JPS6350671B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高圧電圧に置かれ光案内コイルとし
て形成された測定端を備え、この測定端により直
線偏光がその偏光面を、測定すべき電流によつて
生ぜしめられた磁界の強さに依存して回転させら
れ、この回転が測定すべき高圧電流の尺度となつ
ているような高圧電流測定用磁気光学式計器用変
成器に関する。

磁気光学式計器用変成器は公知である、例えば
ドイツ連邦共和国特許出願公告第1283363号公報
には、この種の計器用変成器が記載されている。
この公知の変成器では直線偏光された光が、測定
端として測定すべき高圧電流に依存した磁界内に
配置された第１のフアラデー回転体を通過する。
このフアラデー回転体を通過する際に直線偏光の
偏光方向がその磁界に依存して回転させられる。
このフアラデー回転体から出てくる偏光方向の変
化した直線偏光は、今度は大地電位に置かれてい
る第２のフアラデー回転体、即ちいわゆる補償器
を通過する。補償器には、偏光方向の変化した直
線偏光が元の偏光方向に戻されるように調節可能
な磁界がかけられる。従つて、この場合にその調
節可能な磁界の強さは、測定すべき電流の強さの
尺度となる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第2130047号公
報からフアラデー回転体を光導体コイルとして形
成することは既に公知である。その光導体コイル
は偏光された光線を導くガラスフアイバからな
り、その場合にその光線はガラスフアイバを通過
する通路上で作用磁界に応じて偏光方向を回転さ
せられる。

しかしながら光導体コイルとして形成されたこ
の種のフアラデー回転体は精度に限界がある。製
造時に生じる機械的な応力や光導体フアイバの湾
曲に起因して複屈折誤差が生じるからである。

本発明の目的は、複屈折誤差を避けることにあ
る。

この目的は本発明によれば、冒頭に述べた如き
高圧電流測定用計器用変成器において、計器用変
成器は互に垂直な湾曲面を有する光導体要素を持
ち、しかもこれらの要素は直線偏光の伝播方向に
関して相前後しているようにすることによつて達
成される。

本発明は、次のような新しい認識、即ち光導体
フアイバトからなるコイルは直線偏光へのその作
用において複屈折結晶としてモデル化して述べる
ことができるという認識に基いている。その場合
対称性の理由から主軸方向はコイル軸と一致す
る。主軸方向とは、複屈折結晶において、直線偏
光された光線がその偏光を変化させられることな
しにその結晶を通過できる偏光方向のことを意味
する。

各複屈折結晶は２つの互いに垂直な主軸方向を
有する。結晶の主軸方向とは異なる偏光方向を有
する直線偏光が結晶を通過すると、楕円状に偏光
された光が生じる。２つの同じ結晶が光学的に、
一方の結晶における光伝播の速いほうの主軸の方
向が他方の結晶における光伝播の遅いほうの主軸
の方向と一致するように相前後して接続されるな
らば、即ち各結晶の同じ主軸の方向が互いに交差
しているならば、種々の偏光方向についての走行
時間の差異が補償されるので、これらの結晶を組
み合せたものに入射する直線偏光された光線はそ
の偏光方向とは無関係に再び直線偏向されて出て
くる。即ち、光の伝播方向に対し第１の光導体コ
イルエレメントにおいてそれに垂直に偏向された
光の成分より強度に遅延されるような光の成分
は、光の伝播方向において第１の光導体コイルエ
レメントに続く第２の光導体コイルエレメントに
おいては少なく遅延され、光の伝播方向に対し第
１の光導体コイルエレメントにおいて弱く遅延さ
れる光の成分は、光の伝播方向において第１の光
導体コイルエレメントに続く第２の光導体コイル
エレメントにおいては多く遅延され、その結果測
定端のこれら相続く光導体コイルエレメントにお
ける全遅延はすべての偏光方向において等しくな
るのである。これは、相続く２つの光導体コイル
エレメントの互に垂直な湾曲面によつて、巻かれ
た両光導体コイルエレメントの形態複屈折に基づ
いてのみ生じる各偏向方向の遅延が補償されるか
らである。

この認識に従つて、コイル軸を互いに垂直にさ
せた２つの同じ光導体コイルを光学的に直列接続
することができる。一方の光導体コイルは測定端
として用いて高圧電位に置けばよく、他方の光導
体コイルは補償器として用いて大地電位に置けば
よい。このような配置によりフアイバが湾曲して
いることに基づく複屈折を避けることができる。

複屈折の更に進んだ補償は、製造時に生じる機
械的な応力を殆んど持たない光導体フアイバから
光導体コイルを形成することによつて達成され
る。これにより、応力複屈折として知られている
作用が大幅に除去される。

それ故、本発明による計器用変成器の有利な実
施形態では液体のコアを持つた光導体フアイバが
使用される。

液状のコアを持つた光導体フアイバは、ガラス
フアイバに対して、製造時に生じる残留機械的応
力が現われないという利点を有する。つまり、従
来ガラスフアイバを製造する場合に、ガラスフア
イバ内部に不規則な機械的応力が生じ、この応力
の強さは予め規定することができないのである。
従つてこの種のガラスフアイバは製造時に生じる
複屈折を有し、しかもこの複屈折は温度に依存す
る。

これに対して液状のコアを有する光導体フアイ
バは、クラツドに対する機械的な応力および光導
体クラツドの非対称性の無視できる影響を除けば
光導体フアイバの湾曲と一義的に結びついている
複屈折を有する。

従来は液状のコアを有する光導体フアイバのみ
が機械的な応力を殆んど示さずに製造されること
ができた。しかしながらガラスフアイバがもし応
力なしに製造できるならば同様に適用可能であ
る。

本発明においては、光導体コイルの巻分が同じ
ようなセグメントに分けられ、しかも相前後する
セグメントの湾曲面が互いに垂直にされる。

この配置は次のような考察からきている。即ち
同種の主軸が互いに垂直になつている直列接続さ
れた複屈折要素による結合屈折の完全な補償は、
同時でないフアラデー回転体の複屈折要素が一つ
の磁界内にある限りにのみ正確に可能であること
である。雑誌“Applied Optics”1972年第11号
の第617〜621頁において、Jaecklin氏および
Lietz氏は、フアラデー回転体として形成された
２つのフリントガラスブロツクによる複屈折の補
償が不完全であることを言及している。

そこで本発明では、互いに垂直な湾曲面を有す
る相前後するセグメントによつて、各セグメント
において僅かなフアラデー回転と、フアイバの湾
曲に依存した僅かの複屈折だけが生ぜしめられる
ことが行われる。この場合驚くべきことに、多く
のセグメントにより生じた多くの小さな複屈折誤
差は、先に述べたように互いに垂直なコイル軸を
有する２つの相前後して接続された光導体コイル
のそれぞれの比較的大きな複屈折誤差よりも良く
補償されるということが明らかになつたのであ
る。

以下、図示の実施例を参照しながら本発明を更
に詳細に説明する。

第１図によれば、大地電位に置かれている光源
１（例えばレーザーであつてよい）によつて、直
線偏光された光線が生ぜしめられ、この光線が光
導体フアイバ２を通して案内される。この光導体
フアイバは測定端３に達している。この測定端
は、少なくとも測定すべき電流の一部分が通流す
る高圧導体４を取囲む光導体コイルとして形成さ
れている。この光導体コイルは、主として互いに
垂直になつている３つの円筒部からなる巻胴５上
に配設されている。これらの円筒部は、それらの
互いの配置を明瞭にするために、円筒部が突き通
つている面を有する立方体として示されている。
測定端の光導体フアイバは、８分の１巻で始まつ
て８分の１巻で終る各４分の１巻の後その湾曲面
を変え、しかもその都度続く湾曲面は先行する８
分の１巻もしくは４分の１巻の湾曲面に対して垂
直になつている。それ故、この例の場合、コイル
セグメントは８分の１巻もしくは４分の１巻であ
る。

巻胴５によつて不可欠なのは光導体コイルを支
持する部分であり、残りの部分は省略してもよい
ことは明らかである。

測定端における光導体フアイバの進行をより明
瞭にするのに第２図が役立つ。これには光導体フ
アイバの通路３０および高圧導体４を有する立方
体のみが示されている。

再び第１図に戻る。測定端３から光導体フアイ
バ２０が大地電位に置かれている補償器５０に達
する。この補償器は、コイル６に接続された二次
電流源７によつて生ぜしめられる補償磁界の領域
内に配置されている。この二次電流源の強さは、
検光子８のところで到着光線が光源１におけると
同じ偏光方向を有するように調節される。これに
より、負担抵抗９において、高圧導体４における
測定すべき高圧電流の強さの尺度となる交流電圧
を取り出すことができる。

補償器は、図示のように、測定端と同様の光導
体コイルを有するようにするのがよい。これは本
発明の有利な実施形態に相当するものである。

第３図は測定端もしくは補償器の光導体コイル
の他の実施形態を示す。ここでは光導体フアイバ
１００は４分の１巻より少ないところで既に湾曲
面を変えている。ここではコイルセグメントは例
えば60゜巻であり、しかも相続くセグメントは互
いに垂直な湾曲面を有する。

