JPH077022B2 - Optical electric field measuring method and device - Google Patents
Optical electric field measuring method and deviceInfo
- Publication number
- JPH077022B2 JPH077022B2 JP1179856A JP17985689A JPH077022B2 JP H077022 B2 JPH077022 B2 JP H077022B2 JP 1179856 A JP1179856 A JP 1179856A JP 17985689 A JP17985689 A JP 17985689A JP H077022 B2 JPH077022 B2 JP H077022B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- electric field
- pockels element
- transmitted
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- 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、ポッケルス効果による光の変調作用を利用し
て交流電界若しくはその交流電界を発生する交流電圧を
測定する光電界測定方法及び装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical electric field measuring method and apparatus for measuring an AC electric field or an AC voltage for generating the AC electric field by utilizing the modulation effect of light by the Pockels effect. .
（背景技術） 近年、電界若しくは電圧を測定する技術の一つとして、
電気光学効果の一つであるポッケルス効果を利用する測
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る。(Background Art) In recent years, as one of the technologies for measuring an electric field or voltage,
A measurement method using the Pockels effect, which is one of the electro-optical effects, is receiving attention. This is because according to this method, light serves as a medium, and as a result, it exhibits excellent characteristics such as good insulation and no electromagnetic induction noise.
ところで、このポッケルス効果を用いた電界（電圧）の
測定には、良く知られているように、ポッケルス素子と
その光透過方向の前後に配置された偏光子及び検光子と
を含むセンサ部と、該センサ部に透過させる光を出射せ
しめる発光部と、該センサ部を透過した光を受光して、
その受光した光に対応する電気信号を出力する受光部と
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。By the way, in the measurement of the electric field (voltage) using the Pockels effect, as is well known, a sensor unit including a Pockels element and a polarizer and an analyzer arranged before and after the light transmission direction, A light emitting unit that emits light that is transmitted to the sensor unit, and light that is transmitted through the sensor unit is received,
An apparatus having a structure including a light receiving section that outputs an electric signal corresponding to the received light is used.
そして、そのような装置においては、発光部からの光が
センサ部を透過させられる際、ポッケルス素子に作用さ
れる電界強度に応じてその透過光が変調されて、検光子
から出射される光の強度、つまり受光部で受光される光
の強度が変化せしめられるのであり、従って、その受光
部から出力される電気信号に基づいて、ポッケルス素子
に作用する電界若しくはその電界を与える電圧を測定す
ることができるのである。In such a device, when the light from the light emitting portion is transmitted through the sensor portion, the transmitted light is modulated according to the electric field strength acting on the Pockels element, and the light emitted from the analyzer is The intensity, that is, the intensity of the light received by the light receiving part is changed, and therefore, the electric field acting on the Pockels element or the voltage that gives the electric field is measured based on the electric signal output from the light receiving part. Can be done.
而して、かかる従来のポッケルス効果を利用する光電界
測定装置には、ポッケルス素子の設置位置の環境変化に
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、その原因の一
つとして、被測定電界（電圧）を求めるための関係式中
に含まれるポッケルス素子の電気光学定数等に、温度依
存性が存在することが、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、それらは、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、若しくは方式が複雑であったり、装
置が大掛かりであったりして、実用性に乏しいといった
問題があったのである。Thus, it has been recognized that the conventional optical electric field measurement device utilizing the Pockels effect has a problem that the output signal magnitude changes due to the environmental change of the installation position of the Pockels element. There is. One of the causes is that temperature dependence exists in the electro-optic constants of the Pockels element included in the relational expression for obtaining the electric field to be measured (voltage). Of course, various methods have been studied to solve this problem, but none of them have sufficiently solved such problems, or the method is complicated, or the device is large. However, there was a problem that it was not practical.
（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界
測定方法並びに装置を提供することにあり、また電気光
学定数が温度依存性を有するポッケルス素子を用いて作
製された光電界測定装置においても、その温度特性を補
償し、しかも簡単な装置構造において、光電界・電圧測
定を実現し得るようにすることにある。(Problems to be Solved) Here, the present invention has been made in view of such circumstances, and the problem to be solved is that the magnitude of the output signal does not change due to environmental changes, An object of the present invention is to provide an optical electric field measuring method and device capable of maintaining stable detection accuracy, and also in an optical electric field measuring device manufactured using a Pockels element whose electro-optical constant has temperature dependence, It is to compensate the characteristics and to realize the optical electric field / voltage measurement with a simple device structure.
