JPH02291984A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は磁界センサに関する。

（従来の技術） 磁界センサはブローブとこのブローブの先端に設けられ
ているｎ１定素子とから構成されており、この測定素子
の形状には大きく分けて平型及びアキシャル型がある。

第６図及び第７図はかかる磁界センサの構成図であって
、第６図は平型のブローブ１と測定素子２とから構成さ
れる磁気センサであり、第７図はアキシャル型のブロー
ブ３と測定素子４とから構成される磁気センサである。

ここで、測定素子２．４はいずれもゲルマニウムのホー
ル発電器が用いられている。そして、磁界強度をａＰｌ
定する場合、平型ブローブの磁気センサでは磁界Ｈに対
してホール発電器が垂直に配置されようにブローブ１を
抑人し、又アキシャル型の測定素子４を持った磁界セン
サでは磁界Ｈに対してホール発電器が平行に配置されよ
うにブローブ３を挿入するものとなっている。

ところで、径の小さいパイプ内部における磁界強度を；
１１１＋定するには、平型のプローブ２よりもアキシャ
ル型のブローブ４の方がより径の小さいバイブ内部の磁
界強度をｎ１定するのにａ利である。

そこで、アキシャル型のブローブ４を持った磁界センサ
では、ブローブ３の径は測定素子４の大きさによって決
定される。具体的にブローブ３の径はφ５１程度となっ
ている。従って、バイブの径がφ５　ｒａｍ以下、例え
ば極細の径φ０．（ｉ５ｍｍとなると、ブローブ３をバ
イブ内部に挿入することができず、極細のパイプ内部の
磁界Ｉｌ？３定が不可能となる。

（発明が解決しようとする課８） 以上のように極細のバイブ内部の磁界強度をｄＰ１定す
ることが困難であった。

そこで本発明は、極細のバイブ内部の磁界強度を高精度
に４ν１定できる磁界センサを提倶することを１ユ１的
とする。

［発明の｛Ｉ■成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、光源と、この光源からの光を伝送する極細の
光伝送路と、この光伝送路の端部に端が接続されこの光
伝送路とほぼ同径に形成された中空の筐体と、この筐体
内部に配置され光伝送路先端部を保護するキャピラリー
と、光源からの光を直線偏光する直線偏光素子と、直線
偏光素子を透過した光を平行光にするセルフォックスレ
ンズと、直線偏光素子を透過した光に１／４波長泣相差
を付けるための１／４波長板と、この１／４波長板を透
過した直線偏光された光を磁界強度に応じて偏光面を回
転させるファラディー回転素子と、筐体の他端に設けら
れファラディー回転素子を通過した光を反射するミラー
と、このミラーで反射しファラディー回転素子及び直線
偏光素子を通過した光を抽出しこの光の光量から磁界強
度を算出するａｐｌ定手段とを備えて上記目的を達成し
ようとする磁界センサである。

（作用） このような手段を備えたことにより、光源からの光は極
細の光伝送路を伝送してこの光伝送路とほほ同径に形成
された筐体内部のキャビラセルフォックレンズを透過し
１／４波長板で１／４波長位相差が付けられ直線偏光素
子で直線偏光されてファラディー回転素子に送られ、こ
のファラディー回転素子で磁界強度に応じて直線偏光さ
れた光の偏光面が回転される。そして、このフ７ラディ
一回転素子で回転された光はミラーで反射して再び７ア
ラディ一回転素子などの人射時と反対方向に伝送して光
伝送路に送られる。この光はΔ−１定手段によって抽出
されこの光の光量から磁界強度が算出される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は磁界センサの構成図であり、第２図は同センサ
の一部構成図である。光源１０には発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）が用いられており、この先＃Ａ１０には極細、例
えばφ０，６５鰭程度の光ファイバー１１が接続されて
いる。この光ファイノ＜一１１の他端には中空の筐体つ
まり銅パイブ１２が接続されており、この銅パイブ１２
はその径が光ファイバー１１とばぼ同径、具体的には内
径がφ０　．　６　５　ａｍに形成されるとともに長さ
が１５０＋＊＋ｍに形成されている。この銅バイブ１２
の中空内部には第２図に示すように各光学素子が配置さ
れている。

すなわち、光ファイバー１１の端部と接触してこの光フ
ァイバー１１の先端部を機械的に保護するキャピラリ１
３が配置されている。このキャビラリ１３に接触して直
線偏光を行う偏光子１４が配置され、さらにこの偏光子
１４からセルフオ・ノクレンズ１５を介してファラディ
ー回転素子としてのガーネット素子１６が配置されてい
る。そして、このガーネット素子１６から見て銅バイブ
１２の先端側には４分の１波長板（以下、波長阪と省略
する）１７が配置され、銅パイブ１２の先端には金属膜
から形成されたミラー１８が設けられている。

又、先ファイバー１１の任意の位置には方向性結合器１
９が設けられている。この方向性結合器１９はミラー１
８で反射してファラデイ一回転索子１６や１一光子１４
を透過してきた光を抽出してＡＩｌ定器２０へ送る機能
を持ったものである。この測定器２０は方向性結合器１
９で抽出された光の受光量から磁界強度を求める機能を
Ｈするものである。なお、このａｌｌ定器２０で求めら
れた磁界強度はデータ処理装置２１に送られて管理等さ
れている。

次に上記の如く構成された磁界センサの作用について説
明する。

光源１０が発光すると、この先源１０からの光は先ファ
イバー１１を伝送して銅パイブ１２の内部に配置された
キャビラリ１３を通って一光子１４に到達する。この偏
光子１４により光は直線偏光されてセルフォックレンズ
１５に送られ、このセルフオックレンズｌ５で平行光に
変換されてガーネット素子１６に入射する。この状態に
ガーネット素子１６に磁界Ｈが加わると、このガーネッ
１・索子１６は入射した光の｛一光而を磁界強度に応じ
て回転させる。ここで、ガーネット素子１６のベルデ定
数をｖ１ガーネット素子１６の情方向の厚さをｇ、ガー
ネット素子１６に加イ）った磁界をＨとすると、ガーネ
ット素子１６における光の偏光面の回転角ψは、 ψ一Ｖ　−　Ｈ−４７ となる。そして、このガーネット素子１６で｛一光面か
回転された光は波長板１７で４分の１波長たけ位相がず
らされて円偏波となる。そうして、この円偏波に変換さ
れた光はミラー１８で反射して再び波長板１７、ガーネ
ット索子１６、セルフオツクレング１５、偏光子１４及
びキャビラリｌ３を透過して光ファイバー１１に入射す
る。ここで、ミラー１８で反射した光は再び波長ｋｌ７
をｉｌ４するので、このとき４分の１波長だけＩｎ　｝
Ｅｌがずらされる。従って、この波長板１７を透過した
反射光は２分の１波長だけ位相がずれる。そうして、こ
の反射光は光ファイバー１１を伝送して方向性結合ｒＡ
１９に到達し、この方向性結合器１９で抽出されてＪｌ
ｌ定器２０に送られる。このハ１定器２０は入射した光
を充電変換素子で電圧信号に変換し、この電圧信号レベ
ルから磁界強度を求める。この磁界強度の求め方は、電
圧信号のレベルが第３図に示すように磁界強度に対して
サインカーブを描くことを応用している。すなわち、ガ
ーネット素子１６へ入射する光とミラー１８で反射して
ガーネット素子１６を透過した光とはＸＺ平面内で方位
角度が９０″ずれることになるので、磁界Ｈが全く加わ
っていない場合にはガーネット素子１６において光の１
一光而は回転せずＡｐ１定Ｗ　２０への光量は零となる
。そして、磁界Ｈが加わると、この磁界強度に応じてガ
ーネット素子１６は光の偏光面を回転させるので、この
回転角に応じて測定器２０への光量が変化する。従って
この光量に応じた第３図に示すような電圧レベルの変化
から磁界強度が求められる。

このように上記一実施例においては、極細の光ファイバ
ー１１の端部にこの光ファイバー１１とほぼ間径の銅バ
イブ１２を接続し、この銅パイブ１２内部に偏光子１５
、ガーネット素子１６及びミラー１８などを配置してガ
ーネット索子１６で偏光面が回転した光をミラー１８で
反射させてＡＰｊ定器２０に送る構成としたので、銅パ
イブ１２の径を極細の光ファイバー１１．１８とほぼ同
径、具体的には銅バイプ１２の内径をφ（１．１ｉ５ｍ
ｍ程度に形成することができる。従って、径がミリオー
ダのパイプ内部の磁界が容易に測定できる。そのうえ、
銅パイブ１２をバイブ内に挿入させてガーネット素子１
６の軸方向に対して垂直に磁界Ｈを加えることにより、
この方向に加わる磁界強度を高精度にａ１定できる。さ
らに、光ファイバー１１において外乱を受けたとしても
この外乱は偏光子１４で除外されて外部の磁界や電界の
影響を受けることがない。又、銅パイブ１２の内部に偏
光子１４やガーネット素子１６．ミラー１８等を配置す
る構成なので、光軸がずれに＜＜、かつその製造が簡単
である。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、ｍ
４図に示すように波長板１７を無くした構成としても良
い。このように構成すれば、川定器２０における光電変
換素子の出力電圧は、第５図に示すようにガーネット本
子１６に磁界Ｈが全く加わっていない状悪に最大レベル
を示すようになる。又、光源としては発光ダイオードに
限らずレーザダイオードやＨｅＮｅレーザなどを用いて
も良く、さらにミラーは金属膜の他にアルミニウムや誘
電体を用いても良い。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、極細のバイブ内部
の磁界強度を高精度にＪＦｊ定できる磁界センサを提洪
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明に係わる磁界センサの一実施
例を説明するための図であって、第１図は全体構成図、
第２図は銅パイプ内部の構成図、第３図はΔ−１定器で
の磁界強度の算出作用を説明すンサの構成図である。 １０・・・光源、１１・・・光ファイバー　１２・・・
銅パイプ、１３・・・キャピラリ、１４・・・偏光子、
１５・・・セルフオツクレンズ、１６・・・ガーネット
素子、１７・・・波長板、１８・・・ミラー出願人代理
人　弁理士　鈴江武彦 ｋ＋：　　３　　：′Ｉ 第　１　口 第　４　＝ 第　ｅ　口 第　７　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、この光源からの光を伝送する極細の光伝送路と
   、この光伝送路の端部に一端が接続されこの光伝送路と
   ほぼ同径に形成された中空の筐体と、この筐体内部に配
   置され光伝送路先端部を保護するキャピラリーと、前記
   光源からの光を直線偏光する直線偏光素子と、前記直線
   偏光素子を透過した光を平行光にするセルフォックスレ
   ンズと、前記直線偏光素子を透過した光に１／４波長位
   相差を付けるための１／４波長板と、この１／４波長板
   を透過した直線偏光された光を磁界強度に応じて偏光面
   を回転させるファラディー回転素子と、前記筐体の他端
   に設けられ前記ファラディー回転素子を通過した光を反
   射するミラーと、このミラーで反射し前記ファラディー
   回転素子及び前記直線偏光素子を通過した光を抽出しこ
   の光の光量から前記磁界強度を算出する測定手段とを具
   備したことを特徴とする磁界センサ。