JPH09189752A - 光ファイバ電流・磁界センサ - Google Patents
光ファイバ電流・磁界センサInfo
- Publication number
- JPH09189752A JPH09189752A JP8000784A JP78496A JPH09189752A JP H09189752 A JPH09189752 A JP H09189752A JP 8000784 A JP8000784 A JP 8000784A JP 78496 A JP78496 A JP 78496A JP H09189752 A JPH09189752 A JP H09189752A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- magneto
- magnetic field
- light
- linearly polarized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 周囲温度が変化しても出力誤差を殆ど生じる
ことがなく、精度の高い磁界あるいは電流の測定が可能
な光ファイバ電流・磁界センサを得る。 【解決手段】 光の波長８５０ｎｍの光源と、この光を
直線偏光にする偏光子と、その偏光面をファラデー効果
により回転させる磁気光学素子と、その偏光面を自然旋
光性により４５度、ファラデー効果により更に回転させ
るＢｉ12ＧｅＯ20素子と、この両素子での偏光面の回転
角に対応して光の強度変調を行なう検光子と、光電変換
によりその強度に対応した電気信号を検出する光受信機
と、光源と偏光子との間の第一光ファイバと、検光子と
光受信機との間の第二光ファイバとを備え、両素子の各
光路に平行に作用する磁界の強さを測定するものにおい
て、磁気光学素子のヴェルデ定数とその温度係数を用い
てその光路の長さＬを数式により確定する。
ことがなく、精度の高い磁界あるいは電流の測定が可能
な光ファイバ電流・磁界センサを得る。 【解決手段】 光の波長８５０ｎｍの光源と、この光を
直線偏光にする偏光子と、その偏光面をファラデー効果
により回転させる磁気光学素子と、その偏光面を自然旋
光性により４５度、ファラデー効果により更に回転させ
るＢｉ12ＧｅＯ20素子と、この両素子での偏光面の回転
角に対応して光の強度変調を行なう検光子と、光電変換
によりその強度に対応した電気信号を検出する光受信機
と、光源と偏光子との間の第一光ファイバと、検光子と
光受信機との間の第二光ファイバとを備え、両素子の各
光路に平行に作用する磁界の強さを測定するものにおい
て、磁気光学素子のヴェルデ定数とその温度係数を用い
てその光路の長さＬを数式により確定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はファラデー効果を
利用して電流、磁界を測定する光ファイバ電流・磁界セ
ンサ、とくに、ファラデー効果を備えた磁気光学素子と
ファラデー効果および自然旋光性を兼ね備えたＢｉ12Ｇ
ｅＯ20素子とを組み合わせ、磁気光学素子の光路の長さ
を特定して温度の変化に対する測定精度を高くすること
に関する。
利用して電流、磁界を測定する光ファイバ電流・磁界セ
ンサ、とくに、ファラデー効果を備えた磁気光学素子と
ファラデー効果および自然旋光性を兼ね備えたＢｉ12Ｇ
ｅＯ20素子とを組み合わせ、磁気光学素子の光路の長さ
を特定して温度の変化に対する測定精度を高くすること
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に示すのは特公平４−２４６６５号
公報に掲載された従来の光ファイバ電流・磁界センサの
構成図である。光源１を出射した光は光ファイバ１０ａ
を伝搬し、偏光子２に入射して直線偏光に変わる。この
直線偏光は磁気光学素子３に入射するが、この磁気光学
素子３はファラデー効果と自然旋光性とを兼ね備えてお
り、その光路の長さは自然旋光性による直線偏光の回転
角が４５度の感度が最大になる値になっているので、自
然旋光性により偏光面が４５度回転し、更に、ファラデ
ー効果により光路に平行に作用する磁界の強さに比例し
て一定角度回転する。この偏光面の自然旋光性とファラ
デー効果とによる回転角Δψ、磁界の強さＨ、磁気光学
素子３のヴェルデ定数Ｖ、自然旋光能θ、光路の長さＬ
の間に存在する定量的関係は数式１に示す通りである。
公報に掲載された従来の光ファイバ電流・磁界センサの
構成図である。光源１を出射した光は光ファイバ１０ａ
を伝搬し、偏光子２に入射して直線偏光に変わる。この
直線偏光は磁気光学素子３に入射するが、この磁気光学
素子３はファラデー効果と自然旋光性とを兼ね備えてお
り、その光路の長さは自然旋光性による直線偏光の回転
角が４５度の感度が最大になる値になっているので、自
然旋光性により偏光面が４５度回転し、更に、ファラデ
ー効果により光路に平行に作用する磁界の強さに比例し
て一定角度回転する。この偏光面の自然旋光性とファラ
デー効果とによる回転角Δψ、磁界の強さＨ、磁気光学
素子３のヴェルデ定数Ｖ、自然旋光能θ、光路の長さＬ
の間に存在する定量的関係は数式１に示す通りである。
【０００３】
【数１】