（解決手段） そして、本発明は、かかる課題解決のために、ポッケル
ス素子の光透過方向の前後に偏光子と検光子とを直列に
配置して、該ポッケルス素子に作用する電界にて透過光
が変調せしめられるように構成したセンサ部に、測定す
べき交流電界をそのポッケルス素子に作用させつつ、発
光部から出射された光を透過せしめて、受光した光に対
応した信号を出力する受光部にて、該センサ部を透過し
た透過光を受光させ、その受光部の出力信号から、前記
交流電界若しくは該交流電界を発生する交流電圧を求め
るに際して、前記ポッケルス素子に前記交流電界と共に
所定の直流電界を作用させつつ、前記センサ部に前記発
光部から出射された光を透過させて、その透過光を前記
受光部で受光させる一方、前記受光部の出力信号から前
記交流電界と同一角周波数の信号成分（Ｅω）及び２倍
の角周波数の信号成分（E2ω）を取り出して、それらの
相対比から、前記交流電界若しくは前記交流電圧を求め
るようにしたのである。(Solution) In order to solve the problem, the present invention arranges a polarizer and an analyzer in series before and after the light transmission direction of the Pockels element, and transmits the transmitted light in an electric field acting on the Pockels element. A light-receiving part that transmits the light emitted from the light-emitting part and outputs a signal corresponding to the received light while causing the AC electric field to be measured to act on the Pockels element of the sensor part configured to modulate At this time, when the transmitted light transmitted through the sensor unit is received and the AC electric field or the AC voltage for generating the AC electric field is obtained from the output signal of the light receiving unit, the Pockels element, together with the AC electric field, has a predetermined DC voltage. The light emitted from the light-emitting portion to the sensor portion while allowing the transmitted light to be received by the light-receiving portion, while the output signal of the light-receiving portion is used to transmit the light. The signal component (Eω) having the same angular frequency as the flowing electric field and the signal component (E 2 ω) having twice the angular frequency are extracted, and the AC electric field or the AC voltage is obtained from their relative ratio. .
また、本発明にあっては、かかる光電界測定方法を実施
するために、（ｉ）ポッケルス素子と、該ポッケルス素
子の光透過方向の前後に直列に配置された偏光子及び検
光子とを含み、該ポッケルス素子に作用する電界によっ
て透過光が変調せしめられるように構成されたセンサ部
と、（ii）前記ポッケルス素子に所定の直流電界を作用
させるための直流電界印加手段と、（iii）前記センサ
部に透過させるための光を出射する発光部と、（iv）前
記センサ部を透過した透過光を受光する、受光した光に
対応した信号を出力する受光部と、（ｖ）該受光部の出
力信号から、前記ポッケルス素子に作用する交流電界と
同一角周波数の信号成分（Ｅω）を取り出す第一の取出
手段と、（vi）該受光部の出力信号から、前記ポッケル
ス素子に作用する交流電界の２倍の角周波数の信号成分
（E2ω）を取り出す第二の取出手段と、（vii）それら
第一及び第二の取出手段にて取り出した信号成分の相対
比を求める相対比検出手段とを含むように、光電界測定
装置を構成したのである。Further, in the present invention, in order to carry out such an optical electric field measuring method, (i) a Pockels element, and a polarizer and an analyzer arranged in series before and after the light transmission direction of the Pockels element are included. A sensor unit configured such that transmitted light is modulated by an electric field acting on the Pockels element, (ii) a DC electric field applying means for applying a predetermined DC electric field to the Pockels element, and (iii) the A light emitting portion that emits light to be transmitted to the sensor portion; (iv) a light receiving portion that receives the transmitted light that has passed through the sensor portion and that outputs a signal corresponding to the received light; and (v) the light receiving portion. The first output means for extracting a signal component (Eω) having the same angular frequency as the AC electric field acting on the Pockels element from the output signal of (1), and (vi) an AC acting on the Pockels element from the output signal of the light receiving unit. A second extracting means for extracting twice the angular frequency of the signal component of the field (E 2 omega), relative ratio detection for obtaining the relative ratio of the signal component extracted by (vii) which first and second extracting means The optical electric field measuring apparatus is configured to include the means.
更にまた、本発明は、上記装置における（vii）相対比
検出手段に代えて、（viii）第一の取出手段にて取り出
される信号成分（Ｅω）が一定となるように、発光部か
らの出射光の強度を制御するフィードバック制御手段を
設けた光電界測定装置をも、その要旨とするものであ
る。Furthermore, in the present invention, instead of (vii) the relative ratio detecting means in the above apparatus, (viii) the signal component (Eω) extracted by the first extracting means is constant so that the output from the light emitting section is constant. The gist is also an optical electric field measuring device provided with a feedback control means for controlling the intensity of the emitted light.
（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。(Specific Configuration / Examples) The present invention will be described more specifically below with reference to the drawings showing some examples of the present invention.
