JPH10227814A

JPH10227814A - ファラデー効果光ファイバを用いた電流計測装置

Info

Publication number: JPH10227814A
Application number: JP9031987A
Authority: JP
Inventors: Sakae Watanabe; 栄渡辺; Jun Sato; 潤佐藤; Yutaka Ono; 豊大野
Original assignee: Asahi Denshi Co Ltd
Current assignee: Asahi Denshi Co Ltd
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】測定精度の低下をなくす。簡単な回路構成で
交流のみならず直流，サージ波などの高周波電流を計測
できるようにする。【解決手段】検出部４０と計測部６０との間にフィー
ドバック部５０を設ける。フィードバック部５０はフィ
ードバックコイル５１，光学レンズ５２，５３，偏波面
保存光ファイバ５４，ファラデー素子５５をその構成要
素とする。母線１に装着されたファラデー効果光ファイ
バ４１のファイバ路を通過して戻ってくる偏波光Ｐ_out
を検光子６２で偏波方向成分ｐおよびｓに分けて電気信
号Ｖ１，Ｖ２を得る。演算回路６５にて、（Ｖ１−Ｖ
２）／（Ｖ１＋Ｖ２）なる演算処理を行い、Ｖ１−Ｖ２
＝０となるように、ドライバ回路６６を介してフィード
バックコイル５１に電流ｉを流す。この電流ｉから母線
１に流れる電流Ｉを測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電線に流れる電
流を絶縁被覆の上から非接触で測定するために用いて好
適な電流計測装置に関し、特に電力分野における送配電
線（交流）の電流計測、電気鉄道のトロリー線（直流）
の電流計測、サージ波などの高周波電流計測などに用い
て好適なファラデー効果光ファイバを用いた電流計測装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気光学効果は磁界により物質の光学的
性質が変化する現象で、ファラデー効果（Faraday効
果）、磁気誘電効果（magneto-electric effect）とCot
ton-Mouton 効果とに大別される。その内、ファラデー
効果とは、磁界中に置かれた物質を通過する光の偏波面
が角度θだけ回転することを言う。すなわち、磁気光学
素子、例えば鉛ガラスのような透明な媒体に直線偏光の
光を通過させたとき、その伝搬方向に平行な磁界を印加
すると、ファラデー効果により光の偏波面が磁界の強さ
に比例して回転する。このファラデー効果による光の偏
波面の回転角θは、光の伝搬方向の磁界の強さＨ、媒体
の光路長Ｌ、その媒体固有の定数（ベルデ定数）ｖの積
に比例する。 θ＝ｖ・Ｈ・Ｌ・・・・（１）

【０００３】最近、このファラデー効果を利用した電流
計測装置として、図１５にその要部を示すような鉛ガラ
スファイバを用いた電流計測装置が知られている。鉛を
多く含むガラスは他のガラスに比べてベルデ定数ｖが大
きく、光ファイバに形成することで可撓性が生じる。ま
た、母線（被測定電線）に巻回することで、作用長を長
くすることができる。この種の電流計測装置としては、
例えば文献１（R.I.Laming and D．N．Payne：Journal
of Lightwave Technology,vol.7, No.12(1989)2084）や
特開平７−１７４７９１号公報，特開平７−２４４０８
５号公報等に記載されているものが知られている。

【０００４】図１５において、１は母線、２は鉛ガラス
ファイバであり、鉛ガラスファイバ２を母線１にＮ回巻
回している。３は光源、４は伝送用光ファイバ、５−
１，５−２，５−３は光学レンズ、６は偏光子、７は検
光子（偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ））、８−１，８
−２は受光器、９−１，９−２は増幅器、１０は演算回
路である。

【０００５】この電流計測装置では、光源３からの光が
伝送用光ファイバ４を通り、光学レンズ５−１を介して
偏光子６へ与えられる。そして、この偏光子６によって
偏光された光（直線偏波光）Ｐ_inが光学レンズ５−２を
介して鉛ガラスファイバ２に入射され、母線１に巻回さ
れたファイバ路２−１を通過する。この際、母線１に流
れる電流Ｉによる磁界およびファイバ路２−１の巻回数
Ｎに応じて、直線偏波光Ｐ_inの偏波面が回転する。

【０００６】このファイバ路２−１からの偏波光
Ｐ_out、すなわちその回転角がθとされた偏波光Ｐ_out
は、鉛ガラスファイバ２を通り、光学レンズ５−３を介
して検光子７へ与えられる。検光子７はその透過偏光方
向が基準角度（偏光子６によりなされる偏波面の角度：
θ＝０゜）に対して４５゜傾けられている。これによ
り、検光子７は、回転角がθとされた偏波光Ｐ_outを２
つの直交する偏波方向成分ｐおよびｓに分ける。そし
て、この２方向に分けられたｐ波成分およびｓ波成分が
受光器８−１および８−２へ与えられ、増幅器９−１お
よび９−２によって増幅され、電気信号Ｖ１およびＶ２
として演算回路１０へ与えられる。

【０００７】この電気信号Ｖ１およびＶ２を受けて、演
算回路１０は、（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）なる演
算処理を行い（図１６参照）、この演算処理結果により
偏波光Ｐ_outの回転角θに比例した電気信号を得る。こ
の電気信号から偏波光Ｐ_outの回転角θを検出し、この
検出した回転角θに基づいて母線１に流れている電流Ｉ
を計測する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電流計測装置によると、検光子７の透過偏光
方向の設定角度ずれ、受光器８−１，８−２の感度のば
らつき、増幅器９−１，９−３の増幅率のばらつきなど
によって、測定精度の低下が生じる。

【０００９】すなわち、図１６に示した従来技術による
演算方式を用いた場合、図１７に示すように動作したと
きに一番誤差が少なくなる。すなわち、ファラデー回転
角θに対して、ｐ波成分，ｓ波成分の光強度に対する電
気信号Ｖ１，Ｖ２が、母線１に流れる電流Ｉが零の場合
（θ＝０）に同じ出力となり、ファラデー回転に対しそ
れぞれ相反する動作をしたときに、一番誤差が少なくな
る。つまり、ｐ波成分が増加したとき、ｓ波成分が減
少、あるいは、その逆の動作をし、その変化の割合が同
一であるような動作をしたときに、一番誤差が少なくな
る。

【００１０】しかし、実際には検光子７の透過偏光方向
を基準角度（θ＝０゜）に対して４５゜に設定すること
は極めて困難であり、検光子７からの光出力を電気信号
に変換する受光器８−１，８−２の感度のばらつき、あ
るいは電気信号を適宜増幅する増幅器９−１，９−２の
増幅率の違いなどにより、ファラデー回転角θに対する
電気信号Ｖ１，Ｖ２は例えば図１８に示すような特性
Ｉ，特性IIとなる。図１８では、特性IIの出力が特性Ｉ
に比べ、小さい場合を示している。この特性Ｉ，IIの違
いによって測定精度の低下が生じる。

【００１１】なお、上述した測定精度の低下を解決する
方法として、演算回路１０を工夫したものがある。例え
ば、特開平８−１７８９６８号公報に示された光ファイ
バ型計測装置では、図１９に示すように、演算回路１
０’において、電気信号Ｖ１，Ｖ２それぞれについて、
電気的交流成分Ｖ１ａ，Ｖ２ａと直流成分Ｖ１ｄ，Ｖ２
ｄとに分離する。そして、その交流成分と直流成分との
比Ｖ１ａ／Ｖ１ｄ＝Ｖ１ｏ，Ｖ２ａ／Ｖ２ｄ＝Ｖ２０を
求め、これら２つの比を乗算し、その積Ｖ１ｏ×Ｖ２ｏ
よりファラデー回転角θを求め、母線１に流れる電流を
計測する。しかしながら、この方法では、演算回路１
０’が複雑となる。また、測定対象が交流電流に限定さ
れてしまい、直流電流の計測を行うことができない。

【００１２】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、検光子の透
過偏光方向の設定角度ずれ、受光器の感度ばらつき、増
幅器の増幅率のばらつきなどによってその測定精度が低
下することのない、また簡単な回路構成で交流のみなら
ず直流，サージ波などの高周波電流を計測することので
きるファラデー効果光ファイバを用いた電流計測装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第１発明（請求項１に係る発明）は、被測定
通電部位にファラデー効果光ファイバを装着し、このフ
ァラデー効果光ファイバに偏波光を入射し、このファラ
デー効果光ファイバに装着されたファイバ路を通過して
戻ってくる偏波光を偏波光分解手段で２つの直交する偏
波方向成分ｓおよびｐに分け、この２方向に分けられた
ｓ波成分およびｐ波成分の光強度を第１および第２の電
気信号に変換し、この第１および第２の電気信号をＶ１
およびＶ２として所定の演算処理を行い、これによる演
算処理結果に基づいて偏波光分解手段に入射される偏波
光の回転角が零となるようにフィードバックコイルへの
電流量を調整するものとし、これによる調整量に基づい
て被測定通電部位を流れる電流を測定するようにしたも
のである。

【００１４】この発明によれば、偏波光がファラデー効
果光ファイバに入射され、被測定通電部位に装着された
ファイバ路を通過する。この際、被測定通電部位を流れ
る電流による磁界およびファラデー効果光ファイバの巻
回数に応じて、偏波光の偏波面が回転する。そして、こ
の偏波面が回転された偏波光、すなわちその回転角がθ
とされた偏波光が戻ってきて、偏波光分解手段にて２つ
の直交する偏波方向成分ｓおよびｐに分けられ、この２
方向に分けられたｓ波成分およびｐ波成分の光強度が第
１および第２の電気信号に変換され、この第１および第
２の電気信号をＶ１およびＶ２として所定の演算処理
（（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２））が行われる。そし
て、こによる演算処理結果に基づいて、偏波光分解手段
に入射される偏波光の回転角が零となるようにフィード
バックコイルへの電流量が調整され、これによる調整量
に基づいて被測定通電部位を流れる電流が測定される。

