JPH10111319A - Signal processing method and device for photo-voltage/ photo-current sensor - Google Patents

Signal processing method and device for photo-voltage/ photo-current sensor

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Publication number
JPH10111319A
JPH10111319A JP8264582A JP26458296A JPH10111319A JP H10111319 A JPH10111319 A JP H10111319A JP 8264582 A JP8264582 A JP 8264582A JP 26458296 A JP26458296 A JP 26458296A JP H10111319 A JPH10111319 A JP H10111319A
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JP
Japan
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light
optical
output
voltage
optical element
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Application number
JP8264582A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kumegawa
宏 久米川
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
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Publication of JPH10111319A publication Critical patent/JPH10111319A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the influence of a shift caused by the temperature change of phase difference in a λ/4 plate in a photo-voltage sensor constituted in such a way as to detect system voltage from the change of transmitted light quantity in relation to applied voltage, of an electro-optical element formed of a Pockels element or the like. SOLUTION: The added value of a low band component DCS, outputted after photoelectric conversion by a photodiode 32 and passed through an LPF 36, of reflected light from a polarization analyzer 28, and a low band component DCP, outputted after photoelectric conversion by a photodiode 33 and passed through an LPF 37, of transmitted light of the polarization analyzer 28, is obtained by an adder 38, and a high band component ACS of the above-mentioned reflected light output through an HPF 35 is divided by the obtained added value by a divider 39. Accordingly, even though the light quantity of either one of the transmitted light and reflected light is increased by the shift of phase difference following temperature change, the light quantity of the other is decreased, so that the added value remains constant, and the change of the high band component where an applied voltage change appears can be detected with high accuracy.

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、ポッケルス素子な
どの電気光学素子を用いて電圧を検知する光電圧センサ
およびファラデー素子などの磁気光学素子を用いて電流
を検知する光電流センサに関し、特にその温度特性を改
善するための信号処理方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical voltage sensor for detecting a voltage using an electro-optical element such as a Pockels element and a photocurrent sensor for detecting a current using a magneto-optical element such as a Faraday element. The present invention relates to a signal processing method and apparatus for improving temperature characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力系統の電圧測定には、電圧変成器が
広く用いられている。しかしながら、この電圧変成器
は、測定すべき系統電圧が高くなるほど大型化してしま
い、コストおよびスペースが嵩むという問題がある。特
にGISと称される不活性ガスを用いたガス絶縁開閉装
置では、小型化および省スペース化が強く要求され、こ
のような電圧変成器を搭載することが困難になってい
る。
2. Description of the Related Art A voltage transformer is widely used for measuring a voltage of a power system. However, there is a problem in that the voltage transformer becomes larger as the system voltage to be measured becomes higher, resulting in an increase in cost and space. In particular, in a gas insulated switchgear using an inert gas called GIS, downsizing and space saving are strongly required, and it is difficult to mount such a voltage transformer.

【0003】このため、従来から、前記ポッケルス素子
などの電気光学素子を用いた光電圧センサが用いられる
ようになってきている。前記電気光学素子には、系統の
充電導体と、該充電導体と並行に配設された浮遊導体と
によって形成される浮遊容量と、前記浮遊導体と接地電
位との間に設けたコンデンサとによって、前記充電導体
の電圧が分圧されて印加されている。電気光学素子は、
前記印加電圧による電界に対応した透過光量となり、こ
うして前記充電導体の電圧に対応した光量を抽出し、こ
の光量を光電変換することによって、充電導体の電圧に
対応したセンサ出力が作成される。
[0003] For this reason, conventionally, an optical voltage sensor using an electro-optical element such as the Pockels element has been used. In the electro-optical element, a system charging conductor, a stray capacitance formed by a floating conductor arranged in parallel with the charging conductor, and a capacitor provided between the floating conductor and ground potential, The voltage of the charging conductor is divided and applied. The electro-optic element is
The transmitted light amount corresponding to the electric field by the applied voltage is extracted. Thus, the light amount corresponding to the voltage of the charging conductor is extracted, and the light amount is photoelectrically converted, whereby a sensor output corresponding to the voltage of the charging conductor is created.

