JP2638312B2 - 光センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁界の大きさを光学
的に検出する光センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光を利用して磁界の大きさを検出
するものとしては、ファラデー効果、 つまり磁界の大き
さに応じて光の偏光面が回転する現象を利用する光セン
サが知られている。

【０００３】図４は例えば特開昭45-35250号公報に示さ
れたファラデー効果を利用した従来の光センサの構成を
示す模式図であり、図中１は発光素子を示す。発光素子
１から出力された光は光ファイバ２を経て磁界検出部６
内に入射される。この磁界検出部６は、入射した光を直
線偏光にする偏光子３、印加磁界の大きさに応じて光の
偏光面を回転させるファラデー素子４および偏光面の回
転角度を光の大きさに変調する検光子５をこの順に光学
的に結合されたものである。

【０００４】磁界検出部６内の偏光子３に入射された光
は直線偏光され、ファラデー素子４を通過する間にファ
ラデー素子４に印加される磁界に比例してその偏光面が
回転し、更に検光子５を通過することによりこの偏光面
の回転角度に比例した強度変調を受ける。そして、この
強度変調された光は光ファイバ７を経て受光素子８にて
電気信号に変換される。受光素子８からの電気信号はバ
ンドパスフィルタ９と直流フィルタ10により交流成分と
直流成分に分離され、割算器11にてバンドパスフィルタ
９の出力である交流成分が直流フィルタ10の出力である
直流成分により割算され、この割算値に基づき印加磁界
の大きさが検出される。

【０００５】ここで、交流成分を直流成分で割算し、こ
の割算値に基づいて印加磁界の大きさを検出するように
しているのは、発光素子１や光ファイバ２，７における
光の減衰量の変動を補正するためである。つまり、直流
成分はファラデー素子４に磁界が印加されていない場合
の受光素子８の受光量に比例するのに対し、直流成分と
交流成分の比率はファラデー素子４に印加される磁界に
比例し、この場合には光の減衰量の変動は直流成分及び
交流成分において同比率にて受けるので交流成分を直流
成分にて割算した演算値に基づいて磁界の大きさを検出
することにより、前記光の減衰量の変動の影響は補償さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光センサは以上
のように構成されているので、光の減衰量の変動を補正
するためには、直流フィルタ10の時定数を例えば数秒程
度の大きさにする必要がある。したがって、発光素子１
のように光の減衰量の変動が遅い場合には十分な補正を
行うことができるが、光ファイバ２，７が機械的に振動
した場合等に生じるような光の減衰量の変動が速い場合
には、十分な補正を行うことができないという問題点が
あった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、光ファイバが機械的に振動した
時等に生じるような光の減衰量の変動が速い場合にも、
その変動分を十分に補償することができる光センサを提
供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光るセン
サは、光伝送路の一端および他端に設けられ光伝送路に
光を入射するとともにセンサ素子からの出力光を検出す
る第１の発光手段および第１の受光手段と、光伝送路の
他端および一端に設けられ光伝送路に光を入射するとと
もにセンサ素子からの出力光を検出する第２の発光手段
および第２の受光手段と、第１および第２の受光手段で
検出される光の強度を交流成分と直流成分に分離し交流
成分を直流成分で割算して第１の演算値および第２の演
算値を算出する第１の演算手段および第２の演算手段
と、第２の演算値の位相を180°反転させて第３の演算
値を算出する第３の演算手段と、第３の演算値と第１の
演算値とを加算して第４の演算値を算出する第４の演算
手段と、第４の演算値を被測定磁界の大きさに換算する
磁界検出手段とを備えたものである。

【０００９】

【作用】この発明における光センサの第４の演算手段
は、第３の演算値と第１の演算値とを加算することによ
り、光の減衰量の変動を補償して高精度な被検出磁界の
大 きさの測定を可能にする。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の一実施例における光センサの構成
を示す模式図である。図において、第１の発光手段とし
ての発光素子1aから出力された光は、光ファイバ2a、光
分岐・結合器12および光ファイバ2cを通過した後、セン
サ素子としての磁界検出部６へ入射され、この磁界検出
部６で印加される磁界に比例した強度変調を受け、その
後、光ファイバ7c、光分岐・結合器13および光ファイバ
7bを通って第１の受光手段としての受光素子8bに導かれ
電気信号に変換される。

