(57)【要約】【課題】光ファイバ電流センサおよび該光ファイバ電流センサを用いた電流測定方法において、センサファイバを伝搬する光の偏波面を精度良く制御する。【解決手段】ファラデー素子４１と、このファラデー素子４１に磁界を印加する磁界発生手段４２とから構成される偏波制御手段４０を設け、さらに、磁界発生手段４２から発生する磁界Ｈｃｔｒｌを調整する磁界調整手段４２１を設ける。そして、磁界Ｈｃｔｒｌを調整することによって、被測定電流Ｉを測定するセンサファイバ１１へ入射される直線偏光の偏波面を制御する。【選択図】図１
2008256371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサファイバを備え、該センサファイバに直線偏光を入力し、該センサファイバの周囲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誘起される、前記直線偏光の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、
印加された磁界に応じて透過光にファラデー回転を付与する常磁性体と該常磁性体に印加する磁界を発生させる磁界発生手段とからなり、前記磁界発生手段により発生させる磁界を調整することで前記常磁性体を通過する直線偏光の偏波面を制御して、該偏波面が制御された直線偏光を前記センサファイバへ出力する偏波制御手段
を設けたことを特徴とする光ファイバ電流センサ。
【請求項２】
前記磁界発生手段は、電流コイルを含んでなる電磁石であり、発生させる磁界を該電流コイルの電流によって調整する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】
前記常磁性体は、常磁性結晶であるＴＧＧまたはＴＡＧ、若しくは常磁性ガラスであるＦＲ５のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項４】
前記センサファイバを通過する直線偏光に所定のファラデー回転を付与するファラデー回転子をさらに備え、
前記ファラデー回転子と前記偏波制御手段とにより前記センサファイバを通過する直線偏光に所望のファラデー回転を付与する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項５】
前記電流コイルを流れる電流の調整によって前記ファラデー回転子の特性変動の影響を補償することを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項６】
前記特性変動は、温度に依存したファラデー回転角の変化であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項７】
前記センサファイバは、直線偏光が入力される入射端と反対側の他端に反射部を有し、
前記偏波制御手段を含んでなる光学バイアス設定手段を前記センサファイバの入射端側に設置し、
光源から入力される光を直線偏光に変換して前記光学バイアス設定手段へ出力するとともに、前記センサファイバの前記反射部から反射された光を互いに直交する２つの偏波成分に分離する、前記光学バイアス設定手段に対して前記光源の側に設置された偏光分離素子を更に備える
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１の項に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項８】
前記光学バイアス設定手段は、前記ファラデー回転子をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項９】
前記光学バイアス設定手段は、一方向につき２２．５度の光学バイアスを設定することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項１０】
前記センサファイバは、鉛ガラスファイバであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１の項に記載の光ファイバ電流センサ。
【請求項１１】
センサファイバに直線偏光を入力し、該センサファイバの周囲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誘起される、前記直線偏光の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、
印加された磁界に応じて透過光にファラデー回転を付与する常磁性体と、該常磁性体に印加する磁界を発生させる磁界発生手段と、を設け、前記磁界発生手段により発生させる磁界を調整することで前記常磁性体を通過する直線偏光の偏波面を制御して、該偏波面が制御された直線偏光を前記センサファイバへ出力する
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】
従来、こうした光ファイバ電流センサとして、透過型のもの（例えば、非特許文献１参照）と反射型のものとが知られている。図５を参照して反射型の光ファイバ電流センサにつき簡単に説明する。
【０００４】
図５は、従来例における反射型の光ファイバ電流センサの構成を示した図である（特許文献１参照）。
同図において、反射型の光ファイバ電流センサは、光サーキュレータ１９と、偏光分離素子１８と、ファラデー回転子１０２と、センサファイバ１１Ｂと、を有している。センサファイバ１１Ｂ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。そして、センサファイバ１１Ｂの一端にはファラデー回転子１０２が取り付けられ、他端には金属薄膜の蒸着等によって反射部（ミラー）１１１が形成されている。また、ファラデー回転子１０２と偏光分離素子１８、偏光分離素子１８と光サーキュレータ１９はそれぞれ光ファイバで接続され、光サーキュレータ１９は、光源１２からの光がセンサファイバ１１Ｂ側へ透過する向きに接続される。
【０００５】
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１２から発せられた光が、送光ファイバ７１および光サーキュレータ１９を介して偏光分離素子１８へ入射される。この光は、偏光分離素子１８によって電界の振動方向が一方向（偏光分離素子１８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１０２へ入力される。ファラデー回転子１０２は、永久磁石１０４と、この永久磁石１０４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１０３とからなり、強磁性ガーネット１０３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１０２を出た直線偏光は、センサファイバ１１Ｂへ入力され、センサファイバ１１Ｂ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。
【０００６】
センサファイバ１１Ｂ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、ファラデー回転子１０２へ入力される。ファラデー回転子１０２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１０２により、往復で４５度の光学バイアス（光学バイアスについては後述する）が設定されていることになる。ファラデー回転子１０２を通過した光は、再び偏光分離素子１８へと導かれ、偏光方向の互いに直交（偏光分離素子１８の主軸方向とそれに垂直な方光）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１９と受光ファイバ７２Ａを介して受光素子１３Ａによって受光され、電気信号Ｓ１に変換される。また、もう一方の光は受光ファイバ７２Ｂを介して受光素子１３Ｂによって受光され、電気信号Ｓ２に変換される。
【０００７】
センサファイバ１１Ｂの周回部分で伝搬する直線偏光に与えられたファラデー回転角に応じて、受光素子１３Ａと１３Ｂで受光される光量が変化するので、この変化を反映した電気信号Ｓ１およびＳ２を信号処理回路１４１で処理することによって、付与されたファラデー回転角を求めることができる。そしてこの求められたファラデー回転角から、被測定電流Ｉが計算される。なお、受光素子１３Ａ，１３Ｂと信号処理回路１４１とから信号処理部１４が構成されている。
【０００８】
ここで、センサファイバ１１Ｂにおけるファラデー回転角をθＦとし、被測定電流Ｉ＝０の場合にセンサファイバ１１Ｂを通って偏光分離素子１８へ入射される直線偏光の偏光方向と偏光分離素子１８の主軸方向とのなす角度をθ０とすると、検光子１６から出力されて受光素子１３Ａと１３Ｂで受光される光の強度は、ｃｏｓ（２θ０−２θＦ）に従って変化することが知られている。この式から、角度θ０を変えることで、被測定量であるファラデー回転角θＦを測定する際の動作点を適宜設定できることが分かる。このように、動作点を定めるために角度θ０を変更し設定することを、光学バイアスを設定する、という。光学バイアスを適切に設定することは、測定の精度を高める上で重要である。例えば、ファラデー回転角θＦが微小量変化したときに、上記式で与えられる光の強度の変化の割合（検出感度）が最も大きくなるようにするためには、θ０＝π／４とすればよいことになる。このことから、ファラデー回転子１０２を用いて、光学バイアスがθ０＝π／４（４５度）となるように、即ち、被測定電流Ｉ＝０のときにセンサファイバ１１Ｂから戻ってきた直線偏光が偏波面を４５度回転させるように、設定を行っている。
【０００９】
上述した光ファイバ電流センサにおいて、センサファイバ１１Ｂには、光弾性係数のごく小さい鉛ガラスファイバが好適に用いられている。これは、光弾性係数が大きいと、ファイバ内の非等方的な応力の影響を受けて光弾性効果を介して伝搬光にモード変換が発生し、ファイバからの出力光強度が変動してしまうという問題があるからである。
【００１０】
なお、センサファイバを設置した際にセンサファイバによって形作られる曲線の形状にファイバ内を伝搬する光の偏波が依存するという現象が、光弾性係数の小さい鉛ガラスファイバを用いる場合でも一般的には発生する。しかし上述した反射型の構成による光ファイバ電流センサでは、センサファイバ１１Ｂを伝搬する光は反射部１１１により反射されてセンサファイバ１１Ｂ内を往復するので、ファイバの設置形状に依存する偏波の変化は相殺され、トータルで見れば上記の現象による影響を受けることがない。
【特許文献１】特許第３６８５９０６号公報
【非特許文献１】黒澤他、小型・フレキシブルな光ファイバ電流センサ、第３０回光波センシング技術研究会、社団法人  応用物理学会、２００２年１２月、ＬＳＴ３０−１９、１３３−１４０頁
【非特許文献２】藤井他、ファラデー効果を示すＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２単結晶育成と光特性評価、ＮＥＷ  ＧＬＡＳＳ、社団法人  ニューガラスフォーラム、２００３年、１８巻、４号、３２−３６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述したように、光ファイバ電流センサを利用して良好な感度・精度で電流の測定を行うためには、光学バイアスを適切に設定することが重要なことである。
しかしながら、反射型の光ファイバ電流センサにおいて光学バイアスを与えるために用いられるファラデー回転子１０２（強磁性ガーネット１０３）は、工業製品である以上個々の製品の特性バラツキは避けられず、これが光学バイアスの誤差となって測定に影響を与えてしまうという問題がある。
また、一方、光ファイバ電流センサによる電流測定の感度を向上させることが望まれており、そのための一つの手法として、測定に使用する光の波長を短波長化することが考えられる（詳しくは後述する）。しかしながら、強磁性体結晶である上記強磁性ガーネットは、光の波長が約１０００ｎｍ以下の波長帯で光の透過率が悪くなり、使用するには不向きである。そこで、強磁性ガーネットに代わる材料として、１０００ｎｍ以下の波長帯で光の透過率が良い常磁性体を用いてファラデー回転子を構成することが考えられる。このような常磁性体としては、ＴＧＧやＴＡＧなどの常磁性ガーネットが存在する。例えばＴＡＧを用いた場合、上記の非特許文献２によれば波長５００ｎｍ付近まで透過率が低下することがなく使用可能である。
しかしながら、こうした常磁性体は、ファラデー効果の大きさを決めるベルデ定数の温度依存性が強磁性体結晶（例えば強磁性ガーネットなど）に比較して大きいため、これらの常磁性体を利用した光ファイバ電流センサでは、光学バイアスが環境温度に依存して変動してしまい、電流の測定に影響が及ぼされてしまうということが問題となる。また、常磁性体は磁気飽和しないため、外部磁界の影響や、磁界を印加する永久磁石の温度特性によっても、光学バイアスの設定が変動（動作点が変動）してしまう問題がある。
【００１２】
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、光ファイバ電流センサおよび該光ファイバ電流センサを用いた電流測定方法において、センサファイバを伝搬する光の偏波面を精度良く制御することを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、センサファイバを備え、該センサファイバに直線偏光を入力し、該センサファイバの周囲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誘起される、前記直線偏光の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、印加された磁界に応じて透過光にファラデー回転を付与する常磁性体と該常磁性体に印加する磁界を発生させる磁界発生手段とからなり、前記磁界発生手段により発生させる磁界を調整することで前記常磁性体を通過する直線偏光の偏波面を制御して、該偏波面が制御された直線偏光を前記センサファイバへ出力する偏波制御手段を設けたことを特徴とする。
この発明において、常磁性体を通過する直線偏光に付与するファラデー回転角を、磁界発生手段が発生する磁界を調整することにより制御することができる。したがって、光の偏波面の制御を精度良く行うことが可能である。
【００１４】
