JPH07209397A - 光磁界センサ - Google Patents
光磁界センサInfo
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- JPH07209397A JPH07209397A JP6004854A JP485494A JPH07209397A JP H07209397 A JPH07209397 A JP H07209397A JP 6004854 A JP6004854 A JP 6004854A JP 485494 A JP485494 A JP 485494A JP H07209397 A JPH07209397 A JP H07209397A
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- Japan
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- magnetic field
- optical
- field sensor
- output
- guide fiber
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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 磁界に対するセンサ出力の直線性がよく、磁
界とセンサ出力の位相のずれ方も小さく、変調度 Vr が
大きい光磁界センサを提供する。 【構成】 入力側の光ガイドファイバ２直後のレンズ３
から射出する光が、順次、偏光子４，磁性ガーネット
６，集光レンズ１４，出力側の偏光子７を通過した後、
光ガイドファイバ９直前のレンズ８により光ガイドファ
イバ９へ導かれる構造で、二つの偏光子間の相対角度φ
(deg) と磁性ガーネットのファラデー回転角θ(deg) が
特定の関係にあるように設定されている。
界とセンサ出力の位相のずれ方も小さく、変調度 Vr が
大きい光磁界センサを提供する。 【構成】 入力側の光ガイドファイバ２直後のレンズ３
から射出する光が、順次、偏光子４，磁性ガーネット
６，集光レンズ１４，出力側の偏光子７を通過した後、
光ガイドファイバ９直前のレンズ８により光ガイドファ
イバ９へ導かれる構造で、二つの偏光子間の相対角度φ
(deg) と磁性ガーネットのファラデー回転角θ(deg) が
特定の関係にあるように設定されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気光学素子のファラ
デー効果を用いて磁界強度を測定する光磁界センサに関
するもので、特に電力を供給する送電線、配電線及び受
変電設備（キュービクル）、ＧＩＳ（Gas Insulated Sw
itch Gear)などの電線の周囲に発生する磁界の強度を測
定することにより、電流の大きさを計測する光磁界セン
サ及び一般的な交流磁界を測定する光磁界センサの改良
に係るものである。
デー効果を用いて磁界強度を測定する光磁界センサに関
するもので、特に電力を供給する送電線、配電線及び受
変電設備（キュービクル）、ＧＩＳ（Gas Insulated Sw
itch Gear)などの電線の周囲に発生する磁界の強度を測
定することにより、電流の大きさを計測する光磁界セン
サ及び一般的な交流磁界を測定する光磁界センサの改良
に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】発電所から需要家までの電力輸送経路で
ある送電線、配電線を流れる電流の大きさを測定し異常
を検出する電流センサや、キュービクル、ＧＩＳ内で使
用されている電流センサとして、ファラデー効果を利用
し小型、軽量、無誘導性を兼備した光磁界センサが注目
されている。光磁界センサの原理は、電流により導体例
えば送電線の周囲に発生する磁界を、磁気光学素子の有
するファラデー効果を用いて測定し、電流値を求めるの
である。光磁界センサの特徴は、高耐電圧、高絶縁性、
非接触、小型軽量で、高圧側に電源や電気回路が不要な
ことなどである。
ある送電線、配電線を流れる電流の大きさを測定し異常
を検出する電流センサや、キュービクル、ＧＩＳ内で使
