(57)【要約】【課題】被測定電流が流れる導体の大きさ、形状に柔軟に対応でき、直流交流とも高Ｓ／Ｎ比で測定可能な電流センサを提供する。【解決手段】ロゴスキーコイルと、ロゴスキーコイルの出力信号を積分する積分器と、ロゴスキーコイルに沿った円環状部分を有する光ファイバと、光ファイバに直線偏光波を入射し、磁界により生じたファラデー回転を電気信号に変換する光源／光検出信号処理部と、積分器の出力と光源／光検出信号処理部の出力とを足し合わせる加算器と、を備えたことを特徴とする電流センサ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロゴスキーコイルと、前記ロゴスキーコイルの出力信号を積分する積分器と、
前記ロゴスキーコイルに沿った円環状部分を有する光ファイバと、前記光ファイバに直線偏光波を入射し、磁界により生じたファラデー回転を電気信号に変換する光源／光検出信号処理部と、
前記積分器の出力と前記光源／光検出信号処理部の出力とを足し合わせる加算器と、を備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記積分器の出力および前記光源／光検出信号処理部の出力を比較し、それぞれのゲインを調整するゲイン比較／調整部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記光源／光検出信号処理部の出力信号の高域帯を遮断するローパスフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサに関し、特に被測定電流が流れる導体の大きさ、形状に柔軟に対応でき、直流交流とも高Ｓ／Ｎ比で測定可能な電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
導体を流れる電流を導体から絶縁して測定する場合、一般に貫通型電流センサが使用される。貫通型電流センサとしては電磁誘導を利用した電流センサが広く用いられている。
【０００３】
電磁誘導を利用した貫通型電流センサは、円環状の磁性材料を巻芯にし、その巻芯に２次巻線を巻き付けて構成されるものが代表的であり、測定対象の電流が流れる導体を巻芯中央の開口部に貫通させて測定を行なう。巻芯に使用する磁性材料は一般に剛体であるため、その開口部の寸法により、導体の大きさ、形状が制限される。
【０００４】
この制限を解消するために、巻芯に非磁性材料を用いた貫通型電流センサもあり、巻芯の材料に適切なものを選択すれば、導体の大きさ、形状に柔軟に対応することができるようになる。巻芯に非磁性材料を用いた貫通型電流センサとしてロゴスキーコイルを用いたロゴスキー型電流センサがある。
【０００５】
図３は、ロゴスキーコイルを用いたロゴスキー型電流センサの構成を示す図である。ロゴスキー型電流センサは、非磁性体芯材２１０に導線を巻き付けたロゴスキーコイル２２０と、積分器２３０を備えて構成される。ロゴスキー型電流センサは、被測定電流Ｉが流れる導体２５０が、非磁性体芯材２１０の開口部を貫通するように配置される。
【０００６】
導体２５０を流れる測定電流Ｉが変化すると、周囲の磁界が変化し、ロゴスキーコイル２２０に誘起起電力が生じる。誘起起電力の大きさは、電流Ｉの時間微分値（di/dt）に比例するので、ロゴスキーコイル２２０が誘起した電圧を積分器２３０で積分することで導体２５０を流れる電流Ｉの変化に比例した信号を得ることができる。
【０００７】
また、非磁性材料を用いた貫通型電流センサとして、ファラデー効果を利用して光ファイバで電流を測定する光ファイバ電流センサがある。ファラデー効果とは、磁界方向に沿って配置された光ファイバに対して直線偏光が入射したときに偏波の方位が磁界の強度に比例して回転する現象である。光ファイバ電流センサは、その回転角を計測することによって磁界強度を計測し、電流を測定する。一般に、光ファイバ電流センサは、直流、交流ともに測定することができる。
【０００８】
図４は、光ファイバ電流センサの構成を示す図である。光ファイバ電流センサは、光ファイバ３１０と光源／光検出信号処理部３２０を備えて構成され、測定対象の電流Ｉが流れる導体２５０の周囲に円環状の光ファイバ３１０を配置する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２５６０９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−９１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ロゴスキー型電流センサは、電流の時間微分値を検出する方式のため、直流成分を測定することができない。一方で、光ファイバ電流センサは、直流、交流ともに測定することができるが、一般に、ファラデー効果の感度は小さいため、Ｓ／Ｎ比が良くない。ファラデー効果の感度を上げるためには導体２５０の周囲の光ファイバ３１０の巻数を増やす必要があるが、巻数を増やすと光ファイバの長さが長くなり、高域特性が低下してしまうという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、被測定電流が流れる導体の大きさ、形状に柔軟に対応でき、直流交流とも高Ｓ／Ｎ比で測定可能な電流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の電流センサは、ロゴスキーコイルと、前記ロゴスキーコイルの出力信号を積分する積分器と、前記ロゴスキーコイルに沿った円環状部分を有する光ファイバと、前記光ファイバに直線偏光波を入射し、磁界により生じたファラデー回転を電気信号に変換する光源／光検出信号処理部と、前記積分器の出力と前記光源／光検出信号処理部の出力とを足し合わせる加算器と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記積分器の出力および前記光源／光検出信号処理部の出力を比較し、それぞれのゲインを調整するゲイン比較／調整部をさらに備えるようにしてもよい。また、前記光源／光検出信号処理部の出力信号の高域帯を遮断するローパスフィルタをさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被測定電流が流れる導体の大きさ、形状に柔軟に対応でき、直流交流とも高Ｓ／Ｎ比で測定可能な電流センサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る電流センサの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る電流センサの別構成を示す図である。
【図３】ロゴスキーコイルを用いたロゴスキー型電流センサの構成を示す図である
【図４】光ファイバ電流センサの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電流センサ１０の構成を示す図である。本図に示すように、導体２５０を流れる電流Ｉを測定する電流センサ１０は、非磁性体芯材１１０に導線を巻き付けたロゴスキーコイル１２０と、非磁性体芯材１１０に沿って円環状に巻かれた光ファイバ１３０と、ロゴスキーコイル１２０の誘起起電力を積分する積分器１４０と、光源／光検出信号処理部１５０と、積分器１４０の出力を増幅する第１増幅器１６０と、光源／光検出信号処理部１５０の出力を増幅する第２増幅器１６２と、ゲイン比較／調整部１７０と、第２増幅器１６２の高周波成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８０と、第１増幅器１６０の出力とローパスフィルタ１８０（ＬＰＦ）の出力とを足し合わせる加算器１９０とを備えている。
【００１７】
積分器１４０は、例えば、オペアンプによるミラー積分器を用いることができ、ロゴスキーコイル１２０の誘起起電力を積分して第１増幅器１６０に出力する。
【００１８】
光源／光検出信号処理部１５０は、光ファイバ１３０に直線偏光波を入射し、磁界により生じたファラデー回転を被測定電流Ｉに比例した電気信号に変換する処理を行ない、第２増幅器１６２に出力する。ゲイン比較／調整部１７０は、積分器１４０の出力と光源／光検出信号処理部１５０の出力とを比較し、それぞれの検出感度を合わせる処理を行なう。なお、非磁性体芯材１１０を中空とし、円環状の光ファイバ１３０を中空部分に通すようにしてもよい。
【００１９】
本実施形態に係る電流センサ１０は、被測定電流Ｉを流す導体２５０が、非磁性体芯材２１０の中央を貫通するように配置される。また、非磁性体芯材１１０に沿って円環状に巻かれた光ファイバ１３０は、高Ｓ／Ｎ比を実現するために、巻数を増やすことができる。
【００２０】
すなわち、本実施形態の電流センサ１０は、ロゴスキー型の電流センサと光ファイバ電流センサとを組み合わせることにより、被測定電流が流れる導体の大きさ、形状に柔軟に対応でき、直流交流とも高Ｓ／Ｎ比で測定可能としている。
【００２１】
光ファイバ電流センサの検出結果を出力する光源／光検出信号処理部１５０から出力された検出結果は、ＬＰＦ１８０を通すことにより、高域側をカットしている。このため、高Ｓ／Ｎ比で測定可能とするために光ファイバ１３０の巻数を増加させることによって高域特性が低下しても、測定結果に影響を与えることを防いでいる。
【００２２】
電流センサ１０では、被測定電流Ｉの測定に先立ち、導体２５０に既知の基準電流Ｉ０を流してゲイン比較／調整部１７０が第１増幅器１６０および第２増幅器１６２のゲイン設定を行なう。ゲイン設定において、ゲイン比較／調整部１７０は、光源／光検出信号部１５０の出力を停止させ、第１増幅器１６０の出力が基準電流Ｉ０と一致するように第１増幅器１６０のゲインを設定し、また、積分器１４０の出力を停止させ、第２増幅器１６２の出力が基準電流Ｉ０と一致するように第２増幅器１６２のゲインを設定する。
【００２３】
以降は、設定されたゲインにより導体２５０を流れる被測定電流Ｉの測定を行なうことができる。このとき、積分器１４０の出力値の周波数特性と、光源／光検出信号部１５０の出力値の周波数特性は既知であるため、加算器１９０の出力値に基づいて被測定電流Ｉの測定値を得ることができる。なお、ＬＰＦ１８０を積分器１４０の出力値の周波数特性と、光源／光検出信号部１５０の出力値の周波数特性とを考慮して設計するようにしてもよい。
【００２４】
被測定電流Ｉの測定時において、ロゴスキーコイル１２０には、導体２５０を流れる測定電流Ｉの変化に応じた誘起起電力が生じる。この誘起起電力を積分器１４０が積分し、積分器１４０の出力を、第１増幅器１６０がゲイン比較／調整部１７０によって設定されたゲインで増幅する。
【００２５】
同時に、導体２５０を流れる測定電流Ｉにより光ファイバ１３０入射された直線偏光波にファラデー回転が生じ、光源／光検出信号処理部１５０がファラデー回転を被測定電流Ｉに比例した電気信号に変換し、出力する。この出力を、第２増幅器１６２がゲイン比較／調整部１７０によって設定されたゲインで増幅する。
【００２６】
そして、加算器１９０が第１増幅器１６０の出力と第２増幅器１６２の出力とを加算して出力する。
【００２７】
なお、図１に示した例では、非磁性体芯材１１０に導線を巻き付けてロゴスキーコイル１２０を形成していたが、図２に示すように、円環状の光ファイバ１３０を芯材にしてロゴスキーコイル１２０を形成して電流センサ１１を構成してもよい。この場合、非磁性体芯材１１０は省略することができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の電流センサによれば、被測定電流が流れる導体の大きさ、形状に柔軟に対応でき、直流交流とも高Ｓ／Ｎ比で測定可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１０…電流センサ、１１…電流センサ、１１０…非磁性体芯材、１２０…ロゴスキーコイル、１３０…光ファイバ、１４０…積分器、１５０…光源／光検出信号処理部、１６０…第１増幅器、１６２…第２増幅器、１７０…ゲイン比較／調整部、１８０…ローパスフィルタ、１９０…加算器、２１０…非磁性体芯材、２２０…ロゴスキーコイル、２３０…積分器、２５０…導体、３１０…光ファイバ、３２０…光源／光検出信号処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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