JPH112648A - 光ファイバを有する電気光学電圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価であり、高電圧環境に適さない水晶を必
要としないセンサを提供すること。 【解決手段】 本電圧センサは、２次電気光学効果をも
たらす電界に対して感応性を有するか又は感応化された
少なくとも１つの領域を持つ光ファイバ（１２）によっ
て形成されるヘリカル巻線を有している。この感応化処
理は、電界下での偏光処理によって達成される。本セン
サは、好ましくは、ヘリカル巻線が配置されている領域
における電界ライン（→Ｅ）を均一化することを可能に
する装置（１６，１７）を有している。電界により生じ
る電気光学効果によって光波により誘起され、計測すべ
き電圧を表している位相差は、偏光又は干渉検出により
測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光生成手段
と、入射光を入力する入力端子及び出力光を出力する出
力端子を有し計測すべき電圧により発生する電界内に配
設されて２次電気光学効果をもたらす電気光学変換器
と、前記変換器を支持するための絶縁手段と、前記変換
器の出力端子に接続された光・電検出手段と、前記検出
手段に接続された電子処理手段と、を備えた電気光学電
圧センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】公知の電気光学電圧センサは、一般的
に、変換器として、電界に感応する水晶を用いている。
そのような水晶は、ポッケルス効果と呼ばれる２次の線
形電気光学効果をもたらす。典型的には約１センチメー
タの変換器水晶の小さな寸法によって、その電気的絶縁
は制限される。したがって、これらのセンサは、例えば
数百キロボルトの非常に高い電圧の計測用には適してい
ない。変換器材料の誘電強度のために、計測すべき全電
圧を水晶の端子に出力することは不可能である。それ
故、高電圧の計測のためには、このタイプのセンサは分
圧器と組み合わされる。

【０００３】分圧器を用いずに３４５ｋＶの電圧を計測
する電気光学センサが、１９９５年７月２０〜２１日に
オレゴン州ポートランドで開催された、電力研究学会
（ＥＰＲＩ）の送配電用光学センサの実用化研究集会に
より提供された「電気光学電圧変換器の３４５ｋＶでの
応用」という記事において説明されている。このセンサ
において、変換器は、大きな寸法の特殊な水晶により形
成され、縦軸方向の電気光学効果をもたらす。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】大きな寸法の水晶は高
価であり、センサヘッドの絶縁距離は変換器水晶のサイ
ズに等しくなる。これは、高電圧環境におけるセンサの
誘電強度を満足させるために複雑で高価な施行を必要と
する。

【０００５】本発明の目的は、公知のセンサのような欠
点をもたらすことがない電気光学電圧センサを実現する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、変換器が、電界に対して感応性を有するか又は感
応化された少なくとも１つの領域を持つと共に２次電気
光学効果をもたらす光ファイバを有しており、このファ
イバは、計測すべき電圧が出力される２点間に、巻線の
形式で配設されている、という事実により達成される。
巻線は、好ましくはヘリカルである。また、巻線はスパ
イラルによっても形成することができる。

【０００７】本発明を発展させたものによれば、センサ
は、光ファイバの感応帯が配置されている領域の電界分
布を均一にする均一化手段を有している。この均一化手
段は、例えば、２つの平行で平坦な電極を有しており、
これらの電極の端子に計測すべき電圧が出力される。

【０００８】本発明を発展させた別のものによれば、巻
線は規則的に巻回され、光ファイバは、電界に関して、
好ましくは、一定の方向性を持つ主軸を有している。こ
の方向性をもたせるため、光ファイバは、好ましくは、
ファイバの主軸を認識するための外部手段を有してい
る。

【０００９】電気光学効果により誘起される位相差の計
測は、偏光分析により実現できる。センサの動作点は、
好ましくは、光波の偏光状態の低周波数制御・監視手段
により制御される。

【００１０】

【発明の実施の形態】電気光学水晶による、公知のタイ
プの電圧計測の原理が図１に示されている。光源１は単
色光波を出力する。この光波は、入力側光ファイバ３、
レンズ４、及び偏光素子５によって電気光学水晶２の入
力側に送られる。この光波は水晶２を通過し、第２の偏
光素子により形成される検光子７、レンズ８、及び出力
側光ファイバ９によって光・電検出器６に送られる。測
定すべき電圧Ｖは、水晶内の光伝播方向に平行な水晶２
の２つの面の間に与えられる。処理回路１０は検出器６
の出力側に接続されている。

【００１１】この種のセンサは次のように動作する。電
圧Ｖにより生成される電界→Ｅは、水晶２内に‖→Ｅ‖
に比例する異方性を誘起する。図１において、電界の１
次関数である電気光学効果すなわちポッケルス効果は、
電界が水晶内の光伝播方向に対して垂直になっているの
で、横断方向になると言われている。この複屈折水晶の
主軸上の光波の電界の２つの投影ＴＥ波とＴＭ波との間
の、水晶内での伝播期間に蓄積された相対的位相差は、
水晶の端子に出力される電圧Ｖを表している。この位相
差は、検光子７によって偏光分析的に計測される。この
位相差を表している、検光子７の出力側での光波の強度
は、検出器６により電気信号に変換され、それから測定
すべき電圧Ｖに比例した信号を出力する処理回路１０に
送られる。

【００１２】測定すべき電圧が高い場合、この電圧は水
晶の端子に直接出力することはできない。そのような場
合は、抵抗性又は容量性の分圧器が使用される。

【００１３】また、電気光学効果は縦軸方向とすること
もできる。この場合、測定すべき電圧により誘起される
電界は、好ましくは、水晶内の光伝播方向に対して平行
にすべきである。

【００１４】本発明によれば、電気光学水晶は感応光フ
ァイバに置き換えられる。しかしながら、普通の光ファ
イバでは２次電気光学効果をもたらさない。しかし、フ
ァイバのコア付近に局所化された領域内で２次電気光学
効果をもたらすように、例えば、分極技術のような、電
界下での偏光処理によって、光ファイバのある部分を感
応化することは可能である。

【００１５】図２において、縦軸Ｙのファイバ１１の部
分は、軸Ｙに垂直な軸Ｚに関して行われた感応化処理の
後に、主軸Ｘ，Ｙ及びＺを有し、Ｘ及びＺは、光の伝播
方向（Ｙ軸）に対する横断面を定義する。この場合、電
気光学効果は横断面方向である。電気光学効果により誘
起される異方性は、ファイバの主軸に応じて、測定すべ
き電界の成分に依存している。図２の場合、誘起される
異方性は、ファイバが配設されている電界→Ｅが軸Ｚに
対して平行な場合に最大となる。ファイバの電気光学特
性は、実際には、ＸＹＺ軸系で次のように書かれるテン
ソル形式で表現される。

【００１６】

【数１】 ここで、ｒ33＝３ｒ13 である。

【００１７】Ｚ軸に応じて配向された外部電界（→Ｅ）
の印加によって、ファイバの屈折指数の変化を最大にす
ることができる。この変化は、各軸にとって、それぞれ
次のものに等しい。

【００１８】

【数２】 ここで、ｎはファイバの平均屈折指数であり、→Ｅはフ
ァイバのコアのレベルでの外部電界である。

【００１９】この場合、感応ファイバの軸Ｚと外部電界
とが同一の方向性を持っていないときは、ファイバの指
数変化は最大とならず、電気光学効果から生じる指数の
楕円は、最早、ＸＹＺの方向性を持っていない。しか
し、もし感応ファイバが強い固有複屈折性を持っていれ
ば（ＨｉＢｉファイバ）、９０°よりも低いずれによっ
て、前記指数の楕円はＸＹＺの方向性を維持し、そし
て、軸Ｘ及びＺ上の指数変化は、ＥｚをＺ軸に応じた外
部電界の成分として、‖（→Ｅ）‖をこのＥｚに置き換
えた場合の式（２）及び（３）により与えられる。した
がって、好ましくは、高い固有複屈折性を有する感応フ
ァイバが使用されることになるだろう。

【００２０】理想的な変換器は、全長にわたって均一に
高感度化された光ファイバを有している。

【００２１】電圧は、その電圧が出力される点と点との
間の電界の積分に対応しているので、光波が、これら点
と点との間に含まれる全距離を覆っている場合、すなわ
ち、変換器の両端部がこれらの２点に可能な限り接近し
て配設されている場合には、位相差は電圧を直接的に表
している。もし変換器が縦軸方向の電気光学効果をもた
らすものであれば、それは、好ましくは、計測すべき電
圧が出力される２点を結ぶ直線に沿って配置される。こ
れに対し、もし変換器が、図２によるファイバの場合の
ように、横断面方向の電気光学効果をもたらすものであ
れば、それは、電気光学効果により誘起される異方性の
原因となる光伝播方向軸Ｙに垂直な平面内に位置する電
界の構成要素になる。それ故、ファイバは２点を結ぶ直
線に沿って平行に配置することはできない。

【００２２】図３に示した第１の実施形態によれば、軸
Ｚに関して、全長にわたって均一に感応化された光ファ
イバ１２は、横断面方向の電気光学効果をもたらす。こ
のファイバは線形な変換器を構成する。均一な電界→Ｅ
が、例えばそれぞれＶ１及びＶ２の異なる電位を有する
２つの平行で平坦な電極１３及び１４間に生成される。
これらの電極は、互いに距離ｈをおいて配置されてい
る。電圧Ｖ＝Ｖ２−Ｖ１を計測するために、ファイバ１
２は、ファイバがこれらの電極と一定角αをなすような
所定の傾斜を有する、２つの平坦な電極間の直線に沿っ
て、配置される。図３において、ファイバは、電界→Ｅ
がファイバの主軸Ｙ及びＺにより形成される平面内に在
るように配置される。平面ＺＸにおいて、電界→Ｅは、
ゼロではなく電気光学効果により誘起される異方性の原
因となる１つの成分Ｅｚを含んでいる。電極間に配置さ
れたファイバ部分の長さをＬとすれば、電界によるファ
イバの指数変化に関連する、波長λの光波の２つの直角
成分の全位相差は、軸Ｘ及びＺに応じて偏光された２つ
の光波として、それぞれ次のように示される。

【００２３】

【数３】 しかしながら、ファイバの基本成分ｄｌにとっては、０
≦ｌ≦Ｌの範囲内の点ｌにおける局部電界→Ｅ（ｌ）に
換算して、成分Ｅｚを次のように表すことができる。

【００２４】

【数４】 ｌは、電極間に位置するファイバ端部間で、０からＬま
で変化する。比例定数ｋをＬ／ｈに定義すれば、式
（４）及び（５）を次のように書くことができる。

【００２５】

【数５】 但し、ｒ33＝３ｒ13である（式（１）参照）。

【００２６】したがって、ファイバの出力側では、軸Ｘ
及びＺに応じた光波の成分間の全電気光学位相差は、次
のように書くことができる。

【００２７】

【数６】 このように、ファイバが電界→Ｅに対して一定の傾斜及
び方向をもって配置された場合、電気光学効果により誘
起される、軸Ｘ及びＺ（ファイバの主軸）に応じた光波
の成分の間での位相差は、計測すべき電位差（Ｖ２−Ｖ
１）に直接的に比例する。

【００２８】図４に示された好ましい実施形態によれ
ば、感応ファイバはヘリカル形状の変換器を構成する。
軸Ｚに従って全長にわたって均一に感応化されたファイ
バ１２は、誘電性筒体１５に巻回されている。２つの環
状で平坦な電極１６及び１７が、この筒体の２つの端部
に配設されている。例えば、電極１６がアースされ、電
極１７が高電圧ラインに接続されており、計測すべき電
圧は、これら２つの電極間に出力される。電極の直径
は、筒体の直径よりも僅かに大きくなっている。それ
故、筒体したがって感応ファイバが配置されている領域
において、電界ラインの分布はほぼ均一になっている
（図６参照）。

【００２９】ファイバは筒体に沿って規則的に巻回され
ており、その主軸の方向は、電界→Ｅに対して好ましく
は一定になっている。この場合、先の演算式は適用可能
性を維持しており、電気光学効果により誘起される位相
差は、電界の積分に対し、したがって計測すべき電圧に
対して比例している。

【００３０】図示を省略してある偏光要素が変換器の入
力側及び出力側に配設されており、適当な方法で入射光
の偏光を行い、変換器の出力光の検光を行っている。誘
電性エンクロージャ１９は、センサ２０のヘッド全体を
保護している。計測・監視装置２１は、光源１、検出手
段６、及び電子処理回路などを特に有しており、好まし
くは、これらが入力側ファイバ３及び出力側ファイバ９
によって接続されているセンサのヘッドから離れて配設
されている。感応ファイバ１２とファイバ３，９との間
の結合は、簡単な光学的接続により、筒体の２つの端部
において、それぞれ行うことが可能である。

【００３１】電気光学効果により誘起される位相差は、
巻線の巻回数に比例している。筒体１５は、電極１６，
１７の支持体として作用することができる。電極１６，
１７の機能が、図５及び図６によってより明白に示され
ている。図５は電極の無い場合を示しており、異なる電
位の２点間の電界ラインは直線になっていない。もし感
応ファイバをこの領域内に配置すると、電界に対する方
向が一方の点から他方の点に向かって変化することにな
る。平坦な電極１６，１７によれば、電界ラインに均一
性が有る（図６）。電界ラインの方向は、これらの電極
間で殆ど均一であり、これらの電極は、内部に巻線が配
設され、内部では電界ラインが巻線の軸に対して幾分平
行になっている平坦なキャパシタを構成している。電界
ラインの方向が一定なので、この電界内に感応ファイバ
を、電界に対するファイバの主軸を所定の方向にして配
置することが可能である。

【００３２】図７に示された特別な実施形態によれば、
光ファイバは軸方向に平坦な部分２２を有している。平
坦な部分２２は、ファイバの主軸に対して所定の方向性
を持っている。この図において、平坦な部分２２はファ
イバの高感度軸Ｚに対して垂直になっている。だから、
ファイバ１２が誘電性筒体１５上に巻回される場合、巻
線の軸に対して、すなわち、筒体の軸に対して、及び電
界の方向に対して、所定の方向性の維持を確保すること
は容易である。

【００３３】変換器から出力される光波の状態変化の検
光は、変換器の１つの感応帯又は複数の感応帯の指数変
化に関連している、どのような方法も用いることができ
る。例えば、従来のタイプの干渉分析又は偏光分析によ
る検出を用いることができる。

【００３４】非限定的な例として、偏光分析法を用いて
いる、電圧センサの特別な実施形態を、図８について詳
細に説明する。

【００３５】図４の場合と同様に、本センサは、センサ
ヘッド２０と、光ファイバによりこのセンサヘッド２０
に接続されている計測・監視ユニット２１とを有してい
る。変換器は、好ましくは図４に示されたタイプのもの
であり、センサヘッド２０内に符号２３で概略的に示さ
れている。

【００３６】ユニット２１内に配設されている光源１
は、波長がλで強度がｌ0の光波を出力する。光源１は
偏光ファイバ２４に接続されている。線形的に偏光され
た光は、偏光ファイバの出力側であるＡ点で得られる。
Ａ点は入力ファイバ３により変換器２３に接続されてい
る。図８において、ファイバ３は、その主軸が感応ファ
イバの主軸と一致している偏光維持ファイバである。

