JPH0462355B2 - - Google Patents
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- JPH0462355B2 JPH0462355B2 JP60244987A JP24498785A JPH0462355B2 JP H0462355 B2 JPH0462355 B2 JP H0462355B2 JP 60244987 A JP60244987 A JP 60244987A JP 24498785 A JP24498785 A JP 24498785A JP H0462355 B2 JPH0462355 B2 JP H0462355B2
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- JP
- Japan
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- light
- signal
- sawtooth wave
- measured
- wave signal
- Prior art date
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は高電圧または大電流を光を用いて非
接触で計測する光式計測装置に関するものであ
る。
接触で計測する光式計測装置に関するものであ
る。
従来の技術
従来の光式電流計測装置は、第６図に示すよう
に、発光ダイオードまたはレーザーダイオードな
どの発光素子１から発する光を偏光子２を通して
フアラデイ素子（磁気光学効果素子、フアラデイ
ローテータ）３に入射し、このフアラデイ素子３
から出た光をもう一つのフアラデイ素子４に入射
し、このフアラデイ素子４から出た光を検光子５
を通してPINホトダイオードなどの受光素子６に
入射させるようにしてある。フアラデイ素子３は
検出すべき電流Ｉが流れる導体７に近接配置し、
もつ一つのフアラデイ素子４にはコイル８を巻装
してあり、パワーアンプ９からコイルに励磁電流
ｉを流すようになつている。また、受光素子６の
出力は、プリアンプ１０を介して最小値検出回路
１１に入力され、この最小値検出回路１１の出力
をパワーアンプ９に入力として加えるようになつ
ている。
に、発光ダイオードまたはレーザーダイオードな
どの発光素子１から発する光を偏光子２を通して
フアラデイ素子（磁気光学効果素子、フアラデイ
ローテータ）３に入射し、このフアラデイ素子３
から出た光をもう一つのフアラデイ素子４に入射
し、このフアラデイ素子４から出た光を検光子５
を通してPINホトダイオードなどの受光素子６に
入射させるようにしてある。フアラデイ素子３は
検出すべき電流Ｉが流れる導体７に近接配置し、
もつ一つのフアラデイ素子４にはコイル８を巻装
してあり、パワーアンプ９からコイルに励磁電流
ｉを流すようになつている。また、受光素子６の
出力は、プリアンプ１０を介して最小値検出回路
１１に入力され、この最小値検出回路１１の出力
をパワーアンプ９に入力として加えるようになつ
ている。
この光式電流計測装置は、発光素子１から出た
光を偏光子２によつて直線偏光し、偏光された光
をフアラデイ素子３に通すと、このフアラデイ素
子３は電流Ｉに応じて、すなわち磁界Ｈに応じて
偏光面を角度θ1だけ回転させることになる。
光を偏光子２によつて直線偏光し、偏光された光
をフアラデイ素子３に通すと、このフアラデイ素
子３は電流Ｉに応じて、すなわち磁界Ｈに応じて
偏光面を角度θ1だけ回転させることになる。
偏光面が角度θ1だけ回転した光をもう一つのフ
アラデイ素子４に通し、このフアラデイ素子４中
で偏光面をコイル８に流れる励磁電流ｉによつて
もとにもどすように回転させる。
アラデイ素子４に通し、このフアラデイ素子４中
で偏光面をコイル８に流れる励磁電流ｉによつて
もとにもどすように回転させる。
そして、フアラデイ素子４から出た光を検光子
（検光面が偏光子２の偏光面と直交している）５
を通して受光素子６に入射させ、この受光素子６
の出力をプリアンプ１０で増幅したのち最小値検
出回路１１に加える。
（検光面が偏光子２の偏光面と直交している）５
を通して受光素子６に入射させ、この受光素子６
の出力をプリアンプ１０で増幅したのち最小値検
出回路１１に加える。
最小値検出回路１１において、プリアンプ１０
の出力レベルを検出し、プリアンプ１０の出力レ
ベルが最小となるようにパワーアンプ９への入力
電圧Ｖを調整すると、パワーアンプ９への入力電
圧Ｖに比例した励磁電流ｉがコイル８に流れ、こ
れによつて生じる磁界によるフアラデイ素子４に
おける偏光面の回転角θ2が電流Ｉによるフアラデ
イ素子３の偏光面の回転角θ1の極性を反転したも
のに等しくなる（θ2＝−θ1）。このときの電流ｉ、
すなわち電圧Ｖは電流Ｉに比例することになり、
電圧Ｖを求めれば電流Ｉを計測したことになる。
の出力レベルを検出し、プリアンプ１０の出力レ
ベルが最小となるようにパワーアンプ９への入力
電圧Ｖを調整すると、パワーアンプ９への入力電
圧Ｖに比例した励磁電流ｉがコイル８に流れ、こ
れによつて生じる磁界によるフアラデイ素子４に
おける偏光面の回転角θ2が電流Ｉによるフアラデ
イ素子３の偏光面の回転角θ1の極性を反転したも
のに等しくなる（θ2＝−θ1）。このときの電流ｉ、
すなわち電圧Ｖは電流Ｉに比例することになり、
電圧Ｖを求めれば電流Ｉを計測したことになる。
ここで、計測原理について数式を用いて説明す
る。フアラデイ素子３における偏光面の回転角θ1
は、フアラデイ素子３の長さをｌ、電流Ｉによる
磁界をＨ、導体７のターン数をＮ、v1、v1′を定
数とすれば、 θ1＝v1Hl＝v1′NI で表わされ、またフアラデイ素子４における偏光
面の回転角θ2は、コイル８に流れる励磁電流を
ｉ、コイル８の巻数をｎ、v2を定数とすれば、 θ2＝v2ni となる。今、励磁電流ｉの調整によつて θ1＝θ2 となつたとすれば、 v1Hl＝v1′NI＝v2ni となり、また、電圧Ｖと励磁電流ｉは、ｋを定数
としたときに Ｖ＝ki の関係があるため、電圧Ｖがわかれば、電流Ｉま
たは磁界Ｈがわかることになる。なお、フアラデ
イ素子３に代えてポツケルス素子（電気光学効果
素子）を用いると電圧または電界を計測できる。
る。フアラデイ素子３における偏光面の回転角θ1
は、フアラデイ素子３の長さをｌ、電流Ｉによる
磁界をＨ、導体７のターン数をＮ、v1、v1′を定
数とすれば、 θ1＝v1Hl＝v1′NI で表わされ、またフアラデイ素子４における偏光
面の回転角θ2は、コイル８に流れる励磁電流を
ｉ、コイル８の巻数をｎ、v2を定数とすれば、 θ2＝v2ni となる。今、励磁電流ｉの調整によつて θ1＝θ2 となつたとすれば、 v1Hl＝v1′NI＝v2ni となり、また、電圧Ｖと励磁電流ｉは、ｋを定数
としたときに Ｖ＝ki の関係があるため、電圧Ｖがわかれば、電流Ｉま
たは磁界Ｈがわかることになる。なお、フアラデ
イ素子３に代えてポツケルス素子（電気光学効果
素子）を用いると電圧または電界を計測できる。
発明が解決しようとする問題点
このような従来の光式電流計測装置は、フアラ
デイ素子３の偏光面の回転角θ1とフアラデイ素子
４の偏光面の回転角θ2とを正確に合致させる必要
があり、必要な計測精度を得るためには、プリア
ンプ１０、最小値検出回路１１およびパワーアン
プ９としてきわめて精度が高く、雑音の少いもの
が必要であるという問題があつた。
デイ素子３の偏光面の回転角θ1とフアラデイ素子
４の偏光面の回転角θ2とを正確に合致させる必要
があり、必要な計測精度を得るためには、プリア
ンプ１０、最小値検出回路１１およびパワーアン
プ９としてきわめて精度が高く、雑音の少いもの
が必要であるという問題があつた。
この発明は、精度の高い機器を必要とせずに電
流または電圧を計測することができる光式計測装
置を提供することを目的とする。
流または電圧を計測することができる光式計測装
置を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段
この発明の光式計測装置は、発光素子と、この
発光素子の光を偏光する偏光子と、この偏光子か
ら出た光の偏光面を被計測信号に応じて回転させ
る第１の光変調素子と、この第１の光変調素子か
ら出た光を２分岐する光学系と、三角波または鋸
歯状波信号を発生する信号発生器と、前記光学系
によつて分岐された一方の光の偏光面を前記信号
発生器からの三角波または鋸歯状波信号に応じて
回転させる第２の光変調素子と、前記光学系によ
つて分岐された他方の光の偏光面を前記信号発生
器からの三角波または鋸歯状波信号に応じて前記
第２の光変調素子と逆方向に回転させる第３の光
変調素子と、前記偏光子の偏光面と検光面とが平
行（または直角）になるように配置されて前記第
２および第３の光変調素子から出た光をそれぞれ
検光する第１および第２の検光子と、この第１お
よび第２の検光子を通過した光をそれぞれ受光す
る第１および第２の受光素子と、この第１および
第２の受光素子の出力ピークタイミング（または
零光タイミング）をそれぞれ検出する第１および
第２の検出回路と、前記三角波または鋸歯状波信
号の毎周期のスタート時にクロツクパルスのカウ
ントを開始し前記第１および第２の検出回路の出
力に応答してそれぞれカウントを停止する第１お
よび第２のカウンタと、この第１および第２のカ
ウンタのカウント停止後のカウント値をそれぞれ
読み込んで補間演算を行うことにより前記三角波
または鋸歯状波信号の毎周期のスタート時から同
一時間経過後の前記被計測信号の振幅に比例した
データを求める演算回路とを備える構成にしたこ