先ず、第１図は、本発明に従う光電界（電圧）測定装置
の一例を示すものであるが、そこにおいて、２は、測定
部としてのセンサヘッド部であって、ポッケルス素子４
の光透過方向の前後に偏光子６と検光子８が直列に配置
されると共に、それら偏光子６及び検光子８の更に前後
に位置して、ファイバーコリメータ10,10が直列に配置
された構造を有している。そして、かかるセンサへッド
部２のポッケルス素子４の相対向する面に電極12,12が
配設され、それら電極12,12に、被測定交流電圧:Vを印
加するための交流電圧印加装置13と、所定の直流電圧：
VDCを印加するための直流電圧印加装置14が接続されて
いる。ここでは、直流電圧印加装置14が直流電界印加手
段を構成しているのである。First, FIG. 1 shows an example of an optical electric field (voltage) measuring apparatus according to the present invention, in which 2 is a sensor head section as a measuring section, and a Pockels element 4
A structure in which the polarizer 6 and the analyzer 8 are arranged in series before and after the light transmission direction of, and the fiber collimators 10 and 10 are arranged in series before and after the polarizer 6 and the analyzer 8. have. Then, electrodes 12, 12 are arranged on the surfaces of the Pockels element 4 of the sensor head portion 2 which face each other, and an AC voltage applying device for applying a measured AC voltage: V to the electrodes 12, 12. 13 and the predetermined DC voltage:
A DC voltage applying device 14 for applying V DC is connected. Here, the DC voltage applying device 14 constitutes a DC electric field applying means.
一方、第１図において、15は、発光部であって、発光素
子16と、それを駆動する発光素子駆動回路18とを備えて
おり、その発光部15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、センサヘッド部２の入側のフ
ァイバーコリメータ10に導かれ、かかる入側ファイバー
コリメータ10からセンサヘッド部２に入射せしめられる
ようになっている。そして、かかる入側ファイバーコリ
メータ10からセンサヘッド部２に入射された光は、偏光
子6,ポッケルス素子４及び検光子８を順に透過して、出
側のファイバーコリメータ10から出射されるようになっ
ており、かかるファイバーコリメータ10から、それに接
続された光ファイバー22を通じて、受光部24に導かれる
ようになっている。On the other hand, in FIG. 1, reference numeral 15 denotes a light emitting section, which includes a light emitting element 16 and a light emitting element drive circuit 18 for driving the light emitting element 16, and the light emitted from the light emitting element 16 of the light emitting section 15 is ,
The light is guided to the fiber collimator 10 on the entrance side of the sensor head portion 2 through the optical fiber 20, and is made incident on the sensor head portion 2 from the fiber collimator 10 on the entrance side. Then, the light incident on the sensor head portion 2 from the input side fiber collimator 10 is transmitted through the polarizer 6, the Pockels element 4, and the analyzer 8 in order, and is emitted from the output side fiber collimator 10. The fiber collimator 10 is guided to the light receiving section 24 through the optical fiber 22 connected to the fiber collimator 10.
受光部24は、フォトダイオード等の受光素子と、その受
光素子で受光した光の強度:Pに対応した電気信号:Eを出
力する受光回路とを含んで構成されており、その電気信
号:Eを、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にそれぞれ供給するようになっている。The light receiving unit 24 is configured to include a light receiving element such as a photodiode and a light receiving circuit that outputs an electric signal: E corresponding to the intensity of light received by the light receiving element: P, and the electric signal: E Are supplied to the same angular frequency component detector 26 and the double angular frequency component detector 28, respectively.
受光部24からの電気信号:Eが供給される同一角周波数成
分検出器26は、前記交流電圧印加装置13にてポッケルス
素子４に印加される被測定交流電圧:Vと同じ角周波数：
ωの信号成分:Eωを、電気信号:Eから取り出すためのも
のであって、電気的フィルタや位相検波回路等から構成
されており、その電気信号:Eから取り出した信号成分:E
ωを割算回路30に供給するようになっている。また、２
倍角周波数成分検出器28は、被測定交流電圧:Vの２倍の
角周波数:2ωの信号成分：E2ωを電気信号:Eから取り出
すためのものであって、同一角周波数成分検出器26と同
様に、電気的フィルタや位相検波回路等から構成されて
おり、その電気信号:Eから取り出した信号成分：E2ωを
割算回路30に供給するようになっている。そして、割算
回路30は、２倍角周波数成分検出器28からの信号成分：
E2ωを同一角周波数成分検出器26からの信号成分:Eωで
除算して、その除算信号：ET（＝E2ω/Eω）を出力する
ようになっており、ここでは、後述するように、かかる
除算信号：ETから前記被測定交流電圧:Vが測定されるよ
うになっている。The same angular frequency component detector 26 to which the electric signal: E from the light receiving section 24 is supplied has the same angular frequency as the measured AC voltage: V applied to the Pockels element 4 by the AC voltage applying device 13:
A signal component of ω: Eω is taken out from an electric signal: E, and is composed of an electric filter, a phase detection circuit, etc., and a signal component taken out from the electric signal: E: E
ω is supplied to the division circuit 30. Also, 2
The double angular frequency component detector 28 is for extracting a signal component: E 2 ω having an angular frequency: 2ω that is twice the measured AC voltage: V from the electrical signal: E, and the same angular frequency component detector 26 Similarly, it is composed of an electric filter, a phase detection circuit, etc., and supplies a signal component: E 2 ω extracted from the electric signal: E to the division circuit 30. The division circuit 30 then outputs the signal component from the double angular frequency component detector 28:
E 2 ω is divided by the signal component from the same angular frequency component detector 26: E ω, and the divided signal: E T (= E 2 ω / E ω) is output, which will be described later. as, according divided signals: from said E T measured AC voltage: so that the V is measured.
なお、上述の説明から明らかなように、ここでは、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が
それぞれ第一の取出手段及び第二の取出手段を構成して
いるのであり、また割算回路30は相対比検出手段を構成
しているのである。In addition, as is apparent from the above description, here, the same angular frequency component detector 26 and the double angular frequency component detector 28 constitute the first extracting means and the second extracting means, respectively. Further, the division circuit 30 constitutes a relative ratio detecting means.
このような装置においては、発光部15の発光素子16から
出射された光は、光ファイバー20から、センサヘッド部
２に入り、そして光ファイバー22を通り、受光部24で受
光されることとなるが、センサヘッド部２に入射された
光は、ポッケルス素子４を透過する際、そのポッケルス
素子４に印加される電圧（V,VDC）に応じて変調を受け
ることとなる。そして、その結果、受光部24において
は、偏光子６と検光子８との偏光方向の相対角度：θを
０°とした平行偏光子の場合、交流印加電圧:Vによって
ポッケルス素子４に惹起される光学的位相差を、直流
印加電圧：VDCによる光学バイアスをψとすると、下記
（１）式で示される強度:Pの光が受光せしめられること
となる。In such a device, the light emitted from the light emitting element 16 of the light emitting section 15 enters the sensor head section 2 from the optical fiber 20, passes through the optical fiber 22, and is received by the light receiving section 24. When the light incident on the sensor head portion 2 passes through the Pockels element 4, it is modulated according to the voltage (V, V DC ) applied to the Pockels element 4. As a result, in the light receiving section 24, in the case of a parallel polarizer in which the relative angle of the polarization directions of the polarizer 6 and the analyzer 8: θ is 0 °, it is caused in the Pockels element 4 by the AC applied voltage: V. Assuming that the optical phase difference due to the direct current applied voltage: VDC is ψ, the light having the intensity: P shown by the following formula (1) can be received.
Ｐ＝cPocos2｛（φ＋ψ）/2｝ ・・・（１） 〔但し、c:比例定数 Po：発光素子16の出射光強度〕 ここで、光学的位相差：φは、ポッケルス素子４の半波
長電圧Ｖπ、交流印加電圧:Vの振幅をVo、その角周波数
をωとすると、下記（２）式のように表されることか
ら、上記（１）式は下記（３）式のようになり、従って
受光部24からは、下記（４）式で示される電気信号:Eが
出力されることとなる。 P = cP o cos 2 {( φ + ψ) / 2} ··· (1) [where, c: proportional constant P o: output light intensity of the light emitting element 16] Here, optical phase difference: phi is Pockels element Assuming that the half-wave voltage of 4 is Vπ, the amplitude of AC applied voltage: V is V o , and its angular frequency is ω, it can be expressed as the following formula (2), so the above formula (1) can be expressed as the following (3) Therefore, the light receiving section 24 outputs the electric signal: E represented by the following expression (4).
φ＝（π/Vπ）・Ｖ ＝（π/Vπ）・Vo・sinωｔ ・・・（２） 〔但し、Eo:電気信号（Ｅ）の振幅 Ａ＝（π/Vπ）・Vo〕 ここで、かかる（４）式をベッセル関数を用いて展開す
ると、下記（５）式のようになる。φ = (π / Vπ) ・ V = (π / Vπ) ・ V o・ sinωt ・ ・ ・ (2) [However, Eo: Amplitude of electric signal (E) A = (π / Vπ) · V o ] Here, when the equation (4) is expanded using the Bessel function, the following equation (5) is obtained.
従って、かかる（５）式から明らかなように、同一角周
波数成分検出器26から出力される被測定交流電圧:Vと同
一角周波数の信号成分:Eωは、下記（６）式のようにな
り、また２倍角周波数成分検出器28から出力される被測
定交流電圧:Vの２倍の角周波数の信号成分：E2ωは、下
記（７）式のようになり、割算回路30から出力される除
算信号：ETは、下記（８）式のように表されることとな
る。 Therefore, as is apparent from the equation (5), the measured AC voltage V output from the same angular frequency component detector 26 and the signal component Eω having the same angular frequency are as shown in the following equation (6). Also, the measured AC voltage output from the doubled angular frequency component detector 28: the signal component with an angular frequency double that of V: E 2 ω is expressed by the following equation (7) and output from the division circuit 30. The division signal: E T to be expressed is expressed by the following equation (8).