【0004】図2は、典型的な従来技術の光電圧センサ
1の構成を示すブロック図である。この光電圧センサ1
は、大略的に、光学部品から成るセンサ部2と、発光回
路3と、信号処理回路である受光回路4とを備えて構成
されている。センサ部2は、偏検光子5と、λ/4板6
と、電気光学素子7と、偏検光子8とが、この順で配列
されて構成されている。電気光学素子7は、たとえばB
GO(Bi12GeO20)結晶から成るポッケルス素子
で実現され、前記コンデンサである印加電源9からの印
加電圧に対応して、その透過光量を変化する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a typical conventional optical voltage sensor 1. As shown in FIG. This optical voltage sensor 1
Is generally provided with a sensor unit 2 composed of optical components, a light emitting circuit 3, and a light receiving circuit 4 as a signal processing circuit. The sensor unit 2 includes a polarization detector 5 and a λ / 4 plate 6.
, The electro-optical element 7 and the polarization detector 8 are arranged in this order. The electro-optical element 7 is, for example, B
It is realized by a Pockels element made of GO (Bi 12 GeO 20 ) crystal, and changes the amount of transmitted light according to an applied voltage from an applied power supply 9 which is the capacitor.

【0005】前記センサ部2は前記開閉装置などに関連
して配置され、残余の発光回路3および受光回路4は前
記センサ部2とは離間した変電所建屋内などに配置さ
れ、これらの間は、たとえば100m以上に及ぶことも
ある図示しない光ファイバによって接続されている。
The sensor section 2 is arranged in connection with the switchgear, and the remaining light emitting circuit 3 and light receiving circuit 4 are arranged in a substation building separated from the sensor section 2 and the like. , For example, may be 100 m or longer.

【0006】前記偏検光子5には、発光回路3の発光ダ
イオード11からの光が、図示しない前記光ファイバお
よびコリメータを介して入射されている。また、偏検光
子8からの出力光は、図示しないコリメータおよび前記
光ファイバを介して、受光回路4のフォトダイオード1
2によって受光される。したがって、偏検光子5は偏光
子として作用し、発光ダイオード11からの入射光のう
ち、所定の偏光方向の光のみをλ/4板6へ出力し、偏
検光子8は検光子として作用し、電気光学素子7からの
出力光のうち、所定の偏光方向の光のみをフォトダイオ
ード12へ出力する。なお、偏検光子8に発光回路3
が、偏検光子5に受光回路4が臨んでいてもよく、この
場合は、偏検光子8は偏光子として作用し、偏検光子5
は検光子として作用する。
The light from the light emitting diode 11 of the light emitting circuit 3 is incident on the polarization detector 5 via the optical fiber and the collimator (not shown). Also, the output light from the polarization detector 8 is transmitted to the photodiode 1 of the light receiving circuit 4 via a collimator (not shown) and the optical fiber.
2 is received. Therefore, the polarization analyzer 5 acts as a polarizer, and outputs only light of a predetermined polarization direction from the incident light from the light emitting diode 11 to the λ / 4 plate 6, and the polarization analyzer 8 acts as an analyzer. Of the output light from the electro-optical element 7, only light having a predetermined polarization direction is output to the photodiode 12. It should be noted that the light emitting circuit 3 is
However, the light receiving circuit 4 may face the polarization detector 5. In this case, the polarization detector 8 acts as a polarizer, and the polarization detector 5
Acts as an analyzer.

【0007】λ/4板6は、入射光の成分を、C軸と、
該C軸に直交する軸とに分離し、これらの分離した光に
対して、出射面までに、相互にλ/4、すなわちπ/2
=90(°)の位相差を与え、したがって、該λ/4板
6からの出射光は、図3において参照符α1で示すよう
な円偏光となる。
The λ / 4 plate 6 converts the component of the incident light into a C-axis
The light is separated into an axis orthogonal to the C-axis, and these separated lights are mutually λ / 4, that is, π / 2
= 90 (°), so that the light emitted from the λ / 4 plate 6 becomes circularly polarized light as indicated by reference numeral α1 in FIG.

【0008】前記発光回路3において、発光ダイオード
11は、電源13によって発光駆動される。一方、受光
回路4において、前記フォトダイオード12からの出力
は、ハイパスフィルタ(略称HPF)14と、ローパス
フィルタ(略称LPF)15とに共通に入力されてい
る。ハイパスフィルタ14からの出力は、除算器16に
おいて、ローパスフィルタ15からの出力と除算されて
出力される。
In the light emitting circuit 3, the light emitting diode 11 is driven to emit light by a power supply 13. On the other hand, in the light receiving circuit 4, the output from the photodiode 12 is commonly input to a high-pass filter (HPF) 14 and a low-pass filter (LPF) 15. The output from the high-pass filter 14 is divided by the divider 16 with the output from the low-pass filter 15 and output.

