JPWO2006095620A1 - 光センサおよび光電流・電圧センサ - Google Patents
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Abstract
Description
黒澤「光ファイバ電流センサの開発と応用」静電気学会誌28巻5号(第251−257頁)2004 M.takahashi,et al「Sagnac Interferometer-type fiber-optic current sensor using single-mode fiber down leads」Technical Digest of 16th International conference on optical fiber sensor 黒澤「光ヘテロダイン法を応用した光電流変成器の基本特性の検討」電気学会論文誌B117巻3号(第354−363頁)1997
イ)繊細かつ複雑な光学系を必要とする。
ロ)複雑な信号処理回路を必要とする。
ハ)キャリア信号を作成し、その変調・復調という操作を行なうことから、応答速度を早くすることが難しい。応答速度を高めるためにはキャリア周波数を高める必要があり、その場合には変調電力が増すとともに、信号処理回路の負担も増加する。
前記2つの受光素子のそれぞれ入射される光に対してはそれぞれ可変光減衰器、前記2つの受光素子からの出力信号に対してはそれぞれ可変増幅器の少なくとも1つを設け、光減衰率または増幅率を調整することで、センサ出力のゼロ点と感度の較正を可能にしたことを特徴とする。
前記第1,第2受光素子のいずれか一方と第3の受光素子のそれぞれに入射される光に対してはそれぞれ可変光減衰器、前記第1,第2受光素子のいずれか一方と第3の受光素子からの出力信号に対してはそれぞれ可変増幅器の少なくとも1つを設け、光減衰率または増幅率を調整することで、センサ出力のゼロ点と感度の較正を可能にしたことを特徴とする。
|2θF|≪π/2,θF=VHL=VI…(1)
とおくと、受光素子61,62および63にそれぞれ入射する光量PA,PBおよびPRは次式で表わされる。
PB=η1・η2・ηB・(1−R)(1/2)P0(1−2θF)…(3)
PR=η1・ηR・R・P0…(4)
理想状態では、
R=0…(5)
η1=η2=ηR=ηA=ηB=1…(6)
なので、(5),(6)式を(2),(3),(4)に代入すると、
PA=(1/2)P0(1+2θF)…(7)
PB=(1/2)P0(1−2θF)…(8)
PR=0…(9)
となる。
(1)2信号方式
PAとPBの両方の信号を用いる方式である。ここで、(7)式+(8)式を求めると、
PA+PB=P0…(10)
PA−PB=P0・2θF…(11)
となる。よって、変調度をM2とすると、
M2=(PA−PB)/(PA+PB)=2θF…(12)
と表わすことができる。PA,PBとθFとの関係を図示すると、図2のようになる。
M2=(PA−PB)/(PA+PB)
={ηA(1+2θF)−ηB(1−2θF)}/{ηA(1+2θF)+ηB(1−2θF)}
…(13)
となり、ηA=ηBでない限り、明らかに
M2≠2θF
である。
PA’=GAPA…(14)
PB’=GBPB…(15)
として、上記(13)式のPA,PBに置き換えて変調度M2を求めると、
M2={GA・ηA(1+2θF)−GB・ηB(1−2θF)}/{GA・ηA(1+2θF)
+GB・ηB(1−2θF)} …(16)
となる。
とおいて、これを(16)式に代入すると、
M2=2θF…(18)
が得られる。GA,GBの調整は、θF=0のときに、M2=0となるようにすればよい。
(2)1信号方式
一方の信号のみを用いる方式である、ここでは、例えばPAを用いこととし、PAを示す(7)式を下記する。
上記(7)式からP0/2を差し引いたものを、変調度M1として求める。
上式より、理想状態であれば変調度M1をセンサ出力とすることにより、精度を確保できるが、実際は、η1,η2,ηA≠1である。そこで、R=0として、上記(2)式から変調度M1を求めると、
