JPH0322595B2 - - Google Patents

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JPH0322595B2
JPH0322595B2 JP59017018A JP1701884A JPH0322595B2 JP H0322595 B2 JPH0322595 B2 JP H0322595B2 JP 59017018 A JP59017018 A JP 59017018A JP 1701884 A JP1701884 A JP 1701884A JP H0322595 B2 JPH0322595 B2 JP H0322595B2
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JP
Japan
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magnetic field
light
field detection
optical fiber
light source
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JP59017018A
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JPS59145977A (ja
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Hiroyoshi Matsumura
Toshio Katsuyama
Yasuo Suganuma
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
    • G01R33/0322Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は磁界測定装置、特に光のフアラデー回
転能を利用した磁界測定装置に係る。
〔発明の背景〕
高電圧が発生する変圧機や遮断機のような内部
構造が目に見えない所の事故予防や、特に絶縁性
が強く要求される高電圧器機の予防保全のために
は、それらの電界や磁界の平常時から乱れ変化を
監視することが有効である。
従来高電圧器機の磁界の測定には金属線をコイ
ル状に形成した検出コイルを使用し、電流・電圧
に変換して磁界を検出する装置が使用されてい
る。しかしながら、上記金属コイルを測定部に配
置することは、測定部が非常に空間的に広く、又
コイルを挿入しても絶縁性が充分保てる所は良い
が、空間的に非常に狭い所、電圧が非常に高く絶
縁性が問題となる部分では危険で使用に耐えな
い。特に10万V、50万Vを使用する変電所の変圧
機等には使用できない。
このような場合、金属コイル等の導電体を用い
た検出器ではなく、絶縁性に問題のない検出器を
利用することが考えられる。そのようなものとし
て光を利用する検出器が考えられるが、従来知ら
れている光を利用した磁界測定装置、例えば、ア
プライド・オプテイクス、第14巻、第11号、1975
年11月(Applied Optics 、Vol.14、No.11、
Nov.、1975)は光ビームの空間的伝搬を鏡によ
り偏向させるものであり、鏡設置のための空間が
非常に大きくなつてしまう。そこで、光フアイバ
の利用が考えられる。
[発明の目的] すなわち、本発明の目的は空間的に狭い部分の
磁界を、安全かつ容易に測定できる装置を実現す
ることである。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するため、光フアイバ
の端部ならびに内部に微小な検光子ならびにフア
ラデー回転能を有する媒質を設けて磁界検出部を
構成し、光フアイバの端部で上記検出部からのフ
アラデー回転を受けた反射光又は透過光を計測す
るように構成したものである。光フアイバとして
は単一モードおるいは多モードフアイバでも良
く、又単一のフアイバでも光フアイバ束として構
成しても良い。フアラデー回転能を有する媒体は
何でも良いが、光フアイバに組込まれるので小型
化できる材質であり、イツトリウム・アイアン・
ガーネツト(以下YIGと略称する)が最も適して
いる。
本発明によれば、磁界検出部が光フアイバの端
部又は途中に設けられ容積も極めて小さいので空
間的に狭小部に容易に挿入でき、又検出部から軽
量部までは光フアイバで結合されるため、外部か
らの電圧、電流の影響を受けず、従来測定困難と
されていた高電圧器機の磁界測定に有効な手段を
提供するものである。以下図面を用いて詳細に説
明する。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明による磁界測定装置の一実施例
の構成を示すブロツク図で、同図において磁界測
定装置は計測部A、伝送部Bおよび検出部Cから
なる。本実施例は特にフアラデー回転をうけた反
射光を利用するもので伝送部は単一の線路で構成
される。計測部Aは一般の光計測システムと同様
の構成で、光源9から出た光10はレンズ8によ
つて光フアイバ1に最大の光が入射できるように
調成される。上光レンズ8からの光はハーフミラ
ー5を介して一部13は光フアイバ1に結合され
検出部Cに導波される。他の一部12は受光器7
に導かれ、出力電気信号Aとなる。一方、後述さ
れる如く、検出部Cからの光はフアイバ1からの
ハーフミラー5を介して光11となる受光器6に
導かれ出力電気信号Bとなる。
検出部Cは下に拡大図を示す如く、光フアイバ
1の端面に偏光子2とYIGの<111>方向が端平
面となる円柱膜3が密着されている。さらに上記
円柱3の端面には使用する波長の光を最もよく反
射する反射膜4がコーテイングされている。この
構造において、光13は偏光子2を通る時、偏光
子の振動方向のみの直線偏光波のみに選択透過さ
れYIG3に入る。検出部Cに磁界がないとYIG3
を通る光は同じ偏光状態で反射膜4で反射し再び
偏光子2に入る。この反射光の偏光方向は偏光子
のそれと同じであるので透過し光フアイバ1によ
つて再び計測部Aに導かれ、ハーフミラー5によ
つて出斜光11となる。この出力は受光器6によ
つて検出された電気信号Bとなる。前記出力信号
Aと反射光の出力信号BはA−Bほ演算回路(図
示せず)をへて零レベルに調整される。これは通
常の計測器の零点調整と同じである。
磁界が第1図の方向Hに印加されている時には
フアラデー効果によつて偏波面の回動が生じる。
YIG3のフアラデー回動能の磁界依存性を第2図
に示す。図において横軸は磁界の強さで、単位は
エルステツド(Oe)であり、縦軸は光の波長λ
=1.15μmにおけるその磁界による1cm長さ当り
のフアラデー回転角である。図より約1.2KOe以
上の磁界でほぼフアラデー回転能は飽和し、飽和
磁化の下でのフアラデー回転能は約249度/cmで
あり、飽和磁化以下では、ほぼ印加する磁界に対
