JPH0436665A

JPH0436665A - 電磁界強度測定装置

Info

Publication number: JPH0436665A
Application number: JP14368690A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kobayashi; 岳彦小林; Toshio Nojima; 俊雄野島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-06

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〕本発明は電磁界強度測定装置に係り、高周波電磁界の強
度を測定するプローブを用いて高周波電磁界の高度を測
定する装置に関するものであり、特に、測定しようとす
る電界または磁界を乱すことが少ない光ファイバリンク
を用いた、空間分解能の高い広帯域プローブを用いた電
磁界強度測定装置に関する。

〔従来の技術〕

高周波の電磁界を測定する際には、アンテナの給電線が
界に与える擾乱や、アンテナたけでなく給電線に誘起す
る電磁界成分か測定値の誤差の要因となる。また、強電
磁界の測定においては給電線を経て高電圧や大電流が観
測者の位置まで伝わることによる危険も存在する。そこ
で、このような導体を用いた給電線の影響を避けるため
に、アンテナの検出信号を光ファイバリンクによって伝
送する電磁界測定装置が考案されている。

第７図は従来の電界測定装置の一例を示す。７５は検波
器、７６は増幅器、７７はＡＤ変換器、７３は発光ダイ
オードでこれらにより電界プローブ７０を形成している
。、７１はダイポールアンテナで７４は光ファイバ　７
８は受光素子、７９はＤＡ変換器である。

電界プローブ７０から突き出したダイポールアンテナ７
１の検波出カフ２を増幅器７６で増幅し、ＡＤ変換器７
７でディジタル変換を行い、発光ダイオード７３を用い
て光ファイバ７４を通してディジタル伝送をしている。

（根本　他、「電磁界測定への光ファイバの応用」、電
気学会光・量子デバイス研究会資料０ＱＤ−８１−７，
１９８１）。

このような電界プローブ７０はアンテナの形式をダイポ
ールアンテナからループアンテナに替えることで磁界プ
ローブとして用いることができる。

これらの電界プローブあるいは磁界プローブを電界ある
いは磁界を測定したい場所に設置し、出力を光ファイバ
７４でその場所から光分離れた場所まで伝送することに
より、電界あるいは磁界の測定を行うことかできる。

第８図は従来の他の原理による電界測定装置の一例を示
す。８０は電界プローブで、光学結晶８２、レンズ８４
．８７、偏光板８８により構成されている。８１はダイ
ポールアンテナ、８３はレーザ、８５は光ファイバ、８
６は受光素子、８９はバビネ補償板である。この電界測
定装置はダイポールアンテナ８１によって光学結晶８２
の両端に誘起される電圧により、通過する光の位相が、
電圧のかかっている向きの偏光板８８の偏光面とその直
交偏光面とで異なることを利用したものである。

レーザ光源８３の光は光ファイバ８４を経て電界プロー
ブ８０の中の光学結晶８２に導かれ、ダイポールアンテ
ナ８１による誘起電圧によって変調を受けた後、別の光
ファイバ８５によって受光素子８６に伝送され、電気出
力する。

第９図は従来のさらに他の原理による電界測定装置の一
例を示す。９０はプローブでダイポールアンテナ９１．
直流バイアス電源９２、発光ダイオード９３、コイル９
６から構成されている。プローブ９０に内蔵された直流
バイアス電源９２によるバイアス電圧とを重畳させて発
光ダイオード９３に印加し、高周波電圧によって変調さ
れた光出力を光ファイバ９４によって受光素子９５に導
いている。コイル９６は直流電源９２に高周波電流が流
入するのを防ぐためのものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、従来の光ファイバを用いた電磁界測定装置に
おいては増幅器７６、ＡＤ変換器７７および発光ダイオ
ード７３なとの体積に加えてこれらに供給する電源をプ
ローブに内蔵される電池によって賄なわなければならな
いかまたは、光学結晶８２やそれに付随するレンズ８４
．８７や偏光板８８等の光学形部品を高精度で保持する
ために堅固な支持構造が必要であるなどのために、プロ
ーブのサイズか大きくなり、従ってプローブ自身によっ
て電磁界が乱されたり、また充分な空間分解能が得られ
ないという問題点があった。また電池内蔵の構成の場合
にはプローブのサイズを小さくしようとすると使用可能
時間が短くなるという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたものて電磁界測定装置
のサイズを小さくでき、とくにアンテナを微小ダイポー
ルアンテナまたは微小ループアンテナとした場合に微小
な空間分解能の高い電界または磁界のプローブを実現し
、測定しようとする電界あるいは磁界に擾乱を与えない
感度の高い電磁界強度測定装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図を示す。発光ダイオード１
のアノードおよびカソードをアンテナ２に接続し、該発
光ダイオードｌの光出力を光ファイバリンク３によって
受光素子４に伝送する電磁界プローブ５を強度を測定し
ようとする電界また磁界中に設置し、測定しようとする
電界または磁界の発生源６を駆動する信号源７を振幅変
調器８により低周波の変調信号９で振幅変調し、その変
調信号９を参照信号とするロックイン増幅器ｌＯによっ
て、前記受光素子４の出力信号を増幅して取り出す手段
を設ける。

／Ｎ比を確保できる。

〔作用〕

本発明では電磁界プローブ５の発光ダイオード１はアン
テナ２に誘起する高周波出力の検波器であると同時にそ
の検波出力を光に変換して伝送するために電気−光変換
器でもあり、２つの役割を果たしている。すなわち、ア
ンテナ２に誘起した高周波出力は、発光ダイオード１に
よって検波され、同時にその検波電流に応じた光量の光
を発する。その光は光ファイバリンク３によって受光素
子４に伝えられ、電気信号に変換される。

このような電磁界のプローブ５を用いる場合、測定しよ
うとする電界または、磁界の発生源６を駆動する信号源
７をある変調信号９で振幅変調し、その変調信号９を参
照信号とすることにより、プローブ５の最小感度が実効
的に高められる。すなわち、ロックイン増幅器１０の使
用によって雑音レベルを実効的に低減できることからプ
ローブ単体では雑音に埋もれていた信号でも、十分なＳ
〔実施例〕第２図は本発明のダイポールアンテナを用いた一実施例
を示す。２０はダイポールアンテナで２１は無バイアス
の発光ダイオード２３のアノード電極、２２はカソード
電極、２４は光ファイバリンク、２５は受光素子である
。ダイポールアンテナ２０は発光ダイオード２３のアノ
ード電極２１、およびカソード電極２２に直接接続され
ており、電界によってアンテナに誘起する高周波に対し
て発光ダイオード２３は検波器として働く。

発光ダイオード２３は無バイアスであるから通常のバイ
アス印加状態と比べると発光量は少なくなるものの、流
れる検波電流に応じて光を放出する。放出された光は光
ファイバリンク２４によって受光素子２５に導かれ電気
信号に変換される。

従ってこの場合には電界プローブとして働く。

第３図は本発明のループアンテナを用いた一実施例を示
す。同図中、第２図と同一構成部分には同一符号を付し
その説明を省略する。３０は第２図のダイポールアンテ
ナ２０の代わりに用いたループアンテナである。このル
ープアンテナ３０は磁気ダイポールとして働く。ループ
アンテナ３０は発光ダイオード２３のアノード電極２１
およびカソード電極２２に直接接続されており磁界によ
ってアンテナに誘起する高周波に対して発光ダイオード
２３は検波器として働く。発光ダイオード２３は流れる
検波電流に応じて光を放出する。

放出された光は光ファイバリンク２４によって受光素子
２５に導かれ、電気信号に変換されることにより磁界プ
ローブとして働く。

光ファイバリンク２４は無線周波数帯の電磁波に対して
ほとんど透明であるから、測定しようとする電磁界を擾
乱することが殆どなく、光ファイバリンク２４自体、絶
縁体であるから光電圧や大電流がこれに沿って伝搬する
ような危険もない。

また伝送損失が小さく、柔軟な線材であるから、プロー
ブ先端部を任意の場所に設置するのに都合がよい。

発光ダイオード２８の周囲は外部からの不要光が光ファ
イバに入るのを防ぐため発光波長帯に対して不透明とな
る樹脂等の材料で適宜被覆するのが好ましい。また、ダ
イポールアンテナ２０としては電磁界に対する擾乱を小
さくする意味から微小ダイポールとすることが好ましく
、さらにこの微小ダイポールを高抵抗体で作成するか、
さらには先端にいくほど単位長さ当たりの抵抗か大きく
なるようなテーパ状に作成する等の手段によって、さら
に電磁波に対する透明度を高め、広い周波数範囲で用い
ることができるようになる。また、もしこのような微小
ダイポールを樹脂等の絶縁体で被覆するのが望ましい。

同様に第３図のループアンテナ３０としても電磁界にた
いする擾乱を小さくする意味から微小ループとすること
か好ましく、また、もしこのプローブを導電性のある媒
質中においてその中の磁界を測定したい場合にはこのよ
うな微小ループを樹脂等の絶縁体で被覆するのか好まし
い。

第４図は本発明のダイポールアンテナを用いた一実施例
を示す。２６は第２図に示した電界プローブと同様のも
のである。測定しようとしている電界４６の発生源４１
を駆動する信号源４０か変調可能なものであるとする。

この信号源４０を振幅変調器４２によって低周波の変調
信号４３で振幅変調する。変調信号の波形としては、正
弦波、矩形波、三角波等のどのような波形でもよい。

このように変調された信号源４０によって発生する電界
の中に第１実施例の電界プローブ２６を置き受光素子２
５からの出力信号を変調信号４３を参照信号とするロッ
クイン増幅器４４の時定数を適当にとれば（例えば数ｌ
Ｏミリ秒ないし数秒）、雑音成分を抑圧して、電気信号
４５を取り出すことができる。発光ダイオード２３を微
小信号動作の範囲で用いる。すなわち弱い電界強度を測
定する場合には、出力される電気信号４５は電界強度の
２乗に比例する。予め既知の強度の電界の中にこのプロ
ーブ先端部をおいて出力電圧較正しておくことにより、
高精度の電界強度測定が可能である。このような既知の
電界を発生させるためには、１００ＭＨｚ程度以下はＴ
ＥＭ　（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　　ｍ
ａｇｎｅｔ、ｉｃ）セル、１００ＭＨｚ程度以上では電
波暗室中で利得既知のアンテナと向かい合わせる等の方
法が一般的である。

第５図は本発明方式による電界強度を測定した結果の一
例を示す。このような電界プローブによって、１００Ｍ
Ｈ２の高周波の電界強度を、信号源にｌ　ｋＨｚの正弦
波によって９９％の振幅変調をかけて第４図の方法で測
定したものである。

第５図のＸ軸はダイポールの置かれた位置での相対電界
強度（ｄＢ）であり、ｙ軸はロックイン増幅器４４で読
み取った受光素子出力電圧である。

ロックイン増幅器４４の時定数としては、数１００ミリ
秒ないし１０秒（電界強度が小さくなるほど時定数を増
す）を用いた。

第６図は本発明のループアンテナを用いた第２実施例を
示す。第４図と同一構成部分には同一符号を付し、その
説明を省略する。前述のようにループアンテナ３０は磁
気ダイポールとして動作することからプローブは磁界プ
ローブとなる。この磁界プローブ３１を用いて高感度の
磁界強度測定を実現するための方法を示す。第１実施例
と同様に変調された信号源４０によって発生する磁界の
中に磁界プローブ３１を置き受光素子２５からの出力信
号を、変調信号４３を参照信号とするロックイン増幅器
４４によって増幅する。発光ダイオード２１は微小信号
動作の範囲で用いられ、すなわち弱い磁界強度を測定す
る場合にはロックイン増幅器４４から出力される電気信
号４５は磁界強度の２乗に比例する。予め既知の強度の
磁界の中にこのプローブ先端部を置いて出力電圧を較正
しておけば、高精度の磁界強度測定か可能である。

このような既知の磁界を発生させるためには、電界と同
様に１００ＭＨｚ程度以下はＴＥＭセル、１００ＭＨｚ
程度以上であれば電波暗室中で利得既知のアンテナと向
かい合わせる等の方法が一般的である。

ブはプローブ先端部かアンテナと発光ダイオードのみで
構成され、増幅器、ＡＤ変換器、電源あるいは複雑な光
学系が存在しないため、電磁界測定装置全体のサイズを
小さくできる。とくにアンテナを微小ダイポールアンテ
ナまたは微小ループアンテナとした場合には、きわめて
微小な空間分解能の高い電界または磁界のプローブを実
現できる。

また、導体の給電線を使用しないこととあいまって、測
定しようとしている電界あるいは磁界には殆ど擾乱を与
えない。さらにプローブ先端部に電池を内蔵する必要が
ないため長時間の使用にも全く支障がない。本発明によ
るプローブは、光ファイバリンクを使用しているため、
強電磁界の測定においても測定者に危険が及ぶことがな
い。このような電磁界プローブの効果を活かした上で本
発明は実効的に最小感度の高い電界強度または磁界強度
の測定に有用である。

〔発明の効果〕

上記のように本発明によれば、電磁界のプロー

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図は本発明のダイポ
ールアンテナを用いたプローブの一実施例を示す図、第
３図は本発明のループアンテナを用いたプローブの一実
施例を示す図、第４図は本発明のダイポールアンテナを
用いた第１実施例を示す図、第５図は本発明装置による
電界強度を測定した結果の一例を示す図、第６図は本発
明のループアンテナを用いた第２実施例を示す図、第７
図は従来の電界測定装置の一例を示す図、第８図は従来
の他の原理による電界測定装置の一例を示す図、第９図
は従来のさらに他の原理による電界測定装置の一例を示
す図である。信号、４６・・・測定しようとしている電界、４７・・
・測定しようとしいる磁界。

Claims

【特許請求の範囲】発光ダイオードのアノードおよびカソードをアンテナに
接続し、該発光ダイオードの光出力を光ファイバリンク
によって受光素子に伝送する電磁界プローブを強度を測
定しようとする電界または磁界中に設置し、測定しようとする電界または磁界の発生源を駆動する信
号源を振幅変調器により低周波の変調信号で振幅変調し
、その変調信号を参照信号とするロックイン増幅器によ
って、前記受光素子の出力信号を増幅して取り出すこと
を特徴とする電磁界強度測定装置。