JPH10132864A - 光電圧センサ - Google Patents
光電圧センサInfo
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- JPH10132864A JPH10132864A JP8307313A JP30731396A JPH10132864A JP H10132864 A JPH10132864 A JP H10132864A JP 8307313 A JP8307313 A JP 8307313A JP 30731396 A JP30731396 A JP 30731396A JP H10132864 A JPH10132864 A JP H10132864A
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- voltage sensor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 分圧コンデンサを必要としない構成で直線性
や耐圧を損なわずに高電圧を直接に測定することができ
る安価な光電圧センサを提供する。 【解決手段】 ポッケルス効果を利用して電圧の変化を
光量の変化として検出する光電圧センサであって、光を
透過させるポッケルス素子として用いられる結晶部材
と、上記結晶部材に印加電圧を加えるための電極と、上
記結晶部材により形成される第１の静電容量とは別の第
２の静電容量を形成するために上記電極間に形成された
誘電部材とを具備する構成となっている。
や耐圧を損なわずに高電圧を直接に測定することができ
る安価な光電圧センサを提供する。 【解決手段】 ポッケルス効果を利用して電圧の変化を
光量の変化として検出する光電圧センサであって、光を
透過させるポッケルス素子として用いられる結晶部材
と、上記結晶部材に印加電圧を加えるための電極と、上
記結晶部材により形成される第１の静電容量とは別の第
２の静電容量を形成するために上記電極間に形成された
誘電部材とを具備する構成となっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ技術を
利用して電圧を検出する光電圧センサに関し、特に、分
圧コンデンサを必要としない構成で直線性や耐圧を損な
わずに高電圧を直接に測定することができる安価な光電
圧センサに関する。
利用して電圧を検出する光電圧センサに関し、特に、分
圧コンデンサを必要としない構成で直線性や耐圧を損な
わずに高電圧を直接に測定することができる安価な光電
圧センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、光ファイバ技術を利用したセン
サとしてポッケルス効果を利用した光電圧センサが知ら
れている。図５は、従来の光電圧センサの概略構成を示
す図である。図５に示す様に、この光電圧センサは、第
１の光ファイバ１に接続された偏光子２と、第２の光フ
ァイバ３に接続された検光子４と、上記偏光子２と検光
子４との間に配設された１／４波長板５およびＢＳＯ
（Ｂｉ12ＳｉＯ20）ポッケルス素子６とを有している。
そして、上記ＢＳＯポッケルス素子６は、ＢＳＯ（Ｂｉ
12ＳｉＯ20）単結晶７の両面に透明電極膜８、９を設
け、その透明電極膜８、９間に電圧を印加する様になっ
ている。上記従来の光電圧センサにおいて、上記偏光子
２は、上記第１の光ファイバ１を通って来た光を直線偏
光に変え、上記１／４波長板５はπ／４の位相差を与
え、直線偏光を円偏光に変換する。そして、上記ＢＳＯ
単結晶７の両面に設けた透明電極膜８、９間に電圧を加
えると、上記ＢＳＯ単結晶７の二軸＜０１１＞と＜０１
１＞との間に屈折率差が発生し、入射した円偏光が楕円
偏光に変わる。この屈折率差が電界によってリニアに変
わる現象がいわゆるポッケルス効果であり、楕円偏光に
変換された光が上記検光子４を通過すると無電圧（円偏
光）の時に比べて透過光の強度が変化する。すなわち、
上記電極８、９間に加えた電圧によって透過光の強さを
振幅変調することになる。従って、電圧の変化を光量の
変化として得ることができる。上記振幅変調の原理を示
すと図６の様になる。ここで、入力電圧が交流の場合、
直流光Ｐｄｃに交流分Ｐａｃが重畳することになる。こ
の振幅変調の特性は下記の（１）〜（４）式で表わせ
る。 Ｐ＝Ｐｏ（１÷ｍ） （１） ｍ＝π・Ｖ／Ｖπ・ｆ（Ｖ） （２） ｆ（Ｖ）＝［ｓｉｎ｛Ｇ（Ｖ）｝］／Ｇ（Ｖ） （３） Ｇ（Ｖ）＝√（πＶ／Ｖπ）2 ÷（２θ0 ｄ）2 （４） ここで、ＶはＢＳＯ単結晶に加えた電圧、Ｖπは半波長
電圧と言われる材料固有の定数、θ0 は自然旋光能であ
る。０．８７μｍの波長をＢＳＯ単結晶に適用した場合
はＶπは６８００Ｖそしてθ0 は１０．５°／ｍｍとな
る。
サとしてポッケルス効果を利用した光電圧センサが知ら
れている。図５は、従来の光電圧センサの概略構成を示
す図である。図５に示す様に、この光電圧センサは、第
１の光ファイバ１に接続された偏光子２と、第２の光フ
ァイバ３に接続された検光子４と、上記偏光子２と検光
子４との間に配設された１／４波長板５およびＢＳＯ
（Ｂｉ12ＳｉＯ20）ポッケルス素子６とを有している。
そして、上記ＢＳＯポッケルス素子６は、ＢＳＯ（Ｂｉ
12ＳｉＯ20）単結晶７の両面に透明電極膜８、９を設
け、その透明電極膜８、９間に電圧を印加する様になっ
ている。上記従来の光電圧センサにおいて、上記偏光子
２は、上記第１の光ファイバ１を通って来た光を直線偏
光に変え、上記１／４波長板５はπ／４の位相差を与
え、直線偏光を円偏光に変換する。そして、上記ＢＳＯ
単結晶７の両面に設けた透明電極膜８、９間に電圧を加
えると、上記ＢＳＯ単結晶７の二軸＜０１１＞と＜０１
１＞との間に屈折率差が発生し、入射した円偏光が楕円
偏光に変わる。この屈折率差が電界によってリニアに変
わる現象がいわゆるポッケルス効果であり、楕円偏光に
変換された光が上記検光子４を通過すると無電圧（円偏
光）の時に比べて透過光の強度が変化する。すなわち、
上記電極８、９間に加えた電圧によって透過光の強さを
振幅変調することになる。従って、電圧の変化を光量の
変化として得ることができる。上記振幅変調の原理を示
すと図６の様になる。ここで、入力電圧が交流の場合、
直流光Ｐｄｃに交流分Ｐａｃが重畳することになる。こ
の振幅変調の特性は下記の（１）〜（４）式で表わせ
る。 Ｐ＝Ｐｏ（１÷ｍ） （１） ｍ＝π・Ｖ／Ｖπ・ｆ（Ｖ） （２） ｆ（Ｖ）＝［ｓｉｎ｛Ｇ（Ｖ）｝］／Ｇ（Ｖ） （３） Ｇ（Ｖ）＝√（πＶ／Ｖπ）2 ÷（２θ0 ｄ）2 （４） ここで、ＶはＢＳＯ単結晶に加えた電圧、Ｖπは半波長
電圧と言われる材料固有の定数、θ0 は自然旋光能であ
る。０．８７μｍの波長をＢＳＯ単結晶に適用した場合
はＶπは６８００Ｖそしてθ0 は１０．５°／ｍｍとな
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように光
電圧センサは光学部品と光ファイバにより電圧を検出す
るため絶縁性に優れているが、下記の理由により、高電
圧、例えば６．６ＫＶ高圧配電線の電圧を直接計ること
はできなかった。 （１）電圧が高すぎてセンサの直線性が悪くなる。 （２）センサ内のＢＳＯ単結晶７の表面の透明電極８、
９間で耐圧が取れず放電してしまう。 上記（１）の直線性の問題について述べると、電圧を計
測するポッケルス素子としては一般的にＢｉ12ＳｉＯ20
単結晶、Ｂｉ12ＧｅＯ20単結晶、ＬｉＮｂＯ3単結晶が
多く用いられているが、これらは高電圧を計測する用途
では結晶の半波長電圧が低い（Ｂｉ12ＳｉＯ20の波長８
７０ｎｍで半波長電圧＝６８００（Ｖ））ため、６．６
ＫＶ高圧配電線の電圧計測では電圧の計測出力の直線性
が悪くなる。即ち、上記図６の原理を示したグラフから
明らかな様に、センサ入力電圧に比例して透過光強度は
ｓｉｎ曲線上で示されるので、入力電圧が大きくなると
出力の直線性が悪くなり波形歪みが生じる。また、上記
（２）の耐圧の問題について述べると、図８に示す様
に、光センサ内のＢＳＯ単結晶７の表面には透明電極膜
８、９を作るが、印加電圧が高い場合、その電極膜８、
９間で放電してしまう。そこで、図７に示す様に、光電
圧センサ入力を分圧コンデンサＣ1 、Ｃ2 で分圧して入
力電圧を低くすることにより十分な耐圧を実現する方法
が一般的に用いられている。
電圧センサは光学部品と光ファイバにより電圧を検出す
るため絶縁性に優れているが、下記の理由により、高電
圧、例えば６．６ＫＶ高圧配電線の電圧を直接計ること
はできなかった。 （１）電圧が高すぎてセンサの直線性が悪くなる。 （２）センサ内のＢＳＯ単結晶７の表面の透明電極８、
９間で耐圧が取れず放電してしまう。 上記（１）の直線性の問題について述べると、電圧を計
測するポッケルス素子としては一般的にＢｉ12ＳｉＯ20
単結晶、Ｂｉ12ＧｅＯ20単結晶、ＬｉＮｂＯ3単結晶が
多く用いられているが、これらは高電圧を計測する用途
では結晶の半波長電圧が低い（Ｂｉ12ＳｉＯ20の波長８
７０ｎｍで半波長電圧＝６８００（Ｖ））ため、６．６
ＫＶ高圧配電線の電圧計測では電圧の計測出力の直線性
が悪くなる。即ち、上記図６の原理を示したグラフから
明らかな様に、センサ入力電圧に比例して透過光強度は
ｓｉｎ曲線上で示されるので、入力電圧が大きくなると
出力の直線性が悪くなり波形歪みが生じる。また、上記
（２）の耐圧の問題について述べると、図８に示す様
に、光センサ内のＢＳＯ単結晶７の表面には透明電極膜
８、９を作るが、印加電圧が高い場合、その電極膜８、
９間で放電してしまう。そこで、図７に示す様に、光電
圧センサ入力を分圧コンデンサＣ1 、Ｃ2 で分圧して入
力電圧を低くすることにより十分な耐圧を実現する方法
が一般的に用いられている。
【０００４】図７において、光センサ入力電圧Ｖ2 は下
