JP2003255031A - 光ファイバ磁気センサ - Google Patents
光ファイバ磁気センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属被覆光ファイバの支持部材が１種類でよ
く、高感度で測定周波数帯域が広い光ファイバ磁気セン
サを提供する。 【解決手段】 一対の金属被覆光ファイバコイル３ａ、
３ｂの金属被覆にそれぞれ流れる交流電源としての可変
移相器１２ａ、１２ｂの周波数が同一であるので、交流
電流の位相差をπ／２とすることにより、検出手段の出
力が、光量等により決定される定数と、感度と、磁束密
度と、交流電流との積で表され、予め求められた定数
と、感度と、電流との積から磁束密度を求めることがで
きる。また、参照磁場発生器２１ａ、２１ｂと、駆動回
路２２ａ、２２ｂとを用いて金属被覆光ファイバコイル
３ａ、３ｂの近傍に磁場を発生させることにより、光フ
ァイバ磁気センサの校正を行うことができる。
く、高感度で測定周波数帯域が広い光ファイバ磁気セン
サを提供する。 【解決手段】 一対の金属被覆光ファイバコイル３ａ、
３ｂの金属被覆にそれぞれ流れる交流電源としての可変
移相器１２ａ、１２ｂの周波数が同一であるので、交流
電流の位相差をπ／２とすることにより、検出手段の出
力が、光量等により決定される定数と、感度と、磁束密
度と、交流電流との積で表され、予め求められた定数
と、感度と、電流との積から磁束密度を求めることがで
きる。また、参照磁場発生器２１ａ、２１ｂと、駆動回
路２２ａ、２２ｂとを用いて金属被覆光ファイバコイル
３ａ、３ｂの近傍に磁場を発生させることにより、光フ
ァイバ磁気センサの校正を行うことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ磁気セ
ンサに関する。
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は光ファイバ磁気センサの従来例を
示すブロック図である（特開平１１−３１６２６８号公
報）。
示すブロック図である（特開平１１−３１６２６８号公
報）。
【０００３】この光ファイバ磁気センサは、マッハ・ツ
ェンダ光干渉計を利用したものである。
ェンダ光干渉計を利用したものである。
【０００４】光源１から出射した光は、光ファイバに導
かれ、光ファイバカプラ２ａで２方向に分岐される。分
岐された光のうち一方（図では上側）の光は、金属被覆
光ファイバコイル３ａ及び位相変調器４ａを経由し、光
ファイバカプラ２ｂに至る。他方（図では下側）の光
は、金属被覆光ファイバコイル３ｂ及び位相変調器４ｂ
を経由し、光ファイバカプラ２ｂに至る。光ファイバカ
プラ２ｂでは分岐された両方の光が合波される。合波さ
れた光は、受光器５ａ、５ｂで電気信号に変換される。
両受光器５ａ、５ｂで検出された信号は、差動増幅器６
で直流成分が除去された後、同期検波器１６、１７ａ、
１７ｂに送られる。
かれ、光ファイバカプラ２ａで２方向に分岐される。分
岐された光のうち一方（図では上側）の光は、金属被覆
光ファイバコイル３ａ及び位相変調器４ａを経由し、光
ファイバカプラ２ｂに至る。他方（図では下側）の光
は、金属被覆光ファイバコイル３ｂ及び位相変調器４ｂ
を経由し、光ファイバカプラ２ｂに至る。光ファイバカ
プラ２ｂでは分岐された両方の光が合波される。合波さ
れた光は、受光器５ａ、５ｂで電気信号に変換される。
両受光器５ａ、５ｂで検出された信号は、差動増幅器６
で直流成分が除去された後、同期検波器１６、１７ａ、
１７ｂに送られる。
【０００５】一方の金属被覆光ファイバコイル３ａの金
属被覆には、金属被覆光ファイバコイル３ａの共振周波
数にほぼ等しい周波数で発振する発振器１１ａにより、
ＩAｓｉｎ（ωAｔ）の交流電流が供給される。
属被覆には、金属被覆光ファイバコイル３ａの共振周波
数にほぼ等しい周波数で発振する発振器１１ａにより、
ＩAｓｉｎ（ωAｔ）の交流電流が供給される。
【０００６】金属被覆光ファイバコイル３ａの軸方向の
磁束密度がＢAであるとすると、金属被覆光ファイバコ
イル３ａの金属被覆にローレンツ力が発生し、金属被覆
光ファイバコイル３ａの光ファイバに作用する。このロ
ーレンツ力により、金属被覆光ファイバ３ａに伸縮が生
じ、金属被覆光ファイバ３ａの光路長が変化するため、
マッハ・ツェンダ干渉計の２つの光路を通る光に位相差
ΦAが生じる。この位相差ΦAは数１式で表すことができ
る。
磁束密度がＢAであるとすると、金属被覆光ファイバコ
イル３ａの金属被覆にローレンツ力が発生し、金属被覆
光ファイバコイル３ａの光ファイバに作用する。このロ
ーレンツ力により、金属被覆光ファイバ３ａに伸縮が生
じ、金属被覆光ファイバ３ａの光路長が変化するため、
マッハ・ツェンダ干渉計の２つの光路を通る光に位相差
ΦAが生じる。この位相差ΦAは数１式で表すことができ
る。
【０００７】
【数１】ΦA＝ＧAＢAＩAｓｉｎ（ωAｔ＋θA）
ここで、ＧAは金属被覆光ファイバコイル３ａの磁気感
度であり、θAは交流電流と光路長変化との間の位相差
である。
度であり、θAは交流電流と光路長変化との間の位相差
である。
【０００８】他方の金属被覆光ファイバコイル３ｂの金
属被覆には、金属被覆光ファイバコイル３ｂの共振周波
数にほぼ等しい周波数で発振する発振器１１ｂによりＩ
Bｓｉｎ（ωBｔ）の交流電流が供給される。このとき、
金属被覆光ファイバコイル３ａの場合と同様に、マッハ
・ツェンダ干渉計の２つの光路を通る光に数２式で表さ
れる位相差ΦBが生じる。
属被覆には、金属被覆光ファイバコイル３ｂの共振周波
数にほぼ等しい周波数で発振する発振器１１ｂによりＩ
Bｓｉｎ（ωBｔ）の交流電流が供給される。このとき、
金属被覆光ファイバコイル３ａの場合と同様に、マッハ
・ツェンダ干渉計の２つの光路を通る光に数２式で表さ
れる位相差ΦBが生じる。
【０００９】
【数２】ΦB＝ＧBＢBＩBｓｉｎ（ωBｔ＋θB）
ここで、ＢBは金属被覆光ファイバコイル３ｂの軸方向
の磁束密度であり、ＧBは金属被覆光ファイバコイル３
ｂの磁気感度であり、θBは交流電流と光路長変化との
位相差である。
の磁束密度であり、ＧBは金属被覆光ファイバコイル３
ｂの磁気感度であり、θBは交流電流と光路長変化との
位相差である。
【００１０】また、位相変調器４ｂに角周波数ωRの交
流電圧を印加して数３式で表される位相変調を行う。
流電圧を印加して数３式で表される位相変調を行う。
【００１１】
【数３】ΦR＝ΦR0ｓｉｎ（ωRｔ）
なお、位相変調器４ａによる位相差は発生していないも
のとする。
のとする。
【００１２】以上において、差動増幅器の出力Ｖは、数
４式で表される。
４式で表される。
【００１３】
【数４】Ｖ＝Ｖ0ｃｏｓ（ΦD＋ΦR＋ΦA＋ΦB）
ここで、Ｖ0は光量等により決定される定数であり、ΦD
はΦR＝ΦA＝ΦB＝０におけるマッハ・ツェンダ干渉計
の２つの光路を通る光の位相差である。また、位相差Φ
R＋ΦA＋ΦBが十分に小さいとして数４式をΦDの近傍で
テーラー展開すると、数５式となる。
はΦR＝ΦA＝ΦB＝０におけるマッハ・ツェンダ干渉計
の２つの光路を通る光の位相差である。また、位相差Φ
R＋ΦA＋ΦBが十分に小さいとして数４式をΦDの近傍で
テーラー展開すると、数５式となる。
【００１４】
【数５】
Ｖ＝Ｖ0ｃｏｓ（ΦD）−Ｖ0ｓｉｎ（ΦD）（ΦR＋ΦA＋ΦB）
−Ｖ0ｃｏｓ（ΦD）（ΦR＋ΦA＋ΦB）2
マッハ・ツェンダ干渉計においては、位相差ΦDが周囲
温度等により非常に変化しやすいため、位相差ΦDを一
定に保つための制御が必要となる。
温度等により非常に変化しやすいため、位相差ΦDを一
定に保つための制御が必要となる。
【００１５】この制御について説明する。
【００１６】数５式に含まれる角周波数ωR成分はＶ0ｓ
ｉｎ（ΦD）に比例し、角周波数２ωR成分はＶ0ｃｏｓ
（ΦD）に比例するので、同期検波器１６でωR成分及び
２ω R成分の振幅等を測定することにより、位相差ΦDが
求められる。
ｉｎ（ΦD）に比例し、角周波数２ωR成分はＶ0ｃｏｓ
（ΦD）に比例するので、同期検波器１６でωR成分及び
２ω R成分の振幅等を測定することにより、位相差ΦDが
求められる。
【００１７】制御回路１５により位相変調器４ａで発生
する位相差を変化させて、ΦD＝−π／２となるように
制御を行うと数５式は数６式となる。
する位相差を変化させて、ΦD＝−π／２となるように
制御を行うと数５式は数６式となる。
【００１８】
【数６】Ｖ＝Ｖ0（ΦR＋ΦA＋ΦB）
＝Ｖ0（ΦR＋ＧAＢAＩAｓｉｎ（ωAｔ＋θA）
＋ＧBＢBＩBｓｉｎ（ωBｔ＋θB））
次に、磁気量について説明する。
【００１９】同期検波器１７ａにて、出力Ｖに含まれる
角周波数ωAの成分を検波位相θAで同期検波すると、Ｖ
0ＧAＢAＩA／２を得ることができる。ここで、角周波数
ωの成分を検波位相θで同期検波することは、数６式に
ｓｉｎ（ωt＋θ）を乗算した後に直流成分を取り出す
ことを意味するものとする。予めＶ0ＧAＩA／２を求め
ておけば、以上の方法により磁束密度ＢAを測定するこ
とができる。また、磁束密度ＢBについても同様の方法
で測定することができる。
角周波数ωAの成分を検波位相θAで同期検波すると、Ｖ
0ＧAＢAＩA／２を得ることができる。ここで、角周波数
ωの成分を検波位相θで同期検波することは、数６式に
ｓｉｎ（ωt＋θ）を乗算した後に直流成分を取り出す
ことを意味するものとする。予めＶ0ＧAＩA／２を求め
ておけば、以上の方法により磁束密度ＢAを測定するこ
とができる。また、磁束密度ＢBについても同様の方法
で測定することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光ファイバ磁気センサは、差動増幅器の出力には、
ωA及びωBの角周波数成分が含まれている。また、一般
に、同期検波器１７ａ、１７ｂには図３に示した構成の
回路が用いられる。
来の光ファイバ磁気センサは、差動増幅器の出力には、
ωA及びωBの角周波数成分が含まれている。また、一般
に、同期検波器１７ａ、１７ｂには図３に示した構成の
回路が用いられる。
【００２１】図３は図２に示した光ファイバ磁気センサ
に用いられる同期検波器のブロック図である。図４
（ａ）は図２に示した光ファイバ磁気センサに用いられ
る金属被覆光ファイバコイルの感度特性を示す図であ
り、図４（ｂ）は図２に示した光ファイバ磁気センサに
用いられる金属被覆光ファイバコイルの位相特性を示す
図である。図４（ａ）において横軸は角周波数を示し、
縦軸は感度を示し、図４（ｂ）において横軸は角周波数
を示し、縦軸は位相を示している。
に用いられる同期検波器のブロック図である。図４
（ａ）は図２に示した光ファイバ磁気センサに用いられ
る金属被覆光ファイバコイルの感度特性を示す図であ
り、図４（ｂ）は図２に示した光ファイバ磁気センサに
用いられる金属被覆光ファイバコイルの位相特性を示す
図である。図４（ａ）において横軸は角周波数を示し、
縦軸は感度を示し、図４（ｂ）において横軸は角周波数
を示し、縦軸は位相を示している。
【００２２】図３に示す同期検波器１７ａ、１７ｂ内に
差動増幅器６からの信号が入力すると共に、位相器３０
３に同期信号が入力すると、乗算器３０１において?ωA
−ω B?の角周波数成分が発生するので、この角周波数成
分をローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０２で除去する必要
がある。つまり、測定周波数帯域が?ωA−ωB?より低い
周波数に制限される。
差動増幅器６からの信号が入力すると共に、位相器３０
３に同期信号が入力すると、乗算器３０１において?ωA
−ω B?の角周波数成分が発生するので、この角周波数成
分をローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０２で除去する必要
がある。つまり、測定周波数帯域が?ωA−ωB?より低い
周波数に制限される。
【００２３】一方、金属被覆光ファイバコイル３ａ、３
ｂの感度特性Ｇ（ω）は、図４（ａ）に示すように金属
被覆光ファイバコイル３ａ、３ｂの曲げ半径により決ま
る共振周波数ωにピークを有する正規曲線形状となる。
ｂの感度特性Ｇ（ω）は、図４（ａ）に示すように金属
被覆光ファイバコイル３ａ、３ｂの曲げ半径により決ま
る共振周波数ωにピークを有する正規曲線形状となる。
【００２４】このため、２つの金属被覆光ファイバ３
ａ、３ｂの曲げ半径を同一とした場合には、図５（ａ）
に示すように?ωA−ωB?を大きくすると感度Ｇ（ω）が
低下してしまう。つまり、感度Ｇ（ω）と測定周波数帯
域との間にはトレードオフの関係がある。このトレード
オフをなくすためには、図５（ｂ）に示すように?ωA−
ωB?を大きくとっても感度Ｇ（ω）が低下しないように
２つの金属被覆光ファイバ３ａ、３ｂの曲げ半径が異な
る値を取るようにすればよい。
ａ、３ｂの曲げ半径を同一とした場合には、図５（ａ）
に示すように?ωA−ωB?を大きくすると感度Ｇ（ω）が
低下してしまう。つまり、感度Ｇ（ω）と測定周波数帯
域との間にはトレードオフの関係がある。このトレード
オフをなくすためには、図５（ｂ）に示すように?ωA−
ωB?を大きくとっても感度Ｇ（ω）が低下しないように
２つの金属被覆光ファイバ３ａ、３ｂの曲げ半径が異な
る値を取るようにすればよい。
【００２５】図５（ａ）、（ｂ）は図２に示した光ファ
イバ磁気センサの問題点を説明するための説明図であ
る。
イバ磁気センサの問題点を説明するための説明図であ
る。
【００２６】しかし、この場合、金属被覆光ファイバ３
ａ、３ｂをほぼ円形平面形状に支持する部品（例えば、
十字平面形状で側面が円筒の一部をなす図示しない台
座）として、曲げ半径（外径）の異なる２種類の部品が
必要となり、部品調達、工程管理、製品コスト等の点で
不利となるという問題があった。
ａ、３ｂをほぼ円形平面形状に支持する部品（例えば、
十字平面形状で側面が円筒の一部をなす図示しない台
座）として、曲げ半径（外径）の異なる２種類の部品が
必要となり、部品調達、工程管理、製品コスト等の点で
不利となるという問題があった。
【００２７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、金属被覆光ファイバの支持部材が１種類でよく、高
感度で測定周波数帯域が広い光ファイバ磁気センサを提
供することにある。
し、金属被覆光ファイバの支持部材が１種類でよく、高
感度で測定周波数帯域が広い光ファイバ磁気センサを提
供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光ファイバ磁気センサは、光源からの光を２
分岐する第１の光カプラと、第１の光カプラの分岐側に
接続された２つの金属被覆光ファイバコイルと、両金属
被覆光ファイバコイルの金属被覆にそれぞれ交流電流を
供給する交流電源と、両金属光ファイバコイルを結合す
る第２の光カプラと、第２の光カプラに接続され、外部
磁束との相互作用によって各金属被覆光ファイバコイル
の周方向に生じた伸縮或いは径方向に生じた側圧変化に
よる光路差変化を光の強弱信号として検出する検出手段
とを備えた光ファイバ磁気センサにおいて、両交流電源
の周波数を同一としたものである。
に本発明の光ファイバ磁気センサは、光源からの光を２
分岐する第１の光カプラと、第１の光カプラの分岐側に
接続された２つの金属被覆光ファイバコイルと、両金属
被覆光ファイバコイルの金属被覆にそれぞれ交流電流を
供給する交流電源と、両金属光ファイバコイルを結合す
る第２の光カプラと、第２の光カプラに接続され、外部
磁束との相互作用によって各金属被覆光ファイバコイル
の周方向に生じた伸縮或いは径方向に生じた側圧変化に
よる光路差変化を光の強弱信号として検出する検出手段
とを備えた光ファイバ磁気センサにおいて、両交流電源
の周波数を同一としたものである。
【００２９】上記構成に加え本発明の光ファイバ磁気セ
ンサは、一方の金属被覆光ファイバコイルの金属被覆に
流れる交流電流の位相と他方の金属被覆光ファイバコイ
ルの金属被覆に流れる交流電流の位相との差がπ／２と
なるように制御する制御回路を有するのが好ましい。
ンサは、一方の金属被覆光ファイバコイルの金属被覆に
流れる交流電流の位相と他方の金属被覆光ファイバコイ
ルの金属被覆に流れる交流電流の位相との差がπ／２と
なるように制御する制御回路を有するのが好ましい。
【００３０】上記構成に加え本発明の光ファイバ磁気セ
ンサは、金属被覆光ファイバコイルの近傍にそれぞれ配
置され、参照のための磁場を発生する参照磁場発生器
と、参照磁場発生器を駆動する駆動回路とを有してもよ
い。
ンサは、金属被覆光ファイバコイルの近傍にそれぞれ配
置され、参照のための磁場を発生する参照磁場発生器
と、参照磁場発生器を駆動する駆動回路とを有してもよ
い。
【００３１】本発明によれば、一対の金属被覆光ファイ
バコイルの金属被覆にそれぞれ流れる交流電源の周波数
が同一であるので、交流電流の位相差をπ／２とするこ
とにより、検出手段の出力が、光量等により決定される
定数と、感度と、磁束密度と、交流電流との積で表さ
れ、予め求められた定数と、感度と、電流との積から磁
束密度を求めることができる。
バコイルの金属被覆にそれぞれ流れる交流電源の周波数
が同一であるので、交流電流の位相差をπ／２とするこ
とにより、検出手段の出力が、光量等により決定される
定数と、感度と、磁束密度と、交流電流との積で表さ
れ、予め求められた定数と、感度と、電流との積から磁
束密度を求めることができる。
【００３２】また、参照磁場発生器と、駆動回路とを用
いて金属被覆光ファイバコイルの近傍に磁場を発生させ
ることにより、光ファイバ磁気センサの校正を行うこと
ができる。
いて金属被覆光ファイバコイルの近傍に磁場を発生させ
ることにより、光ファイバ磁気センサの校正を行うこと
ができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００３４】図１は本発明の光ファイバ磁気センサの一
実施の形態を示すブロック図である。
実施の形態を示すブロック図である。
【００３５】まず、光ファイバ磁気センサの構成につい
て説明する。
て説明する。
【００３６】光源（例えばレーザダイオード、若しくは
発光ダイオード）１の出力端に、入力光を２分岐する第
１の光カプラとしての２入力２出力光カプラ（以下「２
×２光カプラ」という。）２ａの入力端が接続され、２
×２光カプラ２ａの一方（図では上側）の分岐側には金
属被覆光ファイバコイル３ａの光ファイバの一端が接続
されている。２×２光カプラ２ａの他方（図では下側）
の分岐側には金属被覆光ファイバコイル３ｂの光ファイ
バの一端が接続されている。両金属被覆光ファイバコイ
ル３ａ、３ｂは同一材質（例えばフェノール樹脂）で同
一径の台座に巻き回されており、中心軸が平行になるよ
うに配置されている。
発光ダイオード）１の出力端に、入力光を２分岐する第
１の光カプラとしての２入力２出力光カプラ（以下「２
×２光カプラ」という。）２ａの入力端が接続され、２
×２光カプラ２ａの一方（図では上側）の分岐側には金
属被覆光ファイバコイル３ａの光ファイバの一端が接続
されている。２×２光カプラ２ａの他方（図では下側）
の分岐側には金属被覆光ファイバコイル３ｂの光ファイ
バの一端が接続されている。両金属被覆光ファイバコイ
ル３ａ、３ｂは同一材質（例えばフェノール樹脂）で同
一径の台座に巻き回されており、中心軸が平行になるよ
うに配置されている。
【００３７】両金属被覆光ファイバコイル３ａ、３ｂの
光ファイバの他端には位相変調器４ａ、４ｂの入力端が
それぞれ接続されており、両位相変調器４ａ、４ｂの出
力端は第２の光カプラとしての２×２光カプラ２ｂの結
合側に接続されている。
光ファイバの他端には位相変調器４ａ、４ｂの入力端が
それぞれ接続されており、両位相変調器４ａ、４ｂの出
力端は第２の光カプラとしての２×２光カプラ２ｂの結
合側に接続されている。
【００３８】２×２光カプラの分岐側２ｂには２つの受
光器（例えばフォトダイオード、若しくはフォトトラン
ジスタ）５ａ、５ｂがそれぞれ接続されており、両受光
器５ａ、５ｂの出力は差動増幅器６の反転入力端子及び
非反転入力端子にそれぞれ接続されている。差動増幅器
６の出力端は３つの同期検波器１６、１７ａ、１７ｂの
一方の入力端に接続されている。同期検波器１７ａ、１
７ｂの検波位相はそれぞれ０、π／２に設定されてい
る。
光器（例えばフォトダイオード、若しくはフォトトラン
ジスタ）５ａ、５ｂがそれぞれ接続されており、両受光
器５ａ、５ｂの出力は差動増幅器６の反転入力端子及び
非反転入力端子にそれぞれ接続されている。差動増幅器
６の出力端は３つの同期検波器１６、１７ａ、１７ｂの
一方の入力端に接続されている。同期検波器１７ａ、１
７ｂの検波位相はそれぞれ０、π／２に設定されてい
る。
【００３９】１１、１４は共に角周波数がωcの発振器
であり、発振器１１の出力は２つの可変移相器１２ａ、
１２ｂ及び２つの同期検波器１７ａ、１７ｂの入力端子
に接続され、発振器１４の出力は同期検波器１６と位相
変調器４ｂの入力端にそれぞれ接続されている。
であり、発振器１１の出力は２つの可変移相器１２ａ、
１２ｂ及び２つの同期検波器１７ａ、１７ｂの入力端子
に接続され、発振器１４の出力は同期検波器１６と位相
変調器４ｂの入力端にそれぞれ接続されている。
【００４０】同期検波器１６の出力端は制御回路１５の
入力端に接続され、制御回路１５の出力端は位相変調器
４ａの入力端に接続されている。両可変移相器１２ａ、
１２ｂは両金属被覆光ファイバコイル３ａ、３ｂの金属
被覆の両端にそれぞれ接続されており、両金属被覆光フ
ァイバコイル３ａ、３ｂの金属被覆に角周波数ωcの交
流電流で駆動するようになっている。交流電流の位相
は、可変移相器１２ａ、１２ｂによりそれぞれ独立な値
に設定できるようになっている。
入力端に接続され、制御回路１５の出力端は位相変調器
４ａの入力端に接続されている。両可変移相器１２ａ、
１２ｂは両金属被覆光ファイバコイル３ａ、３ｂの金属
被覆の両端にそれぞれ接続されており、両金属被覆光フ
ァイバコイル３ａ、３ｂの金属被覆に角周波数ωcの交
流電流で駆動するようになっている。交流電流の位相
は、可変移相器１２ａ、１２ｂによりそれぞれ独立な値
に設定できるようになっている。
【００４１】両金属被覆光ファイバコイル３ａ、３ｂの
近傍には参照磁場発生器としてのコイル２１ａ、２１ｂ
が同軸になるようにそれぞれ配置されている。両コイル
２１ａ、２１ｂにはそれぞれ駆動回路２２ａ、２２ｂが
接続されている。センサ出力は同期検波器１７ａ、１７
ｂからそれぞれ出力されるようになっている。
近傍には参照磁場発生器としてのコイル２１ａ、２１ｂ
が同軸になるようにそれぞれ配置されている。両コイル
２１ａ、２１ｂにはそれぞれ駆動回路２２ａ、２２ｂが
接続されている。センサ出力は同期検波器１７ａ、１７
ｂからそれぞれ出力されるようになっている。
【００４２】次に光ファイバ磁気センサの作用について
説明する。
説明する。
【００４３】まず、参照磁場発生器２１ａ、２１ｂで磁
場を発生させていない場合について考える。
場を発生させていない場合について考える。
【００４４】可変移相器１２ａ、１２ｂでの移相量をそ
れぞれαA、αBとすると、数６式は数７式となる。
れぞれαA、αBとすると、数６式は数７式となる。
【００４５】
【数７】
Ｖ＝Ｖ0（ΦR＋ＧAＢAＩAｓｉｎ（ωcｔ＋θA＋αA）
＋ＧBＢBＩBｓｉｎ（ωcｔ＋θB＋αB））
このとき、θA＋αA＝０及びθB＋αB＝π／２を満たす
ように、移相量αA、αBを設定すると、数７式の右辺の
第２項、第３項は位相がπ／２だけ異なることになる。
従って、同期検波器１７ａの出力は数７式の右辺の第２
項及び第３項は位相がπ／２だけ異なることになる。従
って、同期検波器１７ａの出力は数７式の第３項の影響
を受けなくなり、その出力はＶ0ＧAＢAＩA／２となる。
ように、移相量αA、αBを設定すると、数７式の右辺の
第２項、第３項は位相がπ／２だけ異なることになる。
従って、同期検波器１７ａの出力は数７式の右辺の第２
項及び第３項は位相がπ／２だけ異なることになる。従
って、同期検波器１７ａの出力は数７式の第３項の影響
を受けなくなり、その出力はＶ0ＧAＢAＩA／２となる。
【００４６】同期検波器１７ａの出力と、予め求めてお
いたＶ0ＧAＩA／２とから磁束密度ＢAを求めることがで
きる。磁束密度ＢBについても同様にして求めることが
できる。
いたＶ0ＧAＩA／２とから磁束密度ＢAを求めることがで
きる。磁束密度ＢBについても同様にして求めることが
できる。
【００４７】次に位相θA、θBが周囲温度等により変化
する場合、高精度な測定を行うためには、定期的に校正
を行う必要がある。例えば、θB＋αB−π／２の値が約
０．０９ｒａｄ（約５°）になると、同期検波器１７ａ
の出力には、数７式の第３項の振幅の約９％（＝ｓｉｎ
（０．０９））の値が測定誤差として含まれる。
する場合、高精度な測定を行うためには、定期的に校正
を行う必要がある。例えば、θB＋αB−π／２の値が約
０．０９ｒａｄ（約５°）になると、同期検波器１７ａ
の出力には、数７式の第３項の振幅の約９％（＝ｓｉｎ
（０．０９））の値が測定誤差として含まれる。
【００４８】校正には、参照磁場発生器２１ａ、２１ｂ
で磁場を発生させることにより行われる。
で磁場を発生させることにより行われる。
【００４９】参照磁場発生器２１ａにより、金属被覆光
ファイバコイル３ａの周囲の磁束密度を時間的に変化さ
せると（この磁束密度の変化をＢ0（ｔ）と表記す
る。）、同期検波器１６の出力にはＢ0（ｔ）に比例し
た変化がみられる（この比例定数をｘとする。）。同期
検波器１６の出力は、移相量αAが正しい値に設定され
ている場合には変化しないが、移相量αAが正しい値か
らずれていると、Ｂ0（ｔ）に比例した変化がみられる
（この比例定数をｙとする。）。このとき、ｔａｎｚ＝
ｙ／ｘを満たすｚだけ移相量αAがずれていることにな
るので、この分だけ補正を行う。移相量αBも同様の方
法で校正を行う。
ファイバコイル３ａの周囲の磁束密度を時間的に変化さ
せると（この磁束密度の変化をＢ0（ｔ）と表記す
る。）、同期検波器１６の出力にはＢ0（ｔ）に比例し
た変化がみられる（この比例定数をｘとする。）。同期
検波器１６の出力は、移相量αAが正しい値に設定され
ている場合には変化しないが、移相量αAが正しい値か
らずれていると、Ｂ0（ｔ）に比例した変化がみられる
（この比例定数をｙとする。）。このとき、ｔａｎｚ＝
ｙ／ｘを満たすｚだけ移相量αAがずれていることにな
るので、この分だけ補正を行う。移相量αBも同様の方
法で校正を行う。
【００５０】以上において、１つのマッハ・ツェンダ干
渉計を２つの磁気センサとして使用する場合、２つの金
属被覆光ファイバ３ａ、３ｂを支持する部品（台座）を
共通の部品とすることができ、かつ、高感度、広測定周
波数帯域である光ファイバ磁気センサを提供することが
できる。
渉計を２つの磁気センサとして使用する場合、２つの金
属被覆光ファイバ３ａ、３ｂを支持する部品（台座）を
共通の部品とすることができ、かつ、高感度、広測定周
波数帯域である光ファイバ磁気センサを提供することが
できる。
【００５１】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、金属被覆
光ファイバの支持部材が１種類でよく、高感度で測定周
波数帯域が広い光ファイバ磁気センサの提供を実現する
ことができる。
光ファイバの支持部材が１種類でよく、高感度で測定周
波数帯域が広い光ファイバ磁気センサの提供を実現する
ことができる。
【図１】本発明の光ファイバ磁気センサの一実施の形態
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】光ファイバ磁気センサの従来例を示すブロック
図である。
図である。
【図３】図２に示した光ファイバ磁気センサに用いられ
る同期検波器のブロック図である。
る同期検波器のブロック図である。
【図４】（ａ）は図２に示した光ファイバ磁気センサに
用いられる金属被覆光ファイバコイルの感度特性を示す
図であり、（ｂ）は図２に示した光ファイバ磁気センサ
に用いられる金属被覆光ファイバコイルの位相特性を示
す図である。
用いられる金属被覆光ファイバコイルの感度特性を示す
図であり、（ｂ）は図２に示した光ファイバ磁気センサ
に用いられる金属被覆光ファイバコイルの位相特性を示
す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は図２に示した光ファイバ磁気
センサの問題点を説明するための説明図である。
センサの問題点を説明するための説明図である。
１ 光源
２ａ、２ｂ 光カプラ
３ａ、３ｂ 金属被覆光ファイバコイル
４ａ、４ｂ 位相変調器
５ａ、５ｂ 受光器
６ 差動増幅器
１１、１４ 発振器
１２ａ、１２ｂ 可変移相器
１５ 制御回路
１６、１７ａ、１７ｂ 同期検波器
２１ａ、２１ｂ 参照磁場発生器
２２ａ、２２ｂ 駆動回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 砂原 秀一
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
Ｆターム(参考） 2G017 AA07 AD10 AD11 BA03
Claims (3)
- 【請求項１】 光源からの光を２分岐する第１の光カプ
ラと、第１の光カプラの分岐側に接続された２つの金属
被覆光ファイバコイルと、両金属被覆光ファイバコイル
の金属被覆にそれぞれ交流電流を供給する交流電源と、
両金属光ファイバを結合する第２の光カプラと、第２の
光カプラに接続され、外部磁束との相互作用によって各
金属被覆光ファイバコイルの周方向に生じた伸縮或いは
径方向に生じた側圧変化による光路差変化を光の強弱信
号として検出する検出手段とを備えた光ファイバ磁気セ
ンサにおいて、両交流電源の周波数を同一としたことを
特徴とする光ファイバ磁気センサ。 - 【請求項２】 一方の金属被覆光ファイバコイルの金属
被覆に流れる交流電流の位相と他方の金属被覆光ファイ
バコイルの金属被覆に流れる交流電流の位相との差がπ
／２となるように制御する制御回路を有する請求項１に
記載の光ファイバ磁気センサ。 - 【請求項３】 上記金属被覆光ファイバコイルの近傍に
それぞれ配置され、参照のための磁場を発生する参照磁
場発生器と、該参照磁場発生器を駆動する駆動回路とを
有する請求項１または２に記載の光ファイバ磁気セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053957A JP2003255031A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 光ファイバ磁気センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053957A JP2003255031A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 光ファイバ磁気センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003255031A true JP2003255031A (ja) | 2003-09-10 |
Family
ID=28665240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002053957A Pending JP2003255031A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 光ファイバ磁気センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003255031A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011079664A1 (zh) * | 2009-12-31 | 2011-07-07 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤磁光探测系统和方法 |
| CN108519566A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-09-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于光频移调制的serf原子磁强计装置及方法 |
-
2002
- 2002-02-28 JP JP2002053957A patent/JP2003255031A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011079664A1 (zh) * | 2009-12-31 | 2011-07-07 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤磁光探测系统和方法 |
| US8841905B2 (en) | 2009-12-31 | 2014-09-23 | 3S Hi-Technologies Co., Ltd. | System and method for fiber magneto-optic detection |
| CN108519566A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-09-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于光频移调制的serf原子磁强计装置及方法 |
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