KR101841721B1 - 광을 이용한 전류 측정장치 - Google Patents

광을 이용한 전류 측정장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101841721B1
KR101841721B1 KR1020160149345A KR20160149345A KR101841721B1 KR 101841721 B1 KR101841721 B1 KR 101841721B1 KR 1020160149345 A KR1020160149345 A KR 1020160149345A KR 20160149345 A KR20160149345 A KR 20160149345A KR 101841721 B1 KR101841721 B1 KR 101841721B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
optical path
beam splitter
signal
photodetector
Prior art date
Application number
KR1020160149345A
Other languages
English (en)
Inventor
김영수
Original Assignee
옵토파워주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 옵토파워주식회사 filed Critical 옵토파워주식회사
Priority to KR1020160149345A priority Critical patent/KR101841721B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101841721B1 publication Critical patent/KR101841721B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01R15/245—Adaptations 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/305—Contactless testing using electron beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 광을 이용한 전류 측정장치에 관한 것으로서, 광원으로부터 입사된 광을 편광시켜 출력하는 제1편광 빔스플릿터와, 제1편광 빔스플릿터에서 편광되어 진행되는 광을 입사받을 수 있게 측정대상체 주위에 설치되어 측정대상체에 흐르는 전류에 대응되는 자계의 강도에 따라 편광면을 회전시키는 자기광학소자와, 자기광학소자의 편광면의 회전변동량을 광의 강도로 변환시키는 검광자로서 작동하되 자기광학소자를 경유한 광을 반사시켜 제1광경로로 출력하고, 제1광경로와 직교하는 제2광경로로 제1광경로와는 위상이 반전된 광을 투과시키는 제2편광 빔스플릿터와, 제2편광빔스프릿터로부터 제1광경로를 통해 출력되는 광을 수신하여 전기적 신호로 출력하는 제1광검출기와, 제2편광 빔스플릿터에서 제2광경로로 진행되는 광을 수신하여 전기적 신호로 출력하는 제2광검출기와, 제1광검출기에서 출력되는 신호와 제2광검출기에서 출력되는 신호로부터 측정대상체에 대한 전류를 측정하는 산출부를 구비한다. 이러한 광을 이용한 전류 측정장치에 의하면, 검광자로부터 상호 위상이 반전되게 분리된 신호를 이용하여 노이즈가 제거되게 처리한 후 전류를 산출하도록 함으로써 외부 노이즈에 대해서도 전류 측정 정밀도를 안정적으로 유지할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