し回転角は直線的に変化する事がわかる。磁界の
強さをH(Oe)とするとフアラデー回転角θ(度)
は波長λ=1.15μmでほぼ θ=0.21・H・L(H<1200Oe) ……(1) を満足する。この比例定数0.21は波長によつて変
化するものである。ここでLはYIGの長さであ
る。上記実施例の磁界測定装置は磁界が1.2KOe
以下において使用されるものである。
第1図の構成における磁界測定装置においては
YIGの長さを1.2KOeにて45°回転するように決定
しておく。こうすると反射による往復光路によつ
て90°回転する事になる。すなわち、 L=45/(0.21×1200)=1.79mm ……(2) とする。よつて式(1)は θ=0.0375・H ……(3) となる。
第1図にもどつて光フアイバによつて導かれた
光13は偏光子2で直線偏光成分のみが検出さ
れ、印加磁界Hによつて反射膜4で反射した後、
0.0375・H(度)だけ回転する。再び偏光子2を
通る時には、その光強度のcos(0.0375・H)に減
少しハーフミラー5で出斜光11になつて、信号
として検出器6で取り出される。この出力はほぼ
B cos(0.0375・H)となる。前述の如くA−B
を零レベルに調整するので磁界Hによる信号Aと
Bの差出力(A−B)0は、A信号で規格化して (A−B)0≡A{1−cos(0.0375H)} となる。すなわち逆に磁界Hは H=1/0.0375cos-1{1−(A−B)0/A} より求める事が出来る。
第3図は本発明による磁界測定装置の他の実施
例の構成を示すブロツク図である。
本実施例では反射を使用するかわりにYIG3の後
に検光子14をその振動方向が偏光子2と同方向
または直角方向になるように挿入し、その後に光
フアイバを接続して構成したものである。この場
合、YIGの長さLは反射方式の場合の2倍に取る
事がのぞましい。
以上は第1図に示すように磁界の方向が光の進
行方向と同方向又は逆方向な場合である。しかし
ながら時としては光フアイバを磁界と直角方向に
挿入しなければならない時が存在する。光フアイ
バを曲げてYIG部を磁界方向に向ける空間的スペ
ースが存在する時はよいが空間スペースがない時
には前述の不都合な場合がある。
第4図は本発明による磁界測定装置の更に他の
実施例に使用される検出部の構成を示す。特に第
4図に示す検出部は被測定磁界が光フアイバと直
角に印加された時に便利な構成である。第2図a
はYIG3の45°カツト面で光13を磁界方向に反
射させ、反射膜4で元に戻す。この時にフアラデ
ー回転をうける。第4図bは透過形である。また
加工の容易さよりYIG膜は平行カツトであるが光
フアイバ(またはフアイバ束)を第4図cのよう
に斜めにカツトした上に密着させ磁界方向の斜め
成分を取つてもよい。なお、計測部aおよび伝送
部bについては、上記第1図および第3図に示し
たものと同一のものが使用されるのでその詳細な
説明は省略する。
〔発明の効果〕
上記のように、本発明の磁界測定装置を用いる
と、空間的に狭い部分の磁界を外部からの電圧・
電流の影響を受けず安全かつ容易に測定できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第3図は本発明による磁界測定装置
の実施例の構成を示す図、第2図は上記実施例に
使用されるYIGのフアラデー回転能を示す図、第
4図は本発明による磁界測定装置に使用される検
出部の他の実施例の構成を示す図である。 1……光フアイバ、2……偏光子、3……
YIG、4……反射膜、14……検光子、5……ハ
ーフミラー、6,7……受光器、8……レンズ、
9……光源、10,11,12,13……光。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光源と、偏光子とフアラデー回転能素子と検
    光子とを有し上記光源からの光を伝搬する磁界検
    出部と、この磁界検出部からの上記光を受光する
    第1の受光器と、上記光源からの光であつて上記
    磁界検出部を伝搬しない光を受光する第2の受光
    器と、上記光源と上記磁界検出部とを光学的に結
    合するための第1の光フアイバと、上記磁界検出
    部と上記第1の受光器とを光学的に結合するため
    の第2の光フアイバとを有することを特徴とする
    磁界測定装置。 2 特許請求の範囲第1項に記載の磁界測定装置
    において、前記磁界検出部の前記フアラデー回転
    能素子は、イツトリウム・アイアン・ガーネツト
    (YIG)よりなる磁界測定装置。 3 光源と、偏光子とフアラデー回転能素子と反
    射手段とを有し上記光源からの光を伝搬する磁界
    検出部と、この磁界検出部からの上記光を受光す
    る第1の受光器と、上記光源からの光であつて上
    記磁界検出部を伝搬しない光を受光する第2の受
    光器と、上記光源と上記磁界検出部とを光学的に
    結合するための光フアイバとを有することを特徴
    とする磁界測定装置。 4 特許請求の範囲第3項に記載の磁界測定装置
    において、前記磁界検出部の前記フアラデー回転
    能素子は、イツトリウム・アイアン・ガーネツト
    (YIG)よりなる磁界測定装置。
JP1701884A 1984-02-03 1984-02-03 磁界測定装置 Granted JPS59145977A (ja)

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JP1701884A JPS59145977A (ja) 1984-02-03 1984-02-03 磁界測定装置

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JP1701884A JPS59145977A (ja) 1984-02-03 1984-02-03 磁界測定装置

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JPS59145977A JPS59145977A (ja) 1984-08-21
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2354772A1 (en) 2010-01-08 2011-08-10 Mitutoyo Corporation Optical fiber type vibration meter and vibration detection method
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JPS55164335A (en) * 1979-06-08 1980-12-22 Toshiba Corp Optical sensing system

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