JPH0228574A

JPH0228574A - 光磁界センサ

Info

Publication number: JPH0228574A
Application number: JP18003788A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Hosoe; 細江　勝広
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1988-07-19
Filing date: 1988-07-19
Publication date: 1990-01-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ファラデー効果素子を用いた光磁界センサに
関するものである。

［従来技術］色層偏光の光が磁界を受けている物質中を進むとき、偏
光面が回転するが、これは磁界の強さに比例する。

このようなファラデー効果を顕著に生じる素子、例えば
ＢＳＯ単結晶やＺｎ５ｅ多結晶等の素子を用いる磁界セ
ンサが開発されている。

第４図は上記のようなファラデー効果素子を用いた光磁
界センサの構成を示す。図において２目ま偏光子、２２
はファラデー効果素子、２３は検光子である。直線上に
、例えば垂直方向に偏光するように偏光子２１が配置さ
れ、これにファラデー効果素子２２が配置され、このフ
ァラデー効果素子２２をはさみ、偏光子２１と反対側に
検光子２３が、その偏光方向を前記偏光子２１に対して
４５″回転させて配置される。

ファラデー効果素子２２において光の透過する結晶の長
さをＱとして、光の通過する方向で、前記素子２２に及
ぶ磁界強度をＨ１偏光の偏光面の回転角をθ、Ｖｅをベ
ルデ定数とすると、偏光面の回転角は次式で表わされる
。

θ＝Ｖｅ−Ｈ−ρ　・・・・０）光源よりの光は偏光子２１で直線偏光を受け、磁界Ｈに
よりファラデー効果素子２２で偏光面の・回転を受け、
偏光子２１に対し、４５＠の検光子角をもつ検光子２３
を通過する。

Ｐｏを被測定磁界が零のとき検光子２３を通過する通過
光の強さ、Ｐを被測定磁界があるとき検光子２３を通過
する通過光の強さとすると、Ｐは次式％式％なお、回転角θは４５″″より充分小さいものとする。

（２）式に（１）式を代入すると、Ｐ　＝　Ｐｏ　（１＋　５ｉｎ２Ｖｅ　−Ｈ−Ｑ　）　
　・・−・（３）となる。

ここで、偏光子２１と検光子２３との間に４５°の検光
子角を与えているので、上記（３）式で表わされ、この
形であれば、磁界が零のとき、検光子２３を通過する通
過光が求まるから、容易に５ｉｎ２θ、すなわち、被α
１定磁界の大きさによって変化する出力分を取り出すこ
とができる。

このように５ｉｎ２θを取り出すには、上記のような構
成にかえ、第５図に示すように旋光子２４を用いる構成
をとることもできる。直線上に偏光子２１．４５°旋光
子２４．ファラデー効果素子２２．検光子２３が順に配
置される。旋光子２４は偏光子２１によって直線偏光さ
れた光の偏光面を４５°回転させるものであり、例えば
ＢＳＯの単結晶を用いたものである。４５°回転させら
れた偏光は、ファラデー効果素子２２を通過中、磁界に
より偏光面が回転され、検光子２３を透過する。この構
成では偏光子２１と検光子２３の偏光方向は互に平行と
なる配置をとる。

この構成で磁界が零のとき、検光子２３を透過する光の
強さをＰｏとすると、磁界が加わり、偏光面がθ回転し
たとき、検光子２３を透過する光の強さＰは次式で表わ
される。

Ｐ＝Ｐｏ（１＋５ｉｎ２θ）＝　Ｐｏ　（１＋　５ｉｎ２Ｖｅ　−Ｈ−Ｑ　）　　　
−（４）このように、偏光子、検光子を互に４５°の角
度をなすようにするが、施米が４５’になるようなもの
を使用すれば、被測定磁界による偏光面の回転角を容易
に求めることができ、この回転角より磁界Ｈの大きさを
知ることができ、もしこの磁界が線路電流によって生じ
ている場合は、線路電流値を測定できることになる。

［解決しようとする課題］以上説明のように、従来の構成によれば、光の通路とし
て、■図示していないが大光用光ファイバ、■偏光子、
■ファラデー効果素子、■偏光子と４５″の検光子角を
もつ検光子あるいは、偏光子と４５°旋光子、■出光用
の光ファイバの順、またはこの逆の順に１回ずつ通過す
る通路を有し、人出光用の光ファイバを共用化できず、
必ず２本の光ファイバを必要とする。

このため、この種センサの大きさを小型化するには限界
があり、また光ファイバは２心である必要があり、信号
伝送部の細径化の妨げとなっていた。

［課題を解決するための手段］本発明は上記課題を解決するため、入光、出光併せて単
心の光ファイバにより磁界センサとの間を連絡し、磁界
センサにあっては、前記単心の光ファイバにより、一つ
のゲートで光の入光、出光を行うため、偏光の折り返し
位置に反射ミラーを配置し、偏光が磁界センサ中を往復
する間に、測定上必要な偏光面の４５°の回転のバイア
スを与え、これに加えて外部被測定磁界による偏光面の
回転を与えて出光するように構成するものである。

ンサ」に示される磁石を用いるものが適用される。

［発明の構成］以下図面により本発明を説明する。

第１図は本発明の原理図である。単心の光ファイバ６の
端末と結合されたレンズ５の光軸と同一直線上に、偏光
子３．ファラデー効果素子１９反射ミラー２の順で配置
される。反射ミラーは反射膜であってもよい。

前記ファラデー効果素子１．偏光子３を囲んで環状の永
久磁石４が配置される。この磁界印加部として用いられ
る永久磁石４はその環状中心部に、光路方向と同一方向
の磁界を形成するものであって、外部被測定磁界がない
状態で、後述のように偏光がファラデー効果素子１を往
復するとき丁度偏光面に４５″の角度回転のバイアスを
生じる磁界強度を発生できるものである。

光ファイバ６を出た光は、レンズ５により平行光となり
、偏光子３を通過することにより直線偏光となる。さら
に、ファラデー効果素子１を通ることにより、前記永久
磁石４が存在しなければ、外部被測定磁界によって及ぶ
磁界により、偏光面を回転させて反射ミラー２にて反射
し、再びファラデー効果素子１で偏光面を回転させ、レ
ンズ５に入るのであるが、この偏光は、ファラデー効果
素子１の中の一往復中において、永久磁石４により丁度
４５＠の角度のバイアスが掛けられるので、前記外部被
測定磁界強度による偏光面の回転角に、永久磁石４の磁
界強度による４５°の角度のバイアスを加えた偏光面を
もって検光子３を通過し、レンズ５を通過して光ファイ
バ６に入射する。

つまり、光は本磁界センサによれば、単心の光ファイバ
より入射して、反射ミラーで反射して光ファイバに出射
する往復の間において、外部被測定磁界強度測定データ
が得られるのである。

前記磁界センサを用いて、磁界を測定するには、第３図
のような光信号検出装置を用いて行う。

図示のように、発光素子８に対し、光分岐器９が結合さ
れ、光分岐器９に光ファイバ６が結合され、この光ファ
イバ６の端末に第１図の磁界センサ１１が結合され、前
記光分岐器８に対し、受光素子１０が配置される。

さきの実施例から理解されるように、発光素子８よりの
光は光分岐器９を通り、光ファイバ６を通り、磁界セン
サ■を往復して光分岐器９に到達した光は２方向に分岐
され、その一方が受光素子ＩＯに入力し、電気信号に変
換され、計Ｃ１ｆｆ１となる。

第２図（イ）、（ロ）、（ハ）は本発明の実施例を示す
。第１図実施例と同一部分は同一符号で示す。

（イ）図の光磁界センサにおいては、ファラデー効果素
子１を間にして、偏光子３を囲んで、上下面をＳ、Ｈに
着磁した環状の永久磁石４を配置し、ファラデー効果素
子１の他端の反射ミラー２を設けた外側に、ｒｒｌＩ記
環状の永久磁石４の磁極極性と対向する極性を反射とし
て永久磁石４′を配置する。

この磁石構成により、ファラデー効果素子１内の偏光通
路に沿って正確に所要偏光角４５°のバイアスをかける
ことができる。

（ロ）図に示すものは、第１図のものにおいて、使用さ
れる永久磁石４の磁極構成を示したものである。

（ハ）図に示すものは、永久磁石使用にかえ、電磁石又
は空心コイル口を用いたものである。電磁石、又は空心
コイルを用いるときは、ファラデー効果素子、往復で偏
光面の回転角４５″のバイアスを生じしめる磁界の調整
がコイルに対する通電制御によって容易となる。このよ
うに磁界印加部とじては単に永久磁石ばかりでなく、電
磁石、空心コイルを用いることができる。

［発明の効果コ本発明によれば、検光子は一つの偏光子で兼用され、光
ファイバも１本ですみ、光磁界センサの小型化、信号伝
送部の細径化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理図を示し、第２図（イ）。（ロ）、（ハ）は実施例を示す。第３図は、光信号検出装置を示す。第４図、第５図は従来の磁界センサを示す。１・・・ファラデー効果素子、２・・・反射ミラー又は
、反射膜、３・・・偏光子、４．４’・・・永久磁石、
５・・・レンズ、６・・・光ファイバ、７・・・旋光子
、８・・・発光素子、９・・・光分岐器、１Ｇ・・・受
光素子、菫■・・・磁界センサ、！２・・・電磁石、又
は空心コイル。算図懐図答４回２２（）７５デー効深濠））％５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ファラデー効果素子に偏光を通過させ、該ファラ
デー効果素子に及ぶ被測定磁界強度を前記偏光の偏光面
の回転角に基づいて測定するための光磁界センサであっ
て、前記磁界センサは入光側より偏光子、ファラデー効
果素子、反射ミラーを順に備えるとともに、前記偏光子
よりの偏光が前記ファラデー効果素子を通過し、前記ミ
ラーで反射して再度前記ファラデー効果素子を逆に通過
して前記偏光子に至る間に、被測定磁界が零の状態で、
前記ファラデー効果素子を通過する偏光に４５゜の回転
角のバイアスを与える磁界印加部を備えることを特徴と
する光磁界センサ。
（２）磁界印加部が永久磁石である請求項（１）の光磁
界センサ。
（３）磁界印加部が電磁石、又は空心コイルである請求
項（１）の光磁界センサ。