JPS5988665A - 光応用磁界センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光応用磁界センサに係り、特に高電圧。

大筒、流、高周波等の電磁雑音の大きい悪環境下で使用
するに好適なファラデー効果を応用した光応用磁界セン
サに関する。

〔従来技術〕

従来の光応用磁界センサは、例えば第１図に示すように
、発光部１、光ファイバー２、集光レンズ３、偏光子４
、鉛ガラス等の７アラデー効果を有する７アラデーロー
テーター５１検光子６翫集光レンズ７．８、光ファイバ
ー９．１０、フォトダイオード１１，１２、電流−電圧
変換増巾器１３．１４、アナログ加算器１５、アナログ
減算器１６、アナログ割算器１７より成っている。

この様な光応用磁界センサにおいて、印加磁界がない状
態で、偏光子４を回転させ、検光子６によって２成分に
分解された光量が等しくなるように調節した後に、磁界
Ｈを印加すると）７ア２デー効果による偏波面の回転角
をθとし、電流−電圧変挨増巾器１３．１４の出力なＶ
、　、　Ｖ、とし、ｋ′を定数として、理想的には次の
（１１、（２１式の値が得られる。

Ｖ、−に’（１＋ｇｔｎ２θ）　　　　（１１Ｖｔ　−
ｋ’　　（１−ｓｋ　２θ）（２）したがって、アナロ
グ加算器１５．アナログ減算器１６．アナ四グ割算器１
７により、（Ｓ）式の演算を行えば、 ｔｈ２θ−２１９の範囲で、ファラデー回転角θに比例
した出力、すなわち、印加磁界Ｈに比例した出力Ｖを得
ることができる。

以下、これをより詳細に説明すると、光応用磁界センサ
では、直線偏波光がガラス等のファラデー効果を示す物
体中を通過した時、光路長と磁界成分の積に比例した量
だけ偏波面が回転する。偏波面の回転量の検出は、ウォ
ラストンプリズム、偏光ビームスプリッタ等の偏光ダリ
ズムを検光子として使用する。直＠偏波光を作る偏光子
との相対的な角度を適切に選べば、検光子より出射した
２本の光は、前述の如く、７ア２デ一回転角θに対して
、ｋを光の伝送効率を示す定数として、ｋ（１＋ｄｆ１
２θ）とｋ（１−ｔｓｎ２θ）のエネルギーの光として
分離される。通常の使用では２θくｌとなり、上記ｋ（
１＋出２θ）　　、　ｋ　（１−ｓＩｎ２θ）はそれぞ
れｋ　（１＋２θ）、ｋ　（１−２θ）とすることがで
きる。この２つの光エネルギーに比例した光エネルギー
Ｐ１−α＋ｋ（１＋２０）、Ｐ２−αｚｋ　（１２θ）
（たタシ、ＣＬｓ−（Ｌｔ＃ｉ比例定数）を光ファイバ
ー等により伝送し、フォトダイオードで電気信号に変換
することで、Ｉ、−Ｇ、ｂｌｋ　（１＋２６）　、Ｉ、
−ａ、ｂ、ｋ（１−２１９）（ただし、ｂｌ、ｂｌは比
例定数）の光電流出力１１．Ｉ。

が得られる。光ファイバーおよびフォトダイメートの特
性がまったく同一の理想的な場合には１α、−Ｃ２，ｂ
ｌ−ｂ、となり、ファラデー回転量直（Ｉ＋　　Ｉｔ）
　／　（Ｉｔ＋工ｔ）となるが、通常０重＋αｔ　、ｂ
ｌ　’ｒ　ｂ２となっているので、Ｖ＋　−（ＬｌＪ　
Ｃ，ｋ　（１＋　２０）、Ｖ！　−ＣＬ２　ｂ２　Ｃ２
ｋ　（１−２０）（ただし、ＣＩ、ＣＩは比例定数、■
１　＃　■ｔは増巾器の出力）でｃ、　、　ｃ、を調節
することにより、”＋ｂｔＣ＋　−ａ２ｂ、ｃ２トＬ／
、７７　ラテ−回転量”（Ｖｓ−７ｇ）　／　（Ｖ１＋
Ｖｔ　）として検出することができる。

この検出方式では、比をとるために、送光部分の光量変
動の影響を受けない利点がある。しかし、集光レンズ７
、光ファイバー９、フォトダイオード１１の送光部分と
、集光レンズ８、光ファイバー１０、フォトダイオード
１２の送光部分とで、湿度特性１経時変化等により光量
の伝送特性が変化してアンバランスが生じると、すなわ
ちｃＬＩｂ、ｃｌ−ａ２ｂ、Ｃ２となるようにｃＩ　ｈ
　Ｃ２を調節したときがらＣＩ　ｂｌ　　ｅ　ｃＬ！！
　ｂｌの値が変化すると、（Ｌ、ｌｌＩ　Ｃ１％ａ２　
ｂｌ　Ｃ１となり、ファラデー回転量の検出誤差が増加
する欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、高
精度の磁界測定を長期間にわたり安定して行なうことの
できる光応用磁界センサを提供することにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、検出された各電気
信号のうちの各交流成分を求める手段と１これらの交流
成分の比を求める手段と、この比を用いて前記電気信号
を補正する手段とを備えた較正手段な設けることにより
、前記温度特性、経時変化等に起因する検出誤差を常時
補正するようにしたことを特徴とする。

すなわち、被測定磁界の強さ−Ｈｖａ　＋）（ＡＯ（以
下、添字ＤｏＧｉ直流分、ム０は交流分を示す）とする
と、ファラデー回転量θ−ｖｅ”　Ｌ　・（Ｈｎａ　＋
Ｈａｏ　）（ただし、■ｅはヴエルデ定数、Ｌは光路長
）となり、Ｖ、　−ａ、１ｂ、　Ｃ１ｋ　（１＋２Ｖｅ
　＠ＨＤＯｅＬ＋２Ｖｅ”ＨＡＯｅＬ）　、ｖ、　−α
２ｂ！ｃ、ｌ（（１−２Ｖｅ”ＨＤ□”　Ｌ−ＺＶｅｓ
ＨＡ□＊Ｌ）を得る。■１−αｔ　ｂｌ　Ｃ１ｋ（１−
１−２Ｖｅａ　ＨＤＯ＊　Ｌ　）　＋ａ、、ｂ、ｃ、ｋ
ｓ　（２Ｖｅ−ＨＡｏ　・ＬＬ　ｖ、−ａｌｂ＠ｃ２ｋ
（１−２Ｖｅ・Ｈｐ□　＊　Ｌ）　−ＣＬｔｂＱ　ｃ２
ｋ・（２Ｖｅ−ＨＡＯ・Ｌ）と展開できることから、Ｖ
ｌ、Ｖ、の右辺の第２項に注目すると、（ＬｌｂＩ　Ｃ
１−（Ｚ２　ｂ２　Ｃ！　と調節した後は、■１の交流
会−Ｖ、の交流会となるので、光ファイバーの劣化ある
いはフォトダイオードの劣化等により、ＣＬＩｂｌ、Ｃ
Ｌ２ｂ！が変化した時は、電気信号である■。

の交流会および■２の交流会を検出し、■１の交流会−
■２の交流会となるようにＣ１，Ｃ２を調節することで
、常時光ファイバー、フォトダイオード等の劣化、濃度
特性、経時変化による誤差を補正できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図により説明する。光の
通過する順に、発光部１１光ファイバー２、集光レンズ
３、偏光子４．７アラデーローテーター５、検光子６、
集光レンズ７．８、光ファイバー９，１０、フォトダイ
オード１１，１２、電流−電圧変換増巾器ｉ　３　、１
４　、／（ンドノくスフ２２．２３、アナ四グ割算器２
４、アナログ掛算器２５、”ｒナログ減算器２６、アナ
四グ加算器２人アナログｖｌＩ１ｗ器２８より構成され
ている。

発光部１では発光ダイオ−ドルレーザダイオード、レー
ザ等周知の手段で発光させ、一部の光を光ファイバー２
に導いた後、集光レン７：３で光の発散を防ぎ、偏光プ
リズム等周知の偏光子４で直線偏光した光をファラデー
ローチーター５に入射する。ファラデーローチーター５
に印加される磁界ＨＫ比例１７てファラデー回転θが生
じる。ファラデー回転の角度θを検出するために、検光
子６で２本の光１／Ｃ分け、集光レンズ７＃８で光７ア
イ／（−９，１０に効率良く光を入射させ、フォトダイ
オード１１．１２で光エネルギーを光電流に変えＮＷｉ
気信号を得る。光電流を電流−電圧の変換増巾器１３．
１４にて電圧信号に変換する。この時の増巾率を調節す
ることで、αＩ　ｂｌ　ｃｌ−α！　ｂｌ！　Ｃ２とす
ることができる。バンドパスフィルター１８゜１９によ
り、電圧信号Ｖ２．　Ｖ、のうちの交流会を取り出し、
検波器２０．２１で直流に変換後、ゲート積分器２２．
２３で積分する。この積分により、ノイズの影響等を低
減することが可能である。

集光レンズ８、光ファイバー１０、フォトダイオード１
２あるいは集光レンズ７、光ファイバー９、フォトダイ
オード１１等の温度特性、経時変化により、積分器２３
の出力が積分□器２２の出力より小さく　Ｑると、その
比率を割算器２４で算出し、掛算器２５で元の信号に掛
けることにより、誤差を補正する。加算器２６、減算器
２７、割算器２８ｖ　−■ はθ”−餐一１−クーでファラデー回転量を検出するた
めの周知の演算回路である。なお、積分器２２と積分器
２３の比が当初はけぼ１であったものが、片方の光７テ
イバーの結露あるいは断線等による異常により、１より
大きくずれることも考えられ、この値を監視することに
より、正常動作範囲からはずれた等の故障を診断するこ
ともできる。

本実胛例によれば、すべてアナログの演算回路を使用し
ているので、較正速度が早い効果がある。

第３図は本発明の他の実施例を示す。この実施例では、
第２図の実施例と同様にフォトダイオード１１．１２に
発生する電流信号を電流−１ｕ圧変換増巾器１３．１４
にて電圧信号Ｎｓ、’ｌＫ変換ｉ’ｌ巾器］、３．１４
にで？！！圧信号Ｖｔ、ＶｚＫｆ換した後、Ａ／Ｄ変換
器２９．３０でディジタル信号ｖ　、ａ　、　ｖ、ａに
変換し、これらの信号をマイクロプロセッサ−等のディ
ジタル信号処理器３１　Ｋ入力して、ここで信号■、°
中からその交流成分ｖｌ’Ａ　Ｏと信号■２°中からそ
の交流成分ｖ、　’ＡＯをそれぞれ取り出し、これらの
交流我分ｖ１°人０１■ｌ’Ａｏ　　と信号Ｖ！′から
、Ｖｔ”　−Ｖｔ’　Ｘ　（Ｖ１’ＡＯ／　Ｖｔ’ｈａ
　）をディジタル演算で求め、この■、′と信号Ｖ１′
からｖｏ−（■１°−Ｖ、″）　／　（Ｖ＋’　＋　Ｖ
２”）のディジタル演算を行ない、このＶを光応用磁界
センサのディジタル出力とする。

本実施例によれば、マイクロプロセッサ−を利用してい
るため、構成が著しく簡単になるとともに、デ・ｒジタ
ル演算により誤差が著しく小さくなって、高精度の磁界
センサを構成できる効果がある０ 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、温度特性、経時変
化等に起因する検出誤差を常時補正することができるの
で、高精度の磁界測定を長期間にわたり安定に行ない得
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光応用磁界センサを示す構成図、第２図
は本発明の一実鮨例に係る光応用磁界センサを示す構成
図、第３図は本発明の他の実絶例に係る光応用磁界セン
サを示す構成図である。 １・・・・・・発光Ｗ、、２　、９　、１０・・・・・
・光ファイバー、３．７．８・・・・・・集光レンズ、
４・・・・：・偏光子、５・・・・・・ファラデーロー
チーター、６・・・・・・検光子、１１゜１２・・・・
・・フォトダイオード％　１３．１４・・・・・・電流
−電圧変換増巾器、１８．１９・・・・・・バンドパス
フィルター、２０．２１・・・・・・検波器、２２．２
３・・・・・・積分器、２４．２８・・・・・・割算器
、２５・・・・・・掛算器、２６・・・・・・減算器、
２７・・・・・・加算器、２９．３０・・・・・・Ａ／
Ｄ変換器、３１・・・・・・ディジタル信号処理器。　
　、 ｉｌ１図 １１２図 ′ＬＸ４３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 から出射する少なくとも２つの光信号を各別の電いて、
   前記各電気信号のうちの各交流成分を求める手段と、こ
   れらの交流成分の比を求める手段とこの比を用いて前記
   ！偽信号を補正する手段とを備えた較正手段を設けたこ
   とを特徴とＶろ光応用磁界センサ。 λ　特許請求の範囲第１項において１１１汀記交流成分
   を求める手段はバンドパスフィルタ、検波器及び積分器
   からなり、前記比を求める手段は割算器からなり、前記
   補正する手段は掛算器からなることを特徴とする光応用
   磁界センサ。 ３、　特許請求の範囲第１項において、前記較正手段は
   アナログ信号である前記７４を偽信号をディジタル信号
   に変換する手段を備え、前記交流成分を求める手段、前
   記比を求める手段及び前記補正する手段はディジタル信
   号処理装置からなることを特徴とする光応用磁界センサ
   。