Ｅω＝−Eo・J1（Ａ）・sinψ ・・・（６） E2ω＝Eo・J2（Ａ）・cosψ ・・・（７） ここで、いま、Ａを8.8°以下に選ぶと共に、ψを3.1°
以下に選べば、上記（８）式におけるA2/24及びψ2/3
は、何れも、1/1000以下の小さな値となり、更に被測定
交流電圧:Vに応じて直流電圧印加電圧：VDCを調整し
て、A2/24とψ2/3との差を小さくすれば、それらA2/24
及びψ2/3は更に小さくなり、上記（８）式は、下記
（９）式のように近似することができる。Eω = −E o・ J 1 (A) ・ sin ψ ・ ・ ・ (6) E 2 ω ＝ E o・ J 2 (A) ・ cos ψ ・ ・ ・ (7) Now, select A to 8.8 ° or less and ψ to 3.1 °.
If you choose below, A 2/24 and [psi 2/3 in the above (8)
Are both becomes a small value of 1 / 1,000 or less, still measured AC voltage: DC voltage applying voltage according to V: Adjust the V DC, reduce the difference between the A 2/24 and [psi 2/3 if they A 2/24
And [psi 2/3 is further reduced, the equation (8) can be approximated as follows (9).
そして、かかる（９）式において、Ａは、前述のよう
に、Ａ＝（π/Vπ）Voであり、またψは、 ψ＝（π/Vπ）・VDC と表わされることから、かかる（９）式は、下記（10）
式のように表されることとなる。 In the equation (9), A is A = (π / Vπ) V o , and ψ is expressed as ψ = (π / Vπ) · V DC , as described above. Equation (9) is given by (10) below.
It will be expressed like the formula.
つまり、割算回路30から出力される除算信号：ETは、か
かる（10）式から明らかなように、交流電圧印加装置13
にてポッケルス素子４に印加される被測定交流電圧:Vの
振幅：Voに比例した値となるのであり、それ故、その除
算信号：ETから、前記ポッケルス素子４に印加される被
測定交流電圧:V（振幅：Vo）を求めることができるので
あり、またその振幅：Voから、ポッケルス素子４に作用
される電界を求めることができるのである。 That is, the division signal output from the dividing circuit 30: E T is such (10) As is apparent from the equation, the AC voltage applying device 13
Measured AC voltage is applied to the Pockels element 4 in: the V amplitude: is than a value proportional to V o, therefore, the division signals: from E T, the measured applied to the Pockels element 4 AC voltage: V (amplitude: V o) and than can be obtained, and its amplitude: from V o, it is possible to determine the electric field applied to the Pockels cell 4.
そして、ここでは、上記（10）式から明らかなように、
除算信号：ETに比例する被測定交流電圧:Vの振幅：Voの
比例定数が直流印加電圧：VDCだけを含み、温度依存性
を有するポッケルス素子４の半波長電圧:Vπ等がその比
例定数中に含まれないことから、ポッケルス素子４の設
置位置における環境温度の変化によってその除算信号：
ETが変動するようなことがないのであり、それ故、環境
温度に起因する誤差のない測定結果を安定して得ること
ができるのである。And here, as is clear from the equation (10),
Divided signal: Measured AC voltage proportional to E T : Amplitude of V: Proportional constant of V o includes only DC applied voltage: V DC , and half-wave voltage of Pockels element 4 having temperature dependence: Vπ Since it is not included in the proportionality constant, the division signal according to the change in environmental temperature at the installation position of the Pockels element 4 is:
Since E T does not fluctuate, it is possible to stably obtain a measurement result without error due to environmental temperature.
また、前記（10）式から明らかなように、割算回路30か
ら出力される除算信号：ETには、発光部15からの発光光
量や、光伝搬路の伝送損失、或いは受光部24の検出感度
に応じて変動する電気信号:Eの振幅：Eoも含まれないた
め、それら発光部15からの発光光量や、光伝搬路の伝送
損失、或いは受光部24の検出感度の変動によって、その
除算信号：ETが変動することもないのであり、それ故、
発光素子16や受光素子の経年変化によって発光部15から
の出射光量や受光部24における検出感度が変化しても、
そのことに起因して被測定交流電圧:V（振幅；Vo）の測
定結果に誤差が生じることがないといった特長もあるの
である。In addition, the (10) As is apparent from the equation, the division signal output from the dividing circuit 30: The E T, and the emitted light amount from the light emitting unit 15, the transmission loss of the optical propagation path, or the light receiving portion 24 The electric signal that varies according to the detection sensitivity: the amplitude of E: E o is also not included, so the amount of light emitted from these light emitting units 15, the transmission loss of the optical propagation path, or the variation in the detection sensitivity of the light receiving unit 24, The division signal: E T does not fluctuate, therefore
Even if the amount of light emitted from the light emitting section 15 or the detection sensitivity of the light receiving section 24 changes due to the aging of the light emitting element 16 or the light receiving element,
Due to this, there is also a feature that there is no error in the measurement result of the measured AC voltage: V (amplitude; V o ).
