(57)【要約】【課題】電流測定値の温度依存性を低減させるとともに、測定に用いる光に含まれる雑音成分の影響を抑制する。【解決手段】光ファイバ電流センサは、センサファイバ１１と、センサファイバ１１からの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分離する偏光分離素子１３と、偏光分離素子１３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Ｐ１および第２信号Ｐ２に変換する受光素子１５１Ａ，１５１Ｂと、センサファイバ１１からの出射光を光電気変換により第３信号Ｐ３に変換する受光素子１５１Ｃと、第１信号Ｐ１の直流成分と交流成分の比Ｓ１、第２信号Ｐ２の直流成分と交流成分の比Ｓ２、および第３信号Ｐ３の直流成分と交流成分の比Ｓ３を、１：−ｋ：ｋ−１（但しｋ＞０）の割合で加算する手段（符号反転部１５３，可変利得部１５４，加算部１５５）と、を具備する。【選択図】図１
2011214958.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角を検出することで、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からの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分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信号に変換する第１および第２の光電気変換手段と、
前記センサファイバからの出射光を光電気変換により第３信号に変換する第３の光電気変換手段と、
前記第１信号の直流成分と交流成分の比、前記第２信号の直流成分と交流成分の比、および前記第３信号の直流成分と交流成分の比を、１：−ｋ：ｋ−１（但しｋ＞０）の割合で加算する演算手段と、
を具備し、前記演算手段の加算結果に基づいて前記ファラデー回転角を求めることを特徴とする光ファイバ電流センサ。
【請求項２】
前記値ｋは、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を１：−ｋの割合で加算した値が、温度変化に対して１次で変化する成分を持たないように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項３】
前記値ｋ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角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に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項４】
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角を検出することで、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からの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分離する過程と、
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信号に変換する過程と、
前記センサファイバからの出射光を光電気変換により第３信号に変換する過程と、
前記第１信号の直流成分と交流成分の比、前記第２信号の直流成分と交流成分の比、および前記第３信号の直流成分と交流成分の比を、１：−ｋ：ｋ−１（但しｋ＞０）の割合で加算する過程と、
前記加算結果に基づいて前記ファラデー回転角を求める過程と、
を有す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】
ファラデー回転角を測定するためには、光ファイバから出力された光をフォトダイオード等で受光して電気信号に変換し、得られた電気信号に所定の信号処理を行うという手法を採る。ところが、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してしまう。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。
【０００４】
このような問題に対して、信号処理方法を改良し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が、本発明者により特許文献１として提案されている。具体的には、特許文献１の光ファイバ電流センサでは、光ファイバの出射光を偏光分離した２つの偏光成分から得られる第１信号と第２信号について、それぞれの直流成分と交流成分の比Ｓ１とＳ２を求め、この比Ｓ１とＳ２に異なる係数を乗じた上で両者の差分値を算出するという信号処理を行っている。この差分値の温度依存性はＳ１とＳ２に乗じる係数によって異なるので、当該係数を適宜設定することで、電流測定値の温度依存性を低減させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、光ファイバへ入射される光には、光源の出力強度変動（ゆらぎ）等に起因する雑音成分が含まれていることがある。このような場合に、特許文献１で提案された光ファイバ電流センサのように、第１信号と第２信号のそれぞれから求まる比Ｓ１，Ｓ２（いずれも雑音成分を有している）に異なる係数を乗じて差分値を計算すると、この計算で雑音成分は相殺されないため、電流の測定結果が雑音の影響を受け、測定精度が劣化してしまうという問題がある。一方、温度依存性が改善されていない従来の光ファイバ電流センサでは、比Ｓ１，Ｓ２に異なる係数を乗じることなく差分値を計算するので、雑音成分は相殺され、電流の測定結果は雑音の影響を受けない。
【０００７】
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、測定に用いる光に含まれる雑音成分の影響を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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角を検出することで、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からの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分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信号に変換する第１および第２の光電気変換手段と、前記センサファイバからの出射光を光電気変換により第３信号に変換する第３の光電気変換手段と、前記第１信号の直流成分と交流成分の比、前記第２信号の直流成分と交流成分の比、および前記第３信号の直流成分と交流成分の比を、１：−ｋ：ｋ−１（但しｋ＞０）の割合で加算する演算手段と、を具備し、前記演算手段の加算結果に基づいて前記ファラデー回転角を求めることを特徴とする。
【０００９】
この発明において、第１信号の直流成分と交流成分の比Ｓ１、第２信号の直流成分と交流成分の比Ｓ２、および第３信号の直流成分と交流成分の比Ｓ３を、１：−ｋ：ｋ−１の割合で加算し、その加算結果に基づいてファラデー回転角を求めるようにした。ここで、第１信号と第２信号による値Ｓ１−ｋ・Ｓ２は温度に応じて変化する特性を有し、その変化の仕方はｋの値によって異なる。したがって、ｋの値を適宜設定することにより、得られるファラデー回転角の温度依存性、即ち電流測定値の温度依存性を低減させることができる。また、比Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３にそれぞれ含まれる雑音成分をＮと表すと、第１信号と第２信号による値Ｓ１−ｋ・Ｓ２には雑音成分（１−ｋ）・Ｎが含まれているが、この値Ｓ１−ｋ・Ｓ２に第３信号による値（ｋ−１）・Ｓ３が加算されることにより、雑音成分（ｋ−１）・Ｎも加算され、その結果、雑音成分が相殺される。したがって、雑音成分の影響を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明は、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記値ｋは、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を１：−ｋの割合で加算した値が、温度変化に対して１次で変化する成分を持たないように設定されたことを特徴とする。
【００１１】
この発明において、第１信号と第２信号による値Ｓ１−ｋ・Ｓ２は、温度変化に対して変化しない成分、温度変化に対して１次で変化する成分、温度変化に対して２次で変化する成分、…からなっており、温度変化による値Ｓ１−ｋ・Ｓ２の変化量が小さい領域では１次の成分がその温度依存性を支配する。この発明によれば、値Ｓ１−ｋ・Ｓ２の温度変化に対して１次で変化する成分をゼロとするようにｋの値を設定しているので、電流測定値の温度依存性を低減させることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記値ｋ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角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。
【００１３】
この発明によれば、ｋの値をこのように設定することで、第１信号と第２信号による値Ｓ１−ｋ・Ｓ２の温度変化に対して１次で変化する成分がゼロとなるので、電流測定値の温度依存性を低減させることができる。
【００１４】
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角を検出することで、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からの出射光を偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分離する過程と、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信号に変換する過程と、前記センサファイバからの出射光を光電気変換により第３信号に変換する過程と、前記第１信号の直流成分と交流成分の比、前記第２信号の直流成分と交流成分の比、および前記第３信号の直流成分と交流成分の比を、１：−ｋ：ｋ−１（但しｋ＞０）の割合で加算する過程と、前記加算結果に基づいて前記ファラデー回転角を求める過程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
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、測定に用いる光に含まれる雑音成分の影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態による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Ｐ１およびＰ２の特性を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
（第１の実施形態）
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、光サーキュレータ１２と、偏光分離素子１３と、ファラデー回転子１４と、信号処理部１５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，１５１Ｃと、バンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ３と、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２，ＬＰＦ３と、除算部１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃと、符号反転部１５３Ｂ，１５３Ｃと、可変利得部１５４Ｂ，１５４Ｃと、加算部１５５Ａ，１５５Ｂとから構成される。
【００１８】
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の一端にはファラデー回転子１４が取り付けられ、他端には誘電体薄膜によるハーフミラー１１１が形成されている。ファラデー回転子１４と偏光分離素子１３、偏光分離素子１３と光サーキュレータ１２はそれぞれ光ファイバで接続され、光サーキュレータ１２は、光源２１から送光ファイバ２２を通じて供給される光がセンサファイバ１１側へ透過する向きに接続される。信号処理部１５は入力部として３つの受光素子１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃを有し、受光素子１５１Ａは受光ファイバ１６Ａにより光サーキュレータ１２のセンサファイバ１１側からの透過光が出力される端子に接続され、受光素子１５１Ｂは受光ファイバ１６Ｂにより偏光分離素子１３に接続され、受光素子１５１Ｃはセンサファイバ１１のハーフミラー１１１に接続される。
【００１９】
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および光サーキュレータ１２を介して偏光分離素子１３へ入射される。この光は、偏光分離素子１３によって電界の振動方向が一方向（偏光分離素子１３の主軸方向）にそろった直線偏光に変換されて、ファラデー回転子１４へ入射される。ファラデー回転子１４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片道２２．５度のファラデー回転を付与する。ファラデー回転子１４を通過した直線偏光は、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、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。
【００２０】
センサファイバ１１を伝搬する光は、その一部がさらにハーフミラー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、ファラデー回転子１４へ入射される。ファラデー回転子１４を再び通過することでさらに２２．５度のファラデー回転が与えられるので、このファラデー回転子１４により、往復で合計４５度のファラデー回転が与えられることになる。即ち、この光ファイバ電流センサでは、光学バイアスが４５度に設定されている。ファラデー回転子１４を通過した光は、再び偏光分離素子１３へと導かれ、偏光方向の互いに直交（偏光分離素子１３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。分離された一方の光は光サーキュレータ１２と受光ファイバ１６Ａ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Ｐ１に変換される。また、もう一方の光は受光ファイバ１６Ｂ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Ｐ２に変換される。
また、センサファイバ１１を伝搬する光の一部は、ハーフミラー１１１を透過して受光素子１５１Ｃによって受光され、その光強度に比例した電気信号Ｐ３に変換される。
【００２１】
ここで、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Ｐ１とＰ２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）。電気信号Ｐ３についても同様である。
【００２２】
受光素子１５１Ａからの電気信号Ｐ１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Ｐ１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Ｐ１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Ｓ１を、加算部１５５Ａへ出力する。
【００２３】
また、受光素子１５１Ｂからの電気信号Ｐ２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Ｐ２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Ｓ２を、符号反転部１５３Ｂへ出力する。符号反転部１５３Ｂは、信号Ｓ２の符号を反転して可変利得部１５４Ｂへ出力し、可変利得部１５４Ｂ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Ｓ２’を加算部１５５Ａへ出力する。
加算部１５５Ａは、入力された上記２つの信号Ｓ１とＳ２’とを加算し、加算結果の信号Ｓ１２を加算部１５５Ｂへ出力する。
【００２４】
同様に、受光素子１５１Ｃからの電気信号Ｐ３は、バンドパスフィルタＢＰＦ３とローパスフィルタＬＰＦ３へ入力される。バンドパスフィルタＢＰＦ３とローパスフィルタＬＰＦ３は、上記と同様に、それぞれ電気信号Ｐ３に含まれる交流成分および直流成分を抽出して除算部１５２Ｃへ出力する。除算部１５２Ｃ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Ｓ３を、符号反転部１５３Ｃへ出力する。符号反転部１５３Ｃは、信号Ｓ３の符号を反転して可変利得部１５４Ｃへ出力し、可変利得部１５４Ｃは、この入力された信号にゲインｍを乗ずることにより得られる信号Ｓ３’を加算部１５５Ｂへ出力する。
加算部１５５Ｂは、入力された上記２つの信号Ｓ１２とＳ３’とを加算し、加算結果の信号Ｓを出力する。
【００２５】
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Ｐ１およびＰ２（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１４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Ｐ１（θ）およびＰ２（θ）が次式（１ａ）と（１ｂ）により与えられる。
Ｐ１（θ）＝１＋ｓｉｎ（２δ＋２θ）            （１ａ）
Ｐ２（θ）＝１−ｓｉｎ（２δ＋２θ）            （１ｂ）
【００２６】
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。
【００２７】
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Ｐ１は、順次、次のように変化する。
Ｐ１（−φ）＝１＋ｓｉｎ（２δ−２φ）
→Ｐ１（０）＝１＋ｓｉｎ（２δ）
→Ｐ１（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Ｐ１は、図中に曲線Ｐ１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Ｐ１（０）＝１＋ｓｉｎ（２δ）を有し、交流成分の振幅｛Ｐ１（φ）−Ｐ１（−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Ｐ１の直流成分Ｐ１ＤＣと交流成分Ｐ１ＡＣは、それぞれ次の式（２ａ），（２ｂ）で表すことができる。
Ｐ１ＤＣ＝Ｐ１（０）≒１＋２δ                              （２ａ）
Ｐ１ＡＣ＝｛Ｐ１（φ）−Ｐ１（−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。
【００２８】
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Ｐ２は、順次、次のように変化する。
Ｐ２（−φ）＝１−ｓｉｎ（２δ−２φ）
→Ｐ２（０）＝１−ｓｉｎ（２δ）
→Ｐ２（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Ｐ２は、図中に曲線Ｐ２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Ｐ２（０）＝１−ｓｉｎ（２δ）を有し、交流成分の振幅｛Ｐ２（−φ）−Ｐ２（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Ｐ２の直流成分Ｐ２ＤＣと交流成分Ｐ２ＡＣは、それぞれ次の式（３ａ），（３ｂ）で表すことができる。
Ｐ２ＤＣ＝Ｐ２（０）≒１−２δ                                （３ａ）
Ｐ２ＡＣ＝−｛Ｐ２（−φ）−Ｐ２（φ）｝／２≒−２φ          （３ｂ）
但し、交流成分Ｐ２ＡＣの負号は交流成分Ｐ２ＡＣ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。
【００２９】
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１４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（４ａ），（４ｂ）で表される温度依存性を有するものと仮定する。
δ＝αＴ／２                        （４ａ）
φ＝（１＋βＴ）φ０                （４ｂ）
但し、αとβはそれぞれの温度依存係数（既知の定数）、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。
【００３０】
以上の式（２ａ），（２ｂ），（３ａ），（３ｂ），（４ａ），（４ｂ）より、除算部１５２Ａ，１５２Ｂからそれぞれ出力される信号Ｓ１とＳ２は、それぞれ次式（５ａ），（５ｂ）で表される。
【００３１】
【数１】
2011214958.tif 000003
【００３２】
上記の式（５ａ），（５ｂ）において、Ｎｒは光源２１の出力強度変動（ゆらぎ）等に起因する雑音成分を表している。
【００３３】
一方、受光素子１５１Ｃで得られる電気信号Ｐ３（受光される光の光強度）は、受光素子１５１Ｃへ入射される光の偏光方向によらず一定である。よって、電気信号Ｐ３の交流成分を直流成分で除した信号である除算部１５２Ｃからの出力信号Ｓ３は、次式（５ｃ）のように雑音成分Ｎｒのみとなる。
Ｓ３＝Ｎｒ                    （５ｃ）
【００３４】
したがって、式（５ａ），（５ｂ），（５ｃ）より、加算部１５５Ｂの出力信号Ｓは次式（６）のように表すことができる。
【００３５】
【数２】
2011214958.tif 000004
【００３６】
この式（６）によれば、雑音成分Ｎｒに関係する右辺第３項がゼロとなるように可変利得部１５４Ｃのゲインｍを決めることで、加算部１５５Ｂから得られる出力信号Ｓを、雑音の影響を受けないものとすることが可能である。このようなゲインｍは、次式（７）で与えられる。
ｍ＝１−ｋ                    （７）
【００３７】
式（７）の条件が満たされているとき、上記の式（６）は次式（８）のように書き下すことができる。
【００３８】
【数３】
2011214958.tif 000005
【００３９】
式（８）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１５４Ｂのゲインｋを決めることで、加算部１５５Ｂ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（８）より次式（９）のように求められ、このゲインｋに対応して、上式（７）のゲインｍが次式（１０）のように求められる。
【００４０】
【数４】
2011214958.tif 000006
【００４１】
したがって、本光ファイバ電流センサの可変利得部１５４Ｂには、上式（９）で与えられるゲインｋを設定し、可変利得部１５４Ｃには、上式（１０）で与えられるゲインｍを設定する。このときの加算部１５５Ｂの出力信号Ｓは、次の式（１１）のように表される。
【００４２】
【数５】
2011214958.tif 000007
【００４３】
上式（１１）から、測定により得られる加算部１５５Ｂの出力信号Ｓを用いて、ファラデー回転角φ０を求めることができる。そしてこのファラデー回転角φ０から、次式φ０＝Ｖ・Ｉにより被測定電流Ｉの値が求まる。但し、Ｖは上記と同じ基準温度におけるセンサファイバ１１のベルデ定数である。
【００４４】
一方、可変利得部１５４Ｂを設けない場合、出力信号Ｓは上式（８）でｋ＝１とおいて次の式（１２）のように表される。
【００４５】
【数６】
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【００４６】
このように、式（１１）および式（１２）の分子に着目すると、可変利得部１５４Ｂが設けられていない光ファイバ電流センサは、出力信号Ｓが温度変化に対して１次の依存性を示すのに対し、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、測定で得られる出力信号Ｓ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である。
また、上記の式（７）が満たされるようにゲインｍが設定されていることによって、本光ファイバ電流センサは、出力信号Ｓ及び当該信号から計算される電流測定値を、光源の出力強度変動（ゆらぎ）等に起因する雑音の影響を受けないものとすることが可能となる。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
１１…センサファイバ  １２…光サーキュレータ  １３…偏光分離素子  １４…ファラデー回転子  １５…信号処理部  １６…受光ファイバ  ２１…光源  ２２…送光ファイバ  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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