JPS62159065A - 磁界測定装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光によるファラデー効果を利用した磁界測定
装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ファラデー効果は、磁界中に設置された磁気光学物質を
透過する光の偏波面が、磁界の強さに比例して回転する
現象である。今、磁界の強さをＨ１磁気光学物質の磁界
方向の長さをＬとすると、偏波面の回転角θは、 ６＝ＶＨＬ　　　　　　　　　　・・・■となる。ここ
で、■はベルデ定数と呼ばれ、磁気光学物質の材料によ
って決まる。このファラデー効果を使った従来の磁界測
定装置例えば特開昭５８−１５３１７４の構成を第４図
に示す。第４図において、１は直線偏光を出射する光源
、２はファラデー効果を有する磁気光学物質（以下ファ
ラデーローテータ）、３は入射光を偏波面が直交する２
つの直線偏光に分離するウォラストンプリズム、　４ａ
、　４ｂは光信号を電気信号に変換する光電変換器、５
は光源１のドリフトの影響をキャンセルする為の割算回
路である。今、偏波面がＸ軸に対し４５度である直線偏
光Ｅｉをファラデーローテータ２に入射し、磁界Ｈを加
えると、■式によりθだけ回転した直線偏光Ｅ０が出射
される。　この様子を第５図に示す。

この直線偏光Ｅ。をウォラストンプリズム３により、偏
波面が直交する２つの直線偏光Ｅｘ、　Ｅｙに分離する
と、Ｅｘ、Ｅｙは第５図から明らかな様に以下の０式で
表せる。

Ｅｘ＝Ｅ、　ｃｏｓ　　（４５°十〇）Ｅｙ＝Ｅ、　ｓ
ｉｎ　　（４５°＋　０　）　　　　　　−、■光電変
換装置４ａ、４ｂは、直線偏光Ｅｘ、Ｅｙを光強度ｌ　
Ｅｘｌ”、Ｉ　Ｅｙｌ”に比例した電気信号Ｉｔ。

工ｙに変換する。　Ｉｘ、Ｉｙは以下の０式で示される
。

Ｉｘ＝　ｌ　Ｅｘｌ” ＝Ｉ　Ｅｏ　Ｉ　２ｃｏｓ”　　（４５°十〇）＝ｌ　
Ｅｏ　ｌ”／２Ｘ　　（１−ｓｉｎ２θ）Ｉｙ＝ＩＥｙ
ｌ” ＝Ｉ　Ｅｏ　ｌ　”　ｓｉｎ”　　（４５°十〇）＝ｌ
　Ｅｏ　ｌ　”／　２　Ｘ　　（１＋５ｉｎ２　θ）・
・・■割算回路５の出カニは、次の（へ）式となる。

Ｉ＝（Ｉｙ−Ｉλ）／　（Ｉｙ十Ｉｘ）＝　ｓｉｎ　２
θ　　　　　　　　　　　　・・・に）この（イ）式よ
り明らかな様に、第４図の構成では、出カニは偏波面回
転角θ、即ち、被測定磁界Ｈに比例していないという欠
点を有していた。この場合、被測定磁界に比例した出力
を得るには、逆三角関数演算装置が必要であるが、この
装置を付加すると装置が複雑化し、コスト的にも高価な
ものになってしまう、また、割算回路自体も特殊であり
、装置を複雑化させている為、より簡略な測定装置が要
望されていた。更に、光電変換器４ａ、　４ｂの特性に
生じたドリフトにより、出力信号が影響を受ける為、測
定装置としての誤差が増大してしまい、これも問題とな
っていた。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の如き従来技術の欠点を解決する為に提
案されたもので、その目的は、割算及び逆三角関数演算
装置等の特殊な演算装置を必要とせず、且つ光電変換器
のドリフトの影響を受けない高精度の磁界測定装置を提
供することである。

〔発明の概要〕

本発明の磁界測定装置は、直線偏光波を発生する光源を
有し、この光源を第１のファラデーローテータに入射し
、第１のファラデーローテータに、のこぎり波の磁界を
印加し、のこぎり波のピーク値は、偏波面回転角がπラ
ジアンの大きさになるように設定されている。

そして、第１のファラデーローテータの出射光は、被測
定磁界を検出する第２のファラデーローテータ、検光子
を透過して、光電変換器に入射。

その出力より得られる位相変調波の位相を検出する位相
検出回路を設けている。

以上のような構成を有することにより、光源から発せら
れた直線偏光波は、第１のファラデーローチータフ第２
のファラデーローテータ、検光子を透過し、光電変換器
で電気信号に変換された後、位相検出器でのこぎり波信
号の交流分との位相差が検出され、第２のファラデーロ
ーテータで受ける偏波面回転角、即ち、被測定磁界に比
例した出力が得られるため、割算、逆三角関数演算機構
の様な特殊かつ複雑な演算装置は不要となる。また。

被測定情報は１位相差に乗せているので、光源の光強度
、光電変換器の特性および、光伝送路の特性にドリフト
が生じても、磁界測定装置の精度には影響しない。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明による磁界測定装置の一実施例を示す
構成図である。第４図に示した従来例と同一部分には同
一記号を付し説明を省略する。

図中６は第１のファラデーローテータで、第３図に示す
ような制御用ののこぎり波磁界Ｈｃが作用しており、光
源１から出射された直線偏光（第２図に示し牟１．）は
、　のこぎり波磁界のピーク値ＨｃＰで、偏波面がπラ
ジアンだけ回転するよう構成されている。第１のファラ
デーローチータロを出射した光は順に、被測定磁界Ｈが
作用している第２のファラデーローチータフ、検光子８
を通り、検光子８の主軸方向成分の光だけが、フォトダ
イオード９に入射するようになっている。フォトダイオ
ード９で入射光は電気信号に変換され、この電気信号は
位相検出器１０に入力される。１１はのこぎり波磁界発
生器である。位相検出器１０には。

のこぎり波磁界発生器１１の駆動信号も入力され、前記
検出信号と、駆動信号との位相差が検出されるようにな
っている。

以上のような構成を有する本実施例の作用を次に説明す
る。

まず、光源１から出射された直線偏光波１．は第１のフ
ァラデーローチータロを通過する。この時、制御用磁界
Ｈｃが作用しているので、第１のファラデーローチータ
ロの出射完工、は第２図に示したように偏波面がθ（１
）だけ回転する。

この回転角θは０式より θ（ｔ）　＝　Ｖ　ｔ　Ｈｃ　Ｌ　ｌ　　　　　　　”
’■となる。　ここにＶ□は第１のファラデーローチー
タロのベルデ定数、　Ｌｌは第１のファラデーローチー
タロ内の光路長である。

磁界Ｈｅは第３図に示すようなのこぎり波であるので０
式で表わされる。

Ｈｃ（ｔ）＝旦匣（ωｔ−（ｎ４）π）　　１π ■を０式に代入して ＨＣ＝　ＨＣＰのとき、すなわちωｔ＝ｎｔｃ、ｎ＝１
゜２．３．・・・のときθ（ｔ）＝πであるから０式よ
りＶ工Ｌ１＝　□ ｃＰ を得る。これを０式に代入して。

θ（ｔ）＝ωｔ−（ｎ−１）π　　　　　　　１（ｎ−
１）　π＜　ωｔ：ｉｉ；ｎπ）　−Ｑ３）ｎ＝１．２
，３．・・・　　　　　　」（ハ）式から、第１のファ
ラデーローチータロの出射完工、の偏波面の回転角は、
時刻ωｔ＝（ｎ−１）π１゜（ｎ＝１．２，３．・・・
）のとき０ラジアンで、時間に比例して回転角は、大き
くなり時刻ωｔ＝ｎπ。

（ｎ＝１．２，３．・・・）のとき回転角はπラジアン
となる６次の瞬間（ωｔ＝ｎπ＋のとき）回転角は瞬時
にＯラジアンに戻る。したがって、　■、の偏光方向は
、あたかも一定の角速度ωで回転し続けているように見
える。

このように時々刻々偏光方向が変化回転している光Ｉ工
は第２のファラデーローチータフを通過する。ここで、
光は被測定磁界に比例した偏波面の回転θを受ける。よ
って、第２のファラデーローチータフの出射光Ｉ２の偏
波面の角度はθ（１）十〇＝ωを十〇−（ｎ−１）π　
　　１（ｎ−１）πくωｔ≦ｎπ　　　　　Ｆ・・・■
）ｎ＝１．２，３．・・・　　　　　ｊ となる。

０式で表わされる偏光角の光重、は検光子９に入射する
。

ところで検光子９に入射する直線偏光波の偏光角が検光
子主軸とαだけずれているとき、入射波の光強度を１と
すれば検光子９の出射光の光強変型′は で与えられることは、公知である。

したがって、検光子９の主軸が、光源１から出射された
直線偏光光重。の偏光方向に一致していると、０式で表
わされる偏光角の光重２が検光子９に入射したとき、検
光子９の出射光の光強変型２′は（１０）式となる。

（１０）式は、検光子９の出射光の光強変型２′が被測
定磁界に比例した偏波面回転角θの２倍の位相で変調さ
れていることを示している。

（１０）式で示される位相変調光は、検光子９で電気信
号に変換された後、その直流分はカットされ、位相検出
器１０で、のこぎり波磁界発生器１１の駆動信号との位
相差が検出され、偏波面回転角θ、即ち、被測定磁界に
比例した出力が得られるのである。

また、以上の説明で明らかな様に、位相差に必要な情報
を乗せているので、検光子９の特性や光伝送路の伝送特
性にドリフトが生じても磁界測定装置の精度には影響し
ない６ 以上の様に本発明によれば、割算、逆三角関数演算機構
の様な複雑な演算装置を必要とせず被測定磁界に比例し
た出力を得られる。

以上の一実施例の説明では、のこぎり波磁界のピーク値
ＨｃＰで、第１のファラデーローチータロに置ける偏光
方向の回転ｆ３　（ｔ）はπラジアンとしたが、一般に
Ｎπラジアン（Ｎ＝１．２−．３．・・・）でも良い。

このことは次式から明らかである。

θ（ｔ）＝Ｎ（ωｔ−（ｎ−１）π）　　　　］ｎ＝１
．２，３．・・・　　　　　　Ｊθ（１）十〇＝Ｎ　（
ωｔ　　（ｎ−１）π）＋０１ｎ＝１，２，３．・・・
　　　　　　Ｊ、　■ Ｌ　　＝−ＨＩ、（１＋ｃｏｓ（２Ｎωｔ＋２０））−
（１３）すなわち、（１３）式から検光子８の出射光の
光強度Ｉ２’はやはり、被測定磁界に比例した偏波面回
転角θの２倍の位相で変調されており、同様の効果が得
られることが判る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、特殊な演算装置など必要とせず、且つ
光伝送路や光電変換装置の特性ドリフトに影響されない
高精度の磁界測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による磁界測定装置の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は本発明による磁界測定装置の作用を
説明する偏光波ベクトル図、第３図は本発明の磁界測定
装置ののこぎり波磁界発生器が発生する磁界の時間的変
化を説明する波形図。 第４図は従来の磁界測定装置を示すブロック図、第５図
は従来の磁界測定装置の作用を説明する偏光波ベクトル
図である。 １・・・光源　　６，７・・・ファラデーローテータ８
・・・検光子　　　　　９・・・フォトダイオード１０
・・・位相検出器　１１・・・のこぎり波磁界発生器代
理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第　　１　図 第　　２　図 第　　３　図 第　　５　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直線偏光光源と、この直線偏光光源の光を順に透
   過させる第１の磁気光学物質及び第２の磁気光学物質と
   、この磁気光学物質から出た光が入射される検光子と、
   この検光子から出た光が入射される光電変換器と、前記
   第１の磁気光学物質に偏波面回転角のピーク値がπラジ
   アンとなるように出力を設定したのこぎり波磁界発生器
   と、前記光電変換器の出力として得られる位相変調波の
   位相を検出する位相検出器とから成り、前記第２の磁気
   光学物質に被測定磁界を作用させたことを特徴とする磁
   界測定装置。
2. （２）第２の磁気光学物質に偏波面回転角のピーク値が
   πラジアンの整数倍となるように出力を設定したのこぎ
   り波磁界発生器であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の磁界測定装置。