用されている電流センサとして、ファラデー効果を利用
し小型、軽量、無誘導性を兼備した光磁界センサが注目
されている。光磁界センサの原理は、電流により導体例
えば送電線の周囲に発生する磁界を、磁気光学素子の有
するファラデー効果を用いて測定し、電流値を求めるの
である。光磁界センサの特徴は、高耐電圧、高絶縁性、
非接触、小型軽量で、高圧側に電源や電気回路が不要な
ことなどである。
【０００３】図６は、今までに開発されている電流測定
用に供する光磁界センサの基本構成を示す概略図であ
る。図中、１は光源、２は入力側光ガイドファイバ、３
は入力側レンズ、４は入力側偏光子としての偏光ビーム
スプリッタ（以下、ＰＢＳと呼ぶ）、５は半波長板、６
は磁気光学素子、７は出力側偏光子としてのＰＢＳ，８
は出力側レンズ、９は出力側光ガイドファイバ、１０は
光検出器、１１は信号処理回路である。そして、光源１
から射出した光は、入力側光ガイドファイバ２，入力側
レンズ３を経て、入力側ＰＢＳ４により直線偏光とさ
れ、更に半波長板５を通って直線偏光の偏光面が４５(d
eg) 回転されて磁気光学素子６に入射する。偏光面が４
５(deg) 回転された直線偏光は、磁気光学素子６を通過
するとき、被測定磁界（以下、原則として単に磁界と呼
ぶ）の強さと前記通過の距離に応じて磁気旋光を受け
て、偏光面が回転される。この偏光面が回転された光
は、次の出力側ＰＢＳ７を通過するとき、磁界の強さに
対応した強度になり、これが出力側レンズ８で出力側光
ガイドファイバ９に集光され、光検出器１０に導かれて
光電変換され、最終的に信号処理回路１１で所望の磁界
を検出する。
用に供する光磁界センサの基本構成を示す概略図であ
る。図中、１は光源、２は入力側光ガイドファイバ、３
は入力側レンズ、４は入力側偏光子としての偏光ビーム
スプリッタ（以下、ＰＢＳと呼ぶ）、５は半波長板、６
は磁気光学素子、７は出力側偏光子としてのＰＢＳ，８
は出力側レンズ、９は出力側光ガイドファイバ、１０は
光検出器、１１は信号処理回路である。そして、光源１
から射出した光は、入力側光ガイドファイバ２，入力側
レンズ３を経て、入力側ＰＢＳ４により直線偏光とさ
れ、更に半波長板５を通って直線偏光の偏光面が４５(d
eg) 回転されて磁気光学素子６に入射する。偏光面が４
５(deg) 回転された直線偏光は、磁気光学素子６を通過
するとき、被測定磁界（以下、原則として単に磁界と呼
ぶ）の強さと前記通過の距離に応じて磁気旋光を受け
て、偏光面が回転される。この偏光面が回転された光
は、次の出力側ＰＢＳ７を通過するとき、磁界の強さに
対応した強度になり、これが出力側レンズ８で出力側光
ガイドファイバ９に集光され、光検出器１０に導かれて
光電変換され、最終的に信号処理回路１１で所望の磁界
を検出する。
【０００４】上述の構成で、光源１としては、一般的に
発光ダイオードが用いられる。指向性の優れた光を射出
し、発光強度が大きいレーザダイオードの採用も考えら
れる。しかし、レーザダイオードから射出するダイオー
ドレーザはほぼ直線偏光であり、この直線偏光が入力側
光ガイドファイバ２を通過するとき、入力側光ガイドフ
ァイバ２に応力が存在すると、偏光面が安定せず、入力
側ＰＢＳ４を通過したダイオードレーザの強度が、不安
定になるという問題点がある。したがって、光源１に
は、無偏光の光を射出する発光ダイオードが適してい
る。また、半波長板５は入力側ＰＢＳ４と出力側ＰＢＳ
７の相対角度を４５(deg)にするために用いられてい
る。なお、この構成の光磁界センサにおいては、磁気光
学素子６を通過する直線偏光の進路と磁界とが、平行で
ある。そして、半波長板５と磁気光学素子６とは、その
配置順を逆にしても、特性上に大きな差異はない。
発光ダイオードが用いられる。指向性の優れた光を射出
し、発光強度が大きいレーザダイオードの採用も考えら
れる。しかし、レーザダイオードから射出するダイオー
ドレーザはほぼ直線偏光であり、この直線偏光が入力側
光ガイドファイバ２を通過するとき、入力側光ガイドフ
ァイバ２に応力が存在すると、偏光面が安定せず、入力
側ＰＢＳ４を通過したダイオードレーザの強度が、不安
定になるという問題点がある。したがって、光源１に
は、無偏光の光を射出する発光ダイオードが適してい
