JPS5896256A - 液晶を用いた電界センサ− - Google Patents
液晶を用いた電界センサ−Info
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- JPS5896256A JPS5896256A JP19501681A JP19501681A JPS5896256A JP S5896256 A JPS5896256 A JP S5896256A JP 19501681 A JP19501681 A JP 19501681A JP 19501681 A JP19501681 A JP 19501681A JP S5896256 A JPS5896256 A JP S5896256A
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- electric field
- sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors
- G01R29/0885—Sensors; antennas; probes; detectors using optical probes, e.g. electro-optical, luminescent, glow discharge, or optical interferometers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
光学的な電界センサーとしては、従来よりポッケルス効
果による電気光学結晶の電界印加に対する屈折率変化の
異方性を用いたものが知られている。しかしこれは動作
特性が加工精度に大きく依存し、製造時における結晶軸
に対する切出面の角度の高精度の選定および研磨を行わ
ねばならない等の欠点がある。また、検出感度の調整は
光の透過距離を変えることにより行うため、高感度を狙
ったものでは透過損失により検出光強度が低下し、光フ
ァイバ等のように小開口、拡散性の光ガイドを使用する
時に光ガイドと電気光学結晶との結合が困難になる欠点
がある。さらに、電気光学定数が比較的大きいＬｉＴ工
０１４ Ｌ ｉ Ｎ ６０ ｓ等管用いるときではそれ
らの複屈折特性の温度依存性が非常に大きく、屈折率の
温度変化を補償するため構造が徴雑化する欠点がある。
果による電気光学結晶の電界印加に対する屈折率変化の
異方性を用いたものが知られている。しかしこれは動作
特性が加工精度に大きく依存し、製造時における結晶軸
に対する切出面の角度の高精度の選定および研磨を行わ
ねばならない等の欠点がある。また、検出感度の調整は
光の透過距離を変えることにより行うため、高感度を狙
ったものでは透過損失により検出光強度が低下し、光フ
ァイバ等のように小開口、拡散性の光ガイドを使用する
時に光ガイドと電気光学結晶との結合が困難になる欠点
がある。さらに、電気光学定数が比較的大きいＬｉＴ工
０１４ Ｌ ｉ Ｎ ６０ ｓ等管用いるときではそれ
らの複屈折特性の温度依存性が非常に大きく、屈折率の
温度変化を補償するため構造が徴雑化する欠点がある。
以上のような欠点があるため、電気光学結晶を用い九電
界センサは低感度にとどまり、製造コストの高いものと
なっている。
界センサは低感度にとどまり、製造コストの高いものと
なっている。
本発明は現在、卓上電子計算機のディスプレイ用等に広
く使用されているものと同程度の品質の液晶パネルを用
いてセンサーを構成し、高感度の電界センサーを安価に
供給することを目的とする。これら液晶パネルでは従来
性われていた結晶の研磨岬精度を要する作業を必要とし
ない。
く使用されているものと同程度の品質の液晶パネルを用
いてセンサーを構成し、高感度の電界センサーを安価に
供給することを目的とする。これら液晶パネルでは従来
性われていた結晶の研磨岬精度を要する作業を必要とし
ない。
現在量も一般的であるＴＮ形液晶パネル（偏光板を設け
たものを指す）金側にとって実験すると液晶セルで電極
間隔１０７１ｍのものに２■の直流電圧を印加すると９
０ｓの光透過率の変化が得られる。これに反し、電気光
学結晶の一つであるＡＤＰ を用いたポッケルスセル（
半波長電圧Ｖ、＝１０４Ｖ、厚さ１ｍ）Ｋ同じ強度の電
界を加えた時の透過率変化は０．１％である。これより
、液晶パネルを用いた電界センサは電気光学結晶による
