JP2553715B2 - Voltage detector - Google Patents
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Description
この発明は、被測定電気信号の電圧変化に対応して屈
折率が変化する電気光学材料を用いた電圧検出装置に関
する。The present invention relates to a voltage detection device using an electro-optical material whose refractive index changes in response to a voltage change of an electric signal under measurement.
従来、電気光学効果を有する電気光学材料、例えばLi
TaO3結晶を用いて、集積回路等における被測定物の所定
部分の電圧を非接触で測定する電圧検出装置が知られて
いる。 このような電圧検出装置は、例えば第10図に示される
ように、電気光学材料2、偏光子3及び検光子4を含む
光変調器1に、被測定電気信号発生装置5からの電気信
号を電気チョッパー6を介して、電気光学材料2に印加
し、この状態で、レーザダイオード7からのレーザパル
ス光を照射し、光変調器1を通過した光を光検出器8に
より検出して、これを同期増幅器9により増幅し、信号
処理装置10により電気信号波形を形成するものである。 ここで、被測定電気信号発生装置5からの電気信号
は、トリガ信号発生装置11からのトリガ信号に基づいて
発生される。又、トリガ信号発生装置11からは、パルス
光源駆動装置12にもトリガ信号が出力され、パルス光源
駆動装置12はレーザダイオード7をパルス点燈させると
共に、その点燈タイミングをもコントロールするように
されている。 又、前記電気チョッパー6からは、前記同期増幅器9
に対して参照信号が出力され、更に、前記点燈タイミン
グ制御装置12からは、掃引信号が信号処理装置10に出力
されるようになっている。 従って、レーザダイオード7からの出射光は、偏光子
3により、ある偏波面だけの成分とされ、更に電気光学
材料2に入射して、被測定電気信号によって、その偏波
面が変調されることになる。偏波面が変調された電気光
学材料2からの出射光は、検光子4を通ることにより、
ある偏波面成分のみが取り出され、このとき、偏波面の
変調が光強度の変調に変換される。 検光子4からの出射光は、前記光検出器8により光電
変換され、例えばロックインアンプからなる同期増幅器
9によって、高感度、低雑音に増幅される。 この場合、被検出信号は、前記同期増幅器9の増幅周
波数に合せて変調される必要があり、このため従来は、
前述の如く、被測定電気信号発生装置5と光変調器1の
間に電気チョッパー6等を介在させて、被測定電気信号
をオン/オフさせている。電気チョッパー6のオンの時
は、電気光学材料2に電圧が印加されるのでレーザパル
ス光はここで変調され、又オフのときは電圧が印加され
ないのでレーザパルス光は変調されない。 ここで、前記レーザダイオード7は短パルス動作して
いるので、上記装置の場合、第11図(A)に示される被
測定電気信号波形は、第11図(B)、(C)に示される
ように短パルス光で、例えばa点、b点、c点のように
サンプリング計測されることになる。従って、サンプリ
ング点を順次移動させていけば、被測定電気信号波形全
体を得ることができる。このため従来は、前記パルス光
源駆動装置12において、第12図に示される掃引信号を用
いて順次サンプリング点を移動させている。 一方、このサンプリング点の移動に同期した掃引信号
が、信号処理装置10に入力され、該信号処理装置10は、
同期増幅器9の出力信号と前記掃引信号とから、被測定
電気信号の全体の波形を形成することができる。 従って、例えば前記トリガ信号発生装置11が100MHzで
動作しているときには、掃引信号により、点燈タイミン
グを10nsecの間隔で移動させれば、全波形を把握できる
ことになる。この際の移動は、低速でよく、例えば第12
図に示されるように、1秒間かけて点燈タイミングを10
nsec遅らせるようにしてもよい。 第13図(A)〜(D)に、3つのサンプリング点a、
b、cにおける被測定電気信号、偏光子への入射光、検
光子からの出射光、光検出器からの出力をそれぞれ比較
して示す。 出射光の強度は、各サンプリング点での電圧に対応し
て、電気チョッパー6がオンのときのみ該13図(C)に
示されるように増大される。従って第13図(D)に示さ
れるように、光検出器8からの出力もこれに応じて変化
し、同期増幅器9の出力は、第14図に示されるようにな
る。Conventionally, an electro-optical material having an electro-optical effect, such as Li
There is known a voltage detection device that uses TaO 3 crystal to measure the voltage of a predetermined portion of an object to be measured such as an integrated circuit in a non-contact manner. Such a voltage detecting device, for example, as shown in FIG. 10, applies an electric signal from the measured electric signal generating device 5 to an optical modulator 1 including an electro-optical material 2, a polarizer 3 and an analyzer 4. It is applied to the electro-optic material 2 through the electric chopper 6, and in this state, the laser pulse light from the laser diode 7 is irradiated, and the light passing through the optical modulator 1 is detected by the photodetector 8 and Is amplified by a synchronous amplifier 9 and an electric signal waveform is formed by a signal processing device 10. Here, the electrical signal from the measured electrical signal generator 5 is generated based on the trigger signal from the trigger signal generator 11. Further, the trigger signal generator 11 also outputs a trigger signal to the pulse light source driving device 12, so that the pulse light source driving device 12 controls the laser diode 7 to pulse-light and also controls the lighting timing. ing. Also, from the electric chopper 6, the synchronous amplifier 9
A reference signal is output to the signal processing device 10 and a sweep signal is output from the lighting timing control device 12 to the signal processing device 10. Therefore, the light emitted from the laser diode 7 is made into a component of only a certain plane of polarization by the polarizer 3, further enters the electro-optical material 2, and the plane of polarization is modulated by the electrical signal to be measured. Become. Light emitted from the electro-optic material 2 whose plane of polarization is modulated passes through the analyzer 4,
Only a certain polarization plane component is extracted, and at this time, the modulation of the polarization plane is converted into the modulation of the light intensity. The light emitted from the analyzer 4 is photoelectrically converted by the photodetector 8 and amplified with high sensitivity and low noise by the synchronous amplifier 9 which is, for example, a lock-in amplifier. In this case, the detected signal needs to be modulated in accordance with the amplification frequency of the synchronous amplifier 9, and therefore, conventionally,
As described above, the electric signal to be measured is turned on / off by interposing the electric chopper 6 or the like between the electric signal generator 5 to be measured and the optical modulator 1. When the electric chopper 6 is on, a voltage is applied to the electro-optic material 2 so that the laser pulse light is modulated here, and when it is off, no voltage is applied and therefore the laser pulse light is not modulated. Here, since the laser diode 7 is operating for a short pulse, in the case of the above device, the measured electric signal waveform shown in FIG. 11 (A) is shown in FIG. 11 (B), (C). As described above, the short pulse light is sampled and measured at points a, b, and c, for example. Therefore, if the sampling points are sequentially moved, the entire measured electric signal waveform can be obtained. Therefore, conventionally, in the pulse light source driving device 12, the sampling points are sequentially moved by using the sweep signal shown in FIG. On the other hand, the sweep signal synchronized with the movement of the sampling point is input to the signal processing device 10, and the signal processing device 10
From the output signal of the synchronous amplifier 9 and the sweep signal, the entire waveform of the electrical signal under measurement can be formed. Therefore, for example, when the trigger signal generator 11 is operating at 100 MHz, if the lighting timing is moved at intervals of 10 nsec by the sweep signal, the entire waveform can be grasped. The movement at this time may be slow, for example, the 12th
As shown in the figure, the lighting timing is 10
You may make it delay nsec. In FIGS. 13A to 13D, three sampling points a,
The measured electric signals in b and c, the incident light to the polarizer, the emitted light from the analyzer, and the output from the photodetector are shown in comparison with each other. The intensity of the emitted light is increased as shown in FIG. 13 (C) only when the electric chopper 6 is on, corresponding to the voltage at each sampling point. Therefore, as shown in FIG. 13 (D), the output from the photodetector 8 also changes accordingly, and the output of the synchronous amplifier 9 becomes as shown in FIG.
【発明が解決しようとする課題】 前記従来の電圧検出装置では、同期信号に合せて電気
チョッパー6を動作させて、光検出器8の出力を変調さ
せているが、この方法では、被測定電気信号発生器5と
光変調器1との間に電気チョッパー6という素子が入る
ことになり、構成が複雑になるという問題点がある。 又、電気チョッパー6を介して、被測定電気信号を電
気光学材料2に印加しているので、該被測定電気信号の
波形が歪み、測定が正確でないという問題点がある。特
に、広帯域に亘って特性の良い電気チョッパーを得るこ
とは困難であるので、波形歪みによる問題点が顕著とな
る。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あって、電気チョッパー等を用いることなく、従って被
測定電気信号に何ら歪み等を与えることなく、高感度且
つ低雑音の増幅を行うことができ、且つ構成が簡単であ
る電圧検出装置を提供することを目的とする。In the above-mentioned conventional voltage detection device, the electric chopper 6 is operated in accordance with the synchronizing signal to modulate the output of the photodetector 8. However, in this method, the measured electric An element called an electric chopper 6 is inserted between the signal generator 5 and the optical modulator 1, which causes a problem that the configuration becomes complicated. Further, since the electric signal to be measured is applied to the electro-optical material 2 via the electric chopper 6, there is a problem that the waveform of the electric signal to be measured is distorted and the measurement is not accurate. In particular, since it is difficult to obtain an electric chopper having excellent characteristics over a wide band, the problem caused by waveform distortion becomes remarkable. The present invention has been made in view of the above conventional problems, and it is possible to perform high-sensitivity and low-noise amplification without using an electric chopper or the like, and thus without giving any distortion or the like to an electric signal to be measured. It is an object of the present invention to provide a voltage detection device that is capable of operating and has a simple configuration.