광을 이용한 전류 측정장치{apparatus for measuring current using light}
본 발명은 광을 이용한 전류 측정장치에 관한 것으로서, 상세하게는 전선에 흐르는 전류를 측정할 수 있도록 된 광을 이용한 전류 측정장치에 관한 것이다.
최근 산업의 고도성장과 더불어 전력수요가 급격히 증가하면서 전력 설비가 초 고압화 및 대용량화가 되고 있고, 이에 따른 전력의 안정적인 공급 및 효율적인 이용을 위한 관리가 매우 중요해지고 있다.
따라서, 송전 및 배전 계통 또는 전력공급장치에서 공급되는 전력에 대한 고장위치를 자동적으로 검출하기 위하여 전류 검출센서가 널리 이용되고 있다.
종래의 전류 검출센서는 코일을 이용하여 유기된 전력에 의해 전류를 측정하는 방식이 이용되었으나, 고전압이나 대전력 환경하에서는 각종 임펄스성 전압, 전류 그리고 자연계의 기상 현상에 기인한 뇌서지 등이 직접 전류공급경로를 통해서 또는 간접적인 정전유도나 전자 유도에 의해서 영향을 주기 때문에 최근에는 절연성이 양호하며 전자유도에 의한 노이즈를 받지 않는 특징을 갖는 광을 이용한 광자계센서를 이용한 방식이 이용되고 있다.
이러한 광자계센서가 국내 공개 특허 1992-0003062호에 개시되어 있다.
그런데, 편광자와 검광자 사이에 자기광학소자를 적용하는 상기 광자계센서는 외부로부터 케이싱을 통해 인가되는 진동 등의 환경요인에 의해 발생되는 노이즈에 의해 전류 측정 정밀도가 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 외부의 진동과 같은 환경요인에 의해 발생되는 노이즈에 의한 전류 측정 정밀도의 저감을 억제할 수 있는 광을 이용한 전류 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광을 이용한 전류 측정장치는 광원으로부터 입사된 광을 편광시켜 출력하는 제1편광 빔스플릿터와; 상기 제1편광 빔스플릿터에서 편광되어 진행되는 광을 입사받을 수 있게 측정대상체 주위에 설치되어 측정대상체에 흐르는 전류에 대응되는 자계의 강도에 따라 편광면을 회전시키는 자기광학소자와; 상기 자기광학소자의 편광면의 회전변동량을 광의 강도로 변환시키는 검광자로서 작동하되 상기 자기광학소자를 경유한 광을 반사시켜 제1광경로로 출력하고, 상기 제1광경로와 직교하는 제2광경로로 상기 제1광경로와는 위상이 반전된 광을 투과시키는 제2편광 빔스플릿터와; 상기 제2편광빔스프릿터로부터 상기 제1광경로를 통해 출력되는 광을 수신하여 전기적 신호로 출력하는 제1광검출기와; 상기 제2편광 빔스플릿터에서 상기 제2광경로로 진행되는 광을 수신하여 전기적 신호로 출력하는 제2광검출기와; 상기 제1광검출기에서 출력되는 신호와 상기 제2광검출기에서 출력되는 신호로부터 상기 측정대상체에 대한 전류를 측정하는 산출부;를 구비한다.
상기 산출부는 상기 제1광검출기에서 수신된 제1신호에서 상기 제2광검출기에서 수신된 제2신호를 차감한 제1차감신호와 상기 제1신호와 상기 제2신호를 합산한 제1합산신호를 구하고, 상기 제1차감신호를 상기 제1합산신호로 제산하여 얻은 값으로부터 전류를 측정하도록 된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광을 이용한 전류 측정장치에 의하면, 검광자로부터 상호 위상이 반전되게 분리된 신호를 이용하여 노이즈가 제거되게 처리한 후 전류를 산출하도록 함으로써 외부 노이즈에 대해서도 전류 측정 정밀도를 안정적으로 유지할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 광을 이용한 전류 측정장치를 나타내 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광을 이용한 전류 측정장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광을 이용한 전류 측정장치를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 광을 이용한 전류 측정장치는 광원(11), 제1편광빔스플릿터(13), 하프 플레이트(15), 자기광학소자(17), 제2편광빔스플릿터(19), 제1광검출기(21), 제2광검출기(22) 및 산출부(40)를 구비한다.
광원(11)은 발광다이오드 또는 레이저 다이오드가 적용되는 것이 바람직하다.
광원(11)에서 출사되는 광을 제1편광빔스플릿터(13)로 집속하기 위한 집속렌즈 또는 광섬유가 광원(11)과 편광 빔스플릿터 사이에 마련될 수 있다.