【0009】したがって、除算器16の出力は、ハイパ
スフィルタ14で抽出された交流成分ACを、ローパス
フィルタ15で抽出された直流成分DCによって除算し
た値となり、前記発光ダイオード11の発光光量の変
化、フォトダイオード12の受光感度変化および光ファ
イバ等の伝送路損失の変化などによる光量損失の影響を
除去して、正確な系統電圧の測定を行うことができる。
Therefore, the output of the divider 16 is a value obtained by dividing the AC component AC extracted by the high-pass filter 14 by the DC component DC extracted by the low-pass filter 15, and the output of the divider 16 changes the amount of light emitted from the light emitting diode 11. The system voltage can be accurately measured by removing the influence of the light amount loss due to the change in the light receiving sensitivity of the photodiode 12 and the change in the transmission line loss of the optical fiber or the like.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
る光電圧センサ1において、λ/4板6および電気光学
素子7を合わせての入出力の関係は式1で表すことがで
きる。
In the optical voltage sensor 1 configured as described above, the input / output relationship of the λ / 4 plate 6 and the electro-optical element 7 can be expressed by the following equation (1).

【0011】 I=(Io/2){1±Sin(Γv+δ)} …(1) ただし、Ioは偏検光子5を通過した後の光量であり、
Γvはポッケルス効果によって生じる位相差であり、δ
はλ/4板6での位相差の前記90(°)からの偏移量
である。また、Iは偏検光子8からの出射光量であり、
該偏検光子8を透過するP成分であるときには、sin
(Γv+δ)の項は+となり、反射光であるS成分であ
るときには、sin(Γv+δ)の項は−となる(この
図2の例では該偏検光子8からは反射光、すなわちS成
分が出力されている)。ここで、前記sin(Γv+
δ)が小さい(≪1)場合には、前記式1は式2のよう
に近似することができる。
I = (Io / 2) {1 ± Sin (Γv + δ)} (1) where Io is the amount of light after passing through the polarization detector 5;
Γv is a phase difference caused by the Pockels effect, and δ
Is the amount of shift of the phase difference in the λ / 4 plate 6 from 90 (°). I is the amount of light emitted from the polarization detector 8;
When the P component is transmitted through the polarization detector 8, sin
The term of (Γv + δ) becomes +, and when the S component is reflected light, the term of sin (Γv + δ) becomes-(in the example of FIG. 2, the reflected light, ie, the S component is Output). Here, the sin (Γv +
When δ) is small (≪1), Equation 1 can be approximated as Equation 2.

【0012】 I=(Io/2){1±(Γv+δ)} …(2) ところで、前記λ/4板6は温度係数βaを有してお
り、該光電圧センサ1の使用温度幅をTaとし、温度に
よって偏移した後の位相差をδaとすると、 δa=δo(1+βa・Ta) …(3) となる。ただし、δoは基準温度での位相差である。
I = (Io / 2) {1 ± ({v + δ)} (2) The λ / 4 plate 6 has a temperature coefficient βa, and the operating temperature range of the optical voltage sensor 1 is Ta. Assuming that the phase difference after the shift according to the temperature is δa, δa = δo (1 + βa · Ta) (3) Here, δo is the phase difference at the reference temperature.

【0013】たとえば、前記λ/4板6の温度係数βa
は−1.014×10−4(°/℃)であり、使用温度
幅Taは−20〜80(℃)の100(℃)であり、δ
o=π/2=90(°)として、これらの数値を代入す
ると、 δa=90{1+(−1.014×10-4)×100}=89(°)…(4) となって、δ=1(°)のずれが生じていることにな
る。
For example, the temperature coefficient βa of the λ / 4 plate 6
Is −1.014 × 10 −4 (° / ° C.), the operating temperature range Ta is −20 to 80 (° C.), 100 (° C.), and δ
Substituting these numerical values assuming that o = π / 2 = 90 (°), δa = 90 {1 + (− 1.014 × 10 −4 ) × 100} = 89 (°) (4) This means that a shift of δ = 1 (°) has occurred.

【0014】前記λ/4板6での位相差が前記π/2か
ら偏移すると、図3において参照符α2,α3で示すよ
うに、該λ/4板6からの出射光は楕円偏光となる。こ
れによって、電気光学素子7からの出力光の光量変化
が、ポッケルス効果、すなわちΓvによるものか、また
は前記偏移量δによるものかが分からず、電気光学素子
7への印加電圧を正確に測定することができない。
When the phase difference at the λ / 4 plate 6 deviates from the π / 2, the light emitted from the λ / 4 plate 6 becomes elliptically polarized light, as shown by reference numerals α2 and α3 in FIG. Become. As a result, it is not known whether the change in the amount of light of the output light from the electro-optical element 7 is due to the Pockels effect, that is, whether due to Δv or the shift amount δ, and the voltage applied to the electro-optical element 7 is accurately measured. Can not do it.