【００１１】一方、第２の発光手段としての発光素子1b
から出力された光は、光ファイバ7a、光分岐・結合器13
および光ファイバ7cを通過した後に磁界検出６へ入射さ
れ、この磁界検出部６で印加される磁界に比例した強度
変調を受け、その後、光ファイバ2c、光分岐・結合器12
および光ファイバ2bを通って第２の受光手段としての受
光素子8aに導かれ電気信号に変換される。

【００１２】そして、受光素子8bで変換された電気信号
は、第１の演算手段14を構成するバンドパスフィルタ9b
と直流フィルタ10ｂにより交流成分と直流成分に分離さ
れ、割算器11ｂで交流成分が直流成分で割算され第１の
演算値が算出される。又、受光素子8aで変換された電気
信号は、第２の演算手段15を構成するバンドパスフィル
タ9aと直流フィルタ10ａにより交流成分と直流成分に分
離され、割算器11ａで交流成分が直流成分で割算され第
２の演算値が算出される。

【００１３】第１の演算手段で算出された第１の演算値
と、第２の演算手段で算出された第２の演算値とはそれ
ぞれ演算回路16に入力され、演算回路16内の第３の演算
手段17の演算回路で、第２の演算値は位相を180°反転
させられて第３の演算値が算出されるとともに、第３の
演算手段17と同様に演算回路16内に設けられた第４の演
算手段18の演算回路で、第３の演算値と第１の演算値と
が加算されて第４の演算値が算出される。そして、この
第４の演算値は第３および第４の演算手段17，18と同様
に演算回路16内に設けられた磁界検出手段19の演算回路
で磁界の大きさに換算される。

【００１４】次に、磁界検出部６に交流磁界を印加した
場合の各部における出力を示すことにより、具体的な動
作について説明する。図２は速い光の減衰量の変動が無
い場合の各部における出力の波形で、図２（Ａ）は受光
素子8bの出力、図２（Ｂ）は割算器11ｂの出力、図２
（Ｃ）は第１の演算手段で算出される第１の演算値で図
２（Ｂ）の割算器11ｂの出力と同一である。

【００１５】図２（Ｄ）は受光素子8aの出力、図２
（Ｅ）は割算器11ａの出力、図２（Ｆ）は第３の演算手
段17で算出される第３の演算値で図２（Ｅ）の割算器11
ａの出力とは位相が180°反転されている。ここで図２
（Ａ）と図２（Ｄ）の位相が反対になっているのは、発
光素子1aからの光の進行方向と磁界の印加方向とは同一
方向であるのに対して、発光素子1bからの光の進行は磁
界の印加方向と逆方向になっているためである。そして
図２（Ｃ）に示される出力、すなわち第１の演算値と図
２（Ｆ）示される出力、すなわち第３の演算値とは、第
４の演算手段18で加算され図２（Ｇ）に示すような出
力、すなわち第４の演算値となる。

【００１６】ここで、図２（Ｃ）に示される出力も図２
（Ｆ）に示される出力も、それぞれ磁界検出部６に印加
される磁界の大きさに比例しているので、図２（Ｇ）に
示される出力も磁界の大きさに比例しており、この出
力、すなわち第４の演算値は磁界検出手段19によって磁
界量に換算され実際の磁界の大きさが測定される。

【００１７】図３は交流磁界が印加され、時刻ｔ₁にお
いて半サイクル以下の短い時間で光の減衰量の変動が生
じた場合の各部における出力の波形をそれぞれ示す図
で、各図（Ａ）〜（Ｇ）は図２の各図（Ａ）〜（Ｇ）に
それぞれ対応している。図において、図３（Ａ），
（Ｄ）に示される出力は、印加磁界により強度変調を受
けた出力の上に、時刻ｔ₁における速い光の減衰量が重
畳されている。又、両出力は図２において説明した理由
によりその位相は180°反対になる。しかしながら、光
ファイバの振動等による光の減衰量の変動は、発光素子
1aおよび発光素子1bのいずれから出力された光に対して
も、同じ様に光が減衰する方向に作用するため、図３
（Ａ），（Ｄ）に示すような波形上のひずみとなる。

【００１８】図３（Ａ）に示される出力は、割算器11ｂ
にて図３（Ｂ）に示すような第１の演算値が算出され、
演算回路16内で図３（Ｃ）に示すような出力となる。
又、図３（Ｄ）に示される出力は、割算器11ａにて図３
（Ｅ）に示すような第２の演算値が算出され、演算回路
16内の第３の演算手段17で位相を180°反転させられて
第３の演算値が算出され図３（Ｆ）に示すような出力と
なる。

【００１９】そして、図３（Ｃ）と図３（Ｆ）に示す出
力、すなわち第１の演算値と第３の演算値とは第４の演
算手段18で加算されて第４の演算値となり、図３（Ｇ）
に示すような出力となる。すなわち、図３（Ｃ），
（Ｆ）の波形上のひずみは相殺されて、時刻ｔ₁におけ
る光ファイバの振動等による光の減衰量の変動分は除去
される。このように、図３（Ｇ）に示される出力は、光
ファイバの振動等による速い光の減衰量の変動に影響さ
れないで、且つ磁界検出部６に印加された磁界の大きさ
に比例した出力となる。

【００２０】尚、上記一実施例では、磁界検出部６にフ
ァラデイ素子４を用いた場合について説明したが、ポッ
ケルス素子を用いたものであっても良く、上記一実施例
と同様の効果を奏する。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、光伝
送路の一端および他端に設けられ光伝送路に光を入射す
るとともにセンサ素子からの出力光を検出する第１の発
光手段および第１の受光手段と、光伝送路の他端および
一端に設けられ光伝送路に光を入射するとともにセンサ
素子からの出力光を検出する第２の発光手段および第２
の受光手段と、第１および第２の受光手段で検出される
光の強度を交流成分と直流成分に分離し交流成分を直流
成分で割算して第１の演算値および第２の演算値を算出
する第１の演算手段および第２の演算手段と、第２の演
算値の位相を180°反転させて第３の演算値を算出する
第３の演算手段と、第３の演算値と第１の演算値とを加
算して第４の演算値を算出する第４の演算手段と、第４
の演算値を被測定磁界の大きさに換算する磁界検出手段
とを備えたので、光伝送路を構成する光ファイバが振動
した時等に生じるような光の減衰量の変動が速い場合に
も、その変動分を十分に補償して正確な測定が可能な光
センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例における光センサの構成
を示す模式図である。

【図２】 図１における光センサの磁界検出部に交流磁
界を印加し且つ速い光の減衰量の変動がない場合の各主
要部における出力を示す波形図である。

【図３】 図１における光センサの磁界検出部に交流磁
界を印加し且つ速い光の減衰量の変動があった場合の各
主要部における出力示す波形図である。

【図４】 従来の光センサの構成を示す模式図である。

【符号の説明】

1a,1b 第１および第２の発光手段としての発光素子、 ６ センサ素子としての磁界検出部、14 第１の演算手
段、 15 第２の演算手段、17 第３の演算手段、18 第４の
演算手段。 19 磁界検出手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバで構成される光伝送路の途中
   に設けられ磁界に感応するセンサ素子へ光を入射し、上
   記センサ素子からの出力光を直流成分および交流成分に
   分離し、この両成分に基づき上記磁界の大きさを検出す
   る光センサにおいて、 上記光伝送路の一端および他端に設けられ上記光伝送路
   に光を入射するとともに上記センサ素子からの出力光を
   検出する第１の発光手段および第１の受光手段、 上記光伝送路の他端および一端に設けられ上記光伝送路
   に光を入射するとともに上記センサ素子からの出力光を
   検出する第２の発光手段および第２の受光手段、 上記第１の受光手段および第２の受光手段で検出される
   光の強度を交流成分と直流成分に分離し、上記交流成分
   を上記直流成分で割算して第１の演算値および第２の演
   算値を算出する第１の演算手段および第２の演算手段、 上記第２の演算値の位相を180°反転させて第３の演算
   値を算出する第３の演算手段、 上記第３の演算値と上記第１の演算値とを加算して第４
   の演算値を算出する第４の演算手段、 上記第４の演算値を上記磁界の大きさに換算する磁界検
   出手段を備えたことを特徴とする光センサ。