また、本発明にあっては、上記の如き装置の他にも、第
２図に示される如き製造の装置を用いて、被測定交流電
圧:V（振幅：Vo）を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、被測定交流電圧:Vと同一角周波数の信号
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、同一角周
波数成分検出器26から出力される信号成分: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：Poが調整されて、かかる被測定交流電圧:Vと同
一の角周波数の信号成分:Eωの値が一定となるようにさ
れるのである。Further, in the present invention, in addition to the above-mentioned device, a device for manufacture as shown in FIG. 2 can be used to detect the measured AC voltage: V (amplitude: V o ). Is. In the device shown in FIG. 2, the light is emitted from the light emitting element 16 so that the value of the signal component Eω having the same angular frequency as the measured alternating voltage: V extracted by the same angular frequency component detector 26 becomes constant. The light quantity adjuster 32 for adjusting the quantity of light is provided as feedback control means. That is, based on the value of the signal component: Eω output from the same angular frequency component detector 26, the light amount adjuster (electronic circuit) 32 is driven by the light emitting element drive circuit.
18 so that the light quantity of light emitted from the light emitting element 16: P o is adjusted so that the value of the signal component E E having the same angular frequency as the measured AC voltage V is constant. Is done.
このように、同一角周波数の信号成分:Eωを検出し、そ
の値、即ち前記（６）式で示される値が一定となるよう
に発光素子16の光量：Poを調整するフィードバック回路
（32）を設け、かかるフィードバック回路（32）による
発光光量：Poのフィードバック制御下に２倍角周波数成
分：E2ωを検出して、その２倍角周波数成分：E2ωから
被測定交流電圧:Vの振幅：Voを求めるようにしても、前
記第１図の装置と同様の効果を得ることができるのであ
る。なお、このような方式を採用すれば、交流電圧（電
界）測定のための電子回路を簡略化する上で有利となる
といった利点がある。In this way, a feedback circuit (32) that detects the signal component of the same angular frequency: Eω and adjusts the light amount: P o of the light emitting element 16 so that the value thereof, that is, the value represented by the formula (6) becomes constant. ) is provided, light emission due to such feedback circuit (32) quantity: P o double angle frequency components under feedback control of: detecting the E 2 omega, the double angle frequency components: the measured AC voltage from E 2 omega: V amplitude: be calculated for V o, it is possible to obtain the same effects as device of the Figure 1. The adoption of such a method is advantageous in simplifying an electronic circuit for measuring an AC voltage (electric field).
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界（電圧）測
定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、本発明の趣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。The principle of the present invention has been described above based on the two specific examples according to the present invention shown in the drawings. According to the present invention, a technique for measuring an optical electric field (voltage) that is stable against environmental changes or aging changes is provided. Although it has been clarified that the present invention can be provided,
The present invention should not be construed as being limited to the specific examples given above, and does not depart from the spirit of the present invention.
It is to be understood that various changes, modifications, improvements, etc. can be made based on the knowledge of those skilled in the art.
例えば、ポッケルス素子４に直流電圧を印加する直流電
圧印加装置14の電圧源には、それに専用の電源を用いる
ことも可能であるが、かかる装置の消費電力は小さいた
め、被測定交流電圧から取り出して整流した電圧を直流
電圧印加装置14の電圧源として用いることも可能であ
る。例えば、電力分野の送電線や配電線等の電圧を測定
するような場合には、それら送電線や配電線からカレン
トトランス（CT）等で取り出した交流電圧を電圧源とし
て採用してもよいのである。For example, it is possible to use a dedicated power source for the voltage source of the DC voltage applying device 14 that applies a DC voltage to the Pockels element 4, but since the power consumption of such device is small, it is extracted from the measured AC voltage. It is also possible to use the rectified voltage as a voltage source of the DC voltage applying device 14. For example, when measuring the voltage of a transmission line or distribution line in the electric power field, an AC voltage extracted by a current transformer (CT) from the transmission line or distribution line may be used as the voltage source. is there.
また、本発明におけるポッケルス素子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、LiNbO3,LiTaO3,Bi12SiO20,Bi12GeO20,CdMnTe等が、
適宜にポッケルス素子として用いられることとなる。Also, as the Pockels element 4 in the present invention, various known ones can be appropriately adopted, and for example, LiNbO 3 , LiTaO 3 , Bi 12 SiO 20 , Bi 12 GeO 20 , CdMnTe, and the like,
It will be appropriately used as a Pockels element.
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は、ポッケルス
素子に加わる電界の強さに応じて変調された光を電気信
号に変換し、その電気信号から、ポッケルス素子に作用
する交流電界と同一の角周波数の信号成分（Ｅω）と２
倍の角周波数の信号成分（E2ω）とを取り出して、それ
らの相対比から、交流電界若しくは電圧を測定するもの
であるところから、ポッケルス素子の電気光学定数や発
光部からの出射光量、或いは発光部における検出感度を
用いることなく、それら交流電界若しくは電圧を測定す
ることができるのであり、それ故に、環境温度の変化
や、発光部における発光素子や受光部における受光素子
等の経年変化に影響されることなく、安定した検出精度
を維持することが出来るのである。(Effects of the Invention) As is apparent from the above description, the present invention converts light modulated according to the strength of the electric field applied to the Pockels element into an electric signal, and acts on the Pockels element from the electric signal. 2 and a signal component (Eω) of the same angular frequency as the AC electric field
Taking out the signal component (E 2 ω) of double the angular frequency and measuring the AC electric field or voltage from their relative ratio, the electro-optical constant of the Pockels element and the amount of light emitted from the light emitting part, Alternatively, it is possible to measure the AC electric field or voltage without using the detection sensitivity in the light emitting part, and therefore, it is possible to detect changes over time in environmental temperature, aging of the light emitting element in the light emitting part or the light receiving element in the light receiving part. Stable detection accuracy can be maintained without being affected.
従って、例えば、温度依存性を有するポッケルス素子を
用いて作製した光電界測定装置においても、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。Therefore, for example, even in the optical electric field measurement device manufactured using the Pockels element having temperature dependence, it was possible to compensate for the temperature characteristics, and in a simple device structure, it was possible to perform accurate measurement, This is where the great industrial significance of the present invention lies.
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:センサヘッド部、4:ポッケルス素子 6:偏光子、8:検光子 10:ファイバーコリメータ 14:直流電圧印加装置 15:発光部、18:発光素子駆動回路 24:受光部 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FIG. 1 and FIG. 2 are layout diagrams of devices showing different embodiments of the present invention. 2: Sensor head part, 4: Pockels element 6: Polarizer, 8: Analyzer 10: Fiber collimator 14: DC voltage application device 15: Light emitting part, 18: Light emitting element drive circuit 24: Light receiving part 26: Same angular frequency component Detector 28: Double angle frequency component detector 30: Division circuit, 32: Light intensity adjuster
Claims (3)
子と検光子とを直列に配置して、該ポッケルス素子に作
用する電界にて透過光が変調せしめられるように構成し
たセンサ部に、測定すべき交流電界をそのポッケルス素
子に作用させつつ、発光部から出射された光を透過せし
めて、受光した光に対応した信号を出力する受光部に
て、該センサ部を透過した透過光を受光させ、その受光
部の出力信号から、前記交流電界若しくは該交流電界を
発生する交流電圧を求めるに際して、 前記ポッケルス素子に前記交流電界と共に所定の直流電
界を作用させつつ、前記センサ部に前記発光部から出射
された光を透過させて、その透過光を前記受光部で受光
させる一方、前記受光部の出力信号から前記交流電界と
同一角周波数の信号成分（Ｅω）及び２倍の角周波数の
信号成分（E2ω）を取り出して、それらの相対比から、
前記交流電界若しくは前記交流電圧を求めることを特徴
とする光電界測定方法。1. A sensor unit configured such that a polarizer and an analyzer are arranged in series before and after the light transmission direction of the Pockels element, and the transmitted light is modulated by an electric field acting on the Pockels element, While the AC electric field to be measured is applied to the Pockels element, the light emitted from the light-emitting portion is transmitted, and the light-transmitting portion that outputs a signal corresponding to the received light transmits the light transmitted through the sensor portion. When detecting the AC electric field or the AC voltage for generating the AC electric field from the output signal of the light receiving section, the Pockels element is acted on with the predetermined DC electric field together with the AC electric field, and the sensor section is caused to emit the light. Light emitted from the light receiving portion is transmitted, and the transmitted light is received by the light receiving portion, while a signal component (Eω) having the same angular frequency as the AC electric field is output from the output signal of the light receiving portion. Times the angular frequency of the signal component (E 2 ω) removed from their relative ratios,
A method for measuring an optical electric field, characterized by obtaining the alternating electric field or the alternating voltage.
透過方向の前後に直列に配置された偏光子及び検光子と
を含み、該ポッケルス素子に作用する電界によって透過
光が変調せしめられるように構成されたセンサ部と、 前記ポッケルス素子に所定の直流電界を作用させるため
の直流電界印加手段と、 前記センサ部に透過させるための光を出射する発光部
と、 前記センサ部を透過した透過光を受光する、受光した光
に対応した信号を出力する受光部と、 該受光部の出力信号から、前記ポッケルス素子に作用す
る交流電界と同一角周波数の信号成分（Ｅω）を取り出
す第一の取出手段と、 該受光部の出力信号から、前記ポッケルス素子に作用す
る交流電界の２倍の角周波数の信号成分（E2ω）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取り出した信号成分
の相対比を求める相対比検出手段とを、 含むことを特徴とする光電界測定装置。2. A Pockels element, and a polarizer and an analyzer arranged in series in front of and behind the light transmission direction of the Pockels element, wherein the transmitted light is modulated by an electric field acting on the Pockels element. A sensor unit, a DC electric field applying unit for applying a predetermined DC electric field to the Pockels element, a light emitting unit for emitting light to be transmitted to the sensor unit, and a transmitted light transmitted through the sensor unit. A light receiving unit that receives light and outputs a signal corresponding to the received light, and a first extracting unit that extracts a signal component (Eω) having the same angular frequency as the AC electric field acting on the Pockels element from the output signal of the light receiving unit. When, from the output signal of the light receiving portion, and the second extracting means for extracting twice the angular frequency of the signal component of the AC electric field acting on the Pockels element (E 2 omega), which first and The relative ratio detecting means for determining the relative ratio of the signal component extracted by the two-take-out means, the optical electric field measuring device which comprises.
