JPH07209396A - 磁界センサ - Google Patents
磁界センサInfo
- Publication number
- JPH07209396A JPH07209396A JP6004137A JP413794A JPH07209396A JP H07209396 A JPH07209396 A JP H07209396A JP 6004137 A JP6004137 A JP 6004137A JP 413794 A JP413794 A JP 413794A JP H07209396 A JPH07209396 A JP H07209396A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- optical
- light
- medium
- field sensor
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- Pending
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 センサ部の部品数が少なく，従来に比べ大幅
に小型化可能で高感度化も可能な磁界センサを提供す
る。 【構成】 磁界センサは，光源１と，前記光源から発生
した互いに逆方向に伝搬する２つの光波が透過するよう
に設定された磁気光学効果をもつ媒体８を有するセンサ
部７と，前記光源１からの出射光を分岐して前記２つの
光波を発生させ，かつ，前記媒体８を透過した２つの光
波を干渉させる方向性結合器２と，前記方向性結合器の
出射光を検出する光検出器１６とを備えている。磁界が
印加されたときの光波が上記媒体８中で受ける位相シフ
トまたは偏光状態の変化を利用する。すなわち，磁気光
学媒体８中を互いに逆方向に伝搬する光波は互いに逆方
向の位相シフトまたは偏光変換を受けるので，それらを
合流して干渉させると受けた位相シフトまたは偏光の変
化に応じて干渉出力が変化する。その出力により磁界の
強さを検出する。
に小型化可能で高感度化も可能な磁界センサを提供す
る。 【構成】 磁界センサは，光源１と，前記光源から発生
した互いに逆方向に伝搬する２つの光波が透過するよう
に設定された磁気光学効果をもつ媒体８を有するセンサ
部７と，前記光源１からの出射光を分岐して前記２つの
光波を発生させ，かつ，前記媒体８を透過した２つの光
波を干渉させる方向性結合器２と，前記方向性結合器の
出射光を検出する光検出器１６とを備えている。磁界が
印加されたときの光波が上記媒体８中で受ける位相シフ
トまたは偏光状態の変化を利用する。すなわち，磁気光
学媒体８中を互いに逆方向に伝搬する光波は互いに逆方
向の位相シフトまたは偏光変換を受けるので，それらを
合流して干渉させると受けた位相シフトまたは偏光の変
化に応じて干渉出力が変化する。その出力により磁界の
強さを検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，電磁波の磁界成分また
は電流によって生じる磁界の強度を測定する磁界センサ
に関する。
は電流によって生じる磁界の強度を測定する磁界センサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光波を利用した計測及び計測情報の伝送
は，他の一般的な電気計測装置に比べて電磁誘導の影響
による障害を受けにくく，電気的にも絶縁されるので広
い用途に適用でき，原理的に高精度の測定が可能であ
る。
は，他の一般的な電気計測装置に比べて電磁誘導の影響
による障害を受けにくく，電気的にも絶縁されるので広
い用途に適用でき，原理的に高精度の測定が可能であ
る。
【０００３】従来，電線を流れる電流の計測には，図５
に示すようなセンサが開発されている。これは，電流に
より発生する磁界の強さを磁気光学効果を利用して測定
するものである。図５を用いて具体的に説明すると，半
導体レーザまたは発光ダイオードからなる光源１からの
出射光が入力光ファイバ５１に結合されセンサ部５０に
送られる。センサ部５０では光ファイバ５１からの出射
光はレンズ１１により平行光となり，偏光子１２により
直線偏光となってガーネット結晶やＢＧＯ（ビスマス・
ゲルマニウム・オキサイド，Ｂｉ12Ｇｅ20）結晶等の磁
気光学媒体１３を透過する。この透過光は検光子１４に
より特定の偏光成分だけ取り出されレンズ１５によって
出力光ファイバ５２に結合され光検出器１６によって電
気信号に変換される。磁気光学媒体１３中では磁気光学
効果（ファラデー効果）により磁界の強さに応じて偏光
面が回転するので，磁界の強さ，すなわち，センサ近傍
に置かれた電線に流れる電流に応じた電気出力が得られ
る。
に示すようなセンサが開発されている。これは，電流に
