以下、図面を参照しながら本発明の実施形� ��について詳しく説明する。
 図1は、本発明の第1の実施形態による反射� �の光ファイバ電流センサの構成図を示して� �る。

 図1において、光ファイバ電流センサは、 センサファイバ11と、光サーキュレータ12と� �偏光分離素子13と、ファラデー回転子14と、� ��号処理部15と、を含む。また、信号処理部15 は、受光素子151A,151Bと、バンドパスフィルタ BPF1,BPF2と、ローパスフィルタLPF1,LPF2と、除算 部152A,152Bと、符号反転部153と、可変利得部154 と、加算部155と、を含む。

 センサファイバ11は、測定しようとして� �る被測定電流Iが流れる送電線等の導体100の� ��囲を周回する(囲む)ようにして配置される� �このセンサファイバ11として、好適にはファ ラデー効果の大きさを決めるベルデ定数が大 きい特性を持った光ファイバである、鉛ガラ スファイバを用いることができる。センサフ ァイバ11の一端にはファラデー回転子14が取� �付けられ、他端には金属薄膜の蒸着等によ� �て反射部(ミラー)111が形成されている。ファ ラデー回転子14と偏光分離素子13、偏光分離� �子13と光サーキュレータ12はそれぞれ光ファ� ��バで接続される。光サーキュレータ12は、� �源21から送光ファイバ22を通じて供給される� ��がセンサファイバ11側へ透過する向きに配� �される。信号処理部15は入力部として2つの� �光素子151A,151Bを有する。その1つの受光素子1 51Aは受光ファイバ16Aにより光サーキュレータ 12のセンサファイバ11側からの透過光が出力� �れる端子に接続される。もう1つの受光素子1 51Bは受光ファイバ16Bにより偏光分離素子13に� ��続される。

 このように構成された光ファイバ電流セ� ��サに対して、光源21から発せられた光が送� �ファイバ22および光サーキュレータ12を介し� ��偏光分離素子13へ入射される。この光は、� �光分離素子13によって電界の振動方向が一方 向(偏光分離素子13の主軸方向)にそろった直� �偏光に変換されて、ファラデー回転子14へ入 力される。ファラデー回転子14は、永久磁石� ��この永久磁石によって磁気飽和させられた� ��磁性体結晶である強磁性ガーネットとから� ��り、強磁性ガーネットを通過する光に片道2 2.5度のファラデー回転を付与する。ファラデ ー回転子14を出た直線偏光は、センサファイ� ��11へ入力される。センサファイバ11の周回部 分において、直線偏光は、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� �デー回転を受け、その偏波面が磁界の大き� �に比例したファラデー回転角だけ回転する� �

 センサファイバ11を伝搬する光は、さら� �反射部111で反射されて再び周回部分を通り� �ァラデー回転を受け、ファラデー回転子14へ 入力される。ファラデー回転子14を再び通過� ��ることでさらに22.5度のファラデー回転が与 えられる。つまり、ファラデー回転子14によ� ��、往復で合計45度のファラデー回転が、セ� �サファイバ11を伝搬する光に与えられる。換 言すると、この光ファイバ電流センサでは、 光学バイアスが45度に設定されている。ファ� ��デー回転子14を通過した光は、再び偏光分� �素子13へと導かれ、偏光方向の互いに実質的 に直交(偏光分離素子13の主軸方向とそれに実 質的に垂直な方向)する2つの偏光成分に分離� ��れる。分離された一方の光は光サーキュレ� ��タ12と受光ファイバ16Aを介して受光素子151A� ��よって受光され、その光強度に比例した電� ��信号Pxに変換される。もう一方の光は受光� �ァイバ16Bを介して受光素子151Bによって受光� ��れ、その光強度に比例した電気信号Pyに変� �される。

 ここで、本光ファイバ電流センサで測定� ��る被測定電流Iは、交流電流(交流成分のみ)� ��あるとする。このとき、センサファイバ11� �の光が感じるファラデー効果もこの交流電� �を反映したものとなり、上記の電気信号Pxと Pyは、ともに直流成分と交流成分とを含む(図 2参照)。

