JPH0137697B2 - - Google Patents
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- JPH0137697B2 JPH0137697B2 JP55016809A JP1680980A JPH0137697B2 JP H0137697 B2 JPH0137697 B2 JP H0137697B2 JP 55016809 A JP55016809 A JP 55016809A JP 1680980 A JP1680980 A JP 1680980A JP H0137697 B2 JPH0137697 B2 JP H0137697B2
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-
- 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
- G01R15/246—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 based on the Faraday, i.e. linear magneto-optic, effect
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は磁気光学効果（フアラデー効果）を応
用した非接触形の光学的電流測定装置に関し、磁
気光学材料のもつ温度特性を補償することを目的
とする。
用した非接触形の光学的電流測定装置に関し、磁
気光学材料のもつ温度特性を補償することを目的
とする。
フアラデー効果を用いて電流線近傍の磁界強度
を検出する非接触形の電流測定方法は、従来の電
気的方法に比べ絶縁対策がはるかに容易であり、
また直流大電流やインパルス状大電流測定が可能
であるなどの多くの長所を備えている。特に近年
急速に実用化が進められている光フアイバ通信シ
ステム結合させたりモートセンシング技術は変電
所等への産業応用上きわめて有効なものとなる。
を検出する非接触形の電流測定方法は、従来の電
気的方法に比べ絶縁対策がはるかに容易であり、
また直流大電流やインパルス状大電流測定が可能
であるなどの多くの長所を備えている。特に近年
急速に実用化が進められている光フアイバ通信シ
ステム結合させたりモートセンシング技術は変電
所等への産業応用上きわめて有効なものとなる。
従来このようなフアラデー回転材料として、フ
アラデー回転能に温度特性を有しない反磁性体が
ラス（たとえば鉛ガラス）が用いられている。フ
アラデー回転材料の長さをｌ、ベルデ定数をＶ、
磁界強度をＨ（Oe）とするとフアラデー回転θは
次式で表わされる。
アラデー回転能に温度特性を有しない反磁性体が
ラス（たとえば鉛ガラス）が用いられている。フ
アラデー回転材料の長さをｌ、ベルデ定数をＶ、
磁界強度をＨ（Oe）とするとフアラデー回転θは
次式で表わされる。
θ＝Ｖ・Ｈ・ｌ
鉛ガラスのベルデ定数はほぼＶ＝0.09min／Oe−
cm（波長λ＝0.6328μｍ）程度であり、たとえば
1000Oeの磁界強度でθ＝20゜を得るためにはｌ＝
13cm程度必要となる。これに対し、YIG
（Y3Fe5O12）等の強磁性体結晶はＶ＝9min／Oe
−cm（λ＝1.15μｍ）であり鉛ガラスに比べ100倍
近くの感度を有している。しかしながら、YIG等
の強磁性体は大きな温度依存性を有し、我々の実
験では第１図に示す様にYIGを波長1.18μｍのレ
ーザ光で測定すると、０℃〜100℃の温度変化で
θは10％程度の変化が確認された。このような温
度依存性は強磁性体の他にフエリ磁性体や常磁性
体ガラスにおいても見られ、光学的電流測定装置
等のフアラデー効果応用デバイスの大きな問題点
となつている。（ただし材料により温度係数が正
と負のものがある。） したがつて本発明は、上記のようなフアラデー
回転材料の温度補償を行うことを目的としてなさ
れたもので、以下図面を用いて本発明を説明す
る。第２図ａ，ｂに示すように偏光子１，１と検
光子２，２′の間にフアラデー回転材料３，３′
と、面内に光学軸（Ｃ軸）を有する複屈折物質か
らなる温度補償板４，４′を配置するという新規
な構成をもつ光学的電流測定装置を実現するもの
である。なお、第２図ｂは各材料の配置角度を示
す。
cm（波長λ＝0.6328μｍ）程度であり、たとえば
1000Oeの磁界強度でθ＝20゜を得るためにはｌ＝
13cm程度必要となる。これに対し、YIG
（Y3Fe5O12）等の強磁性体結晶はＶ＝9min／Oe
−cm（λ＝1.15μｍ）であり鉛ガラスに比べ100倍
近くの感度を有している。しかしながら、YIG等
の強磁性体は大きな温度依存性を有し、我々の実
験では第１図に示す様にYIGを波長1.18μｍのレ
ーザ光で測定すると、０℃〜100℃の温度変化で
θは10％程度の変化が確認された。このような温
度依存性は強磁性体の他にフエリ磁性体や常磁性
体ガラスにおいても見られ、光学的電流測定装置
等のフアラデー効果応用デバイスの大きな問題点
となつている。（ただし材料により温度係数が正
と負のものがある。） したがつて本発明は、上記のようなフアラデー
回転材料の温度補償を行うことを目的としてなさ
れたもので、以下図面を用いて本発明を説明す
る。第２図ａ，ｂに示すように偏光子１，１と検
光子２，２′の間にフアラデー回転材料３，３′
と、面内に光学軸（Ｃ軸）を有する複屈折物質か
らなる温度補償板４，４′を配置するという新規
な構成をもつ光学的電流測定装置を実現するもの
である。なお、第２図ｂは各材料の配置角度を示
す。
次に温度補償の原理について説明する。
第２図ａ，ｂにおいて、偏光子１と検光子２の
透過偏光軸５，６を45゜互いに傾けて配置し、か
つ複屈折物質４の光学軸（Ｃ軸７）を偏光子１の
透過偏光軸と一致させた時、フアラデー回転角を
θ温度補償板としての水晶板４による位相変化量
をφとすると検光子２を透過後の光出力P2は P2／P1∝1/2｛１＋Sin2θ・Cosφ｝ ……(1) と表わされる。ここでP1は光入力パワーである。
ただし、ここでは各光学素子の吸収ロス、反射ロ
スは説明上無視するものとする。
透過偏光軸５，６を45゜互いに傾けて配置し、か
つ複屈折物質４の光学軸（Ｃ軸７）を偏光子１の
透過偏光軸と一致させた時、フアラデー回転角を
θ温度補償板としての水晶板４による位相変化量
をφとすると検光子２を透過後の光出力P2は P2／P1∝1/2｛１＋Sin2θ・Cosφ｝ ……(1) と表わされる。ここでP1は光入力パワーである。
ただし、ここでは各光学素子の吸収ロス、反射ロ
スは説明上無視するものとする。
また、温度補償板４を配置していない時、式１
はCosφ＝１として次式で表わされる。
はCosφ＝１として次式で表わされる。
P2／P1∝1/2｛１＋Sim2θ｝ ……(2)
式(1)(2)において、フアラデー回転による信号成分
ΔPは各々次式となる。
ΔPは各々次式となる。
ΔP＝1/2Sin2θ・Cosφ、（補償後） ……(3)
ΔP＝1/2Sin2θ、（補償前） ……(4)
従つてたとえば第１図に示されるように温度に
よりフアラデー回転角θが10％変化する時、温度
補償しない場合においては光信号変化としては式
(4)よりほぼ10％程度の変化が生ずることになり、
大きな測定誤差となる。
よりフアラデー回転角θが10％変化する時、温度
補償しない場合においては光信号変化としては式
(4)よりほぼ10％程度の変化が生ずることになり、
大きな測定誤差となる。
しかしながら第２図の構成により式(3)のCosφ
の値が、温度によつて上記の誤差を相殺するよう
に変化するならば、得られる光信号成分の温度依
存は低減する。すなわち(3)において、Cosφの温
度変化を用いてSin2θの温度変化の補償を行なう
ことが可能である。
の値が、温度によつて上記の誤差を相殺するよう
に変化するならば、得られる光信号成分の温度依
存は低減する。すなわち(3)において、Cosφの温
度変化を用いてSin2θの温度変化の補償を行なう
ことが可能である。
第３図は上記の原理を実験的検証したものであ
り温度補償板としてＣ軸に平行に切断した水晶板
（厚さｔ＝１mm）の温度による光出力変化の測定
例であり、温度補償板のみの効果を示すために測
定系は第２図からYIG結晶を抜いた構成であり光
源は波長λ＝1.15μｍのHe−Neレーザを用いた。
図から、0゜〜100℃の温度変化で光出力はほぼ10
％低下することが分かる。これは水晶板の複屈折
率が温度により変化し、入射直線偏光が楕円偏光
に変換されたことによるものである。
り温度補償板としてＣ軸に平行に切断した水晶板
（厚さｔ＝１mm）の温度による光出力変化の測定
例であり、温度補償板のみの効果を示すために測
定系は第２図からYIG結晶を抜いた構成であり光
源は波長λ＝1.15μｍのHe−Neレーザを用いた。
図から、0゜〜100℃の温度変化で光出力はほぼ10
％低下することが分かる。これは水晶板の複屈折
率が温度により変化し、入射直線偏光が楕円偏光
に変換されたことによるものである。
従つて、このような水晶板を温度補償材料とし
て第２図の構成に用いると、フアラデー回転によ
る光信号成分の温度変化（YIGでは０〜100℃で
10％の増加）を補償することができ、第４図はそ
の測定結果である。図において破線は補償前、実
線は補償後を示し、横軸、縦軸は各々温度、光出
力値であり、YIG結晶の有していた温度依存性が
ほぼ補償されていることが分かる。なお、前図同
様光源は波長1.15μｍのHe−Neレーザを用いて
おり、温度による光吸収の変化分は除いて示して
ある。
て第２図の構成に用いると、フアラデー回転によ
る光信号成分の温度変化（YIGでは０〜100℃で
10％の増加）を補償することができ、第４図はそ
の測定結果である。図において破線は補償前、実
線は補償後を示し、横軸、縦軸は各々温度、光出
力値であり、YIG結晶の有していた温度依存性が
ほぼ補償されていることが分かる。なお、前図同
様光源は波長1.15μｍのHe−Neレーザを用いて
おり、温度による光吸収の変化分は除いて示して
ある。
このような温度補償板の材料としては、上記の
水晶の他に、LiNbO3、LiTaO3、KH2PO4、
（KDP）、KD2PO4、NH4H2PO4（ADP）等の強
誘電体結晶も応用可能であり、フアラデー回転材
料の温度依存性の大きさに応じて、温度補償板の
材料とその厚みあるいは、Ｃ軸と偏光軸との角度
を設定すればよいことは言うまでもない。
水晶の他に、LiNbO3、LiTaO3、KH2PO4、
（KDP）、KD2PO4、NH4H2PO4（ADP）等の強
誘電体結晶も応用可能であり、フアラデー回転材
料の温度依存性の大きさに応じて、温度補償板の
材料とその厚みあるいは、Ｃ軸と偏光軸との角度
を設定すればよいことは言うまでもない。
第５図は本発明にかかる光学的電流測定装置の
の実施例であり、光フアイバー８，９，１０を用
いて光の入出力を行なう構成であり、高圧電力線
１１の近傍に、YIG結晶１２、水晶を用いた温度
補償板１３、グラントムソンプリズム１４、ウオ
ラストンプリズム１５等を非磁性体で作つた素子
ホルダ１６内に設置したものである。光フアイバ
の先端には集束形ロツドレンズ１７，１８を取付
け、光を平行ビーム化した。第２図と異なり、検
光子としてウオラストンプリズム１５を用いて偏
光の２成分を検知して測定精度を向上させてい
る。
の実施例であり、光フアイバー８，９，１０を用
いて光の入出力を行なう構成であり、高圧電力線
１１の近傍に、YIG結晶１２、水晶を用いた温度
補償板１３、グラントムソンプリズム１４、ウオ
ラストンプリズム１５等を非磁性体で作つた素子
ホルダ１６内に設置したものである。光フアイバ
の先端には集束形ロツドレンズ１７，１８を取付
け、光を平行ビーム化した。第２図と異なり、検
光子としてウオラストンプリズム１５を用いて偏
光の２成分を検知して測定精度を向上させてい
る。
なお、光源１９と受光器２０は波長1.15mmの
He−Neレーザと赤外用フオトダイオードを用い
たがYIG結晶１２の光吸収特性が温度に依存しな
い波長が1.2〜1.5μｍ程度の半導体レーザの使用
が望ましい。
He−Neレーザと赤外用フオトダイオードを用い
たがYIG結晶１２の光吸収特性が温度に依存しな
い波長が1.2〜1.5μｍ程度の半導体レーザの使用
が望ましい。
さらに本発明にかかる温度補償方法は、上記実
施例のような光フアイバ形電流測定装置のみなら
ず、レーザ光を直接空中伝搬により電流線近傍に
配置したフアラデー回転部に導く方法においても
フアラデー回転材料と直列に温度補償板を配置す
ればよく、きわめて簡単な構成で温度補が実現さ
れる。
施例のような光フアイバ形電流測定装置のみなら
ず、レーザ光を直接空中伝搬により電流線近傍に
配置したフアラデー回転部に導く方法においても
フアラデー回転材料と直列に温度補償板を配置す
ればよく、きわめて簡単な構成で温度補が実現さ
れる。
また、温度補償板のＣ軸は必ずしも偏光子の偏
光軸と同一あるいは直角である必要はないが、温
度補償の要求精度により設定する必要がある。
光軸と同一あるいは直角である必要はないが、温
度補償の要求精度により設定する必要がある。
本発明にかかる温度補償形光学的電流測定装置
は、YIGその他の強磁性体ガーネツト結晶を用い
た光学的電流測定装置の温度による測定誤差の抵
減化を図つたもので、構成的には例えば水晶板
（光軸に平行に切断したもの）をフアラデー回転
材料の後部に配置するだけでよく、きわめて簡単
な方法で温度補償が可能である。従つて、従来フ
アラデー回転能率が非常に大きいにもかかわらず
温度依存性が大きいために応用が困難であつた
YIG等の強磁性体を用いた高感度な光学的電流測
定装置が実現された。
は、YIGその他の強磁性体ガーネツト結晶を用い
た光学的電流測定装置の温度による測定誤差の抵
減化を図つたもので、構成的には例えば水晶板
（光軸に平行に切断したもの）をフアラデー回転
材料の後部に配置するだけでよく、きわめて簡単
な方法で温度補償が可能である。従つて、従来フ
アラデー回転能率が非常に大きいにもかかわらず
温度依存性が大きいために応用が困難であつた
YIG等の強磁性体を用いた高感度な光学的電流測
定装置が実現された。
なお、光アイソレータ等の構成例として、磁気
光学材料の後部に偏波面を45゜回転させるために
光学活性体として光学軸（Ｃ軸）に垂直に切断し
た水晶あるいは二酸化テルルを配置する方法が公
知となつているが、本発明はＣ軸に平行に切断し
た水晶を用いており、水晶の施光性ではなく複屈
折特性を応用している点が原理及び構成上全く異
なつており、何ら施光性のない複屈折材料、たと
えばLiNbO3等をＣ軸に平行に切断したものを温
度補償板として用いることも当然可能である。
光学材料の後部に偏波面を45゜回転させるために
光学活性体として光学軸（Ｃ軸）に垂直に切断し
た水晶あるいは二酸化テルルを配置する方法が公
知となつているが、本発明はＣ軸に平行に切断し
た水晶を用いており、水晶の施光性ではなく複屈
折特性を応用している点が原理及び構成上全く異
なつており、何ら施光性のない複屈折材料、たと
えばLiNbO3等をＣ軸に平行に切断したものを温
度補償板として用いることも当然可能である。
第１図はYIG結晶におけるフアラデー回転角θ
の温度依存性を示す図、第２図ａ，ｂは本発明に
かかる温度補償方法の基本構成図および原理図、
第３図は本発明にかかる温度補償板として用いた
水晶板の光学特性を示す図、第４図は本発明にか
かる温度補償方法の効果を示す特性図、第５図は
本発明にかかる温度補償を行なつた光学的電流測
定装置の一実施例を示す構成図である。 １……偏光子、２……検光子、３……磁気光学
材料、４……複屈折材料、５，６……偏光透過
軸、７……光学軸、８，９，１０……光フアイ
バ、１１……電力線、１２……YIG結晶、１３…
…水晶板、１４……グラントムソンプリズム、１
５……ウオラストンプリズム、１６……素子ホル
ダ、１７，１８……ロツドレンズ、１９……レー
ザ光源、２０……受光器。
の温度依存性を示す図、第２図ａ，ｂは本発明に
かかる温度補償方法の基本構成図および原理図、
第３図は本発明にかかる温度補償板として用いた
水晶板の光学特性を示す図、第４図は本発明にか
かる温度補償方法の効果を示す特性図、第５図は
本発明にかかる温度補償を行なつた光学的電流測
定装置の一実施例を示す構成図である。 １……偏光子、２……検光子、３……磁気光学
材料、４……複屈折材料、５，６……偏光透過
軸、７……光学軸、８，９，１０……光フアイ
バ、１１……電力線、１２……YIG結晶、１３…
…水晶板、１４……グラントムソンプリズム、１
５……ウオラストンプリズム、１６……素子ホル
ダ、１７，１８……ロツドレンズ、１９……レー
ザ光源、２０……受光器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被測定電流線近傍に設置されるフアラデー効
果を有する磁気光学材料と、周囲温度により屈折
率が変化する複屈折材料とを、２個の偏光体の間
に配置することを特徴とする電流測定装置。 ２ 複屈折材料が、光学軸に平行に切断した水晶
LiNbO3、LiTaO3のうちの一種であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の電流測定装
置。 ３ 複屈折材料の切断面側から光を入射すること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電流測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1680980A JPS56112657A (en) | 1980-02-13 | 1980-02-13 | Measuring device for current |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1680980A JPS56112657A (en) | 1980-02-13 | 1980-02-13 | Measuring device for current |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56112657A JPS56112657A (en) | 1981-09-05 |
| JPH0137697B2 true JPH0137697B2 (ja) | 1989-08-09 |
Family
ID=11926472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1680980A Granted JPS56112657A (en) | 1980-02-13 | 1980-02-13 | Measuring device for current |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56112657A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57184974A (en) * | 1981-05-09 | 1982-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | Photo measuring device |
| JPS58129372A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 磁界−光変換器 |
| JPS58191978A (ja) * | 1982-05-01 | 1983-11-09 | Ko Taketomi | 光に対する磁性流体の複屈折率を利用した磁場電気信号変換方法及び装置 |
| JPS5927266A (ja) * | 1982-08-05 | 1984-02-13 | Hitachi Cable Ltd | 偏波面保存光フアイバを用いた電流測定装置 |
| JPH0474972A (ja) * | 1990-07-16 | 1992-03-10 | Kyodo Denki Kenkyusho:Kk | プリント配線基板の光学的検査方法及びその装置 |
| DE10000306B4 (de) * | 2000-01-05 | 2012-05-24 | Abb Research Ltd. | Faseroptischer Stromsensor |
| WO2006022178A1 (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-02 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 光電流センサにおける温度依存性誤差の低減方法および光電流センサ装置 |
-
1980
- 1980-02-13 JP JP1680980A patent/JPS56112657A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56112657A (en) | 1981-09-05 |
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