JPS60138480A - 光学式磁界センサ - Google Patents
光学式磁界センサInfo
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- JPS60138480A JPS60138480A JP24814483A JP24814483A JPS60138480A JP S60138480 A JPS60138480 A JP S60138480A JP 24814483 A JP24814483 A JP 24814483A JP 24814483 A JP24814483 A JP 24814483A JP S60138480 A JPS60138480 A JP S60138480A
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- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 18
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
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- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
- G01R33/0322—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の背景及び目的］
本発明は磁界センサ特にファラデー素子を利用した光学
式磁界センサに関するものである。
式磁界センサに関するものである。
従来、磁界測定は種々の方法で行なわれている。
それらの大部分は、磁性材料やコイルの磁気現象を利用
したものであるが、応答速度、検出感度、測定範囲、精
度、温度特性、形状など、実用的な観点から問題のある
場合が多い、また、ホール効果を有する素子も有力な検
出器として使用されている。この場合、小型、軽量で、
測定範囲も広く、高周波でも使用できるという利点があ
るが、ホール係数の温度依存性が大きいこと、および非
絶縁性のため高電圧下での使用が難かしいという問題が
ある。
したものであるが、応答速度、検出感度、測定範囲、精
度、温度特性、形状など、実用的な観点から問題のある
場合が多い、また、ホール効果を有する素子も有力な検
出器として使用されている。この場合、小型、軽量で、
測定範囲も広く、高周波でも使用できるという利点があ
るが、ホール係数の温度依存性が大きいこと、および非
絶縁性のため高電圧下での使用が難かしいという問題が
ある。
これらに対し、光と磁界の相互作用を有するものとして
よく知られているものにファラデー素子がある。ファラ
デー素子は磁界によってその通過する光の偏光面が回転
するという性質を有するものであり、近年光ファイバと
の組合せで多くの注目を集めている。
よく知られているものにファラデー素子がある。ファラ
デー素子は磁界によってその通過する光の偏光面が回転
するという性質を有するものであり、近年光ファイバと
の組合せで多くの注目を集めている。
しかし、実用化を妨げるいくつかの問題がある。
その一つは、ファラデー素子の持つファラデー効果をい
かにして精度良くしかも簡単で実用的な方法で検出する
かという点にある。従来採られている検出方法にはいく
つかあるが、その一つは、偏光面を直交さけた２つの偏
光子、検光子の間にファラデー素子を挿入し、両側に設
置した光ファイバにより光を通過伝搬させ、その透過光
量により磁界の強さを知る方法である。この場合、構造
が簡単ではあるが、光フアイバ光路の伝送損失が直接測
定精度に影響すること、および磁界の方向が逆であって
し同一の出力として検出されるために交番磁界の波形検
出はできないという問題点があった。光路の伝送損失の
影響を除去し、磁界波形をも検出可能な方法として、偏
光面を互いに４５度傾けて設置した２つの偏光子、検光
子の間にファラデー素子を挿入する方法がある。この場
合、検出される透過光は４５度成分として１／Ｊ７を零
位として正負両極性を得ることが可能であるが、伝送損
失の影響を除去するためには、直流分く磁界零の出力）
を基準として交流会の比率をめる必要があり、直流磁界
及び直流分を有する交流磁界には使用できない。これら
を改善した検出方法として、前記の４５度傾けた検光子
として偏光ビームスプリッタを使用し、該検光子の偏光
の直交成分をも検知し、これらの直交２成分の和と差の
比率から検出する方法も考えられているが、３本の光フ
ァイバーを必要とし、実使用上簡便な構造のものとはな
らない難点があった。
かにして精度良くしかも簡単で実用的な方法で検出する
かという点にある。従来採られている検出方法にはいく
つかあるが、その一つは、偏光面を直交さけた２つの偏
光子、検光子の間にファラデー素子を挿入し、両側に設
置した光ファイバにより光を通過伝搬させ、その透過光
量により磁界の強さを知る方法である。この場合、構造
が簡単ではあるが、光フアイバ光路の伝送損失が直接測
定精度に影響すること、および磁界の方向が逆であって
し同一の出力として検出されるために交番磁界の波形検
出はできないという問題点があった。光路の伝送損失の
影響を除去し、磁界波形をも検出可能な方法として、偏
光面を互いに４５度傾けて設置した２つの偏光子、検光
子の間にファラデー素子を挿入する方法がある。この場
合、検出される透過光は４５度成分として１／Ｊ７を零
位として正負両極性を得ることが可能であるが、伝送損
失の影響を除去するためには、直流分く磁界零の出力）
を基準として交流会の比率をめる必要があり、直流磁界
及び直流分を有する交流磁界には使用できない。これら
を改善した検出方法として、前記の４５度傾けた検光子
として偏光ビームスプリッタを使用し、該検光子の偏光
の直交成分をも検知し、これらの直交２成分の和と差の
比率から検出する方法も考えられているが、３本の光フ
ァイバーを必要とし、実使用上簡便な構造のものとはな
らない難点があった。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、精
度が高く構造が簡便であり、しかも直流磁界及び直流分
を含む交流磁界をも精度良く検出可能な新規の光学式磁
界はンザを提供することにある。
度が高く構造が簡便であり、しかも直流磁界及び直流分
を含む交流磁界をも精度良く検出可能な新規の光学式磁
界はンザを提供することにある。
［発明の概要コ
すなわち、本発明の要旨は、ファラデー素子の両側に互
に偏光面を４５°傾ｔ）だ偏光子を設置し、これらの両
件面に設置した２本の光ファイバにより光路を形成し、
該光路に進向方向が各々逆方向の光を通過さゼ該光路を
双方向路として使用したことにある。
に偏光面を４５°傾ｔ）だ偏光子を設置し、これらの両
件面に設置した２本の光ファイバにより光路を形成し、
該光路に進向方向が各々逆方向の光を通過さゼ該光路を
双方向路として使用したことにある。
［実施例コ
以下、本発明の光学式磁界センサの構成を実施例を用い
て図面により説明する。
て図面により説明する。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す説明図であり、
第２図は光の偏光状態を示すベクトル図である。
第２図は光の偏光状態を示すベクトル図である。
第１図において、ＬＥＤ光源１の発光はハーフミラ−２
１にＪ：り直進方向及び直角方向に２等分される。直進
方向にハーフミラ−２１を透過した光は更にハーフミラ
−２２を透過直進し光ファイバ３１に入光する。この光
の進行方向は図示した磁界１１の向きと同方向であるの
で以下順方向と呼ぶ。この順方向の光は偏光子５１によ
り第２図の１４の偏光面に直線偏光され、ファラデー素
子６を通過してベクトル１６に示ず様に角度ψたけ偏光
面が回転する。これが偏光子５１に対し偏光面４５度傾
りた偏光子５２を通過するとベクトル１７の成分となり
、光ファイバ３２を通過後ハーフミラ−２３で直角方向
に反射し受光素子７２に到達する。一方、ハーフミラ−
２１により直角方向に反射した逆方向の光はハーフミラ
−２３を透過後光ファイバ３２に入光する。偏光子５２
を通過すると偏光面１５に直線偏光され、ファラデー素
子６を通過してベクトル１８に示す様に角度ψだけ回転
する。偏光子５１を通過するとベクトル１９の成分とな
り、光ファイバ３１を通過後ハーフミラ−２２で直角方
向に反射し、受光素子７１に入光する。
１にＪ：り直進方向及び直角方向に２等分される。直進
方向にハーフミラ−２１を透過した光は更にハーフミラ
−２２を透過直進し光ファイバ３１に入光する。この光
の進行方向は図示した磁界１１の向きと同方向であるの
で以下順方向と呼ぶ。この順方向の光は偏光子５１によ
り第２図の１４の偏光面に直線偏光され、ファラデー素
子６を通過してベクトル１６に示ず様に角度ψたけ偏光
面が回転する。これが偏光子５１に対し偏光面４５度傾
りた偏光子５２を通過するとベクトル１７の成分となり
、光ファイバ３２を通過後ハーフミラ−２３で直角方向
に反射し受光素子７２に到達する。一方、ハーフミラ−
２１により直角方向に反射した逆方向の光はハーフミラ
−２３を透過後光ファイバ３２に入光する。偏光子５２
を通過すると偏光面１５に直線偏光され、ファラデー素
子６を通過してベクトル１８に示す様に角度ψだけ回転
する。偏光子５１を通過するとベクトル１９の成分とな
り、光ファイバ３１を通過後ハーフミラ−２２で直角方
向に反射し、受光素子７１に入光する。
受光素子７２及び７１で検出される光の強度は各々、
（受光素子７２の検出光強度）−Ｋ・（１−ｓｉｎ ２
ψ）−−−−−（＋） （受光素子７１の検出光強度）＝Ｋ・（１＋５ｉｎ２ψ
＞ −−−−−（２） となる。ただし、ＫはＬＥＤ光ａｉ１の発光強度及び光
路の損失を含む定数である。これらの検出光強度は各々
光電変換増幅器８１．８２により電気信号に変換され、
減算増幅器９により前記（＋）、（２）式の差、加算増
幅器１０により和が出力される。
ψ）−−−−−（＋） （受光素子７１の検出光強度）＝Ｋ・（１＋５ｉｎ２ψ
＞ −−−−−（２） となる。ただし、ＫはＬＥＤ光ａｉ１の発光強度及び光
路の損失を含む定数である。これらの検出光強度は各々
光電変換増幅器８１．８２により電気信号に変換され、
減算増幅器９により前記（＋）、（２）式の差、加算増
幅器１０により和が出力される。
すなわち、各々の出力は増幅度を１とすると、（減算増
幅器９の出力）−２に一５ｉｎ２ψ−−−−−（３） （加算増幅者１０の出力）−２に −−−−−（４） となる。その後、割算器１１により９の出力を１０の出
力で割綽すると、 （割算器１１の出力）＝ｓｉｎ２ψ −−−−−（５） となり、ψが十分小さい領域では、 ｓｉｎ ２ψ′：２ψ −−−−−ｆ５） ”となって
磁界Ｈに比例した出力が得られ、換評器１２により出力
を磁界の強さに換算後出力端子１３に出力される。
幅器９の出力）−２に一５ｉｎ２ψ−−−−−（３） （加算増幅者１０の出力）−２に −−−−−（４） となる。その後、割算器１１により９の出力を１０の出
力で割綽すると、 （割算器１１の出力）＝ｓｉｎ２ψ −−−−−（５） となり、ψが十分小さい領域では、 ｓｉｎ ２ψ′：２ψ −−−−−ｆ５） ”となって
磁界Ｈに比例した出力が得られ、換評器１２により出力
を磁界の強さに換算後出力端子１３に出力される。
第１図の実施例にＪ３いては、単一のＬＥＤ光源１の発
光をハーフミラ−２１により２等分して使用したが、ハ
ーフミラ−２１を省略し、２つのＬＥＤ光源を使用する
ことももちろん可能である。
光をハーフミラ−２１により２等分して使用したが、ハ
ーフミラ−２１を省略し、２つのＬＥＤ光源を使用する
ことももちろん可能である。
また光源はＬＥＤに限定されるものではなく、レーザー
等別種の光源の使用も可能である。
等別種の光源の使用も可能である。
本発明の磁界センサに使用する光ファイバは、光路を形
成し得る限り、多モードファイバ、単一モードファイバ
等の種類及び形状、構造等に制限条件はなく、光源の種
類、受光素子の感度、光路の伝送損失等を考慮して自由
に選択し得るものである。
成し得る限り、多モードファイバ、単一モードファイバ
等の種類及び形状、構造等に制限条件はなく、光源の種
類、受光素子の感度、光路の伝送損失等を考慮して自由
に選択し得るものである。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の光学式磁界センサによれ
ば、２本の光ファイバにより実質的には３本の光ファイ
バを用いた検出方式と同等の効果を有し、構造が簡単で
取扱性が良好かつ高精度の磁界検出が可能となる顕著な
効果を奏することができる。
ば、２本の光ファイバにより実質的には３本の光ファイ
バを用いた検出方式と同等の効果を有し、構造が簡単で
取扱性が良好かつ高精度の磁界検出が可能となる顕著な
効果を奏することができる。
第１図は本発明の光学式磁界センサの一実施例の構成を
示す読ＦｉＡ図であり、第２図は第１図における各部の
光の偏光状態を示すベクトル図である。 １：光源、２１〜３３：ハーフミラ−，３１゜３２：光
ファイバー、４１，４４：光フアイバー結合部、５１．
５２：偏光子、６：ファラデー素子、７１．７２：受光
素子、８１．８２：光電変換増幅器、９：減算増幅器、
１ｏ：加算増幅器、１１：割算器、１２：換算器、１３
：出力端子、１４：偏光子５１の偏光面、１５：偏光子
５２の偏光面、１６：フッラブ−回転後の順方向（磁界
Ｈ方向）光幅光面、１７：偏光子５１を通過する１６の
成分、１８：ファラデー回転後の逆方向光偏光面、１９
：偏光子５２を通過する１８の成分。
示す読ＦｉＡ図であり、第２図は第１図における各部の
光の偏光状態を示すベクトル図である。 １：光源、２１〜３３：ハーフミラ−，３１゜３２：光
ファイバー、４１，４４：光フアイバー結合部、５１．
５２：偏光子、６：ファラデー素子、７１．７２：受光
素子、８１．８２：光電変換増幅器、９：減算増幅器、
１ｏ：加算増幅器、１１：割算器、１２：換算器、１３
：出力端子、１４：偏光子５１の偏光面、１５：偏光子
５２の偏光面、１６：フッラブ−回転後の順方向（磁界
Ｈ方向）光幅光面、１７：偏光子５１を通過する１６の
成分、１８：ファラデー回転後の逆方向光偏光面、１９
：偏光子５２を通過する１８の成分。
Claims (1)
- 光ファイバ及びファラデー素子を用いた光学式磁界セン
サにおいて、ファラデー素子６の両側に偏光面が相互に
４５°傾くように偏光子５１゜５２が設けられており、
該偏光子５１、ファラデー素子６及び偏光子５２を挾ん
で光ファイバ３１゜３２が対向配置されており、該光フ
ァイバ３１゜３２の双方に光を大剣するための光源１と
、ファラデー素子６及び偏光子５１．５２を透過して光
ファイバ３１．３２の双方から出射した光をそれぞれ受
光するための受光素子７１．７２と、受光信号を減算及
び加算し、その比をめるための演算回路とが設けられて
いることを特徴とする光学式磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24814483A JPS60138480A (ja) | 1983-12-27 | 1983-12-27 | 光学式磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24814483A JPS60138480A (ja) | 1983-12-27 | 1983-12-27 | 光学式磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60138480A true JPS60138480A (ja) | 1985-07-23 |
Family
ID=17173875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24814483A Pending JPS60138480A (ja) | 1983-12-27 | 1983-12-27 | 光学式磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60138480A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02222847A (ja) * | 1990-01-11 | 1990-09-05 | Univ Osaka | 磁界センサ |
| US5382901A (en) * | 1991-08-29 | 1995-01-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical magnetic field sensor capable of precise measurement without temperature induced errors |
| WO1996020411A1 (de) * | 1994-12-23 | 1996-07-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und anordnung zum messen eines magnetfeldes unter ausnutzung des faraday-effekts mit kompensation von intensitätsänderungen und temperatureinflüssen |
| WO1996026452A1 (de) * | 1995-02-22 | 1996-08-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und anordnung zum messen eines magnetfeldes unter ausnutzung des faraday-effekts mit kompensation von intensitätsänderungen |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5637565A (en) * | 1979-09-04 | 1981-04-11 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Electric current measuring apparatus |
| JPS5827071A (ja) * | 1981-08-12 | 1983-02-17 | Hitachi Ltd | 光磁界検出器 |
-
1983
- 1983-12-27 JP JP24814483A patent/JPS60138480A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5637565A (en) * | 1979-09-04 | 1981-04-11 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Electric current measuring apparatus |
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| US5933000A (en) * | 1994-12-23 | 1999-08-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Process and arrangement for measuring a magnetic field using the faraday effect with compensation for variations in intensity and temperature effects |
| WO1996026452A1 (de) * | 1995-02-22 | 1996-08-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und anordnung zum messen eines magnetfeldes unter ausnutzung des faraday-effekts mit kompensation von intensitätsänderungen |
| US6034523A (en) * | 1995-02-22 | 2000-03-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and arrangement for measuring a magnetic field using the Faraday effect, with compensation for intensity changes |
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