JPH10111320A - Photo-voltage/photo-current sensor - Google Patents

Photo-voltage/photo-current sensor

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Publication number
JPH10111320A
JPH10111320A JP8264615A JP26461596A JPH10111320A JP H10111320 A JPH10111320 A JP H10111320A JP 8264615 A JP8264615 A JP 8264615A JP 26461596 A JP26461596 A JP 26461596A JP H10111320 A JPH10111320 A JP H10111320A
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JP
Japan
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light
voltage
circuit
output
component
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Application number
JP8264615A
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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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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the fluctuation of a direct current component caused by temperature generated in optical parts constituting a sensor part, an amplifying circuit in a light receiving circuit, or the like in a photo-voltage sensor provided with an electro-optic element and constituted in such a way as to measure the voltage of a power system from the transmitted light quantity, corresponding to applied voltage, of the electro-optical element. SOLUTION: Modulated light of frequency (6kHz, for instance) not less than double of system frequency (50Hz, for instance) of a power system to be measured is supplied to an electro-optic element 27 from a light emitting circuit 23, and its output light is separated into a 50Hz component and a 6kHz component by a basic wave filter 44 and a modulated wave filter 45 and divided by a divider 47. Only a voltage component to be measured after eliminating fluctuation of a direct current component caused by temperature generated in optical parts of a sensor part 22, a light receiving circuit 24, or the like can thereby be outputted, so that measuring accuracy can be improved while being usable in a wide temperature range.

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力系統の電圧を検知する光
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構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical voltage sensor for detecting a voltage of a power system 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. In particular, the present invention relates to a configuration for improving the 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る。した
がって、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 stray capacitance formed by a system charging conductor and a floating conductor arranged in parallel with the charging conductor, and a capacitor provided between the floating conductor and a ground potential, The voltage of the charging conductor is divided and applied. The electro-optical element has a transmitted light amount corresponding to the electric field by the applied voltage. Therefore, the amount of light corresponding to the voltage of the charging conductor is extracted,
By photoelectrically converting this light amount, a sensor output corresponding to the voltage of the charging conductor is created.

【0004】図4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、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。
FIG. 4 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 made of optical components, a light emitting circuit 3, and a light receiving circuit 4. The sensor unit 2 includes a polarization detector 5, a λ / 4 plate 6, and an electro-optical element 7.
And the polarization detector 8 are arranged in this order.

【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5において参照符α1で示すよう
な円偏光となる。電気光学素子7は、たとえばBGO
(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
に対応してその旋光量を変化し、これによって該電気光
学素子7からの出力光は、前記図5において参照符α
2,α3で示すような楕円偏光となる。
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. The electro-optical element 7 is, for example, a BGO
It is realized by a Pockels element made of (Bi 12 GeO 20 ) crystal, and changes the amount of rotation corresponding to the applied voltage from the applied power supply 9 as the capacitor, whereby the output light from the electro-optical element 7 becomes Referring to FIG.
It becomes elliptically polarized light as shown by 2, α3.

【0008】前記発光回路3において、発光ダイオード
11は、直流電源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、増幅回路14で増幅された後、ハイパスフィル
タ(略称HPF)15と、ローパスフィルタ(略称LP
F)16とに共通に入力されている。ハイパスフィルタ
15からの出力は、除算器17において、ローパスフィ
ルタ16からの出力で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 DC power supply 13. on the other hand,
In the light receiving circuit 4, the output from the photodiode 12 is amplified by an amplifier circuit 14, and then the output from a high-pass filter (HPF) 15 and a low-pass filter (LP)
F) 16 and are commonly input. The output from the high-pass filter 15 is divided by the output from the low-pass filter 16 in the divider 17 and output.

【0009】したがって、除算器17の出力は、ハイパ
スフィルタ15で抽出された交流成分ACを、ローパス
フィルタ16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 17 is a value obtained by dividing the AC component AC extracted by the high-pass filter 15 by the DC component DC extracted by the low-pass filter 16, and the change in the amount of light emitted by the light emitting diode 11 is obtained. Eliminating the effects of changes in the light receiving sensitivity of the photodiode 12 and changes in the transmission path loss of optical fibers and the like,
Accurate measurement of system voltage can be performed.

