JPH10300797A - 光ファイバ電流センサ - Google Patents

光ファイバ電流センサ

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JPH10300797A
JPH10300797A JP9106306A JP10630697A JPH10300797A JP H10300797 A JPH10300797 A JP H10300797A JP 9106306 A JP9106306 A JP 9106306A JP 10630697 A JP10630697 A JP 10630697A JP H10300797 A JPH10300797 A JP H10300797A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
current sensor
conductor
light
bobbin
Prior art date
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Pending
Application number
JP9106306A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Kumegawa
宏 久米川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP9106306A priority Critical patent/JPH10300797A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導体14の周りにシングルモードの光ファイ
バ12を巻回し、その光ファイバ12内の光の偏波面の
回転角から、導体14を流れる電流を測定するようにし
た光ファイバ電流センサにおいて、振動や周囲温度変化
に対する測定誤差の特性を改善する。 【解決手段】 光ファイバ12に等間隔に複数のポイン
ト片P1,P2…を設け、それらのポイント片間の光フ
ァイバ12の捻り方向が、隣接する区間で相互に逆方向
となるようにする。これによって、振動源や熱源がボビ
ン11の一端部11a側と、他端部11b側との何れに
あっても、複屈折の影響を打消し、測定誤差を低減する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、送電線等の導体に
流れる電流を、磁気光学効果を有する光ファイバを利用
して検出する光ファイバ電流センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、超高圧系の送電線路の電流を
測定するにあたって、絶縁性や耐ノイズ性に優れる上記
光ファイバを用いた電流センサが各種提案されている。
この光ファイバ電流センサでは、導体の周囲に巻回した
シングルモードの光ファイバに直線偏光した光を入射し
ておき、偏光面が、磁界、すなわち電流に比例した回転
角に回転した出射光を検光子を介して受光することによ
って、電流変化を光量変化として検出可能であることを
利用している。
【0003】このような光ファイバ電流センサにおい
て、光ファイバの真円度のずれや巻回時の応力などによ
って生じる複屈折および光ファイバ自体が有する光弾性
定数の大きさに起因して、振動が加わると、測定結果が
大きく変動するという問題がある。したがって、遮断器
の動作時や地震などによって測定結果に大きな誤差が生
じてしまうという問題があり、従来から、たとえば特開
平7−167931号公報で示されるように、光ファイ
バに捻りを加えることによって、前記巻回時に発生する
複屈折を打消すことが行われている。
【0004】光ファイバ電流センサは、前記導体が遊挿
することができる、たとえば直径10cm程度のボビン
に、前記シングルモードの光ファイバが10〜20回程
度巻回されて構成されており、捻りが大きくなる程、曲
率、すなわち巻回による影響を少なくすることができ
る。
【0005】しかしながら、一方方向にのみ捻っていた
のでは、周囲温度の変化に対して生じる測定誤差の低減
効果が少ないので、本件出願人は、先に特開平6−23
0039号公報で示すような他の従来技術を提案してお
り、これを図4および図5に示す。
【0006】図4および図5は、光ファイバ電流センサ
の磁界検出部の構造を示す図であり、図4はボビン1を
導体2の軸直角断面で切断した断面図であり、図5はボ
ビン1の正面図である。これら図4および図5で示すよ
うに、非磁性のボビン1の外周面に巻回されているシン
グルモードの光ファイバ3において、その中央位置付近
に、該光ファイバ3の外径を拡大して把持することがで
きるようにミドルポイント片4が固着されており、この
ミドルポイント片4を把持することによって該光ファイ
バ3を捻ることが可能となっている。
【0007】このミドルポイント片4は、ボビン1に形
成された凹所5内に収納されて、光ファイバ3に局所的
な応力が加わらないように構成されている。ミドルポイ
ント片4を前述のように捻ることによって、光ファイバ
3の一端3a側から入射された光は、前記ミドルポイン
ト片4までは、たとえば右回りに捻られた光ファイバ内
を進行することになり、これに対して、ミドルポイント
片4から他端3b側へ進行する光は、反対の左回りに捻
られた光ファイバ内を進行することになる。このよう
に、捻りの方向を左回りと右回りとに均等とすることに
よって、前記周囲温度変化に対する測定誤差の低減が図
られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術
の光ファイバ電流センサでは、捻り量の分布が均一では
なく、前記ミドルポイント片4付近に集中する傾向があ
り、光ファイバ3の巻回長が長くなる程、その傾向は顕
