JPH0668508B2 - 光電流・磁界計測方法及び装置 - Google Patents
光電流・磁界計測方法及び装置Info
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- JPH0668508B2 JPH0668508B2 JP63050117A JP5011788A JPH0668508B2 JP H0668508 B2 JPH0668508 B2 JP H0668508B2 JP 63050117 A JP63050117 A JP 63050117A JP 5011788 A JP5011788 A JP 5011788A JP H0668508 B2 JPH0668508 B2 JP H0668508B2
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- magnetic field
- light
- angular frequency
- frequency component
- sensor head
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
- G01R33/0322—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、ファラデー効果を利用する光電流・磁界計測
方法及び装置に関するものであり、更に詳しくは、送電
線、配電線の如き導体中を流れる電流を計測するための
光電流・磁界計測方法並びにそのための装置に関するも
のである。
方法及び装置に関するものであり、更に詳しくは、送電
線、配電線の如き導体中を流れる電流を計測するための
光電流・磁界計測方法並びにそのための装置に関するも
のである。
（背景技術） 近年、磁界強度を測定する技術の一つとして、磁界光学
効果の一つであるファラデー効果を利用する測定手法が
注目を受けている。この手法によれば、光が媒体とな
り、そのために、絶縁性が良好であり、また電磁誘導ノ
イズを受けない等の特徴を発揮するからであり、そし
て、それによって、そのような磁界を発生せしめる電流
を検出する光電流・磁界計測技術への応用が検討されて
いる。
効果の一つであるファラデー効果を利用する測定手法が
注目を受けている。この手法によれば、光が媒体とな
り、そのために、絶縁性が良好であり、また電磁誘導ノ
イズを受けない等の特徴を発揮するからであり、そし
て、それによって、そのような磁界を発生せしめる電流
を検出する光電流・磁界計測技術への応用が検討されて
いる。
ところで、このファラデー効果を用いた磁界の測定に
は、よく知られているように、少なくともファラデー素
子、偏光子、検光子を有する光電流・磁界センサーヘッ
ドと、該センサーヘッドに光を出射せしめる発光手段
と、該センサーヘッドから出射される、前記ファラデー
素子に加わる磁界の強度に応じて変調された光を受光
し、かかる光に対応する電気信号を出力する受光手段と
を含んで構成されてなる構造の装置が用いられることと
なるのである。
は、よく知られているように、少なくともファラデー素
子、偏光子、検光子を有する光電流・磁界センサーヘッ
ドと、該センサーヘッドに光を出射せしめる発光手段
と、該センサーヘッドから出射される、前記ファラデー
素子に加わる磁界の強度に応じて変調された光を受光
し、かかる光に対応する電気信号を出力する受光手段と
を含んで構成されてなる構造の装置が用いられることと
なるのである。
そして、そのような装置においては、測定されるべき磁
界中に配置された磁気光学素子（ファラデー素子）に、
発光手段から導かれて、偏光子で直接偏光とされた光が
通過せしめられ、その際、ファラデー効果により偏光面
は磁界強度に比例して回転を受けることとなる。また、
この回転を受けた偏光は、偏光子とは透過偏光方向を異
ならしめた検光子を通過し、その回転角の大きさが光量
変化に変換されるのであり、そしてその時の光出力が、
よく知られているように、ベルデ定数を含む所定の関係
式にて示されるところから、その関係式を用いて、目的
とする磁界強度、ひいては当該磁界強度を与える電流の
大きさが求められているのである。
界中に配置された磁気光学素子（ファラデー素子）に、
発光手段から導かれて、偏光子で直接偏光とされた光が
通過せしめられ、その際、ファラデー効果により偏光面
は磁界強度に比例して回転を受けることとなる。また、
この回転を受けた偏光は、偏光子とは透過偏光方向を異
ならしめた検光子を通過し、その回転角の大きさが光量
変化に変換されるのであり、そしてその時の光出力が、
よく知られているように、ベルデ定数を含む所定の関係
式にて示されるところから、その関係式を用いて、目的
とする磁界強度、ひいては当該磁界強度を与える電流の
大きさが求められているのである。
しかしながら、この従来のファラデー効果を利用する光
電流・磁界計測装置には、かかる装置の設置された環境
変化により出力信号の大きさが変化するという問題が内
在していることが、認められている。そして、この原因
の一つとして、磁界強度を求めるための関係式に、温度
依存性を有するファラデー素子材料のベルデ定数が含ま
れていることが、挙げられるのである。尤も、この問題
を解決すべく、各種の方式が検討されてはいるが、何れ
も、かかる問題点を充分に解決するに至っていないか、
若しくは複雑な方式となったり、また装置が大掛かりと
なったりして、実用性に乏しいという問題があった。
電流・磁界計測装置には、かかる装置の設置された環境
変化により出力信号の大きさが変化するという問題が内
在していることが、認められている。そして、この原因
の一つとして、磁界強度を求めるための関係式に、温度
依存性を有するファラデー素子材料のベルデ定数が含ま
れていることが、挙げられるのである。尤も、この問題
を解決すべく、各種の方式が検討されてはいるが、何れ
も、かかる問題点を充分に解決するに至っていないか、
若しくは複雑な方式となったり、また装置が大掛かりと
なったりして、実用性に乏しいという問題があった。
（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところ
は、環境変化により出力信号の大きさが変化することが
なく、安定した検出精度を維持することの出来る光電流
・磁界計測方法並びに装置を提供することにあり、また
温度依存性を有するファラデー素子材料を用いて作製さ
れた光電流・磁界計測装置においても、その温度特性を
補償し、しかも簡単な装置構造において、光電流・磁界
計測を実現し得るようにすることにある。
れたものであって、その解決すべき課題とするところ
は、環境変化により出力信号の大きさが変化することが
なく、安定した検出精度を維持することの出来る光電流
・磁界計測方法並びに装置を提供することにあり、また
温度依存性を有するファラデー素子材料を用いて作製さ
れた光電流・磁界計測装置においても、その温度特性を
補償し、しかも簡単な装置構造において、光電流・磁界
計測を実現し得るようにすることにある。
（解決手段） そして、本発明は、かかる課題解決のために、少なくと
もファラデー素子、偏光子、検光子を有する光電流・磁
界センサーヘッドと、該センサーヘッドに光を出射せし
める発光手段と、該センサーヘッドから出射される、前
記ファラデー素子に加わる磁界の強度に応じて変調され
た光を受光し、かかる光に対応する電気信号を出力する
受光手段とを含んで構成される装置を用いて、交流磁界
を測定する光電流・磁界計測方法において、前記センサ
ーヘッドのファラデー素子に、前記測定されるべき交流
磁界とは異なる別の一定の磁界を更に加えて、該ファラ
デー素子を透過する光に所定のバイアスをかける一方、
前記受光手段より出力される電気信号のうち、前記交流
磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）及び該交流磁界の２
倍の角周波数成分（Ｅ２ω）をそれぞれ取り出し、該同
一の角周波数成分（Ｅω）に対する該２倍の角周波数成
分（Ｅ２ω）の相対値を求め、そしてそれを出力信号と
して取り出すようにしたのである。
もファラデー素子、偏光子、検光子を有する光電流・磁
界センサーヘッドと、該センサーヘッドに光を出射せし
める発光手段と、該センサーヘッドから出射される、前
記ファラデー素子に加わる磁界の強度に応じて変調され
た光を受光し、かかる光に対応する電気信号を出力する
受光手段とを含んで構成される装置を用いて、交流磁界
を測定する光電流・磁界計測方法において、前記センサ
ーヘッドのファラデー素子に、前記測定されるべき交流
磁界とは異なる別の一定の磁界を更に加えて、該ファラ
デー素子を透過する光に所定のバイアスをかける一方、
前記受光手段より出力される電気信号のうち、前記交流
磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）及び該交流磁界の２
倍の角周波数成分（Ｅ２ω）をそれぞれ取り出し、該同
一の角周波数成分（Ｅω）に対する該２倍の角周波数成
分（Ｅ２ω）の相対値を求め、そしてそれを出力信号と
して取り出すようにしたのである。
また、本発明にあっては、かかる光電流・磁界計測方法
を実施するために、少なくともファラデー素子、偏光
子、検光子を有する光電流・磁界センサーヘッドと、該
センサーヘッドに光を出射せしめる発光手段と、該セン
サーヘッドから出射される、前記ファラデー素子に加わ
る磁界の強度に応じて変調された光を受光し、かかる光
に対応する電気信号を出力する受光手段とを含んで構成
される交流磁界測定用光電流・磁界計測装置において、
前記センサーヘッドのファラデー素子に、前記測定され
るべき交流磁界とは異なる別の一定の磁界を加える磁界
印加手段と、前記受光手段より出力される電気信号のう
ち、前記交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）を取り
出す第一の取出手段と、前記受光手段より出力される電
気信号のうち、前記交流磁界の２倍の角周波数成分（Ｅ
２ω）を取り出す第二の取出手段と、それら第一及び第
二の取出手段にてそれぞれ取り出された前記同一の角周
波数成分（Ｅω）と２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）に基
づいて、該同一の角周波数成分（Ｅω）に対する該２倍
の角周波数成分（Ｅ２ω）の相対値を検出する検出手段
とを設けたことを特徴とする光電流・磁界計測装置を用
いることをも、その要旨とするものである。
を実施するために、少なくともファラデー素子、偏光
子、検光子を有する光電流・磁界センサーヘッドと、該
センサーヘッドに光を出射せしめる発光手段と、該セン
サーヘッドから出射される、前記ファラデー素子に加わ
る磁界の強度に応じて変調された光を受光し、かかる光
に対応する電気信号を出力する受光手段とを含んで構成
される交流磁界測定用光電流・磁界計測装置において、
前記センサーヘッドのファラデー素子に、前記測定され
るべき交流磁界とは異なる別の一定の磁界を加える磁界
印加手段と、前記受光手段より出力される電気信号のう
ち、前記交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）を取り
出す第一の取出手段と、前記受光手段より出力される電
気信号のうち、前記交流磁界の２倍の角周波数成分（Ｅ
２ω）を取り出す第二の取出手段と、それら第一及び第
二の取出手段にてそれぞれ取り出された前記同一の角周
波数成分（Ｅω）と２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）に基
づいて、該同一の角周波数成分（Ｅω）に対する該２倍
の角周波数成分（Ｅ２ω）の相対値を検出する検出手段
とを設けたことを特徴とする光電流・磁界計測装置を用
いることをも、その要旨とするものである。
更にまた、本発明にあたっては、上記の光電流・磁界計
測方法を実施するために、少なくともファラデー素子、
偏光子、検光子を有する光電流・磁界センサーヘッド
と、該センサーヘッドに光を出射せしめる発光手段と、
該センサーヘッドから出射される、前記ファラデー素子
に加わる磁界の強度に応じて変調された光を受光し、か
かる光に対応する電気信号を出力する受光手段とを含ん
で構成される交流磁界測定用光電流・磁界計測装置にお