【0015】一方、受発光回路4,3も温度特性を有し
ており、たとえば発光ダイオード11の発光波長λが温
度係数βbを有するとき、温度変化幅をTbとすると、
前記発光波長λの変化によって偏移した後のλ/4板6
の位相差δbは、 δb=δo{λ/(λ+βbTb)} …(5) で表すことができる。
On the other hand, the light receiving / emitting circuits 4 and 3 also have temperature characteristics. For example, when the emission wavelength λ of the light emitting diode 11 has a temperature coefficient βb, and the temperature change width is Tb,
Λ / 4 plate 6 after being shifted by the change of the emission wavelength λ
Can be expressed as follows: δb = δo {λ / (λ + βbTb)} (5)

【0016】前記発光波長λを850(nm)、温度係
数βbを0.25(nm/℃)、温度変化幅Tbを50
(℃)とすると、 δb=90{850/(850+0.25×50)}=88.7(°)…(6) となり、これによってもまた、δ=1(°)以上のずれ
が生じることになる。
The emission wavelength λ is 850 (nm), the temperature coefficient βb is 0.25 (nm / ° C.), and the temperature change width Tb is 50
(° C.), δb = 90 {850 / (850 + 0.25 × 50)} = 88.7 (°) (6), which also causes a shift of δ = 1 (°) or more. become.

【0017】したがって、δ=(δo−δa)+(δo
−δb)=2(°)とするとsin(2°)=0.03
5から、前記式2は、 I=(Io/2){1±(Γv+0.035)} …(7) となり、たとえばフォトダイオード12によって検出さ
れるS成分の前記除算器16からの出力AC/DCは、 AC/DC =(Io/2)・Γv/{(Io/2)(1−0.035)} =1.036Γv …(8) となって、約3.6%の誤差を生じることになる。した
がって、広い温度範囲に亘って高精度な測定を行うこと
ができないという問題がある。
Therefore, δ = (δo−δa) + (δo
−δb) = 2 (°), sin (2 °) = 0.03
From equation (5), the above equation (2) becomes: I = (Io / 2) {1 ± ({v + 0.035)} (7), for example, the output AC / of the S component detected by the photodiode 12 from the divider 16 For DC, AC / DC = (Io / 2)) {v / {(Io / 2) (1−0.035)} = 1.036Γv (8), and an error of about 3.6% occurs. Will be. Therefore, there is a problem that highly accurate measurement cannot be performed over a wide temperature range.

【0018】また、ファラデー素子などの磁気光学素子
を用いて電流を検知する光電流センサに関しても同様の
問題が生じる。
A similar problem also occurs with a photocurrent sensor that detects a current using a magneto-optical element such as a Faraday element.

【0019】本発明の目的は、波長板の位相差の温度変
化による偏移の影響を除去して、広い温度範囲に亘って
高精度な測定を行うことができる光電圧・光電流センサ
の信号処理方法および装置を提供することである。
An object of the present invention is to eliminate the influence of the shift of the phase difference of a wave plate due to a temperature change and to provide a signal of an optical voltage / optical current sensor capable of performing highly accurate measurement over a wide temperature range. It is to provide a processing method and apparatus.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る光
電圧・光電流センサの信号処理方法は、偏検光子と、波
長板と、電気光学素子または磁気光学素子と、偏検光子
とを備える光経路に光信号を入射し、電界または磁界に
対応した前記電気光学素子または磁気光学素子の透過光
量から、電圧または電流をそれぞれ測定するようにした
光電圧・光電流センサの信号処理方法において、出力側
の偏検光子から出力される偏波面が相互に直交する透過
光および反射光をそれぞれ第1および第2の受光素子で
光電変換し、前記第1および第2の受光素子からの出力
の低域成分をそれぞれ抽出して相互に加算し、前記第1
または第2の受光素子の何れかからの出力の高域成分を
抽出し、前記高域成分を前記低域成分の加算値で除算す
ることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a signal processing method for an optical voltage / current sensor, comprising: a polarization detector, a wave plate, an electro-optical element or a magneto-optical element; A signal processing method for an optical voltage / optical current sensor, in which an optical signal is incident on an optical path provided with a device, and a voltage or a current is measured from a transmitted light amount of the electro-optical element or the magneto-optical element corresponding to an electric field or a magnetic field. , The transmitted light and the reflected light whose polarization planes output from the output polarizer are orthogonal to each other are photoelectrically converted by the first and second light receiving elements, respectively, and are output from the first and second light receiving elements. The low-frequency components of the output are respectively extracted and added to each other,
Alternatively, a high-frequency component of an output from any of the second light receiving elements is extracted, and the high-frequency component is divided by an added value of the low-frequency component.

【0021】また、請求項2の発明に係る光電圧・光電
流センサの信号処理装置は、偏検光子と、波長板と、電
気光学素子または磁気光学素子と、偏検光子とを備える
光経路に光信号を入射し、電界または磁界に対応した前
記電気光学素子または磁気光学素子の透過光量から、電
圧または電流をそれぞれ測定するようにした光電圧・光
電流センサの信号処理装置において、出力側の偏検光子
から出力される偏波面が相互に直交する透過光および反
射光をそれぞれ受光して光電変換する第1および第2の
受光素子と、前記第1および第2の受光素子からの出力
の低域成分をそれぞれ抽出する第1および第2の低域フ
ィルタと、前記第1および第2の低域フィルタからの出
力を相互に加算する加算器と、前記第1または第2の受
光素子の何れかからの出力の高域成分を抽出する高域フ
ィルタと、前記高域フィルタからの出力を前記加算器か
らの出力で除算する除算器とを含むことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a signal processing device for an optical voltage / optical current sensor, comprising: an optical path including a polarization detector, a wave plate, an electro-optical element or a magneto-optical element, and a polarization detector. An optical signal is input to the signal processing device, and a voltage or a current is measured from the amount of light transmitted through the electro-optical element or the magneto-optical element corresponding to the electric or magnetic field. First and second light-receiving elements for receiving and photoelectrically converting transmitted light and reflected light whose polarization planes output from the polarization detector are orthogonal to each other, and outputs from the first and second light-receiving elements. First and second low-pass filters respectively extracting low-pass components of the first and second components, an adder for mutually adding outputs from the first and second low-pass filters, and the first or second light receiving element Any of A high-pass filter for extracting a high frequency component of the output, characterized in that it comprises a divider for dividing an output from said high-pass filter at the output from the adder.

【0022】上記の構成によれば、出力側の偏検光子に
第1および第2の2つの受光素子を対向させ、両受光素
子からの出力、すなわち前記偏検光子の偏光方向と平行
で透過光として出力されるP成分、および前記偏光方向
と垂直で反射光として出力されるS成分の低域成分の加
算値で、第1または第2の受光素子の何れかからの出力
の高域成分を除算する。これによって、温度変化による
波長板からの前記2つの出力光成分の位相差の偏移に対
しても、前記低域成分の加算値は一定のままとなる。
According to the above arrangement, the first and second light receiving elements are opposed to the output side polarization detector, and the output from both the light receiving elements, that is, the transmission is made in parallel with the polarization direction of the polarization detector. The sum of the low-frequency component of the P component output as light and the low-frequency component of the S component output perpendicularly to the polarization direction and reflected as light, and the high-frequency component of the output from either the first or second light receiving element. Is divided. Thus, the added value of the low-frequency component remains constant even when the phase difference between the two output light components from the wavelength plate due to a temperature change.

【0023】したがって、温度変化に対する波長板の影
響を除去することができ、広い温度範囲に亘って高精度
な測定を行うことができる。また、前記低域成分の加算
値は、たとえば発光素子の発光光量の変化、受光素子の
受光感度の変化、および伝送路損失などによっては変化
するけれども、これらの変化は高域成分にも比例して表
れ、したがって、除算することによって除去することが
できる。
Therefore, the influence of the wavelength plate on the temperature change can be removed, and highly accurate measurement can be performed over a wide temperature range. The addition value of the low-frequency component varies depending on, for example, a change in the amount of light emitted from the light-emitting element, a change in the light-receiving sensitivity of the light-receiving element, a transmission path loss, and the like. And can therefore be removed by division.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図1および前記図3に基づいて説明すれば以下のとおり
である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described.
It is as follows if it demonstrates based on FIG. 1 and said FIG.

【0025】図1は、本発明の実施の一形態の光電圧セ
ンサ21の構成を示すブロック図である。この光電圧セ
ンサ21は、大略的に、光学部品から成るセンサ部22
と、発光回路23と、信号処理回路である受光回路24
とを備えて構成されている。センサ部22は、偏検光子
25と、λ/4板26と、電気光学素子27と、偏検光
子28とが、この順で配列されて構成されている。電気
光学素子27は、たとえば前記BGO結晶から成るポッ
ケルス素子で実現され、系統の充電導体の電圧を分圧す
るコンデンサで実現される印加電源29からの印加電圧
に対応して、その透過光量を変化する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical voltage sensor 21 according to one embodiment of the present invention. This optical voltage sensor 21 is roughly composed of a sensor unit 22 composed of optical components.
, A light emitting circuit 23, and a light receiving circuit 24 as a signal processing circuit
It is comprised including. The sensor unit 22 includes a polarization detector 25, a λ / 4 plate 26, an electro-optical element 27, and a polarization detector 28 arranged in this order. The electro-optical element 27 is realized by a Pockels element made of, for example, the BGO crystal, and changes the amount of transmitted light according to an applied voltage from an applied power supply 29 realized by a capacitor that divides the voltage of a system charging conductor. .

【0026】センサ部22は開閉装置などに関連して配
置され、残余の発光回路23および受光回路24は前記
センサ部22とは離間した変電所建屋内などに配置さ
れ、これらの間は、図示しない光ファイバによって接続
されている。
The sensor section 22 is arranged in connection with a switchgear, etc., and the remaining light emitting circuit 23 and light receiving circuit 24 are arranged in a substation building separated from the sensor section 22, for example. Not connected by optical fiber.

【0027】前記偏検光子25には、発光回路23の発
光ダイオード31からの光が、図示しない前記光ファイ
バおよびコリメータを介して入射されている。また、偏
検光子28からの出力光は、図示しないコリメータおよ
び前記光ファイバを介して、受光回路24のフォトダイ
オード32,33によって受光される。したがって、偏
検光子25は偏光子として作用し、発光ダイオード31
からの入射光のうち、所定の偏光方向の光のみをλ/4
板26へ出力し、偏検光子28は検光子として作用し、
電気光学素子27からの出力光を、前記偏検光子25の
偏光方向と垂直な反射光のS成分と、平行な透過光のP
成分とに分離し、それぞれ前記フォトダイオード32,
33へ出力する。なお、偏検光子28に発光回路23
が、偏検光子25に受光回路24が臨んでいてもよく、
この場合は、偏検光子28は偏光子として作用し、偏検
光子25は検光子として作用する。
Light from the light emitting diode 31 of the light emitting circuit 23 is incident on the polarization detector 25 via the unillustrated optical fiber and collimator. The output light from the polarization detector 28 is received by the photodiodes 32 and 33 of the light receiving circuit 24 via a collimator (not shown) and the optical fiber. Therefore, the polarizer 25 acts as a polarizer, and the light emitting diode 31
Out of the incident light from
Output to the plate 26, the polarization analyzer 28 acts as an analyzer,
The output light from the electro-optical element 27 is converted into the S component of reflected light perpendicular to the polarization direction of the polarization detector 25 and the P component of parallel transmitted light.
And the photodiodes 32,
33. It should be noted that the light emitting circuit 23 is
However, the light receiving circuit 24 may face the polarization detector 25,
In this case, the polarizer 28 acts as a polarizer, and the polarizer 25 acts as an analyzer.

【0028】λ/4板26は、入射光の成分を、C軸
と、該C軸に直交する軸とに分離し、これらの分離した
光に対して、出射面までに、相互にλ/4の位相差を与
え、したがって、該λ/4板26からの出射光は、前記
図3において参照符α1で示すような円偏光となる。
The λ / 4 plate 26 separates the component of the incident light into a C-axis and an axis orthogonal to the C-axis. Thus, the light emitted from the λ / 4 plate 26 becomes circularly polarized light as indicated by α1 in FIG.

【0029】前記発光回路23において、発光ダイオー
ド31は、電源34によって発光駆動される。一方、受
光回路24において、フォトダイオード32からの出力
は、ハイパスフィルタ35と、ローパスフィルタ36と
に共通に入力されている。また、フォトダイオード33
からの出力はローパスフィルタ37に入力されている。
ローパスフィルタ36,37からの出力は、加算器38
において、相互に加算されている。加算器38からの出
力によって、除算器39において、前記ハイパスフィル
タ35からの出力が除算されて出力される。
In the light emitting circuit 23, the light emitting diode 31 is driven to emit light by a power supply 34. On the other hand, in the light receiving circuit 24, the output from the photodiode 32 is commonly input to the high-pass filter 35 and the low-pass filter 36. Also, the photodiode 33
Are input to the low-pass filter 37.
Outputs from the low-pass filters 36 and 37 are added to an adder 38.
Are added to each other. In the divider 39, the output from the high-pass filter 35 is divided by the output from the adder 38 and output.

【0030】したがって、除算器39の出力は、ハイパ
スフィルタ35で抽出されたS成分の交流成分ACS
を、ローパスフィルタ36,37で抽出された直流成分
DCS,DCPの加算値によって除算した値となり、た
とえば前述のように、前記式8と同様にδ=2(°)と
すると、前記式2から、 ACS/(DCS+DCP) =(Io/2)Γv /{(Io/2)(1−0.035)+(Io/2)(1+0.035)} =Γv/2 …(9) となる。
Therefore, the output of the divider 39 is the AC component ACS component of the S component extracted by the high-pass filter 35.
Is divided by the sum of the DC components DCS and DCP extracted by the low-pass filters 36 and 37. For example, as described above, when δ = 2 (°) in the same manner as in the equation 8, the equation 2 , ACS / (DCS + DCP) = (Io / 2) {v / {(Io / 2) (1-0.035) + (Io / 2) (1 + 0.035)} = {v / 2 ... (9)

【0031】したがって、温度変化によるλ/4板26
の位相差の偏移の影響を受けることなく、電気光学素子
27による位相差Γvのみを抽出できることが理解され
る。
Therefore, the λ / 4 plate 26 due to the temperature change
It can be understood that only the phase difference Δv by the electro-optical element 27 can be extracted without being affected by the shift of the phase difference.

