WO2011125564A1 - 光ファイバ電流センサおよび電流測定方法 - Google Patents

Abstract

　光ファイバ電流センサは、センサファイバと、センサファイバからの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離素子と、分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、第１信号の直流成分と交流成分との比（Ｓ１）および第２信号の直流成分と交流成分との比（Ｓ２）を演算式に代入してファラデー回転角を演算する信号処理部とを具備する。上記の演算式は、ファラデー回転角と温度との関数としてそれぞれ表される比（Ｓ１）の方程式および比（Ｓ２）の方程式を、ファラデー回転角と温度とを未知数とする連立方程式としてファラデー回転角について解いた式である。

Description

光ファイバ電流センサおよび電流測定方法

　本発明は、光ファイバ中を伝搬する光の偏波面が磁界により回転するファラデー効果を利用して電流を測定する光ファイバ電流センサおよび電流測定方法に関する。
　本願は、２０１０年３月３１日に日本に出願された特願２０１０－８２５６７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　近年、電力設備の監視等を行う電流測定装置として、光ファイバをセンサに用いた光ファイバ電流センサが注目されている。
　この光ファイバ電流センサでは、磁性媒質中を伝搬する光の偏波面がその伝搬方向における磁界の大きさに比例して回転するファラデー効果を利用して、導体に流れる被測定電流を測定する。すなわち、センサとして用いる光ファイバに直線偏光を入射して、被測定電流が流れる導体の近くに置くと、ファラデー効果によって光ファイバ中の直線偏光に偏波面の回転（ファラデー回転）が与えられる。これは、光ファイバが磁性媒質の一種であり、被測定電流が流れる導体が磁界発生源となるためである。この時、導体には被測定電流に比例した磁界が発生しているので、ファラデー効果による偏波面の回転角度（ファラデー回転角）は、被測定電流の大きさに比例する。そこで、このファラデー回転角を測定することで、電流の大きさを求めることができる。これが光ファイバ電流センサの原理である。

　ファラデー回転角を測定するためには、光ファイバから出力された光をフォトダイオード等で受光して電気信号に変換し、得られた電気信号に所定の信号処理を行う。ところが、光ファイバ電流センサが設置された場所の環境温度が変化すると、光学バイアスが変動したり、ベルデ定数が変動したりしてしまう。光学バイアスとは、ファラデー回転角を測定する際の動作点であり、ベルデ定数とは、光ファイバにおけるファラデー効果の感度を与える物性値である。これらの影響を受けて、上記の信号処理により求められるファラデー回転角が誤差を持つようになり、結果として電流の測定値に温度依存性が発生して正しい測定を行うことができなくなるという問題が生じてしまう。

　このような問題に対して、信号処理方法を改良して電流測定値の温度依存性を低減させた光ファイバ電流センサが本発明者により提案されている（特許文献１参照）。

日本国特開２００９－１２２０９５号公報

　特許文献１の光ファイバ電流センサに用いられている信号処理では、電流測定値の温度依存性のうち、温度の変動量に比例して変化する成分（１次成分）を取り除くことはできる。しかしながら、この信号処理では、温度変化に対する高次（２次以上）の依存性は除去されずに残存する。そのため、温度変化が大きくなると、電流の測定値の誤差も大きくなってしまう。このように、従来のファラデー効果を利用した電流測定方法では、電流測定値の温度依存性を十分に低減させることができなかった。

　本発明は上記の点に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、ファラデー効果を利用して電流を測定する光ファイバ電流センサおよび電流測定方法において、電流測定値の温度依存性を十分に低減させることにある。特に、本発明の目的は、温度変化に対する高次の依存性を除去することにある。

　本発明は、上記の課題を解決するために、センサファイバに直線偏光を伝搬させ、このセンサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転角を検出することで、前記被測定電流を測定する光ファイバ電流センサにおいて、前記センサファイバからの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、前記第１信号の直流成分と交流成分の比Ｓ１および前記第２信号の直流成分と交流成分の比Ｓ２を演算式に代入して前記ファラデー回転角を演算する信号処理部とを具備する。前記演算式は、ファラデー回転角と温度の関数としてそれぞれ表される前記比Ｓ１の方程式および前記比Ｓ２の方程式を、ファラデー回転角と温度を未知数とする連立方程式としてファラデー回転角について解いた式であり、記憶部に記憶される。

　本発明において、信号処理手段がファラデー回転角の演算に用いる演算式は、比Ｓ１と比Ｓ２の連立方程式から温度に関する変数を消去した式である。すなわち、温度の変数を含まない演算式を用いてファラデー回転角を演算するので、温度変化に対する高次の依存性が残存することはない。したがって、得られたファラデー回転角およびこのファラデー回転角から求まる電流測定値の温度依存性を、原理上無くすことができる。

　本発明の上記光ファイバ電流センサにおいて、前記センサファイバにおける基準温度でのファラデー回転角をφ_０，基準温度からの温度変化量をＴ，光学バイアスの温度依存係数をα，前記センサファイバにおけるファラデー回転角の温度依存係数をβとしたとき、前記比Ｓ１の方程式は、Ｓ１＝２・（１＋β・Ｔ）・φ_０／（１＋α・Ｔ）であり、前記比Ｓ２の方程式は、Ｓ２＝－２・（１＋β・Ｔ）・φ_０／（１－α・Ｔ）であり、前記演算式は、φ_０＝Ｓ１・Ｓ２／｛（β／α－１）・Ｓ１＋（β／α＋１）・Ｓ２｝とすることができる。

　この実施形態によれば、既知の定数である光学バイアスの温度依存係数αとセンサファイバにおけるファラデー回転角の温度依存係数β、および測定によって得られる値である比Ｓ１とＳ２とを用いて電流測定値を求めることができる。

　また、本発明の上記光ファイバ電流センサにおいて、前記センサファイバにおける基準温度でのファラデー回転角をφ_０，基準温度からの温度変化量をＴ，光学バイアスの温度依存係数をα，前記センサファイバにおけるファラデー回転角の温度依存係数をβとしたとき、前記比Ｓ１の方程式は、Ｓ１＝２・（１＋β・Ｔ）・ｃｏｓ（α・Ｔ）・φ_０／（１＋ｓｉｎ（α・Ｔ））であり、前記比Ｓ２の方程式は、Ｓ２＝－２・（１＋β・Ｔ）・ｃｏｓ（α・Ｔ）・φ_０／（１－ｓｉｎ（α・Ｔ））であり、前記演算式は、φ_０＝Ｓ１・Ｓ２／｛（Ｓ２－Ｓ１）・（１＋Ａ・β／α）・ｃｏｓＡ｝，Ａ＝ｓｉｎ－１｛（Ｓ１＋Ｓ２）／（Ｓ２－Ｓ１）｝としてもよい。

　この実施形態によれば、既知の定数である光学バイアスの温度依存係数αとセンサファイバにおけるファラデー回転角の温度依存係数β、および測定によって得られる値である比Ｓ１とＳ２を用いて電流測定値を求めることができる。また、比Ｓ１およびＳ２の方程式は、その導出過程において近似を用いることなく導出される式であるので、電流測定値を精度良く求めることができる。

　また、本発明は、センサファイバに直線偏光を伝搬させ、このセンサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転角を検出することで、前記被測定電流を測定する電流測定方法において、前記センサファイバからの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分離する工程と、前記分離された２つの偏光成分を光電気変換部によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換する工程と、前記第１信号の直流成分と交流成分との比Ｓ１および前記第２信号の直流成分と交流成分との比Ｓ２を演算式に代入して前記ファラデー回転角を演算する工程とを有する。前記演算式は、ファラデー回転角と温度との関数としてそれぞれ表される前記比Ｓ１の方程式および前記比Ｓ２の方程式を、ファラデー回転角と温度とを未知数とする連立方程式としてファラデー回転角について解いた式であり、記憶部に記憶されている。

　本発明によれば、ファラデー効果を利用して電流を測定する光ファイバ電流センサおよび電流測定方法において、温度変化に対する高次の依存性を除去して電流測定値の温度依存性を十分に低減させることができ、これにより精度の良い電流測定を行うことが可能になる。

本発明の実施形態による反射型の光ファイバ電流センサを示すブロック図である。 本発明の実施形態において、受光素子で得られる電気信号Ｐ１およびＰ２の特性を表すグラフである。 本発明の実施形態の変形例による透過型の光ファイバ電流センサを示すブロック図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の実施形態による反射型の光ファイバ電流センサの構成図を示している。
　図１において、光ファイバ電流センサは、センサファイバ１１と、光サーキュレータ１２と、偏光分離素子１３と、ファラデー回転子１４と、信号処理部１５とを含む。信号処理部１５は、受光素子１５１Ａ，１５１Ｂと、バンドパスフィルタＢＰＦ１およびＢＰＦ２と、ローパスフィルタＬＰＦ１およびＬＰＦ２と、除算部１５２Ａおよび１５２Ｂと、演算部１５３（ＣＰＵ）とから構成される。

　センサファイバ１１は、測定しようとする被測定電流Ｉが流れる送電線等の導体１００の周囲を周回するようにして配置される。このセンサファイバ１１として、好適にはファラデー効果の大きさを決めるベルデ定数が大きい特性を持った光ファイバである、鉛ガラスファイバを用いることができる。センサファイバ１１の一端にはファラデー回転子１４が取り付けられ、他端には金属薄膜の蒸着等によって反射部（ミラー）１１１が形成されている。ファラデー回転子１４および偏光分離素子１３、ならびに偏光分離素子１３および光サーキュレータ１２はそれぞれ光ファイバで接続される。光サーキュレータ１２は、光源２１から送光ファイバ２２を通じて供給される光がセンサファイバ１１側へ透過する向きに接続される。信号処理部１５は入力部として２つの受光素子１５１Ａ，１５１Ｂを有する。受光素子１５１Ａは受光ファイバ１６Ａにより光サーキュレータ１２のセンサファイバ１１側からの透過光が出力される端子に接続される。もう１つの受光素子１５１Ｂは受光ファイバ１６Ｂにより偏光分離素子１３に接続される。

　このように構成された光ファイバ電流センサに対して、光源２１から発せられた光が送光ファイバ２２および光サーキュレータ１２を介して偏光分離素子１３へ入射される。この光は、偏光分離素子１３によって電界の振動方向が一方向（偏光分離素子１３の主軸方向）にそろった直線偏光に変換されて、ファラデー回転子１４へ入射される。ファラデー回転子１４は、永久磁石とこの永久磁石によって磁気飽和させられた強磁性体結晶である強磁性ガーネットとからなる。ファラデー回転子１４は、強磁性ガーネットを通過する光に片道２２．５度のファラデー回転を付与する。ファラデー回転子１４を通過した直線偏光は、センサファイバ１１へ入射される。センサファイバ１１の周回部分に入射された直線偏光は、導体１００を流れる被測定電流Ｉの周囲に生じた磁界によってファラデー回転を受け、その偏波面が磁界の大きさに比例したファラデー回転角だけ回転する。

　センサファイバ１１を伝搬する光は、反射部１１１で反射されて再び周回部分を通りファラデー回転を受け、ファラデー回転子１４へ入射される。ファラデー回転子１４を再び通過することでさらに２２．５度のファラデー回転が与えられる。したがって、このファラデー回転子１４により、往復で合計４５度のファラデー回転が与えられる。即ち、この光ファイバ電流センサでは、光学バイアスが４５度に設定されている。ファラデー回転子１４を通過した光は、再び偏光分離素子１３へと導かれ、偏光方向の互いに直交する２つの偏光成分（偏光分離素子１３の主軸方向とそれに垂直な方向との偏光成分）に分離される。
　分離された一方の光は光サーキュレータ１２と受光ファイバ１６Ａとを介して受光素子１５１Ａによって受光され、その光強度に比例した電気信号Ｐ１に変換される。また、もう一方の光は受光ファイバ１６Ｂを介して受光素子１５１Ｂによって受光され、その光強度に比例した電気信号Ｐ２に変換される。

　ここで、本光ファイバ電流センサで測定する被測定電流Ｉは、交流電流（交流成分のみ）であるとする。このとき、センサファイバ１１中の光が感じるファラデー効果もこの交流電流を反映したものとなり、電気信号Ｐ１とＰ２とは、ともに直流成分と交流成分とを含むことになる（図２参照）。

　受光素子１５１Ａからの電気信号Ｐ１は、バンドパスフィルタＢＰＦ１とローパスフィルタＬＰＦ１とへ入力される。バンドパスフィルタＢＰＦ１は電気信号Ｐ１に含まれる交流成分を抽出して除算部１５２Ａへ出力する。ローパスフィルタＬＰＦ１は電気信号Ｐ１に含まれる直流成分を抽出して除算部１５２Ａへ出力する。除算部１５２Ａは、入力された交流成分を直流成分で除算することにより得られる交流成分と直流成分との比を表す信号Ｓ１を、演算部１５３へ出力する。

　受光素子１５１Ｂからの電気信号Ｐ２は、バンドパスフィルタＢＰＦ２とローパスフィルタＬＰＦ２とへ入力される。バンドパスフィルタＢＰＦ２とローパスフィルタＬＰＦ２とは、上記と同様に、それぞれ電気信号Ｐ２に含まれる交流成分および直流成分を抽出して除算部１５２Ｂへ出力する。除算部１５２Ｂは、入力された交流成分を直流成分で除算することにより得られる交流成分と直流成分との比を表す信号Ｓ２を、演算部１５３へ出力する。

　演算部１５３は、入力された上記２つの信号Ｓ１とＳ２とをデジタル値に変換する。次に、演算部１５３は、デジタル値に変換された値を後述する演算式ｆ（Ｓ１，Ｓ２）またはｇ（Ｓ１，Ｓ２）に代入することにより、センサファイバ１１において付与されたファラデー回転角を計算する。また、演算部１５３は、得られたファラデー回転角から被測定電流Ｉの値を計算する。上記の演算式は所定の記憶部（ＲＡＭ等のメモリ）１５４に予め記憶されている。

　次に、信号処理部１５の詳細な動作原理を数式を用いて説明する。
　図２は、受光素子１５１Ａおよび１５１Ｂで得られる電気信号Ｐ１およびＰ２（受光される光の光強度）の特性を表すグラフである。このグラフにおいて、横軸はセンサファイバ１１へ入射された直線偏光が受けるファラデー回転角θであり、縦軸は上記各電気信号の信号強度Ｐである。２つの受光素子１５１Ａおよび１５１Ｂそれぞれに到達する光の光強度は、上述の説明のとおり、センサファイバ１１において与えられるファラデー回転角θと、ファラデー回転子１４により与えられるファラデー回転角、即ち光学バイアスの値とによって決まる。一般に光学バイアスがその設定値４５度からδだけ誤差を有している場合を考慮すると、θの関数として電気信号Ｐ１（θ）およびＰ２（θ）が次式（１ａ）と（１ｂ）とにより与えられる。
　　　　Ｐ１（θ）＝１＋ｓｉｎ（２δ＋２θ）　　　　　　（１ａ）
　　　　Ｐ２（θ）＝１－ｓｉｎ（２δ＋２θ）　　　　　　（１ｂ）

　被測定電流Ｉは交流成分のみからなる交流電流であるので、この被測定電流Ｉによってセンサファイバ１１中の直線偏光に付与されるファラデー回転は、角度０度の周りに当該交流電流の周波数で振動する。この振動の振幅をφとする。また、図中に、この交流の被測定電流Ｉによって生じるファラデー回転角の時間的変化を曲線Ｃで表す。

　曲線Ｃに沿ってファラデー回転角が－φ→０→φのように時間変化すると、受光素子１５１Ａで得られる電気信号Ｐ１は、順次、次のように変化する。
　　Ｐ１（－φ）＝１＋ｓｉｎ（２δ－２φ）
　→Ｐ１（０）＝１＋ｓｉｎ（２δ）
　→Ｐ１（φ）＝１＋ｓｉｎ（２δ＋２φ）
　こうして、交流の被測定電流Ｉに対応して得られる電気信号Ｐ１は、図中に曲線Ｐ１で示すように、被測定電流Ｉと同じ周波数で振動する信号となる。この信号は、直流成分の大きさＰ１（０）＝１＋ｓｉｎ（２δ）を有し、交流成分の振幅｛Ｐ１（φ）－Ｐ１（－φ）｝／２＝｛ｓｉｎ（２δ＋２φ）－ｓｉｎ（２δ－２φ）｝／２を有する。光学バイアスの誤差δとセンサファイバ１１によるファラデー回転の振幅φが十分小さい（δ，φ≪１）領域では、被測定電流Ｉを測定した時の電気信号Ｐ１の直流成分Ｐ１_ＤＣと交流成分Ｐ１_ＡＣは、それぞれ次の式（２ａ），（２ｂ）で表すことができる。
　　　　Ｐ１_ＤＣ＝Ｐ１（０）≒１＋２δ　　　　　　　　　（２ａ）
　　　　Ｐ１_ＡＣ＝｛Ｐ１（φ）－Ｐ１（－φ）｝／２≒２φ　（２ｂ）
　上記の式（２ａ）と式（２ｂ）が、それぞれバンドパスフィルタＢＰＦ１，ローパスフィルタＬＰＦ１から出力される信号である。

　また同様に、曲線Ｃに沿ってファラデー回転角が－φ→０→φのように時間変化したとき、受光素子１５１Ｂで得られる電気信号Ｐ２は、順次、次のように変化する。
　　Ｐ２（－φ）＝１－ｓｉｎ（２δ－２φ）
　→Ｐ２（０）＝１－ｓｉｎ（２δ）
　→Ｐ２（φ）＝１－ｓｉｎ（２δ＋２φ）
　こうして、交流の被測定電流Ｉに対応して得られる電気信号Ｐ２は、図中に曲線Ｐ２で示すように、被測定電流Ｉと同じ周波数で振動する信号となる。この信号は、直流成分の大きさＰ２（０）＝１－ｓｉｎ（２δ）を有し、交流成分の振幅｛Ｐ２（－φ）－Ｐ２（φ）｝／２＝｛ｓｉｎ（２δ＋２φ）－ｓｉｎ（２δ－２φ）｝／２を有する。同様にδ，φ≪１が成り立つ領域では、被測定電流Ｉを測定した時の電気信号Ｐ２の直流成分Ｐ２_ＤＣと交流成分Ｐ２_ＡＣは、それぞれ次の式（３ａ），（３ｂ）で表すことができる。
　　　　Ｐ２_ＤＣ＝Ｐ２（０）≒１－２δ　　　　　　　　　　　（３ａ）
　　　　Ｐ２_ＡＣ＝－｛Ｐ２（－φ）－Ｐ２（φ）｝／２≒－２φ　（３ｂ）
　但し、交流成分Ｐ２_ＡＣの負号は交流成分Ｐ２_ＡＣと位相が反転していることを考慮したものである。上記の式（３ａ）と式（３ｂ）が、それぞれバンドパスフィルタＢＰＦ２，ローパスフィルタＬＰＦ２から出力される信号である。

　センサファイバ１１において付与されるファラデー回転の大きさは、センサファイバ１１のベルデ定数が温度依存性を有することに起因して、環境温度の変化に応じて変化する。また、ファラデー回転子１４による光学バイアスも、強磁性ガーネットのベルデ定数が温度依存性を有することに起因して、環境温度の変化に応じて変化する。これを考慮して、センサファイバ１１によるファラデー回転の振幅φと光学バイアスの誤差δが次式（４ａ），（４ｂ）で表される温度依存性を有するものと仮定する。
　　　　δ＝αＴ／２　　　　　　　　　　　（４ａ）
　　　　φ＝（１＋βＴ）φ_０　　　　　　　　（４ｂ）
　但し、αとβはそれぞれの温度依存係数（既知の定数）、Ｔは基準温度（例えば２０℃）からの温度変化量、φ_０はその基準温度におけるファラデー回転角の振幅である。

　以上の式（２ａ），（２ｂ），（３ａ），（３ｂ），（４ａ） および（４ｂ）より、演算部１５３へ入力される信号Ｓ１およびＳ２はそれぞれ次式（５ａ）および（５ｂ）で表される。

　このように、信号Ｓ１およびＳ２は、それぞれファラデー回転角および温度の関数として表すことができる。上記の式（５ａ）および（５ｂ）において、αとβは既知の定数であり、Ｓ１およびＳ２は測定により得られる既知の値であり、未知数はφ_０およびＴの２つである。そこで、式（５ａ）および（５ｂ）を連立方程式としてφ_０について解くと、次式（６）を得る。

　この演算式ｆ（Ｓ１，Ｓ２）にＳ１，Ｓ２，α，βを代入することによって、ファラデー回転角φ_０が求まり、さらにこのファラデー回転角φ_０から、次式φ_０＝Ｖ・Ｉにより被測定電流Ｉの値が求まる。但し、Ｖは上記と同じ基準温度におけるセンサファイバ１１のベルデ定数である。演算部１５３はこのように演算式ｆ（Ｓ１，Ｓ２）を用いてファラデー回転角と被測定電流の値を計算する。演算式ｆ（Ｓ１，Ｓ２）には温度の変数が含まれないため、求められたファラデー回転角および電流測定値は、原理上、温度に依存しないことになる。

　したがって、本実施形態の光ファイバ電流センサによれば、電流測定値の温度依存性を十分に低減させることができ、これにより精度の良い電流測定を行うことが可能である。

（第２の実施形態）
　上述の実施形態では、式（２ａ），（２ｂ），（３ａ）および（３ｂ）を導出する際にδ，φ≪１という条件を仮定して、近似を採り入れた。本実施形態では、このような近似を行わずに、ファラデー回転角および被測定電流の厳密な値を計算することとする。なお、本実施形態は、以下に説明する数式の相違を除いては、上述した実施形態と構成および動作は同じである。

　近似を用いない場合、上述の式（５ａ）および（５ｂ）に対応する信号Ｓ１およびＳ２の式は、次のように表される。

　上述の実施形態と同様に、式（７ａ）および（７ｂ）を連立方程式としてφ_０について解くと、次式（８）を得る。

　本実施形態において、演算部１５３は、この演算式ｇ（Ｓ１，Ｓ２）にＳ１，Ｓ２，α，βを代入することによって、ファラデー回転角φ_０を計算する。上述の実施形態と同様、演算式ｇ（Ｓ１，Ｓ２）には温度の変数が含まれないため、求められたファラデー回転角およびファラデー回転角から計算される電流測定値は、原理上、温度に依存しないことになる。また、演算式ｇ（Ｓ１，Ｓ２）には近似が含まれないため、測定の精度を向上させることができる。

　以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

　また、光ファイバ電流センサは反射型のものに限られず、本発明は透過型の光ファイバ電流センサにも適用することができる。
　透過型の光ファイバ電流センサとは、図３に示すように、偏光分離素子１３と信号処理部１５とをセンサファイバ１１の光源２１とは反対側に設け、センサファイバ１１へ入射された直線偏光がセンサファイバ１１を透過して偏光分離素子１３へと入射されるように構成される。透過型の光ファイバ電流センサでは、反射型の光ファイバ電流センサで用いるファラデー回転子１４の代わりに、入射した光のうち電界の振動方向が一方向の成分だけを透過させる偏光子や、透過する直線偏光の偏波面を所定角度回転させる波長板などを用いて光学バイアスを設定する場合があり、この場合には光学バイアスの誤差δはこれら偏光子や波長板に起因するものとなるが、上記説明した原理は同じである。

　本発明は、ファラデー効果を利用して電流を測定する光ファイバ電流センサおよび電流測定方法に用いることができ、温度変化に対する高次の依存性を除去して電流測定値の温度依存性を十分に低減させることによって、精度の良い電流測定を行うことを可能にする。

　１１　センサファイバ　
　１２　光サーキュレータ
　１３　偏光分離素子
　１４　ファラデー回転子
　１５　信号処理部
　１６　受光ファイバ
　２１　光源
　２２　送光ファイバ
　１５１　受光素子
　１５２　除算部
　１５３　演算部

Claims (4)

1. 　センサファイバに直線偏光を伝搬させ、前記センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転角を検出することで、前記被測定電流を測定する光ファイバ電流センサにおいて、
   　前記センサファイバからの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離素子と、
   　前記偏光分離手段によって分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、前記第１信号の直流成分と交流成分との比Ｓ１および前記第２信号の直流成分と交流成分との比Ｓ２を演算式に代入して前記ファラデー回転角を演算する信号処理部と、
   　ファラデー回転角と温度との関数としてそれぞれ表される前記比Ｓ１の方程式および前記比Ｓ２の方程式を、ファラデー回転角と温度とを未知数とする連立方程式としてファラデー回転角について解いた前記演算式を記憶する記憶部と
   　を具備する光ファイバ電流センサ。
2. 　前記センサファイバにおける基準温度でのファラデー回転角をφ_０，基準温度からの温度変化量をＴ，光学バイアスの温度依存係数をα，前記センサファイバにおけるファラデー回転角の温度依存係数をβとしたとき、
   　前記比Ｓ１の方程式は、
   　Ｓ１＝２・（１＋β・Ｔ）・φ_０／（１＋α・Ｔ）であり、
   　前記比Ｓ２の方程式は、
   　Ｓ２＝－２・（１＋β・Ｔ）・φ_０／（１－α・Ｔ）であり、
   　前記演算式は、
   　φ_０＝Ｓ１・Ｓ２／｛（β／α－１）・Ｓ１＋（β／α＋１）・Ｓ２｝である請求項１に記載の光ファイバ電流センサ。
3. 　前記センサファイバにおける基準温度でのファラデー回転角をφ_０，基準温度からの温度変化量をＴ，光学バイアスの温度依存係数をα，前記センサファイバにおけるファラデー回転角の温度依存係数をβとしたとき、
   　前記比Ｓ１の方程式は、
   　Ｓ１＝２・（１＋β・Ｔ）・ｃｏｓ（α・Ｔ）・φ_０／（１＋ｓｉｎ（α・Ｔ））であり、
   　前記比Ｓ２の方程式は、
   　Ｓ２＝－２・（１＋β・Ｔ）・ｃｏｓ（α・Ｔ）・φ_０／（１－ｓｉｎ（α・Ｔ））であり、
   　前記演算式は、
   　φ_０＝Ｓ１・Ｓ２／｛（Ｓ２－Ｓ１）・（１＋Ａ・β／α）・ｃｏｓＡ｝，
   　Ａ＝ｓｉｎ－１｛（Ｓ１＋Ｓ２）／（Ｓ２－Ｓ１）｝である請求項１に記載の光ファイバ電流センサ。
4. 　センサファイバに直線偏光を伝搬させ、前記センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転角を検出することで、前記被測定電流を測定する電流測定方法において、
   　前記センサファイバからの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分離する工程と、
   　前記分離された２つの偏光成分を光電気変換部によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換する工程と、
   　ファラデー回転角と温度との関数としてそれぞれ表される前記第１信号の直流成分と交流成分との比Ｓ１の方程式および前記第２信号の直流成分と交流成分との比Ｓ２の方程式を、ファラデー回転角と温度とを未知数とする連立方程式としてファラデー回転角について解いた演算式を記憶部に記憶する工程と、
   　前記比Ｓ１および前記比Ｓ２を前記演算式に代入して前記ファラデー回転角を演算する工程と、
   　を有する電流測定方法。
    

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