JP3151672B2 - Optical DC current transformer - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電力用変成器に係り、特
に直流成分を有する電流の測定に好適な光応用直流電流
変成器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power transformer, and more particularly to an optical applied DC current transformer suitable for measuring a current having a DC component.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、オプトエレクトロニクスの進展に
より光学的な手法により電磁気量の計測、すなわち電圧
や電流などの測定などができるようになってきた。この
様な光学的手法による電圧や電流の計測原理や構成シス
テムなどについては、たとえば久間和生、布下正宏 共
著「光ファイバセンサ」（情報調査会発行、昭和６０年
１月）などに記載されている。この中ではその多くが交
流信号の測定について述べられているが、直流電流の測
定についても記載されている。この中で２光出力方式と
してセンサの出力信号を二つの直交する偏光成分、すな
わちＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分け、それらの和と差
で除算する処理方法が述べられているが、光の伝送路や
信号処理回路等での光量変動が測定誤差となり、このま
まの方式では高精度の直流電流測定ができにくい問題が
ある。2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of optoelectronics, it has become possible to measure an electromagnetic quantity, that is, a voltage, a current, and the like by an optical method. The principle of measuring voltage and current by such an optical method and the configuration system are described in, for example, "Optical Fiber Sensor" (published by Information Research Council, January 1985) co-authored by Kazuo Hisama and Masahiro Nunoshita. I have. Most of them are described for measuring an AC signal, but also for measuring a DC current. Among them, a processing method of dividing an output signal of a sensor into two orthogonal polarization components, that is, a P-polarization component and an S-polarization component, and dividing by a sum and a difference is described as a two-light output method. Fluctuations in the amount of light in the transmission path, signal processing circuit, and the like cause measurement errors, and there is a problem in that direct current measurement with high accuracy cannot be performed with this method.

【０００３】このため、特開昭５７−１４１５６２号公
報に記載のごとく、直流信号に高周波信号を重畳させた
光源を用い、光源変動を補正する方法が提案されている
が、この方法では高周波分の光量が被測定直流電流の大
きさによって変化するという点に配慮されていないた
め、十分な変動補正ができにくい問題がある。また、特
開昭５９−１９０６６８号公報には異なる２波長の光を
用い、第１の光はセンサ内で偏光を受け、第２の光はセ
ンサ内で偏光されない様にし、両光の受信強度の比から
変動分を補正しようとする方法が提案されているが、測
定範囲が広くないことや、光源の変動補正が配慮されて
いない問題がある。For this reason, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-141562, a method has been proposed in which a light source in which a high-frequency signal is superimposed on a DC signal is used to correct the light source fluctuation. However, there is a problem in that it is difficult to sufficiently correct fluctuation because the light amount of the light does not change depending on the magnitude of the DC current to be measured. JP-A-59-190668 uses light of two different wavelengths, the first light is polarized in the sensor, and the second light is not polarized in the sensor. There has been proposed a method of correcting the variation from the ratio of the above, but there are problems that the measurement range is not wide and the variation correction of the light source is not considered.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の光学的な直流電流測定においては、光源から光信号伝
送路、信号処理回路に亘る各部での光量変動に対する有
効な補正が行われておらず、高精度の直流電流測定がで
きない問題があった。本発明の課題は、たとえ光源、光
信号伝送部などで光量の変動があっても、直流電流を広
い範囲で高精度に測定するにある。As described above, in the conventional optical direct current measurement, an effective correction is made for the light quantity fluctuation in each part from the light source to the optical signal transmission line and the signal processing circuit. There was a problem that high-precision DC current measurement could not be performed. An object of the present invention is to measure a DC current with high accuracy over a wide range even if the light amount fluctuates in a light source, an optical signal transmission unit, or the like.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の課題は、一定の出
力光を発生する光源と、該光源から発せられた光を直線
偏光させる偏光子と、磁気光学効果を有し被測定電流導
体の周囲に配置された媒質と、検光子とこれから出射す
る光信号を電気信号に変換し、演算・処理する信号処理
回路を備えて成る光応用電流変成器において、前記光源
として波長λ1の光波を発する光源と、波長λ2の光波を
発する光源と、波長λ1の光波と波長λ2の光波をそれぞ
れ別々に伝送する伝送路と、前記伝送路で伝送された波
長λ1の光波を該磁気光学効果を有する媒質中を被測定
電流導体を囲むように周回透過させる手段と、前記伝送
路で伝送された波長λ2の光波を該媒質中を通過させる
ことのないよう該媒質への入射口で分岐させる手段と、
前記媒質中を通過した波長λ1の光波と前記媒質中を通
過しない波長λ2の光波とを合流させたのちＰ偏光成分
及びＳ偏光成分に分離する手段と、該Ｐ偏光成分及びＳ
偏光成分をそれぞれ伝送する伝送路と、該伝送されたＰ
偏光成分及びＳ偏光成分をそれぞれ波長λ1と波長λ2と
に分離する手段と、この分離された光出力信号の和差演
算処理により、被測定電流と同極性の電気出力信号を得
る信号処理回路とを備え、前記波長λ2の光波を分岐さ
せる手段を、前記磁気光学効果を有する媒質に接して配
置することにより達成される。An object of the present invention is to provide a light source for generating a constant output light, a polarizer for linearly polarizing the light emitted from the light source, and a light source for measuring a current conductor having a magneto-optical effect. A light source having a wavelength of λ1 is emitted as the light source in an optical applied current transformer including a medium disposed around, an analyzer and a signal processing circuit that converts an optical signal emitted from the analyzer into an electric signal, and performs operation and processing. A light source, a light source that emits a light wave of wavelength λ2, a light wave of wavelength λ1 and a light wave of wavelength λ2
Is a transmission path for transmitting separately, means for circulating a transmission so as to surround the measured current conductor in a medium having a magnetic optical effect to the light wave of the transmission path in the transmitted wave <br/> length .lambda.1, wherein transmission
Means for splitting the lightwave of wavelength λ2 transmitted through the path at the entrance to the medium so as not to pass through the medium;
Means for combining a lightwave having a wavelength λ1 that has passed through the medium and a lightwave having a wavelength λ2 that has not passed through the medium, and then separating the P-polarized component and the S-polarized component;
A transmission path for transmitting each polarization component, and the transmitted P
Means for separating the polarization component and the S-polarization component into wavelengths λ1 and λ2, respectively, and a signal processing circuit for obtaining an electric output signal having the same polarity as the current to be measured by a sum-difference calculation process of the separated optical output signals. And the lightwave having the wavelength λ2 is branched.
Means for contacting the medium having the magneto-optical effect.
This is achieved by placing

