トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験




【発明の名称】 光センサ装置およびそれに用いられる信号処理回路
【発明者】 【氏名】田伐 智

【氏名】石河 大典
【要約】 【課題】フィルタ回路を含まない構成でも正確な計測を行え、その結果ＬＥＤをパルス的に駆動することができて消費電力の少ない光センサ装置を提供する。

【解決手段】光電流センサ信号処理回路１１は、光電流センサ１０が計測対象の電流を検知していないときに、最初光電流センサ１０に所定の強度の直流光を供給し、次にその光の強度を光電流センサ信号処理回路１１に戻ってきた光信号の強度が予め決められた値に等しくなるよう調節する。そして、光電流センサ１０が電流を検知しているときに、光電流センサ１０から出力される光信号を電気的に処理して電流を計測する。これにより、計測対象の電流による以外の強度変調がもたらす計測誤差が除去され、フィルタ回路を備えていなくても正確な計測を行える。フィルタ回路を備えていないため、光センサが電流を検知しているときに、ＬＥＤ１１８をパルス的に駆動して少ない消費電力で計測を行える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 対象とする物理量の変化を光学的に捕捉して計測する光センサ装置であって、供給された光を、計測しようとする物理量の変化に応じて強度変調する光センサと、前記光センサに光を供給し、かつ前記光センサが強度変調して得られた光信号を処理して前記物理量の計測値を求める信号処理回路とを備え、前記信号処理回路は、前記光センサに供給するための光を出力する光出力手段と、前記光センサから出力される光信号を処理して前記物理量を計測する計測手段と、前記光出力手段を制御する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記光センサが前記物理量を検知していない初期モードでは、前記光出力手段から前記光センサに予め決められた強度の直流光を供給させ、前記計測手段に入力される光信号の強度が予め決められた値になるように、当該直流光の強度を調節し、前記光センサが前記物理量を検知する計測モードでは、前記光出力手段から前記光センサに対し、前記初期モードで調整された強度を有するパルス光を供給させ、前記計測手段は、前記光出力手段から前記光センサに前記パルス光が供給されているときに、当該光センサから出力される光信号を電気的に処理して前記物理量を計測することを特徴とする、光センサ装置。
【請求項２】 前記計測手段は、前記光センサが強度変調して得られた光信号を光／電気変換するＯ／Ｅ変換手段と、前記Ｏ／Ｅ変換手段が変換して得られた電気信号をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段が変換して得られたデジタル信号をもとに前記物理量の計測値を算出する演算手段とを含む、請求項１に記載の光センサ装置。
【請求項３】 前記制御手段は、前記計測モードでは、さらに、前記パルス光を供給させる処理に同期して、前記Ｏ／Ｅ変換手段および前記Ａ／Ｄ変換手段を動作／停止させることを特徴とする、請求項２に記載の光センサ装置。
【請求項４】 前記演算手段は、前記光出力手段から前記光センサに前記パルス光が供給されているとき、当該パルス光の強度が低レベルである各期間、動作速度が相対的に遅い省電力モードで動作することを特徴とする、請求項２または３に記載の光センサ装置。
【請求項５】 前記制御手段は、前記光センサが前記物理量を検知していない計測開始前に１度だけ、前記初期モードで動作することを特徴とする、請求項１に記載の光センサ装置。
【請求項６】 対象とする物理量の変化を光学的に捕捉して計測する光センサ装置に用いられる信号処理回路であって、前記光センサ装置には、供給された光を、計測しようとする物理量の変化に応じて強度変調する光センサが設けられ、前記光センサに供給するための光を出力する光出力手段と、前記光センサから出力される光信号を処理して前記物理量を計測する計測手段と、前記光出力手段を制御する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記光センサが前記物理量を検知していない初期モードでは、前記光出力手段から前記光センサに予め決められた強度の直流光を供給させ、前記計測手段に入力される光信号の強度が予め決められた値になるように、当該直流光の強度を調節し、前記光センサが前記物理量を検知する計測モードでは、前記光出力手段から前記光センサに対し、前記初期モードで調整された強度を有するパルス光を供給させ、前記計測手段は、前記光出力手段から前記光センサに前記パルス光が供給されているときに、当該光センサから出力される光信号を電気的に処理して前記物理量を計測することを特徴とする、信号処理回路。