【０００４】磁気光学素子３を出射した直線偏光は検光
子４に入射し、磁気光学素子３での偏光面の回転角Δψ
に対応して光の強度変調を受ける。検光子４を出射した
直線偏光は光ファイバ１０ｂを伝搬し、光受信機５に入
射して光電変換され直線偏光の強度、したがって、磁界
の強さＨに対応した電気信号として検出される。これに
より磁界の強さを測定することができ、また、その磁界
が電流によるものであれば、その電流の大きさを測定す
ることができる。
子４に入射し、磁気光学素子３での偏光面の回転角Δψ
に対応して光の強度変調を受ける。検光子４を出射した
直線偏光は光ファイバ１０ｂを伝搬し、光受信機５に入
射して光電変換され直線偏光の強度、したがって、磁界
の強さＨに対応した電気信号として検出される。これに
より磁界の強さを測定することができ、また、その磁界
が電流によるものであれば、その電流の大きさを測定す
ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバ電流
・磁界センサは以上のように構成されており磁気光学素
子３の光路の長さをその自然旋光性による直線偏光の偏
光面の回転角が４５度になる値にするとともに、偏光子
２と検光子４の各光軸を幾何学に互いに垂直または平行
にして感度が最大になるようにしているが、周囲温度が
変化すると、磁気光学素子３のヴェルデ定数と自然旋光
能の変化はその光路の長さの変化に比べて無視できず、
偏光面の回転角が変化して出力誤差が大きくなり、測定
精度が低くなると云う課題があった。
・磁界センサは以上のように構成されており磁気光学素
子３の光路の長さをその自然旋光性による直線偏光の偏
光面の回転角が４５度になる値にするとともに、偏光子
２と検光子４の各光軸を幾何学に互いに垂直または平行
にして感度が最大になるようにしているが、周囲温度が
変化すると、磁気光学素子３のヴェルデ定数と自然旋光
能の変化はその光路の長さの変化に比べて無視できず、
偏光面の回転角が変化して出力誤差が大きくなり、測定
精度が低くなると云う課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光ファイ
バ電流・磁界センサは波長が８５０ｎｍの光を発する光
源と、この光源からの光を直線偏光にかえる偏光子と、
この偏光子からの直線偏光の偏光面をファラデー効果に
より回転させる磁気光学素子と、偏光子からの直線偏光
の偏光面を自然旋光性により４５度回転させ、ファラデ
ー効果により更に回転させる酸化物結晶のＢｉ12ＧｅＯ
20素子と、磁気光学素子およびＢｉ12ＧｅＯ20素子での
直線偏光の偏光面の回転角に対応して光の強度変調を行
なう検光子と、この検光子からの直線偏光を光電変換し
てその強度に対応した電気信号を検出する光受信機と、
光源と偏光子との間で光を伝送する第一光ファイバと、
検光子と光受信機との間で直線偏光を伝送する第二光フ
ァイバとを備えて磁気光学素子とＢｉ12ＧｅＯ20素子の
各光路に並行に作用する磁界の強さを測定するものであ
って、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子の使用中心温度における自然
旋光能とその温度係数、ならびにヴェルデ定数とその温
度係数は既知であり、また、光源の光の波長が８５０ｎ
ｍであるので、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子の光路の長さは自然
旋光性による直線偏光の偏光面の回転角を４５度にする
ことから一義的に決り、磁気光学素子の使用中心温度に
おけるヴェルデ定数をＶｏ、このヴェルデ定数の温度係
数をαとして、磁気光学素子の光路の長さＬを偏光子と
検光子の各光軸が互いに平行なときは Ｌ＝−０．０１９／Ｖｏ（α−０．０３９）（ｍｍ） とし、互いに垂直なときは Ｌ＝−０．０４６／Ｖｏ（α＋０．０３９）（ｍｍ） とすることにより磁気光学素子とＢｉ12ＧｅＯ20素子の
各定数が互いに相殺して検光子で直線偏光の強度変調を
行なうときの感度に及ぼす温度の変化の影響が殆どなく
なる。
バ電流・磁界センサは波長が８５０ｎｍの光を発する光
源と、この光源からの光を直線偏光にかえる偏光子と、
この偏光子からの直線偏光の偏光面をファラデー効果に
より回転させる磁気光学素子と、偏光子からの直線偏光
の偏光面を自然旋光性により４５度回転させ、ファラデ
ー効果により更に回転させる酸化物結晶のＢｉ12ＧｅＯ
20素子と、磁気光学素子およびＢｉ12ＧｅＯ20素子での
直線偏光の偏光面の回転角に対応して光の強度変調を行
なう検光子と、この検光子からの直線偏光を光電変換し
てその強度に対応した電気信号を検出する光受信機と、
光源と偏光子との間で光を伝送する第一光ファイバと、
検光子と光受信機との間で直線偏光を伝送する第二光フ
ァイバとを備えて磁気光学素子とＢｉ12ＧｅＯ20素子の
各光路に並行に作用する磁界の強さを測定するものであ
って、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子の使用中心温度における自然
旋光能とその温度係数、ならびにヴェルデ定数とその温
度係数は既知であり、また、光源の光の波長が８５０ｎ