著になる。このため、熱源がボビン1の一端1a側にあ
る場合と、他端1b側にある場合とで複屈折に差が生
じ、前記測定誤差の改善効果が薄いという問題がある。
【0009】本発明の目的は、測定誤差の振動や温度に
対する特性を向上することができる光ファイバ電流セン
サを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る光
ファイバ電流センサは、導体の周囲に巻回した磁気光学
効果を有する光ファイバを利用して前記導体の通電電流
を測定する光ファイバ電流センサにおいて、前記光ファ
イバに捻りを加えることができる捻り発生部材を複数設
け、各捻り発生部材の捻り方向を交互とすることを特徴
とする。
【0011】上記の構成によれば、光ファイバの外径を
拡大して捻りを与えることができる固着部材やコネクタ
などの捻り発生部材を光ファイバに複数個設けて、一対
の相互に隣接する区間の捻り量、すなわち捻り応力が均
一となるようにし、かつ各捻り発生部材による捻り方向
を交互とする。
【0012】したがって、光ファイバの全長に亘って、
複屈折による影響を打消すことができ、熱源や振動源が
該光ファイバの巻回されるボビンの一端側と他端側との
何れにあっても、測定誤差を小さくすることができ、該
測定誤差の振動や温度に対する特性を向上することがで
きる。
【0013】また、請求項2の発明に係る光ファイバ電
流センサは、捻り方向が一方方向である区間の長さと、
他方方向である区間の長さとを相互に等しくすることを
特徴とする。
【0014】上記の構成によれば、請求項1で示すよう
にして対を成す隣接区間の捻り応力を均一にした上で、
さらに各捻り方向の合計長を等しく選ぶことによって、
さらに振動や温度に対する測定誤差の特性を向上するこ
とができる。
【0015】
【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に基づいて説明すれば以下の通りである。
【0016】図1は、本発明の実施の一形態の光ファイ
バ電流センサにおける磁界検出部10の正面図であり、
図2はその磁界検出部10においてボビン11に巻回さ
れている光ファイバ12を展開して示す図である。注目
すべきは、本発明では、ボビン11に巻回されるシング
ルモードの光ファイバ12の両端部12a,12bにそ
れぞれ取付けられるコネクタ13a,13b間に、ほぼ
均等に複数のポイント片P1,P2,…,PN(N=2
n+1、nは捻じる箇所数であり、n=1,2,…、図
1および図2の例ではn=1、すなわちN=5、以下こ
のN=5として説明する)が設けられていることであ
る。
【0017】ボビン11の外周面には、各ポイント片P
1,P2,…,P5に対応した凹所H1,H2,…,H
5が形成されており、各ポイント片P1〜P5はこれら
の凹所H1〜H5にそれぞれ嵌り込む。これによって、
該ポイント片P1〜P5の前後で光ファイバ12に局所
的に応力が加わらないように構成されている。前記ポイ
ント片P1〜P5は、光ファイバ12の外径を拡径する
ことができる固着部材やコネクタなどでもよく、該ポイ
ント片P1〜P5を把持して光ファイバ12に捻りを加
えることができるものであればよい。ボビン11の直径
は、たとえば10cmであり、これに対して光ファイバ1
2は、たとえば10〜20回程度巻回されている。
【0018】このような磁界検出部10の構成におい
て、奇数番目のポイント片P1,P3,P5が固定さ
れ、偶数番目のポイント片P2,P4は捻りが加えられ
た後、固定される。したがって、前記ポイント片P1〜
P5のうち、両端のポイント片P1,P5および中央の
ポイント片P3が、前記凹所H1,H5,H3内に嵌入
されてそれぞれ固着された後、ポイント片P2には、た
とえば右方向に10(回転/m)程度の捻りが与えられ
て固着され、これに対してポイント片P4には、反対の
左方向に前記10(回転/m)の捻りが与えられて固着
される。
【0019】これによって、たとえばコネクタ13a側
から光が入射すると、その入射光はポイント片P1,P
2間の区間で左回転して進行することになり、そのポイ
ント片P1,P2間の区間と対を成すポイント片P2,
P3間の区間で右回転して進行することになる。したが
って、光ファイバ12の前半区間Aにおいて光ファイバ
12中で生じる複屈折は、右回転側の特性と左回転側の
特性とで、絶対値が等しく方向が異なることになり、光
の相反性によって打消されることになる。
【0020】同様に、ポイント片P3,P4間では光は
右回転し、これに対してポイント片P4,P5間では左
回転し、後半区間Bにおいても複屈折の影響は打消され
ることになる。また、区間Aと区間Bとを比較しても、
区間Aと区間Bとは相互に対称であり、これらの区間
A,B間でも複屈折の影響が打消されることになる。
【0021】なお、捻りの回数は全区間で均一となるよ
うにしてもよく、または特定の対を成す区間、たとえば
区間Aに対して区間Bを増減させるようにしてもよい。
【0022】以上のようにして、熱源や振動源がボビン
11の一端部11a側と、他端部11b側との何れにあ
っても、前記複屈折の影響を打消すことができ、測定誤
差の振動や周囲温度変化に対する特性を向上することが
できる。
【0023】上述のように構成される磁界検出部10
は、たとえば図3で示すような光ファイバ電流センサ2
1に用いることができる。
【0024】導体14に隣接配置される前記磁界検出部
10に対して、継電器盤などの離間した位置に配置され
る送受光部22との間は、伝送部23によって接続され
ている。伝送部23は、一対のシングルモードの光ファ
イバ24,25から構成されている。
【0025】レーザダイオードやスーパールミネッセン
スダイオードなどで実現される前記送受光部22内の光
源26からの光は、シングルモードの光ファイバ27−
コネクタ28a,29a−前記光ファイバ24−コネク
タ30a,13aを介して、前記光ファイバ12へ入射
される。光ファイバ12からの出射光は、コネクタ13
b,30b−光ファイバ25−コネクタ29b,28b
を介して、送受光部22内の偏光ビームスプリッタ31
に入射される。
【0026】前記各光ファイバ27,24,12,25
は、偏波面が相互に一致するように接続されている。ま
た、前記光源26からの出射光の偏波面と、偏光ビーム
スプリッタ31の偏光方向とは、前記導体14に流れる
電流が0であるときに相互に45°ずれた関係となるよ
うに、これら光源26および偏光ビームスプリッタ31
の偏光方向の相対角度が定められている。
【0027】前記偏光ビームスプリッタ31において、
透過光の出力部および反射光の出力部には、それぞれフ
ォトダイオードなどからなる受光素子32,33が設け
られている。これらの受光素子32,33は、入射光レ
ベルに対応した電流を出力する光電変換を行う。前記受
光素子32,33からの出力信号は、割算器34に入力
される。割算器34は、受光素子32,33からの出力
の加算値に対する差分値の比率を求める。しがたって、
同一レベルで検出される直流成分が除去され、かつほぼ
一定の前記加算値に対して、前記差分値が導体14に流
れる電流値に略比例し、こうして導体14に流れる電流
の振幅および位相が測定され、その測定結果は保護継電
器などへ与えられる。
【0028】
【発明の効果】請求項1の発明に係る光ファイバ電流セ
ンサは、以上のように、導体の周囲に巻回した磁気光学
効果を有する光ファイバを利用して前記導体の通電電流
を測定する光ファイバ電流センサにおいて、光ファイバ
の外径を拡大して捻りを発生することができる固着部材
やコネクタなどの捻り発生部材を複数個設けて、一対の
相互に隣接する区間の捻り量、すなわち捻り応力が均一
となるようにし、かつ各捻り発生部材による捻り方向を
交互とする。
【0029】それゆえ、光ファイバの全長に亘って、複
屈折による影響を打消すことができ、熱源や振動源が該
光ファイバの巻回されるボビンの一端側と他端側との何
れにあっても、測定誤差を小さくすることができ、該測
定誤差の振動や温度に対する特性を向上することができ
る。
【0030】また、請求項2の発明に係る光ファイバ電
流センサは、以上のように、請求項1で示すようにして
対を成す隣接区間の捻り応力を均一にした上で、さらに
各捻り方向の合計長を等しく選ぶ。
【0031】それゆえ、さらに振動や温度に対する測定
誤差の特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の光ファイバ電流センサ
における磁界検出部の正面図である。
【図2】図1で示す磁界検出部においてボビンに巻回さ
れている光ファイバを展開して示す図である。
【図3】図1および図2で示す磁界検出部を用いる光フ
ァイバ電流センサの一構成例を示す図である。
【図4】従来技術の光ファイバ電流センサの磁界検出部
におけるボビンの軸直角断面図である。
【図5】図4で示す従来技術の磁界検出部の正面図であ
る。
【符号の説明】
10 磁界検出部 12;24,25,27 光ファイバ 13a,13b;28a,28b;29a,29b;3
0a,30b コネクタ 14 導体 21 光ファイバ電流センサ 22 送受光部 23 伝送部 26 光源 31 偏光ビームスプリッタ 32,33 受光素子 34 割算器 H1〜H5 凹所 P1〜P5 ポイント片(捻り発生部材)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導体の周囲に巻回した磁気光学効果を有す
    る光ファイバを利用して前記導体の通電電流を測定する
    光ファイバ電流センサにおいて、 前記光ファイバに捻りを加えることができる捻り発生部
    材を複数設け、各捻り発生部材の捻り方向を交互とする
    ことを特徴とする光ファイバ電流センサ。
  2. 【請求項2】捻り方向が一方方向である区間の長さと、
    他方方向である区間の長さとを相互に等しくすることを
    特徴とする請求項1記載の光ファイバ電流センサ。
JP9106306A 1997-04-23 1997-04-23 光ファイバ電流センサ Pending JPH10300797A (ja)

Priority Applications (1)

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JP9106306A JPH10300797A (ja) 1997-04-23 1997-04-23 光ファイバ電流センサ

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JP9106306A JPH10300797A (ja) 1997-04-23 1997-04-23 光ファイバ電流センサ

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JPH10300797A true JPH10300797A (ja) 1998-11-13

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002010813A3 (en) * 2000-08-02 2003-04-03 Kvh Ind Inc Reduction of linear birefringence in circular-core single-mode fiber
CN102445586A (zh) * 2011-11-08 2012-05-09 中国矿业大学 监测地铁杂散电流的光纤传感器及其方法

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