JP2005300422A

JP2005300422A - Photocurrent detecting apparatus

Info

Publication number: JP2005300422A
Application number: JP2004119365A
Authority: JP
Inventors: Masao Takahashi; 正雄高橋; Shigeo Nomiya; 成生野宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-10-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photocurrent detecting apparatus of a structure enabling high accuracy measurement of currents, and easy attachment to and detachment from the conductor of an object to be measured. <P>SOLUTION: The photocurrent detecting apparatus, including a sensor fiber 7 which has a Faraday effect according to a magnetic field caused by a current to be measured, includes a looped-back optical path part for looping back an optical path from one end of the sensor fiber 7. The looped-back optical path part is provided with a polarization plane storage fiber 9 as a fiber member for looping back, of which the sensitivity with respect to the Faraday effect is relatively lowered, in comparison with the that of sensor fiber 7. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一般的には、光学素子の偏光特性の変化を利用して物理量の変化を測定する光応用計測装置の一種であり、特に、電流を測定するための光電流検出装置に関する。 The present invention is generally a kind of optical application measurement device that measures a change in physical quantity using a change in polarization characteristics of an optical element, and more particularly, to a photocurrent detection device for measuring current.

従来、絶縁物で構成されて、飽和がないため直線性が高く、直流から高周波まで測定が可能なコンパクトな電流検出装置として、光電流検出装置（以下、光ＣＴと表記する場合がある）が注目されている。この光ＣＴ（Optical Current Transformer）は、被測定電流により生じる磁界によって偏波面（直線偏光の振動面）が回転するファラデー効果を利用して電流を測定するものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, a photocurrent detection device (hereinafter, sometimes referred to as “optical CT”) is a compact current detection device that is made of an insulator and has high linearity because it has no saturation and can measure from DC to high frequency. Attention has been paid. This optical CT (Optical Current Transformer) measures current using a Faraday effect in which a polarization plane (a plane of vibration of linearly polarized light) is rotated by a magnetic field generated by a current to be measured.

光ＣＴには、当該ファラデー効果を信号として取り出す方式として、偏波面回転方式と干渉方式が提案されている。 For optical CT, a polarization plane rotation method and an interference method have been proposed as methods for extracting the Faraday effect as a signal.

偏波面回転方式は、ファラデー効果による偏波面の回転した光を、偏光子を用いて一偏光成分のみ取り出して強度信号に変換する方式である（例えば、非特許文献１を参照）。 The polarization plane rotation method is a method in which light having a polarization plane rotated by the Faraday effect is extracted using a polarizer and only one polarization component is extracted and converted into an intensity signal (see, for example, Non-Patent Document 1).

また、干渉方式は、ファラデー効果で右回りと左回りの円偏光の伝播時間に差が生じることを利用し、右回りと左回りの光を干渉させて、この干渉光強度から測定電流値を求める方式である（例えば、非特許文献２を参照）。 Also, the interference method uses the fact that the Faraday effect causes a difference in the propagation time of clockwise and counterclockwise circularly polarized light, and interferes clockwise and counterclockwise light, and the measured current value is calculated from this interference light intensity. This is a desired method (see, for example, Non-Patent Document 2).

いずれの方式でも光を用いるため、電気ノイズの影響を受けにくく、電気的な計測器に対して高ダイナミックレンジ化が期待できる。しかし、強度信号を用いているため、検出部分での電気ノイズやドリフトによってダイナミックレンジが制限される。一方、光ＣＴの出力信号として、強度信号ではなくレーザーの発振周波数の差を用いることにより、高精度の電流測定を図るための方式がなされている（例えば、非特許文献３または特許文献１を参照）。 Since either method uses light, it is not easily affected by electrical noise, and a high dynamic range can be expected for electrical measuring instruments. However, since the intensity signal is used, the dynamic range is limited by electric noise and drift in the detection portion. On the other hand, a method for measuring current with high accuracy has been made by using a difference in laser oscillation frequency instead of an intensity signal as an output signal of optical CT (for example, see Non-Patent Document 3 or Patent Document 1). reference).

この方式による光ＣＴの構成を簡単に説明すると、送信ファイバにより励起光が伝播されて、ＷＤＭカップラを通ってファイバレーザー内に励起光が入力される。ファイバレーザーは、ファイバ増幅器とファラデー回転鏡によるリヤミラー及び出力ミラーよりなる共振器で構成されている。共振器では、光学長によって決まる共振周波数でレーザー発振が行われる。 Briefly describing the configuration of the optical CT by this method, the pumping light is propagated by the transmission fiber, and the pumping light is input into the fiber laser through the WDM coupler. The fiber laser is composed of a resonator composed of a fiber amplifier, a rear mirror using a Faraday rotating mirror, and an output mirror. In the resonator, laser oscillation is performed at a resonance frequency determined by the optical length.

さらに、１次導体に電流が通電されると、このファイバレーザーに磁界が加わり、ファラデー効果によって右回りの円偏光と左回りの円偏光の間で屈折率が変化することとなる。共振器の光学長は、ｎ・ｌ（ｎ：屈折率、ｌ：ファイバ共振器長）で表されるので、右回りの円偏光と左回りの円偏光の間で共振器長に差が生じることとなり、結果として、偏光子を透過してきた出力光からは、両発振周波数のビート信号が観測される。 Furthermore, when a current is passed through the primary conductor, a magnetic field is applied to the fiber laser, and the refractive index changes between clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light due to the Faraday effect. Since the optical length of the resonator is expressed by n · l (n: refractive index, l: fiber resonator length), a difference occurs in the resonator length between clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light. As a result, beat signals having both oscillation frequencies are observed from the output light transmitted through the polarizer.

このビート周波数は加えた磁界（電流）の大きさに比例することから、ビート周波数を測定することによって、電流を求めることが可能である。一般に、周波数信号は強度信号より高いダイナミックレンジを得やすいことから、高ダイナミックレンジの電流測定が期待される。 Since the beat frequency is proportional to the magnitude of the applied magnetic field (current), the current can be obtained by measuring the beat frequency. In general, since a frequency signal is easier to obtain a higher dynamic range than an intensity signal, current measurement with a high dynamic range is expected.

また、これまで説明した光ＣＴの応用として、既設の電線に、簡単に後付けが可能な光電流検出装置が提案されている（例えば、非特許文献４を参照）。 Further, as an application of the optical CT described so far, a photocurrent detection device that can be easily retrofitted to an existing electric wire has been proposed (for example, see Non-Patent Document 4).

