JPS6088332A - 光応用センサ装置 - Google Patents

光応用センサ装置

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JPS6088332A
JPS6088332A JP19568383A JP19568383A JPS6088332A JP S6088332 A JPS6088332 A JP S6088332A JP 19568383 A JP19568383 A JP 19568383A JP 19568383 A JP19568383 A JP 19568383A JP S6088332 A JPS6088332 A JP S6088332A
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JP
Japan
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light
sensor
range
magnetic field
optical
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Pending
Application number
JP19568383A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideyuki Ino
伊能 英幸
Kazuo Toda
戸田 和郎
Osamu Kamata
修 鎌田
Yoshinobu Tsujimoto
辻本 好伸
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.)
Panasonic Holdings Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Co Inc, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
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Publication of JPS6088332A publication Critical patent/JPS6088332A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
    • G01R33/0322Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被測定物理量によって光強度変調を受けるセ
ンサを用いた光応用センサ装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点 第1図は感知素子としてファラデー素子を用いた従来の
光応用磁界センサ装置を示す図である。
第1図に於いて1は光送信部であり、この出力光を光伝
送路2−1に入射し、ロッドレンズ3て平行光にしたあ
と偏光子4で直線偏光にする。この直線偏光はファラデ
ー素子6内を伝搬するとき外部磁界の強度に応じて偏光
面が回転する。この回転角は、偏光子4と透過偏光方向
が45°傾くように設置した検光子6で光学バイアスを
かけることにより光強度変調に変換される。検光子6か
ら出射する変調光はロッドレンズ7を透過した後、光伝
送路2−2を通り光受信部8でセンサ部9の周囲の磁界
強度に応じた電気信号に変換される。
この構成に於いて検光子6から出射する変調光Pは P(〔1±sin (2VHL ) −−−−・−(1
)て表わさ、11−1■はヴエルデ定数〔度/ Oe 
cnr、 ) でファラデー素子の感度を表わすもので
あり、Hは磁界強度〔○e〕、Lはファラデー素子の光
透過方向の厚みである。このセンサに於いては原理式(
1)に小さ)するようe(ザインカープ状の変調がかけ
られるため、±11部内の直線性が得られる範囲は5l
ll (2VHL ) (D値が0から約o、24迄の
間であり、零磁界での光出力値を中心にほぼ±24%の
尤変調率力稍くされる1lii)囲となる。このため±
11部内の11.r、6性が得られる磁界強度測定・I
Ii囲は、ファラデー素r−6の■とLの値によって制
限される。
的流磁場を測定する場合は、VxLの値を小さくするこ
とにより測定範囲を広げることば可能であるが、電力系
機器等の管理・!ti制御に応用できる交流磁場測定の
場合では、光送信部、光受信部の電気系も含めたセンサ
のノイズやアンプの帯域により定められるS/N比、比
誤差、歪率が保持できる測定磁場範囲は、高感度測定を
実現しようとすれば必然的に狭くなる。以下に±1%の
直線性が得られるところの磁界強度測定範囲が0〜45
0e(センサA:V埃0.4 ンOe’cm 、 L 
’= 4 +nm 、光源1.27μmLED)、O−
22o0e(センサB:V:0.24 °10ecm、
 、 L # 1.3 mm +光源1.277zmL
ED)であるガーネット系結晶をファラデー素子とする
光応用」センサ装置の出力背骨の例を示す。
第2図にS/NJk、73図に比誤差、第4図に歪率を
上記センサA−Bそれぞれについてボず。
ここで、比誤差ΔHは、センサ部の磁界強度をHin。
光受信部の出力電圧を磁界強度に襖算しだ(1UをHo
utとすると申毒待次式のように表わせる。
Hin−Hout ΔH= Hout ×100(%) −・ (2ンいず
れの特性も、50服の交流磁場で、磁界強度i1実効(
((j磁場として表わしである。
第2図に於いてS/N=40dB(S/N=100倍)
以上となるφlL囲は、センサAでは約60e以上であ
り、センサBでは約400e以上である。
第3図に於いて、比誤差±11部内となるのは、センサ
Aでは約60e〜約460eの範囲であり、セフすBで
