JPH0158461B2 - - Google Patents
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- JPH0158461B2 JPH0158461B2 JP60258628A JP25862885A JPH0158461B2 JP H0158461 B2 JPH0158461 B2 JP H0158461B2 JP 60258628 A JP60258628 A JP 60258628A JP 25862885 A JP25862885 A JP 25862885A JP H0158461 B2 JPH0158461 B2 JP H0158461B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電気光学結晶を利用して高電圧を測
定する電圧測定装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a voltage measuring device that measures high voltage using an electro-optic crystal.
従来より、例えばLiNbO3、BSO、BGOといつ
た結晶の電気光学効果を利用して電圧を測定する
装置が種々提案されている(例えば特開昭57−
196166号公報、特開昭57−120864号公報、特開昭
56−100364号公報)。
In the past, various devices have been proposed that measure voltage by utilizing the electro-optic effect of crystals such as LiNbO 3 , BSO, and BGO (e.g., Japanese Patent Laid-Open No. 1983-1999).
Publication No. 196166, Japanese Patent Publication No. 1961-120864, Japanese Patent Publication No. 1961-120864
56-100364).
しかし、従来のこの種の測定装置は一般にその
高絶縁、耐圧および入力インピーダンスの大きさ
に問題があり、高電圧用といつてもせいぜい2〜
3KV程度までの測定しかできなかつた。
However, conventional measuring devices of this type generally have problems with their high insulation, withstand voltage, and large input impedance, and even if they are for high voltage, they are only 2 to 2.
It was only possible to measure up to about 3KV.
このような問題点を解決するために、本発明は
電気光学結晶を絶縁体中に埋め込み、その絶縁体
を介して電極を対向配置したものである。
In order to solve these problems, the present invention has an electro-optic crystal embedded in an insulator, and electrodes are arranged facing each other with the insulator interposed therebetween.
〔作用〕
従来電気光学結晶に直接電極を付着させて電圧
を印加していたものにおいて、電圧が高くなると
電気光学結晶表面に沿う沿面放電が発生したのに
対し、電極間に直接的な沿面空気間隙ができない
ために耐圧が向上する。[Function] Conventionally, when voltage was applied by attaching electrodes directly to the electro-optic crystal, creeping discharge occurred along the surface of the electro-optic crystal when the voltage was high, whereas creeping discharge occurred directly between the electrodes. The pressure resistance is improved because there are no gaps.
第1図aは本考案の一実施例を示す平面図、同
図bは正面図である。図において、1は絶縁性の
セラミツク(コーニング社製マコール)からなる
直方体状のケースであり、上面に凹部101を設
けて電気光学結晶2を埋め込んである。電気光学
結晶2は、Zカツトの水晶からなり、Z軸方向に
1/4波長板3と偏光子4および検光子5がそれぞ
れエポキシ樹脂により一体に接着されている。ま
た、これら電気光学結晶2、偏光子4および検光
子5のX軸方向の側面は、シリコンゴムにより凹
部101の内側面に接着してある。さらに凹部1
01の内部にはフレオンガス(SF6)を充填し、
ガラス板6をシリコンゴムによりケース1に接着
して封止してある。
FIG. 1a is a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1b is a front view. In the figure, reference numeral 1 denotes a rectangular parallelepiped case made of insulating ceramic (Macol, manufactured by Corning Inc.), in which a recess 101 is provided on the top surface and an electro-optic crystal 2 is embedded therein. The electro-optic crystal 2 is made of a Z-cut crystal, and has a quarter-wave plate 3, a polarizer 4, and an analyzer 5 bonded together in the Z-axis direction with epoxy resin. Further, the side surfaces of the electro-optic crystal 2, polarizer 4, and analyzer 5 in the X-axis direction are adhered to the inner surface of the recess 101 with silicone rubber. Furthermore, recess 1
The inside of 01 is filled with Freon gas (SF 6 ),
A glass plate 6 is adhered and sealed to the case 1 with silicone rubber.
一方、ケース1のX軸方向外側面には電気光学
結晶2に対応して凹部102を設け、内部に電極
7(7A,7B)を埋め込み、シリコンゴムを充
填して固定してある。したがつて電極7は、ケー
ス1の側壁の一部を介して電気光学結晶2のX軸
方向に対向配置されることとなる。電極7には被
覆リード線8を接続し、その先端にはワニグチク
リツプ9が取り付けてある。 On the other hand, a recess 102 is provided on the outer surface of the case 1 in the X-axis direction corresponding to the electro-optic crystal 2, and the electrodes 7 (7A, 7B) are embedded therein and fixed by filling with silicone rubber. Therefore, the electrode 7 is disposed to face the electro-optic crystal 2 in the X-axis direction through a part of the side wall of the case 1. A covered lead wire 8 is connected to the electrode 7, and an alligator clip 9 is attached to the tip thereof.
ケース1の下面側には、凹部101に連続する
貫通孔103がY軸方向に形成してあり、偏光子
4および検光子5の下面に、ロツドレンズ10
(10A,10B)を介して光フアイバ11(1
1A,11B)がそれぞれ接続してある。 A through hole 103 continuous to the recess 101 is formed in the Y-axis direction on the lower surface side of the case 1, and a rod lens 10 is formed on the lower surface of the polarizer 4 and the analyzer 5.
(10A, 10B) via optical fiber 11 (10A, 10B)
1A and 11B) are connected to each other.
次に、このような電気光学効果素子を用いた電
圧測定の原理を第2図を用いて説明する。第1図
では省略したが発光素子(例えば発光ダイオー
ド)12から出力され、光フアイバ11Aによつ
て導かれた光は、レンズ10Aによつて平行光線
に変えられる。さらに偏光子4によつて45゜に傾
いた直線偏光にされた光は、波長板3によつて円
偏光にされた後結晶2に入射する。ここで電極7
A,7B間に印加された電圧Vaの影響を受けて
円偏光が楕円偏光となる。検光子5ではこの光か
ら45゜方向の光ベクトルに成分のみ取り出し、そ
の光はレンズ10Bおよび光フアイバ11Bを介
して例えばフオトダイオードからなる受光素子1
3に至り、電気信号に変換される。このようにし
て上記電圧に対応した光強度変化を検出すること
ができる。 Next, the principle of voltage measurement using such an electro-optic effect element will be explained using FIG. 2. Although omitted in FIG. 1, light outputted from a light emitting element (for example, a light emitting diode) 12 and guided by an optical fiber 11A is converted into parallel light by a lens 10A. Further, the light is linearly polarized at an angle of 45° by the polarizer 4, and is then made circularly polarized by the wave plate 3, before being incident on the crystal 2. Here electrode 7
Under the influence of the voltage Va applied between A and 7B, circularly polarized light becomes elliptically polarized light. The analyzer 5 extracts only the component of the light vector in the 45° direction from this light, and the light is passed through the lens 10B and the optical fiber 11B to the light-receiving element 1 made of, for example, a photodiode.
3 and is converted into an electrical signal. In this way, a change in light intensity corresponding to the voltage can be detected.
従来電気光学結晶2の表面に直接電極を付着し
ていたのに対し、上述したように絶縁性のケース
1をくり抜き、そこに結晶2を埋め込んで電極7
を外部に配置したことにより、電極間の空間距離
が延び耐圧が向上した。凹部102を設け、電極
7をそこに埋め込んだことも、沿面放電の防止効
果を一層高めている。また、電気光学結晶2を大
気中に開放すると、湿度の影響で結晶内電界が低
下してしまうが、フレオンガス中に置くことでこ
れを防いでいる。 Conventionally, electrodes were attached directly to the surface of the electro-optic crystal 2, but as described above, the insulating case 1 is hollowed out and the crystal 2 is embedded therein to form the electrode 7.
By arranging the electrodes externally, the spatial distance between the electrodes was extended and the withstand voltage was improved. Providing the recess 102 and embedding the electrode 7 therein also further enhances the effect of preventing creeping discharge. Furthermore, when the electro-optic crystal 2 is exposed to the atmosphere, the electric field inside the crystal decreases due to the influence of humidity, but this is prevented by placing it in Freon gas.
電気光学結晶2として水晶を用いたが、水晶は
従来一般に用いられているBSOなどに比較して
電気光学効果が小さいため、出力特性の直線性の
良い部分を高電圧(5〜50KV)の測定に利用で
きるので有利である。また、水晶はBSOなどに
比較して誘電率εrが10以下と小さいため入力イン
ピーダンスを大きくできる利点がある。さらに、
上述したようにX軸方向に電圧を印加した構成で
は、水晶が有する旋光性のため、波長板3、偏光
子4および検光子5との組み立て(軸合せ)が容
易となる。 A quartz crystal was used as the electro-optic crystal 2, but since the electro-optic effect of quartz crystal is smaller than that of conventionally commonly used BSO etc., the part with good linearity of the output characteristics was measured at high voltage (5 to 50 KV). This is advantageous because it can be used for Furthermore, compared to BSO and the like, crystal has a small dielectric constant ε r of 10 or less, so it has the advantage of being able to increase input impedance. moreover,
In the configuration in which a voltage is applied in the X-axis direction as described above, assembly (alignment) of the wave plate 3, polarizer 4, and analyzer 5 is facilitated due to the optical rotation of the crystal.
ケース1の材料としては温度特性(特に線膨張
係数が結晶2と同程度のものを選択したことによ
り、結晶2に働く機械的な応力を小さくしてい
る。また、凹部101にはフレオンガスを封入し
て絶縁強度を増したことは前述した通りである
が、絶縁性の油または樹脂等を充填してもよい。
その場合、例えば低粘度のシリコンオイルのよう
に弾性の小さい物質を用いることが、結晶にかか
る応力を小さくする観点から望ましい。 As the material for case 1, a material with temperature characteristics (in particular, a linear expansion coefficient similar to that of crystal 2) was selected to reduce the mechanical stress acting on crystal 2.Furthermore, the recess 101 is filled with Freon gas. As mentioned above, the insulating strength is increased by using insulating oil or resin.
In that case, it is desirable to use a substance with low elasticity, such as low-viscosity silicone oil, from the viewpoint of reducing the stress applied to the crystals.
また、異常電圧に対する保護機構として、第3
図に示すように電気光学効果素子に並列にアレス
タ素子14を接続してもよい。なお、15,16
は抵抗である。 In addition, as a protection mechanism against abnormal voltage, a third
As shown in the figure, the arrester element 14 may be connected in parallel to the electro-optic effect element. In addition, 15, 16
is resistance.
さらに耐圧を向上させるため、電極部に引出用
碍子を取り付けてもよい。 In order to further improve the withstand voltage, a lead-out insulator may be attached to the electrode section.
第4図に、回路図の構成例を示す。これは比検
出方式の一例で、第1図に示したような素子20
の電極7A,7B間に被測定電圧として交流高電
圧を印加するとともに、安定化電源21により発
光回路22を駆動し、発光ダイオード12を発光
させる。他方、受光回路23においてフオトダイ
オード13により得られた電気信号は交流透過フ
イルター24と直流透過フイルター25とにより
交流分と直流分に分けられ、比検出回路26にお
いてその比をとつて交流電圧の値に換算される。
これを交流−直流変換回路27により直流電圧に
変換し、表示器28にその値を表示する。なお、
29は増幅器である。 FIG. 4 shows an example of the configuration of a circuit diagram. This is an example of a ratio detection method, in which an element 20 as shown in FIG.
An AC high voltage is applied as the voltage to be measured between the electrodes 7A and 7B, and the light emitting circuit 22 is driven by the stabilized power supply 21 to cause the light emitting diode 12 to emit light. On the other hand, in the light receiving circuit 23, the electric signal obtained by the photodiode 13 is divided into an AC component and a DC component by an AC transmission filter 24 and a DC transmission filter 25, and the ratio is calculated in a ratio detection circuit 26 to determine the value of AC voltage. It is converted to .
This is converted into a DC voltage by an AC-DC conversion circuit 27, and the value is displayed on a display 28. In addition,
29 is an amplifier.
このように比検出方式をとることにより、光フ
アイバ11等での光の損失変動に対処することが
できる。 By adopting the ratio detection method in this manner, it is possible to cope with fluctuations in light loss in the optical fiber 11 and the like.
同様に光の変動に対処する手段として、第5図
に示すような帰還方式をとることもできる。これ
は、直流透過フイルター25から得られる出力を
発光回路22に帰還し、受光量が一定になるよう
に発光量を制御するものである。比検出方式に比
較して回路構成が簡単になるが、最大光量を使え
ないのでSN比は低下する。これに対し、比検出
方式は発光ダイオードを常に最大光量で発光させ
られる利点がある。 Similarly, as a means to deal with fluctuations in light, a feedback method as shown in FIG. 5 can also be used. This is to feed back the output obtained from the DC transmission filter 25 to the light emitting circuit 22 and control the amount of light emitted so that the amount of received light is constant. Although the circuit configuration is simpler than the ratio detection method, the signal-to-noise ratio decreases because the maximum amount of light cannot be used. On the other hand, the ratio detection method has the advantage that the light emitting diode can always emit light with the maximum amount of light.
第6図に、測定結果の一例を示す。横軸に静電
電圧計の読みをとり、縦軸に上記実施例による測
定結果を変調度Mで示したものをとつてある。〇
印は実測点を示している。 FIG. 6 shows an example of the measurement results. The horizontal axis shows the reading of the electrostatic voltmeter, and the vertical axis shows the measurement results according to the above embodiment expressed in modulation degree M. ○ marks indicate actual measurement points.
以上、セラミツクケース1に凹部を設けて電気
光学結晶2を埋め込み、外側に電極を配置した例
について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではない。例えば第7図は、セラミツクから
なる絶縁性のケース1Aの内部に結晶2を配置す
るとともに所定の間隔をおいて電極7を配置し、
全体に誘電率が小さく低粘度のシリコン系の樹脂
17を封入したものであるが、同様に絶縁強度を
高めることができる。 Although an example has been described above in which a recess is provided in the ceramic case 1, the electro-optic crystal 2 is embedded therein, and electrodes are arranged on the outside, the present invention is not limited to this. For example, in FIG. 7, a crystal 2 is placed inside an insulating case 1A made of ceramic, and electrodes 7 are placed at a predetermined interval.
Although the entire structure is filled with a silicon-based resin 17 having a low dielectric constant and low viscosity, the insulation strength can be similarly increased.
以上説明したように本発明によれば、電気光学
結晶を絶縁体中に埋め込み、その絶縁体を介して
電極を対向配置したことにより、絶縁強度が向上
し、従来困難であつた20〜50KV程度の高電圧の
測定が容易となる。
As explained above, according to the present invention, by embedding an electro-optic crystal in an insulator and arranging electrodes facing each other through the insulator, the insulation strength is improved to about 20 to 50 KV, which was previously difficult to achieve. This makes it easy to measure high voltages.
また、結晶に電極を直接付着させる従来のもの
と異なり、電極間隔を変化させることで検出素子
部と測定回路部とのマツチングを入力インピーダ
ンスを所望にしてとることができ、かつ結晶素子
の互換性をもたせることができる。 In addition, unlike conventional methods in which electrodes are attached directly to the crystal, by changing the electrode spacing, it is possible to match the detection element part and the measurement circuit part with the desired input impedance, and the compatibility of the crystal element can be achieved. can be made to last.
もちろん、光フアイバの導入により検出素子部
と回路部とを電気的に絶縁でき、電磁的悪環境の
影響を除去できることなど、電気光学結晶を利用
した電圧測定装置が一般に有している利点は何ら
損われることなく保持される。 Of course, there are no advantages that voltage measuring devices using electro-optic crystals generally have, such as the ability to electrically isolate the detection element section and the circuit section by introducing optical fibers, and eliminate the effects of adverse electromagnetic environments. preserved without damage.
第1図aは本発明の一実施例を示す平面図、同
図bはその正面図、第2図はその原理を説明する
ための図、第3図は異常電圧保護機構を示す構成
図、第4図および第5図はそれぞれ回路部の構成
例を示すブロツク図、第6図は測定結果の一例を
示す図、第7図は本発明の他の実施例を示す断面
図である。
1,1A……ケース、2……電気光学結晶、7
(7A,7B)……電極、17……樹脂。
Fig. 1a is a plan view showing an embodiment of the present invention, Fig. 1b is a front view thereof, Fig. 2 is a diagram for explaining the principle, Fig. 3 is a configuration diagram showing an abnormal voltage protection mechanism, 4 and 5 are block diagrams showing examples of the configuration of the circuit section, FIG. 6 is a diagram showing an example of measurement results, and FIG. 7 is a sectional view showing another embodiment of the present invention. 1,1A...Case, 2...Electro-optic crystal, 7
(7A, 7B)...Electrode, 17...Resin.
Claims (1)
射させる手段と、この電気光学結晶を通過した光
の量を検出する手段とを備えた電圧測定装置にお
いて、前記電気光学結晶を絶縁体中に埋め込み、
当該絶縁体を介して電極を対向配置したことを特
徴とする電圧測定装置。1. In a voltage measuring device equipped with an electro-optic crystal, means for making light incident on the electro-optic crystal, and means for detecting the amount of light passing through the electro-optic crystal, the electro-optic crystal is placed in an insulator. embedded,
A voltage measuring device characterized in that electrodes are arranged facing each other with the insulator interposed therebetween.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60258628A JPS62119463A (en) | 1985-11-20 | 1985-11-20 | Instrument for measuring voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60258628A JPS62119463A (en) | 1985-11-20 | 1985-11-20 | Instrument for measuring voltage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62119463A JPS62119463A (en) | 1987-05-30 |
| JPH0158461B2 true JPH0158461B2 (en) | 1989-12-12 |
Family
ID=17322914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60258628A Granted JPS62119463A (en) | 1985-11-20 | 1985-11-20 | Instrument for measuring voltage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62119463A (en) |
-
1985
- 1985-11-20 JP JP60258628A patent/JPS62119463A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62119463A (en) | 1987-05-30 |
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