JP3137468B2 - 光学素子を用いた電気信号の測定装置 - Google Patents
光学素子を用いた電気信号の測定装置Info
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- JP3137468B2 JP3137468B2 JP04306077A JP30607792A JP3137468B2 JP 3137468 B2 JP3137468 B2 JP 3137468B2 JP 04306077 A JP04306077 A JP 04306077A JP 30607792 A JP30607792 A JP 30607792A JP 3137468 B2 JP3137468 B2 JP 3137468B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気光学素子或いは磁気
光学素子を用いて電圧或いは電流を測定する光PT、光
CT装置に関する。
光学素子を用いて電圧或いは電流を測定する光PT、光
CT装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電気光学素子のもつポッケルス効果を用
いて電圧測定を行う光PT(potential tr
ans.)或いは磁気光学素子のもつファラデー効果を
用いて電流測定を行う光CT(current tra
ns.)が近年電力の計測システム等の分野を初め広く
利用されるようになった。これらは、電流もしくは電圧
を検出するセンサ部と計測部とを光ファイバにてリンク
する構成をとることにより、高い絶縁性と耐雑音性を確
保し、電力設備の電流或いは電圧の高品質な計測を可能
とするものである。
いて電圧測定を行う光PT(potential tr
ans.)或いは磁気光学素子のもつファラデー効果を
用いて電流測定を行う光CT(current tra
ns.)が近年電力の計測システム等の分野を初め広く
利用されるようになった。これらは、電流もしくは電圧
を検出するセンサ部と計測部とを光ファイバにてリンク
する構成をとることにより、高い絶縁性と耐雑音性を確
保し、電力設備の電流或いは電圧の高品質な計測を可能
とするものである。
【0003】図3は電気光学素子としてポッケルス素子
を用いた従来の光PTの構成例を示すブロック図であっ
て、計測部1に設けたLED等を光源とする発光部2の
出力光線を、光ファイバ3を介してセンサ部4の偏光子
5に入射し、該偏光子5により直線偏光となしポッケル
ス素子6に入射する。該ポッケルス素子6を通過する光
線は夫々異なった速度で進む直交した2つの成分に分割
され、前記ポッケルス素子6に印加した被測定電圧Eの
大きさに比例してこれら2つの成分の速度が変わり位相
差が変化する。
を用いた従来の光PTの構成例を示すブロック図であっ
て、計測部1に設けたLED等を光源とする発光部2の
出力光線を、光ファイバ3を介してセンサ部4の偏光子
5に入射し、該偏光子5により直線偏光となしポッケル
ス素子6に入射する。該ポッケルス素子6を通過する光
線は夫々異なった速度で進む直交した2つの成分に分割
され、前記ポッケルス素子6に印加した被測定電圧Eの
大きさに比例してこれら2つの成分の速度が変わり位相
差が変化する。
【0004】前記ポッケルス素子6を出射した光線は1
/4波長板7及び検光子8にて位相差の変化に応じて光
強度が変化する光線として出射され、光ファイバ9を介
して計測部1に設けた受光部10にて電気信号に変換さ
れる。この電気信号中の直流成分をローパスフィルタ1
1にて抽出し、自動光量コントローラ(APC)12に
送出する。該自動光量コントローラ12は前記直流成分
が一定値となるように発光部2を制御し発光部2及び受
光部10の温度ドリフト等を補償して安定化を図ってい
る。このとき自動光量コントローラ12に於いては被測
定電圧の振幅とは無関係に一定となる。又、前記電気信
号は計測対象となる電流の周波数を通過帯域とするバン
ドパスフィルタ13を通して出力端子14に計測出力と
して出力される。
/4波長板7及び検光子8にて位相差の変化に応じて光
強度が変化する光線として出射され、光ファイバ9を介
