JPS63188773A - 電圧測定器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界を光学的に検出して、高電圧を高精度で測
定する電圧測定器に関するものである。

〔従来技術〕

高電圧を測定する装置としては、例えば、対向させた２
枚の箔電極間に高電圧を与えて、その箔電極の反発力を
利用して指針を１辰らせる静電電圧計が知られている。

これとは別に、例えば実開昭５９−１０６０６８号等に
より、電界を与えた場合に、ある種の結晶の屈折率テン
ソルが電界強度に比例して変化する、所謂ポンケルス効
果を利用して、電界強度を光学的に測定する電界検出器
が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した静電電圧計は、５０ｋＶ程度の高電圧を測定で
きるが、対向した箔電極相互の反発力により指針を駆動
する構造であるため高い測定積度が得られず、特に振動
が加わった場合には測定誤差が多くなる等の問題がある
。

一方の電界検出器は高い測定精度が得られるが、電界が
生している空間にこれを配置して該空間の電界強度をＵ
Ｑ定するものであって、測定すべき電圧を電界検出器に
直接課電して、電圧を測定する用途には通用できない問
題がある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は斯かる問題に鑑みてなされたものであって、測
定すべき電圧を直接に課電し、課電された電圧をポッケ
ルス効果を利用して高ネｎ度に測定し得る、小型軽量の
電圧測定器を提供することを目的とする。

本発明に係る電圧測定器は、測定すべき電圧を課電すべ
く配設した測定電極と、該測定電極間に配設され、入射
しだ円偏光波が電界により楕円偏光波となって出射する
電界検出素子と、前記測定電極及び前記電界検出素子相
互の間に介装している誘電体と、前記電界検出素子に入
射すべき光を発する発光部、電界検出素子が出射した光
を捉えて光電変換する受光部及び受光部で得た信号を、
前記測定電極間の電圧値情報に変換する電圧測定部を設
けた測定器本体とを備えたことを特徴とする。

（作用〕 電界検出素子に入射した円偏光波は、該電界検出素子を
透過する。

測定すべき電圧を測定電極に課電すると、測定電極間に
配設されている電界検出素子には電界が作用する。この
電界検出素子内の円偏光波は、その電界により電界検出
方向を大径とし、それと直交する方向を小径とする楕円
偏光波となる。この楕円偏光波の偏平度は電界強度が強
い程大きく、また電界強度が弱い程小さくなるから、そ
の楕円偏光波の特定方向の大きさを検出することにより
電界強度が求まり、その電界強度に電極間距離に相当す
る係数を乗じて電圧値を得る。

Ｕｌｌｌｌ極電極電界検出素子相互間には誘電体を介装
させているから、電界検出素子は高電圧に耐え、高電圧
が高精度に測定される。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は５０ｋｖまで測定できる本発明に係る電圧測定
器を示す断面図である。第１図において例えばセラミ７
りからなる円筒状の遮光筒体１の軸方向の両端部の夫々
には、適宜の絶縁物からなる蓋体２Ａ、　２Ｂを螺合し
て取付けている。一方の蓋体２Ａの中心には球状の測定
用端子３を取付けているネジ軸４がｔ＠通しており、こ
のネジ軸４は該ネジ軸４に螺合し蓋体２Ａの内、外側に
夫々位置している長寸ナフト５とナツト６とにより蓋体
２Ａに固定されている。前記長寸ナツト５の先端側には
、周面が円弧状である円板状の測定電極７の中心に突設
させたネジ軸８を螺入している。このネジ軸８にはナツ
ト９が螺合されていて、このナツト９の締付けにより測
定電極７を長寸ナツト５に固定でき、測定電極７が蓋体
２Ａに固定されている。他方の蓋体２Ｂの中心には、前
記測定用端子３と同寸同形状の測定用端子１０を取付け
たネジ軸１１が挿通しており、このネジ軸１１は該ネジ
軸１１に蚊合し、蓋体２Ｂの内、外側に夫々位置してい
るナツト１２とナノＨ３とにより蓋体２Ｂに固定されて
いる。ネジ軸１１の先端には前記測定電極７と同寸同形
状の測定電極１４を螺合させて取付けている。この測定
電極Ｉ４は、前記測定電極７と同心的で且つ、対向して
おり、対向した面同士が平行している。なお、測定電極
７及び１４の直径はともに３ｃＩ！１であり、その対向
間距離は３ｃｍに選定されている。それ故、この両測定
電極７，１４に課電すると、それらの間には測定電極７
，１４の対向している面に平行な電界が生じ、測定電極
７．１４の中心部は平等電界となる。

遮光筒体１の軸方向中央部には、狭幅で短寸の開口部１
ａが、遮光筒体１の軸方向と直角に形成されている。こ
の開口部１ａには、電界検出部１６を取付けた電界検出
部支持体１５が螺合して取付けられている。電界検出部
支持体１５及び電界検出部Ｉ６は第２図に斜視図で示す
如く構成されている。電界検出部支持体１５は直方体状
であって、電界検出部１６が位置する側面１５ａは遮光
筒体１の内周面に１０う円弧状に形成されていて、電界
検出部１６の周辺の電界を乱さないようにしている。こ
の電界検出部支持体１５は例えばセラミックからなり、
この電界検出部支持体１５内には保護チューブ１６ｃを
外嵌した２本の光ファイバ１６ａ、　１６ｂを貫通させ
ている。

そして光ファイバ１６ａ、　１６ｂの先端側には遮光性
の保護管１６ｄ、　１６ｅが接続されており、一方の保
護管１６ｄ内には後述するレンズ系２１．偏光子２２、
補償板２３が配設され、他方の保護管１６ｅ内には後述
する検光子２５が配設されている。更に、保護管１６ｄ
。

１６ｅの先端側には、それらに跨っており水晶からなる
電界検出素子１６ｆが一体的に取付けられている。

電界検出素子１６ｆは前記測定電極７と１４とが対向す
る間の中央で測定電極７．１４の略中心に位置させ（第
１図参照）、電界検出素子１６Ｆと測定電極７．１４と
が平行し対向している。そして、遮光筒体ｌ内には、電
界検出素子１６ｆが水晶である場合は、その水晶の誘電
率ε＝４に略等しい誘電率ε＝３．５である例えばポリ
ウレタン樹脂の誘電体１７を注入して、測定電極７，１
４及び電界ヰ★出素子１６ｆをモールドしている。この
誘電体１７によるモールドは、例えば一方の蓋体２Ａを
取外してその開口部から誘電体１７を注入し、蓋体２八
を取付けた場合に遮光筒体ｌ内に位置する深さだけ残し
た状態で蓋体２Ａを取付けて開口部を閉じ、注入した誘
電体１７を硬化させている。

第３図は電界検出部と測定器本体とを示す模式図である
。第３図において、測定器本体３０の発光部２０が発し
た光（ランダムな方向に１辰動成分をもっている）〔第
４図（ａｌ参照〕は、光ファイバ１６ａからレンズ系２
１を経て偏光子２２に入射させている。

そして、偏光子２２に入射した光は、ここで直線偏光さ
せられ〔第４図（ｂ）参照〕、直線偏光された光を補償
板２３、例えばｎ＋％波長板（ｎ　＝０．１．２−’）
へ入射させており、これを透過する間に円偏光させるよ
うになっている〔第４図（Ｃ１参照〕。この補償板２３
の出射側には直角二等辺三角柱状のプリズム２４Ａがそ
の直角部を形成する一方の短辺側の而２４１を接触させ
て設けており、プリズム２．ＩＡに入射した光は、直角
部と対向している側面２４ｍにて直角に反射するように
している。そしてプリズム２４Ａの直角部を形成する他
方の短辺側の面２４ｎから出射した光を水晶からなる電
界検出素子１６ｆに入射させている。

電界検出素子１６ｆはＺ軸方向、即ちその長寸方向に対
して垂直にカントした両端面を有し、Ｚ軸方向に長い直
方体となっており、その円偏光波は電界検出素子１６ｆ
のＺ軸方向に透過する間に電界を受けると楕円偏光波と
なり〔第４図（ｄ＋参照〕、その状態で回転しつつ出射
側へ進行するようになっている。電界検出素子１６Ｆの
出射側には、直角二等辺三角柱状のプリズム２４Ｂが、
直角部を形成する一方の短辺側の面２４ｐを接触させて
設けており、プリズム２４Ｂに入射した光は直角部と対
向する面２４Ｑで反射するようになっている。プリズム
２４Ｂの直角部を形成する他方の短辺側の面２４ｒには
、それに接触させて検光子２５を設けており、プリズム
２４Ｂから出射した光を検光子２５に入射させている。

検光子２５は一方向の偏光波のみを反射し〔第４図（ｅ
ｌ参照〕、この直線偏光波を光ファイバ１６ｂに入射さ
せている。光ファイバ１６ｂを通過した光は受光部２６
で捉えて充電変換素子により電気信号に変換し、その電
気信号を電圧測定部２７に入力している。

電圧測定部２７は入力された電気信号に基づいて、受光
部２６の入射光の振幅測定を行う回路及び入射光の強度
レベルと電界強度との相関係数、また電界強度から電圧
値を算出するための測定電極間距離に相応する相関係数
を記憶している演算回路を備えている。このような構成
により電圧測定部２７は入力された電気信号から受光部
２６における入射光の強度、即ち直線偏光波の振幅に基
づき電界強度Ｐ　（ｋＶ／ａｍ）を算出し、この電界強
度Ｐに測定電極間距離の前記数値に相応する係数３を乗
じたＰＸ３により、測定電極に課電されている測定すべ
き電圧Ｖ　（ｋν）を算出して、図示しない表示部に表
示するよう構成している。また電界検出素子１６ｆは、
高い絶縁性を有し電界検出素子１６ｆの誘電率と略等し
い誘電率のポリウレタン樹脂からなる誘電体１７で測定
電極７．１４とともにモールドされているから、電界検
出素子１６ｆは測定電極７゜１４に課電された高電圧か
ら絶縁され、また電界素子１６ｆの周辺に電界の乱れ及
び部分放電が生じず、高精度で高電圧を測定することが
できる。

なお、電界検出素子１６ｆのＺ軸方向長さは、その長さ
に応じて偏光波の振動面のねじれ角が異なり、検光子７
にて最短径方向の成分を取出すように定める。つまり、
楕円偏光波の電界検出素子１６ｆの入射側端面と出射側
端面との偏光波の振動面のねじれ角度が９０度の整数倍
となるようにする。

このように構成した電圧測定器により電圧測定を行う場
合は、発光部２０から光を出射させるとともに、測定用
端子３，３間に測定ずへき高電圧を与えるゆこれにより
対向している測定電極７，１４間には平等電界が発生し
、その電界は電界検出素子１６ｆに作用する。そして電
界検出素子１６ｆ内を透過する光は透過する間に電界強
度に応じた楕円偏光波となる。この楕円偏光波の偏平度
は電界強度が強い程大きく、また電界強度が弱い程小さ
くなり、このような電界の強度と相関があることは公知
である。従って、楕円偏光波の最短径方向成分を検光子
２５で検出し、その光を受光部２６で受光して、その光
の強弱に基づき電界強度を算出して、それに係数を乗す
ることにより電圧が測定される。

この電圧測定器は電界検出部１６と測定器本体３０とが
光ファイバ１６ａ、　１６ｂで接続されているのみであ
るから、外来の電、磁界の誘導を受けず、感電する虞れ
もなく安全に測定できる。そのため、高電圧を光学的に
高精度で測定でき、また電圧測定器は小型、軽量である
。

また水晶は通常ポッケルス素子として良く用いられるＢ
ＳＯ，ＬＮＯなどと較べるとそのポッケルス定数が１桁
以上小さい。本発明はこの特性を逆に利用しているため
５０ｋＶ程度の高電圧まで直線性良く測定できるのであ
る。

なお、本実施例に示した高電圧測定器では５０ｋＶまで
の測定を可能としたが測定電極の対向距離を変更するこ
とにより、測定し得る電圧の範囲を適宜変更できるのは
勿論である。

また、本実施例では誘電体にポリウレタン樹脂を用いた
が、誘電率が略等しい他の樹脂を用いてもよいのは勿論
であり、測定電極及び電界検出素子をモールドせず、液
体の誘電体内に配設してもよいのは言うまでもない。更
に、測定電極はその対向する間に平等電界を生じさせ得
るものであればよく、球状又はその他の形状であっても
よい。

一方、電昇検出素子の素材が水晶以外の場合には、その
素材の誘電率に略等しい誘電率である適宜の誘電体を用
いる。また誘電体は硬化後にその外面に遮光塗料を塗布
する等して遮光し得た場合は戸先筒体を使用しなくてよ
い。

〔効果〕

以上詳述したように本発明は、測定すべき電圧を課電す
るための測定電極及び電界検出素子相互の間に誘電体を
介装しているから、電界検出素子は測定電極に課電され
た高電圧から絶縁される。

従って測定電極に課電された測定すべき高電圧を光学的
に測定でき、機械的振動による影響を全くうけずに高精
度で測定できる。また電界検出部と測定器本体とが離れ
ているから測定器本体側にて感電する虞れがない。更に
、電界検出部で電界を検出した光がａｌｌ定器本体に達
する間で外来の電磁界の影響をうけないから測定積度が
低下する虞れがない。それ故、高電圧を高精度で測定し
得て、小型、軽９の電圧測定器を提供できる優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電圧測定器の断面図、第２図は電界検
出部の斜視図、第３図は電界検出部及びペリ定器本体の
模式的説明図、第４図は電界検出部における光の偏光形
聾を示す説明図である。 １・・・遮光筒体　７．１４・・・測定電極　１６・・
・電界検出部　１６ａ、　１６ｂ・・・光ファイバ　１
６ｆ・・・電界検出素子　２０・・・発光部　２２・・
・偏光子　２４Ａ、２４Ｂ・・・プリズム　２５・・・
検光子 特　許　出願人　　三菱電線工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫募　３　図 算　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定すべき電圧を課電すべく配設した測定電極と、
   該測定電極間に配設され、入射した円偏光波が電界によ
   り楕円偏光波となって出射する電界検出素子と、前記測
   定電極及び前記電界検出素子相互の間に介装している誘
   電体と、前記電界検出素子に入射すべき光を発する発光
   部、電界検出素子が出射した光を捉えて光電変換する受
   光部及び受光部で得た信号を、前記測定電極間の電圧値
   情報に変換する電圧測定部を設けた測定器本体とを備え
   たことを特徴とする電圧測定器。 ２、前記測定電極は電界検出素子配設域に平等電界を形
   成すべき形状を有する特許請求の範囲第１項に記載した
   電圧測定器。 ３、誘電体の誘電率は、電界検出素子の誘電率と略等し
   い特許請求の範囲第１項に記載した電圧測定器。