JP4474536B2

JP4474536B2 - High voltage measuring device

Info

Publication number: JP4474536B2
Application number: JP2004136561A
Authority: JP
Inventors: 邦彦日高
Original assignee: Todai TLO Ltd
Current assignee: Todai TLO Ltd
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: JP2005315815A

Description

本発明は、ポッケルス材料を利用した高電圧測定装置に関するものである。 The present invention relates to a high voltage measuring device using a Pockels material.

高電圧（例えば１０００Ｖ以上の電圧）を測定するためには、計測装置の絶縁耐圧や、計測機器を通じた漏洩電流が問題となるため、一般には、高電圧を、測定容易な低電圧に変換してから測定している。実用的な高電圧測定器としては、計器用変圧器、抵抗分圧器、容量分圧器が開発されている。 In order to measure a high voltage (for example, a voltage of 1000 V or more), the withstand voltage of the measuring device and the leakage current through the measuring device are problematic. Therefore, in general, the high voltage is converted into a low voltage that is easy to measure. It is measured after. As practical high-voltage measuring instruments, instrument transformers, resistance voltage dividers, and capacitive voltage dividers have been developed.

しかしながら、計器用変圧器は、通常は、商用周波数以上の周波数を有する交流電圧しか計測できない。また、抵抗分圧器や容量分圧器は、測定できる高電圧波形がかなり限定されてしまう。 However, an instrument transformer can usually measure only an alternating voltage having a frequency higher than a commercial frequency. In addition, the high voltage waveform that can be measured by the resistance voltage divider and the capacitive voltage divider is considerably limited.

さらに、分圧を用いた場合の分圧比（高電圧から低電圧への変換の割合）は、気象条件や、周囲に存在する構造物の配置状況などの条件によって変化する。このため、この方式では、電圧の絶対測定は原理的に望めない。 Furthermore, the voltage division ratio (ratio of conversion from high voltage to low voltage) in the case of using partial pressure changes depending on conditions such as weather conditions and the arrangement of surrounding structures. For this reason, in this method, absolute measurement of voltage cannot be expected in principle.

また、近年、ポッケルス材料（ポッケルス効果を有する物質をいう）と容量分圧器とを併用した電圧測定器が開発されている。しかしながら、この技術においても、容量分圧器を使用するために、電圧の絶対測定は困難である。 In recent years, a voltage measuring device using a Pockels material (referring to a substance having a Pockels effect) and a capacitive voltage divider has been developed. However, even in this technique, since a capacitive voltage divider is used, absolute measurement of voltage is difficult.

さらに、容量分圧器を用いずにポッケルス材料で電圧測定を行う技術も開発されている。しかしながら、従来の装置では、２点間の絶縁を確保するために極めて大きな容器内にポッケルス材料を収納した上で絶縁性の高いガスを封入しており、装置が大型であるという問題があった。 In addition, a technique for measuring voltage with Pockels material without using a capacitive voltage divider has been developed. However, in the conventional apparatus, in order to ensure insulation between two points, a Pockels material is stored in an extremely large container and then a gas having high insulating properties is enclosed, and there is a problem that the apparatus is large. .

また、ポッケルス材料を用いて電圧測定を行う場合に、従来の技術では、電極の位置を避けて光を入力し、その光における偏波状態の変化から電圧を算出している。この技術では、電圧印加箇所（つまり電極で挟まれた部分）ではなく、それに隣接した領域を光が通過する。すると、周辺環境に起因する近接効果によって外部から電気力線が加わったり、電気力線が逃げたりすることがあり、電圧測定の精度が劣化するという問題もあった。 Further, when performing voltage measurement using a Pockels material, in the conventional technique, light is input avoiding the position of the electrode, and the voltage is calculated from the change in the polarization state of the light. In this technique, light passes through a region adjacent to a voltage application portion (that is, a portion sandwiched between electrodes). Then, due to the proximity effect caused by the surrounding environment, there is a problem that the lines of electric force are applied from the outside or the lines of electric force escape, and the accuracy of voltage measurement is deteriorated.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、電圧の絶対測定を精度良くかつ簡易に行える高電圧測定装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a high voltage measuring apparatus capable of accurately and easily performing absolute voltage measurement.

本発明に係る高電圧測定装置は、発光部と、検出部と、センサ部とを備えている。前記センサ部は、ポッケルス材料と、第１電極と、第２電極とを備えている。前記ポッケルス材料は、第１端部と第２端部とを備えている。前記第１電極は、前記第１端部に接触して取り付けられている。かつ、前記第１電極は、前記発光部からの光に対して透明となっている。前記第２電極は、前記第２端部に接触して取り付けられている。前記発光部は、この発光部からの光が、前記第１電極および前記ポッケルス材料を通過して前記第２電極に達するように、前記光を照射する構成となっている。前記検出部は、前記ポッケルス材料を通過して前記第２電極に達した光の特性変化に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間に印加された電圧を測定するものとなっている。 The high voltage measuring apparatus according to the present invention includes a light emitting unit, a detecting unit, and a sensor unit. The sensor unit includes a Pockels material, a first electrode, and a second electrode. The Pockels material has a first end and a second end. The first electrode is attached in contact with the first end. The first electrode is transparent to the light from the light emitting unit. The second electrode is attached in contact with the second end. The light emitting unit is configured to irradiate the light so that light from the light emitting unit passes through the first electrode and the Pockels material and reaches the second electrode. The detection unit measures a voltage applied between the first electrode and the second electrode based on a characteristic change of light passing through the Pockels material and reaching the second electrode. ing.

