JPS6373160A - 電界センサ - Google Patents

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、電界（電圧）センサに係り、特には、２本の
入出力用光フアイバ間に介在させた遮光板をバイモルフ
型圧電セラミックよりなる振動板で共振振動させ、この
ときの出力用光ファイバの光量を検出することによって
、（ｉ）電界の有無の検知、（ｉｉ）［正値の測定、（
ｉｉｉ　）三相々回転の判別などを行う方式の電界セン
サに関する。

〈従来の技術〉 従来、各種の電界センサが提案実施されている。

その−例として、ネオン管を用いたものがある。

例えば、柱上変圧器により、６．６ＫＶの高圧を２００
Ｖまたは１００ｖに降圧して供給する電力供給系統にお
いて、前記変圧器の一次側に高電圧が加わっているかを
目視確認するために、各高圧線にネオン管を接続してい
る。

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合で
は、ネオン管の性格上、寿命が比較的短く、大型であり
、破損しやすいという問題点がある。また、ネオン管の
ような電界センサは、高電圧の有無しか検出し得す、電
圧値や三相交流の相回転判別を行うことができない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、比較的に長寿命であって小型化することができ、し
かも、（ｉ）電界の有無の検知、（ｉｉ）電圧値の測定
、（ｉｉｉ　）三相々回転の判別などをすることができ
る電界センサを提供することを主たる目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な特徴を備えている。

即ち、本発明に係る電界センサは、バイモルフ型圧電セ
ラミックからなる振動板を片持ち支持するとともに、光
通過域が部分的に形成された遮光板を前記振動板の先端
に取り付け、かつ、この遮光板を入出力用光ファイバの
間に介在させてなる電界センサであって、 前記振動板にコンデンサを介して被測定電圧を分圧印加
することによって前記振動板を共振振動させ、このとき
の出力用光ファイバの通過光量を検知して前記被測定電
圧を検出することを特徴としている。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第１図は、本発明の実施例に係る電界センサの構成
の概略を示した説明図であり、同図（Ａ）はその外観斜
視図、同図（Ｂ）はその平面図である。

図において、振動板１はバイモルフ型圧電セラミックよ
り構成されている。バイモルフ型圧電セラミックの構成
は既に公知であるが、ここで簡単にその構成を説明する
。このバイモルフ型ＢＪｉセラミックは、有機高分子に
圧電体の粒状体を分散させて形成した弾性のある２枚の
圧電セラミック板を含み、この圧電セラミック板で一つ
の電極となる金属板をはさみ、さらに前記両セラミック
板の外側にそれぞれ電極を形成した構成になっている０
本実施例において、振動板１は、その長さが１１５ｍｍ
、幅が１０ｍｍ、厚みが約１ｍｍになっている。

このような比較的小形の振動板１は、その基部が固定板
２ａ、　　２ｂではさみつけられて、固定台３に片持ち
支持されている。そして、真中の金属板と、一方の電極
とが接続され、これらと他方の電極間にコンデンサＣを
介して被測定電圧Ｖｉｎが印加される。

このコンデンサＣは、バイモルフ型圧電セラミックが持
つ開存の等価容ｆｆ１ｃｓとで、被測定電圧Ｖｉｎを分
圧して、高電圧Ｖｉｎを低圧（ＶｉｎＸＣ／（Ｃ＋Ｃｍ
））にして圧電セラミックに加えることによって、高電
圧による圧電セラミックの破壊を防止するとともに、被
測定電圧Ｖｉｎに重畳することがあるインパルスやサー
ジ電圧などのノイズを吸収して、振動板１の共振振動を
安定化させるために設けられる。本実施例では、コンデ
ンサＣの容量を２４．３　Ｘ　１０−”　Ｆに設定して
いるが、本発明がこの容量値に限定されるものでないこ
とは勿論である。

振動板１の先端部には、矩形状の遮光板４が振動板１の
板面に直交するように取り付けられている。この遮光板
４には、部分的な光通過域として、後述する入出力用光
ファイバ６．７とほぼ同径の開口５が設けられている。

この間口５は光ファイバ６．７の径とほぼ同じ間隅に切
り欠かれたスリットであってもよい。

入力用光ファイバ６と出力用光ファイバ７は、同一軸上
に配置されており、これらの突き合わせ部分には、前記
遮光板４が上下に移動可能となるような隙間が設けられ
ている。また、遮光板４が停止しているときに、開口５
と光ファイバ６．７とは同軸線上に位置している。前記
入力用光ファイバ６の一端には図示しない光源としての
、例えばレーザ発振器が設けられ、このレーザ発振器か
ら入力用光ファイバ６に入射光Ｌｉｎが与えられる。

一方、出力用光ファイバ７の一端には、出射光Ｌｏｕｔ
を検知するための、図示しない光検知器が設けられてい
る。なお、前記光源としては、発光ダイオードなどを用
いてもよい。

次に、この実施例の作用について説明する。

まず、この実施例に係る電界センサを用いて被測定電圧
の有無あるいはその電圧値を測定する場合について説明
する。

振動板１に、例えば５０Ｈｚまたは６０　Ｈｚの被測定
電圧ＶｉｎがコンデンサＣを介して印加されると、前記
被測定電圧に重畳することがあるインパルスやサージ電
圧などのノイズがコンデンサＣに吸収され、振動板１は
前記被測定電圧に同期して安定に共振振動する。このと
きの振動板１の振れの状態を第２図（Ａ）のＳＬ、３２
で示す、Ｓｌは被測定電圧が高い場合、Ｓ２は低い場合
をそれぞれ示している。同図より明らかなように、振動
板１は被測定電圧の大小にかかわらず、被測定電圧に同
期した振れ幅ｄｉ、ｄ２の共振振動を行う、なお、同図
におけるφは光ファイバの径を示している。

振動板１の共振振動に伴って、遮光板４が上下に振れる
結果、光ファイバの光伝送路が断続的に遮蔽されるため
、出力用光ファイバ７の一端に設けられた光検出器は同
図（Ｂ）に示すような信号を出力する。（Ｂ）図におい
て、Ｌｌは被測定電圧Ｓ１に対応した検出出力信号、Ｌ
２は被測定電圧Ｓ２に対応した検出信号をそれぞれ示し
ている。

この図から判るように、被測定電圧の大きさと、前記検
出出力信号のパルス幅（同図におけるＭｌ。

Ｍ２）とは反比例の関係にある。このことは、光源の強
さを一定にしておいた場合、被測定電圧の大きさと、光
検出器が検出する光Ｎ（同図に斜線で示したパルスの面
積に相当する光量をいう）とは反比例の関係にあること
を意味している。

したがって、光検出器の出力信号から出射光の光量を知
ることにより、被測定電圧の有無だけでなく、その電圧
値をも検出することができる。

次に、本実施例に係る電界センサを用いて三相交流の相
回転判別を行う場合について説明する。

相回転判別は、例えば製紙工場や圧延工場において、三
相交流モークで駆動されろ紙あるいは鉄板の巻き取りロ
ーラの回転方向を一定にして、作業の安全を確保する上
で重要である。このような三相交流の相回転判別は、各
相ごとに本実施例に係る電界センサを用いることによっ
て、容易に実現される。即ち、Ｒ，Ｓ、Ｔの各相に設け
られた電界センサの振動板ｌは第３図（Ａ）に示すよう
に、被測定電圧である三相交流に同期した共振振動をす
る。その結果、同図ＣＢ−１）、（Ｂ−２）、（Ｂ−３
）に示すように、Ｒ，Ｓ、Ｔ相に対応して位相が６０度
づつ順にずれた検出信号が出力される。したがって、こ
れらの検出信号の位相関係から三相交流の相回転判断を
行うことができる。

第４図は、上述した電界センサを柱上変圧器の一次側電
圧の検出に用いた実施例を示している。

同図おいて、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは第１図に示した
電界センサを示している。各電界センサの振動板には、
柱上変圧器の一次側高電圧が、ノイズ吸収用のコンデン
サを介して与えられている。

各電界センサは光ファイバｌｌａ、ｌｌｂ、１１Ｃによ
って光変換器１２に接続されている。この光変換器１２
は、出力用光ファイバの出射光を検出して電気信号に変
換する光検出器の他に、入力用光ファイバに入射光を与
える光源をも含む。また、前記光ファイバｌｌａ、ｌｌ
ｂ、ｌｌｃは、各電界センサに接続する入出力用光ファ
イバをまとめて示している。さらに、光変換器１２は、
メタルケーブルによって、例えば変電所１３に接続され
ている。

上述したように構成することにより、電界センサから得
られた出射光りは光変換器１２で電気信号に変換された
後、光変換器１２から変電所１３に伝送される。これに
より、柱上変圧器の一次側電圧の有無、その電圧値ある
いは三相々回転判別を、変電所１３に居ながら知ること
ができる。なお、電界センサで得られた出射光を光ファ
イバで直接変電所に伝送してもよい、また、前記検出信
号は、変電所１３に必ずしも伝送する必要はなく、例え
ば電柱の基部に設けた適当な表示器に与えるものでもよ
い、このように構成することによって、柱上変圧器の一
次側電圧の確認作業をその都度電柱に登って行うという
煩わしい作業を回避することができる。

ところで、第４図に示したように、本実施例に係る電界
センサを柱上に設置した場合、外来振動の影響を受けな
いかという危惧も生じよう、しかし、外来振動は１　ｋ
Ｈｚ程度ないしそれ以下であることが経験的に知られて
おり、これに対し、商用周波数の電圧の検出を行う場合
、本電界センサの振動板は５０Ｈｚまたは６０Ｈ２で共
振振動しているから、前記外来振動が本電界センサに与
える影響を無視することができる。

なお、本電界センサを使用するに際して、被測定電圧を
変圧器を介して入力すれば、極めて広範囲の電圧を測定
することも可能である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明に係る電界センサは、光ファイバ
を通過する光量を、被測定電圧が印加されるバイモルフ
型圧電セラミックからなる振動板の共振振動を利用して
変化させ、この光量を知ることによって、前記被測定電
圧を検出するものであるから、本発明によれば、比較的
に長寿命で、かつ、小形の電界センサを得ることができ
、しかも、（ｉ）電界の有無の検知、（ｉｉ　）電圧値
の測定、（ｉｉｉ　）三相々回転の判別などを容易に行
うことができる。

しかも、本発明に係る電界センサは、被測定電圧をコン
デンサを介して分圧して振動板に与えているから、振動
板を高電圧が印加されることが防止でき、しかも、被測
定電圧にインパルスやサージ電圧のようなノイズが重畳
していても、これらのノイズは前記コンデンサで吸収さ
れる。そのため、本発明によれば、高電圧入力による電
界センサの信鯨性の低下を防止することができる。また
、本発明によれば、ノイズに影響されずに振動板を安定
に共振振動させることができるから、前記各被測定電圧
の測定などを安定に行うことができる。

さらに、本発明に係る電界センサは、上述したように、
検出信号の出力側が被測定電圧の入力側に対して、電気
的に絶縁されるから使用上安全であるという効果をも奏
する。

さらに、本発明は振動板の共振振動を利用するから、外
来振動の影響を受けにくい電界センサを実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電界センサの構成の概略
を示した説明図、第２図は第１図に示した電界センサを
用いて被測定電圧の値を検出する場合の動作説明図、第
３図は第１図に示した電界センサを用いて三相交流の相
回転判別を行う場合の説明図、第４図は第１図に示した
電界センサを用いて柱上変圧器の一次側電圧を検出する
場合の説明図である。 １・・・振動板、４・・・遮光板、５・・・開口、６・
・・入力用光ファイバ、７・・・出力用光ファイバ、Ｃ
・・・コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）バイモルフ型圧電セラミックからなる振動板を片
   持ち支持するとともに、光通過域が部分的に形成された
   遮光板を前記振動板の先端に取り付け、かつ、この遮光
   板を入出力用光ファイバの間に介在させてなる電界セン
   サであって、 前記振動板にコンデンサを介して被測定電圧を分圧印加
   することによって前記振動板を共振振動させ、このとき
   の出力用光ファイバの通過光量を検知して前記被測定電
   圧を検出することを特徴とする電界センサ。