この発明は、被測定電気信号の電圧変化に対応して屈
折率が変化する電気光学材料を用いて接触あるいは非接
触で測定する電圧検出装置において、パルス光を発生す
るパルス光源と、前記電気光学材料と偏光子と検光子と
からなる光変調器と、光変調器への光入射手段と、光変
調器からの光出射手段と、光出射手段から出射されたパ
ルス光を受光して電気信号に変換する光検出器と、この
光検出器の出力信号を増幅する同期増幅器と、前記パル
ス光源を、前記被測定電気信号と同期してパルス点燈さ
せると共に、その点燈タイミングを、前記同期増幅器と
同期して変調させるパルス光源駆動装置と、を設けるこ
とにより上記目的を達成するものである。 又、前記パルス光源駆動装置が、前記パルス光源を、
前記被測定電気信号の繰返し周波数と同一、整数倍、又
は、整数分の1の繰返し周波数で点燈すると共に、点燈
タイミングを、基準となる第1のタイミング及びこの第
1のタイミングに対して、タイミングをずらした第2の
タイミングにとり、且つ、前記同期増幅器の同期周波数
で、前記第1及び第2の点燈タイミングを交互にスイッ
チングするようにして上記目的を達成するものである。 又、前記パルス光源駆動装置を、前記第2の点燈タイ
ミングを、基準となる第1の点燈タイミングに対して、
順次ずらしていくようにして上記目的を達成するもので
ある。 又、前記パルス光源駆動装置を、前記第1と第2の点
燈タイミングの間隔が一定のまま両者のタイミングが前
記被測定電気信号に対して順次変更されるように構成す
ることにより上記目的を達成するものである。 又、前記パルス光源駆動装置を、第1のタイミングと
第2のタイミングの一方又は両方のタイミング変化量が
単位時間当り一定となるように構成して上記目的を達成
するものである。 更に又、前記パルス光源駆動装置を、前記第1と第2
のタイミングの間隔が、前記パルス信号のパルス幅程度
となるようにして前記同期増幅器の出力信号を用いて被
測定電気信号の微分波形を得ることにより上記目的を達
成するものである。 又、前記信号処理装置を、前記同期増幅器の出力を順
次加算あるいは積分する加算回路あるいは積分回路を備
えるようにして上記目的を達成するものである。 又、前記パルス光源を、レーザダイオードとすること
により上記目的を達成するものである。 更に又、前記パルス光源駆動装置を、入力電圧に比例
して、パルス光源点燈のタイミングを変化させることが
できるタイミング制御装置を備えるようにして上記目的
を達成するものである。The present invention provides a pulse light source for generating pulsed light in a voltage detection device for contact or non-contact measurement using an electro-optic material whose refractive index changes according to a voltage change of an electric signal to be measured, and the electro-optic material. An optical modulator consisting of a material, a polarizer and an analyzer, a light incident means to the optical modulator, a light emitting means from the optical modulator, and a pulsed light emitted from the light emitting means to receive an electric signal. A photodetector for converting into a light, a synchronous amplifier for amplifying an output signal of the photodetector, and the pulse light source for pulse lighting in synchronization with the electrical signal under measurement, and the lighting timing of the pulse light. The above object is achieved by providing a pulsed light source driving device that performs modulation in synchronization with the amplifier. In addition, the pulse light source driving device,
The lighting frequency is the same as the repetition frequency of the electric signal to be measured, an integral multiple, or a repetition frequency of an integer fraction, and the lighting timing is based on the reference first timing and the first timing. The first and second lighting timings are alternately switched at the second timing with the timing shifted, and at the synchronizing frequency of the synchronous amplifier. In the pulse light source driving device, the second lighting timing is set to a reference first lighting timing.
The object is achieved by sequentially shifting. Further, the pulse light source driving device is configured so that the timings of the first and second lighting timings are sequentially changed with respect to the measured electrical signal while the interval between the first and second lighting timings is constant. To achieve. Further, the above-mentioned object is achieved by configuring the pulse light source driving device such that one or both of the first timing and the second timing have a constant timing change amount per unit time. Furthermore, the pulsed light source driving device includes the first and second
The above object is achieved by obtaining the differential waveform of the electrical signal to be measured using the output signal of the synchronous amplifier such that the timing interval is about the pulse width of the pulse signal. Further, the above-described object is achieved by providing the signal processing device with an adding circuit or an integrating circuit for sequentially adding or integrating the outputs of the synchronous amplifier. Further, the above object is achieved by using a laser diode as the pulse light source. Further, the above-described object is achieved by providing the pulse light source driving device with a timing control device capable of changing the timing of lighting the pulse light source in proportion to the input voltage.
この発明においては、パルス光源駆動装置が従来の電
気チョッパーの機能を兼ねていて、パルス変調された掃
引信号を用いて、パルス光源の点燈タイミングを制御す
ることにより、被測定電気信号にチョッパーをかけたと
同様の作用をさせ、これによって、電気チョッパー等の
チョッパー手段を用いることなく、従来と同様の電圧波
形を得ることができる。 従って、電気チョッパーによる被測定電気信号波形の
歪みがないので、より正確な測定を行うことができる。In the present invention, the pulse light source driving device also has the function of the conventional electric chopper, and by using the pulse-modulated sweep signal to control the lighting timing of the pulse light source, the chopper is added to the measured electric signal. The same operation as that applied is performed, whereby a voltage waveform similar to the conventional one can be obtained without using a chopper means such as an electric chopper. Therefore, since there is no distortion of the electric signal waveform to be measured by the electric chopper, more accurate measurement can be performed.
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第1図は、本発明に係る電圧検出装置の第1実施例を
示している。 この実施例に係る電圧検出装置20は、偏光子22、電気
光学材料24及び検光子26を含み、電気光学材料24に、被
測定電気信号発生装置28からの電気信号が印加される光
変調器30と、この光変調器30にレーザパルス光を照射す
るパルス光源であるレーザダイオード32と,光変調器30
からの出射パルス光を受光して電気信号に変換する光検
出器34と、この光検出器34の出力信号を増幅する同期増
幅器36と、前記被測定電気信号発生装置28に対してトリ
ガ信号を出力するトリガ信号発生装置38と、このトリガ
信号発生装置38からのトリガ信号に基づいて、前記レー
ザダイオード32を、前記被測定電気信号と同期してパル
ス点燈させると共に、その点燈タイミングを前記同期増
幅器36と同期してパルス変調させるパルス光源駆動装置
42とを備えてなるものである。 前記パルス光源駆動装置42は、レーザダイオード32の
点燈タイミングを前記同期増幅器36に同期させるため、
該同期増幅器36に対して同期信号を出力するようにされ
ている。 又、前記同期増幅器36の出力信号は、信号処理装置44
に出力され、この信号処理装置44は、パルス光源駆動装
置42からの掃引信号に基づいて、前記同期増幅器36の出
力信号を処理し、被測定電気信号の波形を再生できるよ
うにされている。 前記パルス光源駆動装置42は、前記パルス光源である
レーザダイオード32を、前記被測定電気信号の繰返し周
波数と同一、整数倍、又は整数分の1の繰返し周波数で
点燈するようにされている。 前記パルス光源駆動装置42は、例えば100MHzで動作し
ているときには、トリガ信号の周期t1=10nsecであり、
そのとき、パルス光源駆動装置42における点燈タイミン
グの掃引信号は、第3図に示されるように、t2=0.1mse
c周期でパルス変調され1秒間で点燈タイミングのずれ
が0から10nsecまで変化するようにして、全波形を測定
するようにする。 即ち、前記第10図に示される従来の電圧検出装置にお
いては、第12図に示されるように、パルス光源駆動装置
42における掃引信号は、鋸波状の信号であったが、本発
明の場合は、この鋸波をパルス変調したものである。 このように、パルス変調された鋸波状の掃引信号によ
って、レーザダイオード32の点燈タイミングが制御され
ると、そのときのレーザダイオード32から出射されるレ
ーザパルス光は、第2図(B)及び(C)のようにな
る。 該レーザパルス光の点燈周期t2のうち、前半の第1の
タイミングでは、点燈タイミングは一定であり、これに
対して後半の第2のタイミングでは、第3図におけるパ
ルス波形の高さ分だけサンプリング点が、基準点からず
れていく。 サンプリング点aでは、第2図(A)に示されるよう
に、被測定電気信号の出力は零であるので、第4図
(C)に示されるように、検光子26からの出射光の強度
に変化がない。 又、レーザパルス光の周期t2のうち第1のタイミング
では、サンプリング点がaとなり、レーザパルス光は変
調されない。 しかし、周期t2の後半の第2のタイミングでは、各々
のサンプリング点の位置に応じて、例えばb、c点での
被測定電圧信号により、該第4図(C)のb及びcに示
されるようになる。 即ち、第4図(A)に示されるように、光変調器30に
おける電気光学材料24に印加される被測定電気信号発生
装置28からの電気信号はチョップされないが、パルス光
源駆動装置42における掃引信号が、周期t2の前半の第1
のタイミングにおいてオフ、後半の第2のタイミングに
おいてオンされるので、検光子出射光は、結果的に第4
図(C)のb、cに示されるように、周期t2の後半で、
被測定電気信号の強度に対応して変調した出力として得
られることになる。 従って、検光子26からの出射光を受光してこれを光電
変換する光検出器34の出力は、第4図(D)に示される
ようになり、これを、同期増幅器36によって増幅し、信
号処理装置44によって、第5図に示されるような電気信
号波形を得ることができる。 ここで、被測定電気信号発生装置28からの電気信号自
体がチョップされることなく、掃引信号のパルス変調に
よってチョップと同様の効果を受けているので、被測定
電気信号が歪むことがなく、正確な測定を行うことがで
