JPH1054850A - Optical-voltage/photocurrent sensor - Google Patents

Optical-voltage/photocurrent sensor

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Publication number
JPH1054850A
JPH1054850A JP8212778A JP21277896A JPH1054850A JP H1054850 A JPH1054850 A JP H1054850A JP 8212778 A JP8212778 A JP 8212778A JP 21277896 A JP21277896 A JP 21277896A JP H1054850 A JPH1054850 A JP H1054850A
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JP
Japan
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electro
optical
light
effect element
optic effect
Prior art date
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Pending
Application number
JP8212778A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kumegawa
宏 久米川
Takeshi Kawakatsu
健 川勝
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 JP8212778A priority Critical patent/JPH1054850A/en
Publication of JPH1054850A publication Critical patent/JPH1054850A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the change in resonat frequency and the deterioration of temperature characteristics by the stress caused by the difference between the expansion coefficient of a bonding agent for fixing a Pockels element and the expansion coefficient of the Pockels element and to achieve the compact configuration in an optical-voltage sensor using the Pockels element, whose quantity of transmitting light changes in correspondence with the applied voltage from a Cerminal. SOLUTION: In a concave groove 38 formed in a bottom plate 37 of a casing 36, a polarizer 32, a λ/4 plate 33 and an analyzer 35 are coupled together with a Pockels element 34 and tightened and fixed by compressing screws 45 and 46 in the optical-axis direction. Therefore, the Pockels element 34 is not bonded, the change of resonant frequency by heat is suppressed and the temperature characteristics can be improved. At the same time, the resonat frequency can be expanded to the frequency band, which can correspond to the surge current of thunderbolt. Furthermore, the compact configuration can be achieved since the Pockels element 34 is held from the direction of the optical axis.

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、ポッケルス効果や
ファラデー効果などの電気光学効果によって、印加電圧
または検知すべき電流の変化を透過光量変化として検知
する光電圧・光電流センサに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an optical voltage / optical current sensor which detects a change in an applied voltage or a current to be detected as a transmitted light amount change by an electro-optic effect such as a Pockels effect or a Faraday effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】前記ポッケルス効果やファラデー効果を
生じる電気光学効果素子を用いて、線路電圧や電流を、
線路とは電気的に絶縁状態で検知するようにした光電圧
・光電流センサが用いられている。
2. Description of the Related Art Line voltages and currents can be reduced by using an electro-optic effect element that generates the Pockels effect or the Faraday effect.
An optical voltage / current sensor that is electrically insulated from the line is used.

【0003】図5は、典型的な従来技術の光電圧センサ
1の蓋を取外した状態での平面図である。この光電圧セ
ンサ1は、電気光学効果素子として、BGO(Bi12
eO20)結晶から成るポッケルス素子2を用いており、
端子3,4からの入力電圧を該ポッケルス素子2に印加
し、電圧変化に対応して、該ポッケルス素子2の透過光
量が変化することを利用して、前記入力電圧に比例した
出力信号を前記端子3,4と電気的に絶縁された経路で
検出するものである。
FIG. 5 is a plan view of a typical prior art optical voltage sensor 1 with a lid removed. This optical voltage sensor 1 has a BGO (Bi 12 G) as an electro-optical effect element.
using a Pockels element 2 made of eO 20 ) crystal,
An input voltage from the terminals 3 and 4 is applied to the Pockels element 2, and an output signal proportional to the input voltage is generated by utilizing the fact that the amount of transmitted light of the Pockels element 2 changes in response to a voltage change. The detection is performed by a path that is electrically insulated from the terminals 3 and 4.

【0004】したがって、ケーシング5の側壁6には、
前記端子3,4とともに、コリメータ7,8が取付けら
れている。また、底板9上には、前記ポッケルス素子2
とともに、偏光子10と、λ/4板11と、検光子12
とが取付けられている。前記偏光子10と、λ/4板1
1と、ポッケルス素子2と、検光子12とは、ポッケル
ス素子2の光軸13上に配列されている。
Accordingly, the side wall 6 of the casing 5 has
Collimators 7, 8 are mounted together with the terminals 3, 4. On the bottom plate 9, the Pockels element 2 is placed.
At the same time, a polarizer 10, a λ / 4 plate 11, an analyzer 12
And are attached. The polarizer 10 and the λ / 4 plate 1
1, the Pockels element 2, and the analyzer 12 are arranged on the optical axis 13 of the Pockels element 2.

