JPH05196909A - ファラデー効果材料および磁界センサ - Google Patents
ファラデー効果材料および磁界センサInfo
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- JPH05196909A JPH05196909A JP2740392A JP2740392A JPH05196909A JP H05196909 A JPH05196909 A JP H05196909A JP 2740392 A JP2740392 A JP 2740392A JP 2740392 A JP2740392 A JP 2740392A JP H05196909 A JPH05196909 A JP H05196909A
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Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明の目的は、大きなベルデ定数を示す
ファラデー効果材料を提供することと、このファラデー
効果材料を用いることにより磁界センサを小型化するこ
とである。 【構成】 ＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成
分とするファラデー効果材料およびファラデー効果素子
がＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成分として
形成されている磁界センサ。
ファラデー効果材料を提供することと、このファラデー
効果材料を用いることにより磁界センサを小型化するこ
とである。 【構成】 ＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成
分とするファラデー効果材料およびファラデー効果素子
がＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成分として
形成されている磁界センサ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ファラデー効果を有
する材料および送電線や配電線に流れる電流や磁界を検
知するための磁界センサ、あるいは探傷用磁界センサや
電力量計測用磁界センサなどのファラデー効果材料およ
び該材料を使用した磁界センサに関するものである。
する材料および送電線や配電線に流れる電流や磁界を検
知するための磁界センサ、あるいは探傷用磁界センサや
電力量計測用磁界センサなどのファラデー効果材料およ
び該材料を使用した磁界センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鉛ガラス、ＺｎＳｅ結晶、ＢＳＯ結晶等
の光透過性の良い磁気光学材料に外部から磁界を与え、
磁界と同じ方向に光を透過させると、ファラデー効果に
より磁気光学材料を通過中に光の偏波面が回転する現象
が知られている。偏波面の回転角θ（ｍｉｎ）は下記の
式により与えられる。 θ＝ＶＨｌ
の光透過性の良い磁気光学材料に外部から磁界を与え、
磁界と同じ方向に光を透過させると、ファラデー効果に
より磁気光学材料を通過中に光の偏波面が回転する現象
が知られている。偏波面の回転角θ（ｍｉｎ）は下記の
式により与えられる。 θ＝ＶＨｌ
【０００３】ここで、Ｖはベルデ定数（ｍｉｎ／Ｏｅ・
ｃｍ）、Ｈは磁界の強さ（Ｏｅ）、ｌはファラデー回転
素子の長さ（ｃｍ）を示す。
ｃｍ）、Ｈは磁界の強さ（Ｏｅ）、ｌはファラデー回転
素子の長さ（ｃｍ）を示す。
【０００４】この磁気施光現象を利用して磁界の測定を
行なうことができる。図７は、ファラデー効果を利用し
た磁界センサの基本構成を示している。図７において、
入射光９は、光ファイバ１およびロッドレンズ２を通
り、直方体状の偏光子３を通過して直線偏波となり、次
いで同様に直方体状のファラデー回転素子４に入射し、
ここで磁界５の影響により偏波面が角度θだけ回転され
てファラデー回転素子４から出る。このときの偏波面の
回転角度θは、ファラデー回転素子４の出力側に置いた
直方体状の検光子６により光の強度に置換えられる。そ
して、この光は、ロッドレンズ７および光ファイバ８を
通り、出射光１０となり、この出射光の強度をフォトダ
イオードで検知することにより測定することができる。
行なうことができる。図７は、ファラデー効果を利用し
た磁界センサの基本構成を示している。図７において、
入射光９は、光ファイバ１およびロッドレンズ２を通
り、直方体状の偏光子３を通過して直線偏波となり、次
いで同様に直方体状のファラデー回転素子４に入射し、
ここで磁界５の影響により偏波面が角度θだけ回転され
てファラデー回転素子４から出る。このときの偏波面の
回転角度θは、ファラデー回転素子４の出力側に置いた
直方体状の検光子６により光の強度に置換えられる。そ
して、この光は、ロッドレンズ７および光ファイバ８を
通り、出射光１０となり、この出射光の強度をフォトダ
イオードで検知することにより測定することができる。
【０００５】図７に示す磁界センサでは、ファラデー回
転素子４として鉛ガラス、ＺｎＳｅ結晶、ＢＳＯ結晶
（Ｂｉ12ＳｉＯ20）等の光学結晶が用いられており、そ
れらの感度はベルデ定数Ｖで表わされ、８５０ｎｍの波
長では、次の数値となる。 鉛ガラス ０．０１ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ ＢＳＯ結晶 ０．１０ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ ＺｎＳｅ結晶 ０．１５ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ
転素子４として鉛ガラス、ＺｎＳｅ結晶、ＢＳＯ結晶
（Ｂｉ12ＳｉＯ20）等の光学結晶が用いられており、そ
れらの感度はベルデ定数Ｖで表わされ、８５０ｎｍの波
長では、次の数値となる。 鉛ガラス ０．０１ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ ＢＳＯ結晶 ０．１０ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ ＺｎＳｅ結晶 ０．１５ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示したような従来の光学結晶は、いずれもベルデ定数値
が小さく、このため、感度が低い点で問題があり、実用
的な感度を得るためには、一定の回転角度θを得る必要
があるが、上述の式θ＝ＶＨｌから明らかなように、ベ
ルデ定数値が低い場合には、ファラデー回転素子の長さ
ｌを、たとえば５〜３０ｍｍ程度の長さに設定する必要
があった。このため、従来のファラデー効果材料を用い
た場合には、センサが大型化し、狭い場所での磁界測定
が困難になるという問題を生じた。
示したような従来の光学結晶は、いずれもベルデ定数値
が小さく、このため、感度が低い点で問題があり、実用
的な感度を得るためには、一定の回転角度θを得る必要
があるが、上述の式θ＝ＶＨｌから明らかなように、ベ
ルデ定数値が低い場合には、ファラデー回転素子の長さ
ｌを、たとえば５〜３０ｍｍ程度の長さに設定する必要
があった。このため、従来のファラデー効果材料を用い
た場合には、センサが大型化し、狭い場所での磁界測定
が困難になるという問題を生じた。
【０００７】この発明の課題は上記のような従来の光学
結晶や磁界センサの問題点を解決して、大きなベルデ定
数値を示すファラデー効果材料を提供するとともに、こ
のファラデー効果材料を用いることにより小型化を図る
ことのできる磁界センサを提供することにある。
結晶や磁界センサの問題点を解決して、大きなベルデ定
数値を示すファラデー効果材料を提供するとともに、こ
のファラデー効果材料を用いることにより小型化を図る
ことのできる磁界センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
点を解決するため、従来のファラデー効果材料に比較し
て大きなベルデ定数を有するファラデー効果材料につい
て種々検討を重ねた結果、ＨｇＭｎＳｅ系合金に、Ｚｎ
Ｓｅを合金化させることにより、ベルデ定数の大きなフ
ァラデー効果材料が得られることを見出し、この発明を
なすに至ったものである。
点を解決するため、従来のファラデー効果材料に比較し
て大きなベルデ定数を有するファラデー効果材料につい
て種々検討を重ねた結果、ＨｇＭｎＳｅ系合金に、Ｚｎ
Ｓｅを合金化させることにより、ベルデ定数の大きなフ
ァラデー効果材料が得られることを見出し、この発明を
なすに至ったものである。
【０００９】すなわち、この発明のファラデー効果材料
は、ＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成分とす
ることを特徴としている。さらに、この発明のファラデ
ー効果材料は、以下のような組成範囲内にあることが好
ましい。すなわち、別紙図１の３元系相図に示すよう
に、 Ｈｇ0.89Ｍｎ0.05Ｚｎ0.06Ｓｅ（ＨｇＳｅ８９％，Ｍｎ
Ｓｅ５％，ＺｎＳｅ６％） Ｈｇ0.77Ｍｎ0.17Ｚｎ0.06Ｓｅ（ＨｇＳｅ７７％，Ｍｎ
Ｓｅ１７％，ＺｎＳｅ６％） Ｈｇ0.65Ｍｎ0.17Ｚｎ0.18Ｓｅ（ＨｇＳｅ６５％，Ｍｎ
Ｓｅ１７％，ＺｎＳｅ１８％） Ｈｇ0.71Ｍｎ0.11Ｚｎ0.18Ｓｅ（ＨｇＳｅ７１％，Ｍｎ
Ｓｅ１１％，ＺｎＳｅ１８％） Ｈｇ0.83Ｍｎ0.05Ｚｎ0.12Ｓｅ（ＨｇＳｅ８３％，Ｍｎ
Ｓｅ５％，ＺｎＳｅ１２％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を主成分とし
