JP2645449B2 - ファラデー効果材料および磁界センサ - Google Patents
ファラデー効果材料および磁界センサInfo
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- JP2645449B2 JP2645449B2 JP1010723A JP1072389A JP2645449B2 JP 2645449 B2 JP2645449 B2 JP 2645449B2 JP 1010723 A JP1010723 A JP 1010723A JP 1072389 A JP1072389 A JP 1072389A JP 2645449 B2 JP2645449 B2 JP 2645449B2
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- field sensor
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- effect material
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ファラデー効果を有する材料および送電
線や配電線に流れる電流や磁界を検知するための磁界セ
ンサ、あるいは探傷用磁界センサや電力量計測用磁界セ
ンサなどのファラデー効果材料を使用した磁界センサに
関するものである。
線や配電線に流れる電流や磁界を検知するための磁界セ
ンサ、あるいは探傷用磁界センサや電力量計測用磁界セ
ンサなどのファラデー効果材料を使用した磁界センサに
関するものである。
［従来の技術］ 鉛ガラス、ZnSe結晶、BSO結晶等の光透過性の良い磁
気光学材料に外部から磁界を与え、磁界と同じ方向に光
を透過させると、ファラデー効果により磁気光学材料を
通過中に光の偏波面が回転する現象が知られている。偏
波面の回転角θ（min）は下式により与えられる。
気光学材料に外部から磁界を与え、磁界と同じ方向に光
を透過させると、ファラデー効果により磁気光学材料を
通過中に光の偏波面が回転する現象が知られている。偏
波面の回転角θ（min）は下式により与えられる。
θ＝VHl ここで、Ｖはベルデ定数（min/Oe・cm）、Ｈは磁界の
強さ（Oe）、ｌはファラデー回転素子の長さ（cm）を示
す。
強さ（Oe）、ｌはファラデー回転素子の長さ（cm）を示
す。
この磁気旋光現象を利用して磁界の測定を行なうこと
ができる。第７図は、ファラデー効果を利用した磁界セ
ンサの基本構成を示している。第７図において、入射光
９は、光ファイバ１およびロッドレンズ２を通り、直方
体状の偏光子３を通過して直線偏波となり、次いで同様
に直方体状のファラデー回転素子４に入射し、ここで磁
界５の影響により偏波面が角度θだけ回転させれてファ
ラデー回転素子４から出る。このときの偏波面の回転角
度θは、ファラデー回転素子４の出力側に置いた直方体
状の検光子６により光の強度に置換えられる。そして、
この光は、ロッドレンズ７および光ファイバ８を通り、
出射光10となり、この出射光の強度をフォトダイオード
で検知することにより測定することができる。
ができる。第７図は、ファラデー効果を利用した磁界セ
ンサの基本構成を示している。第７図において、入射光
９は、光ファイバ１およびロッドレンズ２を通り、直方
体状の偏光子３を通過して直線偏波となり、次いで同様
に直方体状のファラデー回転素子４に入射し、ここで磁
界５の影響により偏波面が角度θだけ回転させれてファ
ラデー回転素子４から出る。このときの偏波面の回転角
度θは、ファラデー回転素子４の出力側に置いた直方体
状の検光子６により光の強度に置換えられる。そして、
この光は、ロッドレンズ７および光ファイバ８を通り、
出射光10となり、この出射光の強度をフォトダイオード
で検知することにより測定することができる。
第７図に示す磁界センサでは、ファラデー回転素子４
として鉛ガラス、ZnSe結晶、BSO結晶（Bi12SiO20）等の
光学結晶が用いられており、それらの感度はベルデ定数
Ｖで表わされ、850nmの波長では、次の数値となる。
として鉛ガラス、ZnSe結晶、BSO結晶（Bi12SiO20）等の
光学結晶が用いられており、それらの感度はベルデ定数
Ｖで表わされ、850nmの波長では、次の数値となる。
鉛ガラス 0.01min/Oe・cm BSO結晶 0.10min/Oe・cm ZnSe結晶 0.15min/Oe・cm ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来の光学結晶は、いずれもベ
ルデ定数値が小さく、このため感度が低かった。実用的
な感度を得るためには、一定の回転角度θを得る必要が
あるが、上述の式θ＝VHlから明らかなように、ベルデ
定数値が低い場合には、ファラデー回転素子の長さｌ
を、たとえば５〜30mm程度の長さに設定する必要があっ
た。このため、従来のファラデー効果材料を用いた場合
には、センサが大型化し、狭い場所での磁界測定が困難
になるという問題を生じた。
ルデ定数値が小さく、このため感度が低かった。実用的
な感度を得るためには、一定の回転角度θを得る必要が
あるが、上述の式θ＝VHlから明らかなように、ベルデ
定数値が低い場合には、ファラデー回転素子の長さｌ
を、たとえば５〜30mm程度の長さに設定する必要があっ
た。このため、従来のファラデー効果材料を用いた場合
には、センサが大型化し、狭い場所での磁界測定が困難
になるという問題を生じた。
この発明の目的は、大きなベルデ定数値を示すファラ
デー効果材料を提供するとともに、このファラデー効果
材料を用いることにより小型化を図ることのできる磁界
センサを提供することにある。
デー効果材料を提供するとともに、このファラデー効果
材料を用いることにより小型化を図ることのできる磁界
センサを提供することにある。
［課題を解決するための手段およびその作用効果］ 本発明者は、上記の問題点を解決するため、従来より
も大きなベルデ定数を有するファラデー効果材料につい
て種々検討を重ねた結果、CdFeS系合金に、ZnSを合金化
させることにより、ベルデ定数の大きなファラデー効果
材料が得られることを見出し、この発明をなすに至った
ものである。
も大きなベルデ定数を有するファラデー効果材料につい
て種々検討を重ねた結果、CdFeS系合金に、ZnSを合金化
させることにより、ベルデ定数の大きなファラデー効果
材料が得られることを見出し、この発明をなすに至った
ものである。
すなわち、この発明のファラデー効果材料は、CdS−F
eS−ZnS系合金を主成分とすることを特徴としている。
eS−ZnS系合金を主成分とすることを特徴としている。
さらに、この発明のファラデー効果材料は、以下のよ
うな組成範囲内にあることが好ましい。すなわち、添付
の第１図の３元系相図に示すように、 Cd0.82Fe0.08Zn0.1Ｓ （CdS82％,FeS8％,ZnS10％） Cd0.87Fe0.08Zn0.05Ｓ （CdS87％,FeS8％,ZnS5％） Cd0.93Fe0.05Zn0.02Ｓ （CdS93％,FeS5％,ZnS2％） Cd0.96Fe0.02Zn0.02Ｓ （CdS96％,FeS2％,ZnS2％） Cd0.88Fe0.02Zn0.1Ｓ （CdS88％,FeS2％,ZnS10％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を主成分とし
て有することが好ましい。
うな組成範囲内にあることが好ましい。すなわち、添付
の第１図の３元系相図に示すように、 Cd0.82Fe0.08Zn0.1Ｓ （CdS82％,FeS8％,ZnS10％） Cd0.87Fe0.08Zn0.05Ｓ （CdS87％,FeS8％,ZnS5％） Cd0.93Fe0.05Zn0.02Ｓ （CdS93％,FeS5％,ZnS2％） Cd0.96Fe0.02Zn0.02Ｓ （CdS96％,FeS2％,ZnS2％） Cd0.88Fe0.02Zn0.1Ｓ （CdS88％,FeS2％,ZnS10％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を主成分とし
て有することが好ましい。
この発明においては、CdS−FeS−ZnS系合金を主成分
とするファラデー効果材料であればよく、たとえばTeや
Seなどのような元素が微量含まれていてもよい。
とするファラデー効果材料であればよく、たとえばTeや
Seなどのような元素が微量含まれていてもよい。
また、この発明の磁界センサは、上述のファラデー効
果材料、すなわちCdS−FeS−ZnS系合金を主成分とした
ファラデー回転素子を有し、このファラデー回転素子を
通過する光の偏波面の回転角の大きさから磁界を検知す
る。
果材料、すなわちCdS−FeS−ZnS系合金を主成分とした
ファラデー回転素子を有し、このファラデー回転素子を
通過する光の偏波面の回転角の大きさから磁界を検知す
る。
また、磁界センサは、好ましくは、添付の第１図に示
す範囲内（境界線を含む）の上記と同様の組成を有する
CdS−FeS−ZnS系合金を主成分とするファラデー効果材
料からなるファラデー回転素子を有する。
す範囲内（境界線を含む）の上記と同様の組成を有する
CdS−FeS−ZnS系合金を主成分とするファラデー効果材
料からなるファラデー回転素子を有する。
この発明のファラデー効果材料は、大きなベルデ定数
を有しており、特に第１図に示す範囲内の組成のもの
は、2.0min/Oe・cm以上のベルデ定数を有している。し
たがって、従来のファラデー効果材料である鉛ガラス、
BSO結晶およびZnSe結晶等に比べると、10倍〜数10倍あ
るいはそれ以上の大きなベルデ定数を有していることに
なる。このため、この発明のファラデー効果材料を使用
した磁界センサでは、ファラデー回転素子の長さｌを従
来に比べ1/10〜1/数10に小型化することができる。この
ため、この発明の磁界センサは小型化が可能であり、狭
い場所でも磁界測定が可能となる。
を有しており、特に第１図に示す範囲内の組成のもの
は、2.0min/Oe・cm以上のベルデ定数を有している。し
たがって、従来のファラデー効果材料である鉛ガラス、
BSO結晶およびZnSe結晶等に比べると、10倍〜数10倍あ
るいはそれ以上の大きなベルデ定数を有していることに
なる。このため、この発明のファラデー効果材料を使用
した磁界センサでは、ファラデー回転素子の長さｌを従
来に比べ1/10〜1/数10に小型化することができる。この
ため、この発明の磁界センサは小型化が可能であり、狭
い場所でも磁界測定が可能となる。
［実施例］ 第２図の３元系相図中に○で示した組成の結晶を、ブ
リッジマン法により作製した。高純度の原料であるCdS,
FeSおよびZnSをそれぞれ所定の組成比となるように、グ
ラファイトボート中で配合し、肉厚の石英反応管中に入
れ真空封入した。この石英反応管を横形電気炉中に入
れ、原料を加熱溶融した後、約24時間保持した。その後
石英反応管を低温部へ微速で移動させることにより、一
端から結晶化させた。得られた結晶は、幅40mm、長さ25
0mm、深さ15mmであり、多結晶体であった。結晶の長さ
方向の中央部から、厚さ2mmのウエハ試料を切出し、両
面を研摩し、鏡面仕上げして厚さ1mmの試料とした。得
られた結晶の構造は、分析の結果、閃亜鉛鉱型結晶の単
一相であった。各試料について、室温でベルデ定数を測
定した。測定波長は、730、780、850および1300nmの光
で測定した。第３図は、730nmの測定波長における実施
例のベルデ定数を示す３元系相図である。各組成比の結
晶に対する測定結果は、それぞれの組成比を示す点の右
上に示した。単位は、min/Oe・cmである。
リッジマン法により作製した。高純度の原料であるCdS,
FeSおよびZnSをそれぞれ所定の組成比となるように、グ
ラファイトボート中で配合し、肉厚の石英反応管中に入
れ真空封入した。この石英反応管を横形電気炉中に入
れ、原料を加熱溶融した後、約24時間保持した。その後
石英反応管を低温部へ微速で移動させることにより、一
端から結晶化させた。得られた結晶は、幅40mm、長さ25
0mm、深さ15mmであり、多結晶体であった。結晶の長さ
方向の中央部から、厚さ2mmのウエハ試料を切出し、両
面を研摩し、鏡面仕上げして厚さ1mmの試料とした。得
られた結晶の構造は、分析の結果、閃亜鉛鉱型結晶の単
一相であった。各試料について、室温でベルデ定数を測
定した。測定波長は、730、780、850および1300nmの光
で測定した。第３図は、730nmの測定波長における実施
例のベルデ定数を示す３元系相図である。各組成比の結
晶に対する測定結果は、それぞれの組成比を示す点の右
上に示した。単位は、min/Oe・cmである。
同様に、第４図、第５図および第６図は、それぞれ測
定波長780nm、850nmおよび1300nmにおける測定結果を示
している。第３図〜第６図に示す測定結果から明らかな
ように、ベルデ定数の値は測定波長により変化するが、
Fe,Zn,CdおよびＳの量に大きく依存している。
定波長780nm、850nmおよび1300nmにおける測定結果を示
している。第３図〜第６図に示す測定結果から明らかな
ように、ベルデ定数の値は測定波長により変化するが、
Fe,Zn,CdおよびＳの量に大きく依存している。
第１図に示す傾斜の領域は、第３図〜第６図に示す測
定ベルデ定数が2.0min/Oe・cm以上の従来にない大きな
値を示す組成範囲を示している。なおこの組成範囲は、
境界線に相当する部分も含まれる。
定ベルデ定数が2.0min/Oe・cm以上の従来にない大きな
値を示す組成範囲を示している。なおこの組成範囲は、
境界線に相当する部分も含まれる。
このように、この発明に従うファラデー効果材料は、
高いベルデ定数を有するため、ファラデー回転素子を構
成する結晶体として、このファラデー効果材料を用いた
場合、結晶体の長さｌを長く設定しないとも、十分な感
度が得られ、狭い場所でも磁界測定が可能な磁界センサ
とすることができる。従来より用いられているZnSe結晶
やBSO結晶をファラデー回転素子に用いた場合、たとえ
ば５〜30mmの長さが必要であったとすると、この発明の
CdS−FeS−ZnS系合金を主成分とした場合には、ファラ
デー回転素子の結晶体の長さを約0.06mm〜2.3mm程度ま
で短くすることができ、磁界センサを小型化することが
できる。
高いベルデ定数を有するため、ファラデー回転素子を構
成する結晶体として、このファラデー効果材料を用いた
場合、結晶体の長さｌを長く設定しないとも、十分な感
度が得られ、狭い場所でも磁界測定が可能な磁界センサ
とすることができる。従来より用いられているZnSe結晶
やBSO結晶をファラデー回転素子に用いた場合、たとえ
ば５〜30mmの長さが必要であったとすると、この発明の
CdS−FeS−ZnS系合金を主成分とした場合には、ファラ
デー回転素子の結晶体の長さを約0.06mm〜2.3mm程度ま
で短くすることができ、磁界センサを小型化することが
できる。
第１図は、この発明の実施例において、室温で2.0min/O
e・cm以上のベルデ定数を示す組成範囲を示す３元系相
図である。第２図は、この発明の実施例において測定し
た組成を示す３元系相図である。第３図、730nmの測定
波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相図であ
る。第４図は、780nmの測定波長における実施例のベル
デ定数を示す３元系相図である。第５図は、850nmの測
定波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相図で
ある。第６図は、1300nmの測定波長における実施例のベ
ルデ定数を示す３元系相図である。第７図は、磁界セン
サの構成概念図である。 第７図において、１は光ファイバ、２はロッドレンズ、
３は偏光子、４はファラデー回転素子、５は磁界、６は
検光子、７はロッドレンズ、８は光ファイバ、９は入射
光、10は出射光を示す。
e・cm以上のベルデ定数を示す組成範囲を示す３元系相
図である。第２図は、この発明の実施例において測定し
た組成を示す３元系相図である。第３図、730nmの測定
波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相図であ
る。第４図は、780nmの測定波長における実施例のベル
デ定数を示す３元系相図である。第５図は、850nmの測
定波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相図で
ある。第６図は、1300nmの測定波長における実施例のベ
ルデ定数を示す３元系相図である。第７図は、磁界セン
サの構成概念図である。 第７図において、１は光ファイバ、２はロッドレンズ、
３は偏光子、４はファラデー回転素子、５は磁界、６は
検光子、７はロッドレンズ、８は光ファイバ、９は入射
光、10は出射光を示す。
Claims (4)
- 【請求項１】CdS−FeS−ZnS系合金を主成分とすること
を特徴とするファラデー効果材料。 - 【請求項２】前記CdS−FeS−ZnS系合金が、添付の第１
図の３元系相図に示すように、 Cd0.82Fe0.08Zn0.1Ｓ （CdS82％,FeS8％,ZnS10％） Cd0.87Fe0.08Zn0.05Ｓ （CdS87％,FeS8％,ZnS5％） Cd0.93Fe0.05Zn0.02Ｓ （CdS93％,FeS5％,ZnS2％） Cd0.96Fe0.02Zn0.02Ｓ （CdS96％,FeS2％,ZnS2％） Cd0.88Fe0.02Zn0.1Ｓ （CdS88％,FeS2％,ZnS10％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を有する、請
求項１記載のファラデー効果材料。 - 【請求項３】ファラデー回転素子を通過する光の偏波面
の回転角の大きさから磁界を検知する磁界センサにおい
て、 前記ファラデー回転素子がCdS−FeS−ZnS系合金を主成
分として形成されていることを特徴とする磁界センサ。 - 【請求項４】前記CdS−FeS−ZnS系合金が、添付の第１
図の３元系相図に示すように、 Cd0.82Fe0.08Zn0.1Ｓ （CdS82％,FeS8％,ZnS10％） Cd0.87Fe0.08Zn0.05Ｓ （CdS87％,FeS8％,ZnS5％） Cd0.93Fe0.05Zn0.02Ｓ （CdS93％,FeS5％,ZnS2％） Cd0.96Fe0.02Zn0.02Ｓ （CdS96％,FeS2％,ZnS2％） Cd0.88Fe0.02Zn0.1Ｓ （CdS88％,FeS2％,ZnS10％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を有する、請
求項３記載の磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1010723A JP2645449B2 (ja) | 1989-01-19 | 1989-01-19 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1010723A JP2645449B2 (ja) | 1989-01-19 | 1989-01-19 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02189515A JPH02189515A (ja) | 1990-07-25 |
| JP2645449B2 true JP2645449B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=11758206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1010723A Expired - Lifetime JP2645449B2 (ja) | 1989-01-19 | 1989-01-19 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2645449B2 (ja) |
-
1989
- 1989-01-19 JP JP1010723A patent/JP2645449B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02189515A (ja) | 1990-07-25 |
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