JP2577582B2 - Voltage detector - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光変調器を用いてピコ秒オーダの時間分解
能で電圧を検出する電圧検出装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage detector that detects a voltage with a time resolution of the order of picoseconds using an optical modulator.
従来、光変調器を用いて電圧を検出する装置が知られ
ている。2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus for detecting a voltage using an optical modulator is known.
第9図、第10図はそれぞれ米国特許第4,446,425号、1
986年10月15日に欧州特許庁で発行された特許出願公開
明細書第0,197,196号に開示されているこの種の従来の
電圧検出装置の概略構成図である。9 and 10 are U.S. Pat. Nos. 4,446,425 and 1 respectively.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional voltage detection device of this kind disclosed in Patent Application Publication No. 0,197,196 issued by the European Patent Office on October 15, 986.
第9図の電圧検出装置では、パルス光源50から120フ
ェムト秒程度の短パルス光を繰返し出力し、この短パル
ス光をチョッパ51,可変遅延器52を介し被測定物53,例え
ば光電スイッチに入力させる一方、光変調器40に入射さ
せている。光変調器40は、偏光子55,電気光学結晶54,位
相補償器56,検光子57で構成され、入射した短パルス光
が被測定物53からの電圧により変調される現象を利用
し、電圧波形を光強度の形で取出すようになっている。
より詳しくは短パルス光に同期して被測定物53から出力
される検出されるべき電圧を光変調器40の電気光学結晶
54に加える一方、電気光学結晶54にはパルス光源50から
の短パルス光のうち偏光子55によって抽出された所定の
偏光成分のものを入射させる。電気光学結晶54には、電
圧の印加で屈折率が変化するLiNbO3,LiTaO3などの電気
光学材料が用いられている。電気光学材料の上記性質に
よって、電気光学結晶54に入射した短パルス光は、被測
定物53からの電圧により偏光状態が変化し変調されて出
射光として出射し、位相補償器56を介して検光子57に入
射する。検光子57では、位相補償器56からの出射光から
直交する2つの偏光成分を抽出し、それぞれ変調された
光強度信号を光変調器40からの出力として光検出器58,5
9に入射させるようになっている。光検出器58,59では、
各偏光成分の光強度を検出し、差動増幅器60で光検出器
58,59からの出力信号を差動増幅し、ロックインアンプ6
1,平均器62を介し検出結果をディスプレイ63に表示する
ようになっている。9, the pulse light source 50 repeatedly outputs a short pulse light of about 120 femtoseconds, and this short pulse light is input to a device under test 53, for example, a photoelectric switch via a chopper 51 and a variable delay device 52. On the other hand, the light is incident on the optical modulator 40. The optical modulator 40 is composed of a polarizer 55, an electro-optic crystal 54, a phase compensator 56, and an analyzer 57, and utilizes a phenomenon that incident short pulse light is modulated by a voltage from the device under test 53, Waveforms are extracted in the form of light intensity.
More specifically, the voltage to be detected output from the device under test 53 is synchronized with the short pulse light by the electro-optic crystal of the optical modulator 40.
On the other hand, the short pulse light from the pulse light source 50 having a predetermined polarization component extracted by the polarizer 55 is incident on the electro-optic crystal 54. For the electro-optic crystal 54, an electro-optic material such as LiNbO 3 or LiTaO 3 whose refractive index changes by applying a voltage is used. Due to the above-described properties of the electro-optic material, the short-pulse light incident on the electro-optic crystal 54 changes its polarization state due to the voltage from the device under test 53, is modulated, and is emitted as emission light. It is incident on photon 57. The analyzer 57 extracts two orthogonal polarization components from the output light from the phase compensator 56 and outputs the modulated light intensity signals as outputs from the light modulator 40 to the photodetectors 58 and 5.
9 is incident. In the photodetectors 58 and 59,
The light intensity of each polarization component is detected, and the photodetector is
Differential amplification of the output signals from 58 and 59 and lock-in amplifier 6
1. The detection result is displayed on the display 63 via the averager 62.
なお、可変遅延器52は、被測定物53からの電圧発生タ
イミングを徐々に遅延させて電圧波形のサンプリング点
を定めるためのものである。またロックインアンプ61
は、チョッパ51に同期したタイミングで差動増幅器60か
らの出力を取出しノイズ成分を取除き、平均器62はロッ
クインアンプ61の出力を平均化するようになっている。Note that the variable delay unit 52 is for gradually delaying the voltage generation timing from the device under test 53 to determine the sampling point of the voltage waveform. Also lock-in amplifier 61
Extracts the output from the differential amplifier 60 at a timing synchronized with the chopper 51 to remove noise components, and the averager 62 averages the output of the lock-in amplifier 61.
