JPH03115984A - 光学式磁界測定器 - 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） 本発明は光を用いて磁界を測定する測定器に関するもの
であり、特に直流磁界か直流成分を含む磁界を測定する
のに適するものである。

（従来の技術） 従来、光を用いて磁界を測定するが１１１定器として、
ファラデー効果を利用した第２図のようなものが知られ
ている。これは、光源Ｉから出た光が被測定磁界中に設
置されているファラデー磁界センサ４を経て受光器５に
入射するようにしたものである。ファラデー磁界センサ
４は入射した光を偏光子４３で直線偏光にし、この光の
偏光面を被測定磁界中におけるファラデー索子４４のフ
ァラデー効果により被測定磁界に比例して回転させ。

この偏光面の回転を検光子４６（偏光子と同じ）によっ
て光の強弱に変換して出射させるものである。

なお、被測定磁界と受光器５に入射する光量との間の関
係を感度の良い直線関係とするために。

２つの偏光子４３．４６の間に適切な旋光子４５を挿入
するのが一般的である。

（発明が解決しようとする課題） 従来の磁界測定器では光源１．光伝送路７゜ファラデー
素子４４、偏光子４３．４６、旋光子４５．受光器５等
の各部品の特性が、温度変化、機械的な位置変化等によ
り変動し易いため、磁界の測定値にドリフトが生じるこ
とがあった。

前記のドリフトの要因のうち、光源１の変動については
適当なフィードバックによって低減が可能である。また
、被測定磁界が交流磁界であれば被測定磁界の向きが反
転するため、受光器５の出力を平均することにより各種
の変動要因を補償するための信号を得ることができるが
、被測定磁界が直流磁界かまたは直流磁界を含む磁界で
ある場合には被測定磁界の向きが反転しないので、上記
の変動を補償することができず、測定誤差が大きくなる
という問題があった。

本件発明者らは鋭意研究した結果、被測定磁界の向きが
反転しない直流磁界又は直流磁界を含む磁界の場合に、
被測定磁界の向きを変える代わりに光の向きを反転させ
ることにより、被測定磁界の向きが反転したのと同等の
出力が受光器５で得られることが分かった。

光の向きを変えるためには通常は光スィッチが用いられ
る。光スィッチには大別して、メカニカルスイッチと導
波路型スイッチとがある。しかし、ｍ界測定の場合、フ
ァラデー素子と偏光子を通過した光の非常に微小な強度
変化を検出する必要があるため、どちらのスイッチも使
い物にならない６つまり、メカニカルスイッチは光ファ
イバやプリズムを機械的に動かして光を断続するもので
あるため、接続時の光電が断続する度に変動してしまい
使用できない。導波路型スイッチは可動部がないため接
続時の光量変動が小さ（、切替え時間も短いが、現状の
導波路型スイッチの特ｆ１−レベルでは光の切断時に光
が漏れて通過してしまい、しかもその通過量が多い（ア
イソレーションが悪い）ため使用できない。

従って、本件発明者らが知得した１１１１記の光の向き
を反転させるという考えも、これまでの光スイッチを使
用したのでは実現困難であった。

（発明の目的） 本発明の目的は現状で人［１１丁能なレベルの８種部品
を使用して、光源、光伝送路、ファラデー素子、偏光子
、旋光子、受光器等の各部品に特性変動が生じても、磁
界の測定値に生じるドリフトを補償できるようにした光
学的磁界測定器を提供することにある。

（課題を解決するためのＬ段） 本発明の光学的磁界測定器は第１図のように光源ｌと、
ファラデー磁界センリ′４と、受光２３５と、　ｉｉｉ
記光源１からの光を二分する方向性結合器２１と、二分
された光の夫々を断続する光チョッパ３１．３２と、断
続された光を前記ファラデー磁界センサ４の光路の２つ
の端部４１．４２の夫々に入射させ、且つ同センサ４か
らの光を出射させる２つの方向性結合器２２．２３と、
同センサ４から出射した光の夫々を断続できる光チヨ・
ソバ３３．３４と、このチョッパ３３．３４からの光を
まとめて受光器５に入力する方向性結合器２４とを備え
たことを特徴とするものである。

（作用） 本発明の光学式磁界測定器では方向性結合器２１と、光
チョッパ３１．３２．３３．３４が設けられているので
次の二つの態様の動作をする。

動作Ａ 光チョッパ３１．３４を接続状態、光チョッパ３２．３
３を切断状態にすると、光源１から出た光は方向性結合
ｙｉ２１で二分され、このうち光チョッパ３１に向かう
光だけが開光チョッパ；３１を通過して方向性結合器２
２に入る。この光はファラデー磁界センサ４の光路８の
端部４１から端部４２の方向に通過する。このとき、フ
ァラデー磁界センサ４に入射した光は偏光ｐ４３により
直線偏光にされ、この光の偏光面が被測定磁界中におけ
るファラデー素子４４のファラデー効果により被測定磁
界に比例して回転され、この偏光面の回転が検光子４６
により光の強弱に変換され、磁界の強さに応じた強度変
化を受けて出射される。

この光は中にノｊ向性結合器２：３、光Ｊ−ヨッパ３４
、方向性結合器２４を経て受光器５に至る。

動作Ｂ 光チョッパ３２．３３を接続状態、光チョッパ３１．３
４を切断状態にすると、光源ｌから出た光は方向性結合
器２１で二分され、このうち光チョッパ３２に向かう光
だけが同光チョッパ３２を通過してノｊ向性結合ａ：ｉ
　２　：’３に入る。この光はファラデー磁界センサ４
を１１１１回の動作Ａとは逆に、ファラデー磁界センザ
４の光路８の端部４２から端部４１の方向に通過し、こ
の間に動作Ａの場合と同様に磁界の強さに応じた強度変
化（但し動作Ａとは逆の変化）を受ける。この光は川に
方向性結合器２２、光チョッパ３３、方向性結合′Ａｉ
：２４を経て受光器５に至る。

