光による計測装置

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【発明の名称】	光による計測装置
【発明者】	【氏名】水谷雄二【氏名】高橋正雄【氏名】寺井清寿
【要約】	【課題】計測環境の温度状況が厳しくとも、経済的および構造的に優れた計測誤差補正を行い、高精度の計測が可能であり、しかも、絶縁性および誘導ノイズに対する強さを維持できる光による計測装置を提供する。【解決手段】光学センサ１０には、２本の同巻回数の石英ガラス光ファイバ６および鉛ガラス光ファイバ７が導体１を取り囲むようにして設けられている。また、計測ユニット１３内の信号処理回路１６には光ファイバ６，７の出力差を求める出力差演算部２４と、前記出力差に応じて温度の補正係数を選択する補正係数選択部２５と、光ファイバ６，７からの出力に対し前記補正係数を乗じて温度による計測誤差を補正する計測誤差補正部２６と、出力差および補正係数を記憶する記憶部２７とが設けられている。

【特許請求の範囲】
【請求項１】被計測対象物の周囲に直線偏光の光を通過させる光学センサが設けられ、この光学センサからの出力に基づいて被計測対象物の物理量あるいは化学量を計測する光による計測装置において、前記光学センサには温度特性の異なる少なくとも２種類以上の光学素子が設けられ、前記被計測対象物の計測環境における雰囲気温度ごとに前記光学素子同士の出力差を求める出力差演算手段と、前記出力差に応じて温度の補正係数を選択する補正係数選択手段と、前記光学素子からの出力に対し前記補正係数を乗じて計測環境における雰囲気温度による計測誤差を補正する計測誤差補正手段とが設けられたことを特徴とする光による計測装置。
【請求項２】前記光学素子同士の出力差に対応する前記補正係数を記憶する記憶手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の光による計測装置。
【請求項３】前記光学素子がシリコンゴム製の支持具により支持されたことを特徴とする請求項１または２記載の光による計測装置。
【請求項４】前記光学素子がアクリル樹脂およびシリコンゴムのうち、少なくとも一方を含む被覆材料により被覆されたことを特徴とする請求項１、２または３記載の光による計測装置。
【請求項５】前記光学素子には前記光学素子からの出力を１つずつ順番に送出する光スイッチが取付けられことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の光による計測装置。
【請求項６】前記光学素子が捻られた光ファイバから構成されたことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の光による計測装置。
【請求項７】前記光学素子が光ファイバから構成され、光ファイバごとに巻回数が異なるように構成されたことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の光による計測装置。
【請求項８】前記光ファイバごとに異なる巻回数の比が、各光ファイバからの出力の感度の比と同じになるように設定されたことを特徴とする請求項７記載の光による計測装置。
【請求項９】前記光学素子が光学ブロックから構成され、光学ブロックごとに長さが異なるように構成されたことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の光による計測装置。
【請求項１０】前記光学ブロックごとに異なる長さの比が、各光学ブロックからの出力の感度の比と同じになるように設定されたことを特徴とする請求項９記載の光による計測装置。
【請求項１１】前記光学素子にはファラデ－効果あるいはポッケルス効果を示す光学材料として少なくとも、石英ガラス、鉛ガラス、Ａｓ₂Ｓ₂、ＦＲ－５ガラス、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀、Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂、ＹＩＧ、ＬｉＮｂＯ₃が含まれたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０記載の光による計測装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被計測対象物における物理量や化学量を光を用いて計測する計測装置に係り、特に、温度の高低が大きい計測環境に適した光による計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光を利用して、被測定対象物における電圧・電流・圧力・変位・放射線量・角速度などの物理量や化学量を計測する光による計測装置が知られている。具体的には、特願平６－１０７３号公報で開示されるように、高電圧系統に使用されるガス絶縁開閉装置の電流計測装置などに広く適用されている。光による電流計測装置では、被計測対象物である導体の周囲に光ファイバを設置し、ここに直線偏光の光を通過させ、導体に流れる電流によって生じるファラデ－効果の旋光角θを測定することにより、この旋光角θに基づいて通電電流を計測している。