【0005】前記光軸13に直交して配置されているコ
リメータ7からの出射光は、偏光子10によって所定の
偏波面を有する成分のみが抽出され、さらにλ/4板1
1において円偏光とされた後、ポッケルス素子2へ入射
される。ポッケルス素子2は、前記入力電圧に比例して
その透過光量を変化し、該ポッケルス素子2からの出射
光は、検光子12に入射され、所定の偏波面の成分のみ
が抽出されて、前記光軸13と直交する位置に配置され
ているコリメータ8へ出射される。こうしてコリメータ
8からは、前記端子3,4への入力電圧に比例して、該
端子3,4と電気的に絶縁された出力信号を得ることが
できる。
From the light emitted from the collimator 7 arranged orthogonal to the optical axis 13, only a component having a predetermined polarization plane is extracted by the polarizer 10.
After being converted into circularly polarized light at 1, the light enters the Pockels element 2. The Pockels element 2 changes the amount of transmitted light in proportion to the input voltage. Light emitted from the Pockels element 2 is incident on the analyzer 12 and only a predetermined component of the polarization plane is extracted. The light is emitted to the collimator 8 arranged at a position orthogonal to the axis 13. Thus, an output signal electrically insulated from the terminals 3 and 4 can be obtained from the collimator 8 in proportion to the input voltage to the terminals 3 and 4.

【0006】しかしながら、上述のような従来技術の光
電圧センサ1では、セラミックなどから成る底板9上
に、前記BGO結晶から成るポッケルス素子2ならびに
PBSから成る偏光子10、λ/4板11および検光子
12が、熱硬化型や紫外線硬化型の接着剤で固定され
る。一方、この光電圧センサ1は、送配電線に関連して
用いられるので、使用される温度環境には、冬期から夏
期に亘って、たとえば−20℃〜+80℃の大きな変化
が生じる。
However, in the above-described conventional optical voltage sensor 1, on the bottom plate 9 made of ceramic or the like, the Pockels element 2 made of the BGO crystal, the polarizer 10 made of PBS, the λ / 4 plate 11, and the detection plate are mounted. The photons 12 are fixed with a thermosetting or ultraviolet curable adhesive. On the other hand, since the optical voltage sensor 1 is used in connection with power transmission and distribution lines, the temperature environment in which it is used undergoes a large change, for example, from −20 ° C. to + 80 ° C. from winter to summer.

【0007】このため、接着剤とポッケルス素子2との
膨張係数の違いによって該ポッケルス素子2に生じる応
力によって歪が発生し、結晶内の屈折率が変化して共振
周波数が変化するという問題がある。また、前記屈折率
の変化によって、温度変化に対する比誤差特性も悪くな
るという問題がある。
For this reason, there is a problem that a strain is generated by a stress generated in the Pockels element 2 due to a difference in expansion coefficient between the adhesive and the Pockels element 2, a refractive index in the crystal changes, and a resonance frequency changes. . In addition, there is a problem that the change in the refractive index deteriorates the ratio error characteristic with respect to the temperature change.

【0008】一方、前記BGO結晶から成るポッケルス
素子2は、印加電圧の周波数を高くしてゆくと、面すべ
り振動による共振を引起こす。ここで、前記BGO結晶
をZ軸方向にカットし、光をこのZ軸方向に通すとき、
結晶の大きさを光軸に垂直な面内で寸法a×bとすると
き、共振周波数Frは、次式で表すことができる。
On the other hand, as the frequency of the applied voltage increases, the Pockels device 2 made of the BGO crystal causes resonance due to surface slip vibration. Here, when the BGO crystal is cut in the Z-axis direction and light is transmitted in the Z-axis direction,
Assuming that the size of the crystal is a × b in a plane perpendicular to the optical axis, the resonance frequency Fr can be expressed by the following equation.

【0009】[0009]

【数1】 (Equation 1)

【0010】ここで、C44は圧電スティッフネス(BG
Oで0.291×1011N/m2 )、ρは比重(BGO
で9.22×103 Kg/m3 )、a,bは前記光軸で
あるZ軸に直交するX,Y軸方向の長さ(m)、m,n
は振動モードを規定する整数(基本モードでは、m=n
=1)である。
Here, C 44 is the piezoelectric stiffness (BG
O is 0.291 × 10 11 N / m 2 ), and ρ is specific gravity (BGO
Is 9.22 × 10 3 Kg / m 3 ), and a and b are the lengths (m) in the X and Y axes orthogonal to the Z axis, which is the optical axis, and m and n.
Is an integer defining the vibration mode (m = n in the basic mode)
= 1).

【0011】したがって、この光電圧センサ1によっ
て、雷によるサージ電流を検知しようとしても、前記式
1による共振周波数Frから、検知することができる帯
域幅が制限されてしまうという問題もある。
Therefore, there is also a problem that even if an attempt is made to detect a surge current due to lightning by the optical voltage sensor 1, the detectable bandwidth is limited based on the resonance frequency Fr according to the above equation (1).

【0012】このため、前述のような接着剤の使用によ
るポッケルス素子2の共振周波数変化を抑え、かつ上述
のような雷サージの検知可能な広帯域な光電圧センサを
実現するために、他の従来技術として、本件出願人は先
に特願平5−166885号を提案している。
For this reason, in order to suppress a change in the resonance frequency of the Pockels element 2 due to the use of the adhesive as described above and to realize a wide-band optical voltage sensor capable of detecting the lightning surge as described above, another conventional method is used. As a technique, the present applicant has previously proposed Japanese Patent Application No. 5-166885.

【0013】図6は、その他の従来技術による光電圧セ
ンサ21の蓋を取外した状態での平面図である。なお、
この図6の構成において前述の図5の構成に類似し、対
応する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省
略する。この光電圧センサ21では、ポッケルス素子2
は、前記偏光子10や検光子12と同一材料で、かつ該
ポッケルス素子2と前記膨張係数の略等しいPBSから
成る挟持部材22,23によって、光軸13とは直交す
る方向から挟持されている。さらに、挟持部材23は前
記側壁6に当接し、また挟持部材22は、側壁6に形成
されたねじ孔に螺着される加圧ネジ24,25によって
加圧されている加圧部材26によって、前記側壁6方向
に加圧されている。
FIG. 6 is a plan view of another conventional optical voltage sensor 21 with its lid removed. In addition,
The configuration in FIG. 6 is similar to the configuration in FIG. 5 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In this optical voltage sensor 21, the Pockels element 2
Are sandwiched in a direction perpendicular to the optical axis 13 by sandwiching members 22 and 23 made of the same material as the polarizer 10 and the analyzer 12 and made of PBS having substantially the same expansion coefficient as the Pockels element 2. . Further, the holding member 23 abuts on the side wall 6, and the holding member 22 is pressed by a pressing member 26 pressed by pressing screws 24 and 25 screwed into screw holes formed in the side wall 6. Pressure is applied in the direction of the side wall 6.

【0014】したがって、接着剤を使用せず、ポッケル
ス素子2の固定が行われるとともに、該ポッケルス素子
2は、たとえば前記X=2.5(mm)、Y=4(m
m)、Z=3(mm)の大きさに対して、最適な圧力で
ある190(gf/mm2 )で加圧され、前記共振周波
数Frが雷サージを検知可能な周波数まで帯域幅が拡げ
られている。
Therefore, the Pockels element 2 is fixed without using an adhesive, and the Pockels element 2 has, for example, the aforementioned X = 2.5 (mm) and Y = 4 (m).
m) and Z = 3 (mm), the pressure is increased at an optimal pressure of 190 (gf / mm 2 ), and the resonance frequency Fr is expanded to a frequency at which a lightning surge can be detected. Have been.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術
の光電圧センサ21では、ポッケルス素子2を、該ポッ
ケルス素子2と膨張係数のほぼ等しい挟持部材22,2
3で挟込む必要があり、また大きな加圧部材26を用い
るので、大形化するという問題がある。
In the prior art optical voltage sensor 21 as described above, the Pockels element 2 is formed by holding the Pockels element 2 with the holding members 22 and 2 having substantially the same expansion coefficient as the Pockels element 2.
3 and a large pressurizing member 26 is used.

【0016】本発明の目的は、小形化することができる
光電圧・光電流センサを提供することである。
An object of the present invention is to provide an optical voltage / current sensor that can be miniaturized.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る光
電圧・光電流センサは、印加電圧または検知すべき電流
に比例した透過光量変化を生じる電気光学効果素子を用
いる光電圧・光電流センサにおいて、前記電気光学効果
素子の入射端に設けられ、該電気光学効果素子の光軸と
は交差する方向からの入射光を該電気光学効果素子の入
射端に入射する第1の導光部材と、前記電気光学効果素
子の出射端に設けられ、該電気光学効果素子の出射端か
らの出射光を該電気光学効果素子の光軸とは交差する方
向へ出射する第2の導光部材と、前記第1および第2の
導光部材を、電気光学効果素子の光軸方向から加圧して
該電気光学効果素子を加圧しつつ、保持固定する加圧部
材とを含むことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical voltage / photocurrent sensor using an electro-optic effect element which generates a change in transmitted light quantity in proportion to an applied voltage or a current to be detected. In the sensor, a first light guide member provided at an incident end of the electro-optical effect element, and entering incident light from a direction intersecting an optical axis of the electro-optical effect element to the incident end of the electro-optical effect element A second light guide member provided at an emission end of the electro-optic effect element, and emitting light emitted from the emission end of the electro-optic effect element in a direction intersecting the optical axis of the electro-optic effect element; A pressure member for pressing and holding the first and second light guide members in the optical axis direction of the electro-optic effect element to press and hold the electro-optic effect element.