いて、前記センサーヘッドのファラデー素子に、前記測
定されるべき交流磁界とは異なる別の一定の磁界を加え
る磁界印加手段と、前記受光手段より出力される電気信
号のうち、前記交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）
を取り出す第一の取出手段と、前記受光手段より出力さ
れる電気信号のうち、前記交流磁界の２倍の角周波数成
分（Ｅ２ω）を取り出す第二の取出手段と、前記第一の
取出手段にて取り出される同一の角周波数成分（Ｅω）
の値が一定となるように、前記発光手段から出射される
光量を調整するフィードバック制御手段とを設けて、前
記第二の取出手段にて取り出される２倍の角周波数成分
（Ｅ２ω）を出力信号として、前記交流磁界の測定を行
なうことを特徴とする光電流・磁界計測装置を用いるこ
とをも、その要旨とするものである。
測方法を実施するために、少なくともファラデー素子、
偏光子、検光子を有する光電流・磁界センサーヘッド
と、該センサーヘッドに光を出射せしめる発光手段と、
該センサーヘッドから出射される、前記ファラデー素子
に加わる磁界の強度に応じて変調された光を受光し、か
かる光に対応する電気信号を出力する受光手段とを含ん
で構成される交流磁界測定用光電流・磁界計測装置にお
いて、前記センサーヘッドのファラデー素子に、前記測
定されるべき交流磁界とは異なる別の一定の磁界を加え
る磁界印加手段と、前記受光手段より出力される電気信
号のうち、前記交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）
を取り出す第一の取出手段と、前記受光手段より出力さ
れる電気信号のうち、前記交流磁界の２倍の角周波数成
分（Ｅ２ω）を取り出す第二の取出手段と、前記第一の
取出手段にて取り出される同一の角周波数成分（Ｅω）
の値が一定となるように、前記発光手段から出射される
光量を調整するフィードバック制御手段とを設けて、前
記第二の取出手段にて取り出される２倍の角周波数成分
（Ｅ２ω）を出力信号として、前記交流磁界の測定を行
なうことを特徴とする光電流・磁界計測装置を用いるこ
とをも、その要旨とするものである。
（具体的構成・実施例） 以下、本発明の幾つかの実施例を示す図面を参照しつ
つ、本発明を、更に具体的に明らかにすることとする。
つ、本発明を、更に具体的に明らかにすることとする。
先ず、第１図は、本発明に従う、導体を流れる電流検出
のための光電流・磁界計測装置の一例を示すものであっ
て、そこにおいて、２は、光電流・磁界センサーヘッド
である。このセンサーヘッド２は、よく知られているよ
うに、ファラデー素子（磁気光学素子）４と、その左右
に配置された偏光子６及び検光子８と、それら偏光子，
検光子の外側に配置されたファイバーコリメーター１
０，１０とから構成されている。そして、このセンサー
ヘッド２のファラデー素子４には、電線路（導体）１２
より発生した交流磁界：Ｈωが作用せしめられるように
なっている。更に、かかるセンサーヘッド２のファラデ
ー素子４の周りに配したソレノイドコイルからなる磁界
発生装置１４によって、該ファラデー素子４には、前記
交流磁界：Ｈωとは異なる別の一定の磁界：ＨＤＣが加
えられるようになっている。
のための光電流・磁界計測装置の一例を示すものであっ
て、そこにおいて、２は、光電流・磁界センサーヘッド
である。このセンサーヘッド２は、よく知られているよ
うに、ファラデー素子（磁気光学素子）４と、その左右
に配置された偏光子６及び検光子８と、それら偏光子，
検光子の外側に配置されたファイバーコリメーター１
０，１０とから構成されている。そして、このセンサー
ヘッド２のファラデー素子４には、電線路（導体）１２
より発生した交流磁界：Ｈωが作用せしめられるように
なっている。更に、かかるセンサーヘッド２のファラデ
ー素子４の周りに配したソレノイドコイルからなる磁界
発生装置１４によって、該ファラデー素子４には、前記
交流磁界：Ｈωとは異なる別の一定の磁界：ＨＤＣが加
えられるようになっている。
一方、センサーヘッド２に所定光量の光を出射する発光
手段として、発光素子１６とそれを駆動する発光素子駆
動回路１８とが設けられており、その発光素子１６から
出射された光が、光ファイバー２０を通じて、センサー
ヘッド２の入側ファイバーコリメーター１０に導かれる
ようになっている。
手段として、発光素子１６とそれを駆動する発光素子駆
動回路１８とが設けられており、その発光素子１６から
出射された光が、光ファイバー２０を通じて、センサー
ヘッド２の入側ファイバーコリメーター１０に導かれる
ようになっている。
また、センサーヘッド２を透過した光は、出側ファイバ
ーコリメーター１０を通じて出射され、その出射光はフ
ァイバー２２を通じて受光素子２４にて受光され、ここ
で、出射光（光信号）に対応する電気信号に変換せしめ
られるようになっている。
ーコリメーター１０を通じて出射され、その出射光はフ
ァイバー２２を通じて受光素子２４にて受光され、ここ
で、出射光（光信号）に対応する電気信号に変換せしめ
られるようになっている。
そして、かかる受光素子２４から出力される電気信号
は、同一角周波数成分検出器２６及び２倍角周波数成分
検出器２８にそれぞれ導かれ、そこで、入力電気信号か
ら目的とする角周波数成分が取り出されることとなるの
である。即ち、ここでは、同一角周波数成分検出器２６
は第一の取出手段として機能し、受光素子２４から出力
される電気信号のうち、交流磁界：Ｈωと同一の角周波
数成分（Ｅω）を取り出すようになっており、また２倍
角周波数成分検出器２８は第二の取出手段として機能
し、受光素子２４から出力される電気信号のうち、交流
磁界：Ｈωの２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）を取り出す
ようになっているのである。そして、それら検出器２
６，２８にて取り出された同一の角周波数成分（Ｅω）
と２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）とは、割算回路３０に
