JP3201729B2 - 光センサシステムの使用方法 - Google Patents
光センサシステムの使用方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、送電線や配電線の
電流や電圧等の物理量を計測するための光センサシステ
ムの使用方法に関するものである。
電流や電圧等の物理量を計測するための光センサシステ
ムの使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電線の電流や電圧の計測装置として光セ
ンサを用いたものがある。電流を測定する場合はその磁
界中に光センサを設け、電圧を測定する場合はその電界
中に光センサを設ける。そして発光素子から光を出力
し、光ファイバを介して光センサに無変調光を送る。光
センサは磁界又は電界中で変調を受け、変調された光を
光ファイバを介して受光素子に与える。受光素子は入射
された変調光を電気信号に変換する。この光の変調率を
観測することにより、測定すべき物理量である電流や電
圧の値を計測することができる。
ンサを用いたものがある。電流を測定する場合はその磁
界中に光センサを設け、電圧を測定する場合はその電界
中に光センサを設ける。そして発光素子から光を出力
し、光ファイバを介して光センサに無変調光を送る。光
センサは磁界又は電界中で変調を受け、変調された光を
光ファイバを介して受光素子に与える。受光素子は入射
された変調光を電気信号に変換する。この光の変調率を
観測することにより、測定すべき物理量である電流や電
圧の値を計測することができる。
【０００３】図５は一部の測定物理量（磁界、電界）と
光センサの検出原理の関係を示すものである。光センサ
の光学現象としては、ファラデー効果、ポッケルス効
果、干渉現象等があり、光の変調方式としては、偏光、
位相を利用したものがある。測定系に光を利用すること
から、高絶縁性、防爆性、耐電磁雑音性を要求される分
野に、このような原理の計測装置が採用されている。
光センサの検出原理の関係を示すものである。光センサ
の光学現象としては、ファラデー効果、ポッケルス効
果、干渉現象等があり、光の変調方式としては、偏光、
位相を利用したものがある。測定系に光を利用すること
から、高絶縁性、防爆性、耐電磁雑音性を要求される分
野に、このような原理の計測装置が採用されている。
【０００４】このような光センサを用いた電圧センサの
原理図を図６に示す。電圧センサ６０は、基本的には偏
光子６１、１／４波長板６２、電気光学素子６３、検光
子６４から構成される。図示しない発光素子からの光
は、偏光子６１により直線偏光の光に変換される。この
光は１／４波長板６２を透過して円偏光の光に変換され
る。光センサである電気光学素子６３に対して測定用の
電圧が印加されていない場合、この円偏光の光は電気光
学素子６３を素通りし、次に検光子６４で光量が１／２
になって出力される。
原理図を図６に示す。電圧センサ６０は、基本的には偏
光子６１、１／４波長板６２、電気光学素子６３、検光
子６４から構成される。図示しない発光素子からの光
は、偏光子６１により直線偏光の光に変換される。この
光は１／４波長板６２を透過して円偏光の光に変換され
る。光センサである電気光学素子６３に対して測定用の
電圧が印加されていない場合、この円偏光の光は電気光
学素子６３を素通りし、次に検光子６４で光量が１／２
になって出力される。
【０００５】また電気光学素子６３に対して測定用の電
圧が印加されると、電気光学素子６３の屈折率が変化す
る。この電気光学素子６３は複屈折性を有するため、電
気光学素子６３を透過後の光の偏光状態は、印加される
電圧の大きさにより図６のＰ0 〜Ｐ- 、Ｐ0 〜Ｐ+ のよ
うに変化する。即ち、円偏光−楕円偏光−直線偏光−楕
円偏光−円偏光と状態が変化する。
圧が印加されると、電気光学素子６３の屈折率が変化す
る。この電気光学素子６３は複屈折性を有するため、電
気光学素子６３を透過後の光の偏光状態は、印加される
電圧の大きさにより図６のＰ0 〜Ｐ- 、Ｐ0 〜Ｐ+ のよ
うに変化する。即ち、円偏光−楕円偏光−直線偏光−楕
円偏光−円偏光と状態が変化する。