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記磁界発生手段は、電流コイルを含んでなる電磁石であり、発生させる磁界を該電流コイルの電流によって調整することを特徴とする。
この発明によれば、電流コイルに流す電流を調整することによって、光の偏波面の制御を高精度に行うことが可能である。
【００１５】
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記常磁性体は、常磁性結晶であるＴＧＧまたはＴＡＧ、若しくは常磁性ガラスであるＦＲ５のいずれかであることを特徴とする。
この発明において、ＴＧＧ，ＴＡＧ，ＦＲ５は可視領域の波長帯でも透明であるので、高い感度のファラデー効果が得られる波長帯を使った電流測定を行うことができる。
【００１６】
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記センサファイバを通過する直線偏光に所定のファラデー回転を付与するファラデー回転子をさらに備え、前記ファラデー回転子と前記偏波制御手段とにより前記センサファイバを通過する直線偏光に所望のファラデー回転を付与することを特徴とする。
この発明において、所定のファラデー回転を付与するように構成されたファラデー回転子に特性のズレが生じた場合でも、偏波制御手段を用いて所望のファラデー回転を付与することができる。
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記電流コイルを流れる電流の調整によって前記ファラデー回転子の特性変動の影響を補償することを特徴とする。
この発明によれば、ファラデー回転子によるファラデー回転角が所望の値から元々ずれていたり、あるいは環境変化等によって変動したりした場合でも、電流の調整という簡便且つ柔軟な方法でそれらの影響を無くすことができる。
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記特性変動は、温度に依存したファラデー回転角の変化であることを特徴とする。
この発明によれば、環境温度に依存しない電流測定を行うことができる。
【００１７】
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記センサファイバは、直線偏光が入力される入射端と反対側の他端に反射部を有し、前記偏波制御手段を含んでなる光学バイアス設定手段を前記センサファイバの入射端側に設置し、光源から入力される光を直線偏光に変換して前記光学バイアス設定手段へ出力するとともに、前記センサファイバの前記反射部から反射された光を互いに直交する２つの偏波成分に分離する、前記光学バイアス設定手段に対して前記光源の側に設置された偏光分離素子を更に備えることを特徴とする。
この発明によれば、反射部を有するセンサファイバと、偏波制御手段と、偏光分離素子とによって反射型の光ファイバ電流センサを構成することができる。
【００１８】
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記光学バイアス設定手段は、前記ファラデー回転子をさらに含むことを特徴とする。
この発明によれば、反射部を有するセンサファイバと、ファラデー回転子と、偏波制御手段と、偏光分離素子とによって反射型の光ファイバ電流センサを構成することができる。
【００１９】
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記光学バイアス設定手段は、一方向につき２２．５度の光学バイアスを設定することを特徴とする。
この発明によれば、磁界発生手段が発生する磁界を調整して、光学バイアス設定手段を光が１回通過したときの光学バイアスを２２．５度に設定することができ、電流の測定を感度良く行うことができる。
【００２０】
また、上記光ファイバ電流センサにおいて、前記センサファイバは、鉛ガラスファイバであることを特徴とする。
この発明によれば、センサファイバの光弾性係数が小さいので、センサファイバ中を伝搬する光の強度が変動することを抑えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、センサファイバを伝搬する光の偏波面を精度良く制御することが可能な光ファイバ電流センサおよび電流測定方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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、偏波制御手段４０とを有している。偏波制御手段４０は、常磁性体のファラデー素子４１と、このファラデー素子４１に磁界を印加する磁界発生手段４２とから構成され、センサファイバ２１の一端にファラデー素子４１が取り付けられている。磁界発生手段４２は磁界調整手段４２１を有しており、磁界発生手段４２は、磁界調整手段４２１によってその大きさが制御された磁界Ｈｃｔｒｌをファラデー素子４１へ印加するようになっている。この印加された磁界によって、ファラデー素子４１を通過する光に磁界に応じたファラデー回転が与えられる。
【００２３】
上記のファラデー素子４１には、光ファイバ電流センサの用途や使用波長に応じた常磁性体を適宜選択して用いることができる。例えば、常磁性体結晶であるＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット；Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２）、ＴＧＧ（テルビウム・ガリウム・ガーネット；Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２）や、常磁性ガラスであるＦＲ５などを使用可能である。これら常磁性体は可視領域の波長帯において透明である。測定に用いる光の波長を短波長化すると、これら各物質のベルデ定数（このベルデ定数によってファラデー効果の大きさが決まる）が増大するので、ファラデー回転角を大きくすることができる。
【００２４】
センサファイバ１１には、鉛ガラスファイバを好適に用いることができる。この鉛ガラスファイバは、光弾性係数がごく小さく、かつベルデ定数が比較的大きいという特性を持ち、光ファイバ電流センサのセンサファイバとして非常に優れているものである。また、赤外の１５５０ｎｍ帯から可視領域の６３０ｎｍ程度の波長にわたって透過率が高く、幅広い波長の光に対して利用することができる。
【００２５】
上記構成の光ファイバ電流センサにおいて、偏波制御手段４０によってファラデー回転を受けた光がセンサファイバ１１へ入射されるようになっている。
即ち、偏波制御手段４０のファラデー素子４１へ、図左から矢印で示すような偏波面を持つ直線偏光Ｐ１を入力すると、この直線偏光Ｐ１はファラデー素子４１を伝搬中に磁界Ｈｃｔｒｌに応じた向きと大きさでファラデー回転を受けてその偏波面が回転し、偏波面の異なる直線偏光Ｐ２となってファラデー素子４１から出力されてくる。磁界Ｈｃｔｒｌの向きと大きさを調整することで、出力される直線偏光Ｐ２の偏光方向を任意に制御することができる。
【００２６】
偏波制御手段４０から出てきた直線偏光Ｐ２は、ファイバ中を通ってセンサファイバ１１へ入力される。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が流れる導体１００（図では紙面に垂直なものとして描かれている）の近傍に設置されている。このセンサファイバ１１内には、被測定電流Ｉによってファイバに沿った方向に磁界Ｈが発生しており、この磁界Ｈによって、センサファイバ１１中を伝搬する直線偏光Ｐ２にファラデー回転角θＦでファラデー回転が与えられる。こうして、センサファイバ１１から、被測定電流Ｉの大きさを反映して偏波面が回転した直線偏光Ｐ３が出力される。この直線偏光Ｐ３が検光子１６へ入射されて、検光子１６の主軸（図では矢印で示す）方向成分の直線偏光Ｐ３の強度を検出することで、ファラデー回転角θＦが求められ、この求められたファラデー回転角θＦから被測定電流Ｉの大きさが求められる。
【００２７】
図２は、本実施形態における偏波制御手段４０の具体例を示す構成図である。
同図（Ａ）において、偏波制御手段４０は、磁界発生手段４２としての電流コイル４２Ａと、磁界調整手段４２１としての電流制御部４２１Ａと、ファラデー素子４１とから構成するようにしている。そして、電流制御部４２１Ａが電流コイル４２Ａに流す制御電流Ｉｃｔｒｌを制御することで、ファラデー素子４１へ印加される磁界Ｈｃｔｒｌ（向きと大きさ）を調整するようになっている。
【００２８】
また、同図（Ｂ）において、偏波制御手段４０は、磁界発生手段４２としての永久磁石４２Ｂと、この永久磁石４２Ｂを固着した可動ステージ４３と、磁界調整手段４２１としてのステージ制御部４２１Ｂと、ファラデー素子４１とから構成するようにしている。そして、ステージ制御部４２１Ｂが可動ステージ４３の位置を制御することで、ファラデー素子４１に永久磁石４２Ｂから実効的に印加される磁界Ｈｃｔｒｌを調整するようになっている。なお、可動ステージ４３上の永久磁石４２Ｂの向きを可変にする機構を設け、ファラデー素子４１へ印加される磁界の向きを変えることができるようにしてもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態による光ファイバ電流センサの構成図を示している。