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光センサ装置に関し、より特定的には、光を強度変調することにより電流や電圧等の物理量を計測する強度変調型光センサ装置（以下、光センサ装置）およびそれに用いられる信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】光センサ装置は、ファラデー効果やポッケルス効果等を用いて光を強度変調することにより電流、電圧等の物理量の計測を行う装置である（例えば特開昭６２−１５０１７０号公報に記載）。これら光センサ装置は、高耐圧性、高絶縁性の特徴を生かし、電力分野において特に配電線の電流／電圧計測装置や事故検出装置として応用されてきている。また、最近では光センサの高性能化、低コスト化に伴い、汎用の計測器としての応用も考えられており、そのための光センサ信号処理回路の開発も不可欠のものとなっている。
【０００３】図３は、従来の光電流センサ装置の構成の一例を示すブロック図である。図３の装置は、光電流センサ３０および光電流センサ信号処理回路３１を備え、これら光電流センサ３０と光電流センサ信号処理回路３１とが光コネクタ３２を介して光ファイバ３３により接続されている。光電流センサ信号処理回路３１は、Ｏ／Ｅ変換回路３１１、引き算回路３１２、フィルタ回路３１３、ＬＥＤ駆動回路３１４およびＬＥＤ３１５を含む。
【０００４】光電流センサ３０は、図示しない磁気光学結晶を含み、計測しようとする電流（によって生じる磁界）の変化を検知し、検知結果に応じて光を強度変調する。光電流センサ信号処理回路３１は、光電流センサ３０に光（直流光）を供給すると共に、光電流センサ３０が変調して得られた光信号に基づき電流値を算出する。ここで、直流光とは、ＬＥＤ３１５を直流電流で駆動した時の出力光である（以下同様）。
【０００５】ここで、光電流センサ３０がＡＣ電流信号Ｉｓｉｎωｔに対してｍの強度変調率をもつとすると、光電流センサ信号処理回路３１から光電流センサ３０に向けて出力される光の強度Ｐ０と、光電流センサ３０から光電流センサ信号処理回路３１に戻ってきた光信号の強度Ｐとの関係は、次式（１）のようになる。
Ｐ＝αＰ０（１＋ｍ・ｓｉｎωｔ）…（１）
ただし、αは光電流センサ３０、光コネクタ３２、光ファイバ３３等での光透過ロスに対応する係数である。光電流センサ信号処理回路３１は、上式（１）で示される強度Ｐからｍ・ｓｉｎωｔの部分のみを抽出することにより、電流値Ｉｓｉｎωｔ（∝ｍ・ｓｉｎωｔ）を得ている。
【０００６】光電流センサ信号処理回路３１では、Ｏ／Ｅ変換回路３１１が光電流センサ３０からの光信号をＯ／Ｅ変換する。引き算回路３１２は、Ｏ／Ｅ変換回路３１１が変換して得られた電気信号から、予め決められた値（Ｋ）を引き算する。フィルタ回路３１３は、Ｏ／Ｅ変換回路３１１が変換して得られた電気信号からＤＣ成分（Ｖα）を抽出する。ＬＥＤ駆動回路３１４は、ＬＥＤ３１５を駆動するための駆動電流を制御する。ＬＥＤ３１５は、与えられた駆動電流に応じて、光電流センサ３０へ供給するための光を出力する。
【０００７】以下には、図３の装置が電流を計測する基本動作を説明する。最初、光電流センサ信号処理回路３１において、予め決められた初期駆動電流が与えられることにより、ＬＥＤ３１５から光が出力される。こうして光電流センサ信号処理回路３１から強度Ｐ０で出力された光は、光ファイバ３３中を伝搬し光電流センサ３０に入力され、そこで強度変調された後、再び光ファイバ３３中を伝搬して光電流センサ信号処理回路３１に戻ってくる。光電流センサ信号処理回路３１では、戻ってきた光の強度ＰをＯ／Ｅ変換回路３１１が電流値Ｖに変換し、さらに変換して得られた電流値Ｖから引き算回路３１２がＤＣ成分に相当する値Ｋを引き算することにより、ｍ・ｓｉｎωｔが抽出される。
【０００８】上記の基本動作において、電流値Ｖに含まれるＤＣ成分の値Ｖαは、光電流センサ３０、光コネクタ３２、光ファイバ３３等での光透過ロスのため引き算回路３１２で引き算される値Ｋと一致せず、さらにはそれら各構成要素の経年変化等により変動するため、そのままでは正確な電流値Ｉｓｉｎωｔ（∝ｍ・ｓｉｎωｔ）が得られない。そこで、図３の装置では、フィルタ回路３１３を設けてＯ／Ｅ変換回路３１１が変換して得られた電流値ＶからＤＣ成分Ｖαを抽出し、抽出したＶαが常に一定値Ｋと一致するように、ＬＥＤ駆動回路３１４がＬＥＤ３１５の駆動電流を調整する。