【００１５】第２発明（請求項２に係る発明）は、第１
発明において、ファラデー効果光ファイバの形状に工夫
を加えたものであり、具体的には、Ｕ字状に屈曲形成さ
れた往路と、この往路の終端にて折り返され当該往路と
同方向にＵ字状に屈曲形成された復路とを設け、この往
路および復路の作るＵ字状の空間部を被測定通電部位の
配置位置としたものである。この発明によれば、被測定
通電部位にファラデー効果光ファイバを巻装する必要が
なく、Ｕ字状の空間部に被測定通電部位を位置させるよ
うにするのみでよい。すなわち、被測定通電部位に対
し、その片側から検出部を配置するのみでよい。

【００１６】第３発明（請求項３に係る発明）は、第１
発明において、ファラデー効果光ファイバを介する偏波
光分解手段への偏波光の通過通路にファラデー素子を配
置し、このファラデー素子をその中空部に位置させてフ
ィードバックコイルを巻装したものである。この発明に
よれば、フィードバックコイルに電流が流されることに
より、偏波光分解手段への偏波光の通過通路に配置され
たファラデー素子に磁界が作用し、そこを通る偏波光の
回転角が零とされる。

【００１７】第４発明（請求項４に係る発明）は、第１
発明において、ファラデー効果光ファイバを介する偏波
光分解手段への偏波光の通過通路にファラデー素子を配
置し、このファラデー素子をその間隙あるいは間隙近傍
に位置させてギャップコアを設け、このギャップコアに
フィードバックコイルを巻装したものである。この発明
によれば、フィードバックコイルに電流が流されること
により、偏波光分解手段への偏波光の通過通路に配置さ
れたファラデー素子にギャップコアを介して磁界が作用
し、そこを通る偏波光の回転角が零とされる。

【００１８】第５発明（請求項５に係る発明）は、第１
発明において、ファラデー効果光ファイバを鉛ガラスフ
ァイバとしたものである。第６発明（請求項６に係る発
明）は、第１発明において、ファラデー効果光ファイバ
を石英光ファイバとしたものである。第７発明（請求項
７に係る発明）は、第１発明において、ファラデー効果
光ファイバを偏波面保存ファイバとしたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示
すファラデー効果光ファイバを用いた電流計測装置の要
部を示す図である。同図において、２０は光出力部、３
０は光学部、４０は検出部、５０はフィードバック部、
６０は計測部である。

【００２０】光出力部２０は光源２１をその構成要素と
している。光源２１としては、光ファイバへの光結合効
率の良いＬＤ（レーザダイオード）、またはＳＬＤ（ス
ーパールミネッセントダイオード）を用いる。

【００２１】光学部３０は伝送用光ファイバ３１，光学
レンズ３２，３３，偏光子３４をその構成要素としてい
る。伝送用光ファイバ３１は、その一端が光出力部２０
の光源２１に、その他端が光学レンズ３２に、光学的に
接続されている。偏光子３４は光学レンズ３２と３３と
の間に配置されている。光学レンズ３３には検出部４０
からのファラデー効果光ファイバ４１の一端が光学的に
接続されている。なお、光学部品削減と光軸調整を容易
とするため、光学レンズ３２，３３を用いず、偏光子３
４に偏波面保存光ファイバ付き偏光子（例えば、住友大
阪セメント株式会社製LFP-08-P2-PC/Z-5.0）などを使用
してもよい。

【００２２】検出部４０はファラデー効果光ファイバ４
１とＵ字型ホルダ（非磁性材）４２をその構成要素とし
ている。Ｕ字型ホルダ４２にファラデー効果光ファイバ
４１を巻き付け、このファラデー効果光ファイバ４１が
巻き付けられたＵ字型ホルダ４２の溝部４２−１の作る
Ｕ字状空間を母線１の配置位置とする。また、Ｕ字型ホ
ルダ４２に巻き付けられたファラデー効果光ファイバ４
１の溝部４２−１に面するファイバ束４１Ｆ１〜４１Ｆ
ｎを往路（後述）とし、底部４２−２に面するファイバ
束４１Ｒ１〜４１Ｒｎを復路（後述）としている。すな
わち、母線１に対して、往路４１Ｆ１〜４１Ｆｎよりも
復路４１Ｒ１〜４１Ｒｎを遠方に配置するようにしてい
る。

【００２３】なお、図１において、ホルダ４２の材質を
例えばアルミニウムや真鍮などの非磁性金属とすれば、
ホルダ４２をコンデンサ分圧型の電界センサ用電極とし
て、磁界と電界の両方の測定を行うことも可能となる。

【００２４】また、図１においては、その要部のみを示
したが、実際の製品に近づけるためには、ホルダ４２の
外周囲にファラデー効果光ファイバ４１を覆うようにカ
バーを設けてサンドイッチ状にしたり、ホルダ内にファ
ラデー効果光ファイバ４１を埋め込んでしまうなどの方
法が考えられる。また、外部電流の磁界の影響を受けな
いように、図２に一点鎖線で示すように磁気シールドケ
ース４３を着脱可能に設けるようにしてもよい。

【００２５】また、遠方に位置させた復路４１Ｒ１〜４
１Ｒｎに対し、高透磁率を有するパイプを被せて磁気シ
ールドを施したり、高透磁率を有する板を配置して磁気
シールドを施すようにしたりしてもよい。