本実施形態は、上述した第１の実施形態の光ファイバ電流センサに対し、さらにファラデー回転子５０を構成要素として追加した構成のものである。このファラデー回転子５０は、ファラデー素子５１と、ファラデー素子５１に磁界を印加する永久磁石５２とから構成され、偏波制御手段４０の前段（光が入射される側）に設置されている。そして、偏波制御手段４０のファラデー素子４１と、このファラデー回転子５０のファラデー素子５１とが光ファイバで接続される。ファラデー素子５１には、光ファイバ電流センサの用途や使用波長に応じて強磁性体や常磁性体を適宜選択して用いることができる。
なお、本実施形態の光ファイバ電流センサの他の部分は、第１の実施形態の光ファイバ電流センサと同じ構成であるのでその説明は省略する。
【００３０】
上記構成を有する本実施形態の光ファイバ電流センサにおいて、偏波制御手段４０とファラデー回転子５０とによってファラデー回転を受けた光が、センサファイバ１１へ入射されるようになっている。
即ち、ファラデー回転子５０のファラデー素子５１へ、図左から矢印で示すような偏波面を持つ直線偏光Ｐ１を入力すると、この直線偏光Ｐ１はファラデー素子５１によってファラデー回転を受けてその偏波面が回転し、偏波面の異なる直線偏光Ｐ２となって出力される。そして、この直線偏光Ｐ２は、偏波制御手段４０のファラデー素子４１へ入射されて、ファラデー素子４１を伝搬中に磁界Ｈｃｔｒｌに応じた向きと大きさでさらにファラデー回転を受けてその偏波面が回転し、偏波面の異なる直線偏光Ｐ３となって偏波制御手段４０から出力されてくる。
【００３１】
ファラデー回転子５０によって与えられるファラデー回転角は、ファラデー素子５１の材料、印加する磁界（常磁性体の場合）、使用波長等によって変わるが、随時変更することはできず固定値である。一方、偏波制御手段４０においては、磁界調整手段４２１によって磁界Ｈｃｔｒｌの向きと大きさを調整することで、出力される直線偏光Ｐ３の偏光方向を任意に制御することができる。このようにして、ファラデー回転子５０と偏波制御手段４０とにより、センサファイバ１１へ入力する直線偏光に所望のファラデー回転が与えられる。例えば、ファラデー回転子５０により所望のファラデー回転角に近いファラデー回転を付与し、偏波制御手段４０により所望のファラデー回転角への合わせ込みを行うようにすることができる。この場合、ファラデー回転子５０に個体差や温度変動による特性ズレがあったとしても、偏波制御手段４０で偏波面を正しく制御することで、高精度な測定を行うことが可能である。
なお、偏波制御手段４０を前段に配置し、ファラデー回転子５０を後段に配置するように光ファイバ電流センサを構成してもよい。
【００３２】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態であ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、光サーキュレータ１９と、偏光分離素子１８と、ファラデー回転子５０と、偏波制御手段４０と、センサファイバ１１Ｂと、を有している。センサファイバ１１Ｂ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。偏波制御手段４０およびファラデー回転子５０は、上記第１および第２の実施形態として説明した図１〜図３の構成と同じものである。そして、センサファイバ１１Ｂの一端には偏波制御手段４０のファラデー素子４１が取り付けられ、他端には金属薄膜の蒸着等によって反射部（ミラー）１１１が形成されている。また、上記ファラデー素子４１はファラデー回転子５０のファラデー素子５１と接続され、さらにファラデー素子５１は偏光分離素子１８を介して光サーキュレータ１９に接続される。また、光サーキュレータ１９は、光源１２からの光がセンサファイバ１１Ｂ側へ透過する向きに接続される。
【００３３】
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１２から発せられた光が、送光ファイバ７１および光サーキュレータ１９を介して偏光分離素子１８へ入射される。この光は、偏光分離素子１８によって電界の振動方向が一方向（偏光分離素子１８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５０へ入力される。ファラデー回転子５０へ入力された直線偏光は、所定の大きさのファラデー回転を受けて出力され偏波制御手段４０へ入力される。偏波制御手段４０へ入力された直線偏光は、磁界調整手段４２１によって制御された磁界Ｈｃｔｒｌに応じた向きと大きさのファラデー回転を受けてその偏波面が回転させられ、センサファイバ１１Ｂへと導入される。本実施形態では、この磁界Ｈｃｔｒｌは、ファラデー回転子５０と偏波制御手段４０とによって付与されるファラデー回転角が２２．５度となるように設定しておく。センサファイバ１１Ｂへ導入されファイバ中を伝搬する直線偏光は、ファイバ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さらに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。
【００３４】
センサファイバ１１Ｂ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、偏波制御手段４０およびファラデー回転子５０を順に通過する。偏波制御手段４０とファラデー回転子５０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、この偏波制御手段４０とファラデー回転子５０とにより、往復で４５度の光学バイアスが設定されていることになる。ファラデー回転子５０を出た光は、再び偏光分離素子１８へと導かれ、偏光方向の互いに直交（偏光分離素子１８の主軸方向とそれに垂直な方光）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１９と受光ファイバ７２Ａを介して受光素子１３Ａによって受光され、電気信号Ｓ１に変換される。また、もう一方の光は受光ファイバ７２Ｂを介して受光素子１３Ｂによって受光され、電気信号Ｓ２に変換される。そして、電気信号Ｓ１およびＳ２を信号処理回路１４１で処理することによって、被測定電流Ｉにより付与されたファラデー回転角を求め、このファラデー回転角から被測定電流Ｉが計算される。
なお、受光素子１３Ａ，１３Ｂと信号処理回路１４１とから信号処理部１４が構成されている。
【００３５】
本実施形態においては、磁界制御手段４２１によって磁界Ｈｃｔｒｌを制御することで、ファラデー回転子５０と偏波制御手段４０とにより常時所望の光学バイアスが付与されるようにしている。これにより、例えば外部で発生した磁界の影響を受けたり、環境温度が変化したりする等して、ファラデー回転子５０におけるファラデー回転角が変動したような場合であっても、ファラデー回転子５０と偏波制御手段４０の全体として見れば、常に一定のファラデー回転が付与されることになり、電流測定の動作点を与える光学バイアスが変動しない、若しくは変動しても小さい変動で済むため、電流測定の精度・安定性が増す。また、光学バイアスを４５度に設定することで、被測定電流Ｉによるファラデー回転角が微小量変化したときの受光素子１３Ａおよび１３Ｂにおける光強度が最も感度良く変化することになり、測定の精度が向上する。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、ファラデー素子４１と、このファラデー素子４１に磁界を印加する磁界発生手段４２とから構成される偏波制御手段４０を設け、さらに、磁界発生手段４２から発生する磁界Ｈｃｔｒｌを調整する磁界調整手段４２１を設けた。そして、磁界Ｈｃｔｒｌを調整することによって、被測定電流Ｉを測定するセンサファイバ１１へ入射される直線偏光の偏波面を制御するようにした。これにより、上記偏波面の制御を磁界Ｈｃｔｒｌの調整により高精度に行うことが可能である。
【００３７】
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。
例えば、本発明におけるセンサファイバは、その材質を限定するものではなく、鉛ガラスファイバ以外にも適宜、適当な材質のものを選択して使用することができる。
また、使用する光の波長帯についても、従来よく利用されている１５５０ｎｍ帯を用いることを妨げるものでもない。
さらに、測定する被測定電流Ｉは、直流でも交流でも対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１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】第１の実施形態における偏波制御手段の具体例を示す構成図である。
【図３】本発明の第２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４】本発明の第３の実施形態である反射型の光ファイバ電流センサの構成図である。
【図５】従来例における反射型の光ファイバ電流センサの構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１…センサファイバ  １２…光源  １３…受光素子  １４…信号処理部  １６…検光子  １８…偏光分離素子  １９…光サーキュレータ  ４０…偏波制御手段  ４１…ファラデー素子  ４２…磁界発生手段  ４３…可動ステージ  ５０…ファラデー回転子  ５１…ファラデー素子  ５２…永久磁石  ７１…送光ファイバ  ７２…受光ファイバ  １００…導体  １１１…反射部  ４２１…磁界調整手段
【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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