【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では、受光回路4からの出力AC/D
Cには、前述の発光ダイオード11の発光光量の変化等
の交流成分ACと直流成分DCとに共に現れる誤差成分
による影響は除去されているけれども、いずれか一方の
成分、特に直流成分DCに現れる温度による誤差の影響
を除去することができないという問題がある。
In the optical voltage sensor 1 configured as described above, the output AC / D from the light receiving circuit 4 is obtained.
Although the influence of the error component appearing together with the AC component DC and the DC component DC such as the change in the light emission amount of the light emitting diode 11 described above is removed from C, one of the components, particularly the DC component DC, appears. There is a problem that the influence of errors due to temperature cannot be eliminated.

【0011】たとえば、前記λ/4板6による出射光の
相互に垂直な2つの成分間の位相差は、温度によって変
化し、前記直流成分DCが変動する。また、前記受光回
路4内では、たとえば複数段の差動増幅器などから成る
増幅回路14のオフセットおよびフィルタ15,16を
構成するコンデンサの時定数が温度によって変化し、前
記直流成分DCに変動を生じてしまうことがある。
For example, the phase difference between two mutually perpendicular components of the light emitted from the λ / 4 plate 6 changes with temperature, and the DC component DC changes. Further, in the light receiving circuit 4, for example, the offset of the amplifier circuit 14 including a plurality of stages of differential amplifiers and the time constant of the capacitors constituting the filters 15 and 16 change with temperature, and the DC component DC varies. Sometimes.

【0012】これらの直流成分DCの変動は、印加電源
9による印加電圧に起因した前記交流成分ACには反映
されず、したがって正確な系統電圧の測定を行うことが
できないという問題がある。
These fluctuations of the DC component DC are not reflected on the AC component AC caused by the voltage applied by the application power supply 9, so that there is a problem that an accurate measurement of the system voltage cannot be performed.

【0013】また、前記電気光学素子7に代えて、ファ
ラデー素子などの磁気光学素子を用いて系統電流を検知
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 in a photocurrent sensor that detects a system current using a magneto-optical element such as a Faraday element instead of the electro-optical element 7.

【0014】本発明の目的は、光学部品や受光回路で発
生する温度による直流成分の変動の影響を除去して、高
精度な測定を行うことができる光電圧・光電流センサを
提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical voltage / current sensor capable of performing high-precision measurement by eliminating the influence of fluctuation of a DC component due to temperature generated in an optical component or a light receiving circuit. is there.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る光電圧・光
電流センサは、発光素子から出力された光を電気光学素
子または磁気光学素子を備えるセンサ部へ入射し、受光
素子で検知された前記電気光学素子または磁気光学素子
の電界または磁界に対応した透過光量から、電力系統の
電圧または電流をそれぞれ測定するようにした光電圧・
光電流センサにおいて、前記発光素子を前記電力系統の
系統周波数の2倍以上の周波数の変調波で駆動する駆動
回路と、前記受光素子の出力から、前記系統周波数の成
分を抽出する基本波フィルタと、前記受光素子の出力か
ら、前記変調波の周波数の成分を抽出する変調波フィル
タと、前記変調波フィルタの出力を整流・平滑化する整
流回路と、前記基本波フィルタの出力を前記整流回路の
出力で除算する除算回路とを含むことを特徴とする。
According to the optical voltage / current sensor of the present invention, light output from a light emitting element is incident on a sensor section having an electro-optical element or a magneto-optical element and detected by a light receiving element. From the transmitted light amount corresponding to the electric field or the magnetic field of the electro-optical element or the magneto-optical element, the voltage or the current of the power system is measured.
In the photocurrent sensor, a drive circuit that drives the light emitting element with a modulated wave having a frequency of twice or more the system frequency of the power system, and a fundamental wave filter that extracts a component of the system frequency from an output of the light receiving element. A modulation wave filter for extracting a frequency component of the modulation wave from an output of the light receiving element, a rectification circuit for rectifying and smoothing the output of the modulation wave filter, and an output of the fundamental wave filter for the rectification circuit. And a division circuit for dividing by the output.

【0016】上記の構成によれば、λ/4板の位相差な
らびに受光回路内の増幅回路のオフセットおよびフィル
タの時定数などに温度による変動が生じても、発光素子
が変調波で駆動されているので、それらの変動による影
響は基本波フィルタの出力と変調波フィルタの出力とに
共通に現れる。
According to the above configuration, even if the phase difference of the λ / 4 plate, the offset of the amplifier circuit in the light receiving circuit, the time constant of the filter, and the like change due to temperature, the light emitting element is driven by the modulated wave. Therefore, the influence of those fluctuations appears in both the output of the fundamental wave filter and the output of the modulated wave filter.

【0017】したがって、基本波フィルタの出力を変調
波フィルタの整流出力で除算することによって、前記温
度による変動の影響を除去することができ、高精度な測
定を行うことができるとともに、広い温度範囲で使用す
ることができる。
Therefore, by dividing the output of the fundamental wave filter by the rectified output of the modulation wave filter, the influence of the fluctuation due to the temperature can be eliminated, and highly accurate measurement can be performed. Can be used with

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図1〜図3および前記図5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.
The following is a description based on FIGS. 1 to 3 and FIG.

【0019】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、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2
6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。
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. The sensor unit 22 includes a polarization detector 25 and a λ / 4 plate 2.
6, an electro-optical element 27, and a polarization detector 28 are arranged in this order.

【0020】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 disposed in connection with a switchgear, and the remaining light emitting circuit 23 and the light receiving circuit 24 are disposed in a substation building or the like which is separated from the sensor section 22. Not connected by optical fiber.

【0021】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41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、偏検光子28は検光子とし
て作用する。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2
5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 optical fiber and the collimator (not shown). The output light from the polarization detector 28 is received by the photodiode 41 of the light receiving circuit 24 via a collimator (not shown) and the optical fiber. Therefore, the polarization analyzer 25 acts as a polarizer, and the polarization analyzer 28 acts as an analyzer. The light emitting circuit 23 may face the polarization detector 28 and the light receiving circuit 24 may face the polarization detector 25. In this case, the polarization detector 28 acts as a polarizer and the polarization detector 2
5 acts as an analyzer.

【0022】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5において参照符α1で示すような円偏光となる。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
圧に対応してその位相量を変化し、これによって該電気
光学素子27からの出力光は、前記図5において参照符
α2,α3で示すような楕円偏光となる。
The λ / 4 plate 26 separates the component of the incident light into a C-axis and an axis orthogonal to the C-axis. Therefore, the light emitted from the λ / 4 plate 26 becomes circularly polarized light as shown by the reference numeral α1 in FIG. The electro-optical element 27 is realized by, for example, a Pockels element made of the BGO crystal, and changes its phase amount according to an applied voltage from an applied power supply 29 realized by a capacitor that divides a voltage of a system charging conductor. As a result, the output light from the electro-optical element 27 becomes elliptically polarized light as indicated by reference numerals α2 and α3 in FIG.

【0023】前記発光回路23は、前記発光ダイオード
31と、直流電源32と、発振回路33と、変調回路3
4とを備えて構成されている。発振回路33は、前記印
加電源29から電気光学素子27へ印加される電圧の変
動周波数である系統周波数、たとえば50(Hz)の少
くとも2倍以上、たとえば6(kHz)の矩形波パルス
を出力する。前記発振回路33からの矩形波パルスは、
変調回路34に入力される。この変調回路34は、直流
電源32からの直流電圧を前記矩形波パルスで変調し
て、発光ダイオード31へ与える。こうして、該発光ダ
イオード31が変調波で駆動されることになる。
The light emitting circuit 23 includes the light emitting diode 31, a DC power supply 32, an oscillation circuit 33, and a modulation circuit 3.
4 is provided. The oscillating circuit 33 outputs a rectangular wave pulse of a system frequency which is a fluctuation frequency of a voltage applied to the electro-optical element 27 from the applied power supply 29, for example, at least twice or more, for example, 50 (Hz), for example, 6 (kHz). I do. The square wave pulse from the oscillation circuit 33 is
The signal is input to the modulation circuit 34. The modulation circuit 34 modulates the DC voltage from the DC power supply 32 with the rectangular wave pulse and supplies the modulated DC voltage to the light emitting diode 31. Thus, the light emitting diode 31 is driven by the modulated wave.