きる。 なお、前記パルス光源駆動装置42によるパルス光点燈
タイミングは、第2のタイミングの変化量が単位時間当
り一定になるものとする。 上記実施例は、被測定電気信号発生装置28が、トリガ
信号発生装置38からのトリガ信号に同期するようにされ
ているが、第6図に示される第2実施例のように、トリ
ガ信号発生装置38が被測定電気信号発生装置28に同期す
るように構成してもよい。 又、前記パルス光源駆動装置42は、第7図に示される
第3実施例のように、同期パルス発生装置46、参照信号
発生装置48及びタイミング変調回路50から構成すように
してもよい。 前記タイミング変調回路50は、同期パルス発生装置46
からのパルス信号に対して、参照信号発生装置48からの
参照信号に基づき、入力電圧によってタイミングを変更
できるようにしたものである。 ここで、前記参照信号発生装置48からは、前記同期増
幅器36に対して参照信号が出力される。 前記参照信号発生装置48とタイミング変調回路50の具
体的な構成は、例えば第8図に示されるように、入力電
圧によって回転速度を調整できる高速回転型ロータリー
スイッチ52と、その回転接触子52Aに対する4個の固定
接触子53A〜53Dのうち、53A及び53Cに接続される短いケ
ーブル54と、固定接触子53B及び53Dに接続される長いケ
ーブル(遅延線)56とを含んで構成されている。 この実施例の場合、回転接触子52Aが固定接触子53Aま
たは53Cに接触しているときは、タイミング変調がな
く、即ち、前記第1実施例における第1のタイミングを
形成し、又、固定接触子53Bまたは53Dに接触していると
きは、遅延線である長いケーブル54の作用により、第2
のタイミングを形成するものである。 なお上記実施例は、パルス光源駆動装置42により、掃
引信号を出力しない第1のタイミング及びこれに対して
任意に時間をずらして掃引信号を出力する第2のタイミ
グをとるようにしているが、本発明はこれに限定される
ものでなく、例えば、被測定電気信号の全波形が必要が
ないような場合は、第1のタイミングに対して第2のタ
イミングが変化しないようにしてもよい。 又、第1のタイミングのときと、第2のタイミングの
ときの、掃引信号の出力値の差が一定となるようにして
もよい。 即ち、第9図に示されるように、パルス変調された掃
引信号において第1のタイミング及び第2のタイミング
をタイミング間隔を一定にしたまま共に順次変更するよ
うにしてもよく、この場合は、第1と第2のタイミング
におけるサンプリング点の電位差を順次計測できる。 この場合は、更に、第1と第2のタイミング差を光パ
ルス幅程度と短くすると、同期増幅器36の出力信号から
被測定電気信号の微分波形を得られるので信号処理装置
44に積分回路を追加することによって被測定電気信号波
形を容易に得ることができる。 又、第15図のように階段状にタイミングを変化させ
て、1/t0の周波数の信号成分を狭帯域増幅するようにし
てもよい。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the voltage detecting device according to the present invention. The voltage detection device 20 according to this embodiment includes a polarizer 22, an electro-optical material 24, and an analyzer 26, and the electro-optical material 24 is an optical modulator to which an electric signal from a measured electric signal generator 28 is applied. 30, a laser diode 32 which is a pulse light source for irradiating the optical modulator 30 with laser pulse light, and an optical modulator 30
A photodetector 34 that receives the emitted pulsed light from the device and converts it into an electric signal, a synchronous amplifier 36 that amplifies the output signal of the photodetector 34, and a trigger signal to the measured electric signal generator 28. Based on the trigger signal generator 38 for outputting and the trigger signal from the trigger signal generator 38, the laser diode 32 is pulse-lighted in synchronization with the electrical signal under measurement, and its lighting timing is Pulse light source driving device for pulse modulation in synchronization with the synchronous amplifier 36
It is equipped with 42 and. The pulsed light source driving device 42 synchronizes the lighting timing of the laser diode 32 with the synchronous amplifier 36,
A synchronizing signal is output to the synchronizing amplifier 36. Further, the output signal of the synchronous amplifier 36 is a signal processing device 44.
The signal processing device 44 processes the output signal of the synchronous amplifier 36 based on the sweep signal from the pulse light source driving device 42 and reproduces the waveform of the electrical signal under measurement. The pulsed light source driving device 42 is adapted to turn on the laser diode 32, which is the pulsed light source, at a repetition frequency which is the same as the repetition frequency of the electrical signal under measurement, an integral multiple, or an integral fraction. The pulse light source driving device 42, for example, when operating at 100MHz, the cycle of the trigger signal t 1 = 10nsec,
At that time, the sweep signal at the lighting timing in the pulse light source driving device 42 is t 2 = 0.1 mse as shown in FIG.
All waveforms are measured by pulse-modulating in c cycle so that the deviation of lighting timing changes from 0 to 10 nsec in 1 second. That is, in the conventional voltage detection device shown in FIG. 10, as shown in FIG.
The sweep signal at 42 was a sawtooth signal, but in the case of the present invention, this sawtooth wave is pulse-modulated. As described above, when the lighting timing of the laser diode 32 is controlled by the pulse-modulated sawtooth-shaped sweep signal, the laser pulse light emitted from the laser diode 32 at that time is shown in FIG. It becomes like (C). The lighting timing is constant at the first timing in the first half of the lighting cycle t 2 of the laser pulse light, while the height of the pulse waveform in FIG. 3 is at the second timing in the latter half. The sampling point deviates from the reference point by an amount. At the sampling point a, as shown in FIG. 2 (A), the output of the electric signal to be measured is zero, so as shown in FIG. 4 (C), the intensity of the light emitted from the analyzer 26 is increased. There is no change in. Further, at the first timing of the cycle t 2 of the laser pulse light, the sampling point becomes a and the laser pulse light is not modulated. However, at the second timing in the latter half of the cycle t 2 , depending on the position of each sampling point, for example, by the measured voltage signal at the points b and c, it is shown in b and c of FIG. 4 (C). Will be That is, as shown in FIG. 4 (A), the electric signal from the measured electric signal generator 28 applied to the electro-optic material 24 in the optical modulator 30 is not chopped, but the sweep in the pulse light source driver 42 is performed. The signal is the first half of the first half of period t 2 .
Is turned off at the second timing and turned on at the second timing in the latter half of the second half, so that the light emitted from the analyzer becomes
As shown in b and c of FIG. (C), in the latter half of the cycle t 2 ,
It will be obtained as an output modulated according to the strength of the electrical signal under measurement. Therefore, the output of the photodetector 34 that receives the emitted light from the analyzer 26 and photoelectrically converts it is as shown in FIG. 4 (D), which is amplified by the synchronous amplifier 36 to obtain a signal. The processing unit 44 can obtain an electric signal waveform as shown in FIG. Here, the electric signal itself from the measured electric signal generator 28 is not chopped, and the same effect as chopping is obtained by pulse modulation of the sweep signal, so that the measured electric signal is not distorted and is accurate. Various measurements can be performed. Regarding the pulsed light lighting timing by the pulsed light source driving device 42, the change amount of the second timing is constant per unit time. In the above embodiment, the electrical signal generator 28 to be measured is adapted to be synchronized with the trigger signal from the trigger signal generator 38. However, as in the second embodiment shown in FIG. The device 38 may be arranged to synchronize with the electrical signal generator 28 under test. Further, the pulse light source driving device 42 may be composed of a synchronizing pulse generating device 46, a reference signal generating device 48 and a timing modulation circuit 50 as in the third embodiment shown in FIG. The timing modulation circuit 50 includes a synchronization pulse generator 46.
With respect to the pulse signal from, the timing can be changed by the input voltage based on the reference signal from the reference signal generator 48. Here, the reference signal generator 48 outputs a reference signal to the synchronous amplifier 36. Specific configurations of the reference signal generator 48 and the timing modulation circuit 50 are, for example, as shown in FIG. 8, a high-speed rotary type rotary switch 52 whose rotation speed can be adjusted by an input voltage and its rotary contact 52A. Of the four fixed contacts 53A to 53D, a short cable 54 connected to 53A and 53C and a long cable (delay line) 56 connected to the fixed contacts 53B and 53D are included. In this embodiment, when the rotary contact 52A is in contact with the fixed contact 53A or 53C, there is no timing modulation, that is, the first timing in the first embodiment is formed, and the fixed contact is not generated. When in contact with the child 53B or 53D, the action of the long cable 54 that is a delay line
Is to form the timing. In the above embodiment, the pulsed light source driving device 42 takes the first timing at which the sweep signal is not output and the second timing at which the sweep signal is output by arbitrarily shifting the time. The present invention is not limited to this, and for example, when the entire waveform of the electric signal under measurement is not required, the second timing may not be changed with respect to the first timing. Further, the difference in the output value of the sweep signal between the first timing and the second timing may be constant. That is, as shown in FIG. 9, in the pulse-modulated sweep signal, the first timing and the second timing may be sequentially changed together with the timing interval kept constant. In this case, The potential difference between the sampling points at the first and second timings can be sequentially measured. In this case, when the first and second timing differences are further shortened to about the optical pulse width, the differential waveform of the electrical signal under measurement can be obtained from the output signal of the synchronous amplifier 36, so the signal processing device
By adding an integrating circuit to 44, the electric signal waveform to be measured can be easily obtained. Further, as shown in FIG. 15, the timing may be changed stepwise to narrow-band amplify the signal component having a frequency of 1 / t 0 .
本発明は上記のように構成したので、電気チョッパ等
により被測定電気信号をチョッピングすることなく、パ
ルス光源の掃引信号の処理によって実質的にチョッピン
グと同一の効果を得ることができ、従って、被測定電気
信号のチョッピングによる波形歪みを防止して、正確な
測定を行うことができるという優れた効果を有する。Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain substantially the same effect as the chopping by processing the sweep signal of the pulse light source without chopping the electric signal to be measured with an electric chopper or the like. It has an excellent effect that the waveform distortion due to the chopping of the measurement electric signal can be prevented and the accurate measurement can be performed.
第1図は本発明に係る電圧検出装置の第1実施例を示す
ブロック図、第2図は同実施例装置における被測定電気
信号波形と、レーザパルス光の状態を示す線図、第3図
はレーザパルス発光源に加えられる掃引信号の状態を示
す線図、第4図は各サンプリング点における被測定電気
信号、偏光子入射光、検光子出射光及び光検出器出力を
比較して示す線図、第5図は信号処理装置によって得ら
れた被測定電気信号波形を示す線図、第6図は本発明の
第2実施例を示すブロック図、第7図は本発明の第3実
施例の要部を示すブロック図、第8図は同第3実施例に
おけるタイミング変調回路及び参照信号発生装置の具体
例を示す回路図、第9図はパルス光源駆動装置から出力
される掃引信号の波形を示す線図、第10図は従来の電圧
検出装置を示すブロック図、第11図は同従来の電圧検出
装置における被測定電気信号とレーザパルス光の状態を
示す線図、第12図は同従来のパルス光源駆動装置におけ
る掃引信号を示す線図、第13図は同従来の電圧検出装置
における被測定電気信号、偏光子入射光、検光子出射光
及び光検出器出力を各サンプリング点で示す線図、第14
図は同従来の電圧検出装置における信号処理装置によっ
て得られた被測定電気信号波形を示す線図、第15図はタ
イミングの変形例を示す線図である。 20……電圧検出装置、22……偏光子、24……電気光学材
料、26……検光子、28……被測定電気信号発生装置、30
……光変調器、32……レーザダイオード、34……光検出
器、36……同期増幅器、38……トリガ信号発生装置、42
……パルス光源駆動装置、44……信号処理装置、46……
同期パルス発生装置、48……参照信号発生装置、50……
タイミング変調回路。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a voltage detecting device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an electric signal waveform to be measured and a state of laser pulse light in the device of the same embodiment, and FIG. Is a diagram showing the state of the sweep signal applied to the laser pulse emission source, and FIG. 4 is a diagram showing the electrical signals to be measured, the incident light of the polarizer, the emitted light of the analyzer, and the photodetector output at each sampling point. FIG. 5 is a diagram showing a measured electric signal waveform obtained by a signal processing device, FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a block diagram showing a main part of FIG. 8, FIG. 8 is a circuit diagram showing a concrete example of a timing modulation circuit and a reference signal generator in the third embodiment, and FIG. 9 is a waveform of a sweep signal output from a pulse light source driving device. Fig. 10 is a block diagram showing a conventional voltage detection device. FIG. 11, FIG. 11 is a diagram showing a state of an electric signal to be measured and laser pulse light in the conventional voltage detection device, FIG. 12 is a diagram showing a sweep signal in the conventional pulse light source driving device, FIG. FIG. 13 is a diagram showing the measured electric signal, the incident light of the polarizer, the emitted light of the analyzer, and the output of the photodetector at each sampling point in the conventional voltage detection device,
FIG. 15 is a diagram showing a measured electrical signal waveform obtained by a signal processing device in the conventional voltage detection device, and FIG. 15 is a diagram showing a modification of timing. 20 ... Voltage detection device, 22 ... Polarizer, 24 ... Electro-optical material, 26 ... Analyzer, 28 ... Electrical signal generator under test, 30
...... Light modulator, 32 …… Laser diode, 34 …… Photo detector, 36 …… Synchronous amplifier, 38 …… Trigger signal generator, 42
...... Pulse light source driving device, 44 …… Signal processing device, 46 ……
Synchronous pulse generator, 48 ... Reference signal generator, 50 ...
