JPH11352158A - Optical fiber measuring instrument - Google Patents
Optical fiber measuring instrumentInfo
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- JPH11352158A JPH11352158A JP10159406A JP15940698A JPH11352158A JP H11352158 A JPH11352158 A JP H11352158A JP 10159406 A JP10159406 A JP 10159406A JP 15940698 A JP15940698 A JP 15940698A JP H11352158 A JPH11352158 A JP H11352158A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光の特性の変化を
利用して物理量を測定する光ファイバー計測器に係わ
り、特に光ファイバーセンサの構成を改良した光ファイ
バー計測器に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an optical fiber measuring instrument for measuring a physical quantity by utilizing a change in the characteristics of light, and more particularly to an optical fiber measuring instrument having an improved configuration of an optical fiber sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、光で物理量を測定する光ファイバ
ー計測器が提案されている。特に、光ファイバー電流計
測器(例えば光変流器)は、被測定電流が流れる導体に
近接して光ファイバーをセンサとして配置し、このセン
サに直線偏光の光を通過させて、被測定電流によって生
ずるファラデー効果の旋光角を測定するものである。2. Description of the Related Art Hitherto, an optical fiber measuring instrument for measuring a physical quantity by light has been proposed. In particular, an optical fiber current measuring device (for example, an optical current transformer) arranges an optical fiber as a sensor in close proximity to a conductor through which a current to be measured flows, and transmits linearly polarized light to the sensor to generate Faraday generated by the current to be measured. It measures the optical rotation angle of the effect.
【0003】図12は、従来の光ファイバー電流計測器
の一例として、U.S.P 3,605,013 号公報に記載の光ファ
イバー電流計測器を示す構成図である。この図12に示
すように、光ファイバー電流計測器は、レーザ1、偏光
子2、送光用ファイバー3、光ファイバーセンサ(光ガ
イド)3’、被測定導体4、検光子5、光検出器6、お
よび表示装置7より構成されており、光ファイバーセン
サ3’は、センサ用光ファイバーを、被測定導体4の周
りに巻き付けるように近接配置して構成されている。FIG. 12 is a configuration diagram showing an optical fiber current measuring device described in US Pat. No. 3,605,013 as an example of a conventional optical fiber current measuring device. As shown in FIG. 12, the optical fiber current measuring device includes a laser 1, a polarizer 2, a transmitting fiber 3, an optical fiber sensor (optical guide) 3 ', a conductor to be measured 4, an analyzer 5, an optical detector 6, The optical fiber sensor 3 ′ is configured such that an optical fiber for a sensor is arranged close to the conductor 4 to be measured so as to be wound therearound.
【0004】光源となるレーザ1より出射された光は、
偏光子2により直線偏光にされ、送光用ファイバー3を
通して光ファイバーセンサ3’に導かれる。被測定導体
4に電流Iが流れることによって磁界が発生し、この磁
界により、光ファイバーセンサ3’中を伝播する光に、
ファラデー効果に基づく旋光が生じる。光ファイバーセ
ンサ3’を通過した後、光は、送光用ファイバー3を通
って検光子5に導かれ、検光子5の方位の光の成分のみ
が通過して光検出器6に導かれる。電流量Iが変化する
と、この変化に応じてファラデー旋光角が変化するた
め、検光子5通過後の光量が変化し、それに伴い光検出
器6の出力が変化する。したがって、光検出器6の出力
を測定することにより、電流Iを求めることができる。
得られた結果は、信号処理器を兼ねた表示装置7によっ
て表示される。The light emitted from the laser 1 serving as a light source is
The light is converted into linearly polarized light by the polarizer 2 and guided to the optical fiber sensor 3 ′ through the light transmitting fiber 3. A magnetic field is generated by the current I flowing through the conductor to be measured 4, and this magnetic field causes light propagating in the optical fiber sensor 3 ′ to
Optical rotation based on the Faraday effect occurs. After passing through the optical fiber sensor 3 ′, the light is guided to the analyzer 5 through the light transmitting fiber 3, and only the light component in the direction of the analyzer 5 passes and is guided to the photodetector 6. When the current amount I changes, the Faraday rotation angle changes in accordance with the change, so that the light amount after passing through the analyzer 5 changes, and the output of the photodetector 6 changes accordingly. Therefore, by measuring the output of the photodetector 6, the current I can be obtained.
The obtained result is displayed by the display device 7 also serving as a signal processor.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図12
に示すような従来の光ファイバー電流計測器において
は、センサ用光ファイバーを被測定導体の周りに巻き付
けることにより光ファイバー中に誘起される複屈折によ
り、センサ用光ファイバーの感度が低下し、かつ、温度
等の外部環境により測定結果が変動するという問題点が
ある。また、電力系統に用いるためには、高精度測定だ
けでなく、さらに長期信頼性を確保することが必要であ
る。However, FIG.
In a conventional optical fiber current measuring device as shown in Fig. 1, the sensitivity of the sensor optical fiber is reduced due to the birefringence induced in the optical fiber by winding the sensor optical fiber around the conductor to be measured, and the temperature and the like are reduced. There is a problem that the measurement results fluctuate depending on the external environment. In addition, in order to use it in a power system, it is necessary to secure not only high-precision measurement but also long-term reliability.
【0006】なお、このような問題点は、光ファイバー
電流計測器に限らず、被測定対称物の近傍に配置された
光ファイバーセンサを通る光の変化を利用して被測定対
象物の各種の物理量を測定するように構成した各種光フ
ァイバー計測器において、同様に存在している。[0006] Such a problem is not limited to the optical fiber current measuring instrument, and various physical quantities of the object to be measured can be measured by utilizing a change in light passing through an optical fiber sensor arranged near the object to be measured. It is also present in various optical fiber meters configured to measure.
【0007】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するために提案されたものであり、その目的は、高
精度な測定が可能でしかも長期信頼性に優れた光ファイ
バー計測器を提供することである。The present invention has been proposed to solve such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an optical fiber measuring instrument capable of performing high-accuracy measurement and having excellent long-term reliability. It is to be.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、次のような手段により光ファイバー計測器を構成
するものである。請求項1に対応する発明においては、
被測定対象物近くに配置された光ファイバーセンサと、
測定用の光を発生して前記センサに送る光源と、前記セ
ンサからの出射光を検出する検出器と、前記センサと光
源および検出器とを光学的に結合する光学系と、前記検
出器からの信号を処理する信号処理部とを備え、光の特
性の変化により物理量を計測する光ファイバー計測器に
おいて、前記光ファイバーセンサとして磁界がない状態
でも常に旋光性を有するファイバーを用いたことを特徴
としている。In order to achieve the above object, an optical fiber measuring device is constituted by the following means. In the invention corresponding to claim 1,
An optical fiber sensor arranged near the object to be measured;
A light source that generates light for measurement and sends the light to the sensor, a detector that detects light emitted from the sensor, an optical system that optically couples the sensor with the light source and the detector, and And a signal processing unit for processing a signal of the optical fiber, wherein the optical fiber measuring device for measuring a physical quantity by a change in the characteristics of light is characterized in that a fiber having optical rotation is always used even in the absence of a magnetic field as the optical fiber sensor. .
【0009】上記請求項1に対応する発明によれば、光
ファイバーセンサとして磁界がない状態でも常に旋光性
を有する光ファイバーを用いることにより、光ファイバ
ーセンサ内を光が伝播する際、光の偏波面が旋光を受け
て回転することによって平均化されるため、光から見た
光ファイバーセンサ内部の不均一性が緩和される。その
結果、光ファイバー中に誘起されて不均一性の原因とな
る直線複屈折の影響を抑制することができ、高精度な測
定を実現することができる。According to the first aspect of the present invention, by using an optical fiber having optical rotation at all times even in the absence of a magnetic field as the optical fiber sensor, when the light propagates in the optical fiber sensor, the polarization plane of the light becomes optically rotatory. As a result, the light is averaged by being rotated, thereby reducing the non-uniformity inside the optical fiber sensor as viewed from the light. As a result, the effect of linear birefringence induced in the optical fiber and causing non-uniformity can be suppressed, and highly accurate measurement can be realized.
【0010】請求項2に対応する発明は、被測定対象物
の近くに配置された光ファイバーセンサと、測定用の光
を発生して前記センサに送る光源と、前記センサからの
出射光を検出する検出器と、前記センサと光源及び検出
器とを光学的に結合する光学系と、前記検出器からの信
号を処理する信号処理部とを備え、光の特性の変化によ
り物理量を計測する光ファイバー計測器において、前記
光ファイバーセンサ用の光ファイバーとして、捻じりが
加えられた光ファイバーを用いたことを特徴としてい
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical fiber sensor disposed near an object to be measured, a light source that generates measurement light and sends the light to the sensor, and detects light emitted from the sensor. An optical fiber measurement device comprising: a detector, an optical system that optically couples the sensor, the light source, and the detector, and a signal processing unit that processes a signal from the detector, and that measures a physical quantity by changing a characteristic of light. The device is characterized in that a twisted optical fiber is used as the optical fiber for the optical fiber sensor.
【0011】請求項3に対応する発明は、前記捻じりが
加えられた光ファイバーは、製造段階又は実装段階或い
は両段階で捻じられた光ファイバーであることを特徴と
している。The invention corresponding to claim 3 is characterized in that the twisted optical fiber is an optical fiber twisted in a manufacturing stage, a mounting stage, or both stages.
【0012】請求項2又は3に対応する発明によれば、
捻じりが加えられたスパンファイバーを用いることによ
り、複屈折の小さい光ファイバーが得られる。すなわ
ち、スパンファイバーは、ファイバー原料となるプリフ
ォームを回転させながら線引きして製作されることか
ら、ファイバー製作時に生じるファイバーコア部の非対
称性がなくなり、複屈折量の小さいファイバーが実現で
きる。この場合、製造段階の高温時に捻じっていること
から、ファイバー内部に応力はほとんど発生しないた
め、光ファイバーには旋光性がほとんどない。According to the invention corresponding to claim 2 or 3,
By using a twisted spun fiber, an optical fiber with small birefringence can be obtained. That is, since the spun fiber is produced by drawing while rotating the preform as a fiber raw material, the asymmetry of the fiber core portion generated at the time of producing the fiber is eliminated, and a fiber having a small birefringence can be realized. In this case, since the optical fiber is twisted at a high temperature in the manufacturing stage, almost no stress is generated inside the fiber, the optical fiber has almost no optical rotation.
【0013】しかしながら、このような均質な光ファイ
バーを用いても、実装段階に光ファイバーに曲率を持た
せると、この曲率に起因して光ファイバー中に複屈折が
誘起され、光ファイバーの特性は実質的に不均一にな
る。これに対して、本発明においては、製造段階又は実
装段階或いは両段階で光ファイバーに捻じりを加えて光
ファイバーセンサを構成することにより、捻じり方向に
応力を発生させ、伝播する光に旋光性を持たせることが
できる。However, even if such a homogeneous optical fiber is used, if the optical fiber is given a curvature at the mounting stage, birefringence is induced in the optical fiber due to the curvature, and the characteristics of the optical fiber are substantially impaired. Become uniform. On the other hand, in the present invention, by forming an optical fiber sensor by applying a twist to the optical fiber at the manufacturing stage or the mounting stage or at both stages, a stress is generated in the twisting direction, and the optical propagating light has an optical rotation. You can have.
【0014】したがって、このような光ファイバーセン
サ内を光が伝播する際、光の偏光面が旋光を受けて回転
することにより平均化されるため、光から見た光ファイ
バーセンサ内部の不均一性を解消することができ、感度
の低下なしに高精度な測定が実現できる。Therefore, when light propagates in such an optical fiber sensor, the plane of polarization of the light is averaged by the rotation and rotation of the optical rotation, so that the non-uniformity inside the optical fiber sensor as viewed from the light is eliminated. And high-accuracy measurement can be realized without lowering the sensitivity.
【0015】請求項4に対応する発明は、請求項2に対
応する発明の光ファイバー計測器において、前記光ファ
イバーセンサ用光ファイバーのクラッド外形を2r(μ
m)、前記被測定対象物の周りにおけるこの光ファイバ
ーの巻き数をm(回)とした場合に、この光ファイバー
に対して実装段階に加える捻じり率nt (回/m)が、 nt ≦(125/2r)(8.0−log10m) を満足する値であることを特徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, in the optical fiber measuring instrument according to the second aspect, the outer diameter of the cladding of the optical fiber for the optical fiber sensor is 2r (μ).
m), assuming that the number of turns of the optical fiber around the object to be measured is m (turns), the torsion rate n t (turns / m) applied to the optical fiber in the mounting stage is n t ≦ (125 / 2r) (8.0-log 10 m).
【0016】請求項4に係る発明によれば、光ファイバ
ーセンサ用光ファイバーに対して加えられる捻じり率n
t (回/m)の値を、クラッド外形2r(μm)に関し
て具体的に規定することにより、捻じりに伴う機械的強
度に基づく寿命の低下を抑制し、長期信頼性を高めるこ
とができる。According to the fourth aspect of the present invention, the torsion rate n applied to the optical fiber for the optical fiber sensor is n.
By specifically defining the value of t (times / m) with respect to the cladding outer shape 2r (μm), it is possible to suppress a decrease in life based on mechanical strength due to torsion, and to improve long-term reliability.
【0017】請求項5に対応する発明は、請求項2又は
3に対応する発明の光ファイバー計測器において、前記
光ファイバー用の光ファイバー全長が有する複屈折量
が、捻じり数と複屈折量との関係によって0°近傍と極
値近傍のいずれか一方の値を持つように、捻じり数を設
定したことを特徴としている。According to a fifth aspect of the present invention, in the optical fiber measuring instrument of the second or third aspect, the birefringence amount of the entire length of the optical fiber for the optical fiber is a relationship between the number of twists and the birefringence amount. Is characterized in that the number of twists is set so as to have one of values near 0 ° and near an extreme value.
【0018】請求項5に係る発明によれば、光ファイバ
ーセンサ用光ファイバー全長が0°近傍もしくは極値近
傍となることにより、温度等の外部環境が変化しても感
度の変化量が小さくなるため、高精度を保つことができ
る。According to the fifth aspect of the present invention, since the total length of the optical fiber for the optical fiber sensor is near 0 ° or near the extreme value, the change in sensitivity becomes small even when the external environment such as temperature changes. High accuracy can be maintained.
【0019】請求項6に対応する発明は、請求項5に対
応する発明の光ファイバー計測器において、前記光ファ
イバーセンサに入射する光の偏波面の方向が、光ファイ
バーが配置されている面に対して、+45°、+135
°、−45°、もしくは−135°の近傍となるように
したことを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the optical fiber measuring instrument according to the fifth aspect of the present invention, the direction of the plane of polarization of the light incident on the optical fiber sensor is set with respect to the surface on which the optical fiber is disposed. + 45 °, +135
°, -45 °, or -135 °.
【0020】請求項6に係る発明によれば、光ファイバ
ーセンサを捻じることにより、ファイバー内で誘起され
る複屈折量を平均化する度合いを大きくすることがで
き、結果として、少ない捻じり量で感度の変化量を小さ
くできるため、寿命の低下を抑制できるとともに、高精
度を保つことができる。According to the sixth aspect of the present invention, by twisting the optical fiber sensor, the degree of averaging the birefringence induced in the fiber can be increased, and as a result, the twist can be reduced with a small amount of twist. Since the amount of change in sensitivity can be reduced, a reduction in life can be suppressed, and high accuracy can be maintained.
【0021】請求項7に対応する発明は、請求項2又は
5に対応する発明の光ファイバー計測器において、前記
光ファイバーセンサ用の光ファイバーとして石英ファイ
バーを用い、この光ファイバー全長に亘る捻じり数N
(回)が、 3.5M−1≦N≦3.5M+1 (Mは0以外の整
数) を満足する値であることを特徴としている。A seventh aspect of the present invention is the optical fiber measuring instrument according to the second or fifth aspect, wherein a quartz fiber is used as the optical fiber for the optical fiber sensor, and the number of twists N over the entire length of the optical fiber is N.
(Times) is a value that satisfies 3.5M-1 ≦ N ≦ 3.5M + 1 (M is an integer other than 0).
【0022】請求項7に対応する発明によれば、光ファ
イバーセンサ用の石英ファイバーの全長に亘る捻じり数
N(回)を具体的に規定することにより、捻じりによる
光の偏光面の回転角を90°近傍の整数倍にすることが
できるため、これにより、光ファイバーセンサ用の光フ
ァイバー全長が有する複屈折量を0°近傍にすることが
できる。したがって、感度が低下することなく、温度等
の外部環境が変化しても感度の変化量が小さくなるた
め、高精度を保つことができる。According to the seventh aspect of the present invention, the number of twists N (times) over the entire length of the quartz fiber for the optical fiber sensor is specifically defined, whereby the rotation angle of the polarization plane of the light due to the twisting. Can be made an integral multiple of around 90 °, whereby the amount of birefringence of the entire length of the optical fiber for the optical fiber sensor can be made close to 0 °. Therefore, even if the external environment such as temperature changes, the amount of change in the sensitivity is reduced without lowering the sensitivity, so that high accuracy can be maintained.
【0023】請求項8に対応する発明は、請求項2又は
5に対応する発明の光ファイバー計測器において、前記
光ファイバー用の光ファイバーとして石英ファイバーを
用い、この光ファイバー全長に亘る捻じり数N(回)
が、 |N|=1.75+3.5M (Mは正の整数) を満足する値の±1以内の値であることを特徴としてい
る。An eighth aspect of the present invention is the optical fiber measuring instrument according to the second or fifth aspect, wherein a quartz fiber is used as the optical fiber for the optical fiber, and the number of twists N (times) over the entire length of the optical fiber is used.
Is a value within ± 1 of a value satisfying | N | = 1.75 + 3.5M (M is a positive integer).
【0024】請求項8に対応する発明によれば、光ファ
イバーセンサ用石英ファイバーの全長に亘る捻じり数N
(回)を具体的に規定することにより、複屈折量を極値
にすることができる。したがって、温度等の外部環境が
変化しても感度の変化量が小さくなるため、高精度を保
つことができる。According to the invention corresponding to claim 8, the number of twists N over the entire length of the quartz fiber for the optical fiber sensor is provided.
By specifically defining (times), the amount of birefringence can be made an extreme value. Therefore, even if the external environment such as the temperature changes, the change amount of the sensitivity becomes small, so that high accuracy can be maintained.
【0025】請求項9に対応する発明は、請求項1〜8
のいずれか一つに対応する光ファイバー計測器におい
て、前記光ファイバーセンサ用の光ファイバーの平均曲
げ半径をR(m)、前記被測定対象物の周りにおけるこ
の光ファイバーの巻き数をm、光の波長をλとした場合
に、この光ファイバーのクラッド外形2r(μm)が、 (r/62.5)2 ≦(80/2mπR/3.8)(R
/0.25)2 (λ/0.8) を満足する値であることを特徴としている。The invention corresponding to claim 9 is the invention according to claims 1 to 8
In the optical fiber measuring device corresponding to any one of the above, the average bending radius of the optical fiber for the optical fiber sensor is R (m), the number of turns of the optical fiber around the object to be measured is m, and the wavelength of light is λ. In this case, the outer diameter 2r (μm) of the cladding of this optical fiber is expressed as: (r / 62.5) 2 ≦ (80 / 2mπR / 3.8) (R
/0.25) 2 (λ / 0.8).
【0026】請求項9に対応する発明によれば、光ファ
イバーセンサ用の光ファイバーのクラッド外形2r(μ
m)を、光ファイバーの平均曲げ半径R(m)と巻き数
m、および光の波長λに関して具体的に規定することに
より、曲げによる複屈折を小さくすることができるた
め、精度を高めることができる。According to the invention corresponding to claim 9, the cladding outer shape 2r (μ) of the optical fiber for the optical fiber sensor is provided.
By defining m) specifically with respect to the average bending radius R (m) and the number m of turns of the optical fiber, and the wavelength λ of light, birefringence due to bending can be reduced, so that accuracy can be improved. .
【0027】請求項10に対応する発明は、請求項1〜
8のいずれか一つに対応する発明の光ファイバー計測器
において、前記光ファイバーセンサ用の光ファイバーの
平均曲げ半径をR(m)、前記被測定対象物の周りにお
けるこの光ファイバーの巻き数をmとした場合に、この
光ファイバーのクラッド外形2r(μm)が、 2R/125≦(8.0−log10m)×2mπR/
3.5 を満足する値であることを特徴としている。[0027] The invention corresponding to claim 10 is claim 1.
8 wherein the average bending radius of the optical fiber for the optical fiber sensor is R (m) and the number of turns of the optical fiber around the object to be measured is m. In addition, the outer diameter 2r (μm) of the cladding of this optical fiber is 2R / 125 ≦ (8.0-log 10 m) × 2mπR /
It is a value that satisfies 3.5.
【0028】請求項10に対応する発明によれば、光フ
ァイバーセンサ用の光ファイバーのクラッド外形2r
(μm)を、光ファイバーの平均曲げ半径をR(m)と
巻き数mに関して具体的に規定することにより、光ファ
イバーの曲げ半径が小さい場合でも、曲げによる複屈折
を小さくできると共に、実装段階で捻じることによる機
械的強度に基づく寿命の低下を抑制できるため、精度お
よび長期信頼性を高めることができる。According to the tenth aspect of the present invention, the cladding outer shape 2r of the optical fiber for the optical fiber sensor is provided.
(Μm) is specifically defined for the average bending radius of the optical fiber with respect to R (m) and the number of turns m, so that even when the bending radius of the optical fiber is small, the birefringence due to bending can be reduced and the twisting occurs during the mounting stage. As a result, it is possible to suppress a decrease in the life due to the mechanical strength, and thus it is possible to improve accuracy and long-term reliability.
【0029】請求項11記載の発明は、請求項1〜10
のいずれか一つに対応する記載の光ファイバー計測器に
おいて、前記光ファイバーセンサ用の光ファイバーが、
少なくともそのコア部分に捻じり応力を加えた後に新た
なコーティング層が設けられてなる光ファイバーである
ことを特徴としている。The eleventh aspect of the present invention relates to the first to tenth aspects.
In the optical fiber measuring device according to any one of the above, the optical fiber for the optical fiber sensor,
The optical fiber is characterized in that a new coating layer is provided after applying a torsional stress to at least the core portion.
【0030】請求項11に対応する発明によれば、光フ
ァイバーセンサの少なくともコア部分に捻じり応力を加
えた後に新たなコーティング層を設けることにより、捻
じりが固定できる。したがって、捻じりに起因する光フ
ァイバーの絡みかなくなり、実装が容易になると共に、
光ファイバー中に誘起されて不均一性の原因となる直線
複屈折の影響を、捻じり応力による光の旋光によって抑
制することができるため、高精度な測定を実現すること
ができる。According to the eleventh aspect of the present invention, the twist can be fixed by providing a new coating layer after applying a torsional stress to at least the core portion of the optical fiber sensor. Therefore, the optical fiber does not become entangled due to the twisting, and the mounting becomes easy.
Since the influence of linear birefringence induced in the optical fiber and causing non-uniformity can be suppressed by optical rotation of light due to torsional stress, highly accurate measurement can be realized.
【0031】請求項12に対応する発明は、請求項1〜
11のいずれか一つに対応する発明の光ファイバー計測
器において、前記光ファイバーセンサ用の光ファイバー
が、少なくともそのコア部分に捻じり応力を加え、少な
くとも両端を固定した状態で、その外側に外被となる保
護用のパイプが設けられてなる光ファイバーであること
を特徴としている。The invention corresponding to claim 12 is based on claims 1 to
In the optical fiber measuring instrument of the invention corresponding to any one of the eleventh aspect, the optical fiber for the optical fiber sensor applies a torsional stress to at least a core portion thereof, and at least both ends are fixed, and becomes an outer jacket. It is an optical fiber provided with a protection pipe.
【0032】請求項12に対応する発明によれば、光フ
ァイバーセンサの少なくともコア部分に捻じり応力を加
えて少なくとも両端を固定した状態でその外側に外被と
なる保護用のパイプを設けることにより、光ファイバー
中に誘起されて不均一性の原因となる直線複屈折の影響
を、捻じり応力による光の旋光によって抑制することが
できる。したがって、高精度な測定を実現することがで
きると共に、光ファイバー自体の劣化を防止でき、長期
信頼性が確保できる。According to the twelfth aspect of the present invention, by providing at least a core with at least both ends fixed by applying a torsional stress to the core of the optical fiber sensor, a protective pipe serving as a jacket is provided outside the core. The influence of linear birefringence induced in the optical fiber and causing non-uniformity can be suppressed by the optical rotation of light due to torsional stress. Therefore, high-precision measurement can be realized, deterioration of the optical fiber itself can be prevented, and long-term reliability can be ensured.
【0033】請求項13記載の発明は、請求項2〜12
のいずれか一つに対応する発明の光ファイバー計測器に
おいて、前記光ファイバーセンサ用の光ファイバーの一
部に捻じりを調整するための回転部が設けられてなるこ
とを特徴としている。The invention according to claim 13 is the invention according to claims 2 to 12
In the optical fiber measuring instrument according to the invention corresponding to any one of the above, a part of the optical fiber for the optical fiber sensor is provided with a rotating part for adjusting a twist.
【0034】請求項13に対応する発明によれば、光フ
ァイバーセンサの一部に捻じりを調整するための回転部
を設けることにより、実装段階において捻じりの調整を
することができる。したがって、所定の捻じり条件を容
易に調整できるため、温度等の外部環境が変化しても感
度の変化量が小さくなるため、高精度を保つことができ
る。According to the thirteenth aspect of the present invention, the provision of the rotating portion for adjusting the torsion in a part of the optical fiber sensor allows the torsion to be adjusted at the mounting stage. Therefore, the predetermined torsion condition can be easily adjusted, so that even if the external environment such as the temperature changes, the amount of change in sensitivity becomes small, and high accuracy can be maintained.
【0035】請求項14に対応する発明は、請求項13
に対応する発明の光ファイバー計測器において、前記回
転部にパルスモータ等の駆動部が設けられていることを
特徴としている。The invention corresponding to claim 14 is based on claim 13
In the optical fiber measuring device according to the invention, a driving unit such as a pulse motor is provided in the rotating unit.
【0036】請求項14に対応する発明によれば、前記
回転部にパルスモータ等の駆動部を設けることにより精
度よく、しかも遠隔操作にて光ファイバーの捻じりを調
整して所定の回数に設定できる。したがって、温度等の
外部環境が変化しても感度の変化量が小さくなるため、
高精度を保つことができる。According to the fourteenth aspect of the present invention, by providing a driving unit such as a pulse motor in the rotating unit, it is possible to adjust the torsion of the optical fiber with high accuracy by remote control and to set the optical fiber to a predetermined number of times. . Therefore, even if the external environment such as temperature changes, the amount of change in sensitivity becomes small,
High accuracy can be maintained.
【0037】請求項15に対応する発明は、請求項13
又は14のいずれか一つに対応する発明の光ファイバー
計測器において、前記回転部に回転を固定するための固
定部が設けられていることを特徴としている。The invention corresponding to claim 15 is the invention according to claim 13
Or the optical fiber measuring instrument according to the invention, which is characterized in that a fixing portion for fixing rotation is provided to the rotating portion.
【0038】請求項15に係る発明によれば、前記回転
部に回転を固定するための固定部を設けることにより、
所定の捻じり回転数とした後捻じり状態を固定すること
ができる。したがって、感度の変化量を抑え、高精度を
保つことが長期間にわたって実現できる。According to the fifteenth aspect of the present invention, by providing a fixing portion for fixing rotation to the rotating portion,
The post-torsion state can be fixed at a predetermined number of rotations. Therefore, it is possible to suppress the amount of change in sensitivity and maintain high accuracy over a long period of time.
【0039】請求項16に対応する発明は、請求項1又
は2に対応する発明の光ファイバー計測器において、光
ファイバーセンサ用の光ファイバーを緩く固定するため
のファイバーガイドが設けられていることを特徴として
いる。According to a sixteenth aspect of the present invention, in the optical fiber measuring instrument of the first or second aspect, a fiber guide for loosely fixing an optical fiber for an optical fiber sensor is provided. .
【0040】請求項16に係る発明によれば、ファイバ
ーガイドにより光ファイバーを緩く固定することができ
る。したがって、光ファイバーがずれたり絡まるのを防
止することができるため、高精度を保つことができる。According to the sixteenth aspect, the optical fiber can be loosely fixed by the fiber guide. Therefore, it is possible to prevent the optical fiber from being shifted or entangled, so that high accuracy can be maintained.
【0041】請求項17に対応する発明は、請求項1又
は2に対応する発明の光ファイバー計測器において、前
記光ファイバーセンサ用の光ファイバーもしくは前記結
合光学系の少なくとも一方が乾燥状態を保ったフランジ
もしくは真空引きされた容器内に配置されていることを
特徴とする。A seventeenth aspect of the present invention is the optical fiber measuring instrument according to the first or second aspect, wherein at least one of the optical fiber for the optical fiber sensor and the coupling optical system is kept in a dry state by a flange or a vacuum. It is characterized by being disposed in a drawn container.
【0042】請求項17に対応する発明によれば、光フ
ァイバーもしくは結合光学系内部の少なくとも一方が乾
燥状態に保ったフランジ、もしくは真空引きされた容器
内に配置されているため、結露や高湿度の影響を避ける
ことができる、高精度な測定を長期間にわたって実現で
きる。According to the seventeenth aspect of the present invention, at least one of the optical fiber and the inside of the coupling optical system is arranged in a flange kept in a dry state or in a vacuum-evacuated container. High-precision measurement that can avoid the influence can be realized for a long time.
【0043】請求項18に対応する発明は、被測定対象
物の近くに配置された光ファイバーセンサと、測定用の
光を発生して前記センサに送る光源と、前記センサから
の出射光を検出する検出器と、前記センサと光源及び検
出器とを光学的に結合する光学系と、前記検出器からの
信号を処理する信号処理部とを備え、光の特性の変化に
より物理量を計測する光ファイバー計測器において、前
記光学系に無偏光状態の光を供給するために、前記光源
にデポラライザを取付けたことを特徴とする。According to an eighteenth aspect of the present invention, an optical fiber sensor disposed near an object to be measured, a light source that generates light for measurement and sends the light to the sensor, and detects light emitted from the sensor. An optical fiber measurement device comprising: a detector, an optical system that optically couples the sensor, the light source, and the detector, and a signal processing unit that processes a signal from the detector, and that measures a physical quantity by changing a characteristic of light. In the apparatus, a depolarizer is attached to the light source to supply unpolarized light to the optical system.
【0044】請求項18に係る発明によれば、前記光源
の出力光の偏光状態を無偏光化(ランダム化)できるた
め、前記光源と前記光学系間に外部影響が及ぼされても
偏光状態が無偏光となり、前記光学系で決定される偏光
状態を光出力の低下なく実現できる。したがって、外部
環境の受け難く高精度な測定を実現することができる。According to the eighteenth aspect, since the polarization state of the output light from the light source can be depolarized (randomized), the polarization state can be changed even if an external influence is exerted between the light source and the optical system. It becomes non-polarized, and the polarization state determined by the optical system can be realized without lowering the light output. Therefore, highly accurate measurement that is hardly affected by the external environment can be realized.
【0045】請求項19に対応する発明は、請求項18
に対応する発明の光ファイバー計測器において、前記デ
ポラライザとして偏波面保持ファイバーを用い、前記光
源から出射される光の偏光面に対して、偏波面保持ファ
イバーの固有軸が約45°、約−45°、約135°も
しくは約135°の角度をなして光源に取り付けられて
いることを特徴とする。The invention corresponding to claim 19 is the invention according to claim 18
In the optical fiber measuring device according to the invention, a polarization maintaining fiber is used as the depolarizer, and a characteristic axis of the polarization maintaining fiber is about 45 ° and about −45 ° with respect to a polarization plane of light emitted from the light source. , About 135 ° or about 135 ° to the light source.
【0046】請求項19に対応する発明によれば、前記
光源の出力光の偏光状態を無偏光化(ランダム化)でき
るため、前記結合光学系で決定される偏光状態を光出力
の低下なく実現できる。したがって、外部環境の受け難
く高精度な測定を実現することができる。According to the invention corresponding to claim 19, the polarization state of the output light from the light source can be depolarized (randomized), so that the polarization state determined by the coupling optical system is realized without lowering the light output. it can. Therefore, highly accurate measurement that is hardly affected by the external environment can be realized.
【0047】請求項20に対応する発明は、被測定対象
物の近くに配置された光ファイバーセンサと、測定用の
光を発生して前記センサに送る光源と、前記センサから
の出射光を検出する検出器と、前記センサと光源及び検
出器とを光学的に結合する光学系と、前記検出器からの
信号を処理する信号処理部とを備え、光の特性の変化に
より物理量を計測する光ファイバー計測器において、外
部からの影響を等しくするために同じ光路をお互いに逆
方向に伝搬する光を用いて前記光学系の光の干渉を測定
することを特徴としている。According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided an optical fiber sensor disposed near an object to be measured, a light source for generating measurement light and sending the light to the sensor, and detecting light emitted from the sensor. An optical fiber measurement device comprising: a detector, an optical system that optically couples the sensor, the light source, and the detector, and a signal processing unit that processes a signal from the detector, and that measures a physical quantity by changing a characteristic of light. The apparatus is characterized in that the light interference of the optical system is measured by using light propagating in the same optical path in opposite directions to each other in order to equalize the influence from the outside.
【0048】請求項20に対応する発明によれば、光学
系の光の干渉現象を検出することにより、高精度な測定
が可能でしかも長期信頼性に優れた光ファイバー計測器
を実現できる。According to the twentieth aspect of the present invention, an optical fiber measuring instrument capable of performing high-accuracy measurement and having excellent long-term reliability can be realized by detecting a light interference phenomenon of an optical system.
【0049】請求項21に対応する発明は、請求項1〜
20のいずれか一つに対応する発明の光ファイバー計測
器を複数個設けて構成されることを特徴とする。請求項
21に対応する発明によれば、複数の光ファイバー計測
器により構成することにより電流の差動システム等の応
用が可能となり、外部環境の変化を受け難い高精度な測
定が可能となる。The invention corresponding to claim 21 is claim 1
20. A plurality of optical fiber measuring devices according to the invention corresponding to any one of the twenty optical devices. According to the invention corresponding to claim 21, application of a current differential system or the like becomes possible by comprising a plurality of optical fiber measuring instruments, and high-precision measurement that is hardly affected by an external environment becomes possible.