このような構成の電圧検出装置では、光変調器40の電
気光学結晶54に電圧Vが加わると、光変調器40から光検
出器59に出力される出射光の光強度Iは、電圧Vに対し
て第11図(a)に示すようなV−I特性となる。いま被
測定物53からの電圧が光変調器40より詳しくは電気光学
結晶54に加わっていないときに光検出器59への光強度I
は、位相補償器56の設定を変えることによって変化す
る。ここで、その最大の光強度をI0とするとき、光検出
器59への光強度を光強度I0の50%となるように位相補償
器56を設定すると、第11図(a)のV−I特性からわか
るように、光変調器40には見かけ上、動作点電圧Vπ/2
が加わったときと等価になり動作点がAで示すところに
定められる。位相補償器56をこのように設定すると、光
変調器40に被測定物53から第11図(b)に示すような変
調電圧が加わるとき、検光子57から光検出器59に入射す
る出射光の光強度Iは第11図(c)のようになる。第11
図(a)乃至(c)からわかるように動作点Aでは検光
子57からの出射光の光強度Iは電圧変化にほぼ比例して
最も大きく変化するので、最大の交流成分IACを得るこ
とができる。一方、動作点Aでは光強度Iに直流成分I
DCが含まれているが、差動増幅器60において光検出器5
8,59からの互いに逆位相の2つの出力信号を差動増幅す
ることにより直流成分IDCを取除き交流成分IACだけを電
圧検出結果として感度良く検出することができる。In the voltage detection device having such a configuration, when a voltage V is applied to the electro-optic crystal 54 of the optical modulator 40, the light intensity I of the emitted light output from the optical modulator 40 to the photodetector 59 becomes equal to the voltage V. On the other hand, a VI characteristic as shown in FIG. 11A is obtained. Now, when the voltage from the device under test 53 is not applied to the electro-optic crystal 54 more specifically than the optical modulator 40, the light intensity I to the photo detector 59
Is changed by changing the setting of the phase compensator 56. Here, when the maximum light intensity is set to I 0 , if the phase compensator 56 is set so that the light intensity to the photodetector 59 becomes 50% of the light intensity I 0 , FIG. As can be seen from the VI characteristic, the optical modulator 40 apparently has an operating point voltage Vπ / 2
And the operating point is defined as indicated by A. When the phase compensator 56 is set in this way, when a modulation voltage as shown in FIG. 11B is applied to the optical modulator 40 from the device under test 53, the outgoing light that enters the photodetector 59 from the analyzer 57. Is as shown in FIG. 11 (c). Eleventh
As can be seen from FIGS. 7A to 7C, at the operating point A, since the light intensity I of the light emitted from the analyzer 57 changes most in proportion to the voltage change, the maximum AC component I AC is obtained. Can be. On the other hand, at the operating point A, the DC component I
Although DC is included, the photodetector 5
By differentially amplifying the two output signals having opposite phases from the signals 8, 59, the DC component I DC can be removed and only the AC component I AC can be detected with high sensitivity as a voltage detection result.
また第10図の電圧検出装置では、直流光源70からのCW
光を光変調器40を介してストリークカメラ71に加え、被
測定物53からの電圧によって変化する検光子57からの出
射光の光強度をストリークカメラ71で観測し、ロックイ
ンアンプ61,平均器62を介しディスプレイ63に表示して
電圧を検出するようになっている。なお、被測定物53か
ら出力される電圧、およびロックインアンプ61の動作
は、パルス発生器72からのパルスと同期している。また
ストリークカメラ71の偏向器(図示せず)に加わる掃引
電圧は、パルス発生器72からのパルスに対し、位相シフ
タ73により徐々にずれたタイミングとなっている。Further, in the voltage detection device of FIG.