この装置は、鉄心を用いない事により、従来の巻き線型の光ＣＴに見られた磁気飽和の影響が無いことから、偏芯に強く、且つ、電磁相互差用を伴わないことから、０相電流の測定などが容易に行うことが出来る。しかし、一般に光電流検出装置は、磁界の周回積分を行う必要性から、センサファイバはループを構成しており、既設への取り付けを困難にしていた。当該装置は反射構成とすることによって、この問題を解決している。
高橋正雄他“Optical Current Transformer for Gas Insulated Switchgear using Silica Optical Fiber”IEEE Transactions on Power Delivery Vol.12, No.4, 1997, p.1422 S.X Short“Imperfect Quarter-Waveplate Compensation in Sagnac Interferometer-Type Current Sensor”Journal of Lightwave Technology, Vol.16, No.7, 1998, ｐ.1212 Myung Lae Leet 他“A polarimetric current sensor using an orthogonally polarized dual-frequency fiber laser”Meas.Sci.Technol., Vol.9, 1998, ｐ.952 黒澤潔他“Field Tests of Fault Section Locating System for Power Transmission Cable Lines Using Optical Fiber Current Sensors”16th International Conference on Optical Fiber Sensors, 2003 特開２００１−２８１２７２号公報 Since this apparatus does not use an iron core, there is no influence of magnetic saturation seen in the conventional winding type optical CT, so it is strong against eccentricity and does not involve electromagnetic mutual difference. Current measurement can be easily performed. However, in general, in the photocurrent detection device, the sensor fiber forms a loop because it is necessary to perform the circular integration of the magnetic field, and it is difficult to attach the sensor fiber to the existing one. The device solves this problem by adopting a reflective configuration.
Masao Takahashi et al. “Optical Current Transformer for Gas Insulated Switchgear using Silica Optical Fiber” IEEE Transactions on Power Delivery Vol.12, No.4, 1997, p.1422 SX Short “Imperfect Quarter-Waveplate Compensation in Sagnac Interferometer-Type Current Sensor” Journal of Lightwave Technology, Vol.16, No.7, 1998, p.1212 Myung Lae Leet et al. “A polarimetric current sensor using an orthogonally polarized dual-frequency fiber laser” Meas. Sci. Technol., Vol. 9, 1998, p. 952. Kiyoshi Kurosawa “Field Tests of Fault Section Locating System for Power Transmission Cable Lines Using Optical Fiber Current Sensors” 16th International Conference on Optical Fiber Sensors, 2003 JP 2001-281272 A

しかしながら、前述したような従来の光ＣＴには、以下に述べるような解決すべき課題がある。 However, the conventional optical CT as described above has problems to be solved as described below.

即ち、被測定対象の導体である例えば既設の電線に、簡単に後付けが可能な光電流検出装置としては、偏波面回転方式でしか、実現されていない。偏波面回転方式は、強度信号を用いており、原理的にダイナミックレンジを大きくすることが困難である。また、リングレーザー方式やサニャック干渉方式では、高ダイナミックレンジ化が期待できるが、その構成上、センサファイバはループ状である必要がある。このため、既設の電線に対して、簡単な着脱を困難にしている。 That is, as a photocurrent detection device that can be easily retrofitted to, for example, an existing electric wire that is a conductor to be measured, only a polarization plane rotation method is realized. The polarization plane rotation method uses intensity signals, and it is difficult in principle to increase the dynamic range. Further, in the ring laser method and the Sagnac interference method, a high dynamic range can be expected, but the sensor fiber needs to be in a loop shape due to its configuration. For this reason, it is difficult to easily attach and detach the existing electric wires.

本発明の目的は、リングレーザー方式または干渉方式の光電流検出装置において、高精度の電流測定と共に、被測定対象の導体に対する簡単な着脱を可能にする構造の光電流検出装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photocurrent detection device of a ring laser type or an interference type photocurrent detection device having a structure capable of easily attaching to and detaching from a conductor to be measured together with high-precision current measurement. is there.

本発明の観点に従った光電流検出装置は、被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を含むリング型共振器を備えたリングレーザー方式の光電流検出装置において、前記リング型共振器は、前記センサ用ファイバ部材の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、当該折り返し光路部分では、前記センサ用ファイバ部材と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材が設けられた構成である。 A photocurrent detection device according to an aspect of the present invention includes a ring resonator including a sensor fiber member that is disposed at a position affected by a magnetic field induced by a current to be measured and has a Faraday effect corresponding to the magnetic field. In the ring laser type photocurrent detection device comprising: the ring resonator includes a folded optical path portion that folds an optical path from one end of the sensor fiber member, and the folded optical path portion is compared with the sensor fiber member. And it is the structure provided with the fiber member for folding | turning which the sensitivity with respect to a Faraday effect becomes relatively low.

本発明の光電流検出装置であれば、高精度の電流測定と共に、小形でかつ安定性に優れており、被測定対象の導体に対して容易に着脱を行なうことを実現することができる。 With the photocurrent detection device of the present invention, it is possible to realize high-precision current measurement, small size and excellent stability, and easy attachment / detachment to / from the conductor to be measured.

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a photocurrent detection device according to the first embodiment.

本実施形態の光電流検出装置は、通常では、回路基板上に実装される機器群と、被測定対象の導体６に対して装着されるリング共振器５と、スペクトラムアナライザ１４とに大別される。 The photocurrent detection device of the present embodiment is generally roughly divided into a device group mounted on a circuit board, a ring resonator 5 attached to a conductor 6 to be measured, and a spectrum analyzer 14. The

機器群としては、ＬＤドライバ２により駆動されるレーザーダイオード１と、光電センサ１２と、増幅器１３とが基板上に実装されている。スペクトラムアナライザ１４は、増幅器１３により増幅されたビート信号１２Ａを入力し、被測定対象の導体６に流れる電流値を測定するためのビート周波数の観測結果を出力する。 As a device group, a laser diode 1 driven by an LD driver 2, a photoelectric sensor 12, and an amplifier 13 are mounted on a substrate. The spectrum analyzer 14 receives the beat signal 12A amplified by the amplifier 13 and outputs an observation result of the beat frequency for measuring the current value flowing through the conductor 6 to be measured.

リング共振器５は、カップラ４を介して送信ファイバ３及び受光ファイバ１１のそれぞれと結合されている。レーザーダイオード１から発光されたレーザー光は、送信ファイバ３及びカップラ４を経由して、リング共振器５に導入される。 The ring resonator 5 is coupled to each of the transmission fiber 3 and the light receiving fiber 11 via the coupler 4. Laser light emitted from the laser diode 1 is introduced into the ring resonator 5 via the transmission fiber 3 and the coupler 4.

リング共振器５は、レーザーダイオード１からのレーザー光を励起光として、リングレーザーを発振する構成である。リング共振器５は、例えばネオジウムやエルビウム等の材質からなり、励起光を入射することによって光の増幅作用を持つレーザー媒質を含む光ファイバ部材から構成される。光ファイバ部材には、ファラデー効果を有するセンサファイバ７及び偏波面保存ファイバ９が含まれる。 The ring resonator 5 is configured to oscillate a ring laser using the laser light from the laser diode 1 as excitation light. The ring resonator 5 is made of, for example, a material such as neodymium or erbium, and is composed of an optical fiber member that includes a laser medium that has a light amplifying function when incident excitation light is incident. The optical fiber member includes a sensor fiber 7 having a Faraday effect and a polarization preserving fiber 9.

さらに、リング共振器５は、偏光子８及び１／４波長板１０を有する。偏光子８は、送信ファイバ３により導入される光から直線偏光を発生する。１／４波長板１０は、センサファイバ７の両端に配置されて、偏波面保存ファイバ９から出射した直線偏光を円偏光に変換して、センサファイバ７に伝播させる。 Further, the ring resonator 5 includes a polarizer 8 and a quarter wavelength plate 10. The polarizer 8 generates linearly polarized light from the light introduced by the transmission fiber 3. The quarter-wave plate 10 is disposed at both ends of the sensor fiber 7, converts the linearly polarized light emitted from the polarization preserving fiber 9 into circularly polarized light, and propagates it to the sensor fiber 7.

本実施形態のリング共振器５は、センサファイバ７が被測定対象である導体６の周囲を一周して１／４波長板１０を通過後に、光路が折り返される構造である。このため、図１に示すように、当該光ＣＴのセンサ部分は、２重破線１５の部分で開くことが可能となり、被測定対象である導体６に対する着脱を容易にさせている。ここで、レーザー光は、１／４波長板１０を通過後は、高複屈折ファイバである偏波面保存ファイバ９で伝播されている。このため、偏波面保存ファイバ９の部分では、磁界が加わった状態でも、偏波面は回転せず、センサファイバ７の部分でのみ磁界を感じることとなる。 The ring resonator 5 of the present embodiment has a structure in which the optical fiber is folded after the sensor fiber 7 goes around the conductor 6 to be measured and passes through the quarter-wave plate 10. For this reason, as shown in FIG. 1, the sensor portion of the optical CT can be opened at the portion indicated by the double broken line 15 and is easily attached to and detached from the conductor 6 to be measured. Here, after passing through the quarter-wave plate 10, the laser light is propagated through the polarization plane preserving fiber 9 which is a high birefringence fiber. For this reason, in the polarization plane preserving fiber 9 portion, even when a magnetic field is applied, the polarization plane does not rotate, and the magnetic field is felt only in the sensor fiber 7 portion.

（光電流検出装置の動作）
先ず、リング共振器５は、レーザーダイオード１から十分な励起光を与えられたときに、光路長Ｌによって定まる共振周波数でリングレーザーを発振する。ここで、被測定対象である導体６に電流が通電されると、ファラデー効果によって、リングレーザー中のセンサファイバ７の光路長は、右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で光路差が生ずる。当該各光路長をそれぞれ、「Ｌ＋δ」、「Ｌ−δ」とする。 (Operation of photocurrent detector)
First, the ring resonator 5 oscillates a ring laser at a resonance frequency determined by the optical path length L when given sufficient excitation light from the laser diode 1. Here, when a current is applied to the conductor 6 to be measured, the optical path length of the sensor fiber 7 in the ring laser is changed between the clockwise circular polarization and the counterclockwise circular polarization by the Faraday effect. There is a difference. The optical path lengths are “L + δ” and “L−δ”, respectively.

このため、右回りと左回りの円偏光の共振周波数が異なるため、リングレーザーの発振周波数も、右回りと左回りの円偏光で異なる発振周波数となる。このため、右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で、ビートが生じる。 For this reason, since the resonance frequency of clockwise and counterclockwise circularly polarized light is different, the oscillation frequency of the ring laser is also different between the clockwise and counterclockwise circularly polarized light. For this reason, a beat is generated between clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light.

本実施形態の光ＣＴにおいては、カップラ４から発振光を取り出して、受光ファイバ１１により光電センサ１２まで伝搬させる。光電センサ１２は、当該発振光を光電変換して、ビート信号１２Ａを検出して増幅器１３に出力する。増幅器１３は、ビート信号１２Ａを増幅してスペクトラムアナライザ１４に出力する。 In the light CT of this embodiment, oscillation light is extracted from the coupler 4 and propagated to the photoelectric sensor 12 by the light receiving fiber 11. The photoelectric sensor 12 photoelectrically converts the oscillation light, detects the beat signal 12A, and outputs it to the amplifier 13. The amplifier 13 amplifies the beat signal 12A and outputs it to the spectrum analyzer 14.

このビート周波数は、導体６に通電された電流値に比例するため、当該ビート周波数をスペクトラムアナライザ１４で観測することにより、被測定対象である導体６に流れる電流値を検出することができる。 Since this beat frequency is proportional to the value of current supplied to the conductor 6, the current value flowing through the conductor 6 to be measured can be detected by observing the beat frequency with the spectrum analyzer 14.

このような原理において、リング共振器５では、ファラデー効果を有するセンサファイバ７には、円偏光が伝播することが必要である。リング共振器５では、偏光子８によりレーザーダイオード１から導入された励起光から直線偏光が得られる。この直線偏光を、偏波面保存ファイバ９で伝播させる。即ち、折り返し光路中での偏光を直線偏光とし、偏波面保存ファイバ９中を伝播させることで、ファラデー効果の影響を抑制できる。 In such a principle, the ring resonator 5 needs to propagate circularly polarized light to the sensor fiber 7 having the Faraday effect. In the ring resonator 5, linearly polarized light is obtained from the excitation light introduced from the laser diode 1 by the polarizer 8. This linearly polarized light is propagated through the polarization plane preserving fiber 9. That is, the influence of the Faraday effect can be suppressed by making the polarized light in the folded optical path linearly polarized light and propagating through the polarization plane preserving fiber 9.

さらに、直線偏光は、１／４波長板１０により円偏光に変換されて、センサファイバ７で伝播される。従って、センサファイバ７が完全に磁界の周回積分を行える構成を可能としている。 Further, the linearly polarized light is converted into circularly polarized light by the quarter wavelength plate 10 and propagated through the sensor fiber 7. Therefore, a configuration in which the sensor fiber 7 can completely perform the circular integration of the magnetic field is possible.

以上のように本実施形態の光電流検出装置であれば、電流検出用信号としてビート周波数信号を使用するため、ダイナミックレンジを大きく取ることが容易である。また、センサとしてファイバ７を用いているので、光路を全てファイバ或いは導波路とすることが容易であり、バルク部品に有るような位置ずれによる光量の不安定などが生じず、高精度化が容易である。さらに、ファラデー効果を受けるセンサ部分が完全に閉じているため、原理的に外部磁界の影響を受けず、高精度化が可能である。 As described above, in the photocurrent detection device according to the present embodiment, the beat frequency signal is used as the current detection signal, so that it is easy to increase the dynamic range. In addition, since the fiber 7 is used as a sensor, it is easy to make all the optical paths fiber or waveguide, and there is no instability of light quantity due to misalignment as in bulk parts, and high accuracy is easy. It is. Furthermore, since the sensor portion that receives the Faraday effect is completely closed, in principle, it is not affected by an external magnetic field, and high accuracy can be achieved.

ところで、センサファイバ７として、光弾性効果の大きい媒質を使用すると、ファイバをループ状に巻くことによって直線複屈折を生じることとなる。このように大きな直線複屈折を生じたファイバでは、光ファイバの伝播モードが直線複屈折の軸に一致した直交した２つの直線偏光となり、ファラデー効果による旋光性を加えても円偏波は伝播せず、結果としてビート周波数は直交した２つの直線偏光の周波数差が観測されるのみで、１次導体６に電流を通電しても、その周波数は変化しない。 By the way, when a medium having a large photoelastic effect is used as the sensor fiber 7, linear birefringence is generated by winding the fiber in a loop shape. In a fiber with such a large linear birefringence, the propagation mode of the optical fiber becomes two orthogonal linear polarizations that coincide with the axis of the linear birefringence. As a result, only the frequency difference between the two orthogonally polarized light beams orthogonal to each other is observed as the beat frequency, and the frequency does not change even when a current is passed through the primary conductor 6.

このような直線複屈折の影響を除去する方法としては、ファイバに捻りを加えることが効果的であることが知られている。ファイバーに捻れを加えると、その伝播モードは円複屈折となり、効果的にファラデー効果による旋光を捉えることが出来る。このときに使用する光ファイバは、直線複屈折を持たないファイバーでも、或いは高複屈折ファイバでも良く、直線複屈折に対し、十分な捻りを加えることで、伝播モードを円偏波にすることができる。 As a method of removing the influence of such linear birefringence, it is known that twisting the fiber is effective. When the fiber is twisted, its propagation mode becomes circular birefringence, and the optical rotation due to the Faraday effect can be effectively captured. The optical fiber used at this time may be a fiber that does not have linear birefringence or a high birefringence fiber, and the propagation mode can be made circularly polarized by applying sufficient twist to the linear birefringence. it can.

以上要するに本実施形態の特徴としては、リングレーザーの幾何学的構成である。即ち、センサファイバ７が導体６を一周したのちに、１／４波長板１０を通過後に、光路が折り返された構造である。この結果、前述したように、当該光ＣＴのセンサ部分を、図１に示す２重破線１５の部分で開くことが可能となり、被測定対象の導体６への着脱を容易にすることができる。 In short, the feature of this embodiment is the geometric configuration of the ring laser. That is, after the sensor fiber 7 goes around the conductor 6 and then passes through the quarter-wave plate 10, the optical path is folded. As a result, as described above, the sensor portion of the optical CT can be opened at the portion indicated by the double broken line 15 shown in FIG. 1, and can be easily attached to and detached from the conductor 6 to be measured.

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図である。本実施形態は、干渉方式の光ＣＴに応用したものである。 (Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the photocurrent detection device according to the second embodiment. This embodiment is applied to an optical CT using an interference method.

この干渉方式の光ＣＴでは、図２に示すように、リング型光路２０の外部に光源１６が設けられている。また、干渉方式の光ＣＴは、リング型光路２０を右回りに伝播する光と、左回りに伝播する光とで光学長が変わる構成であり、この２つの光の位相差から物理量を求める計測装置である。この光学長を変える手段として、ファラデー効果が利用されている。 In this interference type light CT, as shown in FIG. 2, a light source 16 is provided outside the ring-type optical path 20. In addition, the interference type light CT has a configuration in which the optical length varies between light propagating clockwise in the ring-type optical path 20 and light propagating counterclockwise, and measurement for obtaining a physical quantity from the phase difference between the two lights. Device. The Faraday effect is used as a means for changing the optical length.

本実施形態の光ＣＴは、光源１６としてはスーパー・ルミネッセント・ダイオードを使用する。このダイオード１６は、ドライバ１７で駆動されて発光し、第１のカップラ１８を透過する光を出力する。 The light CT of this embodiment uses a super luminescent diode as the light source 16. The diode 16 is driven by a driver 17 to emit light and outputs light that passes through the first coupler 18.

この光は、偏光子８によって直線偏光となり、リング状光路２０まで光が導かれる。また、当該光は、偏波面保存型の第２のカップラ１９により、リング状光路２０を右回りと左回りに伝播する光に分岐される。まず、右回りに回る光について説明する。 This light is linearly polarized by the polarizer 8, and the light is guided to the ring-shaped optical path 20. The light is split into light propagating clockwise and counterclockwise through the ring-shaped optical path 20 by the polarization plane preserving second coupler 19. First, light that rotates clockwise will be described.

分岐された光は、１／４波長板１０で円偏光となり、センサファイバ７でファラデー効果による位相差を受ける。センサファイバ７を透過した光は、再び１／４λ板１０で直線偏光に変換された後に、偏波面保存ファイバ９を通過して第２のカップラ１９まで戻ってくる。 The branched light becomes circularly polarized light at the quarter-wave plate 10 and receives a phase difference due to the Faraday effect at the sensor fiber 7. The light transmitted through the sensor fiber 7 is again converted into linearly polarized light by the ¼λ plate 10, and then passes through the polarization plane preserving fiber 9 and returns to the second coupler 19.

一方、左回りに伝播する光は、右回りに伝播すると光と全く逆の順番で各素子を伝播し、センサファイバ７中では、右回りの光とは逆の右回りの円偏光で伝播することになる。このため、右回りの光と左回りの光では、ファラデー効果による位相差θがプラスマイナスが逆となり、干渉光の強度はｃｏｓ２θに比例して変化する。 On the other hand, the light propagating counterclockwise propagates through the elements in the order completely opposite to the light when propagating clockwise, and propagates in the sensor fiber 7 with the clockwise circularly polarized light opposite to the clockwise light. It will be. For this reason, in the clockwise light and the counterclockwise light, the phase difference θ due to the Faraday effect is reversed between plus and minus, and the intensity of the interference light changes in proportion to cos 2θ.

光電センサ１２は、当該干渉光強度を電気信号に変換して信号処理回路２１に出力する。信号処理回路２１でアークコサインを取ることによって、被測定対象の導体（図示していないがリング状光路２０の近傍に配置）を流れる電流値を検出できる。 The photoelectric sensor 12 converts the interference light intensity into an electric signal and outputs it to the signal processing circuit 21. By taking an arc cosine by the signal processing circuit 21, it is possible to detect the value of the current flowing through the conductor to be measured (not shown but arranged near the ring-shaped optical path 20).

本実施形態に関する干渉方式の光ＣＴにおいても、前述の第１の実施形態と同様に、リング状光路２０（リングレーザー）は、１／４波長板１０を透過後、光路を折り返す構造である。従って、被測定対象の導体６への着脱を容易にすることができる。 Also in the optical CT of the interference system according to the present embodiment, the ring-shaped optical path 20 (ring laser) has a structure in which the optical path is folded after passing through the quarter-wave plate 10 as in the first embodiment. Accordingly, it is possible to easily attach and detach the conductor 6 to be measured.

（第３の実施の形態）
図３から図６は、第３の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図である。本実施形態は、第２の実施形態に関する装置のリング状光路２０の構造に関係したものである。なお、第２の実施形態の光電流検出装置と同一の構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。 (Third embodiment)
3 to 6 are diagrams showing the configuration of the photocurrent detection device according to the third embodiment. The present embodiment relates to the structure of the ring-shaped optical path 20 of the apparatus relating to the second embodiment. In addition, about the component same as the photocurrent detection apparatus of 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

本実施形態は、特にセンサファイバ７に対する水分によるファイバ材の劣化進展を防止し、或いは、結露・結氷による複屈折の増加を避けるため、リング状光路２０を気密構造とした構成である。 In the present embodiment, in particular, the ring-shaped optical path 20 has an airtight structure in order to prevent deterioration of the fiber material due to moisture with respect to the sensor fiber 7 or to avoid an increase in birefringence due to condensation or icing.

具体的には、図３に示すように、センサファイバ７、偏波面保存ファイバ９、及び１／４波長板１０のそれぞれが、可とう性金属管２２の中に収納された気密構造である。ここで、センサファイバ７の両端には、１／４波長板１０がそれぞれ融着されている。さらに、リング状光路２０の折り返し光路部として、偏波面保存ファイバ９が融着されている。 Specifically, as shown in FIG. 3, each of the sensor fiber 7, the polarization-maintaining fiber 9, and the quarter-wave plate 10 has an airtight structure housed in a flexible metal tube 22. Here, the quarter-wave plate 10 is fused to both ends of the sensor fiber 7. Further, the polarization plane preserving fiber 9 is fused as a folded optical path portion of the ring-shaped optical path 20.

本実施形態の可とう性金属管２２は、図４に示すように、筒状の金属管からなり、一方の開口が金属製閉止蓋２３を溶接するなどの方法で、事前に気密閉止処理が施されている。この金属管２２の中に、センサファイバ７、偏波面保存ファイバ９、及び各１／４波長板１０が、挿入される。 As shown in FIG. 4, the flexible metal tube 22 of the present embodiment is formed of a cylindrical metal tube, and one opening is welded with a metal closing lid 23 in advance to perform an airtight sealing process in advance. It has been subjected. In this metal tube 22, the sensor fiber 7, the polarization-maintaining fiber 9, and each ¼ wavelength plate 10 are inserted.

また、偏波面保存ファイバ９には、金属コーティング２４が施されて、もう一方の金属管２２の端面に溶接された金属製閉止蓋２３に設けられた貫通孔に半田付け固定される。 Further, the polarization preserving fiber 9 is provided with a metal coating 24 and soldered and fixed to a through hole provided in a metal closing lid 23 welded to the end face of the other metal tube 22.