 受光素子151Aからの電気信号Pxは、バンド� ��スフィルタBPF1とローパスフィルタLPF1へ入� �される。バンドパスフィルタBPF1は電気信号P xに含まれる交流成分を抽出して除算部152Aへ� ��力し、ローパスフィルタLPF1は電気信号Pxに� ��まれる直流成分を抽出して除算部152Aへ出力 する。除算部152Aは、入力された交流成分を� �流成分で除算することにより得られる交流� �分と直流成分との比を表す信号Sxを加算部155 へ出力する。

 受光素子151Bからの電気信号Pyは、バンドパ� ��フィルタBPF2とローパスフィルタLPF2へ入力� �れる。バンドパスフィルタBPF2とローパスフ� ��ルタLPF2は、上記と同様に、それぞれ電気信 号Pyに含まれる交流成分および直流成分を抽� ��して除算部152Bへ出力する。除算部152Bは、� �力された交流成分を直流成分で除算するこ� �により得られる交流成分と直流成分との比� �表す信号Syを、符号反転部153へ出力する。符 号反転部153は、信号Syの符号を反転して可変� ��得部154へ出力する。可変利得部154は、この� ��力された信号にゲインkを乗ずることにより 得られる信号Sy’を加算部155へ出力する。
 加算部155は、入力された上記2つの信号SxとS y’とを加算し、加算結果の信号Sを出力する� ��

 次に、信号処理部15の詳細な動作原理を数� �を用いて説明する。
 図2は、受光素子151A,151Bで得られる電気信号 PxおよびPy(受光される光の光強度)の特性を表 すグラフである。このグラフにおいて、横軸 はセンサファイバ11へ入力された直線偏光が� ��けるファラデー回転角θであり、縦軸は上� �各電気信号の信号強度Pである。2つの受光素 子151Aと151Bそれぞれに到達する光の光強度は� ��上述の説明のとおり、センサファイバ11に� �いて与えられるファラデー回転角θと、ファ ラデー回転子14により与えられるファラデー� ��転角、即ち光学バイアスの値とによって決� ��る。一般に光学バイアスがその設定値45度� �らδだけ誤差を有している場合を考慮すると 、θの関数として電気信号Px(θ)およびPy(θ)が� ��式(1a)と(1b)により与えられる。
    Px(θ)=1+sin(2δ+2θ)      (1a)
    Py(θ)=1-sin(2δ+2θ)      (1b)

 ここで、被測定電流Iは交流電流であるの で、この被測定電流Iによってセンサファイ� �11中の直線偏光に付与されるファラデー回転 は、角度0度の周りに当該交流電流の周波数� �振動する。この振動の振幅をφとする。また 、図中に、この交流の被測定電流Iによって� �じるファラデー回転角の時間的変化を曲線C� ��表す。

 曲線Cに沿ってファラデー回転角が-φ→0→φ のように時間変化すると、受光素子151Aで得� �れる電気信号Pxは、順次、次のように変化す る。
  Px(-φ)=1+sin(2δ-2φ)
 →Px(0)=1+sin(2δ)
 →Px(φ)=1+sin(2δ+2φ)
 こうして、交流の被測定電流Iに対応して得 られる電気信号Pxは、図中に曲線Pxで示すよ� �に、被測定電流Iと同じ周波数で振動する信� ��となる。この信号は、直流成分の大きさPx(0 )=1+sin(2δ)を有し、交流成分の振幅{Px(φ)-Px(-φ) }/2={sin(2δ+2φ)-sin(2δ-2φ)}/2を有する。光学バイ アスの誤差δとセンサファイバ11によるファ� �デー回転の振幅φが十分小さい(δ,φ≪1)領域� ��は、被測定電流Iを測定した時の電気信号Px� ��直流成分Px _DC と交流成分Px _AC は、それぞれ次の式(2a),(2b)で表すことができ る。
    Px _DC =Px(0)≒1+2δ              (2a)
    Px _AC ={Px(φ)-Px(-φ)}/2≒2φ      (2b)
 上記の式(2a)と式(2b)が、それぞれバンドパ� �フィルタBPF1,ローパスフィルタLPF1から出力� �れる信号である。

