JPS5961783A - 光学物質を用いた測定装置 - Google Patents
光学物質を用いた測定装置Info
- Publication number
- JPS5961783A JPS5961783A JP57172480A JP17248082A JPS5961783A JP S5961783 A JPS5961783 A JP S5961783A JP 57172480 A JP57172480 A JP 57172480A JP 17248082 A JP17248082 A JP 17248082A JP S5961783 A JPS5961783 A JP S5961783A
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- JP
- Japan
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- polarization
- lens
- maintaining fiber
- light
- optical
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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)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (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】
この発明は、電気、磁気光学物質を使用して電界および
磁界を測定する装置に関するものである。
磁界を測定する装置に関するものである。
ファラデー効果もしくはポッケルス効果を応用した光学
的１士法によるこの種の装置は、Ａ電圧下のような電気
的悪環境の中で使用するのに適しているものであるが比
較的妬耐温度特性が低いという難があり、たとえば高圧
変圧器内部のもれ磁束計測な可能とする１２０℃程度の
高温に耐える６１１定装Ｗ、の出坊、が望ｉれていた。
的１士法によるこの種の装置は、Ａ電圧下のような電気
的悪環境の中で使用するのに適しているものであるが比
較的妬耐温度特性が低いという難があり、たとえば高圧
変圧器内部のもれ磁束計測な可能とする１２０℃程度の
高温に耐える６１１定装Ｗ、の出坊、が望ｉれていた。
従来の光反射壓輯界測定装幀の簡略化した構成図を一例
としてお１図に示す。光源としては一般に制御回路１０
を備えた発光タイオード２０か用いられ、発光タイオー
ド２０から放射した光はレンズ３１により集光さね、多
モードファイバ３０ Ｋより伝送される。伝送された元
は多モードファイバ３０の出口に設けられたレンズ３２
により指向性な改も、され、偏光子６１ Ｖｃより直線
偏波光とされ、ファラテー回れており、光ビームスけこ
の膜により反射を繰り返しながら検光子６２ Ｋ向かっ
て進行する。この間、ファラデー１４ｉ転ガラス５０の
ヴエルデ定数と、ガラレンズ４２により集光され、多モ
ードファイバ４０尾入射し、受光素子７０ Ｋ伝送きれ
る。ここで光信号偏波面の回転１ηを電気信号として求
めることができる。
としてお１図に示す。光源としては一般に制御回路１０
を備えた発光タイオード２０か用いられ、発光タイオー
ド２０から放射した光はレンズ３１により集光さね、多
モードファイバ３０ Ｋより伝送される。伝送された元
は多モードファイバ３０の出口に設けられたレンズ３２
により指向性な改も、され、偏光子６１ Ｖｃより直線
偏波光とされ、ファラテー回れており、光ビームスけこ
の膜により反射を繰り返しながら検光子６２ Ｋ向かっ
て進行する。この間、ファラデー１４ｉ転ガラス５０の
ヴエルデ定数と、ガラレンズ４２により集光され、多モ
ードファイバ４０尾入射し、受光素子７０ Ｋ伝送きれ
る。ここで光信号偏波面の回転１ηを電気信号として求
めることができる。
電界測定装置は、結晶のポッケルス効果を利用この種の
測定装置において、ハ「望の位置における′ｄｃ界もし
くは磁界の値を測定する場合、絶縁機で覆って保護され
たセン号一部５５の寸法が大きいと、その位置における
値を正しく測定することができず誤差が増大する。した
がって、精度の高い測定装置を得るためＫはセンザ一部
５５を小形に製作することが望まれ、このため偏光子６
１．検光子６２はフィルム状のものが用いられる。この
偏光子６１、検光子６２は一般にプラスチックで作られ
るので高温で使用することができない。このことがらセ
ンサーとしての使用可能な温度範囲がかなり低℃゛もの
となる欠点を有していた。
測定装置において、ハ「望の位置における′ｄｃ界もし
くは磁界の値を測定する場合、絶縁機で覆って保護され
たセン号一部５５の寸法が大きいと、その位置における
値を正しく測定することができず誤差が増大する。した
がって、精度の高い測定装置を得るためＫはセンザ一部
５５を小形に製作することが望まれ、このため偏光子６