本実施形態の可とう性金属管２２は、図５（Ａ）に示すような形状から、同図（Ｂ）に示すように、被測定対象の導体６の周囲に巻くような形状に変化させて、クランプ部材２２Ａにより両端面を固定させることが可能である。これにより、センサファイバ７の両端を固定させ、センサファイバ７の周回状態を保持し、センサ７の着脱時の感度変化を押さえた高精度な光電流検出装置を実現することが可能となる。換言すれば、リング状光路２０（リングレーザー）は、可とう性金属管２２により気密閉止された状態で、被測定対象の導体６への着脱を容易にすることができる。 The flexible metal tube 22 of the present embodiment is changed from the shape shown in FIG. 5A to a shape wound around the conductor 6 to be measured, as shown in FIG. Thus, both end surfaces can be fixed by the clamp member 22A. As a result, it is possible to realize a highly accurate photocurrent detection device in which both ends of the sensor fiber 7 are fixed, the rotation state of the sensor fiber 7 is maintained, and a change in sensitivity when the sensor 7 is attached or detached is suppressed. In other words, the ring-shaped optical path 20 (ring laser) can be easily attached to and detached from the conductor 6 to be measured while being hermetically sealed by the flexible metal tube 22.

図６は、本実施形態の可とう性金属管２２の変形例に関する図である。 FIG. 6 is a view relating to a modification of the flexible metal tube 22 of the present embodiment.

本変形例は、図６に示すように、偏波面保存ファイバ９からなる折り返し光路部分を可とう性金属管２２の外側に配置し、かつ、結束バンド２５により固定された構造である。 As shown in FIG. 6, this modification has a structure in which a folded optical path portion made of the polarization-maintaining fiber 9 is arranged outside the flexible metal tube 22 and fixed by a binding band 25.

本変形例では、センサファイバ７の両端には、１／４波長板１０が融着されて、さらに偏波面保存ファイバ９と融着されている。この偏波面保存ファイバ９の部分で、光路を折り返し、Ｕ字型の光路が構成されている。偏波面保存ファイバ９には、金属コート２４が施されて、可とう性金属管２２の両端に溶接された金属製閉止蓋２３と半田付け固定される。 In this modification, the quarter-wave plate 10 is fused to both ends of the sensor fiber 7 and is further fused to the polarization-maintaining fiber 9. At the portion of the polarization plane preserving fiber 9, the optical path is folded back to form a U-shaped optical path. The polarization preserving fiber 9 is provided with a metal coat 24 and soldered and fixed to a metal closing lid 23 welded to both ends of the flexible metal tube 22.

可とう性金属管２２の両端にはファイバリードが延びているので、この両端を若干のテンションをかけながら固定することにより、金属管２２中にファイバがまっすぐに固定され、形状の変化を抑えることができる。 Since the fiber leads extend at both ends of the flexible metal tube 22, the fibers are fixed straight in the metal tube 22 by applying a slight tension to the ends of the flexible metal tube 22 to suppress a change in shape. Can do.

なお、偏芯や外部磁界の影響を完全に除去するためには、導体６の周りにセンサファイバ７で完全な閉ループを構成する必要がある。このため、センサファイバ７の両端部を、１／４波長板１０の部分でクランプ部材により固定し、この両端部分を最も近接させて固定を行うことにより、この偏芯及び外部磁界の影響を、効果的に除去することが可能となる。 In order to completely remove the influence of the eccentricity and the external magnetic field, it is necessary to form a complete closed loop with the sensor fiber 7 around the conductor 6. For this reason, the both ends of the sensor fiber 7 are fixed by a clamp member at the portion of the quarter-wave plate 10, and the both ends are fixed closest to each other. It can be effectively removed.

以上のように本実施形態によれば、気密構造を保ちながら、リング状光路２０（リングレーザー）を、被測定対象である導体６に対して容易に着脱することができる。 As described above, according to the present embodiment, the ring-shaped optical path 20 (ring laser) can be easily attached to and detached from the conductor 6 to be measured while maintaining an airtight structure.

なお、可とう性金属管２２と同一機能を実現できるものであれば、可とう性金属管の代りに他の材料からなる収納管でもよい。 As long as the same function as that of the flexible metal tube 22 can be realized, a storage tube made of another material may be used instead of the flexible metal tube.

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に関する光電流検出装置において、特にキャピラリ２６を使用したファイバ７，９の結合構造を示す図である。 (Fourth embodiment)
FIG. 7 is a view showing a coupling structure of the fibers 7 and 9 using the capillary 26 in the photocurrent detection apparatus according to the fourth embodiment.

前述の各実施形態の光電流検出装置では、センサファイバ７のファイバ部材としては、石英ファイバと、鉛ガラスファイバが主に用いられている。このうち、鉛ガラスファイバは、ベルデ定数が高く、かつ、光弾性定数が低いことから、電流用センサファイバとして適していると考えられている。 In the photocurrent detection devices of the above-described embodiments, quartz fiber and lead glass fiber are mainly used as the fiber member of the sensor fiber 7. Among these, the lead glass fiber is considered to be suitable as a current sensor fiber because it has a high Verde constant and a low photoelastic constant.

しかしながら、当該鉛ガラスファイバは、通信用で一般的に用いられている石英ファイバに対して、融点が低く、石英ファイバとの融着が困難である。このことは、適用対象を大幅に制限する要因となる。具体的には、前述の第１及び第２の各実施形態でのリングレーザーの電流センサ部に適用しようとした場合には、当該センサ部の両端にバルクの光学部品を用いた結合光学系が必要となり、当該センサ部の安定性を維持することは困難であり、現実的ではない。 However, the lead glass fiber has a melting point lower than that of a quartz fiber generally used for communication, and is difficult to fuse with the quartz fiber. This is a factor that greatly limits the scope of application. Specifically, when it is intended to be applied to the current sensor part of the ring laser in each of the first and second embodiments described above, a coupled optical system using bulk optical components at both ends of the sensor part is provided. It is necessary and it is difficult to maintain the stability of the sensor unit, which is not realistic.

そこで、本実施形態では、石英材質のキャピラリー２６中に、端面を研磨された鉛ガラスファイバ２７の端部を挿入し、キャピラリー２６中で偏波面保存ファイバ９に融着された１／４ビート長の高複屈折ファイバからなる１／４波長板１０と突き当てて、接着剤で固定している。この鉛ガラスファイバ２７は、前述のセンサファイバ７を構成するファイバ部材である。 Therefore, in this embodiment, the end portion of the lead glass fiber 27 whose end face is polished is inserted into the capillary 26 made of quartz, and the 1/4 beat length fused to the polarization plane preserving fiber 9 in the capillary 26 is inserted. A quarter-wave plate 10 made of a high birefringence fiber and affixed with an adhesive. The lead glass fiber 27 is a fiber member constituting the sensor fiber 7 described above.

以上のようにして本実施形態によれば、キャピラリー２６を使用してファイバの位置合わせを行って、センサファイバ７を構成する鉛ガラスファイバ２７と、石英ファイバからなる１／４波長板１０とを突き合わせて接着することによって、低損失で且つバルク部品を用いない安定したファイバ結合構造を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, the fiber is aligned using the capillary 26, and the lead glass fiber 27 constituting the sensor fiber 7 and the quarter wavelength plate 10 made of quartz fiber are obtained. By butt-bonding, a stable fiber coupling structure with low loss and no bulk parts can be realized.

折り返し光路部分を、センサファイバ７と比較してファラデー効果に対する感度を抑制するための対策としては、ファイバの材質を変える方法が有効である。しかしながら、実際には、ファイバ間の接続を考えると、ファイバ間の融点の差が大きい場合には融着を行うことが困難である。また、融着装置の関係上、石英ファイバ同士の融着以外は困難である。また、コネクタ接続を行う場合には、ファイバの端面同士を押し付け合い、かつ、研磨に耐え、研磨後も端面が擦れる事を考慮する必要があり、或る程度の機械強度を持った光ファイバにしか適用できない。このため、例えば鉛ガラスファイバのようなファイバに対しては、コネクタ接続が困難である。そこで、本実施形態の構成であれば、機械強度のないファイバに対しても容易に接続が可能となり、ファイバ材料選択の幅を大幅に広げることが可能となる。 As a countermeasure for suppressing the sensitivity to the Faraday effect in the folded optical path portion compared to the sensor fiber 7, a method of changing the material of the fiber is effective. However, in actuality, considering the connection between the fibers, it is difficult to perform the fusion if the difference in melting point between the fibers is large. In addition, due to the fusion device, it is difficult to perform other than fusion of quartz fibers. When connecting connectors, it is necessary to consider that the end faces of the fibers are pressed against each other and that the end faces are rubbed and rubbed even after polishing. Only applicable. For this reason, it is difficult to connect a connector to a fiber such as a lead glass fiber. Therefore, with the configuration of the present embodiment, it is possible to easily connect to a fiber having no mechanical strength, and the range of fiber material selection can be greatly expanded.

また、キャピラリー２６の材質として石英を用いることによって、偏光の安定性を格段に向上することができる。即ち、キャピラリー２６とファイバ２７とが接着により固定されることによって、キャピラリー２６の熱膨張の影響をファイバ２７が受けることになる。この場合、キャピラリーとファイバの材質を同一にする事によって、キャピラリーとファイバが同様に伸縮することにより、キャピラリーの伸縮時にもファイバに力を加えることなく、光弾性による偏光特性の変化を抑えることが出来る。 Further, by using quartz as the material of the capillary 26, the polarization stability can be remarkably improved. That is, when the capillary 26 and the fiber 27 are fixed by adhesion, the fiber 27 is affected by the thermal expansion of the capillary 26. In this case, by using the same material for the capillary and the fiber, the capillary and the fiber expand and contract in the same way, so that the change in the polarization characteristics due to photoelasticity can be suppressed without applying force to the fiber even when the capillary is expanded or contracted. I can do it.

このとき、用いているファイバの材質は鉛ガラス及び石英の２つであることから、両者に対してこの条件を満たすことは出来ない。一般的にはセンサファイバの複屈折が感度変化に直接作用するため、重視しがちであるが、１／４波長板１０の複屈折変化も、センサファイバの複屈折変化と同様に、電流センサ部の感度変化に作用する。実は、この場合、鉛ガラスファイバの方が、光弾性手定数が小さいので、こちらを犠牲にして、キャピラリー２６を石英とすることで、複屈折変化を抑制することができる。 At this time, since the materials of the fibers used are two of lead glass and quartz, this condition cannot be satisfied for both. Generally, since the birefringence of the sensor fiber directly affects the sensitivity change, it tends to be emphasized. However, the birefringence change of the quarter-wave plate 10 is similar to the birefringence change of the sensor fiber. It affects the sensitivity change. In fact, in this case, since the lead glass fiber has a smaller photoelastic hand constant, the change in birefringence can be suppressed by using quartz for the capillary 26 at the expense of this.

さらに、キャピラリー２６の材質を石英とする事によって、紫外線硬化タイプの接着剤を用いることが出来る利点がある。紫外線硬化タイプの接着剤は常温で硬化でき、且つ硬化収縮が小さいことから、硬化時の位置変化を最低にすることができることから、接続部の光量損失を小さく抑えることが可能で、且つ、複屈折の低減にも都合が良い。 Furthermore, there is an advantage that an ultraviolet curable adhesive can be used by using quartz as the material of the capillary 26. UV curable adhesives can be cured at room temperature and have a small shrinkage in curing, so that the change in position during curing can be minimized, so that it is possible to minimize the loss of light quantity at the connection and Convenient for reducing refraction.

ここで、１／４波長板１０を構成する偏波面保存ファイバの材質が一般的に石英であり、これとキャピラー２６の材質を一致させることによって、キャピラー２６の熱膨張によって接着面に加わる応力を低減させ、接着部の寿命を向上させることができる。これと共に、応力によって１／４波長板１０の複屈折が変化することを防ぎ、光電流検出装置の温度特性を保つことが可能となる。 Here, the material of the polarization-preserving fiber constituting the quarter-wave plate 10 is generally quartz, and by matching the material of this with the material of the capillary 26, the stress applied to the adhesive surface due to the thermal expansion of the capillary 26 is increased. The life of the bonded portion can be improved. At the same time, it is possible to prevent the birefringence of the quarter-wave plate 10 from being changed by stress, and to maintain the temperature characteristics of the photocurrent detection device.

（第５の実施形態）
図８（Ａ），（Ｂ）は、第５の実施形態に関する光電流検出装置において、特にセンサファイバ７の形状変化による感度低下の問題を解決するための構造を説明するための図である。 (Fifth embodiment)
FIGS. 8A and 8B are views for explaining a structure for solving the problem of sensitivity reduction due to a change in the shape of the sensor fiber 7 in the photocurrent detection device according to the fifth embodiment.

被測定対象の導体６に対して、リング状光路を構成するファイバ部材（７，９，１０）を装着するときに、捩れに起因する旋光が問題となる。これは、ファイバ部材の着脱に伴なって、当該ファイバ部材の形状が微妙に変化することにより、ファイバ中での旋光の度合いが変化することである。 When the fiber member (7, 9, 10) constituting the ring-shaped optical path is attached to the conductor 6 to be measured, optical rotation caused by twist becomes a problem. This is that the degree of optical rotation in the fiber changes as the shape of the fiber member slightly changes as the fiber member is attached or detached.

ここで、旋光自体は、センサファイバ７を透過する２方向の光に同じ屈折率変化を与えることになるため、結果として、伝播時間は変わらず、センサファイバ７の出力に対しても影響は与えない。しかしながら、センサファイバ７の両端に設置された１／４波長板１０の相対的な軸関係が崩れることになり、センサファイバ７の感度が変化することになる。以下図８（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。図８（Ａ），（Ｂ）において、円は円偏光、楕円は楕円偏光、矢印は直線偏光を意味する。 Here, the optical rotation itself gives the same refractive index change to the light in two directions that passes through the sensor fiber 7, and as a result, the propagation time does not change and the output of the sensor fiber 7 is also affected. Absent. However, the relative axial relationship between the quarter-wave plates 10 installed at both ends of the sensor fiber 7 is lost, and the sensitivity of the sensor fiber 7 changes. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 8A and 8B, a circle means circularly polarized light, an ellipse means elliptically polarized light, and an arrow means linearly polarized light.

図８（Ａ）に示すように、センサファイバ７に対して、１／４波長板１０によって得られた円偏光が入射するが、１／４波長板１０による位相差は完全に９０°とはならず、ある位相誤差をもって入射される。この結果、入射光は楕円偏光となる。楕円偏光は、直線偏光と円偏光の重ね合わせで示すことができるので、センサファイバ７の複屈折を０とすると、対向側の１／４波長板１０には直線偏光と円偏光が入射することになる。このとき、円偏光成分は、１／４波長板１０で直線偏光となり、高複屈折ファイバの軸に一致した直線偏光が１／４波長板１０から出射される。 As shown in FIG. 8A, the circularly polarized light obtained by the quarter wavelength plate 10 is incident on the sensor fiber 7, but the phase difference by the quarter wavelength plate 10 is completely 90 °. Rather, it is incident with a certain phase error. As a result, the incident light becomes elliptically polarized light. Since elliptically polarized light can be shown by superposition of linearly polarized light and circularly polarized light, when the birefringence of the sensor fiber 7 is set to 0, linearly polarized light and circularly polarized light are incident on the ¼ wavelength plate 10 on the opposite side. become. At this time, the circularly polarized light component becomes linearly polarized light at the quarter wavelength plate 10, and linearly polarized light that coincides with the axis of the high birefringence fiber is emitted from the quarter wavelength plate 10.

