JPH10197570A - 光ファイバ電流計測装置 - Google Patents
光ファイバ電流計測装置Info
- Publication number
- JPH10197570A JPH10197570A JP9004648A JP464897A JPH10197570A JP H10197570 A JPH10197570 A JP H10197570A JP 9004648 A JP9004648 A JP 9004648A JP 464897 A JP464897 A JP 464897A JP H10197570 A JPH10197570 A JP H10197570A
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- JP
- Japan
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- light
- optical fiber
- fiber
- analyzer
- light receiving
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- Pending
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 45度光学的バイアスを加えずに簡便な構造
で高精度な電流計測ができるようにする。 【解決手段】 光源1から発せられた光は、ファイバカ
ップラ2によって2光路に分離され、一方の光は検光子
部10に導かれ、他方の光は受光素子7に導かれる。検
光子部10に入射した光は線偏光に整形される。その直
線偏光がセンシングファイバ3中を往復しファラデー回
転を受ける。センシングファイバ3からの出射光は、検
光子部10で、0度と90度と方向の偏光成分に分けら
れ、90度方向の偏光成分は、受光ファイバ6に入射す
る。2つの受光素子7,8から検出された電気信号は演
算機構20に送られる。演算機構20において、2つの
受光素子で測定された光強度の比に基づいた演算が行わ
れ、導体4の中を流れる電流が計算される。
で高精度な電流計測ができるようにする。 【解決手段】 光源1から発せられた光は、ファイバカ
ップラ2によって2光路に分離され、一方の光は検光子
部10に導かれ、他方の光は受光素子7に導かれる。検
光子部10に入射した光は線偏光に整形される。その直
線偏光がセンシングファイバ3中を往復しファラデー回
転を受ける。センシングファイバ3からの出射光は、検
光子部10で、0度と90度と方向の偏光成分に分けら
れ、90度方向の偏光成分は、受光ファイバ6に入射す
る。2つの受光素子7,8から検出された電気信号は演
算機構20に送られる。演算機構20において、2つの
受光素子で測定された光強度の比に基づいた演算が行わ
れ、導体4の中を流れる電流が計算される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ中を伝搬
する直線偏光の偏波面がファラデー効果によって回転す
る原理を利用した光ファイバ電流計測装置に関し、特に
変電設備、送電設備などの高電圧設備における電流計測
に特に好適に用いられる光ファイバ電流計測装置に関す
る。
する直線偏光の偏波面がファラデー効果によって回転す
る原理を利用した光ファイバ電流計測装置に関し、特に
変電設備、送電設備などの高電圧設備における電流計測
に特に好適に用いられる光ファイバ電流計測装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】電流の測定方法として、光ファイバを伝
搬する光の偏波面が磁界の作用により回転するというフ
ァラデー効果を利用した方法が知られている。ファラデ
ー効果を有する光ファイバを用いることにより電流計測
器の大幅な小型化や軽量化が図れる。
搬する光の偏波面が磁界の作用により回転するというフ
ァラデー効果を利用した方法が知られている。ファラデ
ー効果を有する光ファイバを用いることにより電流計測
器の大幅な小型化や軽量化が図れる。
【0003】そのような光ファイバ電流計測装置の構成
としては、大きく分けて以下の2種類の方式がある。第
1の方式は、光ファイバの一端から直線偏光を入射し、
光ファイバの他端から出射する光の偏波面の回転角度を
測定する方式である。これは、透過型と呼ばれている。
としては、大きく分けて以下の2種類の方式がある。第
1の方式は、光ファイバの一端から直線偏光を入射し、
光ファイバの他端から出射する光の偏波面の回転角度を
測定する方式である。これは、透過型と呼ばれている。
【0004】第2の方式は、光ファイバの一端から直線
偏光を入射し、その光を光ファイバの他端で反射させ、
戻ってきた光の偏波面の回転角度を測定する方式であ
る。これは、反射型と呼ばれている。
偏光を入射し、その光を光ファイバの他端で反射させ、
戻ってきた光の偏波面の回転角度を測定する方式であ
る。これは、反射型と呼ばれている。
【0005】反射型の光ファイバ電流計測装置の例とし
て、特開昭49−90973号公報に示されたものがあ
る。この例に示された光ファイバ電流計測装置では、光
ファイバの一端から光を入射し、他端に設けた膜によっ
て光を反射する。反射された光が同じ経路を戻り再び光
ファイバから出射されると、その光の光路をビームスプ
リッタによって曲げ、これを検光子によって検出する。
そして、検出された光のファラデー回転角を測定する。
て、特開昭49−90973号公報に示されたものがあ
る。この例に示された光ファイバ電流計測装置では、光
ファイバの一端から光を入射し、他端に設けた膜によっ
て光を反射する。反射された光が同じ経路を戻り再び光
ファイバから出射されると、その光の光路をビームスプ
リッタによって曲げ、これを検光子によって検出する。
そして、検出された光のファラデー回転角を測定する。
【0006】一般に光ファイバによる電流測定において
は、光ファイバの複屈折や光ファイバの変形による偏波
面方位の変化が測定誤差の原因となる。しかし、これら
は相反的現象であるので、光を光ファイバ内で往復させ
れば、入射光と出射光とで相殺される。これに対してフ
ァラデー効果は非相反的であるので光を光ファイバ内で
往復させることによりファラデー回転角は往路あるいは
復路だけの場合の2倍となる。したがって、反射型では
測定感度と測定精度が改善されるという長所がある。
は、光ファイバの複屈折や光ファイバの変形による偏波
面方位の変化が測定誤差の原因となる。しかし、これら
は相反的現象であるので、光を光ファイバ内で往復させ
れば、入射光と出射光とで相殺される。これに対してフ
ァラデー効果は非相反的であるので光を光ファイバ内で
往復させることによりファラデー回転角は往路あるいは
復路だけの場合の2倍となる。したがって、反射型では
測定感度と測定精度が改善されるという長所がある。
【0007】光ファイバによる電流計測方法には、セン
シングファイバからの出射光を分離する検光子の2つの
軸を−45度と+45度とに設定し、おのおのの軸方向
の成分の光強度I-45 、I+45 を測定する方法がある。
このとき光強度は、
シングファイバからの出射光を分離する検光子の2つの
軸を−45度と+45度とに設定し、おのおのの軸方向
の成分の光強度I-45 、I+45 を測定する方法がある。
このとき光強度は、
【0008】
【数1】
【0009】
【数2】 となる。ここで、Pは入力強度の半分の光強度、Fはフ
ァラデー回転角である。ここで
ァラデー回転角である。ここで
【0010】
【数3】 で定義されるSという量を求めれば、
【0011】
【数4】 となる。なお、Fには
【0012】
【数5】 という関係がある。ここで、Vはベルデ定数、Iは電流
値、Nは導体の周りの光ファイバの巻回数である。従っ
て、上記の式により電流値Iが求められる。この方式に
よれば、Sは入射光の強度に依存しないため光源の光強
度変動に影響を受けず、高精度な測定が可能である。
値、Nは導体の周りの光ファイバの巻回数である。従っ
て、上記の式により電流値Iが求められる。この方式に
よれば、Sは入射光の強度に依存しないため光源の光強
度変動に影響を受けず、高精度な測定が可能である。
【0013】すなわち、ファイバに入射する光強度の変
動の影響を除くためには、検光子の軸を入射偏波面に対
して45度に傾けること(以後「45度光学的バイア
ス」と呼ぶ)、及び検光子の軸方向の2つの偏光成分を
検出し、式(3)に基づく演算処理を行う必要があっ
た。
動の影響を除くためには、検光子の軸を入射偏波面に対
して45度に傾けること(以後「45度光学的バイア
ス」と呼ぶ)、及び検光子の軸方向の2つの偏光成分を
検出し、式(3)に基づく演算処理を行う必要があっ
た。
【0014】これらの要請は、透過型、反射型の双方に
共通する要請であるが、反射型ではセンシングファイバ
への入射光とセンシングファイバからの出射光が同一光
路に重なることから、入射光と出射光とを分離するとと
もに両者の間に45度光学的バイアスを加えなければな
らない。
共通する要請であるが、反射型ではセンシングファイバ
への入射光とセンシングファイバからの出射光が同一光
路に重なることから、入射光と出射光とを分離するとと
もに両者の間に45度光学的バイアスを加えなければな
らない。
【0015】上記の必要から、例えば「Electronic Cur
rent Sensors Employing Spun Highly Birefringent Op
tical Fibers, Journal of Lightwave Technology, Vo
l.7No.12, 2084(1989) 」(Richard I. Laming and Davi
d N. Payne)では、入射光を45度方向調整した偏光子
を通して45度方向の偏波面を持つ直線偏光をセンシン
グファイバに入射し、ファイバからの出射光の光路をビ
ームスプリッタで曲げ、0度、90度方向の軸を持つ検
光子で2つの偏光成分を検出している。そして、検出し
た偏光成分に基づき、式(3)に従って信号処理を行い
電流値に換算している。
rent Sensors Employing Spun Highly Birefringent Op
tical Fibers, Journal of Lightwave Technology, Vo
l.7No.12, 2084(1989) 」(Richard I. Laming and Davi
d N. Payne)では、入射光を45度方向調整した偏光子
を通して45度方向の偏波面を持つ直線偏光をセンシン
グファイバに入射し、ファイバからの出射光の光路をビ
ームスプリッタで曲げ、0度、90度方向の軸を持つ検
光子で2つの偏光成分を検出している。そして、検出し
た偏光成分に基づき、式(3)に従って信号処理を行い
電流値に換算している。
【0016】すなわち反射型の構成ではセンシングファ
イバの入射端は戻ってきた光の出射端でもある。そこ
で、入射光と出射光とを分離する必要があり、上記の例
ではビームスプリッタを用いて分離している。
イバの入射端は戻ってきた光の出射端でもある。そこ
で、入射光と出射光とを分離する必要があり、上記の例
ではビームスプリッタを用いて分離している。
【0017】ところが、ビームスプリッタは直線偏光の
P波とS波との反射率が異なるため、ビームスプリッタ
で直線偏光が反射する際に、反射光の偏波面が回転す
る。その結果、正確なファラデー回転角を測定すること
ができなくなる。つまり、ビームスプリッタで入射光と
出射光とを分離することは、測定精度を低下させる原因
となる。
P波とS波との反射率が異なるため、ビームスプリッタ
で直線偏光が反射する際に、反射光の偏波面が回転す
る。その結果、正確なファラデー回転角を測定すること
ができなくなる。つまり、ビームスプリッタで入射光と
出射光とを分離することは、測定精度を低下させる原因
となる。
【0018】そこで、特開平6−337275号公報に
開示された方式では、ビームスプリッタによって分けら
れた出射光の光路に位相補償器を追加している。図14
は位相補償器を用いた光ファイバ電流計測装置を示す図
である。この例では、位相補償器として透過補償板が用
いられている。送光ファイバ81から出射した光は、コ
リメータレンズ82と偏光子83を通り直線偏光とな
る。その直線偏光がビームスプリッタ84、コリメータ
レンズ85を通りセンシングファイバ86に入射する。
その直線偏光は反射ミラー87で反射し、センシングフ
ァイバ86から出射する。この際、直線偏光には、導体
88を流れる電流によるファラデー回転角が加えられて
いる。センシングファイバ86から出射された反射光
は、ビームスプリッタ84で反射し偏波面が回転する。
その偏波面の回転が透過補償板89を通過する際にもと
にもどされ、検光子90で2つの偏光成分に分離され
る。分離された2つの偏光成分は、それぞれコリメータ
レンズ91,92を通り、受光ファイバ93,94に入
射する。これにより、2つの偏光成分が検出される。
開示された方式では、ビームスプリッタによって分けら
れた出射光の光路に位相補償器を追加している。図14
は位相補償器を用いた光ファイバ電流計測装置を示す図
である。この例では、位相補償器として透過補償板が用
いられている。送光ファイバ81から出射した光は、コ
リメータレンズ82と偏光子83を通り直線偏光とな
る。その直線偏光がビームスプリッタ84、コリメータ
レンズ85を通りセンシングファイバ86に入射する。
その直線偏光は反射ミラー87で反射し、センシングフ
ァイバ86から出射する。この際、直線偏光には、導体
88を流れる電流によるファラデー回転角が加えられて
いる。センシングファイバ86から出射された反射光
は、ビームスプリッタ84で反射し偏波面が回転する。
その偏波面の回転が透過補償板89を通過する際にもと
にもどされ、検光子90で2つの偏光成分に分離され
る。分離された2つの偏光成分は、それぞれコリメータ
レンズ91,92を通り、受光ファイバ93,94に入
射する。これにより、2つの偏光成分が検出される。
【0019】ここで用いられている透過補償板は、透過
する光の角度に応じてP波とS波との透過率が変化す
る。従って、ビームスプリッタによって分けられた出射
光に対する透過補償板の角度を調整することにより、ビ
ームスプリッタで回転した偏波面をもとに戻すことがで
きる。
する光の角度に応じてP波とS波との透過率が変化す
る。従って、ビームスプリッタによって分けられた出射
光に対する透過補償板の角度を調整することにより、ビ
ームスプリッタで回転した偏波面をもとに戻すことがで
きる。
【0020】また、特開平7−248338号公報に
は、ビームスプリッタを用いずにファイバカップラによ
って出射光を分離する方式が開示されている。図15は
ファイバカップラによって出射光を分離する光ファイバ
電流計測装置を示す図である。この例では、光源101
から出射した光は偏光子102で直線偏光となる。その
直線偏光は、ファイバカップラ103を通り、さらに薄
膜型偏光子ユニット104内の偏光子104aを通った
後、センシングファイバ106に入射する。その直線偏
光は反射ミラー107で反射し、センシングファイバ1
06から出射する。この際、直線偏光は、導体108を
流れる電流によるファラデー回転角が加えられている。
また、センシングファイバ106の入口に設けられた永
久磁石105により、直線偏光には45度光学的バイア
スが印加されている。センシングファイバ106から出
射された反射光は、ファイバカップラ103により一部
が受光素子109へ送られる。そして、受光素子109
でその光量が電気信号に変えられる。
は、ビームスプリッタを用いずにファイバカップラによ
って出射光を分離する方式が開示されている。図15は
ファイバカップラによって出射光を分離する光ファイバ
電流計測装置を示す図である。この例では、光源101
から出射した光は偏光子102で直線偏光となる。その
直線偏光は、ファイバカップラ103を通り、さらに薄
膜型偏光子ユニット104内の偏光子104aを通った
後、センシングファイバ106に入射する。その直線偏
光は反射ミラー107で反射し、センシングファイバ1
06から出射する。この際、直線偏光は、導体108を
流れる電流によるファラデー回転角が加えられている。
また、センシングファイバ106の入口に設けられた永
久磁石105により、直線偏光には45度光学的バイア
スが印加されている。センシングファイバ106から出
射された反射光は、ファイバカップラ103により一部
が受光素子109へ送られる。そして、受光素子109
でその光量が電気信号に変えられる。
【0021】この方式によれば、ビームスプリッタを用
いていないため、センシングファイバからの出射光を分
離する際の偏光面の回転を考慮する必要がない。
いていないため、センシングファイバからの出射光を分
離する際の偏光面の回転を考慮する必要がない。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平6−3
37275号公報に開示された方式は、P波とS波との
反射率が異なることによる問題は低減されるが、位相補
償器は温度依存性が高いため、広範囲の温度領域での高
精度の測定は困難である。そのうえ、偏光子、ビームス
プリッタ、検光子、位相補償器を必要とするため、光学
系が複雑で大型になる。
37275号公報に開示された方式は、P波とS波との
反射率が異なることによる問題は低減されるが、位相補
償器は温度依存性が高いため、広範囲の温度領域での高
精度の測定は困難である。そのうえ、偏光子、ビームス
プリッタ、検光子、位相補償器を必要とするため、光学
系が複雑で大型になる。
【0023】一方、特開平7−248338号公報に開
示された方式は、偏光成分の片方の成分しか検出できな
いため、光源の光強度の影響を受けることが避けられず
高精度の測定が困難である。
示された方式は、偏光成分の片方の成分しか検出できな
いため、光源の光強度の影響を受けることが避けられず
高精度の測定が困難である。
【0024】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、45度光学的バイアスを加えずに簡便な構造
で高精度な電流計測が可能な光ファイバ電流計測装置を
提供することを目的とする。
のであり、45度光学的バイアスを加えずに簡便な構造
で高精度な電流計測が可能な光ファイバ電流計測装置を
提供することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、導体の周囲に巻かれた光ファイバの入出
射端から光を入射し、前記光ファイバの終端で反射して
戻ってきた反射光のファラデー回転角に基づいて、前記
導体を流れる電流を測定する光ファイバ電流計測装置に
おいて、光源に接続されており、光源の光強度を一定の
比率で2光路に分離し、分離された一方の光を前記光フ
ァイバ側へ送るとともに、分離された他方の光を第1の
受光素子へ送る光学部品と、前記光学部品と前記光ファ
イバとの間に設けられ、前記光学部品から前記光ファイ
バへ向かう光を直線偏光に整形し前記光ファイバへ送る
とともに、前記光ファイバから送られてきた前記反射光
を2つの偏光成分に分離し、前記2つの偏光成分のうち
前記光ファイバに送られた直線偏光と直交する偏波成分
の光を、第2の受光素子とへ送る検光子と、前記第1の
受光素子と前記第2の受光素子とによって測定された光
強度の比に基づいて、前記導体を流れる電流値を算出す
る演算機構と、を有することを特徴とする光ファイバ電
流計測装置が提供される。
決するために、導体の周囲に巻かれた光ファイバの入出
射端から光を入射し、前記光ファイバの終端で反射して
戻ってきた反射光のファラデー回転角に基づいて、前記
導体を流れる電流を測定する光ファイバ電流計測装置に
おいて、光源に接続されており、光源の光強度を一定の
比率で2光路に分離し、分離された一方の光を前記光フ
ァイバ側へ送るとともに、分離された他方の光を第1の
受光素子へ送る光学部品と、前記光学部品と前記光ファ
イバとの間に設けられ、前記光学部品から前記光ファイ
バへ向かう光を直線偏光に整形し前記光ファイバへ送る
とともに、前記光ファイバから送られてきた前記反射光
を2つの偏光成分に分離し、前記2つの偏光成分のうち
前記光ファイバに送られた直線偏光と直交する偏波成分
の光を、第2の受光素子とへ送る検光子と、前記第1の
受光素子と前記第2の受光素子とによって測定された光
強度の比に基づいて、前記導体を流れる電流値を算出す
る演算機構と、を有することを特徴とする光ファイバ電
流計測装置が提供される。
【0026】このような光ファイバ電流計測装置によれ
ば、光源が発した光の一部は光学部品によって分けられ
第1の受光素子に送られる。光源が発した光の残りは検
光子に入射する。その光は、検光子によって直線偏光に
整形され、光ファイバに入射する。光ファイバに入射さ
れた直線偏光は、光ファイバの終端で反射し、ファラデ
ー回転角が加えられた反射光となり検光子へ逆方向から
入射する。その反射光は検光子によって、2つの偏光成
分に分離され、光ファイバに送られた直線偏光と直交す
る偏波成分の光が第2の受光素子へ送られる。そして、
演算機構により、第1の受光素子と第2の受光素子とに
よって測定された光強度の比に基づいて、導体を流れる
電流値が算出される。
ば、光源が発した光の一部は光学部品によって分けられ
第1の受光素子に送られる。光源が発した光の残りは検
光子に入射する。その光は、検光子によって直線偏光に
整形され、光ファイバに入射する。光ファイバに入射さ
れた直線偏光は、光ファイバの終端で反射し、ファラデ
ー回転角が加えられた反射光となり検光子へ逆方向から
入射する。その反射光は検光子によって、2つの偏光成
分に分離され、光ファイバに送られた直線偏光と直交す
る偏波成分の光が第2の受光素子へ送られる。そして、
演算機構により、第1の受光素子と第2の受光素子とに
よって測定された光強度の比に基づいて、導体を流れる
電流値が算出される。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
に係る光ファイバ電流計測装置の概略構成を示す図であ
る。この光ファイバ電流計測装置は、レーザ光を発生さ
せる光源1、光源1と検光子部10との間の光の伝搬経
路となるファイバカップラ2、内蔵された検光子により
反射光の分離等を行う検光子部10、ファラデー効果を
有するセンシングファイバ3、センシングファイバ3の
終端で光を反射する反射ミラー5、ファイバカップラ2
で分離された光を電気信号に変換する受光素子7、検光
子部10から取り出された反射光の偏光成分を電気信号
に変換する受光素子8、及び受光素子7,8の出力から
ファラデー回転角を計算する演算機構20で構成されて
いる。
を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
に係る光ファイバ電流計測装置の概略構成を示す図であ
る。この光ファイバ電流計測装置は、レーザ光を発生さ
せる光源1、光源1と検光子部10との間の光の伝搬経
路となるファイバカップラ2、内蔵された検光子により
反射光の分離等を行う検光子部10、ファラデー効果を
有するセンシングファイバ3、センシングファイバ3の
終端で光を反射する反射ミラー5、ファイバカップラ2
で分離された光を電気信号に変換する受光素子7、検光
子部10から取り出された反射光の偏光成分を電気信号
に変換する受光素子8、及び受光素子7,8の出力から
ファラデー回転角を計算する演算機構20で構成されて
いる。
【0028】光源1、検光子部10、及び受光素子7
は、それぞれがファイバカップラ2の入出射用のポート
であるファイバ2a,2b,2cに接続されている。フ
ァイバカップラ2は、ファイバ2aから入射された光を
一定の比率で分離して、それぞれの光をファイバ2bと
ファイバ2cへ送る。ファイバカップラはその分岐比が
入射光の偏波状態に極力依存しないものが好ましい。受
光素子8は、受光ファイバ6によって検光子部10に接
続されている。
は、それぞれがファイバカップラ2の入出射用のポート
であるファイバ2a,2b,2cに接続されている。フ
ァイバカップラ2は、ファイバ2aから入射された光を
一定の比率で分離して、それぞれの光をファイバ2bと
ファイバ2cへ送る。ファイバカップラはその分岐比が
入射光の偏波状態に極力依存しないものが好ましい。受
光素子8は、受光ファイバ6によって検光子部10に接
続されている。
【0029】センシングファイバ3は、一端(入出射
端)が検光子部10に接続されており、他端(終端)に
は反射ミラー5が設けられている。このセンシングファ
イバ3は、測定すべき電流が流れる導体4を周回するよ
うに曲げられており、導体4内の電流により発生する磁
場の影響を受け、内部を通過する光にファラデー回転を
加える。
端)が検光子部10に接続されており、他端(終端)に
は反射ミラー5が設けられている。このセンシングファ
イバ3は、測定すべき電流が流れる導体4を周回するよ
うに曲げられており、導体4内の電流により発生する磁
場の影響を受け、内部を通過する光にファラデー回転を
加える。
【0030】図2は検光子部の構成を示す図である。検
光子部10のハウジング12にはファイバ2bとセンシ
ングファイバ3とが一直線上に向かい合って固定されて
いる。ファイバ2bとセンシングファイバ3との間に
は、検光子としての機能を有するグランレーザプリズム
11が配置されている。また、グランレーザプリズム1
1で反射された光の進む方向に、受光ファイバ6が固定
されている。
光子部10のハウジング12にはファイバ2bとセンシ
ングファイバ3とが一直線上に向かい合って固定されて
いる。ファイバ2bとセンシングファイバ3との間に
は、検光子としての機能を有するグランレーザプリズム
11が配置されている。また、グランレーザプリズム1
1で反射された光の進む方向に、受光ファイバ6が固定
されている。
【0031】なお、上記のファイバカップラ2、センシ
ングファイバ3、及び受光ファイバ6は、いずれもその
端部に微小レンズを組み込んだファイバコリメータであ
る。以上のような構成の光ファイバ電流計測装置によれ
ば、光源1から発せられた光は、ファイバカップラ2に
よって2光路に分離され、一方の光は検光子部10に導
かれ、他方の光は受光素子7に導かれる。受光素子7に
入射した光は、電気信号に変換される。
ングファイバ3、及び受光ファイバ6は、いずれもその
端部に微小レンズを組み込んだファイバコリメータであ
る。以上のような構成の光ファイバ電流計測装置によれ
ば、光源1から発せられた光は、ファイバカップラ2に
よって2光路に分離され、一方の光は検光子部10に導
かれ、他方の光は受光素子7に導かれる。受光素子7に
入射した光は、電気信号に変換される。
【0032】検光子部10に入射した光はグランレーザ
プリズム11を通ることにより直線偏光に整形される。
この直線偏光の方位をここでは0度方向と定義する。そ
の直線偏光がセンシングファイバ3に入射される。セン
シングファイバ3中を伝搬する直線偏光の偏波面は、導
体4中を流れる電流の作る磁場によりファラデー回転を
受ける。センシングファイバ3の終端に達した光は、反
射ミラー5によって反射され、同じ光路を逆方向に伝搬
する。ファラデー効果は非相反性であるため、復路にお
いても往路と同じ方向のファラデー回転を受ける。従っ
て、ファラデー回転角は、センシングファイバ3を往復
することにより片道の場合の2倍となる。
プリズム11を通ることにより直線偏光に整形される。
この直線偏光の方位をここでは0度方向と定義する。そ
の直線偏光がセンシングファイバ3に入射される。セン
シングファイバ3中を伝搬する直線偏光の偏波面は、導
体4中を流れる電流の作る磁場によりファラデー回転を
受ける。センシングファイバ3の終端に達した光は、反
射ミラー5によって反射され、同じ光路を逆方向に伝搬
する。ファラデー効果は非相反性であるため、復路にお
いても往路と同じ方向のファラデー回転を受ける。従っ
て、ファラデー回転角は、センシングファイバ3を往復
することにより片道の場合の2倍となる。
【0033】センシングファイバ3からの出射光は、グ
ランレーザプリズム11を通ることにより、0度と90
度と方向の偏光成分(P波、S波)に分けられる。90
度方向の偏光成分は、グランレーザプリズム11でほぼ
直角方向に反射し、受光ファイバ6に入射する。受光フ
ァイバ6に入射した光は、受光素子8で電気信号に変換
される。
ランレーザプリズム11を通ることにより、0度と90
度と方向の偏光成分(P波、S波)に分けられる。90
度方向の偏光成分は、グランレーザプリズム11でほぼ
直角方向に反射し、受光ファイバ6に入射する。受光フ
ァイバ6に入射した光は、受光素子8で電気信号に変換
される。
【0034】2つの受光素子7,8から検出された電気
信号は演算機構20に送られる。演算機構20では電気
信号に対して所定の計算式に従った演算が行われ、導体
4の中を流れる電流が計算される。
信号は演算機構20に送られる。演算機構20では電気
信号に対して所定の計算式に従った演算が行われ、導体
4の中を流れる電流が計算される。
【0035】以下、演算機構20が演算すべき計算式の
導出方法を説明する。ファラデー効果を有する光ファイ
バに0度方向の直線偏光を入射したときに、ファラデー
回転を受けて光ファイバから出射される光の0度と90
度方向の成分(それぞれI0,I90)は、
導出方法を説明する。ファラデー効果を有する光ファイ
バに0度方向の直線偏光を入射したときに、ファラデー
回転を受けて光ファイバから出射される光の0度と90
度方向の成分(それぞれI0,I90)は、
【0036】
【数6】
【0037】
【数7】 で表される。ここでPは光ファイバから出射される光の
半分の光強度であり、検光子から光ファイバへの入射光
量を2P0 ,光ファイバを往復する光の損失光量を2L
とすれば
半分の光強度であり、検光子から光ファイバへの入射光
量を2P0 ,光ファイバを往復する光の損失光量を2L
とすれば
【0038】
【数8】 である。LはP0 に比例するのでL=αP0 と書くこと
ができ、
ができ、
【0039】
【数9】 と表される。αはファイバの固有損失と長さで決まる定
数である。したがって
数である。したがって
【0040】
【数10】 I90=2P0 (1−α)(1−cos(2F)) ・・・・・(10) となる。ファイバカップラ2におけるファイバ2bとフ
ァイバ2cの分岐比を1−β:βとすれば光源からの全
光強度Tに対して
ァイバ2cの分岐比を1−β:βとすれば光源からの全
光強度Tに対して
【0041】
【数11】 であるからI90は、
【0042】
【数12】 となる。
【0043】一方、受光素子8に入る光量をIref と書
くと、これはβTに等しいので
くと、これはβTに等しいので
【0044】
【数13】 である。そこで、式(12)、式(13)よりI90とI
ref の比をとると
ref の比をとると
【0045】
【数14】 I90/Iref =(1−β)T(1−α)(1−cos(2F))/βT =((1−β)(1−α)/β)(1−cos(2F)) ・・・・・(14) となる。α、βはいずれも一定であるからこれらをまと
めて
めて
【0046】
【数15】 とおけば
【0047】
【数16】 と表される。当然ながらkは電流計測装置固有の定数と
なる。すなわち受光素子8と受光素子7との比をとれ
ば、式(16)よりファラデー回転角が決まる。この式
(16)には光強度が含まれないため光源の光強度の影
響を受けずにファラデー回転角が決定される。ファラデ
ー回転角Fが求まれば、式(5)から電流値Iが算出で
きる。つまり、導体4内部に流れる電流の量が測定され
る。
なる。すなわち受光素子8と受光素子7との比をとれ
ば、式(16)よりファラデー回転角が決まる。この式
(16)には光強度が含まれないため光源の光強度の影
響を受けずにファラデー回転角が決定される。ファラデ
ー回転角Fが求まれば、式(5)から電流値Iが算出で
きる。つまり、導体4内部に流れる電流の量が測定され
る。
【0048】なお、式(5)におけるベルデ定数Vと光
ファイバの巻回数Nとは、電流の測定前に予め与えられ
ている定数であるため、ファラデー回転角Fを定数倍す
れば電流値Iとなる。したがって、以下の説明において
「ファラデー回転角Fが算出された」と記した場合、そ
れは電流値Iが算出されたのと同じ意味であるものとす
る。
ファイバの巻回数Nとは、電流の測定前に予め与えられ
ている定数であるため、ファラデー回転角Fを定数倍す
れば電流値Iとなる。したがって、以下の説明において
「ファラデー回転角Fが算出された」と記した場合、そ
れは電流値Iが算出されたのと同じ意味であるものとす
る。
【0049】式(16)よりファラデー回転角を求める
実際の演算としては中央演算素子(CPU)あるいはデ
ィジタルシグナルプロセッサ(DSP)などを用いたデ
ィジタル演算を用いることができる。
実際の演算としては中央演算素子(CPU)あるいはデ
ィジタルシグナルプロセッサ(DSP)などを用いたデ
ィジタル演算を用いることができる。
【0050】またファラデー回転角が小さい場合は
【0051】
【数17】 と近似できるので、
【0052】
【数18】 からFがより容易に求まる。このような演算は、コンピ
ュータあるいはディジタルシグナルプロセッサ(DS
P)などを用いたディジタル回路、あるいは半導体素子
の非線形特性を利用したアナログ回路などによって実現
できる。
ュータあるいはディジタルシグナルプロセッサ(DS
P)などを用いたディジタル回路、あるいは半導体素子
の非線形特性を利用したアナログ回路などによって実現
できる。
【0053】以下に、式(16)によりファラデー回転
角Fを計算する演算機構20に、DSPを用いたディジ
タル演算処理の例を示す。図3は、ディジタル演算処理
による演算機構の第1の例を示す図である。このディジ
タル演算処理を行う演算機構20では、2つの受光素子
7,8から検出された電気信号(i90,iref )は、そ
の電気信号を増幅するためのアンプ21,22に入力さ
れる。アンプ21,22の出力は、アナログ・ディジタ
ル変換器(ADC)23,24に入力される。アナログ
・ディジタル変換器(ADC)23,24からのディジ
タル信号は、ディジタル演算処理を行うDSP25に入
力される。DSP25には、演算処理プログラムと定数
1/kの値とを納めたメモリ(ROM)26が接続され
ている。DSP25の出力は、ディジタル演算出力とし
て外部に出力されるとともに、ディジタル・アナログ変
換器(DAC)27に入力される。ディジタル・アナロ
グ変換器(DAC)27から出力されるアナログ信号
は、アナログ演算出力として外部に出力される。
角Fを計算する演算機構20に、DSPを用いたディジ
タル演算処理の例を示す。図3は、ディジタル演算処理
による演算機構の第1の例を示す図である。このディジ
タル演算処理を行う演算機構20では、2つの受光素子
7,8から検出された電気信号(i90,iref )は、そ
の電気信号を増幅するためのアンプ21,22に入力さ
れる。アンプ21,22の出力は、アナログ・ディジタ
ル変換器(ADC)23,24に入力される。アナログ
・ディジタル変換器(ADC)23,24からのディジ
タル信号は、ディジタル演算処理を行うDSP25に入
力される。DSP25には、演算処理プログラムと定数
1/kの値とを納めたメモリ(ROM)26が接続され
ている。DSP25の出力は、ディジタル演算出力とし
て外部に出力されるとともに、ディジタル・アナログ変
換器(DAC)27に入力される。ディジタル・アナロ
グ変換器(DAC)27から出力されるアナログ信号
は、アナログ演算出力として外部に出力される。
【0054】ここで、DSP25は、具体的には以下の
ような演算処理を行う。図4は、DSPが実行する演算
処理プログラムを示す流れ図である。 〔S1〕ROM26より1/kの値を取得し、その値を
χに代入する。 〔S2〕i90側のADC23の出力値を取得し、Yにそ
の値を読み込む。 〔S3〕iref 側のADC24の出力値を取得し、Zに
その値を読み込む。 〔S4〕Z=0か否かを判断する。Z=0であればステ
ップS2に進み、Z=0でなければステップS5に進
む。 〔S5〕次の式、
ような演算処理を行う。図4は、DSPが実行する演算
処理プログラムを示す流れ図である。 〔S1〕ROM26より1/kの値を取得し、その値を
χに代入する。 〔S2〕i90側のADC23の出力値を取得し、Yにそ
の値を読み込む。 〔S3〕iref 側のADC24の出力値を取得し、Zに
その値を読み込む。 〔S4〕Z=0か否かを判断する。Z=0であればステ
ップS2に進み、Z=0でなければステップS5に進
む。 〔S5〕次の式、
【0055】
【数19】 に、χ、Y、Zの値を代入し、Fを求める。〔S6〕デ
ィジタル・アナログ変換器27にFの値を出力する。
ィジタル・アナログ変換器27にFの値を出力する。
【0056】次に、この演算機構20の動作を説明す
る。光量I90とIref に対応する2つの受光素子7,8
から検出された電気信号i90とiref は、後段のADC
23,24の量子化誤差の割合を小さくでき、かつ入力
の最大値を越さない範囲の増幅度を持つアンプ21,2
2によって、この範囲の信号へ増幅される。増幅された
それぞれのアナログ信号は、ADC23,24によって
ディジタルの信号へ変換される。各ディジタルの信号
は、回路起動時にROM26よりDSP25に読み込ま
れた図4に示す流れ図に従った演算処理プログラムを実
行しているDSP25に入力される。この図4に示す流
れ図に従った演算処理プログラムによって演算処理され
たディジタル信号は、ディジタル・アナログ変換器27
によりアナログ信号のファラデー回転角Fとして出力さ
れる。また、そのままディジタル信号のファラデー回転
角Fとしても出力することができる。
る。光量I90とIref に対応する2つの受光素子7,8
から検出された電気信号i90とiref は、後段のADC
23,24の量子化誤差の割合を小さくでき、かつ入力
の最大値を越さない範囲の増幅度を持つアンプ21,2
2によって、この範囲の信号へ増幅される。増幅された
それぞれのアナログ信号は、ADC23,24によって
ディジタルの信号へ変換される。各ディジタルの信号
は、回路起動時にROM26よりDSP25に読み込ま
れた図4に示す流れ図に従った演算処理プログラムを実
行しているDSP25に入力される。この図4に示す流
れ図に従った演算処理プログラムによって演算処理され
たディジタル信号は、ディジタル・アナログ変換器27
によりアナログ信号のファラデー回転角Fとして出力さ
れる。また、そのままディジタル信号のファラデー回転
角Fとしても出力することができる。
【0057】次に、式(16)によりファラデー回転角
Fを計算する演算機構に、DSPを用いたディジタル演
算処理の第2の構成例について説明する。図5は、ディ
ジタル演算処理による演算機構の第2の例を示す図であ
る。この演算機構の構成例は基本的に図3に示したもの
と同じであるため、同一構成部分には同一符号を付し、
相違点のみを説明する。
Fを計算する演算機構に、DSPを用いたディジタル演
算処理の第2の構成例について説明する。図5は、ディ
ジタル演算処理による演算機構の第2の例を示す図であ
る。この演算機構の構成例は基本的に図3に示したもの
と同じであるため、同一構成部分には同一符号を付し、
相違点のみを説明する。
【0058】このディジタル演算処理を行う演算機構2
0aは、第1の構成例の演算機構20にマルチプレクサ
23aを追加し、アンプ21,22の出力がマルチプレ
クサ23aに供給されている。このマルチプレクサ23
aは、DSP25aから供給される同期信号に基づい
て、出力の切り替えを行う。また、第1の構成例のAD
C23,24は、1個のアナログ・ディジタル変換器
(ADC)24aに置き換えられている。さらに、DS
P25aは、マルチプレクサ23aへ供給すべき同期信
号を発生させている。この同期信号は、アンプ21,2
2からのアナログ信号を選択するため、ファラデー回転
による信号より少なくとも3倍以上の速度の信号であ
る。
0aは、第1の構成例の演算機構20にマルチプレクサ
23aを追加し、アンプ21,22の出力がマルチプレ
クサ23aに供給されている。このマルチプレクサ23
aは、DSP25aから供給される同期信号に基づい
て、出力の切り替えを行う。また、第1の構成例のAD
C23,24は、1個のアナログ・ディジタル変換器
(ADC)24aに置き換えられている。さらに、DS
P25aは、マルチプレクサ23aへ供給すべき同期信
号を発生させている。この同期信号は、アンプ21,2
2からのアナログ信号を選択するため、ファラデー回転
による信号より少なくとも3倍以上の速度の信号であ
る。
【0059】この第2の例では、DSP25aの動作
も、第1の例と異なる。図6は、第2の例におけるDS
P25aが実行する演算処理プログラムの流れ図であ
る。 〔S11〕ROM26より1/kの値を取得し、その値
をχに代入する。 〔S12〕同期信号S=1を出力する。 〔S13〕ADC24aの出力値を取得し、Yにその値
を読み込む。 〔S14〕同期信号S=0を出力する。 〔S15〕ADC24aの出力値を取得し、Zにその値
を読み込む。 〔S16〕Z=0か否かを判断する。Z=0であればス
テップS12に進み、Z=0でなければステップS17
に進む。 〔S17〕式(19)に、χ、Y、Zの値を代入し、F
を求める。 〔S18〕ディジタル・アナログ変換器27にFの値を
出力する。
も、第1の例と異なる。図6は、第2の例におけるDS
P25aが実行する演算処理プログラムの流れ図であ
る。 〔S11〕ROM26より1/kの値を取得し、その値
をχに代入する。 〔S12〕同期信号S=1を出力する。 〔S13〕ADC24aの出力値を取得し、Yにその値
を読み込む。 〔S14〕同期信号S=0を出力する。 〔S15〕ADC24aの出力値を取得し、Zにその値
を読み込む。 〔S16〕Z=0か否かを判断する。Z=0であればス
テップS12に進み、Z=0でなければステップS17
に進む。 〔S17〕式(19)に、χ、Y、Zの値を代入し、F
を求める。 〔S18〕ディジタル・アナログ変換器27にFの値を
出力する。
【0060】この演算機構20aの動作としては、DS
P25aの発生するファラデー回転による信号より少な
くとも3倍以上速い同期信号は、マルチプレクサ23a
に入力される。すると、マルチプレクサ23aからは、
同期信号が「1」であればアンプ21からのアナログ信
号が出力され、同期信号が「0」であればアンプ22か
らのアナログ信号が出力される。そのアナログ信号はA
DC24aによりディジタル信号へ変換され、DSP2
5aに入力される。これにより、DSP25aは、同期
信号によって選択した信号を得ることができる。そし
て、DSP25aが図6に示した演算処理プログラムに
よって演算処理することで、第1の構成例と等価な出力
をすることができる。
P25aの発生するファラデー回転による信号より少な
くとも3倍以上速い同期信号は、マルチプレクサ23a
に入力される。すると、マルチプレクサ23aからは、
同期信号が「1」であればアンプ21からのアナログ信
号が出力され、同期信号が「0」であればアンプ22か
らのアナログ信号が出力される。そのアナログ信号はA
DC24aによりディジタル信号へ変換され、DSP2
5aに入力される。これにより、DSP25aは、同期
信号によって選択した信号を得ることができる。そし
て、DSP25aが図6に示した演算処理プログラムに
よって演算処理することで、第1の構成例と等価な出力
をすることができる。
【0061】上記の2つの演算機構は、それぞれ次のよ
うな特色を持っている。第1の例に示した演算機構20
は、2つの入力信号のそれぞれに対応してアナログ・デ
ィジタル変換器が設けられているため、高速処理を行う
ことができる。即ち、非常に短い時間間隔で電流の測定
を行う必要がある場合に有効である。一方、第2の例に
示した演算機構20aは、アナログ・ディジタル変換器
が1つですむため、単純な構造となっている。したがっ
て、生産性を向上させたい場合に有効である。なお、第
2の例では、マルチプレクサ23aが追加されている
が、マルチプレクサ23aの構造はスイッチングを行う
だけであり、アナログ・ディジタル変換機に比べて単純
な内部構造である。従って、マルチプレクサ23aが追
加されても、装置全体が複雑化することはない。
うな特色を持っている。第1の例に示した演算機構20
は、2つの入力信号のそれぞれに対応してアナログ・デ
ィジタル変換器が設けられているため、高速処理を行う
ことができる。即ち、非常に短い時間間隔で電流の測定
を行う必要がある場合に有効である。一方、第2の例に
示した演算機構20aは、アナログ・ディジタル変換器
が1つですむため、単純な構造となっている。したがっ
て、生産性を向上させたい場合に有効である。なお、第
2の例では、マルチプレクサ23aが追加されている
が、マルチプレクサ23aの構造はスイッチングを行う
だけであり、アナログ・ディジタル変換機に比べて単純
な内部構造である。従って、マルチプレクサ23aが追
加されても、装置全体が複雑化することはない。
【0062】ところで、上記の演算機構の例では、式
(16)によりファラデー回転角Fを計算しているが、
式(18)によりファラデー回転角Fを計算することも
できる。そのためには、図3若しくは図5と同じ回路構
成で、ROM26内のディジタル演算処理プルグラムの
内容を書き換え、図4のステップS5若しくは図6のス
テップS17の式(19)を、
(16)によりファラデー回転角Fを計算しているが、
式(18)によりファラデー回転角Fを計算することも
できる。そのためには、図3若しくは図5と同じ回路構
成で、ROM26内のディジタル演算処理プルグラムの
内容を書き換え、図4のステップS5若しくは図6のス
テップS17の式(19)を、
【0063】
【数20】 に置き換える。これにより、式(18)によるファラデ
ー回転角Fの計算を行うことができ、計算速度を上げる
ことができる。
ー回転角Fの計算を行うことができ、計算速度を上げる
ことができる。
【0064】なお、上記の例では、DSPにより演算処
理を行っているが、DSPをコンピュータに置き換えて
も良い。さらに式(20)による演算処理は、アナログ
回路で実現することもできる。
理を行っているが、DSPをコンピュータに置き換えて
も良い。さらに式(20)による演算処理は、アナログ
回路で実現することもできる。
【0065】図7は、ファラデー回転角をアナログで計
算する演算機構の例を示す回路図である。このアナログ
演算処理を行う演算機構20bでは、2つの受光素子
7,8から検出された電気信号は、その電気信号を増幅
するアンプ21b、22bに入力される。アンプ21b
の出力は除算演算器24bに入力される。アンプ22b
の出力は、信号を2倍増幅するアンプ23bに入力され
る。アンプ23bの出力は、除算演算器24bに入力さ
れる。除算演算器24bの出力は平方根演算器25bに
入力される。平方根演算器25bの出力は、乗算演算器
26bに入力される。基準電源27bは、1/kの値に
相当する基準電圧源を乗算演算器26bに供給してい
る。そして、乗算演算器26bの出力が、アナログ演算
出力として外部に出力される。
算する演算機構の例を示す回路図である。このアナログ
演算処理を行う演算機構20bでは、2つの受光素子
7,8から検出された電気信号は、その電気信号を増幅
するアンプ21b、22bに入力される。アンプ21b
の出力は除算演算器24bに入力される。アンプ22b
の出力は、信号を2倍増幅するアンプ23bに入力され
る。アンプ23bの出力は、除算演算器24bに入力さ
れる。除算演算器24bの出力は平方根演算器25bに
入力される。平方根演算器25bの出力は、乗算演算器
26bに入力される。基準電源27bは、1/kの値に
相当する基準電圧源を乗算演算器26bに供給してい
る。そして、乗算演算器26bの出力が、アナログ演算
出力として外部に出力される。
【0066】この演算機構20の動作としては、アンプ
21b,22bによって増幅された電気信号i90とi
ref のうち、iref のみアンプ23bにより2倍増幅さ
れる。各信号は除算演算器24bに入力され、i90/2
iref の演算がなされる。さらに演算処理された信号
は、平方根演算器25bにより平方根演算処理がされた
後、乗算演算器26bに入力される。
21b,22bによって増幅された電気信号i90とi
ref のうち、iref のみアンプ23bにより2倍増幅さ
れる。各信号は除算演算器24bに入力され、i90/2
iref の演算がなされる。さらに演算処理された信号
は、平方根演算器25bにより平方根演算処理がされた
後、乗算演算器26bに入力される。
【0067】一方、あらかじめ測定した電流計測装置固
有の定数1/kの値を、基準電圧源を用いた分圧値によ
り発生させ、その電圧が乗算演算器26bに入力されて
いる。したがって、平方根演算器25bから乗算演算器
26bに入力された信号は、1/kの値と乗算される。
乗算された信号がファラデー回転角Fとなり、アナログ
演算出力として出力される。
有の定数1/kの値を、基準電圧源を用いた分圧値によ
り発生させ、その電圧が乗算演算器26bに入力されて
いる。したがって、平方根演算器25bから乗算演算器
26bに入力された信号は、1/kの値と乗算される。
乗算された信号がファラデー回転角Fとなり、アナログ
演算出力として出力される。
【0068】以上のようにして、45度光学的バイアス
を加えずに測定精度の高い電流計測が実現される。即
ち、45度光学的バイアスを加えるための機構が不要で
あれば装置全体の構成を単純化でき、温度変化等さまざ
まな外的要因の影響をうける可能性が減る。
を加えずに測定精度の高い電流計測が実現される。即
ち、45度光学的バイアスを加えるための機構が不要で
あれば装置全体の構成を単純化でき、温度変化等さまざ
まな外的要因の影響をうける可能性が減る。
【0069】また、本発明の光ファイバ電流計測装置で
は、検光子部10において、センシングファイバ3から
出力された光をファイバ2bに戻す必要がないととも
に、受光ファイバ6は太くても良いため、検光子部10
に要求される精度は緩やかであり、製造が容易となる。
は、検光子部10において、センシングファイバ3から
出力された光をファイバ2bに戻す必要がないととも
に、受光ファイバ6は太くても良いため、検光子部10
に要求される精度は緩やかであり、製造が容易となる。
【0070】ところで、上記の例ではグランレーザプリ
ズムを検光子として使用しているが、本発明の検光子と
して使用できる為の条件は次の通りである。第1の条件
は、第1のポートから光を入射したときに、入射された
光を検光子の結晶軸に従って2つの偏光成分に分離し、
一方の偏光成分を第2のポートから出射することであ
る。
ズムを検光子として使用しているが、本発明の検光子と
して使用できる為の条件は次の通りである。第1の条件
は、第1のポートから光を入射したときに、入射された
光を検光子の結晶軸に従って2つの偏光成分に分離し、
一方の偏光成分を第2のポートから出射することであ
る。
【0071】第2の条件は、第2のポートに逆方向の光
が入射すると、入射された光を検光子の結晶軸に従って
2つの偏光成分に分離し、第1のポートから光を入射し
たときに第2のポートから出射する偏光成分に対して直
交する方向の偏光成分が第3のポートに出射することで
ある。
が入射すると、入射された光を検光子の結晶軸に従って
2つの偏光成分に分離し、第1のポートから光を入射し
たときに第2のポートから出射する偏光成分に対して直
交する方向の偏光成分が第3のポートに出射することで
ある。
【0072】すなわち第1のポートから第2のポートに
光を入射するときは偏光子として機能し、逆に第2のポ
ートから出射する光に対しては偏光子と直交する方向の
偏光成分を第3のポートに出射する検光子として機能す
る。
光を入射するときは偏光子として機能し、逆に第2のポ
ートから出射する光に対しては偏光子と直交する方向の
偏光成分を第3のポートに出射する検光子として機能す
る。
【0073】従って、以上の条件を満たす光学素子であ
れば本発明の光ファイバ電流計測装置の検光子として使
用することができる。グランレーザプリズム以外には、
例えば、石英結晶、方解石等の複屈折結晶、偏光ビーム
スプリッタ等がある。また、検光子として、光路シフト
プリズムあるいは反射ミラーを組み合わせ、片方の偏光
成分を所望の方向に導くこともできる。以下に、これら
の検光子を用いた検光子部の構成例を説明する。
れば本発明の光ファイバ電流計測装置の検光子として使
用することができる。グランレーザプリズム以外には、
例えば、石英結晶、方解石等の複屈折結晶、偏光ビーム
スプリッタ等がある。また、検光子として、光路シフト
プリズムあるいは反射ミラーを組み合わせ、片方の偏光
成分を所望の方向に導くこともできる。以下に、これら
の検光子を用いた検光子部の構成例を説明する。
【0074】図8はグランレーザプリズムと反射ミラー
とを組み合わせた検光子部の構成例を示す図である。検
光子部30のハウジング33には、ファイバカップラ2
のファイバ2bとセンシングファイバ3とが一直線上に
向かい合って固定されている。ファイバ2bとセンシン
グファイバ3との間には、検光子としての機能を有する
グランレーザプリズム31が配置されている。また、グ
ランレーザプリズム31で反射された光の進む方向に、
全反射ミラー32が配置されている。さらに、全反射ミ
ラー32で反射された光が進むべき方向に受光ファイバ
6が固定されている。この例では、受光ファイバ6は、
ファイバ2bとほぼ平行となる位置に設けられている。
とを組み合わせた検光子部の構成例を示す図である。検
光子部30のハウジング33には、ファイバカップラ2
のファイバ2bとセンシングファイバ3とが一直線上に
向かい合って固定されている。ファイバ2bとセンシン
グファイバ3との間には、検光子としての機能を有する
グランレーザプリズム31が配置されている。また、グ
ランレーザプリズム31で反射された光の進む方向に、
全反射ミラー32が配置されている。さらに、全反射ミ
ラー32で反射された光が進むべき方向に受光ファイバ
6が固定されている。この例では、受光ファイバ6は、
ファイバ2bとほぼ平行となる位置に設けられている。
【0075】これにより、センシングファイバ3から検
光子部30内へ出射された光は、一方の偏光成分がグラ
ンレーザプリズム31で反射すると、その偏光成分は全
反射ミラー32で反射し、再度方向が変えられる。従っ
て、所望の位置に受光ファイバ6を固定することが可能
となり、光ファイバ電流計測装置の設計の自由度が増
す。
光子部30内へ出射された光は、一方の偏光成分がグラ
ンレーザプリズム31で反射すると、その偏光成分は全
反射ミラー32で反射し、再度方向が変えられる。従っ
て、所望の位置に受光ファイバ6を固定することが可能
となり、光ファイバ電流計測装置の設計の自由度が増
す。
【0076】図9はグランレーザプリズムと光路シフト
プリズムとを組み合わせた検光子部の構成例を示す図で
ある。検光子部40のハウジング43には、ファイバカ
ップラ2のファイバ2bとセンシングファイバ3とが一
直線上に向かい合って固定されている。ファイバ2bと
センシングファイバ3との間には、検光子としての機能
を有するグランレーザプリズム41が配置されている。
また、グランレーザプリズム41で反射された光の進む
方向に、光路シフトプリズム42が配置されている。さ
らに、光路シフトプリズム42で反射された光が進むべ
き方向に受光ファイバ6が固定されている。この例で
は、受光ファイバ6は、ファイバ2bとほぼ平行となる
位置に設けられている。
プリズムとを組み合わせた検光子部の構成例を示す図で
ある。検光子部40のハウジング43には、ファイバカ
ップラ2のファイバ2bとセンシングファイバ3とが一
直線上に向かい合って固定されている。ファイバ2bと
センシングファイバ3との間には、検光子としての機能
を有するグランレーザプリズム41が配置されている。
また、グランレーザプリズム41で反射された光の進む
方向に、光路シフトプリズム42が配置されている。さ
らに、光路シフトプリズム42で反射された光が進むべ
き方向に受光ファイバ6が固定されている。この例で
は、受光ファイバ6は、ファイバ2bとほぼ平行となる
位置に設けられている。
【0077】これにより、センシングファイバ3から検
光子部40内へ出射された光は、一方の偏光成分がグラ
ンレーザプリズム41で反射すると、その偏光成分は光
路シフトプリズム42で反射し、再度方向が変えられ
る。従って、所望の位置に受光ファイバ6を固定するこ
とが可能となり、図8に示した例と同様に光ファイバ電
流計測装置の設計の自由度が増す。
光子部40内へ出射された光は、一方の偏光成分がグラ
ンレーザプリズム41で反射すると、その偏光成分は光
路シフトプリズム42で反射し、再度方向が変えられ
る。従って、所望の位置に受光ファイバ6を固定するこ
とが可能となり、図8に示した例と同様に光ファイバ電
流計測装置の設計の自由度が増す。
【0078】図10は検光子に複屈折結晶を用いた検光
子部の構成例を示す図である。検光子部50のハウジン
グ52には、ファイバカップラ2のファイバ2bとセン
シングファイバ3とが一直線上に向かい合って固定され
ている。ファイバ2bとセンシングファイバ3との間に
は、検光子としての機能を有する複屈折結晶51が配置
されている。また、複屈折結晶51で屈折された光の進
む方向に受光ファイバ6が固定されている。複屈折結晶
51としては、石英や方解石等の結晶を用いることがで
きる。
子部の構成例を示す図である。検光子部50のハウジン
グ52には、ファイバカップラ2のファイバ2bとセン
シングファイバ3とが一直線上に向かい合って固定され
ている。ファイバ2bとセンシングファイバ3との間に
は、検光子としての機能を有する複屈折結晶51が配置
されている。また、複屈折結晶51で屈折された光の進
む方向に受光ファイバ6が固定されている。複屈折結晶
51としては、石英や方解石等の結晶を用いることがで
きる。
【0079】これにより、ファイバ2bから検光子部5
0内へ出射された光は複屈折結晶51で方向が変えら
れ、検光子部50の外部には出射されない。センシング
ファイバ3から検光子部50内へ出射された光は、セン
シングファイバ3への入射光と直交する偏光成分が複屈
折結晶51で屈折して受光ファイバ6に入射する。
0内へ出射された光は複屈折結晶51で方向が変えら
れ、検光子部50の外部には出射されない。センシング
ファイバ3から検光子部50内へ出射された光は、セン
シングファイバ3への入射光と直交する偏光成分が複屈
折結晶51で屈折して受光ファイバ6に入射する。
【0080】図11は複屈折結晶と光路シフトプリズム
とを組み合わせた検光子部の構成例を示す図である。検
光子部60のハウジング63には、ファイバカップラ2
のファイバ2bとセンシングファイバ3とが一直線上に
向かい合って固定されている。ファイバ2bとセンシン
グファイバ3との間には、検光子としての機能を有する
複屈折結晶61が配置されている。また、複屈折結晶6
1で屈折された光の進む方向に、光路シフトプリズム6
2が配置されている。さらに、光路シフトプリズム62
で反射された光が進むべき方向に受光ファイバ6が固定
されている。複屈折結晶61としては、石英や方解石等
の結晶を用いることができる。
とを組み合わせた検光子部の構成例を示す図である。検
光子部60のハウジング63には、ファイバカップラ2
のファイバ2bとセンシングファイバ3とが一直線上に
向かい合って固定されている。ファイバ2bとセンシン
グファイバ3との間には、検光子としての機能を有する
複屈折結晶61が配置されている。また、複屈折結晶6
1で屈折された光の進む方向に、光路シフトプリズム6
2が配置されている。さらに、光路シフトプリズム62
で反射された光が進むべき方向に受光ファイバ6が固定
されている。複屈折結晶61としては、石英や方解石等
の結晶を用いることができる。
【0081】これにより、ファイバ2bから検光子部6
0内へ出射された光は2つの偏光成分に分離し、一方の
成分は直進してセンシングファイバ3に導かれる。逆に
センシングファイバ3から検光子部60内へ出射された
光は、センシングファイバ3への入射光と直交する偏光
成分が複屈折結晶61で屈折して光路シフトプリズム6
2に入射し、光路シフトプリズム62で屈折して受光フ
ァイバ6に入射する。
0内へ出射された光は2つの偏光成分に分離し、一方の
成分は直進してセンシングファイバ3に導かれる。逆に
センシングファイバ3から検光子部60内へ出射された
光は、センシングファイバ3への入射光と直交する偏光
成分が複屈折結晶61で屈折して光路シフトプリズム6
2に入射し、光路シフトプリズム62で屈折して受光フ
ァイバ6に入射する。
【0082】なお、上記の例では、検光子部と受光素子
とは受光ファイバを介して光学的に接続されているが、
受光素子を検光子部に直接取り付けることもできる。図
12は受光素子を有する検光子部の例を示す図である。
検光子部70のハウジング73には、ファイバカップラ
2のファイバ2bとセンシングファイバ3とが一直線上
に向かい合って固定されている。ファイバ2bとセンシ
ングファイバ3との間には、検光子としての機能を有す
るグランレーザプリズム71が配置されている。また、
グランレーザプリズム71で反射された光の進む方向
に、受光素子72が固定されている。
とは受光ファイバを介して光学的に接続されているが、
受光素子を検光子部に直接取り付けることもできる。図
12は受光素子を有する検光子部の例を示す図である。
検光子部70のハウジング73には、ファイバカップラ
2のファイバ2bとセンシングファイバ3とが一直線上
に向かい合って固定されている。ファイバ2bとセンシ
ングファイバ3との間には、検光子としての機能を有す
るグランレーザプリズム71が配置されている。また、
グランレーザプリズム71で反射された光の進む方向
に、受光素子72が固定されている。
【0083】これにより、センシングファイバ3から検
光子部70内へ出射した光は、一方の偏光成分がグラン
レーザプリズム31でほぼ直角方向に反射し、直接受光
素子72に入射する。受光素子72は、入射した光を電
気信号に変換し、その電気信号を演算機構に送る。この
ような検光子部70であれば、個別に受光素子を設けず
にすみ、光ファイバ電流計測装置の構造が簡易化され
る。
光子部70内へ出射した光は、一方の偏光成分がグラン
レーザプリズム31でほぼ直角方向に反射し、直接受光
素子72に入射する。受光素子72は、入射した光を電
気信号に変換し、その電気信号を演算機構に送る。この
ような検光子部70であれば、個別に受光素子を設けず
にすみ、光ファイバ電流計測装置の構造が簡易化され
る。
【0084】なお、検光子に偏光ビームスプリッタを用
いた場合の構成は、図8,図9,図12におけるグラン
レーザプリズムを偏光ビームスプリッタに置き換えるだ
けであり、他の構成は上記の例と同じである。
いた場合の構成は、図8,図9,図12におけるグラン
レーザプリズムを偏光ビームスプリッタに置き換えるだ
けであり、他の構成は上記の例と同じである。
【0085】また、上記の第1の実施の形態では、ファ
イバカップラ2によって光源1からの光の一部を受光素
子7へ導いているが、ファイバカップラ2を他のものに
置き換えることもできる。以下に、ファイバカップラ以
外のものを用いた光ファイバ電流計測装置の構成例を示
す。
イバカップラ2によって光源1からの光の一部を受光素
子7へ導いているが、ファイバカップラ2を他のものに
置き換えることもできる。以下に、ファイバカップラ以
外のものを用いた光ファイバ電流計測装置の構成例を示
す。
【0086】図13は本発明の第2の実施の形態に係る
光ファイバ電流計側装置の概略構成を示す図である。こ
の演算機構の構成例は基本的に図1に示したものと同じ
であるため、同一構成部分には同一符号を付し、相違点
のみを説明する。この図は光源の光強度を一定の比率で
2光路に分離し、分離された一方の光をセンシングファ
イバ3側へ送るとともに、分離された他方の光を第1の
受光素子7へ送る光学部品としてハーフミラーを用いた
例である。図中、光源1と検光子部10との間には、ハ
ーフミラー9が設けられている。
光ファイバ電流計側装置の概略構成を示す図である。こ
の演算機構の構成例は基本的に図1に示したものと同じ
であるため、同一構成部分には同一符号を付し、相違点
のみを説明する。この図は光源の光強度を一定の比率で
2光路に分離し、分離された一方の光をセンシングファ
イバ3側へ送るとともに、分離された他方の光を第1の
受光素子7へ送る光学部品としてハーフミラーを用いた
例である。図中、光源1と検光子部10との間には、ハ
ーフミラー9が設けられている。
【0087】このような構成の光ファイバ電流計測装置
において、光源1から発せられた光は光路2aを通りハ
ーフミラー9に入射する。ハーフミラー9において、光
が光路2bと光路2cとに一定の比率で分けられる。光
路2cに送られた光強度は受光素子7で電気信号に変換
される。光路2bに送られた光は、直線偏向にされ導体
4を流れる電流によりファラデー回転角が加えられた
後、所定の方向の偏波成分のみが受光素子8で電気信号
に変換される。そして、第1の実施の形態の場合と同様
に、演算機構20においてファラデー回転角Fが算出さ
れる。
において、光源1から発せられた光は光路2aを通りハ
ーフミラー9に入射する。ハーフミラー9において、光
が光路2bと光路2cとに一定の比率で分けられる。光
路2cに送られた光強度は受光素子7で電気信号に変換
される。光路2bに送られた光は、直線偏向にされ導体
4を流れる電流によりファラデー回転角が加えられた
後、所定の方向の偏波成分のみが受光素子8で電気信号
に変換される。そして、第1の実施の形態の場合と同様
に、演算機構20においてファラデー回転角Fが算出さ
れる。
【0088】また、ハーフミラーの替わりにビームスプ
リッタも使用できる。この場合、偏波無依存型ビームス
プリッタが好適である。
リッタも使用できる。この場合、偏波無依存型ビームス
プリッタが好適である。
【0089】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、光源が
発した光の一部を光学部品によって第1の受光素子に送
り、光源が発した光の残りの光を、検光子によって直線
偏光に整形し、ファラデー回転角が加えられた反射光の
所定の偏波成分の光を第2の受光素子へ送り、第1の受
光素子と第2の受光素子とによって測定された光強度の
比に基づいて、導体を流れる電流値が算出するようにし
たため、光源の光強度の変動を相殺することが可能とな
るとともに、検光子から光ファイバへ送られる直線偏光
の偏波面を回転させる必要も無い。その結果、温度変化
に影響されずかつ入射される光の強度に依存せずに電流
測定が可能となり、測定精度の高い電流計測が実現でき
る。
発した光の一部を光学部品によって第1の受光素子に送
り、光源が発した光の残りの光を、検光子によって直線
偏光に整形し、ファラデー回転角が加えられた反射光の
所定の偏波成分の光を第2の受光素子へ送り、第1の受
光素子と第2の受光素子とによって測定された光強度の
比に基づいて、導体を流れる電流値が算出するようにし
たため、光源の光強度の変動を相殺することが可能とな
るとともに、検光子から光ファイバへ送られる直線偏光
の偏波面を回転させる必要も無い。その結果、温度変化
に影響されずかつ入射される光の強度に依存せずに電流
測定が可能となり、測定精度の高い電流計測が実現でき
る。
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光ファイバ電
流計測装置の概略構成を示す図である。
流計測装置の概略構成を示す図である。
【図2】検光子部の構成を示す図である。
【図3】ディジタル演算処理による演算機構の第1の例
を示す図である。
を示す図である。
【図4】DSPが実行する演算処理プログラムを示す流
れ図である。
れ図である。
【図5】ディジタル演算処理による演算機構の第2の例
を示す図である。
を示す図である。
【図6】、第2の例におけるDSPが実行する演算処理
プログラムの流れ図である。
プログラムの流れ図である。
【図7】ファラデー回転角をアナログで計算する演算機
構の例を示す回路図である。
構の例を示す回路図である。
【図8】グランレーザプリズムと反射ミラーとを組み合
わせた検光子部の構成例を示す図である。
わせた検光子部の構成例を示す図である。
【図9】グランレーザプリズムと光路シフトプリズムと
を組み合わせた検光子部の構成例を示す図である。
を組み合わせた検光子部の構成例を示す図である。
【図10】検光子に複屈折結晶を用いた検光子部の構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図11】複屈折結晶と光路シフトプリズムとを組み合
わせた検光子部の構成例を示す図である。
わせた検光子部の構成例を示す図である。
【図12】受光素子を有する検光子部の例を示す図であ
る。
る。
【図13】本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバ
電流計側装置の概略構成を示す図である。
電流計側装置の概略構成を示す図である。
【図14】位相補償器を用いた光ファイバ電流計測装置
を示す図である。
を示す図である。
【図15】ファイバカップラによって出射光を分離する
光ファイバ電流計測装置を示す図である。
光ファイバ電流計測装置を示す図である。
【符号の説明】 1 光源 2 ファイバカップラ 3 センシングファイバ 4 導線 5 反射ミラー 6 受光ファイバ 7,8 受光素子 10 検光子部 20 演算機構
Claims (7)
- 【請求項1】 導体の周囲に巻かれた光ファイバの入出
射端から光を入射し、前記光ファイバの終端で反射して
戻ってきた反射光のファラデー回転角に基づいて、前記
導体を流れる電流を測定する光ファイバ電流計測装置に
おいて、 光源に接続されており、前記光源の光強度を一定の比率
で2光路に分離し、分離された一方の光を前記光ファイ
バ側へ送るとともに、分離された他方の光を第1の受光
素子へ送る光学部品と、 前記光学部品と前記光ファイバとの間に設けられ、前記
光学部品から前記光ファイバへ向かう光を直線偏光に整
形して前記光ファイバへ送るとともに、前記光ファイバ
から送られてきた前記反射光を2つの偏光成分に分離
し、前記2つの偏光成分のうち前記光ファイバに送られ
た直線偏光と直交する偏波成分の光を、第2の受光素子
とへ送る検光子と、 前記第1の受光素子と前記第2の受光素子とによって測
定された光強度の比に基づいて、前記導体を流れる電流
値を算出する演算機構と、 を有することを特徴とする光ファイバ電流計測装置。 - 【請求項2】 前記光学部品は、前記光源の光の一部を
前記第1の受光素子へ伝送するファイバカップラである
ことを特徴とする請求項1記載の光ファイバ電流計測装
置。 - 【請求項3】 前記検光子は、グランレーザプリズムで
あることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ電流計
測装置。 - 【請求項4】 前記検光子は、複屈折結晶であることを
特徴とする請求項1記載の光ファイバ電流計測装置。 - 【請求項5】 前記検光子は、偏光ビームスプリッタで
あることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ電流計
測装置。 - 【請求項6】 前記演算機構は、前記第1の受光素子と
前記第2の受光素子とによって測定された光強度の比と
ファラデー回転角Fとの関係が、光強度の比∝1−co
s(2F)になることに基づいて、前記導体を流れる電
流値を算出することを特徴とする請求項1記載の光ファ
イバ電流計測装置。 - 【請求項7】 前記演算機構は、ディジタルシグナルプ
ロセッサを用いたディジタル回路であることを特徴とす
る請求項1記載の光ファイバ電流測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9004648A JPH10197570A (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 光ファイバ電流計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9004648A JPH10197570A (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 光ファイバ電流計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10197570A true JPH10197570A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11589790
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9004648A Pending JPH10197570A (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 光ファイバ電流計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10197570A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1857824A1 (en) * | 2005-03-08 | 2007-11-21 | The Tokyo Electric Power Company Incorporated | Intensity modulation type photo-sensor and photo-current/voltage sensor |
KR101090689B1 (ko) | 2010-05-26 | 2011-12-08 | 전북대학교산학협력단 | 광섬유 전류센서 및 그의 전류 측정 방법 |
JP2012093523A (ja) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光操作装置 |
-
1997
- 1997-01-14 JP JP9004648A patent/JPH10197570A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1857824A1 (en) * | 2005-03-08 | 2007-11-21 | The Tokyo Electric Power Company Incorporated | Intensity modulation type photo-sensor and photo-current/voltage sensor |
JPWO2006095619A1 (ja) * | 2005-03-08 | 2008-08-14 | 東京電力株式会社 | 強度変調型光センサおよび光電流・電圧センサ |
JP4631907B2 (ja) * | 2005-03-08 | 2011-02-16 | 東京電力株式会社 | 強度変調型光センサおよび光電流・電圧センサ |
EP1857824A4 (en) * | 2005-03-08 | 2012-02-29 | Tokyo Electric Power Co | INTENSITY MODULE TYPE PHOTO SENSOR AND PHOTO CURRENT / VOLTAGE SENSOR |
KR101090689B1 (ko) | 2010-05-26 | 2011-12-08 | 전북대학교산학협력단 | 광섬유 전류센서 및 그의 전류 측정 방법 |
JP2012093523A (ja) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光操作装置 |
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Legal Events
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