前記光の特性変化とは、例えば、光の偏波面の変化である。 The light characteristic change is, for example, a change in the polarization plane of the light.

前記高電圧測定装置は、さらに取付部を備えていてもよい。前記取付部は、前記センサ部に取り付けられており、フック状に形成されており、かつ、導電性を有している。さらに、前記取付部は、前記第１電極または第２電極のうちの一方に電気的に接続されている。前記第１電極または第２電極の他方は、基準電位に対して電気的に接続されている。 The high voltage measuring device may further include an attachment portion. The attachment portion is attached to the sensor portion, is formed in a hook shape, and has conductivity. Further, the attachment portion is electrically connected to one of the first electrode and the second electrode. The other of the first electrode and the second electrode is electrically connected to a reference potential.

前記第２電極は、前記発光部からの光に対して透明となっていてもよい。 The second electrode may be transparent to light from the light emitting unit.

前記高電圧測定装置において、前記第２電極が、前記発光部からの光を反射する材質であり、前記検出部が、前記ポッケルス材料を通過して前記第２電極に達し、さらに前記第２電極で反射されて前記第１電極を通過した光に基づいて前記電圧の測定を行う構成であっても良い。 In the high-voltage measuring device, the second electrode is made of a material that reflects light from the light emitting unit, the detection unit passes through the Pockels material and reaches the second electrode, and further, the second electrode The voltage may be measured based on the light reflected by and passed through the first electrode.

前記第１電極および前記第２電極が、前記第１端部および第２端部の全面に接触して形成されていてもよい。 The first electrode and the second electrode may be formed in contact with the entire surface of the first end and the second end.

前記ポッケルス材料が柱状に形成されていてもよい。 The Pockels material may be formed in a column shape.

前記高電圧測定装置において、前記発光部からの光が位相変調されており、前記検出部が、前記発光部からの光を同期検波により検出する構成であってもよい。 In the high-voltage measuring device, the light from the light emitting unit may be phase-modulated, and the detection unit may detect the light from the light emitting unit by synchronous detection.

前記高電圧測定装置において、前記発光部から照射される光が複数の波長の光を含んでおり、前記検出部が、前記複数の波長の光におけるそれぞれの特性変化に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間に印加された電圧を測定するものである構成であっても良い。 In the high voltage measurement device, the light emitted from the light emitting unit includes light of a plurality of wavelengths, and the detection unit is configured to change the first electrode based on respective characteristic changes in the light of the plurality of wavelengths. And a voltage applied between the second electrode and the second electrode may be measured.

前記ポッケルス材料は、前記取付部を被計測部位に取り付けることにより空中に保持される構成となっていてもよい。 The Pockels material may be configured to be held in the air by attaching the attachment portion to a measurement site.

本発明に係る高電圧測定方法は、以下のステップを備えている：
（１）ポッケルス材料における第１端部と第２端部とにそれぞれ形成された第１電極と第２電極との間に電圧を印加するステップ；
（２）前記ステップ（１）の前後またはこれと同時に、前記電圧が印加された部分であって、かつ、前記第１電極と第２電極とで挟まれる領域内において、前記ポッケルス材料に光を透過させるステップ；
（３）前記ポッケルス材料を透過した光の特性変化に基づいて、印加された前記電圧を測定するステップ。 The high voltage measurement method according to the present invention comprises the following steps:
(1) A step of applying a voltage between the first electrode and the second electrode respectively formed on the first end and the second end of the Pockels material;
(2) Before or after the step (1) or at the same time, the Pockels material is irradiated with light in a portion where the voltage is applied and in a region sandwiched between the first electrode and the second electrode. Transmitting step;
(3) A step of measuring the applied voltage based on a characteristic change of light transmitted through the Pockels material.

本発明によれば、第１電極と第２電極で挟まれた領域（つまり電圧が印加される領域）において、計測用の光を通過させることができる。このため、近接効果により電気力線が増減することはない。したがって、本発明によれば、電圧の絶対測定を精度良く行える。 According to the present invention, measurement light can pass through a region sandwiched between the first electrode and the second electrode (that is, a region to which a voltage is applied). For this reason, the electric lines of force do not increase or decrease due to the proximity effect. Therefore, according to the present invention, absolute voltage measurement can be performed with high accuracy.

また、フック状の取付部を設けることにより、このフックを送電線などの高電位部分に引っかけて、電圧測定を行うことができる。このため、電圧測定が簡易となるという効果もある。 Further, by providing the hook-shaped attachment portion, the hook can be hooked on a high potential portion such as a power transmission line, and voltage measurement can be performed. For this reason, there is also an effect that the voltage measurement is simplified.

（第１実施形態の構成）
以下、本発明の第１実施形態を図１および図２に基づいて説明する。この実施形態に係る高電圧測定装置は、発光部１と、検出部２と、センサ部３と、取付部５とを備えている。 (Configuration of the first embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The high voltage measurement device according to this embodiment includes a light emitting unit 1, a detection unit 2, a sensor unit 3, and an attachment unit 5.

発光部１は、光源１１と、入力用導波路１２とを備えている。光源１は、コヒーレント光を発することができる適宜な発光素子を用いて構成されている。使用できる発光素子としては、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）である。この実施形態では、光源１として、二つの波長（例えば１３００ｎｍと１５５０ｎｍ）の光をそれぞれ発光できるものが用いられている。このような光源は、それぞれの波長の光を発するＬＤやＬＥＤを複数用いることにより構成できる。 The light emitting unit 1 includes a light source 11 and an input waveguide 12. The light source 1 is configured using an appropriate light emitting element that can emit coherent light. Examples of light-emitting elements that can be used include LD (laser diode) and LED (light-emitting diode). In this embodiment, a light source 1 that can emit light of two wavelengths (for example, 1300 nm and 1550 nm) is used. Such a light source can be configured by using a plurality of LDs or LEDs that emit light of each wavelength.