C1約400e −約3600eの範囲である0 第4図に於いて、歪率1チ以下となるのは、センサAで
は約50e〜約4208の範囲であり、セフツーBては
約330e〜約3600eの範囲である。
以上のことから解かるように、低磁場から高磁1易迄、
直線fl、S/N比、比誤差、歪率等の必要とする特性
を満たす光応用センサ装置は、光送受1.1部などの電
気系やセンサ部などの改良を施して・も1つの七/す部
だけでは実現が内刃りであった。
また感知素子としてポッケルス効果を有するLINbO
3X−ZnSe、ZnS等の結晶を用いて電圧や重用い
て圧力、歪、振動等を測定する場合でも同様な問題があ
った。
発明の目的 本発明は前記の欠点を鑑みてなされたものであり、被測
定物理量を、直線性良く必要とされる特性を保てる広い
測定範囲を持つ光応用センサ装置を提供することを目的
としたものであへ。
発明の構成 本発明の光応用センサ装置は、偏光子と検光子の間に被
測定物理量に対応して光強度変調を受ける感知素子を備
え、必要とする特性を保つことのできる感知範囲及び感
度の異なる複数のセンサ部を持ち、それぞれのセンサ部
の出力光にλJ比d−る複数の光受信部からの電気信号
出力を、信号処理部を用いて同時に高速演算処理し連続
的につなげることにより広いダイナミックレンジを実現
できるO 実施例の説明 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する0飴スI
VI Iy壬壬子へl/r 戒知宇工か7ワ→デーグビ
半とし/こ2つのセンサ部10−1.10−2に対応し
て光送信部11−1.11−2、光伝送路12−1.1
2−2.12−3.12−4、光受信部13−1.13
−2を設け、さらに、光受信部13−1 、13−2か
らの電気信号出力を演算処理する信号処理部14を設け
る。なお、この実施例では第2図、第3図、第4図の特
性を持つセンサA−Bを用い、信号処理部としては、1
6ビソトのマイクロプロセツサを用いている。第2図。
第3図、第4図に於いて、センサA−Bが必要とする易
性を満たす磁界強度測定範囲の重なる範囲は、SZN比
については約400e以上であり、比l誤差についてQ
、]−約400e〜約460eてあり、歪率では約33
0e〜約420eであり、これにセンサAの直線性が±
1係以内となるのが約4soeまでであることを考慮す
ると約400e〜約460e11でとなる。この範囲に
於いて信号処理部14でセンサA、Bの光受信部13−
1.13−2の出力を連続的につなげる操作を行う。
第6図に13号処理部14のブロック図を示す。
これは、マイクロコンピュータ−で従来用いられている
システム図であるが、まず光受信部13−1゜13−2
の出力をオペアンプ20へ入力し、イ氏磁場(0〜45
0e)側でのオペアンプ20の出力がそれぞれ等しくな
るようにゲインを調整する。次にローパスフィルタ30
で高周波雑音成分のレベルを下げサンプルホールド40
を通し、A/Dコンバータ6oでアナログ入力をデジタ
ル出力に変換する。
次にセンサA−Bで必要とする特性を満たし測定レンジ
の重畳する約400e〜約450eの範囲即ちマイクロ
コンピュータ60で演算処理を行う範囲をあらかじめ設
定しておき、演τつを必要としない場合は低磁」局側(
約4ooe以下)でに、センサAを、高磁場側(約45
0e以上)ではセンサBを出力できるようにマイクロコ
ンピュータ60てjli制御する。演算処理は、約40
0e〜約460eの間のセンサA−BそれぞれのA/D
コンバータ60の出力を、例えば40〜450eを1/
100に発話し、センサA側の出力を基準に40.os
OeてはセンサAの出力値の99/100イ音とセンサ
Bの出力値の1 /100倍とを加算して出力とし、4
0.100e ではセンサAの出力f直の98/100
 (音とセンサBの出力値の2/100倍を加算して出
力するとう演算処理を続け、450eではセンサAの出
力値の0/100倍即ち0とセンサBの出力値の100
/100倍即ち1倍とを加算し、センサBだけの出力と
なるような]榮イ乍を行う。マイクロコンピュータ60
からのこれらの出力はD/Aコンバータ70へ人力され
、ローパスフィルタ80を通り出力アンプ9oからアナ
ログで出力される。
この構成で、サンプルホールド40に、アノ々−チャl
L、’J11150n SQC、アクイジョン時間25
71FJXのものを、A/Dコンバータに12ビツトの
A/D変換時間25μ東のものを、CPUに16ビノト
ーσ− のクロック周波数6浦しのものを、D/Aコンノくりに
12ビツトのセットリング時間が1.6μ渡のものを川
し)ると、周波数帯域が2klll迄の交流磁場測定が
川面となり、直線性±1%以内、S/N比4゜AQI・
Il、L舌1泣牛141\1山 石まく1屯じ1内竺の
必要とする特性を保ちつつ、約60eから約2200e
迄の交流磁場を精度よく測定することができる。壕だ、
ガーネット系結晶では、高磁場側でファラデー回転が飽
和するが、この現象の全くないZn5e結晶等をファラ
デー素子として用い、上記のようにセンサAと組み合わ
せると約60eから数千Oe迄の交流磁場の測定が可能
となる。
さらに感知素子としてポッケルス効果を有するZn5e
−ZnS等を用いると電圧・電界を同様に測定でき、1
だ、光弾性効果をもつ等方結晶を用いると圧力、歪、振
動等も同様に測定することができる。
発明の効果 以上のようr本発明はセンサ部が、偏光子、検光子及び
それらの間にある被測定物理量に対応して光強度変調を
かけられる感知素子から成り、そのセンサ部の感度及び
必要とする特性を保つことのできる感知範囲か異なる複
数のセン部を1+iiiえ、それぞれの出力光に対応す
る複数の光受信部からの常頷イ茸妥出力をイ茸骨机刊!
矧鳴をL(4いて同IJHに、自凍演算処理し連続的に
つなけることを可能とした光応用センサ装置であり、従
って被測定物理量を特徴とする特性を保ちつつ直線性よ
くきわめて広い範囲にわたって同程度の特性で、高精度
高信頼度の光応用センサが実現でき実用上きわめて有利
なものとなる。
【図面の簡単な説明】
第11Δは従来の光応用磁界センサ装置の構成図、第2
図a、bは従来の光応用磁界センサ装置A。 Bの出力の磁界強度に対するS/N比の特性図、2r5
3図a、bは従来の光応用磁界センサ装置A。 Bの出力の磁界強度に対する比誤差特性図、第4図a、
b+rrK来の光応用磁界センサ装置A、Hの出力の磁
界強度に対する歪率特性図、第5図は本究明の一実施例
に於ける光応用磁界センサ装置の概略(,111)成因
、第6図はその信号処理部のブロック図である。 10−1,10−2・・・・・センサ部、11−1゜1
1−2・−・・・元送信部、12−1.12−2.12
−3.12−4・・・・・光伝送路、13−1.13−
2・・・・・・光受信部、14・・・・・・信号処理部
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1化第 
11(+ ε1〕2図 H(Oeン 、磁界強度 0 100 200 300 H(Oe) 省泳ytイ帛角 第 3 図 to zo so 40s。 H(Oe) 叫態 700 200 シb 41)O H(Oe) と)4 図 (02030ω 9 )−1(Oe) 奪(界強崖 fθθ 肋0 300 H(Oe〕 磁界強屋 m 、i IUI ム3 G 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)偏光子と検光子の間に被測定物理量に対応して光
    強度変調を受ける感知素子を備えた複数のセンサ部と、
    前記センサ部の光の入出力端に設けられた光伝送路と、
    前記光伝送路に光を入射する複数の光送信部及び前記セ
    ンサ部を透過した出力光を検知し電気信号に変換して送
    出する複数の光受信部とを有するとともに、前記複数の
    センサ部の各々は被l111j定物理量に対する感知範
    囲及び感度が異なり、各々の出力光に対応する前記複数
    の先受イ11部からの電気信号出力を、前記感知範囲を
    一部重畳させながら連続的につなげる手段を具備する信
    号処理部を有することを特徴とする光応用センサ装置。 (2)感知素子としてファラデー効果を有する物質を用
    いることを特徴とする特許請求範囲第1項記(3)感知
    素子としてポッケルス効果を有する物質を用いることを
    特徴とする特許請求範囲第1項記載の光応用センサ装置
    。 (4)感知素子として光弾性効果を有する物質を用いる
    ことを特徴とする特許請求範囲第1項記載の光応用セン
    サ装置。
JP19568383A 1983-10-19 1983-10-19 光応用センサ装置 Pending JPS6088332A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190043351A (ko) 2017-10-18 2019-04-26 한국전력공사 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56130619A (en) * 1980-03-19 1981-10-13 Mitsubishi Electric Corp Photodetecting device
JPS579688U (ja) * 1980-06-20 1982-01-19

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