JP3131011B2 - Photocurrent transformer for DC - Google Patents
Photocurrent transformer for DCInfo
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Description
【産業上の利用分野】この発明は、直流電流の測定に用
いられる光電流変成器に関し、特に、電力機器に好適な
直流用光電流変成器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photocurrent transformer used for measuring DC current, and more particularly to a DC photocurrent transformer suitable for power equipment.
【従来の技術】直流電流の測定装置としては、可動コイ
ル方式などの低電圧用の電流計が良く知られている。と
ころで、近時の電力需要の急増に対して、例えば、関東
以西で発電された余剰電力を関東圏に供給することが行
われており、この際に、発電された電力の周波数が異な
っているので、交流を一旦直流に変換したのち、インバ
ーターなどで周波数変換して変電所などに送り込んでい
る。このような場合に、直流電流を測定する必要があ
る。しかしながら、このような電力系における直流電流
の測定では、例えば、前述した如きの電流計を高圧用に
改造して用いたとしても、電流計を電力系に直列に設置
する方式では、電流計に何らかの障害が発生すると、電
力系が断線状態になる可能性があるなどの理由から、到
底採用できるものではない。つまり、電力系の直流電流
の測定においては、電力系と切り離した状態で電流の測
定ができなければならないという特別な事情がある。こ
のため、電力系における電流測定装置としては、従来で
は、過飽和リアクトルを用いたクレーマ形の電流変成器
が採用されていたが、このような形式の電流変成器に
は、電動発電機などの励磁用の交流無停電電源が必要に
なるので、装置が大型化し、かつ、操作も複雑になる。
また、小さい測定量に対する精度や応答速度に問題があ
るとともに、保守の負担も大きいという問題があった。
そこで、本発明者らは、このような問題が解消される電
流変成器を特願平3−335284号で提案している。
この出願にかかる電流変成器は、光源から発射された光
を所定の偏波面に揃えて透過させる偏光子と、この偏光
子と同じ光軸上に対向して配置され、前記偏光子の偏波
面と異なった偏波面の光を透過させる検光子と、この検
光子の透過光を受光して電気信号に変換する受光素子
と、前記偏光子と前記検光子との間の前記光軸上に設け
られた一対のファラデー回転子と、これらのファラデー
回転子の一方の外周に捲回され、交流電流が供給される
変調コイルと、前記ファラデー回転子の他方の外周に捲
回され、被測定電流が供給される電力線と、前記受光素
子で変換された電気信号から前記被測定電流による前記
一方のファラデー回転子のファラデー回転角対応値を求
める信号処理部とから構成されている。しかしながら、
このような構成の電流変成器では、クレーマ形の電流変
成器の問題点は解決されるものの、以下に説明する技術
的課題もあった。2. Description of the Related Art As a direct current measuring device, a low voltage ammeter such as a moving coil type is well known. By the way, in response to the recent rapid increase in power demand, for example, surplus power generated in the west of Kanto is supplied to the Kanto area, and at this time, the frequency of the generated power is different. Therefore, AC is converted to DC once, and then frequency-converted by inverters and sent to substations. In such a case, it is necessary to measure the direct current. However, in the measurement of DC current in such a power system, for example, even if the above-described ammeter is modified for high voltage and used, even if the ammeter is installed in series with the power system, the If any trouble occurs, it cannot be adopted because the power system may be disconnected. That is, in the measurement of the DC current of the power system, there is a special circumstance that the current must be able to be measured while being separated from the power system. For this reason, in the past, as a current measuring device in a power system, a Kramer type current transformer using a saturable reactor was employed, but such a type of current transformer includes an excitation such as a motor generator. Since an AC uninterruptible power supply is required, the device becomes large and the operation becomes complicated.
In addition, there is a problem in accuracy and response speed with respect to a small measurement amount, and there is also a problem that a maintenance burden is large.
Therefore, the present inventors have proposed a current transformer in which such a problem is solved in Japanese Patent Application No. 3-335284.
