JP2996775B2 - Optical magnetic field sensor - Google Patents
Optical magnetic field sensorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はファラデー効果を応用し
て、磁界強度を検出する磁界センサに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field sensor for detecting a magnetic field strength by applying the Faraday effect.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種の磁界センサとしては、特開昭5
9−159076号公報に記載のものが、従来から知ら
れている。図3及び図4は、この公報に開示された従来
技術を示すもので、図3に示すものは磁界の強度Hその
ものを計測する磁界センサであり、図4に示すものは導
体に流れる電流Iによって形成される磁界の強度Hを計
測し、これによって電流Iを計測しようとする変流器に
適用したものである。2. Description of the Related Art A magnetic field sensor of this type is disclosed in
The thing described in 9-159076 is known conventionally. 3 and 4 show the prior art disclosed in this publication. FIG. 3 shows a magnetic field sensor for measuring the magnetic field strength H itself, and FIG. 4 shows a current I flowing through a conductor. The present invention is applied to a current transformer in which the intensity H of a magnetic field formed by the above is measured and the current I is to be measured thereby.
【0003】図3において、発光ダイオード等からなる
発光部1から出射される光は、光ファイバ3を介して集
光レンズ3に導かれ、集光レンズ3により平行光に近い
光になって偏光子4に入射され、この偏光子4により取
り出された偏光が磁気光学素子5に入射される。磁気光
学素子5は置かれた磁界の強度H(図示矢印方向)によ
っていわゆるファラデー効果を示すもの、例えば鉛ガラ
スや磁性膜等によって形成されている。したがって、磁
気光学素子5一端面に入射された偏光の偏光面は、磁界
強度Hに比例してθだけ回転されて他端面から射出され
る。この射出光は偏光プリズムまたは偏光ビームスプリ
ッタなどからなり、主軸が偏光子4と45°の位置にセ
ットされた検光子7に入射され、ここにおいて、図5に
示すように直交2成分(X成分、Y成分)のベクトル光
に分光される。図5から、それぞれのベクトル成分は次
式で表される。 Ex=E・sin(45°+θ) (1) Ey=E・cos(45°+θ) (2)In FIG. 3, light emitted from a light emitting section 1 composed of a light emitting diode or the like is guided to a condenser lens 3 via an optical fiber 3, and is converted into light close to parallel light by the condenser lens 3 to be polarized. The polarized light that is incident on the polarizer 4 and extracted by the polarizer 4 is incident on the magneto-optical element 5. The magneto-optical element 5 is formed of a material exhibiting a so-called Faraday effect depending on the intensity H of the placed magnetic field (in the direction of the arrow in the figure), for example, a lead glass or a magnetic film. Therefore, the polarization plane of the polarized light incident on one end face of the magneto-optical element 5 is rotated by θ in proportion to the magnetic field strength H and is emitted from the other end face. The emitted light is composed of a polarizing prism or a polarizing beam splitter, etc., and is incident on an analyzer 7 whose main axis is set at 45 ° with respect to the polarizer 4. Here, as shown in FIG. , Y components). From FIG. 5, each vector component is represented by the following equation. Ex = E · sin (45 ° + θ) (1) Ey = E · cos (45 ° + θ) (2)
【0004】これらのベクトル光はそれぞれ集光レンズ
8,9によって集光された光量信号Px,Pyとなり、
光ファイバー10,11を介して受光素子12,13に
導かれる。ここで、光量はベクトルの大きさの二乗であ
るから、光量信号Px,Pyは、下記の通りとなる。 Px=Ex2 =E2 ・sin2 (45°+θ) =(E2 /2)・(1+sin2θ) (3) Py=Ey2 =E2 ・cos2 (45°+θ) =(E2 /2)・(1−sin2θ) (4)These vector lights become light quantity signals Px and Py condensed by condensing lenses 8 and 9, respectively.