【0018】上記の構成によれば、電気光学効果素子を
固定および加圧するために、加圧ネジなどの加圧部材と
該電気光学効果素子との間に特別な介在部材を用いる必
要はなく、透過光量変化を検知するために用いられる第
1および第2の導光部材によって、該電気光学効果素子
を挟持して、固定および加圧を行う。
According to the above arrangement, it is not necessary to use a special intervening member between a pressing member such as a pressure screw and the electro-optical effect element in order to fix and press the electro-optical effect element. The electro-optic effect element is sandwiched and fixed and pressurized by first and second light guide members used for detecting a change in the amount of transmitted light.

【0019】したがって、接着剤を用いることなく固定
可能な構成で、かつ共振周波数を高めるための加圧を行
うことができる構成を、前記挟持部材を用いることなく
実現することができ、構成を小形化することができる。
Therefore, it is possible to realize a configuration that can be fixed without using an adhesive and that can perform pressurization for increasing the resonance frequency without using the holding member. Can be

【0020】また請求項2の発明に係る光電圧・光電流
センサでは、前記第1の導光部材は、前記光軸とは直交
する方向から入射する光を円偏光として前記電気光学効
果素子の入射端へ入射する偏光子およびλ/4板であ
り、前記第2の導光部材は、前記電気光学効果素子の出
射端からの光の予め定める偏光方向の成分を抽出して、
前記光軸とは直交する方向に出射する検光子であること
を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the optical voltage / current sensor, the first light guide member converts light incident from a direction perpendicular to the optical axis into circularly polarized light, and converts the light into a circularly polarized light. A polarizer and a λ / 4 plate incident on an incident end, wherein the second light guide member extracts a component in a predetermined polarization direction of light from the exit end of the electro-optic effect element,
The analyzer is characterized by being an analyzer that emits light in a direction perpendicular to the optical axis.

【0021】上記の構成によれば、電気光学効果素子に
該電気光学効果素子の光軸とは交差する方向からの入射
光を導光する第1の導光部材と、電気光学効果素子から
の出射光を前記光軸とは交差する方向に導光する第2の
導光部材とが、それぞれ前記電気光学効果素子の電気光
学効果を透過光量変化として取出すために必要となる偏
光子およびλ/4板ならびに検光子であり、こうして光
学部品のすべてを、接着剤を使用することなく固定する
ことができる。
According to the above arrangement, the first light guide member for guiding the incident light from the direction intersecting the optical axis of the electro-optical effect element to the electro-optical effect element, A second light guide member for guiding the emitted light in a direction intersecting with the optical axis, and a polarizer and a λ / Four plates as well as an analyzer, so that all of the optical components can be fixed without the use of adhesives.

【0022】さらにまた請求項3の発明に係る光電圧・
光電流センサでは、前記電気光学効果素子ならびに第1
および第2の導光部材は、ケーシングの底板に形成され
た凹溝中に嵌込まれて、前記光軸とは交差する方向のず
れも規制されることを特徴とする。
Still further, according to the third aspect of the present invention,
In the photocurrent sensor, the electro-optic effect element and the first
The second light guide member is fitted in a concave groove formed in the bottom plate of the casing, and a deviation in a direction intersecting with the optical axis is also restricted.

【0023】上記の構成によれば、所定の精度で立設さ
れた一対の壁面や所定の精度で刻設された溝などの凹溝
中に、前記電気光学効果素子ならびに第1および第2の
導光部材を嵌込むだけで光軸合わせを行うことができ、
煩雑な光軸合わせ作業を不要とすることができる。
According to the above configuration, the electro-optic effect element and the first and second electro-optical effect elements are formed in a pair of wall surfaces which are erected with a predetermined accuracy or in grooves such as grooves formed with a predetermined accuracy. The optical axis can be aligned simply by inserting the light guide member,
A complicated optical axis alignment operation can be eliminated.

【0024】また請求項4の発明に係る光電圧・光電流
センサは、前記ケーシングの蓋にも、前記凹溝に対向す
る凹溝が形成されることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical voltage / current sensor, wherein a groove facing the groove is also formed on the lid of the casing.

【0025】上記の構成によれば、前記電気光学効果素
子ならびに第1および第2の導光部材が凹溝から脱落す
ることを防止することができ、耐振動性を向上すること
ができる。
According to the above configuration, it is possible to prevent the electro-optical effect element and the first and second light guide members from dropping out of the concave groove, and to improve vibration resistance.

【0026】[0026]

【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4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 4.