る。また、半波長板５は入力側ＰＢＳ４と出力側ＰＢＳ
７の相対角度を４５(deg)にするために用いられてい
る。なお、この構成の光磁界センサにおいては、磁気光
学素子６を通過する直線偏光の進路と磁界とが、平行で
ある。そして、半波長板５と磁気光学素子６とは、その
配置順を逆にしても、特性上に大きな差異はない。
【０００５】信号処理回路１１では、光電変換により得
られた交流成分と直流成分とに分離され、割り算器によ
り交流成分電圧／直流成分電圧が求められる。そして、
交流成分電圧／直流成分電圧の実効値をもって、磁界す
なわち被測定磁界を表し、これを変調度と称する。この
ように、交流成分電圧／直流成分電圧を検出する理由
は、光源１の射出光強度の変動及び入力側・出力側の両
光ガイドファイバ２，９の揺れ等による光量の変動を消
去して、所望の磁界を検出することができるためであ
る。
られた交流成分と直流成分とに分離され、割り算器によ
り交流成分電圧／直流成分電圧が求められる。そして、
交流成分電圧／直流成分電圧の実効値をもって、磁界す
なわち被測定磁界を表し、これを変調度と称する。この
ように、交流成分電圧／直流成分電圧を検出する理由
は、光源１の射出光強度の変動及び入力側・出力側の両
光ガイドファイバ２，９の揺れ等による光量の変動を消
去して、所望の磁界を検出することができるためであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した光磁界センサ
における磁気光学素子６としては、酸化鉛（ＰｂＯ）を
含む鉛ガラス、ＺｎＳｅ，ＢＧＯ及びＢＳＯなどの常磁
性材料又は反磁性材料がある。しかし、最近では送電
線、配電線における電流計測、ＧＩＳ，キュービクル内
の計器用変流器にも、光磁界センサを用いる計画が積極
的に進められている。このようなセンサには高感度、小
型、低価格が要求される。そこで量産性が高く、磁気感
度の高い磁性ガーネット、更にＢｉ置換の磁性ガーネッ
トを用いた光磁界センサの開発が行われるようになって
きた。
における磁気光学素子６としては、酸化鉛（ＰｂＯ）を
含む鉛ガラス、ＺｎＳｅ，ＢＧＯ及びＢＳＯなどの常磁
性材料又は反磁性材料がある。しかし、最近では送電
線、配電線における電流計測、ＧＩＳ，キュービクル内
の計器用変流器にも、光磁界センサを用いる計画が積極
的に進められている。このようなセンサには高感度、小
型、低価格が要求される。そこで量産性が高く、磁気感
度の高い磁性ガーネット、更にＢｉ置換の磁性ガーネッ
トを用いた光磁界センサの開発が行われるようになって
きた。
【０００７】上述のように、従来、磁気光学素子６とし
ては常磁性体材料、反磁性体材料が使われてきた。この
場合、二つのＰＢＳ（偏光子）４，７間の相対角度φ＝
４５(deg) で、変調度は最大となる。そして、近年、磁
気光学素子６として感度の高いＲＩＧが注目され、実用
段階に近づきつつある。しかし、磁気光学素子６を常磁
性体材料、反磁性体材料からＲＩＧに置き換える場合
も、図６の磁気光学素子６をＲＩＧに置き換えただけ
で、二つの偏光子の相対角度φは、通常の４５(deg) で
使用されている。ＲＩＧを使用した光磁界センサでは、
外部磁界の変化に対するセンサ出力の感度（変調度）が
高いという利点があり、変調度は大きければ大きいほ
ど、センサ出力の信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）をよくするこ
とができ、高精度のセンサの作製が可能である。このた
め、ＲＩＧを使用した光磁界センサにおいても、変調度
の増大が望まれている。
ては常磁性体材料、反磁性体材料が使われてきた。この
場合、二つのＰＢＳ（偏光子）４，７間の相対角度φ＝
４５(deg) で、変調度は最大となる。そして、近年、磁
気光学素子６として感度の高いＲＩＧが注目され、実用
段階に近づきつつある。しかし、磁気光学素子６を常磁
性体材料、反磁性体材料からＲＩＧに置き換える場合
も、図６の磁気光学素子６をＲＩＧに置き換えただけ
で、二つの偏光子の相対角度φは、通常の４５(deg) で
使用されている。ＲＩＧを使用した光磁界センサでは、
外部磁界の変化に対するセンサ出力の感度（変調度）が
高いという利点があり、変調度は大きければ大きいほ
ど、センサ出力の信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）をよくするこ
とができ、高精度のセンサの作製が可能である。このた
め、ＲＩＧを使用した光磁界センサにおいても、変調度
の増大が望まれている。
【０００８】現在、磁気光学素子にＲＩＧを使用した光
磁界センサは、磁界に対するセンサ出力の直線性がよ
く、磁界とセンサ出力の位相のずれ方（以下、位相角と
呼ぶ）の小さいものの作製が可能である。しかし、変調
度を更に高くすることが、信号処理回路１１のコスト低
減、小磁界の測定等の点から望まれている。
磁界センサは、磁界に対するセンサ出力の直線性がよ
く、磁界とセンサ出力の位相のずれ方（以下、位相角と
呼ぶ）の小さいものの作製が可能である。しかし、変調
度を更に高くすることが、信号処理回路１１のコスト低
減、小磁界の測定等の点から望まれている。
【０００９】本発明は、上述のような事情に鑑みて、磁
界に対するセンサ出力の直線性がよく、位相角は小さ
く、かつ、変調度が大きい光磁界センサの提供を目的と
している。
界に対するセンサ出力の直線性がよく、位相角は小さ
く、かつ、変調度が大きい光磁界センサの提供を目的と
している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の光磁界センサ
は、入力側光ガイドファイバ直後の入力側レンズから射
出する光が、入力側偏光子、磁性ガーネット、集光レン
ズ、出力側偏光子を通過した後、出力側光ガイドファイ
バ直前の出力側レンズによりこの出力側光ガイドファイ
バへ導かれるようにした光磁界センサにおいて、これら
二つの偏光子間の相対角度φ(deg) と磁性ガーネットの
ファラデー回転角θ(deg) が、０＜θ＜９０，０＜φ＜
９０のとき、θ＋φ＝９０で、０＜θ＜９０，９０＜φ
＜１８０のとき及び９０＜θ＜１８０，０＜φ＜９０の
とき、｜φ−θ｜＝９０で、９０＜θ＜１８０，９０＜
φ＜１８０のとき、θ＋φ＝２７０であるようにしたこ
とを特徴としている。
は、入力側光ガイドファイバ直後の入力側レンズから射
出する光が、入力側偏光子、磁性ガーネット、集光レン
ズ、出力側偏光子を通過した後、出力側光ガイドファイ
バ直前の出力側レンズによりこの出力側光ガイドファイ
バへ導かれるようにした光磁界センサにおいて、これら
二つの偏光子間の相対角度φ(deg) と磁性ガーネットの
ファラデー回転角θ(deg) が、０＜θ＜９０，０＜φ＜
９０のとき、θ＋φ＝９０で、０＜θ＜９０，９０＜φ
＜１８０のとき及び９０＜θ＜１８０，０＜φ＜９０の
とき、｜φ−θ｜＝９０で、９０＜θ＜１８０，９０＜
φ＜１８０のとき、θ＋φ＝２７０であるようにしたこ
とを特徴としている。
【００１１】
【作用】磁気光学素子６にＲＩＧを使用して、すべての
回折光を出力側光ガイドファイバ９に取り込むような構
成の図６に示した光磁界センサでは、ＲＩＧによる吸収
を無視したとき、偏光子としての出力側ＰＢＳ７を透過
した光の光量 Ir と磁界の関係は、下記の式（１）で表
される。 Ir ＝〔1/2 〕 Iin〔1 ＋cos2θcos2φ＋（ H/Hs ）sin2θsin2φ〕・・・・（１） なお、ここで、θは磁気光学素子６のファラデー回転角
(deg) ，φは二つの偏光子４，７間の相対角度(deg) ，
Hs ，H はそれぞれ飽和磁界(Oe)，被測定磁界(Oe)， I
inはＲＩＧへの入射光量である。
回折光を出力側光ガイドファイバ９に取り込むような構
成の図６に示した光磁界センサでは、ＲＩＧによる吸収
を無視したとき、偏光子としての出力側ＰＢＳ７を透過
した光の光量 Ir と磁界の関係は、下記の式（１）で表
される。 Ir ＝〔1/2 〕 Iin〔1 ＋cos2θcos2φ＋（ H/Hs ）sin2θsin2φ〕・・・・（１） なお、ここで、θは磁気光学素子６のファラデー回転角
(deg) ，φは二つの偏光子４，７間の相対角度(deg) ，
Hs ，H はそれぞれ飽和磁界(Oe)，被測定磁界(Oe)， I
inはＲＩＧへの入射光量である。
【００１２】交流磁界を測定する場合、H0を交流磁界の
振幅、ωを交流磁界の角周波数（電流の角周波数），ｔ