センサに比べはるかに高感度であることがわかる、この
高感度は使用光源強度の変動及び検出後の電気的針側に
対する要求を大幅に緩和する。上記に加えて液晶パネル
では偏光板を接着した状塾であってもパネルの厚さｔ１
ｍ程度にすることができ、入射光、透過光の光ファイバ
による結合が容易となる。
たものを指す）金側にとって実験すると液晶セルで電極
間隔１０７１ｍのものに２■の直流電圧を印加すると９
０ｓの光透過率の変化が得られる。これに反し、電気光
学結晶の一つであるＡＤＰ を用いたポッケルスセル（
半波長電圧Ｖ、＝１０４Ｖ、厚さ１ｍ）Ｋ同じ強度の電
界を加えた時の透過率変化は０．１％である。これより
、液晶パネルを用いた電界センサは電気光学結晶による
センサに比べはるかに高感度であることがわかる、この
高感度は使用光源強度の変動及び検出後の電気的針側に
対する要求を大幅に緩和する。上記に加えて液晶パネル
では偏光板を接着した状塾であってもパネルの厚さｔ１
ｍ程度にすることができ、入射光、透過光の光ファイバ
による結合が容易となる。
本発明のセンナの場合は、液晶パネルの厚さ方向の構造
だけで動作特性が決まるため、ビーム断面積の小さな入
射光を用いて、センサ一部分を極めて小形化できる。そ
れは周囲電界の乱を少くできることを意味する。
だけで動作特性が決まるため、ビーム断面積の小さな入
射光を用いて、センサ一部分を極めて小形化できる。そ
れは周囲電界の乱を少くできることを意味する。
ｗｃＩ図に本センサの構造の一例を示す。！１図ａは第
１図すのセンサ一部分１１の拡大断面図である。ここで
は、液晶パネルと光源および検出器を光ファイバーで接
続しているが、ｌ！は光が液晶パネルを厚さ方向で直進
すればよくレンズ、ミラー等の他の光学系を用いる党略
の構成も可能である。液晶パネルは通常の卓上電子計算
機のディスプレイ用パネルと同様の構造を持つＴＮ形液
晶パネルであり、２枚のガラス板ｌ、２、ガラス板間に
封入された液晶セル３、とガラス板の外画に接着された
互いの偏光方向を直交する偏光板６．７により構成され
る。液晶の材質はＴＮ効果を示すものであれば何であっ
てもよく、材質によるパネル動作の鰻値電圧の違い１利
用して本センサの感度を調整することが可能である。
１図すのセンサ一部分１１の拡大断面図である。ここで
は、液晶パネルと光源および検出器を光ファイバーで接
続しているが、ｌ！は光が液晶パネルを厚さ方向で直進
すればよくレンズ、ミラー等の他の光学系を用いる党略
の構成も可能である。液晶パネルは通常の卓上電子計算
機のディスプレイ用パネルと同様の構造を持つＴＮ形液
晶パネルであり、２枚のガラス板ｌ、２、ガラス板間に
封入された液晶セル３、とガラス板の外画に接着された
互いの偏光方向を直交する偏光板６．７により構成され
る。液晶の材質はＴＮ効果を示すものであれば何であっ
てもよく、材質によるパネル動作の鰻値電圧の違い１利
用して本センサの感度を調整することが可能である。
１！１図すで光源、ＬＥＤ 、検出器ＰＤｔ−含む電気
的部分は長尺の光ファイバ１２．１：１ｍ！ｍセリサ１
１１１と結ばれている。この構成は被６１１定電界の乱
れを抑え、または強電界から電気的装置と観橢者管保静
し、遠隔測定を可能にし、党ガイド部分の空間占有率の
減少に効果がある。
的部分は長尺の光ファイバ１２．１：１ｍ！ｍセリサ１
１１１と結ばれている。この構成は被６１１定電界の乱
れを抑え、または強電界から電気的装置と観橢者管保静
し、遠隔測定を可能にし、党ガイド部分の空間占有率の
減少に効果がある。
元ファイバ１２．１３と液晶パネルは第１図ａＫ示すよ
うに、ファイバ補強材１０を用いて被覆接着し、一体化
している。補強材は不透明な絶縁材料（例えは黒色顔料
を含むエポキシ樹脂等）で作り、ファイバ結合部および
パネルの遮光を行う。必要なときは、更に上記光源検出
部ＰＤ、ＬＥＤ 等の周囲を塗装または樹脂モールド等
によシ補強、辿光會強化してもよい。
うに、ファイバ補強材１０を用いて被覆接着し、一体化
している。補強材は不透明な絶縁材料（例えは黒色顔料
を含むエポキシ樹脂等）で作り、ファイバ結合部および
パネルの遮光を行う。必要なときは、更に上記光源検出
部ＰＤ、ＬＥＤ 等の周囲を塗装または樹脂モールド等
によシ補強、辿光會強化してもよい。
第２図はＴＮ形液晶パネルの印加電圧−透過率特性の例
である。一般的な幅１０μｍのセルの＊’を持つＴＮ液
晶パネルではｌ値電圧Ｖｔｈ＝１．５（至）、飽和電圧
Ｖｓ ａ ｔ ＝ ２ Ｖ程度であるため、これでは２
０００Ｖ／ｃｍまでの電界強度がＩＩＩ定可能である。
である。一般的な幅１０μｍのセルの＊’を持つＴＮ液
晶パネルではｌ値電圧Ｖｔｈ＝１．５（至）、飽和電圧
Ｖｓ ａ ｔ ＝ ２ Ｖ程度であるため、これでは２
０００Ｖ／ｃｍまでの電界強度がＩＩＩ定可能である。
光源は単色光である必要はなく、液晶のねじれのピッチ
に比べ十分小さい波長を有効成分とするものであり、且
出力強度の安定しているものであれば何でも良く、例え
はこの図のようにＬＥＤが使用できる。ポッケルス効果
を用いた光学的電界センサは光源が単色光でなければな
らずレーザーまたは狭帯域な波長フィルターの使用が必
要であるといった欠点があるのに対し、本センサーでｑ
ＬＥＤ、白熱ランプ等各種の光源が使用できるという大
きな特命をもつ。
に比べ十分小さい波長を有効成分とするものであり、且
出力強度の安定しているものであれば何でも良く、例え
はこの図のようにＬＥＤが使用できる。ポッケルス効果
を用いた光学的電界センサは光源が単色光でなければな
らずレーザーまたは狭帯域な波長フィルターの使用が必
要であるといった欠点があるのに対し、本センサーでｑ
ＬＥＤ、白熱ランプ等各種の光源が使用できるという大
きな特命をもつ。
なお、ＴＮ形液晶パネルの印加電界に対する透過光強度
の時間的応答は、ＤＣ，ステップ状パルス電圧で立上夛
、立下り時間とも数百Ｂ＠ｅｃ〜数十ｇ減であり、交流
電界印加時の分子配向は電界の絶対値の平均に比例する
。
の時間的応答は、ＤＣ，ステップ状パルス電圧で立上夛
、立下り時間とも数百Ｂ＠ｅｃ〜数十ｇ減であり、交流
電界印加時の分子配向は電界の絶対値の平均に比例する
。
従って交流の時の透過率は直流値におけるものと数ＫＨ
ｚ ｔで同等である。透過率の変化ｔ電界の変化に追
随させたいときや検出後の増幅を容易にするためには光
源を適当な周波数（例えば１０ＫＨｚ）で強度変調して
目的を達成する。
ｚ ｔで同等である。透過率の変化ｔ電界の変化に追
随させたいときや検出後の増幅を容易にするためには光
源を適当な周波数（例えば１０ＫＨｚ）で強度変調して
目的を達成する。
検出器は上記の光源の変調周波数に追従できるか、また
は光源強度一定の場合はステップ状電界印加に対する液
晶パネルの応答に追随できるものであれば良い。光源と
検出器は互に大きく離れた位置に置かれても良いが、第
１図は光源と検出器が近接して置れた場合で、しかも光
源出力の一部を取り出して検出部に導き検出光と直接比
較を行うものを示している。
は光源強度一定の場合はステップ状電界印加に対する液
晶パネルの応答に追随できるものであれば良い。光源と
検出器は互に大きく離れた位置に置かれても良いが、第
１図は光源と検出器が近接して置れた場合で、しかも光
源出力の一部を取り出して検出部に導き検出光と直接比
較を行うものを示している。
また、第２図に見られるように、印加電圧−透過率特性
は一定の閾値を持つため既述のＴＮ形液晶の材料の選択
で閾値調整を行うことで、センサー自体にレベル検出の
機能を持たせることができ、用途によっては検出後の電
気回路によるレベル検出を省略して一定値以上の電界の
存在を直ちに有効に検知できる。導電体の周囲の電界を
検出して、その導電体の電位を非接触で一定するような
場合は、（上記液晶材料による感度調整の他に）センサ
ーと被測定導体の相対位置を変えて感度およびＦＪ値レ
ベルを調整することができる。
は一定の閾値を持つため既述のＴＮ形液晶の材料の選択
で閾値調整を行うことで、センサー自体にレベル検出の
機能を持たせることができ、用途によっては検出後の電
気回路によるレベル検出を省略して一定値以上の電界の
存在を直ちに有効に検知できる。導電体の周囲の電界を
検出して、その導電体の電位を非接触で一定するような
場合は、（上記液晶材料による感度調整の他に）センサ
ーと被測定導体の相対位置を変えて感度およびＦＪ値レ
ベルを調整することができる。
＄３図ａＦｉ本センサで実際に電界強度ｔ−Ｓ＋定する
例を示し、塩ビ被覆３２’を有する直線状導体３１に印
加された商用交流の電界’ｔｉｌｌ定する。
例を示し、塩ビ被覆３２’を有する直線状導体３１に印
加された商用交流の電界’ｔｉｌｌ定する。
第３図すにはその対地電圧によって生じた検出光強度の
変化を導体−センサ間距離ｔノ（ラメータとして実測し
グラフにしたものであり、２ＫＶの変化（３ＫＶ〜５Ｋ
Ｖ の範囲）に対し約５０−の検出光強度の変化が見ら
れ、本センサーが充分に高感度であることがわかり、ま
た配置位置による感度の変化もわかる。
変化を導体−センサ間距離ｔノ（ラメータとして実測し
グラフにしたものであり、２ＫＶの変化（３ＫＶ〜５Ｋ
Ｖ の範囲）に対し約５０−の検出光強度の変化が見ら
れ、本センサーが充分に高感度であることがわかり、ま
た配置位置による感度の変化もわかる。
以上により、本センサーが従来のポッケルス効果による
光学的電界センサに比′べ、製造が容易であり、小形、
かつ高感であり、さらＫＭ値時特性持つことより、電界
および電圧の一定のみでなく、一定値以上の電界強度の
有無の検出では特に有効であることを示した。
光学的電界センサに比′べ、製造が容易であり、小形、
かつ高感であり、さらＫＭ値時特性持つことより、電界
および電圧の一定のみでなく、一定値以上の電界強度の
有無の検出では特に有効であることを示した。
本センサの応用としては、電力分野での強電界のＩＩＩ
定および電圧の非接触測定を高絶縁、高インピーダンス
で安全にＩＩＩ定するといった従来の光学的電界センサ
ーとまったく同様に使える。
定および電圧の非接触測定を高絶縁、高インピーダンス
で安全にＩＩＩ定するといった従来の光学的電界センサ
ーとまったく同様に使える。
高感度であるため、数ＫＶ以下の配電線の活線か非油ａ
ｔ遠方から容易に一定できることが挙げられる。小形で
あるため、検出部を移動しながら空間電界の測定を行う
ことや、狭い場所へ挿入しくＩＩＩ定すること等にも有
効に使用できる工業上有益な発明ということができる。
ｔ遠方から容易に一定できることが挙げられる。小形で
あるため、検出部を移動しながら空間電界の測定を行う
ことや、狭い場所へ挿入しくＩＩＩ定すること等にも有
効に使用できる工業上有益な発明ということができる。
第１図（ｂ）は本発明の１．界センサーの実施例の構成
を示す図。 第１図（１）はその検出部の拡大断面図。 第・２図はＴＮ形液晶ノ（ネルの印加電圧−透過率特性
の図。 ９３図（ｍｌは本発明の実施例の検出状況の図。 ｗ４３図中）はその検出特性のグラフ。 １．２． ガラス板 ３、 １１晶 ４１ 封着剤 ５、 スペーサー ６．７．偏光板 ８．９． 補強板 １０、 補強材（塗装またはモールド）１１、 セ
ンサ一部 １２、 入射光ファイバー １３、 出射光ファイバー Ｐ、Ｄ、 フォトダイオード ＬＥＤ、 発光ダイオード １４、 比較器 り、 分配器 ＯＵＴ 、 出 力 ■ｔ ｈ ｅ 闇値電圧 ｖｌｔ、飽和電圧 ５ｉＰＤ、 シ・リコンフォトダイオードｄ、 銅
線と液晶パネルの間隔 ３１、銅線 ３２、 塩ビ被覆 特許出題人 東洋通信機株亥会社 −ｆ４− ＬＥＤ ≦ 一＋＋ＰＤ 導１本の電反’（ＫＶ） 手続補正書Ｃ方幻 １、事件の表示 昭和丈６年 看ｇ＋ 願第 ｌデ！θｌΔ号２、ン
ｇ月の名称 ５良シとｍ・Ｉルｔ！乞シブ− ３、補正をする者 事件との関係 出願人 ５、補正により増加する発明の数 ０ ６、補正の対象 ｒｌＪｋ）、。 ７、補正の内容 −１４−ＰＤ 葎 及 導１本の電、圧’（ＫＶ）
を示す図。 第１図（１）はその検出部の拡大断面図。 第・２図はＴＮ形液晶ノ（ネルの印加電圧−透過率特性
の図。 ９３図（ｍｌは本発明の実施例の検出状況の図。 ｗ４３図中）はその検出特性のグラフ。 １．２． ガラス板 ３、 １１晶 ４１ 封着剤 ５、 スペーサー ６．７．偏光板 ８．９． 補強板 １０、 補強材（塗装またはモールド）１１、 セ
ンサ一部 １２、 入射光ファイバー １３、 出射光ファイバー Ｐ、Ｄ、 フォトダイオード ＬＥＤ、 発光ダイオード １４、 比較器 り、 分配器 ＯＵＴ 、 出 力 ■ｔ ｈ ｅ 闇値電圧 ｖｌｔ、飽和電圧 ５ｉＰＤ、 シ・リコンフォトダイオードｄ、 銅
線と液晶パネルの間隔 ３１、銅線 ３２、 塩ビ被覆 特許出題人 東洋通信機株亥会社 −ｆ４− ＬＥＤ ≦ 一＋＋ＰＤ 導１本の電反’（ＫＶ） 手続補正書Ｃ方幻 １、事件の表示 昭和丈６年 看ｇ＋ 願第 ｌデ！θｌΔ号２、ン
ｇ月の名称 ５良シとｍ・Ｉルｔ！乞シブ− ３、補正をする者 事件との関係 出願人 ５、補正により増加する発明の数 ０ ６、補正の対象 ｒｌＪｋ）、。 ７、補正の内容 −１４−ＰＤ 葎 及 導１本の電、圧’（ＫＶ）
Claims (1)
- （１）電界強度に対応して光の透過率または反射り＼“
１ 重音変化する素子を用いた光学的電界センサにおいて、
検出素子としてＴＮ形液晶パネルを用い、光源からの光
を光ファイバ等のライトガイドにより該液晶パネルに導
き、骸液晶の透過光を再びライトガイドにより光検出器
に導き、該光源の光強度と収光検出器の検出光強度より
該液晶パネルの透過率を求めるこセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19501681A JPS5896256A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | 液晶を用いた電界センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19501681A JPS5896256A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | 液晶を用いた電界センサ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5896256A true JPS5896256A (ja) | 1983-06-08 |
Family
ID=16334123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19501681A Pending JPS5896256A (ja) | 1981-12-02 | 1981-12-02 | 液晶を用いた電界センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5896256A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63308577A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-15 | Fuji Xerox Co Ltd | 静電像の読み出し方法 |
| JPH01224679A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-07 | Tohoku Electric Power Co Inc | 充電部接近警報装置 |
| JPH03101810U (ja) * | 1990-02-05 | 1991-10-23 | ||
| JPH04198763A (ja) * | 1990-11-28 | 1992-07-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 絶縁形電圧検出器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4837097A (ja) * | 1971-09-11 | 1973-05-31 | ||
| JPS4941905A (ja) * | 1972-08-30 | 1974-04-19 |
-
1981
- 1981-12-02 JP JP19501681A patent/JPS5896256A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4837097A (ja) * | 1971-09-11 | 1973-05-31 | ||
| JPS4941905A (ja) * | 1972-08-30 | 1974-04-19 |
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| JPH01224679A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-07 | Tohoku Electric Power Co Inc | 充電部接近警報装置 |
| JPH03101810U (ja) * | 1990-02-05 | 1991-10-23 | ||
| JPH04198763A (ja) * | 1990-11-28 | 1992-07-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 絶縁形電圧検出器 |
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