入力用導波路１２は、この実施形態では、光ファイバにより構成されている。導波路１２は、光源から発せられた光（入力光）を、センサ部３のポッケルス材料３１（後述）に入射できるように延長されている。ただし、導波路１２としては、光ファイバに限らず、例えば、ミラーを用いて空間中を伝搬させる構成でも、あるいは導波管を用いる構成でも良い。 In this embodiment, the input waveguide 12 is constituted by an optical fiber. The waveguide 12 is extended so that light (input light) emitted from the light source can enter a Pockels material 31 (described later) of the sensor unit 3. However, the waveguide 12 is not limited to an optical fiber, and may be configured to propagate in space using a mirror or a configuration using a waveguide, for example.

この構成により、発光部１は、この発光部１からの光が、後述する第１電極３２およびポッケルス材料３１を通過して第２電極３３に達するように、入力光を照射する構成となっている。 With this configuration, the light emitting unit 1 is configured to irradiate the input light so that the light from the light emitting unit 1 passes through the first electrode 32 and the Pockels material 31 described later and reaches the second electrode 33. Yes.

センサ部３は、図２に示すように、ポッケルス材料３１と、第１電極３２と、第２電極３３と、筒体３４と、入力用レンズ３５と、入力用の偏光子３６と、出力用レンズ３７と、出力用の偏光子３８とを主な構成として備えている。 As shown in FIG. 2, the sensor unit 3 includes a Pockels material 31, a first electrode 32, a second electrode 33, a cylindrical body 34, an input lens 35, an input polarizer 36, and an output. A lens 37 and an output polarizer 38 are provided as main components.

ポッケルス材料３１は、長尺な柱状（例えば円柱状や角柱状）とされている。ポッケルス材料３１は、第１端部３１１と第２端部３１２とを備えている（図２参照）。ポッケルス材料３１は、ポッケルス効果を有する物質により構成されている。ポッケルス効果を有する物質としては、例えば、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２結晶（いわゆるＢＧＯ結晶）がある。 The Pockels material 31 has a long columnar shape (for example, a columnar shape or a prismatic shape). The Pockels material 31 includes a first end 311 and a second end 312 (see FIG. 2). The Pockels material 31 is made of a substance having a Pockels effect. As a substance having the Pockels effect, for example, there is a Bi ₄ Ge ₃ O ₁₂ crystal (so-called BGO crystal).

第１電極３２は、ポッケルス材料３１の第１端部３１１の全面に接触して取り付けられている。また、第１電極３２は、発光部１からの入力光に対して透明となっている。第１電極３２は、配線３９により、基準電位としての零電位（グラウンド）に電気的に接続されている。基準電位は、計測に支障がなければ、必ずしも零電位でなくてもよい。 The first electrode 32 is attached in contact with the entire surface of the first end 311 of the Pockels material 31. The first electrode 32 is transparent to the input light from the light emitting unit 1. The first electrode 32 is electrically connected to a zero potential (ground) as a reference potential by a wiring 39. The reference potential is not necessarily a zero potential as long as there is no problem in measurement.

第１電極３２として用いることができる材質としては、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ系、ＳｎＯ_２系、Ｉｎ_２Ｏ_３系、導電性透明ポリマーなどの材料がある。 Examples of materials that can be used as the first electrode 32 include materials such as ITO, ZnO-based, SnO ₂ -based, In ₂ O ₃ -based, and conductive transparent polymer.

第２電極３３は、ポッケルス材料３１の第２端部３１２の全面に接触して取り付けられている。本実施形態では、第２電極３３も、発光部１からの入力光に対して透明となっている。第２電極３３の材質としては、第１電極３２と同じであっても異なっていても良い。 The second electrode 33 is attached in contact with the entire surface of the second end 312 of the Pockels material 31. In the present embodiment, the second electrode 33 is also transparent to the input light from the light emitting unit 1. The material of the second electrode 33 may be the same as or different from that of the first electrode 32.

筒体３４は、筒状に形成されており、ポッケルス材料３１は、筒体３４の内部に収納されている（図２参照）。筒体３４は、絶縁体により構成されていることが好ましい。 The cylindrical body 34 is formed in a cylindrical shape, and the Pockels material 31 is stored inside the cylindrical body 34 (see FIG. 2). It is preferable that the cylinder 34 is comprised with the insulator.

入力用レンズ３５および入力用偏光子３６は、図２に示されるように、入力用導波路１２と第１電極３２との間に配置されている。 As shown in FIG. 2, the input lens 35 and the input polarizer 36 are disposed between the input waveguide 12 and the first electrode 32.

出力用レンズ３７および出力用偏光子３８は、第２電極３３と出力用導波路２２（後述）との間に配置されている。 The output lens 37 and the output polarizer 38 are disposed between the second electrode 33 and the output waveguide 22 (described later).

検出部２は、検出部２１と出力用導波路２２とを備えている（図１参照）。出力用導波路２２は、入力用導波路１２と同様に、光ファイバにより構成されている。もちろん、光ファイバ以外の導波路を用いても良い。出力用導波路２２は、出力用レンズ３７および偏光子３８を通過した光（出力光）を検出器２１に伝搬するようになっている（図２参照）。 The detection unit 2 includes a detection unit 21 and an output waveguide 22 (see FIG. 1). The output waveguide 22 is composed of an optical fiber, like the input waveguide 12. Of course, waveguides other than optical fibers may be used. The output waveguide 22 propagates light (output light) that has passed through the output lens 37 and the polarizer 38 to the detector 21 (see FIG. 2).

検出部２１は、導波路２２により伝搬された出力光の特性変化に基づいて、第１電極３２と第２電極３３との間に印加された電圧を測定する構成となっている。具体的には、検出部２１は、出力光の偏波面の変化を、光強度の変化として検出している。詳しい動作原理は後述する。 The detection unit 21 is configured to measure a voltage applied between the first electrode 32 and the second electrode 33 based on a change in characteristics of the output light propagated through the waveguide 22. Specifically, the detection unit 21 detects a change in the polarization plane of the output light as a change in light intensity. The detailed operation principle will be described later.

取付部５は、センサ部３の筒体３４の上部外面に取り付けられている（図２参照）。取付部５は、フック状に形成されている。さらに、取付部５は、導電性材料により構成されており、導電性を有している。導電性材料としては、例えば、金属（例えばアルミニウム合金や銅合金）、導電性樹脂などの適宜なものを用いることができる。ただし、取付部５は、取付部５を被測定部位に引っかけた状態において、センサ部３の重量に耐えるだけの剛性を有していることが好ましい。さらに、取付部５は、配線４０により、第２電極３３に電気的に接続されている。 The attaching part 5 is attached to the upper outer surface of the cylindrical body 34 of the sensor part 3 (see FIG. 2). The attachment portion 5 is formed in a hook shape. Furthermore, the attachment part 5 is comprised with the electroconductive material, and has electroconductivity. As the conductive material, for example, an appropriate material such as a metal (for example, an aluminum alloy or a copper alloy) or a conductive resin can be used. However, it is preferable that the attachment portion 5 has sufficient rigidity to withstand the weight of the sensor portion 3 in a state where the attachment portion 5 is hooked on the measurement site. Further, the attachment portion 5 is electrically connected to the second electrode 33 by the wiring 40.

（第１実施形態の動作）
つぎに、第１実施形態に係る高電圧測定装置の動作を説明する。以下の例では、電圧測定の対象としての被測定部位が、図１に示される送電線６となっている。 (Operation of the first embodiment)
Next, the operation of the high voltage measuring apparatus according to the first embodiment will be described. In the following example, the part to be measured as a voltage measurement target is the transmission line 6 shown in FIG.

まず、センサ部３を持ち上げて、フック状の取付部５を送電線６に引っかける。この作業は、例えば、絶縁用の手袋を装着した作業員により容易に行うことができる。この実施形態では、従来と異なり、絶縁用のガスを用いていない。このため、センサ部３が非常に軽量となり、これを作業員が容易に持ち上げることができる。 First, the sensor unit 3 is lifted and the hook-shaped attachment unit 5 is hooked on the power transmission line 6. This work can be easily performed by a worker wearing insulating gloves, for example. In this embodiment, unlike the prior art, no insulating gas is used. For this reason, the sensor part 3 becomes very lightweight, and an operator can easily lift it.

この作業により、センサ部３は、取付部５によって、空中に保持される（図１参照）。この状態では、取付部５を介して、第２電極３３と第１電極３２との間に、送電線６からの電圧が印加される。第１電極３２は接地されているが、ポッケルス材料３１には絶縁性があるので、第２電極３３と第１電極３２とがショートとなることはない。 By this operation, the sensor unit 3 is held in the air by the mounting unit 5 (see FIG. 1). In this state, a voltage from the power transmission line 6 is applied between the second electrode 33 and the first electrode 32 via the attachment portion 5. Although the first electrode 32 is grounded, since the Pockels material 31 is insulative, the second electrode 33 and the first electrode 32 will not be short-circuited.

一方、発光部１の光源１１から、入力用導波路１２を介して、入力光を入力用レンズ３５に照射する。このとき、この実施形態では、二つの波長の光が入力光として光源１１からレンズ３５に照射される。 On the other hand, the input lens 35 is irradiated with input light from the light source 11 of the light emitting unit 1 through the input waveguide 12. At this time, in this embodiment, light of two wavelengths is irradiated from the light source 11 to the lens 35 as input light.

入力用レンズ３５に照射された入力光は、レンズ３５により集光された後、入力用の偏光子３６を通過する。これにより、入力光は直線偏波とされる。 The input light applied to the input lens 35 is collected by the lens 35 and then passes through the input polarizer 36. Thereby, the input light is linearly polarized.

偏光子３６を通過した入力光は、第１電極３２を透過して、ポッケルス材料３１に照射される。ポッケルス材料３１に照射された入力光は、ポッケルス材料３１の内部において、印加電圧に対応した偏波面の変化を生じる。偏波面は、通常、楕円偏波となる。これは、電位勾配があると、その勾配の方向に対応した屈折率変化が生じるからである。 The input light that has passed through the polarizer 36 passes through the first electrode 32 and is irradiated onto the Pockels material 31. The input light applied to the Pockels material 31 causes a change in the plane of polarization corresponding to the applied voltage inside the Pockels material 31. The polarization plane is usually elliptically polarized. This is because if there is a potential gradient, a change in the refractive index corresponding to the direction of the gradient occurs.

