JP3030358B2 - Optical fiber magnetic sensor - Google Patents
Optical fiber magnetic sensorInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ磁気セ
ンサの構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an optical fiber magnetic sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】干渉型光ファイバセンサは磁気、加速度
等の物理量を検出するセンサである。 (1)文献1:「Frank Bucholtz,K.
P.Koo,George H Sigel,Jr.,
and Anthony Dandridge,“Op
timization of the Fiber/M
etallicGlass Bond in Fibe
r−Optic MagneticSensors”,
Journal of Lightwave Tech
nology,Vol.LT−3.No.4,Augu
st 1985,pp814−817」 (2)文献2:「K.P.Koo,Frank.Buc
holtz,A.Dandridge and A.
B.Tveten,“Stability ofa F
iber−Optic Magnetometer”,
IEEE Transactions on Magn
etics,Vol.MAG−22,No.3,May
1986,pp141−144」 従来、この種のセンサとしては上記文献(1)のFi
g.1に示されるものがある。すなわち、レーザ光源か
ら出力された光を光ファイバに注入した後、光カプラで
2つに分け、一方をセンシング光、もう一方をリファレ
ンス光とし、センシング光を通すセンシングファイバ
は、磁歪材料〔上記文献ではアモルファス磁歪材料(M
etallic Glass)が使用されている〕に接
着しておく。2. Description of the Related Art An interference type optical fiber sensor is a sensor for detecting physical quantities such as magnetism and acceleration. (1) Reference 1: “Frank Bucholtz, K. et al.
P. Koo, George H Sigel, Jr. ,
and Anthony Dutchridge, "Op
timing of the Fiber / M
etallicGlass Bond in Five
r-Optical Magnetic Sensors ",
Journal of Lightwave Tech
nology, Vol. LT-3. No. 4, Augu
st 1985, pp814-817 "(2) Reference 2:" KP Koo, Frank Buc
Holtz, A .; Dandridge and A.
B. Tveten, "Stableity of F.
iber-Optical Magnetometer ”,
IEEE Transactions on Magn
etics, Vol. MAG-22, No. 3, May
1986, pp 141-144] Conventionally, as a sensor of this type, the Fi
g. One is shown in FIG. That is, after injecting light output from a laser light source into an optical fiber, the light is split into two by an optical coupler, one of which is used as sensing light, the other is used as reference light, and the sensing fiber through which the sensing light passes is a magnetostrictive material [the above-mentioned document. Then, an amorphous magnetostrictive material (M
et al. Glass) is used].
【0003】磁歪材料に加わる磁界が変化すると、磁歪
材料が歪むため、センシングファイバが伸び縮みし、セ
ンシングファイバを通過するセンシング光の位相が変化
する。センシングファイバを通過したセンシング光とリ
ファレンス光を干渉させ、O/E変換すると、O/E出
力の位相も磁界により変化するので、これを復調して磁
界を検出する。When the magnetic field applied to the magnetostrictive material changes, the magnetostrictive material is distorted, so that the sensing fiber expands and contracts, and the phase of the sensing light passing through the sensing fiber changes. When the sensing light and the reference light that have passed through the sensing fiber interfere with each other and are subjected to O / E conversion, the phase of the O / E output also changes due to the magnetic field, and this is demodulated to detect the magnetic field.
【0004】磁気信号を復調する方法には、上記文献
(2)のFig.2に示されるものがある。この方法に
よると、交流バイアス磁界を発生するソレノイドコイル
に磁歪材料を収め、O/E出力の交流バイアス磁界成分
に含まれる信号を検出する構成にすることにより、セン
シングファイバとリファレンスファイバの温度変動、振
動等による雑音を軽減している。[0004] A method for demodulating a magnetic signal is disclosed in FIG. 2 is shown. According to this method, a magnetostrictive material is contained in a solenoid coil that generates an AC bias magnetic field, and a signal included in the AC bias magnetic field component of the O / E output is detected. Noise due to vibration and the like is reduced.
【0005】さらに、磁気信号を打ち消す電流を、ソレ
ノイドコイルに重畳する帰還制御系を施すことにより、
磁歪材料のヒステリシス等による直線性の劣化を軽減し
ている。Further, by applying a feedback control system for superimposing a current for canceling the magnetic signal on the solenoid coil,
The linearity degradation due to the hysteresis of the magnetostrictive material is reduced.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の光ファ
イバ磁気センサでは、温度変動で発生する雑音が小さい
高周波領域に信号を推移させることにより、低雑音を実
現している。しかしながら、温度変動、振動等の大きい
環境では、雑音も大きくなり、無視できないレベルにな
る。In the above-mentioned conventional optical fiber magnetic sensor, low noise is realized by shifting a signal to a high frequency region where noise generated by temperature fluctuation is small. However, in an environment where temperature fluctuation, vibration, and the like are large, noise also becomes large and becomes a level that cannot be ignored.
【0007】本発明は、上記問題点を除去し、温度変
動、振動等の大きい環境でも、雑音を抑制することがで
きる光ファイバ磁気センサを提供することを目的とす
る。[0007] It is an object of the present invention to provide an optical fiber magnetic sensor capable of eliminating the above-mentioned problems and suppressing noise even in an environment having large temperature fluctuations and vibrations.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕磁歪材料に交流バイアス磁界を加える方式の光フ
ァイバ磁気センサにおいて、少なくともバイアス磁界を
加える磁気手段と、前記バイアス磁界が相反する方向に
加えられるように配置されるアームを有する磁歪材料と
を具備する磁気センシング部と、前記磁歪材料に個別に
接着される一対の光ファイバとを設け、前記アームを通
過する2つの光の両方が、交流バイアス磁界により相反
する方向に位相変化を起こすように配置するようにした
ものである。According to the present invention, there is provided an optical fiber magnetic sensor for applying an AC bias magnetic field to a magnetostrictive material, wherein the magnetic means applies at least a bias magnetic field. A magnetic sensing portion including a magnetostrictive material having an arm arranged so that a bias magnetic field is applied in opposite directions; and a pair of optical fibers individually adhered to the magnetostrictive material, and passing through the arm. Both of the two lights are arranged so as to cause a phase change in opposite directions due to the AC bias magnetic field.
【0009】このように、光ファイバコイルAと光ファ
イバコイルBのファイバ長がほぼ均一であるため、2つ
の光ファイバコイルA,B内で起こる温度変動による位
相変化が同量同方向になる。したがって、2つの光ファ
イバコイルA,Bを通過した光の位相差を検出すること
により、温度変動による位相変化を抑制することができ
る。As described above, since the fiber lengths of the optical fiber coil A and the optical fiber coil B are substantially uniform, the phase changes due to temperature fluctuations occurring in the two optical fiber coils A and B are in the same direction in the same amount. Therefore, by detecting the phase difference between the light passing through the two optical fiber coils A and B, it is possible to suppress a phase change due to a temperature change.
【0010】また、干渉計を構成する2つの光カプラと
2つの光ファイバコイルA,Bを、磁歪材料に接着また
はモールドすることにより一体に構成したので、振動に
よる雑音を抑制することができる。 〔2〕上記〔1〕記載の光ファイバ磁気センサにおい
て、前記磁気センシング部として磁歪材料または磁歪材
料と強磁性体で閉じた磁気回路を構成し、コイルで交流
バイアス磁界を加え、磁歪材料の相反する方向に交流バ
イアス磁界が加わっている部分に光ファイバを取り付け
る構造にするようにしたものである。Further, since the two optical couplers and the two optical fiber coils A and B constituting the interferometer are integrally formed by bonding or molding to a magnetostrictive material, noise due to vibration can be suppressed. [2] In the optical fiber magnetic sensor according to the above [1], a magnetic circuit closed with a magnetostrictive material or a magnetostrictive material and a ferromagnetic material is formed as the magnetic sensing unit, and an AC bias magnetic field is applied by a coil, so that the magnetostrictive material is reciprocal. The structure is such that an optical fiber is attached to a portion where an AC bias magnetic field is applied in a direction in which the optical fiber is applied.
【0011】このように、上記〔1〕の効果に加え、閉
じた磁気回路に交流バイアス磁界を発生させる構造であ
るため、小さい電流で交流バイアス磁界を発生させるこ
とができる。また、磁気センシング部で強磁性材料ギャ
ップを設けているため、強磁性材料部分で磁気的には結
合し、機械的には結合していないので、磁歪材料の歪み
を妨げることなく、高感度に磁気信号を検出することが
できる。As described above, in addition to the effect of the above [1], since the structure is such that the AC bias magnetic field is generated in the closed magnetic circuit, the AC bias magnetic field can be generated with a small current. In addition, since the ferromagnetic material gap is provided in the magnetic sensing part, the ferromagnetic material part is magnetically coupled and not mechanically coupled. A magnetic signal can be detected.
【0012】〔3〕上記〔1〕又は〔2〕記載の光ファ
イバ磁気センサにおいて、前記磁気センシング部の磁歪
材料として積層アモルファス磁歪材を用いる構造にする
ようにしたものである。 このように、上記〔1〕又は〔2〕の効果に加え、シー
ト状のアモルファス磁歪材料を積層して、その弾性を強
くしているため、センシングファイバをコイル状に巻い
て長くしても、アモルファス磁歪材の弾性を光ファイバ
コイルより強くすることができる。[3] The optical fiber magnetic sensor according to the above [1] or [2], wherein a laminated amorphous magnetostrictive material is used as a magnetostrictive material of the magnetic sensing portion. As described above, in addition to the effect of the above [1] or [2], since the sheet-like amorphous magnetostrictive material is laminated and its elasticity is strengthened, even if the sensing fiber is wound in a coil shape and lengthened, The elasticity of the amorphous magnetostrictive material can be made stronger than that of the optical fiber coil.
【0013】また、光ファイバとアモルファス磁歪材料
を接着した部分が、歪む方向に対して軸対称にしてある
ため、撓まずに光ファイバの軸方向に歪む。したがっ
て、小型で高感度な光ファイバ磁気センサの実現が可能
となる。 〔4〕上記〔2〕又は〔3〕記載の光ファイバ磁気セン
サにおいて、前記磁気センシング部に磁気信号を打ち消
す磁界を発生させる帰還制御系を設けるようにしたもの
である。Further, since the portion where the optical fiber and the amorphous magnetostrictive material are bonded is axisymmetric with respect to the direction in which the optical fiber is distorted, the optical fiber is distorted in the axial direction without bending. Therefore, it is possible to realize a small and highly sensitive optical fiber magnetic sensor. [4] The optical fiber magnetic sensor according to [2] or [3], wherein the magnetic sensing unit is provided with a feedback control system for generating a magnetic field for canceling a magnetic signal.
【0014】このように、上記〔2〕又は〔3〕の効果
に加え、磁気信号を打ち消す磁界をソレノイドコイルで
発生する帰還制御系を施すことにより、磁歪材料のヒス
テリシス等による直線性の劣化を軽減することができ
る。 〔5〕上記〔2〕、〔3〕又は〔4〕記載の光ファイバ
磁気センサにおいて、前記磁気信号の直交成分を周波数
多重伝送する構造にするようにしたものである。As described above, in addition to the effect of the above [2] or [3], by providing a feedback control system for generating a magnetic field for canceling a magnetic signal by a solenoid coil, linearity deterioration due to hysteresis of the magnetostrictive material is prevented. Can be reduced. [5] The optical fiber magnetic sensor according to [2], [3] or [4], wherein the orthogonal component of the magnetic signal is frequency-division multiplexed.
【0015】このように、上記〔2〕、〔3〕又は
〔4〕の効果に加え、磁気信号の直交した3成分が周波
数多重伝送されるように構成しているため、小型、かつ
低コストな構成でもって磁気信号の方位も検出すること
ができる。As described above, in addition to the effects of [2], [3], or [4], since the orthogonal three components of the magnetic signal are frequency-division multiplexed, the size and cost are reduced. With such a configuration, the direction of the magnetic signal can also be detected.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の第1実
施例を示す光ファイバ磁気センサの全体構成図である。
この図に示すように、コの字形の磁歪材料1の平行な2
辺に、それぞれ光ファイバコイルAと光ファイバコイル
Bを接着する。コの字形磁歪材料1に強磁性材料2を取
り付けて環状にし、トロイダルコイル3を巻いて磁気回
路を構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an optical fiber magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG.
The optical fiber coil A and the optical fiber coil B are bonded to the sides, respectively. A ferromagnetic material 2 is attached to a U-shaped magnetostrictive material 1 to form a ring, and a toroidal coil 3 is wound to form a magnetic circuit.
【0017】強磁性材料2にはギャップを設けて、コの
字形磁歪材料1の歪みを妨げないようにする。光ファイ
バコイルAと光ファイバコイルBのファイバ長はほぼ均
一にする。光ファイバコイルA,Bの両端にそれぞれ光
カプラ5,6を接続し、コの字形磁歪材料1と一体にな
るようにモールド材4でモールドする。一方の光カプラ
5はレーザ光源11の出力、もう一方の光カプラ6はO
/E変換器12の入力に接続する。O/E変換器12の
出力にはパッシブホモダイン復調器13、そのパッシブ
ホモダイン復調器13の出力にはAM復調器14を接続
する。パッシブホモダイン復調処理で用いる変調信号発
生器15の出力をレーザ光源11とパッシブホモダイン
復調器13に接続し、交流バイアス磁界用信号発生器1
6の出力をトロイダルコイル3とAM復調器14に接続
する。このようにして、磁気センシング部10が構成さ
れる。A gap is provided in the ferromagnetic material 2 so that the distortion of the U-shaped magnetostrictive material 1 is not hindered. The fiber lengths of the optical fiber coil A and the optical fiber coil B are made substantially uniform. Optical couplers 5 and 6 are connected to both ends of the optical fiber coils A and B, respectively, and molded with a molding material 4 so as to be integrated with the U-shaped magnetostrictive material 1. One optical coupler 5 is the output of the laser light source 11 and the other optical coupler 6 is
/ E converter 12 is connected to the input. The output of the O / E converter 12 is connected to a passive homodyne demodulator 13, and the output of the passive homodyne demodulator 13 is connected to an AM demodulator 14. The output of the modulation signal generator 15 used in the passive homodyne demodulation processing is connected to the laser light source 11 and the passive homodyne demodulator 13 and the signal generator 1 for the AC bias magnetic field is connected.
6 is connected to the toroidal coil 3 and the AM demodulator 14. Thus, the magnetic sensing unit 10 is configured.
【0018】このように構成した光ファイバ磁気センサ
の動作について説明する。図2は、光ファイバコイル、
光カプラ、磁歪材料、強磁性材料、トロイダルコイルで
構成された磁気センシング部10の動作原理の説明図で
ある。この図2に示すように、コの字形磁歪材料1、強
磁性材料2、トロイダルコイルで閉じた磁気回路を構成
し、トロイダルコイル3に交流電流を流すと、コの字形
磁歪材料1の平行な2辺(領域Aと領域B)には、相反
する方向に交流バイアス磁界が発生する。ここに、磁気
信号が加わったときの領域Aと領域Bの歪み量ξA とξ
B は、 ξA =C(Hs −HACcosωm t)2 ξB =C(Hs +HACcosωm t)2 と表される。The operation of the thus constructed optical fiber magnetic sensor will be described. FIG. 2 shows an optical fiber coil,
FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation principle of a magnetic sensing unit 10 including an optical coupler, a magnetostrictive material, a ferromagnetic material, and a toroidal coil. As shown in FIG. 2, a magnetic circuit closed by a U-shaped magnetostrictive material 1, a ferromagnetic material 2, and a toroidal coil is formed. When an alternating current is applied to the toroidal coil 3, the parallelism of the U-shaped magnetostrictive material 1 is reduced. On two sides (region A and region B), AC bias magnetic fields are generated in opposite directions. Here, the distortion amounts ξ A and の of the regions A and B when a magnetic signal is applied
B is, ξ A = C (H s -H AC cosω m t) 2 ξ B = C (H s + H AC cosω m t) is expressed as 2.
【0019】ここで、Hs は磁気信号、HACとωm は交
流バイアス磁界の振幅と角周波数、Cは磁歪材料の磁歪
特性で決まる一般に定数として扱える量である。この磁
歪材料の歪みに比例して光ファイバコイルA,Bも歪
む。レーザ光源11(図1参照)から出力した光は、光
カプラ5(図1参照)で2つに分けられ、一方は光ファ
イバコイルA、もう一方は光ファイバコイルBを通過す
る。この2つの光ファイバコイルA,Bを通過した光の
位相は、光ファイバの歪みにより変化する。2つの光フ
ァイバコイルA,Bを通過した光をもう一方の光カプラ
6(図1参照)で干渉させ、O/E変換すると、その出
力の位相に2つの光ファイバコイルA,Bを通過した光
の位相差Δθが現れる。Here, H s is a magnetic signal, H AC and ω m are amplitude and angular frequency of an AC bias magnetic field, and C is an amount which can be generally treated as a constant determined by the magnetostriction characteristics of the magnetostrictive material. The optical fiber coils A and B are also distorted in proportion to the distortion of the magnetostrictive material. The light output from the laser light source 11 (see FIG. 1) is split into two by an optical coupler 5 (see FIG. 1), one of which passes through an optical fiber coil A and the other passes through an optical fiber coil B. The phase of the light passing through the two optical fiber coils A and B changes due to the distortion of the optical fiber. The light that has passed through the two optical fiber coils A and B is caused to interfere with the other optical coupler 6 (see FIG. 1) and subjected to O / E conversion, and the phase of the output has passed through the two optical fiber coils A and B. A phase difference Δθ of light appears.
【0020】 Δθ=a(ξB −ξA )=4aCHs HACcosωm t ここで、aは光ファイバコイルA,Bの磁歪材料に接着
した部分のファイバ長等で決まる定数である。この光の
位相差Δθを、パッシブホモダイン処理で復調し、AM
復調して磁気信号Hs を検出する。このように第1実施
例によれば、 (1)光ファイバコイルAと光ファイバコイルBのファ
イバ長が、ほぼ均一であるため、2つの光ファイバコイ
ルA,B内で起こる温度変動による位相変化が同量同方
向になる。Δθ = a (ξ B -ξ A ) = 4aCH s H AC cos ω mt Here, a is a constant determined by the fiber length of the portion of the optical fiber coils A and B adhered to the magnetostrictive material. The phase difference Δθ of this light is demodulated by passive homodyne processing,
Detecting a magnetic signal H s and demodulates. As described above, according to the first embodiment: (1) Since the fiber lengths of the optical fiber coil A and the optical fiber coil B are substantially uniform, the phase change due to temperature fluctuation occurring in the two optical fiber coils A and B In the same direction.
【0021】したがって、2つの光ファイバコイルA,
Bを通過した光の位相差を検出することにより、温度変
動による位相変化を抑制することができる。 (2)干渉計を構成する2つの光カプラと、2つの光フ
ァイバコイルA,Bを磁歪材料に接着またはモールドす
ることにより一体に構成したので、振動による雑音を抑
制することができる。Therefore, the two optical fiber coils A,
By detecting the phase difference of the light passing through B, it is possible to suppress a phase change due to a temperature change. (2) Since the two optical couplers constituting the interferometer and the two optical fiber coils A and B are integrally formed by bonding or molding a magnetostrictive material, noise due to vibration can be suppressed.
【0022】(3)交流バイアス磁界の発生にトロイダ
ルコイルを用いているので、有限長のソレノイドコイル
に比べて、小さい電流で交流バイアス磁界を発生させる
ことができる。 (4)磁気センシング部で強磁性材料にはギャップを設
けているため、強磁性材料部分で磁気的には結合し、機
械的には結合していないので、磁歪材料の歪みを妨げる
ことなく、高感度に磁気信号を検出することができる。(3) Since a toroidal coil is used to generate an AC bias magnetic field, an AC bias magnetic field can be generated with a smaller current than a finite length solenoid coil. (4) Since a gap is provided in the ferromagnetic material in the magnetic sensing unit, the ferromagnetic material is magnetically coupled and not mechanically coupled in the ferromagnetic material, so that the distortion of the magnetostrictive material is not hindered. A magnetic signal can be detected with high sensitivity.
【0023】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図3は本発明の第2実施例を示す磁気センシング部
の構造図である。なお、磁気センシング部以外の部分に
ついては第1実施例と同様であり、ここでは省略されて
いる。シート状のアモルファス磁歪材料を重ねて接着し
た積層アモルファス磁歪材料A1,A2で光ファイバコ
イルA、積層アモルファス磁歪材料B1,B2で光ファ
イバコイルBを挟み込むように接着する。光ファイバコ
イルと積層アモルファス磁歪材料を接着した部分は、積
層アモルファス磁歪材料が歪む方向に対して軸対称にな
るようにする(例えば、1層巻きの光ファイバコイルの
両側に同じ厚さの積層アモルファス磁歪材料を接着す
る)。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a structural diagram of a magnetic sensing unit according to a second embodiment of the present invention. Parts other than the magnetic sensing unit are the same as in the first embodiment, and are omitted here. The optical fiber coil A is sandwiched between the laminated amorphous magnetostrictive materials A1 and A2, which are formed by laminating sheet-like amorphous magnetostrictive materials, and the optical fiber coil B is adhered between the laminated amorphous magnetostrictive materials B1 and B2. The portion where the optical fiber coil and the laminated amorphous magnetostrictive material are bonded is axially symmetric with respect to the direction in which the laminated amorphous magnetostrictive material is distorted (for example, the same thickness of the laminated amorphous magnetostrictive material is applied to both sides of the single-layer wound optical fiber coil). Glues magnetostrictive material).
【0024】積層アモルファス磁歪材料A1,A2,B
1,B2を平行に配置する。積層アモルファス磁歪材料
A1とB1,A2とB2の両端に強磁性材料22を取り
付けて環状にし、トロイダルコイル23を巻いて磁気回
路を2つ構成する。磁気回路を構成する強磁性材料22
の一方(図3では右側)にギャップを設けて、磁歪材料
の歪みを妨げないようにする。Laminated amorphous magnetostrictive materials A1, A2, B
1 and B2 are arranged in parallel. A ferromagnetic material 22 is attached to both ends of the laminated amorphous magnetostrictive materials A1 and B1 and A2 and B2 to form an annular shape, and two toroidal coils 23 are wound to form two magnetic circuits. Ferromagnetic material 22 constituting magnetic circuit
A gap is provided on one side (right side in FIG. 3) so as not to hinder the distortion of the magnetostrictive material.
【0025】また、積層アモルファス磁歪材料A1,A
2とB1,B2の両側には馬蹄形状のガイド27が設け
られ、ガイド27と積層アモルファス磁歪材料A1,A
2,B1,B2の下半部の上面とでトラック状の周面が
形成され、光ファイバコイルA,Bはそのトラック状の
周面に沿って巻回されている。その光ファイバコイル
A,Bの両端にそれぞれ光カプラ25,26を接続し、
積層アモルファス磁歪材料A1,A2,B1,B2と一
体になるようにモールドする。The laminated amorphous magnetostrictive materials A1, A
2 and B1, B2, a horseshoe-shaped guide 27 is provided on both sides, and the guide 27 and the laminated amorphous magnetostrictive materials A1, A
A track-shaped peripheral surface is formed by the upper surface of the lower half of B2, B1 and B2, and the optical fiber coils A and B are wound along the track-shaped peripheral surface. Optical couplers 25 and 26 are connected to both ends of the optical fiber coils A and B, respectively.
Molding is performed so as to be integrated with the laminated amorphous magnetostrictive materials A1, A2, B1, and B2.
【0026】積層アモルファス磁歪材料A1とA2、B
1とB2には同一方向、A1とB1には逆方向の磁界が
トロイダルコイル23で発生する向きに、2つの磁気回
路に巻いたトロイダルコイル23を直列に接続する。こ
のように構成した光ファイバ磁気センサの動作について
説明する。トロイダルコイル23に交流電流を流すと、
積層アモルファス磁歪材料A1とA2、B1とB2には
同一方向、A1とB1には相反する方向に交流バイアス
磁界が発生する。ここに磁気信号が加わった時の積層ア
モルファス磁歪材料A1とA2の歪み量ξA 、積層アモ
ルファス磁歪材料B1とB2の歪み量ξB は、 ξA =C(Hs −HACcosωm t)2 ξB =C(Hs +HACcosωm t)2 と表される。The laminated amorphous magnetostrictive materials A1, A2, B
Toroidal coils 23 wound around two magnetic circuits are connected in series in such a direction that magnetic fields in the same direction are generated in 1 and B2 and in the opposite directions in A1 and B1. The operation of the optical fiber magnetic sensor thus configured will be described. When an alternating current is passed through the toroidal coil 23,
An alternating bias magnetic field is generated in the same direction in the laminated amorphous magnetostrictive materials A1 and A2, in the same direction in B1 and B2, and in the opposite direction in A1 and B1. Distortion amount xi] A of the laminated amorphous magnetostrictive material A1 and A2 when the magnetic signal is applied here, the strain amount xi] B of the laminated amorphous magnetostrictive material B1 and B2, ξ A = C (H s -H AC cosω m t) 2 ξ B = C (H s + H AC cosω m t) is expressed as 2.
【0027】ここで、Hs は磁気信号、HACとωm はト
ロイダルコイル23で発生する交流バイアス磁界の振幅
と角周波数、Cは磁歪材料の磁歪特性で決まる一般に定
数として扱える量である。この磁歪材料の歪みに比例し
て光ファイバコイルA、Bも歪む。レーザ光源から出力
した光は光カプラ25で2つに分けられ、一方は光ファ
イバコイルA、もう一方は光ファイバコイルBを通過す
る。この2つの光ファイバコイルA,Bを通過した光の
位相は、光ファイバの歪みにより変化する。2つの光フ
ァイバコイルA,Bを通過した光をもう一方の光カプラ
26で干渉させ、O/E変換すると、その出力の位相に
2つの光ファイバコイルA,Bを通過した光の位相差Δ
θが現れる。Here, H s is a magnetic signal, H AC and ω m are amplitude and angular frequency of an AC bias magnetic field generated by the toroidal coil 23, and C is an amount which can be generally treated as a constant determined by the magnetostrictive characteristics of the magnetostrictive material. The optical fiber coils A and B are also distorted in proportion to the distortion of the magnetostrictive material. The light output from the laser light source is split into two by an optical coupler 25, one of which passes through an optical fiber coil A and the other through an optical fiber coil B. The phase of the light passing through the two optical fiber coils A and B changes due to the distortion of the optical fiber. When the light that has passed through the two optical fiber coils A and B is caused to interfere with the other optical coupler 26 and O / E converted, the phase of the light that has passed through the two optical fiber coils A and B has a phase difference Δ
θ appears.
【0028】 Δθ=a(ξB −ξA )=4aCHs HACcosωm t ここで、aは光ファイバコイルA,Bの磁歪材料に接着
した部分のファイバ長等で決まる定数である。この光の
位相差Δθを、パッシブホモダイン処理で復調し、AM
復調して磁気信号Hs を検出する。このように、第2実
施例によれば第1実施例の効果に加え、シート状のアモ
ルファス磁歪材料を積層することにより、その弾性を強
くしているため、センシングファイバをコイル状に巻い
て長くしても、アモルファス磁歪材の弾性を光ファイバ
コイルより強くすることができる。また、光ファイバと
アモルファス磁歪材料を接着した部分が、歪む方向に対
して軸対称にしてあるため、撓まずに光ファイバの軸方
向に歪む。Δθ = a (ξ B -ξ A ) = 4aCH s H AC cos ω mt where a is a constant determined by the fiber length of the portion of the optical fiber coils A and B adhered to the magnetostrictive material. The phase difference Δθ of this light is demodulated by passive homodyne processing,
Detecting a magnetic signal H s and demodulates. As described above, according to the second embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, since the elasticity of the sheet-like amorphous magnetostrictive material is increased by laminating the sheet-like amorphous magnetostrictive material, the sensing fiber is wound in a coil shape to be long. Even in this case, the elasticity of the amorphous magnetostrictive material can be made stronger than that of the optical fiber coil. Further, since the portion where the optical fiber and the amorphous magnetostrictive material are bonded is axially symmetric with respect to the direction in which the optical fiber is distorted, the optical fiber is distorted in the axial direction without bending.
【0029】したがって、小型で高感度な光ファイバ磁
気センサの実現が可能となる。次に、本発明の第3実施
例について説明する。図4は本発明の第3実施例を示す
光ファイバ磁気センサの全体構成図である。なお、第1
実施例と同じ部分については、同じ符号を付してそれら
の説明は省略する。Therefore, it is possible to realize a small and highly sensitive optical fiber magnetic sensor. Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is an overall configuration diagram of an optical fiber magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention. The first
The same parts as those of the embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0030】この実施例では、第1実施例の構成に加
え、磁気回路の領域A(図2参照)と領域B(図2参
照)に同じ強さの磁界が加わるようにソレノイドコイル
31を巻き、AM復調器14の出力に帰還制御信号発生
器32を接続し、帰還制御信号発生器32の出力をソレ
ノイドコイル31に接続する構成としている。このよう
に構成した光ファイバ磁気センサの動作について説明す
る。In this embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the solenoid coil 31 is wound so that a magnetic field of the same strength is applied to the region A (see FIG. 2) and the region B (see FIG. 2) of the magnetic circuit. , The feedback control signal generator 32 is connected to the output of the AM demodulator 14, and the output of the feedback control signal generator 32 is connected to the solenoid coil 31. The operation of the optical fiber magnetic sensor thus configured will be described.
【0031】コの字形磁歪材料、強磁性材料、トロイダ
ルコイルで閉じた磁気回路を構成し、トロイダルコイル
3に交流電流を流すと、コの字形磁歪材料1の平行な2
辺(領域Aと領域B)には、相反する方向に交流バイア
ス磁界が発生する。ここに、磁気信号が加わったときの
領域Aと領域Bの歪み量ξA とξB は、 ξA =C(Hs +HFB−HACcosωm t)2 ξB =C(Hs +HFB+HACcosωm t)2 と表される。A closed magnetic circuit is formed by a U-shaped magnetostrictive material, a ferromagnetic material, and a toroidal coil. When an alternating current is applied to the toroidal coil 3, the parallel 2
On the sides (region A and region B), an AC bias magnetic field is generated in opposite directions. Here, the strain amount xi] A and xi] B in regions A and B when the magnetic signal is applied is, ξ A = C (H s + H FB -H AC cosω m t) 2 ξ B = C (H s + H FB + H AC cos ω mt ) 2 .
【0032】ここで、Hs は磁気信号、HFBはソレノイ
ドコイル31で発生する帰還制御磁界、HACとωm はト
ロイダルコイルで発生する交流バイアス磁界の振幅と角
周波数、Cは磁歪材料の磁歪特性で決まる一般に定数と
して扱える量である。この磁歪材料の歪みに比例して光
ファイバコイルA、Bも歪む。レーザ光源11から出力
した光は、光カプラ5で2つに分けられ、一方は光ファ
イバコイルA、もう一方は光ファイバコイルBを通過す
る。この2つの光ファイバコイルA,Bを通過した光の
位相は、光ファイバの歪みにより変化する。2つの光フ
ァイバコイルA,Bを通過した光をもう一方の光カプラ
6で干渉させ、O/E変換すると、その出力の位相に2
つの光ファイバコイルA,Bを通過した光の位相差Δθ
が現れる。Here, H s is a magnetic signal, H FB is a feedback control magnetic field generated by the solenoid coil 31, H AC and ω m are the amplitude and angular frequency of an AC bias magnetic field generated by the toroidal coil, and C is the magnetostrictive material. This is an amount that can be generally treated as a constant determined by the magnetostriction characteristics. The optical fiber coils A and B are also distorted in proportion to the distortion of the magnetostrictive material. The light output from the laser light source 11 is divided into two by the optical coupler 5, one of which passes through the optical fiber coil A and the other passes through the optical fiber coil B. The phase of the light passing through the two optical fiber coils A and B changes due to the distortion of the optical fiber. The light that has passed through the two optical fiber coils A and B is caused to interfere by the other optical coupler 6 and is subjected to O / E conversion.
Phase difference Δθ of light passing through two optical fiber coils A and B
Appears.
【0033】Δθ=a(ξB −ξA )=4aC(Hs +
HFB)HACcosωm t ここで、aは光ファイバコイルA,Bの磁歪材料に接着
した部分のファイバ長等で決まる定数である。この光の
位相差Δθを、パッシブホモダイン処理で復調し、AM
復調して磁気信号(Hs +HFB)を検出する。帰還制御
信号発生器32では(Hs +HFB)が一定になるHFBを
発生させるための電流をソレノイドコイル31に供給
し、同時に−HFBに比例した信号を出力する。Δθ = a (ξ B -ξ A ) = 4aC (H s +
H FB ) H AC cos ω mt Here, a is a constant determined by the fiber length of the portion of the optical fiber coils A and B adhered to the magnetostrictive material. The phase difference Δθ of this light is demodulated by passive homodyne processing,
Detecting a magnetic signal by demodulating (H s + H FB). The current for the feedback control signal generator 32 (H s + H FB) generates the H FB which becomes constant is supplied to the solenoid coil 31, and outputs a signal proportional to simultaneously -H FB.
【0034】このように、第3実施例によれば、第1実
施例の効果に加え、磁気信号を打ち消す磁界をソレノイ
ドコイルで発生する帰還制御系を施すことにより、磁歪
材料のヒステリシス等による直線性の劣化を軽減するこ
とができる。次に、本発明の第4実施例について説明す
る。図5は本発明の第4実施例を示す光ファイバ磁気セ
ンサの全体構成図である。なお、第1実施例と同じ部分
については、同じ番号を付してそれらの部分の説明は省
略する。As described above, according to the third embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, by applying a feedback control system for generating a magnetic field for canceling a magnetic signal by a solenoid coil, a straight line due to hysteresis or the like of the magnetostrictive material is provided. Degradation of performance can be reduced. Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is an overall configuration diagram of an optical fiber magnetic sensor according to a fourth embodiment of the present invention. The same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of those portions is omitted.
【0035】この実施例では、第1実施例と同様な、光
ファイバコイルを接着した磁気回路X,Y,Zを3個、
互いに直角になるように配置する。3つ磁気回路X、
Y、Zに接着した光ファイバコイルAとBは一続きにす
る。光ファイバコイルAと光ファイバコイルBのファイ
バ長はほぼ均一にする。光ファイバコイルA,Bの両端
にそれぞれ光カプラ45,46を接続し、磁歪材料と一
体になるようにモールドする。In this embodiment, three magnetic circuits X, Y, and Z each having an optical fiber coil bonded thereto, as in the first embodiment,
Arrange them at right angles to each other. Three magnetic circuits X,
The optical fiber coils A and B bonded to Y and Z are continuous. The fiber lengths of the optical fiber coil A and the optical fiber coil B are made substantially uniform. Optical couplers 45 and 46 are connected to both ends of the optical fiber coils A and B, respectively, and molded so as to be integrated with the magnetostrictive material.
【0036】レーザ光源11、O/E変換器12、パッ
シブホモダイン復調器13、変調信号発生器15は第1
実施例と同様に構成する。そして、パッシブホモダイン
復調器13の出力に3つのAM復調器、つまり、AM復
調器X41,AM復調器Y42,AM復調器Z43を接
続する。更に、周波数が異なる(ωx,ωy,ωz)交
流バイアス磁界を発生する交流バイアス磁界用信号発生
器40の出力を、3つのトロイダルコイル44とAM復
調器41,42,43にそれぞれ接続する。The laser light source 11, the O / E converter 12, the passive homodyne demodulator 13, and the modulation signal generator 15
The configuration is the same as that of the embodiment. Then, three AM demodulators, that is, an AM demodulator X41, an AM demodulator Y42, and an AM demodulator Z43 are connected to the output of the passive homodyne demodulator 13. Further, the outputs of the AC bias magnetic field signal generator 40 for generating AC bias magnetic fields having different frequencies (ωx, ωy, ωz) are connected to the three toroidal coils 44 and the AM demodulators 41, 42, 43, respectively.
【0037】このように構成した光ファイバ磁気センサ
の動作について説明する。レーザ光源11、光カプラ4
5,46、O/E変換器12、パッシブホモダイン復調
器13、変調信号発生器15、3つの磁気回路X,Y,
Zのそれぞれは、第1実施例と同様に動作する。ただ
し、3つの磁気回路X,Y,Zに加える交流バイアス磁
界の周波数が異なるため、O/E変換器12の出力の光
の位相差Δθは、 Δθ=4aX CHsXHACX cosωm X t+4aY CH
sYHACY cosωm Y t+4aZ CHsZHACZ cosω
m Z t と表される。The operation of the optical fiber magnetic sensor thus configured will be described. Laser light source 11, optical coupler 4
5, 46, an O / E converter 12, a passive homodyne demodulator 13, a modulation signal generator 15, and three magnetic circuits X, Y,
Each of Z operates similarly to the first embodiment. However, since the frequencies of the AC bias magnetic fields applied to the three magnetic circuits X, Y, and Z are different, the phase difference Δθ of the light output from the O / E converter 12 is Δθ = 4a X CH sX H ACX cos ω m X t + 4a Y CH
sY H ACY cosω m Y t + 4a Z CH sZ H ACZ cosω
m Z t.
【0038】ここで、HsX、HsY、HsZは磁気信号の直
交成分、aX 、aY 、aZ は光ファイバコイルA,Bの
磁歪材料に接着した部分のファイバ長等で決まる定数、
HAC X 、HACY 、HACZ 、ωm X 、ωm Y 、ωm Z は交
流バイアス磁界の振幅と角周波数である。この光の位相
差Δθをパッシブホモダイン処理で復調し、3つの周波
数成分をそれぞれAM復調して磁気信号の直交した3成
分を検出する。Here, H sX , H sY , and H sZ are orthogonal components of a magnetic signal, and a X , a Y , and a Z are constants determined by a fiber length of a portion of the optical fiber coils A and B adhered to the magnetostrictive material. ,
H AC X, H ACY, H ACZ, ω m X, ω m Y, ω m Z is the amplitude and angular frequency of the AC bias magnetic field. The phase difference Δθ of the light is demodulated by passive homodyne processing, and the three frequency components are AM-demodulated to detect three orthogonal components of the magnetic signal.
【0039】このように、第4本実施例によれば、第1
実施例の効果に加え、磁気信号の直交した3成分が周波
数多重伝送されるように構成しているため、小型、かつ
低コストな構成でもって磁気信号の方位も検出すること
ができる。なお、本発明は更に以下のような利用形態を
有する。第3、第4実施例の磁気回路に第1実施例で説
明したコの字形磁歪材料を用いる例で説明したが、第2
実施例で説明した積層アモルファス磁歪材料を用いるよ
うにしてもよい。As described above, according to the fourth embodiment, the first embodiment
In addition to the effects of the embodiment, since the orthogonal three components of the magnetic signal are configured to be frequency-division multiplexed, the direction of the magnetic signal can be detected with a small and low-cost configuration. The present invention further has the following usage modes. Although the U-shaped magnetostrictive material described in the first embodiment is used for the magnetic circuits of the third and fourth embodiments, the second embodiment has been described.
The laminated amorphous magnetostrictive material described in the embodiment may be used.
【0040】磁気センシング部の磁気回路に、コの字形
磁歪材料と強磁性材料を用いる例と、積層アモルファス
磁歪材料と強磁性材料を用いる例で説明したが、光ファ
イバコイルを接着した2本の棒(または板、シート)状
磁歪材料の両端に強磁性材料を配置する、または強磁性
材料部分を全て同じ磁歪材料で構成する等により、磁気
回路を構成してもよい。The case where the U-shaped magnetostrictive material and the ferromagnetic material are used for the magnetic circuit of the magnetic sensing unit and the case where the laminated amorphous magnetostrictive material and the ferromagnetic material are used have been described. A magnetic circuit may be formed by arranging a ferromagnetic material at both ends of a rod (or plate or sheet) magnetostrictive material, or by configuring all ferromagnetic material portions with the same magnetostrictive material.
【0041】光ファイバコイルを磁歪材料の長手方向に
巻き、接着した例で説明したが、光ファイバコイルを磁
歪材料の周囲(円柱形磁歪材料の場合は円周方向)に巻
き、接着したものを用いてもよい。磁歪材料に光ファイ
バコイルを接着した例で説明したが、光ファイバをコイ
ル状に巻いていなくてもよい。Although the optical fiber coil is wound in the longitudinal direction of the magnetostrictive material and bonded, the optical fiber coil is wound around the magnetostrictive material (in the case of a cylindrical magnetostrictive material, in the circumferential direction) and bonded. May be used. Although the example in which the optical fiber coil is bonded to the magnetostrictive material has been described, the optical fiber may not be wound in a coil shape.
【0042】第1〜第4実施例では、同じ種類の磁歪材
料で、相反する方向に交流バイアス磁界を発生させる例
で説明したが、正の磁歪材料(磁界を強くすると伸びる
方向に歪む)と負の磁歪材料(磁界を強くすると縮む方
向に歪む)に干渉計のアームとなる光ファイバを接着し
た構造で、同一方向に交流バイアス磁界を加えるように
してもよい。In the first to fourth embodiments, an example has been described in which the same type of magnetostrictive material is used to generate an AC bias magnetic field in opposite directions. However, a positive magnetostrictive material (which is distorted in the direction in which it expands when the magnetic field is increased). An AC bias magnetic field may be applied in the same direction with a structure in which an optical fiber serving as an arm of an interferometer is bonded to a negative magnetostrictive material (which becomes distorted in the direction of contraction when the magnetic field is increased).
【0043】磁気センシング部の干渉計に2つの光カプ
ラと光ファイバコイルを用いるマッハツェンダー干渉計
を用いる例で説明したが、マイケルソン干渉計等の他の
干渉計を用いて構成してもよい。パッシブホモダイン方
式で復調した例を説明したが、アクティブホモダイン方
式、ヘテロダイン方式などの他の復調方式を用いてもよ
い。Although an example in which a Mach-Zehnder interferometer using two optical couplers and an optical fiber coil is used as the interferometer of the magnetic sensing unit has been described, another interferometer such as a Michelson interferometer may be used. . Although an example of demodulation using the passive homodyne method has been described, another demodulation method such as an active homodyne method or a heterodyne method may be used.
【0044】第3実施例では帰還制御磁界をソレノイド
コイルで発生させる例で説明したがヘルムホルツコイル
等の他の形のコイルを用いてもよい。第2、第4実施例
に第3実施例で説明した帰還制御系を設けてもよい。第
4実施例では3個の磁気回路を互いに直角に配置する例
で説明したが、磁界回路の数、配置する角度を変えても
よい。In the third embodiment, an example has been described in which the feedback control magnetic field is generated by a solenoid coil. However, another type of coil such as a Helmholtz coil may be used. The feedback control system described in the third embodiment may be provided in the second and fourth embodiments. In the fourth embodiment, an example has been described in which three magnetic circuits are arranged at right angles to each other. However, the number of magnetic circuits and the arrangement angle may be changed.
【0045】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 (1)請求項1記載の発明によれば、光ファイバコイル
Aと光ファイバコイルBのファイバ長がほぼ均一である
ため、2つの光ファイバコイルA,B内で起こる温度変
動による位相変化が同量同方向になる。したがって、2
つの光ファイバコイルA,Bを通過した光の位相差を検
出することにより,温度変動による位相変化を抑制する
ことができる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (1) According to the first aspect of the invention, since the fiber lengths of the optical fiber coil A and the optical fiber coil B are substantially uniform, the phase change due to temperature fluctuation occurring in the two optical fiber coils A and B is the same. In the same direction. Therefore, 2
By detecting the phase difference between the lights passing through the two optical fiber coils A and B, it is possible to suppress a phase change due to a temperature change.
【0047】また、干渉計を構成する2つの光カプラと
2つの光ファイバコイルA,Bを、磁歪材料に接着また
はモールドすることにより一体に構成したので、振動に
よる雑音を抑制することができる。 (2)請求項2記載の発明によれば、上記(1)の効果
に加え、交流バイアス磁界の発生にコイルを用いている
ので、小さい電流で交流バイアス磁界を発生させること
ができる。Further, since the two optical couplers and the two optical fiber coils A and B constituting the interferometer are integrally formed by bonding or molding to a magnetostrictive material, noise due to vibration can be suppressed. (2) According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of (1), since the coil is used to generate the AC bias magnetic field, the AC bias magnetic field can be generated with a small current.
【0048】また、磁気センシング部で強磁性材料ギャ
ップを設けているため、強磁性材料部分で磁気的には結
合し、機械的には結合していないので、磁歪材料の歪み
を妨げることなく、高感度に磁気信号を検出することが
できる。 (3)請求項3記載の発明によれば、上記(1)又は
(2)の効果に加え、シート状のアモルファス磁歪材料
を積層することにより、その弾性を強くしているため、
センシングファイバをコイル状に巻いて長くしても、ア
モルファス磁歪材の弾性を光ファイバコイルより強くす
ることができる。Further, since the ferromagnetic material gap is provided in the magnetic sensing portion, the ferromagnetic material portion is magnetically coupled but not mechanically coupled, so that the magnetostrictive material is not hindered from being distorted. A magnetic signal can be detected with high sensitivity. (3) According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the above (1) or (2), the elasticity of the sheet-like amorphous magnetostrictive material is increased by laminating the same.
Even if the sensing fiber is coiled and lengthened, the elasticity of the amorphous magnetostrictive material can be made stronger than that of the optical fiber coil.
【0049】また、光ファイバとアモルファス磁歪材料
を接着した部分が、歪む方向に対して軸対称にしてある
ため撓まずに光ファイバの軸方向に歪む。したがって、
小型で高感度な光ファイバ磁気センサの実現が可能とな
る。 (4)請求項4記載の発明によれば、上記(2)又は
(3)の効果に加え、磁気信号を打ち消す磁界をソレノ
イドコイルで発生する帰還制御系を施すことにより、磁
歪材料のヒステリシス等による直線性の劣化を軽減する
ことができる。Further, since the portion where the optical fiber and the amorphous magnetostrictive material are bonded is axisymmetric with respect to the direction in which the optical fiber is distorted, the optical fiber is distorted in the axial direction without bending. Therefore,
A small and highly sensitive optical fiber magnetic sensor can be realized. (4) According to the fourth aspect of the invention, in addition to the effect of the above (2) or (3), by applying a feedback control system for generating a magnetic field for canceling a magnetic signal by a solenoid coil, hysteresis of the magnetostrictive material and the like can be obtained. Can be reduced.
【0050】(5)請求項5記載の発明によれば、上記
(2)、(3)又は(4)の効果に加え、磁気信号の直
交した3成分が周波数多重伝送されるように構成してい
るため、小型、かつ低コストな構成でもって磁気信号の
方位も検出することができる。(5) According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effects of (2), (3) or (4), three orthogonal components of the magnetic signal are frequency-multiplexed and transmitted. Therefore, the azimuth of the magnetic signal can be detected with a small-sized and low-cost configuration.
【図1】本発明の第1実施例を示す光ファイバ磁気セン
サの全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an optical fiber magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施例を示す光ファイバ磁気セン
サの磁気センシング部の動作原理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation principle of a magnetic sensing unit of the optical fiber magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2実施例を示す磁気センシング部の
構造図である。FIG. 3 is a structural diagram of a magnetic sensing unit according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3実施例を示す光ファイバ磁気セン
サの全体構成図である。FIG. 4 is an overall configuration diagram of an optical fiber magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4実施例を示す光ファイバ磁気セン
サの全体構成図である。FIG. 5 is an overall configuration diagram of an optical fiber magnetic sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
1 コの字形磁歪材料 2,22 強磁性材料 3,23,44 トロイダルコイル 4 モールド材 5,6,25,26,45,46 光カプラ 10 磁気センシング部 11 レーザ光源 12 O/E変換器 13 パッシブホモダイン復調器 14 AM復調器 15 変調信号発生器 16 交流バイアス磁界用信号発生器 27 ガイド 31 ソレノイドコイル 32 帰還制御信号発生器 40 周波数が異なる交流バイアス磁界用信号発生器 41 AM復調器X 42 AM復調器Y 43 AM復調器Z A,B 光ファイバコイル A1,A2,B1,B2 積層アモルファス磁歪材料 X,Y,Z 磁気回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 U-shaped magnetostrictive material 2,22 Ferromagnetic material 3,23,44 Toroidal coil 4 Mold material 5,6,25,26,45,46 Optical coupler 10 Magnetic sensing part 11 Laser light source 12 O / E converter 13 Passive Homodyne demodulator 14 AM demodulator 15 Modulation signal generator 16 Signal generator for AC bias magnetic field 27 Guide 31 Solenoid coil 32 Feedback control signal generator 40 Signal generator for AC bias magnetic field with different frequency 41 AM demodulator X 42 AM demodulation Y43 AM demodulator Z A, B Optical fiber coil A1, A2, B1, B2 Multilayer amorphous magnetostrictive material X, Y, Z Magnetic circuit
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−233923(JP,A) 特開 昭58−165071(JP,A) 特開 平9−54148(JP,A) 特開 平8−248107(JP,A) 特開 平8−233924(JP,A) 特開 平1−145042(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/00 - 33/18 Continuation of the front page (56) References JP-A-8-233923 (JP, A) JP-A-58-165071 (JP, A) JP-A-9-54148 (JP, A) JP-A-8-248107 (JP) , A) JP-A-8-233924 (JP, A) JP-A-1-145042 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 33/00-33/18
Claims (5)
式の光ファイバ磁気センサにおいて、(a)少なくとも
バイアス磁界を加える磁気手段と、前記バイアス磁界が
相反する方向に加えられるように配置されるアームを有
する磁歪材料とを具備する磁気センシング部と、(b)
前記磁歪材料に個別に接着される一対の光ファイバとを
設け、(c)前記アームを通過する2つの光の両方が、
交流バイアス磁界により相反する方向に位相変化を起こ
すように配置されたことを特徴とする光ファイバ磁気セ
ンサ。1. An optical fiber magnetic sensor of the type in which an alternating bias magnetic field is applied to a magnetostrictive material, wherein (a) at least a magnetic means for applying a bias magnetic field, and an arm arranged so that the bias magnetic field is applied in opposite directions. (B) a magnetic sensing portion comprising a magnetostrictive material having
Providing a pair of optical fibers individually bonded to the magnetostrictive material, and (c) both of the two lights passing through the arm are:
An optical fiber magnetic sensor arranged to cause a phase change in opposite directions by an AC bias magnetic field.
おいて、前記磁気センシング部として磁歪材料または磁
歪材料と強磁性体で閉じた磁気回路を構成し、コイルで
交流バイアス磁界を加え、磁歪材料の相反する方向に交
流バイアス磁界が加わっている部分に光ファイバを取り
付ける構造にしたことを特徴とする光ファイバ磁気セン
サ。2. The optical fiber magnetic sensor according to claim 1, wherein a magnetic circuit closed by a magnetostrictive material or a magnetostrictive material and a ferromagnetic material is formed as the magnetic sensing unit, and an AC bias magnetic field is applied by a coil to form the magnetostrictive material. An optical fiber magnetic sensor, wherein an optical fiber is attached to a portion where an AC bias magnetic field is applied in opposite directions.
ンサにおいて、前記磁気センシング部の磁歪材料として
積層アモルファス磁歪材を用いる構造にしたことを特徴
とする光ファイバ磁気センサ。3. The optical fiber magnetic sensor according to claim 1, wherein a laminated amorphous magnetostrictive material is used as a magnetostrictive material of the magnetic sensing unit.
ンサにおいて、前記磁気センシング部に磁気信号を打ち
消す磁界を発生させる帰還制御系を設けたことを特徴と
する光ファイバ磁気センサ。4. The optical fiber magnetic sensor according to claim 2, wherein a feedback control system for generating a magnetic field for canceling a magnetic signal is provided in the magnetic sensing unit.
気センサにおいて、前記磁気信号の直交成分を周波数多
重伝送する構造にしたことを特徴とする光ファイバ磁気
センサ。5. The optical fiber magnetic sensor according to claim 2, wherein an orthogonal component of the magnetic signal is frequency-multiplexed and transmitted.
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- 1997-06-10 JP JP9152087A patent/JP3030358B2/en not_active Expired - Lifetime
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