【0032】また、前述のような発光ダイオード31の
発光光量の変化、フォトダイオード32,33の受光感
度の変化および光ファイバ等の伝送路損失の変化など
が、直流成分DCS,DCPとともに交流成分ACSに
も比例して表れるので、これらの影響を受けることもな
い。さらにまた、前述の光電圧センサ1に比べて、フォ
トダイオード33、ローパスフィルタ37および加算器
38を追加するだけでよく、簡単な構成で高精度な測定
を行うことができるようになる。
The change in the amount of light emitted by the light emitting diode 31, the change in the light receiving sensitivity of the photodiodes 32 and 33, and the change in the transmission path loss of the optical fiber and the like as described above are caused by the AC component ACS as well as the DC components DCS and DCP. Are not affected by these. Furthermore, compared to the above-described optical voltage sensor 1, it is only necessary to add the photodiode 33, the low-pass filter 37, and the adder 38, so that highly accurate measurement can be performed with a simple configuration.

【0033】なお、ファラデー素子などの磁気光学素子
を用いて電流を検知する光電流センサに関しても、同様
にして温度特性を改善可能であることは言うまでもな
い。また、前記交流成分ACSおよび直流成分DCS,
DCPの抽出には、前記ハイパスフィルタ35およびロ
ーパスフィルタ36,37に限らず、FFT(高速フー
リエ変換)などの他の手法が用いられてもよい。
It is needless to say that a temperature characteristic can be similarly improved for a photocurrent sensor that detects a current using a magneto-optical element such as a Faraday element. Further, the AC component ACS and the DC component DCS,
The extraction of the DCP is not limited to the high-pass filter 35 and the low-pass filters 36 and 37, and other methods such as FFT (Fast Fourier Transform) may be used.

【0034】[0034]

【発明の効果】請求項1の発明に係る光電圧・光電流セ
ンサの信号処理方法および請求項2の発明に係る光電圧
・光電流センサの信号処理装置によれば、以上のよう
に、偏検光子と、波長板と、電気光学素子または磁気光
学素子と、偏検光子とを備えて、前記電気光学素子また
は磁気光学素子の透過光量から電圧または電流をそれぞ
れ測定する光電圧・光電流センサの信号を処理するにあ
たって、出力側の偏検光子の出力光の高域成分を、その
出力光の低域成分で除算することによって、発光素子の
発光光量変化、受光素子の受光感度変化および伝送路損
失の変化などによる影響を除去することができるように
し、かつ前記低域成分は、前記偏検光子の透過光および
反射光の加算値とする。
According to the signal processing method for an optical voltage / photocurrent sensor according to the first aspect of the present invention and the signal processing device for an optical voltage / optical current sensor according to the second aspect of the present invention, as described above, An optical voltage / current sensor that includes an analyzer, a wave plate, an electro-optical element or a magneto-optical element, and a polarization analyzer, and measures a voltage or a current from the amount of light transmitted through the electro-optical element or the magneto-optical element, respectively. In processing the signal, the high-frequency component of the output light of the output side polarizer is divided by the low-frequency component of the output light to change the amount of light emitted from the light emitting element, change the light receiving sensitivity of the light receiving element, and transmit An effect due to a change in path loss or the like can be removed, and the low-frequency component is a sum of transmitted light and reflected light of the polarization detector.

【0035】それゆえ、前記波長板での位相差の温度に
よる偏移に対しても、前記低域成分の加算値は変化する
ことなく、前記印加電圧による変動のみを抽出可能とす
ることができる。これによって、波長板の温度変化によ
る影響を除去して、広い温度範囲に亘って高精度な測定
を行うことができるようになる。
Therefore, even with respect to the shift of the phase difference in the wavelength plate due to the temperature, it is possible to extract only the variation due to the applied voltage without changing the added value of the low frequency component. . As a result, it is possible to remove the influence of the temperature change of the wave plate and perform highly accurate measurement over a wide temperature range.

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

【図1】本発明の実施の一形態の光電圧センサの構成を
示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical voltage sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】典型的な従来技術の光電圧センサの構成を示す
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a typical conventional optical voltage sensor.

