JPH0248852B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電圧が印加される真空部を有する真空
電気機器の真空度監視装置に関するものである。

一般に真空しや断器などの真空電気機器は内部
の真空度の良否によつて能力が大きく左右される
ため真空度を監視することが必要となる。このた
め従来においても種々の真空度監視装置が提案さ
れているが、いずれも絶縁、大きさ、コストなど
において問題があり、実用的でなかつた。

そこで、本出願人は特願昭55−37098号（特公
昭60−22288号）において実用的な真空度監視装
置を提案した。その基本的な考え方を第１図Ａ，
Ｂ、第２図および第３図Ａ，Ｂによつて説明す
る。第１図Ａ，Ｂは夫々通電状態における真空し
や断器およびその等価回路を示し、１は固定電
極、２は可動電極、３は固定リード、４は可動リ
ード、５は絶縁筒、６，７は絶縁筒５の両端に封
着された端板で、固定リード３は端板６に取付け
られ、可動リード４はベローズ８を介して端板７
に封着される。９は絶縁筒５の中間に取付けられ
たシールドである。又、１０，１１は夫々真空し
や断器の設置された回路の電源および負荷、１
２，１３は夫々固定電極１とシールド９間の抵抗
および静電容量、１４，１５は夫々可動電極２と
シールド９間の抵抗および静電容量、１６ａ，１
６ｂは絶縁筒５の抵抗、１７はシールド９と大地
間の静電容量である。

上記した真空しや断器においては絶縁筒５およ
び端板６，７によつて形成された真空容器の内部
は高真空に保たれており、この真空度が劣化した
場合に静電容量１３，１５はε₀≒ε大気であるか
ら一定であるが抵抗１２，１４は急激に小さくな
る。このため、電極１，２とシールド９間の電圧
が小さくなり、真空しや断器の各部での分担電圧
に変化が生じる。例えば真空度が良好な場合には
電源１０の電圧をＶ、固定電極１とシールド９間
の電圧をV₁、可動電極２とシールド９間の電圧
をV₂、シールド９と大地間の電圧をV₃としてV₁
＝V₂＝Ｖ／２、V₃＝Ｖ−V₁＝Ｖ／２となるが、真空度 が劣化した場合にはV₁＝V₂＝Ｖ／４、V₃＝Ｖ−Ｖ／４ ＝３／４Ｖとなる（尚、これらの例は一例として示 したものでしや断器の構造や真空度によつて変化
する。）。従つて、第２図に示すようにシールド９
の電圧V₃は真空度によつて大きく変化し、シー
ルド９付近の電界Ｅも大きく変化する。

又、第３図Ａ，Ｂは夫々しや断状態における真
空しや断器およびその等価回路を示し、１８，１
９は夫々電極１，２間の抵抗および静電容量を示
す。この場合も静電容量１３，１５，１９は真空
度によつて変化しないが抵抗１２，１４，１８は
真空度によつて変化し、従つて真空度が劣化する
とシールド９の電圧は上昇し、シールド９付近の
電界も大きくなる。このように真空しや断器にお
いては通電状態でもしや断状態でもシールド９の
電圧が真空度によつて大きく変化し、シールド９
付近の電界も大きく変化する。従つて、シールド
９の外部側の電界を監視することにより真空しや
断器の真空度を常時監視することができる。尚、
真空しや断器の外周においてはシールド９以外の
部分でも真空度によつて電界が変化する。又、真
空しや断器以外の真空電気機器においても真空度
によつて電界が変化する部分の電界を監視するこ
とにより真空度を監視することができる。

そこで前記提案では、真空電気機器の外周に印
加電界の大きさに比例して偏光の偏光面を回転さ
せるポツケルス素子を設けるとともにその両側に
偏光子および検光子を設け、発光部からの光を偏
光子によつて直線偏光し、該偏光の偏光面をポツ
ケルス素子により電界に比例して回転させた後に
該偏光を検光子に透過させ、この検光子の透過光
量によつて真空しや断器の真空度を検出する真空
度監視装置を示した。しかし、この場合ポツケル
ス素子としてKDP（KH₂PO₄）あるいはADP
（NH₄H₂SO₄）を用いており、これらは高価であ
るとともに潮解性を有するため非常に扱い難く、
かつ誘電率が大きい（水晶の約10倍）ため電場を
乱し易く電界検出に誤差を生じ易い。これに対し
てポツケルス素子として水晶を用いると、水晶は
誘電率が低いために電場を乱し難く電界検出が正
確になり、又水晶は安価であり入手が容易であ
る。又、水晶は光損失が一定であるとともに潮解
性がなく、非常に安定した結晶で取扱いが容易で
ある。しかし、水晶はその光軸方向に偏光を入射
すると電界に関係なくその偏光面が回転するとい
ういわゆる自然旋光性を有している。しかもこの
自然旋光性は温度により変化するものであるため
印加電界と偏光面の回転角が正確に比例しなくな
り、真空度監視装置の精度および信頼性が不充分
なものとなる。

そこで本出願人は特願昭56−46668号（特開昭
57−160070号）において第４図に示すように、温
度変化に対してほぼ左右対称の自然旋光性を有す
る二つの水晶２０，２１を夫々の自然旋光性が相
殺されるように直列に密着してポツケルス素子２
２を形成することを提案した。そして、He−Ne
レーザ２３から発生した直線偏光をポツケルス素
子２２に透過した後検光子２４に透過させ、さら
に検光子２４の透過光をこの透過光量に比例した
電気信号を出す受光部２５に加え、受光部２５の
出力により電界を検出するようにしている。

しかし、第２図に示す電界検出装置においては
水晶２０，２１として一般的に使用されている
45゜−Ｚカツト水晶を用いており、その偏光面変
動の温度特性（水晶１個）は第５図に示すように
なり、又ポツケルス素子２２を恒温槽２６に入れ
てその偏光面変動の温度特性を測定すると第６図
に示すようになり、20℃〜90℃の温度範囲で３％
程度の変動がある。これは全く左右対称の偏光面
変動の温度特性を有する二個の水晶を発見するこ
とが困難であるという理由による。又、ほぼ左右
対称の温度特性を有する二個の水晶を発見するに
しても温度特性の測定は長時間を要するため非常
に手間がかかる。又、ポツケルス素子２２におけ
る偏光面の回転角は電界に比例するとともにその
光軸方向の素子長にも比例するが、45゜−Ｚカツ
トの水晶は電界検知感度があまり良好でない（電
界に対する偏光面回転角が小さい。）ため該感度
を向上するためには水晶の長さを長くする必要が
あり、ましてポツケルス素子２２は２個の水晶２
０，２１を直列に密着させたものであるため大形
となる。さらに、２個の水晶２０，２１をその間
に空気層が介在しないようにかつ光学的に支障の
ないように密着させるためには非常に高精度の研
摩を必要とし、製作が面倒になる等の欠点があつ
た。

本発明は上記の点を考慮して、小形安価である
とともに製作容易でありかつ高精度、高信頼性の
真空電気機器の真空度監視装置を提供することを
目的とする。

以下本発明の実施例を図面とともに説明する。
第７図において、２７は真空しや断器のシールド
９の外周側に配設されたポツケルス素子で、ポツ
ケルス素子２７として第８図Ａ，Ｂに示すように
水晶の結晶３４をＺカツト（光軸方向カツト）し
た水晶を用いる。ポツケルス素子２７の両側には
偏光子２８および検光子２４を密接し、偏光子２
８には光フアイバー２９の一端を接続し、光フア
イバー２９の他端にはフオトダイオードなどから
成る発光部３０を接続する。又、検光子２４には
光フアイバー３１の一端を接続し、光フアイバー
３１の他端には受光部２５を接続し、受光部２５
には真空度判定部３２を電気的に接続する。

上記構成の真空度監視装置の動作を第９図を用
いて説明する。発光部３０から発した全面振動の
光は光フアイバー２９を通つて偏光子２８に伝え
られ、偏光子２８により直線偏光される。該偏光
はポツケルス素子２７（Ｚカツト水晶）のＺ方向
に透過される。ポツケルス素子２７はシールド９
の外部側の電界ＥをＸ方向に加えられ、偏光の偏
光面を電界Ｅの大きさに比例して角度θだけ回転
させる。ポツケルス素子２７からの光は検光子２
８の偏光面と所定な関係の偏光面を有する検光子
２４を透過し光フアイバー３１を介して受光部２
５に加えられる。第１０図に示すように電界Ｅは
真空しや断器の真空度が良好な場合には小さく、
真空度が不良即ち劣化すると大きくなる。従つ
て、ポツケルス素子２７における偏光面の回転角
θは真空度が良好な場合は小さく、真空度が不良
になると大きくなる。このため、偏光子２８と検
光子２４の偏光面が直角な関係にある場合には真
空度が不良になると検光子２４の透過光量は大き
くなり、該光量に応じた出力を出す受光部２５の
出力Ａは第１０図の実線で示すように急激に大き
くなる。又、偏光子２８と検光子２４の偏光面が
平行な関係にある場合には真空度が不良になると
検光子２４の透過光量は小さくなり、受光部２５
の出力Ａは第１０図の点線で示すように急激に小
さくなる。このため、真空度判定部３２は出力Ａ
が急激に大きく、又は小さくなつたことにより真
空度劣化を検知して警報や表示のための出力を出
す。

上記実施例において、ポツケルス素子２７を恒
温槽２６に入れてその偏光面変動の温度特性を調
べると第１１図に示すようになり、偏光面の温度
による変動は測定誤差の範囲内に入り、ほとんど
零になる。このため、電界Ｅと受光部２５の出力
とが正確に対応したものとなり、高精度、高信頼
性の真空度監視装置が得られる。又、Ｚカツトの
水晶は45゜−Ｚカツトの水晶に比べて４倍強の電
界検知感度を有するので素子長を1/4弱にするこ
とができ、しかもポツケルス素子２７は１個の水
晶から形成するので、ポツケルス素子２７および
装置全体をコンパクトに形成できる。

尚、第９図に示すように1/4波長板３３を偏光
子２８とポツケルス素子２７の間に設けると直線
偏光は円偏光に変換され、この場合にはポツケル
ス素子２７に加える電界Ｅの方向はＸ，Ｙ，Ｚの
いずれの方向でも良い。又、発光部３０と偏光板
２８はレーザに置き換えることができる。又、こ
の真空度監視装置は真空しや断器だけでなく、電
圧が印加される真空部を有する他の真空電気機器
例えば真空管やＸ線管などにも適用でき、いずれ
の場合にもポツケルス素子２７は真空度によつて
電界が変化する部分に設ける必要があるが、偏光
子２８および検光子２４は該部分に設けなくても
良い。

以上のように本発明においては、電圧が印加さ
れる真空部を有する真空電気機器において、直線
偏光又は円偏光を発生させる手段と、真空部の外
側における真空度によつて電界が変化する部分に
設けられるとともにＺカツトの水晶により形成さ
れ、前記偏光をＺ方向に透過されるポツケルス素
子と、ポツケルス素子を透過した光を透過される
検光子とを備えた真空度監視装置を設け、この検
光子の透過光量により真空度を検出するようにし
ており、真空度監視装置の構成が簡単小形で安価
となる。又、真空部の近傍に設けられるポツケル
ス素子や検光子などは絶縁材であるため絶縁を乱
すことがない。又、ポツケルス素子や検光子など
は受動素子であるために故障の心配がなく、信頼
性が高い。

又、ポツケルス素子は安価で加工容易であると
ともに電界検知感度が良好で長さを短くできる１
個のＺカツト水晶により形成しており、安価でコ
ンパクトであるとともに製作容易な真空度監視装
置が得られる。又、Ｚカツトの水晶は偏光面の温
度による変化がほぼ零となるのでポツケルス素子
における印加電界と偏光面回転角とが正確に対応
したものになり、従つて真空度と検光子の透過光
量が正確に対応し、真空度劣化を正確に検出する
ことができ、真空度監視装置の精度および信頼性
が向上する。又、水晶は光透過時の光損失（反射
損失＋吸収損失）が一定で潮解性も無いので安定
しており、ポツケルス素子は取扱いが容易である
とともに、密封保持の必要がなく構造簡単で耐久
性、信頼性が向上する。又、水晶は誘電率が低い
ために電界を検出しようとする電場を乱すことが
なく、電界検出が正確となり、これに伴つて真空
度の検出も正確となる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂおよび第２図は夫々真空しや断器
の通電状態における縦断正面図、等価回路図およ
び真空度と各部の電圧、電界との関係図、第３図
Ａ，Ｂは夫々真空しや断器のしや断状態における
縦断正面図および等価回路図、第４図は本出願人
が先に提案した電界検出装置の構成図、第５図は
45゜−Ｚカツトの水晶の偏光面変動の温度特性図、
第６図は前記電界検出装置におけるポツケルス素
子の偏光面変動の温度特性図、第７図は本発明に
係る真空度監視装置の構成図、第８図Ａ，Ｂは
夫々本発明に係るポツケルス素子に用いるＺカツ
ト水晶のカツト状態を示す平面図および正面図、
第９，１０図は夫々本発明に係る真空度監視装置
の動作説明図および真空度と電界および受光部出
力との関係図、第１１図は本発明に係るポツケル
ス素子の偏光面変動の温度特性図。 ２３…He−Neレーザ、２４…検光子、２５…
受光部、２７…ポツケルス素子、２８…偏光子、
３０…発光部、３３…1/4波長板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電圧が印加される真空部を有する真空電気機
   器において、直線偏光又は円偏光を発生させる手
   段と、真空部の外側における真空度によつて電界
   が変化する部分に設けられるとともにＺカツトの
   水晶により形成され、前記偏光をＺ方向に透過さ
   れて該偏光の偏光面を印加電界の大きさに応じて
   回転させるポツケルス素子と、ポツケルス素子を
   透過した光を透過される検光子とを備え、検光子
   の透過光量によつて前記真空部の真空度を検知す
   るようにした真空電気機器の真空度監視装置。