【０００９】上記の駆動電流を調整する動作はＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれている。このＡＰＣ動作の結果、上式（１）で示された光電流センサ信号処理回路３１の入出力の関係は、次式（２）のようになる。
Ｐ＝ｋ（１＋ｍ・ｓｉｎωｔ）…（２）
ただし、ｋは定数である。よって、上式（２）で示される強度ＰをＯ／Ｅ変換回路３１１が変換して得られる電流値Ｖは、次式（３）で表される。
Ｖ＝Ｋ（１＋ｍ・ｓｉｎωｔ）…（３）
ただし、Ｋは定数である。
【００１０】さらに、上式（３）で示される電流値Ｖが引き算回路３１２に入力され、そこでＶから一定値Ｋが引き算される。その結果、引き算回路３１２からの出力Ｖｏｕｔは、次式（４）のようになる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ−Ｋ ＝Ｋ・ｍ・ｓｉｎωｔ（∝ｍ・ｓｉｎωｔ）…（４）
こうして、図３の装置は、引き算回路３１２からの出力Ｖｏｕｔにより、電流値Ｉｓｉｎωｔ（∝ｍ・ｓｉｎωｔ）を得ることができる。
【００１１】図４は、従来の光電流センサ装置の構成の別の一例を示すブロック図である。図４の装置は、光電流センサ４０および光電流センサ信号処理回路４１を備え、これら光電流センサ４０と光電流センサ信号処理回路４１とが光コネクタ４２を介して光ファイバ４３により接続されている。光電流センサ信号処理回路４１は、Ｏ／Ｅ変換回路４１１、フィルタ回路４１２、引き算回路４１３、除算回路４１４、ＬＥＤ駆動回路４１５およびＬＥＤ４１６を含む。
【００１２】光電流センサ４０は、図示しない磁気光学結晶を含み、計測しようとする電流（によって生じる磁界）の変化を検知し、検知結果に応じて光を強度変調する。光電流センサ信号処理回路４１は、光電流センサ４０に光を供給すると共に、光電流センサ４０が変調して得られた光信号に基づき電流値を算出する。
【００１３】ここで、光電流センサ４０がＡＣ電流信号Ｉｓｉｎωｔに対してｍの強度変調率をもつとすると、光電流センサ信号処理回路４１から光電流センサ４０に向けて出力される光の強度Ｐ０と、光電流センサ４０から光電流センサ信号処理回路４１に戻ってきた光信号の強度Ｐとの関係は、上式（１）のようになる。光電流センサ信号処理回路４１は、上式（１）で示される強度Ｐからｍ・ｓｉｎωｔの部分のみを抽出することにより、電流値Ｉｓｉｎωｔ（∝ｍ・ｓｉｎωｔ）を得ている。この点で図４の装置は図３の装置と同様であるが、強度Ｐからｍ・ｓｉｎωｔの部分を抽出する仕方が図３の装置と異なっている。
【００１４】光電流センサ信号処理回路４１では、ＬＥＤ駆動回路４１５がＬＥＤ４１６を駆動するための駆動電流を制御する。その際、ＬＥＤ駆動回路４１５は、出力する駆動電流を予め決められた一定値に等しくなるよう制御している。ＬＥＤ４１６は、与えられた駆動電流に応じて、光電流センサ４０へ供給するための光を出力する。Ｏ／Ｅ変換回路４１１は、光電流センサ４０からの光信号をＯ／Ｅ変換する。フィルタ回路４１２は、Ｏ／Ｅ変換回路４１１が変換して得られた電気信号からＤＣ成分（Ｖα）を抽出する。引き算回路４１３は、Ｏ／Ｅ変換回路４１１が変換して得られた電気信号から、フィルタ回路４１２が抽出したＤＣ成分を引き算する。除算回路４１４は、引き算回路４１３が引き算して得られた値をフィルタ回路４１２が抽出したＤＣ成分で除算する。
【００１５】以下には、図４の装置が電流を計測する動作を説明する。最初、光電流センサ信号処理回路４１において、予め決められた一定の駆動電流が与えられると、それに応じてＬＥＤ４１６から光が出力される。こうして光電流センサ信号処理回路４１から強度Ｐ０で出力された光は、光ファイバ３３中を伝搬し光電流センサ４０に入力され、そこで強度変調された後、再び光ファイバ３３中を伝搬して光電流センサ信号処理回路４１に戻ってくる。光電流センサ信号処理回路４１では、戻ってきた強度ＰをＯ／Ｅ変換回路４１１が電流値Ｖに変換する。このＯ／Ｅ変換回路４１１の出力Ｖは、次式（５）のように表される。
Ｖ＝ｋＶ０（１＋ｍ・ｓｉｎωｔ）…（５）
ただし、ｋＶ０は強度Ｐを電流値に変換した時のαＰ０に相当する電流値である。
【００１６】次に、上式（５）で示される電流値Ｖがフィルタ回路４１２に入力される。フィルタ回路４１２は、Ｖから次式（６）で示されるＤＣ成分にあたる電流値Ｖαを抽出する。
Ｖα＝ｋＶ０…（６）
