JPH01123162A - Voltage detector - Google Patents
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- JPH01123162A JPH01123162A JP62280762A JP28076287A JPH01123162A JP H01123162 A JPH01123162 A JP H01123162A JP 62280762 A JP62280762 A JP 62280762A JP 28076287 A JP28076287 A JP 28076287A JP H01123162 A JPH01123162 A JP H01123162A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光変調器を用いてピコ秒オーダの時間分解能
で電圧を検出する電圧検出装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a voltage detection device that detects voltage with a time resolution on the order of picoseconds using an optical modulator.
従来、光変調器を用いて電圧を検出する装置が知られて
いる。2. Description of the Related Art Devices that detect voltage using optical modulators are conventionally known.
第9図、第10図はそれぞれ米国特許第4,446.4
25号、1986年10月15日に欧州特許庁で発行さ
れた特許出願公開明細書第0,197.196号に開示
されているこの種の従来の電圧検出装置の概略構成図で
ある。Figures 9 and 10 are U.S. Patent No. 4,446.4, respectively.
25, Patent Application Publication No. 0,197.196, published by the European Patent Office on October 15, 1986, is a schematic configuration diagram of a conventional voltage detection device of this kind.
第9図の電圧検出装置では、パルス光源50から120
フ工ムト秒程度の短光パルスを繰返し出力し、この短光
パルスをチョッパ51.可変遅延器52を介し被測定物
531例えば光電スイッチに入力させる一方、光変調器
40に入射させている、光変調器40は、偏光子55.
を気光学結晶549位相補償器56.検光子57で構成
され、入射した短光パルスが被測定物53からの電圧に
より変調される現象を利用し、電圧波形を光強度の形で
取出すようになっている。より詳しくは短光パルスに同
期して被測定物53から出力される検出されるべき電圧
を光変調器40の電気光学結晶54に加える一方、電気
光学結晶54にはパルス光源50からの短光パルスのう
ち偏光子55によって抽出された所定の偏光成分のもの
を入射させる。電気光学結晶54には、電圧の印加で屈
折率が変化するLiNbO3,LiTaO3などの電気
光学材料が用いられている。!気光学材料の上記性質に
よって、電気光学結晶54に入射した短光パルスは、被
測定物53からの電圧により偏光状態が変化し変調され
て出射光と毛て出射し、位相補償器56を介して検光子
57に入射する。In the voltage detection device shown in FIG.
A short optical pulse of approximately 1000 msec is repeatedly output, and the short optical pulse is passed through a chopper 51. The optical modulator 40 inputs the measured object 531 to, for example, a photoelectric switch through the variable delay device 52, and inputs the optical modulator 40 to the optical modulator 40.
The air optical crystal 549 phase compensator 56. It is composed of an analyzer 57, and utilizes the phenomenon that an incident short pulse of light is modulated by the voltage from the object to be measured 53, and extracts a voltage waveform in the form of light intensity. More specifically, the voltage to be detected output from the object to be measured 53 in synchronization with the short light pulse is applied to the electro-optic crystal 54 of the optical modulator 40, while the short light from the pulsed light source 50 is applied to the electro-optic crystal 54. Among the pulses, a predetermined polarized light component extracted by the polarizer 55 is made incident. The electro-optic crystal 54 is made of an electro-optic material such as LiNbO3 or LiTaO3 whose refractive index changes with the application of voltage. ! Due to the above-mentioned properties of the pneumatic optical material, the short pulse of light incident on the electro-optic crystal 54 changes its polarization state and is modulated by the voltage from the object to be measured 53, and is emitted as an output light, and then passes through the phase compensator 56. and enters the analyzer 57.
検光子57では、位相補償器56からの出射光から直交
する2つの偏光成分を抽出し、それぞれ変調された光強
度信号を光変調器40からの出力として光検出器58.
59に入射させるよ°うになっている。光検出器58.
59では、各偏光成分の光強度を検出し、差動増幅器6
0で光検出器58゜59からの出力信号を差動増幅し、
ロックインアンプ61.平均器62を介し検出結果をデ
イスプレィ63に表示するようになっている。The analyzer 57 extracts two orthogonal polarization components from the light emitted from the phase compensator 56, and outputs the modulated light intensity signals from the optical modulator 40 to the photodetector 58.
59. Photodetector 58.
At 59, the light intensity of each polarization component is detected, and a differential amplifier 6
0, differentially amplify the output signal from the photodetector 58°59,
Lock-in amplifier 61. The detection results are displayed on a display 63 via an averager 62.
なお、可変遅延器52は、被測定物53からの電圧発生
タイミングを徐々に遅延させて電圧波形のサンプリング
点を定めるためのものである。またロックインアンプ6
1は、チョッパ51に同期したタイミングで差動増幅器
60からの出力を取出しノイズ成分を取除き、平均器6
2はロックインアンプ61の出力を平均化するようにな
っている。The variable delay device 52 is used to gradually delay the timing of voltage generation from the object under test 53 to determine sampling points of the voltage waveform. Also lock-in amplifier 6
1 takes out the output from the differential amplifier 60 at a timing synchronized with the chopper 51, removes noise components, and sends the output to the averager 6.
2 averages the output of the lock-in amplifier 61.
このような構成の電圧検出装置では、光変調器40の電
気光学結晶54に電圧Vが加わると、光変調器40から
光検出器59に出力される出射光の光強度Iは、電圧V
に対して第11図(a)に示すようなV−1特性となる
。いよ被測定物53からの電圧が光変調器40より詳し
くは電気光学結晶54に加わっていないときに光検出器
59への光強度■は、位相補償器56の設定を変えるこ
とによって変化する。ここで、その最大の光強度をTo
とするとき、光検出器59への光強度を光強度■。の5
0%となるように位相補償器56を設定すると、第11
図(a)のV−1特性かられかるように、光変調器40
には見かけ上、動作点電圧V /2が加わったときと
等価になり動作点がAπ
で示すところに定められる0位相補償器56をこのよう
に設定すると、光変調器40に被測定物53から第11
図(b)に示すような変調電圧が加わるとき、検光子5
7から光検出器59に入射する出射光の光強度■は第1
1図(C)のようになる。In the voltage detection device having such a configuration, when a voltage V is applied to the electro-optic crystal 54 of the optical modulator 40, the light intensity I of the output light output from the optical modulator 40 to the photodetector 59 becomes equal to the voltage V.
In contrast, a V-1 characteristic as shown in FIG. 11(a) is obtained. When the voltage from the object to be measured 53 is not applied to the optical modulator 40 or more specifically to the electro-optic crystal 54, the light intensity (2) to the photodetector 59 is changed by changing the setting of the phase compensator 56. Here, the maximum light intensity is To
When , the light intensity to the photodetector 59 is light intensity ■. 5
If the phase compensator 56 is set so that the 11th
As can be seen from the V-1 characteristic in Figure (a), the optical modulator 40
When the 0 phase compensator 56 is set in this manner, the operating point is apparently equivalent to when the operating point voltage V/2 is applied, and the operating point is determined at the point indicated by Aπ. to the 11th
When a modulation voltage as shown in Figure (b) is applied, the analyzer 5
The light intensity ■ of the emitted light entering the photodetector 59 from 7 is the first
The result will be as shown in Figure 1 (C).
第11図(a)乃至(C)かられかるように動作点Aで
は検光子57からの出射光の光強度Iは電圧変化にほぼ
比例して最も大きく変化するので、最大の交流成分■。As can be seen from FIGS. 11(a) to 11(C), at operating point A, the light intensity I of the light emitted from the analyzer 57 changes most largely in proportion to the voltage change, so the AC component is the largest.
。を得ることができる。一方、動作点Aでは光強度Iに
直流成分’DCが含まれているが、差動増幅器60にお
いて光検出器58.59からの互いに逆位相の2つの出
力信号を差動増幅することにより直流成分!。0を取除
き交流成分IACだけを電圧検出結果として感度良く検
出することができる。. can be obtained. On the other hand, at the operating point A, the optical intensity I includes a DC component 'DC, but by differentially amplifying the two output signals of opposite phases from the photodetectors 58 and 59 in the differential amplifier 60, component! . By removing 0, only the alternating current component IAC can be detected with high sensitivity as a voltage detection result.
また第10図の電圧検出装置では、直流光源70からの
CW光を光変調器40を介してストリークカメラ71に
加え、被測定物53からの電圧によって変化する検光子
57からの出射光の光強度をストリークカメラ71で観
測し、口・yクインアンブ61.平均器62を介しデイ
スプレィ63に表示して電圧を検出するようになってい
る。なお、被測定物53から出力される電圧、およびロ
ックインアンプ61の動作は、パルス発生器72からの
パルスと同期している。またストリークカメラ71の偏
向器(図示せず)に加わる掃引電圧は、パルス発生器7
2からのパルスに対し、位相シフタ73により徐々にず
れたタイミングとなっている。In the voltage detection device shown in FIG. 10, CW light from a DC light source 70 is applied to a streak camera 71 via an optical modulator 40, and the output light from an analyzer 57 changes depending on the voltage from an object to be measured 53. The intensity was observed with a streak camera 71, and the mouth and y-quinn ambu 61. The voltage is detected by displaying it on a display 63 via an averager 62. Note that the voltage output from the device under test 53 and the operation of the lock-in amplifier 61 are synchronized with the pulses from the pulse generator 72. Further, the sweep voltage applied to the deflector (not shown) of the streak camera 71 is applied to the pulse generator 7
The timing is gradually shifted by the phase shifter 73 with respect to the pulse from 2.