제1편광 빔스플릿터(PBS; Polarizing Beam Splitter)(13)는 광원(11)으로부터 입사된 광을 편광시키기 위한 편광자로서 적용된 것이다.
제1편광 빔스플릿터(13)는 광원(11)으로부터 입사된 광 중 일부를 직선편광시켜 입사방향과 직교되는 90°방향으로 반사시키고, 나머지 광은 직선편광시켜 입사방향을 따라 투과시킨다.
여기서 반사광와 투과광의 위상은 상호 반대가 된다.
도시된 예에서는 제1편광 빔스플릿터(PBS; Polarizing Beam Splitter)(13)에서 입사방향에 대해 직교하는 방향에서 출력되는 광을 이용하도록 설치되어 있고, 도시된 예와 다르게 입사방향과 나라한 방향을 따라 투과된 광을 이용할 수 있음은 물론이다.
하프 플레이트(15)는 제1편광빔스플릿터(13)에서 반사되어 진행하는 광을 45°회전시킨다.
자기광학소자(17)는 제1편광 빔스플릿터(13)에서 반사되어 하프플레이트(15)를 거쳐 진행되는 광을 입사받을 수 있게 설치되어 있다.
이러한 자기광학소자(17)는 측정대상체로 적용된 전선(50) 주위에 설치되어 전선(50)에 흐르는 전류에 대응되는 자계의 강도에 따라 편광면을 회전시킨다.
자기광학소자(17)는 패러데이 효과를 가진 소재로 된 것을 적용하면 되고, 이러한 소재에 대해서는 (BixGdyRzY3-x-y-z)(Fe5-wGaw)O12, 또는 그 밖의 소재가 국내 공개특허 제1992-0020233호, 국내 공개특허 제1996-0035055호 등 다양하게 개시되어 있고 상세한 설명은 생략한다.
제2편광빔스플릿터(19)는 자기광학소자(17)의 편광면의 회전변동량을 광의 강도로 변환시켜 출력한다.
제2편광빔스플릿터(19)는 제1편광빔스플릿터(13)에 대해 투과 편광방향을 90°다르게 설치한다.
여기서 제2편광빔스플릿터(19)는 검광자가 된다.
또한, 제2편광빔스플릿터(19)는 자기광학소자(17)를 거쳐 진행되는 광에 일부는 입사방향과 직교하는 방향인 제1광경로(31)를 통해 반사하고, 나머지 일부는 입사방향과 나란한 제2광경로(32)를 통해 투과한다.
여기서, 제1광경로(31)를 통해 반사하는 광과 제2광경로(32)를 통해 투과하는 광의 위상은 상호 반대가 된다.
제1광검출기(21)는 제2편광빔스플릿터(19)에서 제1광경로(31)로 출력되는 광을 수신하여 전기적 신호로 출력한다.
제2광검출기(22)는 제2편광빔스플릿터(19)에서 투과되어 제2광경로(32)로 출력되는 광을 수신하여 전기적 신호로 출력한다.
여기서, 광원(11)에서 입사된 광(Pin)에 대해 자기광학소자(17) 및 제2편광빔스플릿터(19)를 거쳐 제1광경로 출력되는 광(P01)과 제2광경로(P02) 출력되는 광의 관계는 아래의 관계식으로 표현할 수 있다.
P01=Pin*(1+m), P02=Pin*(1-m)
여기서, m은 자기광학소자(17)의 전선(50)에 흐르는 전류에 대응되는 자계의 강도에 따라 편광면의 회전변화에 대응되는 광변화율을 나타낸다.
산출부(40)는 제1광검출기(21)에서 출력되는 제1신호와 제2광검출기(22)에서 출력되는 제2신호로부터 측정대상체의 전선(50)의 심선(51)을 통해 흐르는 전류를 측정한다.
산출부(40)는 제1광검출기(21)에서 수신된 제1신호에서 제2광검출기(22)에서 수신된 제2신호를 차감한 제1차감신호와 제1신호와 제2신호를 합산한 제1합산신호를 구하고, 제1차감신호를 제1합산신호로 제산하여 얻은 값으로부터 전류를 측정하도록 되어 있다.
즉, 앞서 관계식을 통해 표현된 P01을 제1신호로 하고, P02를 제2신호로 하면, P01+P02=2Pin이 제1합산신호가 되고, P01-P02=2Pin*m이 제1차감신호가 된다.
따라서, m은 아래의 수학식1을 통해 산출된다.
Figure 112016109884742-pat00001
따라서, 산출부(40)는 위 수학식 1을 통해 산출된 m값에 대응되는 전류값을 산출식 또는 m값에 대응되는 전류값이 기록된 룩업테이블을 이용하여 산출한다.
이러한 전류값 산출방식은 외부 노이즈에 의한 성분이 위상이 상호 다르게 제1광경로와 제2광경로를 통해 출력되는 신호를 앞서 설명된 차감 및 합산 과정을 통해 제거할 수 있어 노이즈에 의한 영향을 배제할 수 있는 장점을 제공한다.
11: 광원 13: 제1편광빔스플릿터
15: 하프 플레이트 17: 자기광학소자
19: 제2편광빔스플릿터 21: 제1광검출기
22: 제2광검출기 40: 산출부

Claims (2)

  1. 광원으로부터 입사된 광을 편광시켜 출력하는 제1편광 빔스플릿터와;
    상기 제1편광 빔스플릿터에서 편광되어 진행되는 광을 입사받을 수 있게 측정대상체 주위에 설치되어 측정대상체에 흐르는 전류에 대응되는 자계의 강도에 따라 편광면을 회전시키는 자기광학소자와;
    상기 자기광학소자의 편광면의 회전변동량을 광의 강도로 변환시키는 검광자로서 작동하되 상기 자기광학소자를 경유한 광을 반사시켜 제1광경로로 출력하고, 상기 제1광경로와 직교하는 제2광경로로 상기 제1광경로와는 위상이 반전된 광을 투과시키는 제2편광 빔스플릿터와;
    상기 제2편광빔스플릿터로부터 상기 제1광경로를 통해 출력되는 광을 수신하여 전기적 신호로 출력하는 제1광검출기와;
    상기 제2편광 빔스플릿터에서 상기 제2광경로로 진행되는 광을 수신하여 전기적 신호로 출력하는 제2광검출기와;
    상기 제1광검출기에서 출력되는 신호와 상기 제2광검출기에서 출력되는 신호로부터 상기 측정대상체에 대한 전류를 측정하는 산출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광을 이용한 전류 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산출부는 상기 제1광검출기에서 수신된 제1신호에서 상기 제2광검출기에서 수신된 제2신호를 차감한 제1차감신호와 상기 제1신호와 상기 제2신호를 합산한 제1합산신호를 구하고, 상기 제1차감신호를 상기 제1합산신호로 제산하여 얻은 값으로부터 전류를 측정하도록 된 것을 특징으로 하는 광을 이용한 전류 측정장치.
KR1020160149345A 2016-11-10 2016-11-10 광을 이용한 전류 측정장치 KR101841721B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160149345A KR101841721B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 광을 이용한 전류 측정장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160149345A KR101841721B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 광을 이용한 전류 측정장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101841721B1 true KR101841721B1 (ko) 2018-05-08

Family

ID=62187522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160149345A KR101841721B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 광을 이용한 전류 측정장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101841721B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102179467B1 (ko) * 2019-10-11 2020-11-16 호남대학교 산학협력단 광을 이용한 전류 측정장치
KR102188720B1 (ko) * 2019-10-11 2020-12-09 한국전력공사 광을 이용한 직류 전류 측정장치
KR20220147419A (ko) * 2021-04-27 2022-11-03 옵토파워주식회사 편광유지광섬유와 자기광학소자 일체형 전류센서
KR20230018195A (ko) * 2021-07-29 2023-02-07 호남대학교 산학협력단 인라인 광전류센서

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04366783A (ja) * 1991-06-14 1992-12-18 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 光磁界・電流センサ
JPH07181205A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Toshiba Corp 光応用測定装置
JPH10132864A (ja) * 1996-11-01 1998-05-22 Toyo Commun Equip Co Ltd 光電圧センサ
JP3313594B2 (ja) * 1996-11-05 2002-08-12 株式会社先進材料利用ガスジェネレータ研究所 電流検出装置及び方法
KR100606420B1 (ko) * 2004-07-12 2006-08-01 엘에스산전 주식회사 검출기 삽입형 광 전압검출기
KR100662744B1 (ko) * 2004-07-12 2007-01-02 엘에스산전 주식회사 광 대전류/고전압 센서
JP4092142B2 (ja) * 2002-06-14 2008-05-28 株式会社東芝 光電圧測定装置、電力又は電力量測定装置及び電気機器の保護システム
JP4102106B2 (ja) * 2002-05-30 2008-06-18 三菱電機株式会社 光電圧・電界センサ