【００１７】次に、Ｏ／Ｅ変換回路４１１の出力Ｖとフィルタ回路４１２の出力Ｖαとが引き算回路４１３に入力され、さらに、この引き算回路４１３からの出力とフィルタ回路４１２からの出力Ｖαとが除算回路４１４に入力される。その結果、除算回路４１４からの出力Ｖｏｕｔは、次式（７）のようになる。

こうして、図４の装置は、除算回路４１４からの出力Ｖｏｕｔにより、電流値Ｉｓｉｎωｔ（∝ｍ・ｓｉｎωｔ）を得ることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、図３および４の装置では、いずれも計測対象の電流による以外の強度変調がもたらす計測誤差が除去され、計測を正確に行うことができる。図３および４以外の従来の光電流センサ装置、あるいは光電圧センサ装置等他の従来の強度変調型光センサ装置においても上記と同様の構成を有する信号処理回路によって所望の物理量の計測を行っている。
【００１９】しかしながら、上記のような各従来の光センサ装置では、いずれも計測中常にＬＥＤが駆動されている。ＬＥＤの駆動には多くの電力を必要とするため、この駆動電流を含め全体として数百ｍＷの電力が光センサ信号処理回路に常時供給されている必要があった。
【００２０】従来の光センサ装置は、配電自動化の一環として設置され、配電線の負荷の監視や事故情報等の検出を主眼として使用されていた。そのため、同一場所に長期間設置されることが多く、必要な電力も常時供給されており問題はなかった。ところが、例えば負荷の監視の場合、最近では様々な場所において負荷の変化などを把握する必要が生じており、そのため常設ではなくどこでも簡単に測定できる可搬性のある光センサ装置が望まれている。このような装置を実現するためには、消費電力を少なくして電池等の容量の限られた電源により装置を動作させることが必要になる。
【００２１】消費電力を少なくするには、例えばＬＥＤをパルス的に駆動することが考えられるが、以下の理由でそれが容易でない。すなわち、光センサ装置では、正確な計測値を得るために、Ｏ／Ｅ変換して得られた電気信号からＤＣ成分を抽出する処理が不可欠である。そのため、従来の光センサ装置はどれも、図３または４の装置がそうであるように、ＤＣ成分抽出のためのフィルタ回路を含んでいる。フィルタ回路は一般に時定数が大きく、信号が入力されてから安定するまでに数秒〜数十秒かかってしまう。よって、従来の光センサ装置では、常時ＬＥＤを駆動させてＤＣ成分を抽出する動作を連続的に行っている必要があり、ＬＥＤをパルス的に駆動することができなかった。
【００２２】それゆえに、本発明の目的は、フィルタ回路を含まない構成でも正確な計測を行え、その結果例えばＬＥＤをパルス的に駆動することができて消費電力の少ない光センサ装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の発明は、対象とする物理量の変化を光学的に捕捉して計測する光センサ装置であって、供給された光を、計測しようとする物理量の変化に応じて強度変調する光センサと、光センサに光を供給し、かつ光センサが強度変調して得られた光信号を処理して物理量の計測値を求める信号処理回路とを備え、信号処理回路は、光センサに供給するための光を出力する光出力手段と、光センサから出力される光信号を処理して物理量を計測する計測手段と、光出力手段を制御する制御手段とを含み、制御手段は、光センサが物理量を検知していない初期モードでは、光出力手段から光センサに予め決められた強度の直流光を供給させ、計測手段に入力される光信号の強度が予め決められた値になるように、当該直流光の強度を調節し、光センサが物理量を検知する計測モードでは、光出力手段から光センサに対し、初期モードで調整された強度を有するパルス光を供給させ、計測手段は、光出力手段から光センサにパルス光が供給されているときに、当該光センサから出力される光信号を電気的に処理して物理量を計測することを特徴としている。
【００２４】上記のように、第１の発明では、信号処理回路は、光センサが計測しようとする物理量を検知していないときに、光センサに予め決められた強度の直流光を供給し、その光の強度を信号処理回路に戻ってきた光信号の強度が予め決められた値に等しくなるように調節する。ここで、直流光とは、発光素子等を直流電流で駆動した時の出力光である。そして、光センサが物理量を検知しているときに、光センサから出力される光信号を電気的に処理して物理量を計測する。これにより、従来と異なり、フィルタ回路を備えていなくても正確な計測を行える。また、フィルタ回路を備えていないため、光センサが物理量を検知しているときに、光センサにパルス光を供給して計測を行うようにでき、その結果、時間的に変動する電流値を正確に、しかも少ない消費電力で計測することができる。
【００２５】第２の発明は、第１の発明において、計測手段は、光センサが強度変調して得られた光信号を光／電気変換するＯ／Ｅ変換手段と、Ｏ／Ｅ変換手段が変換して得られた電気信号をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段が変換して得られたデジタル信号をもとに物理量の計測値を算出する演算手段とを含んでいる。
【００２６】上記のように、第２の発明では、光センサからの光信号をＯ／Ｅ変換した後、さらにＡ／Ｄ変換し、得られたデジタル信号をもとに物理量の計測値を算出するようにしたため、パルス光に適した計測処理を行える。
【００２７】第３の発明は、第２の発明において、制御手段は、計測モードでは、さらに、パルス光を供給させる処理に同期して、Ｏ／Ｅ変換手段およびＡ／Ｄ変換手段を動作／停止させることを特徴としている。
【００２８】上記のように、第３の発明では、Ｏ／Ｅ変換手段およびＡ／Ｄ変換手段もパルス的に動作するため、より少ない消費電力で計測を行える。
【００２９】第４の発明は、第２または３の発明において、演算手段は、光出力手段から光センサにパルス光が供給されているとき、当該パルス光の強度が低レベルである各期間、動作速度が相対的に遅い省電力モードで動作することを特徴としている。
【００３０】上記のように、第４の発明では、演算手段が、計測実行時は動作速度が相対的に速い通常モードで動作し、計測停止時には動作速度が相対的に遅い省電力モードで動作するため、さらに少ない消費電力で計測を行える。
【００３１】第５の発明は、第１の発明において、制御手段は、光センサが物理量を検知していない計測開始前に１度だけ、初期モードで動作することを特徴としている。
【００３２】上記のように、第５の発明では、計測開始前に１度だけＡＰＣを行うため、ＡＰＣに要する消費電力を節約できる。
【００３３】第６の発明は、対象とする物理量の変化を光学的に捕捉して計測する光センサ装置に用いられる信号処理回路であって、光センサ装置には、供給された光を、計測しようとする物理量の変化に応じて強度変調する光センサが設けられ、光センサに供給するための光を出力する光出力手段と、光センサから出力される光信号を処理して物理量を計測する計測手段と、光出力手段を制御する制御手段とを含み、制御手段は、光センサが物理量を検知していない初期モードでは、光出力手段から光センサに予め決められた強度の直流光を供給させ、計測手段に入力される光信号の強度が予め決められた値になるように、当該直流光の強度を調節し、光センサが物理量を検知する計測モードでは、光出力手段から光センサに対し、初期モードで調整された強度を有するパルス光を供給させ、計測手段は、光出力手段から光センサにパルス光が供給されているときに、当該光センサから出力される光信号を電気的に処理して物理量を計測することを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光電流センサの構成を示すブロック図である。図１の装置は、光電流センサ１０、光電流センサ信号処理回路１１、電源ＳＷ（スイッチ）１４および電池１５を備え、光電流センサ１０と光電流センサ信号処理回路１１とが光コネクタ１２を介して光ファイバ１３により接続されている。また、光電流センサ信号処理回路１１と電池１５とは、電源ＳＷ１４によって互いに接続／切断される。なお、図１の装置は、例えば配電線を伝送される電流を任意の位置で計測するのに用いられ、１〜２ｍの棒の一端に光電流センサ１０が設けられると共に、棒の中程に光電流センサ信号処理回路１１、電源ＳＷ１４および電池１５が設けられた構造を有している。作業者は、棒の他端を把持して光電流センサ１０を配電線に近づけ、計測作業を行う。
【００３５】光電流センサ信号処理回路１１は、Ｏ／Ｅ変換回路１１１、引き算回路１１２、Ａ／Ｄ変換回路１１３、アナログ部電源回路１１４、演算処理回路１１５、表示回路１１６、デジタル部電源回路１１７およびＬＥＤ１１８を含む。演算処理回路１１５は、演算部１１５ａ、メモリ１１５ｂおよびＬＥＤ駆動制御部１１５ｃを含んでいる。
【００３６】光電流センサ１０は、図示しない磁気光学結晶を含み、計測しようとする電流（によって生じる磁界）の変化を検知し、検知結果に応じて光を強度変調する。付言すれば、磁気光学結晶では、電流によって生じた磁界の変化に応じて偏光子が回転し、透過光量が変化する。光電流センサ１０は、この磁気光学結晶の性質を利用して電流の変化を光の強度変化に変換している。光電流センサ信号処理回路１１は、光電流センサ１０に光（直流光）を供給すると共に、光電流センサ１０が変調して得られた光信号に基づき電流値を算出する。
【００３７】ここで、光電流センサ１０がＡＣ電流信号Ｉｓｉｎωｔに対してｍの強度変調率をもつとすると、光電流センサ信号処理回路１１から光電流センサ１０に向けて出力される光の強度Ｐ０と、光電流センサ１０から光電流センサ信号処理回路１１に戻ってきた光信号の強度Ｐとの関係は、上式（１）のようになる。光電流センサ信号処理回路１１は、上式（１）で示される強度Ｐからｍ・ｓｉｎωｔの部分のみを抽出することにより、電流値Ｉｓｉｎωｔ（∝ｍ・ｓｉｎωｔ）を得ている。
【００３８】光電流センサ信号処理回路１１では、ＬＥＤ１１８が、与えられた駆動電流に応じて、光電流センサ１０へ供給するための光（直流光）を出力する。Ｏ／Ｅ変換回路１１１は、光電流センサ１０からの光信号をＯ／Ｅ変換する。引き算回路１１２は、Ｏ／Ｅ変換回路１１１が変換して得られた電気信号から、予め決められた値（Ｋ）を引き算する。Ａ／Ｄ変換回路１１３は、引き算回路１１２が引き算して得られたアナログ値をＡ／Ｄ変換する。アナログ部電源回路１１４は、ＬＥＤ１１８、Ｏ／Ｅ変換回路１１１、引き算回路１１２およびＡ／Ｄ変換回路１１３（以下、これら各要素をまとめてアナログ部と呼ぶ）に電源電流を供給する。
【００３９】演算処理回路１１５は、Ａ／Ｄ変換回路１１３がＡ／Ｄ変換して得られたデジタルデータに基づいてＬＥＤ１１８に供給される駆動電流を調節し、またアナログ部電源回路１１４の供給動作を制御する。演算処理回路１１５では、演算部１１５ａが上記の駆動電流調節を行うための演算を行い、メモリ１１５ｂは演算に必要な各種データや演算時の中間データ等を記憶する。ＬＥＤ駆動制御部１１５ｃは、ＬＥＤ１１８を駆動するための駆動電流（直流電流）を制御する。ここでいう制御は、電流値を時間的に変化させる処理、例えば電流値を常に一定値に調整したり（初期モード時）、パルス的に変化させる（計測モード時）などの処理を指す。
【００４０】表示回路１１６は、演算部１１５ａの演算結果等を表示する。デジタル部電源回路１１７は、演算処理回路１１５および表示回路１１６（以下、これら各要素をまとめてデジタル部と呼ぶ）に電源電流を供給する。
【００４１】図２は、図１の装置が電流を計測する動作を示すフローチャートである。以下には、図１の装置が電流を計測する動作を図２を用いて説明する。いま、作業者は、図示しない配電線を伝送される電流を計測しようとしている。作業者は、光電流センサ１０が配電線から離れた位置にある状態で電源ＳＷ１４をＯＮにする。応じて、電池１５から電源電流の供給が開始される（ステップＳ２０１）。電源電流の供給が開始されると、図１の装置は、最初、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う（ステップＳ２０２）。以下、このステップＳ２０２のＡＰＣ動作について詳細に説明する。
【００４２】ステップＳ２０２では、ＬＥＤ駆動制御部１１５ｃが初期モードの状態にあり、最初、その制御によってＬＥＤ１１８に予め決められた初期駆動電流（直流電流）が連続的に供給されると、応じてＬＥＤ１１８から光（直流光）が出力される。なお、先に述べておけば、次のステップＳ２０３では、ＬＥＤ駆動制御部１１５ｃが計測モードの状態に移行し、その制御によってＬＥＤ１１８にステップＳ２０２のＡＰＣの結果得られた、補正後の駆動電流がパルス的に供給され、応じてＬＥＤ１１８からパルス光が出力される。
【００４３】こうして光電流センサ信号処理回路１１から強度Ｐ０で出力された光は、光ファイバ１３中を伝搬し光電流センサ１０に入力され、その後再び光ファイバ１３中を伝搬して光電流センサ信号処理回路１１に戻ってくる。強度Ｐで戻ってきた光は、光電流センサ１０が配電線から離れた位置にあるため強度光変調を受けておらず、ＰとＰ０との関係は、次式（８）のようになる。
Ｐ＝αＰ０ただし、αは光電流センサ１０、光コネクタ１２、光ファイバ１３等での光透過ロスに対応する係数である。
【００４４】つまり、戻ってきた光をＯ／Ｅ変換して得られる電気信号にはＤＣ成分のみ含まれるため、従来のようにフィルタ回路を設けることなく、その電流値を計測するだけでＤＣ成分が得られることになる。
【００４５】次に、光電流センサ信号処理回路１１では、Ｏ／Ｅ変換回路１１１が戻ってきた光の強度ＰをＯ／Ｅ変換し、引き算回路１１２は、変換して得られたアナログ電流値から予め決められた値（Ｋ）を引き算する。次に、Ａ／Ｄ変換回路１１３が、引き算して得られたアナログ電流値をサンプリングによってＡ／Ｄ変換し、得られたデジタルデータを演算処理回路１１５に与える。演算処理回路１１５では、演算部１１５ａが、与えられたデジタルデータに基づいて、引き算回路１１２が引き算して得られるアナログ電流値がゼロとなるような駆動電流値を算出する。算出結果は、メモリ１１５ｂに記憶されると共に、ＬＥＤ駆動制御部１１５ｃに与えられる。
【００４６】ＬＥＤ駆動制御部１１５ｃは、与えられた算出結果に基づいて、ＬＥＤ１１８に与えられる駆動電流値を調節する。その結果、光電流センサ１０が配電線の近傍に移動されて電流の計測が開始されたとき、電流による以外の強度変調がもたらす計測誤差が補正され、正確な計測を行える（後述）。以上でステップＳ２０２のＡＰＣ動作が完了する。以降、図１の装置では、電源が再投入されるまでＡＰＣは実行されない。
【００４７】ここで補足すれば、計測対象の電流による以外の強度変調の大きさは、光ファイバ１３など伝送路の応力経年変化やＬＥＤ１１８、Ｏ／Ｅ変換回路１１１に含まれるＰＤの経年劣化等により長期にわたって徐々に変化していく。よって、配電線に固定し長期間連続して電流計測を行うような従来の装置の場合、常にＡＰＣ動作を行う必要があるが、本発明が目的としているような可搬性のある光電流センサ装置の場合には、連続使用時間は長くても数時間程度であり、その程度の時間内に上記のような変化が起こることはほとんどない。よって、電源ＳＷ１４がＯＮされた直後１回だけＡＰＣ動作を行えば、十分に正確な電流計測が可能である。
【００４８】ステップＳ２０２のＡＰＣ動作が完了すると、表示回路１１６によってその旨が表示される。表示に応じて作業者が光電流センサ１０を配電線近傍に移動させると、図１の装置は、電流計測を開始する（ステップＳ２０３）。以下、このステップＳ２０３の電流計測処理について詳細に説明する。計測開始後、光電流センサ信号処理回路１１に戻ってきた光は、光電流センサ１０によって強度変調を加えられている。
【００４９】光電流センサ信号処理回路１１では、最初、Ｏ／Ｅ変換回路１１１が、戻ってきた光の強度ＰをＯ／Ｅ変換する。次に、引き算回路１１２は、Ｏ／Ｅ変換回路１１１が変換して得られたアナログ電流値から予め決められた値（Ｋ）を引き算する。このとき、引き算して得られたアナログ電流値には、ステップＳ２０２のＡＰＣ動作の結果、光電流センサ１０によって加えられた強度変調に相当するＡＣ成分のみが含まれている。次に、Ａ／Ｄ変換回路１１３は、引き算して得られたアナログ電流値をサンプリングすることによりＡ／Ｄ変換する。そして、変換して得られたデジタルデータが演算処理回路１１５に与えられ、以上でステップＳ２０３の計測処理が完了する。
【００５０】デジタルデータが与えられると、演算処理回路１１５では、演算部１１５ａが最初、アナログ部電源回路１１４に指示してアナログ部（ＬＥＤ１１８、Ｏ／Ｅ変換回路１１１、引き算回路１１２およびＡ／Ｄ変換回路１１３）への電源電流の供給を停止させ（ステップＳ２０４）、次いで、与えられたデジタルデータに基づいて電流値を算出する（ステップＳ２０５）。そして、得られた算出結果が表示回路１１６によって表示される（ステップＳ２０６）。
【００５１】このように、図１の装置では、光電流センサ信号処理回路１１は、光電流センサ１０が計測対象の電流を検知していないときに、光電流センサ１０に予め決められた強度の直流光を連続的に供給し、その光の強度を光電流センサ信号処理回路１１に戻ってきた光信号の強度が予め決められた値と等しくなるように調節する。そして、光電流センサ１０が電流を検知しているときに、光電流センサ１０から出力される光信号を電気的に処理して電流値を計測する。これにより、図１の装置は、図３または４の装置と異なり、フィルタ回路を備えていなくても正確な計測を行える。
【００５２】また、図１の装置では、光電流センサ１０からの光信号をＯ／Ｅ変換した後、さらにＡ／Ｄ変換し、得られたデジタル信号をもとに電流の計測値を算出するようにしたため、パルス光に適した計測処理を行える（後述）。
【００５３】さらに、図１の装置では、計測終了後、アナログ部、特にＬＥＤ１１８への電源電流の供給を停止するようにしたため、消費電力が少なくなる。
【００５４】さて、図１の装置は、時定数の大きなフィルタ回路を含まない構成であるため、例えば以下のようにしてパルス的な計測を行える。すなわち、ステップＳ２０６の算出結果表示が開始された時点で、演算部１１５ａが省電力モードに移行する（ステップＳ２０７）。演算部１１５ａは、省電力モードでは動作速度が移行前の通常モードの場合よりも遅くなり、消費電力が少なくなる。算出結果の表示は、演算処理回路１１５から表示回路１１６への指示があるまで継続して行われる。
