(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行い、良品の光電圧センサーを選別する第１の工程、
上記第１の工程で選別された良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性から求まる静電容量の最大値と共振周波数とを良否判別の基準値として測定する第２の工程、
及び被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果から求まる静電容量の最大値と共振周波数が上記第２の工程で得られた静電容量の最大値と共振周波数の基準値近傍の値であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別する第３の工程を含むことを特徴とする電気光学素子の良否判別方法。
【請求項２】
基準値近傍は、静電容量の最大値が基準値±５０％以内、共振周波数が基準値±１％以内に設定されていることを特徴とする請求項１記載の電気光学素子の良否判別方法。
【請求項３】
電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行って良品の光電圧センサーを選別し、上記良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、得られた静電容量の周波数特性から求まる静電容量の最大値と共振周波数とを基準値として、予め記憶させておく良否判別基準データ記憶部と、
被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果から求まる静電容量の最大値と共振周波数とが、上記良否判別基準データ記憶部から読み出された基準値近傍の値であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別する良否判別部とを備えたことを特徴とする電気光学素子の良否判別装置。
【請求項４】
基準値近傍は、静電容量の最大値が基準値±５０％以内、共振周波数が基準値±１％以内に設定されていることを特徴とする請求項３記載の電気光学素子の良否判別装置。
【請求項５】
電気光学素子の静電容量の周波数特性の測定を行うインピーダンスアナライザと、良否判別基準データ記憶部及び良否判別部を有するパーソナルコンピュータとで構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電気光学素子の良否判別装置。
【請求項６】
電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行い、良品の光電圧センサーを選別する第１の工程、
上記第１の工程で選別された良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性から求まる静電容量の最大値と共振周波数とを良否判別の基準値として測定する第２の工程、
及び被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果から求まる静電容量の最大値と共振周波数が上記第２の工程で得られた静電容量の最大値と共振周波数の基準値近傍の値であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別する第３の工程を含み、上記第３の工程で良品であると判別された電気光学素子を用いることを特徴とする光電圧センサーの製造方法。
【請求項７】
基準値近傍は、静電容量の最大値が基準値±５０％以内、共振周波数が基準値±１％以内に設定されていることを特徴とする請求項６記載の光電圧センサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電圧を測定するための光電圧センサーに用いるポッケルス素子などの電気光学素子の良否を判別する方法及び装置並びに光電圧センサーの製造方法に関し、特に電気光学素子単体で良否を判別することができる電気光学素子の良否判別方法及び装置並びに光電圧センサーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統の電圧測定には、電圧変成器が広く用いられている。しかしながら、この電圧変成器は測定すべき系統電圧が高くなるほど大型化してしまい、コストおよび設置スペースが嵩むという問題がある。特にＧＩＳと称される不活性ガスを用いたガス絶縁開閉装置では、小型化および省スペース化が強く要求され、このような電圧変成器を搭載することが困難になっている。
このため、近年ポッケルス素子などの電気光学素子を用いた光電圧センサーが用いられるようになってきている。図６は特開平８−２２０１４９号公報に示された光電圧センサーの作用を説明する説明図である。
【０００３】
図６において、１ａは信号処理部の発光ダイオード（図示せず）からの光を光電圧センサーに送る光ファイバー、１ｂは光電圧センサーを通過した光を信号処理部に送る光ファイバー、２ａと２ｂは光ファイバーと光電圧センサーとの光結合を行うコリメータレンズ、３は偏光子、４は１／４波長板、５は電気光学結晶、６は電気光学結晶５の光の通過面に蒸着した透明電極、７は検光子である。また、図７は前記光電圧センサーの電気光学結晶５の正面図を示し、図８は平面図を示している。図７と図８において、８は透明電極６に蒸着された金属電極、９は被測定電圧・電界を金属電極８と透明電極６を介して電気光学結晶５に印加するための外部接続線、１０は光が通過する領域を示し、２０は電気光学結晶５に透明電極６と金属電極８及び外部接続線９を取付けた電気光学素子である。
【０００４】
次に、動作について説明する。
図６において、信号処理部の発光ダイオードから出射された光は光ファイバー１ａを通り、コリメータレンズ２ａを通過して偏光子３に入射し、図のＸ，Ｙ方向に対して４５度のＺ方向の直線偏光だけが透過する。直線偏光は１／４波長板で円偏光に変換され、透明電極６を介して電気光学結晶５に入射する。入射された円偏光は電気光学結晶５の両面に設けられた透明電極６を介して電界が印加されることにより生じる複屈折を利用して、光位相変調を受ける。その後、この光を検光子７を通過させることによりアナログ変調を行い、コリメータレンズ２ｂで集光し、光ファイバー１ｂを介して信号処理部に入力し、アナログ変調の度合に応じた電圧を検出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光電圧センサーはＧＩＳ等で用いられるため、変調感度が良く、且つ昼夜及び四季の温度変化に影響されることなく安定に動作することが要求されている。このため、製品検査として光電圧センサーを恒温槽に設置し、光電圧センサーに一定電圧を印加した状態で恒温槽内温度を−２０度〜＋６０度まで段階的に変化させて、信号処理部での検出値が許容値内にあることを確認する温度特性試験が不可欠である。前記温度特性の劣化は偏光子や１／４波長板、及び検光子等の光学部品を光電圧センサーに組立る際にも生じるが、主として電気光学結晶自体の良否、透明電極の良否、電気光学結晶５と透明電極６との密着性、透明電極６と金属電極８との密着性、金属電極８と外部接続線９との密着性などに依存している。従来は光電圧センサーに組立て、信号処理部と組合せて、前記温度特性試験を行わなければ電気光学素子２０の良否が判別できないという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行い、良品の光電圧センサーを選別し、選別された良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の回路素子成分の周波数特性、例えば静電容量の周波数特性を予め測定し、被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果が予め測定しておいた周波数特性と略同一であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別することにより、光電圧センサーの組立工程や温度特性試験の時間をかけることなく、電気光学素子単体で良否の判別を行うことを可能にした電気光学素子の良否判別方法及び装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電気光学素子の良否判別方法は、電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行い、良品の光電圧センサーを選別する第１の工程、第１の工程で選別された良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性から求まる静電容量の最大値と共振周波数とを良否判別の基準値として測定する第２の工程、及び被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果から求まる静電容量の最大値と共振周波数が第２の工程で得られた静電容量の最大値と共振周波数の基準値近傍の値であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別する第３の工程を含むものである。
【０００８】
また、基準値近傍は、静電容量の最大値が基準値±５０％以内、共振周波数が基準値±１％以内に設定されているものである。
【０００９】
さらに、この発明に係る電気光学素子の良否判別装置は、電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行って良品の光電圧センサーを選別し、良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、得られた静電容量の周波数特性から求まる静電容量の最大値と共振周波数とを基準値として、予め記憶させておく良否判別基準データ記憶部と、被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果から求まる静電容量の最大値と共振周波数とが、良否判別基準データ記憶部から読み出された基準値近傍の値であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別する良否判別部とを備えたものである。
【００１０】
さらに、基準値近傍は、静電容量の最大値が基準値±５０％以内、共振周波数が基準値±１％以内に設定されているものである。
また、電気光学素子の良否判別装置は、電気光学素子の静電容量の周波数特性の測定を行うインピーダンスアナライザと、良否判別基準データ記憶部及び良否判別部を有するパーソナルコンピュータとで構成されているものである。
さらに、この発明に係る光電圧センサーの製造方法は、電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行い、良品の光電圧センサーを選別する第１の工程、第１の工程で選別された良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性から求まる静電容量の最大値と共振周波数とを良否判別の基準値として測定する第２の工程、及び被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果から求まる静電容量の最大値と共振周波数が第２の工程で得られた静電容量の最大値と共振周波数の基準値近傍の値であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別する第３の工程を含み、第３の工程で良品であると判別された電気光学素子を用いることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この実施の形態１は、光電圧センサーの温度特性試験を行い、良品の光電圧センサーを選別し、選別された良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性を予め測定し、被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果が予め測定しておいた周波数特性と略同一であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別するものである。
以下、図に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１において電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定する測定系の構成を示すブロック図である。図１において、３０は電気光学素子２０の静電容量の周波数特性を測定するインピーダンスアナライザ、３１はインピーダンスアナライザ３０の測定端子である。４０はインピーダンスアナライザ３０の測定値を処理するパーソナルコンピュータ、４５は後述する良否判別基準データ記憶部である。５０はインピーダンスアナライザ３０とパーソナルコンピュータ４０を接続する通信ケーブルである。なお、インピーダンスアナライザ３０とパーソナルコンピュータ４０とはＧＰ−ＩＢで接続されている。
【００１２】
次に、電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定する動作を説明する。
先ず、被測定電気光学素子２０の外部接続線をインピーダンスアナライザ３０の測定端子３１に接続する。次に、パーソナルコンピュータ４０はインピーダンスアナライザ３０に測定条件を送信し、インピーダンスアナライザ３０から電気光学素子２０に印加する電圧の周波数を２１０ｋＨｚから２３０ｋＨｚまで５Ｈｚ間隔で変化させると共に、インピーダンスアナライザ３０から周波数とその時の静電容量とを受信する。上記周波数範囲における測定が終わると、パーソナルコンピュータ４０のみで解析処理が行われる。処理内容はグラフ表示と共振周波数及びその静電容量の算出，表示である。
【００１３】
上記周波数範囲が設定されている理由は、使用されている電気光学素子の実測値から機械的共振周波数が２２０ｋＨｚ近傍にあるためで、振動理論（素子寸法，密度，弾性係数等から求まる）による共振周波数ともよく一致している。また、機械的共振点付近では電気共振回路と等価である。
なお、インピーダンスアナライザ３０は、静電容量の周波数特性を直列共振回路として測定しており、直列共振回路は電気光学素子が持っているＬ成分，Ｃ成分，Ｒ成分（これらをまとめて回路素子成分と呼ぶ）によって形成される。この回路素子成分は電気光学素子の物質定数（結晶の密度，誘電率，弾性係数，素子寸法等）で決まる。
【００１４】
次に、電気光学素子の良否判定基準の設定及び良否判別方法についての説明する。
図２は光電圧センサーの温度特性試験結果の良品例を説明する説明図、図３は光電圧センサーの温度特性試験結果の不良品例を説明する説明図である。
温度特性試験の温度変化のパターンは図２または図３に示す通りであり、光電圧センサーは恒温槽内で＋２０°Ｃから＋７０°Ｃに昇温して約２４０時間保持した後＋２０°Ｃに降温し、さらに−２０°Ｃ〜＋６０°Ｃを段階的に変化させるサイクルを３サイクル行った後、＋２０°Ｃで約８時間保持される。光電圧センサーの良否判定は前記温度特性試験において、信号処理部での検出値の偏差が±０．５％以下を良品、他を不良品としている。図２は前記温度特性試験の信号処理部での検出値の偏差の最大値が＋０．２％なので良品であり、図３は前記偏差の最小値が−１．９％なので不良品である。
【００１５】
図４は前記温度特性試験において良品と判別された光電圧センサーの電気光学素子２０の静電容量の周波数特性の一例を示したものである。図に示す通り、共振周波数が２２１．５ｋＨｚ近傍で静電容量が１３０ｐＦになることが分かった。一方、図５は不良と判断された光電圧センサーの電気光学素子２０の静電容量の周波数特性の一例を示したものであり、共振周波数が２２１．６ｋＨｚでの静電容量は３６ｐＦしかないことが分かった。また、表１に光電圧センサーの良品５個と不良品５個について、各電気光学素子２０の静電容量測定の最大値と共振周波数を示す。
【００１６】
【表１】
0004260346.tif 000002
【００１７】
静電容量の絶対値や共振周波数は電気光学素子の外形寸法等に依存する。そこで、光電圧センサーの温度特性試験で良品と判別された電気光学素子２０の静電容量と共振周波数を基準値とし、その電気光学素子２０と同一外形寸法の電気光学素子２０に対して表１の結果から、電気光学素子２０の良品判定は静電容量の最大値が基準値の±５０％以内、且つ共振周波数が基準値の±１％以内とした。なお、静電容量の最大値の基準値は、良品５個の平均１２１．４ｐＦとし、共振周波数の基準値は、良品５個の平均２２１．５ｋＨｚとしている。
上記のようにして設定された静電容量の最大値の基準値及び共振周波数の基準値は、予めパーソナルコンピューター４０内の良否判別基準データ記憶部４５に記憶させておく。
【００１８】
被検査電気光学素子の良否判別は以下のように行われる。インピーダンスアナライザ３０は、前述と同様の方法で被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性の測定を行う。そしてパーソナルコンピュータ４０は、インピーダンスアナライザ３０から取り込んだデータ、即ち周波数とその時の静電容量とに基づいて、検査対象の電気光学素子の静電容量の最大値及び共振周波数を求める。また、良否判別基準データ記憶部４５から基準値を読み出し、検査対象の電気光学素子の静電容量の最大値及び共振周波数が、基準値近傍の値であれば、良品と判定すると共に良品である旨の表示を行う。
なお、基準値近傍の値は、前述のように、静電容量の最大値が基準値の±５０％以内、共振周波数が基準値の±１％以内である。
通常、電気光学素子２０の外形寸法は設計時に決定すれば、変更されることは無いので、一度良品判別基準値が得られれば、以降は対象となる電気光学素子２０単体で良否判別ができる。
【００１９】
なお、実施の形態１は、静電容量の周波数特性から静電容量の最大値と共振周波数とを求め、良否判別の基準値にしているが、予め測定しておいた静電容量の周波数特性をそのまま基準データとして記憶させ、即ち図４に示すグラフの各点のデータを基準データとして記憶させ、被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性のデータを各点で基準データと比較して、略同じであれば良品と判別することもできる。
また、静電容量の周波数特性の測定にインピーダンスアナライザを用いているが、周波数特性の測定できる機能がある機種であれば、ＬＣＲメーターでもよい。
また、実施の形態１の電気光学素子はＢｉ12ＧｅＯ20からなるものであるが、Ｂｉ12ＳｉＯ20やＬｉＮｂＯ3 からなる電気光学素子でも、同様に良否が判定できると考えられる。ただし、結晶やその寸法により共振周波数や静電容量は異なる。
また、実施の形態１は、静電容量の周波数特性を測定しているが、他の回路素子成分、例えばインピーダンス（絶対値）の周波数特性やＤの周波数特性を測定しても、同様に電気光学素子の良否を判別することができる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明は以上説明したとおり、電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行い、良品の光電圧センサーを選別する第１の工程、第１の工程で選別された良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性から求まる静電容量の最大値と共振周波数とを良否判別の基準値として測定する第２の工程、及び被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果から求まる静電容量の最大値と共振周波数が第２の工程で得られた静電容量の最大値と共振周波数の基準値近傍の値であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別する第３の工程を含むものであるから、電気光学素子単体で光電圧センサーに適するか否かの判別、つまり良否の判別ができ、不良品を光電圧センサー組立工程に流すことを阻止できる。従って、製造時における歩留まりの向上が図れ、且つ３５０時間も要する温度特性試験回数の削減ができるため、生産性が大幅に改善できるという効果を有する。
【００２１】
また、電気光学素子を使用して電圧を測定するように構成された光電圧センサーの温度特性試験を行って良品の光電圧センサーを選別し、良品の光電圧センサーに使われている電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、得られた静電容量の周波数特性から求まる静電容量の最大値と共振周波数とを基準値として、予め記憶させておく良否判別基準データ記憶部と、被検査電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定し、測定結果から求まる静電容量の最大値と共振周波数とが、良否判別基準データ記憶部から読み出された基準値近傍の値であれば、被検査電気光学素子は良品であると判別する良否判別部とを備えたものであるから、電気光学素子単体で光電圧センサーに適するか否かの判別、つまり良否の判別ができ、不良品を光電圧センサー組立工程に流すことを阻止できる。従って、製造時における歩留まりの向上が図れ、且つ３５０時間も要する温度特性試験回数の削減ができるため、生産性が大幅に改善できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１において電気光学素子の静電容量の周波数特性を測定する測定系の構成を示すブロック図である。
【図２】  光電圧センサーの温度特性試験結果の良品例を説明する説明図である。
【図３】  光電圧センサーの温度特性試験結果の不良品例を説明する説明図である。
【図４】  温度特性試験において良品と判別された光電圧センサーの電気光学素子の静電容量の周波数特性の一例を説明する説明図である。
【図５】  温度特性試験において不良品と判別された光電圧センサーの電気光学素子の静電容量の周波数特性の一例を説明する説明図である。
【図６】  光電圧センサーの作用を説明する説明図である。
【図７】  電気光学素子の正面図である。
【図８】  電気光学素子の平面図である。
【符号の説明】
９  外部接続線、２０  電気光学素子、３０  インピーダンスアナライザ、
３１  測定端子、４０  パーソナルコンピュータ、
４５  良否判別基準データ記憶部、５０  通信ケーブル。
【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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