より発生する磁界の強さを磁気光学効果を利用して測定
するものである。図５を用いて具体的に説明すると，半
導体レーザまたは発光ダイオードからなる光源１からの
出射光が入力光ファイバ５１に結合されセンサ部５０に
送られる。センサ部５０では光ファイバ５１からの出射
光はレンズ１１により平行光となり，偏光子１２により
直線偏光となってガーネット結晶やＢＧＯ（ビスマス・
ゲルマニウム・オキサイド，Ｂｉ12Ｇｅ20）結晶等の磁
気光学媒体１３を透過する。この透過光は検光子１４に
より特定の偏光成分だけ取り出されレンズ１５によって
出力光ファイバ５２に結合され光検出器１６によって電
気信号に変換される。磁気光学媒体１３中では磁気光学
効果（ファラデー効果）により磁界の強さに応じて偏光
面が回転するので，磁界の強さ，すなわち，センサ近傍
に置かれた電線に流れる電流に応じた電気出力が得られ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来の
図５に示す磁界センサはセンサ部の構成部品数が多いの
で構成が複雑となり小型化が難しい。したがって，高信
頼化を図る上でも部品数の低減が望まれる。また感度的
にも充分とは言えない。
図５に示す磁界センサはセンサ部の構成部品数が多いの
で構成が複雑となり小型化が難しい。したがって，高信
頼化を図る上でも部品数の低減が望まれる。また感度的
にも充分とは言えない。
【０００５】そこで，本発明の技術的課題は，センサ部
の部品数が少なく，大幅に小型化可能で高感度化も可能
な磁界センサを提供することにある。
の部品数が少なく，大幅に小型化可能で高感度化も可能
な磁界センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，光源
と，前記光源から発生した互いに逆方向に伝搬する２つ
の光波が透過するように設定された磁気光学効果をもつ
媒体を有するセンサ部と，前記光源からの出射光を分岐
して前記２つの光波を発生させ，かつ，前記媒体を透過
した２つの光波を干渉させる方向性結合器と，前記方向
性結合器の出射光を検出するための光検出器とを備えた
ことを特徴とする磁界センサが得られる。
と，前記光源から発生した互いに逆方向に伝搬する２つ
の光波が透過するように設定された磁気光学効果をもつ
媒体を有するセンサ部と，前記光源からの出射光を分岐
して前記２つの光波を発生させ，かつ，前記媒体を透過
した２つの光波を干渉させる方向性結合器と，前記方向
性結合器の出射光を検出するための光検出器とを備えた
ことを特徴とする磁界センサが得られる。
【０００７】
【作用】本発明の磁界センサは磁気光学媒体の非相反伝
搬特性を利用している。具体的には，磁界が印加された
ときの光波が上記媒体中で受ける位相シフトまたは偏光
状態の変化を利用する。すなわち，磁気光学媒体中を互
いに逆方向に伝搬する光波は互いに逆方向の位相シフト
または偏光変換を受けるので，それらを合流して干渉さ
せると受けた位相シフトまたは偏光の変化に応じて干渉
出力が変化する。ただし，この場合，干渉させるために
は上記２つの光波は１つの光源からの出射光であること
が望ましく，また，不要な変動を除くためには上記２つ
の伝搬光路はほぼ同一である必要がある。
搬特性を利用している。具体的には，磁界が印加された
ときの光波が上記媒体中で受ける位相シフトまたは偏光
状態の変化を利用する。すなわち，磁気光学媒体中を互
いに逆方向に伝搬する光波は互いに逆方向の位相シフト
または偏光変換を受けるので，それらを合流して干渉さ
せると受けた位相シフトまたは偏光の変化に応じて干渉
出力が変化する。ただし，この場合，干渉させるために
は上記２つの光波は１つの光源からの出射光であること
が望ましく，また，不要な変動を除くためには上記２つ
の伝搬光路はほぼ同一である必要がある。
【０００８】したがって，本発明では上述のように基本
的にセンサ部には偏光子や検光子は不要となり従来に比
べ構成が簡単となる。また，センサ部を光導波路により
構成したときには光ファイバと直結でき，さらに小型化
や高感度化が可能である。
的にセンサ部には偏光子や検光子は不要となり従来に比
べ構成が簡単となる。また，センサ部を光導波路により
構成したときには光ファイバと直結でき，さらに小型化
や高感度化が可能である。
【０００９】
【実施例】以下，本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１０】（実施例１）図１は本発明の実施例１によ
る磁界センサの概略構成図である。図５で示したものと
同様の半導体レーザまたは発光ダイオードによる光源１
からの出射光が半透過膜１７からなるプリズム型の方向
性結合器２に入射して左回り光波３と右回り光波４に分
割され，それぞれ光ファイバ５と６に結合される。セン
サ部７では左回り光波３は光ファイバ５を出射してレン
ズ１１により平行光に変換され，ＹＩＧガーネット結晶
からなる磁気光学媒体８を通過してレンズ１５により光
ファイバ６に結合する。同様に，右回り光波４は光ファ
イバ６からＹＩＧガーネット結晶を通過して光ファイバ
５に結合する。これらの光波は方向性結合器２に戻り，
半透過膜１７上で干渉して出射光１８となり光検出器１
６に入射する。光検出器１６からは磁気光学媒体８に印
加された磁界強度に応じた出力が得られる。
る磁界センサの概略構成図である。図５で示したものと
同様の半導体レーザまたは発光ダイオードによる光源１
からの出射光が半透過膜１７からなるプリズム型の方向
性結合器２に入射して左回り光波３と右回り光波４に分
割され，それぞれ光ファイバ５と６に結合される。セン
サ部７では左回り光波３は光ファイバ５を出射してレン
ズ１１により平行光に変換され，ＹＩＧガーネット結晶
からなる磁気光学媒体８を通過してレンズ１５により光
ファイバ６に結合する。同様に，右回り光波４は光ファ
イバ６からＹＩＧガーネット結晶を通過して光ファイバ
５に結合する。これらの光波は方向性結合器２に戻り，
半透過膜１７上で干渉して出射光１８となり光検出器１
６に入射する。光検出器１６からは磁気光学媒体８に印
加された磁界強度に応じた出力が得られる。
【００１１】（実施例２）図２は本発明の実施例２によ
る磁界センサの概略構成図である。図５で示したものと
同様の半導体レーザまたは発光ダイオードによる光源１
からの出射光が２つの光ファイバを融着して近接させて
構成した融着型の方向性結合器２２に入射して左回り光
波２３と右回り光波２４に分割され，それぞれ光ファイ
バ２５と２６に導かれる。センサ部２７では光ファイバ
２５と２６の端面は２００μｍ以下程度の非常に近接し
た間隔で配置され，その両端面間にガーネット結晶また
はＢＳＯからなる磁気光学媒体２８が挿入されている。
光ファイバ端面間隔が小いさいので左回り光波２３及び
右回り光波２４は磁気光学媒体２８を通過してそれぞれ
相手側の光ファイバにわずかな損失を伴って結合する。
これらの光波は方向性結合器２２に戻り，干渉してその
出力が光検出器１６に入射する。光検出器１６からは磁
気光学媒体２８に印加された磁界強度に応じた出力が得
られる。本実施例ではレンズが不要となり，実施例１に
よる磁界センサに比べ構成がより簡単となる。また，方
向性結合器２２は，光波が光ファイバ中をそのまま伝搬
するので損失が少なく，また光学系としても安定であ
る。
る磁界センサの概略構成図である。図５で示したものと
同様の半導体レーザまたは発光ダイオードによる光源１
からの出射光が２つの光ファイバを融着して近接させて
構成した融着型の方向性結合器２２に入射して左回り光
波２３と右回り光波２４に分割され，それぞれ光ファイ
バ２５と２６に導かれる。センサ部２７では光ファイバ
２５と２６の端面は２００μｍ以下程度の非常に近接し
た間隔で配置され，その両端面間にガーネット結晶また
はＢＳＯからなる磁気光学媒体２８が挿入されている。
光ファイバ端面間隔が小いさいので左回り光波２３及び
右回り光波２４は磁気光学媒体２８を通過してそれぞれ
相手側の光ファイバにわずかな損失を伴って結合する。
これらの光波は方向性結合器２２に戻り，干渉してその
出力が光検出器１６に入射する。光検出器１６からは磁
気光学媒体２８に印加された磁界強度に応じた出力が得
られる。本実施例ではレンズが不要となり，実施例１に
よる磁界センサに比べ構成がより簡単となる。また，方
向性結合器２２は，光波が光ファイバ中をそのまま伝搬
するので損失が少なく，また光学系としても安定であ
る。
【００１２】（実施例３）図３は本発明の実施例３によ
る磁界センサの概略構成図である。図５で示したものと
同様な半導体レーザまたは発光ダイオードによる光源１
からの出射光が２つの光ファイバを融着して近接させて
構成した入射光用の融着型の方向性結合器３２に入射し
て左回り光波３３と右回り光波３４に分割され，それぞ
れ第１及び第２の光ファイバ３５と３６に導かれる。セ
ンサ部３７はＧＧＧ（ガリウム・ガドリニウム・ガーネ
ット）結晶基板上に形成された磁気光学媒体であるＹＩ
Ｇ（イットリウム・アイアン・ガーネット）結晶からな
る幅数ミクロンの光導波路３８で構成されている。その
光導波路の入出射両端面には光ファイバ３５と３６が直
接結合している。実施例３に係る磁界センサの基本的な
動作は実施例１及び２に係る磁界センサと同じである
が，この実施例３では光源１と方向性結合器３２の間に
別の出射光用の融着型の方向性結合器３９が設置され，
そこから光検出器１６に出射光が導かれる。また，光導
波路３８中の光波を偏光方向が基板に垂直なＴＭモード
または平行なＴＥモードのいずれかとするために，光フ
ァイバ３５と３６は偏光保存光ファイバであり方向性結
合器３２と３９の間に偏光子４０が挿入されており余分
な偏光成分が除かれる。このような方向性結合器３２，
３９を２個用いる構成をとることにより本実施例では左
回り光波３３と右回り光波３４の間にわずかに生ずるバ
イアス的な位相差を除いている。本実施例３の光導波路
は，例えばＧＧＧ基板上に液相エピタキシャル法でＹＩ
Ｇ結晶を厚さ数ミクロン程度結晶成長させた後，イオン
エッチング等の方法により光導波路の周囲の膜厚を減少
させることにより実現できる。また，本実施例３では光
導波路構造のセンサ部を用いることにより磁気光学媒体
中の光路を長くできるので高感度が得られる。
る磁界センサの概略構成図である。図５で示したものと
同様な半導体レーザまたは発光ダイオードによる光源１
からの出射光が２つの光ファイバを融着して近接させて
構成した入射光用の融着型の方向性結合器３２に入射し
て左回り光波３３と右回り光波３４に分割され，それぞ
れ第１及び第２の光ファイバ３５と３６に導かれる。セ
ンサ部３７はＧＧＧ（ガリウム・ガドリニウム・ガーネ
ット）結晶基板上に形成された磁気光学媒体であるＹＩ
Ｇ（イットリウム・アイアン・ガーネット）結晶からな
る幅数ミクロンの光導波路３８で構成されている。その
光導波路の入出射両端面には光ファイバ３５と３６が直
接結合している。実施例３に係る磁界センサの基本的な
動作は実施例１及び２に係る磁界センサと同じである
が，この実施例３では光源１と方向性結合器３２の間に
別の出射光用の融着型の方向性結合器３９が設置され，
そこから光検出器１６に出射光が導かれる。また，光導
波路３８中の光波を偏光方向が基板に垂直なＴＭモード
または平行なＴＥモードのいずれかとするために，光フ
ァイバ３５と３６は偏光保存光ファイバであり方向性結
合器３２と３９の間に偏光子４０が挿入されており余分
な偏光成分が除かれる。このような方向性結合器３２，
３９を２個用いる構成をとることにより本実施例では左
回り光波３３と右回り光波３４の間にわずかに生ずるバ
イアス的な位相差を除いている。本実施例３の光導波路
は，例えばＧＧＧ基板上に液相エピタキシャル法でＹＩ
Ｇ結晶を厚さ数ミクロン程度結晶成長させた後，イオン
エッチング等の方法により光導波路の周囲の膜厚を減少
させることにより実現できる。また，本実施例３では光
導波路構造のセンサ部を用いることにより磁気光学媒体
中の光路を長くできるので高感度が得られる。
【００１３】（実施例４）図４は本発明の実施例４によ
る磁界センサの概略構成図である。図５で示したものと
同様の半導体レーザまたは発光ダイオードによる光源１
からの出射光が出射光用の融着型の方向性結合器３９を
通って光ファイバ４５によりセンサ基板４１に結合して
いる。センサ基板４１は実施例３と同様なＧＧＧ（ガリ
ウム・ガドリニウム・ガーネット）結晶基板上に形成さ
れた磁気光学媒体であるＹＩＧ（イットリウム・アイア
ン・ガーネット）結晶からなる幅数ミクロンの光導波路
で構成されており，入射光用の融着型の方向性結合器３
２と左右両回り光波の間で磁界による非相反位相シフト
を生じさせるための光導波路４８が形成されている。こ
の実施例４によれば実施例３よりもさらに高感度が得ら
れる。
る磁界センサの概略構成図である。図５で示したものと
同様の半導体レーザまたは発光ダイオードによる光源１
からの出射光が出射光用の融着型の方向性結合器３９を
通って光ファイバ４５によりセンサ基板４１に結合して
いる。センサ基板４１は実施例３と同様なＧＧＧ（ガリ
ウム・ガドリニウム・ガーネット）結晶基板上に形成さ
れた磁気光学媒体であるＹＩＧ（イットリウム・アイア
ン・ガーネット）結晶からなる幅数ミクロンの光導波路
で構成されており，入射光用の融着型の方向性結合器３
２と左右両回り光波の間で磁界による非相反位相シフト
を生じさせるための光導波路４８が形成されている。こ
の実施例４によれば実施例３よりもさらに高感度が得ら
れる。
【００１４】なお，上述のすべての実施例において，使
用する光源１として余分な干渉による雑音の影響の少な
いＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）を用い
ることができ，また左右両回りの光波の間に付加的な位
相差を与えて感度の改善を行うことも可能である。
用する光源１として余分な干渉による雑音の影響の少な
いＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）を用い
ることができ，また左右両回りの光波の間に付加的な位
相差を与えて感度の改善を行うことも可能である。
【００１５】
【発明の効果】以上，述べたように，本発明では，基本
的にセンサ部は，偏光子や検光子は不要となり従来に比