The light is applied to the streak camera 71 via the optical modulator 40, and the light intensity of the light emitted from the analyzer 57, which varies with the voltage from the device under test 53, is observed by the streak camera 71. The voltage is displayed on a display 63 via 62 to detect the voltage. The voltage output from the device under test 53 and the operation of the lock-in amplifier 61 are synchronized with the pulse from the pulse generator 72. Further, the sweep voltage applied to the deflector (not shown) of the streak camera 71 has a timing gradually shifted by the phase shifter 73 with respect to the pulse from the pulse generator 72.
このような構成の電圧検出装置では、検出器としてス
トリークカメラ71を用いているため、動作点を第11図
(a)に符号Bで示すところに設定する。すなわちスト
リークカメラ71では、ダイナミックレンジを大きくとれ
ず、光強度Iの直流成分IDCが大きいと検出されるべき
信号としての交流成分IACを観測することができないの
で、光変調器40に加わる電圧Vが“0"Vのときにストリ
ークカメラ71への光強度Iが最小となるよう位相補償器
56を設定し、動作点がBで示すところに定められる。Since the streak camera 71 is used as the detector in the voltage detection device having such a configuration, the operating point is set to the position indicated by the reference numeral B in FIG. 11A. That is, in the streak camera 71, the dynamic range cannot be large, and if the DC component I DC of the light intensity I is large, the AC component I AC as a signal to be detected cannot be observed. When V is "0" V, a phase compensator is used to minimize the light intensity I to the streak camera 71.
56 is set, and the operating point is set at the position indicated by B.
この動作点Bは、直流成分IDCを極めて小さくするこ
とができるので、直流成分IDCに対する交流成分IACの比
として定まる変調度MODを最大にすることがでいてダイ
ナミックレンジの狭いストリークカメラ71においても交
流成分IACを観測することができる。なお動作点Bは、
動作点Aに比べ交流成分IACもかなり減少するが、スト
リークカメラ71の増倍機能により交流成分IACを増倍し
測定可能にしている。Since the operating point B can make the DC component I DC extremely small, the modulation factor MOD determined as the ratio of the AC component I AC to the DC component I DC can be maximized, and the streak camera 71 having a narrow dynamic range can be obtained. Also, the AC component I AC can be observed. The operating point B is
Although the AC component I AC is considerably reduced as compared with the operating point A, the AC component I AC is multiplied by the multiplication function of the streak camera 71 to enable measurement.
しかしながら、第9図の電圧検出装置では、動作点を
Aに設定し最大の交流成分IACを得ることができるもの
の、光強度Iには直流成分IDCも含まれるため、ダイナ
ミックレンジの狭い一般的な高速光検出器としてのスト
リークカメラを用いることができず、これにより光源に
は高価で取扱いが難かしいパルス光源を用いねばならな
いという問題があった。However, in the voltage detecting device shown in FIG. 9, although the operating point is set to A and the maximum AC component I AC can be obtained, the light intensity I includes the DC component I DC, so that the dynamic range is narrow. There is a problem that a streak camera as a typical high-speed photodetector cannot be used, and a pulse light source which is expensive and difficult to handle must be used as a light source.
一方、第11図の電圧検出装置では、動作点をBに設定
し、直流成分IDCを著しく減少させることができるもの
の、交流成分IACも小さくなるので、高感度の検出結果
を得るには限界があるという問題があった。On the other hand, in the voltage detection device of FIG. 11, although the operating point is set to B and the DC component I DC can be remarkably reduced, the AC component I AC is also reduced, so that a highly sensitive detection result can be obtained. There was a problem that there was a limit.
本発明は、光源に直流光源を用いた場合にも最大の交
流成分を得ることができるとともに、直流成分を除去す
ることの可能な電圧検出装置を提供することを目的とし
ている。An object of the present invention is to provide a voltage detection device that can obtain a maximum AC component even when a DC light source is used as a light source and can remove the DC component.
本発明は、直流光源と、被測定物からの電圧をチョッ
プするチョップ手段と、直流光源からのCW光をチョップ
手段からの電圧により変調し光強度信号として出力する
光変調手段と、前記光強度信号をサンプリング検出する
サンプリング型光検出手段と、サンプリング検出された
出力信号から前記チョップ手段のチョップ周波数で定ま
る周波数成分を抽出し増幅する増幅手段とを備えている
ことを特徴とする電圧検出装置によって、上記従来技術
の問題点を改善するものである。The present invention provides a DC light source, chopping means for chopping a voltage from an object to be measured, light modulating means for modulating CW light from the DC light source with a voltage from the chopping means and outputting it as a light intensity signal, and the light intensity A voltage detecting device comprising: a sampling-type light detecting unit that samples and detects a signal; and an amplifying unit that extracts and amplifies a frequency component determined by a chop frequency of the chop unit from an output signal that is sampled and detected. It is an object of the present invention to improve the above-mentioned problems of the prior art.