【０００６】[0006]

【０００７】上記の課題はさらに、一定の出力光を発生
する光源と、該光源から発せられた光を直線偏光させる
偏光子と、磁気光学効果を有し被測定電流導体の周囲に
配置された媒質と、検光子とこれから出射する光信号を
電気信号に変換し、演算・処理する信号処理回路を備え
て成る光応用電流変成器において、前記光源として波長
λ１０の光波１を発する光源と、波長が異なる別光源と
して波長λ０の光波２を発する光源とを備え、光波２を
発する光源には光波２に高周波を重畳させる手段を備
え、光波１を磁気光学効果を有する媒質中を被測定電流
導体を囲むように周回透過させる手段と、光波２を該媒
質中を通過させることのないように該媒質への入射口で
分岐させる手段と、前記媒質中を通過した光波１と前記
媒質中を通過しない光波２とを合流させたのちＰ偏光成
分とＳ偏光成分に分離する手段と、該Ｐ偏光成分とＳ偏
光成分をそれぞれ伝送する伝送路と、検光子から出力さ
れたＰ偏光成分とＳ偏光成分を光電変換する光電変換手
段と、該光電変換手段の出力をそれぞれ直流分と交流分
に分離する分離手段と、該分離手段の出力を演算処理す
る演算回路と、を備えたことを特徴とする光応用直流電
流変成器によっても達成される。[0007] The above problems further generate a constant output light.
Light source, and linearly polarized light emitted from the light source
Polarizer and around the current conductor to be measured having magneto-optical effect
The placed medium, the analyzer and the optical signal
Equipped with a signal processing circuit that converts to electrical signals and performs operation and processing
In the optical applied current transformer comprising
a light source that emits a lightwave 1 of λ10 and another light source with a different wavelength
And a light source that emits a light wave 2 having a wavelength λ0.
The light source that emits has a means for superimposing a high frequency wave on the light wave 2.
The light wave 1 is transmitted through a medium having a magneto-optical effect to a current to be measured.
Means for orbiting the conductor so as to surround the conductor;
At the entrance to the medium so that it does not pass through
Means for branching, the light wave 1 having passed through the medium,
After merging the light wave 2 that does not pass through the medium and the P-polarized light
Means for separating the P-polarized component and the S-polarized
The transmission path for transmitting each optical component and the output from the analyzer
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the P-polarized component and the S-polarized component, a separating unit that separates an output of the photoelectric converting unit into a DC component and an AC component, and an arithmetic circuit that performs arithmetic processing on the output of the separating unit. The present invention is also achieved by an optical-applied DC current transformer characterized by comprising:

【０００８】[0008]

【作用】異なる波長λ1，λ2の二光源からの入射光が光
ファイバによる光伝送路で磁気光学効果を有する媒質
(以下ファラディ素子という)（磁界センサ）に導かれ
る。波長λ1の第１の光波はファラディ素子の入射端に
配された偏光子で直線偏光された後、素子中を被測定電
流導体を囲むように周回通過することで電流値に応じた
ファラディ回転を受ける。一方、波長λ2の第２の光波
はファラディ素子の入射端でファラディ素子中を通らな
いように分岐されるため被測定電流の影響は受けない。
そして、上記ファラディ素子からの光出射端では、(λ1
+λ2)の光信号を互いに直交するＰ偏光成分とＳ偏光成
分に分け、さらに該Ｐ偏光成分とＳ偏光成分それぞれに
含まれる(λ1+λ2)の光成分をそれぞれに分波して、合
計で四つの光信号成分、つまり波長λ1のＰ偏光成分Ｉ
λ1ｐとＳ偏光成分Ｉλ1ｓ，波長λ2のＰ偏光成分Ｉλ2
ｐとＳ偏光成分Ｉλ2ｓが得られる。得られた二つのＰ
偏光成分は光ファイバを含む同一のＰ偏光用の光伝送路
で、また二つのＳ偏光成分もＳ偏光用の同一光伝送路で
信号処理回路まで伝送される。[Function] A medium in which incident light from two light sources having different wavelengths λ1 and λ2 has a magneto-optical effect in an optical transmission line using an optical fiber.
(Hereinafter referred to as a Faraday element) (magnetic field sensor). The first light wave of the wavelength λ1 is linearly polarized by the polarizer arranged at the incident end of the Faraday element, and then passes around the element so as to surround the current conductor to be measured, thereby performing Faraday rotation according to the current value. receive. On the other hand, the second light wave having the wavelength λ2 is branched at the incident end of the Faraday element so as not to pass through the Faraday element, and is not affected by the current to be measured.
Then, at the light emitting end from the Faraday element, (λ1
+ λ2) is divided into a P-polarized light component and an S-polarized light component that are orthogonal to each other, and the (λ1 + λ2) light component included in each of the P-polarized light component and the S-polarized light component is demultiplexed into each component. And four optical signal components, that is, a P-polarized component I of wavelength λ1
λ1p, S-polarized component Iλ1s, P-polarized component Iλ2 of wavelength λ2
The p and S polarization components Iλ2s are obtained. Two P obtained
The polarization component is transmitted to the same P-polarization optical transmission line including the optical fiber, and the two S-polarization components are also transmitted to the signal processing circuit through the same S-polarization optical transmission line.

