JPH02156178A - 光ファイバ磁界センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、磁歪効果により先ファイバに歪を与えろ磁界
ゼンサ部の感度を改良した光ファイバ磁界センサに関す
るしのである。

「従来の技術」 従来より、磁界、磁気等の測定機器としては、マンハツ
エンダ干渉計型の光ファイバ磁界センサが一般に広く知
られている。従来の光ファイバ磁界センサの構成の一例
を、第４図を用いて説明する。

図中符号１は、半導体レーザ等の光源部である。

この光源部１より出射された光は、伝送用光ファイバ２
を経て、分波器３により参照先と測定光に分波され、そ
れぞれ参照用光ファイ、バ４、測定用光ファイバ５へ導
かれる。この測定用光ファイバ５には、磁界センサ部６
が設けられており、磁歪効果により測定光に位相変化を
与える。この位相変化された測定光と、参照用光ファイ
バ４に導かれた参照光とが、合波器７により合波され干
渉光が発生ずる。この干渉光をフォトダイオード等の検
出部８て受光し電気変換を行って、アンプ部９にて増幅
し出力する構成となっている。

上記磁界センサ部６は、強磁性金属をシリンダ状に形成
してなるらの、メタリックガラステープをコイル状に巻
回、積層したらの等の磁歪体の外面上に光ファイバが数
回巻き付けてなるものである。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、この磁界センサ部６は微弱な磁界に対する感
度が悪いという問題がある。また高感度の磁界センサ部
６を得るためには、測定する磁界の周波数と磁歪体の磁
界による共振点とを一致させる必要がある。このため、
測定する磁界の周波数により磁歪体の大きさが決定され
、従って磁界センサ部６の形状を小さくできないという
問題がある。さらに、この光ファイバ磁界センサに使用
されている光ファイバは外部に露出しているため、外部
環境に起因するノイズの影響を受けたり、環境により先
ファイバが劣化する問題かある。

「課題を解決するための手段」 本発明は、周囲の磁界を磁界センサ部に収束させる機能
を有する磁性体を設けたことを、解決するための手段と
した。

「作用」 周辺の磁界を、磁界センサ部に収束させる磁性体を設け
たことにより、磁界が磁界センサ部に収束されるため微
弱な磁界でも磁歪体がひずむことが可能となるため、磁
界センサ部の感度が向上する。また、同じく測定する磁
界が磁界センサ部に収束されているため、磁歪体を小さ
くすることが可能である。さらに、光ファイバが全て容
器に収納されているため、温度変化、圧力変化等のノイ
ズ要因がなく、また光ファイバの劣化が起こらない。

以下、本発明の光ファイバ磁界センサについて、第１図
を用いて詳しく説明する 第１図は本発明の実施例を示すもので、図中符号１は、
光源部を示す。この光源部１はこの光源部１４Ｘら出射
した光を伝送するための伝送用光ファイバ２により、フ
ァイバ形偏光子ｌＯを介して分波器３と結合されている
。この伝送用光ファイバ２は、分波器３により参照用光
ファイバ４と測定用光ファイバ５とに分割されている。

測定用光ファイバ５には、磁界センサ部６が設けられて
いる。

この磁界センサ部６の上方及び下方には、磁界収束用磁
性体１１が形成されている。上記測定用光ファイバ５は
、この磁界センサ部６を経て、合波器７にて再び参照用
光ファイバ４と接合し、−本の伝送用光ファイバ２とな
る。この伝送用光ファイバ２は検出部８と結合し、この
検出部８はアンプ部９と結合している。また、これらの
装置は全て容器１２内に収納されている。この容器１２
の材料としては、プラスチック等の磁界を透過させる材
料が好ましい。

本発明の特徴は、磁界センサ部６の上方及び下方に磁界
収束用磁性体１１が形成されたところにある。この磁界
収束用磁性体Ｉ＋は角柱の一端面に切頭四角錐を付加し
た形状で、磁界セン、す部６にこの切頭面が向くように
設置されるのが好ましいが、形状及び設置の位置はこれ
に限られるものでなく、磁界センサ部６に周囲の磁界が
収束される形状および設置位置であればよい。この磁界
収束用磁性体ｌｌの材料としては、けい素鋼等が好適に
用いられる。

上記光源部Ｉには、レーザダイオードが用いられ、好適
には干渉性の高いＤＦＢ（分布帰還形）レーザが用いら
れる。

また伝送用光ファイバ２、ｐ照用光ファイバ４、測定用
光ファイバ５に用いられる光ファイバは、通常用いられ
る石英系の単一モード光ファイバでも良いが、好適には
偏波安定性を向上させた偏波面保持光ファイバ（複屈折
光ファイバ）が用いられる。この偏波面保持光ファイバ
としては、応力付与型のものが好適であるが、楕円コア
型、楕円クラブト型、矩形コア型等でもよい。これら伝
送用光ファイバ２等には、光ファイバ裸線に熱硬化シリ
コン樹脂、ＵＶ硬化樹脂等により一次被覆された光ファ
イバ素線、もしくはこれにナイロン樹脂等により二次被
覆された光ファイバ心線等が好適に用いられる。

ファイバ形偏光子ＩＯには、応力付与型偏波面保持光フ
ァイバをコイル状に巻いたコイル形ファイバ偏光子等が
好適に用いられる。また、分波器３および合波器７には
、偏波面保持光カブラ等が好適に用いられる 本発明の光ファイバ磁界センサにおける磁界センサ部６
の一例を第２図に示す。図中符号１３は、メタリックガ
ラステープを示す。このメタリックガラステープ１３を
多数枚積層ずろことにより、角柱状のｍ歪体１４か形成
され、この表面にセンサ用光ファイバ１５を接着するこ
とにより、磁界センサ部６となる。本発明においては、
磁界センサ部６として上記構成のものが好適に用いられ
る。

上記メタリックガラステープ１３は、鉄、ニッケル、コ
バルトなどの強磁性金属を溶融状態から急激に冷却する
ことによってアモルファス金属とし、これをテープ状に
したものなどが好適に用いられる。ここで、磁歪体Ｉ４
に接着されるセンサ用光ファイバ１５としては、伝送用
光ファイバ２などに用いられるものと同一のものでよい
が、磁界センサ部６をより高感度にするためには、被覆
のされていない光ファイバ裸線を使用することが好まし
く、また温度特性の向上を意図するならば、金属被覆を
施したメタルファイバを用いることも可能である。

検出器８には、フォトダイオード等が用いられ、アンプ
９には、ロックインアンプなどが用いられる。

次に、この光ファイバ磁界センサの磁界検出機構につい
て説明する。

まず、光源部！より出射したレーザ光は、ファイバ彰偏
光子１０にて、その偏波面を伝送用光ファイバ２に用い
られる偏波面保持光ファイバの偏波面に一致させられる
。このファイバ形偏光子１０を通過したレーザ光は、偏
波面保持光カプラかろなる分波器３により参照光と測定
光に分波され、それぞれ参照用光ファイバ４、測定用光
ファイバ５へ導かれる。測定用光ファイバ５に導かれた
測定光は、磁界センサ部６に入射する。ここで、周囲に
磁界が存在した場合、この磁界は磁界収束用磁性体１１
にて磁界センサ部６に収束される。この磁界センサ部６
において、収束された磁界により磁歪体１４がひずみ、
その結果センサ用光ファイバ１５にら歪が加わることに
より、測定光に位相変化を与える。この位相変化された
測定光と、参照用光ファイバ４に導かれた参照光とが、
偏波面保持光カブラからなる合波器７により合波される
と干渉光が発生し、この干渉光をフォトダイオード等か
らなる検出部８にて受光し電気変換を行い、さらにロッ
クインアンプ等からなるアンプ部９にて増幅し出力され
磁界が検出される。

ここで、周囲の磁界が微弱な磁界であっても、磁界収束
用磁性体１１が形成されているため、これにより磁界が
収束され、磁界センサ部６の磁歪体Ｉ４に歪が発生し、
この微弱な磁界が検出される。すなわち、磁界収束用磁
性体ＩＩを設けることにより感度を上げることができる
。また磁界が収束されているため、磁界センサ部６を小
型化することができろ。

また、磁歪体を共振点近傍で使用する必要がなくなるの
で、寸法に制限されない。そして共振現象を示さないた
めに、磁界検出出力ら磁界の周波数に対して平坦となっ
て、信号処理が簡単となる。

さらに、この光ファイバ磁界センサを容器１２に収納す
ることにより外部と遮断されるため、温度変化、圧力変
化等の外部要因に起因するノイズの影響がなく、精度が
良好となる。また、同じく外部１境による光ファイバ等
の劣化を防ぐことができろ。

また、磁界センサ部６を第２図に示す構成とすることに
より磁界の方向により感度が変化するので、この磁界セ
ンサ部を用いた光ファイバ磁界センサは指向性を有する
ものとなる。

「実施例」 光源部１として、波長１．３μｍのＤＦＢレーザダイオ
ードを使用し、光の出力が−４，５ｄＢｍの偏光波を出
射させた。この偏波光は、消光比３８ｄＩ３のファイバ
形偏光子１０に・よりシングルモードＨＥ二の偏波光と
された。この際、ファイノく形部光子１０としては、応
力付与型の偏波面保持光ファイバを直径５０ｍｍのコイ
ル上に巻いて製作したしのを使用した。分波器３、合波
器７として、偏波面保持光カブラを用いて参照先とフリ
足先に分波もしくは合波をした。

伝送用光ファイバ２、参照用光ファイバ４、ヘリ定用光
ファイバ５には、応力付与型光ファイノくを用い、ブラ
ッド径１２５μｍ、被覆材料は紫外線硬化Ｉａｔ指、被
覆径４００μｍのものを用いた。

磁界センサ部６には、幅２５ｍｍ、長さ３０ｍｍ。

肉厚２５μｍのメタリックガラステープを約３５０収積
層し、厚みを１０ｍｍとした磁歪体を用いた。

この際使用したメタリックガラステープは、米国アライ
ト社製、２Ｇ０５ＣＯを用いた。これは、鉄、コバルト
、はう素、けい素を溶融状態から急冷して得られたアモ
ルファス状のメタリックガラステープである。この磁歪
体の端面に上記光ファイバを２１＋１接着して磁界セン
サ部６としたこの磁界センサ部６の上方及び下方に、け
い素鋼からなる磁界収束用磁性体１１を形成した。この
磁界収束用磁性体１１は幅５０ｍｍ、長さ５０ＩＩＩＩ
１１１肉ｉ’％３０ｍｍの角柱の一端面に、切頭面か幅
２０ｍｍ、長さ２０ｍｍで肉摩が３０１１ＩＩ１１の切
頭四角錐を付加した形状で、磁界センサ部６にこの切頭
面が向くように設置した。

検出部８としてはフォトダイオードを用い、アンプ部９
としてはロックインアンプを用いた。

また容器１２としては、へＢＳ樹脂を材料に用い、この
光ファイバ磁界センサが外部と遮断されるように形成し
た。

上記構成の光ファイバ磁界センサの周波数５ｋＨｚの磁
界に対する検出結果を第３図に示す。

第３図より明らかなように、Ｉ（Ｉ＠Ｏｅまで磁界検出
が可能であった。また、外部要因からのノイズがなく、
長期間使用してら光ファイバの劣化がなかった。

「発明の効果」 本発明の光ファイバ磁界センサは、周辺の磁界を磁歪体
と光ファイバとからなる磁界センサ部に収束させる機能
を佇する磁性体を設けたことにより、磁界か磁界センサ
部に収束されるため磁界センサ部の感度か向上する。ま
た、同じく測定ずろ磁界が磁界センサ部に収束されてい
るため、磁歪体を小さくすることか可能である。さらに
この光ファイバ磁界センサを、容器に収納したことによ
り、温度変化、圧力変化等のノイズ要因がないため精度
が向上し、また光ファイバの劣化が起こらない。

従って、本発明の光ファイバ磁界センサは、感度の向上
、小型化が可能、精度の向上、光ファイバの劣化の防止
という効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ磁界センサの実施例を示す
概略説明図、第２図はその磁界センサ部を示す概略斜視
図、第３図は磁界測定結果を示すグラフ、第４図は従来
の光ファイバ磁界センサを示す概略説明図である。 第１図 ６　・・・・・・磁界センサ部、 ＩＩ　　・・・・　磁界収束用磁性体、１２　・・・・
・・容器、１４　・・・磁歪体、 １５　・　・センザ用先ファイバ。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁歪体と光ファイバとからなる磁界センサ部に、周囲の
   磁界を収束させる機能を有する磁性体を設けたことを特
   徴とする光ファイバ磁界センサ。