【０００３】［光による計測装置の原理］光ファイバによる電流計測に際しては、磁器光学効果あるいはファラデー効果と呼ばれる下記の式（１）が利用されている。すなわち、【数１】θ＝Ｖ×ｎ×Ｉ……（１）
θ：旋光角Ｖ：光ファイバのベルデ定数ｎ：光ファイバの巻回数Ｉ：被計測電流値をあらわす記号である。
【０００４】つまり、光ファイバを通過した光の旋光角θを、式（１）に示したベルデ定数Ｖと光ファイバの巻回数ｎで除算することによって、電流値Ｉを求めることができる。なお、電流以外の物理量や化学量を計測する装置についても、概ね上記式（１）と同じような関係式が存在するので、この関係式に基づいて被計測対象物の物理量や化学量を計測することができる。
【０００５】［光による電流計測装置の構成］続いて、ガス絶縁開閉装置の電流計測に適用される光による電流計測装置の従来例について、図６および図７を用いて詳しく説明する。図６はガス絶縁開閉装置に設置された光による電流計測装置の外観を示しており、図７は光による電流計測装置のシステム構成を示している。
【０００６】図６に示すように、ガス絶縁開閉装置には導体１および絶縁媒体を収納してなる絶縁密閉タンク２が設けられている。絶縁密閉タンク２のうち、隣接する２つの管状タンク３ａ，３ｂ端部のタンクフランジ４ａ，４ｂ間には絶縁スペーサ５が取付けられ、両側の管状タンク３ａ，３ｂが空間的に分離されている。そして、この絶縁スペーサ５と一方のタンクフランジ４ａとの間に、フランジ状に形成された光学センサ１０が配設されている。この光学センサ１０は絶縁スペーサ５と共に、両側のタンクフランジ４ａ，４ｂに固定されている。
【０００７】図７に示すように、光学センサ１０は光ファイバ２０と光学ボックス３０とから構成されている。光ファイバ２０は導体１の周囲に巻回状態で配置されており、光の入射側端部に光学ボックス３０が接続され、光の出射側端部には鏡からなる反射材２１が配置されている。また、光学ボックス３０は送光用光ファイバ１１および受光用光ファイバ１２ａ，１２ｂを介して後述する計測ユニット１３に接続されている。
【０００８】さらに、光学ボックス３０には、レンズ３１ａ～３１ｄ、偏光子３２、検光子３３ａ，３３ｂ、およびビームスプリッタ３４ａ，３４ｂが収納されている。このうち、レンズ３１ａ、偏光子３２、ビームスプリッタ３４ａ、およびレンズ３１ｂは、送光用光ファイバ１１からの入射光をホルダ３５を介して光ファイバ２０に導くようにこの順で配設されている。
【０００９】ビームスプリッタ３４ｂは、光ファイバ２０から戻されてビームスプリッタ３４ａで反射する光の光路上に配設されている。ビームスプリッタ３４ｂで２分割された各光路上には、検光子３３ａとレンズ３１ｃおよび検光子３３ｂとレンズ３１ｄが、各受光用光ファイバ１２ａ，１２ｂに光を導くようにしてそれぞれ配設されている。このうち、検光子３３ａ，３３ｂは、互いに直交するように配置されている。
【００１０】光学センサ１０から十分離れた位置に計測ユニット１３が配置されている。すでに述べたように、計測ユニット１３は送光用光ファイバ１１および受光用光ファイバ１２ａ，１２ｂにより光学センサ１０と接続されている。計測ユニット１３内には光源１４、検出部１５、信号処理回路１６および出力端子１７が収納されている。このうち、光源１４が送光用ファイバ１１に、検出部１５が受光用ファイバ１２ａ，１２ｂにそれぞれ接続されている。
【００１１】光源１４は計測用のレーザ光を出力するレ－ザ－ダイオ－ドもしくはス－パ－ルミネセントダイオ－ドから構成されている。また、検出部１５は２つの検出器１５ａ，１５ｂから構成され、光学センサ１０からの出力を取込んでレーザ光の旋光角θを検出するように構成されている。さらに、信号処理回路１６は検出部１５からの出力を演算し、導体１の通電電流値を算出するように構成されている。また、出力端子１７は信号処理回路１６からの演算結果を外部に出力するようになっている。
【００１２】［光による電流計測装置の動作］以上のような構成を有する光による電流計測装置の動作は次の通りである。すなわち、計測ユニット１３の光源１４がレーザ光を出力すると、送光用光ファイバ１１がレーザ光を光学ボックス３０に導く。光学ボックス３０においては、まずレンズ３１ａがレーザ光を平行ビームに変換し、偏光子３２がこの平行ビームを直接偏光化する。その後、ビームスプリッタ３４ａが偏光化したレーザ光をレンズ３１ｂに送り、レンズ３１ｂがホルダ３５を介して光ファイバ２０の入射端部にレーザ光を集光する。
【００１３】光ファイバ２０はレーザ光を通過させ、出射端部から反射材２１に出力する。反射材２１は光ファイバ２０から出てきたレーザ光を光ファイバ２０の出射端部へと反射し、光ファイバ２０は反対方向にレーザ光を通過させて、再びホルダ３５から光学ボックス３０へと戻す。光学ボックス３０ではレンズ３０ｂが戻ってきたレーザ光をビームスプリッタ３４ａに送り、ビームスプリッタ３４ａがこれをビームスプリッタ３４ｂへと反射する。ビームスプリッタ３４ｂはレーザ光を２分割し、一方のレーザ光を検光子３３ａ、レンズ３１ｃを介して受光用ファイバ１２ａへと導き、他方のレーザ光を検光子３３ｂ、レンズ３１ｄを介して受光用ファイバ１２ｂへと導く。
【００１４】各受光用光ファイバ１２ａ，１２ｂはそれぞれ、計測ユニット１３の各検出器１５ａ，１５ｂにレーザ光を出力し、各検出器１５ａ，１５ｂはレーザ光の旋光角θを検出してこれを電気信号に変換し、信号処理回路１６に送る。信号処理回路１６は信号化されたレーザ光の旋光角θを演算処理し、導体１の通電電流値を算出し、出力端子１７がこの演算結果を外部に出力する。
【００１５】上記のような光による電流計測装置では、計測ユニット１３内の検出部１５にてレーザ光の旋光角θを測定し、信号処理回路１６が導体１の通電電流値を求めることができる。このような電流計測装置によれば、使用される光ファイバが材質的にはガラスなので優れた電気絶縁性を発揮することができる。しかも、光ファイバを通過する光信号を測定するため、電磁誘導ノイズや静電誘導ノイズに強く、高電界下でも誘導を受けることがない。したがって、送変電系統などの３０万Ｖ以上もの超高電圧系統におけるガス絶縁開閉装置に対しても適用することが可能である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の光による電流計測装置には次のような問題点があった。すなわち、上述した式（１）に示したベルデ定数Ｖは温度に依存する定数である。そのため、電流計測装置が設置される周辺の温度が極端に高温あるいは低温である場合、計測誤差が大きくなり、計測精度の劣化を招いた。
【００１７】例えば、光による電流計測装置を送変電系統のガス絶縁開閉装置に適用した場合、計測装置は屋外で使用するので直射日光を浴び、さらに通電電流による導体の発熱を原因として、電流計測装置の周辺温度が１００℃を越えることがある。また、高緯度の地方で計測装置を使用した場合には装置の周辺温度が－４０℃もの低温に達することもあった。ガス絶縁開閉装置に適用される光による計測装置の基準温度は、通常２５℃程度であるため、上記のような厳しい環境下では、計測誤差が大きくなって計測精度が大きく劣化するおそれがある。なお、このような不具合はガス絶縁開閉装置に適用される電流計測装置に限らず、計測環境が厳しければ、光による計測装置が共通して抱える問題である。
【００１８】以上の問題点を改善するための手段としては、計測装置に対して空調装置や電子冷却装置あるいは加熱装置といった温度調節機器を取付け、計測装置の周辺温度を一定に保つことが考えられている。また、別の手段として、熱電対や側温抵抗体などの温度測定機器を用いて計測装置の周辺温度を計測し、測定した温度に基づいて計測した電流値を補正することが提案されている。
【００１９】しかしながら、上段の光による計測装置では温度調節機器や温度測定機器が付随するため、単に設備費用がかかる、装置が大形化するという不具合が生じた。しかも、付随した機器が電気絶縁性を低下させ、且つ電磁誘導ノイズおよび静電誘導ノイズの影響を受けることになる。その結果、光による計測装置の最大の特徴である電気絶縁性の高さと電磁誘導ノイズおよび静電誘導ノイズに対する強さを十分に生かすことが困難となった。
【００２０】以上述べたように、従来技術においては、計測装置の設置される周辺温度が基準温度を越えて極めて高い、あるいは極めて低いというような計測環境が厳しい状況下にあっては、温度に依存する定数を利用しているため、計測誤差が増大して計測精度が劣化した。また、温度の高低による計測誤差を補正するために、温度調節機器を設置したり、温度測定機器を設置したりすると、経済的に不利になり、構造的にも大形化するばかりか、光による計測装置の重要な利点である絶縁性や誘導ノイズに対する強さが低下した。
【００２１】本発明は、以上のような問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、計測環境の温度状況が厳しくとも、経済的および構造的に優れた計測誤差補正を行い、高精度の計測が可能であり、しかも、絶縁性および誘導ノイズに対する強さを維持できる光による計測装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１の発明は、被計測対象物の周囲に直線偏光の光を通過させる光学センサが設けられ、この光学センサからの出力に基づいて被計測対象物の物理量あるいは化学量を計測する光による計測装置において、前記光学センサには温度特性の異なる少なくとも２種類以上の光学素子が設けられ、前記被計測対象物の計測環境における雰囲気温度ごとに前記光学素子同士の出力差を求める出力差演算手段と、前記出力差に応じて温度の補正係数を選択する補正係数選択手段と、前記光学素子からの出力に対し前記補正係数を乗じて計測環境における雰囲気温度による計測誤差を補正する計測誤差補正手段とが設けられたことを特徴とする。
【００２３】以上のような構成を有する請求項１の発明では、被計測対象物の物理量あるいは化学量を計測する場合、まず光学素子が被計測対象物の物理量あるいは化学量を計測し、出力差演算手段が被計測対象物の計測環境における雰囲気温度ごとに、光学素子間の出力差を求める。そして、補正係数選択手段は前記出力差に応じて温度の補正係数を選択し、計測誤差補正手段が光学素子からの出力に前記補正係数を乗じて計測環境における雰囲気温度による計測誤差を補正する。これにより、計測装置の設置される周辺温度が基準温度を越えて極めて高かったり、あるいは極めて低かったりしても、適正な補正を行うことができ、高い精度で被計測対象物の物理量あるいは化学量を計測することができる。
【００２４】また、請求項１の発明においては、計測誤差を補正するために、温度調節機器や温度測定機器を設置する必要がないので、経済的に有利であり、且つ構造的にもコンパクトにすることができる。しかも、光による計測装置の重要な利点である電気絶縁性や誘導ノイズに対する強さを維持することができる。
【００２５】請求項２の発明は、請求項１記載の光による計測装置において、前記各光学素子同士の出力差に対応する前記補正係数を記憶する記憶手段が設けられたことを特徴とする。以上のような請求項２の発明では、記憶手段に光学素子同士の出力差に対応する補正係数を記憶しておくことができる。そのため、実際に被計測対象物の物理量あるいは化学量を計測する際に、記憶手段から出力差に応じて補正係数を取出すことにより、計測誤差補正手段が迅速に計測誤差の補正を行うことができる。
【００２６】請求項３の発明は、請求項１または２記載の光による計測装置において、前記光学素子がシリコンゴム製の支持具により支持されたことを特徴とする。請求項４の発明は、請求項１、２または３記載の光による計測装置において、前記光学素子がアクリル樹脂およびシリコンゴムのうち、少なくとも一方を含む被覆材料により被覆されたことを特徴とする。
【００２７】以上のような請求項３、４の発明では、光学素子をシリコンゴム製の支持具で支持したり、光学素子をアクリル樹脂およびシリコンゴムのうち、少なくとも一方を含む被覆材料で被覆したりすることにより、温度が室温付近まで下がっても複屈折の発生を抑えることができ、低温特性を向上させることができる。
【００２８】請求項５の発明は、請求項１、２、３または４記載の光による計測装置において、前記光学素子には前記光学素子からの出力を１つずつ順番に送出する光スイッチが取付けられたことを特徴とする。以上のような請求項５の発明では、光スイッチが光学素子からの出力を１つずつ順番に送出するため、どの光学素子からの出力なのかを即座に判定することができる。
【００２９】請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５記載の光による計測装置において、前記光学素子が捻られた光ファイバから構成されたことを特徴とする。以上のような請求項６の発明では、光ファイバが捻られているため、複屈折を低減させることができ、光ファイバからの出力精度を高めることができる。
【００３０】請求項７の発明は、請求項１、２、３、４または５記載の光による計測装置において、前記光学素子が光ファイバから構成され、光ファイバごとに巻回数が異なるように構成されたことを特徴とする。請求項８の発明は、請求項７記載の光による計測装置において、前記光ファイバごとに異なる巻回数の比が、各光ファイバからの出力の感度の比と同じになるように設定されたことを特徴とする。請求項９の発明は、請求項１、２、３、４または５記載の光による計測装置において、前記光学素子が光学ブロックから構成され、光学ブロックごとに長さが異なるように構成されたことを特徴とする。請求項１０の発明は、請求項９記載の光による計測装置において、前記光学ブロックごとに異なる長さの比が、各光学ブロックからの出力の感度の比と同じになるように設定されたことを特徴とする。
【００３１】以上のような請求項７、８、９、１０の発明では、光ファイバごとに巻回数を変えたり、あるいは光学ブロックごとに長さを変えることにより、大きさの異なる物理量および化学量を計測することができる。しかも、請求項８、１０の発明では、光ファイバの巻回数比あるいは光学ブロックの長さの比を、光ファイバからの出力感度の比と同じに設定しているので、光ファイバ同士の出力を近い数値にすることができ、デ－タの取扱いを容易にすることができる。
【００３２】請求項１１の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０記載の光による計測装置において、前記光学素子にはファラデ－効果あるいはポッケルス効果を示す光学材料として少なくとも、石英ガラス、鉛ガラス、Ａｓ₂Ｓ₂、ＦＲ－５ガラス、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀、Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂、ＹＩＧ、ＬｉＮｂＯ₃が含まれたことを特徴とする。以上のような請求項１１の発明では、ファラデ－効果あるいはポッケルス効果を示す光学材料は、それぞれ光学定数の温度特性が異なるので、２種類以上の光学材料を組合わせるだけで、異なる温度特性の持つ光学センサを簡単に獲得することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】（１）構成以下、本発明の実施の形態の一例について、図面を参照して具体的に説明する。本実施形態は、請求項１～６を包含するものであり、図６および図７に示した従来例と同様、ガス絶縁開閉装置の電流計測に適用される光による電流計測装置である。そのため、図６および図７に示した従来例と同一の部材に関しては同一符号を付し、説明は省略する。また、図１は本実施形態のシステム構成の要部を示すブロック図、図２は本実施形態のシステム構成を示すブロック図、図３は本実施形態の光ファイバの取付状態を示す断面図、図４は図３の一部拡大図、図５は本実施形態の２つの光ファイバの出力を温度補正を行わずに、温度を変化させて記録したグラフである。なお、本実施形態にかかる光による電流計測装置は、定格測定電流８０００Ａの計測装置であり、計測の基準温度は２５℃でとされている。
【００３４】本実施形態の光学センサ１０には、図７に示した従来の光ファイバ２０に代えて、２本の同巻回数の光ファイバ、すなわち石英ガラス光ファイバ６および鉛ガラス光ファイバ７が導体１を取り囲むようにして設けられている。光ファイバ６，７は、アクリル樹脂およびシリコンゴムを２重にコーティングすると共に捻って構成されている（図１および図２参照）。
【００３５】図２に示すように、光ファイバ６，７はそれぞれホルダ３５およびレンズ３１ｂを介して光学ボックス３０内の光スイッチ３６に取付けられている。この光スイッチ３６は光ファイバ６，７からの出力を交互に読取り、これを送出するように構成されている。また、光スイッチ３６には同期信号線１８が設けられており、この同期信号線１８を介して計測ユニット１３内の信号処理回路１６に接続されている。なお、光スイッチ３６からの出力は従来例と同じように、光学ボックス３０および受光用光ファイバ１２ａ，１２ｂを通過して計測ユニット１３に伝送されるようになっている。
【００３６】また、図１に示すように、計測ユニット１３内の信号処理回路１６には光ファイバ６，７の出力差を求める出力差演算部２４と、前記出力差に応じて温度の補正係数を選択する補正係数選択部２５と、光ファイバ６，７からの出力に対し前記補正係数を乗じて温度による計測誤差を補正する計測誤差補正部２６と、出力差および補正係数を記憶する記憶部２７とが設けられている。
【００３７】続いて、図３および図４を用いて光ファイバ６，７の取付状態を説明する。光ファイバ６，７は、凹部９ａを有するシリコンゴム製の支持具９に２本同時に巻回されており、上方から凹部９ａに対応した凸部を有するシリコンゴム製の押さえ具８が凹部９ａにはめこまれている。そして、押さえ具８および支持具９に挟まれた状態のまま、接着剤２２により巻枠２０に接着され、巻枠２０が光学センサ１０に組込まれている。巻枠２０は粉末状のアルミナを充填したエポキシ樹脂から構成されており、ガスケット２３が設置されている。
【００３８】（２）作用図５のグラフは、雰囲気温度を変化させながら、導体１に対して、本実施形態にかかる電流計測装置の定格電流である８０００Ａの一定の交流電流を流し、２つの光ファイバ６，７のそれぞれの出力値を信号処理して電流値に変換した値を示している。ここでの値は、温度補正をする前の値を示したもので、横軸に計測時の雰囲気温度を、縦軸に２つの光ファイバで計測した被測定電流値を示している。
【００３９】図５から判るように２つの光ファイバ６，７の出力は、いずれも計測の基準温度とした２５℃で、定格電流である８０００Ａを示すが、次の表１に示したベルデ定数の温度特性に一致して両者の出力が変化する。すなわち、２つの異なった光学材料の光ファイバ６，７の出力差は、光学材料のベルデ定数の温度特性の違いに一致して一定した違いがある。
【００４０】
【表１】

本実施形態では、信号処理回路１６の出力差演算部２４により、あらかじめ図５に示した雰囲気温度ごとの２つの光ファイバ６，７の出力差△Ｖを求めておき、補正係数選択部２５がこの出力差△Ｖに応じて温度の補正係数を選択し、さらに記憶部２７が出力差△Ｖに対応した補正係数を記憶しておくことができる。
【００４１】そして、実際に導体１の通電電流量を計測する際には、まず信号処理回路１６にて光ファイバ６，７の出力を電流値に変換し、出力差演算部２が光ファイバ６，７の出力差△Ｖを求めると、この出力差△Ｖに対応した補正係数を記憶部２７より読出し、計測誤差補正部２６光ファイバ６，７の一方の電流値に乗算することにより、計測誤差の補正を迅速に行うことができる。これにより、計測装置の設置される周辺温度が基準温度２５℃を越えて極めて高かったり、あるいは極めて低かったりしても、適正な補正を行うことができ、高い精度で導体１の通電伝電流値を計測することが可能となる。
【００４２】また、本実施形態においては、光スイッチ３６が光ファイバ６，７からの出力を交互に読取り、これを同期信号線１８を介して計測ユニット１３内の信号処理回路１６に送出するため、光スイッチ３６からの出力と信号処理回路１６の信号処理のタイミングを同期させることができる。したがって、計測ユニット１３の読取る出力が光ファイバ６，７からのものかを即座に判定することができる。
【００４３】さらに、本実施形態では光ファイバ６，７をシリコンゴム製の押さえ具８および支持具９で挟み、光ファイバ６，７をアクリル樹脂およびシリコンゴムを２重にコーティングする上に捻った構成としているため、温度が室温付近まで下がっても複屈折の発生を抑えることができ、低温特性を向上させつつ、光ファイバ６，７からの出力精度を高めることができる。
【００４４】（３）効果以上のような本実施形態によれば、計測時の雰囲気温度が基準温度より変化する環境、具体的には送変電設備や変電所や配電盤での電流測定や高温機器における電流測定においても、スピーディに計測誤差を補正し、真の電流値を求めることができるため、極めて高い計測精度を発揮することができる。しかも、計測誤差補正手段として、温度調節機器や温度測定機器が不要であるため、経済的にも有利であり、且つ構造的にもコンパクト化が促進する。さらに、光による計測装置の重要な利点である電気絶縁性や誘導ノイズに対する強さを維持することができる。
【００４５】（４）他の実施形態なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、次のような実施形態も包含する。すなわち、上記本実施形態では２種類の光ファイバ６，７について同じ巻回数で行ったが、請求項８に対応した実施形態として、表１に示した鉛と石英ガラスのベルデ定数の違いにの比、つまり１．４６２×１０^-5／２．４８×１０^-6＝５．９となることから、巻回数を１：６にして２つの光ファイバ６，７から得られる出力の換算係数（感度）を同じにものも提案することができる。このような実施形態によれば、得られる旋光角の数値が近い値にすることができるため、デ－タの取り扱いを容易にした上で、温度に対する測定の精度を向上させることができる。
【００４６】逆に、２種類の光ファイバ６，７の巻回数を変えることで、別の効果を発揮させることも可能である。例えば、送変電用の電流計測器として用いる場合、通常、定格電流計測用（例えば、８０００Ａの電流の計測）と、短絡保護用（例えば、６３０００Ａの電流の計測）とを、一箇所の電流計測位置において、大きさの異なる２種類の電流値を計測する必要がある。
【００４７】この時、例えば、電流計測器の規格であるＪＥＣ１２０１－１ＰＳ級であれば、短絡保護用は、１０％の誤差を許容しているのに対し、定格計測用は１％の許容誤差と要求される精度が異なる。従来技術の計測によれば、下記の表２に示した光ファイバの旋光角と電流との関係が、鉛ガラス光ファイバ７の場合は、旋光角度の測定限界の４５度（測定上の限界は、９０度であるが、電流の＋と－とを判定するために、その半分の４５度が限界値となる。）を越えることになる。このことから、使用する光学材料によっては、電流計測値の計測範囲が限られるために計測精度に関係なく、２つの電流計測装置を用いる必要があった。
【００４８】
【表２】

そこで、鉛ガラス光ファイバ７の巻回数を１回、石英ガラス光ファイバ６を１回から５回まで任意の回数から選んで設定することにより、定格電流域は本発明の特徴である温度補正を行って高精度に、短絡保護用は石英ガラス光ファイバ６の出力を温度補正を行うことなく用いても、前述のＪＥＣの規格を満足する光による電流計測装置が得ることができる。このような実施形態によれば、単なる２種類の光学素子を組合せた計測装置には無い経済的な効果を持つ光による計測装置を実現することができる。
【００４９】また、上記の実施形態では、巻回数の異なる複数の光ファイバを用いて説明したが、互いに長さが異なる複数の光学ブロックを用いても、同じ作用効果を発揮できることは言うまでもない。
【００５０】さらに、その他の物理量の計測についても同様であり、例えば、光学ブロックセンサを用いた光による電圧計測装置について説明する。光学ブロックセンサによる電圧計測に際しては、電気光学効果と呼ばれる下記の式（２）が利用されている。すなわち、【数２】δ＝２π／λｎ₀³γＥＬ…（２）
ここで、δ：ＸとＹ方向の光の振動成分の位相差 λ：レ－ザ光の波長ｎ₀：屈折率 γ：ポッケルス定数Ｌ：光学ブロックセンサ－の長さＥ：電界の強さを示した記号である。
【００５１】ポッケルス定数γに基づく光学ブロックセンサでは、Ｘ方向とＹ方向の光の振動成分の位相差δを計測することにより、電界の強さＥを求め、この値にセンサ－の厚さＬを乗算することで、電圧値を求めることができる。ポッケルス定数γも、前記ベルデ定数と同様、やはり温度により特性が変化し、この場合も同様に計測時の温度が基準温度と異なった雰囲気で測定した値を補正できる。実際には、ポッケルス定数の温度特性の異なる２つの光学素子の出力差について、ポッケルス定数の温度補正係数を求め、あらかじめ半導体記憶装置に記憶しておき、計測時にこれを取り出し、この値を電圧値に乗算することにより、計測電圧の温度による変化を補正することができる。
【００５２】さらに、他の実施形態における光学材料としては、石英ガラスや鉛ガラス以外に、Ａｓ₂Ｓ₂、ＦＲ－５ガラス、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀、Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₀、ＹＩＧ、ＬｉＮｂＯ₃、ＺｎＳなどのファラデ－効果やポッケルス効果を示す光学材料を用いても良い。これらは、光学定数の温度特性が異なることから、適当に選定した２種類以上の素子を組み合わせることで、本発明の効果を十分に発揮できる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光による計測装置によれば、温度特性の異なる少なくとも２種類以上の光学素子を設け、被計測対象物の計測環境における雰囲気温度ごとに光学素子同士の出力差を求め、この出力差に応じて温度の補正係数を選択した上で、光学素子からの出力に対し補正係数を乗じて計測誤差を補正することができるため、計測環境の温度状況が厳しくとも、絶縁性および誘導ノイズに対する強さを維持しつつ、高精度の計測が可能である。

【出願人】	【識別番号】０００００３０７８【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】	平成９年（１９９７）１１月２８日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】木内光春
【公開番号】	特開平１１－１６０３６５
【公開日】	平成１１年（１９９９）６月１８日
【出願番号】	特願平９－３２８７７４