本発明では、被測定物からの電圧をチョップ手段でチ
ョップして光変調手段に加える。光変調手段に入射した
直流光源からのCW光は、チョップ手段からの電圧によっ
て変調を受けて光強度信号として出力される。サンプリ
ング型光検出手段では、光強度信号をサンプリング検出
し、増幅手段ではサンプリング検出された出力信号から
チョップ周波数で定まる周波数成分を抽出し増幅する。In the present invention, the voltage from the device under test is chopped by the chop means and applied to the light modulation means. The CW light from the DC light source that has entered the light modulating means is modulated by the voltage from the chop means and output as a light intensity signal. The sampling type light detecting means samples and detects the light intensity signal, and the amplifying means extracts and amplifies a frequency component determined by the chop frequency from the sampled and detected output signal.
ところで、本発明では、直流光源を用いた場合にもダ
イナミックレンジの広いサンプリング型光検出手段を用
いているので、光変調手段の動作点を最大の交流成分が
得られるところに設定できる。このときに直流成分も重
畳するが、この直流成分は、増幅手段で取除かれ、交流
成分だけが抽出され増幅される。By the way, in the present invention, even when a DC light source is used, the sampling type light detecting means having a wide dynamic range is used, so that the operating point of the light modulating means can be set to a position where the maximum AC component can be obtained. At this time, the DC component is also superimposed, but the DC component is removed by the amplifying means, and only the AC component is extracted and amplified.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明に係る電圧検出装置の一実施例の構成
図である。第1図において第9図、第10図と対応する箇
所には同じ符号を付す。FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment of a voltage detection device according to the present invention. In FIG. 1, parts corresponding to those in FIGS. 9 and 10 are denoted by the same reference numerals.
本実施例の電圧検出装置では、直流光源70からのCWを
光変調器40に入射させ、光変調器40においてチョップ回
路10を介して加わる被測定物53からの電圧によって、入
射したCW光を変調し電圧波形を光強度信号に変換してサ
ンプリング型高速光検出器11に入力するようになってい
る。被測定物53からの電圧は、繰返し周期のものであ
り、分岐器12で分岐され、上述のようにチョップ回路10
を介して光変調器40,より詳しくは電気光学結晶54に加
わる一方、トリガ信号発生器13,遅延回路14を介してサ
ンプリング型高速光検出器11にトリガ信号として加わる
ようになっている。さらにサンプリング型高速光検出器
11からの出力信号は、チョップ回路10のチョップ周波数
に同期して作動するロックインアンプ15に入力するよう
になっている。In the voltage detection device of the present embodiment, the CW from the DC light source 70 is made incident on the optical modulator 40, and the incident CW light is applied by the voltage from the DUT 53 applied via the chop circuit 10 in the optical modulator 40. The voltage waveform is modulated to be converted into a light intensity signal and input to the sampling type high-speed photodetector 11. The voltage from the device under test 53 is of a repetitive period, is branched by the branching device 12, and has the chopping circuit 10 as described above.
, And is applied to the sampling type high-speed photodetector 11 as a trigger signal via the trigger signal generator 13 and the delay circuit 14. Further sampling high-speed photodetector
The output signal from 11 is input to a lock-in amplifier 15 that operates in synchronization with the chop frequency of the chop circuit 10.
直流光源70は、例えばHe−Neレーザ、半導体レーザ、
レーザダイオード励起固体レーザ、あるいは第2高調波
発生素子である。またサンプリング型高速光検出器11
は、光変調器40から出力された光強度信号を遅延回路14
からのトリガ信号に同期させて掃引し、内蔵の開口部材
(図示せず)の開口から光強度波形の一部をサンプリン
グ抽出するものである。すなわち遅延回路14によりトリ
ガ信号を徐々に遅延させることにより、サンプリング点
をずらし光強度波形をサンプリングするようになってい
る。The DC light source 70 is, for example, a He-Ne laser, a semiconductor laser,
It is a laser diode pumped solid laser or a second harmonic generation element. Sampling-type high-speed photodetector 11
Converts the light intensity signal output from the optical modulator 40 into a delay circuit 14
Sweeping in synchronization with a trigger signal from the optical disk, and sampling and extracting a part of the light intensity waveform from an opening of a built-in opening member (not shown). That is, by gradually delaying the trigger signal by the delay circuit 14, the sampling point is shifted and the light intensity waveform is sampled.