記（５）式にて表わされる。 （光センサ入力電圧）Ｖ2 ＝｛Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）｝×Ｖ1 （５） ここで、Ｖ1 ：配電線線路電圧 Ｖ2 ：光電圧センサ入力電圧 Ｃ1 ：分圧コンデンサ容量（高圧側） Ｃ2 ：分圧コンデンサ容量（低圧側） 以上の様に、直線性および耐圧の問題の解決策として従
来では分圧コンデンサを使用しているが、高圧側分圧コ
ンデンサは非常に高い耐電圧を必要とするため（電イン
パルス電圧に耐える必要がある。電インパルス電圧（電
線〜対地間）６０ＫＶ程度）、温度特性が良いコンデン
サを作るのが困難となっていた。すなわち、高耐圧のコ
ンデンサは一般的にセラミックでできているが温度特性
が悪く、容量の安定度が悪い。また、高い耐圧のフィル
ム系コンデンサの直列接続による構成も考えられるが、
とても大きいものとなり現実的でない。また、コンデン
サの価格も高価であった。本発明は、上記事情に鑑みて
なされたものであって、分圧コンデンサを必要としない
構成で直線性や耐圧を損なわずに高電圧を直接に測定す
ることができる安価な光電圧センサを提供することを目
的とする。
記（５）式にて表わされる。 （光センサ入力電圧）Ｖ2 ＝｛Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）｝×Ｖ1 （５） ここで、Ｖ1 ：配電線線路電圧 Ｖ2 ：光電圧センサ入力電圧 Ｃ1 ：分圧コンデンサ容量（高圧側） Ｃ2 ：分圧コンデンサ容量（低圧側） 以上の様に、直線性および耐圧の問題の解決策として従
来では分圧コンデンサを使用しているが、高圧側分圧コ
ンデンサは非常に高い耐電圧を必要とするため（電イン
パルス電圧に耐える必要がある。電インパルス電圧（電
線〜対地間）６０ＫＶ程度）、温度特性が良いコンデン
サを作るのが困難となっていた。すなわち、高耐圧のコ
ンデンサは一般的にセラミックでできているが温度特性
が悪く、容量の安定度が悪い。また、高い耐圧のフィル
ム系コンデンサの直列接続による構成も考えられるが、
とても大きいものとなり現実的でない。また、コンデン
サの価格も高価であった。本発明は、上記事情に鑑みて
なされたものであって、分圧コンデンサを必要としない
構成で直線性や耐圧を損なわずに高電圧を直接に測定す
ることができる安価な光電圧センサを提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ポッケルス効果を利用して電圧の変化を
光量の変化として検出する光電圧センサにおいて、光を
透過させるポッケルス素子として用いられる結晶部材
と、上記結晶部材に印加電圧を加えるための電極と、上
記結晶部材により形成される第１の静電容量とは別の第
２の静電容量を形成するために上記電極間に形成された
誘電部材とを具備することを特徴とする。本発明の他の
特徴は、上記誘電部材が所定幅の空間から成ることであ
る。本発明の他の特徴は、上記誘電部材が、所定幅のガ
ラス部材から成ることである。本発明の他の特徴は、上
記第２の静電容量の値が上記第１の静電容量の値より大
きいことである。本発明の他の特徴は、上記結晶部材
が、Ｂｉ12ＳｉＯ20（ＢＳＯ）単結晶から成ることであ
る。
め、本発明は、ポッケルス効果を利用して電圧の変化を
光量の変化として検出する光電圧センサにおいて、光を
透過させるポッケルス素子として用いられる結晶部材
と、上記結晶部材に印加電圧を加えるための電極と、上
記結晶部材により形成される第１の静電容量とは別の第
２の静電容量を形成するために上記電極間に形成された
誘電部材とを具備することを特徴とする。本発明の他の
特徴は、上記誘電部材が所定幅の空間から成ることであ
る。本発明の他の特徴は、上記誘電部材が、所定幅のガ
ラス部材から成ることである。本発明の他の特徴は、上
記第２の静電容量の値が上記第１の静電容量の値より大
きいことである。本発明の他の特徴は、上記結晶部材
が、Ｂｉ12ＳｉＯ20（ＢＳＯ）単結晶から成ることであ
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した実施形態
に基づいて説明する。図１は、本発明による光電圧セン
サの一実施形態を示す構成図である。図１に示す様に、
この光電圧センサは、第１の光ファイバ１に接続された
第１の集光レンズ１０と、第２の光ファイバ３に接続さ
れた第２の集光レンズ１１と、上記第１の集光レンズ１
０からの光を入射する位置に配設された第１の偏光ビー
ムスプリッタ（ＰＢＳ）１２と、上記第２の集光レンズ
１１へ光を出射する位置に配設された第２の偏光ビーム
スプリッタ（ＰＢＳ）１３と、上記第１および第２のＰ
ＢＳ１２、１３の間に配設された第１および第２のポッ
ケルス素子１４、１５と、上記第１のポッケルス素子１
４と第１のＰＢＳ１２との間に配設された１／４波長板
１６とを有している。そして、上記第１のポッケルス素
子１４は、第１のＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）単結晶板１
７の上記第１のＰＢＳ１２側に第１の透明電極膜１８が
形成された構成となっており、上記第２のポッケルス素
子１５は、第２のＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）単結晶板１
９の上記第２のＰＢＳ１３側に第２の透明電極膜２０が
形成された構成となっている。そして、上記第１のＢＳ
Ｏ単結晶板１７と第２のＢＳＯ単結晶板１９との間は所
定の空間だけ隔てられており、上記第１の透明電極１８
と第２の透明電極２０との間に印加電圧が加えられる。
に基づいて説明する。図１は、本発明による光電圧セン
サの一実施形態を示す構成図である。図１に示す様に、
この光電圧センサは、第１の光ファイバ１に接続された
第１の集光レンズ１０と、第２の光ファイバ３に接続さ
れた第２の集光レンズ１１と、上記第１の集光レンズ１
０からの光を入射する位置に配設された第１の偏光ビー
ムスプリッタ（ＰＢＳ）１２と、上記第２の集光レンズ
１１へ光を出射する位置に配設された第２の偏光ビーム
スプリッタ（ＰＢＳ）１３と、上記第１および第２のＰ
ＢＳ１２、１３の間に配設された第１および第２のポッ
ケルス素子１４、１５と、上記第１のポッケルス素子１
４と第１のＰＢＳ１２との間に配設された１／４波長板
１６とを有している。そして、上記第１のポッケルス素
子１４は、第１のＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）単結晶板１
７の上記第１のＰＢＳ１２側に第１の透明電極膜１８が
形成された構成となっており、上記第２のポッケルス素
子１５は、第２のＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）単結晶板１
９の上記第２のＰＢＳ１３側に第２の透明電極膜２０が
形成された構成となっている。そして、上記第１のＢＳ
Ｏ単結晶板１７と第２のＢＳＯ単結晶板１９との間は所
定の空間だけ隔てられており、上記第１の透明電極１８
と第２の透明電極２０との間に印加電圧が加えられる。
【０００７】上記第１および第２のポッケルス素子１
４、１５の電圧印加部分の等価回路を示すと図２の様に
なる。ここで、上記第１および第２のポッケルス素子１
４、１５の静電容量をＣ1 、Ｃ3 とし、上記第１および
第２のポッケルス素子１４、１５間の空間（空気）によ
る静電容量をＣ2 とし、上記Ｃ１＝Ｃ３とすると、上記
第１および第２のポッケルス素子１４、１５に印加され
る電圧２Ｖｏは、 ２Ｖｏ＝｛Ｃ2 ／（Ｃ1 ／２＋Ｃ2 ）｝×Ｖ （６） となる。次に、上記構成の光電圧センサの動作について
説明する。上記第１の光ファイバ１へ光がランダム偏光
の状態で入射されると、上記第１の集光レンズ１０で平
行光にされる。次に、上記第１の集光レンズ１０からの
平行光は、上記第１のＰＢＳ１２によって一方向の直線
偏光成分のみ上記１／４波長板１６の方向へ反射され、
他の成分の光は透過される（反射光は直線偏光の状
態）。そして、上記第１のＰＢＳ１２からの直線偏光は
上記１／４波長板１６にて円偏光にされる（円偏光の状
態）。次に、上記第１および第２の透明電極膜１８、２
０間に印加電圧が加えられている状態において、上記１
／４波長板１６より円偏光が上記第１および第２のポッ
ケルス素子１４、１５に供給されると、上記円偏光は上
記第１および第２のポッケルス素子１４、１５において
上記印加電圧に比例した楕円偏光となり上記第２のＰＢ
Ｓ１３へ供給される。
４、１５の電圧印加部分の等価回路を示すと図２の様に
なる。ここで、上記第１および第２のポッケルス素子１
４、１５の静電容量をＣ1 、Ｃ3 とし、上記第１および
第２のポッケルス素子１４、１５間の空間（空気）によ
る静電容量をＣ2 とし、上記Ｃ１＝Ｃ３とすると、上記
第１および第２のポッケルス素子１４、１５に印加され
る電圧２Ｖｏは、 ２Ｖｏ＝｛Ｃ2 ／（Ｃ1 ／２＋Ｃ2 ）｝×Ｖ （６） となる。次に、上記構成の光電圧センサの動作について
説明する。上記第１の光ファイバ１へ光がランダム偏光
の状態で入射されると、上記第１の集光レンズ１０で平
行光にされる。次に、上記第１の集光レンズ１０からの
平行光は、上記第１のＰＢＳ１２によって一方向の直線
偏光成分のみ上記１／４波長板１６の方向へ反射され、
他の成分の光は透過される（反射光は直線偏光の状
態）。そして、上記第１のＰＢＳ１２からの直線偏光は
上記１／４波長板１６にて円偏光にされる（円偏光の状
態）。次に、上記第１および第２の透明電極膜１８、２
０間に印加電圧が加えられている状態において、上記１
／４波長板１６より円偏光が上記第１および第２のポッ
ケルス素子１４、１５に供給されると、上記円偏光は上
記第１および第２のポッケルス素子１４、１５において
上記印加電圧に比例した楕円偏光となり上記第２のＰＢ
Ｓ１３へ供給される。
【０００８】ここで、上記第１および第２のポッケルス
素子１４、１５に印加される印加電圧は、図２に示す様
に、上記第１および第２のポッケルス素子１４、１５の
静電容量Ｃ1 、Ｃ3 および上記第１および第２のポッケ
ルス素子１４、１５間の空間（空気）による静電容量Ｃ
2 により分圧される。なお、上記静電容量の比は、Ｃ1
＋Ｃ3 ＜Ｃ2 となっている。従って、上記印加電圧が高
電圧の場合でも、上記ポッケルス素子１４、１５には分
圧された電圧が印加されるので、光電圧センサの出力特
性の直線性が損なわれることがない。また、図１に示す
様に、上記第１および第２の透明電極膜１８、２０の間
の距離Ｄ１は、上記第１および第２のＢＳＯ単結晶板１
７、１９のそれぞれの幅と上記第１および第２のＢＳＯ
単結晶板１７、１９間の空間の幅とを加えた幅となるの
で、印加電圧が高電圧の場合でも十分な耐圧が得られ
る。次に、上記第２のＰＢＳ１３へ供給された楕円偏光
は、上記第２のＰＢＳ１３にて一方向の直線偏光成分の
み上記第２の集光レンズ１１方向に反射され、その他の
成分光は透過される。そして、上記第２のＰＢＳ１３か
らの直線偏光は、上記第２の集光レンズ１１で上記第２
の光ファイバ３に入射され、上記第２の光ファイバ３よ
り強度変調された光が出射される。
素子１４、１５に印加される印加電圧は、図２に示す様
に、上記第１および第２のポッケルス素子１４、１５の
静電容量Ｃ1 、Ｃ3 および上記第１および第２のポッケ
ルス素子１４、１５間の空間（空気）による静電容量Ｃ
2 により分圧される。なお、上記静電容量の比は、Ｃ1
＋Ｃ3 ＜Ｃ2 となっている。従って、上記印加電圧が高
電圧の場合でも、上記ポッケルス素子１４、１５には分
圧された電圧が印加されるので、光電圧センサの出力特
性の直線性が損なわれることがない。また、図１に示す
様に、上記第１および第２の透明電極膜１８、２０の間
の距離Ｄ１は、上記第１および第２のＢＳＯ単結晶板１
７、１９のそれぞれの幅と上記第１および第２のＢＳＯ
単結晶板１７、１９間の空間の幅とを加えた幅となるの
で、印加電圧が高電圧の場合でも十分な耐圧が得られ
る。次に、上記第２のＰＢＳ１３へ供給された楕円偏光
は、上記第２のＰＢＳ１３にて一方向の直線偏光成分の
み上記第２の集光レンズ１１方向に反射され、その他の
成分光は透過される。そして、上記第２のＰＢＳ１３か
らの直線偏光は、上記第２の集光レンズ１１で上記第２
の光ファイバ３に入射され、上記第２の光ファイバ３よ
り強度変調された光が出射される。
【０００９】次に、図３および図４を参照して本発明に
よる光電圧センサの第２実施形態について説明する。図
３は、本発明による光電圧センサの第２実施形態の構成
図であり、図４は、図３に示すポッケルス素子の電圧印
加部分の等価回路を示す図である。図３に示す様に、こ
の光電圧センサは、第１の光ファイバ１に接続された第
１の集光レンズ１０と、第２の光ファイバ３に接続され
た第２の集光レンズ１１と、上記第１の集光レンズ１０
からの光を入射する位置に配設された第１の偏光ビーム
スプリッタ（ＰＢＳ）１２と、上記第２の集光レンズ１
１へ光を出射する位置に配設された第２の偏光ビームス
プリッタ（ＰＢＳ）１３と、上記第１および第２のＰＢ
Ｓ１２、１３の間に配設されたポッケルス素子２１と、
上記ポッケルス素子２１と第１のＰＢＳ１２との間に配
設された１／４波長板１６とを有している。
よる光電圧センサの第２実施形態について説明する。図
３は、本発明による光電圧センサの第２実施形態の構成
図であり、図４は、図３に示すポッケルス素子の電圧印
加部分の等価回路を示す図である。図３に示す様に、こ
の光電圧センサは、第１の光ファイバ１に接続された第
１の集光レンズ１０と、第２の光ファイバ３に接続され
た第２の集光レンズ１１と、上記第１の集光レンズ１０
からの光を入射する位置に配設された第１の偏光ビーム
スプリッタ（ＰＢＳ）１２と、上記第２の集光レンズ１
１へ光を出射する位置に配設された第２の偏光ビームス
プリッタ（ＰＢＳ）１３と、上記第１および第２のＰＢ
Ｓ１２、１３の間に配設されたポッケルス素子２１と、
上記ポッケルス素子２１と第１のＰＢＳ１２との間に配
設された１／４波長板１６とを有している。
【００１０】上記ポッケルス素子２１は、ＢＳＯ（Ｂｉ
12ＳｉＯ20）単結晶板２２の上記第１のＰＢＳ１２側に
第１の透明電極膜２３が形成され、上記ＢＳＯ単結晶板
２２の第２のＰＢＳ１３側に所定厚のガラス部材２４を
介して第２の透明電極膜２５が形成された構成となって
いる。第１の透明電極膜２３と第２の透明電極膜２５と
の間に印加電圧が加えられる。上記ポッケルス素子２１
の電圧印加部分の等価回路を示すと図４の様になる。こ
こで、上記ポッケルス素子２１の静電容量をＣ4 とし、
上記ガラス部材２４の静電容量をＣ5 とすると、上記ポ
ッケルス素子２１に印加される電圧Ｖｏは、 Ｖｏ＝｛Ｃ5 ／（Ｃ4 ＋Ｃ5 ）｝×Ｖ （７） となる。
12ＳｉＯ20）単結晶板２２の上記第１のＰＢＳ１２側に
第１の透明電極膜２３が形成され、上記ＢＳＯ単結晶板
２２の第２のＰＢＳ１３側に所定厚のガラス部材２４を
介して第２の透明電極膜２５が形成された構成となって
いる。第１の透明電極膜２３と第２の透明電極膜２５と
の間に印加電圧が加えられる。上記ポッケルス素子２１
の電圧印加部分の等価回路を示すと図４の様になる。こ
こで、上記ポッケルス素子２１の静電容量をＣ4 とし、
上記ガラス部材２４の静電容量をＣ5 とすると、上記ポ
ッケルス素子２１に印加される電圧Ｖｏは、 Ｖｏ＝｛Ｃ5 ／（Ｃ4 ＋Ｃ5 ）｝×Ｖ （７） となる。
【００１１】次に、上記構成の光電圧センサの動作につ
いて説明する。上記第１の光ファイバ１へ光がランダム
偏光の状態で入射されると、上記第１の集光レンズ１０
で平行光にされる。次に、上記第１の集光レンズ１０か
らの平行光は、上記第１のＰＢＳ１２によって一方向の
直線偏光成分のみ上記１／４波長板１６の方向へ反射さ
れ、他の成分の光は透過される（反射光は直線偏光の状
態）。そして、上記第１のＰＢＳ１２からの直線偏光は
上記１／４波長板１６にて円偏光にされる（円偏光の状
態）。次に、上記第１および第２の透明電極膜２３、２
５間に印加電圧が加えられている状態において、上記１
／４波長板１６より円偏光が上記ポッケルス素子２１に
供給されると、上記円偏光は上記ポッケルス素子２１に
おいて上記印加電圧に比例した楕円偏光となり上記第２
のＰＢＳ１３へ供給される。ここで、上記ポッケルス素
子２１に印加される印加電圧は、図４に示す様に、上記
ポッケルス素子２１の静電容量Ｃ4 および上記ガラス部
材２４の静電容量Ｃ5 により分圧される。なお、上記静
電容量の比は、Ｃ4 ＜Ｃ5 となっている。従って、上記
印加電圧が高電圧の場合でも、上記ポッケルス素子２１
には分圧された電圧が印加されるので、光電圧センサの
出力特性の直線性が損なわれることがない。また、図３
に示す様に、上記第１および第２の透明電極膜２３、２
５の間の距離Ｄ３は、上記ＢＳＯ単結晶板２２の幅と上
記ガラス部材２４の幅とを加えた幅となるので、印加電
圧が高電圧の場合でも十分な耐圧が得られる。次に、上
記第２のＰＢＳ１３へ供給された楕円偏光は、上記第２
のＰＢＳ１３にて一方向の直線偏光成分のみ第２の集光
レンズ１１方向に反射され、その他の成分光は透過され
る。そして、上記第２のＰＢＳ１３からの直線偏光は、
上記第２の集光レンズ１１で上記第２の光ファイバ３に
入射され、上記第２の光ファイバ３より強度変調された
光が出射される。
いて説明する。上記第１の光ファイバ１へ光がランダム
偏光の状態で入射されると、上記第１の集光レンズ１０
で平行光にされる。次に、上記第１の集光レンズ１０か
らの平行光は、上記第１のＰＢＳ１２によって一方向の
直線偏光成分のみ上記１／４波長板１６の方向へ反射さ
れ、他の成分の光は透過される（反射光は直線偏光の状
態）。そして、上記第１のＰＢＳ１２からの直線偏光は
上記１／４波長板１６にて円偏光にされる（円偏光の状
態）。次に、上記第１および第２の透明電極膜２３、２
５間に印加電圧が加えられている状態において、上記１
／４波長板１６より円偏光が上記ポッケルス素子２１に
供給されると、上記円偏光は上記ポッケルス素子２１に
おいて上記印加電圧に比例した楕円偏光となり上記第２
のＰＢＳ１３へ供給される。ここで、上記ポッケルス素
子２１に印加される印加電圧は、図４に示す様に、上記
ポッケルス素子２１の静電容量Ｃ4 および上記ガラス部
材２４の静電容量Ｃ5 により分圧される。なお、上記静
電容量の比は、Ｃ4 ＜Ｃ5 となっている。従って、上記
印加電圧が高電圧の場合でも、上記ポッケルス素子２１
には分圧された電圧が印加されるので、光電圧センサの
出力特性の直線性が損なわれることがない。また、図３
に示す様に、上記第１および第２の透明電極膜２３、２
５の間の距離Ｄ３は、上記ＢＳＯ単結晶板２２の幅と上
記ガラス部材２４の幅とを加えた幅となるので、印加電
圧が高電圧の場合でも十分な耐圧が得られる。次に、上
記第２のＰＢＳ１３へ供給された楕円偏光は、上記第２
のＰＢＳ１３にて一方向の直線偏光成分のみ第２の集光
レンズ１１方向に反射され、その他の成分光は透過され
る。そして、上記第２のＰＢＳ１３からの直線偏光は、
上記第２の集光レンズ１１で上記第２の光ファイバ３に
入射され、上記第２の光ファイバ３より強度変調された
光が出射される。
【００１２】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の光電圧セン
サは、高電圧（例えば６．６ＫＶ配電線電圧）を直接計
測できる構成としたので、分圧コンデンサや絶縁トラン
スを必要とせず、計測器側と十分な絶縁性を保つことが
できる。また、ポッケルス効果を利用しているので周波
数特性が良い。電極間距離、分圧に使用する絶縁物によ
り耐電圧を容易に変えることができ、高電圧の計測が可
能となり、分圧コンデンサや絶縁トランス、計測用トラ
ンスを必要としないので、使用する組み合わせの温度特
性に注意する必要が無くなる。更に、分圧コンデンサの
役割が光電圧センサ内に取り込まれ、絶縁トランスを必
要としないのでトータルで安価となる。
サは、高電圧（例えば６．６ＫＶ配電線電圧）を直接計
測できる構成としたので、分圧コンデンサや絶縁トラン
スを必要とせず、計測器側と十分な絶縁性を保つことが
できる。また、ポッケルス効果を利用しているので周波
数特性が良い。電極間距離、分圧に使用する絶縁物によ
り耐電圧を容易に変えることができ、高電圧の計測が可
能となり、分圧コンデンサや絶縁トランス、計測用トラ
ンスを必要としないので、使用する組み合わせの温度特
性に注意する必要が無くなる。更に、分圧コンデンサの
役割が光電圧センサ内に取り込まれ、絶縁トランスを必
要としないのでトータルで安価となる。
【図１】本発明による光電圧センサの一実施形態を示す
構成図である。
構成図である。
【図２】図１に示した第１および第２のポッケルス素子
の電圧印加部分の等価回路を示す図である。
の電圧印加部分の等価回路を示す図である。
【図３】本発明による光電圧センサの第２実施形態の構
成図である。
成図である。
【図４】図３に示すポッケルス素子の電圧印加部分の等
価回路を示す図である。
価回路を示す図である。
【図５】従来の光電圧センサの概略構成を示す図であ
る。
る。
【図６】図５に示した光電圧センサの振幅変調の原理を
示す図である。
示す図である。
【図７】分圧コンデンサを用いた光電圧センサの構成図
である。
である。
【図８】図５に示した光電圧センサの耐圧の問題を示す
説明図である。
説明図である。
１…第１の光ファイバ、 ２…偏光
子、３…第２の光ファイバ、 ４…検
光子、５、１６…１／４波長板、６、１４、１５、２１
…ポッケルス素子、 ７…ＢＳＯ単結晶、８、９、１
８、２０、２３、２５…透明電極膜、１０…第１の集光
レンズ、 １１…第２の集光レンズ、１
２…第１の偏光ビームスプリッタ、１３…第２の偏光ビ
ームスプリッタ、１７、１９、２２…ＢＳＯ単結晶板、
２４…ガラス部材、
子、３…第２の光ファイバ、 ４…検
光子、５、１６…１／４波長板、６、１４、１５、２１
…ポッケルス素子、 ７…ＢＳＯ単結晶、８、９、１
８、２０、２３、２５…透明電極膜、１０…第１の集光
レンズ、 １１…第２の集光レンズ、１
２…第１の偏光ビームスプリッタ、１３…第２の偏光ビ
ームスプリッタ、１７、１９、２２…ＢＳＯ単結晶板、
２４…ガラス部材、
Claims (5)
- 【請求項１】 ポッケルス効果を利用して電圧の変化を
光量の変化として検出する光電圧センサであって、光を
透過させるポッケルス素子として用いられる結晶部材
と、上記結晶部材に印加電圧を加えるための電極と、上
記結晶部材により形成される第１の静電容量とは別の第
２の静電容量を形成するために上記電極間に形成された
誘電部材とを具備することを特徴とする光電圧センサ。 - 【請求項２】 上記誘電部材が所定幅の空間から成るこ
とを特徴とする請求項１に記載の光電圧センサ。 - 【請求項３】 上記誘電部材が、所定幅のガラス部材か
ら成ることを特徴とする請求項１に記載の光電圧セン
サ。 - 【請求項４】 上記第２の静電容量の値が上記第１の静
電容量の値より大きいことを特徴とする請求項１、２、
又は３に記載の光電圧センサ。 - 【請求項５】 上記結晶部材が、Ｂｉ12ＳｉＯ20（ＢＳ
Ｏ）単結晶から成ることを特徴とする請求項１、２、
３、又は４に記載の光電圧センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8307313A JPH10132864A (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 光電圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8307313A JPH10132864A (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 光電圧センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10132864A true JPH10132864A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=17967653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8307313A Pending JPH10132864A (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 光電圧センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10132864A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100343050B1 (ko) * | 1999-07-29 | 2002-07-02 | 모리시타 요이찌 | 광전압 센서 |
| EP1462811A1 (de) * | 2003-03-28 | 2004-09-29 | Abb Research Ltd. | Elektrooptischer Spannungssensor für hohe Spannungen |
| KR100662744B1 (ko) | 2004-07-12 | 2007-01-02 | 엘에스산전 주식회사 | 광 대전류/고전압 센서 |
| EP2479581A1 (en) | 2011-01-21 | 2012-07-25 | PowerSense A/S | An AC or DC power transmission system and a method of measuring a voltage |
| US8692539B2 (en) | 2006-11-30 | 2014-04-08 | Powersense A/S | Faraday effect current sensor |
| JP2014106169A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Osaki Electric Co Ltd | 電位差測定のための電位差計および電位差測定方法 |
| KR101841722B1 (ko) * | 2016-11-10 | 2018-05-08 | 옵토파워주식회사 | 광을 이용한 전류/온도 측정장치 |
| KR101841721B1 (ko) * | 2016-11-10 | 2018-05-08 | 옵토파워주식회사 | 광을 이용한 전류 측정장치 |
-
1996
- 1996-11-01 JP JP8307313A patent/JPH10132864A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100343050B1 (ko) * | 1999-07-29 | 2002-07-02 | 모리시타 요이찌 | 광전압 센서 |
| EP1462811A1 (de) * | 2003-03-28 | 2004-09-29 | Abb Research Ltd. | Elektrooptischer Spannungssensor für hohe Spannungen |
| US6876188B2 (en) | 2003-03-28 | 2005-04-05 | Abb Research Ltd | Electro-optical voltage sensor for high voltages |
| KR100662744B1 (ko) | 2004-07-12 | 2007-01-02 | 엘에스산전 주식회사 | 광 대전류/고전압 센서 |
| US8692539B2 (en) | 2006-11-30 | 2014-04-08 | Powersense A/S | Faraday effect current sensor |
| EP2479581A1 (en) | 2011-01-21 | 2012-07-25 | PowerSense A/S | An AC or DC power transmission system and a method of measuring a voltage |
| WO2012098099A1 (en) | 2011-01-21 | 2012-07-26 | Powersense A/S | An ac or dc power transmission system and a method of measuring a voltage |
| US9383390B2 (en) | 2011-01-21 | 2016-07-05 | Powersense A/S | AC or DC power transmission system and a method of measuring a voltage |
| JP2014106169A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Osaki Electric Co Ltd | 電位差測定のための電位差計および電位差測定方法 |
| KR101841722B1 (ko) * | 2016-11-10 | 2018-05-08 | 옵토파워주식회사 | 광을 이용한 전류/온도 측정장치 |
| KR101841721B1 (ko) * | 2016-11-10 | 2018-05-08 | 옵토파워주식회사 | 광을 이용한 전류 측정장치 |
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