【０００９】ここで、Ｉp，Ｉsを被測定電流導体に電流
が流れていないときに得られる波長λ1の光波のＰ偏光
成分及びＳ偏光成分とし、第１の波長λ1の光波による
ファラディ素子中でのファラディ回転角をΔφとする
と、上記の四つの光信号成分はそれぞれ次式で表わすこ
とができる。Here, Ip and Is are defined as the P-polarized component and the S-polarized component of the light wave of wavelength λ1 obtained when no current flows through the current conductor to be measured, and are used in the Faraday element by the light wave of the first wavelength λ1. Is the Faraday rotation angle of Δφ, the above four optical signal components can be expressed by the following equations, respectively.

【００１０】[0010]

【数１】波長λ1の光波のＰ偏光成分 Ｉλ1ｐ＝Ｉｐ
・（１−sinΔφ）## EQU1 ## P-polarized light component of lightwave of wavelength λ1 Iλ1p = Ip
・ (1-sinΔφ)

【００１１】[0011]

【数２】波長λ1の光波のＳ偏光成分 Ｉλ1ｓ＝Ｉｓ
・（１＋sinΔφ）## EQU2 ## S-polarized light component of lightwave of wavelength λ1 Iλ1s = Is
・ (1 + sinΔφ)

【００１２】[0012]

【数３】 波長λ2の光波のＰ偏光成分 Ｉλ2ｐ＝Ｉｐ′## EQU00003 ## P-polarized light component of lightwave having wavelength .lambda.2 I.lambda.2p = Ip '

【００１３】[0013]

【数４】 波長λ2の光波のＳ偏光成分 Ｉλ2ｓ＝Ｉｓ′ここ
で、## EQU00004 ## S-polarized light component of lightwave having wavelength .lambda.2 I.lambda.2s = Is' where

【００１４】[0014]

【数５】Ｋｐ＝Ｉｐ／Ｉｐ′ Ｋｓ＝Ｉｓ／Ｉｓ′ とおくと、波長λ1とλ2の光波のＰ偏光成分及びＳ偏光
成分はそれぞれ同一光伝送路をたどっているため、光源
を含む光伝送路で光量変動があってもＫｐ，Ｋｓは同一
割合で変動することになる。すなわち信号処理回路でIf Kp = Ip / Ip 'and Ks = Is / Is', the P-polarized light component and the S-polarized light component of the lightwaves of wavelengths .lambda.1 and .lambda.2 follow the same optical transmission path, respectively. Kp and Ks will fluctuate at the same rate even if the light amount fluctuates in the transmission path. That is, in the signal processing circuit

【００１５】[0015]

【数６】Ｋ＝Ｋｐ＝Ｋｓ となるようにＫｐとＫｓを一度設定すれば、光源及び光
伝送路の途中で何らかの理由で光量変動がおきても、常
に一定のＫとすることが可能となる。その結果、ファラ
ディ素子の出力は、Ｐ偏光成分をＪｐ，Ｓ偏光成分をＪ
ｓとすれば、それぞれ次式で表される。## EQU6 ## If Kp and Ks are set once so that K = Kp = Ks, it is possible to always keep K constant even if the light amount fluctuates for some reason along the light source and the optical transmission line. Become. As a result, the output of the Faraday element is such that the P polarization component is Jp and the S polarization component is Jp.
Assuming that s, each is represented by the following equation.

【００１６】[0016]

【数７】 (Equation 7)

【００１７】[0017]

【数８】 (Equation 8)

【００１８】これらの和と差をとり、除算すると、出力
Ｖoutは、次のようになる。When the sum and difference are taken and divided, the output Vout is as follows.