を時間とし、H ＝H0sin ωｔとすれば、光検出器１０か
らの出力電圧V は、下記の式（２）で表される。 V ＝〔1/2 〕aIin〔1 ＋cos2θcos2φ＋（H0sin ωｔ/Hs ）sin2θsin2φ〕 ・・・・（２） ここで、a は光検出器１０に係る入射光量と出力電圧V
の変換係数である。
振幅、ωを交流磁界の角周波数（電流の角周波数），ｔ
を時間とし、H ＝H0sin ωｔとすれば、光検出器１０か
らの出力電圧V は、下記の式（２）で表される。 V ＝〔1/2 〕aIin〔1 ＋cos2θcos2φ＋（H0sin ωｔ/Hs ）sin2θsin2φ〕 ・・・・（２） ここで、a は光検出器１０に係る入射光量と出力電圧V
の変換係数である。
【００１３】次に、光検出器１０からの出力電圧V は、
信号処理回路１１で直流成分 VD と交流成分 VA とに分
離される。この直流成分 VD と交流成分 VA は、式
（２）からそれぞれ下記の式（３），式（４）で表され
る。 VD ＝（1/2 ）aIin（1 ＋cos2θcos2φ） ・・・・（３） VA ＝（1/2 ）（H0/Hs ）aIinsin2θsin2φsin ωｔ ・・・・（４） また、信号処理回路１１内の割り算器で下記の式（５）
が演算される。 V1 ＝ VA /VD ・・・・（５） そして、 V1 の実効値 Vr を求める。前に述べたよう
に、 V1 の実効値 Vr は変調度であり、sin ωｔについ
ての自乗平均計算と式（３）〜（５）から、変調度 Vr
は、下記の式（６）で表される。 Vr ＝H0｜sin2θsin2φ｜/ 〔√2Hs （1 ＋cos2θcos2φ）〕 ・・・・（６） 式（６）は、変調度 Vr と磁界との間の直線的関係を示
している。
信号処理回路１１で直流成分 VD と交流成分 VA とに分
離される。この直流成分 VD と交流成分 VA は、式
（２）からそれぞれ下記の式（３），式（４）で表され
る。 VD ＝（1/2 ）aIin（1 ＋cos2θcos2φ） ・・・・（３） VA ＝（1/2 ）（H0/Hs ）aIinsin2θsin2φsin ωｔ ・・・・（４） また、信号処理回路１１内の割り算器で下記の式（５）
が演算される。 V1 ＝ VA /VD ・・・・（５） そして、 V1 の実効値 Vr を求める。前に述べたよう
に、 V1 の実効値 Vr は変調度であり、sin ωｔについ
ての自乗平均計算と式（３）〜（５）から、変調度 Vr
は、下記の式（６）で表される。 Vr ＝H0｜sin2θsin2φ｜/ 〔√2Hs （1 ＋cos2θcos2φ）〕 ・・・・（６） 式（６）は、変調度 Vr と磁界との間の直線的関係を示
している。
【００１４】式（６）から、変調度 Vr を最大とするθ
とφの関係について検討する。そのため、式（６）をφ
で微分して、変調度 Vr を最大にするθとφの関係を求
めることができる。式（６）をφで微分すると、下記の
式（７）が得られる。 ∂ Vr / ∂φ＝2H0 sin2θ（cos2φ＋cos2θ） / 〔√2Hs （1 ＋cos2θcos2φ）2 〕 ・・・・（７） そして、∂ Vr / ∂φ＝０となるθとφの関係は、cos2
φ＋cos2θ＝０，したがって、 sin2θsin2φ＞0 のとき、θ＋φ＝90(2n −1) sin2θsin2φ＜0 のとき、｜φ−θ｜＝90(2n −1) で表される。ここでn ＝1 ，2 ・・・・。
とφの関係について検討する。そのため、式（６）をφ
で微分して、変調度 Vr を最大にするθとφの関係を求
めることができる。式（６）をφで微分すると、下記の
式（７）が得られる。 ∂ Vr / ∂φ＝2H0 sin2θ（cos2φ＋cos2θ） / 〔√2Hs （1 ＋cos2θcos2φ）2 〕 ・・・・（７） そして、∂ Vr / ∂φ＝０となるθとφの関係は、cos2
φ＋cos2θ＝０，したがって、 sin2θsin2φ＞0 のとき、θ＋φ＝90(2n −1) sin2θsin2φ＜0 のとき、｜φ−θ｜＝90(2n −1) で表される。ここでn ＝1 ，2 ・・・・。
【００１５】図５は、横軸に磁気光学素子６のファラデ
ー回転角θ(deg) を、縦軸に変調度Vr をとり、二つの