The current transformer according to this application is a polarizer that transmits light emitted from a light source while aligning the light with a predetermined polarization plane, and is disposed facing the same optical axis as the polarizer, and the polarization plane of the polarizer. An analyzer that transmits light having a different polarization plane, a light receiving element that receives the transmitted light of the analyzer and converts the light into an electric signal, and provided on the optical axis between the polarizer and the analyzer. A pair of Faraday rotators, a modulation coil wound around one of the outer circumferences of these Faraday rotators and supplied with an alternating current, and a modulation coil wound around the other outer circumference of the Faraday rotator. The power line is supplied, and a signal processing unit for obtaining a value corresponding to the Faraday rotation angle of the one Faraday rotator based on the measured current from the electric signal converted by the light receiving element. However,
In the current transformer having such a configuration, although the problem of the Kramer-type current transformer is solved, there are also technical problems described below.
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記出願に
かかる電流変成器では、被測定電流による磁界が加えら
れるファラデー回転子と変調用交流電流による磁界が加
えられるファラデー回転子とを近接して配置する必要が
ある。ところが、このような配置関係を実際の電力設備
で確保しようとすると、変調電流を加える電気回路が高
圧充電部に近接することになり、例えば、GIS設備で
は電気的な絶縁性を確保することが困難であった。この
発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、実際の電力設備において
電気的な絶縁性が容易に確保される直流用光電流変成器
を提供することにある。That is, in the current transformer according to the above-mentioned application, a Faraday rotator to which a magnetic field is applied by a current to be measured and a Faraday rotator to which a magnetic field is applied by an alternating current for modulation are arranged close to each other. There is a need to. However, when such an arrangement is to be ensured in an actual power facility, an electric circuit for applying a modulation current comes close to a high-voltage charging unit. For example, in a GIS facility, electrical insulation may be secured. It was difficult. The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a DC photocurrent transformer in which electrical insulation is easily ensured in actual power equipment. Is to do.
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、波長の異なった2つの光の合成波が入射
する偏光子と、この偏光子の後方に設けられ、被測定電
流による磁界が加えられるファラデー素子と、このファ
ラデー素子の後方に設けられ、前記ファラデー素子を通
過した光を2つの偏光成分に分離する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子で分離された2つの光を電気信号に変
換する一対の光電変換素子と、この光電変換素子で変換
された電気信号から前記合成波の波長毎の光量を抽出
し、抽出された光量から前記磁界の印加によるファラデ
ー回転角を演算する演算器とを有し、前記合成波は、異
なった波長の蛍光成分を有する一対の蛍光光ファイバに
少なくとも1つの光源から発射された光を投射すること
により生成され、前記偏光分離素子は、両面が平行にな
っている薄い平板状のガラス板と、一対の偏光子とを有
することを特徴とする。前記蛍光光ファイバは、光の透
過方向の前段側に赤色蛍光体を有する第1の蛍光光ファ
イバが配置され、この第1の蛍光ファイバの後端に緑色
蛍光体を有する第2の蛍光光ファイバを連結することが
できる。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a polarizer on which a composite wave of two lights having different wavelengths is incident, and a polarizer provided behind the polarizer and having a current to be measured. A Faraday element to which a magnetic field is applied, and a polarization separation element that is provided behind the Faraday element and separates light that has passed through the Faraday element into two polarization components;
A pair of photoelectric conversion elements for converting two lights separated by the polarization separation element into an electric signal, and extracting the light amount of each wavelength of the composite wave from the electric signal converted by the photoelectric conversion element, is extracted. A calculator for calculating a Faraday rotation angle by applying the magnetic field from the amount of light , wherein the combined wave is
Into a pair of fluorescent optical fibers with fluorescent components of different wavelengths
Projecting light emitted from at least one light source
And the polarization splitting element has two surfaces parallel to each other.
And a pair of polarizers.
It is characterized by doing. The fluorescent optical fiber transmits light.
A first fluorescent light filter having a red phosphor on the front side in the excessive direction;
The first fluorescent fiber has a green
Connecting a second fluorescent optical fiber having a phosphor
it can.