【0027】図1は本発明の実施の一形態の光電圧セン
サ31の分解斜視図であり、図2はその光電圧センサ3
1の蓋を取外した状態での平面図である。この光電圧セ
ンサ31では、前記BGO結晶から成り、第1の導光部
材である偏光子32およびλ/4板33と、前記BGO
結晶から成り、電気光学効果素子であるポッケルス素子
34と、前記BGO結晶から成り、第2の導光部材であ
る検光子35とが、この順に、ケーシング36において
セラミックから成る底板37に刻設された凹溝38に嵌
込まれて、光軸42の合わせ込みが行われる。また、前
記偏光子32と検光子35との両外側方向から、ガラス
板などから成る介在部材39,40をそれぞれ介して、
前記ケーシング36の側壁41に形成されたねじ孔4
3,44に螺着される加圧ネジ45,46によって加圧
されて、前記偏光子32、λ/4板33、ポッケルス素
子34および検光子35が、凹溝38内に非接着で保持
固定されている。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an optical voltage sensor 31 according to an embodiment of the present invention, and FIG.
It is a top view in the state where 1 lid was removed. In this optical voltage sensor 31, the polarizer 32 and the λ / 4 plate 33 which are made of the BGO crystal and are the first light guide member, and the BGO
A Pockels element 34, which is made of a crystal and is an electro-optical effect element, and an analyzer 35 which is made of the BGO crystal and is a second light guide member are engraved in this order on a bottom plate 37 made of ceramic in a casing 36. The optical axis 42 is fitted into the concave groove 38. Further, from both outer sides of the polarizer 32 and the analyzer 35, via intervening members 39 and 40 made of a glass plate or the like, respectively.
Screw holes 4 formed in the side wall 41 of the casing 36
The polarizer 32, the λ / 4 plate 33, the Pockels element 34, and the analyzer 35 are pressed and held by the pressure screws 45 and 46 screwed to the grooves 3 and 44 in the groove 38 without being adhered. Have been.

【0028】これに対応して蓋47には、前記凹溝38
に対向する凹溝48が形成されている。これによって、
前記偏光子32、λ/4板33、ポッケルス素子34お
よび検光子35の光学部品が、前記底板37の凹溝38
から脱落することが防止され、耐振動性が向上されてい
る。
Correspondingly, the cover 47 is provided with the groove 38.
Are formed opposite to the groove 48. by this,
The optical components of the polarizer 32, the λ / 4 plate 33, the Pockels element 34, and the analyzer 35 are formed by a concave groove 38 of the bottom plate 37.
Is prevented from falling off, and the vibration resistance is improved.

【0029】前記加圧ネジ45,46による圧力は、ポ
ッケルス素子34が破損することなく、かつできるだけ
大きな圧力、たとえばポッケルス素子34の寸法が前記
X=2.5(mm)、Y=4(mm)、Z=3(mm)
であるときには、190(gf/mm2 )とされる。
The pressure generated by the pressure screws 45 and 46 is as large as possible without damaging the Pockels element 34, for example, when the dimensions of the Pockels element 34 are X = 2.5 (mm) and Y = 4 (mm). ), Z = 3 (mm)
Is 190 (gf / mm 2 ).

【0030】一方、前記側壁41には、ポッケルス素子
34に電圧を印加するための入力電圧が与えられる一対
の端子49,50が取付けられるとともに、前記偏光子
32に臨み、光ファイバ53からの光を前記光軸42と
垂直に入射するコリメータ51と、前記検光子35に臨
み、該検光子35からの光を光軸42と垂直に光ファイ
バ54に入射するコリメータ52とが取付けられてい
る。
On the other hand, a pair of terminals 49 and 50 to which an input voltage for applying a voltage to the Pockels element 34 is applied are attached to the side wall 41, and a light from the optical fiber 53 facing the polarizer 32. A collimator 51 which is incident on the optical axis 42 at right angles to the optical axis 42 and a collimator 52 which faces the analyzer 35 and receives light from the analyzer 35 and enters the optical fiber 54 at right angles to the optical axis 42 are attached.

【0031】上述のように構成された光電圧センサ31
において、図示しない光源から光ファイバ53を介して
該光電圧センサ31に入射された光は、コリメータ51
において、平行光とされて偏光子32に入射される。コ
リメータ51からの光の偏光方向はランダムであり、こ
の偏光子32において前記偏光方向が一定の光のみが選
択されて光軸42方向に出射され、λ/4板33に入射
される。λ/4板33は、入射光を円偏光としてポッケ
ルス素子34に入射する。
The optical voltage sensor 31 configured as described above
In FIG. 3, light incident on the optical voltage sensor 31 from a light source (not shown) via an optical fiber 53 is transmitted to a collimator 51.
At, the light is converted into parallel light and is incident on the polarizer 32. The polarization direction of the light from the collimator 51 is random. Only the light whose polarization direction is constant in the polarizer 32 is selected, emitted in the direction of the optical axis 42, and made incident on the λ / 4 plate 33. The λ / 4 plate 33 enters the Pockels element 34 as incident light as circularly polarized light.

