JPH09281154A - Optical fiber current sensor - Google Patents

Optical fiber current sensor

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JPH09281154A
JPH09281154A JP8090982A JP9098296A JPH09281154A JP H09281154 A JPH09281154 A JP H09281154A JP 8090982 A JP8090982 A JP 8090982A JP 9098296 A JP9098296 A JP 9098296A JP H09281154 A JPH09281154 A JP H09281154A
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fiber
sensing fiber
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polarizer
analyzer
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Kazuo Sakamoto
和夫 坂本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize accurate current measurement by preventing the physical shape change of a sensing fiber and reducing the influence of vibration. SOLUTION: The optical fiber current sensor is provided with a sensing fiber 1 wound on the periphery of a conductor 4 through which a current to be measured flows, a polarizer 21 which is incident to linear polarization at the incident end of the fiber 1, and an analyzer 12 for separating the emitted light from the emitting end of the fiber 1 to polarized components. An annular frame 2 of high rigidity crossing the conductor 4 is provided at the conductor 4. Cutouts 22, 32 are formed in the frame 2, the analyzer 12 and polarizer 21 are embedded, and rigidly fixed to the frame 2. The fiber 1 is wound to be brought into close contact with the frame 2, and connected to the analyzer 12 and polarizer 21 without separating from the outer periphery of the frame 2.

Description

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

【0001】[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電流センサ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 sensor utilizing the principle that the plane of polarization of linearly polarized light propagating in an optical fiber is rotated by the Faraday effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】光の偏波面が磁界の作用により回転する
ファラデー効果を利用した電流の測定方法が知られてい
る。
2. Description of the Related Art There is known a current measuring method utilizing the Faraday effect in which the plane of polarization of light is rotated by the action of a magnetic field.

【0003】被測定電流が流れている導体の周囲を周回
する光路に光ファイバを用いた光ファイバ電流計測装置
は、例えば、Optics and Laser Technology,Feburary(1
980),pp.25にその原理的構成が示されている。
An optical fiber current measuring device using an optical fiber in an optical path that circulates around a conductor through which a current to be measured flows is disclosed in, for example, Optics and Laser Technology, February (1).
980), pp.25, the principle composition is shown.

【0004】これは図11に示すようになっており、光
源71からの光は偏光子72を通って直線偏光に整形さ
れた後、入射端からセンシングファイバ73に入射す
る。センシングファイバ73中を伝搬する直線偏光は導
体74に流れる電流の作る磁場によるファラデー効果で
偏波面が回転し、センシングファイバ73の出射端から
出射した光は検光子75によって2つの直交する偏光成
分に分けられ、各偏光成分の強度が受光素子76、77
によって計測され、さらに光信号演算装置78によって
電流値に換算される。
As shown in FIG. 11, the light from the light source 71 passes through the polarizer 72, is shaped into linearly polarized light, and then enters the sensing fiber 73 from the incident end. The linearly polarized light propagating in the sensing fiber 73 has its polarization plane rotated by the Faraday effect due to the magnetic field created by the current flowing in the conductor 74, and the light emitted from the emitting end of the sensing fiber 73 is divided into two orthogonal polarization components by the analyzer 75. The intensity of each polarization component is divided and the light receiving elements 76 and 77
Is measured and converted into a current value by the optical signal calculation device 78.

【0005】ところでこのような光ファイバ電流センサ
を被測定電流が流れている電流の外周に設置する場合に
は、外部磁界の影響を受けないように導体74の周囲を
センシングファイバ73で周回させることが望ましい。
また実用的な電流計測装置では光源71からの光を偏光
子72に導く導光ファイバ(入射ファイバ)79、検光
子75の光を受光素子76、77に導く導光ファイバ
(出射ファイバ)80も必要で、かつこれらが偏光子7
2、検光子75、センシングファイバ73と光学的に接
続されたモジュールを実現する必要がある。
By the way, when such an optical fiber current sensor is installed on the outer periphery of the current through which the current to be measured flows, the circumference of the conductor 74 should be circulated by the sensing fiber 73 so as not to be affected by the external magnetic field. Is desirable.
In a practical current measuring device, a light guide fiber (incident fiber) 79 that guides the light from the light source 71 to the polarizer 72, and a light guide fiber (exit fiber) 80 that guides the light from the analyzer 75 to the light receiving elements 76 and 77 are also provided. Required and these are the Polarizer 7
2. It is necessary to realize a module optically connected to the analyzer 75 and the sensing fiber 73.

【0006】そこで、本発明者らは、円環状の枠体を導
体の外周に設置し、この枠体にセンシングファイバを固
定する構造を開発し、平成7年に行われた電気学会全国
大会で発表した(吉田他:平成7年電気学会全大,28
−3a)。
Therefore, the present inventors have developed a structure in which an annular frame body is installed on the outer periphery of a conductor and a sensing fiber is fixed to this frame body, and at the National Meeting of the Institute of Electrical Engineers held in 1995, Announced (Yoshida et al .: The 1995 Institute of Electrical Engineers of Japan, 28
-3a).

【0007】図12には、この学会で発表した光ファイ
バ電流センサのセンシングファイバと偏光子及び検光子
を固定する構造が示されている。同図において、符号8
1で示した部材がセンシングファイバであり、このセン
シングファイバ81は導体(図示省略)の外周に設置さ
れた円環状の枠体82の外周に周回するように配置され
ている。
FIG. 12 shows a structure for fixing the sensing fiber, the polarizer and the analyzer of the optical fiber current sensor presented at this conference. In FIG.
The member indicated by 1 is a sensing fiber, and this sensing fiber 81 is arranged so as to circulate around the outer circumference of an annular frame body 82 installed on the outer circumference of a conductor (not shown).

【0008】取付台83は、枠体82の外周側面に一体
的に固設されていて、ホルダを含む偏光子84と光学箱
85とが取付台83に保持されている。偏光子84は、
センシングファイバ81に直線偏向光を導くものであっ
て、その出射端側がセンシングファイバ81の入射端8
1aに接続されているとともに、偏光子84の入射端側
には、外部から偏光子84に光を導く入射ファイバ86
が配置されている。
The mounting base 83 is integrally fixed to the outer peripheral side surface of the frame body 82, and a polarizer 84 including a holder and an optical box 85 are held on the mounting base 83. The polarizer 84 is
The linearly polarized light is guided to the sensing fiber 81, and the outgoing end side thereof is the incident end 8 of the sensing fiber 81.
1a and an incident fiber 86 that guides light from the outside to the polarizer 84 on the incident end side of the polarizer 84.
Is arranged.

【0009】光学箱85には偏光面の回転を光の強度に
変換するための検光子やプリズムなどが内蔵されている
とともに、これらの情報が含まれている光信号を外部に
抽出する出射ファイバ87が接続されている。ところ
が、このような構成のセンシングファイバ81の固定構
造には、以下に説明する技術的な課題が存在していた。
The optical box 85 has a built-in analyzer, prism, etc. for converting the rotation of the plane of polarization into the intensity of light, and an output fiber for extracting an optical signal containing such information to the outside. 87 is connected. However, the fixing structure of the sensing fiber 81 having such a structure has the technical problems described below.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記構成の
センシングファイバ81の固定構造では、偏光子84は
ホルダを含めると比較的長く枠体82の接線方向に延び
ており、また、光学箱85は、その厚さの中心近傍にセ
ンシングファイバ81の出射端81b側の接続部分が設
けられているので、センシングファイバ81の入、出射
端81a、81bは、枠体82の外周から浮かして離れ
た位置まで導く必要がある。
That is, in the fixed structure of the sensing fiber 81 having the above structure, the polarizer 84 extends in the tangential direction of the frame 82 relatively long when the holder is included, and the optical box 85 is Since the connecting portion on the output end 81b side of the sensing fiber 81 is provided near the center of its thickness, the input and output ends 81a, 81b of the sensing fiber 81 are separated from the outer periphery of the frame 82 by floating. I need to guide you.