て有することが好ましい。
は、ＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成分とす
ることを特徴としている。さらに、この発明のファラデ
ー効果材料は、以下のような組成範囲内にあることが好
ましい。すなわち、別紙図１の３元系相図に示すよう
に、 Ｈｇ0.89Ｍｎ0.05Ｚｎ0.06Ｓｅ（ＨｇＳｅ８９％，Ｍｎ
Ｓｅ５％，ＺｎＳｅ６％） Ｈｇ0.77Ｍｎ0.17Ｚｎ0.06Ｓｅ（ＨｇＳｅ７７％，Ｍｎ
Ｓｅ１７％，ＺｎＳｅ６％） Ｈｇ0.65Ｍｎ0.17Ｚｎ0.18Ｓｅ（ＨｇＳｅ６５％，Ｍｎ
Ｓｅ１７％，ＺｎＳｅ１８％） Ｈｇ0.71Ｍｎ0.11Ｚｎ0.18Ｓｅ（ＨｇＳｅ７１％，Ｍｎ
Ｓｅ１１％，ＺｎＳｅ１８％） Ｈｇ0.83Ｍｎ0.05Ｚｎ0.12Ｓｅ（ＨｇＳｅ８３％，Ｍｎ
Ｓｅ５％，ＺｎＳｅ１２％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を主成分とし
て有することが好ましい。
【００１０】この発明においては、ＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ
−ＺｎＳｅ系合金を主成分とするファラデー効果材料で
あればよく、例えばＴｅなどのような元素が微量含まれ
ていてもよい。
−ＺｎＳｅ系合金を主成分とするファラデー効果材料で
あればよく、例えばＴｅなどのような元素が微量含まれ
ていてもよい。
【００１１】また、この発明の磁界センサは、上述のフ
ァラデー効果材料、すなわちＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−Ｚｎ
Ｓｅ系合金を主成分としたファラデー回転素子を有し、
このファラデー回転素子を通過する光の偏波面の回転角
の大きさから磁界を検知する。
ァラデー効果材料、すなわちＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−Ｚｎ
Ｓｅ系合金を主成分としたファラデー回転素子を有し、
このファラデー回転素子を通過する光の偏波面の回転角
の大きさから磁界を検知する。
【００１２】また、磁界センサは、別紙図１に示す範囲
内（境界線を含む）の上記と同様の組成を有するＨｇＳ
ｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成分とするファラデ
ー効果材料からなるファラデー回転素子を有することが
好ましい。
内（境界線を含む）の上記と同様の組成を有するＨｇＳ
ｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成分とするファラデ
ー効果材料からなるファラデー回転素子を有することが
好ましい。
【００１３】
【作用】この発明のファラデー効果材料は、大きなベル
デ定数を有しており、特に図１に示す範囲内の組成のも
のは、２．０ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上のベルデ定数を有
している。したがって、従来のファラデー効果材料であ
る鉛ガラス、ＢＳＯ結晶およびＺｎＳｅ結晶等に比べる
と、１０倍〜数１０倍あるいはそれ以上の大きなベルデ
定数を有していることになる。このため、この発明のフ
ァラデー効果材料を使用した磁界センサでは、ファラデ
ー回転素子の長さｌを従来に比べ１／１０〜１／数１０
に小型化することができる。このため、この発明の磁界
センサは小型化が可能であり、狭い場所でも磁界測定が
可能となる。
デ定数を有しており、特に図１に示す範囲内の組成のも
のは、２．０ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上のベルデ定数を有
している。したがって、従来のファラデー効果材料であ
る鉛ガラス、ＢＳＯ結晶およびＺｎＳｅ結晶等に比べる
と、１０倍〜数１０倍あるいはそれ以上の大きなベルデ
定数を有していることになる。このため、この発明のフ
ァラデー効果材料を使用した磁界センサでは、ファラデ
ー回転素子の長さｌを従来に比べ１／１０〜１／数１０
に小型化することができる。このため、この発明の磁界
センサは小型化が可能であり、狭い場所でも磁界測定が
可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、実施例によりこの発明を詳細に説明す
る。
る。
【００１５】図２の３元系相図中に●で示した組成の結
晶を、ブリッジマン法により作製した。高純度の原料で
あるＨｇＳｅ、ＭｎＳｅおよびＺｎＳｅをそれぞれ所定
の組成比となるように、グラファイトボート中で配合
し、肉厚の石英反応管中に入れ、原料を加熱溶融した
後、約２４時間保持した。その後石英反応管を低温部へ