【0024】一方、受光回路24は、前記フォトダイオ
ード41と、増幅回路42と、信号処理回路43とを備
えて構成されている。増幅回路42は、たとえば複数段
の差動増幅器などで実現される。
On the other hand, the light receiving circuit 24 includes the photodiode 41, an amplifying circuit 42, and a signal processing circuit 43. The amplification circuit 42 is realized by, for example, a multi-stage differential amplifier.

【0025】前記信号処理回路43は、基本波フィルタ
44と、変調波フィルタ45と、整流回路46と、除算
器47とを備えて構成されている。前記増幅回路42か
らの出力は、基本波フィルタ44および変調波フィルタ
45に共通に入力されている。基本波フィルタ44は、
基本波成分、すなわち前記系統周波数の50(Hz)の
成分を抽出することができるバンドパスフィルタなどで
実現され、変調波フィルタ45は、変調波成分、すなわ
ち前記発振回路33からの矩形波パルスの周波数である
6(kHz)の成分を抽出することができるバンドパス
フィルタなどで実現される。
The signal processing circuit 43 includes a fundamental wave filter 44, a modulation wave filter 45, a rectifier circuit 46, and a divider 47. The output from the amplifying circuit 42 is commonly input to a fundamental wave filter 44 and a modulation wave filter 45. The fundamental wave filter 44
The modulation wave filter 45 is realized by a band-pass filter or the like that can extract a fundamental wave component, that is, a component of the system frequency of 50 (Hz). This is realized by a band-pass filter or the like that can extract a component of 6 (kHz), which is a frequency.

【0026】変調波フィルタ45からの出力は、整流回
路46に与えられる。整流回路46は、たとえばダイオ
ードブリッジおよび平滑コンデンサなどで実現され、変
調波フィルタ45からの出力を整流・平滑化して出力す
る。前記基本波フィルタ44の出力は、除算器47にお
いて、この整流回路46からの出力で除算される。
The output from the modulated wave filter 45 is provided to a rectifier circuit 46. The rectifier circuit 46 is realized by, for example, a diode bridge and a smoothing capacitor, and rectifies and smoothes the output from the modulated wave filter 45 and outputs the result. The output of the fundamental wave filter 44 is divided by the output from the rectifier circuit 46 in a divider 47.

【0027】図2に、上述のような各部の動作に伴う波
形の一例を示す。ただし、理解し易くするために、基本
波の周波数に対して、変調波の周波数を7.5倍として
いる。図2(a)は発振回路33からの矩形波パルスを
表し、図2(b)は変調回路34による発光ダイオード
31の駆動波形を表し、図2(c)は印加電源29によ
る印加電圧および温度による直流成分の影響によって変
調されたセンサ部22の出力光をフォトダイオード41
で光電変換して得られた波形を表し、図2(d)は基本
波フィルタ44の出力波形を表し、図2(e)は除算器
47の出力波形を表す。なお、整流回路46の出力波形
は、図2(c)において参照符βで表している。
FIG. 2 shows an example of a waveform associated with the operation of each section as described above. However, in order to facilitate understanding, the frequency of the modulated wave is 7.5 times the frequency of the fundamental wave. 2A shows a rectangular wave pulse from the oscillation circuit 33, FIG. 2B shows a driving waveform of the light emitting diode 31 by the modulation circuit 34, and FIG. The output light of the sensor unit 22 modulated by the influence of the DC component due to
2 (d) shows an output waveform of the fundamental wave filter 44, and FIG. 2 (e) shows an output waveform of the divider 47. Note that the output waveform of the rectifier circuit 46 is represented by reference numeral β in FIG.

【0028】以上のようにして、温度変化に伴うλ/4
板26の位相差の変化などによって光学部品が発生する
直流成分の変動ならびに増幅回路42のオフセット電圧
の変化およびフィルタ44,45におけるコンデンサの
時定数の変化などの受光回路24が温度変化によって発
生する直流成分の変動に対しても、その変動を変調波成
分を整流することで検出し、基本波成分から除算するこ
とによって、除去することができる。こうして、系統電
圧を高精度に測定することができる。
As described above, λ / 4 accompanying temperature change
Variations in the DC component generated by the optical components due to changes in the phase difference of the plate 26, changes in the offset voltage of the amplifier circuit 42, and changes in the time constants of the capacitors in the filters 44 and 45 cause the light receiving circuit 24 to change due to temperature changes. The fluctuation of the DC component can also be removed by detecting the fluctuation by rectifying the modulated wave component and dividing the detected component by the fundamental wave component. Thus, the system voltage can be measured with high accuracy.

【0029】図3は、図1のように構成される光電圧セ
ンサ21の特性を検証するために本件発明者が作成した
試験装置の構成を示すブロック図である。前記センサ部
22の電圧入力端には、発振器51で発振された前記系
統周波数である50(Hz)の正弦波信号が、アンプ5
2において前記分圧されたレベルに対応した振幅まで増
幅された後、入力されている。これに対して、センサ部
22の光入出力端は、前記光ファイバ53を介して、前
記発光回路23および受光回路24と接続されている。
発光回路23および受光回路24内の各回路は、電源5
4によって電力付勢されている。受光回路24からの出
力は、波形分析器55に入力されるとともに、比誤差試
験器56に入力されている。比誤差試験器56にはま
た、前記発振器51からの出力が、直接入力されてい
る。波形分析器55は、たとえばFFT(高速フーリエ
変換)を用いて、周波数スペクトラムを分析する装置で
あり、その出力はプリンタ57によって表示出力され
る。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a test apparatus created by the present inventor to verify the characteristics of the optical voltage sensor 21 configured as shown in FIG. A sine wave signal of 50 (Hz) which is the system frequency oscillated by the oscillator 51 is input to a voltage input terminal of the sensor unit 22.
2, the signal is amplified after being amplified to an amplitude corresponding to the divided level. On the other hand, the light input / output terminal of the sensor unit 22 is connected to the light emitting circuit 23 and the light receiving circuit 24 via the optical fiber 53.
Each circuit in the light emitting circuit 23 and the light receiving circuit 24 includes a power supply 5
4 is energized. The output from the light receiving circuit 24 is input to a waveform analyzer 55 and also to a ratio error tester 56. The output from the oscillator 51 is directly input to the ratio error tester 56. The waveform analyzer 55 is a device that analyzes a frequency spectrum using, for example, FFT (Fast Fourier Transform), and its output is displayed and output by the printer 57.

【0030】この実験では、センサ部22は恒温槽58
内に設置され、電源回路54およびアンプ52等からの
誘導の影響を受けないように、これらの電源には商用周
波の60(Hz)を供給し、発振器51の発振周波数は
50(Hz)としている。また、発光回路23における
発振回路33の発振周波数、すなわち変調周波数を27
0(Hz)としている。
In this experiment, the sensor section 22 was connected to the constant temperature bath 58
In order to avoid the influence of the induction from the power supply circuit 54 and the amplifier 52, a commercial frequency of 60 (Hz) is supplied to these power supplies, and the oscillation frequency of the oscillator 51 is set to 50 (Hz). I have. Further, the oscillation frequency of the oscillation circuit 33 in the light emitting circuit 23, that is, the modulation frequency is set to 27.
0 (Hz).

【0031】室温の22.3(℃)を基準として、恒温
槽58内の温度を低下させたときの実験結果を表1で示
す。
Table 1 shows the experimental results when the temperature in the thermostatic chamber 58 was lowered with reference to the room temperature of 22.3 (° C.).

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】前記表1において、FFT値は、波形分析
器55によって検出され、発振器51の発振周波数であ
り、基本波である50(Hz)の成分と、前記発振回路
33の発振周波数であり、変調波の周波数である270
(Hz)の成分とのレベルである。また、比誤差εは、
前記室温22.3(℃)を基準とした場合の各温度にお
ける誤差の大きさを表し、従来例とあるのは、前記変調
波を用いない図4で示す光電圧センサ1を用いた場合の
比誤差試験器56での実測値である。また、本発明とあ
るのは、前記FFT値から計算で求めた値であり、前記
除算器47の出力が基本波成分/変調波成分であること
から、50(Hz)成分/270(Hz)成分の値であ
り、たとえば2.1(℃)では下式のようにして求める
ことができる。
In Table 1, the FFT value is the oscillation frequency of the oscillator 51, which is detected by the waveform analyzer 55, and is the component of 50 (Hz) which is the fundamental wave, and the oscillation frequency of the oscillation circuit 33, 270 which is the frequency of the modulated wave
(Hz) level. Also, the ratio error ε is
The magnitude of the error at each temperature with reference to the room temperature 22.3 (° C.) is shown. The conventional example is the case where the optical voltage sensor 1 shown in FIG. This is an actual measurement value of the ratio error tester 56. The present invention is a value obtained by calculation from the FFT value. Since the output of the divider 47 is a fundamental wave component / modulated wave component, 50 (Hz) component / 270 (Hz) It is the value of the component, and for example, at 2.1 (° C.), it can be determined as in the following equation.

【0034】[0034]

【数1】 (Equation 1)

【0035】前記表1から明かなように、本発明に従う
光電圧センサ21では、温度変化に対する光学部品およ
び受光回路24などによる直流成分の変動の影響を変調
波を用いることによって除去しているので、比誤差εが
格段に改善されていることが理解される。これによっ
て、高精度な測定を行うことができるとともに、実際の
使用環境である、たとえば−20(℃)〜+80(℃)
の広い温度範囲で使用することができる。
As is clear from Table 1, in the optical voltage sensor 21 according to the present invention, the influence of the fluctuation of the DC component due to the optical components and the light receiving circuit 24 on the temperature change is eliminated by using the modulated wave. , It can be understood that the ratio error ε is significantly improved. Thereby, highly accurate measurement can be performed, and the actual use environment, for example, −20 (° C.) to +80 (° C.)
Can be used over a wide temperature range.

【0036】なお、ファラデー素子などの磁気光学素子
を用いて系統の電流を検知する光電流センサに関して
も、同様に実施可能であることは言うまでもない。ま
た、前記基本波成分および変調波成分の抽出には、前記
バンドパスフィルタに限らず、FFTなどの他の手法が
用いられてもよい。さらにまた、前記変調波の周波数
は、サンプリング定理から、系統周波数の2倍以上であ
ればよく、実用的には、系統の高調波の影響が少ない前
記6(kHz)程度が望ましい。
It is needless to say that a photocurrent sensor for detecting a system current using a magneto-optical element such as a Faraday element can be similarly implemented. Further, the extraction of the fundamental wave component and the modulated wave component is not limited to the band pass filter, and another method such as FFT may be used. Further, the frequency of the modulated wave may be at least twice the system frequency according to the sampling theorem, and practically, the above-mentioned frequency of about 6 (kHz), which is less affected by system harmonics, is desirable.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明に係る光電圧・光電流センサは、
以上のように、電気光学素子または磁気光学素子を用い
て電力系統の電圧または電流をそれぞれ測定するにあた
って、発光素子から前記電気光学素子または磁気光学素
子に入射される光を、測定すべき電圧または電流の系統
周波数の2倍以上の周波数の変調光とし、受光素子の出
力はその系統周波数の成分を変調周波数の成分で除算す
る。
The optical voltage / current sensor according to the present invention comprises:
As described above, when measuring the voltage or current of the power system using the electro-optical element or the magneto-optical element, respectively, the light incident on the electro-optical element or the magneto-optical element from the light emitting element, the voltage to be measured or Modulated light having a frequency that is at least twice the system frequency of the current is used, and the output of the light receiving element divides the system frequency component by the modulation frequency component.