【0011】この場合、取付台83の周端側の形状を枠
体82の曲率に倣うように形成することが難しいこと
と、センシングファイバ81の強度に限界があるので、
これを大きな力で引張りながら配置すると切断するおそ
れがあることに起因して、センシングファイバ81が、
取付台83と枠体82との接続部の近傍や、光学箱85
から取付台83に至るまで浮いていた。
In this case, since it is difficult to form the shape of the mounting base 83 on the peripheral end side so as to follow the curvature of the frame 82, and the strength of the sensing fiber 81 is limited,
Due to the possibility of cutting if this is placed while being pulled with a large force, the sensing fiber 81
The vicinity of the connecting portion between the mount 83 and the frame 82, and the optical box 85
It was floating up to the mount 83.

【0012】センシングファイバ81にこのような浮き
があると、振動などの外力が加わった際にその物理的な
形状が変化し、測定精度が低下するという問題が発生す
る。つまり、この種の光ファイバ電流センサでは、ファ
ラデー効果による偏波面の回転を検出して電流の大きさ
を測定するが、センシングファイバ81の物理的な形状
が変化した場合にも偏波面が回転し、この回転がファラ
デー効果によるものと、センシングファイバ81の物理
的な形状変化によるものとの区別が困難なため、誤差の
原因となる。
If the sensing fiber 81 has such a float, the physical shape of the sensing fiber 81 changes when an external force such as vibration is applied, which causes a problem that the measurement accuracy decreases. That is, in this type of optical fiber current sensor, the rotation of the polarization plane due to the Faraday effect is detected and the magnitude of the current is measured, but the polarization plane rotates even when the physical shape of the sensing fiber 81 changes. However, it is difficult to distinguish this rotation due to the Faraday effect and the physical shape change of the sensing fiber 81, which causes an error.

【0013】また偏光子84、検光子を内蔵されている
光学箱85が枠体82の外周から径方向外方に飛び出し
ているため、これらが枠体82そのものの振動に比べ、
より一層振動しやすく、これも測定精度を低める原因と
なっていた。
Further, since the optical box 85 containing the polarizer 84 and the analyzer is projected outward in the radial direction from the outer periphery of the frame body 82, these are compared with the vibration of the frame body 82 itself.
It was more likely to vibrate, which also caused a decrease in measurement accuracy.

【0014】また、センシングファイバの台座を必要と
するため、部品点数が増加するとともに、枠体より迫り
出した部分が多く、センサが大型化していた。
Further, since the pedestal of the sensing fiber is required, the number of parts is increased, and there are many parts protruding from the frame body, and the sensor is increased in size.

【0015】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解消して、センシングファイバの物理的な形状変化
を防止し、振動の影響を低減することにより、高精度の
電流測定を実現できる小形の光ファイバ電流センサを提
供することにある。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, prevent the physical shape of the sensing fiber from changing, and reduce the influence of vibration, so that highly accurate current measurement can be realized. An object is to provide a compact optical fiber current sensor.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、測定すべ
き電流が流れる導体の周囲に巻回されたセンシングファ
イバと、センシングファイバの入射端に直線偏光を入射
する偏光子部と、センシングファイバの出射端からの出
射光を偏波成分に分離する検光子部とを備えた光ファイ
バ電流センサにおいて、導体に対してこれと鎖交する高
剛性の環状の枠体を設け、該枠体に切欠部を形成し、こ
れに検光子部と偏光子部を埋設して枠体に固着し、セン
シングファイバを枠体に密着して巻回するとともに、枠
体外周から離れずに検光子部及び偏光子部に接続したも
のである。
A first aspect of the present invention is directed to a sensing fiber wound around a conductor through which a current to be measured flows, a polarizer section for injecting linearly polarized light into an incident end of the sensing fiber, and a sensing section. In an optical fiber current sensor having an analyzer for separating light emitted from an emitting end of a fiber into polarized components, a high-rigidity annular frame body interlinking with the conductor is provided, and the frame body is provided. A notch is formed in this, and the analyzer part and the polarizer part are embedded in this and fixed to the frame body, and the sensing fiber is closely attached to the frame body and wound, and the analyzer part is not separated from the outer periphery of the frame body. And connected to the polarizer section.

【0017】このように枠体を高剛性の枠体としたの
で、枠体自身の変形が起こりにくく、枠体に巻回したセ
ンシングファイバの物理的形状が変化しにくい。また、
枠体に設けた切欠部に検光子部と偏光子部を埋設して枠
体に固着したので、センシングファイバの入出射端部の
変位を抑制することができる。また、センシングファイ
バを枠体に密着したので、ファイバの振幅が極めて小さ
くなり、振動によるセンサ出力への影響を低減すること
ができる。更に、センシングファイバを枠体外周から離
れずに検光子部あるい偏光子部に接続したので、入出射
端の接続部でも枠体からセンシングファイバが遊離する
ことがない。
Since the frame body is made of high rigidity as described above, the frame body itself is unlikely to be deformed and the physical shape of the sensing fiber wound around the frame body is unlikely to change. Also,
Since the analyzer section and the polarizer section are embedded in the notch provided in the frame and fixed to the frame, the displacement of the input / output end of the sensing fiber can be suppressed. Further, since the sensing fiber is brought into close contact with the frame, the amplitude of the fiber becomes extremely small, and the influence of vibration on the sensor output can be reduced. Further, since the sensing fiber is connected to the analyzer section or the polarizer section without being separated from the outer periphery of the frame body, the sensing fiber is not separated from the frame body even at the connection part at the input / output end.

【0018】第2の発明は、第1の発明において、セン
シングファイバの入出射端が接続される検光子部と偏光
子部とを近傍に埋設して、環状枠体の中心から測ったセ
ンシングファイバの入射端と出射端の間の角度差を2π
ラジアンの整数倍としたものである。このようにセンシ
ングファイバの入出射端間の角度差を2πラジアンの整
数倍としたので、センシングファイバの入出射端間の相
対変位が極めて小さくなり、測定誤差が極めて小さくな
る。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a sensing fiber is embedded in the vicinity of an analyzer section to which the input / output ends of the sensing fiber are connected, and the sensing fiber measured from the center of the annular frame. The angle difference between the entrance and exit ends of
It is an integral multiple of radians. Since the angle difference between the input and output ends of the sensing fiber is set to an integral multiple of 2π radians in this way, the relative displacement between the input and output ends of the sensing fiber becomes extremely small, and the measurement error becomes extremely small.

【0019】第3の発明は、第1の発明ないし第2の発
明において、枠体の外周に溝を形成し、この溝に沿って
センシングファイバを巻回したものである。枠体に形成
した溝に沿ってセンシングファイバを巻回すると、枠体
への密着が容易に行える。
A third invention is that in the first or second invention, a groove is formed on the outer periphery of the frame, and the sensing fiber is wound along the groove. When the sensing fiber is wound along the groove formed in the frame, it can be easily attached to the frame.

【0020】第4の発明は、第1の発明ないし第3の発
明において、枠体にファイバの余長を収納固定する余長
収納部を設けたものである。余長収納部を設けた場合に
は、ファイバに過大な張力が加わるのを防止することが
できる。
In a fourth aspect of the invention, in the first to third aspects of the invention, an extra length accommodating portion for accommodating and fixing the extra length of the fiber is provided in the frame. When the extra length storage portion is provided, it is possible to prevent excessive tension from being applied to the fiber.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1に本発明の実施の形態による光ファイ
バ電流センサの全体外観図を示す。4は測定すべき電流
が流れる導体である。2は導体4と鎖交する円環状の枠
体であり、高い剛性をもつ金属、例えばステンレス、ア
ルミニウム合金などの高い剛性をもつ金属、あるいはガ
ラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維などで強化した繊
維強化プラスチック等でできている。枠体2の外周にセ
ンシングファイバ1が固定される。12は検光子部であ
る。なお偏光子部21は検光子部12と枠体2の軸方向
に重なる近傍位置に配置されているため図示されていな
い。検光子部12、偏光子部21はいずれも枠体2の切
欠部22、32に一部埋設されており、図1では検光子
部12の上部のみが枠体2の外周から飛び出している。
13はセンシングファイバの余長を収納する余長収納部
である。検光子部12には2本の出射ファイバ14aと
14b、偏光子部21には入射ファイバ15が接続され
ている。
FIG. 1 is an overall external view of an optical fiber current sensor according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 4 is a conductor through which a current to be measured flows. Reference numeral 2 denotes a ring-shaped frame body that interlinks with the conductor 4, and has a metal having high rigidity, for example, metal having high rigidity such as stainless steel or aluminum alloy, or fiber reinforced with glass fiber, ceramic fiber, carbon fiber or the like. Made of plastic etc. The sensing fiber 1 is fixed to the outer periphery of the frame body 2. Reference numeral 12 is an analyzer unit. The polarizer 21 is not shown because it is arranged in the vicinity of the analyzer 12 and the frame 2 in the axial direction. Both the analyzer section 12 and the polarizer section 21 are partially embedded in the notches 22 and 32 of the frame body 2, and in FIG. 1, only the upper portion of the analyzer section 12 projects from the outer periphery of the frame body 2.
Reference numeral 13 denotes an extra length storage unit that stores the extra length of the sensing fiber. Two output fibers 14a and 14b are connected to the analyzer section 12, and an input fiber 15 is connected to the polarizer section 21.

【0023】図2は偏光子部21の枠体2への取付構造
を示す断面図である。偏光子部21は薄膜偏光子素子を
挟んで、センシングファイバ1と入射ファイバ15が突
き合せ接続され、全体が細い円筒形スリーブに収納され
た密閉構造の光学ユニットである。偏光子部21を保持
するV溝状をした切欠部22は、センシングファイバ1
が枠体2外周から離れないような深さになるように寸法
が選ばれ、偏光子部21はこれに保持されるごとく押え
板23によって強固に固定されている。押え板23は図
示しないボルトによって枠体2に固定されている。
FIG. 2 is a sectional view showing a mounting structure of the polarizer portion 21 to the frame body 2. The polarizer unit 21 is an optical unit having a hermetically sealed structure in which the sensing fiber 1 and the incident fiber 15 are butt-connected with each other with the thin film polarizer element interposed therebetween, and the whole is housed in a thin cylindrical sleeve. The V-groove-shaped notch 22 for holding the polarizer 21 is used as the sensing fiber 1
The dimensions are selected so that the depth does not separate from the outer periphery of the frame body 2, and the polarizer portion 21 is firmly fixed by the holding plate 23 so as to be held by this. The holding plate 23 is fixed to the frame body 2 by a bolt (not shown).

【0024】図3は検光子部12の枠体2への取付構造
を示す断面図である。検光子部12は内部に検光子素子
として複屈折結晶等を含む直方体の筐体構造であり、セ
ンシングファイバ1と2本の出射ファイバ14a、14
bが接続されている。検光子部12は枠体2に形成され
た矩形状の切欠部32に嵌合し、図示しないボルトによ
って枠体2に強固に固定されている。検光子部12を嵌
合する切欠部32の寸法は、検光子部12に接続された
センシングファイバ1が枠体2外周から離れないように
決められている。
FIG. 3 is a sectional view showing the mounting structure of the analyzer portion 12 to the frame body 2. The analyzer unit 12 has a rectangular parallelepiped casing structure including a birefringent crystal or the like as an analyzer element therein, and has a sensing fiber 1 and two emitting fibers 14a and 14a.
b is connected. The analyzer portion 12 is fitted into a rectangular cutout portion 32 formed in the frame body 2, and is firmly fixed to the frame body 2 by a bolt (not shown). The size of the notch 32 into which the analyzer unit 12 is fitted is determined so that the sensing fiber 1 connected to the analyzer unit 12 does not separate from the outer periphery of the frame body 2.

【0025】検光子部12の検光子素子で分離された偏
光成分は2本の出射ファイバ14a、14bによって受
けられ、それらの光強度信号は受光素子(図示せず)に
よって電気信号に変換され、光信号演算装置(図示せ
ず)によって電流値が算出される。
The polarization components separated by the analyzer element of the analyzer section 12 are received by the two emitting fibers 14a and 14b, and their light intensity signals are converted into electric signals by a light receiving element (not shown), A current value is calculated by an optical signal calculation device (not shown).

【0026】図4は上述した偏光子部21と検光子部1
2の枠体2への取付構造を枠体2の外周面方向から見た
図である。検光子部12と偏光子部21とはセンシング
ファイバ1が丁度一周となるように、その端部が配置さ
れている。すなわち、環状枠体2の中心から測った偏光
子部21におけるセンシングファイバ1の入射端面と、
検光子部12内のセンシングファイバ1の出射端面との
角度差は2πラジアンである。この角度差を丁度2πラ
ジアンとするため、偏光子部21を収納する切欠部22
と検光子部12が嵌合される切欠部32にはそれぞれ外
周方向の移動を許容するだけの長さを設け、これらの配
置を調整した後、固定する構造となっている。
FIG. 4 shows the polarizer section 21 and the analyzer section 1 described above.
It is the figure which looked at the attachment structure of 2 to the frame body 2 from the outer peripheral surface direction of the frame body 2. The ends of the analyzer section 12 and the polarizer section 21 are arranged so that the sensing fiber 1 makes one round. That is, the incident end face of the sensing fiber 1 in the polarizer portion 21 measured from the center of the annular frame 2,
The angle difference between the exit end face of the sensing fiber 1 in the analyzer unit 12 is 2π radians. In order to make this angle difference just 2π radians, the notch 22 for housing the polarizer 21 is formed.
The notch 32 into which the analyzer portion 12 is fitted is provided with a length that allows movement in the outer peripheral direction, and the arrangement is adjusted and then fixed.

【0027】センシングファイバ1は直径約0.5mm
であり、枠体2外周に形成された幅1mm、深さ1mm
の溝53に沿って巻回し、溝53の間隙にはシリコーン
樹脂が充填され、センシングファイバ1が動かないよう
固定されている。偏光子部21、検光子部12の取付構
造により偏光子部21、検光子部12の近傍でもセンシ
ングファイバ1は枠体2外周から離れることなく固定さ
れる。
The sensing fiber 1 has a diameter of about 0.5 mm.
1 mm wide and 1 mm deep formed on the outer periphery of the frame body 2
It is wound along the groove 53, and the gap between the grooves 53 is filled with silicone resin, and the sensing fiber 1 is fixed so as not to move. Due to the mounting structure of the polarizer section 21 and the analyzer section 12, the sensing fiber 1 is fixed without being separated from the outer periphery of the frame body 2 even in the vicinity of the polarizer section 21 and the analyzer section 12.

【0028】また偏光子部21と検光子部12を図4に
示すように配置するために、センシングファイバ1を固
定する溝53は、枠体2外周の一部に段差を設け、枠体
2を一周したとき、センシングファイバ1がその段差に
移行して枠体2外周の異なる位置に戻るように作られて
いる。なお、段差を設ける代りに溝53を螺旋状に形成
してもよい。
Further, in order to arrange the polarizer portion 21 and the analyzer portion 12 as shown in FIG. 4, the groove 53 for fixing the sensing fiber 1 is provided with a step on a part of the outer periphery of the frame body 2 to form the frame body 2. The sensing fiber 1 is made to move to the step and return to a different position on the outer periphery of the frame 2 when the circuit is rotated once. The groove 53 may be formed in a spiral shape instead of providing the step.

【0029】上記のようにセンシングファイバ1が丁度
一周となるように検光子部12と偏光子部21を配置し
た場合、センシングファイバ1の長さがわずかに枠体2
の外周長より長くなることが起こり得る。この長くなっ
た部分を固定するためにセンシングファイバ1の余長収
納部が設けられる。図5は余長収納部13の取付状態を
示す概念図であり、センシングファイバ1を納める枠体
2に形成された溝53に沿って台座51が枠体2外周面
に取付けられ、台座51に置かれたセンシングファイバ
1を上蓋52が挟んで固定する。この固定はボルト54
によって行う。
When the analyzer portion 12 and the polarizer portion 21 are arranged so that the sensing fiber 1 makes one round as described above, the length of the sensing fiber 1 is slightly longer.
Can be longer than the perimeter of the. An extra length storage portion for the sensing fiber 1 is provided to fix the elongated portion. FIG. 5 is a conceptual diagram showing a mounting state of the extra length storage portion 13, in which the pedestal 51 is mounted on the outer peripheral surface of the frame body 2 along the groove 53 formed in the frame body 2 for accommodating the sensing fiber 1. The sensing fiber 1 placed is clamped by the upper lid 52 and fixed. This fixing is bolt 54
Done by

【0030】しかしながら、この余長収納部13はセン
シングファイバ1の余長が短く溝53内部に収納できる
場合は当然ながら設ける必要はない。
However, when the sensing fiber 1 has a short surplus and can be accommodated in the groove 53, the extra length accommodating portion 13 need not be provided as a matter of course.

【0031】なお、上記の説明ではセンシングファイバ
1が枠体2を一周した場合について説明したが、二周以
上巻回するようにしてもよい。その場合、センシングフ
ァイバの入射端と出射端の間の角度差は2πラジアンの
巻回数倍とする。
In the above description, the case where the sensing fiber 1 goes around the frame 2 once has been described, but it may be wound two times or more. In that case, the angular difference between the input end and the output end of the sensing fiber is set to be 2π radians times the number of turns.

【0032】[発明の実施の態様]本発明の実施の態様
と作用を振動特性の解析によって説明する。
[Mode for Carrying Out the Invention] The mode and operation of the present invention will be described by analyzing vibration characteristics.

【0033】光ファイバを伝搬する直線偏光の偏波面方
位の回転量はRoss(J.N.Ross;Optical and Quantum Elec
toronics, 16(1984)455)によって式が与えられている。
それによれば、光ファイバが空間の点pと点qを曲線c
で結んでいて、点pから点qへと光が進んだ場合、偏波
面の回転量ΔFは曲線cに沿ったpからqへの線積分
The rotation amount of the polarization plane direction of the linearly polarized light propagating in the optical fiber is Ross (JNRoss; Optical and Quantum Elec
The formula is given by toronics, 16 (1984) 455).
According to it, the optical fiber connects the point p and the point q in space to the curve c.
When the light travels from point p to point q, the rotation amount ΔF of the plane of polarization is the line integral from p to q along the curve c.

【数1】 で表される。[Equation 1] It is represented by

【0034】ここで、τは曲線cの捻れ率、sは弧長で
ある。
Here, τ is the twist rate of the curve c, and s is the arc length.

【0035】[0035]

【数2】 上記の式に従って環状の枠体に巻付けられたファイバの
偏波面の回転を試算する。枠体の外周は円形であるとす
れば、振動による微小変位がないとき、ファイバのなす
曲線は
[Equation 2] According to the above equation, the rotation of the polarization plane of the fiber wound around the annular frame is calculated. Assuming that the outer circumference of the frame is circular, the curve formed by the fiber is

【数3】 で表わされる。ただしパラメータuを枠体中心からの角
度θに置き換えた。aは枠体の半径である。
(Equation 3) Is represented by However, the parameter u was replaced with the angle θ from the center of the frame. a is the radius of the frame.

【0036】[0036]

【数4】 a(cos θ+ δx ),a(sin θ+ δy ),a δZ と表わされる。振幅に相当するδx 、δy 、δz は無次
元の量である。
(Equation 4) a (cos θ + δ x) , a (sin θ + δ y), represented as a [delta] Z. Δ x , δ y , and δ z corresponding to the amplitude are dimensionless quantities.

【0037】δz がゼロの場合、光ファイバの曲線は平
面曲線であり、δx 、δy がどのような値であろうと
も、捩れはゼロであるので式(2) は常にゼロである。従
って捩れにはδz が最も大きな影響を与えるので、δx
=δy =0の場合を扱う。このとき
When δ z is zero, the curve of the optical fiber is a plane curve, and the twist is zero irrespective of the values of δ x and δ y , so that the equation (2) is always zero. . Therefore, δ z has the greatest effect on the twist, so δ x
= Δ y = 0. At this time

【数5】 振動によって引き起こされる変形量はaδz などである
が、例えば50Hzで加速度が10Gという大きな場合
でも、振幅は1mm程度であり、枠体の半径が数10m
mから100mmとすれば、δx 、δy 、δz はいずれ
も10-2〜10-3のオーダの大きさである。
(Equation 5) The amount of deformation caused by the vibration is a δ z, etc., but even if the acceleration is as large as 10 G at 50 Hz, the amplitude is about 1 mm and the radius of the frame is several tens of meters.
If m is set to 100 mm, δ x , δ y , and δ z are all in the order of 10 −2 to 10 −3 .

【0038】δは微小量であり2乗以上の項を省略でき
るが、δの微分は必ずしも微小量であるとは限らない。
しかしもしこれらも微小量である場合は2乗以上の項を
省略でき、以下のような簡単な式が得られる。
Δ is a minute amount, and terms of squares or more can be omitted, but the derivative of δ is not always a minute amount.
However, if these are also very small quantities, the squared terms or more can be omitted, and the following simple formula can be obtained.

【0039】 ΔF=δz ( θin)-δz ( θout )+δz ''( θin)-δz ''( θout ) (8) θin、θout は入射端と出射端の角度である。この場
合、偏波面の回転量は途中の形によらず光の入口と出口
の変位量と2次微係数の差のみで決まる。
ΔF = δ zin ) −δ zout ) + δ z ″ (θ in ) −δ z ″ (θ out ) (8) θ in and θ out are the incident end and the output end. Is the angle. In this case, the amount of rotation of the plane of polarization is determined only by the difference between the amount of displacement at the entrance and exit of the light and the second derivative, regardless of the shape in the middle.

【0040】x成分、y成分にそれぞれδx 、δy とい
う微小量が加わった場合、τ(θ)の式は非常に複雑に
なるが、それらの3次までの微分が小さいという条件の
下では式(8) は同様に成立することが計算によって導か
れた。従って少なくともセンシングファイバの入射端と
出射端の相対的位置及びその2次微係数が変動しないよ
うにすることが肝要であることが判明した。
When small amounts of δ x and δ y are added to the x component and the y component, respectively, the formula of τ (θ) becomes very complicated, but under the condition that the derivative up to the third order is small. Then, it was derived by calculation that Eq. (8) holds similarly. Therefore, it has become clear that it is at least important that the relative positions of the entrance end and the exit end of the sensing fiber and their secondary differential coefficients do not fluctuate.

【0041】以上の理論をもとに考察すると、枠体に与
えられた振動がファイバの物理的形状の変化を引き起こ
すプロセスには以下の3点があり、現実の電流センサで
はこれらが複合していると考えることができる。
Considering on the basis of the above theory, there are the following three points in the process in which the vibration applied to the frame causes the change in the physical shape of the fiber. In an actual current sensor, these are combined. Can be considered

【0042】(1) 枠体からセンシングファイバが遊離
し、センシングファイバのみが振動することによってフ
ァイバの物理的形状が変化する。
(1) The sensing fiber is released from the frame and only the sensing fiber vibrates to change the physical shape of the fiber.

【0043】(2) センシングファイバが枠体に十分強固
に固定されていてもファイバの取付台が振動することに
よってセンシングファイバの物理的形状が変化する。
(2) Even if the sensing fiber is firmly fixed to the frame body, the physical shape of the sensing fiber changes due to the vibration of the fiber mount.