とを特徴とする。
発光素子の光を偏光する偏光子と、この偏光子か
ら出た光の偏光面を被計測信号に応じて回転させ
る第１の光変調素子と、この第１の光変調素子か
ら出た光を２分岐する光学系と、三角波または鋸
歯状波信号を発生する信号発生器と、前記光学系
によつて分岐された一方の光の偏光面を前記信号
発生器からの三角波または鋸歯状波信号に応じて
回転させる第２の光変調素子と、前記光学系によ
つて分岐された他方の光の偏光面を前記信号発生
器からの三角波または鋸歯状波信号に応じて前記
第２の光変調素子と逆方向に回転させる第３の光
変調素子と、前記偏光子の偏光面と検光面とが平
行（または直角）になるように配置されて前記第
２および第３の光変調素子から出た光をそれぞれ
検光する第１および第２の検光子と、この第１お
よび第２の検光子を通過した光をそれぞれ受光す
る第１および第２の受光素子と、この第１および
第２の受光素子の出力ピークタイミング（または
零光タイミング）をそれぞれ検出する第１および
第２の検出回路と、前記三角波または鋸歯状波信
号の毎周期のスタート時にクロツクパルスのカウ
ントを開始し前記第１および第２の検出回路の出
力に応答してそれぞれカウントを停止する第１お
よび第２のカウンタと、この第１および第２のカ
ウンタのカウント停止後のカウント値をそれぞれ
読み込んで補間演算を行うことにより前記三角波
または鋸歯状波信号の毎周期のスタート時から同
一時間経過後の前記被計測信号の振幅に比例した
データを求める演算回路とを備える構成にしたこ
とを特徴とする。
作 用
この発明の光式計測装置は、直線偏光された光
の偏光面を第１の光変調素子によつて被計測信号
に応じて回転させ、第１の光変調素子から出た光
を光学系で２分岐し、２分岐された光の偏光面を
第２および第３の光変調素子によつて三角波また
は鋸歯状波信号に応じて互いに逆方向に回転さ
せ、第２および第３の光変調素子から出た光をそ
れぞれ第１および第２の受光素子で受けて第１お
よび第２の検出回路に加えることにより、被計測
信号による偏光面の回転角と三角波または鋸歯状
波信号による偏光面の回転角が一致するタイミン
グを検出し、三角波または鋸歯状波信号の毎周期
のスタート時から両回転角が一致するまでの時間
を第１および第２のカウンタによつてそれぞれ測
定し、両カウンタのカウント値（両回転角が一致
したときの回転角に比例した値となる）をもとに
して補間演算を行うことにより、三角波または鋸
歯状波信号の毎周期のスタート時から同一時間経
過後の被計測信号の振幅に比例したデータを求め
て出力するようにしたため、従来例のように高精
度かつ低雑音の機器を必要とせずに計測を行うこ
とができ、さらに三角波または鋸歯状波信号の毎
周期のスタート時から第１の光変調素子による回
転角と第２および第３の光変調素子による回転角
とが一致するまでの時間を計測して補間演算を行
うことにより被計測信号の波形データを得るよう
にしているため、発光素子の光量や光路の減衰量
の経時変化に全く影響を受けることがない。
の偏光面を第１の光変調素子によつて被計測信号
に応じて回転させ、第１の光変調素子から出た光
を光学系で２分岐し、２分岐された光の偏光面を
第２および第３の光変調素子によつて三角波また
は鋸歯状波信号に応じて互いに逆方向に回転さ
せ、第２および第３の光変調素子から出た光をそ
れぞれ第１および第２の受光素子で受けて第１お
よび第２の検出回路に加えることにより、被計測
信号による偏光面の回転角と三角波または鋸歯状
波信号による偏光面の回転角が一致するタイミン
グを検出し、三角波または鋸歯状波信号の毎周期
のスタート時から両回転角が一致するまでの時間
を第１および第２のカウンタによつてそれぞれ測
定し、両カウンタのカウント値（両回転角が一致
したときの回転角に比例した値となる）をもとに
して補間演算を行うことにより、三角波または鋸
歯状波信号の毎周期のスタート時から同一時間経
過後の被計測信号の振幅に比例したデータを求め
て出力するようにしたため、従来例のように高精
度かつ低雑音の機器を必要とせずに計測を行うこ
とができ、さらに三角波または鋸歯状波信号の毎
周期のスタート時から第１の光変調素子による回
転角と第２および第３の光変調素子による回転角
とが一致するまでの時間を計測して補間演算を行
うことにより被計測信号の波形データを得るよう
にしているため、発光素子の光量や光路の減衰量
の経時変化に全く影響を受けることがない。
また、被計測信号の波形データをデジタル値で
出力するようになつているため、マイクロプロセ
ツサなどによつて監視する場合にもＡ／Ｄ変換を
行うことなく直接入力データとして使用すること
ができる。
出力するようになつているため、マイクロプロセ
ツサなどによつて監視する場合にもＡ／Ｄ変換を
行うことなく直接入力データとして使用すること
ができる。
実施例
この発明の一実施例を第１図ないし第５図に基
づいて説明する。この光式電流計測装置は、第１
図に示すように、発光ダイオードまたはレーザー
ダイオードなどの発光素子１から発する光を偏光
子２を通して第１の光変調素子であるフアラデイ
素子３に入射し、このフアラデイ素子３から出た
光をハーフミラー１２Ａおよびミラー１２Ｂ（光
学系）により２分岐し、２分岐した光をそれぞれ
第２および第３の光変調素子であるフアラデイ素
子４Ａ，４Ｂに入射し、このフアラデイ素子４
Ａ，４Ｂから出た光をそれぞれ検光子（検光面が
偏光子２の偏光面と平行）５Ａ，５Ｂを通して
PINホトダイオードなどの受光素子６Ａ，６Ｂに
それぞれ入射させるように構成している。
づいて説明する。この光式電流計測装置は、第１
図に示すように、発光ダイオードまたはレーザー
ダイオードなどの発光素子１から発する光を偏光
子２を通して第１の光変調素子であるフアラデイ
素子３に入射し、このフアラデイ素子３から出た
光をハーフミラー１２Ａおよびミラー１２Ｂ（光
学系）により２分岐し、２分岐した光をそれぞれ
第２および第３の光変調素子であるフアラデイ素
子４Ａ，４Ｂに入射し、このフアラデイ素子４
Ａ，４Ｂから出た光をそれぞれ検光子（検光面が
偏光子２の偏光面と平行）５Ａ，５Ｂを通して
PINホトダイオードなどの受光素子６Ａ，６Ｂに
それぞれ入射させるように構成している。
フアラデイ素子３は検出すべき商用周波の電流
Ｉ（被計測信号）が流れる導体７に近接配置し、
フアラデイ素子４Ａ，４Ｂにはコイル８Ａ，８Ｂ
を互いに逆巻に巻装してあり、このコイル８Ａ，
８Ｂに鋸歯状波信号発生器１２から出力される鋸
歯状波信号をそれぞれ加えるようになつている。
被計測信号の１周期で12点のサンプリングを行う
場合は、鋸歯状波信号の周期は被計測信号の1/12
に設定される。
Ｉ（被計測信号）が流れる導体７に近接配置し、
フアラデイ素子４Ａ，４Ｂにはコイル８Ａ，８Ｂ
を互いに逆巻に巻装してあり、このコイル８Ａ，
８Ｂに鋸歯状波信号発生器１２から出力される鋸
歯状波信号をそれぞれ加えるようになつている。
被計測信号の１周期で12点のサンプリングを行う
場合は、鋸歯状波信号の周期は被計測信号の1/12
に設定される。
また、受光素子６Ａ，６Ｂの出力はピーク検出
回路１３Ａ，１３Ｂに加えられ、ここでピークタ
イミングがそれぞれ検出され、演算回路１４にそ
れぞれ入力される。
回路１３Ａ，１３Ｂに加えられ、ここでピークタ
イミングがそれぞれ検出され、演算回路１４にそ
れぞれ入力される。
演算回路１４は、発振器１６からのクロツクパ
ルスに基づいて鋸歯状波信号発生器１２にスター
ト指令を与えるとともに、このスタート指令と同
じタイミングでクロツクパルスをカウントするカ
ウンタ１５Ａ，１５Ｂをスタートさせ、前記した
ピーク検出回路１３Ａ，１３Ｂからのピーク検出
パルスが入力されたときにカウンタ１５Ａ，１５
Ｂのカウント動作をそれぞれ停止させ、このカウ
ンタ１５Ａ，１５Ｂのカウント停止後のカウント
値をそれぞれ読み込んで演算処理することによ
り、被計測信号の例えば、30度毎の振幅データを
出力するようになつている。
ルスに基づいて鋸歯状波信号発生器１２にスター
ト指令を与えるとともに、このスタート指令と同
じタイミングでクロツクパルスをカウントするカ
ウンタ１５Ａ，１５Ｂをスタートさせ、前記した
ピーク検出回路１３Ａ，１３Ｂからのピーク検出
パルスが入力されたときにカウンタ１５Ａ，１５
Ｂのカウント動作をそれぞれ停止させ、このカウ
ンタ１５Ａ，１５Ｂのカウント停止後のカウント
値をそれぞれ読み込んで演算処理することによ
り、被計測信号の例えば、30度毎の振幅データを
出力するようになつている。
より詳しく説明すると、この光式電流計測装置
は、発光素子１から出た光を偏光子２によつて直
線偏光し、偏光された光をフアラデイ素子３に通
すと、このフアラデイ素子３は被計測信号に応じ
て偏光面を第２図Ａの実線L1のように回転させ
る。
は、発光素子１から出た光を偏光子２によつて直
線偏光し、偏光された光をフアラデイ素子３に通
すと、このフアラデイ素子３は被計測信号に応じ
て偏光面を第２図Ａの実線L1のように回転させ
る。
つぎに、フアラデイ素子３から出た光はフアラ
デイ素子４Ａ，４Ｂに入射するが、このフアラデ
イ素子４Ａ，４Ｂは鋸歯状波信号が加えられてい
るため、フアラデイ素子４Ａ，４Ｂ中で光は第２
図の実線L2、破線L3で示すように偏光面の回転
角が互いに逆方向に変化することになる。この場
合、偏光子２の偏光面と検光子５Ａ，５Ｂの検光
面とが平行になつているため、被計測信号による
偏光面の回転角および鋸歯状波信号による偏光面
の回転角の合成回転角と検光子５Ａ，５Ｂを通過
する光量との間に第３図に示すような関係（１＋
cos2θ）があり、合成回転角が０度のときに最大
となり、±90度のときに零となる。したがつて、
上記の合成回転角は、±90度の範囲内におさめる
必要がある。
デイ素子４Ａ，４Ｂに入射するが、このフアラデ
イ素子４Ａ，４Ｂは鋸歯状波信号が加えられてい
るため、フアラデイ素子４Ａ，４Ｂ中で光は第２
図の実線L2、破線L3で示すように偏光面の回転
角が互いに逆方向に変化することになる。この場
合、偏光子２の偏光面と検光子５Ａ，５Ｂの検光
面とが平行になつているため、被計測信号による
偏光面の回転角および鋸歯状波信号による偏光面
の回転角の合成回転角と検光子５Ａ，５Ｂを通過
する光量との間に第３図に示すような関係（１＋
cos2θ）があり、合成回転角が０度のときに最大
となり、±90度のときに零となる。したがつて、
上記の合成回転角は、±90度の範囲内におさめる
必要がある。
今、被計測信号による偏光面の回転に対して鋸
歯状波信号による偏光面の回転方向を逆方向とな
るように設定しておけば、フアラデイ素子４Ａ，
４Ｂから出た光を検光子５Ａ，５Ｂを通して受け
る受光素子６Ａ，６Ｂの出力は、第２図の実線
L1で示す被計測信号による回転角と第２図の実
線L2および破線L3で示す鋸歯状波信号による回
転角とが一致したタイミングでそれぞれピークを
生じる波形となる。
歯状波信号による偏光面の回転方向を逆方向とな
るように設定しておけば、フアラデイ素子４Ａ，
４Ｂから出た光を検光子５Ａ，５Ｂを通して受け
る受光素子６Ａ，６Ｂの出力は、第２図の実線
L1で示す被計測信号による回転角と第２図の実
線L2および破線L3で示す鋸歯状波信号による回
転角とが一致したタイミングでそれぞれピークを
生じる波形となる。
上記受光素子６Ａ，６Ｂの出力のピークタイミ
ングをピーク検出回路１３Ａ，１３Ｂで求め、こ
のピーク検出回路１３Ａ，１３Ｂから出力される
ピーク検出パルスを演算回路１４に入力する。
ングをピーク検出回路１３Ａ，１３Ｂで求め、こ
のピーク検出回路１３Ａ，１３Ｂから出力される
ピーク検出パルスを演算回路１４に入力する。
演算回路１４は、発振器１６から例えば600K
Hzのクロツクパルスを入力し、鋸歯状波信号発生
回路１６にスタート指令を与えるタイミングと同
じタイミングで第４図Ａに示すカウント開始パル
スをカウンタ１５Ａに与え、第４図Ｂのようにカ
ウンタ１５Ａのクロツクパルスのカウント動作を
開始させ、ピーク検出回路１３Ａからピーク検出
パルスが入力された時に第４図Ｃに示すカウント
停止パルスをカウンタ１５Ａに与えてカウンタ１
５Ａのカウント動作を停止させ、この後第４図の
Ｄの読み込みパルスよつてカウンタ１５Ａの内容
を読み込み、またカウンタ１５Ｂについても同様
にカウント開始パルスによつてカウントを開始さ
せ、ピーク検出回路からのピーク検出パルスによ
つてカウントを停止させ、カウンタ１５Ｂの内容
を読み込み、カウンタ１５Ａ，１５Ｂの内容をも
とにして所定の補間演算を行い、第４図Ｅのパル
スによつて演算結果を出力レジスタにセツトし、
この後第４図Ｆのリセツトパルスによりカウンタ
１５Ａ，１５Ｂをリセツトする。
Hzのクロツクパルスを入力し、鋸歯状波信号発生
回路１６にスタート指令を与えるタイミングと同
じタイミングで第４図Ａに示すカウント開始パル
スをカウンタ１５Ａに与え、第４図Ｂのようにカ
ウンタ１５Ａのクロツクパルスのカウント動作を
開始させ、ピーク検出回路１３Ａからピーク検出
パルスが入力された時に第４図Ｃに示すカウント
停止パルスをカウンタ１５Ａに与えてカウンタ１
５Ａのカウント動作を停止させ、この後第４図の
Ｄの読み込みパルスよつてカウンタ１５Ａの内容
を読み込み、またカウンタ１５Ｂについても同様
にカウント開始パルスによつてカウントを開始さ
せ、ピーク検出回路からのピーク検出パルスによ
つてカウントを停止させ、カウンタ１５Ｂの内容
を読み込み、カウンタ１５Ａ，１５Ｂの内容をも
とにして所定の補間演算を行い、第４図Ｅのパル
スによつて演算結果を出力レジスタにセツトし、
この後第４図Ｆのリセツトパルスによりカウンタ
１５Ａ，１５Ｂをリセツトする。
上記したように、カウンタ１５Ａ，１５Ｂによ
つて、鋸歯状波信号の毎周期のスタート時から被
計測信号による偏光面の回転角と鋸歯状波信号に
よる偏光面の回転角とが一致する時（ピークタイ
ミング）までの期間クロツクパルスをカウントす
れば、その最終カウント値は鋸歯状波信号のスタ
ート時から被計測信号による偏光面の回転角と鋸
歯状波信号による偏光面の回転角が一致するまで
の時間がわかり、これに比例定数を掛ければ両偏
光面の回転角が一致したときの被計測信号による
偏光面の回転角を求めることができ、この回転角
は被計測信号に比例することになる。
つて、鋸歯状波信号の毎周期のスタート時から被
計測信号による偏光面の回転角と鋸歯状波信号に
よる偏光面の回転角とが一致する時（ピークタイ
ミング）までの期間クロツクパルスをカウントす
れば、その最終カウント値は鋸歯状波信号のスタ
ート時から被計測信号による偏光面の回転角と鋸
歯状波信号による偏光面の回転角が一致するまで
の時間がわかり、これに比例定数を掛ければ両偏
光面の回転角が一致したときの被計測信号による
偏光面の回転角を求めることができ、この回転角
は被計測信号に比例することになる。
しかしながら、このようにして被計測信号の波
形データをデジタル的に求めた場合、被計測信号
による偏光面の回転角と鋸歯状波信号による偏光
面の回転角とが一致するタイミングが被計測信号
の振幅によつて異なり、各波形データの計測タイ
ミングがまちまちでデータとしては意味のないも
のである。
形データをデジタル的に求めた場合、被計測信号
による偏光面の回転角と鋸歯状波信号による偏光
面の回転角とが一致するタイミングが被計測信号
の振幅によつて異なり、各波形データの計測タイ
ミングがまちまちでデータとしては意味のないも
のである。
このデータを被計測信号の波形データとして有
意なものとするために、演算回路１４において、
２個のカウンタ１５Ａ，１５Ｂのカウント値をも
とにして補間演算を行うことにより一定時間毎の
波形データ、すなわち鋸歯状波信号の毎周期のス
タート時から同一時間経過後における波形データ
に変換するようにしている。
意なものとするために、演算回路１４において、
２個のカウンタ１５Ａ，１５Ｂのカウント値をも
とにして補間演算を行うことにより一定時間毎の
波形データ、すなわち鋸歯状波信号の毎周期のス
タート時から同一時間経過後における波形データ
に変換するようにしている。
上記補間演算について第５図を参照して説明す
る。第５図において、M1，M2はそれぞれ鋸歯状
波信号であり、N1，N2はそれぞれ被計測信号で
ある。
る。第５図において、M1，M2はそれぞれ鋸歯状
波信号であり、N1，N2はそれぞれ被計測信号で
ある。
Ａ点とＵ点の間隔UAは鋸歯状波の勾配をｉと
すれば、 UA＝ai ……(1) また、Ｂ点とＶ点の間隔VBは VB＝V′B′＝（1000−ｂ）ｉ ……(2) となる。したがつて、Ｅ点とＷ点の間隔WEは WE＝V′B′＋DE ……(3) であり、間隔DEは DE＝（BD／BC）×AC ……(4) である。また、間隔AC、BD、BCはそれぞれ AC＝｛ａ−（1000−ｂ）｝ｉ ……(5) BD＝（500−ｂ） ……(6) BC＝ａ−ｂ ……(7) である。第(5)、(6)、(7)式を第(4)式に代入すれば、 DE＝（ａ＋ｂ−1000）ｉ×（500−ｂ）／ａ−ｂ……(
8) となる。第(8)、(2)式を第(3)式に代入すれば、 WE＝（1000−ｂ）ｉ ＋（ａ＋ｂ−1000）×（500−ｂ）／ａ−ｂ ……(9) となり、演算回路１４はカウンタ１５Ａ，１５Ｂ
のカウント値をもとに第(9)式の演算を行い、鋸歯
状波信号の１周期の中間点における被計測信号の
波形データを求めることになる。
すれば、 UA＝ai ……(1) また、Ｂ点とＶ点の間隔VBは VB＝V′B′＝（1000−ｂ）ｉ ……(2) となる。したがつて、Ｅ点とＷ点の間隔WEは WE＝V′B′＋DE ……(3) であり、間隔DEは DE＝（BD／BC）×AC ……(4) である。また、間隔AC、BD、BCはそれぞれ AC＝｛ａ−（1000−ｂ）｝ｉ ……(5) BD＝（500−ｂ） ……(6) BC＝ａ−ｂ ……(7) である。第(5)、(6)、(7)式を第(4)式に代入すれば、 DE＝（ａ＋ｂ−1000）ｉ×（500−ｂ）／ａ−ｂ……(
8) となる。第(8)、(2)式を第(3)式に代入すれば、 WE＝（1000−ｂ）ｉ ＋（ａ＋ｂ−1000）×（500−ｂ）／ａ−ｂ ……(9) となり、演算回路１４はカウンタ１５Ａ，１５Ｂ
のカウント値をもとに第(9)式の演算を行い、鋸歯
状波信号の１周期の中間点における被計測信号の
波形データを求めることになる。
例として、被計測信号N1において、ａ＝800、
ｂ＝300とすると、 WE＝（1000−300）ｉ ＋（800＋300−1000）×500−300／800−300ｉ＝740i となる。また、被計測信号N2において、ａ＝
300、ｂ＝800とすると、 WE＝（1000−800）ｉ＋（300＋800−1000） ×500−800／300−800ｉ＝260i となる。
ｂ＝300とすると、 WE＝（1000−300）ｉ ＋（800＋300−1000）×500−300／800−300ｉ＝740i となる。また、被計測信号N2において、ａ＝
300、ｂ＝800とすると、 WE＝（1000−800）ｉ＋（300＋800−1000） ×500−800／300−800ｉ＝260i となる。
実際には、被計測信号（sinwave）と折線近似
誤差を生じるので、鋸歯状波信号のPeak−Peak
に対し、被計測信号のPeak−Peakを1/2に選定
する。
誤差を生じるので、鋸歯状波信号のPeak−Peak
に対し、被計測信号のPeak−Peakを1/2に選定
する。
なお、上記実施例では鋸歯状波信号を用いた
が、三角波信号でもよい。
が、三角波信号でもよい。
また、上記実施例では、フアラデイ素子３を用
いて電流を計測するようにしたが、ポツケルス素
子（電気光学効果素子）を使用すれば、電圧を計
測することができる。また、フアラデイ素子４
Ａ，４Ｂによつて変調を行うようにしたが、ポツ
ケルス素子を用いて変調を行うこともできる。
いて電流を計測するようにしたが、ポツケルス素
子（電気光学効果素子）を使用すれば、電圧を計
測することができる。また、フアラデイ素子４
Ａ，４Ｂによつて変調を行うようにしたが、ポツ
ケルス素子を用いて変調を行うこともできる。
さらに、検光子の検光面を偏光子の偏光面と直
交させるようにしてもよい。ただし、この場合、
ピーク検出回路１３に代えて、受光素子出力の零
光タイミングを検出する零光検出回路を用いる必
要がある。
交させるようにしてもよい。ただし、この場合、
ピーク検出回路１３に代えて、受光素子出力の零
光タイミングを検出する零光検出回路を用いる必
要がある。
また、キヤリアとして、正弦波を用いて位相変
調を行うことによつて電流または電圧を計測する
こともできる。この場合の受光素子出力Ｑは、
Ｘ、Ｙを定数、ωcを搬送波周波数、ωsを信号波
数とすれば、 Ｑ＝Xcos（sinωcｔ−Ysinωsｔ） で表わされることになる。
調を行うことによつて電流または電圧を計測する
こともできる。この場合の受光素子出力Ｑは、
Ｘ、Ｙを定数、ωcを搬送波周波数、ωsを信号波
数とすれば、 Ｑ＝Xcos（sinωcｔ−Ysinωsｔ） で表わされることになる。
発明の効果
この光式計測装置は、直線偏光された光の偏光
面を第１の光変調素子によつて被計測信号に応じ
て回転させ、第１の光変調素子から出た光を光学
系で２分岐し、２分岐された光の偏光面を第２お
よび第３の光変調素子によつて三角波または鋸歯
状波信号に応じて互いに逆方向に回転させ、第２
および第３の光変調素子から出た光をそれぞれ第
１および第２の受光素子で受けて第１および第２
の検出回路に加えることにより、被計測信号によ
る偏光面の回転角と三角波または鋸歯状波信号よ
る偏光面の回転角が一致するタイミングを検出
し、三角波または鋸歯状波信号の毎周期のスター
ト時から両回転角が一致するまでの時間を第１お
よび第２のカウンタによつてそれぞれ測定し、両
カウンタのカウント値（両回転角が一致したとき
の回転角に比例した値となる）をもとにして補間
演算を行うことにより、三角波または鋸歯状波信
号毎周期のスタート時から同一時間経過後の被計
測信号の振幅に比例したデータを求めて出力する
ようにしたため、従来例のように高精度かつ低雑
音の機器を必要とせずに計測を行うことができ、
さらに三角波または鋸歯状波信号の毎周期スター
ト時から第１の光変調素子による回転角と第２お
よび第３の光変調素子による回転角とが一致する
までの時間を計測して補間演算を行うことにより
被計測信号の波形データを得るようにしているた
め、発光素子の光量や光路の減衰量の経時変化に
全く影響を受けることがない。
面を第１の光変調素子によつて被計測信号に応じ
て回転させ、第１の光変調素子から出た光を光学
系で２分岐し、２分岐された光の偏光面を第２お
よび第３の光変調素子によつて三角波または鋸歯
状波信号に応じて互いに逆方向に回転させ、第２
および第３の光変調素子から出た光をそれぞれ第
１および第２の受光素子で受けて第１および第２
の検出回路に加えることにより、被計測信号によ
る偏光面の回転角と三角波または鋸歯状波信号よ
る偏光面の回転角が一致するタイミングを検出
し、三角波または鋸歯状波信号の毎周期のスター
ト時から両回転角が一致するまでの時間を第１お
よび第２のカウンタによつてそれぞれ測定し、両
カウンタのカウント値（両回転角が一致したとき
の回転角に比例した値となる）をもとにして補間
演算を行うことにより、三角波または鋸歯状波信
号毎周期のスタート時から同一時間経過後の被計
測信号の振幅に比例したデータを求めて出力する
ようにしたため、従来例のように高精度かつ低雑
音の機器を必要とせずに計測を行うことができ、
さらに三角波または鋸歯状波信号の毎周期スター
ト時から第１の光変調素子による回転角と第２お
よび第３の光変調素子による回転角とが一致する
までの時間を計測して補間演算を行うことにより
被計測信号の波形データを得るようにしているた
め、発光素子の光量や光路の減衰量の経時変化に
全く影響を受けることがない。
また、被計測信号の波形データをデジタル値で
出力するようになつているため、マイクロプロセ
ツサなどによつて監視する場合にもＡ／Ｄ変換を
行うことなく直接入力データとして使用すること
ができる。
