JPS6166169A - 温度補償式電流センサ - Google Patents

温度補償式電流センサ

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JPS6166169A
JPS6166169A JP60194709A JP19470985A JPS6166169A JP S6166169 A JPS6166169 A JP S6166169A JP 60194709 A JP60194709 A JP 60194709A JP 19470985 A JP19470985 A JP 19470985A JP S6166169 A JPS6166169 A JP S6166169A
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current
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sensor
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
    • G01R15/245Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using magneto-optical modulators, e.g. based on the Faraday or Cotton-Mouton effect
    • G01R15/246Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using magneto-optical modulators, e.g. based on the Faraday or Cotton-Mouton effect based on the Faraday, i.e. linear magneto-optic, effect

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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】 本発明はファラデー効果及びファイバーオプティックス
を利用する磁気光学式電流センサ、特に、例えば送電線
、回路遮断器、積算電力計、モータ制御装置の母線のよ
うな導体中の電流を測定するため永久磁石と併用される
−1−記センサに係わる。
ファラデー回転型電流センサの温度関数が材料のVer
dat定数の固有温度特性に従うことは公知である。こ
の種のセンサでは従来がら、温度だけを感知し、導体の
電流から発生する磁界には感応しない第2のセンサを用
いる。両方のセンサからの信号は母線に関する電流及び
温度情報を出力する信号処理論理回路に送られる。しか
し、このような公知の方式では光源を両センサにリンク
すると共に、センサから光検知器及びデータ処理回路へ
回転信号を返送するための光学m維が必要であり、光学
繊維のコストが装置コストの大きい部分を占めることに
なる。光学繊維使用量を節減できる方法があれば経済的
に有利である。
光学繊維数を4から3に減らす方法としてセンサ位置に
3dB導波カプラーを設けることが提案されている。し
かし、光学m#I総数を4から2に減らす場合に不都合
である。
本発明は電流を運ぶ導体の磁界線内に配置した磁気光学
材料体と、直流磁界線を前記材料体を通るように方向づ
ける磁性手段と、偏光光線の回転を検知し、これに応じ
て出力信号を発生するアナライザ手段と、アナライザ手
段の出力信号に応答して導体中の電流及び温度に比例す
る電子信号を形成する電子回路とから成る導体を流れる
電流を測定する電流センサを提供する。
導体及び磁性手段の磁界が磁気光学材料体中で偏光光線
とほぼ平行であり;電子回路手段はアナライザ手段の出
力信号に応答して導体中の電流に比例する電子信号を発
生することが好ましい。
本発明の温度補償式電流センサの利点は導体の周囲空気
温度の変化に関係なく精度を維持できることにある。
以下、添付図面に示す実施例に基づいて本発明を説明す
る。
図面から明らかなように、例えば母線のような導体12
に温度補償構造体10(第1図)を取付ける。構造体1
0はファラデーやロテータまたは電流センサ14、直流
電流発生手段または永久磁石16、及びカバー18から
成る。
ファーラブ−・ロテータまたは電流センサ14は高電流
搬送用導体の磁界中でファラデー効果を示す磁気光学材
料体である。このような磁気光学材料としてはHoya
 FaradayRotator(FR−5)ガラス及
び石英がある。第1図から明らかなように、センサ14
の長手軸は矢印20で示す電流方向と直交する方向に配
置されている。第2図から明らかなように、この従来型
構成ではAC電流によって発生する磁界22とセンサ1
4中を伝播する偏光との相互作用が最大となる。
第1図及び第3図から明らかなように、1対の光学繊維