 同様に、曲線Cに沿ってファラデー回転角が -φ→0→φのように時間変化したとき、受光素 子151Bで得られる電気信号Pyは、順次、次のよ うに変化する。
  Py(-φ)=1-sin(2δ-2φ)
 →Py(0)=1-sin(2δ)
 →Py(φ)=1-sin(2δ+2φ)
 こうして、交流の被測定電流Iに対応して得 られる電気信号Pyは、図中に曲線Pyで示すよ� �に、被測定電流Iと同じ周波数で振動する信� ��となる。この信号は、直流成分の大きさPy(0 )=1-sin(2δ)を有し、交流成分の振幅{Py(-φ)-Py(φ) }/2={sin(2δ+2φ)-sin(2δ-2φ)}/2を有する。同様にδ, φ≪1が成り立つ領域では、被測定電流Iを測� �した時の電気信号Pyの直流成分Py _DC と交流成分Py _AC は、それぞれ次の式(3a),(3b)で表すことができ る。
    Py _DC =Py(0)≒1-2δ               (3a)
    Py _AC =-{Py(-φ)-Py(φ)}/2≒-2φ     (3b)
 但し、交流成分Py _AC の負号は交流成分Px _AC と位相が反転していることを考慮したもので ある。上記の式(3a)と式(3b)が、それぞれバン� ��パスフィルタBPF2,ローパスフィルタLPF2から� ��力される信号である。

 以上の式(2a),(2b),(3a),(3b)より、加算部155へ 入力される信号SxとSy’はそれぞれ次式(4a),(4b )で表される。

 したがって、加算部155の出力信号Sは次式 (5)で表すことができる。

 上式(5)においてδ,φ≪1として高次の項を� ��視すると、S=2(1+k)φとなるので、この出力信 号Sから被測定電流Iに対応するファラデー回� ��角φを求めることができる。

 ここで、センサファイバ11において付与さ� �るファラデー回転の大きさは、センサファ� �バ11のベルデ定数が温度依存性を有すること に起因して、環境温度の変化に応じて変化す る。また、ファラデー回転子14による光学バ� ��アスも、強磁性ガーネットのベルデ定数が� ��度依存性を有することに起因して、環境温� ��の変化に応じて変化する。これを考慮して� ��センサファイバ11によるファラデー回転の� �幅φと光学バイアスの誤差δが次式(6a),(6b)で� ��される温度依存性を有するものと仮定する� ��
    δ=αT/2            (6a)
    φ=(1+βT)φ ₀         (6b)
 但し、αとβはそれぞれの温度依存係数(既� �の値)、Tは基準温度(例えば20℃)からの温度� �化量、φ ₀ はその基準温度におけるファラデー回転角の 振幅である。

 上式(5)および(6a),(6b)から、加算部155の出� ��信号Sは温度変化Tの関数として次式(7)で表� �ことができる。

 式(7)の分子において、δ,φ≪1の近似の下� ��は温度変化Tの1次の項が2次の項よりも支配� ��である。そこで、温度変化Tの1次の項がゼ� �となるように可変利得部154のゲインkを決め� ��ことで、加算部155から得られる出力信号Sの 温度依存性を低減することが可能である。こ のようなゲインkは、式(7)より次の式(8)のよ� �に求められる。

 したがって、本光ファイバ電流センサの� ��変利得部154には、上式(8)で与えられるゲイ� ��kを設定する。このときの加算部155の出力信 号Sは、次の式(9)のように表される。

 一方、可変利得部154を有しない従来の光� ��ァイバ電流センサにおいては、加算部155の� ��力信号Sは、上式(7)でk=1とおいて次の式(10)� �ように表される。

 このように、式(9)および式(10)の分子に着 目すると、従来の光ファイバ電流センサはフ ァラデー回転角の測定値(出力信号S)が温度変 化に対して1次の依存性を有していたのに対� �、本光ファイバ電流センサはその依存性が2� ��である。そして、δ,φ≪1の領域では温度変� ��の2次の項が1次の項よりも十分に小さい。� �たがって、本光ファイバ電流センサは、測� �されるファラデー回転角の温度依存性を低� �でき、これにより電流測定値の温度依存性� �低減させることが可能となる。

 次に、本発明の第2の実施形態による反射型 の光ファイバ電流センサを図3の構成図を参� �して説明する。
 この光ファイバ電流センサは、上述した図1 の光ファイバ電流センサに、温度センサ17と� ��御部156とを追加して設けた構成のものであ� ��。温度センサ17および制御部156以外の部分� �機能、動作は図1の光ファイバ電流センサと� ��じであるので、説明は省略する。