出力するようになつているため、マイクロプロセ
ツサなどによつて監視する場合にもＡ／Ｄ変換を
行うことなく直接入力データとして使用すること
ができる。
第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図、第２図は動作説明図、第３図は検波原理の説
明図、第４図は第１図の各部のタイミング図、第
５図は補間演算の説明図、第６図は従来例のブロ
ツク図である。 １……発光素子、２……偏光子、３……フアラ
デイ素子（第１の光変調素子）、４Ａ，４Ｂ……
フアラデイ素子（第２および第３の光変調素子）、
５Ａ，５Ｂ……検光子、６Ａ，６Ｂ……受光素
子、１３Ａ，１３Ｂ……ピーク検出回路、１４…
…演算回路、１５Ａ，１５Ｂ……カウンタ、１２
……鋸歯状波信号発生器（信号発生器）。
図、第２図は動作説明図、第３図は検波原理の説
明図、第４図は第１図の各部のタイミング図、第
５図は補間演算の説明図、第６図は従来例のブロ
ツク図である。 １……発光素子、２……偏光子、３……フアラ
デイ素子（第１の光変調素子）、４Ａ，４Ｂ……
フアラデイ素子（第２および第３の光変調素子）、
５Ａ，５Ｂ……検光子、６Ａ，６Ｂ……受光素
子、１３Ａ，１３Ｂ……ピーク検出回路、１４…
…演算回路、１５Ａ，１５Ｂ……カウンタ、１２
……鋸歯状波信号発生器（信号発生器）。
Claims (1)
- １ 発光素子と、この発光素子の光を偏光する偏
光子と、この偏光子から出た光の偏光面を被計測
信号に応じて回転させる第１の光変調素子と、こ
の第１の光変調素子から出た光を２分岐する光学
系と、三角波または鋸歯状波信号を発生する信号
発生器と、前記光学系によつて分岐された一方の
光の偏光面を前記信号発生器からの三角波または
鋸歯状波信号に応じて回転させる第２の光変調素
子と、前記光学系によつて分岐された他方の光の
偏光面を前記信号発生器からの三角波または鋸波
状波信号に応じて前記第２の光変調素子と逆方向
に回転させる第３の光変調素子と、前記偏光子の
偏光面と検光面とが平行（または直角）になるよ
うに配置されて前記第２および第３の光変調素子
から出た光をそれぞれ検光する第１および第２の
検光子と、この第１および第２の検光子を通過し
た光をそれぞれ受光する第１および第２の受光素
子と、この第１および第２の受光素子の出力のピ
ークタイミング（または零光タイミング）をそれ
ぞれ検出する第１および第２の検出回路と、前記
三角波または鋸歯状波信号の毎周期のスタート時
にクロツクパルスのカウントを開始し前記第１お
よび第２の検出回路の出力に応答してそれぞれカ
ウントを停止する第１および第２のカウンタと、
この第１および第２のカウンタのカウント停止後
のカウント値をそれぞれ読み込んで補間演算を行
うことにより前記三角波または鋸歯状波信号の毎
周期のスタート時から同一時間経過後の前記被計
測信号の振幅に比例したデータを求める演算回路
とを備えた光式計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60244987A JPS62105067A (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 光式計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60244987A JPS62105067A (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 光式計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62105067A JPS62105067A (ja) | 1987-05-15 |
| JPH0462355B2 true JPH0462355B2 (ja) | 1992-10-06 |
Family
ID=17126894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60244987A Granted JPS62105067A (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 光式計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62105067A (ja) |
-
1985
- 1985-10-31 JP JP60244987A patent/JPS62105067A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62105067A (ja) | 1987-05-15 |
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