【0044】(3) センシングファイバが枠体に十分強固
に固定され、且つファイバの取付台の振動が防止されて
いても、枠体自身の変形によってこれに密着したセンシ
ングファイバが枠体と同じ変形を受け、結果としてセン
シングファイバの物理的形状が変化する。
(3) Even if the sensing fiber is firmly fixed to the frame and the vibration of the fiber mount is prevented, the deformation of the frame itself causes the sensing fiber in close contact with the frame to deform in the same manner as the frame. As a result, the physical shape of the sensing fiber changes.

【0045】以下上記3点について行った実験結果を説
明する。
The results of experiments conducted on the above three points will be described below.

【0046】[実験1]枠体から遊離したセンシングフ
ァイバの振動の出力への影響を調べた。
[Experiment 1] The influence of the vibration of the sensing fiber released from the frame on the output was examined.

【0047】図6に実験方法を示す。FIG. 6 shows the experimental method.

【0048】振動発生機61から剛性の棒状振動子62
を延長し、棒状振動子62の先端に図12に示した電流
センサの取付台から遊離した部分のセンシングファイバ
63を載せて、センシングファイバ63だけを上下方向
に50Hzで振動させ、光信号演算装置64の出力波形
をオシロスコープ65で測定した。同時に振動センサを
棒状振動子62に接着固定し、振幅を振動測定器66で
モニタした。67は光源、14aと14bは出射ファイ
バ、15は入射ファイバである。
From the vibration generator 61 to the rigid rod-shaped vibrator 62
Is extended, and the sensing fiber 63 of the portion separated from the mounting base of the current sensor shown in FIG. 12 is placed on the tip of the rod-shaped vibrator 62, and only the sensing fiber 63 is vibrated vertically at 50 Hz, and the optical signal calculation device The output waveform of 64 was measured with the oscilloscope 65. At the same time, the vibration sensor was bonded and fixed to the rod-shaped vibrator 62, and the amplitude was monitored by the vibration measuring device 66. 67 is a light source, 14a and 14b are outgoing fibers, and 15 is an incoming fiber.

【0049】遊離した部分のセンシングファイバ63の
長さは約30mm、曲率半径は約60mmであり、その
ほぼ中央を棒状振動子62とセンシングファイバ63の
接点とした。
The length of the loose sensing fiber 63 is about 30 mm, and the radius of curvature is about 60 mm. The center of the sensing fiber 63 serves as the contact point between the rod-shaped vibrator 62 and the sensing fiber 63.

【0050】光信号演算装置64は本発明者らの発明
(特開平7−270505号公報)にしたがい、2つの
受光素子で得られた電気信号を交流分と直流分に分離
し、各々の交流分と直流分の除算信号を求め、次におの
おのの除算信号の差を最終出力として測定した。
According to the invention of the present inventors (Japanese Patent Laid-Open No. 7-270505), the optical signal arithmetic unit 64 separates the electric signals obtained by the two light receiving elements into an AC component and a DC component, and separates each AC component. Minute and DC divided signals were obtained, and then the difference between the divided signals was measured as the final output.

【0051】図7に振幅に対する出力の関係を示す。出
力は振幅に対してほぼ比例関係があった。またその大き
さは振幅0.1mmでは360mVであり、この電流セ
ンサの電流感度から換算すると約130Aに相当すると
いう大きなものであった。
FIG. 7 shows the relationship between the output and the amplitude. The output was almost proportional to the amplitude. The magnitude was 360 mV at an amplitude of 0.1 mm, which was a large value equivalent to about 130 A when converted from the current sensitivity of this current sensor.

【0052】以上より、センシングファイバの振動は
0.1mm程度の振幅でも問題となるレベルの大きな影
響があることがわかった。すなわち、センシングファイ
バが空中に遊離したような構造は避けるべきであり、セ
ンシングファイバを枠体に固定することが極めて重要で
あることがわかった。
From the above, it was found that the vibration of the sensing fiber has a serious problematic level even if the amplitude is about 0.1 mm. In other words, it was found that a structure in which the sensing fiber is free in the air should be avoided, and it is extremely important to fix the sensing fiber to the frame.

【0053】[実験2]センシングファイバの入射端と
出射端の相対変位による出力への影響を調べた。
[Experiment 2] The influence of the relative displacement of the incident end and the outgoing end of the sensing fiber on the output was examined.

【0054】偏光子部をz方向に変位させることでセン
シングファイバの入射端のz座標を変え、偏波面の回転
を調べる実験を行った。
An experiment was conducted to examine the rotation of the plane of polarization by changing the z coordinate of the incident end of the sensing fiber by displacing the polarizer in the z direction.

【0055】図12に示すとおり、偏光子84は取付台
83の上に乗り、取付台83はボルト88によって枠体
82に固定されている。取付台83のボルト88を弛め
取付台83の下に隙間ゲージを挿入するという方法で偏
光子すなわちセンシングファイバ81の入射端のz軸座
標を変え、そのときの両偏波成分比の変化を調べること
により偏波面の回転角度を計算した。出射端の位置、す
なわち検光子部は固定されている。図8に横軸を入射端
の変位量、縦軸に偏波面の回転角度を示す。この割合は
z軸座標に対して直線的に変化しており、0.1mm当
たりの偏波面の回転は3.3×10-3ラジアンにも及ん
だ。これは該電流センサにおいては130Aに相当する
大きさであった。
As shown in FIG. 12, the polarizer 84 is mounted on the mounting base 83, and the mounting base 83 is fixed to the frame 82 by bolts 88. By changing the z-axis coordinate of the incident end of the polarizer, that is, the sensing fiber 81, by loosening the bolt 88 of the mount 83 and inserting a gap gauge under the mount 83, the change in both polarization component ratio at that time is changed. By investigating, the rotation angle of the plane of polarization was calculated. The position of the emission end, that is, the analyzer unit is fixed. In FIG. 8, the horizontal axis represents the amount of displacement at the incident end, and the vertical axis represents the rotation angle of the plane of polarization. This ratio changes linearly with respect to the z-axis coordinate, and the rotation of the polarization plane per 0.1 mm reaches 3.3 × 10 −3 radian. This was a size corresponding to 130 A in the current sensor.

【0056】すなわち式(8) で、第1項だけの寄与を見
れば、偏波面の回転量はファイバの入射端のz軸座標に
比例するが、本実験でこの事実が確認され、ファイバの
入射端と出射端の変位を抑制することが重要であること
が分かった。本実験は静的に変位を与えるという実験で
あるが、振動の場合は振幅に対応して出力に振動が現れ
ることになる。
That is, in Equation (8), if the contribution of only the first term is observed, the amount of rotation of the plane of polarization is proportional to the z-axis coordinate of the entrance end of the fiber. It was found that it is important to suppress the displacement of the entrance end and the exit end. This experiment is an experiment in which displacement is statically applied, but in the case of vibration, vibration will appear in the output corresponding to the amplitude.

【0057】本発明ではこの事実に基づき、偏光子部と
検光子部を枠体に埋設し、枠体に強固に固定しているの
で入出力部が変位しにくい。
Based on this fact, in the present invention, the polarizer section and the analyzer section are embedded in the frame body and firmly fixed to the frame body, so that the input / output section is not easily displaced.

【0058】[実験3]センシングファイバが枠体に密
着していても、枠体自身の変形によってこれに密着した
センシングファイバの物理的形状が変化する。このとき
の出力への影響をコンピュータシミュレーションによっ
て調べた。
[Experiment 3] Even if the sensing fiber is in close contact with the frame, the physical shape of the sensing fiber in close contact with the frame changes due to the deformation of the frame itself. The effect on output at this time was investigated by computer simulation.

【0059】[0059]

【数6】 で表わされる。しかし、その外周に密着したファイバは
極めて細いので、中心からの角度θだけで表わすことが
でき、かつその変形は小さいとしてよいので偏波面の回
転量の式として式(7) を用いることができる。このとき
枠体は円環状であるから周期的境界条件によりファイバ
の変位は基本的に三角関数で記述できる。一般には変位
は三角関数で級数展開されるが、ここでは単一モードだ
けが存在する場合について試算した。すなわちpを自然
数としてδz=εsinpθとすれば
(Equation 6) Is represented by However, since the fiber closely attached to its outer circumference is extremely thin, it can be expressed only by the angle θ from the center, and its deformation may be small, so equation (7) can be used as the expression for the rotation amount of the polarization plane. . At this time, since the frame body is annular, the displacement of the fiber can be basically described by a trigonometric function by the periodic boundary condition. In general, displacement is series-expanded by trigonometric functions, but here we have calculated the case where there is only a single mode. That is, if p is a natural number and δz = εsinpθ

【数7】 と表わされる。センシングファイバの入射端と出射端に
ついては、入射端はθin=0とし、出射端は2πラジア
ンの近傍で、θout =2π×ξ(ξ=0.97〜1.
0)の範囲において式(9) をシンプソン公式により計算
した。
(Equation 7) Is represented. Regarding the entrance end and the exit end of the sensing fiber, θ in = 0 at the entrance end, and θ out = 2π × ξ (ξ = 0.97 to 1.
Equation (9) was calculated by the Simpson formula in the range of 0).

【0060】ε=10-3とε=10-2の場合の結果を、
図9と図10に示す(pが2と3についてプロットす
る)。これらの図よりεあるいはPが大きいほど偏波面
の回転角度が大きくなることが分かった。さらに重要な
ことには、入射端と出射端の角度差が2πラジアンでは
偏波面の回転量は1×10-12 ラジアン以下で、実質的
には数値計算の誤差範囲内でゼロであるが、θout =2
π×0.995と入射端と出射端がわずかに完全周回か
ら離れていると、センシングファイバの入射端と出射端
の相対変位が生じる。これは[実験2]で説明したもの
と同様の状況が起きているものと解釈できる。
The results for ε = 10 -3 and ε = 10 -2 are
9 and 10 (p is plotted for 2 and 3). From these figures, it was found that the larger ε or P, the larger the rotation angle of the plane of polarization. More importantly, when the angle difference between the entrance end and the exit end is 2π radians, the rotation amount of the polarization plane is 1 × 10 -12 radians or less, which is substantially zero within the error range of the numerical calculation. θ out = 2
When π × 0.995 and the entrance end and the exit end are slightly separated from the complete circulation, a relative displacement between the entrance end and the exit end of the sensing fiber occurs. This can be interpreted as a situation similar to that described in [Experiment 2].

【0061】偏波面の回転量は振幅が大きいか、振動モ
ードが高次であるとき大きくなるが、現実の振動には様
々の振動モードが含まれ、その中にはpの大きいものも
必然的に含まれ、これを抑制することは困難である。し
たがって、入射端と出射端の角度差を極力2πラジアン
の整数倍に近づけ、かつファイバの振幅が大きくならな
いようにすることが重要であることが判明した。
The rotation amount of the plane of polarization becomes large when the amplitude is large or the vibration mode is of a higher order, but the actual vibration includes various vibration modes, and among them, the one with large p is inevitable. It is difficult to suppress this. Therefore, it has been found that it is important to make the angle difference between the entrance end and the exit end as close as possible to an integral multiple of 2π radians and to prevent the fiber amplitude from increasing.

【0062】なお δz =εcospθ と仮定して式(7) にしたがって計算した場合も、全く同
様の結論が得られた。
When the calculation is performed according to the equation (7) on the assumption that δ z = ε cos θ, the same conclusion can be obtained.

【0063】本発明では、枠体外周からセンシングファ
イバが遊離せず枠体に固定されていることにより、ファ
イバの振幅、すなわち式(9) におけるεが極めて小さく
なり、かつセンシングファイバが正確に枠体を2πラジ
アンの整数倍だけ周回するごとく偏光子部と検光子部が
配置されていることにより、センシングファイバの入出
力端の相対変位が極めて小さくなり、上述の[実験3]
で示した原因による測定誤差が極めて小さくなる。
In the present invention, since the sensing fiber is fixed to the frame without being separated from the outer periphery of the frame, the amplitude of the fiber, that is, ε in equation (9), becomes extremely small, and the sensing fiber is accurately framed. The relative displacement of the input and output ends of the sensing fiber is extremely small because the polarizer and the analyzer are arranged so as to circulate the body by an integral multiple of 2π radians.
The measurement error due to the cause indicated by is extremely small.

【0064】以上の解析と実験によれば、本発明の態様
はこれまでに述べたものに限定されることはなく、例え
ば、偏光子部を検光子部に直接固定し、両者の相対変位
をより小さくすることも有効である。
According to the above analysis and experiment, the embodiment of the present invention is not limited to what has been described so far. For example, the polarizer portion is directly fixed to the analyzer portion, and the relative displacement between the two is fixed. It is also effective to make it smaller.

【0065】また、偏光子部と検光子部を枠体と一体化
する目的でそれらを枠体に溶接固定することも好ましく
用いられる。
It is also preferable to weld and fix the polarizer part and the analyzer part to the frame in order to integrate them with the frame.

【0066】ファイバを枠体に密着巻回する方法として
は枠体に形成した溝に埋設するのみでなく、例えば、フ
ァイバを帯状の金属などに接着固定し、帯状金属を枠体
外周に固定するごとき方法も採用可能である。
The method of closely winding the fiber around the frame is not only by embedding it in the groove formed in the frame but also by fixing the fiber to a band-shaped metal or the like by adhesive bonding and fixing the band-shaped metal to the outer periphery of the frame. The same method can be adopted.

【0067】ここで用いられるセンシングファイバは石
英ガラスファイバ、鉛ガラスファイバ、プラスチックフ
ァイバなどファラデー効果を有するものであれば全て使
用できる。しかし石英ガラスファイバは光弾性定数が大
きく、温度変化や外部の応力で複屈折が変化しやすいの
で、特公平3−13177号公報に示されているよう
に、光弾性定数の小さい鉛ガラスよりなるセンシングフ
ァイバを使用すれば、複屈折の問題が克服され、より高
い測定精度を実現するのに有利である。
As the sensing fiber used here, any one having a Faraday effect such as quartz glass fiber, lead glass fiber and plastic fiber can be used. However, since the silica glass fiber has a large photoelastic constant and its birefringence easily changes due to temperature change and external stress, it is made of lead glass having a small photoelastic constant as disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-13177. The use of the sensing fiber is advantageous in overcoming the problem of birefringence and achieving higher measurement accuracy.

【0068】以上の通り、本発明は、変電設備、送電設
備におけるガス絶縁開閉器用電流変成器、送電系統の事
故区間検出器など、振動の加わる環境下で用いられる光
電流センサに特に有用である。
As described above, the present invention is particularly useful for a photocurrent sensor used in an environment where vibration is applied, such as substation equipment, current transformers for gas insulated switches in power transmission equipment, and fault zone detectors in power transmission systems. .

【0069】なお、本発明は、センシングファイバの一
端から光が入射し、センシングファイバの終端で反射し
た光がセンシングファイバ中を戻り、センシングファイ
バから出射する光の偏光状態を計測する方式の、いわゆ
る反射型電流センサにも有効であることもこれまでの説
明によって明らかである。
The present invention is a system in which light enters from one end of the sensing fiber, light reflected at the end of the sensing fiber returns in the sensing fiber, and the polarization state of the light emitted from the sensing fiber is measured. It is also clear from the above description that it is also effective for the reflection type current sensor.

【0070】[0070]

【実施例】【Example】

[実施例1]本発明の電流センサの振動誤差を測定し
た。図13に実験方法のブロック図を示す。実験は、測
定すべき電流を流さない状態で電流センサに振動を加
え、そのときの光信号演算装置の出力を測定した。
Example 1 The vibration error of the current sensor of the present invention was measured. FIG. 13 shows a block diagram of the experimental method. In the experiment, the current sensor was vibrated while the current to be measured was not applied, and the output of the optical signal calculation device at that time was measured.

【0071】EMIC(株)製、振動試験器F−300
−BMの加振装置91に本発明の電流センサ92を固定
し、50Hzの周波数の振動を与え、光信号演算装置9
3の出力をデータレコーダ95とデータアナライザー9
6で計測した。また、電流センサ92にリオン(株)
製、圧電式振動ピックアップPV-90Bのピックアップ98
を粘着テープで固定し、その振動を加速度計94(リオ
ン(株)製、VM−80)で測定した。
Vibration tester F-300, manufactured by EMIC Corporation
-The current sensor 92 of the present invention is fixed to the vibration device 91 of the BM, and vibration of a frequency of 50 Hz is applied to the optical signal calculation device 9
The output of 3 is the data recorder 95 and the data analyzer 9
Measured at 6. In addition, Rion Co.
Made by piezoelectric vibration pickup PV-90B pickup 98
Was fixed with an adhesive tape, and its vibration was measured by an accelerometer 94 (VM-80, manufactured by Rion Co., Ltd.).

【0072】光源97には波長850nmの(株)アン
リツ製、スーパールミネッセントダイオード(SLD)
を用いた。
The light source 97 has a wavelength of 850 nm, manufactured by Anritsu Corporation, and is a super luminescent diode (SLD).
Was used.

【0073】光信号演算装置93は本発明者らの発明
(特開平7−270505号公報)にしたがい、2つの
受光素子で得られた電気信号を交流成分と直流成分に分
離し、おのおのの交流分と直流分の除算信号を求め、次
におのおのの除算信号の差を最終出力とする電子回路で
ある。
According to the invention of the present inventors (Japanese Patent Laid-Open No. 7-270505), the optical signal calculation device 93 separates an electric signal obtained by two light receiving elements into an AC component and a DC component, and each AC This is an electronic circuit that obtains the division signal of the minute component and the direct current component and then outputs the difference between the respective division signals as the final output.

【0074】図14に50Hzで、加速度1.0Gの振
動を加えたときの光信号演算装置の出力波形を示す。出
力は加えた振動に追随して振動し、その振幅は約10m
Vであった。実際の電流計測では、測定すべき本来の交
流電流値に振動によって生じた振動出力が重畳され、測
定誤差となる。
FIG. 14 shows an output waveform of the optical signal arithmetic unit when vibration of 1.0 G acceleration is applied at 50 Hz. The output vibrates following the applied vibration and its amplitude is about 10 m.
It was V. In actual current measurement, the vibration output generated by vibration is superimposed on the original AC current value to be measured, resulting in a measurement error.

【0075】この電流センサの電流感度は約0.37A
/mVであるので、振動による電流の測定誤差は振幅で
約3.7A、実効値では約2.6Aであった。
The current sensitivity of this current sensor is about 0.37A.
/ MV, the measurement error of the current due to vibration was about 3.7 A in amplitude and about 2.6 A in effective value.

【0076】この誤差は1000A以上の交流電流を計
測する変電所などの電流変成器としては十分な精度であ
る。
This error has sufficient accuracy for a current transformer such as a substation that measures an alternating current of 1000 A or more.

【0077】[比較例1]実施例1と同様の方法で、図
12に示した電流センサの振動誤差を測定した。図15
に50Hzで、加速度1.0Gの振動を加えたときの光
信号演算装置の出力波形を示す。出力の振幅は約300
mVであり、実施例1と比べて約30倍であった。これ
は100A以上に相当し、1000A以上の交流電流を
計測する変電所などの電流変成器としても大きすぎる誤
差といわざるを得ない。
Comparative Example 1 The vibration error of the current sensor shown in FIG. 12 was measured by the same method as in Example 1. FIG.
Shows the output waveform of the optical signal calculation device when a vibration with an acceleration of 1.0 G is applied at 50 Hz. Output amplitude is about 300
It was mV, which was about 30 times that of Example 1. This corresponds to 100 A or more, and it must be said that the error is too large even for a current transformer such as a substation that measures an AC current of 1000 A or more.

【0078】[実施例2]本発明の電流センサの枠体に
ハンマで打撃を加え、光信号演算装置の出力を測定し
た。振動センサは検光子部に近い枠体上に接着テープで
貼りつけ、ハンマによる打点は、枠体上、検光子部から
約10cmの位置とした。
[Embodiment 2] The frame of the current sensor of the present invention was hit with a hammer, and the output of the optical signal calculation device was measured. The vibration sensor was attached to the frame near the analyzer with an adhesive tape, and the hammering point was set on the frame approximately 10 cm from the analyzer.

【0079】図16に加速度計でモニタした加速度波形
(a)とその時の光信号演算装置の出力波形(b)を示
す。図16(a)においてハンマによる衝撃は0.02
秒の位置から始まっている。打撃直後の加速度は最大で
15G程度にまで及んだが、これに対応した出力は0.
1V程度であり、電流感度から計算すると40A以下で
あった。
FIG. 16 shows an acceleration waveform (a) monitored by an accelerometer and an output waveform (b) of the optical signal calculation device at that time. In Fig. 16 (a), the impact from the hammer is 0.02.
It starts at the second position. The maximum acceleration immediately after hitting was about 15G, but the output corresponding to this was 0.
It was about 1 V and was 40 A or less when calculated from the current sensitivity.

【0080】[比較例2]実施例2と同様の方法で、図
12に示す電流センサの振動特性を測定した。
Comparative Example 2 The vibration characteristic of the current sensor shown in FIG. 12 was measured by the same method as in Example 2.

【0081】図17に加速度計でモニタした加速度波形
(a)と、その時の光信号演算装置の出力波形(b)を
示す。打撃直後の加速度は最大で15G程度であり、実
施例1と同程度であるが、光信号演算装置の出力波形は
大きく変動し、最大約7Vのピークが現れてしまった。
この原因は、衝撃によってファイバの物理的形状が大き
く変形したためと考えられる。
FIG. 17 shows an acceleration waveform (a) monitored by an accelerometer and an output waveform (b) of the optical signal calculation device at that time. The maximum acceleration immediately after impact is about 15 G, which is about the same as in Example 1, but the output waveform of the optical signal calculation device fluctuates greatly, and a peak of about 7 V appears at the maximum.
This is probably because the physical shape of the fiber was significantly deformed by the impact.

【0082】[0082]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、センシ
ングファイバを枠体に密着して巻回するとともに、枠体
外周から離れずに検光子あるいは偏光子に接続するよう
にして、センシングファイバが枠体から遊離しないよう
にしたので、ファイバの振動による測定誤差を低減し、
高精度の電流測定を実現できる。
According to the invention as set forth in claim 1, the sensing fiber is wound in close contact with the frame body and is connected to the analyzer or the polarizer without being separated from the outer periphery of the frame body, thereby performing sensing. Since the fiber is not separated from the frame, the measurement error due to the vibration of the fiber is reduced,
Highly accurate current measurement can be realized.

【0083】また、枠体に切欠部を形成し、この切欠部
に検光子部と偏光子部を埋設して固着するようにして、
センシングファイバの台座を不要としたので、部品点数
が減少するとともに、枠体より迫り出した部分が少なく
センサを小形化できる。
Further, a notch portion is formed in the frame body, and the analyzer portion and the polarizer portion are embedded and fixed in the notch portion,
Since the pedestal of the sensing fiber is unnecessary, the number of parts is reduced, and the sensor can be downsized because there are few parts protruding from the frame.

【0084】請求項2に記載の発明のように、環状枠体
の中心から測ったセンシングファイバの入射端と出射端
の間の角度差を2πラジアンの整数倍として、センシン
グファイバを完全周回させた場合には、振動による測定
誤差を低減できることに加えて、外部磁場、外部電流の
影響も除くことができ、よりいっそうの高精度の電流測
定が可能である。
According to the second aspect of the invention, the angle difference between the entrance end and the exit end of the sensing fiber measured from the center of the annular frame is set to an integral multiple of 2π radians, and the sensing fiber is completely circulated. In this case, in addition to reducing the measurement error due to vibration, it is possible to eliminate the influence of the external magnetic field and the external current, and it is possible to measure the current with higher accuracy.