The light is guided to the light receiving elements 12 and 13 via the optical fibers 10 and 11. Here, since the light amount is the square of the magnitude of the vector, the light amount signals Px and Py are as follows. Px = Ex 2 = E 2 ・ Sin 2 (45 ° + θ) = (E 2 / 2) · (1 + sin2θ) (3) Py = Ey 2 = E 2 ・ Cos 2 (45 ° + θ) = (E 2 / 2) · (1-sin2θ) (4)
【0005】受光素子12,13は、例えばフォトダイ
オードから形成されており、受光する光量信号Px,P
yに比例した電流信号を出力する光電変換器である。磁
界が交番磁界の場合を例にとれば、この電流信号は電流
電圧変換アンプ14,15によって、次式(5)(6)
に示す電圧信号Vx,Vyに変換される。なお、同式中
のK1 は定数である。 Vx=K1 (1+sin2θ) (5) Vy=K1 (1−sin2θ) (6)The light receiving elements 12 and 13 are formed of, for example, photodiodes, and receive light amount signals Px and Px.
This is a photoelectric converter that outputs a current signal proportional to y. Taking the case where the magnetic field is an alternating magnetic field as an example, this current signal is converted by the current-voltage conversion amplifiers 14 and 15 into the following equations (5) and (6).
Are converted into the voltage signals Vx and Vy shown in FIG. Note that K 1 in the equation is a constant. Vx = K 1 (1 + sin 2θ) (5) Vy = K 1 (1-sin 2θ) (6)
【0006】電圧信号Vxはアナログ加算器16,17
の+入力端に入力され、電圧信号Vyはアナログ加算器
16の+入力端とアナログ加算器17の−入力端にそれ
ぞれ入力されている。アナログ加算器17の出力は割算
器18の分母入力端にそれぞれ入力されている。これに
よって、割算器18から出力される信号V0 は次式
(7)で表されたものとなる。 V0 =(Vx−Vy)/(Vx+Vy) =sin2θ (7) (7)式において、θが充分小さな範囲で、次式(8)
が成立する。 V0 =2θ=K2 ・H (8) (ただし、K2 は比例定数、V0 =2θは近似値であ
る。)すなわち、式(8)から明らかなように、割算器
18に出力信号V0 によって磁界強度Hを検出するよう
になっている。The voltage signal Vx is supplied to analog adders 16 and 17
And the voltage signal Vy is input to the + input terminal of the analog adder 16 and the − input terminal of the analog adder 17, respectively. The output of the analog adder 17 is input to a denominator input terminal of a divider 18. As a result, the signal V 0 output from the divider 18 is represented by the following equation (7). V 0 = (Vx−Vy) / (Vx + Vy) = sin2θ (7) In the expression (7), when θ is sufficiently small, the following expression (8) is obtained.
Holds. V 0 = 2θ = K 2 · H (8) (where K 2 is a proportionality constant, and V 0 = 2θ is an approximate value.) That is, as is apparent from the equation (8), the output to the divider 18 is obtained. The magnetic field strength H is detected by the signal V 0 .
【0007】図4は前述したように磁界センサを変流器
に適用した場合の一例で、導体6に流れる交流電流Iを
検出するものである。この例では、磁気光学素子5には
導体6が貫通される孔が形成されており、偏光子4から
射出された光は磁気光学素子5内を図示点線で示した光
路を経て、検光子7に導かれる。その他は図3に図示し
た磁界センサと同一に構成されている。FIG. 4 shows an example in which the magnetic field sensor is applied to a current transformer as described above, and detects an alternating current I flowing through the conductor 6. In this example, a hole through which the conductor 6 penetrates is formed in the magneto-optical element 5, and the light emitted from the polarizer 4 passes through the optical path indicated by a dotted line in the magneto-optical element 5 and passes through the analyzer 7. It is led to. Otherwise, the configuration is the same as that of the magnetic field sensor shown in FIG.
【0008】したがって、磁気光学素子5内を透過され
る偏光は、電流Iに比例して生ずる磁界の強度Hに比例
してその偏光面が回転され、割算器18の出力V0 は前
式(7)と同じになり、θが充分小さな範囲において次
式(9)となるので、導体6に流れる電流Iが検出され
る。 V0 =2θ=K3 ・H (9) (ただし、K3 は比例定数、V0 =2θは近似値であ
る。)Accordingly, the polarization plane of the polarized light transmitted through the magneto-optical element 5 is rotated in proportion to the intensity H of the magnetic field generated in proportion to the current I, and the output V 0 of the divider 18 becomes This is the same as (7), and the following expression (9) is obtained in a range where θ is sufficiently small, so that the current I flowing through the conductor 6 is detected. V 0 = 2θ = K 3 · H (9) (where K 3 is a proportionality constant, and V 0 = 2θ is an approximate value.)
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3及
び図4に示した従来の光式磁界センサは、上述したよう
にθが充分小さな範囲でしか、直線性が得られないとい
う欠点があった。例えば、1%の精度を満たすθの範囲
は、僅かに±7.0°以内である。更に(3)(4)式
または(5)(6)式から知れるように、光量信号に含
まれるバイアス成分に対する被測定信号成分の割合(変
調度)は、θ=7°のとき24%しかない。このことは
低磁界領域を測定しようとしたとき信号/雑音比が小さ
く充分な測定精度が得られないということになる。この
ように、従来の光式磁界センサでは非常に狭い範囲の磁
界しか、測定できないという欠点があった。本発明は、
上記のような従来技術の問題点を解決するために提案さ
れたもので、測定範囲の広い光式磁界センサを提供する
ことを目的とする。However, the conventional optical magnetic field sensor shown in FIGS. 3 and 4 has a drawback that linearity can be obtained only in a range where θ is sufficiently small as described above. . For example, the range of θ satisfying the accuracy of 1% is slightly within ± 7.0 °. Further, as known from the equations (3), (4) and (5) and (6), the ratio (modulation degree) of the signal component to be measured to the bias component included in the light quantity signal is only 24% when θ = 7 °. Absent. This means that when trying to measure a low magnetic field region, the signal / noise ratio is small and sufficient measurement accuracy cannot be obtained. As described above, the conventional optical magnetic field sensor has a disadvantage that it can measure only a magnetic field in a very narrow range. The present invention
The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the related art, and has as its object to provide an optical magnetic field sensor having a wide measurement range.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの手段として、請求項1記載の光式磁界センサは、測
定磁界の強さに比例して偏波面が回転するファラデー効
果を有する磁気光学素子と、前記磁気光学素子の光源側
に配置した偏光子と、前記磁気光学素子を透過してきた
光を受け、前記偏光子の主軸とある特定の角度をなすよ
う主軸の方向を定めた検光子と、前記検光子を透過した
光を受け、電気信号に変換する受光素子と、前記受光素
子から出力される電気信号を直流バイアス分と前記偏波
面の回転に応じて変化する成分に分離する手段と、前記
偏波面の回転に応じて変化する成分を前記直流バイアス
分で除する割算器と、前記割算器出力をデジタル信号に
変換するA/D変換器と、前記A/D変換器の出力値の
逆Sin関数値をあらかじめ記憶しておく記憶素子とを
備え、前記記憶素子からA/D変換器の出力値に応じた
値を逐次読み出して出力とすること、を特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided an optical magnetic field sensor having a Faraday effect in which a plane of polarization rotates in proportion to the strength of a measured magnetic field. An optical element, a polarizer disposed on the light source side of the magneto-optical element, and a detector configured to receive light transmitted through the magneto-optical element and to determine the direction of the main axis so as to form a specific angle with the main axis of the polarizer. A photon, a light receiving element that receives light transmitted through the analyzer and converts the light into an electric signal, and separates the electric signal output from the light receiving element into a component that changes according to a DC bias component and rotation of the polarization plane. Means, a divider that divides a component that changes according to the rotation of the polarization plane by the DC bias, an A / D converter that converts the divider output into a digital signal, and the A / D converter. The inverse Sin function value of the output value of the vessel Luo and a beforehand stored to keep the memory element, be sequentially read by outputting a value corresponding to the output value of the A / D converter from the storage element, characterized by.
【0011】[0011]
【作用】上記のような構成を有する請求項1記載の光式
磁界センサによると、発光部の特性変動・光ファイバ及
び電流電圧変換アンプの特性変動を受けることなく得ら
れた割算器の出力信号を、A/D変換器によってデジタ
ル信号に変換する。そして、記憶素子からこのA/D変
換器からの出力値に対応するあらかじめ記憶された逆S
in関数値を一体一対応により高速で読み出す。According to the optical magnetic field sensor of the present invention, the output of the divider can be obtained without receiving the characteristic fluctuation of the light emitting portion and the characteristic fluctuation of the optical fiber and the current-voltage conversion amplifier. The signal is converted into a digital signal by an A / D converter. Then, a previously stored inverse S corresponding to the output value from the A / D converter is stored from the storage element.
The in function value is read out at a high speed by one correspondence.
【0012】[0012]
(1)第1実施例 以下、本発明の第1実施例を、図1に従って具体的に説
明する。(1) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG.
【0013】1はLEDなどの発光素子及び駆動回路よ
り成る発光部、2は発光部の光を導く光ファイバー、3
は光ファイバー2から出射される拡がろうとする光を略
平行光線にする集光レンズ、4は集光レンズ3からの光
を直線偏光とする偏光子、5はそこに作用している被測
定磁界Hの強さに比例して偏光面が回転する磁気光学素
子、7は主軸の方向が偏光子の主軸と45°の位置にな
るよう配置され他検光子である。Reference numeral 1 denotes a light emitting unit including a light emitting element such as an LED and a driving circuit; 2, an optical fiber for guiding light from the light emitting unit;
Is a condensing lens for converting light emitted from the optical fiber 2 to be spread into substantially parallel rays, 4 is a polarizer for converting light from the condensing lens 3 into linearly polarized light, and 5 is a magnetic field to be measured acting thereon. A magneto-optical element 7 whose polarization plane rotates in proportion to the intensity of H is another analyzer arranged such that the direction of the main axis is at 45 ° with respect to the main axis of the polarizer.
【0014】8は集光レンズ、10は光ファイバで、検
光子7から出射してきた平行光線は集光レンズ8で絞ら
れ光ファイバ10に入射される。光ファイバ10の他端
は受光素子12と結合され、光ファイバ10を通ってき
た光量信号は電流に変換された後、電流電圧光管アンプ
14の出力は信号処理回路19に入力され、出力信号V
0 を得る。Reference numeral 8 denotes a condenser lens, and reference numeral 10 denotes an optical fiber. Parallel rays emitted from the analyzer 7 are converged by the condenser lens 8 and enter the optical fiber 10. The other end of the optical fiber 10 is coupled to the light receiving element 12, and the light quantity signal having passed through the optical fiber 10 is converted into a current, and then the output of the current / voltage tube amplifier 14 is input to the signal processing circuit 19, and the output signal is output. V
Get 0 .
【0015】信号処理回路19の構成は次の通りであ
る。すなわち、20は高周波通過フィルタ、21は入力
信号を被測定交流信号成分と直流バイアス信号成分に分
割する低周波通過フィルタである。18は、高周波通過
フィルタ20の出力を低周波通過フィルタ21の出力で
割るように接続された割算器である。22は後で行うA
/D変換の前段としての高周波阻止フィルタ、23はA
/D変換器である。24は、いわゆるRead on
Momory(ROM)と呼ばれる記憶素子である。こ
の記憶素子24は、入力デジタル信号値(A)に1対1
に対応したsin-1(A)の値を予め記憶させておき、
これを入力値に応じて高速で読み出し出力する。25は
ROMのからのデジタル出力信号をアナログ信号に変換
するD/A変換器である。このように構成される磁界セ
ンサの動作について以下に説明する。The configuration of the signal processing circuit 19 is as follows. That is, 20 is a high-pass filter, and 21 is a low-pass filter that divides an input signal into an AC signal component to be measured and a DC bias signal component. Reference numeral 18 denotes a divider connected so as to divide the output of the high-pass filter 20 by the output of the low-pass filter 21. 22 is A to be done later
High-frequency rejection filter as a preceding stage of / D conversion;
/ D converter. 24 is the so-called Read on
This is a storage element called a memory (ROM). This storage element 24 has a one-to-one correspondence with the input digital signal value (A).
The value of sin -1 (A) corresponding to is stored in advance,
This is read out and output at high speed according to the input value. Reference numeral 25 denotes a D / A converter for converting a digital output signal from the ROM into an analog signal. The operation of the magnetic field sensor thus configured will be described below.
【0016】発光部1からの光は、光ファイバ2を通っ
て集合レンズ3に至り、ここで略平行光線となる。この
光は、偏光子4で直線偏光となり、磁気光学素子5を通
過する。この間に、磁界Hが図1に示した矢印の方向に
作用していると、偏光面は強界強度に比例してθだけ回
転する。磁気光学素子5の出射光は、検光子7を通過す
る。検光子7の主軸は偏光子4の主軸と45°の角度を
なすよう配置されているので、図5に示した光ベクトル
図から解るように、検光子7の出射光は次式で表され
る。 Ex=E・sin(45°+θ) (10)The light from the light emitting section 1 reaches the collective lens 3 through the optical fiber 2, where it becomes substantially parallel rays. This light becomes linearly polarized light by the polarizer 4 and passes through the magneto-optical element 5. During this time, if the magnetic field H acts in the direction of the arrow shown in FIG. 1, the polarization plane rotates by θ in proportion to the strong field intensity. The light emitted from the magneto-optical element 5 passes through the analyzer 7. Since the main axis of the analyzer 7 is arranged so as to form an angle of 45 ° with the main axis of the polarizer 4, as can be seen from the light vector diagram shown in FIG. You. Ex = E · sin (45 ° + θ) (10)
【0017】この光は、集光レンズ8によりビーム径が
絞られ、光量信号Pxとなり、光ファバ10を介して受
光素子12に導かれる。光量は、ベクトルの大きさの二
乗であるから、下記の通りとなる。 Px=Ex2 =E2 ・sin2 (45°+θ) =(E2 /2)・(1+sin2θ) (11)The beam diameter of this light is reduced by the condenser lens 8, becomes a light amount signal Px, and is guided to the light receiving element 12 through the optical fiber 10. Since the light amount is the square of the magnitude of the vector, it is as follows. Px = Ex 2 = E 2 ・ Sin 2 (45 ° + θ) = (E 2 / 2) · (1 + sin2θ) (11)
【0018】受光素子12は、例えばフォトダイオード
から形成されており、受光する光量信号Pxに比例した
電流信号を出力する光電変換器である。磁界が交番磁界
の場合を例にとれば、この電流信号は電流電圧変換アン
プ14によって電圧信号Vxに変換される。 Vx=K1 (1+sin2θ) (12) (ただし、K1 は定数)。The light receiving element 12 is a photoelectric converter which is formed of, for example, a photodiode and outputs a current signal proportional to the received light amount signal Px. Taking the case where the magnetic field is an alternating magnetic field as an example, this current signal is converted into a voltage signal Vx by the current-voltage conversion amplifier 14. Vx = K 1 (1 + sin 2θ) (12) (where K 1 is a constant).
【0019】電圧信号Vxは、高周波通過フィルタ20
および低周波通過フィルタ21に入力されている。した
がって、高周波通過フィルタ20の出力VxA は、(1
2)式の直流バイアス成分が除去され、次式となる。 VxA =K1 sin2θ (13) 低周波通過フィルタ21の出力VxD は、交流成分が除
去され、次式となる。 VxD =K1 (14)The voltage signal Vx is supplied to the high-frequency pass filter 20
And the low-frequency pass filter 21. Therefore, the output Vx A high frequency pass filter 20, (1
The DC bias component of equation (2) is removed, and the following equation is obtained. The output Vx D of Vx A = K 1 sin2θ (13 ) low-pass filter 21, the AC component is removed, the following equation. Vx D = K 1 (14)
【0020】VxA は割算器18の分子入力端子に、V
xD は割算器18の分母入力端子にインプットされてい
るので、割算器の出力信号Vx0 は次式(15)で表さ
れる。 Vx0 =sin2θ (15)Vx A is applied to the numerator input terminal of the
Since x D is input to the denominator input terminal of the divider 18, the output signal Vx 0 of the divider is represented by the following formula (15). Vx 0 = sin2θ (15)
【0021】(15)式で示される信号は、高周波阻止
フィルタで高周波が除去された後、A/D変換器でデジ
タル信号に変換される。この信号は、記憶素子24で
は、(15)式の関係によりVx0 に1対1に対応する
θの値を予め記憶させており、これを高速で読み出すこ
とにより、Vx0 を入力し、θをリアルタイムに出力す
ることになる。この段階で、出力としては充分である
が、図1に示した実施例では、D/A変換器25を介し
てアナログ出力V0 を得ている。したがって、本実施例
において、検出可能なθの範囲は、 −90°≦2θ≦90° よって、−45°≦θ≦45° となり、従来技術の約6倍の範囲が検出可能となる。The signal represented by the equation (15) is converted into a digital signal by an A / D converter after a high frequency is removed by a high frequency blocking filter. This signal, in the memory device 24, by reading Vx 0 and advance so stored values of theta one-to-one correspondence to which a high speed by the relationship (15), enter the Vx 0, theta Will be output in real time. At this stage, the output is sufficient, but in the embodiment shown in FIG. 1, the analog output V 0 is obtained via the D / A converter 25. Therefore, in the present embodiment, the detectable range of θ is −90 ° ≦ 2θ ≦ 90 °, and thus −45 ° ≦ θ ≦ 45 °, which makes it possible to detect a range approximately six times that of the related art.
【0022】また、(15)式から明らかなように、発
光部1の特性変動、光ファイバ2,10、受光素子1
2、電流電圧変換アンプ14の特性変動に影響を受けな
い。更に、光ファイバは2と10の2本のみであり、従
来技術の3本に比べて光学系がシンプルである。As is apparent from the equation (15), the characteristic fluctuation of the light emitting section 1, the optical fibers 2 and 10, the light receiving element 1
2. It is not affected by the characteristic fluctuation of the current-voltage conversion amplifier 14. Furthermore, there are only two optical fibers, 2 and 10, and the optical system is simpler than the three optical fibers of the prior art.
【0023】(2)第2実施例 図2に、本発明の第2実施例を示す。この第2実施例の
構成は、発光部1から電流電圧変換アンプ14間では、
前記第1実施例と同じである。この第2実施例におい
て、電流電圧変換アンプ14の出力は、低周波通過フィ
ルタ21に入力され、一方、低周波通過フィルタ21の
出力は、発光量を制御する信号として、発光部へフィー
ドバックされる。電流電圧変換アンプ14の出力は同時
に高周波阻止フィルタ22を介して、A/D変換器に入
力される。24は、入力デジタル信号値(A)に1対1
に対応したsin-1(A/k−1)の値を予め記憶刺せ
て置き、これを入力値に応じて高速で読み出し出力する
ようにした記憶素子(ROM)である。25はROMか
らデジタル出力信号をアナログ信号に変換するD/A変
換器である。(2) Second Embodiment FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In the configuration of the second embodiment, between the light emitting unit 1 and the current-voltage conversion amplifier 14,
This is the same as the first embodiment. In the second embodiment, the output of the current-voltage conversion amplifier 14 is input to the low-frequency pass filter 21, while the output of the low-frequency pass filter 21 is fed back to the light emitting unit as a signal for controlling the amount of light emission. . The output of the current-voltage conversion amplifier 14 is input to the A / D converter via the high-frequency rejection filter 22 at the same time. 24 is a one-to-one relationship with the input digital signal value (A).
This is a storage element (ROM) in which a value of sin -1 (A / k-1) corresponding to the data is stored in advance and read out at a high speed in accordance with an input value. Reference numeral 25 denotes a D / A converter for converting a digital output signal from the ROM into an analog signal.
【0024】この第2実施例においては、発光部1か
ら、電流電圧変換アンプ14間での動作は図1の第1実
施例に同じである。しかし、低周波通過フィルタ21に
よって交流成分を除去した信号は、発光量を制御する信
号として発光部へフィードバッグされているため、(1
2)式における定数K1 は、K1 =K(一定)となるよ
うに制御され、電圧信号Vxは光源部1から電流電圧変
換アンプ14までの特性変動の影響を受けない。 Vx=K(1+sin2θ) (16)In the second embodiment, the operation from the light emitting section 1 to the current / voltage conversion amplifier 14 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. However, since the signal from which the AC component has been removed by the low frequency pass filter 21 is fed back to the light emitting unit as a signal for controlling the light emission amount, (1)
The constant K 1 in the equation (2) is controlled so that K 1 = K (constant), and the voltage signal Vx is not affected by the characteristic fluctuation from the light source unit 1 to the current-voltage conversion amplifier 14. Vx = K (1 + sin2θ) (16)
【0025】(16)式で示される信号は高周波阻止フ
ィルタで高周波が除去された後A/D変換器でデジタル
信号に変換される。この信号派、記憶素子24に入力去
れる。記憶素子24では、(16)式の関係より、Vx
に1対1に対応するθの値を予め記憶させており、これ
を高速で読み出すことにより、Vxを入力し、θをリア
ルタイムに出力することになる。この段階で出力として
は充分であるが、図2に示した他の実施例では、D/A
変換器25を介してアナログ出力V0 を得ている。The signal represented by the equation (16) is converted into a digital signal by an A / D converter after the high frequency is removed by a high frequency blocking filter. This signal is input to the storage element 24. In the storage element 24, Vx
The value of θ corresponding to one-to-one is stored in advance, and by reading this at high speed, Vx is input and θ is output in real time. Although the output is sufficient at this stage, in the other embodiment shown in FIG.
An analog output V 0 is obtained via the converter 25.
【0026】この第2実施例においても、前記第1実施
例と同様に、検出可能なθの範囲が−45°≦θ≦45
°と広く、発光部1から電流電圧変換アンプ14間での
特性変動の影響を受けなく、光学系がシンプルである。
それに加えて、第1実施例における高周波通過フィルタ
20および割算器18が不要になる分だけ信号処理回路
が簡素になるという効果がある。In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the detectable range of θ is −45 ° ≦ θ ≦ 45.
°, the optical system is simple without being affected by the characteristic fluctuation between the light emitting unit 1 and the current-voltage conversion amplifier 14.
In addition, there is an effect that the signal processing circuit is simplified by the necessity of the high frequency pass filter 20 and the divider 18 in the first embodiment.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上のように、本発明によると、受光素
子からの信号が変換されたデジタル入力値に対応する逆
Sin関数を記憶素子にあらかじめ記憶させておき、前
記デジタル入力値の出力に応じて逐次これを読み出して
いくため、従来のように近似式を用いたり偏光面の回転
角度θに対して厳しく制約されることなく、広範囲の磁
界を高精度で検出することができる光式磁界センサを提
供することができる。As described above, according to the present invention, the inverse Sin function corresponding to the digital input value obtained by converting the signal from the light receiving element is stored in the storage element in advance, and the output of the digital input value is stored in the storage element. The optical magnetic field that can detect a wide range of magnetic fields with high accuracy without having to use an approximation formula or being strictly limited to the rotation angle θ of the polarization plane as in the past, because it is read out sequentially according to A sensor can be provided.
【図1】本発明の光式磁界センサの第1実施例を示す構
成図FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an optical magnetic field sensor according to the present invention.
【図2】本発明の光式磁界センサの第2実施例を示す構
成図FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the optical magnetic field sensor of the present invention.
【図3】従来の光磁界センサの一例を示す構成図FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional optical magnetic field sensor.
【図4】図3の光磁界センサを変流器に適用した状態を
示す構成図FIG. 4 is a configuration diagram showing a state in which the optical magnetic field sensor of FIG. 3 is applied to a current transformer.
【図5】偏光子と検光子の作用を説明するためのベクト
ル図FIG. 5 is a vector diagram for explaining the operation of a polarizer and an analyzer.
【符号の説明】 4…偏光子 5…磁気光学素子 7…検光子 12…受光素子 14…電流電圧変換アンプ 18…割算器 19…信号処理回路 20…高周波通過フィルタ 21…低周波通過フィルタ 22…高周波阻止フィルタ 23…A/D変換器 24…記憶素子[Description of Signs] 4 ... Polarizer 5 ... Magneto-optical element 7 ... Analyzer 12 ... Light receiving element 14 ... Current / voltage conversion amplifier 18 ... Divider 19 ... Signal processing circuit 20 ... High frequency pass filter 21 ... Low frequency pass filter 22 ... High frequency rejection filter 23 ... A / D converter 24 ... Storage element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 高 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株式会社東芝 浜川崎工場内 (56)参考文献 特開 平1−191062(JP,A) 特開 昭63−85463(JP,A) 特開 昭64−26168(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/00 - 33/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Takashi Nakajima 2-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Hamakawasaki Plant of Toshiba Corporation (56) References JP-A 1-191062 (JP, A) JP-A-63-85463 (JP, A) JP-A-64-26168 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 33/00-33/18
Claims (2)
するファラデー効果を有する磁気光学素子と、 前記磁気光学素子の光源側に配置した偏光子と、 前記磁気光学素子を透過してきた光を受け、前記偏光子
の主軸とある特定の角度をなすよう主軸の方向を定めた
検光子と、 前記検光子を透過した光を受け、電気信号に変換する受
光素子と、 前記受光素子から出力される電気信号を直流バイアス分
と前記偏波面の回転に応じて変化する成分に分離する手
段と、 前記偏波面の回転に応じて変化する成分を前記直流バイ
アス分で除する割算器と、 前記割算器出力をデジタル信号に変換するA/D変換器
と、 前記A/D変換器の出力値の逆Sin関数値をあらかじ
め記憶しておく記憶素子とを備え、 前記記憶素子からA/D変換器の出力値に応じた値を逐
次読み出して出力とすること、 を特徴とする光式磁界センサ。1. A magneto-optical element having a Faraday effect in which a plane of polarization rotates in proportion to the strength of a magnetic field to be measured, a polarizer disposed on a light source side of the magneto-optical element, and a light transmitted through the magneto-optical element. An analyzer that receives the transmitted light and determines the direction of the main axis so as to form a certain angle with the main axis of the polarizer; a light receiving element that receives the light transmitted through the analyzer and converts the light into an electric signal; Means for separating the electric signal output from the component into a DC bias component and a component that varies according to the rotation of the polarization plane; and a divider that divides the component that varies according to the rotation of the polarization plane by the DC bias component. An A / D converter that converts the output of the divider into a digital signal; and a storage element that stores an inverse Sin function value of an output value of the A / D converter in advance. A / D converter output value Light type magnetic field sensor that can be characterized to sequentially read by outputting a Flip value.
するファラデー効果を有する磁気光学素子と、 前記磁気光学素子の光源側に配置した偏光子と、 前記磁気光学素子を透過してきた光を受け、前記偏光子
の主軸とある特定の角度をなすよう主軸の方向を定めた
検光子と、 前記検光子を透過した光を受け、電気信号に変換する受
光素子と、 前記受光素子から出力される電気信号から直流バイアス
分を取り出す手段と、 該取り出された直流バイアス分が一定値Kになるよう光
源の発光量を変化させる制御手段と、 前記受光素子から出力される電気信号をデジタル信号に
変換するA/D変換器と、 A/D変換器の出力値Aに対して(A/K−1)の逆S
in関数値をあらかじめ記憶しておく記憶素子とを備
え、 前記記憶素子からA/D変換器の出力値Aに応じた値を
逐次読み出して出力とすること、 を特徴とする光式磁界センサ。2. A magneto-optical element having a Faraday effect in which the plane of polarization rotates in proportion to the strength of a magnetic field to be measured, a polarizer disposed on the light source side of the magneto-optical element, and a light transmitted through the magneto-optical element. An analyzer that receives the transmitted light and determines the direction of the main axis so as to form a certain angle with the main axis of the polarizer; a light receiving element that receives the light transmitted through the analyzer and converts the light into an electric signal; Means for extracting a DC bias component from the electrical signal output from the controller, control means for changing the light emission amount of the light source so that the extracted DC bias component has a constant value K, and an electrical signal output from the light receiving element. An A / D converter for converting into a digital signal; and an inverse S of (A / K-1) for an output value A of the A / D converter.
a storage element for storing an in-function value in advance, wherein a value corresponding to an output value A of an A / D converter is sequentially read from the storage element and output as an output.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1991-07-30 JP JP3189754A patent/JP2996775B2/en not_active Expired - Fee Related
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