【００５５】次に、演算部１１５ａは、省電力モードに移行してから予め設定された時間（例えば１秒）が経過したか否かを判断し（ステップＳ２０８）、経過した時点で通常モードに移行する（ステップＳ２０９）。さらに、演算部１１５ａは、電源ＳＷ１４がＯＦＦされたか否かを判断し（ステップＳ２１０）、ＯＦＦされていなければ、アナログ部電源回路１１４に指示してアナログ部への電源電流の供給を再開させる（ステップＳ２１１）。その後、ステップ２０３の処理に戻り、上記の動作が繰り返される。電源ＳＷ１４がＯＦＦされた場合には、動作を停止する。上記のパルス的な計測とは、こうして計測実行／停止を繰り返すことをいう。
【００５６】なお、繰り返し時のステップＳ２０３の計測では、ＬＥＤ駆動制御部１１５ｃは、ＬＥＤ１１８に与えられる駆動電流値を制御メモリ１１５ｂに記憶されている値に等しくなるよう制御する。
【００５７】こうしてパルス的な計測動作を行うことにより、図１の装置は、時間的に変動する電流値を正確に、しかも少ない消費電力で計測することができる。なお、上記のような１秒周期程度のパルス的な動作であっても、連続的な動作と比べて計測装置としての機能に何ら不足はない。なぜなら計測時、光電流センサ１０に磁界を検知させてから計測値が表示され、さらに作業者がそれを読み取るまでに通常、少なくとも数秒を要するからである。
【００５８】なお、本実施形態では、図１に示すような、光電流センサ１０を備えた光電流センサ装置について説明したが、光電圧センサを備えた光電圧センサ装置であってもよい。さらには、他の物理量の変化に応じて光を強度変調するような光センサを備えた装置であれば、どのような光センサ装置であってもよい。いずれの装置でも、図１の光電流センサ信号処理回路１１と同様の回路構成で信号処理回路を実現できる。
【００５９】また、本実施形態では、光電流センサ１０に供給する光を出力する素子としてＬＥＤ１１８を用いているが、ＬＤなど他の発光素子を用いてもよい。
【００６０】また、本実施形態では、ＡＰＣと計測とを同一の処理系で行っているが、ＡＰＣを行う系と、計測を行う系と別々に設けてもよい。
【００６１】また、本実施形態では、ステップＳ２０２のＡＰＣ動作において、ＡＣアナログ信号のダイナミックレンジを大きくする目的で、ＡＣアナログ信号から一定値（Ｋ）を引き算回路１１２で引き算し、引き算結果のアナログ電流値がゼロとなるようにＬＥＤ１１８の駆動電流値を調整する構成としたが、引き算回路１１２を用いず、Ｏ／Ｅ変換回路１１１の出力があらかじめ決められたアナログ電流値となるように、ＬＥＤ１１８の駆動電流値を調整する構成としてもよい。
【００６２】また、本実施形態では、電源ＳＷ１４がＯＮされた直後１回のみ自動的にＡＰＣ動作を行っているが、光電流センサ信号処理回路１１にリセットＳＷをさらに設け、光電流センサ１０が磁界を検知していない状態で作業者がこのリセットＳＷを押すことにより、任意のタイミングでＡＰＣ動作を行えるようにしてもよい。
【００６３】また、本実施形態では、ＡＰＣ動作後、一定時間毎にパルス的に計測動作を行っているが、光電流センサ信号処理回路１１に計測ＳＷをさらに設け、電源ＳＷ１４がＯＮされＡＰＣ動作が行われた後、アナログ部への電源電流の供給が停止されかつ演算部１１５ａも省電力モードに移行した状態で作業者によって計測ＳＷが押されたときにのみ、演算部１１５ａが通常モードに移行しかつアナログ部への電源電流の供給が開始されるようにしてもよい。この場合、作業者が計測ＳＷを押したときのみ計測が行われるため、消費電力がさらに少なくて済む。
【００６４】さらに、本実施形態では、演算処理回路１１５がアナログ部電源回路１１４を制御してアナログ部への電源電流の供給を停止／開始させているが、アナログ部自体が省電力モードを有し、演算処理回路１１５が直接的にアナログ部のモード切替を行うようにしてもよい（例えば、ＬＥＤ１１８の発光動作を停止させる場合、ＬＥＤ駆動制御部１１５ｃが駆動電流値をゼロに制御し、発光動作を行わせる場合には、メモリ１１５ｂに記憶された値に等しくなるよう制御するなど）。
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）１１月２８日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】小笠原 史朗
【公開番号】 特開平１１−１６０３６４
【公開日】 平成１１年（１９９９）６月１８日
【出願番号】 特願平９−３２７８７９