【0085】請求項3に記載の発明によれば、枠体に溝
を形成し、この溝に沿ってセンシングファイバを枠体に
密着して巻回するようにしたので、例えば帯状の金属等
に接着固定し帯状金属等を枠体外周に固定するような場
合に比して、さらに簡単にセンシングファイバを枠体に
密着巻回することができる。
According to the third aspect of the invention, the groove is formed in the frame body, and the sensing fiber is wound in close contact with the frame body along the groove. The sensing fiber can be wound more closely on the frame more easily than in the case where the band-shaped metal or the like is fixed by adhesion and fixed to the outer periphery of the frame.

【0086】請求項4に記載の発明のように、センシン
グファイバの余長収納部を設けた場合には、センシング
ファイバに過大な張力が加わることを防止できるため、
ファイバの切断、破損などの事故を有効に防止できる。
When the extra length storage portion for the sensing fiber is provided as in the fourth aspect of the invention, it is possible to prevent excessive tension from being applied to the sensing fiber.
Accidents such as fiber cutting and damage can be effectively prevented.

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

【図1】本発明の実施の形態による電流センサの全体外
観図を示す。
FIG. 1 is an overall external view of a current sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施の形態による偏光子部の枠体への取付構
造を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an attachment structure of a polarizer portion to a frame body according to the present embodiment.

【図3】本実施の形態による検光子部の枠体への取付構
造を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure for attaching an analyzer unit to a frame body according to the present embodiment.

【図4】本実施の形態による偏光子部と検光子部の枠体
への取付構造を枠体の外周面方向から見た図である。
FIG. 4 is a view of a structure of attaching the polarizer section and the analyzer section to the frame body according to the present embodiment, as viewed from the outer peripheral surface direction of the frame body.

【図5】本実施の形態による余長収納部の取付状態を示
す概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a mounting state of an extra length storage section according to the present embodiment.

【図6】枠体から遊離したセンシングファイバの振動の
出力への影響を調べる実験方法を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an experimental method for examining the influence of the vibration of the sensing fiber released from the frame on the output.

【図7】図6における光信号演算装置出力のファイバの
振幅に対する出力の関係を示す図である。
7 is a diagram showing the relationship of the output to the amplitude of the fiber of the output of the optical signal calculation device in FIG.

【図8】センシングファイバの入射端の変位量に対する
偏波面の回転角度を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a rotation angle of a plane of polarization with respect to a displacement amount of an incident end of a sensing fiber.

【図9】ε=10-3のときのセンシングファイバの入射
端と出射端の角度差に対する偏波面の回転角度を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a rotation angle of a polarization plane with respect to an angle difference between an incident end and an emitting end of a sensing fiber when ε = 10 −3 .

【図10】ε=10-2のときのセンシングファイバの入
射端と出射端の角度差に対する偏波面の回転角度を示す
図である。
FIG. 10 is a diagram showing a rotation angle of a polarization plane with respect to an angle difference between an entrance end and an exit end of a sensing fiber when ε = 10 −2 .

【図11】従来例の光ファイバ電流センサの原理的構成
図である。
FIG. 11 is a principle configuration diagram of a conventional optical fiber current sensor.

【図12】従来例の光ファイバ電流センサのセンシング
ファイバと偏光子及び検光子を固定する構造を示した図
であり、(a)は正面図、(b)は底面図である。
12A and 12B are views showing a structure for fixing a sensing fiber, a polarizer and an analyzer of a conventional optical fiber current sensor, wherein FIG. 12A is a front view and FIG. 12B is a bottom view.

【図13】電流センサの振動誤差を測定するための実験
方法を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an experimental method for measuring a vibration error of a current sensor.

【図14】実施例1において50Hzで、加速度1.0
Gの振動を加えたときの光信号演算装置の出力波形を示
す図である。
14 is an acceleration of 1.0 at 50 Hz in Example 1. FIG.
It is a figure which shows the output waveform of an optical signal arithmetic unit when G vibration is added.

【図15】比較例1において50Hzで、加速度1.0
Gの振動を加えたときの光信号演算装置の出力波形を示
す。
15 is an acceleration of 1.0 at 50 Hz in Comparative Example 1. FIG.
The output waveform of an optical signal arithmetic unit when G vibration is applied is shown.

【図16】実施例2における電流センサの打撃特性を示
し、(a)は加速度計でモニタした加速度波形、(b)
はその時の光信号演算装置の出力波形図である。
16A and 16B show striking characteristics of the current sensor in Example 2, where FIG. 16A is an acceleration waveform monitored by an accelerometer, and FIG.
FIG. 4 is an output waveform diagram of the optical signal arithmetic unit at that time.

【図17】比較例2における電流センサの打撃特性を示
し、(a)は加速度計でモニタした加速度波形、(b)
はその時の光信号演算装置の出力波形を示す図である。
FIG. 17 shows a striking characteristic of a current sensor in Comparative Example 2, (a) is an acceleration waveform monitored by an accelerometer, and (b) is a graph.
FIG. 4 is a diagram showing an output waveform of the optical signal arithmetic unit at that time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバセンサ 2 枠体 3 余長部 4 導体 12 検光子部 15 入射ファイバ 16 出射ファイバ 21 偏光子部 22 切欠部 23 切欠部 1 Optical Fiber Sensor 2 Frame 3 Extra Length 4 Conductor 12 Analyzer 15 Incident Fiber 16 Output Fiber 21 Polarizer 22 Notch 23 Notch

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】測定すべき電流が流れる導体の周囲に巻回
されたセンシングファイバと、センシングファイバの入
射端に直線偏光を入射する偏光子部と、センシングファ
イバの出射端からの出射光を偏波成分に分離する検光子
部とを備えた光ファイバ電流センサにおいて、 上記導体に対してこれと鎖交する高剛性の環状の枠体を
設け、 該枠体に切欠部を形成し、この切欠部に上記検光子部と
上記偏光子部を埋設して枠体に固着し、 上記センシングファイバを上記枠体に密着して巻回する
とともに、上記枠体外周から離れずに上記検光子部及び
上記偏光子部に接続したことを特徴とする光ファイバ電
流センサ。
1. A sensing fiber wound around a conductor through which an electric current to be measured flows, a polarizer section for injecting linearly polarized light into an incident end of the sensing fiber, and an outgoing light from an outgoing end of the sensing fiber. In an optical fiber current sensor having an analyzer section for separating into wave components, a high-rigidity annular frame body interlinking with the conductor is provided on the conductor, and a notch section is formed in the frame body. The analyzer part and the polarizer part are embedded in a part and fixed to a frame body, and the sensing fiber is closely wound around the frame body, and the analyzer part is kept without being separated from the outer periphery of the frame body. An optical fiber current sensor connected to the above-mentioned polarizer.
【請求項2】上記センシングファイバの入出射端が接続
される検光子部と偏光子部とを近傍に埋設して、上記環
状枠体の中心から測った上記センシングファイバの入射
端と出射端の間の角度差を2πラジアンの整数倍とした
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ電流セン
サ。
2. An analyzer part and a polarizer part, to which the entrance and exit ends of the sensing fiber are connected, are buried in the vicinity, and the entrance end and the exit end of the sensing fiber are measured from the center of the annular frame. The optical fiber current sensor according to claim 1, wherein the angle difference between them is an integral multiple of 2π radians.
【請求項3】上記枠体の外周に溝を形成し、この溝に沿
ってセンシングファイバを巻回したことを特徴とする請
求項1または2に記載の光ファイバ電流センサ。
3. The optical fiber current sensor according to claim 1, wherein a groove is formed on the outer periphery of the frame body, and the sensing fiber is wound along the groove.
【請求項4】上記枠体にファイバの余長を収納固定する
余長収納部を設けたことを特徴とする請求項1ないし3
のいずれかに記載の光ファイバ電流センサ。
4. An extra length accommodating portion for accommodating and fixing an extra length of the fiber is provided in the frame body.
The optical fiber current sensor according to any one of 1.
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