導かれて、そこで、該２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）を
前記同一の角周波数成分（Ｅω）で除算する演算が行な
われ、その結果が出力信号として出力されるようになっ
ているのである。
は、同一角周波数成分検出器２６及び２倍角周波数成分
検出器２８にそれぞれ導かれ、そこで、入力電気信号か
ら目的とする角周波数成分が取り出されることとなるの
である。即ち、ここでは、同一角周波数成分検出器２６
は第一の取出手段として機能し、受光素子２４から出力
される電気信号のうち、交流磁界：Ｈωと同一の角周波
数成分（Ｅω）を取り出すようになっており、また２倍
角周波数成分検出器２８は第二の取出手段として機能
し、受光素子２４から出力される電気信号のうち、交流
磁界：Ｈωの２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）を取り出す
ようになっているのである。そして、それら検出器２
６，２８にて取り出された同一の角周波数成分（Ｅω）
と２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）とは、割算回路３０に
導かれて、そこで、該２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）を
前記同一の角周波数成分（Ｅω）で除算する演算が行な
われ、その結果が出力信号として出力されるようになっ
ているのである。
従って、このような構成の装置において、発光素子１６
より出射された光は、光ファイバー２０から、センサー
ヘッド２に入り、そして光ファイバー２２を通り、受光
素子２４に達するが、センサーヘッド２内においてファ
ラデー素子４に加わった磁界（Ｈω，ＨＤＣ）の強度に
応じて、光は変調を受けることとなる。即ち、ここで
は、交流磁界：Ｈωによって変調された光に対して、一
定の磁界：ＨＤＣによって所定のバイアスが加えられ、
更なる変調が行なわれるのである。そして、偏光子６と
検光子８の相対角を９０°とした、所謂クロスニコルの
状態とした場合において、受光素子２４で電気信号に変
換された電圧：Ｅは、よく知られているように、次の
（１）式にて表わされることとなる。
より出射された光は、光ファイバー２０から、センサー
ヘッド２に入り、そして光ファイバー２２を通り、受光
素子２４に達するが、センサーヘッド２内においてファ
ラデー素子４に加わった磁界（Ｈω，ＨＤＣ）の強度に
応じて、光は変調を受けることとなる。即ち、ここで
は、交流磁界：Ｈωによって変調された光に対して、一
定の磁界：ＨＤＣによって所定のバイアスが加えられ、
更なる変調が行なわれるのである。そして、偏光子６と
検光子８の相対角を９０°とした、所謂クロスニコルの
状態とした場合において、受光素子２４で電気信号に変
換された電圧：Ｅは、よく知られているように、次の
（１）式にて表わされることとなる。
Ｅ＝ｋＩ０ sin2（a sinωｔ＋θ） ・・・（１） （但し、Ｉ０：発光素子１６の光量、 ｋ：受光素子２４の検出感度） また、ここで、ａは、電流磁界：Ｈωによる交流ファラ
デー回転角の振幅であり、次式（２）： ａ＝ｃｖｅＨωＬ ・・・（２） 〔但し、ｃ：幾何学的因子（ｃは１に近い）、 ｖｅ：ファラデー素子４のベルデ定数、 Ｈω：電線路１２による交流磁界、 Ｌ：ファラデー素子４の素子長〕 にて示される。更に、θは一定磁界：ＨＤＣによるファ
ラデー回転角であり、次の（３）式： θ＝ｄｖｅＨＤＣＬ ・・・（３） 〔但し、ｄ：幾何学的因子（ｄは１に近い）〕 で表わされる。そして、かかる一定磁界：ＨＤＣをソレ
ノイドコイル（１４）により発生させた場合において、 ＨＤＣ＝Ｎｉ／Ｌ ・・・（４） 〔但し、Ｎ：コイル総巻数、 ｉ：ソレノイドコイルに流す電流、 Ｌ：ソレノイドコイル長〕 となるのである。
デー回転角の振幅であり、次式（２）： ａ＝ｃｖｅＨωＬ ・・・（２） 〔但し、ｃ：幾何学的因子（ｃは１に近い）、 ｖｅ：ファラデー素子４のベルデ定数、 Ｈω：電線路１２による交流磁界、 Ｌ：ファラデー素子４の素子長〕 にて示される。更に、θは一定磁界：ＨＤＣによるファ
ラデー回転角であり、次の（３）式： θ＝ｄｖｅＨＤＣＬ ・・・（３） 〔但し、ｄ：幾何学的因子（ｄは１に近い）〕 で表わされる。そして、かかる一定磁界：ＨＤＣをソレ
ノイドコイル（１４）により発生させた場合において、 ＨＤＣ＝Ｎｉ／Ｌ ・・・（４） 〔但し、Ｎ：コイル総巻数、 ｉ：ソレノイドコイルに流す電流、 Ｌ：ソレノイドコイル長〕 となるのである。
さて、ここで、前記（１）式をベッセル関数を用いて展
開すると、次のようになる。
開すると、次のようになる。
Ｅ＝1/2kI0〔１−cos（2a sinωｔ＋２θ）〕 ＝1/2kI0〔１−cos（2a sinωｔ）cos2θ ＋sin（2a sinωｔ）sin2θ〕 ＝1/2kI0〔１−［J0(2a)+2J2(2a)cos2ωｔ＋2J4(2a)cos
4ωｔ＋・・・］cos2θ ＋［2J1(2a)sinωｔ＋2J3(2a)sin3ωｔ ＋・・・］sin2θ〕 ・・・（５） また、ここで、交流磁界：Ｈωと同一の角周波数成分
（Ｅω）と該交流磁界の２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）
とをそれぞれ取り出し、後者のＥ２ωを前者のＥωで除
算すると、次のようになるのである。
4ωｔ＋・・・］cos2θ ＋［2J1(2a)sinωｔ＋2J3(2a)sin3ωｔ ＋・・・］sin2θ〕 ・・・（５） また、ここで、交流磁界：Ｈωと同一の角周波数成分
（Ｅω）と該交流磁界の２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）
とをそれぞれ取り出し、後者のＥ２ωを前者のＥωで除
算すると、次のようになるのである。
なお、ａを4.4゜以下、θを1.6゜以下と選べば、１／６ａ
２，４／３θ２とも１／１０００と小さな値となり、更
に被測定交流磁界：Ｈωに応じて一定磁界：ＨＤＣを調
整して、１／６ａ２と４／３θ２の値が小さくなるよう
にすれば、更にその値は小さくなり、下記（７）式にて
表わされることとなる。
２，４／３θ２とも１／１０００と小さな値となり、更