以Ｖのように動作Ａと動作Ｂとを適宜切替えることによ
り、ファラデー磁界センザ４の磁界が零であるときに得
られるはずの光出力を中心にして、磁界の強さに応じた
強度変調を受けた光出力が受光器５に得られる。

受光２に５からの出力を＋’＋７７記動作△、Ｂの切替
えに同量させて信り処理することにより、ファラデー磁
界センサ４の磁界が零であるときに得られるはずの受光
器５からの出力レベルを知ることができるにの出力レベ
ルが当初設定した零磁界における出力と等しければ、各
部品の特性は〉１１初没定した値から変化していないこ
とになり、測定値がドリフトの５５６を受けないＨ’（
の１ｉｎｌＷ値となる。。

しかし、その出力レベルが当初設定した零磁界における
出力レベルと穴なっていれば、このときは諸部品の特性
が当初の設定値から変動していることになるので、この
ときは何らかのフィードバックを施すとか、得られる磁
界の測定値に適切な補正を施す等して、古部品の特性変
動により測定値に生じるドリフトを補償し、真の磁界の
測定値を得ることができる。

（実施例） 第１図は本発明の光学式磁界測定器の一実施例である。

本発明の方向性結合器２１〜２４としては８神のものを
使用することができるが、できるだけ結合損失の小さい
ものを使用するのが望ましい、また、同結合器２１〜２
４はアイソレーションが良いこと（例えば光チョッパ３
１を経て、方向性結合器２２に入射した光のうち、ファ
ラデー磁界センザ４へ向かわずに光チョッパ３３へ出射
してしまう光が少ないこと）が望まれるが、この場合、
光チョッパ３３へ出射してしまう光は、結局は同光チョ
ッパ３３で■トぬられてしまう（これは他のｌｊ向性結
合器の場合も同じ）ので、アイソレーションが良いこと
は絶対条件ではない。

また、方向性結合器２１．２４には分岐比が１・１のも
のを使用するのが望ましい。

本発明の光チョッパ３１〜３４としてはメカニカルチョ
ッパ、電気光学式チョッパなどを使用することができる
。特性的には消光比がよく、また断続を繰返したときの
接続時の光は変動が非常に小さいものが望ましい。これ
らの特性が悪いとそのまま測定精度の低下につながる１
、１４体的には消光比２５ｄＢ以−ト、接続時の光楢変
動０．０１ｄＢ以Ｆのものが望ましい。

本発明のファラデー磁界センサ４は、入射した光を偏光
子４３により直線偏光にし、この光の偏光面を被測定磁
界中におけるファラデー素Ｐ４４のファラデー効果によ
り被測定磁界に比例して回転させ、この偏光面の回転が
検光子４６により光の強弱に変換して出射されるように
したものである。

このファラデー磁界センザ４は第１図に示したものに限
らず、様々な構成のものを使用することができるが、光
路の両端部が光学的に対称に構成されているものが望ま
しい。これは本発明の光字式磁界測定器では、光がファ
ラデー磁界センサ４を通過する方向を逆にしたときに、
できるだけ条件が変わらないほうが良いからである。

実際の磁界測定に４またってはファラデーＦＩＢ界セン
サ４のみを被ｉｌ＋１定磁界内に置き、他の部品との間
を光ファイバで接続すれば、同センザ４と測定イに本体
を一つなぐものは光フ、・イバのみとなり、χ・１電撃
性や誘導ノイズの低減等の面でイー■利である。

また、そのようにすれば複数の方向性：結合′ｌ３２１
〜２４及び複数の光チョッパ：３１〜３４の設置条件を
一定に保ち易くなる。本発明の光学式磁界測定器ではこ
れらの部品の設置条件を一定に保つことが重要である。

（発明の効果） 本発明の光字式磁界測定器は次のような効果がある。

■　光源、光伝送路、ファラデー素子、偏光ｒ−１旋光
子、受光器等の各受光器５性変動が生じても、磁界の測
定値に生じるドリフトを容易に補償することができるの
で、精度の高い磁界測定が可能となる。この効果は破割
定磁界が直流磁界であるか直流磁界を含む磁界である場
合に特に大きい。

■４現状で人手可能な特性レベルの諸都市を用いて構成
できるので容号に実用化でき、又、格別高価にもならな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学式磁界測定器の一実施例を示す説
明図、第２図は従来の光学的磁界測定器の一例を示す説
明図である。 ｌは光源 ４はファラデー磁界センザ Ｉ ５は受光器 ２１〜２４は方向性結合器 ３１〜３４は光チョッパ ４１．４２は端部 ４３は偏光子 ４４フアラデー素ｒ ４５は旋光子 ４６は検光子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源１と、ファラデー磁界センサ４と、受光器５と、前
   記光源１からの光を二分する方向性結合器２１と、二分
   された光の夫々を断続する光チョッパ３１、３２と、断
   続された光を前記ファラデー磁界センサ４の光路の２つ
   の端部４１、４２の夫々に入射させ、且つ同センサ４か
   らの光を出射させる２つの方向性結合器２２、２３と、
   同センサ４から出射した光の夫々を断続できる光チョッ
   パ３３、３４と、このチョッパ３３、３４からの光をま
   とめて受光器５に入力する方向性結合器２４とを備えた
   ことを特徴とする光学式磁界測定器。