(57)【要約】【課題】  パルスレーザー光を使用することで、光電界センサーから変換器間の光学系のレーザー光透過率の変動と光電界センサー電界依存変動を分離し、直流成分まで検出可能にする。【解決手段】  光電界センサー4とこれを迂回した遅延光路５から構成する。レーザーパルスを光ファイバー２等で当該光電界センサー4に導き光電界センサー直前でビームスプリッター3で一部の光を遅延光路５を通過させる。当該光電界センサーからの電界振幅変調光（波形2）と遅延光路（波形3）を通過光をビームスプリッター6で加えて（波形4）、光ファイバー７等に入射する。受光パルスの、遅延光路５の通過時間は、光電界センサー4だけからの変調光（波形2）がくる。光ファイバー７等の出射光は遅延時間後Lmと遅延光路通過光（波形3）の和で、Lr（ ＝  Lp − Lm ）は電界の影響を受けない。光強度から光電センサー以外の変動分を補正し光学系に依存しないで光電界センサー4の電界強度を知る。【選択図】図１
2007101384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電界センサーに光をパルス照射し、当該センサー入射光の一部を光学的遅延経路を通過させ光電界センサー光出射光と加えることにより、光学系の変動と光電界センサーの変動を分離することで光電界センサーで直流電界も測定する光電界センサー。
【請求項２】
パルス光電界センサーの検出をパルスの前淵だけでなく、後淵も同様に利用することで性能を向上させたパルス光電界センサー。
【請求項３】
パルス光電界センサーのパルスレーザー光を電気光学素子で速度変調することでFM変調光を光電界センサーに加た、感度反転領域を補正する光電界センサー。
【請求項４】
光路からの光エネルギーを光電変換素子で電力に変え、その電気エネルギーで光電界センサーの補助電気回路構成に於いて、パルス光電界センサーのパルス持続部分に制御情報を重畳し当該電気回路を制御し、パルス光電界センサーに校正情報を加える自己校正可能な光電界センサー。
【請求項５】
光電界センサーの微分非直線性を予め測定しておき、受光側でアナログデジタル変換し、非直線性をデジタル演算処理で補正して、デジタルアナログ変換回路で電圧に変換し元の電圧との相関を高めた光電界センサー
【請求項６】
パルス光電界センサーの電界情報をアナログデジタル変換し、デジタル演算処理し、デジタルアナログ変換回路で電圧に変換した超高耐圧超高絶縁アンプ。
【請求項７】
パルス光電界センサー絶縁アンプで、デジタルアナログ変換回路に予めパルス光電界センサーの微分非直線性補正係数を組み込んだ回路で直線性を大幅に改善したパルス光電界センサー超高耐圧超高絶縁アンプ。
【請求項８】
パルス光電界センサーにパルス光を使用する為、光学系での不要な戻り光除去素子の使用を削減した光電界センサー及びそれを使用した光電界センサー絶縁アンプ超高耐圧超高絶縁アンプ。
【請求項９】
パルス光電界センサーで、組み込んだ光電気エネルギでパルス電界センサーを制御する電気回路で、信号に直列に既知の２電圧を重畳せすることで感度の温度変動を補正する手法を用いたパルス光電界センサー。
【請求項１０】
パルス光電界センサーにおいてレーザー光の波長変動が信号検出に影響を及ぼさない様にレーザー発信器のレーザー光を光遅延光路通過光とビートで波長変動を検出し、光電界センサーの波長変動による見かけの変動を補正する機能を組み込んだ光電界センサー。
【請求項１１】
DFB等のレーザーダイオードに置いて、波長変動を押さえる為に温度制御に加え、レーザー発信器の一部を光遅延線光路でビートを生じさせ、このビートが一定になるようレーザー発信器にフィードバックをかけてレーザー発信器の波長変動を安定化させたレーザーを使用した光電界センサー
【請求項１２】
電界強度が大きく光電界センサーの変化量が逆転する場合は遅延光路を多段にし、光電界センサーは直線範囲になるようにしておくことで、計測範囲を拡大した光電界センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電界センサーにおいて直流も測定出来るものであり、直流電界測定も必要とする無電線で計測分野・生体・放射線等の高電磁放射線ノイズ環境での電圧を測定及び電圧伝送絶縁増幅に適している。
【背景技術】
【０００２】
光電界センサーは電気光学素子の光学的特性変化を連続レーザー光で検出している。連続レーザー光は光ファイバー等の光伝送媒体で伝送する。光利用効率を向上去るためにパルスレーザー光を用いる物もあるが、サンプリング理論に基づく物で原理としては連続レーザーと同様である。
【０００３】
伝送経路のレーザー光透過率の変動と光電界センサーの変動の分離が困難な為変動する信号しか検出できなかった。
【０００４】
このため優れた高耐電圧超高絶縁性、高ノイズ耐性で非金属特性で被測定系の電磁環境を乱さないにもかかわらず直流も伝送出来る絶縁アンプには使用できなかった。
【特許文献１】特開平１１−１１８８８８
【特許文献２】特開２０００−３３８１９８（Ｐ２０００−３３８１９８Ａ）
【特許文献３】特許公開２００２−１３１３５３
【特許文献４】公開平５−９３７４３
【特許文献５】公開平６−２４２１６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光電界センサーは伝送経路のレーザー光透過率の変動と光電界センサーの変動を分離できず、直流成分まで検出できない致命的欠点がある。直流成分が無くても良い用途として電磁波や波形のモニター等に限定されている。直流も検出できる機能は電界センサーとして極めて重要な特性であり、本発明は直流成分まで検出できない点を解決する。直流も検出できる機能を利用し、高耐電圧超高絶縁性高ノイズ耐性絶縁アンプを構成できる。パルスレーザー光での特性を生かし、パルスにデジタル情報を重畳させることで光電界センサーの補助制御回路を制御可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
光電界センサーとこれを迂回した遅延光路から構成する。レーザーパルスを光ファイバー等で当該光電界センサーに導きく。光電界センサー直前でレーザー光を分け一部の光を遅延光路を通過させる。当該光電界センサーからの電界強度依存光と遅延光路通過光を光学的に加えて、光ファイバー等に入射させる。光ファイバー等の出射光の光強度から光電界センサーの電界強度を知ることが出来る。受光パルスの、遅延光路を通過時間（以下遅延時間と略す）の間は、光電界センサーからの電界強度依存光がくる。遅延時間後は遅延光路通過光のとの和で、その差分は電界の影響を受けない光学系に依存しただけの光強度となる。
【０００７】
遅延時間前光と，遅延光路通過光の時間差の光量を測定することで、光電界センサーの光学系の変動量を除去して直流成分を含んだ電界を測定出来る。
【０００８】
更に、レーザー光を電気光学素子でFM変調することでビート方式光電界センサーの場合、増加領域か減少領域かを判定出来ダイナミックレンジの拡大が容易となる。
【０００９】
電界強度が大きく光電界センサーの変化量が逆転する場合は遅延光路を多段にする。最終段を複数段の光電界センサーの感度を高感度光センサーの出力が逆転する時、他の段の光電界センサーは直線範囲になるようにしておくことで、計測範囲を拡大出来る。
【００１０】
光電界センサーの比較光に1／2波長位相をずらした遅延光を入射させることで、位相のずれを検出出来、電圧の変化方向が検出出来る。
【００１１】
この機能は、パルスの立ち上がりだけでなく、たち下がりの時も同様に測定出来、情報伝送効率が向上する。
【００１２】
パルスレーザー光の特性を生かし、パルスにデジタル情報を重畳させることで光電界センサーの補助回路を容易に制御可能とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明はパルスレーザー光を使用することで、光電界センサーのレーザー光透過率の変動と光電界センサーの変動を分離し、直流成分まで検出可能にする。
【００１４】
直流も検出する光電界センサーはセンサー部が無電力で光信号に変換出来るため、無電線となりノイズ・放射線・高電圧・高絶縁で非測定対象に殆ど影響を与えない理想的電界センサーである。共通アースやシールドが大幅に簡略化出来、従来のセンサーと比較して経済的利点も出てくる。特に、電線がない為雷等電磁界攪乱自然災害にも影響を受け難い。
広く計装・制御・医療・原子力・運輸・交通分野での用途は無限である。電磁ノイズ耐性が高い為、従来のシールが簡素化出来省資源環境影響低減に大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
光学式電圧・電界センサーで直流も検出し、稼働時に自己校正も可能とした光学式直流電圧・電界センサーを提供する。直流電圧・電界検出機能を使って超高耐圧超高絶縁アンプを提供する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明装置の１実施例の概念図であって、１〜８が機能の説明である。
【００１７】
光電界センサー4とこれを迂回した遅延光路５から構成する。
レーザーパルスを光ファイバー等２で当該光電界センサー4に導き光電界センサー直前でビームスプリッター3で一部の光を遅延光路５を通過させる。当該光電界センサーからの電界振幅変調光（波形2）と遅延光路（波形3）を通過光をビームスプリッター6で加えて（波形4）、光ファイバー等に入射する。光ファイバー等７の出射光の光強度から光電界センサー4の電界強度を知ることが出来る。
【００１８】
受光パルスの、遅延光路５の通過時間（以下遅延時間と略す）の間は、光電界センサー4だけからの変調光（波形2，以下変調光Lmと略す）がくる。遅延時間後はLmと遅延光路通過光（波形3，以下非変調光Lrと略す）の和（以下Lpと略す）で、Lr（ ＝  Lp − Lm ）は電界の影響を受けない光学系に依存しただけの光強度となる。
【００１９】
今、レーザーパルス光の光路は入出射ビームスプリッター間以外は共通なので此の減衰率をτとする。光電界センサーの無信号時の透過率をτs、電界印加感度をκ、遅延光路の透過率をτdとすると印加電界Eは
【００２０】
E ＝κ＊ τ＊τs＊（Lm − Lm0）／（τ＊τd＊（Lp−Lm））
＝κ＊ τs＊（Lm − Lm0）／τd＊（Lp−Lm）                                （1）
ここで  κ及び τs／τd  及びLm0は時間的に不変なので予め決定することが出来る。此の値をK（＝ κ＊ τs／τd）とすると（1）式は
E ＝ K（Lm − Lm0）／（Lp−Lm）
Lp，Lmを測定することで、光電界センサーで直流を含んだ電界を測定出来る。
【００２１】
更に、レーザー光を電気光学素子でFM変調することで光電界センサーに加えられた、電界の極性も得ることが出来る。
【００２２】
電界強度が大きく光電界センサーの変化量が逆転する場合は遅延光路を多段にする。最終段を上記Lpとする。複数段の光電界センサーの感度を高感度光センサーの出力が逆転する時、他の段の光電界センサーは直線範囲になるようにしておくことで、計測範囲を拡大出来る。
光電界センサーの比較光に1／2波長位相をずらした遅延光を入射させることで、位相のずれを検出でき、電圧の変化方向が検出できる。
【００２３】
この機能は、パルスの立ち上がりだけでなく、たち下がりの時も同様にLm，Lpが得られ、情報伝送率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
直流も変換する光電界センサーはセンサー部が無電力で光信号に変換出来るため、無電線なのでノイズ・放射線・高電圧・高絶縁で非測定対象に殆ど影響を与えないセンサーは従来のセンサーと置き換えられる。特に、電線がない為雷等電磁界攪乱自然災害にも影響を受け難い。
広く計装・制御・医療・原子力・運輸・交通での用途は無限である。電磁ノイズ耐性が高い為、従来のシールが簡素化出来省資源環境影響低減に大きく貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例の概念図説明図である。（実施例１）
【図２】各部の動作タイミング図である。
【符号の説明】
【００２６】
1  レーザー光源
2  レーザー光源からビームスプリッターにレーザー光を導く光ファイバー
3  ビームスプリッターで光ファイバー光の一部を遅延光路に分け残りのレーザー光を光電界センサー導く
4  光電界センサー  電界強度に依存し入射レーザー光の強度を変化させる。
5  光遅延導光器  光電センサー4の通過時間より遅れた光をBで、ビームスプリッター6に入射させる。
6  ビームスプリッター  光電界センサー4出射光と光遅延導光器5の出射光を合成して光りファイバー導光器7に光を入射させる。
7  光りファイバー導光器  合成用ビームスプリッター7の出射光を戻り光処理系8に導く
8  レーザー光源のパルス発光を制御し、戻り光から光電界センサーに印可された電界強度を測定する。
注：集光レンズ系は省略している。
【図１】
2007101384.tif 000003
【図２】
2007101384.tif 000004