第2図はチョップ回路10とロックインアンプ15の一例
を示す図である。第2図の例では、チョップ回路10は、
可変パルスジェネレータ16と、ゲート回路17と、オン・
オフ回路18とで構成され、ロックインアンプ15は、周波
数カウンタ19と、制御回路20と、可変バンドパスフィル
タ21と、増幅器22とから構成されている。FIG. 2 is a diagram showing an example of the chop circuit 10 and the lock-in amplifier 15. In the example of FIG. 2, the chop circuit 10
Variable pulse generator 16, gate circuit 17, ON / OFF
The lock-in amplifier 15 includes an OFF circuit 18, and the lock-in amplifier 15 includes a frequency counter 19, a control circuit 20, a variable bandpass filter 21, and an amplifier 22.
チョップ回路10では、可変パルスジェネレータ16から
パルスが発生すると、ゲート回路17は第3図(a)に示
すように交互のパルスでオン・オフを繰返す。ゲート回
路17がオフでゲート回路17から電圧が出力されないとき
には、オン・オフ回路18の抵抗は第3図(b)に示すよ
うに極めて大きく、被測定物53からの電圧は光変調器40
に加わらない。一方、ゲート回路17がオンでゲート回路
17から閾値VTH以上の電圧が出力されると、オン・オフ
回路18の抵抗は第3図(b)に示すように極めて小さく
なり、被測定物53からの電圧が光変調器40に加わること
になる。In the chop circuit 10, when a pulse is generated from the variable pulse generator 16, the gate circuit 17 repeats on / off with alternating pulses as shown in FIG. 3 (a). When the gate circuit 17 is off and no voltage is output from the gate circuit 17, the resistance of the on / off circuit 18 is extremely large as shown in FIG.
Does not participate. On the other hand, when the gate circuit 17 is on,
When a voltage equal to or higher than the threshold value VTH is output from the resistor 17, the resistance of the on / off circuit 18 becomes extremely small as shown in FIG. Will be.
一方、可変パルスジェネレータ16からのパルスは、ロ
ックインアンプ15の周波数カウンタ19に入力し、そこで
パルス周波数が計測され、制御回路20に加わる。制御回
路20では、可変パルスジェネレータ16からのパルス周波
数の1/2の周波数成分の信号だけが可変バンドパスフィ
ルタ21を通過できるよう可変バンドパスフィルタ21を制
御する。これにより、チョップ回路11のオン・オフ回路
18がオンであるときのサンプリングされた光強度信号と
オフであるときのサンプリングされた光強度信号との変
化分だけが可変バンドパスフィルタ21を通過するので、
光強度信号から直流成分IDCを取除き交流成分IACだけを
増幅器22で増幅することができる。なお、周波数カウン
タ19に可変パルスジェネレータ16からのパルスを入力さ
せるかわりに、ゲート回路17の出力を周波数カウンタ19
に入力させてゲート回路17の出力の周波数成分のみが可
変バンドパスフィルタ21を通過できるように制御しても
良い。また既知の周波数でチョップするときは、ゲート
回路17からオン・オフ回路18に一定の周波数の出力を与
え、可変バンドパスフィルタ21を固定のバンドパスフィ
ルタに変更すれば良く、この場合には可変パルスジェネ
レータ16,周波数カウンタ19,制御回路20は不要となる。On the other hand, the pulse from the variable pulse generator 16 is input to the frequency counter 19 of the lock-in amplifier 15, where the pulse frequency is measured and applied to the control circuit 20. The control circuit 20 controls the variable band-pass filter 21 so that only a signal having a frequency component of 1/2 of the pulse frequency from the variable pulse generator 16 can pass through the variable band-pass filter 21. Thereby, the on / off circuit of the chop circuit 11
Since only the change between the sampled light intensity signal when 18 is on and the sampled light intensity signal when it is off passes through the variable bandpass filter 21,
The DC component I DC can be removed from the light intensity signal, and only the AC component I AC can be amplified by the amplifier 22. Note that instead of inputting the pulse from the variable pulse generator 16 to the frequency counter 19, the output of the gate circuit 17 is
May be controlled so that only the frequency component of the output of the gate circuit 17 can pass through the variable band-pass filter 21. When chopping at a known frequency, the gate circuit 17 supplies a constant frequency output to the on / off circuit 18 and the variable bandpass filter 21 may be changed to a fixed bandpass filter. The pulse generator 16, the frequency counter 19, and the control circuit 20 become unnecessary.