M1=η1η2ηA・(1/2)P0(1+2θF)−(1/2)P0
=(1/2)P0{η1η2ηA・(1+2θF)−1}…(20)
となる。
PA’=GAPA…(21)
PR’=GRPR…(22)
とする。
={GA・η2ηA(1−R)(1/2)(1+2θF)−GR・ηRR}/GR・ηRR
・・・(23)
いま、
(1/2)GA・η2ηA(1−R)=GR・ηRR=K…(24)
とおいて(23)式に代入すると、次式のようになる。
GA,GRの調整は、θF=0のときに、M1=0となるようにすればよい。
イ)受信光信号の値は、光源強度と光源から受光素子に至る光路の伝送効率に応じて決まる。これらの値は装置を組立てる際に一定の値に定まるのではなく、光学系毎に異なる。
ロ)光源から光ファイバ電流素子の間は必ず、コア径の細い単一モードファイバとなることなどから、光学系の僅かな狂いがセンサ素子に入射する光量の変化を引き起こし易い。一方、センサ素子直近の検光子を通過した光の受光素子までの伝送には、コア径の太いマルチモードファイバを用いることができる。したがって、センサ素子への入射光量の安定化と、センサ素子通過光の受光素子までの伝送効率の安定化の困難度を比較すると、前者のセンサ素子への入射光量の安定化の方が難しい。
a)被測定電流がゼロのときに、光学的または電気的手段によって信号の値を調整し、出力をゼロに較正できるよう、光学系と信号処理系を工夫する。
b)センサ素子への入射光量に対し出力が変動しないよう、光学系と信号処理系を工夫する。
GA・ηA=GB・ηB…(17)
が成立する。ここに、
GA=αAgA…(26)
GB=αBgB…(27)
である。なお、(17),(26),(27)式を満たす条件として、αA,αB,gA,gBのすべてを調節する必要は無く、これら4つのパラメータのうちの少なくとも1つを調整すれば良い。
(1/2)GA・η2ηA(1−R)=GR・ηRR…(24)
が成立する。ここに、
GA=αAgA…(28)
GR=αRgR…(29)
である。なお、(24),(28),(29)式を満たす条件として、αA,αR,gA,gRのすべてを調節する必要は無く、これら4つのパラメータのうちの少なくとも1つを調整すれば良い。
Claims (4)
- 光源からの光を光学部品からなるセンサに導き、このセンサにて物理量に基づき前記光の強度を変調し、変調された光を偏波の直交する2つの成分に分け、第1,第2の受光素子でそれぞれ受信し、第1,第2受光素子の出力から両成分の和と差の比を求めて物理量を検出するに当たり、
前記2つの受光素子のそれぞれ入射される光に対してはそれぞれ可変光減衰器、前記2つの受光素子からの出力信号に対してはそれぞれ可変増幅器の少なくとも1つを設け、光減衰率または増幅率を調整することで、センサ出力のゼロ点と感度の較正を可能にしたことを特徴とする光センサ。 - 光源からの光を光学部品からなるセンサに導き、このセンサにて物理量に基づき前記光の強度を変調し、変調された光を偏波の直交する2つの成分に分け、2つの受光素子でそれぞれ受信する一方、前記光源からの光を直接抽出して第3の受光素子で受信し、第1,第2受光素子のいずれか一方の出力と第3の受光素子出力との差を求め、この差と第3の受光素子出力との比を求めて物理量を検出するに当たり、
前記第1,第2受光素子のいずれか一方と第3の受光素子のそれぞれに入射される光に対してはそれぞれ可変光減衰器、前記前記第1,第2受光素子のいずれか一方と第3の受光素子からの出力信号に対してはそれぞれ可変増幅器の少なくとも1つを設け、光減衰率または増幅率を調整することで、センサ出力のゼロ点と感度の較正を可能にしたことを特徴とする光センサ。 - 前記請求項1または2に記載の光センサに、ファラデー効果を用いた光電流センサ。
- 前記請求項1または2に記載の光センサに、ポッケルス効果を用いた光電圧センサ。
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