１．検光子６２はフィルム状のものが用いられる。この
偏光子６１、検光子６２は一般にプラスチックで作られ
るので高温で使用することができない。このことがらセ
ンサーとしての使用可能な温度範囲がかなり低℃゛もの
となる欠点を有していた。
この発明の目的は、上述の欠点を除去してより高い耐温
特性を有する測定装置を提供することＫある。
特性を有する測定装置を提供することＫある。
この目的を達成するため、本発明においては、光学物質
の中を伝播する光ビームに磁界、電界などの作用量を作
用させて光ビームの位相および偏光角を変化させる検出
手段と、前記検出手段の出力にもとづいて前記作用量を
求める測定手段とを備えた測定装置において、前記光ビ
ームとしてレーザ光を用い、このレーザ光を前記光学物
質に導（送信路と光学物質からのレーザ光を測定手段に
導（受信路とを偏波面保持ファイバにて構成する。
の中を伝播する光ビームに磁界、電界などの作用量を作
用させて光ビームの位相および偏光角を変化させる検出
手段と、前記検出手段の出力にもとづいて前記作用量を
求める測定手段とを備えた測定装置において、前記光ビ
ームとしてレーザ光を用い、このレーザ光を前記光学物
質に導（送信路と光学物質からのレーザ光を測定手段に
導（受信路とを偏波面保持ファイバにて構成する。
偏波面保持ファイバは互いに直交した軸に七つて偏光し
ている光強度の成分を安定して伝送できるので、光学物
質中を伝播する光ビームにたとえば磁界が作用すること
Ｋよって得られた光ビームの偏波面の回転角の変化量の
偏光強度を計測することＫよって、光学物質に作用した
磁界の強さ等を計測することができる。このため偏光子
や検光子が不要となり、これらによって耐温特性が低い
ものとなっていた欠点が改善される。またさらに１受信
端への帰還全光量を問題としないので光源の安定性が必
要でなくなり、光源の制御回路が簡単 １、になる。
ている光強度の成分を安定して伝送できるので、光学物
質中を伝播する光ビームにたとえば磁界が作用すること
Ｋよって得られた光ビームの偏波面の回転角の変化量の
偏光強度を計測することＫよって、光学物質に作用した
磁界の強さ等を計測することができる。このため偏光子
や検光子が不要となり、これらによって耐温特性が低い
ものとなっていた欠点が改善される。またさらに１受信
端への帰還全光量を問題としないので光源の安定性が必
要でなくなり、光源の制御回路が簡単 １、になる。
受信端において、偏光している光強度の成分を計測する
に際しては、偏波面保持ファイバの受信端に光ビームの
互いに直交する２成分を分離検出する偏光ビームスブリ
、りと、この分離されたそれぞれの成分の加算手段およ
び減算手段と、前記加算手段および減算手段のそれぞれ
の出力を除算する手段とを有するものを用い、受信用偏
光面保持ファイバの偏光軸を送信用のそれに対して角θ
Ｉ＝４５度傾けると良い。この際光ビームの偏光角に磁
界などの作用２が作用して変化する角ψをψ〈ｌに選ぶ
ことにより、偏光強度の変化量から磁界などの作用量を
容易に求めることができる。
に際しては、偏波面保持ファイバの受信端に光ビームの
互いに直交する２成分を分離検出する偏光ビームスブリ
、りと、この分離されたそれぞれの成分の加算手段およ
び減算手段と、前記加算手段および減算手段のそれぞれ
の出力を除算する手段とを有するものを用い、受信用偏
光面保持ファイバの偏光軸を送信用のそれに対して角θ
Ｉ＝４５度傾けると良い。この際光ビームの偏光角に磁
界などの作用２が作用して変化する角ψをψ〈ｌに選ぶ
ことにより、偏光強度の変化量から磁界などの作用量を
容易に求めることができる。
次に１本発明に係る実ｋａｉ例につき図面を参照しなが
ら以下詳細に説明する。
ら以下詳細に説明する。
第２図は、本発明に係る測定装置σ）−′！施例を示す
ものであり、磁界測定装置の簡略化した構成図である。
ものであり、磁界測定装置の簡略化した構成図である。
すなわち、光源としてレーザダイオード２１を用い、光
伝送路として偏波面保持ファイバ３００．４００を用い
る。レーザダイオード２１から放射した直線偏波光はレ
ンズ３１により集光され、送信用偏波面保持ファイバ３
００により伝送される。この時、レーザダイオードとフ
ァイバの偏光軸を一致させておいた方が伝送光量が多（
なり、検出が容易になる。伝送された光は送信用偏波面
保持ファイバ３００の出口に設けられたレンズ３２によ
り拡がりがおさえられ＋＝ぼ平行ビームとなり、ファラ
テー回転ガラス別に入射する。ファラデー回（ガラス中
では光ビームＡは反射を繰返しながら進行し、偏波面は
ヴエルデ定数と、光路長と、磁界の強さどの請に比例し
て回転する。ファラデー回転ガラス５０ 、Ｊ：すｔ３
ｊた）ｔビームはレンズ４２により集光され、受信用偏
技面保持ファイバ４００により伝送される。こび）待受
信用偏波面保持ファイバ４００ ノ偏光６６は、送信用
偏波面保持ファイバ３００の偏光軸と４５度回転方向に
ずらしてｂｑ定しておくｏ受信用偏波面保持ファイバ４