ケーブル24.28がセンサ14と接続されている。ケ
ーブル24は光源(第8図及び第8図)を起点とし、入
力偏光器28と接続する。偏光器28で偏光した光線3
0(第3図)はセンサ14を長手方向に進行し、面32
からアナライザ34にむかって反射し、このアナライザ
34からの光学信号がケーブル26に入る。
センサ14内の光線30(第3図)が磁界の影響を受け
るように、永久磁石16またはその他の直流磁界(36
、第2図)発生手段を電流センサ14に近接させて配置
する。第2図に示すように、適当な材料から成る適度の
強さの磁石16を電流センサ14の上方に配置し、良導
体、例えば銅またはアルミニウムのカバー18で囲むこ
とにより、交流電界線の集束及び永久磁界36の変化を
回避できることが好ましい。
即ち、導体12はその近傍における交流磁界線を摂動さ
せるが、このような摂動は幾何的なものに過ぎず、電流
値とは無関係である。事実、カバーで囲まれた永久磁石
16から交流磁界線が除外されることは装置の交流信号
感度」二有利である。なぜなら、一定電流値に関して、
カバーで囲んだ永久磁石を近くに設けた場合の方が永久
磁石のない場合よりもセンサ位置の電界強度が高くなる
からである。この効果を最大限に発揮させるのが図示の
構成である。
センサ中での偏光回転は2つの成分:即ち、永久磁石か
らの直流分及び導体を流れる電流によって発生する磁界
からの交流会とから成る。
従って 0=θN+0■      ■ また、 θM=V(T)Hou       ■及び θI=V(T)g1文      ■ ただし、V(T)はセンサ材料のVerdat係数、g
はセンサ位置における磁界強度を導体中を流れる単位電
流に関連付ける波形率、HOはセンサ位置における永久
磁界強度、見は相互作用通路長さである。動作モードに
応じて、信号処理方法も異なる。
ファラデー回転式電流センサの従来型構成、即ち、永久
磁石のない構成では、ゼロ電流バイアス点が動作曲線(
第4図)の勾配が最も急な部分に来るように偏光器に対
してアナライザを45°だけずらすのが普通である。こ
の構成では、導体を流れる交流電流によって発生する交
流磁界からの交流センサ信号が最大電流感度及び最も広
い線形応答を示す。従って、従来と同じ態様で温度補償
性能を有するファラデー回転式電力センサが実現できる
。即ち、ゼロ電流バイアス点が45°マークにとなるよ
うに構成する。
このような条件が望ましいが、必ずしも必須条件ではな
く、ここでは原理を説明するため、あえてこの条件を採
用する。θNの大きさは既知の材料幾何特性及び材質か
ら算定できる。小型のAln1co 5磁石(0,5−
W XO,25′HX2.5 ” L)の場合、はぼH
oya FR−5またはFaraday Rotato
 rガラスの位置に相当する面から〜3+amの距離で
測定された磁界強度は約200ガウスである。この磁界
は長さ5cm c7) Hoya(FR−5またはFa
raday Rotator)ガラスにおいて偏光を〜
3°回転させる。この関係式を満足させるため、多くの
場合、偏光器/アナライザを回転させることでゼロ電流
バイアス点条件を満たす。従って、電流センサを温度補
償するためのデータ整理方式はある程度この動作条件に
よって決定される。
第5図から明らかになるように、センサ14の信号出力
は3つの部分、即ち、 S(θ)=S(θPA)+S (0M)+ S (θ■
)■から成り、各項の絶対値は光源の強さに応じて異な
る。光源からの光の一部が検知器38によって基準とし
て取出され、この部分は偏光器/アナライザの配向ずれ
に比例する。即ちSd文 =  S(θPA )   
   ■信号処理を行う電子回路のフロチャートを第6
図に略示した。信号処理の第1段階として、 S(θP
A)を検知器40で検知し、フィルタ42でフィルタリ
ングする。
即ち。
5−9(θPA)=  S  (0M)+S(OI) 
  ■次の段階として、狭い(周波数)帯域フィルタ4
4及び2つの信号周波数を中心周波数とする増幅器46
.48を利用して残りの信号成分S(0M)及び5(0
1)を微分する(S(0M)は直流、 5(OI)はラ
イン周波数)。
この2つの成分の比を除算回路50でA]算し、を得る
。材料によって異なり、多くの場合温度によっても異な
るVerdat定数が関係式から消去され、処理ずみ出
力信号は導体を流れる電流だけに依存する。
処理ループにおける関係式■で表わされる動作を省略す
るアプローチも探究した。このアプローチは第7図に示
す方式で達成できる。偏光器/アナライザを動作曲線に
対する45°接線がθ軸と交差する。pA点を固定する
ように構成し、ゼロ電流バイアス点がθ−桶一→までず
れるように永久磁界を設定する。即ち、 OPA十〇に−−■ 数学的には関係式〇は関係式〇と同じであるが、動作態
様の点では異なる。第7図に示すように、ゼロ電流バイ
アス点は多くの場合永久磁石による偏光回転で制御され
るから、小信号理論が適用される低電流用途については