Timing modulation circuit.
Claims (9)
率が変化する電気光学材料を用いて接触あるいは非接触
で測定する電圧検出装置において、パルス光を発生する
パルス光源と、前記電気光学材料と偏光子と検光子とか
らなる光変調器と、光変調器への光入射手段と、この光
変調器からの光出射手段と、光出射手段から出射された
パルス光を受光して電気信号に変換する光検出器と、こ
の光検出器の出力信号を増幅する同期増幅器と、前記パ
ルス光源を、前記被測定電気信号と同期してパルス点燈
させると共に、その点燈タイミングを、前記同期増幅器
と同期して変調させるパルス光源駆動装置と、を設けて
なる電圧検出装置。1. A voltage detection device for contact or non-contact measurement using an electro-optic material whose refractive index changes in response to a voltage change of an electric signal to be measured, and a pulsed light source for generating pulsed light; An optical modulator consisting of an optical material, a polarizer and an analyzer, a light incident means to the optical modulator, a light emitting means from this optical modulator, and a pulsed light emitted from the light emitting means. A photodetector for converting into an electric signal, a synchronous amplifier for amplifying an output signal of the photodetector, the pulsed light source for causing a pulse to be lit in synchronization with the electrical signal to be measured, and its lighting timing, And a pulse light source driving device that modulates in synchronization with the synchronous amplifier.
置は、前記パルス光源を、前記被測定電気信号の繰返し
周波数と同一、整数倍、又は、整数分の1の繰返し周波
数で点燈すると共に、点燈タイミングを、基準となる第
1のタイミング及びこの第1のタイミングに対してタイ
ミングをずらした第2のタイミングにとり、且つ、前記
同期増幅器の同期周波数で、前記第1及び第2の点燈タ
イミングを交互にスイッチングすることを特徴とする電
圧検出装置。2. The pulse light source driving device according to claim 1, wherein the pulse light source is turned on at a repetition frequency that is the same as the repetition frequency of the electrical signal under test, an integral multiple, or an integer fraction. The lighting timing is set to a reference first timing and a second timing obtained by shifting the timing with respect to the first timing, and at the synchronization frequency of the synchronous amplifier, the first and second points. A voltage detection device characterized in that lighting timings are alternately switched.
置は、前記第2の点燈タイミングを、基準となる第1の
点燈タイミングに対して、順次ずらしていくようにされ
たことを特徴とする電圧検出装置。3. The pulse light source driving device according to claim 2, wherein the second lighting timing is sequentially shifted with respect to a first lighting timing serving as a reference. And voltage detector.
置は、前記第1と第2の点燈タイミングの間隔が一定の
まま両者のタイミングが前記被測定電気信号に対して順
次変更されるように構成されたことを特徴とする電圧検
出装置。4. The pulse light source driving device according to claim 2, wherein the timings of the first and second lighting timings are sequentially changed with respect to the electrical signal to be measured while the interval between the first and second lighting timings is constant. A voltage detection device having the above-mentioned configuration.
光源駆動装置は、第1のタイミングと第2のタイミング
の一方又は両方のタイミング変化量が単位時間当り一定
となるように構成されたことを特徴とする電圧検出装
置。5. The pulse light source drive device according to claim 2, 3 or 4, wherein the timing change amount of one or both of the first timing and the second timing is constant per unit time. A voltage detection device characterized by the above.
置を、前記第1と第2のタイミングの間隔が、前記パル
ス信号のパルス幅程度となるようにすることにより前記
同期増幅器の出力信号を用いて被測定電気信号の微分波
形を得るようにしたことを特徴とする電圧検出装置。6. The output signal of the synchronous amplifier according to claim 4, wherein the pulse light source driving device sets the interval between the first and second timings to be about the pulse width of the pulse signal. A voltage detecting device characterized in that a differential waveform of an electric signal to be measured is obtained by using the voltage detecting device.
前記同期増幅器の出力を順次加算あるいは積分する加算
回路あるいは積分回路を備えたことを特徴とする電圧検
出装置。7. The signal processing device according to claim 6,
A voltage detecting device comprising an adding circuit or an integrating circuit for sequentially adding or integrating the outputs of the synchronous amplifier.
て、前記パルス光源は、レーザダイオードであることを
特徴とする電圧検出装置。8. The voltage detecting device according to claim 1, wherein the pulse light source is a laser diode.
て、前記パルス光源駆動装置は、入力電圧に比例して、
パルス光源点燈のタイミングを変化させることができる
タイミング制御装置を備えてなることを特徴とした電圧
検出装置。9. The pulsed light source driving device according to claim 1, wherein the pulsed light source driving device is proportional to an input voltage,
A voltage detection device comprising a timing control device capable of changing the timing of lighting a pulse light source.
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