【作用】上記構成の直流用光電流変成器によれば、被測
定電流による磁界が加えられるファラデー素子を、例え
ば、GIS設備内に設置すれば、これに波長の異なった
合成波を偏光子を介して入射し、ファラデー素子を通過
した光を偏光分離素子で受けることになるので、これら
の部分は、完全な光学系だけで構成され、電気的な絶縁
性が容易に確保される。また、本発明では、波長の異な
る2つの光源のビーム幅の中心がほぼ一致するので、測
定精度が向上する。 According to the DC photocurrent transformer having the above-described configuration, if a Faraday element to which a magnetic field is applied by a current to be measured is installed in, for example, GIS equipment, a composite wave having a different wavelength is used as a polarizer. Since the light enters through the Faraday element and passes through the Faraday element, the light is received by the polarization splitting element. Therefore, these parts are constituted only by a complete optical system, and electrical insulation is easily secured. Also, in the present invention, different wavelengths
Since the centers of the beam widths of the two light sources almost coincide,
Constant accuracy is improved.
【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照にして詳細に説明する。図1は、本発明と同様に
2つの波長の異なる光を用いて電流の大きさを測定する
直流用光電流変成器の測定原理説明図である。同図に示
す直流用光電流変成器は、同じ光軸上に設置された偏光
子1と、ファラデー素子2と、偏光分離素子3と、一対
の光電変換素子4,5と、演算器6とを有している。偏
光子1は、波長の異なった2つの光の合成波を入射し
て、直線偏光して送出する。この実施例では、合成波
は、光源7から発射された波長λ1の光と、光源8から
発射された波長λ2の光とを光ファイバで合波器9に導
入し、合波器9内で合流することにより生成されてい
る。ファラデー素子2は、その内部を通過する光に対し
て、波長の2乗に反比例するファラデー回転を与え、外
周に被測定電流が流れるコイルが捲回されていて、被測
定電流による磁界Hが加えられる。偏光分離素子3は、
例えば、ローションプリズムやビームスプリッターなど
から構成され、前記ファラデー素子2を通過した光を直
交する2つの偏光成分に分離する。一対の光電変換素子
4,5は、前記偏光分離素子3で分離された2つの光が
それぞれ光ファイバ10で導入され、導入された光を電
気信号に変換する。演算器6は、前記光電変換素子4,
5で変換された電気信号から前記合成波の波長λ1,λ2
毎の光量を抽出し、抽出された光量から前記磁界Hの印
加によるファラデー回転角を演算する。いま、光源7,
8から発射され、偏光子1を通過した波長λ1の光の光
量がP01で、同波長λ2の光の光量がP02であり、光電
変換素子4,5の出力において、波長λ1の波長成分の
光量がP1X,P1Yであり、同λ2の波長成分の光量がP
2X,P2Y、波長λ1のファラデー回転角がθ1、波長λ2
のファラデー回転角がθ2であり、θ1,θ2≪π/4で
あると仮定すると、図1の変成器においては、以下に示
す関係式が成立する。 P1X=αP01αx (1+2θ1) (1−a) P2X=αP02αx (1+2θ2) (1−b) P1y=αP01αy (1−2θ1) (1−c) P2y=αP02αy (1−2θ2) (1−d) θ2 =rθ1 ここで、rは2つの光のファラデー回転角の比であり、
αは偏光子1から偏光分離素子3までの損失を表す係数
であり、αX,αYは偏光分離素子3から光電変換器4,
5までの損失を表す係数である。式(1)を変形する
と、測定できる値P1X,P1Y,P2X,P2Yを用い、以下
に示すようなθ1 とr(θ1とθ2の比)のみの函数で
ある出力Sが得られる。 S={(P2Y/P1Y)/(P2X/P1X)}−1 (2−a) S={4(1−r)θ1}/{1−2(1−r)θ1−4rθ1 2 (2−b) 従って、P1X,P1Y,P2X,P2Yを測定して(2−a)
式に基づきSを演算し、この値から(2−b)式に基づ
いてθ1を求めれば、このθ1が被測定電流による磁界H
と波長λ1と一定の関係にあり、波長λ1が既知なので被
測定電流の大きさが分かり、これらの演算を演算器6で
行う。図2は、この発明にかかる直流用光電流変成器の
第1実施例を示している。同図に示す実施例は、図1に
示した測定原理図に対して、合成波を生成する部分と偏
光分離素子11とが異なっている。合成波を生成する部
分は、一対の第1および第2蛍光光ファイバ12、13
が用いられている。第1蛍光光ファイバ12は、赤色の
蛍光体が含まれているものであって、光の透過方向の前
段側に配置されている。第2蛍光光ファイバ13は、緑
色の蛍光体が含まれているものであって、光コネクタ1
4を介して第1蛍光光ファイバ12の後端に接続されて
いる。また、第2蛍光光ファイバ13の後端には、光コ
ネクタ14を介して通常のプラスチックファイバ15が
連結され、このファイバ15の後端には、集光レンズ1
6が配置されている。蛍光光ファイバ12,13の光源
は、この実施例では、一対の蛍光灯17が用いられてい
るが、この蛍光灯光源は1つであってもよく、1つの光
源を用いる場合には、第1蛍光光ファイバ12の開口端
から光が入射するようにしてもよい。一方、偏光分離素
子11は、ファラデー素子2の後方に傾斜して設置され
る薄い平板状のガラス板11aと、このガラス板11a
の透過光と反射光とを受ける一対の偏光子11b,11
cとから構成されている。以上のように構成された直流
用光電流変成器では、被測定電流による磁界Hが 加えら
れるファラデー素子2を、例えば、GIS設備内に設置
すれば、これに波長の異なった合成波を偏光子1を介し
て入射し、ファラデー素子2を通過した光を偏光分離素
子3で受けることになり、これらの部分は、完全な光学
系だけで構成され、電気的な絶縁性が容易に確保される
とともに、被測定電流の大きさを高精度に測定すること
ができる。この作用効果は、以下の実験に基づいて知見
された。この実験では、まず、図1の変成器において、
ファラデー素子2に入射する合成波の状態を測定してみ
た。実験条件は、光源7,8として波長880nmのL
EDと、波長660nmのLEDを使用し、送光側光フ
ァイバ(コア径200μmのプラスチックファイバ)の
出射ビームの断面強度を端面から2.5cmの場所で測
定してみた。図3は、その測定結果を示している。この
図に示す測定結果から明らかなように、2つの波長に対
する強度分布が異なっていることが判明した。このよう
に強度分布が異なると、2つの光の結合が一般に等しく
ならないので、測定精度を低下させる。ここで、強度分
布が異なる原因を検討したところ、ファイバへの光の入
射条件が異なることによるものと推測される。このこと
は、同じLEDでも光ファイバの入射端面の角度や位置
を変えることにより、ビームの強度が変化し、また、光
ファイバの側面に力を加えることにより、分布が変化し
たことからも推測された。そこで、この問題の対策とし
て、コア内部に蛍光体を含み、側面から入射する光を伝
搬可能な蛍光に変換する機能を持つ蛍光光ファイバを用
いることを考案した。図4は、直径1mmの蛍光光ファ
イバを直径1mmのプラスチックファイバに接続し、出
射ビームの強度分布を端面から1cmの場所で測定した
結果を示す。この場合、接続する蛍光光ファイバの種類
を変えても強度分布の変化は少なかった。このような結
果が得られた理由としては、蛍光光ファイバ内で発生す
る蛍光が指向性を持たないことによるものと考えられ。
次に、偏光分離素子3としてローションプリズムの機能
を確認する実験を行った。図5は、その実験の要部を示
しており、共通のファイバを出射した2つのLED光
(880nm,660nm)をローションプリズム(方
解石,分離角15度)に入射し、異常光線のビーム断面
の強度分布を、プリズムから16cm離れた場所で測定
した。図6は、その測定結果であり、この結果を見る
と、プリズム内の接合面での屈折角が異なるため、2つ
のビーム幅の中心がズレている。常光線ビームについて
はこのような現象は生じなかった。この問題は、屈折に
伴うものであり、屈折を伴う他の偏光分離素子を用いて
も解決できなかった。そこで、図7に示すような偏光分
離素子11を案出した。この偏光分離素子11は、1枚
の薄いガラス板11aと、一対の偏光子11b,11c
との組み合わせであり、この構成によれば、ガラス板1
1aが薄く、両面が平行になっているので、板11aを
通過するビームは平行になり、ズレは僅かしか発生しな
い。また、反射光ビームの強度分布の測定結果を図8に
示している。この測定では、厚さ1mmのガラス板11
aに入射角67度で光線を入射し、ガラス板11aから
12cm離れた場所で断面強度を測定した。この図に示
す結果から明らかなように、2つのビーム幅の中心にズ
レは認められなかった。すなわち、図6に示した測定結
果では、波長が660nmの光のビームの幅は、測定位
置で約0mm〜約19mmとなっているが、波長が88
0nmの光のビームの幅は、測定位置で約1mm〜約2
0mmとなっていて、波長が880nmの光のビーム幅
の中心が、波長が660nmの光のビームの幅の中心に
対して、約1mm程度ズレている。ところが、図8に示
した測定結果では、両者間にこのような顕著なズレがな
く、波長の異なる2つの光のビーム幅の中心がほぼ一致
している。ここで、ガラス板11aを用いる構成では、
p偏光とs偏光とに対する光の損失が異なるが、これは
上記式1に示した損失αX,αYに含めて考えることがで
き、式2ではこれらの損失が消去されるので、直流電流
の測定には影響しない。以上の実験結果に基づき図2に
示した構成の直流用光電流変成器で、実際にファラデー
素子2に捲回されたコイルに直流電流を流し、電流検出
実験を行った。実験条件は、上記各実験と同じにし、ビ
ーム断面の強度分布の問題の影響を極力少なくするた
め、受光側のファイバに入射する光の光軸と焦点の調節
を十分に行った後、θ1(波長880nm)=−4.2
°〜+4.2°の範囲とした。図9は、受光ファイバの
出射光量P1X,P1Y,P2X,P2Yの測定値を式(2−
a)に代入して求めたSの値と、θ1の関係を式(2−
b)から求めた理論曲線とともに示している。同図に示
す結果から明らかなように、図2に示した光変成器で
は、理論値に近い測定ができることがわかる。なお、上
記実施例では、合成波を生成する部分に一対の蛍光光フ
ァイバ12,13を用い、偏光分離素子11に薄い平板
状のガラス板11aを用いた場合を例示したが、本発明
では、必ずしも両者を同時に使用する必要はなく、これ
らを個別に使用しても、それぞれに対応した作用効果が
得られる。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is similar to the present invention .
Measuring the magnitude of the current using two different wavelengths of light
FIG. 4 is an explanatory diagram of a measurement principle of a DC photocurrent transformer. The DC photocurrent transformer shown in FIG. 1 includes a polarizer 1, a Faraday element 2, a polarization separation element 3, a pair of photoelectric conversion elements 4 and 5, an arithmetic unit 6, which are installed on the same optical axis. have. The polarizer 1 receives a combined wave of two lights having different wavelengths, and transmits the combined wave as linearly polarized light. In this embodiment, as for the composite wave, the light of wavelength λ 1 emitted from the light source 7 and the light of wavelength λ 2 emitted from the light source 8 are introduced into the multiplexer 9 by an optical fiber, and It is generated by merging inside. The Faraday element 2 applies a Faraday rotation that is inversely proportional to the square of the wavelength to light passing through the inside thereof, and a coil through which a current to be measured flows is wound around the outer periphery. Can be The polarization separation element 3
For example, it is composed of a lotion prism, a beam splitter, and the like, and separates the light passing through the Faraday element 2 into two orthogonal polarization components. The pair of photoelectric conversion elements 4 and 5 receive the two lights separated by the polarization splitting element 3 through the optical fiber 10, respectively, and convert the introduced lights into electric signals. The arithmetic unit 6 includes the photoelectric conversion elements 4 and
5, the wavelengths λ 1 and λ 2 of the composite wave
The Faraday rotation angle due to the application of the magnetic field H is calculated from the extracted light quantity. Now, light source 7,
8, the light amount of the light of wavelength λ 1 that has passed through the polarizer 1 is P 01 , the light amount of the light of the same wavelength λ 2 is P 02 , and the output of the photoelectric conversion elements 4 and 5 has the wavelength λ 1 light amount P 1X of wavelength components, a P 1Y, amount of wavelength components of the lambda 2 is P
2X , P 2Y , Faraday rotation angle of wavelength λ 1 is θ 1 , wavelength λ 2
Assuming that the Faraday rotation angle is θ 2 and θ 1 , θ 2 ≪π / 4, the following relational expression is established in the transformer of FIG. P 1X = αP 01 α x (1 + 2θ 1 ) (1-a) P 2X = αP 02 α x (1 + 2θ 2 ) (1-b) P 1y = αP 01 α y (1-2θ 1 ) (1-c) P 2y = αP 02 α y (1-2θ 2 ) (1-d) θ 2 = rθ 1 where r is the ratio of the Faraday rotation angle of the two lights,
α is a coefficient representing the loss from the polarizer 1 to the polarization splitter 3, and α X and α Y are the polarization splitter 3 to the photoelectric converter 4,
Coefficients representing losses up to 5. By transforming equation (1), the output S is a function of only θ 1 and r (ratio of θ 1 and θ 2 ) as shown below, using measurable values P 1X , P 1Y , P 2X , and P 2Y. Is obtained. S = {(P 2Y / P 1Y) / (P 2X / P 1X)} - 1 (2-a) S = {4 (1-r) θ 1} / {1-2 (1-r) θ 1 -4rθ 1 2 (2-b) Accordingly, P 1X, P 1Y, P 2X, by measuring the P 2Y (2-a)
Calculates the S based on the equation, by obtaining a theta 1 based from this value (2-b) wherein the magnetic field H the theta 1 is due to the measured current
And the wavelength λ 1 , and the wavelength λ 1 is known, so that the magnitude of the current to be measured is known. FIG. 2 shows a first embodiment of a DC photocurrent transformer according to the present invention. The embodiment shown in the figure differs from the measurement principle diagram shown in FIG. 1 in a portion for generating a synthetic wave and a polarization splitting element 11. The part that generates the composite wave is a pair of first and second fluorescent optical fibers 12 and 13.
Is used. The first fluorescent optical fiber 12 contains a red phosphor and is disposed on the front side in the light transmission direction. The second fluorescent optical fiber 13 contains a green phosphor, and
4 is connected to the rear end of the first fluorescent optical fiber 12. A normal plastic fiber 15 is connected to the rear end of the second fluorescent optical fiber 13 via an optical connector 14.
