JPH02272375A - 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、ファラデー効果により磁界を検出する先ファ
イバ磁界センサに関するものである。

「従来の技術」 第７図は、ファラデー効果を用いた従来の磁界センサの
一例を示すものである。図中符号１は、光源を示す。こ
の光源１を出射した光は、伝送用光ファイバ２内を伝送
されて、磁界センサ部３に入射する。この磁界センサ部
３は、偏光子４と光ファラデー素子５と検光子〇とから
構成されるものである。磁界センサ部３に入射した光は
、まず偏光子４により偏波面の一定した光とされ、光フ
ァラデー索子５によって印加磁界に比例した偏波面回転
を受ける。この偏波面の回転した光は、検光子６により
最初の偏波面に対する直交成分が検出される。従って、
偏波面の回転の大きい光はどその直交成分が大きくなる
ため、印加された磁界の大きさによりその検光子〇の検
出ずろ光の量が変化する。この検光子６から出射された
光を再び伝送用光ファイバ２内を伝送して、検出部７に
入射させ、さらに検出部７内にて検出された後、増幅部
８にて増幅および必要な信号処理がされた後、磁界の大
きさとして出力される。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、従来の磁界センサは、磁界センサ部３におい
て光を一旦伝送用光ファイバ２内から外部に出射し、偏
光子４、光ファラデー素子５、検光子６を介して再び光
ファイバ１内に入射しなければならない。従って、出射
、入射等のためのレンズ系など、多くの部品が必要とさ
れる問題がある。

また、その取扱い等の手間が多いという問題もある。さ
らに、部品が多いことより小型化が困難なこと等の問題
も生ずる。

「課題を解決するための手段」 本発明においては、コアから離間した位置であって、そ
のモードフィールド径内にファラデー効果を育する物質
を設けた光ファイバを磁界センサ部とした光ファイバ磁
界センサを、解決するための手段とした。

「作用　」 光ファイバ磁界センサに磁界が印加された場合、磁界セ
ンサ部においてコアからにじみだした光が、ファラデー
効果を有する物質内を透過する際、この物質により偏波
面が回転し、最初の偏波面に対して直交成分が発生ずる
。この直交成分の大きさから磁界の強さを検知すること
ができる。

以下、本発明の光ファイバ磁界センサについて説明する
。

本発明の光ファイバ磁界センサの特徴は、その磁界セン
サ部にある。第１図は、その磁界センサ部の一例を示す
しのであり、第２図は、第１図中■−■断面を示すもの
である。図中符号９は、センサ用光ファイバを示すもの
である。このセンサ用光ファイバ９は、所定の曲率半径
で曲げられており、この曲部の外周部に切削等により平
面状の切削面１０が形成されている。この切削面ＩＯは
、コア１１が露出しない位置であって、コア１１に近接
し、そのモードフィールド径内に形成されたちのである
。この切削面１０に、ファラデー効果を有する板状の材
料（以下ファラデー材料とする）１２を接着させること
により、本発明の光ファイバ磁界センサに用いられる磁
界センサ部３が形成される。この例においては、センサ
用光ファイバ９に応力付与型偏波面保持光ファイバを用
いているが、この場合は、応力付与部１３、Ｉ３の一方
が、切削面側となるように予め調整されることが好まし
い。

上記ファラデー材料１２としては、ファラデー効果が大
きい材料であればよく、例えば、（Ｇｅ　１．３　Ｂ＋
　＋、ｔ）　ｓ　Ｆｅ　ａ　Ｏ＋２Ｙ　　Ｆｅ３０ （Ｇｄ　　ｔ、＋　　Ｂｉ　　Ｑ、８）　　３　　（Ｆ
ｅ　　ＡＩ　　Ｇａ）　　５０　　＋ｔなどの材料が好
適に用いられる。

また、センサ用光ファイバ９をしては、通常用いられろ
石英系の単一モード光ファイバでもよいが、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
、楕円クラッド型、矩形コア型等でもよい。

本発明の先ファイバ磁界センサの磁界センザ部３の断面
（第２図に示す■−■断面）におけるモードフィールド
分布を第３図に示す。図中符号Ａが、ファラデー材料内
にしみだした光を示す部分である。符号Ｂは、コア内を
示すものである。ここで、磁場の向きがセンサ用光ファ
イバ９と平行の方向（第１図矢印の方向）となる“よう
に磁界を印加した場合は、上記符号Ａに示す部分の光の
偏波面が回転をし、当初の偏波面に対して一定角度を有
する偏波面となる。この偏波面の回転を、当初の偏波面
に対する直交成分として検出することにより磁界の検知
が行える。

上記磁界センサ部の例においては、センサ用光ファイバ
９は所定の曲率を有するものとなっているが、本発明に
おいてはこれに限られるものでなく、コア１１からにじ
みでた光がファラデー材料内を通過する構成であればよ
い。従って、例えば−定延伸を行ったセンサ用光ファイ
バ９をコア近傍まで切削して、その切削面にファラデー
材料１２を張り合わせたもの等でもよい。