して計測部1に設けた受光部10にて電気信号に変換さ
れる。この電気信号中の直流成分をローパスフィルタ1
1にて抽出し、自動光量コントローラ(APC)12に
送出する。該自動光量コントローラ12は前記直流成分
が一定値となるように発光部2を制御し発光部2及び受
光部10の温度ドリフト等を補償して安定化を図ってい
る。このとき自動光量コントローラ12に於いては被測
定電圧の振幅とは無関係に一定となる。又、前記電気信
号は計測対象となる電流の周波数を通過帯域とするバン
ドパスフィルタ13を通して出力端子14に計測出力と
して出力される。
【0005】しかしながら、上述の如く構成した光PT
装置の場合、電気光学素子の偏光特性或いは1/4波長
板の光学特性が温度等の影響により変動した場合、電圧
の検出感度が変動し正確な電圧の測定ができないと云う
欠陥があった。これは、ポッケルス素子6がこれを通過
する光線を夫々異なった速度で進む直交した2つの成分
に分割し、印加された被測定電圧の大きさに比例してこ
れら2つの成分の位相差を変化せしめ、1/4波長板7
及び検光子8が位相差の変化に応じて光強度に変換する
ものであるため、上述の如く受光部10の出力の内直流
成分のみを用いて自動光量コントローラ12で発光部2
を制御しても光学系の感度特性、即ち位相差の変動に相
当する分を補償できないからである。
装置の場合、電気光学素子の偏光特性或いは1/4波長
板の光学特性が温度等の影響により変動した場合、電圧
の検出感度が変動し正確な電圧の測定ができないと云う
欠陥があった。これは、ポッケルス素子6がこれを通過
する光線を夫々異なった速度で進む直交した2つの成分
に分割し、印加された被測定電圧の大きさに比例してこ
れら2つの成分の位相差を変化せしめ、1/4波長板7
及び検光子8が位相差の変化に応じて光強度に変換する
ものであるため、上述の如く受光部10の出力の内直流
成分のみを用いて自動光量コントローラ12で発光部2
を制御しても光学系の感度特性、即ち位相差の変動に相
当する分を補償できないからである。
【0006】又、センサ部4の特性ばらつきを補正すべ
く、計測部1及びセンサ部4の両者をリンクする光ファ
イバ3、9から成る系を一組として各装置毎に計測部1
の調整を行う必要があるが、この調整は極めて面倒であ
るため多くの工数を必要とするという欠点を有する。即
ち、実際には配電線の電圧を計測する場合センサ部4は
開閉器もしくは配電線の近傍に設置し、計測部1はセン
サ部4から遠く離れた制御ボックス内に設置するのが一
般的であり、装置の現地据付工事の際及び一方のみが故
障した場合であっても両者を交換する或いは故障した一
方のみを交換した場合は現場で調整が必要となる等極め
て作業が煩雑になると云う問題もあった。
く、計測部1及びセンサ部4の両者をリンクする光ファ
イバ3、9から成る系を一組として各装置毎に計測部1
の調整を行う必要があるが、この調整は極めて面倒であ
るため多くの工数を必要とするという欠点を有する。即
ち、実際には配電線の電圧を計測する場合センサ部4は
開閉器もしくは配電線の近傍に設置し、計測部1はセン
サ部4から遠く離れた制御ボックス内に設置するのが一
般的であり、装置の現地据付工事の際及び一方のみが故
障した場合であっても両者を交換する或いは故障した一
方のみを交換した場合は現場で調整が必要となる等極め
て作業が煩雑になると云う問題もあった。
【0007】
【発明の目的】本発明は上述した如き従来の光学素子を
用いた電気信号の測定装置の欠陥を除去するためになさ
れたものであって、センサ部の温度変動等の影響による
電圧或いは電流の検出感度の変動を除去し、高精度に電
気信号を計測すること及びセンサ部の互換性の実現を可
能とすることによって装置毎の調整を不要にした光P
T、光CT装置を提供することを目的とする。
用いた電気信号の測定装置の欠陥を除去するためになさ
れたものであって、センサ部の温度変動等の影響による
電圧或いは電流の検出感度の変動を除去し、高精度に電
気信号を計測すること及びセンサ部の互換性の実現を可
能とすることによって装置毎の調整を不要にした光P
T、光CT装置を提供することを目的とする。
【0008】
【発明の概要】上述の目的を達成するため本発明に係る
光PT装置は、電気光学素子に印加する被測定電圧の周
波数f0とは異なる周波数f1の基準電圧を前記電気光学
素子に印加する前記被測定電圧に重畳することにより受
光部出力に含まれる前記周波数f1の成分が所定値とな
るように発光部の駆動を制御するものである。又、前記
基準電圧の発生に当たっては低消費電力の発振器をバッ
テリーで動作させるか、或いは測定対象回路に流れる電
流を変流器で取り出しこれを発振器の電源を供給するも
のとしたものである。
光PT装置は、電気光学素子に印加する被測定電圧の周
波数f0とは異なる周波数f1の基準電圧を前記電気光学
素子に印加する前記被測定電圧に重畳することにより受
光部出力に含まれる前記周波数f1の成分が所定値とな
るように発光部の駆動を制御するものである。又、前記
基準電圧の発生に当たっては低消費電力の発振器をバッ
テリーで動作させるか、或いは測定対象回路に流れる電
流を変流器で取り出しこれを発振器の電源を供給するも
のとしたものである。
【0009】
【実施例】以下、本発明を実施例を示す図面に基づいて
詳細に説明する。図1は本発明に係る光PTの一実施例
の構成を示すブロック図であって、計測部1内に設けた
LED等を光源とする発光部2より出射した光線を、光
ファイバ3を介してセンサ部4に入光せしめ、図示しな
いロッドレンズを用いて集光した上で偏光子5に入射
し、該偏光子5に於いて直線偏光となった光線をポッケ
ルス素子6に加える。
詳細に説明する。図1は本発明に係る光PTの一実施例
の構成を示すブロック図であって、計測部1内に設けた
LED等を光源とする発光部2より出射した光線を、光
ファイバ3を介してセンサ部4に入光せしめ、図示しな
いロッドレンズを用いて集光した上で偏光子5に入射
し、該偏光子5に於いて直線偏光となった光線をポッケ
ルス素子6に加える。
【0010】ポッケルス素子6を透過した光線は1/4
波長板7及び検光子8に加えられ、その出力は図示しな
いロッドレンズを経て、光ファイバ9を介して計測部1
内のPINフォトダイオード等を用いた受光部10に伝
送され、該受光部10にて受光光量に応じた電気信号に
変換される。受光部10より出力された電気信号はバン
ドパスフィルタ(BPF1)15を介して整流器16に
入力し、これにより得られた直流電圧を自動光量コント
ローラ12に印加し、その出力で発光部2を駆動する。
波長板7及び検光子8に加えられ、その出力は図示しな
いロッドレンズを経て、光ファイバ9を介して計測部1
内のPINフォトダイオード等を用いた受光部10に伝
送され、該受光部10にて受光光量に応じた電気信号に
変換される。受光部10より出力された電気信号はバン
ドパスフィルタ(BPF1)15を介して整流器16に
入力し、これにより得られた直流電圧を自動光量コント
ローラ12に印加し、その出力で発光部2を駆動する。
【0011】又、受光部10より出力された電気信号は
バンドパスフィルタ(BPF2)17を経て端子14に
計測出力として出力される。ここで、測定対象回路が例
えば電路18であって、大地間電圧を測定せんとする場
合、一般に知られているようにコンデンサ19、20に
て分圧し、コンデンサ20の両端の電圧をポッケルス素
子6の端子a、bに供給する。本発明に於いてはコンデ
ンサ20の両端からポッケルス素子6の端子a、bに供
給する電圧にトランス21を介して、この被測定電圧の
周波数f0とは異なる周波数f1の基準電圧を発振器22
より重畳する。低消費電力型の発振器22はバッテリー
23を電源として動作するよう構成するか、或いは電路
18に流れる電流を変流器24にて取り出し整流器25
で整流した後、これを安定化回路26によって脈流を取
り去り発振器22に供給してもよい。又、前記バッテリ
ー23を充電型のものとし、前記変流器23、整流器2
5及び安定化回路26を介して得た電圧を前記バッテリ
ー23に充電しながら使用する如く構成してもよい。
バンドパスフィルタ(BPF2)17を経て端子14に
計測出力として出力される。ここで、測定対象回路が例
えば電路18であって、大地間電圧を測定せんとする場
合、一般に知られているようにコンデンサ19、20に
て分圧し、コンデンサ20の両端の電圧をポッケルス素
子6の端子a、bに供給する。本発明に於いてはコンデ
ンサ20の両端からポッケルス素子6の端子a、bに供
給する電圧にトランス21を介して、この被測定電圧の
周波数f0とは異なる周波数f1の基準電圧を発振器22
より重畳する。低消費電力型の発振器22はバッテリー
23を電源として動作するよう構成するか、或いは電路
18に流れる電流を変流器24にて取り出し整流器25
で整流した後、これを安定化回路26によって脈流を取
り去り発振器22に供給してもよい。又、前記バッテリ
ー23を充電型のものとし、前記変流器23、整流器2
5及び安定化回路26を介して得た電圧を前記バッテリ
ー23に充電しながら使用する如く構成してもよい。
【0012】上記構成をとることにより本装置は以下の
如く動作する。即ち、ポッケルス素子6にはコンデンサ
20の両端電圧に発振器22の出力である周波数f1の
基準電圧を重畳したものを印加する。この周波数f1は
測定対象電圧の周波数f0とは異なるものであり、例え
ば、測定対象が商用周波数(50Hz若しくは60H
z)の場合は、f1として30Hz程度或いは500H
z以上の周波数を選択すると被測定電圧の歪みを測定す
ることができる。重畳した周波数f1の基準電圧は一定
振幅を有するものであるから、受光部10の出力に含ま
れる周波数f1の成分を、この周波数成分のみを通過さ
せるバンドパスフィルタ15で取り出し整流器16にて
直流に変換し、自動光量コントローラ12に入力する
と、該自動光量コントローラ12は別途設けた直流の比
較用電圧と比較して整流器16からの電圧が常に一定に
なるよう発光部2に供給する電圧を制御するものであ
る。ポッケルス素子6の動作は上述した通りであるか
ら、発光部2の出力光量を変化させると受光部10出力
に含まれる被測定成分のレベルも変化し、結果的にセン
サ部4の感度を自動的に調整することとなる。
如く動作する。即ち、ポッケルス素子6にはコンデンサ
20の両端電圧に発振器22の出力である周波数f1の
基準電圧を重畳したものを印加する。この周波数f1は
測定対象電圧の周波数f0とは異なるものであり、例え
ば、測定対象が商用周波数(50Hz若しくは60H
z)の場合は、f1として30Hz程度或いは500H
z以上の周波数を選択すると被測定電圧の歪みを測定す
ることができる。重畳した周波数f1の基準電圧は一定
振幅を有するものであるから、受光部10の出力に含ま
れる周波数f1の成分を、この周波数成分のみを通過さ
せるバンドパスフィルタ15で取り出し整流器16にて
直流に変換し、自動光量コントローラ12に入力する
と、該自動光量コントローラ12は別途設けた直流の比
較用電圧と比較して整流器16からの電圧が常に一定に
なるよう発光部2に供給する電圧を制御するものであ
る。ポッケルス素子6の動作は上述した通りであるか
ら、発光部2の出力光量を変化させると受光部10出力
に含まれる被測定成分のレベルも変化し、結果的にセン
サ部4の感度を自動的に調整することとなる。
【0013】これによりポッケルス素子6の偏光特性、
及び特に温度依存性の高い1/4波長板7の位相特性が
温度によって変動したとしても、ポッケルス素子6に所
定の基準電圧が印加されているため、該基準電圧に相当
する直流電圧が必ず整流器16の出力として得られるか
ら、もしセンサ部4の光学的特性が温度等により変動し
ても、その変化分だけ発光部2より出射される光線の光
量が変化してこれを補償する如く動作するものである。
及び特に温度依存性の高い1/4波長板7の位相特性が
温度によって変動したとしても、ポッケルス素子6に所
定の基準電圧が印加されているため、該基準電圧に相当
する直流電圧が必ず整流器16の出力として得られるか
ら、もしセンサ部4の光学的特性が温度等により変動し
ても、その変化分だけ発光部2より出射される光線の光
量が変化してこれを補償する如く動作するものである。
【0014】又、本発明の装置では、発光部2の出射光
が光ファイバを含む光学系を経て受光部10に入射する
までの総合的な伝送特性の変動の補償も可能とすること
ができる。即ち、バンドパスフィルタ15の帯域幅を広
く選び、整流器16の時定数を短くすると共に自動光量
コントローラ12の動作速度を高速化することにより、
光ファイバ3、9が風或いは振動によって変形した際に
発生する光伝送損失の変動も抑圧することができる。
が光ファイバを含む光学系を経て受光部10に入射する
までの総合的な伝送特性の変動の補償も可能とすること
ができる。即ち、バンドパスフィルタ15の帯域幅を広
く選び、整流器16の時定数を短くすると共に自動光量
コントローラ12の動作速度を高速化することにより、
光ファイバ3、9が風或いは振動によって変形した際に
発生する光伝送損失の変動も抑圧することができる。
【0015】尚、計測出力は前記発振器22より重畳し
た周波数f1の成分の通過を阻止すると共に被測定対象
電圧の周波数f0の成分が通過可能なバンドパスフィル
タ17に、受光部10より出力される電気信号を印加す
ることにより得られる。更に、センサ部4の製造上の光
学特性のばらつきをも補償することとなり、センサ部4
と計測部1とを調整することなしに結合可能なこと明ら
かであり、光PT装置におけるセンサ部の互換性を実現
できる。
た周波数f1の成分の通過を阻止すると共に被測定対象
電圧の周波数f0の成分が通過可能なバンドパスフィル
タ17に、受光部10より出力される電気信号を印加す
ることにより得られる。更に、センサ部4の製造上の光
学特性のばらつきをも補償することとなり、センサ部4
と計測部1とを調整することなしに結合可能なこと明ら
かであり、光PT装置におけるセンサ部の互換性を実現
できる。
【0016】尚、以上本発明を被測定回路の電圧をポッ
ケルス素子を用いて測定する光PT装置を例に説明して
きたが、磁気光学素子を用いて被測定回路の電流を測定
する光CT(current trans.)装置に適
用してもよい。図2は本発明に係る光CT装置の一実施
例の構成を示すブロック図であって、センサ部4は偏光
子5と検光子8との間に磁気光学素子例えばファラデー
素子27を配置したもので、図1と同じ構成の計測部1
と光ファイバ3、9を介して結合されている。光ファイ
バ3を介して供給される光線は偏光子5により直線偏光
となし、ファラデー素子27を通過すると印加された磁
界Hに比例した偏光角で回転した直線偏光となり、検光
子8にて前記偏光角に応じた光量の光線に変換され光フ
ァイバ9へ出射される。ここでファラデー素子は周知の
通り磁界を印加すると、磁界と平行に素子内を透過する
光線に対して偏光方向が回転するものであり、その偏光
角は印加磁界に比例する。測定対象の電路18は環状の
コア28を貫通するよう配置し、該コア28に設けたギ
ャップに前記センサ部4を挿入することによって被測定
電流に相当する磁界をファラデー素子27に印加する。
尚、発振器22からの基準電流はコア28に巻いたコイ
ル29を介して重畳すればよい。
ケルス素子を用いて測定する光PT装置を例に説明して
きたが、磁気光学素子を用いて被測定回路の電流を測定
する光CT(current trans.)装置に適
用してもよい。図2は本発明に係る光CT装置の一実施
例の構成を示すブロック図であって、センサ部4は偏光
子5と検光子8との間に磁気光学素子例えばファラデー
素子27を配置したもので、図1と同じ構成の計測部1
と光ファイバ3、9を介して結合されている。光ファイ
バ3を介して供給される光線は偏光子5により直線偏光
となし、ファラデー素子27を通過すると印加された磁
界Hに比例した偏光角で回転した直線偏光となり、検光
子8にて前記偏光角に応じた光量の光線に変換され光フ
ァイバ9へ出射される。ここでファラデー素子は周知の
通り磁界を印加すると、磁界と平行に素子内を透過する
光線に対して偏光方向が回転するものであり、その偏光
角は印加磁界に比例する。測定対象の電路18は環状の
コア28を貫通するよう配置し、該コア28に設けたギ
ャップに前記センサ部4を挿入することによって被測定
電流に相当する磁界をファラデー素子27に印加する。
尚、発振器22からの基準電流はコア28に巻いたコイ
ル29を介して重畳すればよい。
【0017】
【発明の効果】本発明は、以上説明した如く構成するも
のであるから、温度変動等によるセンサ部内の光学系の
特性変動を抑圧し、高精度に電圧或いは電流を計測する
こと及びセンサ部の互換性の実現を可能とする上で著し
い効果を奏する。
のであるから、温度変動等によるセンサ部内の光学系の
特性変動を抑圧し、高精度に電圧或いは電流を計測する
こと及びセンサ部の互換性の実現を可能とする上で著し
い効果を奏する。
【図1】本発明に係る光PT装置の一実施例の構成を示
すブロック図。
すブロック図。
【図2】本発明に係る光CT装置の一実施例の構成を示
すブロック図。
すブロック図。
【図3】従来の光PT装置の構成を示すブロック図。
2・・・発光部、3,9・・・光ファイバ、5・・・偏
光子、6・・・ポッケルス素子、7・・・1/4波長
板、8・・・検光子、10・・・受光部、12・・・自
動光量コントローラ、15,17・・・バンドパスフィ
ルタ、16・・・整流器、18・・・電路、19,20
・・・コンデンサ、21・・・トランス、22・・・発
振器、23・・・バッテリー、24・・・変流器、25
・・・整流器、26・・・安定化回路、27・・・ファ
ラデー素子、28・・・コア
光子、6・・・ポッケルス素子、7・・・1/4波長
板、8・・・検光子、10・・・受光部、12・・・自
動光量コントローラ、15,17・・・バンドパスフィ
ルタ、16・・・整流器、18・・・電路、19,20
・・・コンデンサ、21・・・トランス、22・・・発
振器、23・・・バッテリー、24・・・変流器、25
・・・整流器、26・・・安定化回路、27・・・ファ
ラデー素子、28・・・コア
Claims (4)
- 【請求項1】電気光学素子を用いて電圧を測定する光P
T装置に於いて、被測定電圧の周波数f0とは異なる周
波数f1の基準電圧を前記被測定電圧に重畳して前記電
気光学素子に印加する一方、発光手段より発光する光線
を偏光子を介して前記電気光学素子に入射し、該電気光
学素子を透過した光線を1/4波長板及び検光子を介し
て受光手段にて受光すると共に、該受光手段の出力に含
まれる周波数f1の成分が所定のレベルとなるよう前記
発光手段の出力光量を制御するよう構成したことを特徴
とする光学素子を用いた電気信号の測定装置。 - 【請求項2】磁気光学素子を用いて電流を測定する光C
T装置に於いて、被測定電流の周波数f0とは異なる周
波数f1の基準電流に相当する磁界を前記被測定電流に
相当する磁界に重畳して前記磁気光学素子に印加する一
方、発光手段より発光する光線を偏光子を介して前記磁
気光学素子に入射し、該磁気光学素子を透過した光線を
検光子を介して受光手段にて受光すると共に、該受光手
段の出力に含まれる周波数f1の成分が所定のレベルと
なるよう前記発光手段の出力光量を制御するよう構成し
たことを特徴とする光学素子を用いた電気信号の測定装
置。 - 【請求項3】前記基準電圧或いは基準電流を発生する発
振器の電源としてバッテリーを用いたことを特徴とする
請求項1或いは請求項2記載の光学素子を用いた電気信
号の測定装置。 - 【請求項4】前記基準電圧或いは基準電流を発生する発
振器の電源が、測定の対象たる回路に流れる電流を電磁
誘導にて取り出し、これを整流して得たものであること
を特徴とする請求項1或いは請求項2記載の光学素子を
用いた電気信号の測定装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04306077A JP3137468B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 光学素子を用いた電気信号の測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04306077A JP3137468B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 光学素子を用いた電気信号の測定装置 |
Publications (2)
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