べ構成が簡単となり小型化できる。また，本発明では，
センサ部を光導波路により構成したときには光ファイバ
と直結でき，さらに小型化や高感度化が可能である。
的にセンサ部は，偏光子や検光子は不要となり従来に比
べ構成が簡単となり小型化できる。また，本発明では，
センサ部を光導波路により構成したときには光ファイバ
と直結でき，さらに小型化や高感度化が可能である。
【図１】本発明の実施例１による磁界センサの概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の実施例２による磁界センサの概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の実施例３による磁界センサの概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図４】本発明の実施例４による磁界センサの概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図５】従来例による磁界センサの概略構成を示す図で
ある。
ある。
１ 光源 ２，２２，３２，３９ 方向性結合器 ５，６，２５，２６，３５，３６，４５，５１，５２
光ファイバ ７，２７，３７ センサ部 ８，１３ 磁気光学媒体（ＹＩＧガーネット結晶） １６ 光検出器 ２８ 磁気光学媒体 ３８，４８ 光導波路
光ファイバ ７，２７，３７ センサ部 ８，１３ 磁気光学媒体（ＹＩＧガーネット結晶） １６ 光検出器 ２８ 磁気光学媒体 ３８，４８ 光導波路
Claims (7)
- 【請求項１】 光源と，前記光源から発生した互いに逆
方向に伝搬する２つの光波が透過するように設定された
磁気光学効果をもつ媒体を有するセンサ部と，前記光源
からの出射光を分岐して前記２つの光波を発生させ，か
つ，前記媒体を透過した２つの光波を干渉させる方向性
結合器と，前記方向性結合器からの出射光を検出する光
検出器とを備えたことを特徴とする磁界センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の磁界センサにおいて，前
記センサ部と前記方向性結合器との間を接続する光ファ
イバを備えていることを特徴とする磁界センサ。 - 【請求項３】 請求項２記載の磁界センサにおいて，前
記センサ部は２つの光ファイバ端面間にレンズと磁気光
学媒体とを配置して構成されていることを特徴とする磁
界センサ。 - 【請求項４】 請求項２記載の磁界センサにおいて，前
記センサ部は互いに近接した２つの光ファイバ端面間に
磁気光学媒体を挿入して構成されていることを特徴とす
る磁界センサ。 - 【請求項５】 請求項２記載の磁界センサにおいて，前
記センサ部は基板上に形成した磁気光学媒体を含む光導
波路の端面に光ファイバを結合して構成されていること
を特徴とする磁界センサ。 - 【請求項６】 請求項３乃至５項の内のいずれかに記載
の磁界センサにおいて，前記方向性結合器は互いに近接
した２つの光導波路または光ファイバにより構成されて
いることを特徴とする磁界センサ。 - 【請求項７】 請求項１記載の磁界センサにおいて，前
記センサ部と前方向性結合器とは光導波路によって１つ
の基板上に形成されていることを特徴とする磁界セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6004137A JPH07209396A (ja) | 1994-01-19 | 1994-01-19 | 磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6004137A JPH07209396A (ja) | 1994-01-19 | 1994-01-19 | 磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07209396A true JPH07209396A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11576399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6004137A Pending JPH07209396A (ja) | 1994-01-19 | 1994-01-19 | 磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07209396A (ja) |
-
1994
- 1994-01-19 JP JP6004137A patent/JPH07209396A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021204 |