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04366783A (ja) * 1991-06-14 1992-12-18 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 光磁界・電流センサ
JPH07181205A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Toshiba Corp 光応用測定装置
JPH10132864A (ja) * 1996-11-01 1998-05-22 Toyo Commun Equip Co Ltd 光電圧センサ
JP3313594B2 (ja) * 1996-11-05 2002-08-12 株式会社先進材料利用ガスジェネレータ研究所 電流検出装置及び方法
JP4102106B2 (ja) * 2002-05-30 2008-06-18 三菱電機株式会社 光電圧・電界センサ
JP4092142B2 (ja) * 2002-06-14 2008-05-28 株式会社東芝 光電圧測定装置、電力又は電力量測定装置及び電気機器の保護システム
KR100606420B1 (ko) * 2004-07-12 2006-08-01 엘에스산전 주식회사 검출기 삽입형 광 전압검출기
KR100662744B1 (ko) * 2004-07-12 2007-01-02 엘에스산전 주식회사 광 대전류/고전압 센서

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102179467B1 (ko) * 2019-10-11 2020-11-16 호남대학교 산학협력단 광을 이용한 전류 측정장치
KR102188720B1 (ko) * 2019-10-11 2020-12-09 한국전력공사 광을 이용한 직류 전류 측정장치
KR20220147419A (ko) * 2021-04-27 2022-11-03 옵토파워주식회사 편광유지광섬유와 자기광학소자 일체형 전류센서
KR102581771B1 (ko) * 2021-04-27 2023-09-22 옵토파워주식회사 편광유지광섬유와 자기광학소자 일체형 전류센서
KR20230018195A (ko) * 2021-07-29 2023-02-07 호남대학교 산학협력단 인라인 광전류센서
KR102576799B1 (ko) * 2021-07-29 2023-09-07 호남대학교 산학협력단 인라인 광전류센서

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101841721B1 (ko) 광을 이용한 전류 측정장치
US6741357B2 (en) Quadrature phase shift interferometer with unwrapping of phase
CN104769444B (zh) 温度补偿光纤电流传感器
US8922194B2 (en) Master-slave fiber optic current sensors for differential protection schemes
JP2818300B2 (ja) 温度補償を行った光学的交流測定方法及びこの方法を実施する装置
JP5083321B2 (ja) 光ファイバ電流計測装置および電流計測方法
FR2461956A1 (fr) Dispositif interferometrique de mesure de courant electrique a fibre optique
JP7204753B2 (ja) 磁界及び／又は電界を測定するための測定装置、導電体の電流及び／又は電圧を測定するためのユニット、並びに導電体を収容する金属筐体を含むガス絶縁変電所
KR101841722B1 (ko) 광을 이용한 전류/온도 측정장치
KR101932231B1 (ko) 광을 이용한 직류 전류 측정장치
KR101052904B1 (ko) 광을 이용한 전류/온도 측정장치
Wang et al. Study of sensing coil errors in the in-line Sagnac interferometer current transducer
CN104020337A (zh) 石榴石型电压电流传感器
JPS6356924B2 (ko)
CN106796125A (zh) 具有微分调制相位检测的干涉测定传感器
KR101090689B1 (ko) 광섬유 전류센서 및 그의 전류 측정 방법
JP2015011019A (ja) 直流電圧測定装置
KR100659561B1 (ko) 광 전류센서
KR102045831B1 (ko) 편광유지광섬유를 이용한 광온도 측정 장치
US5196695A (en) Fiber-optic sensor having near-field and remote-field signals
EP2715375B1 (en) Fiber-optic voltage sensor
JP6453994B2 (ja) 光ファイバセンサ及びそれを用いた計測装置
CN106646183B (zh) Sld光源测试系统
Veeser et al. Fiber optic sensing of pulsed currents
JP2016197023A (ja) 交流用光電流センサ

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant