JPS5899761A - 光による電界，磁界測定器 - Google Patents
光による電界，磁界測定器Info
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- JPS5899761A JPS5899761A JP56198219A JP19821981A JPS5899761A JP S5899761 A JPS5899761 A JP S5899761A JP 56198219 A JP56198219 A JP 56198219A JP 19821981 A JP19821981 A JP 19821981A JP S5899761 A JPS5899761 A JP S5899761A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発叩は光を使って電界、磁界もしくは電流を非接触で
測定するものであり、さらに詳しくはポッケルス効果を
用いて電界を測定し、ファラデー効果を用いて磁界もし
くはそれを発生させる電流を測定するものである。
測定するものであり、さらに詳しくはポッケルス効果を
用いて電界を測定し、ファラデー効果を用いて磁界もし
くはそれを発生させる電流を測定するものである。
光による電界磁界測定器は光ファイバを伝送路として廟
いることＫより高電圧、大電力の送電線に対しても軽便
かつ安全な測定手段を提供するものである。
いることＫより高電圧、大電力の送電線に対しても軽便
かつ安全な測定手段を提供するものである。
従来光を用いて電界、磁界を測定する場谷、ポッケルス
効果を有するＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＡＤＰＸＫ
ＤＰを用いて電界を測定し、ファラデー効果を有する鉛
ガラス等を用いて磁界すなわち電流を測定する方法が用
いられてきた。このため測定器の中心を成すセンサ部に
異なる材料を用い、別々に構成する必要があ゛す、−ま
た空間の同一点の電界、磁界を同時に測定することもで
きなかった。さらにセンサ部の材料が２種いるため測定
器として高価になるという欠点もあった。
効果を有するＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＡＤＰＸＫ
ＤＰを用いて電界を測定し、ファラデー効果を有する鉛
ガラス等を用いて磁界すなわち電流を測定する方法が用
いられてきた。このため測定器の中心を成すセンサ部に
異なる材料を用い、別々に構成する必要があ゛す、−ま
た空間の同一点の電界、磁界を同時に測定することもで
きなかった。さらにセンサ部の材料が２種いるため測定
器として高価になるという欠点もあった。
本発明はこのような従来の測定方法の欠点を無くし、さ
らに特性が改善された電界磁界測定器を提供するもので
ある。
らに特性が改善された電界磁界測定器を提供するもので
ある。
以下本発萌について説明する。
本発明は、従来用いられて来た材料がそれぞれポッケル
ス効−塁かファラデー効果かいずれか一方しか顕著な効
果として持っていないのに対して、ｑれらの両効果を有
しかつそれぞれの効果特性が従来の材料のものより優れ
てるという画期的なビスマスシリコンオキサイド（Ｂｉ
１２ ＳｉＯｇｏ）もしくはビスマス・ゲルマニウム・
オキサイド（ＢｉｕＧｅ０２ρ（以下それぞれＢＳＯ，
ＢＧＯと略記する）を用いて単一のセンサ部で電界と磁
界を同時に測定するものである。
ス効−塁かファラデー効果かいずれか一方しか顕著な効
果として持っていないのに対して、ｑれらの両効果を有
しかつそれぞれの効果特性が従来の材料のものより優れ
てるという画期的なビスマスシリコンオキサイド（Ｂｉ
１２ ＳｉＯｇｏ）もしくはビスマス・ゲルマニウム・
オキサイド（ＢｉｕＧｅ０２ρ（以下それぞれＢＳＯ，
ＢＧＯと略記する）を用いて単一のセンサ部で電界と磁
界を同時に測定するものである。
以下にその動作原理と構成例を示す。
図１、図２はそれぞれポッケルス効果による電界測定と
ファラデー効果による磁界測定の原理を示すものである
パ−０ 図１において、入射した光１ （たとえばＨｅ −Ｎｅ
レーザ光や発光ダイオード等の光）を検光子２で直線偏
光としλ／４波長板８を通して円偏光とし、ＢＳＯもし
くはＢＧＯ（７）単結−晶４（この例では（１００）板
）を通った後、その光学軸（図中のＸ、ｙ軸）と４５°
を成す方位に設定された検光子５を通す。
ファラデー効果による磁界測定の原理を示すものである
パ−０ 図１において、入射した光１ （たとえばＨｅ −Ｎｅ
レーザ光や発光ダイオード等の光）を検光子２で直線偏
光としλ／４波長板８を通して円偏光とし、ＢＳＯもし
くはＢＧＯ（７）単結−晶４（この例では（１００）板
）を通った後、その光学軸（図中のＸ、ｙ軸）と４５°
を成す方位に設定された検光子５を通す。
この配置で電界６を
Ｅ ＝ Ｅｏ ｓｉｎ ｗｔ （１