０（）を出た光はレンズ４１により光ビームの拡がりを
おさえられ、偏光ビームスブリ１．夕９０に入射する。
伝送路として偏波面保持ファイバ３００．４００を用い
る。レーザダイオード２１から放射した直線偏波光はレ
ンズ３１により集光され、送信用偏波面保持ファイバ３
００により伝送される。この時、レーザダイオードとフ
ァイバの偏光軸を一致させておいた方が伝送光量が多（
なり、検出が容易になる。伝送された光は送信用偏波面
保持ファイバ３００の出口に設けられたレンズ３２によ
り拡がりがおさえられ＋＝ぼ平行ビームとなり、ファラ
テー回転ガラス別に入射する。ファラデー回（ガラス中
では光ビームＡは反射を繰返しながら進行し、偏波面は
ヴエルデ定数と、光路長と、磁界の強さどの請に比例し
て回転する。ファラデー回転ガラス５０ 、Ｊ：すｔ３
ｊた）ｔビームはレンズ４２により集光され、受信用偏
技面保持ファイバ４００により伝送される。こび）待受
信用偏波面保持ファイバ４００ ノ偏光６６は、送信用
偏波面保持ファイバ３００の偏光軸と４５度回転方向に
ずらしてｂｑ定しておくｏ受信用偏波面保持ファイバ４
０（）を出た光はレンズ４１により光ビームの拡がりを
おさえられ、偏光ビームスブリ１．夕９０に入射する。
偏波面保持ファイバは多モードファイバに比べ開口数が
小さく光ビームの拡がりが小さいため、偏光ビームスプ
リッタ９０の光軸方向の長さが十分に短かい場合は、レ
ンズ４１を省略することもで岨る。偏光ビームスプリ、
。
小さく光ビームの拡がりが小さいため、偏光ビームスプ
リッタ９０の光軸方向の長さが十分に短かい場合は、レ
ンズ４１を省略することもで岨る。偏光ビームスプリ、
。
り（社）により尤ビームは互いに直交する２式分に分け
られ、各々は受光素子８１ 、８２により電気信号に変
換される０これらの信号の和と差を加算手段８１と減算
手段８２とによって求め、さらＫその結果σ）比を除算
手段８３により求める遺戒とする。信号ンペルを調整す
るため８１〜８３に増幅機能を持たせる場合もある。
られ、各々は受光素子８１ 、８２により電気信号に変
換される０これらの信号の和と差を加算手段８１と減算
手段８２とによって求め、さらＫその結果σ）比を除算
手段８３により求める遺戒とする。信号ンペルを調整す
るため８１〜８３に増幅機能を持たせる場合もある。
次にＶｐ′ｖｆ手段８３の出力が偏波面の回転角すなわ
ち磁界の強さに比例することを説明する。偏波面保持フ
ァイバは互いに直交した軸にそって偏光している光強度
の成分を安定に伝送することができ、入射した直線偏波
光は直線偏光のまま伝送される。
ち磁界の強さに比例することを説明する。偏波面保持フ
ァイバは互いに直交した軸にそって偏光している光強度
の成分を安定に伝送することができ、入射した直線偏波
光は直線偏光のまま伝送される。
送信用偏波面保持ファイバ３００と受信用偏波面保持フ
ァイバ４００の偏光軸は互いに角θ傾けるものとし、磁
界ＨＫよる偏波面の回転角をψとする〇偏光軸の関係を
第３図に示す。受信用偏波面保持ファイバ４００の直交
側光軸にそって偏光した光の強度は、次式に示される。
ァイバ４００の偏光軸は互いに角θ傾けるものとし、磁
界ＨＫよる偏波面の回転角をψとする〇偏光軸の関係を
第３図に示す。受信用偏波面保持ファイバ４００の直交
側光軸にそって偏光した光の強度は、次式に示される。
互いに直交する２式分をＩ、 、 Ｔ、とすると、
Ｉｓ ＝ ＩＯｃｏｓ” （θ＋ψ）・・・・・・・・
・・・・・・・・・・１式Ｉ、 ＝ Ｔ。＠１ｎ２（θ
十ψ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ２式こ
こでＩ。は受光素子に入射する帰還全光量を示すＯＩＳ
、Ｉｐを各々別の受光素子７１ 、７２で電気信号に変
換し１、これらの和と差を求めその結果の比を演算する
と１除算手段８１の出力として次式Ｐが求まる。
・・・・・・・・・・１式Ｉ、 ＝ Ｔ。＠１ｎ２（θ
十ψ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ２式こ
こでＩ。は受光素子に入射する帰還全光量を示すＯＩＳ
、Ｉｐを各々別の受光素子７１ 、７２で電気信号に変
換し１、これらの和と差を求めその結果の比を演算する
と１除算手段８１の出力として次式Ｐが求まる。
−Ｉ
Ｐ＝ニーＬ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ ３式％式％（） ここで、θ−４５度になるように光ファイバＺ ｆｔ設
置し、９が十分に小さければ、 ｐ；２ψ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・４式となり、得られた出力
は偏ａ、面の回転角ψ、すなわち磁界の強さに比例して
いる。このように、装置の出力はイス波面の回転角σ）
みの関数となるσ）でさらに次のような利点かもたらさ
才りるＯすなわち、毘畝送路は偏光強度を伝送すれ（イ
よく、光源の安定性は必要とならな−・。したかりて光
源の制御回路１１は簡単な回路とすること力；できる０
またファ・ｆバが歪んだり振動したこと（こよる見かけ
の伝送光量変化によるスペックルノイズも無視−ｒるこ
とができる。
・・・・・・・・・・・・・ ３式％式％（） ここで、θ−４５度になるように光ファイバＺ ｆｔ設
置し、９が十分に小さければ、 ｐ；２ψ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・４式となり、得られた出力
は偏ａ、面の回転角ψ、すなわち磁界の強さに比例して
いる。このように、装置の出力はイス波面の回転角σ）
みの関数となるσ）でさらに次のような利点かもたらさ
才りるＯすなわち、毘畝送路は偏光強度を伝送すれ（イ
よく、光源の安定性は必要とならな−・。したかりて光
源の制御回路１１は簡単な回路とすること力；できる０
またファ・ｆバが歪んだり振動したこと（こよる見かけ
の伝送光量変化によるスペックルノイズも無視−ｒるこ
とができる。
本発明によれば、）を源として指向性σ）良〜・ンーザ
光をｍいているため光ファイバ；との結・合効皐ｈζ良
（、光伝送路として偏波面保持ファイバくを用（・てい
るので（扁光子や検光子を必要とせずｉｔ温特性が向−
ヒする。偏光子、検光子が不要となった結果センサ部が
小形にｔ（り測定精度が向ヒする。
光をｍいているため光ファイバ；との結・合効皐ｈζ良
（、光伝送路として偏波面保持ファイバくを用（・てい
るので（扁光子や検光子を必要とせずｉｔ温特性が向−
ヒする。偏光子、検光子が不要となった結果センサ部が
小形にｔ（り測定精度が向ヒする。
光ファイバと光学物質との間に集光レンズを用いる場合
に１ま、偏波面保持ファイバは単一モードファイバｉｔ
Ｗ）でファ経が細くレンズの効果が大欠く光学物質中
での光ビームの拡がりが小さい。このため光学物質中の
光Ｐ８長を昇（することかで知感度を高めろことがで知
る。また光ビームの拡がりが小さいσ］で光学物質−の
光路長を短かくしてよい場合には集光レンズを省略する
こともできる。
に１ま、偏波面保持ファイバは単一モードファイバｉｔ
Ｗ）でファ経が細くレンズの効果が大欠く光学物質中
での光ビームの拡がりが小さい。このため光学物質中の
光Ｐ８長を昇（することかで知感度を高めろことがで知
る。また光ビームの拡がりが小さいσ］で光学物質−の
光路長を短かくしてよい場合には集光レンズを省略する
こともできる。
さらに、伝送光量によらない高Ｓ／Ｎの計測が行なえる
ので従来の装置では測定が困難であった直流磁界の計測
が可能である。
ので従来の装置では測定が困難であった直流磁界の計測
が可能である。
本発明は、光学物質を使用したたとえば光弾性圧力測定
等に適…で大ることはもちろんである。
等に適…で大ることはもちろんである。
第１図は従来例の反射形磁界測定装置の簡略化した構成
図、第２図は本発明の実施例の簡略化した構成図、第３
図は偏光軸の相対位置関係をηてす図である。 ２１・・・レーザタイオード、３１ 、３２ 、４１
、４２・・・レンズ。 ５０・・・ファラデ′一回転ガラス、５１ 、５２・・
・偏波面保存多周物、５５・・・センサ一部、７１ 、
７２・・・受光素子、８１・・・加算手段、８２・・・
？＃ ｆｆＪ手段、８３・・・除算手段、９０・・・偏
光ビームスプリッタ、３００・・・送信用偏波面保持フ
ァイバ、４００・・・受信用偏波面保持ファイバ、Ａ・
・・光ビーム、■。・・・帰還全光量、Ｉ８． Ｉ、・
・・偏光した光Ｑ）強度θ）互℃・に直交する２成分、
θ・・・送、受信各ファイバの偏光軸のなす角、ψ・・
・磁界による偏波面回転角。
図、第２図は本発明の実施例の簡略化した構成図、第３
図は偏光軸の相対位置関係をηてす図である。 ２１・・・レーザタイオード、３１ 、３２ 、４１
、４２・・・レンズ。 ５０・・・ファラデ′一回転ガラス、５１ 、５２・・
・偏波面保存多周物、５５・・・センサ一部、７１ 、
７２・・・受光素子、８１・・・加算手段、８２・・・
？＃ ｆｆＪ手段、８３・・・除算手段、９０・・・偏
光ビームスプリッタ、３００・・・送信用偏波面保持フ
ァイバ、４００・・・受信用偏波面保持ファイバ、Ａ・
・・光ビーム、■。・・・帰還全光量、Ｉ８． Ｉ、・
・・偏光した光Ｑ）強度θ）互℃・に直交する２成分、
θ・・・送、受信各ファイバの偏光軸のなす角、ψ・・
・磁界による偏波面回転角。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）光学物質の中を伝播する光ビームに磁界、電界など
の作用量を作用させて光ビームの位相および偏光角を変
化させる検出手段と、前記検出手段の出力にもとづいて
前記作用量を求める測定手段とを備えた測定装置におい
て、前記光ビームとしてレーザ光を用い、このレーザ光
を前記光学物質に導く送信路と光学物質からのレーザ光
か測定手段に導く受信路とを偏波面保持ファイバにて構
成したことを特徴とする光学物質を用いた測定装置。 ２）％詐請求の範ｆＩＢ第１項記載のものにおいて、送
信用偏波面保持ファイバと受信用偏波面保持ファイバの
偏光軸を互い１ｃ４５度異らせるとともＫ、前記測定手
段として、受信用偏光面保持ファイバの受信端に光ビー
ムの互いに直交する成分を分離検出する偏光ビームスプ
リッタと、この分離されたそれその成分の加算手段およ
び減算手段と、前・記加算手段および減算手段のそれぞ
れの出力な除算する手段とを有するものを用いたことを
特徴とする光学物質を用いた測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57172480A JPS5961783A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光学物質を用いた測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57172480A JPS5961783A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光学物質を用いた測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5961783A true JPS5961783A (ja) | 1984-04-09 |
Family
ID=15942763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57172480A Pending JPS5961783A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光学物質を用いた測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5961783A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0619496A2 (en) * | 1993-03-26 | 1994-10-12 | Lucas Industries Public Limited Company | Magnetic field sensor |
| WO2006095620A1 (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-14 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 光センサおよび光電流・電圧センサ |
| US7655900B2 (en) | 2005-03-08 | 2010-02-02 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | Intensity modulation type optical sensor and optical current/voltage sensor |
-
1982
- 1982-09-30 JP JP57172480A patent/JPS5961783A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0619496A2 (en) * | 1993-03-26 | 1994-10-12 | Lucas Industries Public Limited Company | Magnetic field sensor |
| EP0619496A3 (en) * | 1993-03-26 | 1995-04-05 | Lucas Ind Plc | Magnetic field sensor. |
| WO2006095620A1 (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-14 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 光センサおよび光電流・電圧センサ |
| US7655900B2 (en) | 2005-03-08 | 2010-02-02 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | Intensity modulation type optical sensor and optical current/voltage sensor |
| US7786719B2 (en) | 2005-03-08 | 2010-08-31 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | Optical sensor, optical current sensor and optical voltage sensor |
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