【００３７】変換器２３の出力側は検光子７の入力側Ｂ
に接続されている。点Ａ，Ｂ間に接続される１組のファ
イバは、それ故、配向システムを形成している。図８の
実施形態において、検光子はセンサヘッド２０内に配設
されており、２つの分離した検光チャンネル上に光信号
を出力する。検光子７は、出力ファイバ９ａ，９ｂによ
り、ユニット２１内に配設されている光・電検出器６に
接続されている。ファイバ９ａ，９ｂは、標準的なマル
チモードファイバにすることができる。検出システム６
は２つの検出素子６ａ，６ｂを有しており、これらはそ
れぞれが検光チャンネルに取り付けられ、そしてそれぞ
れが処理回路１０に電気信号ｌａ，ｌｂを出力するよう
になっている。

【００３８】点Ａ，Ｂ間で、上記の配向システムの主軸
に応じた光波の２つの成分は、位相差がΦtotalになる
という変化を受ける。この位相差Φtotalは、電気光学
位相差Φeoと、配向システムのファイバの固有複屈折性
に起因する固有位相差Φiとの組み合わせによって構成
される。感応ファイバ１２の主軸と電界→Ｅとの間の配
列基準が考慮される場合、これらの位相差は次のように
加算される。

【００３９】

【数７】 Φeoは、式（１１）によれば、計測すべき電圧に比例し
ており、また、Φiは次のように書くこともできる。

【００４０】

【数８】 ここで、δβｉはファイバの固有複屈折性であり、ＬAB
は点ＡＢ間のファイバ長さである。

【００４１】位相差計測の感度を最大にするために、入
射光波はＡ点において、配向システムの主軸の４５°で
線形的に偏光される。計測の線形性及び感度は、Ｂ点に
おける光波の偏光状態に依存し、Ｂ点における偏光状態
は、Ａ点における初期偏光状態と配向システムの固有複
屈折性との双方に依存する。

【００４２】計測すべき電圧が交流電圧タイプのもので
あれば、位相差Φeoは次のように書くことができる。

【００４３】

【数９】 ωは電圧（Ｖ２−Ｖ１）の角周波数であり、一般的に、
約５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数である。

【００４４】各検出素子６ａ，６ｂは、入力した光強度
に比例する電気信号を次の形式で出力する。

【００４５】

【数１０】 ここで、θは各検光チャンネルにとっての検光子の方向
であり、感応ファイバの主軸のＸＺ系として表される方
向である。γは、光源１と検光子７との間の光波伝播進
路内に発生して、配置され分散されている光学損失を示
す項である。

【００４６】示されている実施形態において、第１の検
光チャンネルでは、θａ＝４５°であり、第２の検光チ
ャンネルでは、θb＝１３５°である。これは、従来の
方法で、検光キューブにより、又はＹ字形カプラ及び２
つの検光子を用いて実現することができる。そして、ｓ
ｉｎ２θ＝±１ である。さらに、固有複屈折性が、ｐ
を整数としてΦi＝（２ｐ＋１）π／２のようになるな
らば、電気光学効果に起因するｌａ及びｌｂの変化は最
大となる。実際、２つの検光チャンネルにとって、式
（１５）はそれぞれ次のように書くことができる。

【００４７】

【数１１】 図８の処理回路１０は、光源１の強度ｌ０の変化を除去
することを可能にする。処理回路１０は、入力端子上に
信号ｌａ及びｌｂを入力し、次の比を演算する。

【００４８】

【数１２】 この比は値ｌ０から全く独立である。処理回路１０は、
逆サイン関数を実行し、その結果として、電気光学位相
差Φeo、したがって計測すべき電圧を表している信号Ｓ
を出力する。

【００４９】Φiの値を求めるために上記で用いられた
仮説は、線形性及び感度に関して、Φeoの最適値が得ら
れることを可能にする。しかしながら、実際は、固有複
屈折性は時間的に変化する。この変化は、温度や機械的
振動などの、センサに対して作用する外部的圧迫であっ
て、Φeoの変化周波数（約５０Ｈｚ）に対して遅い変化
である。Φiの変化は、ｆ<<５０Ｈｚの周波数の遅い時
間的変化で発生する。