）で厚みｄの単結晶板に垂直に印加すると、ポッケルス
効果により光は位相変調を受け、検光子を出た光７の強
度は で与えられることは良く知られている。ここでＩｉは入
射光強度であり１、Ｖπは半波長電圧であり、たとえば
６３３ＩｌＮ光に対してＢＳＯで３９００ ｖｏｌｔｓ
１８ＧＯで５６００ ｖｏｌｔｓである。
）で厚みｄの単結晶板に垂直に印加すると、ポッケルス
効果により光は位相変調を受け、検光子を出た光７の強
度は で与えられることは良く知られている。ここでＩｉは入
射光強度であり１、Ｖπは半波長電圧であり、たとえば
６３３ＩｌＮ光に対してＢＳＯで３９００ ｖｏｌｔｓ
１８ＧＯで５６００ ｖｏｌｔｓである。
従って（２）式で表わされる光強度を光検出器（オート
ダイオード等）で検知し、第２項の交流会Ｅｄ−Ｅｏｄ
ｓｉｎｗｔ を取り出せば電界に比例した電気信号
が得られる。
ダイオード等）で検知し、第２項の交流会Ｅｄ−Ｅｏｄ
ｓｉｎｗｔ を取り出せば電界に比例した電気信号
が得られる。
以上は電界と光の進行方向が平行な縦型素子であるが電
界と光の進行方向が直行する横型でも同じ測定が可能で
あることは勿論であ・る。
界と光の進行方向が直行する横型でも同じ測定が可能で
あることは勿論であ・る。
図２において、入射光８を偏光子〇で一直線偏光とし、
長さ１のファラデー効果を有する材料（鉛ガラス等）１
０を通過した後、偏光子と４５°の方位角を成す検光子
１１を通す。金車結晶に外部磁界２ Ｈ＝ Ｈｏ ｓｉｎｗｔ （８）が光の
進行方向と平行に印加されると、単結晶を透過した光は
ファラデー効果により θ＝ＶｅノＨｏｓｉｎｗｔ （４）
’たけ偏光方向が回転する。従って検光子を出たあとの
光１３の強度Ｐｏは ｐｏ＋−）Ｐｉ （１−２０） ＝＋Ｐｉ （１−２Ｖ
ｅ）Ｈｏｓｉｎｗｔ） （５）となり、交流会を光検出
器より取り出せば磁界Ｈ。
長さ１のファラデー効果を有する材料（鉛ガラス等）１
０を通過した後、偏光子と４５°の方位角を成す検光子
１１を通す。金車結晶に外部磁界２ Ｈ＝ Ｈｏ ｓｉｎｗｔ （８）が光の
進行方向と平行に印加されると、単結晶を透過した光は
ファラデー効果により θ＝ＶｅノＨｏｓｉｎｗｔ （４）
’たけ偏光方向が回転する。従って検光子を出たあとの
光１３の強度Ｐｏは ｐｏ＋−）Ｐｉ （１−２０） ＝＋Ｐｉ （１−２Ｖ
ｅ）Ｈｏｓｉｎｗｔ） （５）となり、交流会を光検出
器より取り出せば磁界Ｈ。
に比例した電気信号を得ることができる。ＢＳＯ。
ＢＧＯはこのようなファラデー効果を有するため送電線
下に設置することにより電流を測定できる。
下に設置することにより電流を測定できる。
本発明はＢＳＯ，ＢＧＯの以上の２つの効果を有するこ
とを利用して電界磁界測定器を構成するものである。以
下の構成例に示子ように、本発明は、結晶の各面方位と
光の進行方向を適切に選定す−ることにより一電界を測
定する光はポッケルス効果のみを磁界を測定する光はフ
ァラデー効果のみを受けるように設定してあへり、光源
としてはＨｅ−Ｎｅレーザ光、発光ダイオードや半纏体
レーザの光等を用いており、光の伝送路と七では空間も
しくは光ファイバ等を適用しており、また結晶への光の
導入力法としては通常のレンズ、ロッドレンズ等で平行
光束にして入射させることが光損失を少くする上で望ま
しい。
とを利用して電界磁界測定器を構成するものである。以
下の構成例に示子ように、本発明は、結晶の各面方位と
光の進行方向を適切に選定す−ることにより一電界を測
定する光はポッケルス効果のみを磁界を測定する光はフ
ァラデー効果のみを受けるように設定してあへり、光源
としてはＨｅ−Ｎｅレーザ光、発光ダイオードや半纏体
レーザの光等を用いており、光の伝送路と七では空間も
しくは光ファイバ等を適用しており、また結晶への光の
導入力法としては通常のレンズ、ロッドレンズ等で平行
光束にして入射させることが光損失を少くする上で望ま
しい。
以下に本発明のいくつかの構成例について説明するが、
へ本発明はこれら記載例に限定されるものではない。な
おここで各図において記号は図１、図２と同一のものを
示す。
へ本発明はこれら記載例に限定されるものではない。な
おここで各図において記号は図１、図２と同一のものを
示す。
構成例１゜
図８は＜１００）方向に透過する光で電界を検出しく縦
型）ポッケルス効゛果を全く受けない＜０１０）もしく
は＜’００１）方向に透過する光で磁界を検出するもの
である。ここセ各方位は代表的なものを示しく１００）
、 ＜０１０）、 ＜００１）は互に互換性が有る。
型）ポッケルス効゛果を全く受けない＜０１０）もしく
は＜’００１）方向に透過する光で磁界を検出するもの
である。ここセ各方位は代表的なものを示しく１００）
、 ＜０１０）、 ＜００１）は互に互換性が有る。
これは以下の例においても同様である。
構成例２゜
図４は（構成例１）をさらに高感度化するために結晶端
面に反射膜１４を設けたものであ−リ、反射回数は必要
とする感度に対して決定される。もちろん電界、磁界の