【０００６】電界強度を検出する光センサの一例とし
て、電圧センサ７０の実際の構造を図７（ａ）に示す。
図７（ｂ）に示すように、光ファイバ７１からの一定強
度の光はレンズ７２で平行光となり、偏光子（ＰＢＳ）
７３、１／４波長板７４、電気光学素子（LiNbO3）７５
に入力される。そして電界によって変調を受けた光は、
検光子（ＰＢＳ）７６を経てレンズ７７に入り、出射用
の光ファイバ７８から図７（ｃ）のような変調光が出力
される。
て、電圧センサ７０の実際の構造を図７（ａ）に示す。
図７（ｂ）に示すように、光ファイバ７１からの一定強
度の光はレンズ７２で平行光となり、偏光子（ＰＢＳ）
７３、１／４波長板７４、電気光学素子（LiNbO3）７５
に入力される。そして電界によって変調を受けた光は、
検光子（ＰＢＳ）７６を経てレンズ７７に入り、出射用
の光ファイバ７８から図７（ｃ）のような変調光が出力
される。
【０００７】以上のような光センサを含み、光を出力
し、変調光の信号処理を行い、物理量を測定する装置を
以降に光センサシステムと呼び、その構成を具体的に説
明する。従来の光センサシステム８１は例えば図８に示
すように、光源を有するＥ／Ｏ回路８３、電流や電圧等
の測定物理量Ｖに応じてＥ／Ｏ回路８３から入射される
光を強度変調する光センサ８２、光センサ８２からの入
射光を電気信号に変換するＯ／Ｅ回路８４、 Ｏ／Ｅ回路
８４の出力信号を用いて光センサ８２の変調度を計算す
る演算回路８５から構成されている。そして必要に応じ
てＯ／Ｅ回路８４の出力端にスペクトラムアナライザー
８７を接続する。
し、変調光の信号処理を行い、物理量を測定する装置を
以降に光センサシステムと呼び、その構成を具体的に説
明する。従来の光センサシステム８１は例えば図８に示
すように、光源を有するＥ／Ｏ回路８３、電流や電圧等
の測定物理量Ｖに応じてＥ／Ｏ回路８３から入射される
光を強度変調する光センサ８２、光センサ８２からの入
射光を電気信号に変換するＯ／Ｅ回路８４、 Ｏ／Ｅ回路
８４の出力信号を用いて光センサ８２の変調度を計算す
る演算回路８５から構成されている。そして必要に応じ
てＯ／Ｅ回路８４の出力端にスペクトラムアナライザー
８７を接続する。
【０００８】従来の光センサシステムの調整及び使用方
法は、微小な物理量の測定精度向上のために、光センサ
８２に物理量Ｖを印加したとき、その信号レベルに対
し、Ｅ／Ｏ回路８３とＯ／Ｅ回路８４のノイズをできる
だけ小さくすること、即ち信号ＳとノイズＮの比（ＳＮ
Ｒ）をできるだけ大きくすることであった。
法は、微小な物理量の測定精度向上のために、光センサ
８２に物理量Ｖを印加したとき、その信号レベルに対
し、Ｅ／Ｏ回路８３とＯ／Ｅ回路８４のノイズをできる
だけ小さくすること、即ち信号ＳとノイズＮの比（ＳＮ
Ｒ）をできるだけ大きくすることであった。
【０００９】図９は前述した光センサシステム８１を用
いて物理量Ｖを測定する際の従来の調整及び使用方法を
示した動作手順である。まず最初のステップＳ２１で
は、測定物理量Ｖ＝ｖを光センサ８２に印加する。そし
て演算回路８５がＯ／Ｅ回路８４の出力信号から光セン
サ８２の変調度を演算し、測定物理量Ｖの値ｖに変換し
て出力する。
いて物理量Ｖを測定する際の従来の調整及び使用方法を
示した動作手順である。まず最初のステップＳ２１で
は、測定物理量Ｖ＝ｖを光センサ８２に印加する。そし
て演算回路８５がＯ／Ｅ回路８４の出力信号から光セン
サ８２の変調度を演算し、測定物理量Ｖの値ｖに変換し
て出力する。
【００１０】測定精度の調整時にはステップＳ２２に移
り、Ｏ／Ｅ回路４の出力信号をスペクトラムアナライザ
ー８７に入力する。ステップＳ２３では、スペクトラム
アナライザー８７は入力信号の交流（ＡＣ）成分Ｖａｃ
と直流（ＤＣ）成分Ｖｄｃを分離する。そしてステップ
Ｓ２４に進むと、分離された信号成分を用いてＶａｃ／
Ｖｄｃ値をＳ／Ｎ値として得る。そして得られたＳ／Ｎ
値と目標とするＳ／Ｎ値であるＳＮＲの値とを比較す
る。
り、Ｏ／Ｅ回路４の出力信号をスペクトラムアナライザ
ー８７に入力する。ステップＳ２３では、スペクトラム
アナライザー８７は入力信号の交流（ＡＣ）成分Ｖａｃ
と直流（ＤＣ）成分Ｖｄｃを分離する。そしてステップ
Ｓ２４に進むと、分離された信号成分を用いてＶａｃ／
Ｖｄｃ値をＳ／Ｎ値として得る。そして得られたＳ／Ｎ
値と目標とするＳ／Ｎ値であるＳＮＲの値とを比較す
る。
【００１１】ステップＳ２４において、Ｓ／Ｎ値がＳＮ
Ｒより小さければ、ステップＳ２５に進む。またステッ
プＳ２４において、Ｓ／Ｎ値がＳＮＲ以上であれば、調
整不要と判定される。ステップＳ２５に進んだ場合、ス
ペクトラムアナライザー８７で得られるＳ／Ｎ値を見な
がら、Ｅ／Ｏ回路８３の光量と、Ｏ／Ｅ回路８４のノイ
ズ発生量とを調整する。そしてステップＳ２１に戻り、
同様の処理をする。そしてステップＳ２４でＳ／Ｎ値が
ＳＮＲ以上となれば、光センサシステム８１の調整が完
了したので、物理量Ｖの計測を開始する。
Ｒより小さければ、ステップＳ２５に進む。またステッ
プＳ２４において、Ｓ／Ｎ値がＳＮＲ以上であれば、調
整不要と判定される。ステップＳ２５に進んだ場合、ス
ペクトラムアナライザー８７で得られるＳ／Ｎ値を見な
がら、Ｅ／Ｏ回路８３の光量と、Ｏ／Ｅ回路８４のノイ
ズ発生量とを調整する。そしてステップＳ２１に戻り、
同様の処理をする。そしてステップＳ２４でＳ／Ｎ値が
ＳＮＲ以上となれば、光センサシステム８１の調整が完
了したので、物理量Ｖの計測を開始する。
【００１２】このように測定物理量Ｖ＝ｖを印加した状
態で、ノイズＮを含む信号Ｓをスペクトラムアナライザ
ー８７に入力し、そのスペクトルを分析する。そしてノ
イズ成分と信号成分に分離してＳ／Ｎ値を計算する必要
がある。
態で、ノイズＮを含む信号Ｓをスペクトラムアナライザ
ー８７に入力し、そのスペクトルを分析する。そしてノ
イズ成分と信号成分に分離してＳ／Ｎ値を計算する必要
がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来例のようにＳＮＲ
を指標として微小な物理量の測定精度を改善するために
は、信号ＳとノイズＮを分離するスペクトラムアナライ
ザー８７等の高額な機器が必要であった。また、測定物
理量の大きさと必要な測定精度の指標となるＳＮＲとの
関係が不明であるため、必要以上にＳＮＲを高めること
があり、光センサシステムのコストアップの要因になっ
ていた。また反対に、要求される精度に対してＳＮＲが
不足すると、光センサシステムの測定精度にばらつきが
生じる。また３相の配電線の各相に光センサシステムを
取り付けて、各相の電流と電圧を測定して零相を求める
には、複数の光センサシステムを用いる必要があるが、
このような場合には大きな測定誤差を引き起こすという
問題を有していた。
を指標として微小な物理量の測定精度を改善するために
は、信号ＳとノイズＮを分離するスペクトラムアナライ
ザー８７等の高額な機器が必要であった。また、測定物
理量の大きさと必要な測定精度の指標となるＳＮＲとの
関係が不明であるため、必要以上にＳＮＲを高めること
があり、光センサシステムのコストアップの要因になっ
ていた。また反対に、要求される精度に対してＳＮＲが
不足すると、光センサシステムの測定精度にばらつきが
生じる。また３相の配電線の各相に光センサシステムを
取り付けて、各相の電流と電圧を測定して零相を求める
には、複数の光センサシステムを用いる必要があるが、
このような場合には大きな測定誤差を引き起こすという
問題を有していた。
【００１４】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、簡単な方法で必要十分な測定
精度を確保して物理量を計測できる光センサシステムの
使用方法を実現することを目的とする。
てなされたものであって、簡単な方法で必要十分な測定
精度を確保して物理量を計測できる光センサシステムの
使用方法を実現することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るため、本願の請求項１記載の発明は、物理量Ｖが外部
から印加されたとき、物理量Ｖに応じて入射光を強度変
調する光センサと、前記光センサに測定用の光を出力す
るＥ／Ｏ回路と、前記光センサからの変調光を受光し、
電気信号に変換するＯ／Ｅ回路と、前記Ｏ／Ｅ回路の出
力する変調成分Ｖａｃと直流成分Ｖｄｃから前記光セン
サの変調度Ｍを演算し、前記変調度Ｍを物理量Ｖの値に
変換して出力する演算回路と、を具備する光センサシス
テムの使用方法であって、前記光センサに物理量Ｖを印
加しない状態で、前記演算回路により前記Ｏ／Ｅ回路の
出力信号の変調成分Ｖａｃｏと直流成分Ｖｄｃを抽出
し、物理量Ｖを印加しない状態の変調成分Ｖａｃｏと直
流成分Ｖｄｃの比をノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃとし
て演算し、所望の測定分解能の物理量Ｖに対する前記光
センサのノイズ光量比を目標ノイズ光量比ｎｐとして設
定し、前記ノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃの値が前記目
標ノイズ光量比ｎｐ以下になるよう、前記Ｅ／Ｏ回路の
光出力と前記Ｏ／Ｅ回路のノイズ発生量とを調整し、前
記Ｅ／Ｏ回路と前記Ｏ／Ｅ回路の特性調整後に、前記物
理量Ｖを前記光センサに印加して得られる前記光センサ
の変調度Ｍ＝Ｖａｃ／Ｖｄｃの値により、前記物理量Ｖ
の値を演算して出力することを特徴とするものである。
るため、本願の請求項１記載の発明は、物理量Ｖが外部
から印加されたとき、物理量Ｖに応じて入射光を強度変
調する光センサと、前記光センサに測定用の光を出力す
るＥ／Ｏ回路と、前記光センサからの変調光を受光し、
電気信号に変換するＯ／Ｅ回路と、前記Ｏ／Ｅ回路の出
力する変調成分Ｖａｃと直流成分Ｖｄｃから前記光セン
サの変調度Ｍを演算し、前記変調度Ｍを物理量Ｖの値に
変換して出力する演算回路と、を具備する光センサシス
テムの使用方法であって、前記光センサに物理量Ｖを印
加しない状態で、前記演算回路により前記Ｏ／Ｅ回路の
出力信号の変調成分Ｖａｃｏと直流成分Ｖｄｃを抽出
し、物理量Ｖを印加しない状態の変調成分Ｖａｃｏと直
流成分Ｖｄｃの比をノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃとし
て演算し、所望の測定分解能の物理量Ｖに対する前記光
センサのノイズ光量比を目標ノイズ光量比ｎｐとして設
定し、前記ノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃの値が前記目
標ノイズ光量比ｎｐ以下になるよう、前記Ｅ／Ｏ回路の
光出力と前記Ｏ／Ｅ回路のノイズ発生量とを調整し、前
記Ｅ／Ｏ回路と前記Ｏ／Ｅ回路の特性調整後に、前記物
理量Ｖを前記光センサに印加して得られる前記光センサ
の変調度Ｍ＝Ｖａｃ／Ｖｄｃの値により、前記物理量Ｖ
の値を演算して出力することを特徴とするものである。
【００１６】また本願の請求項２記載の発明は、前記Ｅ
／Ｏ回路は光出力の強度調整により特性を調整するもの
であり、前記Ｏ／Ｅ回路はノイズ発生量を所定値以下に
することにより特性を調整することを特徴とするもので
ある。
／Ｏ回路は光出力の強度調整により特性を調整するもの
であり、前記Ｏ／Ｅ回路はノイズ発生量を所定値以下に
することにより特性を調整することを特徴とするもので
ある。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る光センサシステムの使用方法について図１〜図４を参
照して説明する。図１は本実施の形態に用いられる光セ
ンサシステム１の構成図であり、光センサ２、Ｅ／Ｏ回
路３、Ｏ／Ｅ回路４、演算回路５、光ファイバー６を含
んで構成されることは従来例と同一である。
る光センサシステムの使用方法について図１〜図４を参
照して説明する。図１は本実施の形態に用いられる光セ
ンサシステム１の構成図であり、光センサ２、Ｅ／Ｏ回
路３、Ｏ／Ｅ回路４、演算回路５、光ファイバー６を含
んで構成されることは従来例と同一である。
【００１８】Ｅ／Ｏ回路３は例えば発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）を光源とする光量可変の光源である。光ファイバ
ー６は、Ｅ／Ｏ回路３から光センサ２に光を与える投光
用ファイバーと、光センサ２からの光をＯ／Ｅ回路４に
案内する受光用ファイバーから成る。光センサ２は測定
物理量Ｖに応じてＥ／Ｏ回路３からの入射光の強度を変
化させるセンサである。光センサ２として図５で説明し
たように、ポッケルス効果を利用した光電圧センサ、フ
ァラデー効果を利用した光電流センサ、導波路型の光電
圧センサ等がある。
ＥＤ）を光源とする光量可変の光源である。光ファイバ
ー６は、Ｅ／Ｏ回路３から光センサ２に光を与える投光
用ファイバーと、光センサ２からの光をＯ／Ｅ回路４に
案内する受光用ファイバーから成る。光センサ２は測定
物理量Ｖに応じてＥ／Ｏ回路３からの入射光の強度を変
化させるセンサである。光センサ２として図５で説明し
たように、ポッケルス効果を利用した光電圧センサ、フ
ァラデー効果を利用した光電流センサ、導波路型の光電
圧センサ等がある。
【００１９】Ｏ／Ｅ回路４は光センサ２からの入射光を
電気信号に変換する回路である。演算回路５は、Ｏ／Ｅ
回路４の出力信号の変調成分ＶａｃとＤＣ成分Ｖｄｃか
ら、光センサ２の変調度Ｍを計算し、この変調度Ｍを測
定物理量Ｖに変換して出力する回路である。変調度Ｍは
Ｖａｃ／Ｖｄｃにほぼ等しい。尚、測定物理量Ｖが例え
ば交流電圧の場合、変調成分Ｖａｃは直流成分を含まな
いので、交流成分Ｖａｃと呼ぶ。
電気信号に変換する回路である。演算回路５は、Ｏ／Ｅ
回路４の出力信号の変調成分ＶａｃとＤＣ成分Ｖｄｃか
ら、光センサ２の変調度Ｍを計算し、この変調度Ｍを測
定物理量Ｖに変換して出力する回路である。変調度Ｍは
Ｖａｃ／Ｖｄｃにほぼ等しい。尚、測定物理量Ｖが例え
ば交流電圧の場合、変調成分Ｖａｃは直流成分を含まな
いので、交流成分Ｖａｃと呼ぶ。
【００２０】図２はこのように構成された光センサシス
テム１の使用方法を示した動作手順である。まず最初の
ステップＳ１１では、測定物理量Ｖを印加しない（Ｖ＝
０）状態で次の処理をする。即ち、次のステップＳ１２
では、演算回路５がＯ／Ｅ回路４の出力信号のＡＣ成分
ＶａｃｏとＤＣ成分Ｖｄｃを抽出する。そしてＶ＝０の
ときのＶａｃｏ／Ｖｄｃの値をノイズ光量比として求め
る。
テム１の使用方法を示した動作手順である。まず最初の
ステップＳ１１では、測定物理量Ｖを印加しない（Ｖ＝
０）状態で次の処理をする。即ち、次のステップＳ１２
では、演算回路５がＯ／Ｅ回路４の出力信号のＡＣ成分
ＶａｃｏとＤＣ成分Ｖｄｃを抽出する。そしてＶ＝０の
ときのＶａｃｏ／Ｖｄｃの値をノイズ光量比として求め
る。
【００２１】ここではＶｄｃは光センサ２が外部の物理
量Ｖで変調されない光成分を示し、Ｖ＝０時の信号成分
と考えてよい。Ｖａｃｏは測定物理量Ｖ＝０のときにＯ
／Ｅ回路４から出力される交流成分であるが、Ｅ／Ｏ回
路３から光センサ２を経てＯ／Ｅ回路４に至るまでの回
路で生じた雑音成分と考えることができる。
量Ｖで変調されない光成分を示し、Ｖ＝０時の信号成分
と考えてよい。Ｖａｃｏは測定物理量Ｖ＝０のときにＯ
／Ｅ回路４から出力される交流成分であるが、Ｅ／Ｏ回
路３から光センサ２を経てＯ／Ｅ回路４に至るまでの回
路で生じた雑音成分と考えることができる。
【００２２】所望の分解能に対する光センサのノイズ光
量比を目標ノイズ光量比ｎｐとし、ステップＳ１３では
実測されたノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃの値と目標ノ
イズ光量比ｎｐの値を比較する。ノイズ光量比Ｖａｃｏ
／Ｖｄｃの値が目標ノイズ光量比ｎｐを越えていればス
テップＳ１４に移る。ステップＳ１４では、ノイズ光量
比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃの値が目標ノイズ光量比ｎｐ以下に
なるように、Ｅ／Ｏ回路３の光量と、Ｏ／Ｅ回路４のノ
イズ発生量とを調整する。そして調整後はステップＳ１
１に戻り、同様の処理を続ける。
量比を目標ノイズ光量比ｎｐとし、ステップＳ１３では
実測されたノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃの値と目標ノ
イズ光量比ｎｐの値を比較する。ノイズ光量比Ｖａｃｏ
／Ｖｄｃの値が目標ノイズ光量比ｎｐを越えていればス
テップＳ１４に移る。ステップＳ１４では、ノイズ光量
比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃの値が目標ノイズ光量比ｎｐ以下に
なるように、Ｅ／Ｏ回路３の光量と、Ｏ／Ｅ回路４のノ
イズ発生量とを調整する。そして調整後はステップＳ１
１に戻り、同様の処理を続ける。
【００２３】ステップＳ１３において、ノイズ光量比Ｖ
ａｃｏ／Ｖｄｃの値が目標ノイズ光量比ｎｐ以下になれ
ばステップＳ１５に進み、本来測定したい物理量Ｖを光
センサ２に印加する。そうすると演算回路５はＯ／Ｅ回
路４の出力信号から変調度Ｍ＝Ｖａｃ／Ｖｄｃを演算
し、その演算結果を測定物理量Ｖの値に変換して出力す
る。
ａｃｏ／Ｖｄｃの値が目標ノイズ光量比ｎｐ以下になれ
ばステップＳ１５に進み、本来測定したい物理量Ｖを光
センサ２に印加する。そうすると演算回路５はＯ／Ｅ回
路４の出力信号から変調度Ｍ＝Ｖａｃ／Ｖｄｃを演算
し、その演算結果を測定物理量Ｖの値に変換して出力す
る。
【００２４】ここで、Ｅ／Ｏ回路３の光量調整とは、Ｌ
ＥＤの駆動電流を調整することであり、Ｏ／Ｅ回路４の
ノイズ発生量の調整とは、ゲイン調整から素子変更や回
路構成の変更までを含むものとする。
ＥＤの駆動電流を調整することであり、Ｏ／Ｅ回路４の
ノイズ発生量の調整とは、ゲイン調整から素子変更や回
路構成の変更までを含むものとする。
【００２５】図３は測定物理量Ｖの大きさによって変化
する理想変調度と希望測定精度（比誤差）とノイズ光量
比（Ｖａｃｏ／Ｖｄｃ）との関係を示したグラフであ
る。本図では測定する物理量の大きさは、前述した強度
変調方式の光センサ２の理想変調度に対応する。また測
定精度は直線性からのずれである比誤差に比例する。例
えば図３より変調度０．０６％以上の物理量Ｖを比誤差
１．０％以内で測定するには、ノイズ光量比を１×１０
-4以下にすれば良いことがわかる。
する理想変調度と希望測定精度（比誤差）とノイズ光量
比（Ｖａｃｏ／Ｖｄｃ）との関係を示したグラフであ
る。本図では測定する物理量の大きさは、前述した強度
変調方式の光センサ２の理想変調度に対応する。また測
定精度は直線性からのずれである比誤差に比例する。例
えば図３より変調度０．０６％以上の物理量Ｖを比誤差
１．０％以内で測定するには、ノイズ光量比を１×１０
-4以下にすれば良いことがわかる。
【００２６】図４は測定物理量Ｖに対応する理想変調度
と、ノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃと、測定物理量Ｖの
実際の測定結果に対応する測定変調度との関係を示した
グラフである。
と、ノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃと、測定物理量Ｖの
実際の測定結果に対応する測定変調度との関係を示した
グラフである。
【００２７】なお、理想変調度と物理量Ｖの関係は、各
種の強度変調方式の光センサ２で異なる。例えば、ポッ
ケルス効果を利用した光電圧センサの場合、定格電圧１
００Ｖ時の変調度が１．７５％で設計されている場合
は、５Ｖ以上の電圧を１％以下の誤差で測定するための
所定ノイズ光量比は１．２３×１０-4以下となる。
種の強度変調方式の光センサ２で異なる。例えば、ポッ
ケルス効果を利用した光電圧センサの場合、定格電圧１
００Ｖ時の変調度が１．７５％で設計されている場合
は、５Ｖ以上の電圧を１％以下の誤差で測定するための
所定ノイズ光量比は１．２３×１０-4以下となる。
【００２８】このように、予め物理量Ｖの大きさと希望
測定精度とノイズ光量比の関係がわかっていれば、必要
以上にノイズを低減するためにコストをかける必要もな
く、最低コストで所望の測定精度の光センサシステムが
得られる。
測定精度とノイズ光量比の関係がわかっていれば、必要
以上にノイズを低減するためにコストをかける必要もな
く、最低コストで所望の測定精度の光センサシステムが
得られる。
【００２９】また、ファラデー効果を利用した光電流セ
ンサの場合も同様に、測定電流（磁界）と理想変調度の
関係から、所定ノイズ光量比が簡単に得られる。
ンサの場合も同様に、測定電流（磁界）と理想変調度の
関係から、所定ノイズ光量比が簡単に得られる。
【００３０】なお、Ｏ／Ｅ回路４が受光する光量に対応
するＤＣ成分が規格化される光センサシステム１の場
合、ノイズ光量比は物理量Ｖを印加しない状態でのＯ／
Ｅ回路４の出力信号のＡＣ成分とＤＣ成分の規格値の比
に相当する。 この場合の測定変調度は、 Ｏ／Ｅ回路４の
出力信号のＡＣ成分とＤＣ成分の規格値の比で定義され
る。
するＤＣ成分が規格化される光センサシステム１の場
合、ノイズ光量比は物理量Ｖを印加しない状態でのＯ／
Ｅ回路４の出力信号のＡＣ成分とＤＣ成分の規格値の比
に相当する。 この場合の測定変調度は、 Ｏ／Ｅ回路４の
出力信号のＡＣ成分とＤＣ成分の規格値の比で定義され
る。
【００３１】また、導波路型の光電圧センサなどの場合
は、 測定物理量Ｖが電圧又は電界である。この場合電圧
又は電界の大きさは、センサの変調度から測定されるの
ではなく、２個の光波の位相差角から測定される。変調
度も位相差角も測定物理量Ｖにほぼ線形なので、本実施
の形態での変調度を位相差角に換算して置き換えて考え
れば、同様に所望の測定精度のノイズ光量比を求めるこ
とができる。それ以外にも、物理量Ｖに線形関係を有す
るパラメーターであれば、測定物理量Ｖを変調度に容易
に換算することができる。また逆に、変調度を物理量Ｖ
に対して線形に変化するパラメーターに変換して、測定
物理量Ｖに対して線形に変化するパラメーターとノイズ
光量比と比誤差の関係を導出してもよい。
は、 測定物理量Ｖが電圧又は電界である。この場合電圧
又は電界の大きさは、センサの変調度から測定されるの
ではなく、２個の光波の位相差角から測定される。変調
度も位相差角も測定物理量Ｖにほぼ線形なので、本実施
の形態での変調度を位相差角に換算して置き換えて考え
れば、同様に所望の測定精度のノイズ光量比を求めるこ
とができる。それ以外にも、物理量Ｖに線形関係を有す
るパラメーターであれば、測定物理量Ｖを変調度に容易
に換算することができる。また逆に、変調度を物理量Ｖ
に対して線形に変化するパラメーターに変換して、測定
物理量Ｖに対して線形に変化するパラメーターとノイズ
光量比と比誤差の関係を導出してもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ノイズ光
量比という容易に計測可能なパラメータを調整すること
により、ノイズを低減するべきコストを必要以上にかけ
る必要もなく、低コストで所望の精度の光センサシステ
ムを実現できる。また測定物理量が電力線の電圧及び電
流である場合、特別の計測機器を現場に持ち込まない
で、測定精度の調整をすることができる。
量比という容易に計測可能なパラメータを調整すること
により、ノイズを低減するべきコストを必要以上にかけ
る必要もなく、低コストで所望の精度の光センサシステ
ムを実現できる。また測定物理量が電力線の電圧及び電
流である場合、特別の計測機器を現場に持ち込まない
で、測定精度の調整をすることができる。
【図１】本発明の一実施の形態における光センサシステ
ムの構成図である。
ムの構成図である。
【図２】本実施の形態における光センサシステムの調整
と使用手順を示すフローチャートである。
と使用手順を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態における光センサシステムの理想
変調度とノイズ光量比と比誤差との関係を示す特性図で
ある。
変調度とノイズ光量比と比誤差との関係を示す特性図で
ある。
【図４】本実施の形態における光センサシステムの理想
変調度とノイズ光量比と測定変調度との関係を示す特性
図である。
変調度とノイズ光量比と測定変調度との関係を示す特性
図である。
【図５】光センサの検出原理を示す分類表である。
【図６】電圧センサの構成図である。
【図７】電圧センサの主要部の構造を示す断面図であ
る。
る。
【図８】従来の光センサシステムの構成図である。
【図９】従来の光センサシステムの調整と使用手順を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
１ 光センサシステム ２ 光センサ ３ Ｅ／Ｏ回路 ４ Ｏ／Ｅ回路 ５ 演算回路 ６ 光ファイバー
Claims (2)
- 【請求項１】 物理量Ｖが外部から印加されたとき、物
理量Ｖに応じて入射光を強度変調する光センサと、 前記光センサに測定用の光を出力するＥ／Ｏ回路と、 前記光センサからの変調光を受光し、電気信号に変換す
るＯ／Ｅ回路と、 前記Ｏ／Ｅ回路の出力する変調成分Ｖａｃと直流成分Ｖ
ｄｃから前記光センサの変調度Ｍを演算し、前記変調度
Ｍを物理量Ｖの値に変換して出力する演算回路と、を具
備する光センサシステムの使用方法であって、 前記光センサに物理量Ｖを印加しない状態で、前記演算
回路により前記Ｏ／Ｅ回路の出力信号の変調成分Ｖａｃ
ｏと直流成分Ｖｄｃを抽出し、 物理量Ｖを印加しない状態の変調成分Ｖａｃｏと直流成
分Ｖｄｃの比をノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃとして演
算し、 所望の測定分解能の物理量Ｖに対する前記光センサのノ
イズ光量比を目標ノイズ光量比ｎｐとして設定し、 前記ノイズ光量比Ｖａｃｏ／Ｖｄｃの値が前記目標ノイ
ズ光量比ｎｐ以下になるよう、前記Ｅ／Ｏ回路の光出力
と前記Ｏ／Ｅ回路のノイズ発生量とを調整し、 前記Ｅ／Ｏ回路と前記Ｏ／Ｅ回路の特性調整後に、前記
物理量Ｖを前記光センサに印加して得られる前記光セン
サの変調度Ｍ＝Ｖａｃ／Ｖｄｃの値により、前記物理量
Ｖの値を演算して出力することを特徴とする光センサシ
ステムの使用方法。 - 【請求項２】 前記Ｅ／Ｏ回路は光出力の強度調整によ
り特性を調整するものであり、前記Ｏ／Ｅ回路はノイズ
発生量を所定値以下にすることにより特性を調整するも
のであることを特徴とする請求項１記載の光センサシス
テムの使用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00318397A JP3201729B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 光センサシステムの使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00318397A JP3201729B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 光センサシステムの使用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10197569A JPH10197569A (ja) | 1998-07-31 |
| JP3201729B2 true JP3201729B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=11550284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00318397A Expired - Fee Related JP3201729B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 光センサシステムの使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3201729B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101841470B1 (ko) | 2016-03-28 | 2018-05-08 | 인제대학교 산학협력단 | 남성용 요실금 재활 보조기 |
-
1997
- 1997-01-10 JP JP00318397A patent/JP3201729B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101841470B1 (ko) | 2016-03-28 | 2018-05-08 | 인제대학교 산학협력단 | 남성용 요실금 재활 보조기 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10197569A (ja) | 1998-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |