JPH0545430A - 遠隔磁気検出装置 - Google Patents
遠隔磁気検出装置Info
- Publication number
- JPH0545430A JPH0545430A JP3199701A JP19970191A JPH0545430A JP H0545430 A JPH0545430 A JP H0545430A JP 3199701 A JP3199701 A JP 3199701A JP 19970191 A JP19970191 A JP 19970191A JP H0545430 A JPH0545430 A JP H0545430A
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- JP
- Japan
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- magnetic
- magneto
- magnetic field
- light
- conducting bar
- Prior art date
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- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】過酷な設置条件で、かつ信頼性が要求される場
合にも、応力等の変化を微弱な磁気変化に変換して、こ
の測定結果を光信号にして遠隔地へも損失少なく伝達可
能な遠隔磁気検出装置を提供することにある。 【構成】被検体からの磁気を検知する超伝導リングと、
この超伝導リングに近接配置されて漏洩磁束を伝達す導
磁性バーと、その導磁性バーの磁束が透過するように配
置された磁気光学変調素子と、この磁気光学変調素子の
前記導磁性バーにより生じる磁界と直交する方向の端部
に設けた偏光子及び検光子と、前記偏光子に接続した導
光ファイバーと光源、及び検光子に接続した出力光ファ
イバーと受光部を具備する。
合にも、応力等の変化を微弱な磁気変化に変換して、こ
の測定結果を光信号にして遠隔地へも損失少なく伝達可
能な遠隔磁気検出装置を提供することにある。 【構成】被検体からの磁気を検知する超伝導リングと、
この超伝導リングに近接配置されて漏洩磁束を伝達す導
磁性バーと、その導磁性バーの磁束が透過するように配
置された磁気光学変調素子と、この磁気光学変調素子の
前記導磁性バーにより生じる磁界と直交する方向の端部
に設けた偏光子及び検光子と、前記偏光子に接続した導
光ファイバーと光源、及び検光子に接続した出力光ファ
イバーと受光部を具備する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は遠隔にて行う計測技術に
係り、通常の検出部を構成する部品が使用不能な温度等
の過酷な条件下や、特に電気的ノイズが混入しやすい雰
囲気においても、被検体の例えば応力変化を磁気及び光
を介して伝達、計測する遠隔磁気検出装置に関する。
係り、通常の検出部を構成する部品が使用不能な温度等
の過酷な条件下や、特に電気的ノイズが混入しやすい雰
囲気においても、被検体の例えば応力変化を磁気及び光
を介して伝達、計測する遠隔磁気検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば原子力発電プラントにおける原子
炉圧力容器のように、運転中はその温度や放射線のため
に作業者が近づけない過酷な環境にある機器の安全を維
持するためには、その構成鋼材の応力等を常時監視する
ことが必要で、しかも遠隔地より信頼性が高く伝達され
ることが、原子力プラントの安全性、信頼性の向上から
重要な技術課題となっている。
炉圧力容器のように、運転中はその温度や放射線のため
に作業者が近づけない過酷な環境にある機器の安全を維
持するためには、その構成鋼材の応力等を常時監視する
ことが必要で、しかも遠隔地より信頼性が高く伝達され
ることが、原子力プラントの安全性、信頼性の向上から
重要な技術課題となっている。
【０００３】従来の応力計測は、図５の歪ゲージ測定装
置の構成図に示すように、歪ゲージ１を図示しない被検
体の表面に直接貼付し、前記被検体に加わる応力を歪ゲ
ージ１の歪に変えて、この歪に伴う微少な歪ゲージ１の
電気抵抗変化を計測する方法が採用されている。
置の構成図に示すように、歪ゲージ１を図示しない被検
体の表面に直接貼付し、前記被検体に加わる応力を歪ゲ
ージ１の歪に変えて、この歪に伴う微少な歪ゲージ１の
電気抵抗変化を計測する方法が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】検出部を歪ゲージ１と
した場合には、この歪ゲージ１とブリッジ回路を形成す
る電気抵抗２，３，４はいずれも指示計５の極めて近く
に配置する必要がある。このために応力検出部である歪
ゲージ１と電気抵抗２，４を結ぶケーブル６，７が長く
なる。ここで、歪ゲージ１の抵抗変化は極めて小さく、
高感度でこの抵抗変化を検出するために高周波電源８が
使われるが、歪ゲージ１と高周波電源８間のケーブル
９，10が長くなるとケーブル９，10の途中から高周波電
気ノイズが混入し易くなる支障があり、また被検体の表
面に貼付した歪ゲージ１の剥離等で、長時間の連続使用
に際してメンテナンス無しでは信頼性が乏しくなる。
した場合には、この歪ゲージ１とブリッジ回路を形成す
る電気抵抗２，３，４はいずれも指示計５の極めて近く
に配置する必要がある。このために応力検出部である歪
ゲージ１と電気抵抗２，４を結ぶケーブル６，７が長く
なる。ここで、歪ゲージ１の抵抗変化は極めて小さく、
高感度でこの抵抗変化を検出するために高周波電源８が
使われるが、歪ゲージ１と高周波電源８間のケーブル
９，10が長くなるとケーブル９，10の途中から高周波電
気ノイズが混入し易くなる支障があり、また被検体の表
面に貼付した歪ゲージ１の剥離等で、長時間の連続使用
に際してメンテナンス無しでは信頼性が乏しくなる。
【０００５】また他の方法として、鋼材の磁気特性変化
から応力を計測することが最近注目されている。この場
合の検出部としてホール素子が使用されているが、この
ホール素子も本来半導体のホール効果を利用したもの
で、例えば原子力プラント等に適用する場合には、過酷
な設置環境の制約を受けて、その信頼性に若干支障が生
ずる。
から応力を計測することが最近注目されている。この場
合の検出部としてホール素子が使用されているが、この
ホール素子も本来半導体のホール効果を利用したもの
で、例えば原子力プラント等に適用する場合には、過酷
な設置環境の制約を受けて、その信頼性に若干支障が生
ずる。
【０００６】本発明の目的とするところは、作業者が近
付けないような過酷な設置条件の下で、かつ高い信頼性
が要求される場合にも、応力等の変化を微弱な磁気変化
に変換して、この測定結果を光信号にして遠隔地へ損失
少なく伝達可能な遠隔磁気検出装置を提供することにあ
る。
付けないような過酷な設置条件の下で、かつ高い信頼性
が要求される場合にも、応力等の変化を微弱な磁気変化
に変換して、この測定結果を光信号にして遠隔地へ損失
少なく伝達可能な遠隔磁気検出装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】被検体からの磁気を検知
する超伝導リングと、この超伝導リングに近接配置され
て漏洩磁束を伝達す導磁性バーと、その導磁性バーの磁
束が透過するように配置された磁気光学変調素子と、こ
の磁気光学変調素子の前記導磁性バーにより生じる磁界
と直交する方向の端部に設けた偏光子及び検光子と、前
記偏光子に接続した導光ファイバーと光源、及び検光子
に接続した出力光ファイバーと受光部を具備する。
する超伝導リングと、この超伝導リングに近接配置され
て漏洩磁束を伝達す導磁性バーと、その導磁性バーの磁
束が透過するように配置された磁気光学変調素子と、こ
の磁気光学変調素子の前記導磁性バーにより生じる磁界
と直交する方向の端部に設けた偏光子及び検光子と、前
記偏光子に接続した導光ファイバーと光源、及び検光子
に接続した出力光ファイバーと受光部を具備する。
【０００８】
【作用】磁気光学変調素子には光源より導光ファイバー
と偏光子を経由して偏光角が与えられた光が入射され、
検光子と出力光ファイバーを介して受光部に入力されて
いる。ここで被検体の応力等が変化して、超伝導リング
で受ける被検体を磁路とした磁界が変化すると、磁気光
学変調素子に加わる磁界が変化する。これにより磁気光
学変調素子を透過する光はその磁界の変化に応じた新た
な偏光を受けるため、検光子にて光の強度が変調され、
出力光ファイバーによって受光部まで導かれて光の強度
が測定される。これにより被検体における応力等が計測
できる。
と偏光子を経由して偏光角が与えられた光が入射され、
検光子と出力光ファイバーを介して受光部に入力されて
いる。ここで被検体の応力等が変化して、超伝導リング
で受ける被検体を磁路とした磁界が変化すると、磁気光
学変調素子に加わる磁界が変化する。これにより磁気光
学変調素子を透過する光はその磁界の変化に応じた新た
な偏光を受けるため、検光子にて光の強度が変調され、
出力光ファイバーによって受光部まで導かれて光の強度
が測定される。これにより被検体における応力等が計測
できる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図１は全体構成図で、磁気を検出する超伝導リング
11は、超伝導用の冷却ポット12内に収容されている。前
記超伝導リング11の軸に対して直角で、かつ上下に配し
た向き合った一対の導磁性バー13と、この間の一端に磁
気光学変調素子14を挟持させ、この磁気光学変調素子14
の一端に偏光子15を他端に検光子16を設ける。さらに前
記偏光子15には導光ファイバー17を介してレーザ光源18
を接続する。また前記検光子16には、出力光ファイバー
19を介したレーザ光の受光部20を接続して構成されてい
る。なお、図１中の矢印21はレーザ光で、同じく矢印22
は超伝導リング11に生じる漏洩磁界を表わす。
る。図１は全体構成図で、磁気を検出する超伝導リング
11は、超伝導用の冷却ポット12内に収容されている。前
記超伝導リング11の軸に対して直角で、かつ上下に配し
た向き合った一対の導磁性バー13と、この間の一端に磁
気光学変調素子14を挟持させ、この磁気光学変調素子14
の一端に偏光子15を他端に検光子16を設ける。さらに前
記偏光子15には導光ファイバー17を介してレーザ光源18
を接続する。また前記検光子16には、出力光ファイバー
19を介したレーザ光の受光部20を接続して構成されてい
る。なお、図１中の矢印21はレーザ光で、同じく矢印22
は超伝導リング11に生じる漏洩磁界を表わす。
【００１０】次に本発明に係わる微少磁気変換と光の偏
光計測の原理について、図２の超伝導マイスナー効果の
原理説明図と、図３の磁界による光の変調を示す原理説
明図により説明する。 （１）微少磁気の計測原理
光計測の原理について、図２の超伝導マイスナー効果の
原理説明図と、図３の磁界による光の変調を示す原理説
明図により説明する。 （１）微少磁気の計測原理
【００１１】超伝導には電圧を発生せずに電流が流れる
現象（電気抵抗がゼロ）の他に、超伝導体内部に磁場が
侵入できない現象（マイスナー効果）がある。図２に示
すような超伝導体で構成されるドーナツ型のリング23の
中に外部から磁場24を入れようとすると、リング23の中
に磁場が入るのを打消すように（逆の磁場を発生するご
とく）リング23に誘起電流が流れる。これを遮蔽電流25
と称しマイスナー効果の特徴の一つである。その遮蔽電
流25は外部からリング23に侵入しようとする磁場24の強
さ（磁束）に対応する反磁界26をリング23内に作り、リ
ング23外には加算する方向に漏洩磁界27を作る。そこで
この遮蔽電流25を測定するか、リング23外の漏洩磁界27
を測定すれば、間接的に侵入しようとする磁場の大きさ
を測定することができる。 （２）光の偏光量の計測原理
現象（電気抵抗がゼロ）の他に、超伝導体内部に磁場が
侵入できない現象（マイスナー効果）がある。図２に示
すような超伝導体で構成されるドーナツ型のリング23の
中に外部から磁場24を入れようとすると、リング23の中
に磁場が入るのを打消すように（逆の磁場を発生するご
とく）リング23に誘起電流が流れる。これを遮蔽電流25
と称しマイスナー効果の特徴の一つである。その遮蔽電
流25は外部からリング23に侵入しようとする磁場24の強
さ（磁束）に対応する反磁界26をリング23内に作り、リ
ング23外には加算する方向に漏洩磁界27を作る。そこで
この遮蔽電流25を測定するか、リング23外の漏洩磁界27
を測定すれば、間接的に侵入しようとする磁場の大きさ
を測定することができる。 （２）光の偏光量の計測原理
【００１２】磁気光学変調は、磁気光学効果、特にファ
ラデー効果を利用した変調法であり、このファラデー効
果とは、図３に示すようにファラデー効果を持つ物質28
中を通過する光29の偏光面が、磁界30を印加することに
よって回転する現象である。ここで偏光面の回転角度ρ
は次の（１）式で与えられる。 ρ＝ＶＨＬｃｏｓθ……（１） なお、ここでＶはベルデ定数と呼ばれるものでファラデ
ー効果の大きさを示す係数。Ｈは磁界の強さ。Ｌは光路
長。θは光線と磁界のなす角を示す。
ラデー効果を利用した変調法であり、このファラデー効
果とは、図３に示すようにファラデー効果を持つ物質28
中を通過する光29の偏光面が、磁界30を印加することに
よって回転する現象である。ここで偏光面の回転角度ρ
は次の（１）式で与えられる。 ρ＝ＶＨＬｃｏｓθ……（１） なお、ここでＶはベルデ定数と呼ばれるものでファラデ
ー効果の大きさを示す係数。Ｈは磁界の強さ。Ｌは光路
長。θは光線と磁界のなす角を示す。
【００１３】このように磁界30による偏光面の制御が可
能となる。従ってこの媒体を光29と交直する偏光子31及
び検光子32との間に挿入して、磁界30の強さが変わるこ
とにより、偏光による光29の強度変調ができる。以上か
ら上記図１の構成による本発明の作用につき、原子炉圧
力容器の応力測定を例にして説明する。
能となる。従ってこの媒体を光29と交直する偏光子31及
び検光子32との間に挿入して、磁界30の強さが変わるこ
とにより、偏光による光29の強度変調ができる。以上か
ら上記図１の構成による本発明の作用につき、原子炉圧
力容器の応力測定を例にして説明する。
【００１４】磁気光学変調素子14にはレーザ光源18から
出力されたレーザ光21が導光ファイバー17を経由し、偏
光子15にて所定の偏光角が与えられて入射される。磁気
光学変調素子14を透過したレーザ光21は検光子16におい
て偏光調整され、出力光ファイバー19を介して受光部20
に入力されてその光の強度が測定されている。一方、超
伝導リング11においては、図示しない被検体である原子
炉圧力容器の外側面に密着あるいは間隙をもって配設
し、この原子炉圧力容器の外側面と永久磁石あるいは電
磁石を磁路の一部として構成した応力検出部と磁気結合
されている。この応力検出部から伝導された超伝導リン
グ11に生じる漏洩磁界22は導磁性バー13を介して磁気光
学変調素子14に集束される。
出力されたレーザ光21が導光ファイバー17を経由し、偏
光子15にて所定の偏光角が与えられて入射される。磁気
光学変調素子14を透過したレーザ光21は検光子16におい
て偏光調整され、出力光ファイバー19を介して受光部20
に入力されてその光の強度が測定されている。一方、超
伝導リング11においては、図示しない被検体である原子
炉圧力容器の外側面に密着あるいは間隙をもって配設
し、この原子炉圧力容器の外側面と永久磁石あるいは電
磁石を磁路の一部として構成した応力検出部と磁気結合
されている。この応力検出部から伝導された超伝導リン
グ11に生じる漏洩磁界22は導磁性バー13を介して磁気光
学変調素子14に集束される。
【００１５】ここで、前記原子炉圧力容器において応力
に変化が発生すると、前記図示しない応力検出部の磁界
に変化が生じ、磁気光学変調素子14に加わる漏洩磁界22
が変化する。この漏洩磁界22の変化により磁気光学変調
素子14内を通過するレーザ光21はその漏洩磁界22の強さ
に応じた新たな偏光を受けるので、この偏光を受けたレ
ーザ光21が検光子16を通るとき、検光子16で予め設定さ
れた偏光角に反比例して光の強度が変調される。この変
調されたレーザ光21は出力光ファイバー19によって受光
部20まで導かれ、その光の強度が測定される。これによ
って、超伝導リング11を通る磁界の強さ、即ち被検体で
ある原子炉圧力容器における応力が計測できる。
に変化が発生すると、前記図示しない応力検出部の磁界
に変化が生じ、磁気光学変調素子14に加わる漏洩磁界22
が変化する。この漏洩磁界22の変化により磁気光学変調
素子14内を通過するレーザ光21はその漏洩磁界22の強さ
に応じた新たな偏光を受けるので、この偏光を受けたレ
ーザ光21が検光子16を通るとき、検光子16で予め設定さ
れた偏光角に反比例して光の強度が変調される。この変
調されたレーザ光21は出力光ファイバー19によって受光
部20まで導かれ、その光の強度が測定される。これによ
って、超伝導リング11を通る磁界の強さ、即ち被検体で
ある原子炉圧力容器における応力が計測できる。
【００１６】以上のレーザ光21は、導光ファイバー17及
び出力光ファイバー19の減衰の少ない光ファイバーケー
ブルを介して送受信されるので、この光ファイバーケー
ブルを延長することにより、遠隔地においても放射線，
温度、圧力等の過酷な雰囲気に影響されることなく、磁
界の強さ、即ち応力等が計測できる。
び出力光ファイバー19の減衰の少ない光ファイバーケー
ブルを介して送受信されるので、この光ファイバーケー
ブルを延長することにより、遠隔地においても放射線，
温度、圧力等の過酷な雰囲気に影響されることなく、磁
界の強さ、即ち応力等が計測できる。
【００１７】図４は本発明の他の実施例の磁気伝達部の
斜視図で、複数の超伝導リング33，34とリング状の導磁
性バー35，36を交互に介在させて構成されており、離れ
た所にある磁気光学変調素子14に磁界を導くもので、こ
の実施例によれば、長い導磁性バー35，36における変調
用磁界の減衰を補償することが可能になる。
斜視図で、複数の超伝導リング33，34とリング状の導磁
性バー35，36を交互に介在させて構成されており、離れ
た所にある磁気光学変調素子14に磁界を導くもので、こ
の実施例によれば、長い導磁性バー35，36における変調
用磁界の減衰を補償することが可能になる。
【００１８】
【発明の効果】以上本発明によれば、過酷な周囲条件の