【0050】請求項22に対応する発明は、請求項21
に対応する発明の光ファイバー計測装置において、複数
の光ファイバー計測器が直列につながれ、少なくとも前
記光ファイバー計測器間が低複屈折ファイバーもしくは
高複屈折ファイバー(偏波面保持ファイバー)で接続さ
れて構成されることを特徴とする。The invention corresponding to claim 22 is based on claim 21.
In the optical fiber measuring device according to the invention, a plurality of optical fiber measuring devices are connected in series, and at least the optical fiber measuring devices are connected by a low birefringent fiber or a high birefringent fiber (polarization maintaining fiber). It is characterized by.
【0051】請求項22に対応する発明によれば、少な
くとも前記光ファイバー計測器間が低複屈折ファイバー
もしくは高複屈折ファイバーで接続されているため、高
精度の測定の実現もしくは外部環境の変化を受け難い測
定が実現できる。According to the invention corresponding to claim 22, since at least the optical fiber measuring devices are connected by a low birefringence fiber or a high birefringence fiber, high precision measurement can be realized or a change in the external environment can occur. Difficult measurement can be realized.
【0052】[0052]
【発明の実施の形態】以下には、本発明による光ファイ
バー計測器を光ファイバー電流計測器に適用した複数の
実施の形態について、図1〜図8を参照して説明する。
図1は、本発明に係る第1の実施の形態の構成図を示し
ている。この図1に示すように、本実施の形態の光ファ
イバー電流計測器において、光ファイバーセンサ8は、
被測定導体4の周りを囲むように配置されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A plurality of embodiments in which the optical fiber measuring device according to the present invention is applied to an optical fiber current measuring device will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a configuration diagram of a first embodiment according to the present invention. As shown in FIG. 1, in the optical fiber current measuring device according to the present embodiment, the optical fiber sensor 8
It is arranged so as to surround the conductor 4 to be measured.
【0053】この図1に示すように、本実施の形態の光
ファイバー電流計測器は、大別して、センサ光学部9、
信号処理部10、および伝送用ファイバー部11から構
成されている。As shown in FIG. 1, the optical fiber current measuring device according to the present embodiment is roughly divided into a sensor optical unit 9,
It comprises a signal processing unit 10 and a transmission fiber unit 11.
【0054】このうち、信号処理部10は、測定光を発
生する光源12、センサ光学部9からの2つの光を検出
してその強度に応じた電気信号に変換する検出器13、
この検出器13で得られた信号を演算処理する信号処理
回路14、および処理結果を出力する出力端子15を備
えている。光源12は、レーザダイオードまたはスーパ
ールミネセントダイオードによって構成されている。The signal processing unit 10 includes a light source 12 for generating measurement light, a detector 13 for detecting two lights from the sensor optical unit 9 and converting the two lights into an electric signal corresponding to the intensity.
A signal processing circuit 14 that performs arithmetic processing on the signal obtained by the detector 13 and an output terminal 15 that outputs a processing result are provided. The light source 12 is constituted by a laser diode or a super luminescent diode.
【0055】また、伝送用ファイバー部11は、信号処
理部10内の光源12からセンサ光学部9に光を送る送
光用ファイバー16と、センサ光学部9から信号処理部
10内の2つの検出器13に光を送る2本の受光用ファ
イバー17とを備えている。The transmission fiber section 11 includes a light transmission fiber 16 for transmitting light from the light source 12 in the signal processing section 10 to the sensor optical section 9, and two detection fibers in the signal processing section 10 from the sensor optical section 9. And two light receiving fibers 17 for transmitting light to the container 13.
【0056】一方、センサ光学部9は、結合光学部18
aと光ファイバーセンサ部18bとを備えている。この
うち、結合光学部18aは、4つのレンズ19〜22、
偏光子23、2つのビームスプリッタ24、25、およ
び2つの検光子26、27から構成されている。ここ
で、4つのレンズ19〜22のうち、第1のレンズ19
は、送光用ファイバー16からの光を平行ビームに変換
するために使用され、第2のレンズ20は、光ファイバ
ーセンサ部18bに光を入射し、かつ、光ファイバーセ
ンサ部18bからの出射光を受光するために使用され、
第3と第4のレンズ21、22は、平行ビームを集光し
て各受光用ファイバー17に入射するためにそれぞれ使
用される。On the other hand, the sensor optical section 9 includes a coupling optical section 18.
a and an optical fiber sensor section 18b. The coupling optical unit 18a includes four lenses 19 to 22,
It comprises a polarizer 23, two beam splitters 24 and 25, and two analyzers 26 and 27. Here, of the four lenses 19 to 22, the first lens 19
Is used to convert the light from the light transmitting fiber 16 into a parallel beam, and the second lens 20 receives the light from the optical fiber sensor 18b and receives the light emitted from the optical fiber sensor 18b. Used to
The third and fourth lenses 21 and 22 are used to collect the parallel beams and enter the respective light receiving fibers 17.
【0057】偏光子23は、光を水平方向(光ファイバ
ー8が配置されている面)に関して45度方向の直線偏
光に変換するために使用され、2つのビームスプリッタ
24、25は、光をその入射方向に応じて透過光と反射
光とに分割するためにそれぞれ使用される。2つの検光
子26、27は、各々水平方向および垂直方向の直線偏
光の光を透過させることにより、直交するx、y方向の
各偏光成分を抽出するためにそれぞれ使用される。The polarizer 23 is used to convert the light into linearly polarized light having a 45-degree direction with respect to the horizontal direction (the plane on which the optical fiber 8 is disposed). The two beam splitters 24 and 25 convert the light into its incident light. Each is used to split transmitted light and reflected light according to the direction. The two analyzers 26 and 27 are used to extract orthogonal polarization components in the x and y directions, respectively, by transmitting linearly polarized light in the horizontal and vertical directions, respectively.
【0058】この場合、結合光学部18aは、送光用フ
ァイバー16からの光を、第1のレンズ19、偏光子2
3、第1のビームスプリッタ24、および第2のレンズ
20を介して光ファイバーセンサ部18bの一端を送る
ようになっている。In this case, the coupling optical section 18a transmits the light from the light transmitting fiber 16 to the first lens 19 and the polarizer 2
3. One end of the optical fiber sensor section 18b is sent via the first beam splitter 24 and the second lens 20.
【0059】また、光ファイバーセンサ部18bからの
反射方向の光は、第2のレンズ20を透過した後、第1
のビームスプリッタ24で反射され、第2のビームスプ
リッタ25に送られ、2方向の光に分割されるようにな
っている。この一方の分割光は、第1の検光子26およ
び第3のレンズ21を介して一方の受光用ファイバー1
7に送られる。他方の分割光は、第2に検光子27およ
び第4のレンズ22を介して他方の受光用ファイバー1
7に送られる。The light in the reflection direction from the optical fiber sensor section 18b is transmitted through the second lens 20 and then reflected by the first lens.
, And is transmitted to the second beam splitter 25 to be split into light in two directions. The one split light is transmitted to the first light receiving fiber 1 via the first analyzer 26 and the third lens 21.
7 The other split light is secondly transmitted to the other light receiving fiber 1 via the analyzer 27 and the fourth lens 22.
7
【0060】一方、光ファイバーセンサ部18bは、被
測定電流が流れる被測定導体4の周囲に1以上のほぼ整
数倍の回数だけ巻き付けられた光ファイバーからなる光
ファイバーセンサ8から構成されており、この光ファイ
バーセンサ8は、その終端部に反射端28を備えてい
る。ここでは、光ファイバーセンサ8用の光ファイバー
として、信頼性の高い石英ファイバーを使用した場合に
ついて説明するが、特に、石英ファイバーに限定される
ものではない。また、光ファイバーセンサ8の反射端2
8は、光ファイバーセンサ8内を伝播してきた光を反射
して再び光ファイバーセンサ8内に戻し、反対方向に伝
播させるようになっている。この時、反射端28を用い
ることにより、光ファイバーの入射端と出射端は完全に
一致している。図中29は、このような入出射端を示し
ており、この入出射端29は、構造物中に収納されてい
る。そして、光ファイバーセンサ8の両端であるこの入
出射端29と前述した反射端28は互いに接近して配置
されている。On the other hand, the optical fiber sensor section 18b is composed of an optical fiber sensor 8 composed of an optical fiber wound around the conductor 4 under measurement through which the current to be measured flows by an integral number of times of 1 or more. 8 has a reflective end 28 at the end thereof. Here, a case where a highly reliable quartz fiber is used as the optical fiber for the optical fiber sensor 8 will be described, but the present invention is not particularly limited to the quartz fiber. Also, the reflection end 2 of the optical fiber sensor 8
Numeral 8 reflects the light propagating in the optical fiber sensor 8, returns the light again into the optical fiber sensor 8, and propagates the light in the opposite direction. At this time, by using the reflection end 28, the input end and the output end of the optical fiber completely coincide with each other. In the drawing, reference numeral 29 indicates such an input / output end, and the input / output end 29 is housed in a structure. The input / output end 29, which is both ends of the optical fiber sensor 8, and the above-described reflection end 28 are arranged close to each other.
【0061】図2は、光ファイバーセンサ8の詳細を示
す説明図である。光ファイバーセンサ8用の光ファイバ
ーとしては、磁界がない状態でも常に旋光性を有するシ
ングルモードファイバーが採用されており、この光ファ
イバー自体は、製造段階に捻じられた(スパン)ファイ
バーである。この光ファイバーセンサ8用の光ファイバ
ーは、光が伝播するコア部30と、その外周に順次設け
られたクラッド層31およびコーティング層32から構
成されており、実装段階で右方向に機械的に捻じられて
いる。FIG. 2 is an explanatory diagram showing details of the optical fiber sensor 8. As an optical fiber for the optical fiber sensor 8, a single mode fiber that always has optical rotation even in the absence of a magnetic field is used, and this optical fiber itself is a (span) fiber twisted in a manufacturing stage. The optical fiber for the optical fiber sensor 8 is composed of a core portion 30 through which light propagates, a cladding layer 31 and a coating layer 32 provided sequentially on the outer periphery thereof, and is mechanically twisted rightward in the mounting stage. I have.
【0062】以上の構成を有する図1の光ファイバー電
流計測による被測定導体4の電流計測は、次のように行
われる。まず、信号処理部10の光源12から発した光
は、送光用ファイバー16を通ってセンサ光学部9の結
合光学系18aに送られる。The current measurement of the conductor 4 to be measured by the optical fiber current measurement of FIG. 1 having the above configuration is performed as follows. First, light emitted from the light source 12 of the signal processing unit 10 is transmitted to the coupling optical system 18a of the sensor optical unit 9 through the light transmitting fiber 16.
【0063】この送光用ファイバー16からの光は、第
1のレンズ19によって平行ビームに変換され、偏光子
23によって直線偏光に変換された後、第1のビームス
プリッタ24を透過して第2のレンズ20によって集光
され、光ファイバーセンサ部18bの始端部に入射す
る。The light from the light transmitting fiber 16 is converted into a parallel beam by the first lens 19, converted into linearly polarized light by the polarizer 23, and then transmitted through the first beam splitter 24 to be converted into the second beam. And is incident on the starting end of the optical fiber sensor section 18b.
【0064】光ファイバーセンサ部18bに入射した光
は、光ファイバーセンサ8内を伝播して反射端28で反
射された後、再び光ファイバーセンサ8内に戻され、反
対方向に伝播して結合光学系18a側の始端部である入
射端から出射する。この場合、光ファイバーセンサ部1
8b内を往復する形で通過する光の偏光面は、被測定導
体4を流れる被測定電流によって誘起されるファラデー
効果により回転する。The light incident on the optical fiber sensor section 18b propagates through the optical fiber sensor 8 and is reflected by the reflection end 28, and then returns again into the optical fiber sensor 8, and propagates in the opposite direction to the coupling optical system 18a side. From the incident end, which is the start end of. In this case, the optical fiber sensor unit 1
The polarization plane of the light passing back and forth in 8b rotates due to the Faraday effect induced by the measured current flowing through the conductor 4 to be measured.
【0065】そして、光ファイバーセンサ8からの出射
光は、結合光学系18aの第2のレンズ20で平行ビー
ムに変換された後、第1のビームスプリッタ24で反射
され、第2のビームスプリッタ25で2方向の光に分割
される。The light emitted from the optical fiber sensor 8 is converted into a parallel beam by the second lens 20 of the coupling optical system 18a, then reflected by the first beam splitter 24, and reflected by the second beam splitter 25. It is split into light in two directions.
【0066】この場合、第2のビームスプリッタ25か
らの一方の分割光は、第1の検光子26によってx方向
の偏光成分が抽出された後、第3のレンズ21および受
光用ファイバー17を介して、信号処理部10の一方の
検出器13に送られる。また、他方の分割光は、第2の
検光子27によってy方向の偏光成分が抽出された後、
第4のレンズ22および受光用ファイバー17を介し
て、他方の検出器13に送られる。In this case, one of the split beams from the second beam splitter 25 passes through the third lens 21 and the light receiving fiber 17 after the first analyzer 26 extracts the polarization component in the x direction. Then, it is sent to one detector 13 of the signal processing unit 10. Further, the other split light is obtained by extracting the polarization component in the y direction by the second analyzer 27.
The light is sent to the other detector 13 via the fourth lens 22 and the light receiving fiber 17.
【0067】このようにして、x方向とy方向の偏光成
分の光は、各検出器13に送られ、これらの検出器13
で得られた各偏光成分の信号は、信号処理回路14に送
られて演算処理され、得られた処理結果、すなわち測定
結果は、出力端子15によって出力される。In this manner, the light of the polarization components in the x direction and the y direction is sent to each detector 13 and these detectors 13
The signals of the respective polarization components obtained in (1) are sent to the signal processing circuit 14 where they are subjected to arithmetic processing, and the obtained processing results, that is, the measurement results, are output from the output terminal 15.
【0068】以上が、図1の光ファイバー電流計測器に
おける信号の流れであるが、特に、光ファイバーセンサ
8は、その構成の特徴から、コア部30が均一である
上、光ファイバーセンサ8内を光が伝播する際、光の偏
光面が回転する。この点について次に説明する。The signal flow in the optical fiber current measuring device shown in FIG. 1 has been described above. In particular, the optical fiber sensor 8 has a uniform core portion 30 and the light inside the optical fiber sensor 8 because of its configuration. When propagating, the plane of polarization of the light rotates. This will be described below.
【0069】まず、光ファイバーセンサ8用の光ファイ
バーは、磁界がない状態でも常に旋光性を有するシング
ルモードファイバーであり、しかも、この光ファイバー
自体は、製造段階においてプリフォームを回転させなが
ら線引きすることによって捻じられた(スパン)ファイ
バーであるため、ファイバー製作時に生じるコア部30
の非対称性がなくなり、複屈折量が小さくなっている。
(<2°/m)。すなわち、コア部30が均一化されて
いる。First, the optical fiber for the optical fiber sensor 8 is a single mode fiber that always has optical rotation even in the absence of a magnetic field, and the optical fiber itself is twisted by drawing while rotating the preform in the manufacturing stage. Core fiber 30 produced during fiber fabrication because of
Is eliminated, and the amount of birefringence is reduced.
(<2 ° / m). That is, the core portion 30 is made uniform.
【0070】また、光ファイバーを曲げると曲げた方
向、すなわち光ファイバーを配置した方向(x軸)とこ
れに垂直な方向(y軸)に複屈折の主軸が発生し、これ
が光ファイバー内の不均一性の原因になる。これに対し
て、光ファイバーセンサ8は、実装段階でも右方向に機
械的に捻じられているため、この光ファイバーセンサ8
内を伝播する光が旋光する。すなわち、図2において
は、光ファイバーセンサ8の軸方向(z軸方向)に直線
方向の光が伝播する際の、コア部30内のA点およびB
点での偏光面の方向が示してあり、光ファイバーが捩れ
る捻じられていることから、光の偏光面は、B点ではA
点に比べ角度θだけ旋光している。なお、光ファイバー
が、左方向に機械的に捻じられた場合でも、同様の作用
が得られる。When the optical fiber is bent, a main axis of birefringence is generated in the bending direction, that is, the direction in which the optical fiber is arranged (x-axis) and the direction perpendicular thereto (y-axis). Cause. On the other hand, the optical fiber sensor 8 is mechanically twisted rightward even in the mounting stage.
The light propagating inside rotates. That is, in FIG. 2, when light in a linear direction propagates in the axial direction (z-axis direction) of the optical fiber sensor 8, points A and B
The direction of the polarization plane at the point is shown, and since the optical fiber is twisted and twisted, the polarization plane of the light is A at the point B.
The light is rotated by an angle θ as compared with the point. The same operation can be obtained even when the optical fiber is mechanically twisted to the left.
【0071】このように、光ファイバーセンサ8内を光
が伝播する際、光の偏光面が回転することにより平均化
されるため、光から見た光ファイバーセンサ8内部の不
均一性を解消することができ、感度の低下なしに高精度
な測定が実現できる。なお、捻じり応力による旋光性は
捻じり量に対して一定の割合となるため、あらかじめ捻
じり量がわかれば、この旋光量を求めることができ、被
測定電流4によって生じる磁界によってファラデー効果
と分離することができる。特に、本実施の形態では、反
射鏡28を用いて光路を往復させているので、捻じりに
よる旋光量は行きと帰りで逆方向となり打ち消される構
成になっているため、実質的にファラデー旋光のみが測
定できるという利点がある。As described above, when light propagates in the optical fiber sensor 8, the light is averaged due to rotation of the polarization plane of the light, so that the non-uniformity inside the optical fiber sensor 8 as viewed from the light can be eliminated. And high-accuracy measurement can be realized without lowering the sensitivity. Since the optical rotation due to the torsional stress is a fixed ratio to the amount of twist, if the amount of twist is known in advance, the amount of optical rotation can be obtained, and the Faraday effect and the magnetic field generated by the measured current 4 can be obtained. Can be separated. In particular, in the present embodiment, since the optical path is reciprocated using the reflecting mirror 28, the amount of optical rotation due to twisting is reversed in the going and returning directions, and is canceled out. Has the advantage that it can be measured.
【0072】したがって、本実施の形態の形態によれ
ば、光ファイバーに旋光性を持たせた結果、ファイバー
内部の不均一性を解消することができるので、高精度な
電流測定が実現できる。Therefore, according to the present embodiment, as a result of imparting optical rotation to the optical fiber, non-uniformity inside the fiber can be eliminated, so that highly accurate current measurement can be realized.
【0073】なお、反射端を有しない構成でも同様な効
果が得られるのは言うまでもない。次に本発明に係る光
ファイバー電流計測器の第2の実施の形態を説明する。
なお、本実施の形態は、前述した第1の実施の形態の変
形例に相当するため、第1の実施の形態と同様の構成に
ついての説明は省略する。It is needless to say that a similar effect can be obtained even in a configuration having no reflection end. Next, a second embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention will be described.
Note that this embodiment corresponds to a modification of the above-described first embodiment, and a description of a configuration similar to that of the first embodiment will be omitted.
【0074】すなわち、本実施の形態は、図2に示すよ
うな光ファイバーセンサ8の光ファイバーに加える捻じ
り量を規定して、長期信頼性を向上するものである。特
に光ファイバー電流計測器を電力系統用として適用する
ためには、光ファイバーセンサ8の寿命が重要である。That is, in the present embodiment, the amount of twist applied to the optical fiber of the optical fiber sensor 8 as shown in FIG. 2 is specified to improve long-term reliability. In particular, the life of the optical fiber sensor 8 is important for applying the optical fiber current measuring device to the power system.
【0075】まず、実装段階で捻じられた光ファイバー
の寿命ts は、次の(1)式によって表される。 ln(ts /tpe1 )=ln(Pf /L・ Np1)−ln(b)−n・ ln(σs /σp1) b=ln(1+Np2/Np1)/ln{1+(σp2)n ・ tpe2 /(σp1)n ・ tpe1 } …(1) この(1)式において、各パラメータは、製造段階に捻
じられた光ファイバーの強度試験のパラメータを表して
いる。tpe1 、tpe2 は、1、2回目の耐力試験時間、
Pf は破壊確率、Lはファイバー長、Np1、Np2は1、
2回目の耐力試験時間時の単位長さ当りの破断個数、σ
p1、σp2は、1、2回目の耐力試験時間時の応力、nは
動的疲労試験による傾きである。First, the lifetime t s of the optical fiber twisted in the mounting stage is expressed by the following equation (1). ln (t s / t pe1) = ln (P f / L · N p1) -ln (b) -n · ln (σ s / σ p1) b = ln (1 + N p2 / N p1) / ln {1+ ( σ p2 ) n · t pe2 / (σ p1 ) n · t pe1 … (1) In the equation (1), each parameter represents a parameter of the strength test of the optical fiber twisted at the manufacturing stage. t pe1 and t pe2 are the first and second proof test times,
P f is the failure probability, L is the fiber length, N p1 and N p2 are 1,
Number of breaks per unit length during the second proof test time, σ
p1 and σp2 are stresses at the time of the first and second proof stress tests, and n is a slope obtained by a dynamic fatigue test.
【0076】σs は実使用時の応力であり、ファイバー
の最大主応力と等しい。すなわち、次のように表され
る。 σs =[σzmax+{(σzmax)2 +4G2 θ2 r2 }
1/2 ]/2 ここで、Gは横弾性係数、θは単位長さ当りの捻じり角
度、rは光ファイバークラッド層の外半径である。ま
た、σzmaxは曲げの最大応力であり、次式で表される。Σ s is the stress in actual use and is equal to the maximum principal stress of the fiber. That is, it is expressed as follows. σ s = [σ zmax + {(σ zmax ) 2 + 4G 2 θ 2 r 2 }
1/2 ] / 2 where G is the transverse elastic modulus, θ is the twist angle per unit length, and r is the outer radius of the optical fiber cladding layer. Σ zmax is the maximum stress of bending, and is expressed by the following equation.
【0077】σzmax={r/(R+r)}E ここで、Rはファイバーの曲げ半径、Eはヤング率であ
る。具体的に、光ファイバーセンサ用の光ファイバーと
して石英ファイバーを用い、破断確立Pf =10-5、光
ファイバークラッド外半径r=62.5μm、ファイバ
ーの曲げ半径0.5m、巻き回数m=1回とし、強度試
験を行ったところ、n=20、tpe1 =1.2(s)、
b=0.0492、σp1=3.196×105 (P
a)、Np1=1.43(コ/m)、E=7.2×1010
(N/m2 )、G=E/{2・(1+0.2)}という
結果が得られた。そして、この結果を前記(1)式に代
入したところ、図3に示すような、ファイバー破断寿命
のファイバー捻じり回数依存性が得られた。この図3か
ら明らかなように、捻じり率を8回/m以下にすれば、
電力系統用として要求される25年以上の機械的寿命を
確保することができる。Σ zmax = {r / (R + r)} E where R is the bending radius of the fiber and E is the Young's modulus. Specifically, a quartz fiber is used as the optical fiber for the optical fiber sensor, the fracture establishment P f = 10 −5 , the outer radius of the optical fiber clad r = 62.5 μm, the bending radius of the fiber is 0.5 m, and the number of turns m = 1, When a strength test was performed, n = 20, t pe1 = 1.2 (s),
b = 0.0492, σ p1 = 3.196 × 10 5 (P
a), N p1 = 1.43 (co / m), E = 7.2 × 10 10
(N / m 2 ) and G = E / {2 · (1 + 0.2)}. Then, when this result was substituted into the above equation (1), the dependency of the fiber breaking life on the number of twisting of the fiber was obtained as shown in FIG. As is clear from FIG. 3, when the twisting rate is set to 8 times / m or less,
The mechanical life of 25 years or more required for the power system can be secured.
【0078】さらに、具体的に、破断確率Pf =10-5
で、25年以上の機械的寿命を確保するためには、前記
(1)式をより簡略化することで、次のような条件式が
求められる。すなわち、光ファイバーセンサ用の光ファ
イバーのクラッド外径を2r(μm)、被測定対象物の
周りにおける光ファイバーの巻き数をm(回)とした場
合に、光ファイバーに対して実装段階に加える捻じり率
nt (回/m)が、次の(2)式を満足すれば、破断確
率Pf =10-5で、25年以上の寿命を確保することが
できる。More specifically, the probability of fracture P f = 10 -5
In order to secure a mechanical life of 25 years or more, the following conditional expression is required by further simplifying the expression (1). That is, when the outer diameter of the clad of the optical fiber for the optical fiber sensor is 2r (μm) and the number of turns of the optical fiber around the object to be measured is m (turns), the twisting ratio n added to the optical fiber in the mounting step is n If t (times / m) satisfies the following expression (2), a life of 25 years or more can be secured with a breakage probability P f = 10 −5 .
【0079】 nt ≦(125/2r)(8.0−log10m) …(2) なお、この(2)式は、ファイバーの曲げ半径R≦0.
5mの場合に成り立つ必要条件であり、R>0.5mの
場合には、さらに寿命を延ばすことができる。ちなみ
に、図3の条件を代入すれば、nt ≦8.0(回/m)
=16.0π(ラジアン/m)となり、図3の結果と一
致する。N t ≦ (125 / 2r) (8.0−log 10 m) (2) In the equation (2), the bending radius R ≦ 0.
This is a necessary condition that is satisfied when the distance is 5 m, and when R> 0.5 m, the life can be further extended. By the way, if the condition of FIG. 3 is substituted, n t ≦ 8.0 (times / m)
= 16.0π (radian / m), which is consistent with the result of FIG.
【0080】したがって、この(2)式の条件を満足す
るような捻じりを光ファイバーに加えることにより、前
記光ファイバーが均質となるため、高精度な測定が実現
でき、かつ長期信頼性も向上させることができる。Therefore, by applying a twist that satisfies the condition of the formula (2) to the optical fiber, the optical fiber becomes homogeneous, so that highly accurate measurement can be realized and long-term reliability is improved. Can be.
【0081】次に本発明に係る光ファイバー電流計測器
の第3の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態
は、前述した第1の実施の形態の変形例に相当するた
め、第1の実施の形態と同等の構成についての説明は省
略する。Next, a third embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention will be described. Note that this embodiment corresponds to a modification of the above-described first embodiment, and a description of a configuration equivalent to that of the first embodiment will be omitted.
【0082】すなわち、本実施の形態は、図1に示すよ
うな光ファイバーセンサ8において、捻じり数と複屈折
量の関係において光ファイバー全長が有する複屈折量が
0°近傍、もしくは極値近傍となるように捻じり数を設
定して、高精度を確保するものである。That is, in the present embodiment, in the optical fiber sensor 8 as shown in FIG. 1, the birefringence of the entire length of the optical fiber is near 0 ° or near the extreme in the relationship between the number of twists and the birefringence. The number of twists is set as described above to ensure high accuracy.
【0083】図4は、石英ファイバーにおける光ファイ
バー全長に亘る捻じり数と複屈折量(任意目盛り)の関
係を示す。このとき、光ファイバーセンサ8に入射する
光の偏波面は光ファイバーを配置した方向に対して+4
5°近傍である(+135°、−45°、−135°近
傍でも同様の結果である)。ここで、近傍とは、±2
2.5°の範囲を示すが、±10°の範囲ならば、さら
に効果が大である。石英ファイバーにおける捻じり量ξ
と旋光量ωの関係は、次式で表される。FIG. 4 shows the relationship between the number of twists over the entire length of the optical fiber and the amount of birefringence (arbitrary scale) in the quartz fiber. At this time, the polarization plane of the light incident on the optical fiber sensor 8 is +4 with respect to the direction in which the optical fiber is arranged.
It is close to 5 ° (similar results are obtained near + 135 °, −45 °, and −135 °). Here, the neighborhood is ± 2
A range of 2.5 ° is shown, but if the range is ± 10 °, the effect is even greater. Twist in quartz fiber フ ァ イ バ ー
And the rotation light amount ω are expressed by the following equation.
【0084】ω=0.073ξ(ラジアン)なお、係数
0.073は、温度により若干変化する。ここで、捻じ
り数N(回)と捻じり量ξとの間には、ξ=2πNの関
係がある。捻じり量ξを3.5回の倍数近傍とする条件
は、次の(3)式で表される。Ω = 0.073 ° (radian) The coefficient 0.073 slightly changes depending on the temperature. Here, there is a relationship of ξ = 2πN between the number of twists N (times) and the amount of twist ξ. The condition that the amount of twist と す る is set to be a multiple of 3.5 times is expressed by the following equation (3).
【0085】 2π(3.5M−1)≦ξ(=2πN)≦2π(3.5M+1) …(3) なお、この(3)式において、Mは正の整数であり、ξ
が負の時は左向きの捻じりを示す。この(3)式に示す
ように捻じり量ξを規定すれば、旋光量ωは(π/2)
・ Mとほぼ等しくなり、図4に示すように、光ファイバ
ー全長に亘る複屈折量は0°近傍となる。2π (3.5M−1) ≦ ξ (= 2πN) ≦ 2π (3.5M + 1) (3) In the equation (3), M is a positive integer, and ξ
A negative value indicates a leftward twist. If the amount of twist ξ is defined as shown in the equation (3), the amount of rotation ω is (π / 2)
M is substantially equal to M, and as shown in FIG. 4, the amount of birefringence over the entire length of the optical fiber is near 0 °.
【0086】ところで、電流値が低い場合に、光ファイ
バー電流計測器の感度Sと複屈折量δとの間には、次の
(4)式で表されるような関係がある。 S=sinδ/δ …(4) したがって、複屈折量δが0°近傍にあれば、高感度で
精度の高い測定ができる。また、温度変化により旋光量
が若干変化しても、複屈折量δが0°近傍にあるため、
感度Sはほとんど変化せず、温度安定性に優れている。When the current value is low, there is a relationship between the sensitivity S of the optical fiber current measuring device and the amount of birefringence δ as expressed by the following equation (4). S = sin δ / δ (4) Accordingly, if the amount of birefringence δ is near 0 °, highly sensitive and highly accurate measurement can be performed. Further, even if the amount of rotation is slightly changed due to a temperature change, since the birefringence amount δ is near 0 °,
The sensitivity S hardly changes, and the temperature stability is excellent.
【0087】また、図4において、捻じり数N(回)
を、3.5回の倍数に1.75を加えた値に近傍する条
件は、次の(5)式で表される。 |N|=1.75+3.5M …(5) なお、この(5)式において、Mは正の整数である。こ
の(5)式を満足する近傍、すなわち、±1以内となる
ように捻じり数Nを規定すれば、図4に示すように、複
屈折量は極値近傍となる。この場合、計測器の感度Sは
若干低下するが、複屈折量が極値近傍であるため、温度
変化により旋光量が若干変化しても感度の変動は少な
い。In FIG. 4, the number of twists N (times)
Is near the value obtained by adding 1.75 to a multiple of 3.5 times, and is expressed by the following equation (5). | N | = 1.75 + 3.5M (5) In the equation (5), M is a positive integer. If the number of twists N is defined so as to be close to satisfying the expression (5), that is, within ± 1, the amount of birefringence becomes close to an extreme value as shown in FIG. In this case, the sensitivity S of the measuring device is slightly reduced, but since the amount of birefringence is near the extreme value, the sensitivity does not fluctuate even if the amount of rotation changes slightly due to a temperature change.
【0088】以上のように、光ファイバーセンサの複屈
折量を、捻じり数と複屈折量の関係において、0°近傍
もしくは極値近傍となるように捻じり数を設定すること
により、温度変化に影響されにくい、高精度な計測器を
実現することができる。また、光ファイバーセンサに入
射する光の偏波面の方向(直線偏光の方向)を、光ファ
イバーが配置される面に対して、+45°、+135
°、−45°、もしくは−135°の近傍とすることに
より、少ない捻じり量で感度の変化量を小さくでき、寿
命の低下を抑制することができる。As described above, the birefringence of the optical fiber sensor is set to a value close to 0 ° or to an extremum in the relationship between the number of twists and the amount of birefringence. A highly accurate measuring instrument which is hardly affected can be realized. Also, the direction of the plane of polarization of light incident on the optical fiber sensor (the direction of linearly polarized light) is + 45 ° and +135 with respect to the plane on which the optical fiber is arranged.
By setting the angle in the vicinity of °, -45 °, or -135 °, the amount of change in sensitivity can be reduced with a small amount of twist, and a reduction in life can be suppressed.
【0089】次に本発明に係る光ファイバー電流計測器
の第4の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態
は、前述した第1の実施の形態の変形例に相当するた
め、第1の実施の形態と同等の構成についての説明は省
略する。Next, a fourth embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention will be described. Note that this embodiment corresponds to a modification of the above-described first embodiment, and a description of a configuration equivalent to that of the first embodiment will be omitted.
【0090】すなわち、本実施の形態は、図2に示すよ
うな光ファイバーセンサ8のクラッド外径2r(μm)
の条件を、光ファイバーの平均曲げ半径R(m)と巻き
数m、および光の波長λに関して規定することにより、
曲げによる複屈折を小さくして精度を高めるものであ
る。That is, in this embodiment, the cladding outer diameter 2r (μm) of the optical fiber sensor 8 as shown in FIG.
By defining the average bending radius R (m) and the number of turns m of the optical fiber, and the wavelength λ of the light,
The purpose is to improve the accuracy by reducing birefringence due to bending.
【0091】まず、クラッド外径2r(μm)の光ファ
イバーセンサ8が被測定導体4の周りに平均曲げ半径R
(m)にて設置されている場合、光ファイバー中に誘起
される曲げによる複屈折量Δβ(°/m)は次の(6)
式で表される。First, an optical fiber sensor 8 having a clad outer diameter of 2r (μm) has an average bending radius R around the conductor 4 to be measured.
When installed in (m), the amount of birefringence Δβ (° / m) due to bending induced in the optical fiber is given by the following (6)
It is expressed by an equation.
【0092】 Δβ=|(πEc/λ)(r/R)2 ×(180/π)|…(6) ここで、Eはヤング率(=7.75×109 kg/m2
(石英))、cは光弾性定数(=−3.5×10-11 m
2 /kg)、λは光の波長である。Δβ = | (πEc / λ) (r / R) 2 × (180 / π) | (6) where E is Young's modulus (= 7.75 × 10 9 kg / m 2)
(Quartz)) and c are photoelastic constants (= −3.5 × 10 −11 m)
2 / kg), and λ is the wavelength of light.
【0093】図5は、r=62.5μmの場合における
平均曲げ半径Rと複屈折量Δβが大きくなり、光ファイ
バーセンサ8の感度が低下することがわかる。よって、
光ファイバーセンサ8の全長に亘る複屈折量をδ
(°)、光ファイバーセンサ8の被測定導体4の周りの
巻き数をmとすると、前記(6)式より、次式が得られ
る。FIG. 5 shows that, when r = 62.5 μm, the average bending radius R and the amount of birefringence Δβ increase, and the sensitivity of the optical fiber sensor 8 decreases. Therefore,
The amount of birefringence over the entire length of the optical fiber sensor 8 is δ
(°), assuming that the number of turns around the conductor 4 to be measured of the optical fiber sensor 8 is m, the following equation is obtained from the above equation (6).
【0094】δ=3.8×(0.25/R)2 (r/6
2.5)2 (0.8/λ)×2mπR この場合、光ファイバーセンサ8の感度Sは、前記
(4)式のように表されるため、測定精度±1%以内と
するためには、δ≦0.35ラジアン=20°とするの
が望ましい。また、図4より光ファイバー全長に亘る捻
じり数を約3.5回以上にすると、複屈折量は捻じり数
0回の時に比べて1/4以下になる。したがって、曲げ
によって誘起される複屈折量を20°×4=80°以下
に抑制するようなファイバーパラメータを設定すれば、
測定精度±1%は容易に満足できる。Δ = 3.8 × (0.25 / R) 2 (r / 6
2.5) 2 (0.8 / λ) × 2mπR In this case, since the sensitivity S of the optical fiber sensor 8 is expressed by the above equation (4), in order to keep the measurement accuracy within ± 1%, It is desirable that δ ≦ 0.35 radian = 20 °. 4, when the number of twists over the entire length of the optical fiber is set to about 3.5 or more, the amount of birefringence becomes 1/4 or less as compared with the case where the number of twists is zero. Therefore, if fiber parameters are set so as to suppress the amount of birefringence induced by bending to 20 ° × 4 = 80 ° or less,
Measurement accuracy of ± 1% can be easily satisfied.
【0095】よって、本実施の形態の光ファイバーセン
サ8のパラメータは、以下の(7)式に示す条件を満足
するように設定される。 (r/62.5)2 ≦(80/2mπR/3.8)(R/0.25)2 (λ/ 0.8) …(7) この(7)式に、R=0.1(m)、m=10(回)、
λ=0.8(μm)を代入すると、光ファイバーセンサ
のクラッド外半径rは、45μm以下である。Therefore, the parameters of the optical fiber sensor 8 according to the present embodiment are set so as to satisfy the condition shown in the following equation (7). (R / 62.5) 2 ≦ (80 / 2mπR / 3.8) (R / 0.25) 2 (λ / 0.8) (7) In the equation (7), R = 0.1 ( m), m = 10 (times),
Substituting λ = 0.8 (μm), the outer radius r of the cladding of the optical fiber sensor is 45 μm or less.
【0096】また、R≧0.25(m)、m=1
(回)、λ=1.3(μm)でr<40(μm)とする
と、δ<3°となり、光ファイバー全長に亘る捻じり数
が0でも所定の精度を満足することができる。さらに、
これを光ファイバー全長に亘って約3.5回転以上捻じ
るとδ<0.75°となり、感度S>0.99997が
実現でき、超高精度な光ファイバー電流計測器が実現で
きる。Also, R ≧ 0.25 (m), m = 1
(Times), when λ = 1.3 (μm) and r <40 (μm), δ <3 °, and even if the number of twists over the entire length of the optical fiber is zero, a predetermined accuracy can be satisfied. further,
If this is twisted about 3.5 turns or more over the entire length of the optical fiber, δ <0.75 °, sensitivity S> 0.999997 can be realized, and an ultra-high-precision optical fiber current measuring device can be realized.
【0097】したがって、本実施の形態によれば、前記
(7)式を満足するような光ファイバーセンサ8のパラ
メータを用いることにより、光ファイバー全長に亘る複
屈折量を大幅に低減できるため、光ファイバー電流計測
器の精度を高めることができる。Therefore, according to the present embodiment, the amount of birefringence over the entire length of the optical fiber can be greatly reduced by using the parameters of the optical fiber sensor 8 that satisfies the above equation (7). The accuracy of the vessel can be increased.
【0098】次に本発明に係る光ファイバー電流計測器
の第5の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態
は、前述した第1の実施の形態の変形例に相当するた
め、第1の実施の形態と同等の構成についての説明は省
略する。Next, an optical fiber current measuring device according to a fifth embodiment of the present invention will be described. Note that this embodiment corresponds to a modification of the above-described first embodiment, and a description of a configuration equivalent to that of the first embodiment will be omitted.
【0099】すなわち、本実施の形態は、図1に示すよ
うな光ファイバーセンサ8のクラッド外径2r(μm)
の条件を、光ファイバーの平均曲げ半径R(m)と巻き
数mに関して規定することにより、光ファイバー全長に
亘る複屈折量を低減して精度を高めると共に、機械的寿
命の低下を抑制して長期信頼性を高めるものである。That is, in this embodiment, the cladding outer diameter 2r (μm) of the optical fiber sensor 8 as shown in FIG.
Is defined with respect to the average bending radius R (m) and the number of turns m of the optical fiber, the amount of birefringence over the entire length of the optical fiber is reduced, the accuracy is increased, and the reduction in mechanical life is suppressed to ensure long-term reliability. It enhances the character.
【0100】電力系統用として要求される機械的寿命を
確保するための条件としては、前記(2)式において、
光ファイバーに対して実装段階に加える捻じり率nt
(回/m)を規定した。また、光ファイバー全長に亘る
複屈折量をある程度低い値にするためには、図4に示す
ように、光ファイバー全長に亘って少なくとも約3.5
回転以上捻じらなければならない。The condition for ensuring the mechanical life required for the power system is as follows:
Twist rate n t added to the mounting stage for optical fiber
(Times / m). In order to reduce the amount of birefringence over the entire length of the optical fiber to a certain value, as shown in FIG. 4, at least about 3.5 over the entire length of the optical fiber.
Twist more than rotation.
【0101】よって、光ファイバーセンサ8の平均曲げ
半径をR(m)とすると、次式が成り立つ。 (125/2r)(8.0−log10m)×2mπR≧
3.5 すなわち、光ファイバーセンサ8は、次の(8)式を満
足する。Therefore, if the average bending radius of the optical fiber sensor 8 is R (m), the following equation is established. (125 / 2r) (8.0-log 10 m) × 2mπR ≧
3.5 That is, the optical fiber sensor 8 satisfies the following expression (8).
【0102】 2r/125≦(8.0−log10m)×2mπR/3.5 …(8) ここで、rは光ファイバーのクラッド外半径(μm)、
mは被測定導体4の周りにおける光ファイバーの巻き数
(回)である。この(8)式に、m=1(回)、R=
0.05(m)を代入すると、r≦45(μm)とな
る。2r / 125 ≦ (8.0−log 10 m) × 2mπR / 3.5 (8) where r is the outer radius (μm) of the cladding of the optical fiber,
m is the number of turns (turns) of the optical fiber around the conductor 4 to be measured. In this equation (8), m = 1 (times), R =
Substituting 0.05 (m) gives r ≦ 45 (μm).
【0103】したがって、本実施の形態によれば、
(8)式を満足するような光ファイバーセンサ8を用い
ることにより、光ファイバーセンサ8の曲げ半径が小さ
い場合でも、光ファイバー全長に亘る複屈折率量を小さ
くできると共に、実装段階で捻じることによって機械的
寿命の低下を抑制できるため、精度および長期信頼性に
優れた光ファイバー電流計測器が実現できる。Therefore, according to the present embodiment,
By using the optical fiber sensor 8 that satisfies the expression (8), even when the bending radius of the optical fiber sensor 8 is small, the amount of birefringence over the entire length of the optical fiber can be reduced, and the optical fiber sensor 8 can be mechanically twisted during mounting. Since a reduction in the life can be suppressed, an optical fiber current measuring instrument excellent in accuracy and long-term reliability can be realized.
【0104】さらに、本実施の形態の変形例としては、
前記(8)式のクラッド外径2rの条件と、第4の実施
の形態について説明した前記(7)式のクラッド外径2
rの条件とを組み合わせて、光ファイバーセンサ8のク
ラッド外半径rを40μm未満(クラッド外径80μm
未満)にすることが考えられる。この構成によれば、さ
らに超高精度で長期信頼性に優れた光ファイバー電流計
測器が実現できる。Further, as a modified example of the present embodiment,
The condition of the cladding outer diameter 2r of the formula (8) and the cladding outer diameter 2r of the formula (7) described in the fourth embodiment are explained.
r, the outer radius r of the cladding of the optical fiber sensor 8 is less than 40 μm (80 μm
Less). According to this configuration, it is possible to realize an optical fiber current measuring device that is further highly accurate and has excellent long-term reliability.
【0105】図6は、本発明に係る光ファイバー電流計
測器の第6の実施の形態を示す図であり、特に、光ファ
イバーセンサ8の詳細を示す説明図である。なお、本実
施の形態は、前述した第1の実施の形態の変形例に相当
するため、第1の実施の形態と同等の構成についての説
明は省略する。FIG. 6 is a view showing a sixth embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention, and is an explanatory view showing the details of the optical fiber sensor 8 in particular. Note that this embodiment corresponds to a modification of the above-described first embodiment, and a description of a configuration equivalent to that of the first embodiment will be omitted.
【0106】すなわち、本実施の形態においては、図6
に示すように、光ファイバーセンサ8のコア部30、ク
ラッド層31、およびコーティング層32までを捻じる
ことによりこれらの部分に捻じり応力が加えられてお
り、この捻じりが、コーティング層32の周囲に新たに
設けられたアクリル等の外部コーティング層33によっ
て固定されている。That is, in the present embodiment, FIG.
As shown in FIG. 5, torsion stress is applied to these portions by twisting the core portion 30, the cladding layer 31, and the coating layer 32 of the optical fiber sensor 8, and the twisting occurs around the coating layer 32. Is fixed by an external coating layer 33 of acrylic or the like newly provided.
【0107】この構成により、捻じりに起因する光ファ
イバーの絡みを防止することができ、実装が容易になる
と共に、光ファイバー中に誘起されて不均一性の原因と
なる直線複屈折の影響を、捻じり応力による光の旋光に
よって抑制することができる。With this configuration, the entanglement of the optical fiber due to the twist can be prevented, the mounting becomes easy, and the influence of the linear birefringence induced in the optical fiber and causing the non-uniformity is reduced. Can be suppressed by optical rotation of light due to stress.
【0108】以上のように、本実施の形態によれば、光
ファイバーセンサ8のコア部30からコーティング層3
2までの部分に捻じり応力を加え、その周囲に、この捻
じりを固定するための外部コーティング層33を設ける
ことにより、非常に取り扱い易く、かつ高精度の光ファ
イバー電流計測器を実現できる。なお、必ずしもコア部
30からコーティング層32までの部分全体に捻じり応
力を加える必要はなく、少なくともコア部30に捻じり
応力を加えることにより、同様に優れた効果を得ること
ができるものである。As described above, according to the present embodiment, the core layer 30 of the optical fiber sensor 8 moves from the coating layer 3
By applying a torsional stress to up to two portions and providing an outer coating layer 33 around the portion to fix the torsion, an extremely easy-to-handle and high-precision optical fiber current measuring device can be realized. In addition, it is not always necessary to apply a torsional stress to the entire portion from the core portion 30 to the coating layer 32, and by applying at least a torsional stress to the core portion 30, similarly excellent effects can be obtained. .
【0109】図7は、本発明に係る光ファイバー電流計
測器の第7の実施の形態を示す図であり、特に、光ファ
イバーセンサ8の詳細を示す説明図である。なお、本実
施の形態は、前述した第1の実施の形態の変形例に相当
するため、第1の実施の形態と同等の構成についての説
明は省略する。FIG. 7 is a diagram showing a seventh embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention, and is an explanatory diagram showing the details of the optical fiber sensor 8 in particular. Note that this embodiment corresponds to a modification of the above-described first embodiment, and a description of a configuration equivalent to that of the first embodiment will be omitted.
【0110】すなわち、本実施の形態においては、図7
に示すように、光ファイバーセンサ8の光ファイバーを
構成するコア部30、クラッド層31、およびコーティ
ング層32までを捻じることによりこれらの部分に捻じ
り応力が加えられている点では、前記第6の実施の形態
と同様であるが、この捻じりの固定方法が異なる。本実
施の形態においては、この捻じりが、光ファイバーセン
サ8の両端を固定するコネクタ34で固定されると共
に、光ファイバーセンサ8の外側に外被となる保護用の
パイプ35が設けられている。また、両端のコネクタ3
4の少なくとも一方には、捻じりを調整した後に固定す
るための捻じり固定具36が設けられている。さらに、
図示していないが、パイプ35内には部分的もしくは全
体的に光ファイバーセンサ8のガイドを設けてもよい。That is, in the present embodiment, FIG.
As shown in FIG. 7, the sixth embodiment is characterized in that the torsion stress is applied to these portions by twisting the core portion 30, the cladding layer 31, and the coating layer 32 constituting the optical fiber of the optical fiber sensor 8. This is the same as the embodiment, but the method of fixing this torsion is different. In the present embodiment, the torsion is fixed by connectors 34 for fixing both ends of the optical fiber sensor 8, and a protective pipe 35 serving as a jacket is provided outside the optical fiber sensor 8. Also, connectors 3 at both ends
At least one of the four is provided with a torsion fixture 36 for fixing after adjusting the torsion. further,
Although not shown, a guide for the optical fiber sensor 8 may be provided partially or entirely in the pipe 35.
【0111】この構成により、パイプ35に光ファイバ
ーセンサ8を通した後、一方のコネクタ34を回転する
ことによって、光ファイバーセンサ8の全長に亘る捻じ
り数を容易に決定できる。したがって、捻じりに起因す
る光ファイバーの絡みを防止することができ、実装が容
易になると共に、実装段階において容易に捻じり数を調
整でき、光ファイバー中に誘起されて不均一性の原因と
なる直線複屈折の影響を、適切な捻じり応力による光の
旋光によって適切に抑制することができる。With this configuration, after passing the optical fiber sensor 8 through the pipe 35, the number of twists over the entire length of the optical fiber sensor 8 can be easily determined by rotating one connector 34. Therefore, the entanglement of the optical fiber due to the twist can be prevented, the mounting becomes easy, the number of twists can be easily adjusted in the mounting stage, and the straight line which is induced in the optical fiber and causes the non-uniformity. The influence of birefringence can be appropriately suppressed by optical rotation of light due to appropriate torsional stress.
【0112】以上のように、本実施の形態によれば、光
ファイバーセンサ8のコア部30からコーティング層3
2までの部分に捻じり応力を加え、この光ファイバーセ
ンサ8の両端を固定すると共に、その外側にパイプ35
を設けることにより、非常に取り扱い易く、光ファイバ
ーセンサ8自体の劣化を防止でき、しかも、実装段階で
容易に調整可能な、高精度の光ファイバー電流計測器を
実現できる。As described above, according to the present embodiment, the core layer 30 of the optical fiber sensor 8 starts to cover the coating layer 3.
2, a torsion stress is applied to both ends of the optical fiber sensor 8, and a pipe 35
Is provided, it is possible to realize a highly accurate optical fiber current measuring device which is very easy to handle, can prevent deterioration of the optical fiber sensor 8 itself, and can be easily adjusted at the mounting stage.
【0113】なお、必ずしもコア部30からコーティン
グ層32までの部分全体に捻じり応力を加える必要はな
く、少なくともコア部30に捻じり応力を加えることに
より、同様に優れた効果を得ることができるものであ
る。また、光ファイバーセンサ8の両端を固定する手段
は、コネクタ34や捻じり固定具36等の構成に限定さ
れるものでなく、その具体的な構成は適宜選択可能であ
り、また、パイプ35の具体的な構成も適宜選択可能で
ある。It is not always necessary to apply a torsional stress to the entire portion from the core portion 30 to the coating layer 32. By applying a torsional stress to at least the core portion 30, similarly excellent effects can be obtained. Things. Further, the means for fixing both ends of the optical fiber sensor 8 is not limited to the configuration of the connector 34 or the torsion fixture 36 or the like, and the specific configuration can be appropriately selected. The general configuration can be appropriately selected.
【0114】さらに、第6の実施例で説明した光ファイ
バーセンサ8を本実施例の保護用のパイプ35内に収納
した場合、外部からの保護をさらに強化でき、高精度な
光ファイバー電流計測器を実現できる。Further, when the optical fiber sensor 8 described in the sixth embodiment is housed in the protection pipe 35 of the present embodiment, the protection from the outside can be further strengthened, and a high-precision optical fiber current measuring device is realized. it can.
【0115】図8は、本発明に係る光ファイバー電流計
測器の第8の実施の形態を示す図であり、特にセンサ光
学部9の詳細を示す説明図である。なお、本実施例の形
態は、前述した第1の実施形態の変形例に相当するた
め、第1の実施形態と同等の構成についての説明は省略
する。FIG. 8 is a diagram showing an eighth embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention, and is an explanatory diagram showing the details of the sensor optical unit 9 in particular. Note that this embodiment corresponds to a modified example of the above-described first embodiment, and therefore a description of a configuration equivalent to that of the first embodiment will be omitted.
