JPH10132864A - Photo voltage sensor - Google Patents

Photo voltage sensor

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JPH10132864A
JPH10132864A JP8307313A JP30731396A JPH10132864A JP H10132864 A JPH10132864 A JP H10132864A JP 8307313 A JP8307313 A JP 8307313A JP 30731396 A JP30731396 A JP 30731396A JP H10132864 A JPH10132864 A JP H10132864A
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JP
Japan
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voltage
pockels
pbs
capacitance
light
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Application number
JP8307313A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsu Yonezawa
龍 米澤
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To directly measure a high voltage without using a voltage-dividing capacitors and without losing a linearity by providing an electrode for applying a voltage to a crystal member used as a Pockels element and forming another capacitance between electrodes. SOLUTION: Light entering an optical fiber 1 is collimated into parallel light by a focusing lens 10, only a linear polarization in one direction is reflected by a polarization beam splitter(PBS) 12 and is inputted to a 1/4 wavelength plate 16 as a circular polarization. A voltage is applied between transparent electrode films 18 and 20, and circular polarization is supplied to Pockels elements 14 and 15 and is supplied to a PBS 13 as an elliptical polarization that is proportional to the application voltage. The application voltage to the Pockels elements 14 and 15 is divided by its own capacitance and the capacitance of the space between them, the output linearity of the Pockets elements 14 and 15 cannot be lost even if a high voltage is applied, and also a sufficient withstand voltage is achieved. The elliptical polarization supplied to the PBS 13 reflects only the linear polarization constituent in one direction and is applied to an optical fiber 3 by a focusing lens 11, thus emitting intensity-modulated light.