【図3】λ/4板で生じる位相差の偏移による偏光形状
の変化を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a change in polarization shape due to a shift of a phase difference generated in a λ / 4 plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 光電圧センサ 22 センサ部 23 発光回路 24 受光回路 25 偏検光子 26 λ/4板(波長板) 27 電気光学素子 28 偏検光子 31 発光ダイオード(発光素子) 32 フォトダイオード(第1の受光素子) 33 フォトダイオード(第2の受光素子) 34 電源 35 ハイパスフィルタ(高域フィルタ) 36 ローパスフィルタ(第1の低域フィルタ) 37 ローパスフィルタ(第2の低域フィルタ) 38 加算器 39 除算器 Reference Signs List 21 light voltage sensor 22 sensor unit 23 light emitting circuit 24 light receiving circuit 25 polarization detector 26 λ / 4 plate (wavelength plate) 27 electro-optical element 28 polarization detector 31 light emitting diode (light emitting element) 32 photodiode (first light receiving element) 33) Photodiode (second light receiving element) 34 Power supply 35 High pass filter (high pass filter) 36 Low pass filter (first low pass filter) 37 Low pass filter (second low pass filter) 38 Adder 39 Divider

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】偏検光子と、波長板と、電気光学素子また
は磁気光学素子と、偏検光子とを備える光経路に光信号
を入射し、電界または磁界に対応した前記電気光学素子
または磁気光学素子の透過光量から、電圧または電流を
それぞれ測定するようにした光電圧・光電流センサの信
号処理方法において、 出力側の偏検光子から出力される偏波面が相互に直交す
る透過光および反射光をそれぞれ第1および第2の受光
素子で光電変換し、 前記第1および第2の受光素子からの出力の低域成分を
それぞれ抽出して相互に加算し、 前記第1または第2の受光素子の何れかからの出力の高
域成分を抽出し、 前記高域成分を前記低域成分の加算値で除算することを
特徴とする光電圧・光電流センサの信号処理方法。
An optical signal is incident on an optical path including a polarization detector, a wave plate, an electro-optical element or a magneto-optical element, and a polarization detector, and the electro-optical element or the magnetic element corresponding to an electric field or a magnetic field. In a signal processing method of an optical voltage / current sensor, wherein a voltage or a current is measured from an amount of light transmitted through an optical element, the transmitted light and the reflected light whose polarization planes output from the polarization analyzer on the output side are orthogonal to each other. The light is photoelectrically converted by first and second light receiving elements, respectively, and the low-frequency components of the outputs from the first and second light receiving elements are respectively extracted and added to each other, and the first or second light receiving is performed. A signal processing method for an optical voltage / photocurrent sensor, comprising: extracting a high-frequency component of an output from any of the elements; and dividing the high-frequency component by an added value of the low-frequency component.
【請求項2】偏検光子と、波長板と、電気光学素子また
は磁気光学素子と、偏検光子とを備える光経路に光信号
を入射し、電界または磁界に対応した前記電気光学素子
または磁気光学素子の透過光量から、電圧または電流を
それぞれ測定するようにした光電圧・光電流センサの信
号処理装置において、 出力側の偏検光子から出力される偏波面が相互に直交す
る透過光および反射光をそれぞれ受光して光電変換する
第1および第2の受光素子と、 前記第1および第2の受光素子からの出力の低域成分を
それぞれ抽出する第1および第2の低域フィルタと、 前記第1および第2の低域フィルタからの出力を相互に
加算する加算器と、 前記第1または第2の受光素子の何れかからの出力の高
域成分を抽出する高域フィルタと、 前記高域フィルタからの出力を前記加算器からの出力で
除算する除算器とを含むことを特徴とする光電圧・光電
流センサの信号処理装置。
2. An electro-optical element or a magnetic element corresponding to an electric field or a magnetic field, wherein an optical signal is incident on an optical path including a polarization detector, a wave plate, an electro-optical element or a magneto-optical element, and a polarization detector. In a signal processing device of an optical voltage / current sensor that measures a voltage or a current from the amount of light transmitted through an optical element, respectively, the transmitted light and the reflected light whose polarization planes output from the output polarizer are orthogonal to each other are provided. First and second light receiving elements that respectively receive light and perform photoelectric conversion, first and second low pass filters that respectively extract low frequency components of outputs from the first and second light receiving elements, An adder for mutually adding outputs from the first and second low-pass filters; a high-pass filter for extracting a high-frequency component of an output from one of the first and second light receiving elements; High pass filter The signal processing apparatus for an optical voltage · photocurrent sensor, characterized in that it comprises a divider for dividing the output of et at the output from the adder.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100343050B1 (en) * 1999-07-29 2002-07-02 모리시타 요이찌 Optical voltage sensor
CN115389805A (en) * 2022-09-02 2022-11-25 哈尔滨工业大学 Series-parallel CVT (continuously variable transmission) broadband measurement system based on optical voltage sensor

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