 図3において、温度センサ17は、光ファイ� ��電流センサ内の所定の箇所、例えばセンサ� ��ァイバ11やファラデー回転子14の近傍に設置 され、当該箇所の温度を計測してその計測さ れた温度を示す信号を制御部156へ供給する。 制御部156は、温度センサ17によって計測した� ��度に応じて可変利得部154のゲインkを可変に 制御する。

 上述した第1の実施形態では、ゲインkを式(8 )で与えられる固定値に設定することにより� �出力信号Sの温度依存性を表す式(7)の分子に� ��いて温度変化Tの1次の項がゼロとなるよう� �した。本実施形態では、式(7)の分母と分子� �含めた全体に対して温度変化Tの影響が補償� ��れるように、ゲインkを温度変化Tの関数と� �て可変値に設定する。具体的には、cを任意� ��定数としたとき、式(7)がS=2cφ ₀ となり温度に依存しなくなるためのゲインk� �、次式(11)のように書き表される。

 そこで、制御部156は、既知の値α,βと、� �度センサ17によって計測された温度から求ま る基準温度からの温度変化Tとから、上式(11)� ��従って当該計測された温度におけるゲインk (T)を算出し、この算出したゲインk(T)を可変� �得部154に設定する。このようにすることに� �り、測定されるファラデー回転角の温度依� �性を更に低減させて、電流測定値の温度依� �性をより一層低減させることができ、環境� �度に影響されない精密な電流測定を行うこ� �が可能になる。なお、温度センサ17はファラ デー回転子14やセンサファイバ11の近傍に設� �してそれらの温度を計測するようにするこ� �が好ましい。

 次に、本発明の第3の実施形態による反射型 の光ファイバ電流センサを図4の構成図を参� �して説明する。
 この光ファイバ電流センサは、上述した図3 の可変利得部154に代えて、加算部155の出力が 入力される可変利得部157を設け、この可変利 得部157のゲインGを制御部156が温度センサ17の 計測温度に応じて可変に制御する構成である 。この構成において、可変利得部157の出力信 号Sは、上述の式(7)の導出過程から明らかな� �うに式(7)のkを1とし右辺にゲインGを乗ずれ� �よいので、次式(12)のように表される。

 本実施形態においても、第2の実施形態と同 様に、式(12)の全体に対して温度変化Tの影響� ��補償されるように、ゲインGを温度変化Tの� �数として可変値に設定する。具体的には、c� ��任意の定数としたとき、式(12)がS=4cφ ₀ となり温度に依存しなくなるためのゲインG� �、次式(13)のように書き表される。

 そこで、制御部156は、既知の値α,βと、� �度センサ17によって計測された温度から求ま る基準温度からの温度変化Tとから、上式(13)� ��従って当該計測された温度におけるゲインG (T)を算出し、この算出したゲインG(T)を可変� �得部157に設定する。このようにすることに� �り、第2の実施形態と同様に、測定されるフ� ��ラデー回転角の温度依存性を更に低減させ� ��、電流測定値の温度依存性をより一層低減� ��せることができ、環境温度に影響されない� ��密な電流測定を行うことが可能になる。

 以上、図面を参照してこの発明の実施形� ��について詳しく説明してきたが、具体的な� ��成は上述のものに限られることはなく、こ� ��発明の要旨を逸脱しない範囲内において様� ��な設計変更等をすることが可能である。

 光ファイバ電流センサは反射型のものに� ��られず、本発明は透過型の光ファイバ電流� ��ンサにも適用することができる。なお、透� ��型の光ファイバ電流センサとは、偏光分離� ��子13と信号処理部15とをセンサファイバ11の� ��源21とは反対側に設けた構成のものである� �透過型の光ファイバ電流センサでは、反射� �の光ファイバ電流センサで用いるファラデ� �回転子14の代わりに、入射した光のうち電界 の振動方向が一方向の成分だけを透過させる 偏光子や、透過する直線偏光の偏波面を所定 角度回転させる波長板などを用いて光学バイ アスを設定する場合があり、この場合には光 学バイアスの誤差δはこれら偏光子や波長板� ��起因するものとなるが、上記説明した原理� ��同じである。

 また、除算部152Bからの信号Syにのみゲイ� ��kを乗ずるものとしたが、除算部152Aからの� �号Sxと除算部152Bからの信号Syそれぞれに異な る係数を乗ずるように信号処理部15を構成し� ��も構わない。