に被測定交流磁界：Ｈωに応じて一定磁界：ＨＤＣを調
整して、１／６ａ２と４／３θ２の値が小さくなるよう
にすれば、更にその値は小さくなり、下記（７）式にて
表わされることとなる。
Ｅ２ω／Ｅω＝ａ／４θ ・・・（７） 従って、かかる（７）式に前記（２），（３）及び
（４）式を代入すると、次の（８）式： となって、Ｅ２ω／ＥωはＨωに比例することとなり、
ベルデ定数：ｖｅや発光素子光量：Ｉ０、受光素子検出
感度：ｋに依らないこととなる。そして、比例係数のｉ
は定電流回路より得ることにより一定値となるため、か
かる（８）式における比例係数は定数となるのである。
（４）式を代入すると、次の（８）式： となって、Ｅ２ω／ＥωはＨωに比例することとなり、
ベルデ定数：ｖｅや発光素子光量：Ｉ０、受光素子検出
感度：ｋに依らないこととなる。そして、比例係数のｉ
は定電流回路より得ることにより一定値となるため、か
かる（８）式における比例係数は定数となるのである。
このように、上記（８）式で示される出力は、ベルデ定
数：ｖｅの温度特性に依らないばかりか、発光素子１６
や受光素子２４の変化にも依存しないこととなり、非常
に安定した出力であることが理解されるのである。即
ち、本発明は、かかる（８）式に基づいて交流磁界：Ｈ
ωを検出し、ひいてはこの交流磁界：Ｈωに対応する電
線路１２の電流を求めるものであって、それ故に、環境
温度の変化によりファラデー素子４の出力信号の大きさ
が変化したり、また発光素子１６や受光素子２４の経年
変化により光量：Ｉ０や検出感度：ｋが変化しても、何
等それらの因子に影響されることなく、目的とする交流
磁界：Ｈωを検出することが出来ることとなったのであ
る。
数：ｖｅの温度特性に依らないばかりか、発光素子１６
や受光素子２４の変化にも依存しないこととなり、非常
に安定した出力であることが理解されるのである。即
ち、本発明は、かかる（８）式に基づいて交流磁界：Ｈ
ωを検出し、ひいてはこの交流磁界：Ｈωに対応する電
線路１２の電流を求めるものであって、それ故に、環境
温度の変化によりファラデー素子４の出力信号の大きさ
が変化したり、また発光素子１６や受光素子２４の経年
変化により光量：Ｉ０や検出感度：ｋが変化しても、何
等それらの因子に影響されることなく、目的とする交流
磁界：Ｈωを検出することが出来ることとなったのであ
る。
また、本発明にあっては、上記の如き装置の他にも、第
２図に示される如き構造の装置を用いて検出することが
可能である。この第２図の装置においては、同一角周波
数成分検出器２６にて取り出される、交流磁界：Ｈωと
同一の角周波数成分（Ｅω）の値が一定となるように、
発光素子１６から出射される光量を調整する光量調整器
３２がフィードバック制御手段として設けられているの
である。即ち、受光素子２４から出力された電気信号よ
り同一角周波数成分検出器２６にて取り出された同一角
周波数成分（Ｅω）の値に基づいて、光量調整器（電子
回路）３２が発光素子駆動回路１８を制御し、それによ
って発光素子１６から出射される光の光量：Ｉ０が調整
されて、かかる同一角周波数成分（Ｅω）の値が一定と
なるようにされるのである。
２図に示される如き構造の装置を用いて検出することが
可能である。この第２図の装置においては、同一角周波
数成分検出器２６にて取り出される、交流磁界：Ｈωと
同一の角周波数成分（Ｅω）の値が一定となるように、
発光素子１６から出射される光量を調整する光量調整器
３２がフィードバック制御手段として設けられているの
である。即ち、受光素子２４から出力された電気信号よ
り同一角周波数成分検出器２６にて取り出された同一角
周波数成分（Ｅω）の値に基づいて、光量調整器（電子
回路）３２が発光素子駆動回路１８を制御し、それによ
って発光素子１６から出射される光の光量：Ｉ０が調整
されて、かかる同一角周波数成分（Ｅω）の値が一定と
なるようにされるのである。
このように、同一角周波数成分（Ｅω）、即ち（１／
２）ｋＩ０×Ｊ１（２ａ）sin2θを検出し、その値が一
定となるように発光素子１６の光量：Ｉ０を調整するフ
ィードバック回路（３２）を設け、２倍角周波数成分
（Ｅ２ω）、即ち（１／２）ＫＩ０×Ｊ２（２ａ）cos2
θを検出して、それを出力信号とすることによっても、
本発明に従う光電流・磁界計測方法を実施することが可
能である。このような方式によれば、交流磁界測定のた
めの電子回路を簡略化し得る利点を享受することが出来
る。
２）ｋＩ０×Ｊ１（２ａ）sin2θを検出し、その値が一
定となるように発光素子１６の光量：Ｉ０を調整するフ
ィードバック回路（３２）を設け、２倍角周波数成分
（Ｅ２ω）、即ち（１／２）ＫＩ０×Ｊ２（２ａ）cos2
θを検出して、それを出力信号とすることによっても、
本発明に従う光電流・磁界計測方法を実施することが可
能である。このような方式によれば、交流磁界測定のた
めの電子回路を簡略化し得る利点を享受することが出来
る。
以上、図面に示される、本発明に従う二つの具体例に基
づいて、本発明の原理を説明し、本発明によれば、環境
変化或いは経年変化に対して安定した光電流・磁界計測
技術を提供し得ることを明らかにしたが、本発明が、か
かる例示の具体例にのみ限定して解釈されるものでは決
してなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、当
業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加
えた形態において実施され得るものであることが、理解
されるべきである。
づいて、本発明の原理を説明し、本発明によれば、環境
変化或いは経年変化に対して安定した光電流・磁界計測
技術を提供し得ることを明らかにしたが、本発明が、か
かる例示の具体例にのみ限定して解釈されるものでは決
してなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、当
業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加
えた形態において実施され得るものであることが、理解
されるべきである。
例えば、上記の具体例では、一定磁界：ＨＤＣの発生が
ソレノイドコイルによる方式にて実現されているが、そ
の他、永久磁石による方式等も採用可能である。尤も、
他の方式で発生させられても、磁界：ＨＤＣは温度変化
によって変化しない一定のものである必要があること
は、言うまでもないところである。なお、ソレノイドコ
イルによる方式にあっては、定電流発生装置が必要とな
るが、その装置の駆動用電源として、例えば、前例にお
ける電線路１２にカレントトランス（ＣＴ）を配し、か
かる電線路１２から取るようにすることも可能である。
ソレノイドコイルによる方式にて実現されているが、そ
の他、永久磁石による方式等も採用可能である。尤も、
他の方式で発生させられても、磁界：ＨＤＣは温度変化
によって変化しない一定のものである必要があること
は、言うまでもないところである。なお、ソレノイドコ
イルによる方式にあっては、定電流発生装置が必要とな
るが、その装置の駆動用電源として、例えば、前例にお
ける電線路１２にカレントトランス（ＣＴ）を配し、か
かる電線路１２から取るようにすることも可能である。
また、交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）と２倍の
角周波数成分（Ｅ２ω）の検出（取出し）には、バンド
パスフィルター回路を用いるか、或いは位相検出回路を
用い、電源ラインと同期させる方式等によって実現する
ことが可能である。そして、それらＥω、Ｅ２ωの検出
のための検出器２６，２８を、割算回路３２と共に、一
つの電子回路にて構成することも可能である。
角周波数成分（Ｅ２ω）の検出（取出し）には、バンド
パスフィルター回路を用いるか、或いは位相検出回路を
用い、電源ラインと同期させる方式等によって実現する
ことが可能である。そして、それらＥω、Ｅ２ωの検出
のための検出器２６，２８を、割算回路３２と共に、一
つの電子回路にて構成することも可能である。
さらに、本発明における光電流・磁界センサーヘッド２
を構成するファラデー素子４としても、公知の各種のも
のが適宜に採用され得るものであって、例えば、ＹＩ
Ｇ，常磁性ガラス、鉛ガラス等が、適宜にファラデー素
子として用いられることとなる。
を構成するファラデー素子４としても、公知の各種のも
のが適宜に採用され得るものであって、例えば、ＹＩ
Ｇ，常磁性ガラス、鉛ガラス等が、適宜にファラデー素
子として用いられることとなる。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は、ファラデー
素子に加わる磁界の強さに応じて変調された光信号に基
づいて変換された電気信号から、ファラデー素子に作用
する交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）と該交流磁
界の２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）を取り出し、それら
Ｅω及びＥ２ωの値より、交流磁界、ひいては電流を計
測するものであるところから、ファラデー素子のベルデ
定数や発光素子の光量、受光素子の検出感度を用いるこ
となく、計測が可能となったのであり、それ故に、環境
温度の変化に影響されることなく、また発光素子や受光
素子の経年変化に対しても安定した検出精度を維持する
ことが出来るのである。
素子に加わる磁界の強さに応じて変調された光信号に基
づいて変換された電気信号から、ファラデー素子に作用
する交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）と該交流磁
界の２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）を取り出し、それら
Ｅω及びＥ２ωの値より、交流磁界、ひいては電流を計
測するものであるところから、ファラデー素子のベルデ
定数や発光素子の光量、受光素子の検出感度を用いるこ
となく、計測が可能となったのであり、それ故に、環境
温度の変化に影響されることなく、また発光素子や受光
素子の経年変化に対しても安定した検出精度を維持する
ことが出来るのである。
また、検出回路においても、０点ドリフトの問題を軽減
出来る特長を有しているのである。
出来る特長を有しているのである。
従って、例えば、温度依存性を有するファラデー素子材
料を用いて作製した光電流・磁界計測装置においても、
その温度特性を補償し、しかも簡単な装置構造におい
て、正確な測定を可能と為し得たのであり、そこに、本
発明の大きな工業的意義が存するのである。
料を用いて作製した光電流・磁界計測装置においても、
その温度特性を補償し、しかも簡単な装置構造におい
て、正確な測定を可能と為し得たのであり、そこに、本
発明の大きな工業的意義が存するのである。
第１図及び第２図は、それぞれ、本発明の異なる実施例
を示す装置の配置構成図である。 ２：光電流・磁界センサーヘッド ４：ファラデー素子 ６：偏光子、８：検光子 １０：ファイバーコリメーター １２：電線路、１４：磁界発生装置 １６：発光素子、１８：発光素子駆動回路 ２０，２２：光ファイバー ２４：受光素子 ２６：同一角周波数成分検出器 ２８：２倍角周波数成分検出器 ３０：割算回路、３２：光量調整器
を示す装置の配置構成図である。 ２：光電流・磁界センサーヘッド ４：ファラデー素子 ６：偏光子、８：検光子 １０：ファイバーコリメーター １２：電線路、１４：磁界発生装置 １６：発光素子、１８：発光素子駆動回路 ２０，２２：光ファイバー ２４：受光素子 ２６：同一角周波数成分検出器 ２８：２倍角周波数成分検出器 ３０：割算回路、３２：光量調整器
Claims (3)
- 【請求項１】少なくともファラデー素子、偏光子、検光
子を有する光電流・磁界センサーヘッドと、該センサー
ヘッドに光を出射せしめる発光手段と、該センサーヘッ
ドから出射される、前記ファラデー素子に加わる磁界の
強度に応じて変調された光を受光し、かかる光に対応す
る電気信号を出力する受光手段とを含んで構成される装
置を用いて、交流磁界を測定する光電流・磁界計測方法
において、 前記センサーヘッドのファラデー素子に、前記測定され
るべき交流磁界とは異なる別の一定の磁界を更に加え
て、該ファラデー素子を透過する光に所定のバイアスを
かける一方、前記受光手段より出力される電気信号のう
ち、前記交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）及び該
交流磁界の２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）をそれぞれ取
り出し、該同一の角周波数成分（Ｅω）に対する該２倍
の角周波数成分（Ｅ２ω）の相対値を求めることを特徴
とする光電流・磁界計測方法。 - 【請求項２】少なくともファラデー素子、偏光子、検光
子を有する光電流・磁界センサーヘッドと、該センサー
ヘッドに光を出射せしめる発光手段と、該センサーヘッ
ドから出射される、前記ファラデー素子に加わる磁界の
強度に応じて変調された光を受光し、かかる光に対応す
る電気信号を出力する受光手段とを含んで構成される交
流磁界測定用光電流・磁界計測装置において、 前記センサーヘッドのファラデー素子に、前記測定され
るべき交流磁界とは異なる別の一定の磁界を加える磁界
印加手段と、前記受光手段より出力される電気信号のう
ち、前記交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）を取り
出す第一の取出手段と、前記受光手段より出力される電
気信号のうち、前記交流磁界の２倍の角周波数成分（Ｅ
２ω）を取り出す第二の取出手段と、それら第一及び第
二の取出手段にてそれぞれ取り出された前記同一の角周
波数成分（Ｅω）と２倍の角周波数成分（Ｅ２ω）に基
づいて、該同一の角周波数成分（Ｅω）に対する該２倍
の角周波数成分（Ｅ２ω）の相対値を検出する検出手段
とを設けたことを特徴とする光電流・磁界計測装置。 - 【請求項３】少なくともファラデー素子、偏光子、検光
子を有する光電流・磁界センサーヘッドと、該センサー
ヘッドに光を出射せしめる発光手段と、該センサーヘッ
ドから出射される、前記ファラデー素子に加わる磁界の
強度に応じて変調された光を受光し、かかる光に対応す
る電気信号を出力する受光手段とを含んで構成される交
流磁界測定用光電流・磁界計測装置において、 前記センサーヘッドのファラデー素子に、前記測定され
るべき交流磁界とは異なる別の一定の磁界を加える磁界
印加手段と、前記受光手段より出力される電気信号のう
ち、前記交流磁界と同一の角周波数成分（Ｅω）を取り
出す第一の取出手段と、前記受光手段より出力される電
気信号のうち、前記交流磁界の２倍の角周波数成分（Ｅ
２ω）を取り出す第二の取出手段と、前記第一の取出手
段にて取り出される同一の角周波数成分（Ｅω）の値が
一定となるように、前記発光手段から出射される光量を
調整するフィードバック制御手段とを設けて、前記第二
の取出手段にて取り出される２倍の角周波数成分（Ｅ
２ω）を出力信号として、前記交流磁界の測定を行なう
ことを特徴とする光電流・磁界計測装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63050117A JPH0668508B2 (ja) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | 光電流・磁界計測方法及び装置 |
| US07/314,108 US4956607A (en) | 1988-03-03 | 1989-02-23 | Method and apparatus for optically measuring electric current and/or magnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63050117A JPH0668508B2 (ja) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | 光電流・磁界計測方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01223359A JPH01223359A (ja) | 1989-09-06 |
| JPH0668508B2 true JPH0668508B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=12850168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63050117A Expired - Lifetime JPH0668508B2 (ja) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | 光電流・磁界計測方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4956607A (ja) |
| JP (1) | JPH0668508B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5124634A (en) * | 1989-03-14 | 1992-06-23 | Square D Company | Ring optical current transducer |
| JPH0670653B2 (ja) * | 1989-03-31 | 1994-09-07 | 日本碍子株式会社 | 光温度・電気量測定装置 |
| US5111135A (en) * | 1989-07-12 | 1992-05-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for optically measuring electric field and optical voltage/electric-field sensor |
| JPH03211470A (ja) * | 1990-01-16 | 1991-09-17 | Ngk Insulators Ltd | 光電流・磁界計測装置 |
| US5477376A (en) * | 1991-06-04 | 1995-12-19 | Tdk Corporation | Optical attenuators and optical modulators employing magneto-optic element |