下に設置されている機器類の応力等の状態を監視するに
際して、これらの信号を微弱な磁気変化に変換し、さら
に光信号として遠隔地へ損失少なく伝達することを可能
とし、検出部等に何ら半導体のような電気的、温度的に
アクティブなものを使用しないので故障が低減する。ま
た遠隔地での監視に際しても伝送途中でのノイズの混入
もなく信頼性が向上する効果がある。
下に設置されている機器類の応力等の状態を監視するに
際して、これらの信号を微弱な磁気変化に変換し、さら
に光信号として遠隔地へ損失少なく伝達することを可能
とし、検出部等に何ら半導体のような電気的、温度的に
アクティブなものを使用しないので故障が低減する。ま
た遠隔地での監視に際しても伝送途中でのノイズの混入
もなく信頼性が向上する効果がある。
【図１】本発明の一実施例の遠隔磁気検出装置の全体構
成図。
成図。
【図２】超伝導マイスナー効果の原理説明図。
【図３】磁界による光の変調を示す原理説明図。
【図４】本発明の他の実施例の磁界伝達部の斜視図。
【図５】従来の歪ゲージ測定装置の構成図。
11，33，34…超伝導リング、12…冷却ポット、13，35，
36…導磁性磁気バー、14…磁気光学変調素子、15…偏光
子、16…検光子、17…導光ファイバー、18…レーザ光
源、19…出力光ファイバー、20…受光部、21…レーザ
光、22…漏洩磁界。
36…導磁性磁気バー、14…磁気光学変調素子、15…偏光
子、16…検光子、17…導光ファイバー、18…レーザ光
源、19…出力光ファイバー、20…受光部、21…レーザ
光、22…漏洩磁界。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０８Ｃ 23/00 Ａ 6964−2Ｆ Ｇ２１Ｃ 17/003
Claims (1)
- 【請求項１】 被検体からの磁気を検知する超伝導リン
グと、この超伝導リングに近接配置されて漏洩磁束を伝
達す導磁性バーと、その導磁性バーの磁束が透過するよ
うに配置された磁気光学変調素子と、この磁気光学変調
素子の前記導磁性バーにより生じる磁界と直交する方向
の端部に設けた偏光子及び検光子と、前記偏光子に接続
した導光ファイバーと光源、及び検光子に接続した出力
光ファイバーと受光部とからなることを特徴とする遠隔
磁気検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3199701A JPH0545430A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 遠隔磁気検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3199701A JPH0545430A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 遠隔磁気検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545430A true JPH0545430A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16412179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3199701A Pending JPH0545430A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 遠隔磁気検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0545430A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011226819A (ja) * | 2010-04-15 | 2011-11-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電流比較器 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP3199701A patent/JPH0545430A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011226819A (ja) * | 2010-04-15 | 2011-11-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電流比較器 |
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