【0038】それゆえ、光学部品および電気回路におい
て温度によって発生する直流成分の変動が除去され、前
記測定すべき電圧または電流を高精度に測定することが
できるとともに、広い温度範囲で使用することができ
る。
Therefore, the fluctuation of the DC component caused by the temperature in the optical component and the electric circuit can be removed, and the voltage or current to be measured can be measured with high accuracy, and it can be used in a wide temperature range. it can.

【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】図1で示す光電圧センサの動作を説明するため
の波形図である。
FIG. 2 is a waveform chart for explaining the operation of the optical voltage sensor shown in FIG.

【図3】図1で示す光電圧センサによる温度特性の改善
効果を検証するための本件発明者の試験装置のブロック
図である。
FIG. 3 is a block diagram of a test apparatus of the present inventor for verifying an improvement effect of a temperature characteristic by the optical voltage sensor shown in FIG.

【図4】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. 4 is a block diagram showing a configuration of a typical conventional optical voltage sensor.

【図5】電気光学効果による偏光形状の変化を説明する
ための図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in polarization shape due to an electro-optic effect.

【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 27 電気光学素子 28 偏検光子 29 印加電源 31 発光ダイオード(発光素子) 32 直流電源(駆動回路) 33 発振回路(駆動回路) 34 変調回路(駆動回路) 41 フォトダイオード(受光素子) 42 増幅回路 43 信号処理回路 44 基本波フィルタ 45 変調波フィルタ 46 整流回路 47 除算器 51 発振器 52 アンプ 53 光ファイバ 55 波形分析器 56 比誤差試験器 58 恒温槽 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 27 electro-optical element 28 polarization detector 29 applied power supply 31 light emitting diode (light emitting element) 32 DC power supply (drive circuit) 33 oscillation circuit (Drive circuit) 34 Modulation circuit (Drive circuit) 41 Photodiode (light receiving element) 42 Amplification circuit 43 Signal processing circuit 44 Basic wave filter 45 Modulation wave filter 46 Rectifier circuit 47 Divider 51 Oscillator 52 Amplifier 53 Optical fiber 55 Waveform analyzer 56 Ratio error tester 58 Thermostat

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発光素子から出力された光を電気光学素子
または磁気光学素子を備えるセンサ部へ入射し、受光素
子で検知された前記電気光学素子または磁気光学素子の
電界または磁界に対応した透過光量から、電力系統の電
圧または電流をそれぞれ測定するようにした光電圧・光
電流センサにおいて、 前記発光素子を前記電力系統の系統周波数の2倍以上の
周波数の変調波で駆動する駆動回路と、 前記受光素子の出力から、前記系統周波数の成分を抽出
する基本波フィルタと、 前記受光素子の出力から、前記変調波の周波数の成分を
抽出する変調波フィルタと、 前記変調波フィルタの出力を整流・平滑化する整流回路
と、 前記基本波フィルタの出力を前記整流回路の出力で除算
する除算回路とを含むことを特徴とする光電圧・光電流
センサ。
1. A light output from a light-emitting element is incident on a sensor unit having an electro-optical element or a magneto-optical element, and transmitted according to an electric field or a magnetic field of the electro-optical element or the magneto-optical element detected by a light receiving element. In a light voltage / current sensor configured to measure a voltage or a current of a power system from a light amount, a driving circuit that drives the light emitting element with a modulated wave having a frequency equal to or more than twice a system frequency of the power system, A fundamental wave filter that extracts the system frequency component from the output of the light receiving element; a modulation wave filter that extracts the frequency component of the modulation wave from the output of the light receiving element; and rectifies the output of the modulation wave filter. A rectifying circuit for smoothing; and a dividing circuit for dividing an output of the fundamental wave filter by an output of the rectifying circuit. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100301572B1 (en) * 1999-04-28 2001-09-26 김영수 an optoelectronic switch
JP2014190879A (en) * 2013-03-27 2014-10-06 Takaoka Toko Co Ltd Optical fiber current sensor

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