一方、同図（Ｂ）に示すように、直線偏光においては、１／４波長板１０の軸と一致した直線偏光が入射した場合には、直線偏光が出力され、また１／４波長板１０の軸と４５°偏波面がずれた直線偏光が入射した場合には、円偏光が出力されることになる。このため、入射の偏波面が１／４波長板１０の出力光の偏光状態に影響を与えることになる。これによって、センサファイバ７の感度が変化することとなる。 On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the case of linearly polarized light, when linearly polarized light that coincides with the axis of the quarter wavelength plate 10 is incident, linearly polarized light is output, and the quarter wavelength plate 10 When linearly polarized light whose axis of polarization is shifted by 45 ° is incident, circularly polarized light is output. For this reason, the incident polarization plane affects the polarization state of the output light of the quarter-wave plate 10. As a result, the sensitivity of the sensor fiber 7 changes.

このような、１／４波長板１０との相対的な軸関係の変化による誤差を低減するためには、完全な円偏波を伝播することによって、解決可能であることがわかる。即ち、少なくとも一方の１／４波長板１０の複屈折をほぼ９０°とすることによって、この問題を解決できることになる。 It can be seen that in order to reduce such an error due to a change in the relative axial relationship with the quarter-wave plate 10, it can be solved by propagating a complete circularly polarized wave. That is, this problem can be solved by setting the birefringence of at least one quarter-wave plate 10 to approximately 90 °.

即ち、本実施形態では、センサファイバ７中に円偏光を伝播させるための１／４波長板１０を、センサファイバ７の両端に設けた構成において、一方の１／４波長板１０で生じる位相差がほぼ９０°（９０°±１°程度）となるように製作する。 That is, in the present embodiment, in the configuration in which the quarter wavelength plate 10 for propagating the circularly polarized light in the sensor fiber 7 is provided at both ends of the sensor fiber 7, the phase difference generated in one quarter wavelength plate 10. Is approximately 90 ° (90 ° ± 1 °).

これにより、導体６に取り付けられたセンサファイバ７を一度取り外し、再度取り付ける場合、センサファイバ７の微妙な形状の変化により、センサファイバ７を出射する偏光は回転方向に変化することになる。 Thus, when the sensor fiber 7 attached to the conductor 6 is once removed and attached again, the polarized light emitted from the sensor fiber 7 changes in the rotation direction due to a subtle change in the shape of the sensor fiber 7.

これは、光電流検出装置の感度変化の原因となるので、一方の１／４波長板１０で生じる位相差をほぼ９０°となるように製作しておくと、センサファイバ７中に完全な円偏光が伝播することになる。従って、偏光が回転方向に変化しても、ファイバ７の出射口での偏光は一切変化せず、着脱による感度変化の問題のない高精度な光電流検出装置を実現できることになる。 This causes a change in sensitivity of the photocurrent detection device. Therefore, if the phase difference generated in one quarter-wave plate 10 is made to be approximately 90 °, a complete circle is formed in the sensor fiber 7. Polarized light will propagate. Therefore, even if the polarization changes in the rotation direction, the polarization at the exit of the fiber 7 does not change at all, and a high-accuracy photocurrent detection device that does not have a problem of sensitivity change due to attachment / detachment can be realized.

（第６の実施形態）
図９は、第５の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図である。本実施形態は、前述の第２の実施形態での折り返し光路部分をシングルモードファイバ（一般通信用光ファイバ）２９により構成したものである。なお、第２の実施形態の光電流検出装置と同一の構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。 (Sixth embodiment)
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the photocurrent detection device according to the fifth embodiment. In the present embodiment, the folded optical path portion in the second embodiment is configured by a single mode fiber (general communication optical fiber) 29. In addition, about the component same as the photocurrent detection apparatus of 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、図９に示すように、リング状光路２０において、センサファイバ７の両端には１／４波長板１０が配置されている。さらに、偏光子８が融着接続されて、その外側にデポラライザ（無偏光化素子）２８が融着されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9, quarter-wave plates 10 are disposed at both ends of the sensor fiber 7 in the ring-shaped optical path 20. Further, the polarizer 8 is fused and a depolarizer (non-polarizing element) 28 is fused to the outside thereof.

リング状光路２０での動作を説明すると、まず、シングルモードファイバ２９を伝播してきた光は、デポラライザ２８で無偏光に変換されて、その後、偏光子８で直線偏光にされる。次に、１／４波長板１０で円偏光にされて、センサファイバ７を伝播することになる。 The operation in the ring-shaped optical path 20 will be described. First, the light propagating through the single mode fiber 29 is converted into non-polarized light by the depolarizer 28 and then converted into linearly polarized light by the polarizer 8. Next, it is circularly polarized by the quarter wavelength plate 10 and propagates through the sensor fiber 7.

さらに、センサファイバ７を出射してきた光は、１／４波長板１０で直線偏光となる。この光が偏光子８を透過し、デポラライザ２８で無偏光になる。このようにして、円偏光から無偏光の変換を行い、折り返し光路部分２９に無偏光を伝播させる。 Further, the light emitted from the sensor fiber 7 becomes linearly polarized light by the quarter wavelength plate 10. This light passes through the polarizer 8 and becomes non-polarized light by the depolarizer 28. In this way, conversion from circularly polarized light to non-polarized light is performed, and the non-polarized light is propagated to the folded optical path portion 29.

以上のように本実施形態の構成であれば、無偏光に変換するための光学素子２８を配置させることで、無偏光を利用して、折り返し光路部分のファラデー効果に対する感度を低減させることを実現している。これにより、センサファイバ７の部分でのみファラデー効果を受けることになるリング状光路２０を構成できる。従って、被測定対象の導体に対して容易に着脱可能で、当該導体の生じさせる磁界の完全な周回積分を実現でき、高精度の電流検出を実現することができる。 As described above, with the configuration of the present embodiment, by arranging the optical element 28 for conversion to non-polarized light, it is possible to reduce the sensitivity to the Faraday effect of the folded optical path portion using non-polarized light. doing. Thereby, the ring-shaped optical path 20 that receives the Faraday effect only in the sensor fiber 7 can be configured. Therefore, it can be easily attached to and detached from the conductor to be measured, complete complete integration of the magnetic field generated by the conductor can be realized, and highly accurate current detection can be realized.

また、本実施形態の構成であれば、折り返し光路部分として、一般的な通信用ファイバであるシングルモードファイバ２９を使用するため、相対的に製造コストの低減化を図ることができる。 Also, with the configuration of the present embodiment, the single-mode fiber 29, which is a general communication fiber, is used as the folded optical path portion, so that the manufacturing cost can be relatively reduced.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明の第１の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the photocurrent detection apparatus regarding the 1st Embodiment of this invention. 第２の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the photocurrent detection apparatus regarding 2nd Embodiment. 第３の実施形態に関する光電流検出装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the photocurrent detection apparatus regarding 3rd Embodiment. 第３の実施形態に関する可とう性金属管の構造を示す図。The figure which shows the structure of the flexible metal tube regarding 3rd Embodiment. 第３の実施形態に関する可とう性金属管の構造を示す図。The figure which shows the structure of the flexible metal tube regarding 3rd Embodiment. 第３の実施形態に関する可とう性金属管の変形例を示す図。The figure which shows the modification of the flexible metal tube regarding 3rd Embodiment. 第４の実施形態に関する光電流検出装置のファイバの結合構造を示す図。The figure which shows the coupling structure of the fiber of the photocurrent detection apparatus regarding 4th Embodiment. 第５の実施形態に関する光電流検出装置の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the photocurrent detection apparatus regarding 5th Embodiment. 第６の実施形態に関する光電流検出装置の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the photocurrent detection apparatus regarding 6th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…レーザーダイオード、２…ＬＤドライバ、３…送信ファイバ、４…カップラ、
５…リング共振器、６…導体、７…センサファイバ、８…偏光子、
９…偏波面保存ファイバ、１０…１／４波長板、１１…受光ファイバ、
１２…光電センサ、１３…増幅器、１４…スペクトラムアナライザ、１６…光源、
１７…ドライバ、１８…第１のカップラ、１９…第２のカップラ、２０…リング状光路、
２１…信号処理回路、２２…可とう性金属管、２３…金属製閉止蓋、
２４…金属コーティング、２５…結束バンド、２６…キャピラリー、
２７…鉛ガラスファイバ、２８…デポラライザ、２９…シングルモードファイバ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser diode, 2 ... LD driver, 3 ... Transmission fiber, 4 ... Coupler,
5 ... Ring resonator, 6 ... Conductor, 7 ... Sensor fiber, 8 ... Polarizer,
9 ... polarization-maintaining fiber, 10 ... quarter-wave plate, 11 ... light receiving fiber,
12 ... Photoelectric sensor, 13 ... Amplifier, 14 ... Spectrum analyzer, 16 ... Light source,
17 ... driver, 18 ... first coupler, 19 ... second coupler, 20 ... ring-shaped optical path,
21 ... Signal processing circuit, 22 ... Flexible metal tube, 23 ... Metal closing lid,
24 ... metal coating, 25 ... tie band, 26 ... capillary,
27 ... lead glass fiber, 28 ... depolarizer, 29 ... single mode fiber.

