JP2014145719A - Optical probe sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光プローブセンサ装置に関し、特に、電流や磁界の変化を光の変化で検出する光プローブセンサ装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to an optical probe sensor device, and more particularly to a technique that is effective when applied to an optical probe sensor device that detects a change in current or magnetic field by a change in light.
信州大学スピンデバイステクノロジーセンター活動報告書(非特許文献1)には、外部からの電磁障害の影響を受けない光をプローブとする電流検出の方法として、磁性体の面内磁気カー(Kerr)効果を利用した光プローブ電流センサが記載されている。この光プローブ電流センサでは、直線偏光を磁性体の表面に入射し、磁性体の表面からの反射光を1/4λ波長板およびプリズムビームスプリッタ(PBS)を通してP偏光成分とS偏光成分とに分岐し、各偏光成分の光を光ファイバで伝搬してフォトダイオードで受光している。 The Shinshu University Spin Device Technology Center Activity Report (Non-patent Document 1) states that the in-plane magnetic Kerr effect of a magnetic material is used as a current detection method using light that is not affected by external electromagnetic interference as a probe. An optical probe current sensor utilizing the above is described. In this optical probe current sensor, linearly polarized light is incident on the surface of a magnetic material, and reflected light from the surface of the magnetic material is split into a P-polarized component and an S-polarized component through a quarter-wave plate and a prism beam splitter (PBS). Then, light of each polarization component propagates through the optical fiber and is received by the photodiode.
非特許文献1記載の光プローブ電流センサにおいて、被測定対象の電流や磁界の大きさは、面内磁気カー効果を生じる磁性体からの反射光のS偏光成分およびP偏光成分の光量として変換される。このため、S偏光成分およびP偏光成分の光量は、磁性体の面内磁気カー効果による変化以外の理由で光量が変化することはあってはならない。しかしながら、各偏光成分の光を伝搬する光ファイバに振動や衝撃などの外力が加わると、光量が変化するため、S(Signal)/N(Noise)比などで表される検出精度(測定精度)が低下してしまうことになる。
In the optical probe current sensor described in
本発明の目的は、検出精度の高い光プローブセンサ装置を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 An object of the present invention is to provide an optical probe sensor device with high detection accuracy. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明の一解決手段における光プローブセンサ装置は、発光部および受光部と、前記発光部と前記受光部との間で光学的に接続されたセンサ部と、前記センサ部と前記受光部とを接続する第1および第2光ファイバコアと、前記受光部と電気的に接続された信号処理部(信号処理回路)とを備え、前記センサ部は、面内磁気カー効果を生じる磁性体と、前記磁性体からの反射光をS偏光成分とP偏光成分とに分岐する偏光子とを含み、前記第1光ファイバコアは、前記偏光子からのS偏光成分の光を光信号として伝搬し、前記第2光ファイバコアは、前記偏光子からのP偏光成分の光を光信号として伝搬し、前記受光部は、前記第1および第2光ファイバコアの光信号のそれぞれを第1および第2電気信号に変換し、前記信号処理部は、前記第1電気信号で前記第2電気信号を除算する第1除算回路と、前記第2電気信号で前記第1電気信号を除算する第2除算回路と、前記第1および第2除算回路のそれぞれの出力値を差動増幅して出力する差動増幅回路とを含むことを特徴とする。 An optical probe sensor device according to one solution of the present invention includes a light emitting unit and a light receiving unit, a sensor unit optically connected between the light emitting unit and the light receiving unit, and the sensor unit and the light receiving unit. First and second optical fiber cores to be connected, and a signal processing unit (signal processing circuit) electrically connected to the light receiving unit, wherein the sensor unit has a magnetic body that generates an in-plane magnetic Kerr effect; A polarizer that branches the reflected light from the magnetic material into an S-polarized component and a P-polarized component, and the first optical fiber core propagates the light of the S-polarized component from the polarizer as an optical signal, The second optical fiber core propagates light of the P-polarized component from the polarizer as an optical signal, and the light receiving unit transmits the optical signals of the first and second optical fiber cores to the first and second optical signals, respectively. Converted into an electrical signal, the signal processing unit, Outputs of a first division circuit that divides the second electric signal by one electric signal, a second division circuit that divides the first electric signal by the second electric signal, and outputs of the first and second division circuits, respectively. And a differential amplifier circuit that differentially amplifies and outputs the value.
これによれば、第1および第2光ファイバコアに振動や衝撃などの外力が加わってS偏光成分およびP偏光成分の光量が変化しても、互いの光量変化(ノイズ)を第1および第2除算回路で低減させることができる。すなわち、光ファイバの振動や衝撃などによる外乱の影響を受け難くすることができ、光プローブセンサ装置の検出精度を高めることができる。 According to this, even if an external force such as vibration or impact is applied to the first and second optical fiber cores to change the light amounts of the S-polarized component and the P-polarized component, the light amount change (noise) of each other is changed. It can be reduced by a divide-by-2 circuit. That is, it can be made less susceptible to disturbances caused by vibrations or shocks of the optical fiber, and the detection accuracy of the optical probe sensor device can be increased.
前記光プローブセンサ装置は、一つの多芯ファイバを備え、前記第1および第2光ファイバコアが、前記一つの多芯光ファイバのコアを構成することが好ましい。 The optical probe sensor device preferably includes one multi-core fiber, and the first and second optical fiber cores constitute a core of the one multi-core optical fiber.
これによれば、第1および第2光ファイバコアが振動や衝撃などの外乱を同じく受けるので、外乱による反射光(S偏光成分、P偏光成分)の光量の変化も同じくなる。したがって、互いの光量変化(ノイズ)を第1および第2除算回路でキャンセル(低減)させることができ、光プローブセンサ装置の検出精度をより高めることができる。 According to this, since the first and second optical fiber cores are similarly subjected to disturbances such as vibration and impact, the change in the amount of reflected light (S-polarized component, P-polarized component) due to the disturbance is also the same. Therefore, mutual light quantity change (noise) can be canceled (reduced) by the first and second divider circuits, and the detection accuracy of the optical probe sensor device can be further increased.
前記光プローブセンサ装置は、前記発光部と前記センサ部とを接続する第3光ファイバコアを備え、前記第3光ファイバコアが、前記一つの多芯光ファイバのコアを構成することが好ましい。 Preferably, the optical probe sensor device includes a third optical fiber core that connects the light emitting unit and the sensor unit, and the third optical fiber core constitutes the core of the one multi-core optical fiber.
これによれば、第1、第2および第3光ファイバコアが振動や衝撃などの外乱を同じく受けるので、外乱による入射光および反射光(S偏光成分、P偏光成分)の光量の変化も同じくなる。したがって、より正確なS/N比を検出することができる。 According to this, since the first, second, and third optical fiber cores are similarly subjected to disturbances such as vibration and impact, the change in the amount of incident light and reflected light (S-polarized component, P-polarized component) due to the disturbance is also the same. Become. Therefore, a more accurate S / N ratio can be detected.
前記光プローブセンサ装置は、前記磁性体の最大カー回転角が、1°以下であることが好ましい。例えば、前記磁性体が、Fe(鉄)−Si(シリコン)系合金(最大カー回転角0.04°)またはAl(アルミニウム)−Ni(ニッケル)−Co(コバルト)系合金(最大カー回転角0.03°)であることが好ましい。これら磁性体のような最大カー回転角が小さい磁性体を用いた場合であっても、光プローブセンサ装置の検出精度を高めることができる。 In the optical probe sensor device, it is preferable that a maximum Kerr rotation angle of the magnetic body is 1 ° or less. For example, the magnetic material is an Fe (iron) -Si (silicon) -based alloy (maximum Kerr rotation angle 0.04 °) or an Al (aluminum) -Ni (nickel) -Co (cobalt) -based alloy (maximum Kerr rotation angle). 0.03 °) is preferable. Even when a magnetic material having a small maximum Kerr rotation angle such as these magnetic materials is used, the detection accuracy of the optical probe sensor device can be increased.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば次のとおりである。検出精度の高い光プローブセンサ装置を提供することができる。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows. An optical probe sensor device with high detection accuracy can be provided.
以下の本発明における実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 In the following embodiments of the present invention, the description will be divided into a plurality of sections when necessary. However, in principle, they are not irrelevant to each other, and one of them is related to some or all of the other modifications, details, etc. It is in. For this reason, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function in all the figures, and the repeated description is abbreviate | omitted.
また、構成要素の数(個数、数値、量、範囲などを含む)については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。 In addition, the number of components (including the number, numerical value, quantity, range, etc.) is limited to that specific number unless otherwise specified or in principle limited to a specific number in principle. It may be more than a specific number or less. In addition, when referring to the shape of a component, etc., it shall include substantially the same or similar to the shape, etc., unless explicitly stated or in principle otherwise considered otherwise .
本発明の実施形態では、光プローブセンサ装置(以下、単にセンサ装置という。)のうち、光プローブ電流センサに適用した場合について説明する。図1は、センサ装置10の構成の概略図である。センサ装置10は、センサ部20と、光伝搬部40と、本体部50とを備えて構成されている。
In the embodiment of the present invention, a case where the present invention is applied to an optical probe current sensor among optical probe sensor devices (hereinafter simply referred to as sensor devices) will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of the
センサ部20は、被測定対象の電流(図1では、断面径で示すケーブル100中の電流)を光で検出する光プローブであり、面内磁気カー効果を生じる磁性体21(例えば、膜状の磁性体)を備えている。このセンサ部20は、光学部品として、偏光子22と、ミラー部23、24、25と、波長板26と、偏光子27とを備えている。
The
偏光子22としては、例えば、グラントムソン偏光プリズムを適用することができる。また、ミラー部23、24、25としては、プリズムの全反射面あるいは平板表面に反射性の高いAg(銀)などの金属をコーティングしたものを適用することができる。また、波長板26としては、例えば、1/4λ板や1/2λ板を適用することができる。また、偏光子27としては、例えば、PBSやグランレーザプリズムを適用することができる。
As the
光伝搬部40は、光(光信号)を伝搬するためのものであり、3つの光ファイバコア(以下、単にコアという。)41、42、43を備えている。光伝搬部40としては、例えば、多芯光ファイバを適用することができる。このとき、コア41、42、43が、一つの多芯光ファイバのコアを構成することとなる。
The
本体部50は、筐体内に、コア41を介して磁性体21の表面に入射させる光を発光する発光部51と、コア42、43を介して磁性体21の表面から反射する光を受光して電気信号に変換する受光部52と、検出信号を処理する信号処理部60とを備えている。なお、説明を明解にするために、図1には、発光部51からの光が磁性体21で反射して受光部52で受光されるまでの光路を矢印で示している。
The
発光部51としては、例えば、半導体レーザを適用することができる。また、受光部52としては、コア42、43のそれぞれに対応するフォトダイオード52S、52P(受光素子)を適用することができる。また、信号処理部60としては、信号処理回路を構成するために、例えば、種々のIC(Integrated Circuit)を実装した実装基板(信号処理装置)を適用することができる。なお、本実施形態では、信号処理部60を構成する実装基板にフォトダイオード52S、52Pが実装されている。
As the
図2は、センサ装置10の光学系(光路)を明解にするために、図1中のミラー部23、24、25を省略して概略した図である。
FIG. 2 is a schematic diagram in which the
まず、発光部51からの入射光101は、光伝搬部40のコア41中を伝搬してセンサ部20まで到達する。次いで、センサ部20内では、入射光101が偏光子22によって直線偏光となって磁性体21の表面に入射される。その磁性体21の表面から反射する反射光102(直線偏光)が、波長板26によって円偏光に変換される。そして、その反射光102(円偏光)が、偏光子27によってS偏光成分の光102SとP偏光成分の光102Pとに分岐されてセンサ部20外へ放出される。
First, the incident light 101 from the
センサ部20からの光102Sは、光伝搬部40のコア42を伝搬して受光部52のフォトダイオード52Sまで到達して受光されて、電気信号へ変換される。すなわち、フォトダイオード52Sは、コア42を伝搬するS偏光成分の光102Sを受光して電気信号に変換する。また、センサ部20からの光102Pは、光伝搬部40のコア43中を伝搬して受光部52のフォトダイオード52Pまで到達して受光されて、電気信号へ変換される。すなわち、フォトダイオード52Pは、コア43を伝搬するP偏光成分の光102Pを受光して電気信号に変換する。このようにセンサ装置10では、面内磁気カー効果を生じる磁性体21からの反射光102をS偏光成分とP偏光成分とに分岐し、S偏光成分の光102S(光信号)を電気信号とし、P偏光成分の光102P(光信号)を電気信号として検出する。
The light 102S from the
ここで、被測定対象の電流を光で検出するセンサ装置10の原理について説明する。図3、図4では、被測定対象の電流が流れるケーブル100に密着または近接させて磁性体21が配置され、磁性体21の表面に入射する入射光101およびそれから反射する反射光102も合わせて示している。また、図5では、反射光102の光量Lrを示しており、また、そのS偏光成分の光102Sの光量LsおよびP偏光成分の光102Pの光量Lp、並びにカー回転角θkを示している。
Here, the principle of the
まず、図3に示すセンサ装置10の状態は、ケーブル100中を電流が流れておらず、電流磁場H(印加磁場H)が発生していない標準状態である。図3では、ケーブル100の延在方向と、面内磁気カー効果を生じる磁性体21の磁気モーメント21Mの方向とが一致するように、磁性体21が配置されている。このような状態の磁性体21の表面に直線偏光の入射光101を入射させると、磁性体21から反射する反射光102は、横カー効果によって直線偏光のままである。
First, the state of the
次いで、図4に示すセンサ装置10の状態は、ケーブル100中を電流Iが流れ、電流Iによって電流磁場Hが発生している状態である。この電流磁場Hの大きさは、電流Iの量によって変化する。このような状態の磁性体21の表面に直線偏光の入射光101を入射させると、磁性体21から反射する反射光102は、縦カー効果によって極僅かな楕円偏光となった直線偏光となる。なお、図4では、説明を明解にするために、楕円偏光として反射光102を示している。
Next, the state of the
電流磁場Hの大きさが変化すると、その変化に変化して磁気モーメント21Mが回転する。このとき、磁性体21の表面から反射する反射光102は、縦カー効果によって、反射光102の回転角が磁気モーメント21Mの回転角に比例して変化している。このため、反射光102の光量Lr(強度)が変化し、そのS偏光成分である光102Sの光量LsおよびP偏光成分の光102Pの光量Lpも変化する。
When the magnitude of the current magnetic field H changes, the
図6は、印加磁場Hに対する光102Sの光量Lsおよび光102Pの光量Lpの変化を示すグラフである。印加磁場Hをマイナス方向から、印加磁場Hがゼロのときを経て、プラス方向に印加すると(印加磁場Hの向きを変えて印加することになる。)、光量Ls(図5参照)は、プラス向きの大きさが徐々に小さくなり、マイナス向きとなり、マイナス向きで徐々に大きくなる。一方、光量Lp(図5参照)は、印加磁場Hをマイナス方向から、印加磁場Hがゼロのときを経て、プラス方向に印加すると、マイナス向きの大きさが徐々に小さくなり、プラス向きとなり、プラス向きで徐々に大きくなる。 FIG. 6 is a graph showing changes in the light quantity Ls of the light 102S and the light quantity Lp of the light 102P with respect to the applied magnetic field H. When the applied magnetic field H is applied from the minus direction to the plus direction after the applied magnetic field H is zero (the applied magnetic field H is changed in direction), the light quantity Ls (see FIG. 5) is plus. The size of the direction gradually decreases, becomes negative, and gradually increases in the negative direction. On the other hand, the light amount Lp (see FIG. 5) is applied in the positive direction after the applied magnetic field H from the minus direction through the time when the applied magnetic field H is zero. It becomes gradually larger in the positive direction.
図7は、図6を参照して得られた、印加磁場Hに対する、光量Lsと光量Lpの差分(Ls−Lp)の変化を示すグラフである。これから印加磁場Hに対するLs−Lpは、磁化曲線(図7中、波線で示す。)を描くような変化となる。したがって、センサ装置10は、光量Ls、光量Lpを得ることで、印加磁場Hの大きさ、更に電流Iの大きさも検出(測定)することができる。
FIG. 7 is a graph showing a change in the difference (Ls−Lp) between the light amount Ls and the light amount Lp with respect to the applied magnetic field H obtained with reference to FIG. From this, Ls-Lp with respect to the applied magnetic field H changes so as to draw a magnetization curve (indicated by a wavy line in FIG. 7). Therefore, the
ところで、本実施形態では、最大カー回転角θkmax.が1°以下の磁性体21を適用している。このため、図5からも明らかなように、反射光102のS偏光成分の光量LsおよびP偏光成分の光量Lpは、次式(1)、(2)のように近似して表すことができる。
By the way, in this embodiment, the maximum Kerr rotation angle θkmax. The
ここで、反射光102が、波長板26(1/4λ板あるいは1/2λ板)を通過すると、直線偏光は、円偏光となる。なお、反射光102が、極僅かな楕円偏光の場合、真円から僅かに主軸が傾いた楕円偏光となる。
Here, when the reflected light 102 passes through the wave plate 26 (¼λ plate or 1 / 2λ plate), the linearly polarized light becomes circularly polarized light. In addition, when the reflected
波長板26を通過したときのS偏光成分の光102Sの光量Ls’およびP偏光成分の光102Pの光量Lp’は、次式(3)、(4)のように表すことができる。
The light quantity Ls ′ of the light 102S of the S-polarized component and the light quantity Lp ′ of the light 102P of the P-polarized component when passing through the
ここで、光102Sは、コア42を光信号として伝搬するが、コア42が振動や衝撃などの外乱を受ける場合も考えられる。その外乱の影響による光102Sの光量Ls’の変化を、外乱係数αを用いて表すと、αLs’となる。同様に、コア43への振動や衝撃などの外乱の影響による光102Pの光量Lp’の変化を、外乱係数βを用いて表すと、βLp’となる。
Here, the light 102S propagates through the core 42 as an optical signal, but it is also conceivable that the
磁性体20として、Fe−Si系合金を適用した場合、その最大カー回転角θkmax.は0.04°なので、光量Ls=100とすると、図5よりLp=tanθkであるから、光量Lpは、次の範囲となる。
0<Lp<0.07 (0<θk<π/2)
When an Fe—Si alloy is applied as the
0 <Lp <0.07 (0 <θk <π / 2)
また、磁性体20として、Al−Ni−Co系合金を適用した場合、その最大カー回転角θkmax.は0.03°なので、光量Ls=100とすると、光量Lpは、次の範囲となる。
0<Lp<0.05 (0<θk<π/2)
Further, when an Al—Ni—Co alloy is applied as the
0 <Lp <0.05 (0 <θk <π / 2)
このように、最大カー回転角θkが1°以下の磁性体20を用いた場合、光量Lsに対して光量Lpは極めて少なく、すなわち、光量βLs’に対して光量αLp’がきわめて少なく、光量αLp’への外乱の影響が大きくなってしまうことがわかる。
As described above, when the
そこで、本実施形態では、信号処理部60において、単に、光量βLs’に対応する電気信号Esと、光量αLp’に対応する電気信号Epとを、単に差動増幅回路に入力するのではなく、以下で説明するように、外乱をキャンセルできる回路構成としている。
Therefore, in the present embodiment, the
図8は、センサ装置10の信号処理部60のブロック図である。信号処理部60は、フォトダイオード52S、52Pと、増幅器61、62と、除算回路63、64(アナログIC)と、差動増幅回路65とを備えている。フォトダイオード52Sによって光102S(光量βLs’)から変換された電気信号Esは、増幅器61によって増幅される。また、フォトダイオード52Pによって光102P(光量αLp’)から変換された電気信号Epは、増幅器62によって増幅される。
FIG. 8 is a block diagram of the
増幅された電気信号Es、Epは、電気信号Epで電気信号Esを除算する除算回路63の出力値として、差動増幅回路65のマイナス側へ入力される。また、増幅された電気信号Es、Epは、電気信号Esで電気信号Epを除算する除算回路64の出力値として、差動増幅回路65のプラス側へ入力される。そして、差動増幅回路65の出力値を得る。この出力値は、次式(5)のように表すことができる。なお、式(5)、(6)では、電流の変化を光の変化で検出するセンサ装置10としての効果を明解にするために、電気信号Es、Epではなく、光量βLs’、αLp’を用いている。
The amplified electrical signals Es and Ep are input to the minus side of the
これによれば、コア42、43に外力が加わって光量βLs’および光量αLp’が変化しても、互いの光量変化(外乱係数α、β)を除算回路63、64で低減させることができる。したがって、センサ装置10の検出精度(例えば、S/N比)を高めることができる。
According to this, even if an external force is applied to the
また、本実施形態では、センサ装置10は、光伝搬部40に一つの多芯ファイバを適用し、コア42、43が、その一つの多芯光ファイバのコアを構成している。
Moreover, in this embodiment, the
これによれば、コア42、43が同じく振動や衝撃などの外乱を受けるので、外乱による光量βLs’および光量αLp’の変化も同じくなる。すなわち、α=βとなる。したがって、互いの光量変化(ノイズ)を除算回路63、64でキャンセル(低減)させることができ、センサ装置10の検出精度(例えば、S/N比)をより高めることができる。α=βとすると、式(5)は式(3)、(4)を用いると、次式(6)のように表すことができる。
According to this, since the
多芯ファイバを用いてα=βとし、光量βLs’に対応する電気信号Esと、光量αLp’に対応する電気信号Epとを、除算回路を用いずに単に差動増幅回路に入力した場合、その出力は−√2θkに相当する。これに対して、除算回路63、64を用い、その出力を差動増幅器65に入力した場合、その出力は−4θkとなり、2√2倍のS/N比向上が見込まれることとなる。
When α = β using a multi-core fiber, the electrical signal Es corresponding to the light amount βLs ′ and the electrical signal Ep corresponding to the light amount αLp ′ are simply input to the differential amplifier circuit without using the divider circuit, The output corresponds to -√2θk. On the other hand, when the
また、本実施形態では、センサ装置10は、発光部51とセンサ部20とを接続するコア41を備えており、そのコア41が、一つの多芯光ファイバのコアを構成している。
Moreover, in this embodiment, the
これによれば、コア41、42、43が同じく振動や衝撃などの外乱を受けるので、外乱による入射光101の光量、反射光102のS偏光成分の光量Ls、および反射光102のP偏光成分の光量Lpの変化も同じくなる。したがって、センサ装置10の検出精度(例えば、S/N比)をより高めることができる。
According to this, since the
このようなセンサ装置10は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車において速度制御やトルク制御で参照される電流を、精確に検出するために用いられる。具体的には、電気自動車などのエンジンルーム内に取り付けられたセンサ装置10は、センサ部20が光伝搬部40によって本体部50から引き回されて、所定箇所のケーブル100中の電流を検出することができる。
Such a
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof.
前記実施形態では、センサ部と受光部とを接続する第1および第2光ファイバコアで構成される一つの多芯ファイバを用いた場合について説明した。これに限らず、第1、第2光ファイバコアが別々の単芯光ファイバに構成される場合であってもよい。この場合、外乱係数α、βが、α≠βの関係となるが、互いの光量変化(ノイズ)を第1および第2除算回路で低減させることで、光プローブセンサ装置の検出精度を高めることができる。 In the above-described embodiment, the case where one multi-core fiber configured by the first and second optical fiber cores connecting the sensor unit and the light receiving unit is used has been described. Not limited to this, the first and second optical fiber cores may be configured as separate single-core optical fibers. In this case, the disturbance coefficients α and β are in the relationship of α ≠ β, but the detection accuracy of the optical probe sensor device is improved by reducing the mutual light quantity change (noise) by the first and second divider circuits. Can do.
前記実施形態では、発光部とセンサ部とを接続する第3光ファイバコアを用いた場合について説明した。これに限らず、第3光ファイバコアを用いずに、発光部をセンサ部に直接取り付ける構成とした場合であってもよい。この場合、第3光ファイバコアを用いた場合による外乱の影響をなくすことで、光プローブセンサ装置の検出精度を高めることができる。 In the embodiment, the case where the third optical fiber core that connects the light emitting unit and the sensor unit is used has been described. Not only this but the structure which attaches a light emission part directly to a sensor part, without using a 3rd optical fiber core may be sufficient. In this case, the detection accuracy of the optical probe sensor device can be improved by eliminating the influence of disturbance caused by the use of the third optical fiber core.
他の実施形態として、センサ部において、直線偏光の入射光を円偏光にしてから磁性体の表面に入射させて、円偏光の反射光を得る構成とすることもできる。なお、前記実施形態のように、直線偏光の入射光を磁性体の表面に入射させ、その反射光を円偏光とするする構成の方が、光軸調整を容易に行うことができる。 As another embodiment, the sensor unit may be configured so that linearly polarized incident light is made circularly polarized and then incident on the surface of the magnetic body to obtain circularly polarized reflected light. In addition, the optical axis adjustment can be easily performed in the configuration in which linearly polarized incident light is incident on the surface of the magnetic material and the reflected light is circularly polarized as in the embodiment.
本発明の光プローブセンサ装置は、あらゆる電子・電気機器用の電流検出用センサまたは磁界検出用センサとして利用可能で、特に、劣悪な電磁ノイズ環境下や、振動や衝撃などの影響を受ける環境下に幅広く利用されるものである。 The optical probe sensor device of the present invention can be used as a current detection sensor or a magnetic field detection sensor for any electronic / electrical equipment, and particularly in a poor electromagnetic noise environment or an environment affected by vibration or impact. It is widely used.
10 光プローブセンサ装置
20 センサ部
21 磁性体
21M 磁気モーメント
22 偏光子
23、24、25 ミラー部
26 波長板
27 偏光子
40 光伝搬部
41、42、43 光ファイバコア
50 本体部
51 発光部
52 受光部
52P、52S フォトダイオード
60 信号処理部
61、62 増幅器
63、64 除算回路
100 ケーブル
101 入射光
102 反射光
I 電流
H 印加磁場
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記発光部と前記受光部との間で光学的に接続されたセンサ部と、
前記センサ部と前記受光部とを接続する第1および第2光ファイバコアと、
前記受光部と電気的に接続された信号処理部とを備え、
前記センサ部は、面内磁気カー効果を生じる磁性体と、前記磁性体からの反射光をS偏光成分とP偏光成分とに分岐する偏光子とを含み、
前記第1光ファイバコアは、前記偏光子からのS偏光成分の光を光信号として伝搬し、
前記第2光ファイバコアは、前記偏光子からのP偏光成分の光を光信号として伝搬し、
前記受光部は、前記第1および第2光ファイバコアの光信号のそれぞれを第1および第2電気信号に変換し、
前記信号処理部は、前記第1電気信号で前記第2電気信号を除算する第1除算回路と、前記第2電気信号で前記第1電気信号を除算する第2除算回路と、前記第1および第2除算回路のそれぞれの出力値を差動増幅して出力する差動増幅回路とを含むことを特徴とする光プローブセンサ装置。 A light emitting part and a light receiving part;
A sensor unit optically connected between the light emitting unit and the light receiving unit;
First and second optical fiber cores connecting the sensor unit and the light receiving unit;
A signal processing unit electrically connected to the light receiving unit,
The sensor unit includes a magnetic body that generates an in-plane magnetic Kerr effect, and a polarizer that branches reflected light from the magnetic body into an S-polarized component and a P-polarized component,
The first optical fiber core propagates light of an S-polarized component from the polarizer as an optical signal,
The second optical fiber core propagates light of a P-polarized component from the polarizer as an optical signal,
The light receiving unit converts the optical signals of the first and second optical fiber cores into first and second electrical signals,
The signal processing unit includes: a first divider circuit that divides the second electric signal by the first electric signal; a second divider circuit that divides the first electric signal by the second electric signal; And a differential amplifier circuit that differentially amplifies and outputs respective output values of the second divider circuit.
一つの多芯ファイバを備え、
前記第1および第2光ファイバコアが、前記一つの多芯光ファイバのコアを構成することを特徴とする光プローブセンサ装置。 The optical probe sensor device according to claim 1,
With one multi-core fiber,
The optical probe sensor device, wherein the first and second optical fiber cores constitute a core of the one multi-core optical fiber.
前記発光部と前記センサ部とを接続する第3光ファイバコアを備え、
前記第3光ファイバコアが、前記一つの多芯光ファイバのコアを構成することを特徴とする光プローブセンサ装置。 The optical probe sensor device according to claim 2,
A third optical fiber core connecting the light emitting unit and the sensor unit;
The optical probe sensor device, wherein the third optical fiber core constitutes a core of the one multi-core optical fiber.
前記磁性体の最大カー回転角が、1°以下であることを特徴とする光プローブセンサ装置。 In the optical probe sensor device according to any one of claims 1 to 3,
An optical probe sensor device, wherein the maximum Kerr rotation angle of the magnetic material is 1 ° or less.
前記磁性体が、Fe−Si系合金であることを特徴とする光プローブセンサ装置。 In the optical probe sensor device according to any one of claims 1 to 4,
The optical probe sensor device, wherein the magnetic body is an Fe—Si alloy.
前記磁性体が、Al−Ni−Co系合金であることを特徴とする光プローブセンサ装置。 In the optical probe sensor device according to any one of claims 1 to 4,
The optical probe sensor device, wherein the magnetic body is an Al—Ni—Co alloy.
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JP2013015500A JP2014145719A (en) | 2013-01-30 | 2013-01-30 | Optical probe sensor device |
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Cited By (2)
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JP2017173022A (en) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | シチズンファインデバイス株式会社 | Optical probe current sensor and optical probe current sensor device |
JP2020126006A (en) * | 2019-02-05 | 2020-08-20 | シチズンファインデバイス株式会社 | Magnetic field sensor device |
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2013
- 2013-01-30 JP JP2013015500A patent/JP2014145719A/en active Pending
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