このような構成の電圧検出装置の動作を第4図乃至第
6図により説明する。The operation of the voltage detecting device having such a configuration will be described with reference to FIGS.
被測定物53からの電圧Vは、第4図(a)に示すよう
に、チョップ回路10がオンのときにのみ光変調器40の電
気光学結晶54に加わる。位相補償器56を調節することに
より、光変調器40の動作点をAのところに設定すれば
(第11図(a)参照)、直流光源70からのCW光は光変調
器40において第4図(a)に示す電圧により変調され、
第4図(b)に示すような最大の交流成分IACが光変調
器40から出力される。なお、動作点をAに設定すること
で光変調器40からは常に直流成分IDCも出力される。The voltage V from the device under test 53 is applied to the electro-optic crystal 54 of the optical modulator 40 only when the chop circuit 10 is on, as shown in FIG. If the operating point of the optical modulator 40 is set to A by adjusting the phase compensator 56 (see FIG. 11A), the CW light from the DC light source 70 Modulated by the voltage shown in FIG.
Maximum of the alternating current component I AC as shown in FIG. 4 (b) is outputted from the optical modulator 40. Incidentally, always DC component I DC from the optical modulator 40 by setting the operating point A is also output.
光変調器40からの第4図(b)に示すような光強度信
号は、サンプリング型高速光検出器11に加わる。サンプ
リング型高速光検出器11は、前述のように被測定物53か
らの繰返し周囲の電圧を基にしてトリガ信号発生器13,
遅延回路14で作成されたトリガ信号により光強度信号を
掃引し、光強度波形の一部を開口(図示せず)からサン
プリング抽出し、ロックインアンプ15に入力させる。サ
ンプリング型高速光検出器11のサンプリング点は、トリ
ガ信号を遅延して掃引のタイミングをずらすことにより
移動する。第4図(c)に示すサンプリング点S1のとき
には、第5図に示すように光強度波形FGの一部F1をサン
プリング抽出し、これを繰返し行なった結果第6図
(a)に示すような出力信号を出力する。また第4図
(d)に示すサンプリング点S2のときには、第5図に示
すように光強度波形FGの一部F2をサンプリング抽出し、
これを繰返し行なった結果第6図(b)に示すような出
力信号を出力する。The light intensity signal as shown in FIG. 4B from the light modulator 40 is applied to the sampling type high-speed photodetector 11. As described above, the sampling type high-speed photodetector 11 has a trigger signal generator 13,
The light intensity signal is swept by the trigger signal generated by the delay circuit 14, a part of the light intensity waveform is sampled and extracted from an aperture (not shown), and input to the lock-in amplifier 15. The sampling point of the sampling type high-speed photodetector 11 moves by delaying the trigger signal and shifting the sweep timing. When the sampling points S 1 shown in FIG. 4 (c) is a portion F 1 of the light intensity waveform FG as shown in Figure 5 was sampled extraction, shown in Figure 6 a result of performing repeated this (a) And output such an output signal. Further, when the sampling points S 2 shown in FIG. 4 (d) is a portion F 2 of the light intensity waveform FG samples extracted as shown in FIG. 5,
By repeating this, an output signal as shown in FIG. 6 (b) is output.
なおサンプリング型高速光検出器11のダイナミックレ
ンジは広いので、これに直流成分IDCが入力した場合で
も飽和することなく交流成分IAC並びに直流成分IDCを第
6図(a),(b)に示すように忠実にサンプリングし
て出力することができる。Since the dynamic range of the sampling type high-speed photodetector 11 is wide, even if a DC component I DC is input thereto, the AC component I AC and the DC component I DC are not saturated without being saturated, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). As shown in (1), it is possible to faithfully sample and output.
このようにしてサンプリング型高速光検出器11でサン
プリング抽出された出力信号はロックインアンプ15に入
力するが、ロックインアンプ15は、チョップ回路10のチ
ョップの周波数で定まる周波数成分の出力信号のみを通
過させるので出力信号のうち直流成分IDCは除去され、
交流成分IACが増幅されて出力される。The output signal sampled and extracted by the sampling type high-speed photodetector 11 in this manner is input to the lock-in amplifier 15, but the lock-in amplifier 15 outputs only the output signal of the frequency component determined by the chop frequency of the chop circuit 10. DC component I DC of the output signal is removed because it passes,
The AC component I AC is amplified and output.
このように、本実施例によれば、安価でかつ取扱いの
容易な直流光源70を用いた場合にも最大の交流成分を得
ることができるように動作点を設定できてかつ重畳する
直流成分を有効に取除くことができる。As described above, according to this embodiment, the operating point can be set so that the maximum AC component can be obtained even when the inexpensive and easy-to-use DC light source 70 is used, and the DC component to be superimposed is reduced. Can be effectively removed.
なお上述の実施例において、光変調器40の電気光学結
晶54は、例えば光路と平行に電圧印加用の進行波線路が
設けられ変調された光を透過して出射させるような透過
型であっても良いし、あるいは先端に反射鏡を備え変調
された光を反射して出射させる反射型のものであっても
良い。反射型のときには被測定物に非接触で電圧を検出
できる。また電気光学結晶54は、不要な光の混入を防止
するため、入射光、出射光の経路以外は黒塗りされてい
るのが良い。In the above-described embodiment, the electro-optic crystal 54 of the optical modulator 40 is of a transmission type in which, for example, a traveling wave line for applying a voltage is provided in parallel with the optical path and the modulated light is transmitted and emitted. Alternatively, it may be of a reflection type having a reflecting mirror at the tip to reflect and emit modulated light. In the case of the reflection type, the voltage can be detected without contacting the measured object. The electro-optic crystal 54 is preferably painted black except for the paths of incident light and outgoing light in order to prevent unwanted light from being mixed.
また上述の実施例において、サンプリング型高速光検
出器11のトリガ信号は、被測定物からの電圧信号を分岐
して作られたが、第7図に示すように発振器30を別に設
け、この発振器30からの信号により被測定物53から電圧
を発生させると同時に、トリガ信号を作っても良い。な
お発振器30を別に設けることにより回路全体の動作が確
認し易くなる。Further, in the above-described embodiment, the trigger signal of the sampling type high-speed photodetector 11 is formed by branching the voltage signal from the device under test. However, as shown in FIG. A trigger signal may be generated at the same time that a voltage is generated from the device under test 53 by a signal from the device 30. The provision of the oscillator 30 makes it easier to confirm the operation of the entire circuit.
また被測定物53が例えば高速光検出器である場合に
は、第8図に示すように、被測定物53に光パルス信号を
与える必要があり、光パルス信号を光電変換器31によっ
て電気信号に変換してトリガ信号を作る必要がある。When the device under test 53 is, for example, a high-speed photodetector, it is necessary to supply an optical pulse signal to the device under test 53 as shown in FIG. To generate a trigger signal.
さらにサンプリング型高速光検出器11としてサンプリ
ング型光オッシロスコープ(浜松ホトニクス社製OOS−0
1)を用いる場合には、30HZ〜1GHZの電圧を測定するこ
とができる。またシンクロスキャンフォトメータを用い
る場合には、80MHZ〜160MHZの電圧を測定できる。な
お、チョップの周波数は、これらの電圧の周波数よりも
十分低いものでなければならない。Furthermore, a sampling type optical oscilloscope (OOS-0 manufactured by Hamamatsu Photonics, Inc.) is used as the sampling type high-speed photodetector 11.
When using a 1) can measure the voltage 30H Z ~1GH Z. In the case of using the synchronous scanning photometer can measure the voltage 80MH Z ~160MH Z. Note that the chop frequency must be sufficiently lower than the frequency of these voltages.
以上に説明したように、本発明によれば、直流光源を
用いた場合にも光検出手段にサンプリング型光検出手段
を用いているので、最大の交流成分を得ることができる
一方、これに重畳する直流成分を増幅手段により有効に
取除くことができる。As described above, according to the present invention, even when a DC light source is used, the sampling type light detecting means is used as the light detecting means. DC component can be effectively removed by the amplifying means.
第1図は本発明に係る電圧検出装置の一実施例の構成
図、第2図はチョップ回路とロックインアンプの構成例
を示す図、第3図(a)はゲート回路の出力電圧を示す
図、第3図(b)はオン・オフ回路の抵抗変化を示す
図、第4図(a)は光変調器に加わるチョップされた電
圧波形を示す図、第4図(b)は光強度信号を示す図、
第4図(c),(d)はそれぞれサンプリング点S1,S2
を示す図、第5図はサンプリング点S1,S2で抽出される
光強度F1,F2を示す図、第6図(a),(b)はそれぞ
れサンプリング点S1,S2でサンプリング抽出された出力
信号を示す図、第7図、第8図はトリガ信号発生器の変
形例を示す図、第9図,第10図はそれぞれ従来の電圧検
出装置の概略構成図、第11図(a)は電圧Vに対する光
強度Iを示す図、第11図(b)は被測定物からの変調電
圧を示す図、第11図(c)は第11図(a)の動作点Aの
ところに第11図(b)の変調電圧を加えたときに得られ
る光強度Iを示す図である。 10……チョップ回路、 11……サンプリング型高速光検出器、 15……ロックインアンプ、40……光変調器、 70……直流光源FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment of a voltage detection device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a chop circuit and a lock-in amplifier, and FIG. 3 (a) shows an output voltage of a gate circuit. FIG. 3 (b) is a diagram showing a change in resistance of the ON / OFF circuit, FIG. 4 (a) is a diagram showing a chopped voltage waveform applied to the optical modulator, and FIG. 4 (b) is a light intensity Diagram showing signals,
FIGS. 4C and 4D show the sampling points S 1 and S 2 , respectively.
Shows a fifth figure shows the light intensity F 1, F 2 to be extracted at the sampling points S 1, S 2, FIG. 6 (a), (b) in each sampling point S 1, S 2 FIGS. 7 and 8 show modified examples of the trigger signal generator. FIGS. 9 and 10 show schematic configuration diagrams of a conventional voltage detection device. 11A is a diagram showing the light intensity I with respect to the voltage V, FIG. 11B is a diagram showing the modulation voltage from the DUT, and FIG. 11C is an operating point A in FIG. 11A. FIG. 11 is a diagram showing the light intensity I obtained when the modulation voltage shown in FIG. 11 (b) is applied. 10 ... Chop circuit, 11 ... Sampling-type high-speed photodetector, 15 ... Lock-in amplifier, 40 ... Optical modulator, 70 ... DC light source
Claims (3)
プするチョップ手段と、直流光源からのCW光をチョップ
手段からの電圧により変調し光強度信号として出力する
光変調手段と、前記光強度信号をサンプリング検出する
サンプリング型光検出手段と、サンプリング検出された
出力信号から前記チョップ手段のチョップ周波数で定ま
る周波数成分を抽出し増幅する増幅手段とを備えている
ことを特徴とする電圧検出装置。A DC light source; a chop means for chopping a voltage from an object to be measured; a light modulating means for modulating CW light from the DC light source with a voltage from the chop means and outputting as a light intensity signal; A voltage detecting device comprising: a sampling type light detecting means for sampling and detecting an intensity signal; and an amplifying means for extracting and amplifying a frequency component determined by the chopping frequency of the chopping means from the sampling and detected output signal. .
リング型高速光検出器であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項に記載の電圧検出装置。2. The voltage detecting apparatus according to claim 1, wherein said sampling type light detecting means is a sampling type high speed light detector.
プリング型光オッシロスコープまたはシンクロスキャン
フォトメータであることを特徴とする特許請求の範囲第
2項に記載の電圧検出装置。3. The voltage detecting device according to claim 2, wherein said sampling type high-speed photodetector is a sampling type optical oscilloscope or a synchro scan photometer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280762A JP2577582B2 (en) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | Voltage detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280762A JP2577582B2 (en) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | Voltage detector |
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|---|---|
| JPH01123162A JPH01123162A (en) | 1989-05-16 |
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Family
ID=17629600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP62280762A Expired - Fee Related JP2577582B2 (en) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | Voltage detector |
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2986503B2 (en) * | 1990-03-09 | 1999-12-06 | 株式会社日立製作所 | Optical DC voltage transformer |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| EP0197196A1 (en) * | 1985-03-08 | 1986-10-15 | The University Of Rochester | Electro-electron optical oscilloscope system for time-resolving picosecond electrical waveforms |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62280762A patent/JP2577582B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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