Claims

被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を含むリング型共振器を備えたリングレーザー方式の光電流検出装置において、
前記リング型共振器は、
前記センサ用ファイバ部材の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、
当該折り返し光路部分では、前記センサ用ファイバ部材と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材が設けられた構成であることを特徴とする光電流検出装置。 In a ring laser type photocurrent detection device provided with a ring type resonator including a sensor fiber member having a Faraday effect according to the magnetic field, arranged at a position affected by a magnetic field induced by a current to be measured,
The ring resonator is
Including a folded optical path portion that folds the optical path from one end of the sensor fiber member;
The photocurrent detecting device is characterized in that the folding optical path portion is provided with a folding fiber member that is relatively less sensitive to the Faraday effect than the sensor fiber member.

被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を含むリング状光路を備え、当該センサ用ファイバ部材から出射した２つの光の位相差に基づいて前記被測定電流の電流値を測定する干渉方式の光電流検出装置において、
前記リング状光路は、
前記センサ用ファイバ部材の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、
当該折り返し光路部分では、前記センサ用ファイバ部材と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材が設けられた構成であることを特徴とする光電流検出装置。 Two lights emitted from the sensor fiber member having a ring-shaped optical path including a sensor fiber member having a Faraday effect corresponding to the magnetic field, disposed at a position affected by the magnetic field induced by the current to be measured In the interference type photocurrent detection device that measures the current value of the current to be measured based on the phase difference of
The ring-shaped optical path is
Including a folded optical path portion that folds the optical path from one end of the sensor fiber member;
The photocurrent detection device according to claim 1, wherein the folded optical path portion is provided with a folded fiber member that is relatively less sensitive to the Faraday effect than the sensor fiber member.

前記センサ用ファイバ部材の両端には、円偏光と直線偏光の変換手段が設けられて、
前記折り返し用ファイバ部材は、当該変換手段を介して前記センサ用ファイバ部材に結合される偏波面保存ファイバ部材から構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光電流検出装置。 At both ends of the sensor fiber member, circularly polarized light and linearly polarized light conversion means are provided,
The said folding | returning fiber member is comprised from the polarization plane preservation | save fiber member couple | bonded with the said fiber member for sensors through the said conversion means, The any one of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. Photocurrent detection device.

被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を有する光電流検出装置において、
前記センサ用ファイバ部材は、可とう性収納管中に収納された気密構成であることを特徴する光電流検出装置。 In a photocurrent detection device having a sensor fiber member that is arranged at a position affected by a magnetic field induced by a current to be measured and has a Faraday effect according to the magnetic field,
The photocurrent detector according to claim 1, wherein the sensor fiber member has an airtight structure housed in a flexible housing tube.

前記可とう性収納管の両端部には、クランプ部材が設けられたことを特徴とする請求項４に記載された光電流検出装置。 The photocurrent detection device according to claim 4, wherein clamp members are provided at both ends of the flexible storage tube.

被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を有する光電流検出装置において、
前記センサ用ファイバ部材に対して円偏光を伝播させるための１／４波長板と、
当該１／４波長板と前記センサ用ファイバ部材とを結合させるためのキャピラリー部材と
を有することを特徴する光電流検出装置。 In a photocurrent detection device having a sensor fiber member that is arranged at a position affected by a magnetic field induced by a current to be measured and has a Faraday effect according to the magnetic field,
A quarter-wave plate for propagating circularly polarized light to the sensor fiber member;
A photocurrent detection device comprising a capillary member for coupling the quarter-wave plate and the sensor fiber member.

前記キャピラリー部材は、石英材質からなることを特徴とする請求項６に記載の光電流検出装置。 The photocurrent detection device according to claim 6, wherein the capillary member is made of a quartz material.

前記キャピラリー部材において、前記１／４波長板と前記センサ用ファイバ部材とを結合させるための手段として、紫外線硬化タイプの接着剤を使用することを特徴とする請求項６に記載の光電流検出装置。 7. The photocurrent detection device according to claim 6, wherein in the capillary member, an ultraviolet curing type adhesive is used as means for coupling the quarter-wave plate and the sensor fiber member. .

前記センサ用ファイバ部材に対して円偏光を伝播させるための１／４波長板を、当該センサ用ファイバ部材の両端に設けられた前記光電流検出装置において、
一方の１／４波長板で生じる位相差がほぼ９０°となるように前記１／４波長板が構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光電流検出装置。 In the photocurrent detection apparatus provided at both ends of the sensor fiber member, quarter wave plates for propagating circularly polarized light with respect to the sensor fiber member,
4. The quarter-wave plate according to claim 1, wherein the quarter-wave plate is configured such that a phase difference generated in one of the quarter-wave plates is approximately 90 °. 5. Photocurrent detection device.

被測定電流によって誘起される磁界の影響を受ける位置に配置されて、当該磁界に応じたファラデー効果を有するセンサ用ファイバ部材を含むリング状光路を備え、当該センサ用ファイバ部材から出射した２つの光の位相差に基づいて前記被測定電流の電流値を測定する干渉方式の光電流検出装置において、
前記リング状光路は、
前記センサ用ファイバ部材の一端から光路を折り返す折り返し光路部分を含み、
当該折り返し光路部分では、前記センサ用ファイバ部材の両端に設けられた円偏光と無偏光の変換手段を介して、前記センサ用ファイバ部材と比較して、ファラデー効果に対する感度が相対的に低くなる折り返し用ファイバ部材が設けられた構成であることを特徴とする光電流検出装置。 Two lights emitted from the sensor fiber member having a ring-shaped optical path including a sensor fiber member having a Faraday effect corresponding to the magnetic field, disposed at a position affected by the magnetic field induced by the current to be measured In the interference type photocurrent detection device that measures the current value of the current to be measured based on the phase difference of
The ring-shaped optical path is
Including a folded optical path portion that folds the optical path from one end of the sensor fiber member;
In the folded optical path part, the sensitivity to the Faraday effect is relatively low compared to the sensor fiber member through the circularly polarized light and non-polarized light conversion means provided at both ends of the sensor fiber member. A photocurrent detection device characterized in that a fiber member is provided.

前記折り返し用ファイバ部材は、シングルモードファイバ部材であることを特徴とする請求項１０に記載の光電流検出装置。 The photocurrent detection device according to claim 10, wherein the folding fiber member is a single mode fiber member.