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、光ファイバ技術を
利用して電圧を検出する光電圧センサに関し、特に、分
圧コンデンサを必要としない構成で直線性や耐圧を損な
わずに高電圧を直接に測定することができる安価な光電
圧センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical voltage sensor for detecting a voltage using an optical fiber technology, and more particularly, to a configuration in which a voltage dividing capacitor is not required and a high voltage is directly applied without impairing linearity or withstand voltage. The present invention relates to an inexpensive optical voltage sensor that can be measured quickly.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、光ファイバ技術を利用したセン
サとしてポッケルス効果を利用した光電圧センサが知ら
れている。図5は、従来の光電圧センサの概略構成を示
す図である。図5に示す様に、この光電圧センサは、第
1の光ファイバ1に接続された偏光子2と、第2の光フ
ァイバ3に接続された検光子4と、上記偏光子2と検光
子4との間に配設された1/4波長板5およびBSO
(Bi12SiO20)ポッケルス素子6とを有している。
そして、上記BSOポッケルス素子6は、BSO(Bi
12SiO20)単結晶7の両面に透明電極膜8、9を設
け、その透明電極膜8、9間に電圧を印加する様になっ
ている。上記従来の光電圧センサにおいて、上記偏光子
2は、上記第1の光ファイバ1を通って来た光を直線偏
光に変え、上記1/4波長板5はπ/4の位相差を与
え、直線偏光を円偏光に変換する。そして、上記BSO
単結晶7の両面に設けた透明電極膜8、9間に電圧を加
えると、上記BSO単結晶7の二軸<011>と<01
1>との間に屈折率差が発生し、入射した円偏光が楕円
偏光に変わる。この屈折率差が電界によってリニアに変
わる現象がいわゆるポッケルス効果であり、楕円偏光に
変換された光が上記検光子4を通過すると無電圧(円偏
光)の時に比べて透過光の強度が変化する。すなわち、
上記電極8、9間に加えた電圧によって透過光の強さを
振幅変調することになる。従って、電圧の変化を光量の
変化として得ることができる。上記振幅変調の原理を示
すと図6の様になる。ここで、入力電圧が交流の場合、
直流光Pdcに交流分Pacが重畳することになる。こ
の振幅変調の特性は下記の(1)〜(4)式で表わせ
る。 P=Po(1÷m) (1) m=π・V/Vπ・f(V) (2) f(V)=[sin{G(V)}]/G(V) (3) G(V)=√(πV/Vπ)2 ÷(2θ0 d)2 (4) ここで、VはBSO単結晶に加えた電圧、Vπは半波長
電圧と言われる材料固有の定数、θ0 は自然旋光能であ
る。0.87μmの波長をBSO単結晶に適用した場合
はVπは6800Vそしてθ0 は10.5°/mmとな
る。
2. Description of the Related Art An optical voltage sensor utilizing the Pockels effect is generally known as a sensor utilizing optical fiber technology. FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional optical voltage sensor. As shown in FIG. 5, the optical voltage sensor includes a polarizer 2 connected to a first optical fiber 1, an analyzer 4 connected to a second optical fiber 3, the polarizer 2 and the analyzer. 4 wavelength plate 5 and BSO disposed between
(Bi 12 SiO 20 ) Pockels element 6.
The BSO Pockels element 6 is connected to the BSO (Bi
Transparent electrode films 8 and 9 are provided on both surfaces of a 12 SiO 20 ) single crystal 7, and a voltage is applied between the transparent electrode films 8 and 9. In the conventional optical voltage sensor, the polarizer 2 changes the light that has passed through the first optical fiber 1 into linearly polarized light, the quarter-wave plate 5 gives a phase difference of π / 4, Converts linearly polarized light to circularly polarized light. And the BSO
When a voltage is applied between the transparent electrode films 8 and 9 provided on both surfaces of the single crystal 7, the two axes <011> and <011> of the BSO single crystal 7 are applied.
1>, the incident circularly polarized light is changed to elliptically polarized light. The phenomenon in which the refractive index difference changes linearly with the electric field is the so-called Pockels effect. When the light converted into the elliptically polarized light passes through the analyzer 4, the intensity of the transmitted light changes as compared with when there is no voltage (circularly polarized light). . That is,
The intensity of the transmitted light is amplitude-modulated by the voltage applied between the electrodes 8 and 9. Therefore, a change in voltage can be obtained as a change in light amount. FIG. 6 shows the principle of the amplitude modulation. Here, if the input voltage is AC,
The AC component Pac is superimposed on the DC light Pdc. The characteristics of the amplitude modulation can be expressed by the following equations (1) to (4). P = Po (1 @ m) (1) m = .pi.V / V.pi.f (V) (2) f (V) = [sin {G (V)}] / G (V) (3) G ( V) = {(πV / Vπ) 2 } (2θ 0 d) 2 (4) where V is the voltage applied to the BSO single crystal, Vπ is a material-specific constant called half-wave voltage, and θ 0 is natural Optical rotation. When a wavelength of 0.87 μm is applied to a BSO single crystal, Vπ is 6800 V and θ 0 is 10.5 ° / mm.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように光
電圧センサは光学部品と光ファイバにより電圧を検出す
るため絶縁性に優れているが、下記の理由により、高電
圧、例えば6.6KV高圧配電線の電圧を直接計ること
はできなかった。 (1)電圧が高すぎてセンサの直線性が悪くなる。 (2)センサ内のBSO単結晶7の表面の透明電極8、
9間で耐圧が取れず放電してしまう。 上記(1)の直線性の問題について述べると、電圧を計
測するポッケルス素子としては一般的にBi12SiO20
単結晶、Bi12GeO20単結晶、LiNbO3単結晶が
多く用いられているが、これらは高電圧を計測する用途
では結晶の半波長電圧が低い(Bi12SiO20の波長8
70nmで半波長電圧=6800(V))ため、6.6
KV高圧配電線の電圧計測では電圧の計測出力の直線性
が悪くなる。即ち、上記図6の原理を示したグラフから
明らかな様に、センサ入力電圧に比例して透過光強度は
sin曲線上で示されるので、入力電圧が大きくなると
出力の直線性が悪くなり波形歪みが生じる。また、上記
(2)の耐圧の問題について述べると、図8に示す様
に、光センサ内のBSO単結晶7の表面には透明電極膜
8、9を作るが、印加電圧が高い場合、その電極膜8、
9間で放電してしまう。そこで、図7に示す様に、光電
圧センサ入力を分圧コンデンサC1 、C2 で分圧して入
力電圧を低くすることにより十分な耐圧を実現する方法
が一般的に用いられている。
As described above, an optical voltage sensor is excellent in insulation because it detects a voltage with an optical component and an optical fiber, but has a high voltage, for example, 6.6 KV high voltage, for the following reasons. The distribution line voltage could not be measured directly. (1) The voltage is too high and the linearity of the sensor deteriorates. (2) the transparent electrode 8 on the surface of the BSO single crystal 7 in the sensor,
9 and discharge occurs due to insufficient withstand voltage. Regarding the problem of linearity (1), as a Pockels element for measuring voltage, Bi 12 SiO 20 is generally used.
Single crystals, Bi 12 GeO 20 single crystals, and LiNbO 3 single crystals are often used. However, these materials have a low half-wavelength voltage of the crystal (Bi 12 SiO 20 having a wavelength of 8
Since the half-wave voltage at 70 nm = 6800 (V)), 6.6
In the voltage measurement of the KV high-voltage distribution line, the linearity of the voltage measurement output deteriorates. That is, as is clear from the graph showing the principle of FIG. 6, the transmitted light intensity is shown on a sin curve in proportion to the sensor input voltage. Occurs. Referring to the problem of the withstand voltage of the above (2), as shown in FIG. 8, transparent electrode films 8 and 9 are formed on the surface of the BSO single crystal 7 in the optical sensor. Electrode film 8,
Discharge occurs between 9 points. Therefore, as shown in FIG. 7, a method is generally used in which a sufficient withstand voltage is realized by dividing the input of the optical voltage sensor by the voltage dividing capacitors C 1 and C 2 to lower the input voltage.