すなわち、ｚ方向に光が入射されたとすれば、光は、ｘ軸方向とｙ軸方向とに分かれて進むことになる。このとき、ｘ軸を進む光とｙ軸を進む光とでは、電位勾配に対応して、光の伝搬速度が変わる。すると、ポッケルス材料３１を通過した光においては、偏波面が変動する。このポッケルス効果に基づく偏波面の変動自体は知られている現象なので、これ以上詳細な説明は省略する。 That is, if light is incident in the z direction, the light travels separately in the x-axis direction and the y-axis direction. At this time, the light propagation speed changes depending on the potential gradient between the light traveling along the x-axis and the light traveling along the y-axis. Then, in the light that has passed through the Pockels material 31, the plane of polarization fluctuates. Since the fluctuation of the polarization plane based on the Pockels effect itself is a known phenomenon, further detailed description is omitted.

ポッケルス材料３１を通過した光（出力光）は、第２電極３３を透過して、出力用レンズ３７で集光され、偏光子３８を通過する。偏光子３８は、直線偏波成分のみを通過させるので、偏光子３８を通過した光の強度は、ポッケルス材料３１による偏波変動に対応して弱まる。 The light (output light) that has passed through the Pockels material 31 passes through the second electrode 33, is collected by the output lens 37, and passes through the polarizer 38. Since the polarizer 38 allows only the linearly polarized component to pass, the intensity of the light that has passed through the polarizer 38 becomes weaker corresponding to the polarization fluctuation caused by the Pockels material 31.

出力光は、出力用導波路２２を介して検出器２１に伝搬される。検出器２１は、検出した光の強度に基づいて、ポッケルス材料３１に印加された電圧を算出する。つまり、検出器２１は、出力光における偏波面の変動を、光強度の変化として検出している。 The output light is propagated to the detector 21 via the output waveguide 22. The detector 21 calculates the voltage applied to the Pockels material 31 based on the detected light intensity. That is, the detector 21 detects a change in the polarization plane in the output light as a change in light intensity.

この実施形態では、第１電極３２を透明とし、そこから入力光をポッケルス材料３１に照射している。このため、第１電極３２と第２電極３３とで挟まれた領域（つまり電圧が印加された領域）において光を通過させることができる。 In this embodiment, the first electrode 32 is transparent, and the input light is applied to the Pockels material 31 therefrom. Therefore, light can pass through a region sandwiched between the first electrode 32 and the second electrode 33 (that is, a region to which a voltage is applied).

もし、図３に示されるように、二つの電極の間の領域でなくて、この領域に隣接する領域（図３中２点鎖線で示す）を光が通過したときは、電圧測定の精度が劣化するという問題がある。図３では、電極の中央に形成された穴から光を入力している。 If light passes through a region adjacent to this region (indicated by a two-dot chain line in FIG. 3) instead of the region between the two electrodes as shown in FIG. There is a problem of deterioration. In FIG. 3, light is input from a hole formed in the center of the electrode.

電極の間の領域であれば、外乱電界が存在したとしても、電極間では、電気力線の総和は一定となる。これに対して、電極間の領域の外側では、近接効果により、電気力線の増減を生じる。このため、電圧測定の精度が劣化する。これに対して、本実施形態では、第１および第２電極３２・３３を透明とし、一方の電極から他方の電極に向けて入力光を透過させている。このため、本実施形態では、出力光が通過した経路上においては、電圧に近接効果が発生せず、電圧を正確に測定することが可能となる。 In the region between the electrodes, even if a disturbance electric field exists, the sum of the lines of electric force is constant between the electrodes. On the other hand, outside the region between the electrodes, the electric lines of force increase or decrease due to the proximity effect. For this reason, the accuracy of voltage measurement deteriorates. In contrast, in the present embodiment, the first and second electrodes 32 and 33 are transparent, and input light is transmitted from one electrode to the other electrode. For this reason, in this embodiment, the proximity effect does not occur in the voltage on the path through which the output light has passed, and the voltage can be accurately measured.

（実験例）
つぎに、本実施形態の装置を用いた実験例を、図４〜図９に基づいて説明する。まず、ポッケルス材料３１における、印加電圧と出力光強度との関係を図４に示す。この図には、二つの波長（１３００ｎｍと１５００ｎｍ）における特性が共に示されている。このように、印加電圧の増加に応じて、出力光強度はほぼサインカーブ状に変化する。この理由は、前記したように、印加電圧の強度に応じて、出力光の偏波状態が変動するからである。 (Experimental example)
Next, experimental examples using the apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, the relationship between the applied voltage and the output light intensity in the Pockels material 31 is shown in FIG. In this figure, both characteristics at two wavelengths (1300 nm and 1500 nm) are shown. Thus, the output light intensity changes in a substantially sine curve shape as the applied voltage increases. This is because, as described above, the polarization state of the output light varies depending on the intensity of the applied voltage.

ついで、交流８０ｋＶと交流２５０ｋＶにおける時間（横軸）と出力光強度（縦時）との関係を図５と図６に示す。図４に示す特性に基づいて、光の波長に応じて、出力光強度の波形における振幅が異なる。図中dividerとあるのは、分圧器による測定結果である。 Next, FIG. 5 and FIG. 6 show the relationship between time (horizontal axis) and output light intensity (vertical) at 80 kV AC and 250 kV AC. Based on the characteristics shown in FIG. 4, the amplitude in the waveform of the output light intensity varies depending on the wavelength of light. In the figure, “divider” is a measurement result obtained by a voltage divider.

図７には、検出された光強度から電圧を求めるための較正曲線を示す。まず、一方の波長における光強度に対応する印加電圧（候補値）を得る。ついで、他方の波長における光強度に対応する印加電圧（候補値）を得る。二つの候補値が重なった点が印加電圧を示す。複数の点で候補値が重なることも理論的にはありうるが、想定される電圧の範囲を超える候補値を排除することにより、目的の範囲での印加電圧を測定することができる。得られた電圧波形を図８および図９に示す。この波形は、参照として用いた分圧器での電圧とほぼ同じ形状となった。 FIG. 7 shows a calibration curve for obtaining a voltage from the detected light intensity. First, an applied voltage (candidate value) corresponding to the light intensity at one wavelength is obtained. Next, an applied voltage (candidate value) corresponding to the light intensity at the other wavelength is obtained. The point where two candidate values overlap indicates the applied voltage. Although it is theoretically possible that the candidate values overlap at a plurality of points, the applied voltage in the target range can be measured by eliminating candidate values that exceed the assumed voltage range. The obtained voltage waveforms are shown in FIGS. This waveform had almost the same shape as the voltage at the voltage divider used as a reference.

本実施形態では、異なる波長の光を同時に入力しているので、電圧が変動している場合でも、電圧を正確に測定することができるという利点もある。 In the present embodiment, since lights of different wavelengths are input simultaneously, there is an advantage that the voltage can be accurately measured even when the voltage fluctuates.

もちろん、一つの波長の光を用いても、電圧測定は可能である。ただし、この場合は、想定される電圧の範囲を狭く絞り込んでおく必要がある。これに対し、本実施形態では、複数波長の光を同時に用いているので、極めて広い範囲において変動しうる印加電圧を正確に測定することができるという利点がある。 Of course, voltage measurement is possible even using light of one wavelength. However, in this case, it is necessary to narrow down the assumed voltage range. On the other hand, in this embodiment, since light of a plurality of wavelengths is used at the same time, there is an advantage that an applied voltage that can fluctuate in a very wide range can be accurately measured.

なお、前記の例では、印加電圧を交流としたが、本実施形態の装置によれば、直流、インパルス状、三角波状などの任意の波形の電圧を測定することができる。 In the above example, the applied voltage is an alternating current. However, according to the apparatus of the present embodiment, a voltage having an arbitrary waveform such as a direct current, an impulse shape, or a triangular wave shape can be measured.

また、前記の例では、出力用レンズ３７を用いているが、出力用導波路２２として大口径の光ファイバを用いれば、集光しなくとも、出力光の大部分を出力用導波路２２に導入することが可能となる。したがって、このように構成すれば、出力用レンズ３７を省略して、装置の構成をさらに簡易とすることも可能である。 Further, in the above example, the output lens 37 is used. However, if a large-diameter optical fiber is used as the output waveguide 22, most of the output light is transferred to the output waveguide 22 without being condensed. It becomes possible to introduce. Therefore, with this configuration, the output lens 37 can be omitted, and the configuration of the apparatus can be further simplified.

（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る高電圧測定装置を、図１０および図１１に基づいて説明する。この実施形態の説明においては、前記第１実施形態の装置と基本的に共通する構成については、同一符号を用いて説明を簡略化する。 (Second Embodiment)
Next, a high voltage measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the description of this embodiment, the same reference numerals are used to simplify the description of the configuration that is basically common to the apparatus of the first embodiment.

この実施形態では、第２電極３３（図１１）が、発光部１からの光を反射する材質となっている。光を反射する材質とは、例えば、導電性のある金属（アルミニウムや金など）である。 In this embodiment, the second electrode 33 (FIG. 11) is made of a material that reflects light from the light emitting unit 1. The material that reflects light is, for example, a conductive metal (such as aluminum or gold).

また、この実施形態では、第１電極３２と入力用導波路１２との間に、分岐部４２が配置されている。分岐部４２は、入力用導波路１２からの入力光を透過させるようになっている。さらに、分岐部４２は、第２電極３３で反射して戻ってきた光（出力光）を反射して、分岐部４２の近傍に配置された出力用導波路２２に出力光を入射するようになっている。この構成により、検出部２は、ポッケルス材料３１を通過して第２電極３３に達し、さらに第２電極３３で反射されて第１電極３２を通過した光に基づいて前記電圧の測定を行う構成となっている。このような分岐部４２は、例えばハーフミラーにより構成できる。 In this embodiment, the branching portion 42 is disposed between the first electrode 32 and the input waveguide 12. The branching section 42 is configured to transmit the input light from the input waveguide 12. Further, the branching portion 42 reflects the light (output light) reflected and returned by the second electrode 33 so that the output light is incident on the output waveguide 22 disposed in the vicinity of the branching portion 42. It has become. With this configuration, the detection unit 2 is configured to measure the voltage based on light that has passed through the Pockels material 31 to reach the second electrode 33, is reflected by the second electrode 33, and has passed through the first electrode 32. It has become. Such a branch part 42 can be comprised by a half mirror, for example.

第２実施形態の装置においては、入力用導波路１２から照射された光は、分岐部４２、偏光子３６、レンズ３５を通過してポッケルス材料３１に入射される。ポッケルス材料３１の内部を進む光は、印加された電圧に応じて偏波面が変動する。この点は第１実施形態と同様である。 In the apparatus of the second embodiment, the light irradiated from the input waveguide 12 passes through the branching section 42, the polarizer 36, and the lens 35 and is incident on the Pockels material 31. The plane of polarization of light traveling inside the Pockels material 31 varies according to the applied voltage. This is the same as in the first embodiment.

第２電極３３に達した光は、第２電極３３で反射して、第１電極３２に戻る。第１電極３２を再び透過した出力光は、レンズ３５、偏光子３６、分岐部４２を介して、出力用導波路２２に入射される。その後の動作は第１実施形態と同様である。 The light that reaches the second electrode 33 is reflected by the second electrode 33 and returns to the first electrode 32. The output light transmitted again through the first electrode 32 is incident on the output waveguide 22 via the lens 35, the polarizer 36, and the branching unit 42. The subsequent operation is the same as in the first embodiment.

第２実施形態の装置によれば、入力用の導波路と出力用の導波路とを、センサ部３の一端側にまとめて配置することができる。このため、センサ部３を持ち上げる等の作業が容易となる。他の構成および利点は第１実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。 According to the apparatus of the second embodiment, the input waveguide and the output waveguide can be collectively arranged on one end side of the sensor unit 3. For this reason, operations such as lifting the sensor unit 3 are facilitated. Since other configurations and advantages are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

なお、前記第２実施形態においては、分岐部４２としてハーフミラーを例示したが、分岐部４２として偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。偏光ビームスプリッタは、分岐部と偏光子の両方の機能を兼ねることができる。したがって、偏光ビームスプリッタを用いることにより、偏光子３６と分岐部４２とを別途に設ける必要がなくなり、これらのうちの一方を省略できる。このため、装置の構成をさらに簡略とすることができる。 In the second embodiment, the half mirror is exemplified as the branching unit 42. However, a polarizing beam splitter may be used as the branching unit 42. The polarizing beam splitter can serve as both a branching unit and a polarizer. Therefore, by using the polarization beam splitter, it is not necessary to separately provide the polarizer 36 and the branching portion 42, and one of them can be omitted. For this reason, the configuration of the apparatus can be further simplified.

なお、前記発光部１からの光を位相変調することもできる。この場合、検出部２の検出器２１は、出力光のうち、発光部１からの光を、同期検波により検出する。このようにすると、ノイズを除去できるので、出力として得られる電圧値のＳＮ比を向上させることができる。 The light from the light emitting unit 1 can also be phase-modulated. In this case, the detector 21 of the detection unit 2 detects the light from the light emitting unit 1 out of the output light by synchronous detection. In this way, noise can be removed, so that the SN ratio of the voltage value obtained as an output can be improved.

本発明の高電圧測定装置は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。 The high voltage measuring device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明の第１実施形態に係る高電圧測定装置の概略的な構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the high voltage measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第１実施形態におけるセンサ部の構造を示す拡大縦断面図である。It is an expanded vertical sectional view which shows the structure of the sensor part in 1st Embodiment. 比較例として示したセンサ部の構造を概略的に示す拡大縦断面図である。It is an expanded vertical sectional view which shows roughly the structure of the sensor part shown as a comparative example. 印加電圧と出力光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an applied voltage and output light intensity. 印加電圧が交流８０ｋＶの場合における、出力光強度の変動を示すグラフであり、縦軸が出力光強度、横軸が時間である。It is a graph which shows the fluctuation | variation of output light intensity in case an applied voltage is AC 80 kV, a vertical axis | shaft is output light intensity and a horizontal axis is time. 印加電圧が交流２５０ｋＶの場合における、出力光強度の変動を示すグラフであり、縦軸が出力光強度、横軸が時間である。It is a graph which shows the fluctuation | variation of output light intensity in case an applied voltage is AC 250 kV, a vertical axis | shaft is output light intensity and a horizontal axis is time. 出力光強度から印加電圧を算出するための較正曲線を示すグラフであり、縦軸は出力光強度、横軸は電圧である。It is a graph which shows the calibration curve for calculating an applied voltage from output light intensity, a vertical axis | shaft is output light intensity and a horizontal axis is a voltage. 実験例により測定された電圧（交流８０ｋＶ）の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the voltage (AC 80 kV) measured by the experiment example. 実験例により測定された電圧（交流２５０ｋＶ）の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the voltage (AC 250kV) measured by the experiment example. 本発明の第２実施形態に係る高電圧測定装置の概略的な構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the high voltage measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態におけるセンサ部の構造を示す拡大縦断面図である。It is an expanded longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the sensor part in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１発光部
１１光源
１２入力用導波路
２検出部
２１検出器
２２出力用導波路
３センサ部
３１ポッケルス材料
３１１第１端部
３１２第２端部
３２第１電極
３３第２電極
３４筒体
３５入力用レンズ
３６入力用偏光子
３７出力用レンズ
３８出力用偏光子
３９接地用の配線
４０取付部とポッケルス材料との間の配線
４２分岐部
５取付部
６送電線（被測定箇所）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emission part 11 Light source 12 Input waveguide 2 Detection part 21 Detector 22 Output waveguide 3 Sensor part 31 Pockels material 311 1st end part 312 2nd end part 32 1st electrode 33 2nd electrode 34 Cylindrical body 35 Input Lens 36 Input Polarizer 37 Output Lens 38 Output Polarizer 39 Grounding Wire 40 Wiring Between Mounting Portion and Pockels Material 42 Branch Portion 5 Mounting Portion 6 Transmission Line (Measurement Location)

Claims

発光部と、検出部と、センサ部とを備えており、
前記センサ部は、ポッケルス材料と、第１電極と、第２電極とを備えており、
前記ポッケルス材料は、第１端部と第２端部とを備えており、
前記第１電極は、前記第１端部に接触して取り付けられており、かつ、前記第１電極は、前記発光部からの光に対して透明となっており、
前記第２電極は、前記第２端部に接触して取り付けられており、
前記発光部は、この発光部からの光が、前記第１電極および前記ポッケルス材料を通過して前記第２電極に達するように、前記光を照射する構成となっており、
前記検出部は、前記ポッケルス材料を通過して前記第２電極に達した光の特性変化に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間に印加された電圧を測定するものであり、
前記発光部から照射される光は、複数の波長の光を含んでおり、
前記検出部は、前記複数の波長の光における一方の波長に対応して得られた候補値と、他方の波長に対応して得られた候補値とが重なった点を、前記第１電極と前記第２電極との間に印加された電圧として特定する構成となっている
ことを特徴とする高電圧測定装置。 A light emitting unit, a detecting unit, and a sensor unit;
The sensor unit includes a Pockels material, a first electrode, and a second electrode.
The Pockels material has a first end and a second end;
The first electrode is attached in contact with the first end portion, and the first electrode is transparent to light from the light emitting portion,
The second electrode is attached in contact with the second end;
The light emitting unit is configured to irradiate the light so that light from the light emitting unit passes through the first electrode and the Pockels material and reaches the second electrode.
The detection unit measures a voltage applied between the first electrode and the second electrode based on a characteristic change of light that has passed through the Pockels material and reached the second electrode. ,
The light emitted from the light emitting unit includes light of a plurality of wavelengths,
The detection unit includes a point where a candidate value obtained corresponding to one wavelength in the light of the plurality of wavelengths and a candidate value obtained corresponding to the other wavelength overlap with the first electrode. The high voltage measuring device is configured to be specified as a voltage applied between the second electrode and the second electrode.

前記光の特性変化とは、光の偏波面の変化であることを特徴とする請求項１記載の高電圧測定装置。 The high voltage measuring apparatus according to claim 1, wherein the change in the characteristic of the light is a change in a polarization plane of the light.

さらに取付部を備えており、
前記取付部は、前記センサ部に取り付けられており、
前記取付部は、フック状に形成されており、
前記取付部は、導電性を有しており、
さらに、前記取付部は、前記第１電極または第２電極のうちの一方に電気的に接続されており、
前記第１電極または第２電極の他方は、基準電位に対して電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の高電圧測定装置。 It also has a mounting part,
The attachment part is attached to the sensor part,
The mounting portion is formed in a hook shape,
The mounting portion has conductivity,
Furthermore, the attachment portion is electrically connected to one of the first electrode or the second electrode,
The high voltage measuring apparatus according to claim 1, wherein the other of the first electrode and the second electrode is electrically connected to a reference potential.

前記第２電極は、前記発光部からの光に対して透明となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高電圧測定装置。 The high-voltage measuring device according to claim 1, wherein the second electrode is transparent to light from the light emitting unit.

前記第２電極は、前記発光部からの光を反射する材質であり、
前記検出部は、前記ポッケルス材料を通過して前記第２電極に達し、さらに前記第２電極で反射されて前記第１電極を通過した光に基づいて前記電圧の測定を行う構成となっている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高電圧測定装置。 The second electrode is a material that reflects light from the light emitting unit,
The detection unit is configured to measure the voltage based on light passing through the Pockels material and reaching the second electrode, and further reflected by the second electrode and passed through the first electrode. The high-voltage measuring device according to claim 1, wherein

前記第１電極および前記第２電極は、前記第１端部および第２端部の全面に接触して形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高電圧測定装置。 6. The high electrode according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are formed in contact with the entire surfaces of the first end and the second end. 7. Voltage measuring device.

前記ポッケルス材料は柱状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高電圧測定装置。 The high-voltage measuring apparatus according to claim 1, wherein the Pockels material is formed in a column shape.

前記発光部からの光は位相変調されており、
前記検出部は、前記発光部からの光を同期検波により検出する構成となっている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高電圧測定装置。 The light from the light emitting part is phase modulated,
The high voltage measuring apparatus according to claim 1, wherein the detection unit is configured to detect light from the light emitting unit by synchronous detection.

前記ポッケルス材料は、前記取付部を被計測部位に取り付けることにより空中に保持される構成となっていることを特徴とする請求項２記載の高電圧測定装置。 The high-voltage measuring device according to claim 2, wherein the Pockels material is configured to be held in the air by attaching the attachment portion to a measurement site.

以下のステップを備えることを特徴とする高電圧測定方法：
（１）ポッケルス材料における第１端部と第２端部とにそれぞれ形成された第１電極と第２電極との間に電圧を印加するステップ；
（２）前記ステップ（１）の前後またはこれと同時に、前記電圧が印加された部分であって、かつ、前記第１電極と第２電極とで挟まれる領域内において、前記ポッケルス材料に、複数の波長を含む光を透過させるステップ；
（３）前記ポッケルス材料を透過した光のうち、一方の波長の光に対応して得られた候補値と、他方の波長の光に対応して得られた候補値とが重なった点に基づいて、印加された前記電圧を測定するステップ。 A high voltage measuring method comprising the following steps:
(1) A step of applying a voltage between the first electrode and the second electrode respectively formed on the first end and the second end of the Pockels material;
(2) Before or after or simultaneously with the step (1), a plurality of the Pockels material are applied to the Pockels material in a portion where the voltage is applied and in a region sandwiched between the first electrode and the second electrode. Transmitting light including a wavelength of;
(3) Based on the point where the candidate value obtained corresponding to the light of one wavelength out of the light transmitted through the Pockels material and the candidate value obtained corresponding to the light of the other wavelength overlap. Measuring the applied voltage.