透過方向の前後に直列に配置された偏光子及び検光子と
を含み、該ポッケルス素子に作用する電界によって透過
光が変調せしめられるように構成されたセンサ部と、 前記ポッケルス素子に所定の直流電界を作用させるため
の直流電界印加手段と、 前記センサ部に透過させるための光を出射する発光部
と、 前記センサ部を透過した透過光を受光する、受光した光
に対応した信号を出力する受光部と、 該受光部の出力信号から、前記ポッケルス素子に作用す
る交流電界と同一角周波数の信号成分（Ｅω）を取り出
す第一の取出手段と、 該受光部の出力信号から、前記ポッケルス素子に作用す
る交流電界の２倍の角周波数の信号成分（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信号成分（Ｅω）
が一定となるように、前記発光部からの出射光の強度を
制御するフィードバック制御手段とを、 含むことを特徴とする光電界測定装置。3. A Pockels element, and a polarizer and an analyzer arranged in series in front of and behind the light transmission direction of the Pockels element, wherein the transmitted light is modulated by an electric field acting on the Pockels element. A sensor unit, a DC electric field applying unit for applying a predetermined DC electric field to the Pockels element, a light emitting unit for emitting light to be transmitted to the sensor unit, and a transmitted light transmitted through the sensor unit. A light-receiving unit that receives and outputs a signal corresponding to the received light, and a first extracting unit that extracts a signal component (Eω) having the same angular frequency as the AC electric field acting on the Pockels element from the output signal of the light-receiving unit. When, from the output signal of the light receiving portion, and the second extracting means for extracting twice the angular frequency of the signal component of the AC electric field acting on the Pockels element (E 2 omega), the first take-out Signal component extracted by stage (Eω)
And a feedback control means for controlling the intensity of the light emitted from the light emitting section so as to be constant.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1179856A JPH077022B2 (en) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | Optical electric field measuring method and device |
| US07/550,978 US5111135A (en) | 1989-07-12 | 1990-07-11 | Method for optically measuring electric field and optical voltage/electric-field sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1179856A JPH077022B2 (en) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | Optical electric field measuring method and device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0344564A JPH0344564A (en) | 1991-02-26 |
| JPH077022B2 true JPH077022B2 (en) | 1995-01-30 |
Family
ID=16073113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1179856A Expired - Lifetime JPH077022B2 (en) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | Optical electric field measuring method and device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077022B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020051871A (en) * | 2018-09-26 | 2020-04-02 | 横河電機株式会社 | Electric field sensor |
-
1989
- 1989-07-12 JP JP1179856A patent/JPH077022B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0344564A (en) | 1991-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3677314B2 (en) | Method and apparatus for optically determining physical quantities | |
| EP0351171B1 (en) | Method and apparatus for optically measuring electric and magnetic quantities | |
| US6285182B1 (en) | Electro-optic voltage sensor | |
| US20090273775A1 (en) | Scattered light measuring device | |
| JPH0668508B2 (en) | Photocurrent and magnetic field measurement method and device | |
| US6515467B1 (en) | Method and system for optically detecting an electric current by means of light signals having different wavelengths | |
| US4982151A (en) | Voltage measuring apparatus | |
| US5111135A (en) | Method for optically measuring electric field and optical voltage/electric-field sensor | |
| JPH077022B2 (en) | Optical electric field measuring method and device | |
| EP0599181B1 (en) | Voltage sensor | |
| US6211982B1 (en) | Remote sensor with waveguide optics telemetry | |
| JP4851000B2 (en) | Optical electric field sensor device | |
| JPH0721513B2 (en) | Optical electric field measuring method and apparatus | |
| JP4053677B2 (en) | Photocurrent / voltage measuring device | |
| JP3057280B2 (en) | Optical sampling device | |
| EP0733888A1 (en) | Measuring apparatus | |
| JPH0670654B2 (en) | Optical magnetic field measuring method and apparatus | |
| JPH01237477A (en) | Optical fiber sensor | |
| JPH0763795A (en) | Electric field detector | |
| JP3159823B2 (en) | Optical electric field measuring device | |
| JP3201729B2 (en) | How to use the optical sensor system | |
| JPH06130089A (en) | Measuring device of electric signal using optical element | |
| SU1718150A1 (en) | Electrostatic field-strength meter | |
| JPH10111320A (en) | Photo-voltage/photo-current sensor | |
| JP2000162247A (en) | Photo-electric current measuring apparatus |