このような構成の電圧検出装置では、検出器としてスト
リークカメラ71゛を用いているため、動作点を第11
図(a)に符号Bで示すところに設定する、すなわちス
トリークカメラ71では、ダイナミックレンジを大きく
とれず、光強度Iの直流成分IDCが大きいと検出され
るべき信号としての交流成分■ACを観測することがで
きないので、光変調器40に加わる電圧■が−“0”■
のときにストリークカメラ7!への光強度Iが最小とな
るよう位相補償器56を設定し、動作点がBで示すとこ
ろに定められる。In the voltage detection device having such a configuration, since the streak camera 71' is used as a detector, the operating point is set to the 11th point.
In the case of the streak camera 71, which is set as indicated by the symbol B in Figure (a), it is not possible to obtain a large dynamic range, and when the DC component IDC of the light intensity I is large, the AC component AC is observed as a signal that should be detected. Therefore, the voltage ■ applied to the optical modulator 40 is −“0”■
When Streak Camera 7! The phase compensator 56 is set so that the light intensity I is minimized, and the operating point is determined as indicated by B.
この動作点Bは、直流成分■。Cを極めて小さくするこ
とができるので、直流成分I。Cに対する交流成分■、
。の比として定まる変調度MODを最大にすることがで
きてダイナミックレンジの狭いストリークカメラ71に
おいても交流成分■ACを観測することができる。なお
動作点Bは、動作点Aに比べ交流成分■ACもかなり減
少するが、ストリークカメラ71の増倍機能により交流
成分■ACを増倍し測定可能にしている。This operating point B is the DC component ■. Since C can be made extremely small, the DC component I. AC component for C,
. The modulation degree MOD, which is determined as the ratio of . Note that at the operating point B, the alternating current component ■AC is also considerably reduced compared to the operating point A, but the multiplication function of the streak camera 71 multiplies the alternating current component ■AC and makes it possible to measure it.
しかしながら、第9図の電圧検出装置では、動作点をA
に設定し最大の交流成分’ACを得ることができるもの
の、光強度Iには直流成分I。0も含まれるため、ダイ
ナミックレンジの狭い一般的な高速光検出器としてのス
トリークカメラを用いることができず、これにより光源
には高価で取扱いが難かしいパルス光源を用いねばなら
ないという問題があった。However, in the voltage detection device shown in FIG. 9, the operating point is set to A.
Although it is possible to obtain the maximum alternating current component 'AC' by setting it to , the light intensity I has a direct current component I. 0, it is not possible to use a streak camera as a general high-speed photodetector with a narrow dynamic range, and this creates the problem that a pulsed light source, which is expensive and difficult to handle, must be used as a light source. .
一方、第11図の電圧検出装置では、動作点をBに設定
し、直流成分■。0を著しく減少させることができるも
のの、交流成分■ACも小さくなるので、高感度の検出
結果を得るには限界があるという問題があった。On the other hand, in the voltage detection device shown in FIG. 11, the operating point is set to B, and the DC component is set to ■. 0 can be significantly reduced, but the alternating current component (AC) also becomes small, so there is a problem in that there is a limit to obtaining highly sensitive detection results.
本発明は、光源に直流光源を用いた場合にも最大の交流
成分を得ることができるとともに、直流成分を除去する
ことの可能な電圧検出装置を提供することを目的として
いる。An object of the present invention is to provide a voltage detection device that can obtain the maximum AC component even when a DC light source is used as a light source, and can also remove the DC component.
本発明は、直流光源と、被測定物からの電圧をチョップ
するチョップ手段と、直流光源からのCW光をチョップ
手段からの電圧により変調し光強度信号として出力する
光変調手段と、前記光強度信号をサンプリング検出する
サンプリング型光検出手段と、サンプリング検出された
出力信号から前記チョップ手段のチョップ周波数で定ま
る周波数成分を抽出し増幅する増幅手段とを備えている
・こと針特徴とする電圧検出装置によって、上記従来技
術の問題点を改善するものである。The present invention provides a DC light source, a chopping means for chopping a voltage from an object to be measured, a light modulation means for modulating CW light from the DC light source with a voltage from the chopping means, and outputting the modulated light as a light intensity signal, and the light intensity A voltage detection device characterized by comprising a sampling type photodetection means for sampling and detecting a signal, and an amplification means for extracting and amplifying a frequency component determined by the chop frequency of the chopping means from the output signal sampled and detected. This improves the problems of the prior art described above.
本発明では、被測定物からの電圧をチョップ手段でチョ
ップして光変調手段に加える。光変調手段に入射した直
流光源からのCW光は、チョップ手段からの電圧によっ
て変調を受けて光強度信号として出力される。サンプリ
ング型光検出手段では、光強度信号をサンプリング検出
し、増幅手段ではサンプリング検出された出力信号から
チヨ・11周波数で定まる周波数成分を抽出し増幅する
。In the present invention, the voltage from the object to be measured is chopped by the chopping means and applied to the optical modulation means. The CW light from the DC light source that has entered the optical modulation means is modulated by the voltage from the chopping means and output as a light intensity signal. The sampling type light detection means samples and detects the light intensity signal, and the amplification means extracts and amplifies a frequency component determined by the Chiyo-11 frequency from the sampled and detected output signal.
ところで、本発明では、直流光源を用1また場合にもダ
イナミックレンジの広いサンプリング型光検出手段を用
いているので、光変調手段の動作点を最大の交流成分が
得られるところに設定できる。By the way, in the present invention, since a sampling type photodetection means having a wide dynamic range is used when a DC light source is used, the operating point of the light modulation means can be set at a point where the maximum AC component can be obtained.
このときに直流成分も重畳するが、この直流成分は、増
幅手段で取除かれ、交流成分だけが抽出され増幅される
。At this time, a DC component is also superimposed, but this DC component is removed by the amplification means, and only the AC component is extracted and amplified.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第1図は本発明に係る電圧検出装置の一実施例の構成図
である。第1図において第9図、第10図と対応する箇
所には同じ符号を付す。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a voltage detection device according to the present invention. In FIG. 1, parts corresponding to those in FIGS. 9 and 10 are given the same reference numerals.
本実施例の電圧検出装置では、直流光源70からのCW
を光変調器40に入射させ、光変調器40においてチョ
ップ回路10を介して加わる被測定物53からの電圧に
よって、入射したCW光を変調し電圧波形を光強度信号
に変換してサンプリング型高速光検出器11に入力する
ようになっている。被測定物53からの電圧は、繰返し
周期のものであり、分岐器12で分岐され、上述のよう
にチョップ回路10を介して光変調器40.より詳しく
は電気光学結晶54に加わる一方、トリガ信号発生器1
3.遅延回路14を介してサンブリング型高速光検出器
11にトリガ信号として加わるようになっている。さら
にサンプリング型高速光検出器11からの出力信号は、
チョップ回路10のチョップ周波数に同期して作動する
ロックインアンプ15に入力するようになっている。In the voltage detection device of this embodiment, the CW light from the DC light source 70 is
is input to the optical modulator 40, and the incident CW light is modulated by the voltage from the object to be measured 53 applied via the chop circuit 10 in the optical modulator 40, and the voltage waveform is converted into a light intensity signal to generate a sampling type high-speed signal. It is designed to be input to a photodetector 11. The voltage from the object to be measured 53 has a repeating period, is branched by the splitter 12, and is sent to the optical modulator 40 through the chop circuit 10 as described above. More specifically, the trigger signal generator 1
3. The signal is applied as a trigger signal to the sampling type high-speed photodetector 11 via the delay circuit 14. Furthermore, the output signal from the sampling type high-speed photodetector 11 is
The signal is input to a lock-in amplifier 15 that operates in synchronization with the chop frequency of the chop circuit 10.
直流光源70は、例えばHe−Neレーザ、半導体レー
ザ、レーザダイオード励起固体レーザ、あるいは第2高
調波発生素子である。またサンプリング型高速光検出器
11は、光変調器40から出力された光強度信号を遅延
回路14からのトリガ信号に同期させて掃引し、内蔵の
開口部材(図示せず)の開口から光強度波形の一部をサ
ンプリング抽出するものである。すなわち遅延回路14
によりトリガ信号を徐々に遅延させることにより、サン
プリング点をずらし光強度波形をサンプリングするよう
になっている。The DC light source 70 is, for example, a He-Ne laser, a semiconductor laser, a laser diode pumped solid-state laser, or a second harmonic generation element. The sampling type high-speed photodetector 11 also sweeps the light intensity signal output from the optical modulator 40 in synchronization with the trigger signal from the delay circuit 14, and sweeps the light intensity signal from the aperture of a built-in aperture member (not shown). This is to sample and extract a part of the waveform. That is, the delay circuit 14
By gradually delaying the trigger signal, the sampling point is shifted and the light intensity waveform is sampled.
第2図はチョップ回路10とロックインアンプ15の一
例を示す図である。第2図の例では、チョップ回路10
は、可変パルスジェネレータ16と、ゲート回路17と
、オン・オフ回路18とで構成され、ロックインアンプ
15は、周波数カウンタ19と、制御回路20と、可変
バンドパスフィルタ21と、増幅器22とから構成され
ている。FIG. 2 is a diagram showing an example of the chop circuit 10 and the lock-in amplifier 15. In the example of FIG. 2, the chop circuit 10
is composed of a variable pulse generator 16, a gate circuit 17, and an on/off circuit 18, and the lock-in amplifier 15 is composed of a frequency counter 19, a control circuit 20, a variable bandpass filter 21, and an amplifier 22. It is configured.
チョップ回路10では、可変パルスジェネレータ16か
らパルスが発生すると、ゲート回路17は第3図(a)
に示すように交互のパルスでオン・オフを繰返す、ゲー
ト回路17がオフでゲート回路17から電圧が出力され
ないときには、オン・オフ回路18の抵抗は第3図(b
)に示すように極めて大きく、被測定物53からの電圧
は光変調器40に加わらない、一方、ゲート回路17が
オンでゲート回路17から閾値■1H以上の電圧が出力
されると、オン・オフ回路18の抵抗は第3図(b)に
示すように極めて小さくなり、被測定物53からの電圧
が光変調器40に加わることになる。In the chop circuit 10, when a pulse is generated from the variable pulse generator 16, the gate circuit 17 operates as shown in FIG. 3(a).
When the gate circuit 17 is off and no voltage is output from the gate circuit 17, the resistance of the on/off circuit 18 is as shown in FIG.
), the voltage from the object under test 53 is not applied to the optical modulator 40.On the other hand, when the gate circuit 17 is on and a voltage equal to or higher than the threshold value ■1H is output from the gate circuit 17, the voltage is turned on. The resistance of the off-circuit 18 becomes extremely small as shown in FIG. 3(b), and the voltage from the object to be measured 53 is applied to the optical modulator 40.
一方、可変パルスジェネレータ16からのパルスは、ロ
ックインアンプ15の周波数カウンタ19に入力し、そ
こでパルス周波数が計測され、制御回路20に加わる。On the other hand, the pulses from the variable pulse generator 16 are input to the frequency counter 19 of the lock-in amplifier 15, where the pulse frequency is measured and applied to the control circuit 20.
制御回路20では、可変パルスジェネレータ16からの
パルス周波数の1/2の周波数成分の信号だけが可変バ
ンドパスフィルタ21を通過できるよう可変バンドパス
フィルタ21を制御する。これにより、チョップ回路1
1のオン・オフ回W118がオンであるときのサンプリ
ングされた光強度信号とオフであるときのサンプリング
された光強度信号との変化分だけが可変バンドパスフィ
ルタ21を通過するので、光強度信号から直流成分I。The control circuit 20 controls the variable bandpass filter 21 so that only a signal having a frequency component of 1/2 of the pulse frequency from the variable pulse generator 16 can pass through the variable bandpass filter 21. As a result, chop circuit 1
Since only the change between the sampled light intensity signal when W118 is on and the sampled light intensity signal when it is off passes through the variable bandpass filter 21, the light intensity signal From the DC component I.
0を取除き交流成分’ACだけを増幅器22で増幅する
ことができる。0 can be removed and only the alternating current component 'AC' can be amplified by the amplifier 22.
なお、周波数カウンタ19に可変パルスジェネレータ1
6からのパルスを入力させるかわりに、ゲート回路17
の出力を周波数カウンタ19に入力させてゲート回路1
7の出力の周波数成分のみが可変バンドパスフィルタ2
1を通過できるように制御しても良い、また既知の周波
数でチョップするときは、ゲート回路17からオン・オ
フ回路18に一定の周波数の出力を与え、可変バンドパ
スフィルタ21を固定のバンドパスフィルタに変更すれ
ば良く、この場合には可変パルスジェネレータ161周
波数カウンタ19.制御回路20は不要となる。Note that the frequency counter 19 includes a variable pulse generator 1.
Instead of inputting the pulse from 6, the gate circuit 17
The output of gate circuit 1 is inputted to frequency counter 19.
Only the frequency component of the output of 7 is variable bandpass filter 2.
Alternatively, when chopping at a known frequency, a constant frequency output is given from the gate circuit 17 to the on/off circuit 18, and the variable bandpass filter 21 is controlled to pass a fixed bandpass. In this case, the variable pulse generator 161 frequency counter 19. The control circuit 20 becomes unnecessary.
このような構成の電圧検出装置の動作を第4図乃至第6
図により説明する。The operation of the voltage detection device having such a configuration is shown in FIGS. 4 to 6.
This will be explained using figures.
被測定物53からの電圧Vは、第4図(a)に示すよう
に、チョップ回路10がオンのときにのみ光変調器40
の電気光学結晶54に加わる。位相補償器56を調節す
ることにより、光変調器40の動作点をAのところに設
定すれば(第11図(a)参照)、直流光源70からの
CW光は光変調器40において第4図(a)に示す電圧
により変調され、第4図(b)に示すような最大の交流
成分IACが光変調器40から出力される。なお、動作
点をAに設定することで光変調器40からは常に直流成
分I。Cも出力される。As shown in FIG. 4(a), the voltage V from the object to be measured 53 is applied to the optical modulator 40 only when the chop circuit 10 is on.
is added to the electro-optic crystal 54. If the operating point of the optical modulator 40 is set at point A by adjusting the phase compensator 56 (see FIG. 11(a)), the CW light from the DC light source 70 will be at It is modulated by the voltage shown in FIG. 4(a), and the maximum AC component IAC as shown in FIG. 4(b) is output from the optical modulator 40. Note that by setting the operating point to A, the optical modulator 40 always outputs a DC component I. C is also output.
光変調器40からの第4図(b)に示すような光強度信
号は、サンプリング型高速光検出器11に加わる。サン
プリング型高速光検出器11は、前述のように被測定物
53からの繰返し周期の電圧を基にしてトリガ信号発生
器13.遅延回路14で作成されたトリガ信号により光
強度信号を掃引し、光強度波形の一部を開口(図示せず
)からサンプリング抽出し、ロックインアンプ15に入
力させる。サンプリング型高速光検出器11のサンプリ
ング点は、トリガ信号を遅延して掃引のタイミングをず
らすことにより移動する。第4図(C)に示すサンプリ
ング点S1のときには、第5図に示すように光強度波形
PGの一部F1をサンプリング抽出し、これを繰返し行
なった結果第6図(a)に示すような出力信号を出力す
る。また第4図(d)に示すサンプリング点S2のとき
には、第5図に示すように光強度波形F’Gの一部F2
をサンプリング抽出し、これを繰返し行なった結果第6
図(b)に示すような出力信号を出力する。A light intensity signal as shown in FIG. 4(b) from the optical modulator 40 is applied to the sampling type high-speed photodetector 11. As described above, the sampling type high-speed photodetector 11 generates a trigger signal generator 13 . The light intensity signal is swept by the trigger signal generated by the delay circuit 14, and a part of the light intensity waveform is sampled from an aperture (not shown) and input to the lock-in amplifier 15. The sampling point of the sampling type high-speed photodetector 11 is moved by delaying the trigger signal and shifting the timing of the sweep. At the sampling point S1 shown in FIG. 4(C), part F1 of the light intensity waveform PG is sampled as shown in FIG. Output the output signal. Furthermore, at the sampling point S2 shown in FIG. 4(d), part F2 of the light intensity waveform F'G is shown in FIG.
As a result of sampling and repeating this, the 6th
An output signal as shown in Figure (b) is output.
なおサンプリング型高速光検出器11のダイナミックレ
ンジは広いので、これに直流成分Iocが入力した場合
でも飽和することなく交流成分IAC並びに直流成分I
。0を第6図(a) 、 (b)に示すように忠実にサ
ンプリングして出力することができる。Note that the sampling type high-speed photodetector 11 has a wide dynamic range, so even if a DC component Ioc is input to it, it will not saturate and will not be saturated.
. 0 can be faithfully sampled and output as shown in FIGS. 6(a) and 6(b).
このようにしてサンプリング型高速光検出器11でサン
プリング抽出された出力信号はロックインアンプ15に
入力するが、ロックインアンプ15は、チョップ回路1
0のチョップの周波数で定まる周波数成分の出力信号の
みを通過させるので出力信号のうち直流成分I。0は除
去され、交流成分■ACが増幅されて出力される。The output signal sampled and extracted by the sampling type high-speed photodetector 11 in this way is input to the lock-in amplifier 15, which is connected to the chop circuit 1.
Since only the output signal of the frequency component determined by the chop frequency of 0 is passed, the DC component I of the output signal is passed. 0 is removed, and the alternating current component AC is amplified and output.