ｍであるので、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子の光路の長さは自然
旋光性による直線偏光の偏光面の回転角を４５度にする
ことから一義的に決り、磁気光学素子の使用中心温度に
おけるヴェルデ定数をＶｏ、このヴェルデ定数の温度係
数をαとして、磁気光学素子の光路の長さＬを偏光子と
検光子の各光軸が互いに平行なときは Ｌ＝−０．０１９／Ｖｏ（α−０．０３９）（ｍｍ） とし、互いに垂直なときは Ｌ＝−０．０４６／Ｖｏ（α＋０．０３９）（ｍｍ） とすることにより磁気光学素子とＢｉ12ＧｅＯ20素子の
各定数が互いに相殺して検光子で直線偏光の強度変調を
行なうときの感度に及ぼす温度の変化の影響が殆どなく
なる。
【０００７】また、前記光ファイバ電流・磁界センサで
磁気光学素子をＦＲ−５ガラスからなるものとし、その
光路の長さを１．８ｍｍとすることにより検光子で直線
偏光の強度変調を行なうときの感度に及ぼす温度の変化
の影響が殆どなくなる。
磁気光学素子をＦＲ−５ガラスからなるものとし、その
光路の長さを１．８ｍｍとすることにより検光子で直線
偏光の強度変調を行なうときの感度に及ぼす温度の変化
の影響が殆どなくなる。
【０００８】さらに、前記の光ファイバ電流・磁界セン
サで磁気光学素子を（Ｃｄ1-x Ｍｎx ）Ｔｅ（ｘ＝０．
１）からなるものとし、その光路の長さを０．１ｍｍと
することにより検光子で直線偏光の強度変調を行なうと
きの感度に及ぼす温度の変化の影響が殆どなくなる。
サで磁気光学素子を（Ｃｄ1-x Ｍｎx ）Ｔｅ（ｘ＝０．
１）からなるものとし、その光路の長さを０．１ｍｍと
することにより検光子で直線偏光の強度変調を行なうと
きの感度に及ぼす温度の変化の影響が殆どなくなる。
【０００９】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す構
成図である。図において、１１は波長が８５０ｎｍの光
を発する光源、１２は光源１１からの光を直線偏光にか
える偏光子で偏光ビームスプリッタからなり透過光を利
用している。１３ａはファラデー効果を備えた磁気光学
素子で自然旋光性はなく、ファラデー効果により光路の
長さと光路に平行に作用する磁界の強さに比例して偏光
子１２からの直線偏光の偏光面を回転する。１３ｂはフ
ァラデー効果と自然旋光性とを備えた酸化物結晶のＢｉ
12ＧｅＯ20素子で磁気光学素子１３ａからの直線偏光の
偏光面を自然旋光性により４５度回転させ、更に、ファ
ラデー効果により光路の長さと光路に平行に作用する磁
界の強さに比例して回転させる。１４はＢｉ12ＧｅＯ20
素子１３ｂにおける直線偏光の偏光面の回転角に対応し
てその強度変調を行なう検光子、１５は検光子１４から
の直線偏光を光電変換してその強度に対応した電気信号
を検出する光受信機、２０ａは光源１１と偏光子１２と
の間で光を伝送する第一光ファイバ、２０ｂは検光子１
４と光受信機１５との間で直線偏光を伝送する第二光フ
ァイバである。
成図である。図において、１１は波長が８５０ｎｍの光
を発する光源、１２は光源１１からの光を直線偏光にか
える偏光子で偏光ビームスプリッタからなり透過光を利
用している。１３ａはファラデー効果を備えた磁気光学
素子で自然旋光性はなく、ファラデー効果により光路の
長さと光路に平行に作用する磁界の強さに比例して偏光
子１２からの直線偏光の偏光面を回転する。１３ｂはフ
ァラデー効果と自然旋光性とを備えた酸化物結晶のＢｉ
12ＧｅＯ20素子で磁気光学素子１３ａからの直線偏光の
偏光面を自然旋光性により４５度回転させ、更に、ファ
ラデー効果により光路の長さと光路に平行に作用する磁
界の強さに比例して回転させる。１４はＢｉ12ＧｅＯ20
素子１３ｂにおける直線偏光の偏光面の回転角に対応し
てその強度変調を行なう検光子、１５は検光子１４から
の直線偏光を光電変換してその強度に対応した電気信号
を検出する光受信機、２０ａは光源１１と偏光子１２と
の間で光を伝送する第一光ファイバ、２０ｂは検光子１
４と光受信機１５との間で直線偏光を伝送する第二光フ
ァイバである。
【００１０】実施の形態１は以上のように構成され、光
源１１で発した波長８５０ｎｍの光は第一ファイバ２０
ａを伝搬し、偏光子１２に入射して直線偏光になる。こ
の直線偏光は磁気光学素子１３ａに入射してファラデー
効果によりその光路に平行に作用する磁界の強さに比例
して偏光面が回転する。磁気光学素子１３ａを出射した
直線偏光はＢｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂに入射し、自然旋
光性により偏光面が４５度回転し、更に、ファラデー効
果によりその光路に平行に作用する磁界の強さに比例し
て回転する。磁気光学素子１３ａとＢｉ12ＧｅＯ20素子
１３ｂで偏光面の回転した直線偏光は検光子１４に入射
してその偏光面の回転角に対応して強度変調をうける。
なお、偏光子１２と検光子１４の各光軸は互いに垂直ま
たは平行になっている。検光子１４を出射した直線偏光
は第二光ファイバ２０ｂを伝搬し、光受信機１５に入射
して光電変換され直線偏光の強度、したがって、磁気光
学素子１３ａとＢｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂの各光路に平
行に作用する磁界の強さに対応した電気信号として検出
される。これにより磁界の強さを測定することができ
る。
源１１で発した波長８５０ｎｍの光は第一ファイバ２０
ａを伝搬し、偏光子１２に入射して直線偏光になる。こ
の直線偏光は磁気光学素子１３ａに入射してファラデー
効果によりその光路に平行に作用する磁界の強さに比例
して偏光面が回転する。磁気光学素子１３ａを出射した
直線偏光はＢｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂに入射し、自然旋
光性により偏光面が４５度回転し、更に、ファラデー効
果によりその光路に平行に作用する磁界の強さに比例し
て回転する。磁気光学素子１３ａとＢｉ12ＧｅＯ20素子
１３ｂで偏光面の回転した直線偏光は検光子１４に入射
してその偏光面の回転角に対応して強度変調をうける。
なお、偏光子１２と検光子１４の各光軸は互いに垂直ま
たは平行になっている。検光子１４を出射した直線偏光
は第二光ファイバ２０ｂを伝搬し、光受信機１５に入射
して光電変換され直線偏光の強度、したがって、磁気光
学素子１３ａとＢｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂの各光路に平
行に作用する磁界の強さに対応した電気信号として検出
される。これにより磁界の強さを測定することができ
る。
【００１１】次に、検光子１４で直線偏光の強度変調を
行なうときの感度に及ぼす温度の変化の影響について説
明する。検光子１４で強度変調する直線偏光の強度の電
界ベクトル成分Ｅｘ，Ｅｙは磁気光学素子１３ａを経て
Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂから検光子１４に入射する直
線偏光の強度を１とし、磁気光学素子１３ａとＢｉ12Ｇ
ｅＯ20素子１３ｂの各光路に平行に作用する磁界の強さ
をＨ、磁気光学素子１３ａのヴェルデ定数をＶ、その光
路の長さをＬ、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂのヴェルデ定
数をＶｒ、その自然旋光能をθ、その光路の長さをＬ
ｒ、偏光子１２と検光子１４の各光軸のなす角度をψと
してジョーンズベクトル行列を用いて数式２で表わされ
る。
行なうときの感度に及ぼす温度の変化の影響について説
明する。検光子１４で強度変調する直線偏光の強度の電
界ベクトル成分Ｅｘ，Ｅｙは磁気光学素子１３ａを経て
Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂから検光子１４に入射する直
線偏光の強度を１とし、磁気光学素子１３ａとＢｉ12Ｇ
ｅＯ20素子１３ｂの各光路に平行に作用する磁界の強さ
をＨ、磁気光学素子１３ａのヴェルデ定数をＶ、その光
路の長さをＬ、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂのヴェルデ定
数をＶｒ、その自然旋光能をθ、その光路の長さをＬ
ｒ、偏光子１２と検光子１４の各光軸のなす角度をψと
してジョーンズベクトル行列を用いて数式２で表わされ
る。
【００１２】
【数２】
【００１３】検光子１４で強度変調した直線偏光の強度
Ｉは数式３で求められる。
Ｉは数式３で求められる。
【００１４】
【数３】
【００１５】数式３で右辺の括弧内の第一項と第二項は
磁界の影響を受けない成分であり、第三項は磁界の影響
を受ける成分である。前者をＩｄｃ、後者をＩａｃで表
わし、磁気光学素子１３ａとＢｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂ
の各光路に平行に作用する磁界を交番磁界としてその強
さ（実効値）をＨ、検光子１４で直線偏光の強度変調を
行なうときの感度をηで表わしてη＝Ｉａｃ／Ｉｄｃで
定義すると数式４が得られる。
磁界の影響を受けない成分であり、第三項は磁界の影響
を受ける成分である。前者をＩｄｃ、後者をＩａｃで表
わし、磁気光学素子１３ａとＢｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂ
の各光路に平行に作用する磁界を交番磁界としてその強
さ（実効値）をＨ、検光子１４で直線偏光の強度変調を
行なうときの感度をηで表わしてη＝Ｉａｃ／Ｉｄｃで
定義すると数式４が得られる。
【００１６】
【数４】
【００１７】この感度ηに及ぼす温度の変化の影響につ
いて考察する。温度の変化の影響を受けるものとして磁
気光学素子１３ａのヴェルデ定数、その光路の長さ、Ｂ
ｉ12GeO20素子１３ｂのヴェルデ定数、自然旋光能、そ
の光路の長さが考えられるが、磁気光学素子１３ａ、Ｂ
ｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂのいずれも光路の長さの温度特
性はヴェルデ定数や自然旋光能のそれに比べて無視する
ことができるので、ここでは考慮しないこととする。磁
気光学素子１３ａの所定温度ならびに使用中心温度にお
けるヴェルデ定数をそれぞれＶ，Ｖｏ、このヴェルデ定
数の温度係数をαとし、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂの所
定温度ならびに使用中心温度におけるヴェルデ定数をそ
れぞれＶｒ，Ｖｒｏ、このヴェルデ定数の温度係数を
β、同じく所定温度ならびに使用中心温度における自然
旋光能をθ，θｏ、この自然旋光能の温度係数をγ、所
定温度と使用中心温度との温度差をΔＴとすると、Ｖ，
Ｖｒ，θはそれぞれ数式５、数式６、数式７で表わされ
る。
いて考察する。温度の変化の影響を受けるものとして磁
気光学素子１３ａのヴェルデ定数、その光路の長さ、Ｂ
ｉ12GeO20素子１３ｂのヴェルデ定数、自然旋光能、そ
の光路の長さが考えられるが、磁気光学素子１３ａ、Ｂ
ｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂのいずれも光路の長さの温度特
性はヴェルデ定数や自然旋光能のそれに比べて無視する
ことができるので、ここでは考慮しないこととする。磁
気光学素子１３ａの所定温度ならびに使用中心温度にお
けるヴェルデ定数をそれぞれＶ，Ｖｏ、このヴェルデ定
数の温度係数をαとし、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂの所
定温度ならびに使用中心温度におけるヴェルデ定数をそ
れぞれＶｒ，Ｖｒｏ、このヴェルデ定数の温度係数を
β、同じく所定温度ならびに使用中心温度における自然
旋光能をθ，θｏ、この自然旋光能の温度係数をγ、所
定温度と使用中心温度との温度差をΔＴとすると、Ｖ，
Ｖｒ，θはそれぞれ数式５、数式６、数式７で表わされ
る。
【００１８】
【数５】
【数６】
【数７】
【００１９】数式４、数式５、数式６、数式７から近似
的に感度ηの数式８が得られる。
的に感度ηの数式８が得られる。
【００２０】
【数８】
【００２１】数式８の右辺の大括弧内にあるΔＴの係数
が感度の温度係数であり、温度が変化するとこれにより
出力誤差を生じる。この感度の温度係数をδで表わし、
偏光子１２と検光子１４の各光軸が互いに垂直（ψ＝π
／２）であるか平行（ψ＝０）であるものとすると数式
９が得られる。数式９の右辺の第二項の符号はマイナス
がψ＝π／２、プラスがψ＝０に対応する。
が感度の温度係数であり、温度が変化するとこれにより
出力誤差を生じる。この感度の温度係数をδで表わし、
偏光子１２と検光子１４の各光軸が互いに垂直（ψ＝π
／２）であるか平行（ψ＝０）であるものとすると数式
９が得られる。数式９の右辺の第二項の符号はマイナス
がψ＝π／２、プラスがψ＝０に対応する。
【００２２】
【数９】
【００２３】ところで、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂの自
然旋光性による直線偏光の偏光面の回転角が４５度にな
る光路の長さは光源１１の光の波長が８００ｎｍから９
００ｎｍの範囲にあれば比例関係にあることを実験によ
り確認しており、光の波長が８５０ｎｍであれば、その
光路の長さＬｒは４．４ｍｍになる。これについては特
願平７−１７２１３０号の願書に添付した明細書にも記
載されている。また、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂの使用
中心温度におけるヴェルデ定数Ｖｒｏは雑誌「機能材
料」１９８３年１１月号、第１７頁に掲載された値が
０．１８８ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍであり、このヴェルデ定
数の温度係数βは上記の同じ明細書に記載されていて１
６５ｐｐｍ／℃である。さらにＢｉ12ＧｅＯ20素子１３
ｂの使用中心温度における自然旋光能θｏは上記の雑誌
「機能材料」１９８３年１１月号、第１７頁に掲載され
ていて９．６ｄｅｇ／ｍｉｎであり、この自然旋光能θ
ｏの温度係数γは電気学会センサ技術研究会資料（資料
番号ＳＴ−９２−１９，１９９２年１２月１０日）「光
ファイバ電圧センサの高精度化」第４１頁により−２５
０ｐｐｍ／℃である。これらの各数値を用い、ヴェルデ
定数Ｖｒｏの単位をｍｉｎ／Ｇａｕｓｓ・ｃｍ、その温
度係数βの単位を％／℃、自然旋光能θｏの温度係数γ
の単位を％／℃に換算したうえ、数式９の感度の温度係
数δをゼロとする磁気光学素子１３ａの光路の長さＬを
求めると、偏光子１２と検光子１４の各光軸が互いに平
行なときは数式１０、また、その各光軸が互いに垂直な
ときは数式１１となる。なお、θｏＬｒ＝π／４であ
る。
然旋光性による直線偏光の偏光面の回転角が４５度にな
る光路の長さは光源１１の光の波長が８００ｎｍから９
００ｎｍの範囲にあれば比例関係にあることを実験によ
り確認しており、光の波長が８５０ｎｍであれば、その
光路の長さＬｒは４．４ｍｍになる。これについては特
願平７−１７２１３０号の願書に添付した明細書にも記
載されている。また、Ｂｉ12ＧｅＯ20素子１３ｂの使用
中心温度におけるヴェルデ定数Ｖｒｏは雑誌「機能材
料」１９８３年１１月号、第１７頁に掲載された値が
０．１８８ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍであり、このヴェルデ定
数の温度係数βは上記の同じ明細書に記載されていて１
６５ｐｐｍ／℃である。さらにＢｉ12ＧｅＯ20素子１３
ｂの使用中心温度における自然旋光能θｏは上記の雑誌
「機能材料」１９８３年１１月号、第１７頁に掲載され
ていて９．６ｄｅｇ／ｍｉｎであり、この自然旋光能θ
ｏの温度係数γは電気学会センサ技術研究会資料（資料
番号ＳＴ−９２−１９，１９９２年１２月１０日）「光
ファイバ電圧センサの高精度化」第４１頁により−２５
０ｐｐｍ／℃である。これらの各数値を用い、ヴェルデ
定数Ｖｒｏの単位をｍｉｎ／Ｇａｕｓｓ・ｃｍ、その温
度係数βの単位を％／℃、自然旋光能θｏの温度係数γ
の単位を％／℃に換算したうえ、数式９の感度の温度係
数δをゼロとする磁気光学素子１３ａの光路の長さＬを
求めると、偏光子１２と検光子１４の各光軸が互いに平
行なときは数式１０、また、その各光軸が互いに垂直な
ときは数式１１となる。なお、θｏＬｒ＝π／４であ
る。
【００２４】
【数１０】
【数１１】
【００２５】磁気光学素子１３ａの材料を具体的に決め
ると、数式１０または数式１１により感度の温度係数δ
がゼロになる光路の長さが決定する。この光路の長さの
磁気光学素子１３ａを用いれば、周囲温度が変化しても
検光子１４で直線偏光の強度変調を行なうときの感度の
温度係数がほぼゼロになって出力誤差は殆どなくなり、
精度の高い磁界の測定が可能になる。
ると、数式１０または数式１１により感度の温度係数δ
がゼロになる光路の長さが決定する。この光路の長さの
磁気光学素子１３ａを用いれば、周囲温度が変化しても
検光子１４で直線偏光の強度変調を行なうときの感度の
温度係数がほぼゼロになって出力誤差は殆どなくなり、
精度の高い磁界の測定が可能になる。
【００２６】実施の形態２．実施の形態２は実施の形態
１と同じ構成であって、磁気光学素子１３ａに鉛ガラス
の一種のＦＲ−５ガラスを用いたものである。ＦＲ−５
ガラスの使用中心温度におけるヴェルデ定数Ｖｏとその
温度係数αは雑誌「機能材料」１９８３年１１月号、第
１７頁に掲載された数値からそれぞれ、０．１１ｍｉｎ
／Ｏｓ・ｃｍ，−２７３０ｐｐｍ／℃である。ヴェルデ
定数Ｖｏの単位をｍｉｎ／Ｇａｕｓｓ・ｃｍ、その温度
係数の単位を％／℃に換算して偏光子１２と検光子１４
の各光軸を互いに垂直にすると数式１１により感度の温
度係数δをゼロとする磁気光学素子１３ａの光路の長さ
Ｌは１．８ｍｍとなる。この光路の長さのＦＲ−５ガラ
スからなる磁気光学素子１３ａを用いれば、周囲温度が
変化しても検光子１４で直線偏光の強度変調を行なうと
きの感度の温度係数がほぼゼロになって出力誤差は殆ど
なくなり、精度の高い磁界の測定ができる。
１と同じ構成であって、磁気光学素子１３ａに鉛ガラス
の一種のＦＲ−５ガラスを用いたものである。ＦＲ−５
ガラスの使用中心温度におけるヴェルデ定数Ｖｏとその
温度係数αは雑誌「機能材料」１９８３年１１月号、第
１７頁に掲載された数値からそれぞれ、０．１１ｍｉｎ
／Ｏｓ・ｃｍ，−２７３０ｐｐｍ／℃である。ヴェルデ
定数Ｖｏの単位をｍｉｎ／Ｇａｕｓｓ・ｃｍ、その温度
係数の単位を％／℃に換算して偏光子１２と検光子１４
の各光軸を互いに垂直にすると数式１１により感度の温
度係数δをゼロとする磁気光学素子１３ａの光路の長さ
Ｌは１．８ｍｍとなる。この光路の長さのＦＲ−５ガラ
スからなる磁気光学素子１３ａを用いれば、周囲温度が
変化しても検光子１４で直線偏光の強度変調を行なうと
きの感度の温度係数がほぼゼロになって出力誤差は殆ど
なくなり、精度の高い磁界の測定ができる。
【００２７】実施の形態３．実施の形態３も実施の形態
１と同じ構成であって、磁気光学素子１３ａに（Ｃｄ
1-x Ｍｎx ）Ｔｅ（ｘ＝０．１）を用いたものである。
（Ｃｄ1-x Ｍｎx ）Ｔｅ（ｘ＝０．１）の使用中心温度
におけるヴェルデ定数Ｖｏとその温度係数αはＴｅｃｈ
ｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｈｅ ９ｔｈ Ｓ
ｅｎｓｏｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９９０．ｐｐ５５
〜５８，“Ｆｉｂｅｒ−ＯｐｔｉｃＭａｇｎｅｔｉｃ−
Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ｕｓｉｎｇ（Ｃｄ1-x Ｍｎ
x ）Ｔｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ”ｐ．５６に
掲載された数値からそれぞれ３．３ｍｉｎ／Ｇａｕｓｓ
・ｃｍ，−１６３０ｐｐｍ／℃である。ヴェルデ定数Ｖ
ｏの単位をｍｉｎ／Ｇａｕｓｓ・ｃｍ、その温度係数の
単位を％／℃に換算して偏光子１２と検光子１４の各光
軸を互いに垂直すると数式１１により感度の温度係数δ
をゼロとする磁気光学素子１３ａの光路の長さＬは０．
１ｍｍとなる。この光路の長さの（Ｃｄ1-x Ｍｎx ）Ｔ
ｅ（ｘ＝０．１）からなる磁気光学素子１３ａを用いれ
ば、周囲温度が変化しても検光子１４で直線偏光の強度
変調を行なうときの感度の温度係数がほぼゼロになって
出力誤差は殆どなくなり、精度の高い磁界の測定ができ
る。
１と同じ構成であって、磁気光学素子１３ａに（Ｃｄ
1-x Ｍｎx ）Ｔｅ（ｘ＝０．１）を用いたものである。
（Ｃｄ1-x Ｍｎx ）Ｔｅ（ｘ＝０．１）の使用中心温度
におけるヴェルデ定数Ｖｏとその温度係数αはＴｅｃｈ
ｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｈｅ ９ｔｈ Ｓ
ｅｎｓｏｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９９０．ｐｐ５５
〜５８，“Ｆｉｂｅｒ−ＯｐｔｉｃＭａｇｎｅｔｉｃ−
Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ｕｓｉｎｇ（Ｃｄ1-x Ｍｎ
x ）Ｔｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ”ｐ．５６に
掲載された数値からそれぞれ３．３ｍｉｎ／Ｇａｕｓｓ
・ｃｍ，−１６３０ｐｐｍ／℃である。ヴェルデ定数Ｖ
ｏの単位をｍｉｎ／Ｇａｕｓｓ・ｃｍ、その温度係数の
単位を％／℃に換算して偏光子１２と検光子１４の各光
軸を互いに垂直すると数式１１により感度の温度係数δ
をゼロとする磁気光学素子１３ａの光路の長さＬは０．
１ｍｍとなる。この光路の長さの（Ｃｄ1-x Ｍｎx ）Ｔ
ｅ（ｘ＝０．１）からなる磁気光学素子１３ａを用いれ
ば、周囲温度が変化しても検光子１４で直線偏光の強度
変調を行なうときの感度の温度係数がほぼゼロになって
出力誤差は殆どなくなり、精度の高い磁界の測定ができ
る。
【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。
る。
【図２】 従来の光ファイバ電流・磁界センサの構成図
である。
である。
１１ 光源 １２ 偏光子 １３ａ 磁気光学素子 １３ｂ Ｂｉ12Ｇ
ｅＯ20素子 １４ 検光子 １５ 光受信機 ２０ａ 第一光ファイバ ２０ｂ 第二光フ
ァイバ
ｅＯ20素子 １４ 検光子 １５ 光受信機 ２０ａ 第一光ファイバ ２０ｂ 第二光フ
ァイバ
Claims (3)
- 【請求項１】 波長が８５０ｎｍの光を発する光源、前
記光源からの光を直線偏光にかえる偏光子、前記偏光子
からの直線偏光の偏光面をファラデー効果により回転さ
せる磁気光学素子、前記偏光子からの直線偏光の偏光面
を自然旋光性により４５度回転させ、ファラデー効果に
より更に回転させる酸化物結晶のＢｉ12ＧｅＯ20素子、
前記磁気光学素子および前記Ｂｉ12ＧｅＯ20素子での直
線偏光の偏光面の回転角に対応して光の強度変調を行な
う検光子、前記検光子からの直線偏光を光電変換してそ
の強度に対応した電気信号を検出する光受信機、前記光
源と前記偏光子との間で光を伝送する第一光ファイバ、
前記検光子と前記光受信機との間で直線偏光を伝送する
第二光ファイバを備え、前記磁気光学素子と前記Ｂｉ12
ＧｅＯ20素子の各光路に並行に作用する磁界の強さを測
定する光ファイバ電流・磁界センサにおいて、前記磁気
光学素子の使用中心温度におけるヴェルデ定数をＶｏ、
このヴェルデ定数の温度係数をαとして、前記磁気光学
素子の光路の長さＬを前記偏光子と前記検光子の各光軸
が互いに平行なときは Ｌ＝−０．０１９／Ｖｏ（α−０．０３９）（ｍｍ） とし、前記偏光子と前記検光子の各光軸が互いに垂直な
ときは Ｌ＝−０．０４６／Ｖｏ（α＋０．０３９）（ｍｍ） とする光ファイバ電流・磁界センサ。 - 【請求項２】 磁気光学素子はＦＲ−５ガラスからな
り、その光路の長さを１．８ｍｍとする請求項１に記載
の光ファイバ電流・磁界センサ。 - 【請求項３】 磁気光学素子は（Ｃｄ1-x Ｍｎx ）Ｔｅ
（ｘ＝０．１）からなり、その光路の長さを０．１ｍｍ
とする請求項１に記載の光ファイバ電流・磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00078496A JP3148614B2 (ja) | 1996-01-08 | 1996-01-08 | 光ファイバ電流・磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00078496A JP3148614B2 (ja) | 1996-01-08 | 1996-01-08 | 光ファイバ電流・磁界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09189752A true JPH09189752A (ja) | 1997-07-22 |
| JP3148614B2 JP3148614B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=11483333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00078496A Expired - Fee Related JP3148614B2 (ja) | 1996-01-08 | 1996-01-08 | 光ファイバ電流・磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3148614B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103913298A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-07-09 | 电子科技大学 | 一种测量高非线性光纤Verdet常数的装置和方法 |
| CN116165419A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-05-26 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 | 一种基于温度补偿的光栅光阀型电流传感器 |
| CN120352675A (zh) * | 2025-05-06 | 2025-07-22 | 登高电气有限公司 | 一种低功率电流光学传感器 |
-
1996
- 1996-01-08 JP JP00078496A patent/JP3148614B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103913298A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-07-09 | 电子科技大学 | 一种测量高非线性光纤Verdet常数的装置和方法 |
| CN103913298B (zh) * | 2014-03-31 | 2016-06-29 | 电子科技大学 | 一种测量高非线性光纤Verdet常数的装置和方法 |
| CN116165419A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-05-26 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 | 一种基于温度补偿的光栅光阀型电流传感器 |
| CN120352675A (zh) * | 2025-05-06 | 2025-07-22 | 登高电气有限公司 | 一种低功率电流光学传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3148614B2 (ja) | 2001-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0083196B1 (en) | Voltage and electric field measuring device using light | |
| JPS58129372A (ja) | 磁界−光変換器 | |
| US4933629A (en) | Method and apparatus for optically measuring electric and magnetic quantities having an optical sensing head exhibiting the Pockel's and Faraday effects | |
| JP2000515979A (ja) | 精密電流検知のための光ファイバ装置及び方法 | |
| JPH0670653B2 (ja) | 光温度・電気量測定装置 | |
| JP3144928B2 (ja) | 光センサ | |
| JP3148614B2 (ja) | 光ファイバ電流・磁界センサ | |
| JPS59107273A (ja) | 光電流・磁界センサ | |
| JPH0445813B2 (ja) | ||
| JP2509692B2 (ja) | 光学式測定装置 | |
| JPS5899761A (ja) | 光による電界，磁界測定器 | |
| JP3130582B2 (ja) | 磁気光学センサ | |
| JP3148579B2 (ja) | 光ファイバ電流・磁界センサ | |
| CN115015628B (zh) | 同时检测瞬时温度和工频电流的方法及系统 | |
| JP2948677B2 (ja) | 光応用磁界センサ | |
| JP3041637B2 (ja) | 光応用直流電流変成器 | |
| JP2580443B2 (ja) | 光電圧センサ | |
| JP3235301B2 (ja) | 光電圧センサー | |
| CN117405960A (zh) | 一种检测装置及检测方法 | |
| JPH01127984A (ja) | 磁界センサ | |
| JPH04315074A (ja) | 光磁界センサ | |
| JPH05119075A (ja) | 光電圧センサ | |
| JP2592942B2 (ja) | ファラデー効果材料および磁界センサ | |
| JPH04315073A (ja) | 光磁界センサ | |
| SU1103092A1 (ru) | Оптико-электронное устройство дл измерени температуры |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |