(57)【要約】【課題】光電圧センサにおいて、高感度を維持しながら使用周波数帯域の広帯域化、正確な電圧測定の実現化、センサヘッドの耐久性の向上などの性能向上を図る。【解決手段】図は光電圧センサの平面図を示し、測定対象に直接接触させるセンサヘッド１０１，１０２を、センサ筺体１０３の側面に配置し、センサヘッド１０１，１０２と電極１０４とを結ぶ引出線１０５，１０６を、光導波路１０７のなす方向に対し、ここでは直角となるように接続して構成している。その結果、高感度化のために光導波路方向に長く形成された電極の長さとは無関係に、引出線を可能な限り短くすることができ、使用可能な周波数帯域を広帯域化することができる。また、引出線１０５，１０６を互いに縒り合わせることでループが形成されないようにし、周波数の広帯域化を図ることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する光学結晶基板上に形成された光導波路と、この光導波路の屈折率を変化させるために互いに容量結合された変調電極と、この変調電極を被測定対象へ接触させるためのセンサヘッドに接続する一対の引出線とからなる光電圧センサにおいて、
前記一対の引出線をそれぞれ、前記光導波路のなす方向に対して或る角度をもって引き出すことを特徴とする光電圧センサ。
【請求項２】
前記角度を、９０度とすることを特徴とする請求項１に記載の光電圧センサ。
【請求項３】
前記一対の引出線をそれぞれ、前記光学結晶基板のなす面に対して或る角度をもって引き出すことを特徴とする請求項１または２に記載の光電圧センサ。
【請求項４】
前記角度を、零度とすることを特徴とする請求項３に記載の光電圧センサ。
【請求項５】
前記角度を、９０度とすることを特徴とする請求項３に記載の光電圧センサ。
【請求項６】
前記一対の引出線を、互いに縒り合わせることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光電圧センサ。
【請求項７】
前記センサヘッドを、コネクタ構造とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光電圧センサ。
【請求項８】
前記センサヘッドを、着脱自在に構成することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光電圧センサ。
【請求項９】
電気光学効果を有する光学結晶基板上に形成された光導波路と、この光導波路の屈折率を変化させるために互いに容量結合された変調電極と、この変調電極を被測定対象へ接触させるためのセンサヘッドに接続する一対の引出線とからなる光電圧センサにおいて、
前記一対の引出線を、互いに縒り合わせることを特徴とする光電圧センサ。
【請求項１０】
電気光学効果を有する光学結晶基板上に形成された光導波路と、この光導波路の屈折率を変化させるために互いに容量結合された変調電極と、この変調電極を被測定対象へ接触させるためのセンサヘッドに接続する一対の引出線とからなる光電圧センサにおいて、
前記センサヘッドを、コネクタ構造とすることを特徴とする光電圧センサ。
【請求項１１】
電気光学効果を有する光学結晶基板上に形成された光導波路と、この光導波路の屈折率を変化させるために互いに容量結合された変調電極と、この変調電極を被測定対象へ接触させるためのセンサヘッドに接続する一対の引出線とからなる光電圧センサにおいて、
前記センサヘッドを、着脱自在に構成することを特徴とする光電圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁界中において電圧を測定する光電圧センサ、特にその構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁界中において電圧を測定できるセンサとして、例えば特許文献１に示すものが開示されている。
図６は特許文献１に開示された光電圧センサの原理構成図である。この光電圧センサは、電気光学効果を有する光学結晶基板５０１と、分岐点を有する光導波路５０２と、光導波路５０２の屈折率を変化させるため互いに容量結合される変調電極（単に電極とも言う）５０３，５０４と、光を反射させる反射板５０５と、測定対象に接触させるためのセンサヘッド５０６，５０７と、これと電極とを結ぶ引出線５０８，５０９と、光導波路５０２に光を挿入する光ファイバ５１０とから構成される。なお、この構成で電磁界の影響を受ける、金属からなる構成要素は電極５０３，５０４、センサヘッド５０６，５０７、および引出線５０８，５０９である。
【０００３】
その動作原理は、下記のとおりである。
いま、センサヘッド５０６，５０７を測定対象の２点に接触させると、その電位が電極５０３，５０４に印加され、電極間に電位差が発生する。光ファイバ５１０から挿入される入射光は、光導波路５０２を通過する際、電極５０３，５０４によって形成される電位差によって、その位相がシフトされる。次に、反射板５０５にて反射し光ファイバ５１０へ出力される出射光から、位相シフト量を検出することによってセンサヘッド５０６，５０７間の電位差を測定する。なお、図６では、光導波管が途中で分岐するような構成となっているが、分岐点において位相シフト光とシフトしていない光とを合成することで元の光に対して強度変調を生じさせ、外部でこの強度を検出することにより、電位差を求めるようにしている。
【０００４】
光電圧センサの周波数特性に関しては、金属の構成要素となる部分の長さを極力短くすることにより、より高い周波数の電圧測定が可能となる。その理由は、線間容量および寄生インダクタンスによる共振の影響を小さくすることができるためであり、金属部分がアンテナとして作用してしまう影響を小さくできるためである。
一方、電極に関しては例えば特許文献２に記載されているように、光導波路のなす方向に対して電極長は長いほうが、より高感度であることが分かっている。そこで、例えば特許文献３では電極構造を分割型とすることで、高感度を維持しつつ周波数特性の悪化を抑えるようにしている。
【０００５】
さらに、引出線に関しては、例えば図７に示すように、その構造上から必ずセンサの筺体６０１の外にセンサヘッド６０２，６０３を出さなければならないことから、必然的に引出線６０５，６０６の線長は長くなってしまい、広帯域化を妨げることになる。そこで、例えば特許文献４に記載のものでは、電極パターンをそのままアンテナとして機能させるように構成することで、引出線の影響を極力小さくなるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−０５４８５７号公報
【特許文献２】特開平０８−０４３４６７号公報
【特許文献３】特開２００２−０３１６６０号公報
【特許文献４】特開２００２−０５５１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、センサヘッドを測定対象に対して直接接触させる用途においては、引出線の長さを確保することが必要であるが、この場合は上述のように周波数特性の広帯域化が妨げられる、という問題がある。また、その周波数特性の広帯域化が妨げられる要因として、図８のようなループ６０８がある。すなわち、ループ６０８は引出線６０５，６０６、センサヘッド６０２，６０３および測定対象６０７によって形成されるが、これはその中心を通る磁束から影響を受け、電極間に電圧を誘起する。本センサは元来、電磁界から影響を受けにくい特徴を有し、特に強電磁界中での電圧測定に用いられることから、大きな問題となる。
【０００８】
次に、電圧測定時における測定容易性の問題がある。
すなわち、電圧測定時にはセンサヘッドを測定対象に接触させる必要があるが、接触圧力等、その状態を常に一定とする必要がある。ここで、一般的な測定機器においては、わに口クリップ付きのプローブ（わに口プローブ）等により測定対象と接触させることになるが、本センサにおいてわに口プローブを使用すると、わに口プローブを形成する金属部が電磁界から影響を受けて電圧を誘起するため、測定対象の正確な電圧測定の妨げとなる。
【０００９】
さらに、センサヘッド部の耐久性の問題がある。
すなわち、センサヘッド部は測定の都度測定対象と接触することになり、それ以外の部分と比較して劣化速度が速い。一般的に光電圧センサを構成する光学結晶は高価であり、センサヘッドの劣化によりセンサ全体が使用不能となるのでは経済効率が悪い。
この発明は以上のような点に鑑みなされたもので、その課題は、センサヘッドを測定対象に対して直接接触させる用途においても、引出線の長さをより短くしたり、縒り合せたりして周波数特性の広帯域化が図られるようにすること、測定対象の正確な電圧測定を可能にすること、さらには、センサヘッド部の耐久性を向上させるなどして、性能の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、電気光学効果を有する光学結晶基板上に形成された光導波路と、この光導波路の屈折率を変化させるために互いに容量結合された変調電極と、この変調電極を被測定対象へ接触させるためのセンサヘッドに接続する一対の引出線とからなる光電圧センサにおいて、
前記一対の引出線をそれぞれ、前記光導波路のなす方向に対して或る角度をもって引き出すことを特徴とする。
【００１１】
上記、請求項１の発明においては、前記角度を、９０度とすることことができ（請求項２の発明）、請求項１または２の発明においては、前記一対の引出線を、前記光学結晶基板のなす面に対して或る角度をもって引き出すことことができる（請求項３の発明）。
請求項３の発明においては、前記角度を、零度とすることことができ（請求項４の発明）、または、前記角度を、９０度とすることができる（請求項５の発明）。さらに、請求項１〜５のいずれかの発明においては、前記一対の引出線を、互いに縒り合わせることができ（請求項６の発明）、請求項１〜６のいずれかの発明においては、前記センサヘッドを、コネクタ構造とすることができ（請求項７の発明）、請求項１〜７のいずれかの発明においては、前記センサヘッドを、着脱自在に構成することができる（請求項８の発明）。
【００１２】
また、電気光学効果を有する光学結晶基板上に形成された光導波路と、この光導波路の屈折率を変化させるために互いに容量結合された変調電極と、この変調電極を被測定対象へ接触させるためのセンサヘッドに接続する一対の引出線とからなる光電圧センサにおいて、
請求項９の発明では、前記一対の引出線を、互いに縒り合わせることができ、請求項１０の発明では、前記センサヘッドを、コネクタ構造とすることができ、さらに、請求項１１の発明では、前記センサヘッドを、着脱自在に構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、センサヘッドと変調電極間を接続する引出線の長さを可能な限り短くすること、および引出線を縒り合わせることで高感度を保持しつつ使用可能な周波数帯域を広帯域化することができる。また、センサヘッドをコネクタ構造にすることで、電磁界の影響を少なくし正確な電圧測定が可能になり、さらには、センサヘッドを着脱可能とすることで、耐久性を上げることができるなどの性能向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１はこの発明の実施の形態を示す平面図である。
これは、電極構造として例えば特許文献２等で提案されている分割電極を採用して、高感度化を実現する光電圧センサを想定した例である。この発明は、分割電極のみを想定するものではないが、電極長が長く、引出線が必然的に長くなってしまうような場合に大きな効果を発揮する。
【００１５】
すなわち、図１では、測定対象に直接接触させるセンサヘッド１０１，１０２を、センサ筺体１０３の側面に配置し、センサヘッド１０１，１０２と電極１０４とを結ぶ引出線１０５，１０６を、光導波路１０７のなす方向に対して或る角度をなすように引き出して構成している。このことにより、高感度化のために光導波路方向に長く形成された電極の長さとは無関係に、引出線を可能な限り短くすることができる。最短は、光導波路１０７のなす方向に対して直角（９０度）となるときで、図１に示す状態のときと言える。
【００１６】
引出線を短くすることの利点は、例えば引出線がアンテナとして作用してしまう場合、その共振周波数は、アンテナ長と同一の波長を有する周波数である。従って、引出線の長さをより短くすることで、共振周波数を高くすることができる。ここで、測定対象となる電圧の周波数が、共振周波数以下ならば測定に支障がないことになるから、結果として、引出線を短くし共振周波数を高めることにより、センサの性能を広帯域化することができることになる。
【００１７】
なお、図１では、引出線をセンサ筺体１０３または光導波路１０７のなす面に対し、水平（角度：零度）に引き出すようにしているが、水平に限らず或る角度をもって引き出すことができる。図２にその角度を９０度にした場合の例を示す。
すなわち、図２はセンサヘッド２０１，２０２と電極とを結ぶ引出線２０３，２０４を、光学結晶２０５のなす面に対し垂直方向に引き出して構成したものである。これにより、例えば図６の場合と比べて、光学結晶の大きさに応じた引出線長を確保する必要がないため、より短くすることができる。
以上のように、この発明は電極長とは無関係に実現できるため、高感度を保持しつつ引出線長を短くすることができ、使用可能周波数帯域を広帯域化することが可能となる。
【００１８】
図３も広帯域化問題に対処するもので、双方の引出線を縒り合わせる（３００）ことにより、引出線およびセンサヘッドにより形成されるループを無くすものである。ループが電磁界から受ける影響は、ループ内を通過する磁束密度に比例して大きくなることから、ループを無くすことにより、電磁界から受ける影響を排除できる。
【００１９】
図４にこの発明の別の実施の形態を示す。
ここでは、光電圧センサのセンサヘッドを、凹型形状を有するコネクタ４０２，４０３とする。また、測定対象４０４には、予め凸型ピン４０５，４０６を接続または形成しておくこととする。そして、測定の際には、凹型コネクタ４０２，４０３に凸型ピン４０５，４０６を挿し込むことにより、測定対象とセンサヘッドとを接触させることとする。コネクタの使用により、従来のわに口プローブと同様に、測定対象との接触圧力を常に一定に保つことができ、コネクタの大きさを可能な限り小さくすることにより、電磁界からの影響を極力小さくすることができる。
【００２０】
図５にこの発明のさらに別の実施の形態を示す。
ここでは、光電圧センサのセンサヘッドを、測定対象と接続する側の凹型部と反対側の凸型部からなる、独立した構造とする（３０２，３０３参照）。そして、センサ先端部にはセンサヘッドを接続するための凹型の受け部３０４，３０５を設ける。この受け部３０４，３０５には、電極３０６，３０７からの引出線３０８，３０９が接続されている。
【００２１】
つまり、従来はセンサヘッドと光学結晶上の電極は、直接引出線により接続する構成となっているため、センサヘッドと測定対象との着脱によりセンサヘッド部が磨耗した場合の取替えが困難であった。これは、光学結晶が熱に対して弱い性質を有するため、半田により光学結晶上に形成された電極と、引出線との再接続を繰り返すことは不可能なためである。そこで、図５のように、センサヘッド３０２，３０３を着脱自在の構成とし、センサヘッドがたとえ磨耗しても引出線に何も手を加えることなく、センサヘッドのみを取替えられるようにしている。
【００２２】
図３のように引出線を縒り合わせること、図４のようにセンサヘッドをコネクタ構造とすること、および図４のようにセンサヘッドを着脱自在にすることなどは、図１または図２の場合にもそれぞれ適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態を示す平面図
【図２】この発明の他の実施の形態を示す側面図
【図３】この発明の別の実施の形態を示す平面図
【図４】この発明のさらに他の実施の形態を示す側面図
【図５】この発明のさらに別の実施の形態を示す平面図
【図６】第１の従来例を示す構成図
【図７】第２の従来例を示す構成図
【図８】被測定対象にて形成されるループの説明図
【符号の説明】
【００２４】
１０１，１０２，２０１，２０２，３０２，３０３…センサヘッド、１０３…センサ筺体、１０４…電極、１０５，１０６，２０３，２０４，３０８，３０９…引出線、１０７…光導波路、２０５…光学結晶、３０１，４０１…光電界センサ、３０４，３０５…受け部、３０６，３０７…電極、４０２，４０３…コネクタ、４０４…測定対象、４０５，４０６…凸型ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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