【0004】図7において、光センサ入力電圧V2 は下
記(5)式にて表わされる。 (光センサ入力電圧)V2 ={C1 /(C1 +C2 )}×V1 (5) ここで、V1 :配電線線路電圧 V2 :光電圧センサ入力電圧 C1 :分圧コンデンサ容量(高圧側) C2 :分圧コンデンサ容量(低圧側) 以上の様に、直線性および耐圧の問題の解決策として従
来では分圧コンデンサを使用しているが、高圧側分圧コ
ンデンサは非常に高い耐電圧を必要とするため(電イン
パルス電圧に耐える必要がある。電インパルス電圧(電
線〜対地間)60KV程度)、温度特性が良いコンデン
サを作るのが困難となっていた。すなわち、高耐圧のコ
ンデンサは一般的にセラミックでできているが温度特性
が悪く、容量の安定度が悪い。また、高い耐圧のフィル
ム系コンデンサの直列接続による構成も考えられるが、
とても大きいものとなり現実的でない。また、コンデン
サの価格も高価であった。本発明は、上記事情に鑑みて
なされたものであって、分圧コンデンサを必要としない
構成で直線性や耐圧を損なわずに高電圧を直接に測定す
ることができる安価な光電圧センサを提供することを目
的とする。
In FIG. 7, the input voltage V 2 of the optical sensor is expressed by the following equation (5). (Optical sensor input voltage) V 2 = {C 1 / (C 1 + C 2 )} × V 1 (5) where V 1 : Distribution line voltage V 2 : Optical voltage sensor input voltage C 1 : Voltage dividing capacitor Capacitance (high voltage side) C 2 : Capacitance of voltage dividing capacitor (low voltage side) As described above, a voltage dividing capacitor is conventionally used as a solution to the problem of linearity and withstand voltage, but a high voltage side voltage dividing capacitor is very difficult. Therefore, it is difficult to produce a capacitor having good temperature characteristics because a high withstand voltage is required (it is necessary to withstand an electric impulse voltage; an electric impulse voltage (between electric wire and ground) of about 60 KV). That is, a capacitor with a high withstand voltage is generally made of ceramic, but has poor temperature characteristics and poor capacitance stability. In addition, a configuration using a series connection of film capacitors with high withstand voltage is also conceivable,
It is very large and unrealistic. Also, the price of the capacitor was expensive. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an inexpensive optical voltage sensor capable of directly measuring a high voltage without impairing linearity or withstand voltage by a configuration that does not require a voltage dividing capacitor. The purpose is to do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ポッケルス効果を利用して電圧の変化を
光量の変化として検出する光電圧センサにおいて、光を
透過させるポッケルス素子として用いられる結晶部材
と、上記結晶部材に印加電圧を加えるための電極と、上
記結晶部材により形成される第1の静電容量とは別の第
2の静電容量を形成するために上記電極間に形成された
誘電部材とを具備することを特徴とする。本発明の他の
特徴は、上記誘電部材が所定幅の空間から成ることであ
る。本発明の他の特徴は、上記誘電部材が、所定幅のガ
ラス部材から成ることである。本発明の他の特徴は、上
記第2の静電容量の値が上記第1の静電容量の値より大
きいことである。本発明の他の特徴は、上記結晶部材
が、Bi12SiO20(BSO)単結晶から成ることであ
る。
In order to achieve the above object, the present invention is used as a Pockels element for transmitting light in an optical voltage sensor for detecting a change in voltage as a change in the amount of light using the Pockels effect. A crystal member, an electrode for applying an applied voltage to the crystal member, and an electrode formed between the electrodes to form a second capacitance different from the first capacitance formed by the crystal member. And a dielectric member provided. Another feature of the present invention is that the dielectric member comprises a space having a predetermined width. Another feature of the present invention is that the dielectric member is made of a glass member having a predetermined width. Another feature of the present invention is that the value of the second capacitance is larger than the value of the first capacitance. Another feature of the present invention is that the crystal member is made of Bi 12 SiO 20 (BSO) single crystal.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した実施形態
に基づいて説明する。図1は、本発明による光電圧セン
サの一実施形態を示す構成図である。図1に示す様に、
この光電圧センサは、第1の光ファイバ1に接続された
第1の集光レンズ10と、第2の光ファイバ3に接続さ
れた第2の集光レンズ11と、上記第1の集光レンズ1
0からの光を入射する位置に配設された第1の偏光ビー
ムスプリッタ(PBS)12と、上記第2の集光レンズ
11へ光を出射する位置に配設された第2の偏光ビーム
スプリッタ(PBS)13と、上記第1および第2のP
BS12、13の間に配設された第1および第2のポッ
ケルス素子14、15と、上記第1のポッケルス素子1
4と第1のPBS12との間に配設された1/4波長板
16とを有している。そして、上記第1のポッケルス素
子14は、第1のBSO(Bi12SiO20)単結晶板1
7の上記第1のPBS12側に第1の透明電極膜18が
形成された構成となっており、上記第2のポッケルス素
子15は、第2のBSO(Bi12SiO20)単結晶板1
9の上記第2のPBS13側に第2の透明電極膜20が
形成された構成となっている。そして、上記第1のBS
O単結晶板17と第2のBSO単結晶板19との間は所
定の空間だけ隔てられており、上記第1の透明電極18
と第2の透明電極20との間に印加電圧が加えられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated embodiments. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the optical voltage sensor according to the present invention. As shown in FIG.
The optical voltage sensor includes a first condenser lens 10 connected to the first optical fiber 1, a second condenser lens 11 connected to the second optical fiber 3, and the first condenser lens. Lens 1
A first polarizing beam splitter (PBS) 12 disposed at a position where light from zero enters, and a second polarizing beam splitter disposed at a position where light is emitted to the second condenser lens 11 (PBS) 13 and the first and second P
First and second Pockels elements 14 and 15 disposed between the BSs 12 and 13 and the first Pockels element 1
4 and a 1/4 wavelength plate 16 provided between the first PBS 12. The first Pockels element 14 is formed of the first BSO (Bi 12 SiO 20 ) single crystal plate 1.
7, a first transparent electrode film 18 is formed on the first PBS 12 side, and the second Pockels device 15 includes a second BSO (Bi 12 SiO 20 ) single crystal plate 1.
9, a second transparent electrode film 20 is formed on the second PBS 13 side. And the first BS
The O single crystal plate 17 and the second BSO single crystal plate 19 are separated from each other by a predetermined space.
And an applied voltage between the second transparent electrode 20 and the second transparent electrode 20.

【0007】上記第1および第2のポッケルス素子1
4、15の電圧印加部分の等価回路を示すと図2の様に
なる。ここで、上記第1および第2のポッケルス素子1
4、15の静電容量をC1 、C3 とし、上記第1および
第2のポッケルス素子14、15間の空間(空気)によ
る静電容量をC2 とし、上記C1=C3とすると、上記
第1および第2のポッケルス素子14、15に印加され
る電圧2Voは、 2Vo={C2 /(C1 /2+C2 )}×V (6) となる。次に、上記構成の光電圧センサの動作について
説明する。上記第1の光ファイバ1へ光がランダム偏光
の状態で入射されると、上記第1の集光レンズ10で平
行光にされる。次に、上記第1の集光レンズ10からの
平行光は、上記第1のPBS12によって一方向の直線
偏光成分のみ上記1/4波長板16の方向へ反射され、
他の成分の光は透過される(反射光は直線偏光の状
態)。そして、上記第1のPBS12からの直線偏光は
上記1/4波長板16にて円偏光にされる(円偏光の状
態)。次に、上記第1および第2の透明電極膜18、2
0間に印加電圧が加えられている状態において、上記1
/4波長板16より円偏光が上記第1および第2のポッ
ケルス素子14、15に供給されると、上記円偏光は上
記第1および第2のポッケルス素子14、15において
上記印加電圧に比例した楕円偏光となり上記第2のPB
S13へ供給される。
The first and second Pockels elements 1
FIG. 2 shows an equivalent circuit of the voltage application portions 4 and 15. Here, the first and second Pockels elements 1
Assuming that the capacitances of 4 and 15 are C 1 and C 3 , the capacitance of the space (air) between the first and second Pockels elements 14 and 15 is C 2, and that C 1 = C 3, voltage 2Vo applied to the first and second Pockels cell 14, 15, 2Vo = {C 2 / ( C 1/2 + C 2)} a × V (6). Next, the operation of the optical voltage sensor having the above configuration will be described. When light is incident on the first optical fiber 1 in a state of random polarization, the light is collimated by the first condenser lens 10. Next, the parallel light from the first condenser lens 10 is reflected by the first PBS 12 in the direction of the quarter-wave plate 16 only in one direction of linearly polarized light component.
Light of other components is transmitted (reflected light is linearly polarized). The linearly polarized light from the first PBS 12 is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 16 (state of circularly polarized light). Next, the first and second transparent electrode films 18, 2
In the state where the applied voltage is applied during 0,
When circularly polarized light is supplied from the お よ び wavelength plate 16 to the first and second Pockels elements 14 and 15, the circularly polarized light is proportional to the applied voltage in the first and second Pockels elements 14 and 15. The second PB becomes elliptically polarized light.
It is supplied to S13.

【0008】ここで、上記第1および第2のポッケルス
素子14、15に印加される印加電圧は、図2に示す様
に、上記第1および第2のポッケルス素子14、15の
静電容量C1 、C3 および上記第1および第2のポッケ
ルス素子14、15間の空間(空気)による静電容量C
2 により分圧される。なお、上記静電容量の比は、C1
+C3 <C2 となっている。従って、上記印加電圧が高
電圧の場合でも、上記ポッケルス素子14、15には分
圧された電圧が印加されるので、光電圧センサの出力特
性の直線性が損なわれることがない。また、図1に示す
様に、上記第1および第2の透明電極膜18、20の間
の距離D1は、上記第1および第2のBSO単結晶板1
7、19のそれぞれの幅と上記第1および第2のBSO
単結晶板17、19間の空間の幅とを加えた幅となるの
で、印加電圧が高電圧の場合でも十分な耐圧が得られ
る。次に、上記第2のPBS13へ供給された楕円偏光
は、上記第2のPBS13にて一方向の直線偏光成分の
み上記第2の集光レンズ11方向に反射され、その他の
成分光は透過される。そして、上記第2のPBS13か
らの直線偏光は、上記第2の集光レンズ11で上記第2
の光ファイバ3に入射され、上記第2の光ファイバ3よ
り強度変調された光が出射される。
The voltage applied to the first and second Pockels elements 14 and 15 is, as shown in FIG. 2, the capacitance C of the first and second Pockels elements 14 and 15. 1 , C 3 and the capacitance C due to the space (air) between the first and second Pockels elements 14, 15
It is divided by two . Note that the above capacitance ratio is C 1
+ C 3 <C 2 . Therefore, even if the applied voltage is a high voltage, the divided voltage is applied to the Pockels elements 14 and 15, so that the linearity of the output characteristics of the optical voltage sensor is not impaired. As shown in FIG. 1, the distance D1 between the first and second transparent electrode films 18 and 20 is equal to the distance between the first and second BSO single crystal plates 1 and 2.
7 and 19 and the first and second BSOs
Since the width is the sum of the width of the space between the single crystal plates 17 and 19, a sufficient withstand voltage can be obtained even when the applied voltage is high. Next, the elliptically polarized light supplied to the second PBS 13 is reflected by the second PBS 13 in the direction of the second condenser lens 11 while only the linearly polarized light component in one direction is transmitted, and the other component light is transmitted. You. Then, the linearly polarized light from the second PBS 13 is transmitted to the second condenser lens 11 by the second condenser lens 11.
And the intensity-modulated light is emitted from the second optical fiber 3.

【0009】次に、図3および図4を参照して本発明に
よる光電圧センサの第2実施形態について説明する。図
3は、本発明による光電圧センサの第2実施形態の構成
図であり、図4は、図3に示すポッケルス素子の電圧印
加部分の等価回路を示す図である。図3に示す様に、こ
の光電圧センサは、第1の光ファイバ1に接続された第
1の集光レンズ10と、第2の光ファイバ3に接続され
た第2の集光レンズ11と、上記第1の集光レンズ10
からの光を入射する位置に配設された第1の偏光ビーム
スプリッタ(PBS)12と、上記第2の集光レンズ1
1へ光を出射する位置に配設された第2の偏光ビームス
プリッタ(PBS)13と、上記第1および第2のPB
S12、13の間に配設されたポッケルス素子21と、
上記ポッケルス素子21と第1のPBS12との間に配
設された1/4波長板16とを有している。
Next, a second embodiment of the optical voltage sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the optical voltage sensor according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a voltage application portion of the Pockels element illustrated in FIG. As shown in FIG. 3, the optical voltage sensor includes a first condenser lens 10 connected to the first optical fiber 1 and a second condenser lens 11 connected to the second optical fiber 3. , The first condenser lens 10
A first polarizing beam splitter (PBS) 12 disposed at a position where light from
1, a second polarizing beam splitter (PBS) 13 disposed at a position where light is emitted to the first and second PBs.
A Pockels element 21 disposed between S12 and S13,
A quarter-wave plate 16 is provided between the Pockels element 21 and the first PBS 12.

【0010】上記ポッケルス素子21は、BSO(Bi
12SiO20)単結晶板22の上記第1のPBS12側に
第1の透明電極膜23が形成され、上記BSO単結晶板
22の第2のPBS13側に所定厚のガラス部材24を
介して第2の透明電極膜25が形成された構成となって
いる。第1の透明電極膜23と第2の透明電極膜25と
の間に印加電圧が加えられる。上記ポッケルス素子21
の電圧印加部分の等価回路を示すと図4の様になる。こ
こで、上記ポッケルス素子21の静電容量をC4 とし、
上記ガラス部材24の静電容量をC5 とすると、上記ポ
ッケルス素子21に印加される電圧Voは、 Vo={C5 /(C4 +C5 )}×V (7) となる。
The Pockels element 21 is a BSO (Bi
A first transparent electrode film 23 is formed on the side of the first PBS 12 of the 12 SiO 20 ) single crystal plate 22, and a first transparent electrode film 23 is formed on the side of the second PBS 13 of the BSO single crystal plate 22 via a glass member 24 having a predetermined thickness. In this configuration, two transparent electrode films 25 are formed. An applied voltage is applied between the first transparent electrode film 23 and the second transparent electrode film 25. The Pockels element 21
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the voltage application portion. Here, the capacitance of the Pockels element 21 is C 4 ,
Assuming that the capacitance of the glass member 24 is C 5 , the voltage Vo applied to the Pockels element 21 is as follows: Vo = {C 5 / (C 4 + C 5 )} × V (7)

【0011】次に、上記構成の光電圧センサの動作につ
いて説明する。上記第1の光ファイバ1へ光がランダム
偏光の状態で入射されると、上記第1の集光レンズ10
で平行光にされる。次に、上記第1の集光レンズ10か
らの平行光は、上記第1のPBS12によって一方向の
直線偏光成分のみ上記1/4波長板16の方向へ反射さ
れ、他の成分の光は透過される(反射光は直線偏光の状
態)。そして、上記第1のPBS12からの直線偏光は
上記1/4波長板16にて円偏光にされる(円偏光の状
態)。次に、上記第1および第2の透明電極膜23、2
5間に印加電圧が加えられている状態において、上記1
/4波長板16より円偏光が上記ポッケルス素子21に
供給されると、上記円偏光は上記ポッケルス素子21に
おいて上記印加電圧に比例した楕円偏光となり上記第2
のPBS13へ供給される。ここで、上記ポッケルス素
子21に印加される印加電圧は、図4に示す様に、上記
ポッケルス素子21の静電容量C4 および上記ガラス部
材24の静電容量C5 により分圧される。なお、上記静
電容量の比は、C4 <C5 となっている。従って、上記
印加電圧が高電圧の場合でも、上記ポッケルス素子21
には分圧された電圧が印加されるので、光電圧センサの
出力特性の直線性が損なわれることがない。また、図3
に示す様に、上記第1および第2の透明電極膜23、2
5の間の距離D3は、上記BSO単結晶板22の幅と上
記ガラス部材24の幅とを加えた幅となるので、印加電
圧が高電圧の場合でも十分な耐圧が得られる。次に、上
記第2のPBS13へ供給された楕円偏光は、上記第2
のPBS13にて一方向の直線偏光成分のみ第2の集光
レンズ11方向に反射され、その他の成分光は透過され
る。そして、上記第2のPBS13からの直線偏光は、
上記第2の集光レンズ11で上記第2の光ファイバ3に
入射され、上記第2の光ファイバ3より強度変調された
光が出射される。
Next, the operation of the optical voltage sensor having the above configuration will be described. When light enters the first optical fiber 1 in a state of random polarization, the first condensing lens 10
Is collimated. Next, the parallel light from the first condenser lens 10 is reflected by the first PBS 12 in the direction of the quarter-wave plate 16 while only the linearly polarized light component in one direction is transmitted, and the light of the other components is transmitted. (Reflected light is in a state of linearly polarized light). The linearly polarized light from the first PBS 12 is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 16 (state of circularly polarized light). Next, the first and second transparent electrode films 23, 2
5 while the applied voltage is applied between
When circularly polarized light is supplied from the ポ wavelength plate 16 to the Pockels element 21, the circularly polarized light becomes elliptically polarized light in the Pockels element 21 in proportion to the applied voltage.
To the PBS 13. Here, the voltage applied to the Pockels cell 21, as shown in FIG. 4, it is divided by the electrostatic capacitance C 5 of the capacitance C 4 and the glass member 24 of the Pockels element 21. Note that the ratio of the capacitances is C 4 <C 5 . Therefore, even when the applied voltage is a high voltage, the Pockels element 21
Is applied with a divided voltage, so that the linearity of the output characteristics of the optical voltage sensor is not impaired. FIG.
As shown in the figure, the first and second transparent electrode films 23, 2
5 is the sum of the width of the BSO single crystal plate 22 and the width of the glass member 24, so that a sufficient withstand voltage can be obtained even when the applied voltage is high. Next, the elliptically polarized light supplied to the second PBS 13 is applied to the second PBS 13.
The PBS 13 reflects only the linearly polarized light component in one direction toward the second condenser lens 11 and transmits the other component light. Then, the linearly polarized light from the second PBS 13 is
The light is incident on the second optical fiber 3 by the second condenser lens 11, and the light whose intensity is modulated is emitted from the second optical fiber 3.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の光電圧セン
サは、高電圧(例えば6.6KV配電線電圧)を直接計
測できる構成としたので、分圧コンデンサや絶縁トラン
スを必要とせず、計測器側と十分な絶縁性を保つことが
できる。また、ポッケルス効果を利用しているので周波
数特性が良い。電極間距離、分圧に使用する絶縁物によ
り耐電圧を容易に変えることができ、高電圧の計測が可
能となり、分圧コンデンサや絶縁トランス、計測用トラ
ンスを必要としないので、使用する組み合わせの温度特
性に注意する必要が無くなる。更に、分圧コンデンサの
役割が光電圧センサ内に取り込まれ、絶縁トランスを必
要としないのでトータルで安価となる。
As described above, the optical voltage sensor of the present invention has a configuration capable of directly measuring a high voltage (for example, a 6.6 KV distribution line voltage), and therefore does not require a voltage dividing capacitor or an insulating transformer. Sufficient insulation from the measuring instrument can be maintained. Further, since the Pockels effect is used, the frequency characteristics are good. The withstand voltage can be easily changed by the insulator used for the distance between the electrodes and the voltage division, high voltage measurement is possible, and no voltage dividing capacitor, insulation transformer, or measurement transformer is required. There is no need to pay attention to the temperature characteristics. Further, the role of the voltage dividing capacitor is incorporated in the optical voltage sensor, and the cost is totally reduced because an insulating transformer is not required.

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

【図1】本発明による光電圧センサの一実施形態を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of an optical voltage sensor according to the present invention.

【図2】図1に示した第1および第2のポッケルス素子
の電圧印加部分の等価回路を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a voltage application portion of the first and second Pockels elements shown in FIG.

【図3】本発明による光電圧センサの第2実施形態の構
成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of an optical voltage sensor according to the present invention.

【図4】図3に示すポッケルス素子の電圧印加部分の等
価回路を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a voltage application portion of the Pockels device shown in FIG. 3;

【図5】従来の光電圧センサの概略構成を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional optical voltage sensor.

【図6】図5に示した光電圧センサの振幅変調の原理を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of amplitude modulation of the optical voltage sensor illustrated in FIG.

【図7】分圧コンデンサを用いた光電圧センサの構成図
である。
FIG. 7 is a configuration diagram of an optical voltage sensor using a voltage dividing capacitor.

【図8】図5に示した光電圧センサの耐圧の問題を示す
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a problem of the withstand voltage of the optical voltage sensor shown in FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の光ファイバ、 2…偏光
子、3…第2の光ファイバ、 4…検
光子、5、16…1/4波長板、6、14、15、21
…ポッケルス素子、 7…BSO単結晶、8、9、1
8、20、23、25…透明電極膜、10…第1の集光
レンズ、 11…第2の集光レンズ、1
2…第1の偏光ビームスプリッタ、13…第2の偏光ビ
ームスプリッタ、17、19、22…BSO単結晶板、
24…ガラス部材、
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st optical fiber, 2 ... Polarizer, 3 ... 2nd optical fiber, 4 ... Analyzer, 5, 16 ... 1/4 wavelength plate, 6, 14, 15, 21
... Pockels element, 7 ... BSO single crystal, 8, 9, 1
8, 20, 23, 25: transparent electrode film, 10: first condenser lens, 11: second condenser lens, 1
2 ... first polarizing beam splitter, 13 ... second polarizing beam splitter, 17, 19, 22 ... BSO single crystal plate,
24 ... glass member,

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポッケルス効果を利用して電圧の変化を
光量の変化として検出する光電圧センサであって、光を
透過させるポッケルス素子として用いられる結晶部材
と、上記結晶部材に印加電圧を加えるための電極と、上
記結晶部材により形成される第1の静電容量とは別の第
2の静電容量を形成するために上記電極間に形成された
誘電部材とを具備することを特徴とする光電圧センサ。
1. An optical voltage sensor for detecting a change in voltage as a change in the amount of light using the Pockels effect, comprising: a crystal member used as a Pockels element that transmits light; and a voltage member for applying an applied voltage to the crystal member. And a dielectric member formed between the electrodes to form a second capacitance different from the first capacitance formed by the crystal member. Optical voltage sensor.
【請求項2】 上記誘電部材が所定幅の空間から成るこ
とを特徴とする請求項1に記載の光電圧センサ。
2. The optical voltage sensor according to claim 1, wherein said dielectric member comprises a space having a predetermined width.
【請求項3】 上記誘電部材が、所定幅のガラス部材か
ら成ることを特徴とする請求項1に記載の光電圧セン
サ。
3. The optical voltage sensor according to claim 1, wherein the dielectric member is made of a glass member having a predetermined width.
【請求項4】 上記第2の静電容量の値が上記第1の静
電容量の値より大きいことを特徴とする請求項1、2、
又は3に記載の光電圧センサ。
4. The method according to claim 1, wherein the value of the second capacitance is larger than the value of the first capacitance.
Or the optical voltage sensor according to 3.
【請求項5】 上記結晶部材が、Bi12SiO20(BS
O)単結晶から成ることを特徴とする請求項1、2、
3、又は4に記載の光電圧センサ。
5. The method according to claim 1, wherein the crystal member is Bi 12 SiO 20 (BS
O) A single crystal, characterized in that it comprises a single crystal.
3. The optical voltage sensor according to 3 or 4.
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