【0032】ポッケルス素子34は、前記端子49,5
0への入力電圧に対応して、入射光の偏光方向を変化し
て検光子35に入射する。検光子35は、ポッケルス素
子34からの入射光のうち、所定の偏光方向の成分のみ
を抽出して、前記光軸42とは垂直な方向に配置される
コリメータ52に入射する。コリメータ52への入射光
は、光ファイバ54を介して、図示しない受光素子へ入
力される。なお、前記入力電圧は、BGO結晶から成る
偏光子32、λ/4板33、ポッケルス素子34および
検光子35のうち、ポッケルス素子34にのみ印加され
る。
The Pockels element 34 is connected to the terminals 49 and 5.
According to the input voltage of 0, the polarization direction of the incident light is changed and is incident on the analyzer 35. The analyzer 35 extracts only a component in a predetermined polarization direction from the incident light from the Pockels element 34 and enters the collimator 52 arranged in a direction perpendicular to the optical axis 42. Light incident on the collimator 52 is input to a light receiving element (not shown) via the optical fiber 54. The input voltage is applied only to the Pockels element 34 among the polarizer 32, the λ / 4 plate 33, the Pockels element 34, and the analyzer 35 made of BGO crystal.

【0033】このように構成された本発明に従う光電圧
センサ31では、偏光子32、λ/4板33および検光
子35を、ポッケルス素子34と膨張係数を一致させる
ためにBGO結晶で構成し、さらにこれらを底板37に
形成された凹溝38に嵌込むとともに、蓋47に形成さ
れた凹溝48に嵌込んで凹溝38からの脱落を防止する
ので、煩雑な光軸合わせを行うことなく、光学部品の光
軸42を、凹溝38,48の切出し精度、たとえば0.
1μm程度で一致させることができる。
In the optical voltage sensor 31 according to the present invention thus configured, the polarizer 32, the λ / 4 plate 33, and the analyzer 35 are made of a BGO crystal in order to match the expansion coefficient of the Pockels element 34, Furthermore, since these are fitted into the concave groove 38 formed in the bottom plate 37 and are also fitted into the concave groove 48 formed in the lid 47 to prevent falling off from the concave groove 38, it is possible to avoid complicated optical axis alignment. , The optical axis 42 of the optical component is cut out of the concave grooves 38 and 48, for example, with a precision of 0.1 mm.
It can be matched at about 1 μm.

【0034】また、ポッケルス素子34を、偏光子32
およびλ/4板33と検光子35とで挟込み、これらの
光学部品を、光軸42方向から加圧ネジ45,46およ
び介在部材39,40によって加圧して固定するので、
小形化を図ることができる。さらにまた、従来技術で述
べたような接着剤の使用に伴う応力の発生を防止し、共
振周波数の変化を抑えることができるとともに、比誤差
の温度特性を改善して、ポッケルス素子34の共振周波
数Frを雷によるサージ電流を検知することができる高
周波帯域まで拡大することができる。
The Pockels element 34 is connected to the polarizer 32.
And the λ / 4 plate 33 and the analyzer 35, and these optical components are pressed and fixed from the direction of the optical axis 42 by the pressing screws 45 and 46 and the intervening members 39 and 40.
The size can be reduced. Furthermore, the generation of stress due to the use of the adhesive as described in the related art can be prevented, the change in the resonance frequency can be suppressed, and the temperature characteristic of the ratio error can be improved to improve the resonance frequency of the Pockels element 34. Fr can be expanded to a high frequency band in which a surge current due to lightning can be detected.

【0035】図3および図4は、本件発明者の実験結果
を示すグラフであり、温度を−20℃付近から60℃付
近まで変化させた場合において、ポッケルス素子34に
圧力を加えた場合と、加えていない場合との比誤差の変
化を示すグラフである。これらの図から明らかなよう
に、比誤差の変化幅は、圧力を加えている図3の場合に
は、−0.2%〜+0.5%であるのに対し、図4で示
す圧力を加えていない場合には、−0.7%〜+2.2
%である。これは、BGO結晶の温度によって生じる歪
が前記圧力によって抑えられ、結晶の屈折率変化が少な
くなっているためと思われる。このように圧力を加えて
おくことによって、温度特性を改善することができる。
FIGS. 3 and 4 are graphs showing the experimental results of the present inventor. When the temperature is changed from around -20 ° C. to around 60 ° C., when the pressure is applied to the Pockels element 34, It is a graph which shows the change of the ratio error with the case where it is not added. As is clear from these figures, the change width of the ratio error is -0.2% to + 0.5% in the case of FIG. 3 where the pressure is applied, whereas the pressure shown in FIG. If not added, -0.7% to +2.2
%. This is probably because the strain caused by the temperature of the BGO crystal is suppressed by the pressure, and the change in the refractive index of the crystal is reduced. By applying the pressure in this manner, the temperature characteristics can be improved.