| US5635831A (en) * | 1991-12-11 | 1997-06-03 | Imatran Voima Oy | Optical voltage and electric field sensor based on the pockels effect |
| US5280173A (en) * | 1992-01-31 | 1994-01-18 | Brown University Research Foundation | Electric and electromagnetic field sensing system including an optical transducer |
| US5451863A (en) * | 1992-10-30 | 1995-09-19 | International Business Machines Corporation | Fiber optic probe with a magneto-optic film on an end surface for detecting a current in an integrated circuit |
| US5994898A (en) * | 1993-03-05 | 1999-11-30 | Northeastern University | Apparatus and method for measuring instantaneous power using a magneto-optic Kerr effect sensor |
| US6084396A (en) * | 1994-03-31 | 2000-07-04 | Intel Corporation | Method for performing quantitative measurement of DC and AC current flow in integrated circuit interconnects by the measurement of magnetic fields with a magneto optic laser probe |
| US5982174A (en) * | 1997-07-21 | 1999-11-09 | Wagreich; Richard B. | External cavity fiber Fabry-Perot magnetometer |
| CN101458312B (zh) * | 2009-01-04 | 2012-07-11 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤磁光探测装置 |
| CN101769999B (zh) * | 2009-12-31 | 2013-02-13 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤直流磁光探测***和方法 |
| CN101762795B (zh) | 2009-12-31 | 2013-01-23 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤磁光探测***和方法 |
| JP6024114B2 (ja) * | 2012-02-10 | 2016-11-09 | セイコーエプソン株式会社 | 磁場測定装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57184974A (en) * | 1981-05-09 | 1982-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | Photo measuring device |
| JPS5827071A (ja) * | 1981-08-12 | 1983-02-17 | Hitachi Ltd | 光磁界検出器 |
| FR2524650A1 (fr) * | 1982-04-06 | 1983-10-07 | Thomson Csf | Magnetometre optique |
| JPS5919875A (ja) * | 1982-07-27 | 1984-02-01 | Toshiba Corp | 磁界測定装置 |
| GB2164145B (en) * | 1984-09-04 | 1989-01-05 | Westinghouse Electric Corp | Temperature compensated current sensor involving faraday effect and fiber optics |
| US4683421A (en) * | 1985-03-29 | 1987-07-28 | Westinghouse Electric Corp. | Drift compensation technique for a magneto-optic current sensor |
| FR2599516B1 (fr) * | 1986-05-27 | 1988-08-12 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de mesure de champ electrostatique par une methode optique |
-
1988
- 1988-03-03 JP JP63050117A patent/JPH0668508B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-02-23 US US07/314,108 patent/US4956607A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01223359A (ja) | 1989-09-06 |
| US4956607A (en) | 1990-09-11 |
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