次に、上記磁界センサ部３を用いた本発明の光ファイバ
磁界センサについて、第４図を用いて説明する。

第４図は、本発明の光ファイバ磁界センサの一例を示す
もので、図中符号ｌは光源を示す。光源ｌは、光源ｌよ
り発する光を伝送するための伝送用光ファイバ２によっ
て第１の光ファイバ偏光子Ｉ４を介して磁界センサ部３
と結合されている。この磁界センサ部３は、同じく伝送
用光ファイバ２によって第２の光ファイバ偏光子１５を
介して、検出部７と結合している。この検出部７は、さ
らに増幅部８に結合されている。

上記光源部ｌには、通常用いられるレーザダイオード等
が用いられる。また伝送用光ファイバ２、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、楕円クラッド型、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、
先ファイバ保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。

光ファイバ偏光子１４．１５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。検出部７には通常用いられる
フォトダイオード等が好適にもちいられ、さらに増幅部
８には、通常用いられる増幅機等が用いられる。

次に、本発明の光ファイバ磁界センサにおける磁界の検
知機構について説明する。

まず、光Ｒ１を出射した光は、伝送用光ファイバ２内を
伝送されて、第１の光ファイバ偏光子１４に入射する。

この光ファイバ型偏光子１４により偏波面を一定にされ
た光は、さらに伝送用光ファイバ２内を伝送されて磁界
センサ部３に至る。この磁界センサ部３においては、前
述したようにコアからにじみでた光が、ファラデー材料
内を通過することにより、磁界が印加されていた場合に
おいては、光の偏波面が磁界の強度に応じて回転し、当
初の偏波面に対して、磁界の強さに応じた直交成分を発
生させる。この偏波面の回転した光はさらに伝送用光フ
ァイバ２内を伝送させて第２の光ファイバ型偏光子１５
に伝送されろ。この第２の光ファイバ偏光子１５により
上記直交成分のみの偏波面とされた光は、さらに伝送用
光ファイバ２内を伝送されて検出部７に入射する。この
光を検出部７にて検出、すなわち、磁界の強度に応じた
直交成分のみの光を検出し、増幅部８にて増幅および必
要な処理をした後、磁界の強さとして出力されろ。

なお、磁場と検出出力の関係は、一般に第６図に示すよ
うに正弦波状に変化する。従って、予め直流磁界による
バイアスを掛けておき、第６図に示す中央の直線部分で
使用することにより、センサとして感度ら高く、また直
線性の良い領ｊ域で使用することができる。

「実施例」 磁界センサ部３におけるセンサ用光ファイバ９の曲率半
径を８０ｍｍとして、コア１１とファラデー材料１２と
の間隔を最短の部分で３μｍとした。ファラデー材料１
２としては、 （Ｇｄ　ｔ、＋　Ｂｉ　ｏ、ａ）　ｓ　（Ｆｅ　ＡＩ　
Ｇａ）　、０　１２を用いた。センサ用光ファイバ９、
伝送用光ファイバ２としては、応力付与型偏波保持光フ
ァイバを用いた。第１、第２の光ファイバ偏光子１４、
Ｉ５としては、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を用いた。

光源部１、検出部７、増幅部８としては、通常らちいら
れるレーザダイオード、フォトダイオード、アンプを用
いた。この光ファイバ磁界センサの特性を第５図に示す
。

第５図より明らかなように、本発明の光ファイバ磁界セ
ンサは、磁界を測定するのに充分な特性を存するもので
ある。また、本実施例の磁界センサ部３の寸法は、直径
２　ｍｍ、長さ２０ｍｍの円筒の容器に充分収納可能で
あった。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明はコアから離間した位置で
あって、そのモードフィールド径内にファラデー効果を
有ずろ物質を設けた光ファイバを磁界センサ部とするこ
とを特徴とする光ファイバ磁界センサであるので、この
光ファイバ磁界センサに磁界が印加された場合、磁界セ
ンサ部においてコアからにじみだした光が、ファラデー
効果を育する物質内を透過するため、この際この物質に
より偏波面が回転し、直交成分が発生する。この直交成
分の大きさから磁界の強さを検知することができる。ま
た、従来の磁界センサと比較してレンズ等の部品を必要
としないため小型化が可能である。さらに、従来の磁界
センサのように光ファイバから測定光を一旦出射したの
ち再度入射するという操作をしなくてもよいため、伝送
損失が少なくレンズの調整等の手間も無い。

従って、本発明の光ファイバ磁界センサは、小型化可能
および測定時の手間が少ない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磁界センザ
部の一例を示す概略正面図、第２図は第１図に示す磁界
センサ部の概略断面図、第３図は第２図に示す断面にお
けるモードフィールド分布を示すグラフ、第４図は本発
明の光ファイバ磁界センサの一例を示す概略説明図、第
５図は本発明の光ファイバ磁界センサの特性を示すグラ
フ、第６図は磁場の強さと光の直交成分の強さとの関係
を示すグラフ、第７図は従来の磁界センサを示す概略説
明図である。 磁界センサ部、１１・・ ファラデー材料。 コア、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コアから離間した位置であって、そのモードフィールド
   径内にファラデー効果を有する物質を設けた光ファイバ
   を磁界センサ部とすることを特徴とする光ファイバ磁界
   センサ。