【0036】なお、上述の例では、電気光学効果素子と
して、印加電圧に対応して偏光方向が変化するポッケル
ス素子34を用いて電圧を検知したけれども、本発明の
実施の他の形態として、電流によって発生する磁界に応
答して偏光方向が変化するファラデー効果を用いて電流
を検知するファラデー素子を用いるように構成してもよ
い。
In the above-described example, the voltage is detected using the Pockels element 34 whose polarization direction changes in accordance with the applied voltage as the electro-optical effect element. May be configured to use a Faraday element that detects current using the Faraday effect in which the polarization direction changes in response to a magnetic field generated by the Faraday effect.

【0037】[0037]

【発明の効果】請求項1の発明に係る光電圧・光電流セ
ンサは、以上のように、印加電圧または検知すべき電流
に比例した透過光量変化を生じる電気光学効果素子を、
該電気光学効果素子の光軸とは交差する方向からの入射
光を該電気光学効果素子の入射端に入射する第1の導光
部材と、該電気光学効果素子の出射端からの出射光を該
電気光学効果素子の光軸とは交差する方向へ出射する第
2の導光部材とによって挟込み、該電気光学効果素子の
光軸方向から加圧して該電気光学効果素子を保持固定お
よび加圧する。
As described above, the optical voltage / photocurrent sensor according to the first aspect of the present invention includes an electro-optic effect element that generates a change in the amount of transmitted light in proportion to an applied voltage or a current to be detected.
A first light guide member for inputting incident light from a direction intersecting with the optical axis of the electro-optical effect element to an incident end of the electro-optical effect element, and emitting light from an output end of the electro-optical effect element; The electro-optic effect element is sandwiched by a second light guide member that emits light in a direction intersecting with the optical axis of the electro-optic effect element, and is pressed and held in the optical axis direction of the electro-optic effect element to hold and fix the electro-optic effect element. Press.

【0038】それゆえ、接着剤を用いることなく固定可
能な構成で、かつ共振周波数を高めるための加圧を行う
ことができる構成を、小形で実現することができる。
Therefore, it is possible to realize a small-sized structure that can be fixed without using an adhesive and that can perform pressurization for increasing the resonance frequency.

【0039】また請求項2の発明に係る光電圧・光電流
センサは、以上のように、前記第1の導光部材を、電気
光学効果素子への入射光を円偏光とする偏光子およびλ
/4板とし、前記第2の導光部材を、前記電気光学効果
素子の出射光から予め定める偏光方向の成分を抽出する
検光子とする。
Further, in the optical voltage / photocurrent sensor according to the second aspect of the present invention, as described above, the first light guide member is formed by a polarizer and a λ which make incident light to the electro-optic effect element circularly polarized.
The second light guide member is an analyzer that extracts a component in a predetermined polarization direction from the light emitted from the electro-optic effect element.

【0040】それゆえ、電気光学効果素子の電気光学効
果を透過光量変化として取出すために必要となる光学部
品のすべてを、接着剤を使用することなく固定すること
ができる。
Therefore, all of the optical components necessary for extracting the electro-optical effect of the electro-optical effect element as a change in the amount of transmitted light can be fixed without using an adhesive.

【0041】さらにまた請求項3の発明に係る光電圧・
光電流センサは、以上のように、所定の精度で立設され
た一対の壁面や所定の精度で刻設された溝などの凹溝中
に、前記電気光学効果素子ならびに第1および第2の導
光部材を嵌込むだけで、光軸合わせを行うことができ
る。
Further, according to the third aspect of the present invention,
As described above, the photocurrent sensor is provided with the electro-optic effect element and the first and second Optical axis alignment can be performed only by fitting the light guide member.

【0042】それゆえ、煩雑な光軸合わせ作業を不要と
することができる。
Therefore, complicated optical axis alignment work can be eliminated.

【0043】また請求項4の発明に係る光電圧・光電流
センサでは、以上のように、前記ケーシングの蓋にも、
前記凹溝に対向する凹溝を形成する。
In the optical voltage / current sensor according to the fourth aspect of the present invention, as described above, the cover of the casing is also provided with:
A groove facing the groove is formed.

【0044】それゆえ、前記電気光学効果素子ならびに
第1および第2の導光部材が凹溝から脱落することを防
止することができ、耐振動性を向上することができる。
Therefore, it is possible to prevent the electro-optic effect element and the first and second light guide members from dropping out of the groove, and to improve the vibration resistance.

【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分解斜
視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view 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蓋を取外した状態で
の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the optical voltage sensor shown in FIG. 1 with a lid removed.