6 are arranged. In this embodiment, a pair of fluorescent lamps 17 are used as the light sources for the fluorescent optical fibers 12 and 13. However, the number of the fluorescent lamp light sources may be one. Light may enter from the opening end of one fluorescent optical fiber 12. On the other hand, the polarization splitting element 11 is composed of a thin flat glass plate 11a that is installed to be inclined behind the Faraday element 2, and this glass plate 11a.
Pair of polarizers 11b and 11 that receive transmitted light and reflected light
c. In the DC photocurrent transformer configured as described above, the magnetic field H due to the measured current is applied.
The Faraday element 2 to be installed, for example, in a GIS facility
Then, the combined waves having different wavelengths are added to the light via the polarizer 1.
Incident on the Faraday element 2 and the polarization separation element
Child 3 and these parts are completely optical
It is composed of only the system, and electrical insulation is easily secured.
To measure the magnitude of the measured current with high accuracy
Can be. This effect was found based on the following experiment. In this experiment, first, in the transformer of FIG.
The state of the composite wave incident on the Faraday element 2 was measured. The experimental conditions were as follows.
Using an ED and an LED having a wavelength of 660 nm, the cross-sectional intensity of the outgoing beam of the light transmitting side optical fiber (plastic fiber having a core diameter of 200 μm) was measured at a position 2.5 cm from the end face. FIG. 3 shows the measurement results. As is clear from the measurement results shown in this figure, it was found that the intensity distributions for the two wavelengths were different. If the intensity distributions are different as described above, the coupling between the two lights is generally not equal, and the measurement accuracy is reduced. Here, when the cause of the difference in the intensity distribution was examined, it is supposed that the difference was due to the different light incident conditions on the fiber. This is inferred from the fact that the same LED changes the beam intensity by changing the angle and position of the incident end face of the optical fiber, and also changes the distribution by applying force to the side of the optical fiber. Was. Therefore, as a countermeasure against this problem, a fluorescent optical fiber that contains a phosphor inside the core and has a function of converting light incident from the side surface into a transmissible fluorescent light has been devised. FIG. 4 shows a result of connecting a fluorescent optical fiber having a diameter of 1 mm to a plastic fiber having a diameter of 1 mm and measuring the intensity distribution of the output beam at a position 1 cm from the end face. In this case, the change in the intensity distribution was small even when the type of the fluorescent optical fiber to be connected was changed. It is considered that such a result is obtained because the fluorescence generated in the fluorescent optical fiber has no directivity.
Next, an experiment for confirming the function of the lotion prism as the polarization separation element 3 was performed. FIG. 5 shows a main part of the experiment, in which two LED lights (880 nm and 660 nm) emitted from a common fiber are incident on a lotion prism (calcite, a separation angle of 15 degrees), and the beam cross section of the extraordinary ray is shown. The intensity distribution was measured 16 cm away from the prism. FIG. 6 shows the measurement results. The results show that the centers of the two beam widths are shifted because the refraction angles at the joining surfaces in the prisms are different. Such a phenomenon did not occur for the ordinary beam. This problem is caused by refraction, and could not be solved by using another polarization splitting element with refraction. Then, the polarization separation element 11 as shown in FIG. 7 was devised. The polarized light separating element 11 includes one thin glass plate 11a and a pair of polarizers 11b and 11c.
According to this configuration , the glass plate 1
Since 1a is thin and both sides are parallel, the beam passing through the plate 11a is parallel, and a slight displacement occurs. FIG. 8 shows the measurement result of the intensity distribution of the reflected light beam. In this measurement, a 1 mm thick glass plate 11 was used.
A light beam was incident on a at an incident angle of 67 degrees, and the cross-sectional strength was measured at a position 12 cm away from the glass plate 11a. As is clear from the results shown in this figure, no deviation was recognized at the center of the two beam widths . That is, the measurement results shown in FIG.
As a result, the width of the beam of light having a wavelength of 660 nm is
Is about 0 mm to about 19 mm, but the wavelength is 88 mm.
The width of the 0 nm light beam is about 1 mm to about 2 mm at the measurement position.
0mm, the beam width of light with a wavelength of 880nm
Is at the center of the width of the beam of light having a wavelength of 660 nm.
On the other hand, it is shifted by about 1 mm. However, FIG.
In the measurement results obtained, there was no such a significant deviation between the two.
The centers of the beam widths of two lights with different wavelengths are almost the same
are doing. Here, in the configuration using the glass plate 11a,
Although the loss of light for p-polarized light and that for s-polarized light are different, this can be considered to be included in the losses α X and α Y shown in the above equation 1, and in equation 2, these losses are eliminated. It does not affect the measurement of. Based on the above experimental results, a DC current was actually passed through a coil wound around the Faraday element 2 with the DC photocurrent transformer having the configuration shown in FIG. The experiment conditions were the same as those in the above experiments, and in order to minimize the influence of the problem of the intensity distribution of the beam cross section, after sufficiently adjusting the optical axis and the focus of the light incident on the fiber on the light receiving side, θ 1 (Wavelength 880 nm) =-4.2
° to + 4.2 °. FIG. 9 shows the measured values of the amounts of emitted light P 1X , P 1Y , P 2X , and P 2Y of the light receiving fiber according to the formula (2-
The relationship between the value of S obtained by substituting into (a) and θ 1 is expressed by equation (2).
This is shown together with the theoretical curve obtained from b). As is clear from the results shown in the figure, it is understood that the optical transformer shown in FIG. 2 can perform a measurement close to the theoretical value. In addition, above
In the above embodiment, a pair of fluorescent light
A thin flat plate is used for the polarization separation element 11 using fibers 12 and 13.
Although the case where the glass plate 11a in a shape of is used is illustrated, the present invention
Then, it is not necessary to use both at the same time.
Even if they are used individually, the corresponding effects
can get.
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
この発明にかかる直流用光電流変成器によれば、実際の
電力設備に直接設置する部分が光学系だけになるので、
電気的な絶縁が容易に行える。As described above in detail in the embodiments,
According to the photocurrent transformer for direct current according to the present invention, only the optical system is directly installed in the actual power equipment,
Electrical insulation can be easily performed.
【図1】本発明にかかる光変成器の測定原理説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory diagram of a measurement principle of an optical transformer according to the present invention.
【図2】本発明にかかる光変成器の第1実施例を示す全
体構成図である。 FIG. 2 shows a first embodiment of the optical transformer according to the present invention .
FIG.
【図3】光ファイバの強度分布特性図である。FIG. 3 is an intensity distribution characteristic diagram of an optical fiber.
【図4】蛍光光ファイバの強度分布特性図である。FIG. 4 is an intensity distribution characteristic diagram of a fluorescent optical fiber.
【図5】従来の光変成器に用いられる偏光分離素子の説
明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a polarization splitting element used in a conventional optical transformer.
【図6】図5に示した偏光分離素子の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of the polarization separation element shown in FIG.
【図7】本発明の光変成器に用いられる偏光分離素子の
説明図である。[7] of the polarization separating element used in an optical transformer of the present invention
It is a description view.
【図8】図7に示した偏光分離素子の特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram of the polarization separation element shown in FIG.
【図9】図2に示した光変成器の電流測定結果を示すグ
ラフである。9 is a graph showing a current measurement result of the optical transformer shown in FIG.
1 偏光子 2 ファラデー素子 3,11 偏光分離素子 4,5 光電変換素子 6 演算器 7,8 光源 9 合流器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarizer 2 Faraday element 3,11 Polarization separation element 4,5 Photoelectric conversion element 6 Operation unit 7,8 Light source 9 Combiner
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 哲夫 東京都日野市百草460 東京電力株式会 社東電学園内 (56)参考文献 特開 昭63−118677(JP,A) 特開 昭61−26875(JP,A) 特開 昭56−29174(JP,A) 特開 平1−302330(JP,A) 特開 昭61−182553(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 15/24 G01R 33/032 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuo Hirano 460 Momokasa, Hino-shi, Tokyo Tokyo Electric Power Company, Toden Gakuen (56) References JP-A-63-118677 (JP, A) JP-A-61-26875 (JP, A) JP-A-56-29174 (JP, A) JP-A-1-302330 (JP, A) JP-A-61-182553 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) G01R 19/00-19/32 G01R 15/24 G01R 33/032
Claims (2)
する偏光子と、この偏光子の後方に設けられ、被測定電
流による磁界が加えられるファラデー素子と、このファ
ラデー素子の後方に設けられ、前記ファラデー素子を通
過した光を2つの偏光成分に分離する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子で分離された2つの光を電気信号に変
換する一対の光電変換素子と、この光電変換素子で変換
された電気信号から前記合成波の波長毎の光量を抽出
し、抽出された光量から前記磁界の印加によるファラデ
ー回転角を演算する演算器とを有し、 前記合成波は、異なった波長の蛍光成分を有する一対の
蛍光光ファイバに少なくとも1つの光源から発射された
光を投射することにより生成され、 前記偏光分離素子は、両面が平行になっている薄い平板
状のガラス板と、一対の偏光子とを有することを 特徴と
する直流用光電流変成器。1. A polarizer on which a synthetic wave of two lights having different wavelengths is incident, a Faraday element provided behind the polarizer and to which a magnetic field by a current to be measured is applied, and a Faraday element provided behind the Faraday element A polarization separation element that separates the light that has passed through the Faraday element into two polarization components;
A pair of photoelectric conversion elements for converting two lights separated by the polarization separation element into an electric signal, and extracting the light amount of each wavelength of the composite wave from the electric signal converted by the photoelectric conversion element, is extracted. A calculator for calculating a Faraday rotation angle by applying the magnetic field from the amount of light , wherein the composite wave has a pair of fluorescent components having different wavelengths.
Fluorescent optical fiber fired from at least one light source
The polarized light separating element is formed by projecting light, and the polarized light separating element is a thin flat plate having two parallel surfaces.
A photocurrent transformer for direct current , comprising a glass plate having a shape of a circle and a pair of polarizers .
の前段側に赤色蛍光体を有する第1の蛍光光ファイバが
配置され、この第1の蛍光ファイバの後端に緑色蛍光体
を有する第2の蛍光光ファイバが連結されていることを
特徴とする請求項1記載の直流用光電流変成器。 2. The optical fiber according to claim 1, wherein the fluorescent optical fiber has a light transmitting direction.
A first fluorescent optical fiber having a red phosphor on the front side of
A green phosphor is disposed at the rear end of the first fluorescent fiber.
That the second fluorescent optical fiber having
The DC photocurrent transformer according to claim 1, wherein
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| JP04065119A JP3131011B2 (en) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | Photocurrent transformer for DC |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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