微速で移動させることにより、一端から結晶化させた。
得られた結晶は、幅４０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、深さ１
５ｍｍであり、多結晶体であった。この結晶の長さ方向
の中央部から、厚さ２ｍｍのウエハ試料を切出し、両面
を研摩し、鏡面仕上げして厚さ１ｍｍの試料とした。
晶を、ブリッジマン法により作製した。高純度の原料で
あるＨｇＳｅ、ＭｎＳｅおよびＺｎＳｅをそれぞれ所定
の組成比となるように、グラファイトボート中で配合
し、肉厚の石英反応管中に入れ、原料を加熱溶融した
後、約２４時間保持した。その後石英反応管を低温部へ
微速で移動させることにより、一端から結晶化させた。
得られた結晶は、幅４０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、深さ１
５ｍｍであり、多結晶体であった。この結晶の長さ方向
の中央部から、厚さ２ｍｍのウエハ試料を切出し、両面
を研摩し、鏡面仕上げして厚さ１ｍｍの試料とした。
【００１６】得られた結晶の構造は、分析の結果、ウル
ツ鉱型結晶の単一相であった。各試料について、室温で
ベルデ定数を測定した。測定波長は、７３０、７８０、
８５０および１３００ｎｍの光で測定した。
ツ鉱型結晶の単一相であった。各試料について、室温で
ベルデ定数を測定した。測定波長は、７３０、７８０、
８５０および１３００ｎｍの光で測定した。
【００１７】図３は、７３０ｎｍの測定波長における実
施例のベルデ定数を示す３元系相図である。各組成比の
結晶に対する測定結果は、それぞれの組成比を示す点の
右上に示した。単位は、ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍである。
施例のベルデ定数を示す３元系相図である。各組成比の
結晶に対する測定結果は、それぞれの組成比を示す点の
右上に示した。単位は、ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍである。
【００１８】同様に、図４、図５および図６は、それぞ
れ測定波長７８０ｎｍ、８５０ｎｍおよび１３００ｎｍ
における測定結果を示している。図３〜図６に示す測定
結果から明らかなように、ベルデ定数の値は測定波長に
よって変化するが、Ｈｇ，Ｍｎ，ＺｎおよびＳｅの量に
大きく依存している。
れ測定波長７８０ｎｍ、８５０ｎｍおよび１３００ｎｍ
における測定結果を示している。図３〜図６に示す測定
結果から明らかなように、ベルデ定数の値は測定波長に
よって変化するが、Ｈｇ，Ｍｎ，ＺｎおよびＳｅの量に
大きく依存している。
【００１９】図１に示す斜線の領域は、図３〜図６に示
す測定ベルデ定数が２．０ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上の従
来にない大きな値を示す組成範囲を示している。なおこ
の組成範囲は、境界線に相当する部分も含まれる。
す測定ベルデ定数が２．０ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上の従
来にない大きな値を示す組成範囲を示している。なおこ
の組成範囲は、境界線に相当する部分も含まれる。
【００２０】
【発明の効果】このように、この発明のファラデー効果
材料は、高いベルデ定数を有するため、ファラデー回転
素子を構成する結晶体としてこのファラデー効果材料を
用いた場合、結晶体の長さｌを長く設定しなくとも、十
分な感度が得られ、狭い場所でも磁界測定が可能な磁界
センサとすることができる。
材料は、高いベルデ定数を有するため、ファラデー回転
素子を構成する結晶体としてこのファラデー効果材料を
用いた場合、結晶体の長さｌを長く設定しなくとも、十
分な感度が得られ、狭い場所でも磁界測定が可能な磁界
センサとすることができる。
【００２１】従って、従来より用いられているＺｎＳｅ
結晶やＢＳＯ結晶をファラデー回転素子に用いた場合、
例えば５〜３０ｍｍの長さが必要であったとすると、こ
の発明のＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成分
とした場合には、ファラデー回転素子の結晶体の長さを
約０．０６ｍｍ〜２．３ｍｍ程度まで短くすることがで
き、小型化により狭い場所でも磁界測定が可能な磁界セ
ンサを得ることができる。
結晶やＢＳＯ結晶をファラデー回転素子に用いた場合、
例えば５〜３０ｍｍの長さが必要であったとすると、こ
の発明のＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を主成分
とした場合には、ファラデー回転素子の結晶体の長さを
約０．０６ｍｍ〜２．３ｍｍ程度まで短くすることがで
き、小型化により狭い場所でも磁界測定が可能な磁界セ
ンサを得ることができる。