【図3】前記光電圧センサに使用されるポッケルス素子
に圧力を加えた状態での温度変化に対する比誤差の変化
を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a change in a ratio error with respect to a temperature change when a pressure is applied to a Pockels element used in the optical voltage sensor.

【図4】前記ポッケルス素子に圧力を加えていない状態
での温度変化に対する比誤差の変化を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing a change in a ratio error with respect to a temperature change when no pressure is applied to the Pockels element.

【図5】典型的な従来技術の光電圧センサの蓋を取外し
た状態での平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a typical prior art light voltage sensor with the lid removed.

【図6】他の従来技術の光電圧センサの蓋を取外した状
態での平面図である。
FIG. 6 is a plan view of another conventional optical voltage sensor with a lid removed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 光電圧センサ 32 偏光子(第1の導光部材) 33 λ/4板(第1の導光部材) 34 ポッケルス素子(電気光学効果素子) 35 検光子(第2の導光部材) 36 ケーシング 37 底板 38 凹溝 39 介在部材 40 介在部材 41 側壁 42 光軸 45 加圧ネジ 46 加圧ネジ 47 蓋 48 凹溝 49 端子 50 端子 51 コリメータ 52 コリメータ Reference Signs List 31 light voltage sensor 32 polarizer (first light guide member) 33 λ / 4 plate (first light guide member) 34 Pockels element (electro-optic effect element) 35 analyzer (second light guide member) 36 casing 37 bottom plate 38 concave groove 39 interposition member 40 interposition member 41 side wall 42 optical axis 45 pressure screw 46 pressure screw 47 lid 48 concave groove 49 terminal 50 terminal 51 collimator 52 collimator

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】印加電圧または検知すべき電流に比例した
透過光量変化を生じる電気光学効果素子を用いる光電圧
・光電流センサにおいて、 前記電気光学効果素子の入射端に設けられ、該電気光学
効果素子の光軸とは交差する方向からの入射光を該電気
光学効果素子の入射端に入射する第1の導光部材と、 前記電気光学効果素子の出射端に設けられ、該電気光学
効果素子の出射端からの出射光を該電気光学効果素子の
光軸とは交差する方向へ出射する第2の導光部材と、 前記第1および第2の導光部材を、電気光学効果素子の
光軸方向から加圧して該電気光学効果素子を加圧しつ
つ、保持固定する加圧部材とを含むことを特徴とする光
電圧・光電流センサ。
1. A light voltage / light current sensor using an electro-optic effect element which produces a change in transmitted light quantity in proportion to an applied voltage or a current to be detected, wherein said electro-optic effect element is provided at an incident end of said electro-optic effect element. A first light guide member for inputting incident light from a direction intersecting the optical axis of the element to an incident end of the electro-optical effect element; and an electro-optical effect element provided at an output end of the electro-optical effect element. A second light-guiding member that emits light emitted from the light-emitting end in a direction intersecting the optical axis of the electro-optic effect element; And a pressure member for holding and fixing the electro-optic effect element while pressing the electro-optic effect element by applying pressure in the axial direction.
【請求項2】前記第1の導光部材は、前記光軸とは直交
する方向から入射する光を、円偏光として前記電気光学
効果素子の入射端へ入射する偏光子およびλ/4板であ
り、 前記第2の導光部材は、前記電気光学効果素子の出射端
からの光の予め定める偏光方向の成分を抽出して、前記
光軸とは直交する方向に出射する検光子であることを特
徴とする請求項1記載の光電圧・光電流センサ。
2. The first light guide member comprises a polarizer and a λ / 4 plate for converting light incident from a direction perpendicular to the optical axis to the incident end of the electro-optic effect element as circularly polarized light. The second light guide member is an analyzer that extracts a component of a predetermined polarization direction of light from the emission end of the electro-optic effect element and emits the component in a direction orthogonal to the optical axis. The optical voltage / current sensor according to claim 1, wherein:
【請求項3】前記電気光学効果素子ならびに第1および
第2の導光部材は、ケーシングの底板に形成された凹溝
中に嵌込まれて、前記光軸とは交差する方向のずれも規
制されることを特徴とする請求項1または2記載の光電
圧・光電流センサ。
3. The electro-optic effect element and the first and second light guide members are fitted into concave grooves formed in a bottom plate of a casing, and also restrict displacement in a direction intersecting with the optical axis. 3. An optical voltage / photocurrent sensor according to claim 1, wherein
【請求項4】前記ケーシングの蓋にも、前記凹溝に対向
する凹溝が形成されることを特徴とする請求項3記載の
光電圧・光電流センサ。
4. An optical voltage / photocurrent sensor according to claim 3, wherein a concave groove facing the concave groove is also formed in the lid of the casing.
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