JPH10206467A - 光ファイバ電流センサ、その電気機器への取付け方法及び取付け構造 - Google Patents

光ファイバ電流センサ、その電気機器への取付け方法及び取付け構造

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JPH10206467A
JPH10206467A JP9009523A JP952397A JPH10206467A JP H10206467 A JPH10206467 A JP H10206467A JP 9009523 A JP9009523 A JP 9009523A JP 952397 A JP952397 A JP 952397A JP H10206467 A JPH10206467 A JP H10206467A
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JP
Japan
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current sensor
fiber
optical fiber
optical
light
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JP9009523A
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Seigo Yokoi
清吾 横井
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】構成が複雑な直線偏光化装置を用いることな
く、複屈折やその変動による測定精度の低下を防止した
光ファイバ電流センサと、その電気機器への取付け方法
等を提供する。 【解決手段】光ファイバ電流センサのセンシングファイ
バ3の端部に、入射光と反射光との光軸変換機能を持つ
ファラディローテータミラー等の反射部5を設けた。こ
れにより複屈折等による楕円偏光の影響をキャンセル
し、測定精度を向上させることができる。この光ファイ
バ電流センサを電気機器に取り付けるには、センシング
ファイバ3を電気機器の導体を分断することなくその外
周に巻き付ければよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はファラディ効果を利
用した光ファイバ電流センサ、その電気機器への取付け
方法及び取付け構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバを電流による発生磁界中に発
生磁界と同方向に置くと、その内部を通過する光の偏光
面が磁界の強度に応じて回転するファラディ効果が生ず
る。このため直線偏光を入射光とし、出力光の偏光面の
回転角を計測すれば電流値を測定することができる。こ
の場合、光ファイバの端部に反射部を設けて入射光を反
射させると、光ファイバの内部を2回光が通過するた
め、検出感度を高めた光ファイバ電流センサを得ること
ができることが知られている。
【0003】このような反射型の光ファイバ電流センサ
の一例が、特開昭62-161059 号公報に記載されている。
この公報に記載の光ファイバ電流センサは、反射部に平
面ミラーを設けたものである。この平面ミラーにより入
射光は光軸変換されることなく反射され、光学部に達す
る。ところが、光ファイバには光ファイバを導体に巻き
付けることによる弾性応力の偏りや光ファイバのねじれ
等に起因する複屈折が不可避的に生じ、直線偏光の楕円
偏光化や偏光面の回転を招く。また複屈折は温度変化や
振動による影響も受けやすい。従って、反射部に単純な
平面ミラーを設けた光ファイバ電流センサは、複屈折や
その変動による偏光面の回転や楕円偏光化の影響を受け
て、測定精度が低下することが避けられない。
【0004】また特開昭58-11869号公報には、光ファイ
バの端部に直線偏光化装置を設けた反射型の光ファイバ
電流センサが開示されている。この直線偏光化装置は、
入射光の偏光状態を偏光計により測定し、端部に達した
入射光が直線偏光からずれた場合には偏光状態調節素子
により直線偏光に修正したうえ、反射光として反射させ
るようになっている。この光ファイバ電流センサは上記
した複屈折や光変動による測定精度の低下を防止でき
る。しかし、構成が極めて複雑であり装置価格が高価と
なるという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、構成が複雑な直線偏光化装置を用い
ることなく、複屈折やその変動による測定精度の低下を
防止し、高い精度で電流値を測定することができる光フ
ァイバ電流センサと、その電気機器への取付け方法と、
取付け構造とを提供するためになされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の光ファイバ電流センサは、光ファ
イバよりなるセンシングファイバを導体に巻き付けて光
学部から直線偏光を入力し、出力光の偏光面の回転角に
より電流を測定する光ファイバ電流センサにおいて、セ
ンシングファイバの端部に入射光と反射光との光軸変換
機能を持つ反射部を設けたことを特徴とするものであ
る。また本発明の光ファイバ電流センサの電気機器への
取付け方法は、端部に反射部を設けたセンシングファイ
バを、電気機器の導体を分断することなくその外周に巻
