JPH02156179A

JPH02156179A - 光ファイバ磁界センサ

Info

Publication number: JPH02156179A
Application number: JP31072288A
Authority: JP
Inventors: Fumio Suzuki; 文生鈴木; Yoshio Kikuchi; 菊地　佳夫; Ryozo Yamauchi; 良三山内; Takao Shioda; 塩田　孝夫
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1988-12-08
Publication date: 1990-06-15

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、磁歪効果により光ファイバに歪を与える磁界
センサ部の磁歪体を改良した光ファイバ磁界センサに関
するらのである。

「従来の技術」従来より、磁界、磁気等の測定機器としては、マツハツ
エンダ干渉型の光ファイバ磁界センサ等が一般に広く知
られている。従来の光ファイバ磁界センサは、■レーザ
光を出射する光源部、■出射されたレーザ光を参照光と
測定光に分波し、それぞれ参照用光ファイバおよび測定
用光ファイバに導く分波器、■測定用光ファイバ上に設
けられ、磁歪体と光ファイバからなり、磁界により測定
光に位相差を与える磁界センサ部、■磁界センサ部から
の位相変化された測定光と、上記参照光を合波する合波
器、０合波器にて発生する干渉波を検出する検出部、■
検出部からの電気信号を増幅するアンプ部、■その他伝
送用の光ファイバ等、などにより構成されるものである
。

この内、■の磁界を検知する磁界センサ部について、第
６図を用いて説明する。

この磁界センサ部ｌは、磁性材料をコイル状に巻回、積
層した磁歪体２の外面上にセンサ用光ファイバ３が数回
巻き付けてなる乙のである。この磁性材料としては通常
メタリックガラステープが用いられ、このメタリックガ
ラステープは鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性金属
を溶融状態から惣激に冷却することによりアモルファス
状態とし、このアモルファス金属をテープ状に形成され
たものである。

「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１の磁歪体２は巻回して積
層したものであるので、磁歪材料に可撓性がない場合は
作製できない問題がある。また、磁歪体２が巻回体であ
ることにより、形状が制限されてしまい、例えば設置場
所が極めて薄い場合などには、対応できないという問題
を起こす。

「課題を解決するための手段」本発明は、磁歪材料を積層してなる磁歪体を設けたこと
を、解決するための手段とした。

「作用　」磁歪体が積層物であることにより、可撓性の無い磁歪材
料でら磁界センサ部の磁歪体として用いることができる
。また、積層物であるので形状の自由度が大きい。

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４は
、光源部を示す。この光源部４はこの光源部４から出射
した光を伝送するための伝送用光ファイバ５により、フ
ァイバ形偏光子６を介して分波器７と結合されている。

この伝送用光ファイバ５は、分波器７により参照用光フ
ァイバ８と、測定用光ファイバ９とに分割されている。

測定用光ファイバ９には、磁界センサ部１が設けられて
いる。上記測定用光ファイバ９は、この磁界センサ部ｌ
を経て、合波器１０にて再び参照用光ファイバ８と接合
し、−本の伝送用光ファイバ５となる。この伝送用光フ
ァイバ５は検出部１１と結合し、この検出部１１はアン
プ部１２と結合している。

本発明の光ファイバ磁界センサの特徴は、上記磁界セン
サ部ｌの磁歪体２が積層体であるところにある。この−
例を第２図に示す。

図中符号１３は、磁歪材料を示す。この磁歪材料１３を
積層することにより角柱状の磁歪体２が形成される。こ
の磁歪体２の表面にセンサ用光ファイバ３を接着するこ
とにより、磁界センサ部１となる。上記磁歪材料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
、これを板状、テープ状等にしたものなどが好適に用い
られる。

また、この積層体よりなる磁歪体２の他の例を第３図に
示す。

幅の異なる磁歪材料１３を積層することにより、円柱状
の磁歪体２が形成される。この磁歪体２の外面−Ｌにセ
ンサ用光ファイバ３を多数回巻き付けることにより磁界
センサ部１となる。

上記光源部４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ＤＩ？１３（分布帰還形）レーザが用
いられる。

また伝送用光ファイバ５、参照用光ファイバ８、測定用
光ファイバ９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乙良いが、好適には
偏波安定性を向−トさせた偏波面保持光ファイバ（複屈
折光ファイバ）が用いられろ。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、楕円ブラッド型、矩形コア型等でもよい。これら
伝送用光ファイバ５等には、光ファイバ裸線に熱硬化ノ
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。

また、磁歪体２に接着されるセンサ用光ファイバ３とし
ては、伝送用光ファイバ５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１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、金属液１を施したメタルファイバを用いることも可
能である。

ファイバ形偏光子６には、応ノＪ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７および合波器ＩＯに
は、偏波面保持光カブラ等が好適に用いられる検出部１１には、フォトダイオード等が用いられ、アン
プ部１２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４より出射したレーザ光は、ファイバ形偏
光子６にて、その偏波面を伝送用光ファイバ５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６を通過したレーザ光は、偏波面
保持光カブラからなる分波器７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８、測定用光ファ
イバ９へ導かれる。測定用光ファイバ９に導かれた測定
光は、磁界センサ部１に入射する。ここで、周囲に磁界
か存在した場合、この磁界センサ部１において、収束さ
れた磁界により磁歪体２がひずみ、その結果センサ用光
ファイバ３にも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８に導かれた参照光とが、偏波面保持光カプラか
らなる合波器１０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１１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１２にて増幅し出力され磁界が検出され
る。

ここで磁歪体２を積層体とすることにより、磁歪材料１
３が可撓性の無い物でも使用可能となる。

また、磁歪材料１３の積層枚数、形状などを変化さける
ことにより、磁歪体２の形状、すなわち磁界センサ部１
の形状が自由に選択できる。よって、例えば極めて狭い
空間の磁界を測定可能とする１等の効果を有する。また
、上記磁歪体２を第３図に示す円柱状にした場合、磁歪
体２外面上のセンサ用光ファイバ３の巻き数を増やすこ
とにより、センサ用光ファイバ３の長尺化ができる。セ
ンサ用光ファイバ３を長くすることは、光ファイバ磁界
センサの感度を向上させるものである。

また、上記磁歪体２の磁気的共振周波数を、検知する磁
界の周波数と一致させるため、この磁歪体２の長さを、（ただし、Ｑは磁歪体２の長さ、ｆｏは検知する磁界の
周波数、ρおよびＥは磁歪体２の密度およびヤング率、
ｎは零を含む整数）にて規定される値とすることらでき
る。磁歪体２の長さを上記式にて規定することにより、
検知する磁界の周波数と磁歪体２の共振周波数とが一致
し、本発明の光ファイバ磁界センサの感度を向上させる
。

「実施例」（実施例１）光源部４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３８ｄｒ３のファイバ
杉偏光千６によりシングルモード１１Ｅ：、の偏波光と
された。この際、ファイバ形偏光子６としては、応力付
与型の偏波面保持光ファイバを直径５０ｍ＋ｏのコイル
上に巻いて製作したものを使用した。分波′５７、合波
器１０として、偏波面保持光カブラを用いて参照光と測
定光に分波もしくは合波をした。

伝送用光ファイバ５、参照用光ファイバ８、測定用光フ
ァイバ９には、応力付与型光ファイバを用い、クラツド
径１２５μｍ１被覆材料は紫外線硬化樹脂、彼覆径４０
０μｍのものを用いた。

磁界センサ部Ｉには、幅２５ｍ＋ｅ、長さ５０ｍｍ。

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
ド社製、２６０５ＣＯ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２ｍ接着して磁界センサ部
Ｉとした検出部１１としては、フォトダイオードを用い
、アンプ部１２としては、ロックインアンプを用いた。

この光ファイバ磁界センサの最小磁界検出感度は、第４
図に示すようにｌ（Ｉ’Ｏｅであった。

（実施例２）また、磁界センサ部１として幅２５ｍｍ、長さＩｏｏｆ
ｆｉｌｍ、肉厚２５μｍの上記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、他の構成は同一としたしのを実施例２とした。

ここで、上記（１）式より、実施例１および実施例２の
磁歪体２の磁気的共振周波数を計算にて求めた結果、実
施例Ｉにおいては４３ｋＨｚ、実施例２は２２ｋｌ−（
ｚであった。また、実施例１および実施例２の磁界セン
サ部１に、それぞれ長さ方向に磁界をかＩす、その周波
数特性を求めた結果を第５図のＡおよびＢに示す。Ａは
実施例１を示し、そのピーク値は４０に＋−１ｚ付近で
あり、Ｂは実施例２を示し、そのピーク値は２０ｋＨｚ
付近である。以上、計算値と実測値が良く一致すること
から（１）式より検知する磁界の周波数に合わせて磁歪
体２の長さを決定することにより、光ファイバ磁界セン
サの感度が良好となる。

「発明の効果」本発明は、磁歪材料を積層してなるぽ歪体と光ファイバ
とからなる磁界センサ部を何することを特徴とする光フ
ァイバ磁界センサであるので、可撓性の無い磁歪材料で
も磁界センサ部の磁歪体として用いることかできる。ま
た、磁歪体の形状の自由度が大きい。従って、本発明の
光ファイバ磁界センサは、磁歪材料の選択範囲が広く、
さらにいかなる場所においても磁界を測定できるという
効果を存するものである。

【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泡例を示す
概略説明図、第２図および第３図はその磁界センサ部を
示す概略斜視図、第４図は実施例の磁界測定感度を示す
グラフ、第５図は実施例の周波数特性を示すグラフ、第
６図は、従来の光ファイバ磁界センサの磁界センサ部を
示す概略斜視図である。ｌ　・・・・・・磁界センサ部、２　・・・・・・磁歪
体、３　・・・・・・センサ用光ファイバ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁歪材料を積層してなる磁歪体と光ファイバとか
らなる磁界センサ部を有することを特徴とする光ファイ
バ磁界センサ。
（２）磁歪体の共振周波数を、検知する磁界の周波数と
一致させたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
磁界センサ。