【図１】この発明の実施例において、室温で２．０ｍｉ
ｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上のベルデ定数を示す組成範囲を示す
３元系相図である。
ｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上のベルデ定数を示す組成範囲を示す
３元系相図である。
【図２】この発明の実施例において測定した組成を示す
３元系相図である。
３元系相図である。
【図３】７３０ｎｍの測定波長における実施例のベルデ
定数を示す３元系相図である。
定数を示す３元系相図である。
【図４】７８０ｎｍの測定波長における実施例のベルデ
定数を示す３元系相図である。
定数を示す３元系相図である。
【図５】８５０ｎｍの測定波長における実施例のベルデ
定数を示す３元系相図である。
定数を示す３元系相図である。
【図６】１３００ｎｍの測定波長における実施例のベル
デ定数を示す３元系相図である。
デ定数を示す３元系相図である。
【図７】磁界センサの構成概念図である。
１ 光ファイバ ２ ロッドレンズ ３ 偏光子 ４ ファラデー回転素子 ５ 磁界 ６ 検光子 ７ ロッドレンズ ８ 光ファイバ ９ 入射光 １０ 出射光
Claims (4)
- 【請求項１】 ＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合金を
主成分とすることを特徴とするファラデー効果材料。 - 【請求項２】 前記ＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合
金が別紙図１の３元系相図に示すように Ｈｇ0.89Ｍｎ0.05Ｚｎ0.06Ｓｅ（ＨｇＳｅ８９％，Ｍｎ
Ｓｅ５％，ＺｎＳｅ６％） Ｈｇ0.77Ｍｎ0.17Ｚｎ0.06Ｓｅ（ＨｇＳｅ７７％，Ｍｎ
Ｓｅ１７％，ＺｎＳｅ６％） Ｈｇ0.65Ｍｎ0.17Ｚｎ0.18Ｓｅ（ＨｇＳｅ６５％，Ｍｎ
Ｓｅ１７％，ＺｎＳｅ１８％） Ｈｇ0.71Ｍｎ0.11Ｚｎ0.18Ｓｅ（ＨｇＳｅ７１％，Ｍｎ
Ｓｅ１１％，ＺｎＳｅ１８％） Ｈｇ0.83Ｍｎ0.05Ｚｎ0.12Ｓｅ（ＨｇＳｅ８３％，Ｍｎ
Ｓｅ５％，ＺｎＳｅ１２％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を有すること
を特徴とする請求項１記載のファラデー効果材料。 - 【請求項３】 ファラデー回転素子を通過する光の偏波
面の回転角の大きさから磁界を検知する磁界センサにお
いて、前記ファラデー回転素子がＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−
ＺｎＳｅ系合金を主成分として形成されていることを特
徴とする磁界センサ。 - 【請求項４】 前記ＨｇＳｅ−ＭｎＳｅ−ＺｎＳｅ系合
金が別紙図１の３元系相図に示すように Ｈｇ0.89Ｍｎ0.05Ｚｎ0.06Ｓｅ（ＨｇＳｅ８９％，Ｍｎ
Ｓｅ５％，ＺｎＳｅ６％） Ｈｇ0.77Ｍｎ0.17Ｚｎ0.06Ｓｅ（ＨｇＳｅ７７％，Ｍｎ
Ｓｅ１７％，ＺｎＳｅ６％） Ｈｇ0.65Ｍｎ0.17Ｚｎ0.18Ｓｅ（ＨｇＳｅ６５％，Ｍｎ
Ｓｅ１７％，ＺｎＳｅ１８％） Ｈｇ0.71Ｍｎ0.11Ｚｎ0.18Ｓｅ（ＨｇＳｅ７１％，Ｍｎ
Ｓｅ１１％，ＺｎＳｅ１８％） Ｈｇ0.83Ｍｎ0.05Ｚｎ0.12Ｓｅ（ＨｇＳｅ８３％，Ｍｎ
Ｓｅ５％，ＺｎＳｅ１２％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を有すること
を特徴とする請求項３記載の磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2740392A JPH05196909A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2740392A JPH05196909A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196909A true JPH05196909A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=12220106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2740392A Pending JPH05196909A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05196909A (ja) |
-
1992
- 1992-01-17 JP JP2740392A patent/JPH05196909A/ja active Pending
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