザプリズムと光路シフトプリズムと
を組み合わせた偏光子／検光子部の構成例を示す図であ
る。

【図５】双方向性検光子に複屈折結晶を用いた偏光子／
検光子部の構成例を示す図である。

【図６】複屈折結晶と光路シフトプリズムとを組み合わ
せた偏光子／検光子部の構成例を示す図である。

【図７】受光素子を有する偏光子／検光子部の例を示す
図である。

【図８】１／４波長板を用いた反射部を示す図である。

【図９】位相補償器を用いた光ファイバ電流計測装置を
示す図である。

【図１０】ファイバカップラによって出射光を分離する
光ファイバ電流計測装置を示す図である。

【符号の説明】

１光源２ファイバカップラ３センシングファイバ４ファラデー回転素子５導線６反射ミラー７受光ファイバ８，９受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体の周囲に巻かれた光ファイバの入出
射端から光を入射し、前記光ファイバの終端で反射して
戻ってきた反射光のファラデー回転角に基づいて、前記
導体を流れる電流を測定する光ファイバ電流計測装置に
おいて、光源に接続されており、前記光源の発した光を前記光フ
ァイバ側へ送るとともに、前記光ファイバ側から逆行し
てきた光を第１の受光素子へ送る光学部品と、前記光学部品と前記光ファイバとの間に設けられ、前記
光学部品から前記光ファイバへ向かう光を直線偏光に整
形し前記光ファイバへ送るとともに、前記光ファイバか
ら送られてきた前記反射光を２つの偏光成分に分離し、
前記２つの偏光成分をそれぞれ前記光学部品と第２の受
光素子とへ送る双方向性検光子と、を有することを特徴とする光ファイバ電流計測装置。
【請求項２】前記光学部品は、前記光ファイバ側から
逆行してきた光の一部を前記第１の受光素子へ伝送する
ファイバカップラであることを特徴とする請求項１記載
の光ファイバ電流計測装置。
【請求項３】前記双方向検光子は、グランレーザプリ
ズムであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
電流計測装置。
【請求項４】前記双方向検光子は、複屈折結晶である
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ電流計測装
置。
【請求項５】前記光ファイバの終端から出射される光
の光路上に設けられた１／４波長板と、前記１／４波長板を透過した光を、前記１／４波長板に
向かって反射するように配置された反射ミラーと、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光ファ
イバ電流計測装置。