(57)【要約】【課題】ファラデー効果を利用して電流を測定する光ファイバ電流センサおよび電流測定方法において、電流測定値の温度依存性を低減させるとともに電流の測定精度の低下を防止する。【解決手段】光ファイバ電流センサは、センサファイバ１１からの出力光の光路を変えるハーフミラー１６と、ハーフミラー１６からの光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させるファラデー回転子１３と、ファラデー回転子１３からの光を、偏光子１２の主軸に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離する偏光分離素子１４と、分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号Ｐｘおよび第２信号Ｐｙに変換し、第１信号Ｐｘの直流成分と交流成分の比Ｓｘおよび第２信号Ｐｙの直流成分と交流成分の比Ｓｙに異なる係数を乗じてその差分値を算出する信号処理部１５と、を備える。【選択図】図１
2010261843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサファイバに直線偏光を伝搬させ、該センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転の大きさを検出することで、前記被測定電流を測定する光ファイバ電流センサにおいて、
前記センサファイバと、
直線偏光が入射され、該入射された直線偏光を前記センサファイバへ出射し、前記センサファイバを伝搬して反射された光を前記直線偏光の入射側と異なる方向へ出射する光路変換手段と、
前記センサファイバを通り前記光路変換手段から出射された光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させる偏波面回転手段と、
前記偏波面回転手段からの出力光を、前記センサファイバへ入射される直線偏光の偏波面に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段によって分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、該第１信号の直流成分と交流成分の比および該第２信号の直流成分と交流成分の比に異なる係数を乗じてその差分値を算出し、算出された前記差分値に基づいて前記ファラデー回転の大きさを求める信号処理手段と、
を具備することを特徴とする光ファイバ電流センサ。
【請求項２】
センサファイバに直線偏光を伝搬させ、該センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転の大きさを検出することで、前記被測定電流を測定する光ファイバ電流センサにおいて、
前記センサファイバと、
前記センサファイバを透過した光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させる偏波面回転手段と、
前記偏波面回転手段からの出力光を、前記センサファイバへ入射される直線偏光の偏波面に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段によって分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、該第１信号の直流成分と交流成分の比および該第２信号の直流成分と交流成分の比に異なる係数を乗じてその差分値を算出し、算出された前記差分値に基づいて前記ファラデー回転の大きさを求める信号処理手段と、
を具備することを特徴とする光ファイバ電流センサ。
【請求項３】
前記係数は、前記差分値の温度変化に対して１次で変化する成分がゼロとなるように設定されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項４】
前記係数の一方は１に設定され、他方は光学バイアスの温度依存係数と前記センサファイバにおけるファラデー回転の温度依存係数との差を和で除した値に設定されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項５】
センサファイバに直線偏光を伝搬させ、該センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転の大きさを検出することで、前記被測定電流を測定する電流測定方法において、
光路変換手段に直線偏光を入射して該直線偏光を前記センサファイバへ出射させ、
前記センサファイバを伝搬して反射された光を前記光路変換手段に入射して前記直線偏光の入射側と異なる方向へ出射させ、
前記センサファイバを通り前記光路変換手段から出射された光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させ、
前記偏波面回転後の光を、前記センサファイバへ入射される直線偏光の偏波面に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離し、
前記分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、
前記第１信号の直流成分と交流成分の比および前記第２信号の直流成分と交流成分の比に異なる係数を乗じてその差分値を算出し、
前記算出された差分値に基づいて前記ファラデー回転の大きさを求める
ことを特徴とする電流測定方法。
【請求項６】
センサファイバに直線偏光を伝搬させ、該センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転の大きさを検出することで、前記被測定電流を測定する電流測定方法において、
前記センサファイバを透過した光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させ、
前記偏波面回転後の光を、前記センサファイバへ入射される直線偏光の偏波面に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離し、
前記分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、
前記第１信号の直流成分と交流成分の比および前記第２信号の直流成分と交流成分の比に異なる係数を乗じてその差分値を算出し、
前記算出された差分値に基づいて前記ファラデー回転の大きさを求める
ことを特徴とする電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ中を伝搬する光の偏波面が磁界により回転するファラデー効果を利用して電流を測定する光ファイバ電流センサおよび電流測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力設備の監視等を行う電流測定装置として、光ファイバをセンサに用いた光ファイバ電流センサが注目されている。
この光ファイバ電流センサでは、磁性媒質中を伝搬する光の偏波面がその伝搬方向における磁界の大きさに比例して回転するファラデー効果を利用して、電流を測定する。光ファイバも磁性媒質の一種であり、センサとして用いる光ファイバに直線偏光を入射して被測定電流が流れる導体、即ち磁界発生源の近くに置くと、ファラデー効果によって光ファイバ中の直線偏光に偏波面の回転（ファラデー回転）が与えられる。この時、電流に比例した磁界が発生しているので、ファラデー効果による偏波面の回転角度（ファラデー回転角）は、被測定電流の大きさに比例することになる。そこで、このファラデー回転角を測定することで、電流の大きさを求めることができる。これが光ファイバ電流センサの原理である。
【０００３】
図４に、従来の反射型光ファイバ電流センサの構成を示す（例えば、特許文献１参照）。同図において、光源２１からの光は、送光ファイバ２２，光サーキュレータ３２，および送光ファイバ２４を介して偏光分離素子３３へ入射されて、直線偏光に変換される。この直線偏光は、ファラデー回転子３４によって片道２２．５度のファラデー回転を与えられた後、センサファイバ１１へ入射され、センサファイバ１１の周回部分において、導体１００を流れる被測定電流Ｉの周囲に生じた磁界によってファラデー回転を受ける。
【０００４】
この光は、反射部１１１で反射されて再びセンサファイバ１１の周回部分で被測定電流Ｉの磁界によるファラデー回転を受け、ファラデー回転子３４へ入射される。ファラデー回転子３４を通過した光は、偏光分離素子３３によって偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分に分離される。
【０００５】
分離された一方の光は、送光ファイバ２４，光サーキュレータ３２，および受光ファイバ２３Ａを介して受光素子１５１Ａにより受光され、電気信号Ｐｘに変換される。もう一方の光は、受光ファイバ２３Ｂを介して受光素子１５１Ｂにより受光され、電気信号Ｐｙに変換される。このようにして得られた電気信号Ｐｘ，Ｐｙを用いて、信号処理部１５により被測定電流Ｉに応じたファラデー回転角が計算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３１９０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光ファイバ電流センサが設置された場所の環境温度が変化すると、ファラデー回転角を測定する際の動作点である光学バイアスが変動したり、光ファイバにおけるファラデー効果の感度を与える物性値であるベルデ定数が変動したりする。そしてこれらの影響を受けて、上記の信号処理により求められるファラデー回転角が誤差を持つようになり、結果として電流の測定値に温度依存性が発生して正しい測定を行うことができなくなるという問題が生じてしまう。
【０００８】
このような問題を解決するために、本発明者は、既に、信号処理方法を改良することによって電流測定値の温度依存性を低減させた光ファイバ電流センサを提案した（特願２００８−２７３６０３参照）。しかしながら、図４に示した光学系の構成を有する光ファイバ電流センサでは、光源２１からの光が例えば送光ファイバ２４と偏光分離素子３３の界面Ｐ（あるいは送光ファイバ２４が複数本の光ファイバを連結したものである場合にはそのコネクタ接続部）で反射され、この不要な反射光の影響により電流の測定精度が低下することがあると考えられる。
【０００９】
即ち、上記提案にかかる光ファイバ電流センサの信号処理においては、各受光素子で得られた電気信号の直流成分と（被測定電流Ｉが交流であることによる）交流成分の比を計算するが、界面Ｐ（あるいは送光ファイバ２４のコネクタ接続部）からの反射があると、一方の電気信号Ｐｘにのみ、この反射光による直流成分が重畳されることになる。これにより、電気信号Ｐｘについての直流成分と交流成分の比Ｓは、Ｓ＝ＡＣＳ／（ＤＣＳ＋ＤＣＲ）となり、反射が存在しない場合の真の値Ｓ０＝ＡＣＳ／ＤＣＳに対する誤差Δは、
Δ＝（Ｓ−Ｓ０）／Ｓ０＝−ＤＣＲ／（ＤＣＳ＋ＤＣＲ）
となる。但し、ＡＣＳは真の交流成分、ＤＣＳは真の直流成分、ＤＣＲは反射光による直流成分を表す。この式から、光路中の反射が電流の測定精度を劣化させてしまうことが分かる。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ファラデー効果を利用して電流を測定する光ファイバ電流センサおよび電流測定方法において、電流測定値の温度依存性を低減させるとともに電流の測定精度の低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、センサファイバに直線偏光を伝搬させ、該センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転の大きさを検出することで、前記被測定電流を測定する光ファイバ電流センサにおいて、前記センサファイバと、直線偏光が入射され、該入射された直線偏光を前記センサファイバへ出射し、前記センサファイバを伝搬して反射された光を前記直線偏光の入射側と異なる方向へ出射する光路変換手段と、前記センサファイバを通り前記光路変換手段から出射された光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させる偏波面回転手段と、前記偏波面回転手段からの出力光を、前記センサファイバへ入射される直線偏光の偏波面に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段によって分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、該第１信号の直流成分と交流成分の比および該第２信号の直流成分と交流成分の比に異なる係数を乗じてその差分値を算出し、算出された前記差分値に基づいて前記ファラデー回転の大きさを求める信号処理手段と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、センサファイバに直線偏光を伝搬させ、該センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転の大きさを検出することで、前記被測定電流を測定する光ファイバ電流センサにおいて、前記センサファイバと、前記センサファイバを透過した光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させる偏波面回転手段と、前記偏波面回転手段からの出力光を、前記センサファイバへ入射される直線偏光の偏波面に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段によって分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、該第１信号の直流成分と交流成分の比および該第２信号の直流成分と交流成分の比に異なる係数を乗じてその差分値を算出し、算出された前記差分値に基づいて前記ファラデー回転の大きさを求める信号処理手段と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記係数は、前記差分値の温度変化に対して１次で変化する成分がゼロとなるように設定されたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記係数の一方は１に設定され、他方は光学バイアスの温度依存係数と前記センサファイバにおけるファラデー回転の温度依存係数との差を和で除した値に設定されたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、センサファイバに直線偏光を伝搬させ、該センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転の大きさを検出することで、前記被測定電流を測定する電流測定方法において、光路変換手段に直線偏光を入射して該直線偏光を前記センサファイバへ出射させ、前記センサファイバを伝搬して反射された光を前記光路変換手段に入射して前記直線偏光の入射側と異なる方向へ出射させ、前記センサファイバを通り前記光路変換手段から出射された光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させ、前記偏波面回転後の光を、前記センサファイバへ入射される直線偏光の偏波面に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離し、前記分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、前記第１信号の直流成分と交流成分の比および前記第２信号の直流成分と交流成分の比に異なる係数を乗じてその差分値を算出し、前記算出された差分値に基づいて前記ファラデー回転の大きさを求めることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、センサファイバに直線偏光を伝搬させ、該センサファイバの近傍に設置された導体を流れる被測定電流により生じる磁界によって前記直線偏光に付与されるファラデー回転の大きさを検出することで、前記被測定電流を測定する電流測定方法において、前記センサファイバを透過した光の偏波面を所定角度Ｚ（°）だけ回転させ、前記偏波面回転後の光を、前記センサファイバへ入射される直線偏光の偏波面に対してＺ−４５（°）回転した偏波面を持つ偏光成分と該偏光成分の偏波面に直交する偏波面を持つ偏光成分の２つに分離し、前記分離された２つの偏光成分を光電気変換によりそれぞれ第１信号および第２信号に変換し、前記第１信号の直流成分と交流成分の比および前記第２信号の直流成分と交流成分の比に異なる係数を乗じてその差分値を算出し、前記算出された差分値に基づいて前記ファラデー回転の大きさを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ファラデー効果を利用して電流を測定する光ファイバ電流センサおよび電流測定方法において、電流測定値の温度依存性を低減させることができるとともに、電流の測定精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態による反射型の光ファイバ電流センサの構成図である。
【図２】受光素子で得られる電気信号ＰｘおよびＰｙの特性を表すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態による透過型の光ファイバ電流センサの構成図である。
【図４】従来の反射型の光ファイバ電流センサの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による反射型の光ファイバ電流センサの構成図を示している。
同図において、光ファイバ電流センサは、センサファイバ１１と、偏光子１２と、ファラデー回転子１３と、偏光分離素子１４と、信号処理部１５と、ハーフミラー１６とを含んで構成される。また、信号処理部１５は、受光素子１５１Ａ，１５１Ｂと、バンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２と、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２と、除算部１５２Ａ，１５２Ｂと、符号反転部１５３と、可変利得部１５４と、加算部１５５と、から構成される。
【００２０】
センサファイバ１１は、測定しようとしている被測定電流Ｉが流れる送電線等の導体１００の周囲を周回するようにして配置される。このセンサファイバ１１として、好適にはファラデー効果の大きさを決めるベルデ定数が大きい特性を持った光ファイバである、鉛ガラスファイバを用いることができる。センサファイバ１１の一端には金属薄膜の蒸着等によって反射部（ミラー）１１１が形成されており、他端はハーフミラー１６に取り付けられている。
【００２１】
偏光子１２は、送光ファイバ２２によって光源２１と接続されている。偏光子１２とハーフミラー１６、ハーフミラー１６とファラデー回転子１３、およびファラデー回転子１３と偏光分離素子１４は、それぞれ光ファイバで接続されている。信号処理部１５は入力部として２つの受光素子１５１Ａ，１５１Ｂを有する。受光素子１５１Ａは、受光ファイバ２３Ａにより偏光分離素子１４の一方の出力端に接続されており、受光素子１５１Ｂは、受光ファイバ２３Ｂにより偏光分離素子１４の他方の出力端に接続されている。
【００２２】
このように構成された光ファイバ電流センサに対して、光源２１から発せられた光が送光ファイバ２２を介して偏光子１２へ入射される。この光は、偏光子１２によって電界の振動方向が一方向（偏光子１２の主軸方向）にそろった直線偏光に変換されて、ハーフミラー１６を介してセンサファイバ１１へ入射される。センサファイバ１１へ入射された直線偏光は、センサファイバ１１の周回部分において、導体１００を流れる被測定電流Ｉの周囲に生じた磁界によってファラデー回転を受け、その偏波面が磁界の大きさに比例したファラデー回転角だけ回転する。センサファイバ１１を伝搬する光は、さらに反射部１１１で反射されて再び周回部分を通りファラデー回転を受け、ハーフミラー１６へ入射される。この光は、ハーフミラー１６内で反射されて光路を曲げられ、ファラデー回転子１３へ入射される。
【００２３】
ファラデー回転子１３は、永久磁石とこの永久磁石によって磁気飽和させられた強磁性体結晶である強磁性ガーネットとからなり、強磁性ガーネットを通過する光に偏光子１２を基準として所定角度のファラデー回転を付与する。この所定角度は任意であり、ここではＺ（°）とおく。ファラデー回転子１３を通過した光は、偏光分離素子１４へと導かれ、偏光方向の互いに直交（偏光分離素子１４の主軸方向とそれに垂直な方向）する２つの偏光成分に分離される。偏光分離素子１４は、その主軸を偏光子１２の主軸に対してＺ−４５（°）傾けて配置される。そのため、偏光分離素子１４を基準として見れば、ファラデー回転子１３を通過した光の偏光角度は、Ｚによらず常に４５（°）（＝Ｚ−（Ｚ−４５））となっている。換言すると、この光ファイバ電流センサでは、ファラデー回転子１３と偏光分離素子１４の２つにより、光学バイアスが４５度に設定されている。なお、Ｚの値としては、例えば４５（°）とすることができる。
【００２４】
偏光分離素子１４により分離された一方の光は、受光ファイバ２３Ａを介して受光素子１５１Ａによって受光され、その光強度に比例した電気信号Ｐｘに変換される。また、もう一方の光は、受光ファイバ２３Ｂを介して受光素子１５１Ｂによって受光され、その光強度に比例した電気信号Ｐｙに変換される。
【００２５】
このように、センサファイバ１１中で被測定電流Ｉによる磁界からのファラデー回転を受けた光は、順次、ハーフミラー１６，ファラデー回転子１３，偏光分離素子１４，受光ファイバ２３Ａ，２３Ｂを通過する光路を通って受光素子１５１Ａ，１５１Ｂに入射される。そのため、光源２１から発せられセンサファイバ１１へ入射されるまでの途中の光路で反射された光は、受光素子１５１Ａ，１５１Ｂに入射されないようになっている。よって、以下に説明する信号処理部１５の信号処理においては、反射光による影響が生じることはない。
【００２６】
さて、本光ファイバ電流センサで測定する被測定電流Ｉは、交流電流（交流成分のみ）であるとする。このとき、センサファイバ１１中の光が感じるファラデー効果もこの交流電流を反映したものとなり、上記の電気信号ＰｘとＰｙは、ともに直流成分と交流成分とを含むことになる（図２参照）。
【００２７】
受光素子１５１Ａからの電気信号Ｐｘは、バンドパスフィルタＢＰＦ１とローパスフィルタＬＰＦ１へ入力される。バンドパスフィルタＢＰＦ１は電気信号Ｐｘに含まれる交流成分を抽出して除算部１５２Ａへ出力し、ローパスフィルタＬＰＦ１は電気信号Ｐｘに含まれる直流成分を抽出して除算部１５２Ａへ出力する。除算部１５２Ａは、入力された交流成分を直流成分で除算することにより得られる交流成分と直流成分との比を表す信号Ｓｘを加算部１５５へ出力する。
【００２８】
また、受光素子１５１Ｂからの電気信号Ｐｙは、バンドパスフィルタＢＰＦ２とローパスフィルタＬＰＦ２へ入力される。バンドパスフィルタＢＰＦ２とローパスフィルタＬＰＦ２は、上記と同様に、それぞれ電気信号Ｐｙに含まれる交流成分および直流成分を抽出して除算部１５２Ｂへ出力する。除算部１５２Ｂは、入力された交流成分を直流成分で除算することにより得られる交流成分と直流成分との比を表す信号Ｓｙを、符号反転部１５３へ出力する。符号反転部１５３は、信号Ｓｙの符号を反転して可変利得部１５４へ出力し、可変利得部１５４は、この入力された信号にゲインｋを乗ずることにより得られる信号Ｓｙ’を加算部１５５へ出力する。
加算部１５５は、入力された上記２つの信号ＳｘとＳｙ’とを加算し、加算結果の信号Ｓを出力する。
【００２９】
次に、信号処理部１５の詳細な動作原理を数式を用いて説明する。
図２は、受光素子１５１Ａ，１５１Ｂで得られる電気信号ＰｘおよびＰｙ（受光される光の光強度）の特性を表すグラフである。このグラフにおいて、横軸はセンサファイバ１１へ入射された直線偏光が受けるファラデー回転角θであり、縦軸は上記各電気信号の信号強度Ｐである。２つの受光素子１５１Ａと１５１Ｂそれぞれに到達する光の光強度は、上述の説明のとおり、センサファイバ１１において与えられるファラデー回転角θと、ファラデー回転子１３により与えられるファラデー回転角、即ち光学バイアスの値とによって決まる。一般に光学バイアスがその設定値４５度からδだけ誤差を有している場合を考慮すると、θの関数として電気信号Ｐｘ（θ）およびＰｙ（θ）が次式（１ａ）と（１ｂ）により与えられる。
Ｐｘ（θ）＝１＋ｓｉｎ（２δ＋２θ）            （１ａ）
Ｐｙ（θ）＝１−ｓｉｎ（２δ＋２θ）            （１ｂ）
【００３０】
ここで、被測定電流Ｉは交流成分のみからなる交流電流であるので、この被測定電流Ｉによってセンサファイバ１１中の直線偏光に付与されるファラデー回転は、角度０度の周りに当該交流電流の周波数で振動するものとなる。この振動の振幅をφとする。また、図中に、この交流の被測定電流Ｉによって生じるファラデー回転角の時間的変化を曲線Ｃで表す。
【００３１】
曲線Ｃに沿ってファラデー回転角が−φ→０→φのように時間変化すると、受光素子１５１Ａで得られる電気信号Ｐｘは、順次、次のように変化する。
Ｐｘ（−φ）＝１＋ｓｉｎ（２δ−２φ）
→Ｐｘ（０）＝１＋ｓｉｎ（２δ）
→Ｐｘ（φ）＝１＋ｓｉｎ（２δ＋２φ）
こうして、交流の被測定電流Ｉに対応して得られる電気信号Ｐｘは、図中に曲線Ｐｘで示すように、被測定電流Ｉと同じ周波数で振動する信号となる。この信号は、直流成分の大きさＰｘ（０）＝１＋ｓｉｎ（２δ）を有し、交流成分の振幅｛Ｐｘ（φ）−Ｐｘ（−φ）｝／２＝｛ｓｉｎ（２δ＋２φ）−ｓｉｎ（２δ−２φ）｝／２を有する。光学バイアスの誤差δとセンサファイバ１１によるファラデー回転の振幅φが十分小さい（δ，φ≪１）領域では、被測定電流Ｉを測定した時の電気信号Ｐｘの直流成分ＰｘＤＣと交流成分ＰｘＡＣは、それぞれ次の式（２ａ），（２ｂ）で表すことができる。
ＰｘＤＣ＝Ｐｘ（０）≒１＋２δ                            （２ａ）
ＰｘＡＣ＝｛Ｐｘ（φ）−Ｐｘ（−φ）｝／２≒２φ            （２ｂ）
上記の式（２ａ）と式（２ｂ）が、それぞれバンドパスフィルタＢＰＦ１，ローパスフィルタＬＰＦ１から出力される信号である。
【００３２】
また同様に、曲線Ｃに沿ってファラデー回転角が−φ→０→φのように時間変化したとき、受光素子１５１Ｂで得られる電気信号Ｐｙは、順次、次のように変化する。
Ｐｙ（−φ）＝１−ｓｉｎ（２δ−２φ）
→Ｐｙ（０）＝１−ｓｉｎ（２δ）
→Ｐｙ（φ）＝１−ｓｉｎ（２δ＋２φ）
こうして、交流の被測定電流Ｉに対応して得られる電気信号Ｐｙは、図中に曲線Ｐｙで示すように、被測定電流Ｉと同じ周波数で振動する信号となる。この信号は、直流成分の大きさＰｙ（０）＝１−ｓｉｎ（２δ）を有し、交流成分の振幅｛Ｐｙ（−φ）−Ｐｙ（φ）｝／２＝｛ｓｉｎ（２δ＋２φ）−ｓｉｎ（２δ−２φ）｝／２を有する。同様にδ，φ≪１が成り立つ領域では、被測定電流Ｉを測定した時の電気信号Ｐｙの直流成分ＰｙＤＣと交流成分ＰｙＡＣは、それぞれ次の式（３ａ），（３ｂ）で表すことができる。
ＰｙＤＣ＝Ｐｙ（０）≒１−２δ                              （３ａ）
ＰｙＡＣ＝−｛Ｐｙ（−φ）−Ｐｙ（φ）｝／２≒−２φ          （３ｂ）
但し、交流成分ＰｙＡＣの負号は交流成分ＰｘＡＣと位相が反転していることを考慮したものである。上記の式（３ａ）と式（３ｂ）が、それぞれバンドパスフィルタＢＰＦ２，ローパスフィルタＬＰＦ２から出力される信号である。
【００３３】
以上の式（２ａ），（２ｂ），（３ａ），（３ｂ）より、加算部１５５へ入力される信号ＳｘとＳｙ’はそれぞれ次式（４ａ），（４ｂ）で表される。
【００３４】
【数１】
2010261843.tif 000003
【００３５】
したがって、加算部１５５の出力信号Ｓは次式（５）で表すことができる。
【００３６】
【数２】
2010261843.tif 000004
【００３７】
上式（５）においてδ，φ≪１として高次の項を無視すると、Ｓ＝２（１＋ｋ）φとなるので、この出力信号Ｓから被測定電流Ｉに対応するファラデー回転角φを求めることができる。
【００３８】
ここで、センサファイバ１１において付与されるファラデー回転の大きさは、センサファイバ１１のベルデ定数が温度依存性を有することに起因して、環境温度の変化に応じて変化する。また、ファラデー回転子１３による光学バイアスも、強磁性ガーネットのベルデ定数が温度依存性を有することに起因して、環境温度の変化に応じて変化する。これを考慮して、センサファイバ１１によるファラデー回転の振幅φと光学バイアスの誤差δが次式（６ａ），（６ｂ）で表される温度依存性を有するものと仮定する。
δ＝αＴ／２                        （６ａ）
φ＝（１＋βＴ）φ０                （６ｂ）
但し、αとβはそれぞれの温度依存係数（既知の値）、Ｔは基準温度（例えば２０℃）からの温度変化量、φ０はその基準温度におけるファラデー回転角の振幅である。
【００３９】
上式（５）および（６ａ），（６ｂ）から、加算部１５５の出力信号Ｓは温度変化Ｔの関数として次式（７）で表すことができる。
【００４０】
【数３】
2010261843.tif 000005
【００４１】
式（７）の分子において、δ，φ≪１の近似の下では温度変化Ｔの１次の項が２次の項よりも支配的である。そこで、温度変化Ｔの１次の項がゼロとなるように可変利得部１５４のゲインｋを決めることで、加算部１５５から得られる出力信号Ｓの温度依存性を低減することが可能である。このようなゲインｋは、式（７）より次の式（８）のように求められる。
【００４２】
【数４】
2010261843.tif 000006
【００４３】
したがって、本光ファイバ電流センサの可変利得部１５４には、上式（８）で与えられるゲインｋを設定する。このときの加算部１５５の出力信号Ｓは、次の式（９）のように表される。
【００４４】
【数５】
2010261843.tif 000007
【００４５】
一方、可変利得部１５４を有しない従来の光ファイバ電流センサにおいては、加算部１５５の出力信号Ｓは、上式（７）でｋ＝１とおいて次の式（１０）のように表される。
【００４６】
【数６】
2010261843.tif 000008
【００４７】
このように、式（９）および式（１０）の分子に着目すると、従来の光ファイバ電流センサはファラデー回転角の測定値（出力信号Ｓ）が温度変化に対して１次の依存性を有していたのに対し、本光ファイバ電流センサはその依存性が２次である。そして、δ，φ≪１の領域では温度変化の２次の項が１次の項よりも十分に小さい。したがって、本光ファイバ電流センサは、測定されるファラデー回転角の温度依存性を低減でき、これにより電流測定値の温度依存性を低減させることが可能となる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態による透過型の光ファイバ電流センサを図３の構成図を参照して説明する。
この光ファイバ電流センサは、上述した図１の光ファイバ電流センサからハーフミラー１６とセンサファイバ１１の反射部１１１を取り除き、光源２１を出射し送光ファイバ２２を介してセンサファイバ１１へ入射された直線偏光が、センサファイバ１１を透過してファラデー回転子１３へと入射されるように構成されている。偏光子１２とファラデー回転子１３と偏光分離素子１４と信号処理部１５の構成や、偏光分離素子１４の主軸の配置は、図１の光ファイバ電流センサと同じである。
【００４９】
このような構成の透過型の光ファイバ電流センサにおいても、第１の実施形態と同様、電流測定値の温度依存性を低減させることができ、また、透過型であるため電流測定の精度が反射光による影響を受けて劣化してしまうことがない。
【００５０】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【００５１】
例えば、ファラデー回転子１３に代えて、旋光性を示す物質を用いることもできる。旋光性を示す物質の例として、水晶や、砂糖、果糖、ショ糖、ブドウ糖等の水溶液などがある。また、液晶を用いることもできる。
【００５２】
また、除算部１５２Ｂからの信号Ｓｙにのみゲインｋを乗ずるものとしたが、除算部１５２Ａからの信号Ｓｘと除算部１５２Ｂからの信号Ｓｙそれぞれに異なる係数を乗ずるように信号処理部１５を構成しても構わない。
【符号の説明】
【００５３】
１１…センサファイバ  １２…偏光子  １３…ファラデー回転子  １４…偏光分離素子  １５…信号処理部  １６…ハーフミラー  ２１…光源  ２２…送光ファイバ  ２３…受光ファイバ  １５１…受光素子  １５２…除算部  １５３…符号反転部  １５４…可変利得部  １５５…加算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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