【００２６】フィードバック部５０はフィードバックコ
イル５１，光学レンズ５２，５３，偏波面保存光ファイ
バ５４，ファラデー素子５５をその構成要素としてい
る。偏波面保存光ファイバ５４は、その一端が光学レン
ズ５３に、その他端が計測部６０のレンズ付きコネクタ
６１に、光学的に接続されている。ファラデー素子５５
は光学レンズ５２と５３との間に配置されている。光学
レンズ５２には検出部４０からのファラデー効果光ファ
イバ４１の他端が光学的に接続されている。フィードバ
ックコイル５１は光学レンズ５２，５３，ファラデー素
子５５をその中空部に位置させて巻回されている。な
お、この実施の形態においては、ファラデー素子５５と
してＹＩＧ（イットリュウム・鉄・ガーネット）を使用
しているが、これに限られるものではない。

【００２７】計測部６０はレンズ付きコネクタ６１、検
光子（偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、ウォラストン
プリズムなど）６２、受光器６３−１，６３−２、増幅
器６４−１，６４−２、演算回路６５、ドライバ回路６
６、抵抗Ｒ１，ローパスフィルタ（Ｌ．Ｐ．Ｆ）６７、
バンドパスフィルタ（Ｂ．Ｐ．Ｆ）６８、ハイパスフィ
ルタ（Ｈ．Ｐ．Ｆ）６９をその構成要素としている。

【００２８】この電流計測装置において、光源２１から
の光は伝送用光ファイバ３１を通り、光学レンズ３２を
介して偏光子３４へ与えられる。そして、この偏光子３
４によって偏光された光（直線偏波光）Ｐ_inが光学レン
ズ３３を介してファラデー効果光ファイバ４１に入射さ
れ、Ｕ字型ホルダ４２に巻き付けられたファイバ束（フ
ァイバ路）４１Ｆ１〜４１Ｆｎ，４１Ｒ１〜４１Ｒｎを
通過する。この際、母線１に流れる電流Ｉによる磁界お
よびファイバ束４１Ｆ１〜４１Ｆｎ，４１Ｒ１〜４１Ｒ
ｎの巻回数Ｎ１に応じて、直線偏波光Ｐ_inの偏波面が回
転する。

【００２９】図３はＵ字型ホルダ４２に巻き付けられた
ファイバ路での直線偏波光Ｐ_inの偏波面の回転を説明す
るための原理図である。同図において、１は母線、４１
はファラデー効果光ファイバであり、ファラデー効果光
ファイバ４１はＵ字状に屈曲形成された往路４１Ｆと、
この往路４１Ｆの終端にて折り返され当該往路４１Ｆと
同方向にＵ字状に屈曲形成された復路４１Ｒとを有し、
この往路４１Ｆおよび復路４１Ｒの作るＵ字状の空間部
４１Ｕを母線１の配置位置としている。復路４１Ｒが往
路４１Ｆよりも母線１に対して遠方に位置している。

【００３０】この構成によれば、復路４１Ｒを往路４１
Ｆよりも母線１に対して遠方に位置させることにより、
母線１に対して近い（磁界が強い）往路４１Ｆでは偏波
面の回転角が大きく、母線１に対して遠い（磁界が弱
い）復路４１Ｒでは偏波面の回転角（逆方向への回転
角）が小さくなり、復路４１Ｒでの偏波面の逆回転を少
なくした出射光Ｐ_outが得られる。

【００３１】ここで、図３に示された検出部について、
復路４１Ｒを遠方に位置させない場合（往路４１Ｒと復
路４１Ｆを同位置とした場合）の往路４１Ｆと復路４１
Ｒでの偏波面の回転について考えてみる。図４にこの検
出部の平面図を示す。この場合、直線偏波光Ｐ_inがファ
ラデー効果光ファイバ４１に入射され、そのＵ字状の空
間部４１Ｕに母線１が配置された往路４１Ｆおよび復路
４１Ｒを通過する。この際、往路４１Ｆに入射された直
線偏波光Ｐ_inは、母線１に流れる電流Ｉによる磁界によ
って、その偏波面が進行方向に対し時計方向へ回転す
る。そして、往路４１Ｆの終端で折り返され復路４１Ｒ
に入った偏波光は、母線１に流れる電流Ｉによる磁界に
よって、その偏波面が進行方向に対し反時計方向へ回転
する。

【００３２】図５（ａ）〜（ｇ）に出射端（Ｐ_out）か
ら観察したときの往路４１Ｆおよび復路４１Ｒでの偏波
面の回転状況を示す。すなわち、出射端から見た場合、
図４に示すＡ断面では０であった偏波面が、母線１に流
れる電流Ｉによる磁界によって、往路４１Ｆにおいて反
時計方向へ回転する（図５（ａ），（ｂ），（ｃ）参
照）。そして、Ｄ断面で折り返され、復路４１Ｒにおい
て時計方向へ回転する（図５（ｅ），（ｆ），（ｇ）参
照）。この回転状況から分かるように、復路４１Ｒを遠
方に位置させない場合、往路４１Ｆと復路４１Ｒとで偏
波面の回転角が相殺され０になってしまう。

【００３３】そこで、復路４１Ｒでの偏波面の回転が少
なくなるように、復路４１Ｒを遠方に位置させる。これ
により、往路４１Ｆと復路４１Ｒとで偏波面の回転角が
相殺されてしまうことがなくなり、復路４１Ｒでの偏波
面の逆回転を少なくした出射光Ｐ_outを得ることができ
るようになる。

【００３４】なお、この例では、復路４１Ｒを往路４１
Ｆよりも母線１に対して遠方に位置させるようにした
が、往路４１Ｆを遠方に位置させるようにしてもよい。
また、遠方に位置させた復路４１Ｒに対し、図３に一点
鎖線で示すように高透磁率を有するパイプ４４を被せて
磁気シールドを施したり、二点鎖線で示すように高透磁
率を有する板４５を配置して磁気シールドを施すように
したりしてもよい。

【００３５】このようにしてその偏波面が回転されたフ
ァイバ束４１Ｆ１〜４１Ｆｎ，４１Ｒ１〜４１Ｒｎから
の偏波光Ｐ_out、すなわちその回転角がθとされた偏波
光Ｐ_outは、ファラデー効果光ファイバ４１を通り、光
学レンズ５２→ファラデー素子５５→光学レンズ５３→
偏波面保存光ファイバ５４を通り、レンズ付きコネクタ
６１を介して検光子６２へ与えられる。検光子６２はそ
の透過偏光方向が基準角度（θ＝０゜）に対して４５゜
傾けられている。これにより、検光子６２は、回転角が
θとされた偏波光Ｐ_outを２つの直交する偏波方向成分
ｐおよびｓに分ける。そして、この２方向に分けられた
ｐ波成分およびｓ波成分が受光器６３−１および６３−
２に与えられ、増幅器６４−１および６４−２によって
増幅され、電気信号Ｖ１およびＶ２として演算回路６５
へ与えられる。

【００３６】この電気信号Ｖ１およびＶ２を受けて、演
算回路６５は、（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）なる演
算処理を行い、この演算処理結果により偏波光Ｐ_outの
回転角θに比例した電気信号を得る。この電気信号はド
ライバ回路６６へ与えられる。ドライバ回路６６は演算
回路６５からの電気信号に比例した電流、すなわち偏波
光Ｐ_outの回転角θに比例した電流（補償電流）ｉをフ
ィードバックコイル５１へ流す。

【００３７】ここで、もし母線１に電流が流れておら
ず、偏波光Ｐ_outの回転角θが０であれば、２つの増幅
器６４−１，６４−２からの電気信号Ｖ１，Ｖ２は等し
い大きさであるから、Ｖ１−Ｖ２は零となる。しかし、
この場合、母線１には電流が流れており、偏波光Ｐ_out
の回転角θは０ではないので、増幅器６４−１，６４−
２からの電気信号Ｖ１，Ｖ２は等しい大きさとはなら
ず、Ｖ１−Ｖ２は零とはならない。

【００３８】この時、演算回路６５は、そのＶ１−Ｖ２
が零となるように、ドライバ回路６６を介してフィード
バックコイル５１に電流ｉを流す。すなわち、フィード
バックコイル５１に電流ｉを流すと、フィードバックコ
イル５１の巻回数Ｎ_FBに比例した磁界が生じる。この磁
界がファラデー素子５５に作用することにより、ファラ
デー素子５５を通過する偏波光Ｐ_outの回転角θは、フ
ァラデー素子５５のベルデ定数をｖ₂とした時、 θ’＝ｖ₂・Ｎ_FB・ｉ・・・・（２）だけ逆方向に回転する。演算回路６５は、Δθ＝θ−
θ’を零とするように、ドライバ回路６６を介してフィ
ードバックコイル５１に電流ｉを流す。

【００３９】ここで、Δθ＝０となったときの逆回転角
θ’はθに等しく、フィードバックコイル５１に流れて
いるこの時の電流ｉを計測すれば、母線１に流れている
電流Ｉを測定することができる。すなわち、θ＝θ’で
あるので、ファラデー効果光ファイバ４１のベルデ定数
をｖ₁とすれば、、ｖ₁・Ｎ１・Ｉ＝ｖ₂・Ｎ_FB・ｉと
なり、Ｉ＝（ｖ₂／ｖ₁）・（Ｎ_FB／Ｎ１）・ｉとし
て、母線１に流れている電流Ｉを測定することができ
る。測定部６０では、フィードバックコイル５１に流れ
る電流ｉから、Ｉ＝（ｖ₂／ｖ₁）・（Ｎ_FB／Ｎ１）・
ｉに応じた出力電圧ＶＤ、すなわち抵抗Ｒ１での降下電
圧ＶＤを得る。そして、この出力電圧ＶＤをローパスフ
ィルタ６７，バンドパスフィルタ６８，ハイパスフィル
タ６９を通し、これによって得られる出力信号から母線
１に流れている電流Ｉを測定する。

【００４０】この場合、ローパスフィルタ６７を介する
出力信号により、直流電流の計測を行うことができる。
また、バンドパスフィルタ６８を介する出力信号によ
り、商用周波数の電流計測を行うことができる。また、
ハイパスフィルタ６９を介する出力信号により、サージ
電流などの高周波電流計測を行うことができる。この時
のＡＣ波形およびサージ波形の実測値（入力波形と出力
波形の対比）を図６および図７に示す。

【００４１】このようにして電流Ｉを測定することによ
り、すなわち受光器６３−１，６３−２からの増幅器６
４−１，６４−２を介する電気信号Ｖ１とＶ２との差を
零（偏波光Ｐ_outの回転角θを零）とするようにフィー
ドバックコイル５１への電流ｉを調整し、その時の調整
電流ｉから母線１に流れる電流Ｉを測定する方式（サー
ボ補償方式）とすることにより、図１６に示した従来の
方式と比較して以下の〜のような効果を得ることが
できる。

【００４２】検光子６２の透過偏光方向の設定角度の
基準角度からのずれがあっても測定精度に影響しない。受光器６３−１，６３−２に感度のばらつきがあって
も測定精度に影響しない。増幅器６４−１，６４−２に増幅率のばらつきがあっ
ても測定精度に影響しない。

【００４３】また、図１９に示した従来の方式と比較し
て、以下の，のような効果を得ることができる。演算回路６５の精度が測定誤差に影響しないので、回
路を容易にすることができる。交流成分／直流成分の演算を行わないので、直流電流
の計測が実現できる。

【００４４】また、本願の方式による独特の効果とし
て、以下の〜のような効果を得ることができる。機械的な振動等により、伝送用光ファイバ出力強度の
変動が生じても、また温度環境などが変化しても、演算
回路６５でその変動の影響を除去することができる。

【００４５】調整には、例えば、図１８に特性II’と
して示すように、増幅器（この場合、増幅器６４−２）
のオフセットを調整するのみでよい。図８に図１８の特
性Ｉと特性II’のグラフでファラデー回転角が零近傍を
拡大して示す。ファラデー回転角がθの時、特性Ｉの電
気出力はＶ１、特性II’の電気出力はＶ２となり、その
差に比例した補償電流ｉがフィードバックコイル５１に
流される。特性Ｉおよび特性II’のファラデー回転角θ
に対する傾きは、受光器６３−１，６３−２の感度特性
の差、増幅器６４−１，６４−２の増幅率の差などによ
って引き起こされるのであるが、従来方式では特性Ｉ，
II’は図８のＸ軸に対して対称でなければならないのに
対し、本願のサーボ補償方式では対称である必要はな
い。すなわち、ファラデー回転が生じたときに、Ｖ１と
Ｖ２に差が生じさえすればよく、補償電流ｉがサーボの
平衡点（図８におけるグラフの交点）へ戻すため、その
対称性は必要条件ではなく、自動補償される。

【００４６】被測定電流の変成比をＮ_FB／Ｎ１として
任意に設定することができる。ファラデー素子５５をＹＩＧ、ファラデー効果光ファ
イバ４１を鉛ガラスファイバとした場合、ＹＩＧのベル
デ定数は鉛ガラスファイバのベルデ定数の約２００倍で
あり、フィードバック部５０で偏波光Ｐ_outの回転角を
零に戻す際の作用長を１／２００程度にすることができ
る。これにより、測定装置を小型にできる。すなわち、
ファラデー素子５５は小型のものでよく、フィードバッ
クコイル５５の巻回数も少なくて済むので、測定装置を
小型化することができる。

【００４７】測定装置の精度について、従来の方法
（演算回路改良型も含む）では、ファラデー回転角
（θ）対測定器出力（OPUTPUT）は、OPUTPUT＝ｋ・ｓｉ
ｎ２θであるが（ｋ：比例定数）、θが微小である場
合、ｓｉｎ２θ〜２θの近似をしているが、θが大きく
なるにつれて非直線誤差が大きくなってしまう問題があ
る。これに対して、本願によるサーボ補償方式では、原
理的にｓｉｎ２θ〜２θの近似を用いていないので、非
直線誤差を含まず（図９参照）、θが大きい領域（大電
流測定時）にも誤差を生じることがない。

【００４８】なお、図１ではファラデー素子５５を使用
したが、必ずしもファラデー素子５５を使用しなくても
よい。すなわち、ファラデー素子５５を用いず、ファラ
デー効果光ファイバ４１の途上にフィードバックコイル
５１を相互に巻回し（図１０参照）、このフィードバッ
クコイル５１が巻回されたファラデー効果光ファイバ４
１の出力端をレンズ付きコネクタ６１に光学的に接続す
るようにしてもよい。但し、このような方式とした場
合、ファラデー効果光ファイバ４１およびフィードバッ
クコイル５１の巻回数が多くなり、測定装置が大型化し
てしまう。

【００４９】また、図１１に示すように、ファラデー素
子５５をその間隙あるいは間隙近傍に位置させてギャッ
プコア５６を設け、このギャップコア５６にフィードバ
ックコイル５１を巻装するようにしてもよい。ギャップ
コア５６を用いると、フィードバックコイル５１で発生
する磁界をギャップコア５６に集中させることができる
ため、効率よくファラデー素子５５に磁界を与えること
ができる。これにより、補償電流ｉを低減することがで
き、ひいては、測定装置の小型化に寄与する。

【００５０】また、図１ではＵ字ホルダ４２にファラデ
ー効果光ファイバ４１を巻き付けるようにしたが、図１
２に示すように、ファラデー効果光ファイバ４１を楕円
状に巻回し、この巻回したファラデー効果光ファイバ４
１を雨樋型のホルダ（非磁性材）４６の下面にそのＵ字
曲面に沿って配置し、このホルダ４６の上部空間（Ｕ字
状空間）を母線１の配置位置としてもよい。この例で
は、楕円状に巻回されたファラデー効果光ファイバ４１
の一方のファイバ束４１Ｆ１〜４１Ｆｎを往路とし、他
方のファイバ束４１Ｒ１〜４１Ｒｎを復路とし、復路４
１Ｒ１〜４１Ｒｎに高透磁率を有するパイプ４７を被せ
て磁気シールドを施している

【００５１】なお、図１２において、ホルダ４６の材質
を例えばアルミニウムや真鍮などの非磁性金属とすれ
ば、このホルダ４６に光ファイバ型電界センサを接続し
て、すなわちホルダ４６をコンデンサ分圧型の電界セン
サ用電極として、磁界と電界の両方の測定を行うことも
可能となる。

【００５２】また、図１２においては、その要部のみを
示したが、実際の製品に近づけるためには、ファラデー
効果光ファイバ４１の下面にカバーを設けてサンドイッ
チ状にしたり、ホルダ内にファラデー効果光ファイバ４
１を埋め込んでしまうなどの方法が考えられる。また、
外部電流の磁界の影響を受けないように、図示一点鎖線
で示すように磁気シールドケース４８を着脱可能に設け
るようにしてもよい。

【００５３】また、図１，図１２ではファラデー効果光
ファイバ４１のＵ字状の空間部に母線１を位置させる方
式としたが、図１３に示すように、母線１にファラデー
効果光ファイバ４１を巻装するようにしてもよい。図
１，図１２に示した方式によれば、母線１に対してその
片側から検出部を配置するのみでよくなり、母線１に対
する検出部の取り付けおよび取り外しが極めて簡単とな
る。また、母線１に対して手を加える必要がないので、
母線１の信頼性を損ねる虞れもない。また、図１，図１
２に示した方式では、Ｕ字型ホルダ４２や雨樋型のホル
ダ４６がファラデー効果光ファイバ４１の保護と、母線
１とファラデー効果光ファイバ４１との距離を一定に保
つ役目を果たし、精度を悪くすることがない。

【００５４】また、図１４に示すように、端子４９−
１，４９−２間に金属棒４９−３を架け渡して接続する
と共に、この金属棒４９−３を絶縁性に優れたセラミッ
ク製容器４９−４中にファラデー効果光ファイバ４１を
巻装して埋め込み、これを検出部としてもよい。この検
出部を用いれば、母線１をその途中で切断し、切断した
一方を端子４９−１に、他方を端子４９−２に接続する
ことにより、母線１にファラデー効果光ファイバ４１を
一々巻き付ける手間を省くことができる。

【００５５】また、上述した各実施の形態において、フ
ァラデー効果光ファイバ４１としては、鉛ガラス光ファ
イバの他、石英シングルモードファイバや低複屈折シリ
コーンクラッド溶解石英ファイバ、偏波面保存ファイバ
等でも実現することが可能である。すなわち、ファラデ
ー効果が生ずる光ファイバであれば、種々の光ファイバ
の使用が考えられる。なお、この場合、光ファイバのコ
アは真円であることが望ましい。また、低複屈折シリコ
ーンクラッド溶解石英ファイバはベルデ定数が小さい
が、巻数を増やすことにより検出感度をアップすること
ができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、偏波光分解手段に入射される偏波光の回
転角が零となるようにフィードバックコイルへの電流量
を調整するものとし、これによる調整量に基づいて被測
定通電部位を流れる電流を測定するようにしたので、す
なわちサーボ補償方式を採用しているので、検光子の透
過偏光方向の設定角度ずれ、受光器の感度ばらつき、増
幅器の増幅率のばらつきなどによって、測定精度が低下
することがないようにすることができる。また、簡単な
回路構成で交流のみならず直流，サージ波などの高周波
電流を計測することができ、その計測範囲が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すファラデー効果
光ファイバを用いた電流計測装置の要部を示す図であ
る。

【図２】この電流計測装置における検出部を示す図で
ある。

【図３】この電流計測装置の検出部の動作原理を説明
するための図である。

【図４】図３に示された検出部について往路と復路で
の偏波面の回転を説明するための平面図である。

【図５】図４において出射端から観察したときの往路
および復路での偏波面の回転状況を示す図である。

【図６】この電流計測装置によるＡＣ波形の実測値
（入力波形と出力波形の対比）を例示する図である。

【図７】この電流計測装置によるサージ波形の実測値
（入力波形と出力波形の対比）を例示する図である。

【図８】図１８における特性Ｉと特性II’のグラフで
ファラデー回転角が零近傍を拡大して示す図である。

【図９】本願によるサーボ補償方式と従来方式のファ
ラデー回転角−電気出力特性を対比して示す図である。

【図１０】フィードバック部の他の構成例を示す図で
ある。

【図１１】フィードバック部の他の構成例を示す図で
ある。

【図１２】検出部の他の構成例を示す図である。

【図１３】検出部の他の構成例を示す図である。

【図１４】検出部の他の構成例を示す図である。

【図１５】従来の鉛ガラスファイバを用いた電流計測
装置の要部を示す図である。

【図１６】この電流計測装置おける演算方式を説明す
るための図である。

【図１７】この電流計測装置において一番誤差が少な
くなる場合のファラデー回転角−電気出力特性を示す図
である。

【図１８】この電流計測装置における実際のファラデ
ー回転角−電気出力特性を示す図である。

【図１９】測定精度の低下を解決するためにその演算
回路に工夫をした電流計測装置の要部を示す図である。

【符号の説明】

１…母線、２０…光出力部、２１…光源、３０…光学
部、３１…伝送用光ファイバ、３２，３３…光学レン
ズ、３４…偏光子、４０…検出部、４１…ファラデー効
果光ファイバ、４１Ｆ（４１Ｆ１〜４１Ｆｎ）…往路、
４１Ｒ（４１Ｒ１〜４１Ｒｎ）…復路、４２…Ｕ字型ホ
ルダ、４２−１…溝部、４２−２…底部、５０…フィー
ドバック部、４６…雨樋型のホルダ、５１…フィードバ
ックコイル、５２，５３…光学レンズ、５４…偏波面保
存光ファイバ、５５…ファラデー素子、５６…ギャップ
コア、６０…計測部、６１…レンズ付きコネクタ、６２
…検光子、６３−１，６３−２…受光器、６４−１，６
４−２…増幅器、６５…演算回路、６６…ドライバ回
路、Ｒ１…抵抗、６７…ローパスフィルタ（Ｌ．Ｐ．
Ｆ）、６８…バンドパスフィルタ（Ｂ．Ｐ．Ｆ）、６９
…ハイパスフィルタ（Ｈ．Ｐ．Ｆ）。６９

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大野豊東京都中野区鷺宮４−５−１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定通電部位に装着されるファラデー
効果光ファイバと、このファラデー効果光ファイバに偏波光を入射する偏波
光入射手段と、前記ファラデー効果光ファイバに入射され前記被測定通
電部位に装着されたファイバ路を通過して戻ってくる偏
波光を２つの直交する偏波方向成分ｓおよびｐに分ける
偏波光分解手段と、この偏波光分解手段によって２方向に分けられたｓ波成
分およびｐ波成分の光強度を第１および第２の電気信号
に変換する信号変換手段と、この信号変換手段からの第１および第２の電気信号をＶ
１およびＶ２として所定の演算処理を行う演算処理手段
と、この演算処理手段での演算処理結果に基づいて前記偏波
光分解手段に入射される偏波光の回転角が零となるよう
にフィードバックコイルへの電流量を調整する回転角調
整手段と、この調整手段による調整量に基づいて前記被測定通電部
位を流れる電流を測定する電流測定手段とを備えたこと
を特徴とするファラデー効果光ファイバを用いた電流計
測装置。
【請求項２】請求項１において、前記ファラデー効果
光ファイバは、Ｕ字状に屈曲形成された往路と、この往
路の終端にて折り返され当該往路と同方向にＵ字状に屈
曲形成された復路とを有し、この往路および復路の作る
Ｕ字状の空間部を被測定通電部位の配置位置とするファ
ラデー効果光ファイバを用いた電流計測装置。
【請求項３】請求項１において、前記ファラデー効果
光ファイバを介する前記偏波光分解手段への偏波光の通
過通路にファラデー素子が配置されており、このファラ
デー素子をその中空部に位置させて前記フィードバック
コイルが巻装されていることを特徴とするファラデー効
果光ファイバを用いた電流計測装置。
【請求項４】請求項１において、前記ファラデー効果
光ファイバを介する前記偏波光分解手段への偏波光の通
過通路にファラデー素子が配置されており、このファラ
デー素子をその間隙あるいは間隙近傍に位置させてギャ
ップコアが設けられ、このギャップコアに前記フィード
バックコイルが巻装されていることを特徴とするファラ
デー効果光ファイバを用いた電流計測装置。
【請求項５】請求項１において、前記ファラデー効果
光ファイバは鉛ガラスファイバであることを特徴とする
ファラデー効果光ファイバを用いた電流計測装置。
【請求項６】請求項１において、前記ファラデー効果
光ファイバは石英光ファイバであることを特徴とするフ
ァラデー効果光ファイバを用いた電流計測装置。
【請求項７】請求項１において、前記ファラデー効果
光ファイバは偏波面保存ファイバであることを特徴とす
るファラデー効果光ファイバを用いた電流計測装置。