、 S (0M)+S(θPA)    S(0M)= −
I    [相] O この場合、検知器30からの基準信号を省略することが
でき、1つだけの検知器52を有する信号処理系の簡素
なフロチャートは第8図に示した通りである。フィルタ
回路54は信号の2成分S(θ■)及びS(0M)を分
離するが、パルス光源を使用する場合、この分離は簡単
である。また、光源60のパルス周波数は、フィルタ回
路からのS(θ■)及びS(0M)信号が増幅器58.
58によってそれぞれ別々に増幅された後のライン周波
数と異なることが好ましい(ライン周波数よりもはるか
に高いことが好ましい)。除算回路62は2r&分を結
合して電流値■を与える。
要するに、本発明は市原検知に必要なセンサの総数及び
光学繊維の総数を節減するための温度補償方式を提供す
る。センサはコンパクトであり、電流及び温度情報を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は電流及び温度を検知するための電流センサを略
示する斜視図;第2図は第1図1111線における断面
図:第3図は第2図■−m線における水平断面図;第4
図はファラデー回転法による従来型電流センサの動作性
を示すグラフ;第5図は電流及び温度を検知するための
単一のロテータまたは電流センサの動作特性を示すグラ
フ;第6図は第5図に示した特性を有する電流センサに
対応する信号処理装置の概略図;第7図は電流及び温度
を検知するための実施態様の異なる単一のロテータまた
は電流センサの動作特性を示すグラフ;第8図は第7図
に示した動作特性を有する電波センサに対応する信号処
理装置の概略図である。 lO・・・・温度補償構造体 12・・・・導体(母線) 14・・・・ファラデイー争ローテータ!8・・・・永
久磁石 18・・・◆カバー 24.26・・・・ケーブル 28・・・・入力偏光器 34・・・・アナライザ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、導体を流れる電流を測定する電流センサにおいて、
    電流を運ぶ導体の磁界線内に配置した磁気光学材料体と
    、直流磁界線を前記材料体を通るように方向づける磁性
    手段と、偏光光線を前記材料体を通るように方向づける
    偏光手段と、偏光光線の回転を検知し、これに応じて出
    力信号を発生するアナライザ手段と、アナライザ手段の
    出力信号に応答して導体中の電流及び温度に比例する電
    子信号を発生する電子回路とから成ることを特徴とする
    電流センサ。 2、導体及び磁性手段の磁界が前記材料体中で偏光光線
    とほぼ平行であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の電流センサ。 3、磁界線が単向性であることを特徴とする特許請求の
    範囲第2項に記載の電流センサ。 4、磁性手段が永久磁石であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項から第3項までのいずれかに記載の電流
    センサ。 5、磁石を囲むカバー手段を設け、前記カバー手段を導
    電材で形成することにより、交流磁界線の集束及び永久
    磁石による磁界の変化を防止することを特徴とする特許
    請求の範囲第3項または第4項に記載の電流センサ。 6、カバー手段が前記材料体をも囲むことを特徴とする
    特許請求の範囲第5項に記載の装置。
JP60194709A 1984-09-04 1985-09-02 温度補償式電流センサ Expired - Lifetime JPH0721510B2 (ja)

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US647202 1984-09-04

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JPS6166169A true JPS6166169A (ja) 1986-04-04
JPH0721510B2 JPH0721510B2 (ja) 1995-03-08

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JP (1) JPH0721510B2 (ja)
AU (1) AU581017B2 (ja)
GB (1) GB2164145B (ja)

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GB2164145B (en) 1989-01-05
GB8520392D0 (en) 1985-09-18
GB2164145A (en) 1986-03-12
AU4650085A (en) 1986-03-13
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