どちらか一方だけを反射型にすることも可能である。
面に反射膜１４を設けたものであ−リ、反射回数は必要
とする感度に対して決定される。もちろん電界、磁界の
どちらか一方だけを反射型にすることも可能である。
このように反射型にすることは高感度化の他にＢＳＯ，
ＢＧＯの有する旋光能による角度のずれを打ち消すため
に′も有用である。
ＢＧＯの有する旋光能による角度のずれを打ち消すため
に′も有用である。
構成例８゜
図５は入力光束を１本とし、偏光プリズム（２）で紙面
に平行な成分と直角な成分に分割し、これらをプリズム
ミラー１５で反射させ前者で電界を、後者で磁界をそれ
ぞれ測定することにより、たとえば光ファイバで入射光
を伝送した場合、構成例１．２よりも光ファイバ及びロ
ッドレンズ等の結合系が１式、不要となり、８本のファ
イバで済むというコスト上の、利点を有する。
に平行な成分と直角な成分に分割し、これらをプリズム
ミラー１５で反射させ前者で電界を、後者で磁界をそれ
ぞれ測定することにより、たとえば光ファイバで入射光
を伝送した場合、構成例１．２よりも光ファイバ及びロ
ッドレンズ等の結合系が１式、不要となり、８本のファ
イバで済むというコスト上の、利点を有する。
構成倒毛
図６は電界が、（１１０）方向に印加され、これと直角
の方向＜１１０）に進む光によって電界を検出する（横
型）ものである。この時−界を測定する光はポッケルス
効果を全く受け、ない＜００１）方向に透過λ する。簡単化のため偏検光子、■・板は図示していない
。この方式においても（構成例２）と同じく少なくとも
１方の光が結晶中を往復させることは可能であり、かつ
同様の効果を持つ。
の方向＜１１０）に進む光によって電界を検出する（横
型）ものである。この時−界を測定する光はポッケルス
効果を全く受け、ない＜００１）方向に透過λ する。簡単化のため偏検光子、■・板は図示していない
。この方式においても（構成例２）と同じく少なくとも
１方の光が結晶中を往復させることは可能であり、かつ
同様の効果を持つ。
構成例５゜
図７は（構成例４）において入射光を１光束としたもの
であり（構成例３゛）と同じ効果を有する。
であり（構成例３゛）と同じ効果を有する。
構成例６゜
図８は（構成例１及び構成例４）が４式の光ファイバと
結合系を必要とするのに対して２式の光ファイバと結合
系で済むものであり、低価格化、小型化に有用である。
結合系を必要とするのに対して２式の光ファイバと結合
系で済むものであり、低価格化、小型化に有用である。
すなわち光源を２波長としくたとえば発光ダイオードの
８３０Ｂ光と８７’Ｏｎ光）光ファイバで導ひき、分波
器１６で分光して１波長で電界を残る１波長で磁界を測
定し各々に最適な角度に設定された検光子５，１１を通
って金波器１７で合波され１本のファイバー、で、導び
かれて受光器側へ戻る。受光器側で再度分波した後それ
ぞれ光検出器に−よって電気信号と−なる。
８３０Ｂ光と８７’Ｏｎ光）光ファイバで導ひき、分波
器１６で分光して１波長で電界を残る１波長で磁界を測
定し各々に最適な角度に設定された検光子５，１１を通
って金波器１７で合波され１本のファイバー、で、導び
かれて受光器側へ戻る。受光器側で再度分波した後それ
ぞれ光検出器に−よって電気信号と−なる。
次に本発明の一つの具体的実施例として図４に示す構成
例２に示す場合についそ述べる。
例２に示す場合についそ述べる。
図４においてＢＳＯの（１００）板を偏検光プリズムア
イバとロッドレンズにより光の入射山部の結合を行った
。用いた光の波長は発光ダイオードの８７０歯光である
。★験用送電線下に配置し電界と磁界すなわち電流の測
定を行ったところ電界の検出値は電流値に影響されず、
電流の測定値は送電線の印加電圧すなわち電界に影響さ
れないことが明らかとなった。
イバとロッドレンズにより光の入射山部の結合を行った
。用いた光の波長は発光ダイオードの８７０歯光である
。★験用送電線下に配置し電界と磁界すなわち電流の測
定を行ったところ電界の検出値は電流値に影響されず、
電流の測定値は送電線の印加電圧すなわち電界に影響さ
れないことが明らかとなった。
他の構成例でＢＧＯを用ｔ）た場合も同様であり、他の
構成例においても本発明の特徴は同様に確認された。
構成例においても本発明の特徴は同様に確認された。
以上述べた如く、本発明の光による電界、磁界測定器に
よれば （１）単一のセンサ部に構成することが出来るので高価
なセーンサ部が低価格になる、電界、磁界とセンサ部の
アライメントが一度ですむ、空間中の同一点の電界磁界
が測定できる、使用法もセンサ部が１個であるため簡便
である等の特長を有する。
よれば （１）単一のセンサ部に構成することが出来るので高価
なセーンサ部が低価格になる、電界、磁界とセンサ部の
アライメントが一度ですむ、空間中の同一点の電界磁界
が測定できる、使用法もセンサ部が１個であるため簡便
である等の特長を有する。
（２）さらにＢＳＯ，ＢＧＯを用いることは次のような
利点がある。
利点がある。
■まず電界測定器としては、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ
３のような自然複屈折を持たないため温度補償せずに安
定な測定ができるし、ＡＤＰ、 ＫＤＰのような潮解性
のない安定な材料であるため特別、な密閉等が必要ない
という利点をもつ。
３のような自然複屈折を持たないため温度補償せずに安
定な測定ができるし、ＡＤＰ、 ＫＤＰのような潮解性
のない安定な材料であるため特別、な密閉等が必要ない
という利点をもつ。
■さらに磁界測定器としては鉛ガラスと同じく温度依存
性がほとんどない上に、゛鉛ガラスの約２倍のベルデ定
数（Ｖｅ−０，２而ｎ／優・錆、波長λ＝６３８ｎｍ）
を持ち高感度でかつ単結晶材料であるため光吸収損が少
いという利点を有する。
性がほとんどない上に、゛鉛ガラスの約２倍のベルデ定
数（Ｖｅ−０，２而ｎ／優・錆、波長λ＝６３８ｎｍ）
を持ち高感度でかつ単結晶材料であるため光吸収損が少
いという利点を有する。
図１は電界測定の原理図、図２は磁界測定の原理図、図
３、図４、図５、図６、図７、図８は本発明の測定器の
構成例を示す一為の図である。 図中 １，８ ・・・・・・入射光 ２．９ ・・・・・偏光子 ３・・・・・・・・・・・・ λ４波長板４．１０・・
・・・・ ＢＳＯもしくはＢＧＯ単結晶５．１１・・・
・・検光子 ６・・・・・・・・・・・電界− ７，１３・・・ 出射光 １２・・・・・・・・・磁界 １４・・・・・・・・・ 光反射層 １５・・・・・・・・・ プリズムミラー１６・・・・
・・・・・ 分波器 １７・・・・・・・・・ 合波器 Ｅ・・・・・・・・・・・・電界 Ｈ・・・・・・・・・・・・磁界
３、図４、図５、図６、図７、図８は本発明の測定器の
構成例を示す一為の図である。 図中 １，８ ・・・・・・入射光 ２．９ ・・・・・偏光子 ３・・・・・・・・・・・・ λ４波長板４．１０・・
・・・・ ＢＳＯもしくはＢＧＯ単結晶５．１１・・・
・・検光子 ６・・・・・・・・・・・電界− ７，１３・・・ 出射光 １２・・・・・・・・・磁界 １４・・・・・・・・・ 光反射層 １５・・・・・・・・・ プリズムミラー１６・・・・
・・・・・ 分波器 １７・・・・・・・・・ 合波器 Ｅ・・・・・・・・・・・・電界 Ｈ・・・・・・・・・・・・磁界
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）ポッケルス効果とファラデー効果を共に有す（２
）前記光学材料がビスマスシリコンオキサイド（Ｂ、ｉ
１２５ｉＯ２ｏ） モ’Ｌ、 ＜ ハヒスマス・ゲル
マニウム・−オキサイド（Ｂｉ１２ＧｅＯ２ｏ）である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記、截の光）ζ
よる電界、磁界−測定器。 （３）電界を測定する光が前記Ｂｉ＋２ＳｉＯｇｏもし
くは −Ｂｉ＋ｇＧｅＯｚｏの＜１００）方向を進行し
磁界を測定する光が（０１０）もしくは＜００１）方向
を進むようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光による電界磁界測定器！ （４）電界を測定する光が前記Ｂ１１ｇ ５ｉＯ２ｏも
しくはＢｉ＋ｇＧｅ０２ｏ（７）＜１１０．＞方向を進
行し磁界を測定する光が（ＯＯｒ ＞方向を進むように
したことを特徴とする特許請求範囲第１項記載の光によ
る電界磁界測定器。 （５）入射光を偏光ビームスプリッタ−で２つの互に直
交する偏光成分に分割しその一方で電界を、残る一方で
磁界を測定することを特徴とする特許請求の範囲第１項
乃至特許請求の範囲第４項記載の光による電界磁界測定
器。 （６）入射光が２一つの異なる波長の光より成り、これ
を光分波器で分光して一方の波長光で電界を、残る一方
の波長光で磁界を測定することを特徴とする特許請求の
範囲第１項乃至特許請求の範囲第４項記載の光による電
界、磁界測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56198219A JPH0237545B2 (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | Hikarinyorudenkai*jikaisokuteiki |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56198219A JPH0237545B2 (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | Hikarinyorudenkai*jikaisokuteiki |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5899761A true JPS5899761A (ja) | 1983-06-14 |
| JPH0237545B2 JPH0237545B2 (ja) | 1990-08-24 |
Family
ID=16387476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56198219A Expired - Lifetime JPH0237545B2 (ja) | 1981-12-08 | 1981-12-08 | Hikarinyorudenkai*jikaisokuteiki |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0237545B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0351171A2 (en) * | 1988-07-09 | 1990-01-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Method and apparatus for optically measuring electric and magnetic quantities |
| EP0458255A2 (en) * | 1990-05-25 | 1991-11-27 | PIRELLI CAVI S.p.A. | Polarimetric directional field sensor |
| WO2000005590A1 (de) * | 1998-07-23 | 2000-02-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und einrichtung zur messung einer elektrischen spannung mit hilfe des pockelseffektes |
| JP2007315894A (ja) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Ntt Docomo Inc | 電界測定装置 |
-
1981
- 1981-12-08 JP JP56198219A patent/JPH0237545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0351171A2 (en) * | 1988-07-09 | 1990-01-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Method and apparatus for optically measuring electric and magnetic quantities |
| US4933629A (en) * | 1988-07-09 | 1990-06-12 | Ngk Insulators, Ltd. | Method and apparatus for optically measuring electric and magnetic quantities having an optical sensing head exhibiting the Pockel's and Faraday effects |
| EP0458255A2 (en) * | 1990-05-25 | 1991-11-27 | PIRELLI CAVI S.p.A. | Polarimetric directional field sensor |
| US5272433A (en) * | 1990-05-25 | 1993-12-21 | Pirelli Cavy S.P.A. | Polarmetric electric field sensor with electro-optical crystal cut disposed to measure electric field direction |
| WO2000005590A1 (de) * | 1998-07-23 | 2000-02-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und einrichtung zur messung einer elektrischen spannung mit hilfe des pockelseffektes |
| JP2007315894A (ja) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Ntt Docomo Inc | 電界測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0237545B2 (ja) | 1990-08-24 |
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