き付けて固定することを特徴とするものである。さらに
本発明の光ファイバ電流センサの電気機器への取付け構
造は、端部に反射部を設けたセンシングファイバを電気
機器の導体の外周に巻き付け、その反射部と光学部とを
重ね合わせて固定したうえ、光学部と外部の信号処理回
路とを偏光面保持機能を持つ接続光ファイバにより接続
したことを特徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態を、図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の光フ
ァイバ電流センサの全体図であり、1は測定対象となる
電流が流れる導体、2は導体1の回りに取り付けられた
センサヘッドである。センサヘッド2の内部には光ファ
イバよりなるセンシングファイバ3が導体1を一周する
ように巻き付けられている。
【0008】4はセンシングファイバ3上に設けられた
光学部であり、直線偏光をセンシングファイバ3に入力
する。センシングファイバ3の端部には反射部5が設け
られており、光学部4から入力された光はこの反射部5
で反射されて再び光学部4に入射する。その間に、セン
シングファイバ3の内部を通過する光の偏光面は導体1
の電流による発生磁界の影響を受けて回転する。光学部
4では偏光面の回転角度を光強度の変化に変換し、偏光
面保持機能を持つ接続光ファイバ6により伝送し、信号
処理回路7で演算すれば、導体1の電流値が測定できる
こととなる。
【0009】以上に記した構成は従来の反射型の光ファ
イバ電流センサと同様であるが、本発明では従来技術と
は異なり、この反射部5として入射光と反射光との光軸
変換機能を持つ反射部が用いられている。このような光
軸変換機能を持つ反射部5としては、例えばファラディ
ローテータミラーを用いることができる。このファラデ
ィローテータミラーは、図2に示すようにファラディ素
子8を平面ミラー9の直前に配置したもので、マグネッ
ト10の磁界によって通過する光の光軸を45度だけ回転
させるように設定しておく。入射光Aはこのファラディ
素子8を通過して光軸を45度回転させた光Bとなって平
面ミラー9で反射され、この反射光Cは再度ファラディ
素子8を通過して光軸を更に45度回転させた反射光Dと
なるため、入射光Aと反射光Dとの光軸は90度回転され
てX,Y軸間で光軸変換が行われることとなる。
【0010】この光軸変換機能を持つ反射部5による作
用を、図3のポアンカレ球により説明する。ポアンカレ
球は偏光状態を表示するために光学で用いられる表示法
であり、赤道が直線偏光を示し、北極が右回りの円偏光
を、南極が左回りの円偏光を示す。また赤道上のHは0
度(水平、X軸方向)の直線偏光を、Vは90度(垂直、
Y軸方向)の直線偏光を示す。
【0011】まず光学部4からX軸方向の直線偏光Hが
センシングファイバ3に入力され、入射光Aとして端部
に達したとする。この入射光Aは前記したようなセンシ
ングファイバ3の内部の不可避的な複屈折により楕円偏
光化し、図示の通り赤道面からのずれが生じている。次
に、ファラディ素子8を通過した入射光は光軸を45度回
転させた光Bとなる。この光Bはポアンカレ球上では点
Aと同緯度で90度回転した点Bで表される。光Bは平面
ミラー9で反射され位相が180 度回転し、光Cとなる。
光Cはポアンカレ球上では赤道に対し点Bと対称の点C
で表される。光Cは再びファラディ素子8に入射・通過
し、光軸を45度回転させた光Dとなる。光Dはポアンカ
レ球上では点Cと同緯度で90度回転した点Dで表され
る。この点Dで表されるセンシングファイバ3の端部か
らの反射光Dは、ポアンカレ球上において入射光Aと点
対称の位置となる。そして再び同一のセンシングファイ
バ3の内部を通過する間にH→Aと同様の変化を受け、
Vとして示されるY軸方向の直線偏光となって光学部4
に入射する。
【0012】このように本発明の光ファイバ電流センサ
によれば、入射光と反射光との光軸を変換することによ
り、センシングファイバ3の内部における複屈折やその
変動による楕円偏光をキャンセルし、常に直線偏光の状
態で光学部4で受光することができる。このため、複屈
折による楕円偏光化等に起因する検出精度の低下を防止
し、導体1の電流による偏光面の回転だけを高い精度で
検出することができる。
【0013】なお、光ファイバ電流センサには石英ガラ
スファイバを用いるのが普通であるが、センシングファ
イバ3として鉛ガラスファイバを用いることにより更に
測定精度を高めることができる。これは、鉛ガラスファ
イバの光弾性係数が10-15 (1/Pa)のオーダーであり、石
英ガラスファイバの光弾性係数が10-11 (1/Pa)のオーダ
ーであるのと比較して複屈折が小さくなるためである。
また光弾性係数が小さい鉛ガラスファイバを用いれば、
温度や振動による複屈折の変動も抑制される。更に鉛ガ
ラスファイバはベルデ定数も石英ガラスファイバより大
きく、この点も測定精度の向上に有利である。
【0014】図4と図5は、上記した本発明の光ファイ
バ電流センサを電気機器へ取付ける方法を示した図であ
る。図示の場合にはガス絶縁遮断器(GCB)のブッシ
ング碍管11の通電導体12を流れる電流値を測定するた
め、センシングファイバ3をCT取付函体13の回りに巻
き付けてある。通常のCTはリング状の検出部の中心に
導体を通すため、取付けの際には停電させたうえで導体
を分断して取付けるのが普通である。しかし本発明の光
ファイバ電流センサは、端部に反射部5を設けたセンシ
ングファイバ3を図示のように巻き付けるだけでよいた
め、既設の電気機器への取付けの際に、導体を分断する
必要がない利点がある。
【0015】なおセンシングファイバ3を電気機器へ取
付ける際には、図示のようにセンシングファイバ3の反
射部5と光学部4とを重ね合わせて固定することが好ま
しい。その理由はセンシングファイバ3が導体を周回し
ていない部分があると外部磁界の影響を受けやすくなる
うえ、周回積分器が形成されないために誤差要因となる
からである。
【0016】このセンシングファイバ3の部分は例えば
シリコンゴムによりモールドし、据え付け時の外的な圧
力や曲げから保護しておくものとする。またセンシング
ファイバ3、反射部5、光学部4等の設置を容易にする
ため、リングを2分割した設置ガイドを使用し、リング
の内側の溝にこれらの部分を嵌めてボルト等で固定して
リング状とすることもできる。光学部4と外部の信号処
理回路7とは偏光面保持機能を持つ接続光ファイバ6に
より接続され、光学部4で変換された出力光の偏光面の
回転角に比例した光強度の変化を信号処理回路7で演算
することにより、通電導体12を流れる電流値を測定する
ことができる。なお、前記したようにセンシングファイ
バ3として鉛ガラスファイバを用いれば温度や振動によ
る影響を受けにくくなるので、図示のようにセンシング
ファイバ3を電気機器へ直接取付けても、測定精度が低
下することはない。
【0017】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光ファ
イバ電流センサは構成が複雑な直線偏光化装置を用いる
ことなく、複屈折やその変動による検出精度の低下を防
止して高い精度で電流を測定することができる。また本
発明の光ファイバ電流センサの電気機器への取付け方法
及び取付け構造によれば、導体を分断することなく容易
に電気機器への取付けができ、しかも正確に電流を測定
することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ファイバ電流センサの全体図であ
る。
【図2】本発明の光ファイバ電流センサの原理の説明図
である。
【図3】本発明の光ファイバ電流センサの原理を説明す
るポアンカレ球表示図である。
【図4】光ファイバ電流センサの電気機器への取付け構
造を示す正面図である。
【図5】図4の要部断面図である。
【符号の説明】
1 導体、2 センサヘッド、3 センシングファイ
バ、4 光学部、5 反射部、6 接続光ファイバ、7
信号処理回路、8 ファラディ素子、9 平面ミラ
ー、10 マグネット、11 ブッシング碍管、12 通電導
体、13 CT取付函体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバよりなるセンシングファイバ
    を導体に巻き付けて光学部から直線偏光を入力し、出力
    光の偏光面の回転角により電流を測定する光ファイバ電
    流センサにおいて、センシングファイバの端部に入射光
    と反射光との光軸変換機能を持つ反射部を設けたことを
    特徴とする光ファイバ電流センサ。
  2. 【請求項2】 入射光と反射光との光軸変換機能を持つ
    反射部として、ファラディローテータミラーを用いた請
    求項1に記載の光ファイバ電流センサ。
  3. 【請求項3】 センシングファイバとして、鉛ガラスフ
    ァイバを用いた請求項1又は2に記載の光ファイバ電流
    センサ。
  4. 【請求項4】 端部に反射部を設けたセンシングファイ
    バを、電気機器の導体を分断することなくその外周に巻
    き付けて固定することを特徴とする電気機器への光ファ
    イバ電流センサの取付け方法。
  5. 【請求項5】 端部に反射部を設けたセンシングファイ
    バを電気機器の導体の外周に巻き付け、その反射部と光
    学部とを重ね合わせて固定したうえ、光学部と外部の信
    号処理回路とを偏光面保持機能を持つ接続光ファイバに
    より接続したことを特徴とする電気機器への光ファイバ
    電流センサの取付け構造。
JP9009523A 1997-01-22 1997-01-22 光ファイバ電流センサ、その電気機器への取付け方法及び取付け構造 Withdrawn JPH10206467A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103792410A (zh) * 2014-01-17 2014-05-14 北京航天时代光电科技有限公司 一种提高光纤电流传感器测量精度的方法
CN104237596A (zh) * 2014-08-27 2014-12-24 易能乾元(北京)电力科技有限公司 具有光纤保护的采集装置和全光纤电流互感器及安装方法
RU2569912C2 (ru) * 2010-05-27 2015-12-10 Адамант Когио Ко., Лтд. Зеркало, компенсирующее двулучепреломление в оптическом волокне, и датчик тока

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Effective date: 20040406