偏光子４，７間の相対角度φ(deg) をパラメータとし
て、式（６）による計算結果を示したものである。φ＝
２０，４０，６０及び８０の順に、計算結果は実線、ピ
ッチの大きい鎖線、中間ピッチの鎖線及びピッチの小さ
い鎖線で描かれた曲線で示されている。なお、図中の●
印は後述する実験値でる。図５から ０＜θ＜９０，０＜φ＜９０のとき、θ＋φ＝９０ ０＜θ＜９０，９０＜φ＜１８０のとき、φ−θ＝９０ ９０＜θ＜１８０，０＜φ＜９０のとき、φ−θ＝９０ ９０＜θ＜１８０，９０＜φ＜１８０のとき、θ＋φ＝
２７０ で変調度 Vr が最大になることが分かる。そして、ＲＩ
Ｇ膜を使用した交流磁界測定用の光磁界センサにおい
て、一般に採用されている相対角度φ＝４５(deg)と対
比して、上記の条件を満足する相対角度φの値を選択す
ることにより、変調度 Vr を更に増大できることが分か
る。
ー回転角θ(deg) を、縦軸に変調度Vr をとり、二つの
偏光子４，７間の相対角度φ(deg) をパラメータとし
て、式（６）による計算結果を示したものである。φ＝
２０，４０，６０及び８０の順に、計算結果は実線、ピ
ッチの大きい鎖線、中間ピッチの鎖線及びピッチの小さ
い鎖線で描かれた曲線で示されている。なお、図中の●
印は後述する実験値でる。図５から ０＜θ＜９０，０＜φ＜９０のとき、θ＋φ＝９０ ０＜θ＜９０，９０＜φ＜１８０のとき、φ−θ＝９０ ９０＜θ＜１８０，０＜φ＜９０のとき、φ−θ＝９０ ９０＜θ＜１８０，９０＜φ＜１８０のとき、θ＋φ＝
２７０ で変調度 Vr が最大になることが分かる。そして、ＲＩ
Ｇ膜を使用した交流磁界測定用の光磁界センサにおい
て、一般に採用されている相対角度φ＝４５(deg)と対
比して、上記の条件を満足する相対角度φの値を選択す
ることにより、変調度 Vr を更に増大できることが分か
る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明に係る光磁界センサの実施例に
つき、図１乃至図５を参照して、詳細に説明する。図１
は、第１実施例の光磁界センサの基本構成を示す概略
図、図２は、図１に示した基本構成を基に作製し実験に
供した第２実施例の光磁界センサの構成を示す概略図で
ある。上述の従来技術と同様の部材については、同一の
符号を用いてその説明を省略する。
つき、図１乃至図５を参照して、詳細に説明する。図１
は、第１実施例の光磁界センサの基本構成を示す概略
図、図２は、図１に示した基本構成を基に作製し実験に
供した第２実施例の光磁界センサの構成を示す概略図で
ある。上述の従来技術と同様の部材については、同一の
符号を用いてその説明を省略する。
【００１７】第１実施例 上述の従来技術における光磁界センサと異なって、第１
実施例における光磁界センサは、大きい変調度 Vr がえ
られるようなφとθを有するとともに、図１と図６との
対比から明らかなように、磁気光学素子６の直後には非
球面の集光レンズ１４が配置してある。また、磁気光学
素子６は、磁性ガーネットに特定されている。
実施例における光磁界センサは、大きい変調度 Vr がえ
られるようなφとθを有するとともに、図１と図６との
対比から明らかなように、磁気光学素子６の直後には非
球面の集光レンズ１４が配置してある。また、磁気光学
素子６は、磁性ガーネットに特定されている。
【００１８】第２実施例 実験に供した第２実施例の光磁界センサでは、入力側偏
光子１５，出力側偏光子１６には偏光ガラス板を、磁気
光学素子６には（ＹｂＴｂＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12で表せる
磁性ガーネットを用いた。入力側光ガイドファイバ２及
び出力側光ガイドファイバ９にはマルチモードファイバ
を、入力側レンズ３及び出力側レンズ８には屈折率分布
形レンズを用いた。また、光源１には波長０．８５（μ
m)の発光ダイオードを、光検出器１０にはＳｉフォトダ
イオードを用いるとともに、光の進行方向を９０(deg)
変えるために、入力側全反射プリズム１２，出力側全反
射プリズム１３を用いて、光磁界センサを構成した。
光子１５，出力側偏光子１６には偏光ガラス板を、磁気
光学素子６には（ＹｂＴｂＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12で表せる
磁性ガーネットを用いた。入力側光ガイドファイバ２及
び出力側光ガイドファイバ９にはマルチモードファイバ
を、入力側レンズ３及び出力側レンズ８には屈折率分布
形レンズを用いた。また、光源１には波長０．８５（μ
m)の発光ダイオードを、光検出器１０にはＳｉフォトダ
イオードを用いるとともに、光の進行方向を９０(deg)
変えるために、入力側全反射プリズム１２，出力側全反
射プリズム１３を用いて、光磁界センサを構成した。
【００１９】そして、入力側偏光子１５と出力側偏光子
１６の間の相対角度φ(deg) が、２０，４０，６０及び
８０(deg) ，更に磁性ガーネットである磁気光学素子６
のファラデー回転角θ(deg) が、１０，３０，５０，７
０，９０及び１１０(deg) である上記構成の供試光磁界
センサを作製し、これらの供試光磁界センサを用いて実
験を行った。まず、振幅H0が５００(Oe)，周波数ω／
（２π）が５０(Hz)の交流磁界を印加したときの変調度
Vr について実験した。この実験における測定結果は、
上述した図５中の●印で示してある。実験値と計算値は
よく一致しており、０＜θ＜９０，０＜φ＜９０の範囲
では、θ＋φ＝９０，９０＜θ＜１８０，０＜φ＜９０
の範囲では、θ−φ＝９０のときに、変調度 Vr が最大
になることが実証された。
１６の間の相対角度φ(deg) が、２０，４０，６０及び
８０(deg) ，更に磁性ガーネットである磁気光学素子６
のファラデー回転角θ(deg) が、１０，３０，５０，７
０，９０及び１１０(deg) である上記構成の供試光磁界
センサを作製し、これらの供試光磁界センサを用いて実
験を行った。まず、振幅H0が５００(Oe)，周波数ω／
（２π）が５０(Hz)の交流磁界を印加したときの変調度
Vr について実験した。この実験における測定結果は、
上述した図５中の●印で示してある。実験値と計算値は
よく一致しており、０＜θ＜９０，０＜φ＜９０の範囲
では、θ＋φ＝９０，９０＜θ＜１８０，０＜φ＜９０
の範囲では、θ−φ＝９０のときに、変調度 Vr が最大
になることが実証された。
【００２０】また、変調度 Vr が最大となるようなφと
θを有する下記No.1〜No.5の光磁界センサ、すなわち、
（No.1）φ＝２０；θ＝７０，（No.2）φ＝４０；θ＝
５０，（No.3）φ＝６０；θ＝３０，（No.4）φ＝８
０；θ＝１０，（No.5）φ＝２０；θ＝１１０の中の代
表例として、（No.3）φ＝６０；θ＝３０の光磁界セン
サを用い、周波数ω／（２π）が５０(Hz)の交流磁界を
０〜７００(Oe)の範囲で変化させて加え、磁界の強さと
出力電圧の実効値の関係を実験で調べた。この実験結果
を、図３に示してある。磁界の強さの変化に対して、光
磁界センサの出力が直線的に変化していることが示され
おり、式（６）が一次式であることと一致している。こ
の実験では、磁界の強さと位相角の関係も調べ、図４に
示すような結果が得られた。すなわち、０〜７００(Oe)
の磁界の強さの範囲で、位相角がほとんど零であること
が分かり、位相角が小さい光磁界センサ、という本発明
の目的の一つが達成されていることが実証された。
θを有する下記No.1〜No.5の光磁界センサ、すなわち、
（No.1）φ＝２０；θ＝７０，（No.2）φ＝４０；θ＝
５０，（No.3）φ＝６０；θ＝３０，（No.4）φ＝８
０；θ＝１０，（No.5）φ＝２０；θ＝１１０の中の代
表例として、（No.3）φ＝６０；θ＝３０の光磁界セン
サを用い、周波数ω／（２π）が５０(Hz)の交流磁界を
０〜７００(Oe)の範囲で変化させて加え、磁界の強さと
出力電圧の実効値の関係を実験で調べた。この実験結果
を、図３に示してある。磁界の強さの変化に対して、光
磁界センサの出力が直線的に変化していることが示され
おり、式（６）が一次式であることと一致している。こ
の実験では、磁界の強さと位相角の関係も調べ、図４に
示すような結果が得られた。すなわち、０〜７００(Oe)
の磁界の強さの範囲で、位相角がほとんど零であること
が分かり、位相角が小さい光磁界センサ、という本発明
の目的の一つが達成されていることが実証された。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光磁界セン
サは、磁界の強さの広い範囲にわたって、磁界に対する
信号処理回路からのセンサ出力の直線性がよく、磁界と
センサ出力の位相のずれ方も小さく、変調度が大きいと
いう優れた性能を有しており、高感度にかつ高精度に、
磁界を測定することができる。
サは、磁界の強さの広い範囲にわたって、磁界に対する
信号処理回路からのセンサ出力の直線性がよく、磁界と
センサ出力の位相のずれ方も小さく、変調度が大きいと
いう優れた性能を有しており、高感度にかつ高精度に、
磁界を測定することができる。
【図１】本発明の第１実施例に係る光磁界センサの基本
構成を示す概略図である。
構成を示す概略図である。
【図２】図１の基本構成を基に作製し実験に供した第２
実施例の光磁界センサの構成を示す概略図である。
実施例の光磁界センサの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の光磁界センサに係る磁界の強さ−出力
電圧の実効値の図表である。
電圧の実効値の図表である。
【図４】本発明の光磁界センサに係る磁界の強さ−位相
差角の図表である。
差角の図表である。
【図５】本発明の光磁界センサに係る実験値を含む相対
角度φをパラメータとするファラデー回転角θ−変調度
Vr の図表である。
角度φをパラメータとするファラデー回転角θ−変調度
Vr の図表である。
【図６】従来技術の光磁界センサの基本構成を示す概略
図である。
図である。
１ 光源 ２ 入力側光ガイドファイバ ３ 入力側レンズ ４ 入力側偏光子 ５ 半波長板 ６ 磁性ガーネット又は磁気光学素子 ７ 出力側偏光子 ８ 出力側レンズ ９ 出力側光ガイドファイバ １０ 光検出器 １１ 信号処理回路 １２ 入力側全反射プリズム １３ 出力側全反射プリズム １４ 集光レンズ １５ 入力側偏光子 １６ 出力側偏光子
Claims (1)
- 【請求項１】 入力側光ガイドファイバ直後の入力側レ
ンズから射出する光が、入力側偏光子、磁性ガーネッ
ト、集光レンズ、出力側偏光子を通過した後、出力側光
ガイドファイバ直前の出力側レンズにより前記出力側光
ファイバへ導かれるようにした光磁界センサにおいて、
前記二つの偏光子間の相対角度φ(deg)と前記磁性ガー
ネットのファラデー回転角θ(deg) が、 ０＜θ＜９０，０＜φ＜９０のとき、θ＋φ＝９０で、 ０＜θ＜９０，９０＜φ＜１８０のとき及び９０＜θ＜
１８０，０＜φ＜９０のとき、｜φ−θ｜＝９０で、 ９０＜θ＜１８０，９０＜φ＜１８０のとき、θ＋φ＝
２７０であるようにしたことを特徴とする光磁界セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6004854A JPH07209397A (ja) | 1994-01-20 | 1994-01-20 | 光磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6004854A JPH07209397A (ja) | 1994-01-20 | 1994-01-20 | 光磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07209397A true JPH07209397A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11595273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6004854A Pending JPH07209397A (ja) | 1994-01-20 | 1994-01-20 | 光磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07209397A (ja) |
-
1994
- 1994-01-20 JP JP6004854A patent/JPH07209397A/ja active Pending
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