CN102680763B - 光电压测定装置 - Google Patents

Abstract

提供一种使光量稳定性提高的光电压测定装置。构成为，从被光源驱动装置1驱动的光源2出射的光，透过SM耦合器12，利用单模光纤13而被引导到测定点附近。该光利用光纤型的偏振器14而被直线偏光，进而利用光纤型的1/8波长板15而被椭圆偏光，利用准直器16进行准直，透过电光学元件7，在反射膜17发生反射，再次透过电光学元件，利用准直器16与光纤型的1/8波长板15耦合。上述光纤型偏振器14的导引部分和1/8波长板15的粘着部分被收纳在形成于规定的固定用部件18的圆筒孔18a内，在光纤型偏振器的导引部分和圆筒孔的内壁之间，注入规定的粘着剂而形成粘着层19，从而将光纤型偏振器的导引部分固定于圆筒孔。

Description

光电压测定装置

技术领域

本发明涉及对变电所、发电所的电力设备以及电力***的电压进行测定的光电压测定装置。

背景技术

通常，光电压测定装置中，为了进行高精度的测定，需要使到达检测器的光量稳定。然而，在需要大量的大型(bulk)的光学部件的现有光电压测定装置中，由于振动、温度变化从而耦合光量容易在受光准直器的耦合(coupling)部分发生变化，从而存在给光电压测定装置带来显著误差的问题。

专利文献1：日本特表2002-536697号公报

非专利文献1：高橋紹大等「単一光導波路型ポツケルス電界センサ」電学論 Vol.114-B、No1(1994)

为了解决上述那样的问题，尝试用LiNbO₃等的波导路来构成传感器(非专利文献1)。但是，LiNbO₃的温度特性大，基于温度的灵敏度变化大，并且LiNbO₃是压电性及热电性大的材料，因此由于振动、温度变化而感应出电压，依然会导致产生误差。因此，作为精度要求比较不严格的电场传感器使用而部分供于实用，但作为例如要求1％以下精度的电力用等的电压传感器，则精度不足够，不是在现状中能够应用的技术水平。

因此，希望开发出一种光电压测定装置，采用BGO、BSO这样的温度特性较为良好、压电性及热电性小的晶体，更加小型化且减少部件数，从而提高光量稳定性。

发明内容

本发明用于解决上述那样的现有技术问题，其目的在于提供一种使光量稳定性提高的光电压测定装置。

为了解决上述的课题，实施方式的光电压测定装置，是反射型的光电压测定装置，其至少具备：光源；偏光光学***，用来使该光源的光成为规定的偏光状态；电光学元件，进行与施加的电压相应的光相位调制；反射镜，使透过上述电光学元件的光反射；测光器，对在上述反射鏡反射并透过上述电光学元件的透射光的某个轴的光强度进行检测；以及受光部，对透过上述测光器的透射光进行检测，并对上述施加电压进行检测；该光电压测定装置的特征在于，对上述偏光光学***的至少一部分使用光纤型的相位差板；将该相位差板收纳在设置于规定的固定用部件中的圆筒孔内。

根据具有上述那样的结构的光电压测定装置，使光学***大幅简单化，并且，通过利用固定用部件来固定光纤型的相位差板，从而光纤型的相位差板的使用成为可能，因此能够提供一种极少使用大型部件、使光量稳定性提高的光电压测定装置。

附图说明

图1是表示第一实施方式的光电压测定装置的结构的图，图1(A)是整体结构图，图1(B)是准直器的光纤端面部分的侧视图，图1(C)是图1(B)的A-A’剖视图。

图2是表示第一实施方式的光电压测定装置的其它结构的图，图2(A)是准直器的光纤端面部分的侧视图，图2(B)是图2(A)的A-A’剖视图。

图3是表示第二实施方式的光电压测定装置的整体结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明实施方式的光电压测定装置。

[第一实施方式]

(1-1)结构

本实施方式的光电压测定装置中，如图1(A)所示，构成为，从由光源驱动装置1驱动的光源2出射的光透过SM耦合器(coupler)12，利用单模光纤(single mode fiber)13被引导到测定点附近。此外，构成为，该光利用在单模光纤13的前端设置的、由偏振保持光纤(polarizationmaintaining fiber)构成的光纤型的偏振器14而成为直线偏光，进而利用光纤型的1/8波长板15、即光纤型的相位差板而成为椭圆偏光。

从该光纤型的1/8波长板15出射的光利用准直器16而被准直，透过采用了BGO(Bi₁₂GeO₂₀)等单晶的电光学元件(普克尔斯效应元件)7，并通过施加于电光学元件的反射膜17而发生反射，并再次透过电光学元件7，利用准直器16而与光纤型的1/8波长板15耦合。

此外，从上述1/8波长板15出射的光，当再次透过光纤型的偏振器14时，仅出射单一偏光成分的光。该光的光量根据利用上述电光学元件7被椭圆偏光的椭圆率而变化，输出与被测定电压相应的光量的光。这样，基于电压而受到强度调制的光再次利用单模光纤13被送回SM耦合器12，在SM耦合器12分支为朝向光源2的光和朝向检测器10的光。其中，朝向检测器的光被检测器10变换为电信号，利用电子电路11，基于该电信号的调制率，运算被测定对象的电压。

另外，从1/8波长板15出射的光的偏光状态，在未对电光学元件7施加电压的状态下，往返受到1/8波长+1/8波长＝1/4波长的相位差，所以正好成为圆偏光。另一方面，在对电光学元件7施加了电压的状态下，由电光学元件7进一步施加相位差，从而出射与施加的电压相应的椭圆偏光。由电光学元件7施加的相位差是单程的情况下的2倍，通过做成反射型，从而光电压测定装置的灵敏度成为大约2倍。

此外，图1(B)、图1(C)是表示准直器16的光纤端面部分的图。即，本实施方式中，与上述光纤型偏振器14的导引(lead)部分粘着的1/8波长板15例如被收纳在做成圆筒形状的固定用部件18内。上述固定用部件18设有直径比1/8波长板15采用的光纤的直径稍大的圆筒孔18a，在该圆筒孔18a内，收纳有上述光纤型偏振器14的导引部分和1/8波长板15的粘着部分。

并且，在上述光纤型偏振器14的导引部分和上述圆筒孔18a的内壁之间，通过注入规定的粘着剂而形成粘着层19，从而构成为，能够使光纤型偏振器14的导引部分固定于上述圆筒孔18a。另外，上述粘着剂只供给到光纤型偏振器14的导引部分，以使其不施加于1/8波长板15。

(1-2)作用

具有上述那样的结构的本实施方式具有以下作用。即，作为本实施方式的光纤型的相位差板，例如，如专利文献1示出的结构那样，代替晶体而使用具有双折射性的光纤。但是，这样的具有双折射性的光纤难以固定，因此虽然在电流传感器中已尝试应用，但没有应用于电压传感器的例子。

即，在光纤电流传感器中，即使与传感器熔接而相位差板的位置稍稍偏差，也不会对误差带来影响。但是，在使用大型的电光学元件的传感器中，准直器部分的光纤端面的位置若不以微米精度固定，则准直器的耦合效率变化而产生误差，或者完全不耦合而不构成传感器。因此，需要以微米精度固定光纤的前端，但若固定前端部分，则因固定而产生双折射，存在产生新的误差的问题。

对此，在本实施方式中，通过采用如图1(C)所示的结构，能够抑制因固定而产生的双折射。即，在本实施方式中，在设于上述固定用部件18的圆筒孔18a内，收纳上述光纤型偏振器14的导引部分和1/8波长板15的粘着部分，在上述光纤型偏振器14的导引部分和上述圆筒孔18a的内壁之间，注入规定的粘着剂，从而能够将光纤型偏振器14的导引部分固定于上述圆筒孔18a。

此外，在固定用部件18的圆筒孔18a内，通过不使粘着剂施加于上述1/8波长板15，从而不对1/8波长板15施加由粘着引起的应力，能够维持较高的温度稳定性。另一方面，虽然会对光纤型偏振器14的导引部分施加粘着的应力，但由于光纤型偏振器14的导引部分由偏振保持光纤构成，因此即使施加由粘着引起的应力，也能够在维持偏振的程度上不会施加较高的双折射，且应力不会导致误差。

此外，关于位置精度，圆筒孔18a和光纤外形都容易得到精度1μm左右的结构，只要使用它们就能够实现微米精度的定位。并且，在希望抑制由应力引起的光纤偏振器的微小的特性变化、以及因热膨胀引起的位置变化的情况下，用如玻璃、陶瓷那样热膨胀小的材料构成固定用部件当然就可以。

(1-3)效果

这样，根据本实施方式，使光学***大幅简单化，并且，通过利用固定用部件将光纤型的相位差板固定，光纤型的相位差板的使用成为可能，因此能够减少大型部件的使用。此外，通过抑制振动时的光学元件的角度偏差，能够抑制光量损失的变化，因此能够使受光器的受光光量稳定化。结果，能够提供一种能够不受振动的影响而始终进行高精度的测定的光电压测定装置。

(1-4)第一实施方式的变形例

图2(A)、图2(B)是表示上述第一实施方式的变形例的图，为了防止粘着层19扩及1/8波长板15，从固定用部件18的侧面打开切孔20，在光纤偏振器14和1/8波长板15的熔接部分附近形成空隙20a。虽然粘着剂具有因毛细管现象而将形成于固定用部件18的圆筒孔18a和光纤之间的间隙填埋那样的扩张性质，但通过设置该空隙20a，粘着剂不会向更深处扩张，能够防止粘着剂扩展到1/8波长板15部分，因此能够维持更高的温度稳定性。另外，上述空隙20a的形状及大小没有特别限定，可以在光纤偏振器14和1/8波长板15的熔接部分附近形成球形的空间。

[第二实施方式]

(2-1)结构

图3是表示第二实施方式的光电压测定装置的结构的图，本实施例示出了尤其适用于如下情况的结构，该情况为电光学元件的所设置的电压的测定点、和设置光源及电子电路的位置远离而需要由光纤进行长距离传送的情况。

即，在本实施方式中，构成为，与第一实施方式同样采用光纤型的1/8波长板15，并且采用偏振波分离耦合器21，从而能够分离光的椭圆的长轴·短轴的光，并且构成为，将正交的2个偏振波的光用1对光纤13、13传送。

另外，虽未图示，但本实施方式的光纤型的1/8波长板15也与第一实施方式同样，例如被收纳在形成于做成圆筒形状的固定用部件的圆筒孔内。此外，作为单模光纤，若采用2芯成对的结构，则2条光纤处于同一振动条件，从而更为优选。

(2-2)作用

以往，公知有以下情况：单模光纤具有能长距离传送的优点，但另一方面会因振动而产生损失的变化，并产生透射光量的变动，导致误差。若光纤的传送距离增长则振动的影响也变大，不能忽视该误差。为了防止该误差，已知可以将从电光学元件7返回1/8波长板15的光的椭圆的长轴及短轴双方的光量用单模光纤传送。本实施方式利用了这两个轴的光中若一方的光量增加则另一方减少的情况。即，通过检测器，使反相施加的信号取决于被测定点的电压变化而使正相施加的光量变化取决于振动，从而能够明确区别振动的影响，因此在长距离传送中也能实现高精度的测定。

这样采用两轴的光而去除传送光纤的振动的影响是公知技术，但以往的采用大型元件的光电压测定装置中，为了分离两轴的光而采用被称作PBS(Polarizing Beam Splitter，偏振分束器)的大型元件，因此PBS和光纤的耦合光学***成为2个，在对这部分施加了振动的情况下，两轴产生各自的光量变动。即，存在虽然试图特意做成耐振动的结构但检测部反而变得不耐振动的问题。对此，在本实施方式的光电压测定装置中，耦合光学***成为1个，两轴成为同样的光量变动，因此能够去除振动的影响而实现高精度的电压测定。

(2-3)效果

如上所述，以往的由大型部件构成的方式下，正交的2个偏振波的耦合效率的差成为误差，但通过采用光纤型的相位差板15及偏振波分离耦合器21，从而电光学元件和光纤的耦合成为1个，因此能够避免该问题，能够实现高精度的电压测定。

这样，根据本实施方式，即使是在电光学元件的所设置的电压的测定点和设置光源及电子电路的位置远离而需要光纤的长距离传送的情况下，也能够通过抑制振动时的光学元件的角度偏差而抑制光量损失的变化，因此不仅能够使受光器的受光光量稳定化，由于耦合光学***成为1个且两轴成为同样的光量变动，因此还能够去除振动的影响而实现高精度的电压测定。

另外，虽然说明了几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意欲限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种形态来实施，在不脱离发明主旨的范围内，能够进行各种省略、替换和变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，同样也包含在权利要求的范围所记载的发明及其等同的范围内。

符号说明

1…光源驱动装置

2…光源

7…电光学元件

10…检测器

11…电子电路

12…SM耦合器

13…单模光纤

14…光纤型的偏振器

15…光纤型的1/8波长板

16…准直器

17…反射膜

18…固定用部件

19…粘着层

20…切孔

21…偏振波分离耦合器。

Claims (3)

1.一种光电压测定装置，是反射型的光电压测定装置，

至少具备：

光源；

偏光光学***，用来使该光源的光成为规定的偏光状态；

电光学元件，进行与施加的电压相应的光相位调制；

反射镜，使透过上述电光学元件的光反射；

测光器，对经上述反射镜反射并透过上述电光学元件的透射光的某个轴的光强度进行检测；以及

受光部，对透过上述测光器的透射光进行检测，并对上述施加电压进行检测；

该光电压测定装置的特征在于，

上述偏光光学***具备由偏振面保持光纤构成的光纤型的偏振器和光纤型的相位差板；

上述光纤型的偏振器的引导部分和上述相位差板被熔接并收纳在设置于规定的固定用部件的圆筒孔内，仅将上述光纤型的偏振器的引导部分粘着固定在上述圆筒孔的内壁上。

2.如权利要求1所述的光电压测定装置，其特征在于，

作为上述测光器而使用光纤型的偏振波分离耦合器，利用该偏振波分离耦合器而分离为正交的2轴偏光，用一对单模光纤进行信号的传送，将其中1个与从上述光源向上述电光学元件输送光的光纤进行共用，并具有将来自上述光源的光与朝向上述受光部的光分离的光纤型的耦合器。

3.如权利要求1所述的光电压测定装置，其特征在于，

设置于上述固定用部件的圆筒孔的、上述相位差板和偏振面保存光纤的熔接点附近设有空隙。