【００１９】[0019]

【数９】 (Equation 9)

【００２０】ここでΔφ≪１にすれば、 sinΔφ≒Δ
φ とおけるため、上記のような演算を行えば、たとえ
光源及び光伝送路の各部で光量変動があってもファラデ
ィ回転角Δφが正確に求められ、直流電流が広い範囲で
高精度に測定できるようになる。If ΔφΔ1, sin ΔφΔΔ
Therefore, if the above calculation is performed, the Faraday rotation angle Δφ can be accurately obtained even if the light amount fluctuates in each part of the light source and the optical transmission line, and the DC current can be measured with high accuracy in a wide range. Become like

【００２１】[0021]

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図面を参照し
て説明する。図１に示す、本発明に係る光応用電流変成
器は、異なる二つの波長λ1，λ2を発生する光源１，２
と、該光源１，２にそれぞれ接続された光ファイバ３，
４と、該光ファイバ３にプリズム１６´及び偏光子５を
介して接続された磁気光学効果を有するファラディ素子
６と、該ファラディ素子６の光出口に接続された検光子
７と、該検光子７と前記光ファイバ４の間を接続するプ
リズム１６と、前記検光子７の光出口に接続された光フ
ァイバ８，９と、該光ファイバ８，９にそれぞれ接続さ
れて入射光を波長λ1，λ2に二つに分離して出力する光
分波器１０，１１と、該光分波器１０，１１の出力側に
接続されて光電変換するフォトダイオード１２，１３，
１４，１５と、該フォトダイオード１２，１３，１４，
１５の出力側に接続された演算処理回路２０とを含んで
構成されている。前記ファラディ素子６は被測定電流導
体２１の周囲を囲んで形成され、該ファラディ素子に入
射した光は被測定電流導体２１を周回したのち、前記検
光子７に入射するよう構成されている。前記フォトダイ
オード１２，１３，１４，１５と演算処理回路２０とで
信号処理回路３０を形成している。図２は、図１に示す
ファラディ素子６への波長λ1，λ2の光波の入射出部の
詳細を示す。波長λ2の光波は非偏光の光で、ファラデ
ー素子を通らず直接、検光子７に入射される構造となっ
ている。プリズム１６′，１６″は光の方向付のための
全反射プリズムである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The optical applied current transformer according to the present invention shown in FIG. 1 includes light sources 1 and 2 that generate two different wavelengths λ1 and λ2.
And optical fibers 3 connected to the light sources 1 and 2, respectively.
4, a Faraday element 6 having a magneto-optical effect connected to the optical fiber 3 via a prism 16 'and a polarizer 5, an analyzer 7 connected to a light exit of the Faraday element 6, and an analyzer A prism 16 for connecting between the optical fiber 7 and the optical fiber 4, optical fibers 8 and 9 connected to the light exit of the analyzer 7, and an incident light connected to the optical fibers 8 and 9 for wavelengths λ1, optical demultiplexers 10 and 11 for separating the light into two lights at λ2 and outputting the divided light, and photodiodes 12 and 13 connected to the output sides of the optical demultiplexers 10 and 11 for photoelectric conversion.
14, 15 and the photodiodes 12, 13, 14,.
15 and an arithmetic processing circuit 20 connected to the output side. The Faraday element 6 is formed so as to surround the current conductor 21 to be measured. The light incident on the Faraday element goes around the current conductor 21 to be measured, and then enters the analyzer 7. The photodiodes 12, 13, 14, 15 and the arithmetic processing circuit 20 form a signal processing circuit 30. FIG. 2 shows details of a part where light waves having wavelengths λ1 and λ2 enter and exit from the Faraday element 6 shown in FIG. The light wave of the wavelength λ2 is a non-polarized light, and has a structure to be directly incident on the analyzer 7 without passing through the Faraday element. The prisms 16 'and 16 "are total reflection prisms for directing light.

【００２２】次に上記構成の装置における光波の流れを
説明する。光源１，２から波長λ1，λ2の異なる二つの
光波(以下、光波λ1，光波λ2という)が発光され、光波
λ1は光ファイバ３に、光波λ2は光ファイバ４に、それ
ぞれ入射される。このうちの光波λ1は偏光子５に導か
れ偏光されて直線偏光となり、その後ファラディ素子６
中を全反射しながら被測定電流導体２１を周回通過す
る。光波λ1は被測定電流導体２１を周回通過すること
で、上記被測定電流の大きさに比例したファラディ回転
を受け、検光子７に入射する。一方、光波λ2は光波λ1
とは別の光ファイバ４でファラディ素子入り口に導かれ
るものの、プリズム１６によりファラディ素子６を通ら
ない様に分岐され、検光子７に直接入射する。検光子７
では、光波λ1，光波λ2とも二つの直交する偏光成分、
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分けられる。この様に分けら
れた偏光成分のうち、光波λ1のＰ偏光成分及び光波λ2
のＰ偏光成分はファイバ８により、また光波λ1のＳ偏
光成分及び光波λ2のＳ偏光成分はファイバ９により、
それぞれ光分波器１０，１１に送られる。光分波器１
０，１１ではＰ偏光成分とＳ偏光成分が、それぞれ二つ
の波長λ1，λ2の光信号に分離され、合計４個の信号と
なって信号処理回路３０に伝送される。信号処理回路３
０に伝送される前記４個の光信号は、まずフォトダイオ
ード１２，１３，１４，１５により電気信号に変換され
たのち、演算処理回路２０に伝達される。Next, the flow of a light wave in the apparatus having the above configuration will be described. Two light waves having different wavelengths λ 1 and λ 2 (hereinafter referred to as light waves λ 1 and λ 2) are emitted from the light sources 1 and 2, and the light wave λ 1 is incident on the optical fiber 3 and the light wave λ 2 is incident on the optical fiber 4. The light wave λ1 is guided to the polarizer 5 and polarized to become linearly polarized light.
It passes around the measured current conductor 21 while being totally reflected inside. The light wave λ 1 circulates through the measured current conductor 21, undergoes Faraday rotation in proportion to the magnitude of the measured current, and enters the analyzer 7. On the other hand, the light wave λ2 is
Although it is guided to the entrance of the Faraday element by another optical fiber 4, it is branched by the prism 16 so as not to pass through the Faraday element 6, and directly enters the analyzer 7. Analyzer 7
Then, both the light wave λ1 and the light wave λ2 have two orthogonal polarization components,
It is divided into a P polarization component and an S polarization component. Among the polarized light components thus divided, the P-polarized light component of the lightwave λ1 and the lightwave λ2
And the S-polarized light component of the light wave λ1 and the S-polarized light component of the light wave λ2 by the fiber 8, respectively.
These are sent to the optical demultiplexers 10 and 11, respectively. Optical splitter 1
At 0 and 11, the P-polarized light component and the S-polarized light component are separated into optical signals of two wavelengths λ1 and λ2, respectively, and transmitted to the signal processing circuit 30 as a total of four signals. Signal processing circuit 3
The four optical signals transmitted to 0 are first converted into electric signals by the photodiodes 12, 13, 14, and 15, and then transmitted to the arithmetic processing circuit 20.

【００２３】図３は、図１の演算処理回路２０の実施例
の構成を示したもので、フォトダイオード１２，１３，
１４，１５にそれぞれ接続された増幅器３１，３２，３
３，３４と、該増幅器３１，３２の出力側に接続された
除算器３５と、増幅器３３，３４の出力側に接続された
除算器３６と、該除算器３５，３６両者の出力側にとも
に接続された加算器３７と、同じく除算器３５，３６両
者の出力側にともに接続された減算器３８と、前記加算
器３７及び減算器３８の出力側に接続された除算器３９
とを含んで構成されている。FIG. 3 shows an embodiment of the arithmetic processing circuit 20 of FIG.
And the photodiodes 12, 13,.
Amplifiers 31, 32, 3 connected to 14 and 15, respectively.
3, 34, a divider 35 connected to the output side of the amplifiers 31 and 32, a divider 36 connected to the output side of the amplifiers 33 and 34, and both of the output sides of the dividers 35 and 36. A connected adder 37, a subtractor 38 also connected to both outputs of the dividers 35 and 36, and a divider 39 connected to the outputs of the adder 37 and the subtractor 38.
It is comprised including.

【００２４】光波λ1のＰ偏光成分Ｉλ1ｐはフォトダイ
オード１２により、またＳ偏光成分Ｉλ1ｓはフォトダ
イオード１４により、そして光波λ2のＰ偏光成分Ｉλ2
ｐ，Ｓ偏光成分Ｉλ2ｓはそれぞれフォトダイオード１
３，１５によりそれぞれ電気信号に変換され、増幅器３
１，３２，３３，３４で増幅される。そして除算器３
５，３６にてＰ，Ｓ偏光成分ごとの除算Ｉλ1ｐ／Ｉλ2
ｐ，Ｉλ1ｓ／Ｉλ2ｓが行われる。さらに次段の加算回
路３７でＩλ1ｐ／Ｉλ2ｐ＋Ｉλ1ｓ／Ｉλ2ｓなる加算
が、減算回路３８でＩλ1ｐ／Ｉλ2ｐ−Ｉλ1ｓ／Ｉλ2
ｓなる減算が行われた後、除算器３９で次の数１０に示
す出力信号Ｖoutが得られる。The P-polarized light component Iλ1p of the lightwave λ1 is output by the photodiode 12, the S-polarized light component Iλ1s is output by the photodiode 14, and the P-polarized light component Iλ2 of the lightwave λ2.
The p and S polarization components Iλ2s are
Are converted into electric signals by the amplifiers 3 and 15, respectively.
Amplified at 1,32,33,34. And divider 3
The division Iλ1p / Iλ2 for each P and S polarization component at 5,36
p, Iλ1s / Iλ2s is performed. Further, the addition of Iλ1p / Iλ2p + Iλ1s / Iλ2s is performed by the addition circuit 37 at the next stage, and the addition of Iλ1p / Iλ2p−Iλ1s / Iλ2 is performed by the subtraction circuit 38.
After the subtraction of s is performed, the divider 39 obtains the output signal Vout shown in the following Expression 10.

【００２５】[0025]

【数１０】 (Equation 10)

【００２６】この出力信号は前記した如くファラディ回
転角に比例しており、光量変動の影響を受けないので、
高精度の直流電流測定が可能となる。As described above, this output signal is proportional to the Faraday rotation angle, and is not affected by light quantity fluctuation.
Highly accurate DC current measurement is possible.

【００２７】図４に本発明の参考例を示す。本参考例が
前記第１の実施例と異なるのは、光源１，２から発光さ
れた異なる二つの波長λ1，λ2の光波は光合波器１８に
導かれ、一本の光ファイバ１９に入射されて偏光子５に
導かれる点と、該偏光子５で直線偏光された光波λ1，
λ2の光軸上にダイクロイック(以下光フィルタ１７とい
う)が配置されている点である。偏光子５ではそれぞれ
の光波が直線偏光となるが、続いて設けられた光フィル
タ１７で光波λ1はファラディ素子６の中に導かれ、全
反射しながら被測定電流導体２１を周回したのち検光子
７に入射するものの、光波λ2は上記光フィルタ１７の
作用でファラディ素子中を通らない様に分岐され、検光
子７に入射する。以下検光子７を通りＰ偏光成分とＳ偏
光成分とに分けられて伝送され、各種の信号処理を施さ
れる作用は、図１〜図３で述べたものと同様で、かつ同
一構成となっている。 FIG. 4 shows a reference example of the present invention. Present embodiment is different from the first embodiment, the two wavelengths λ1 different emitted from the light source 1, light waves λ2 is guided to the optical multiplexer 18, is incident on a single optical fiber 19 And a light wave λ1, linearly polarized by the polarizer 5,
The point is that a dichroic (hereinafter referred to as an optical filter 17) is arranged on the optical axis of λ2. In the polarizer 5, each light wave becomes a linearly polarized light, but the light wave λ1 is guided into the Faraday element 6 by the optical filter 17 provided subsequently, and goes around the current conductor 21 to be measured while being totally reflected. Although the light wave λ 2 enters the analyzer 7, the light wave λ 2 is branched by the action of the optical filter 17 so as not to pass through the Faraday element and enters the analyzer 7. After that, the light passes through the analyzer 7 and is transmitted after being divided into a P-polarized component and an S-polarized component, and various signal processing operations are performed in the same manner as those described with reference to FIGS. Have.

【００２８】図５は、本発明の第２の実施例を示すもの
で、本実施例は前記第１の実施例とは、光源及び検光子
７を出たあとの信号の処理方式が異なる。本実施例にお
いて、光源１は波長λ1の第１の光波を発光するもので
構成され、光源２は波長λ1の光波に高周波を重畳させ
た第２の光波を発光するもので構成されている。また、
Ｓ偏光成分を伝送する光ファイバ９は光電変換器１２Ａ
に、Ｐ偏光成分を伝送する光ファイバ８は光電変換器１
４Ａに、それぞれ接続されている。光電変換器１２Ａの
出力側には、さらに、ローパスフィルタＬＰＦ４０Ａ及
びハイパスフィルタＨＰＦ４０Ｂが互いに並列に接続さ
れ、該ローパスフィルタＬＰＦ４０Ａの出力側は除算器
３５に、ハイパスフィルタＨＰＦ４０Ｂの出力側は平滑
回路を介して該除算器３５に接続されている。光電変換
器１４Ａの出力側にも、ローパスフィルタＬＰＦ４０Ｃ
及びハイパスフィルタＨＰＦ４０Ｄが互いに並列に接続
され、該ローパスフィルタＬＰＦ４０Ｃの出力側は除算
器３６に、ハイパスフィルタＨＰＦ４０Ｄの出力側は平
滑回路を介して該除算器３６に接続されている。除算器
３５，３６の出力側は、和差回路３９Ａに接続されてい
る。FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in the processing method of the signal after leaving the light source and the analyzer 7. In this embodiment, the light source 1 is configured to emit a first lightwave having a wavelength λ1, and the light source 2 is configured to emit a second lightwave obtained by superimposing a high frequency on the lightwave having a wavelength λ1. Also,
The optical fiber 9 transmitting the S-polarized component is a photoelectric converter 12A.
The optical fiber 8 for transmitting the P-polarized light component is
4A. A low-pass filter LPF 40A and a high-pass filter HPF 40B are further connected in parallel to the output side of the photoelectric converter 12A. The output side of the low-pass filter LPF 40A is connected to the divider 35, and the output side of the high-pass filter HPF 40B is connected to a smoothing circuit. Connected to the divider 35. The low-pass filter LPF40C is also provided on the output side of the photoelectric converter 14A.
And the high-pass filter HPF 40D are connected in parallel with each other. The output side of the low-pass filter LPF 40C is connected to the divider 36, and the output side of the high-pass filter HPF 40D is connected to the divider 36 via a smoothing circuit. Output sides of the dividers 35 and 36 are connected to a sum-and-difference circuit 39A.

【００２９】第１の光源から発光された第１の光波は前
記第１の実施例と同様、偏光子を経てファラディー素子
に入射され、高周波を重畳させた第２の光波はファラデ
ィー素子に入射することなく、直接検光子７に入射され
る。ファラディー素子を経て検光子に入射された第１の
光波と直接検光子７に入射された第２の光波は、ともに
検光子でＰ偏光成分とＳ偏光成分に分けられ、Ｓ偏光成
分は光ファイバ９を経て光電変換器１２Ａに、Ｐ偏光成
分は光ファイバ８を経て光電変換器１４Ａに、伝送され
る。The first light wave emitted from the first light source enters the Faraday element via the polarizer similarly to the first embodiment, and the second light wave on which the high frequency is superimposed is applied to the Faraday element. The light is directly incident on the analyzer 7 without being incident. Second light wave incident on the first light wave and the direct analyzer 7 which is incident on the analyzer through the Faraday element is divided into a P-polarized component and S-polarized light component in both the analyzer, S-polarized component light The P- polarized component is transmitted to the photoelectric converter 12A via the optical fiber 8 and to the photoelectric converter 12A via the fiber 9.

【００３０】今、光ファイバ８を経て光電変換器１４Ａ
に入射する光量をＪp、光ファイバ９を経て光電変換器
１２Ａに入射する光量をＪsとすると、Ｊp，Ｊsは次の
式で示される。Now, through the optical fiber 8, the photoelectric converter 14A
The amount of light incident on the device is Jp, and the photoelectric converter passes through the optical fiber 9.
Assuming that the amount of light incident on 12A is Js, Jp and Js are expressed by the following equations.

【００３１】[0031]

【数１１】 Ｊp＝〔Ｊo・ηA・ηB（１−Δφ）＋ηc・（Ｊ1＋dsinwt〕ηp Ｊs＝〔Ｊo・ηA・ηB（１＋Δφ）＋ηc・（Ｊ1＋dsinwt〕ηs ＬＰＦ４０Ａは、上記Ｊsの直流分を取り出し、ＨＰ
Ｆ４０Ｂは、上記Ｊsの交流分を取り出す。同様にＬＰ
Ｆ４０Ｃは、上記Ｊpの直流分を取り出し、ＨＰＦ４０
Ｄは、上記Ｊpの交流分を取り出す。除算器３５，３６
は入力された直流分と交流分の比(直流分／交流分)を算
出し、次段の演算回路３９Ａに出力する。和差回路３９
Ａは、この入力信号を演算処理することによって被測定
電流、あるいは被測定磁界の大きさに比例した出力電圧
Ｅoutを次式により求める。（Ａ′：和差回路の増幅
率）## EQU11 ## Jp = [Jo.eta..eta.B (1-.DELTA..phi.) +. Eta.c. (J1 + dsinwt) .eta.p Js = [Jo.eta..eta.B (1 + .DELTA..phi.) +. Eta.c. (J1 + dsinwt) .eta.s , HP
F40B takes out the AC component of Js. Similarly LP
F40C takes out the DC component of the above Jp,
D takes out the alternating current of Jp. Dividers 35 and 36
Calculates the ratio of the input DC component and the AC component (DC component / AC component) and outputs the ratio to the arithmetic circuit 39A at the next stage. Sum difference circuit 39
A obtains the output voltage Eout proportional to the current to be measured or the magnitude of the magnetic field to be measured by the following equation by calculating the input signal. (A ': amplification factor of sum-difference circuit)

【００３２】[0032]

【数１２】 (Equation 12)

【００３３】即ち、Ｊ1ηｃ／ＪoηA・ηB≪１とする
か、これらが変動しても、その影響が小さければ良い。
例えばＪ1・ηc／Ｊo・ηA・ηB＝０.１とすると、光量
１０％変動に対してＥoutの変動分は１％、１／２減に
対して９％程度の変動となる。That is, J1ηc / JoηA · ηB≪1, or if these values fluctuate, it is sufficient if their effects are small.
For example, if J1.eta.c / Jo.eta.A.eta.B = 0.1, the variation of Eout is 1% for a 10% variation in light quantity, and about 9% for a 1/2 reduction.

【００３４】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、二つの異なる波長の光
波を用い、一方の光波を直線偏光させてファラディ素子
を通過させたのちＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離し、他
方の光波をファラディ素子を除いて前記光波と同様の経
路を通過させたのちＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離し、
これら４個の信号を演算処理してファラディ素子の回転
角に比例した信号を取り出すので、光源や各光信号伝送
などで光量変動があっても、それらの影響を排除した出
力が得られ、精度の良い直流電流が測定できる効果があ
る。According to the present invention, two light waves having different wavelengths are used, one of the light waves is linearly polarized, passed through a Faraday element, separated into a P-polarized component and an S-polarized component, and the other light wave is separated. After passing through the same path as the lightwave except for the Faraday element, it is separated into a P-polarized component and an S-polarized component,
Since these four signals are subjected to arithmetic processing to extract a signal proportional to the rotation angle of the Faraday element, even if there is a fluctuation in light amount due to a light source or transmission of each optical signal, an output in which those influences are eliminated is obtained, and accuracy is obtained. There is an effect that a good direct current can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施例の要部構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図２】図１の実施例でのファラディ素子光入出射部の
詳細を示す断面図と一部側面図側面図である。2A and 2B are a cross-sectional view and a side view, respectively, showing details of a Faraday element light input / output unit in the embodiment of FIG. 1;

【図３】図１の実施例での信号処理回路の構成例を示す
ブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a signal processing circuit in the embodiment of FIG. 1;

【図４】本発明の参考例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a reference example of the present invention.