【0116】すなわち、本実施例の形態においては、図
8に示すように、結合光学部18aからでる光ファイバ
ーセンサ8には反射端28がつながれている。反射端2
8は図示されていないフランジもしくは容器に固定され
ている回転部37につながれ、回転部37は外部から駆
動できるパルスモータ等の駆動部38につながれてい
る。また、回転部37は光ファイバーセンサ8の捻じり
を固定するためのネジ等の固定部39が設けられてい
る。光ファイバーセンサ8は図示されていないフランジ
もしくは容器の角溝中に収納され、ファイバーガイド4
0により緩やかに固定されている(ここでは1 巻きしか
光ファイバーセンサが巻かれていないが複数回巻きでも
よい)。なお、フランジもしくは容器中には袋詰めされ
た乾燥剤41が、また、図示されていないが結合光学部
18a中にも乾燥剤が入れられている。That is, in the embodiment, as shown in FIG. 8, the reflection end 28 is connected to the optical fiber sensor 8 coming out of the coupling optical section 18a. Reflection end 2
Reference numeral 8 is connected to a rotating portion 37 fixed to a flange or a container (not shown), and the rotating portion 37 is connected to a driving portion 38 such as a pulse motor that can be driven from the outside. The rotating section 37 is provided with a fixing section 39 such as a screw for fixing the twist of the optical fiber sensor 8. The optical fiber sensor 8 is housed in a flange (not shown) or a square groove of a container,
It is loosely fixed by 0 (here, the optical fiber sensor is wound only once, but may be wound several times). Note that a desiccant 41 packed in a bag is also contained in the flange or the container, and a desiccant is also contained in the coupling optical unit 18a (not shown).
【0117】この構成により、回転部37により実装段
階において捻じりの調整をすることができる。外部から
駆動できる駆動部38を用いればさらに調整が容易に精
度よく実現できる。調整後、固定部39により捻じり状
態を固定することができる。この際、光ファイバーその
ものだけでなく、両端に取付けられたコネクタを含めた
複屈折の総和を最小化できる。これには光ファイバー電
流計測器の出力が極値近傍、特に極大値近傍となるよう
に調整すればよい。ファイバーガイド40により光ファ
イバーセンサ8が緩やかに固定され、光ファイバーがず
れたり絡まるのを防止している。特に、複数回巻きの場
合、1巻き毎に通すガイドを分けることによりファイバ
ーどうしが絡まるのを防いでいる。フランジもしくは容
器中の乾燥剤41、もしくは結合光学系18a中の乾燥
剤により、光ファイバーセンサ8や結合光学系18a内
の光学部品の結露や高湿度の影響を避けることができ
る。With this configuration, it is possible to adjust the torsion at the mounting stage by the rotating unit 37. If the driving unit 38 which can be driven from the outside is used, further adjustment can be easily and accurately realized. After the adjustment, the twisted state can be fixed by the fixing portion 39. At this time, the sum of the birefringence not only of the optical fiber itself but also of the connectors attached to both ends can be minimized. For this purpose, the output of the optical fiber current measuring device may be adjusted so as to be near the extreme value, especially near the maximum value. The optical fiber sensor 8 is loosely fixed by the fiber guide 40 to prevent the optical fiber from shifting or tangling. In particular, in the case of a plurality of turns, the guides to be passed for each turn are separated to prevent the fibers from becoming entangled. The desiccant 41 in the flange or the container or the desiccant in the coupling optical system 18a can avoid the effects of dew condensation and high humidity on the optical fiber sensor 8 and the optical components in the coupling optical system 18a.
【0118】以上のように、本実施の形態によれば、光
ファイバーセンサ8につながれた回転部37、駆動部3
8、固定部39により光ファイバーセンサ8を所定の捻
じり数に固定できるため、感度の変化量を抑え、高精度
を保つことを長期間にわたって実現できる。また、ファ
イバーガイド40を設けることにより、光ファイバーセ
ンサ8を緩く固定でき、ずれや絡まりを防止できること
により、高精度を保つことができる。さらに、乾燥剤4
1等により光ファイバーセンサ8もしくは結合光学系1
8aの少なくとも一方が乾燥状態に保ったフランジ、も
しくは真空引きした容器内に配置されることにより、結
露や高湿度の影響を避けることができ、高精度測定を長
期間にわたって実現できる。As described above, according to the present embodiment, the rotating unit 37 and the driving unit 3 connected to the optical fiber sensor 8 are used.
8, since the optical fiber sensor 8 can be fixed at a predetermined number of twists by the fixing portion 39, the amount of change in sensitivity can be suppressed and high accuracy can be maintained over a long period of time. In addition, by providing the fiber guide 40, the optical fiber sensor 8 can be loosely fixed, and deviation and entanglement can be prevented, so that high accuracy can be maintained. Furthermore, desiccant 4
The optical fiber sensor 8 or the coupling optical system 1
By arranging at least one of the flanges 8a in a flange kept in a dry state or in a vacuum-evacuated container, it is possible to avoid the effects of dew condensation and high humidity, and to achieve high-accuracy measurement over a long period of time.
【0119】ここで、駆動部38は調整後、固定部39
により回転部37を固定した後は取り外しても同等な優
れた効果が得られる。また、乾燥状態をつくるために乾
燥空気や窒素等の露点の高いガスを封入しても同等な効
果が得られる。さらに結合光学系18aに孔を開けて、
フランジもしくは容器内部との通気性を良くすることに
より、結露や高湿度の影響を避けることが可能である。Here, the drive unit 38 is adjusted, and then the fixed unit 39 is adjusted.
As a result, even if the rotating portion 37 is fixed and then removed, the same excellent effect can be obtained. The same effect can be obtained even if a gas having a high dew point such as dry air or nitrogen is sealed in order to create a dry state. Further, a hole is made in the coupling optical system 18a,
By improving the air permeability with the flange or the inside of the container, it is possible to avoid the effects of condensation and high humidity.
【0120】図9(a)〜(c)は、本発明に係る光フ
ァイバー電流計測器の第9の実施の形態を示す図であ
り、特に光源12と送光用ファイバーの詳細を示す説明
図である。なお、本実施例の形態は、前述した第1の実
施形態の変形例に相当するため、第1の実施形態と同等
の構成についての説明は省略する。FIGS. 9A to 9C are views showing a ninth embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention, and are explanatory diagrams showing details of the light source 12 and the light transmitting fiber. is there. Note that this embodiment corresponds to a modified example of the above-described first embodiment, and therefore a description of a configuration equivalent to that of the first embodiment will be omitted.
【0121】すなわち、本実施の形態においては、図9
(a)に示すように光源12はデポラライザ(偏波解消
器)42を介して送光用ファイバー16につながれてい
る。デポラライザ42はリオ型デポラライザ(Lyot-dep
olarizer)で、2つの高複屈折ファイバー(偏波面保持
ファイバー)の固有軸が45°の角度を持つように接続
されている。ファイバー長L1、L2の比は1:2であ
る。That is, in the present embodiment, FIG.
As shown in (a), the light source 12 is connected to the light transmitting fiber 16 via a depolarizer (polarization canceller) 42. The depolarizer 42 is a Rio type depolarizer (Lyot-dep).
olarizer), the two highly birefringent fibers (polarization maintaining fibers) are connected such that the characteristic axes thereof have an angle of 45 °. The ratio of the fiber lengths L1 and L2 is 1: 2.
【0122】この構成により、光源12の出射偏光方位
に関係なく、デポラライザ42の出射光の直交モードの
光量が等しくなり、直交成分間の位相差はコヒーレント
長以上となるためランダムな関係にすることができる。
したがって、送光用ファイバー16に多少の外部環境変
化があっても、結合光学部18aの偏光子23の光出力
は一定に保つことができる。With this configuration, regardless of the polarization direction of the light emitted from the light source 12, the amount of light in the orthogonal mode of the light emitted from the depolarizer 42 becomes equal, and the phase difference between the orthogonal components becomes greater than the coherent length. Can be.
Therefore, even if there is some change in the external environment of the light transmitting fiber 16, the light output of the polarizer 23 of the coupling optical unit 18a can be kept constant.
【0123】ところで、コヒーレンス長以上にする条件
式は次の(9)式を満足する。 δω・δτ・z≧π …(9) ここで、δωは光源のスペクトル幅、δτは直交するモ
ードの時間差、zはファイバー長L1である。光源12
のスペクトルがガウス状で7nmの広がり幅(δλ;波
長幅)をもち、デポラライザ42を構成するファイバー
による直交モードの時間差が1ns/kmとすると、フ
ァイバー長L1は0.5m以上となる。By the way, the conditional expression for setting the coherence length or more satisfies the following expression (9). δω · δτ · z ≧ π (9) where δω is the spectrum width of the light source, δτ is the time difference between orthogonal modes, and z is the fiber length L1. Light source 12
Is a Gaussian spectrum, has a spread width (δλ; wavelength width) of 7 nm, and the time difference between the orthogonal modes of the fibers constituting the depolarizer 42 is 1 ns / km, the fiber length L1 becomes 0.5 m or more.
【0124】また、本実施の別の形態においては、図9
(b)に示すように光源12に偏波面保持ファイバー
(高複屈折ファイバー)43を、光源12から出射され
る光の偏光面に対して偏波面保持ファイバーの固有軸が
約45°、約−45°、約135°もしくは約−135
°の角度をなして取り付けられている。図9(c)に取
り付け角が45°の場合の様子を示す(図は楕円ジャケ
ットタイプであるが、パンダ、ボウタイ、楕円クラッ
ド、楕円コア、矩形コア、4分割コア等のどのようなタ
イプでもよい)。n1、n2が偏波面保持ファイバーの
固有軸を表わし、光源12から出射される光の偏光面に
対して固有軸は45°である。In another embodiment of the present invention, FIG.
As shown in (b), a polarization maintaining fiber (highly birefringent fiber) 43 is provided in the light source 12, and the characteristic axis of the polarization maintaining fiber is about 45 ° with respect to the polarization plane of the light emitted from the light source 12 and about − 45 °, about 135 ° or about -135
Mounted at an angle of °. FIG. 9C shows a state in which the mounting angle is 45 ° (the figure is an elliptical jacket type, but any type such as a panda, a bowtie, an elliptical clad, an elliptical core, a rectangular core, and a four-part core) is shown. Good). n1 and n2 represent the natural axes of the polarization maintaining fiber, and the natural axes of the light emitted from the light source 12 are 45 ° with respect to the polarization plane.
【0125】この構成により、光源12の出射偏光方位
は限定されるが、図9(a)と同等の作用を得ることが
できる。この時、必要なファイバー長もL1以上とすれ
ばよい。With this configuration, the emission polarization direction of the light source 12 is limited, but the same operation as that of FIG. 9A can be obtained. At this time, the required fiber length may be L1 or more.
【0126】なお、図9(a)の場合、光源12と結合
光学系18aの間の任意の位置にデポラライザ42を取
り付けてもほぼ同等な作用がある。以上のように、本実
施の形態によれば、光源12と結合光学系18aの間
に、デポラライザ42もしくは偏波面保持ファイバー4
3を取り付けることにより、光源12と結合光学系18
a間に外部影響が及ぼされても偏光状態が無偏光となる
ため、結合光学系18aで決定される偏光状態を光出力
の低下なく実現できる。したがって、外部環境の影響を
受け難い高精度な測定を実現できる。In the case of FIG. 9 (a), even if the depolarizer 42 is mounted at an arbitrary position between the light source 12 and the coupling optical system 18a, almost the same operation is obtained. As described above, according to the present embodiment, the depolarizer 42 or the polarization maintaining fiber 4 is disposed between the light source 12 and the coupling optical system 18a.
3, the light source 12 and the coupling optics 18
Since the polarization state becomes non-polarized even if an external influence is applied between a, the polarization state determined by the coupling optical system 18a can be realized without lowering the optical output. Therefore, highly accurate measurement that is hardly affected by the external environment can be realized.
【0127】図10は、本発明に係る光ファイバー電流
計測器の第9の実施の形態を示す図である。本実施形態
は、第1の実施形態が光の偏波面(偏光面)の回転角度
を計測するのに対し、光の干渉を利用して計測する実施
形態である。この図10に示すように、本実施の形態の
光ファイバー電流計測器において、光ファイバーセンサ
8は、被測定導体4の周りを囲むように配置されてい
る。FIG. 10 is a diagram showing a ninth embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention. This embodiment is an embodiment in which the rotation angle of the polarization plane (polarization plane) of light is measured using the interference of light, while the first embodiment measures the rotation angle of the polarization plane (polarization plane) of light. As shown in FIG. 10, in the optical fiber current measuring device of the present embodiment, the optical fiber sensor 8 is arranged so as to surround the conductor 4 to be measured.
【0128】この図1に示すように、本実施の形態の光
ファイバー電流計測器は、大別して、光ファイバーセン
サ部44と信号制御処理部45から構成されている。こ
のうち、光ファイバーセンサ部44は、光ファイバーセ
ンサ8、λ/4素子46a、46b(ここでは、ファイ
バー型λ/4素子)、偏波面保持ファイバー(高複屈折
ファイバー)47により構成されており、λ/4素子4
6は偏波面保持ファイバー47によって伝播されてきた
直線偏光の光を円偏光に変換するような配置となってい
る。また、各素子は融着により接続されている。As shown in FIG. 1, the optical fiber current measuring device of the present embodiment is roughly composed of an optical fiber sensor section 44 and a signal control processing section 45. The optical fiber sensor unit 44 includes the optical fiber sensor 8, the λ / 4 elements 46a and 46b (here, fiber type λ / 4 elements), and the polarization maintaining fiber (high birefringence fiber) 47. / 4 element 4
Reference numeral 6 denotes an arrangement for converting linearly polarized light propagated by the polarization maintaining fiber 47 into circularly polarized light. Each element is connected by fusion.
【0129】信号制御処理部45は、光源12、検出器
13、信号制御処理回路48、ファイバー偏光子49、
位相変調子50、出力端子15から構成されている。光
源12には、SLD(スーパールミネセントダイオー
ド)で構成されている。信号制御処理回路48では、位
相変調子50に変調信号を与え、検出器13の出力を検
波することにより被測定電流値Iを算出する。得られた
結果は出力端子15より出力する。The signal control processing unit 45 includes a light source 12, a detector 13, a signal control processing circuit 48, a fiber polarizer 49,
It comprises a phase modulator 50 and an output terminal 15. The light source 12 is composed of an SLD (super luminescent diode). The signal control processing circuit 48 supplies a modulation signal to the phase modulator 50 and detects the output of the detector 13 to calculate the current value I to be measured. The obtained result is output from the output terminal 15.
【0130】以上の構成を有する図10の光ファイバー
電流計測による被測定導体4の電流計測は、次のように
行われる。まず、信号制御処理部45の光源12から発
した光は、伝送ファイバー51、ファイバー偏光子4
9、伝送ファイバー52を通り2分され、位相変調子5
0に導かれる。位相変調子50では、各々の光が正弦波
の変調と鋸波の変調を受け、時計周り(cw)と反時計
周り(ccw)に光ファイバーセンサ部44を伝播す
る。時計周りの光は偏波面保持ファイバー47を通り、
λ/4素子46aにより進行方向に対して右周りの円偏
光に変換され、光ファイバーセンサ8中を伝播してファ
ラデー効果を受けた後、λ/4素子46bにより直線偏
光に変換され、偏波保持ファイバー47を通って、位相
変調子50の出射時と逆側に入射する。反時計周りの光
は偏波面保持ファイバー47を通り、λ/4素子46b
により進行方向に対して右回りの円偏光に変換され、同
様に光りファイバーセンサ8中でファラデー効果を受け
た後。λ/4素子46aにより直線偏光に変換され、偏
波保持ファイバー47を通って、位相変調子50の出射
時と逆側に入射する。位相変調子50に入射した2つの
光は、伝送ファイバー52で重なりあい、ファイバー偏
向子49を通って、検出器13に入射する。The current measurement of the conductor 4 to be measured by the optical fiber current measurement shown in FIG. 10 having the above configuration is performed as follows. First, the light emitted from the light source 12 of the signal control processing unit 45 is transmitted to the transmission fiber 51 and the fiber polarizer 4.
9. The signal passes through the transmission fiber 52 and is divided into two parts.
It is led to 0. In the phase modulator 50, each light undergoes sine wave modulation and sawtooth wave modulation, and propagates through the optical fiber sensor unit 44 clockwise (cw) and counterclockwise (ccw). The clockwise light passes through the polarization maintaining fiber 47,
The light is converted into right-handed circularly polarized light in the traveling direction by the λ / 4 element 46a, propagates through the optical fiber sensor 8 and undergoes the Faraday effect, and is then converted into linearly polarized light by the λ / 4 element 46b to maintain polarization. After passing through the fiber 47, the light enters the side opposite to the side where the phase modulator 50 exits. The counterclockwise light passes through the polarization maintaining fiber 47 and passes through the λ / 4 element 46b.
Is converted into circularly polarized light clockwise with respect to the traveling direction, and is similarly subjected to the Faraday effect in the optical fiber sensor 8. The light is converted into linearly polarized light by the λ / 4 element 46a, passes through the polarization maintaining fiber 47, and enters the phase modulator 50 on the side opposite to that at the time of emission. The two lights that have entered the phase modulator 50 overlap with each other via the transmission fiber 52, pass through the fiber deflector 49, and enter the detector 13.
【0131】正弦波の変調周波数fmは、光ファイバー
センサ部44のファイバー長をLとすると、 fm=c/2nL …(10) としてドリフトを抑えている。ここで、cは光速、nは
ファイバーの屈折率である。屈折率が異なる場合は、そ
の分考慮して変調周波数fmを決めている。Assuming that the fiber length of the optical fiber sensor section 44 is L, the modulation frequency fm of the sine wave is fm = c / 2nL (10) to suppress drift. Here, c is the speed of light, and n is the refractive index of the fiber. When the refractive index is different, the modulation frequency fm is determined in consideration of the difference.
【0132】このとき、時計周りの光と反時計周りの光
は、ファラデー効果により光ファイバーセンサ8中の伝
播速度が異なるため、位相差φsが生じて干渉が起こ
る。位相差φsは位相変調子50で変調する鋸波の周波
数fsの関係は、 φs=φ(t+τ)−φ(t)=2πτfs …(11) で表わされる。ここで、τは光ファイバーセンサ部44
での遅延時間である。検出器13で得た信号を、信号制
御処理回路48で正弦波の基本周波数fmで同期検波す
ると、出力Pは、 Psin(φs−2θf ) …(12) となる。ここで、θfはファラデー旋光角(=V mI 、
V ;ヴェルデ定数、m;光ファイバーセンサの巻き数、
I ;電流値)である。At this time, since the clockwise light and the counterclockwise light have different propagation speeds in the optical fiber sensor 8 due to the Faraday effect, a phase difference φs occurs and interference occurs. The relationship between the phase difference φs and the frequency fs of the sawtooth wave modulated by the phase modulator 50 is represented by φs = φ (t + τ) −φ (t) = 2πτfs (11) Here, τ is the optical fiber sensor unit 44
Is the delay time. When the signal obtained by the detector 13 is synchronously detected by the signal control processing circuit 48 at the sine wave fundamental frequency fm, the output P is Psin (φs−2θf) (12). Here, θf is the Faraday optical rotation angle (= V mI,
V: Verde constant, m: number of turns of the optical fiber sensor,
I: current value).
【0133】したがって、P=0 となるように鋸波の繰り
返し周波数fsを調整することにより、被測定電流I を
測定することができる。以上が、図10の光ファイバー
電流計測器における信号の流れであるが、特に光ファイ
バーセンサ8は、その構成の特徴から、製造段階で捻じ
られた(スパン)ファイバーであるため複屈折量が小さ
くて円偏光保存ファイバーとして機能するため、本実施
例のように光ファイバーセンサ8中を円偏光の光を伝播
させる場合、非常に適している。また、実装段階に光フ
ァイバーセンサ8を捻じって使用時も、円偏光保存ファ
イバーとして機能するため、非常に適している。Therefore, the current I to be measured can be measured by adjusting the repetition frequency fs of the sawtooth wave so that P = 0. The above is the signal flow in the optical fiber current measuring device of FIG. 10. In particular, the optical fiber sensor 8 is a (spun) fiber twisted at the manufacturing stage because of its configurational feature, and therefore has a small amount of birefringence and a circular shape. Since it functions as a polarization preserving fiber, it is very suitable for transmitting circularly polarized light through the optical fiber sensor 8 as in this embodiment. Also, when the optical fiber sensor 8 is twisted and used in the mounting stage, it functions as a circularly polarized light preserving fiber, and thus is very suitable.
【0134】なお、これらの作用は、直線偏光の光は右
回りの円偏光と左回りの円偏光の重ね合せで表わされる
ため、第1の実施例で説明した光ファイバーセンサの作
用とも一致する。[0134] These functions are also the same as those of the optical fiber sensor described in the first embodiment, since linearly polarized light is represented by superposition of clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light.
【0135】したがって、本実施例によれば、光ファイ
バーに旋光性を持たせた結果、ファイバー内部の不均一
性を解消でき、ファイバーが円偏光保存ファイバーとし
て機能するため、高精度な電流測定が実現できる。Therefore, according to this embodiment, as a result of imparting optical rotatory power to the optical fiber, non-uniformity inside the fiber can be eliminated, and the fiber functions as a circularly polarized light preserving fiber, thereby realizing highly accurate current measurement. it can.
【0136】ところで、本実施例は信号制御処理方式と
してセロダイン法について述べたが、位相変調法を用い
ても同等な効果が得られる。位相変調法とは、位相変調
子をfmで変調して基本波を検波することによりsin 関
数の出力を得る方法である。基本波だけを検波してファ
ラデー旋光角もしくは被測定電流I を求めてもよいが、
光源の光量に依存するため、2倍波も検波して基本波と
の出力の商をとって、光源の光量依存性をなくすことも
可能である。さらに、精度を上げるには2倍波の出力を
常に0となるように位相変調を行い、基本波と4倍波の
出力の商をとれば、出力が位相変調度合いに対して極値
近傍となるため誤差を少なくすることができる。また、
位相変調子を用いないで本実施例を得られるべき精度に
応じて各種用途に適用しても良い。In the present embodiment, the serrodyne method has been described as a signal control processing method, but the same effect can be obtained by using the phase modulation method. The phase modulation method is a method of obtaining an output of a sine function by modulating a phase modulator with fm and detecting a fundamental wave. The Faraday rotation angle or the measured current I may be obtained by detecting only the fundamental wave,
Since it depends on the light amount of the light source, it is also possible to detect the second harmonic and take the quotient of the output with the fundamental wave to eliminate the light amount dependency of the light source. Further, in order to improve the accuracy, the phase modulation is performed so that the output of the second harmonic wave is always 0, and if the quotient of the output of the fundamental wave and the output of the fourth harmonic wave is obtained, the output becomes close to the extreme value with respect to the degree of phase modulation. Therefore, the error can be reduced. Also,
The present embodiment may be applied to various applications without using a phase modulator according to the accuracy to obtain the present embodiment.
【0137】また、図10のλ/4素子46bの代わり
に反射鏡をおいて、干渉方式における反射形を採用して
もよい。反射により右回り(左回り)の円偏光になるこ
とを利用して、図10のループ形と同等な効果を得るこ
とができる。この場合には、反時計周りの入射側の偏波
面保持ファイバー47をなくすことができる。従って、
その分低コスト化できる。構成としては、図10の伝送
ファイバー52の途中にデポラライザを配置して、直交
する2偏波モードの光を位相変調子50を通して位相変
調をかける構成となる。この2偏波モードの反射光が再
度デポラライザを通ることにより同一偏波の直線偏光と
なり干渉を起こすものである。この場合にも、光ファイ
バーセンサ8の使用により同様な効果がある。さらに、
本実施の形態は光を自由空間を伝搬させず、ファイバー
中もしくは位相変調子で用いている光導波路中を伝搬さ
せる干渉形方式の第2の実施例について述べたが、バル
ク型の素子(例えばλ/4板)を用いることにより、一
部光を自由空間中を伝搬させるようにした、これらの変
形となる方式に本発明を適用しても同様な効果がある。Further, instead of the λ / 4 element 46b in FIG. 10, a reflection mirror may be provided and a reflection type in the interference system may be employed. An effect equivalent to the loop shape in FIG. 10 can be obtained by utilizing the clockwise (counterclockwise) circular polarization due to the reflection. In this case, the polarization maintaining fiber 47 on the incident side counterclockwise can be eliminated. Therefore,
The cost can be reduced accordingly. As a configuration, a depolarizer is arranged in the middle of the transmission fiber 52 in FIG. 10, and the light in the orthogonal two-polarization mode is phase-modulated through the phase modulator 50. The reflected light in the two-polarization mode passes through the depolarizer again to become linearly polarized light of the same polarization and cause interference. Also in this case, a similar effect is obtained by using the optical fiber sensor 8. further,
This embodiment has described the second example of the interference type system in which light does not propagate in free space but propagates in a fiber or an optical waveguide used in a phase modulator. The same effect can be obtained even if the present invention is applied to a modified system in which light is partially propagated in free space by using a (λ / 4 plate).
【0138】図11(a)〜(c)は、本発明に係る光
ファイバー電流計測器の第11の実施の形態を示す図で
ある。なお、本実施の形態は、前述した第1及び第10
の実施の形態の変形例に相当するため、第1及び第10
の実施の形態と同等の構成については説明を省略する。FIGS. 11A to 11C are views showing an eleventh embodiment of the optical fiber current measuring device according to the present invention. The present embodiment is different from the first and tenth embodiments described above.
Since it corresponds to a modification of the embodiment, the first and tenth
The description of the same configuration as that of the embodiment is omitted.
【0139】すなわち、本実施の形態においては、図1
1(a)に示すように被測定導体4a〜4nに周りに巻
かれたn個の光ファイバー電流計測器を直列につないで
おり、各光ファイバーセンサ8間は低複屈折ファイバー
53によって接続されている。低複屈折ファイバー53
は光ファイバーセンサ8と同じでもよいし、図6もしく
は図7で示した光ファイバーを用いてもよい。結合光学
部18aより出射された光はn個の光ファイバーセンサ
8を通過して反射端28により反射され、結合光学部1
8aに戻される。後は、第1の実施の形態と同等であ
る。That is, in the present embodiment, FIG.
As shown in FIG. 1A, n optical fiber current measuring devices wound around conductors 4a to 4n to be measured are connected in series, and each optical fiber sensor 8 is connected by a low birefringence fiber 53. . Low birefringence fiber 53
May be the same as the optical fiber sensor 8, or the optical fiber shown in FIG. 6 or FIG. 7 may be used. The light emitted from the coupling optical unit 18a passes through the n optical fiber sensors 8, is reflected by the reflection end 28, and is coupled to the coupling optical unit 1a.
8a. The rest is the same as in the first embodiment.
【0140】この構成により、各光ファイバーセンサ8
中及び低複屈折ファイバー53においては複屈折が小さ
くでき、伝播する光の偏光面に悪影響を及ぼさないた
め、n個の電流の差動システムが可能となる。例えば、
ある変電機器から出入りしているn本の電流線に本シス
テムを適用すれば、入りの総電流量と出の総電流量はキ
ルヒホッフの法則により常に0を示すが、事故時には電
流が流れる結果となる。これを信号処理器で判断し、保
護システムを動作させる。この場合、ある一定の電流を
定めておき、それ以上の電流が流れたら、事故と判定す
るシステムとなる。この時、信号処理器に保護リレーの
機能を持たせれば、動作の高速化、システムの低コスト
化が実現できる。With this configuration, each optical fiber sensor 8
In the medium and low birefringence fibers 53, the birefringence can be reduced and does not adversely affect the polarization plane of the propagating light, so that a differential system of n currents is possible. For example,
If this system is applied to n current lines coming and going from a certain substation equipment, the total incoming current and the total outgoing current always show 0 according to Kirchhoff's law. Become. This is determined by the signal processor, and the protection system is operated. In this case, a certain current is determined, and if a higher current flows, the system is determined to be an accident. At this time, if the signal processor has a function of a protection relay, the operation can be speeded up and the cost of the system can be reduced.
【0141】さらに、低複屈折ファイバー53をパイプ
で覆えば、外部環境の変化の影響を受難くでき、また、
磁気シールド効果のあるパイプで覆えばさらに外部磁場
の影響をも抑えることができる。Further, if the low birefringence fiber 53 is covered with a pipe, it can be hardly affected by changes in the external environment.
If covered with a pipe having a magnetic shielding effect, the influence of an external magnetic field can be further suppressed.
【0142】本実施例の別の形態においては、図11
(b)に示すようにn個の光ファイバー電流計測器を直
列にループ状につないでおり、各光ファイバーセンサ8
間は高複屈折ファイバー(偏波面保持ファイバー)54
によって接続されている。高複屈折ファイバー54は偏
波面保持ファイバー47と同等でもよい。信号制御処理
部45より出射された光(時計周りの光及び反時計周り
の光)は、λ/4素子46a、46bで偏光面を変化さ
せながら伝播し、光ファイバーセンサ8では右回りの円
偏光に、偏波面保持ファイバー47と高複屈折ファイバ
ー54では同一偏波直線偏光となるように伝播する。後
は、第10の実施の形態と同じである。In another embodiment of the present embodiment, FIG.
As shown in (b), n optical fiber current measuring devices are connected in a loop in series, and each optical fiber sensor 8
High birefringence fiber (polarization maintaining fiber) 54 between
Connected by The high birefringence fiber 54 may be equivalent to the polarization maintaining fiber 47. The light (clockwise light and counterclockwise light) emitted from the signal control processing unit 45 propagates while changing the polarization plane by the λ / 4 elements 46a and 46b, and the optical fiber sensor 8 rotates clockwise circularly polarized light. In addition, the polarization maintaining fiber 47 and the high birefringence fiber 54 propagate so as to have the same polarization linearly polarized light. The rest is the same as in the tenth embodiment.
【0143】また、図11(c)は(b)を反射型に適
用した場合で、各光ファイバーセンサ8間は高複屈折フ
ァイバー(偏波面保持ファイバー)54によって接続さ
れた場合の実施例である。FIG. 11C shows an embodiment in which (b) is applied to a reflection type, and each optical fiber sensor 8 is connected by a high birefringence fiber (polarization maintaining fiber) 54. .
【0144】この構成により、各光ファイバーセンサ8
間を高複屈折ファイバー(偏波面保持ファイバー)54
で接続したため、外部環境の変化や外部磁場の影響を受
け難くすることができ、n個の電流の差動システムが実
現できる。差動システムとしては、前述したような応用
例がある。With this configuration, each optical fiber sensor 8
High birefringence fiber (polarization maintaining fiber) 54 between
, It can be hardly affected by the change of the external environment and the external magnetic field, and a differential system of n currents can be realized. As the differential system, there is an application example as described above.
【0145】したがって、光ファイバー電流計測器間に
低複屈折ファイバーもしくは高複屈折ファイバー(偏波
面保持ファイバー)で接続されるため、高精度の測定の
実現もしくは外部環境の変化を受け難い測定が実現でき
る。Therefore, since a low-birefringence fiber or a high-birefringence fiber (polarization maintaining fiber) is connected between the optical fiber current measuring devices, high-precision measurement or measurement hardly affected by changes in the external environment can be realized. .
【0146】なお、本実施例において、n個の光ファイ
バーセンサ8の巻き数を必ずしも同じとする必要はない
し、また、各光ファイバーセンサ8の巻く向きを逆とす
るものがあっても同様な効果が得られる。さらに、j番
目、k番目の被測定導体に巻いた後、またj番目の被測
定導体に巻くといった方法でもよい。In this embodiment, the number of windings of the n optical fiber sensors 8 does not always have to be the same, and the same effect can be obtained even if the winding direction of each optical fiber sensor 8 is reversed. can get. Further, a method of winding around the jth and kth conductors to be measured and then winding around the jth conductor to be measured may be used.
【0147】なお、本発明は、前記の実施の形態に限定
されるものでなく、他にも本発明の範囲内で多種多様の
変形が実施可能である。例えば、前記に実施の形態にお
いて説明したように、本発明は特に光ファイバー電流計
測器に有効であり、長期信頼性を考えれば、さらに電力
系統用に好適であるが、他の各種の光ファイバー計測器
にも同様に適用可能であり、同様に優れた効果を得られ
るものである。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other modifications can be made within the scope of the present invention. For example, as described in the above embodiment, the present invention is particularly effective for an optical fiber current measuring instrument, and is suitable for an electric power system in view of long-term reliability. The present invention can be similarly applied to the present invention, and similarly excellent effects can be obtained.
【0148】また、前記の実施の形態においては、光フ
ァイバーセンサとして、特に石英ファイバーを用いた場
合について説明したが、これに限定されるものでなく、
例えば捻じらなくても複屈折の小さい鉛ガラス等の、他
の各種の材質の光ファイバーを適用可能であり、そのよ
うな場合にも、前記実施の形態と同様な効果が得られ
る。とりわけ、前記(1)式で述べた機械的寿命の条件
は、あらゆる光ファイバーセンサについて成り立つもの
であり、捻じりの有無に係らず、機械的応力に関してこ
の条件で光ファイバー寿命ts ≧25年を満足する光フ
ァイバーパラメータを用い、電力系統用あるいは他の用
途に応用した場合には、それらの応用は全て本発明の範
囲内である。Further, in the above-described embodiment, a case where a quartz fiber is used as the optical fiber sensor has been particularly described. However, the present invention is not limited to this.
For example, optical fibers made of other various materials such as lead glass having a small birefringence without twisting can be applied. In such a case, the same effect as in the above embodiment can be obtained. In particular, the condition of the mechanical life described in the above equation (1) holds for all optical fiber sensors. Regardless of the presence or absence of twisting, the mechanical stress satisfies the optical fiber life t s ≧ 25 years under this condition. When applied to power grids or other applications, using such optical fiber parameters, all such applications are within the scope of the present invention.
【0149】[0149]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイバー用の光ファイバーに旋光性を持たせること
により、光ファイバー内の光に対する均質性を向上する
ことができるので、高精度な測定が可能な光ファイバー
計測器を提供することができる。特に、光ファイバーに
適切な捻じりを加えることにより、高精度な測定が可能
でしかも長期信頼性に優れた光ファイバー計測器を提供
することができる。As described above, according to the present invention,
By imparting optical rotation to the optical fiber for optical fiber, the homogeneity of light in the optical fiber can be improved, so that it is possible to provide an optical fiber measuring instrument capable of performing highly accurate measurement. In particular, by applying an appropriate twist to the optical fiber, it is possible to provide an optical fiber measuring instrument capable of performing highly accurate measurement and having excellent long-term reliability.
【図1】本発明による第1の実施の形態に係る光ファイ
バー電流計測器を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical fiber current measuring device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の光ファイバーセンサの詳細を示す説明
図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing details of the optical fiber sensor of FIG. 1;
【図3】本発明による第2の実施の形態に係る光ファイ
バーセンサの捻じり率と寿命との関係を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the torsion ratio and the life of an optical fiber sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明による第3の実施の形態に係る光ファイ
バーセンサのファイバー全長に亘る捻じり数と複屈折率
量との関係を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of twists and the amount of birefringence over the entire length of an optical fiber sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明による第4の実施の形態に係る光ファイ
バーセンサの曲げ直径と単位長さ当りの複屈折率量との
関係を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a bending diameter and a birefringence amount per unit length of an optical fiber sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明による第6の実施の形態に係る光ファイ
バーセンサの詳細を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing details of an optical fiber sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
【図7】本発明による第7の実施の形態に係る光ファイ
バーセンサの詳細を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing details of an optical fiber sensor according to a seventh embodiment of the present invention.
【図8】本発明による第8の実施の形態に係るセンサ光
学部の詳細を示す説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram showing details of a sensor optical unit according to an eighth embodiment of the present invention.
【図9】本発明による第8の実施の形態に係る光源と送
光用ファイバーの詳細を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing details of a light source and a light transmitting fiber according to an eighth embodiment of the present invention.
【図10】本発明による第10の実施の形態に係る光フ
ァイバー電流計測器を示す構成図。FIG. 10 is a configuration diagram showing an optical fiber current measuring device according to a tenth embodiment of the present invention.
【図11】本発明による第11の実施の形態に係る光フ
ァイバー電流計測器を示す構成図。FIG. 11 is a configuration diagram showing an optical fiber current measuring device according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図12】従来の光ファイバー電流計測器の一例を示す
構成図。FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of a conventional optical fiber current measuring device.
4…被測定導体 8…光ファイバーセンサ 9…センサ光学部 10…信号処理部 11…伝送用ファイバー 18a…結合光学部 18b…光ファイバーセンサ部 30…コア部 31…クラッド層 32…コーティング層 33…外部コーティング層 34…コネクタ 35…パイプ 36…捻じり固定具 37…回転部 38…駆動部 39…固定部 40…ファイバーガイド 41…乾燥剤 42…デポラライザー 43、47…偏波面保持ファイバー 53…低複屈折ファイバー 54…高複屈折ファイバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Conductor to be measured 8 ... Optical fiber sensor 9 ... Sensor optical part 10 ... Signal processing part 11 ... Transmission fiber 18a ... Coupling optical part 18b ... Optical fiber sensor part 30 ... Core part 31 ... Cladding layer 32 ... Coating layer 33 ... External coating Layer 34 Connector 35 Pipe Twisting Fixture 37 Rotating Section 38 Drive Section 39 Fixing Section 40 Fiber Guide 41 Desiccant 42 Depolarizer 43, 47 Polarization Maintaining Fiber 53 Low Birefringence Fiber 54: High birefringence fiber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 雄二 三重県三重郡朝日町大字縄生2121番地 株 式会社東芝三重工場内 (72)発明者 佐藤 健 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 上西 徹 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 生田 栄 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 東 芝変電機器テクノロジー株式会社内 (72)発明者 横田 岳志 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 野田 英樹 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 オレグ・シュシャパノフ ロシア、 125171 モスクワ レニングラ ードスコエ ショッセ ストリート 15、 188 (72)発明者 セルゲイ・モルシャネフ ロシア、 141120 モスクワ リジョン フリアジノ ボォクツァルナヤ ストリー ト 31、 16 (72)発明者 ビクトル・イザエフ ロシア、 141120 モスクワ リジョン フリアジノ プロスペクト ミラ 19、 412 (72)発明者 ユリ・チャモロフスキー ロシア、 141120 モスクワ リジョン フリアジノ ザボドスカヤ ストリート 3、 2 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuji Mizutani 2121 Naoyo, Asahi-machi, Mie-gun, Mie Prefecture Inside Mie Plant of Toshiba Corporation (72) Inventor Takeshi Ken Sato 2-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Hamakawasaki Plant (72) Inventor Toru Uenishi 2-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Hamakawasaki Plant (72) Inventor Sakae Ikuta 2, Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1 Toshiba Substation Equipment Technology Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Yokota 1-1-1, Shibaura, Minato-ku, Tokyo Inside (72) Inventor Hideki Noda 1-1-1, Shibaura, Minato-ku, Tokyo No. 1 In the head office of Toshiba Corporation (72) Inventor Oleg Shchapanov Russia, 125171 Moscow Se Street 15, 188 (72) Inventor Sergey Morshanev Russia, 141120 Moscow Region Friazino Boksarnaya Street 31, 16 (72) Inventor Victor Izaev Russia, 141120 Moscow Region Friasino Prospect Mira 19, 412 (72) Inventor Yuri Chamorovsky Russia, 141120 Moscow Region Friazino Zabodskaya Street 3, 2
Claims (22)
イバーセンサと、測定用の光を発生して前記センサに送
る光源と、前記センサからの出射光を検出する検出器
と、前記センサと光源及び検出器とを光学的に結合する
光学系と、前記検出器からの信号を処理する信号処理部
とを備え、光の特性の変化により物理量を計測する光フ
ァイバー計測器において、 前記光ファイバーセンサ用の光ファイバーとして、磁界
がない状態でも常に旋光性を有する光ファイバーを用い
たことを特徴とする光ファイバー計測器。1. An optical fiber sensor disposed near an object to be measured, a light source that generates light for measurement and sends the light to the sensor, a detector that detects light emitted from the sensor, and the sensor An optical fiber measuring device that optically couples a light source and a detector, and a signal processing unit that processes a signal from the detector, and that measures a physical quantity by changing a characteristic of light. An optical fiber measuring instrument characterized in that an optical fiber having optical rotation is always used even in the absence of a magnetic field.
イバーセンサと、測定用の光を発生して前記センサに送
る光源と、前記センサからの出射光を検出する検出器
と、前記センサと光源及び検出器とを光学的に結合する
光学系と、前記検出器からの信号を処理する信号処理部
とを備え、光の特性の変化により物理量を計測する光フ
ァイバー計測器において、 前記光ファイバーセンサ用の光ファイバーとして、捻じ
りが加えられた光ファイバーを用いたことを特徴とする
光ファイバー計測器。2. An optical fiber sensor arranged near an object to be measured, a light source that generates light for measurement and sends the light to the sensor, a detector that detects light emitted from the sensor, and the sensor. An optical fiber measuring device that optically couples a light source and a detector, and a signal processing unit that processes a signal from the detector, and that measures a physical quantity by changing a characteristic of light. An optical fiber measuring instrument characterized in that a twisted optical fiber is used as the optical fiber.
は、製造段階又は実装段階或いは両段階で捻じられた光
ファイバーであることを特徴とする請求項2記載の光応
用計測器。3. The optical measuring instrument according to claim 2, wherein the twisted optical fiber is an optical fiber twisted in a manufacturing stage, a mounting stage, or both stages.
ーのクラッド外径を2r(μm)、前記被測定対象物の
周りにおけるこの光ファイバーの巻き数をm(回)とし
た場合に、この光ファイバーに対して加えられる捻じり
率nt (回/m)が、 nt ≦(125/2r)(8.0−log10m) を満足する値であることを特徴とする請求項2記載の光
ファイバー計測器。4. When the outer diameter of the cladding of the optical fiber for the optical fiber sensor is 2r (μm) and the number of turns of the optical fiber around the object to be measured is m (turns), the optical fiber is added to the optical fiber. The optical fiber measuring device according to claim 2, wherein the torsion rate n t (times / m) obtained is a value satisfying n t ≤ (125 / 2r) (8.0-log 10 m).
ー全長が有する複屈折量が、捻じり数と複屈折量の関係
によって0°近傍と極値近傍のいずれか一方の値を持つ
ように、捻じり数を設定したことを特徴とする請求項2
又は3記載の光ファイバー計測器。5. The number of twists so that the amount of birefringence of the entire length of the optical fiber for the optical fiber sensor has a value near 0 ° or near an extreme value depending on the relationship between the number of twists and the amount of birefringence. 3. The method according to claim 2, wherein
Or the optical fiber measuring device according to 3.
偏波面の方向が、光ファイバーが配置されている面に対
して、+45°、+135°、−45°、もしくは−1
35°の近傍となるようにしたことを特徴とする請求項
5記載の光ファイバー計測器。6. The direction of the plane of polarization of light incident on the optical fiber sensor is + 45 °, + 135 °, −45 °, or −1 with respect to the plane on which the optical fiber is disposed.
6. The optical fiber measuring device according to claim 5, wherein the optical fiber measuring device is set to be near 35 [deg.].
ーとして石英ファイバーを用い、この光ファイバー全長
にわたる捻じり数N(回)が、 3.5M−1≦N≦3.5M+1 (Mは0以外の
整数) を満足する値であることを特徴とする請求項2又は5記
載の光ファイバー計測器。7. A quartz fiber is used as the optical fiber for the optical fiber sensor, and the number of twists N (times) over the entire length of the optical fiber is 3.5M-1 ≦ N ≦ 3.5M + 1 (M is an integer other than 0). The optical fiber measuring instrument according to claim 2 or 5, wherein the value is a satisfying value.
ーとして石英ファイバーを用い、この光ファイバー全長
にわたる捻じり数N(回)が、 |N|=1.75+3.5M (Mは正の整数) を満足する値の±1以内の値であることを特徴とする請
求項2又は5記載の光ファイバー計測器。8. A quartz fiber is used as the optical fiber for the optical fiber sensor, and the number of twists N (times) over the entire length of the optical fiber satisfies | N | = 1.75 + 3.5M (M is a positive integer). The optical fiber measuring instrument according to claim 2 or 5, wherein the value is within ± 1 of the following.
ーの平均曲げ半径をR(m)、前記被測定対象物の周り
におけるこの光ファイバーの巻き数をm、光の波長をλ
とした場合に、この光ファイバーのクラッド外径2r
(μm)が、(r/62.5)2 ≦(80/2mπR/
3.8)(R/0.25)2 (λ/0.8)を満足する
値であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1
つに記載の光ファイバー計測器。9. The optical fiber for the optical fiber sensor has an average bending radius of R (m), the number of turns of the optical fiber around the object to be measured is m, and the wavelength of light is λ.
In this case, the outer diameter of the cladding of the optical fiber is 2r.
(Μm) is (r / 62.5) 2 ≦ (80 / 2mπR /
10. A value satisfying (3.8) (R / 0.25) 2 (λ / 0.8).
The optical fiber measuring instrument according to any one of the above.
バーの平均曲げ半径をR(m)、前記被測定対象物の周
りにおけるこの光ファイバーの巻き数をmとした場合
に、この光ファイバーのクラッド外径2r(μm)が、 2r/125≦(8.0−log10m)×2mπR/
3.5 を満足する値であることを特徴とする請求項1乃至8の
いずれか1つに記載の光ファイバー計測器。10. When the average bending radius of the optical fiber for the optical fiber sensor is R (m) and the number of turns of the optical fiber around the object to be measured is m, the outer diameter of the cladding of the optical fiber is 2r (μm ) Is 2r / 125 ≦ (8.0−log 10 m) × 2mπR /
The optical fiber measuring instrument according to any one of claims 1 to 8, wherein the value satisfies 3.5.
バーが、少なくともそのコア部分に捻じり応力を加えた
後に新たなコーティング層が設けられてなる光ファイバ
ーであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか
一つに記載の光ファイバー計測器。11. The optical fiber for an optical fiber sensor according to claim 1, wherein a new coating layer is provided after applying a torsional stress to at least a core portion thereof. The optical fiber measuring device according to one of the above.
バーが、少なくともそのコア部分に捻じり応力を加え、
少なくとも両端を固定手段により固定した状態で、その
外側に外被となる保護用のパイプが設けられてなる光フ
ァイバーであることを特徴とする請求項1乃至11のい
ずれか一つに記載の光ファイバー計測器。12. The optical fiber for an optical fiber sensor applies a torsional stress to at least a core portion thereof.
12. The optical fiber measurement according to claim 1, wherein at least both ends are fixed by a fixing means, and an optical fiber is provided with a protective pipe serving as a jacket on the outside thereof. vessel.
バーの一部に捻じりを調整するための回転部が設けられ
ていることを特徴とする請求項2乃至12のいずれか一
つに記載の光ファイバー計測器。13. The optical fiber measuring instrument according to claim 2, wherein a rotation part for adjusting a twist is provided in a part of the optical fiber for the optical fiber sensor. .
により外部から回転調整ができる構成となっていること
を特徴とする請求項13記載の光ファイバー計測器。14. The optical fiber measuring instrument according to claim 13, wherein the rotation unit is configured to be able to adjust the rotation from outside by a driving unit such as a pulse motor.
定部があることを特徴とする請求項13又は14記載の
光ファイバー計測器。15. The optical fiber measuring instrument according to claim 13, wherein the rotating section has a fixing section for fixing rotation.
バーを緩く固定するためのファイバーガイドが設けられ
ていることを特徴とする請求項1又は2記載の光ファイ
バー計測器。16. The optical fiber measuring instrument according to claim 1, further comprising a fiber guide for loosely fixing the optical fiber for the optical fiber sensor.
バーもしくは前記光学系の少なくとも一方が乾燥状態を
保ったフランジもしくは真空引きした容器内に配置され
ていることを特徴とする請求項1又は2記載の光ファイ
バー計測器。17. The optical fiber measurement according to claim 1, wherein at least one of the optical fiber for the optical fiber sensor and the optical system is disposed in a flange kept in a dry state or in a vacuum-evacuated container. vessel.
ァイバーセンサと、測定用の光を発生して前記センサに
送る光源と、前記センサからの出射光を検出する検出器
と、前記センサと光源及び検出器とを光学的に結合する
光学系と、前記検出器からの信号を処理する信号処理部
とを備え、光の特性の変化により物理量を計測する光フ
ァイバー計測器において、 前記光学系に無偏光状態の光を供給するために、前記光
源にデポラライザを取付けたことを特徴とする光ファイ
バー計測器。18. An optical fiber sensor disposed near an object to be measured, a light source that generates light for measurement and sends the light to the sensor, a detector that detects light emitted from the sensor, and the sensor. An optical fiber measuring device that optically couples a light source and a detector, and a signal processing unit that processes a signal from the detector, and that measures a physical quantity by changing a characteristic of light. An optical fiber measuring instrument, wherein a depolarizer is attached to the light source in order to supply unpolarized light.
ァイバーを用い、前記光源から出射される光の偏光面に
対して偏波面保持ファイバーの固有軸が約45°、約−
45°、約135°もしくは−135°の角度をなして
光源に取り付けられていることを特徴とする請求項18
記載の光ファイバー計測器。19. A polarization maintaining fiber is used as the depolarizer, and the intrinsic axis of the polarization maintaining fiber is about 45 ° with respect to the polarization plane of light emitted from the light source, and about −
19. A light source attached to the light source at an angle of 45, about 135 or -135.
An optical fiber measuring instrument as described.
ァイバーセンサと、測定用の光を発生して前記センサに
送る光源と、前記センサからの出射光を検出する検出器
と、前記センサと光源及び検出器とを光学的に結合する
光学系と、前記検出器からの信号を処理する信号処理部
とを備え、光の特性の変化により物理量を計測する光フ
ァイバー計測器において、 外部からの影響を等しくするために同じ光路をお互いに
逆方向に伝搬する光を用いて前記光学系の光の干渉を測
定することを特徴とする光ファイバー計測器。20. An optical fiber sensor arranged near an object to be measured, a light source that generates light for measurement and sends the light to the sensor, a detector that detects light emitted from the sensor, and the sensor. An optical fiber measuring device that includes an optical system that optically couples a light source and a detector and a signal processing unit that processes a signal from the detector, and that measures a physical quantity by changing a characteristic of light. An optical fiber measuring device for measuring interference of light of the optical system using light propagating in the same optical path in opposite directions to each other.
の光ファイバー計測器を複数個設けて構成されることを
特徴とする光ファイバー計測装置。21. An optical fiber measuring device comprising a plurality of the optical fiber measuring devices according to claim 1.
ながれ、少なくとも前記光ファイバー計測器間が低複屈
折ファイバーもしくは高複屈折ファイバーで接続されて
構成されることを特徴とする請求項21記載の光ファイ
バー計測装置。22. The optical fiber measurement device according to claim 21, wherein a plurality of optical fiber measurement devices are connected in series, and at least the optical fiber measurement devices are connected by a low birefringence fiber or a high birefringence fiber. apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10159406A JPH11352158A (en) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | Optical fiber measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10159406A JPH11352158A (en) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | Optical fiber measuring instrument |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11352158A true JPH11352158A (en) | 1999-12-24 |
Family
ID=15693078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10159406A Pending JPH11352158A (en) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | Optical fiber measuring instrument |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11352158A (en) |
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-
1998
- 1998-06-08 JP JP10159406A patent/JPH11352158A/en active Pending
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