このように、本実施例によれば、安価でかつ取扱いの容
易な直流光源70を用いた場合にも最大の交流成分を得
ることができるように動作点を設定できてかつ重畳する
直流成分を有効に取除くことができる。As described above, according to this embodiment, even when using the inexpensive and easy-to-handle DC light source 70, the operating point can be set so that the maximum AC component can be obtained, and the superimposed DC component can be reduced. Can be effectively removed.
なお上述の実施例において、光変調器40の電気光学結
晶54は、例えば光路と平行に電圧印加用の進行波線路
が設けられ変調された光を透過して出射させるような透
過型であっても良いし、あるいは先端に反射鏡を備え変
調された光を反射して出射させる反射型のものであって
も良い0反射型のときには被測定物に非接触で電圧を検
出できる。また電気光学結晶54は、不要な光の混入を
防止するため、入射光、出射光の経路以外は黒塗りされ
ているのが良い。In the above-described embodiment, the electro-optic crystal 54 of the optical modulator 40 is of a transmissive type, for example, in which a traveling wave line for voltage application is provided in parallel with the optical path and transmits and emits the modulated light. Alternatively, it may be a reflective type that has a reflector at the tip and reflects the modulated light and emits it.When it is a zero-reflection type, the voltage can be detected without contacting the object to be measured. Further, in order to prevent unnecessary light from being mixed in, the electro-optic crystal 54 is preferably painted black except for the paths of incident light and outgoing light.
また上述の実施例において、サンプリング型高速光検出
器11のトリガ信号は、被測定物からの電圧信号を分岐
して作られたが、第7図に示すように発振器30を別に
設け、この発振器30からの信号により被測定物53か
ら電圧を発生させると同時に、トリガ信号を作っても良
い、なお発振器30を別に設けることにより回路全体の
動作が確認し易くなる。Furthermore, in the above embodiment, the trigger signal for the sampling type high-speed photodetector 11 was generated by branching the voltage signal from the object to be measured, but as shown in FIG. A trigger signal may be generated at the same time as the voltage is generated from the object to be measured 53 by the signal from the oscillator 30. By providing the oscillator 30 separately, it becomes easier to check the operation of the entire circuit.
また被測定物53が例えば高速光検出器である場合には
、第8図に示すように、被測定物53に光パルス信号を
与える必要があり、光パルス信号を光電変換器31によ
って電気信号に変換してトリガ信号を作る必要がある。Further, when the object to be measured 53 is a high-speed photodetector, for example, it is necessary to give an optical pulse signal to the object to be measured 53, as shown in FIG. It is necessary to convert it into a trigger signal.
さらにサンプリング型高速光検出器11としてサンプリ
ング型光オフシロスコープ(浜松ホトニクス社製003
−01 )を用いる場合には、30I] 〜IGH2の
電圧を測定することができる。In addition, a sampling type optical off-scilloscope (003 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) is used as a sampling type high-speed photodetector 11.
-01), it is possible to measure the voltage from 30I] to IGH2.
またシンクロスキャンフォトメータを用いる場合には、
80MH2〜160MH,の電圧を測定できる。なお、
チョップの周波数は、これらの電圧の周波数よりも十分
低いものでなければならない。Also, when using a synchro scan photometer,
Voltages from 80MH2 to 160MH can be measured. In addition,
The frequency of the chop must be sufficiently lower than the frequency of these voltages.
以上に説明したように、本発明によれば、直流光源を用
いた場合にも光検出手段にサンプリング型光検出手段を
用いているので、最大の交流成分を得ることができる一
方、これに重畳する直流成分を増幅手段により有効に取
除くことができる。As explained above, according to the present invention, even when a DC light source is used, sampling type photodetection means is used as the photodetection means, so while it is possible to obtain the maximum AC component, it is also possible to obtain the maximum AC component. The amplifying means can effectively remove the direct current component.
第1図は本発明に係る電圧検出装置の一実施例の構成図
、第2図はチョップ回路とロックインアンプの構成例を
示す図、第3図(a)はゲート回路の出力電圧を示す図
、第3図(b)はオン・オフ回路の抵抗変化を示す図、
第4図(a)は光変調器に加わるチョップされた電圧波
形を示す図、第4図(b)は光強度信号を示す図、第4
図(c) 、 (d)はそれぞれサンプリング点S
、S2を示す図、第5図はサンプリング点S 1. S
2で抽出される光強度F 、F’2を示す図、第6
図(a) 、 (b)はそれぞれサンプリング点S1.
S2でサンプリング抽出された出力信号を示す図、第7
図、第8図はトリガ信号発生器の変形例を示す図、第9
図、第10図はそれぞれ従来の電圧検出装置の概略構成
図、第11図(a)は電圧Vに対する光強度■を示す図
、第11図(b)は被測定物からの変調電圧を示す図、
第11図(C)は第11図(a)の動作点Aのところに
第11図(b)の変調電圧を加えたときに得られる光強
度Iを示す図である。
10・・・チョップ回路、
11・・・サンプリング型高速光検出器、15・・・ロ
ックインアンプ、40・・・光変調器、70・・・直流
光源
特許出願人 浜松ホトニクス株式会社代理人 弁
理士 植 本 雅 治Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of a voltage detection device according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing an example of the structure of a chop circuit and a lock-in amplifier, and Fig. 3 (a) shows the output voltage of a gate circuit. Figure 3(b) is a diagram showing the resistance change of the on/off circuit,
FIG. 4(a) is a diagram showing the chopped voltage waveform applied to the optical modulator, FIG. 4(b) is a diagram showing the optical intensity signal, and FIG.
Figures (c) and (d) are sampling points S, respectively.
, S2, FIG. 5 shows the sampling point S1. S
Figure 6 shows the light intensity F and F'2 extracted in 2.
Figures (a) and (b) respectively show the sampling point S1.
Figure 7 showing the output signal sampled in S2
8 shows a modification of the trigger signal generator, and FIG. 9 shows a modified example of the trigger signal generator.
10 and 10 are schematic configuration diagrams of conventional voltage detection devices, FIG. 11(a) is a diagram showing the light intensity ■ with respect to the voltage V, and FIG. 11(b) is a diagram showing the modulated voltage from the object to be measured. figure,
FIG. 11(C) is a diagram showing the light intensity I obtained when the modulation voltage of FIG. 11(b) is applied to the operating point A of FIG. 11(a). DESCRIPTION OF SYMBOLS 10...Chop circuit, 11...Sampling type high-speed photodetector, 15...Lock-in amplifier, 40...Optical modulator, 70...DC light source patent applicant Hamamatsu Photonics Co., Ltd. agent Patent attorney Masaharu Uemoto
Claims (1)
ョップ手段と、直流光源からのCW光をチョップ手段か
らの電圧により変調し光強度信号として出力する光変調
手段と、前記光強度信号をサンプリング検出するサンプ
リング型光検出手段と、サンプリング検出された出力信
号から前記チョップ手段のチョップ周波数で定まる周波
数成分を抽出し増幅する増幅手段とを備えていることを
特徴とする電圧検出装置。 2)前記サンプリング型光検出手段は、サンプリング型
高速光検出器であることを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の電圧検出装置。 3)前記サンプリング型高速光検出器は、サンプリング
型光オッシロスコープまたはシンクロスキャンフォトメ
ータであることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の電圧検出装置。[Claims] 1) A DC light source, a chopping means for chopping the voltage from the object to be measured, and an optical modulation means for modulating the CW light from the DC light source with the voltage from the chopping means and outputting it as a light intensity signal. , characterized in that it comprises a sampling type light detection means for sampling and detecting the light intensity signal, and an amplification means for extracting and amplifying a frequency component determined by the chop frequency of the chopping means from the sampled and detected output signal. Voltage detection device. 2) The voltage detection device according to claim 1, wherein the sampling type photodetector is a sampling type high speed photodetector. 3) The voltage detection device according to claim 1, wherein the sampling type high-speed photodetector is a sampling type optical oscilloscope or a synchro scan photometer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280762A JP2577582B2 (en) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | Voltage detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280762A JP2577582B2 (en) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | Voltage detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01123162A true JPH01123162A (en) | 1989-05-16 |
| JP2577582B2 JP2577582B2 (en) | 1997-02-05 |
Family
ID=17629600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62280762A Expired - Fee Related JP2577582B2 (en) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | Voltage detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2577582B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5153427A (en) * | 1990-03-09 | 1992-10-06 | Hitachi, Ltd. | Optical d.c. voltage transformer |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0197196A1 (en) * | 1985-03-08 | 1986-10-15 | The University Of Rochester | Electro-electron optical oscilloscope system for time-resolving picosecond electrical waveforms |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62280762A patent/JP2577582B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0197196A1 (en) * | 1985-03-08 | 1986-10-15 | The University Of Rochester | Electro-electron optical oscilloscope system for time-resolving picosecond electrical waveforms |
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|---|---|---|---|---|
| US5153427A (en) * | 1990-03-09 | 1992-10-06 | Hitachi, Ltd. | Optical d.c. voltage transformer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2577582B2 (en) | 1997-02-05 |
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