【００５０】図８に示された好ましい実施形態によれ
ば、センサの動作点は、計測の感度及び線形性に関し
て、常に最適状態が保証されるように安定化される。こ
れは、図８において、Φiの低周波数サーボ制御によ
り、Φi＝（２ｐ＋１）π／２ とすることにより達成
される。この状態は静止状態で発生する。すなわち、計
測すべき電圧がゼロであり、したがって、位相差Φeoは
ゼロとなって、Ｂ点で完全な円偏光状態となっている場
合である。

【００５１】検光子７により異なる角度で検光された強
度は同一であり、信号Ｓの抽出のために用いられた信号
は、センサの動作点のサーボ制御のために使用すること
ができる。処理回路１０に接続されている偏光状態制御
・監視回路２５は、点Ａ，Ｂ間の固有位相差Φiの調整
装置２６に指令を出力する。装置２６は、配向システム
のファイバのうちの１つの局所化された領域を変形させ
るように作用する。図８において、この変形領域は、感
応ファイバ１２に接続された偏光維持入力光ファイバ３
上に配置されている。装置２６は、また、感応ファイバ
の出力側に接続されたファイバ上で作用することも可能
であり、変換器内で直接に感応ファイバ上で作用するこ
とも可能である。図８に示された実施形態は、センサヘ
ッド２０を全体的にユニット２１から電気的に絶縁し、
電子回路とセンサヘッドとの間の電気的絶縁を実現でき
る限りにおいて好ましいものである。

【００５２】図８において、処理回路１０は、互いに直
列接続され、関数（ｌａ−ｌｂ）／（ｌａ＋ｌｂ）及び
逆サイン関数の実行をそれぞれ行う、２つの別個の回路
１０ａ及び１０ｂを有している。制御・監視装置２５は
回路１０ａの出力側に接続されており、そして、ｌａ及
びｌｂの低周波数（ｆ<<５０Ｈｚ）成分が同一になるよ
うに、すなわち、（ｌａ−ｌｂ）の低周波数成分がゼロ
となるように装置２６を制御する。本発明は、ここに説
明され図示されている特別な実施形態に限定されるもの
ではない。

【００５３】理想的な変換器は、全長にわたって均一な
方法で感応化された光ファイバを有している。しかし、
製造上容易であるという理由により、変換器は、好まし
くは互いに隣接し且つ同一の感度のいくつかの感応帯を
有することもできる。変換器は、また、端から端まで感
応帯が配置された基本ファイバの組立により形成するこ
ともできる。いずれの場合も、全てのファイバ要素の主
軸は、定義された主軸を持つ組立体が維持されるように
配列される。

【００５４】計測すべき電圧が出力される２点間に放射
される電界の積分を可能な限り良好に達成するために、
変換器の端部はこれらの点に可能な限り接近して配置さ
れる。それにもかかわらず、実用的には、変換器は、放
射電界の積分を一部のみ実行するように配置することが
できる。この場合、変換器は、計測エラーを少なくする
ために、好ましくは、電界が最大となる領域に配置され
る。

【００５５】図８において、固定主軸を有する配向シス
テムは、ユニット２１内に位置する点Ａからセンサヘッ
ド内に位置する点Ｂに向かう。もし必要であれば、検光
子７は、ユニット２１内に配置することもできる。この
場合、変換器２３の出力信号は、配向システムの主軸を
持つべきファイバによりユニット２１に対して出力され
る。これは、変換器の出力側に接続されている偏光維持
ファイバにより、又は、変換器を形成する感応ファイバ
１２の非感応化部分により達成することができる。

【００５６】また、点Ａはセンサヘッド２０内に配置す
ることもできる。この場合、入力光ファイバ３は標準タ
イプのものでよい。変換器の主軸に対して４５°の光波
の配向状態は、ユニット２１内の点Ａ及び入力ファイバ
３から上流側に位置し、適切に非局在化され作動状態に
ある監視システムにより行われる。この場合、４５°の
偏光波の入力状態と動作点の監視との双方を保証するた
めに、２重のサーボ制御が実行され、この２つの状態
は、常にゼロ出力電圧用の出力端子上に完全な円状態を
もたらす。

【００５７】上記の説明において、動作点のサーボ制御
は、固有位相差の制御により行われる。変換器から出力
される偏光状態は、計測すべき電気光学位相差の関数で
あり、ファイバの複屈折性に起因する位相差であり、そ
して変換器の入力側での光波の偏光状態の関数である。
計測すべき電圧、したがって電気光学位相差の変化は、
他の要素の変化よりも大きな周波数を持っている。この
ように、動作点のサーボ制御は、変換器の入力側での偏
光状態に作用する。

【００５８】電気光学位相差の分析は、白色光における
干渉法により実行することができる。この場合、光源１
は多色光源であり、分析は干渉スペクトルを認識するこ
とである。

【００５９】図４において、ファイバ巻線はヘリカルタ
イプの巻線である。しかし、本発明はこのタイプの巻線
に限定されるものではない。例として、中央導体２７と
メタルクラッドキュービクル内の円筒状囲み部材２８と
の間の電圧を計測するため、ファイバ１２は、好ましく
は、この導体とエンクロージャとの間でスパイラル状に
配列される（図９）。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の電気光学電圧センサの概略構成図。

【図２】外部電界内に配置された感応光ファイバの部分
図。

【図３】直線形状のファイバ変換器を示す説明図。

【図４】本発明によるセンサ内に用いられている変換器
の特別な実施形態の構成図。

【図５】平坦な電極がない場合における２つの導体間の
電界ラインを示す説明図。

【図６】平坦な電極がある場合における２つの導体間の
電界ラインを示す説明図。

【図７】平坦部を有する光ファイバの横断面図。

【図８】本発明によるセンサの特別な実施形態の構成
図。

【図９】スパイラル形式の巻線を示す説明図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 電気光学水晶 ３ 光ファイバ ４ レンズ ５ 偏光要素 ６ 光・電検出器 ７ 検光子 ８ レンズ ９ 光ファイバ １０ 処理回路 １２ 感応光ファイバ １３，１４ 電極 １５ 誘電性筒体 １６，１７ 電極 １９ 囲み部材 ２０ センサヘッド ２１ 計測・監視ユニット ２２ 平坦な部分 ２３ 変換器 ２４ 偏光ファイバ ２５ 偏光状態制御・監視回路 ２６ 調整装置 ２７ 円筒状囲み部材 ２８ 中央導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドミニク、ペルスゴル フランス国グルノーブル、リュ、ムノン、 19 (72)発明者 アドリアン、ダネル フランス国ビラール、サン、パンクラー ス、リュ、プランシパル、２

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光波を生成する手段（１，１４）と、
   入射光を入力する入力端子及び出力光を出力する出力端
   子を有し計測すべき電圧（Ｖ；Ｖ２−Ｖ１）により発生
   する電界（→Ｅ）内に配設されて２次電気光学効果をも
   たらす電気光学変換器（２３）と、前記変換器を支持す
   るための絶縁手段（１５）と、前記変換器の出力端子に
   接続された光・電検出手段（６，７；６ａ，６ｂ）と、
   前記検出手段に接続された電子処理手段（１０）と、を
   備えた電気光学電圧センサにおいて、 前記変換器（２３）は、電界に対して感応性を有するか
   又は感応化された少なくとも１つの領域を持つと共に２
   次電気光学効果をもたらす光ファイバ（１２）を有して
   おり、このファイバは、計測すべき電圧が出力される２
   点間に、巻線の形式で配設されている、 ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
2. 【請求項２】請求項１記載のセンサにおいて、前記巻線
   はヘリカル巻線である、ことを特徴とする電気光学電圧
   センサ。
3. 【請求項３】請求項１記載のセンサにおいて、前記巻線
   はスパイラルにより形成されている、ことを特徴とする
   電気光学電圧センサ。
4. 【請求項４】請求項１又は２記載のセンサにおいて、前
   記光ファイバ（１２）の感応帯が配置されている領域の
   電界分布を均一にする均一化手段（１６，１７）を有し
   ている、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
5. 【請求項５】請求項４記載のセンサにおいて、前記均一
   化手段は、２つの平行で平坦な電極を有しており、これ
   らの電極の端子に計測すべき電圧が出力される、ことを
   特徴とする電気光学電圧センサ。
6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ
   において、前記光ファイバ（１２）は、その全長にわた
   って、連続的且つ均一に、電界に対して感応化されてい
   る、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
7. 【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載のセンサ
   において、前記光ファイバの両端部は、計測すべき電圧
   がその間に出力される２つの点に可能な限り接近して配
   置されている、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
8. 【請求項８】請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ
   において、前記光ファイバ（１２）は、端から端に配置
   された感応帯を有する基本ファイバの組立体により形成
   される、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
9. 【請求項９】請求１乃至８のいずれかに記載のセンサに
   おいて、前記光ファイバ（１２）の感応帯は、電界下で
   の偏光処理によって感応化されている、ことを特徴とす
   る電気光学電圧センサ。
10. 【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載のセン
    サにおいて、前記巻線は規則的に巻回され、前記光ファ
    イバ（１２）は、電界（→Ｅ）に対して、好ましくは、
    一定の配向性を持つ主軸（Ｘ，Ｚ）を有する、ことを特
    徴とする電気光学電圧センサ。
11. 【請求項１１】請求項１０記載のセンサにおいて、前記
    光ファイバ（１２）は、ファイバの主軸（Ｘ，Ｚ）を認
    識するための外部手段を有している、ことを特徴とする
    電気光学電圧センサ。
12. 【請求項１２】請求項１１記載のセンサにおいて、前記
    光ファイバ（１２）の主軸を認識する手段は、ファイバ
    の主軸（Ｘ，Ｚ）に関し、所定の方向性を持つ、軸方向
    に平坦な部分（２２）を有している、ことを特徴とする
    電気光学電圧センサ。
13. 【請求項１３】請求項１又は２記載のセンサにおいて、
    前記変換器を支持するための絶縁手段は、光ファイバ
    （１２）が巻回される誘電性筒体（１５）を有してい
    る、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
14. 【請求項１４】請求項１３記載のセンサにおいて、前記
    誘電性筒体（１５）は、その端部で環状の平坦な電極
    （１６，１７）を支持しており、これらの電極の直径は
    この筒体の直径よりも大きく、これら電極間に計測すべ
    き電圧が出力される、ことを特徴とする電気光学電圧セ
    ンサ。
15. 【請求項１５】請求項１乃至１４のいずれかに記載のセ
    ンサにおいて、前記光ファイバ（１２）は高い固有複屈
    折性を持つ、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
16. 【請求項１６】請求項１乃至１５のいずれかに記載のセ
    ンサにおいて、前記入射光を生成する手段は偏光手段
    （１４）を有し、前記光・電検出手段は、変換器（２
    ３）からの光波出力の検光を行う手段（７）を有してい
    る、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
17. 【請求項１７】請求項１６記載のセンサにおいて、光波
    の偏光状態の低周波数制御・監視のための手段（２５，
    ２６）を有しており、センサ動作点のサーボ制御を行
    う、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。
18. 【請求項１８】請求項１７記載のセンサにおいて、前記
    偏光状態の制御・監視手段（２５，２６）は、前記光・
    電検出手段の出力端子に接続されている、ことを特徴と
    する電気光学電圧センサ。
19. 【請求項１９】請求項１７又は１８に記載のセンサにお
    いて、前記偏光状態の制御・監視手段（２５，２６）
    は、変換器（２３）の局部化された領域を変形させる手
    段を有している、ことを特徴とする電気光学電圧セン
    サ。
20. 【請求項２０】請求項１７又は１８記載のセンサにおい
    て、前記偏光状態の制御・監視手段（２５，２６）は、
    入射光波生成手段（１）と光・電検出手段（６）との間
    で感応光ファイバ（１２）と直列に接続されている光フ
    ァイバ（３）を変形させるための手段（２６）を有して
    いる、ことを特徴とする電気光学電圧センサ。