JPH03285189A

JPH03285189A - 磁界センサ

Info

Publication number: JPH03285189A
Application number: JP2084934A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Honda; 本田　洋一
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 1991-12-16

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、磁性ガーネット（構成する元素に鉄を含むカ
ーネット）のファラデー効果を用い、磁界強度を検出す
る磁界センサに関するものである。

［従来の技術］磁性ガーネットの磁気光学効果であるファラデー効果（
磁界中の磁性ガーネットを、偏光が通過する際に、その
偏波面か回転する現象）を用いた磁界センサの原理は、
第４図及び第５図に示されるものである。第４図におい
て、１０１は光源。

１０２は偏光子、１０３は偏光子の光軸、１０４は磁性
ガーネット、１０５は検光子、１０６は検光子の光軸、
１０７は受光素子、１０８は印加磁場方向を夫々示して
いる。磁性ガーネットに光の進行方向と平行に磁場を印
加すると磁性ガーネットを通過後の偏光の偏波面は磁場
の大きさに比例する回転（ファラデー回転）を受けるた
め受光素子に達する光強度が変化する。この受光素子に
達する光強度は、ファラデー回転角が７度以下の場合フ
ァラデー回転角の角度に対して直線的に変化する。即ち
、７度以下のファラデー回転か生じるような大きさの磁
場下では磁界強度と受光素子に達する光の強度は第５図
に示すように直線関係か成立する。そのため交流磁場中
においては受光素子に達する光の強度は磁界強度の変化
に見合った振幅の正弦波を示すことになり、その振幅に
より交流磁場の強度を検出することができる。この方法
により送電線の周囲に発生する交流磁場を検出し、電線
に流れる交流電流値の測定をすることも可能となり２大
きなファラデー効果を有する磁性ガーネットの量産技術
の進歩と相まってこのタイプの磁界センサの実用化が進
んでいる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、第４図のような構成の磁界センサにより
交流磁界を測定しようとすると以下のような問題が生ず
る。磁界の方向と、磁界センサ中の光の進行方向（以後
これを磁界センサの方向と記す）が完全に一致した場合
には上述のように。

交流磁界と同じ周期の正弦波が得られるがわずかでも一
致しない場合には得られる正弦波が第６図に示すような
乱れた波形となるため測定に支障をきたす。

この波形を分析すると正常な正弦波に第７図に示すよう
な２倍周期の電気信号が重畳しているのかわかる。この
２倍周期の電気信号は磁性カーネットのもう一つの磁気
光学効果であるコツトン・ムートン効果（光の進行方向
と磁界の方向が垂直である場合に複屈折か生じる現象）
によるものである。そのためこのような磁界センサを使
用する際には磁場の方向に磁界センサの方向を厳密に一
致させ、コツトン・ムートン効果を防止する必要がある
。

また、状況によって磁界の方向かわずかでも変化するよ
うな場所では測定に支障をきたしている。

そこで２本発明の技術的課題はこれらの欠点を除去し、
磁界方向と磁界センサの方向とか一致していなくともコ
ツトン・ムートン効果による信号波形の乱れが発生しな
い磁界センサを提供することにある。

［課題を解決するための手段〕本発明によれば、互いに交差する偏光軸を夫々有する一
対の偏光子と該一対の偏光子に介在し磁界の強度に対応
して通過する光の偏波面を回転させるファラデー素子と
を有する偏波光選択手段と。

該偏波光選択手段を介して互いに対向して設けられた光
を出射する第１の光出射部と、入射する光の強度に対応
した第１の電気信号を出力する第１の受光部とを有する
磁界センサにおいて、前記偏波光選択手段に対して前記
第１の光出射部とは反対側に第２の光出射部を設け、前
記偏波光選択手段を介して第２の受光部を前記第２の光
出射部に対向させて設け、前記第１及び第２の受光部か
ら夫々出力される第１及び第２の電気信号の差を磁界セ
ンサの出力としたことを特徴とする磁界センサが得られ
る。

（作　用）本発明においては、互いに交差する偏光軸を夫々有する
一対の偏光子とこれら一対の偏光子に介在する１つの磁
性ガーネットからなるファラデー素子を偏えた偏波光選
択手段に、第１及び第２の光出射部から互いに逆向きの
２つの光を入射し７それら２つの光がそれぞれファラデ
ー効果とコツトン・ムートン効果を受けて第１の受光部
及び第２の受光部から生ずる第１及び第２の電気信号（
これらの電気信号は第３図に示されるような乱れた正弦
波である。そしてこの２つの電気信号のうちファラデー
効果による正常な正弦波の成分を比較すると、第１図中
の曲線１９と２０の２つの正弦波のように振動する方向
か逆で振幅か等しい。

またコツトン・ムートン効果による２倍周期の信号は位
相１強度ともに全く等しい。）を差し引くことでコツト
ン・ムートン効果による成分をキャンセルしファラデー
効果による電気信号のみを検出する。

（実施例）以下に本発明の実施例について図面を参照しなから説明
する。

第２図は本発明の実施例に係る磁界センサを模式的に示
す図である。

第２図において、磁界センサ１は、ファラデー回転子９
と、ファラデー回転子９の両側に対向して配された。互
いの偏光軸が交差する一対の偏光子１０．１１とを備え
た偏波光選択手段２と、偏波光選択手段２の夫々外側に
配され、この一対の偏光子１０１の夫々に、光ファイバ
１６及びこの光ファイバ１６の一端に連結されたコリメ
ートレンズ１７を介して光を出射する発光ダイオード（
ＬＥＤ）１２．１４と、このＬＥＤ１２．１４に、偏光
子１０，１１．及びファラデー回転子９を介して夫々対
向して配され、夫々の偏光子１０１１から出射した光を
コリメートレンズ１７及び光ファイバ１６を介して受け
とめる受光素子１３゜１５とを備えている。

ＬＥＤ１２．光ファイバ１６．及びコリメートレンズ１
７と、ＬＥＤ１４．光ファイバ１６及びコリメートレン
ズ１７とにより夫々第１及び第２の光出射部３，３′が
構成される。

又、コリメートレンズ１７．光ファイバ１６及び受光素
子１３とコリメートレンズ１７．光ファイバ１６．及び
受光素子１４とにより、夫々、第１及び第２の光出射部
３．３′に対応した第１及び第２の受光部４，４′が構
成される。

ファラデー回転子９は、磁性ガーネットの一種であるＹ
ＩＧ　（イツトリウム・鉄・ガーネット）からなる。

偏波光選択手段２の偏光子１０．１１は互いの偏光軸が
４５度傾斜している。光源のＬＥＤ１２゜１４は波長Ｉ
Ｊμ厘である。また、受光素子１３．１５はフォトダイ
オードからなる。この磁界センサ１では第２図中の点線
で示されるように逆方向の２つの光２５．２６がファラ
デー回転子９を通過する。

このような構成の光磁界センサの特性を次のように調べ
た。

磁界センサ１に周波数５０Ｈｚで強度１００００ｅの交
流磁場を印加したところ受光素子１３．１５には曲線１
９及び２０に示すような第１及び第２の電気信号（起電
力）が発生した。この２つの電気信号は交流磁場の周波
数と同じ周波数の振幅が等しい正弦波で振動する方向が
逆であるため、受光素子１３に発生する電気信号から受
光素子１５に発生する電気信号を電気的に差し引くと第
１図中の曲線２１のようにちょうど曲線１９の電気信号
と同じ位相で振幅が２倍の正弦波を得た。さらに。

同様の交流磁場を印加したまま磁界センサを磁界の方向
に対して１０度傾けたところ受光素子１３１５にはそれ
ぞれ第３図中の曲線２２．２３に示すよゲな電気信号（
コツトン・ムートン効果による２倍周期の成分を含んだ
乱れた正弦波）が発生した。この時受光素子１３に発生
する電気信号から受光素子１５に発生する電気信号を電
気的に差し引くとコツトン・ムートン効果に起因する２
倍周期の成分はキャンセルされ、第３図中の曲線２４の
ような正弦波が得られしかもその周波数、振幅とも第１
図中曲線２１の正弦波と完全に一致した。

また、任意の周波数、磁界強度の交流磁場中において磁
界センサの方向と磁界の方向をＯ〜１０の範囲で任意に
変化させた場合、やはり受光素子１３に発生する第１の
電気信号から受光素子１５に発生する第２の電気信号を
電気的に差し引くと乱れのない正弦波が得られた。そし
て、その正弦波の周波数と振幅は磁界センサの方向と磁
界の方向によらずそれぞれ印加した交流磁場の周波数と
磁界強度で決定された。即ち、周波数は印加交流磁場の
周波数と一致し、振幅は磁界強度に比例した。

尚１本実施例では磁性ガーネットとしてＹＩＧを使用し
ているか１本発明はファラデー効果とコツトン・ムート
ン効果を示す磁性ガーネット全般に適用される。

また、実施例において、光出射部の光源としてＬＥＤを
用いたか、半導体レーザ（ＬＤ）を用いても同様な効果
が得られることは、容易に推定できうるちのである。ま
た１本発明がが適用される光の波長は、実施例の１．３
μ閣にのみならず０．４〜１０μｌの範囲の全てに渡る
ものである。

［発明の効果］上述のように本発明によれば、磁界の向きと磁界センサ
の向きが必ずしも一致しなくとも測定に支障のない磁界
センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において、磁界センサと交流磁
界に方向が一致している場合、２つの受光素子に発生す
る電気信号（起電力）とそれら２つの電気信号の差を示
す図、第２図は本発明の磁界センサの一構成例を示す図
、第３図は本発明の実施例において、磁界センサと交流
磁界に方向が１０度ずれている場合、２つの受光素子に
発生する電気信号（起電力）とそれら２つの電気信号の
差を示す図、第４図は従来の磁界センサの一構成例を示
す図、第５図は、第４図で示される磁界センサにおいて
、磁界強度と受光素子に達する光強度の関係を示す図、
第６図は従来の磁界センサにおいて、交流磁界の方向と
磁界センサの方向が一致していない場合に受光素子に達
する光強度を示す図、第７図は第６図で示される光強度
のうち。磁性ガーネットのコツトン・ムートン効果により生ずる
光強度を示す図である。１・・・磁界センサ、２・・・偏波光選択手段、３゜３
′・・・光出射部、４．４’・・・光受光部２９・・・
ＹＩＧ、１０．１１・・・偏光子、１２．１４・・・光
源。１３．１５・・・受光素子、１６・・・光ファイバ　１
７・・・コリメートレンズ、１８・・・印加磁界、１９
・・・受光素子１３に発生する電気信号、２０・・・受
光素子１５に発生する電気信号、２１・・・１９の電気
信号と２０の電気信号の差、２２・・・受光素子１３に
発生する電気信号、２３・・・受光素子１５に発生する
電気信月、２４−２２の電気・信号と２３の電気信号の
差、２５．２６・・・光、１０１・・・光源、１０２・
・・偏光子、１０３・・偏光子の光軸、１０４・・・磁
性ガーネット、１０５・・・検光子、１０６・・・検光
子の光軸、１０７・・・受光素子、１０８・・・印加磁
場を示す。第１図時間も五春先反起電力

Claims

【特許請求の範囲】１、互いに交差する偏光軸を夫々有する一対の偏光子と
該一対の偏光子に介在し磁界の強度に対応して通過する
光の偏波面を回転させるファラデー素子とを有する偏波
光選択手段と、該偏波光選択手段を介して互いに対向し
て設けられた光を出射する第１の光出射部と、入射する
光の強度に対応した第１の電気信号を出力する第１の受
光部とを有する磁界センサにおいて、前記偏波光選択手段に対して前記第１の光出射部とは反
対側に第２の光出射部を設け、前記偏波光選択手段を介
して第２の受光部を前記第２の光出射部に対向させて設
け、前記第１及び第２の受光部から夫々出力される第１
及び第２の電気信号の差を磁界センサの出力としたこと
を特徴とする磁界センサ。