第３図に示された巻胴においても同様に不可欠
なのは光導体コイルを支持する部分である。

第４図は第３図に示されている光導体コイルの
光導体フアイバの通路３１を明示する。この進路
３１は二重錐体上にあり、この二重錐体の側面は
直角な側面角を有する西洋凧形からなる。

第５図は第４図に示した二重錐体の展開図であ
る。この場合に二重錐体を形成するためにはそれ
ぞれ辺５１ａは５１ｂと、以下同様にして最後に
５８ａは５８ｂと互いに接合しなければならな
い。

直角な側面角を有する凧形をした側面を有する
二重錐体やもつと多くの側面を有していてもよい
ことは明らかである。直角な側面角によつて相前
後するコイルセグメントが互いに垂直な湾曲面を
有する。

補償は多数のセグメントによつて改善される。
全体の光導体コイルはより多くの巻回を有するこ
とができ、これによつて生ぜしめれるフアラデー
回転の尺度は相応して増強される。

巻胴は、とりわけ、磁界にほとんど影響を及ぼ
さない絶縁材料、例えば合成樹脂からなると有利
である。

検光子８は、例えば次のように公知の構成のも
のでよい。ウラストンプリズムにより到着光線が
２つの互いに垂直な直線偏光された部分光線に分
解され、その場合にこれらの部分光線の偏光方向
は光源１によつて生ぜしめられる光線の偏光方向
と45゜の角度をなすようにする。互いに垂直な直
線偏光された両部分光線は、それぞれ一つの光測
定器に導かれ、各部分光線の強さが測定される。
それから両者の強さの比が検光子８に到着する光
線の偏光方向のための尺度となる。両者の強さの
比が１に等しいならば、到着光線は光源１におけ
るのと同じ偏光方向を有する。

液状のコアを有する光導体フアイバはW.A.
Gamblin，D.N.Payne，H.Matsumura氏らの
Elektron.Lett.19（1974）第148〜149頁から公知
である。

この種の光導体フアイバは、例えばヘキサクロ
ルプタ―１，３―ジエンからなる液状のコアを有
する。この液状のコアは屈折数n₁＝1551を有し、
ガラスクラツドは例えば屈折数n₂＝1482を有す
る。しかしながら、これまではこの種のフアイバ
を計器用変成器に設けることは知られていない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による計器用変成器の概略構成
図、第２図は第１図における光導体コイルにおけ
る光導体フアイバの進路を示す図、第３図は光導
体コイルの部分についての他の実施例を示す図、
第４図は第３図の光導体コイルにおける光導体フ
アイバの進路を示す図、第５図は第４図における
二重錐体の展開図である。 １…光源、２，２０…光導体フアイバ、３…測
定端、４…高圧導体、５…巻胴、６…コイル、７
…二次電流源、８…検光子、９…負担抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧電位に置かれ光導体コイルとして形成さ
   れた測定端を備え、この測定端により直線偏向が
   その偏向面を測定すべき電流によつて生ぜしめら
   れた磁界の強さに依存して回転させられ、この回
   転が測定すべき電流の尺度となつているような高
   圧電流測定のための磁気光学式計器用変成器にお
   いて、計器用変成器は互いに垂直な湾曲面を有す
   る光導体コイル要素を持ち、しかもこれらの要素
   は直線偏向の伝播方向に対して相前後しているこ
   とを特徴とする磁気光学式計器用変成器。 ２ 光導体コイル要素は、光導体コイルとして形
   成された測定端の等しい長さのセグメントであ
   り、これらのセグメントの湾曲面は互に垂直にな
   つていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の磁気光学式計器用変成器。 ３ 光導体は製造時に生じる機械的応力を殆んど
   有しないことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の磁気光学式計器用変成器。 ４ 光導体は液状のコアを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の磁気光学式計器用
   変成器。 ５ 測定端のセグメントは４分の１巻であること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項ないし第４項
   のいずれかに記載の磁気光学式計器用変成器。 ６ 測定端のセグメントは60゜巻であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項ないし第４項のい
   ずれかに記載の磁気光学式計器用変成器。 ７ 計器用変成器は補償器として配設された第２
   の光導体コイルを有し、この光導体コイルは測定
   端の光導体コイルと同じ構成を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第２項ないし第６項のいず
   れかに記載の磁気光学式計器用変成器。