【図５】本発明の第２の実施例の要部構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 5 is a block diagram showing a main configuration of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，２ 光源 ３，４ 光ファイバ ５ 偏光子 ６ ファラディ素子 ７ 検光子 ８，９ 光ファイバ １０，１１ 光分波器 １２，１３，１４，１５ フォトダイオード １２Ａ，１４Ａ 光電変換器 １６′，１６″ プリズム １７ ダイクロイック(光フィルタ) １８ 光合波器 ２０ 演算処理回路 ３０ 信号処理回路 ３１，３２，３３，３４ 増巾器 ３５，３６，３９ 除算器 ３７ 加算回路 ３８ 減算回路 ３９Ａ 和差回路 ４０Ａ，４０Ｃ ローパスフィルタ ４０Ｂ，４０Ｄ ハイパスフィルタ 1, 2 light source 3, 4 optical fiber 5 polarizer 6 Faraday element 7 analyzer 8, 9 optical fiber 10, 11 optical demultiplexer 12, 13, 14, 15 photodiode 12A, 14A photoelectric converter 16 ', 16 " Prism 17 Dichroic (optical filter) 18 Optical multiplexer 20 Arithmetic processing circuit 30 Signal processing circuit 31, 32, 33, 34 Amplifier 35, 36, 39 Divider 37 Addition circuit 38 Subtraction circuit 39A Sum-difference circuit 40A, 40C Low-pass Filter 40B, 40D High-pass filter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 勇 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 檜垣 勝 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 森 悦紀 茨城県日立市国分町１丁目１番１号 株 式会社 日立製作所 国分工場内 (72)発明者 北 英三 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 ▲葛▼坂 聡 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 清水 誠 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−145972（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−143173（ＪＰ，Ａ) 特公 昭44−12099（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭48−13288（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 15/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Isamu Sone 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masaru Higaki 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. (72) Inventor Etsunori Mori 1-1-1, Kokubuncho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside of Kokubu Plant, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Eizo Kita 3-2-2 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Inventor ▲ Kuzu ▼ Satoshi 3-2-2 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka, Osaka Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Makoto Shimizu 3-chome, Nakanoshima, Kita-ku, Osaka, Osaka No. 22 Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Hiroto Nakagawa 3-22 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Kansai Electric Power Co., Inc. (56) References JP Sho 59 145972 (JP, A) JP flat 2-143173 (JP, A) Tokuoyake Akira 44-12099 (JP, B1) Tokuoyake Akira 48-13288 (JP, B1) (58) investigated the field (Int.Cl. ⁷ , DB name) G01R 15/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 一定の出力光を発生する光源と、該光源
から発せられた光を直線偏光させる偏光子と、磁気光学
効果を有し被測定電流導体の周囲に配置された媒質と、
検光子とこれから出射する光信号を電気信号に変換し、
演算・処理する信号処理回路を備えて成る光応用電流変
成器において、前記光源として波長λ1の光波を発する
光源と、波長λ2の光波を発する光源と、波長λ1の光波
と波長λ2の光波をそれぞれ別々に伝送する伝送路と、
前記伝送路で伝送された波長λ1の光波を該磁気光学効
果を有する媒質中を被測定電流導体を囲むように周回透
過させる手段と、前記伝送路で伝送された波長λ2の光
波を該媒質中を通過させることのないよう該媒質への入
射口で分岐させる手段と、前記媒質中を通過した波長λ
1の光波と前記媒質中を通過しない波長λ2の光波とを合
流させたのちＰ偏光成分及びＳ偏光成分に分離する手段
と、該Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分をそれぞれ伝送する伝
送路と、該伝送されたＰ偏光成分及びＳ偏光成分をそれ
ぞれ波長λ1と波長λ2とに分離する手段と、この分離さ
れた光出力信号の和差演算処理により、被測定電流と同
極性の電気出力信号を得る信号処理回路とを備えてな
り、前記波長λ2の光波を分岐させる手段は、前記磁気
光学効果を有する媒質に接して配置されていることを特
徴とする光応用直流電流変成器。1. A light source for generating a constant output light, a polarizer for linearly polarizing light emitted from the light source, a medium having a magneto-optical effect and arranged around a current conductor to be measured,
The analyzer and the optical signal emitted from it are converted into electrical signals,
An optical applied current transformer comprising a signal processing circuit for calculating and processing, wherein the light source emits a light wave having a wavelength of λ1, the light source emits a light wave having a wavelength of λ2, and the light wave having a wavelength of λ1.
And a transmission line for separately transmitting the light waves of wavelength λ2,
Means for transmitting the lightwave of wavelength λ1 transmitted through the transmission line in a medium having the magneto-optical effect so as to surround the current conductor to be measured , and transmitting the lightwave of wavelength λ2 transmitted through the transmission line in the medium. Means for branching at the entrance to the medium so as not to pass through, and a wavelength λ passing through the medium.
Means for combining the 1 light wave and the light wave of wavelength λ2 that does not pass through the medium, and then separating the light wave into a P-polarized component and an S-polarized component; a transmission path for transmitting the P-polarized component and the S-polarized component, respectively; Means for separating the transmitted P-polarized component and S-polarized component into wavelengths λ1 and λ2, respectively, and an electric output signal having the same polarity as the current to be measured is obtained by the sum difference operation of the separated optical output signals. I and a signal processing circuit
The means for splitting the light wave having the wavelength λ2 is
An optical applied DC current transformer, which is disposed in contact with a medium having an optical effect . 【請求項２】 波長λ１の光波１を発する光源と、波長
λ１の光波に高周波を重畳させた光波２を発する光源
と、 光波１を偏光子を通過させて偏光させたのち磁気光学効
果を有する媒質中を被測定電流導体を囲むように周回透
過させる手段と、 光波２を該媒質中を通過させることのないように該媒質
への入射口で分岐させる手段と、 前記媒質中を通過した光波１と前記媒質中を通過しない
光波２とを合流させたのちＰ偏光成分とＳ偏光成分に分
離する手段と、 前記分離されたＰ偏光成分とＳ偏光成分を光電変換する
光電変換手段と、 該光電変換手段の出力をそれぞれ直流分と交流分に分離
する分離手段と、 該分離手段の出力を演算処理する演算回路と、 を有してなる光応用直流電流変成器。 2. A light source for emitting a light wave 1 having a wavelength λ1, and a wavelength
A light source that emits a light wave 2 in which a high frequency is superimposed on a light wave of λ1
And the light wave 1 is polarized by passing through a polarizer,
Around the current conductor to be measured in the medium
Means for passing the light wave 2 through the medium so as not to pass through the medium.
Means for branching at the entrance to the light source, and the light wave 1 passing through the medium and not passing through the medium
After the light wave 2 is merged, the light wave 2 is separated into a P-polarized component and an S-polarized component.
Separating means for photoelectrically converting the separated P-polarized component and S-polarized component.
The photoelectric conversion means and the output of the photoelectric conversion means are separated into a DC component and an AC component, respectively.
An optical applied DC current transformer, comprising: a separating means for performing a calculation on an output of the separating means .