JPH0329874A - 光式磁界検出器およびそれを利用した傷検出装置 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、垂直磁界の強度を光学的に検出できる光式磁
界検出器、およびそれを利用して被測定体の表面に垂直
な磁界を検出する傷検出装置に関する。

く従来の技術〉 運転中の電気機器の内部あるいは周辺における電流、磁
界等を測定する場合、測定系が静電誘導や電磁誘導を受
けて異常電圧や異常電流が誘起され、測定装置の誤動作
や故障をもたらすことがある。

そこで、静電誘導や電磁誘導の影響を受けないように、
電気絶縁体である光学素子を用い、光を測定に利用した
測定装置が提供されている。このような光を利用した測
定装置は、上記のような電気悪環境下での測定に適する
のみならず、絶縁電線で生ずるような絶縁破壊や短絡の
心配がないことから、火気を嫌う危険物等の取扱い場所
でも使用できる。

上記の光を利用した測定装置の一つとして、ファラデー
効果を利用した磁界センサが知られている。ファラデー
効果は、磁界の中に置かれたファラデー素子の中を直線
偏光した光が通過したとき、当該光の進行方向に平行な
磁界成分の影響を受けて偏光面が回転するという現象で
ある。したがって、ファラデー素子を４５°の角度で傾
けた偏検光子の間に挿入し、偏光面の回転量を測定する
ことにより、磁界の強さまたは磁界を介した電流の大き
さを測定することができる。

特に最近では、光ファイバのコアに上記ファラデー効果
を有する物質を用いた光ファイバ型磁界センサが実用化
され、長い区間にわたる磁界測定に用いられている。

く発明が解決しようとする課題〉 ところが、ファラデー効果を利用した磁界センサでは、
光の進行方向と平行な磁界しか測定することができず、
物体の表面に垂直な磁界を測定するのが難しかった。

例えば第６図に示すように、鉄板（３｛）の内部を磁化
した時に、表面の傷（３２）に起因して生じる漏洩磁界
Ｈは、物体の表面に垂直な磁界成分を多く含んでいるこ
とがあり、この場合、光の進行方向と平行な磁界を測定
する方法では効率的な磁界１ｊｌｌｌ定が難しかった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、
物体の表面近傍の表面に垂直な磁界をｆｌｌｌｌ定する
ことができる光式磁界検出器、およびそれを用いて漏洩
磁界を検出することができる傷検出装置を提供すること
を目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための本発明の光式磁界検出器は
、発光体と、発光体からの照射光を通過させる第１の偏
光子と、第１の偏光子を通過した光を導く、コットン−
ムートン効果を現す流体状の磁気光学材料を可とう性チ
ューブに封止した磁界センサと、磁界センサからの出射
光を通過させる第２の偏光子と、第２の偏光子を通過し
た光を受光する受光体とを備えるものである。

また、本発明の傷検出装置は、被測定体に対して磁界を
印加するマグネットと、被測定体の表面に沿って磁界セ
ンサを配置可能な上記光式磁界検出器とを備えるもので
ある。

なお、「コットンームートン効果を現す流体状の磁気光
学材料」には、ニトロベンゼン、磁性流体（強磁性体微
粉末を安定に分散させた混濁液）等がある。

〈作用〉 上記の構成の光式磁界検出器によれば、偏光子の間に流
体状の磁気光学材料が封止された磁界センサを配置し、
偏光方向が第１の偏光子により規制された光をこの流体
状の磁気光学材料に通過させ、第２の偏光子により出射
光の偏光面の回転を捕らえることにより磁界の強さを測
定することができる。

この原理を第５図に基づき説明する。流体状の磁気光学
材料（Ｌ）（図では薄膜状のもの）に偏光方向が例えば
斜め４５°の単一偏光の光が入射されると、この光の電
界ベクトルは、垂直成分Ｅｖと、水平成分Ｅｈとに分か
れる。この場合、進行方向と直角方向に垂直磁界Ｈが印
加されると、垂５ 直成分Ｅｖと、水平戊分Ｅｈとに対する屈折率の相違（
複屈折）が生じ、出力光は一般に楕円偏光となる（コッ
トンームートン効果）。そこで、入射時の偏光方向と例
えば９０°異なる方向の光を取り出すことができれば、
その光は、印加磁界Ｈの強さに応じた強度変調を受ける
ことになる。

したがって、本発明の光式磁界検出器においては、上記
磁気光学材料を封止した可とう性チューブを物体の表面
に添わせ、当該表面に垂直な磁界の測定に有効である。

次に、マグネットにより被測定体内部に磁界を印加した
状態におくと、被測定体表面の傷に起因した漏洩磁界が
現れる。そこで、被測定体の表面に沿って上記磁界セン
サを配置すれば、磁界センサの表面に垂直な磁界を検知
できるので、上記漏洩磁界を効率よく検知できる傷検出
装置か実現できる。

く実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

６ 第１図は、光式磁界検出器の構成を示す。光ファイバ（
１２）に導かれた発光体（１１）からの照射光は、レン
ズ（１３）を通った後、第１の偏光子（１４）を通過し
て直線偏光のみ取り出される。この光はλ／４板〈ｌ５
〉を通過後円偏光となって、コットンームートン効果を
現す流体状の磁気光学材料、例えば磁性流体を満たした
光ファイバ型磁界センサ（１）に入射される。

磁界センサ（１）は、第２図に示すように、ナイロン、
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリテト
ラフルオ口エチレン等からなる被覆管（４）の内部に、
アクリル、シリコン樹脂、石英等からなるクラッド（３
）を付着させ、その中に磁性流体を充填してコア（２）
としたものであり、クラッド（３）の屈折率を磁性流体
より低いものに選定することによって、ステップインデ
ックスファイバと同じ原理で光を伝搬させることができ
る。また、上記コア（２）の直径は、数十〜数百μｍ程
度であり、光はマルチモードで伝搬する。なお、被覆管
（４）は、クラッド層保護の役割を果たすものであるが
、使用状態によっては、必ずしも必要なものではない。

磁界センサ（１）を出た光は、第２の偏光子（ｌ６）に
入射される。上記第１の偏光子（１４）、第２の偏光子
（ｌ６）は、互いの偏光方向が平行に設定されているも
のである。第２の偏光子（１Ｂ）通過した光は、単一偏
光のみ取り出され、レンズ（ｌ７）、光ファイバ（１８
）を通って受光体（１９〉に入り、電気信号に変換され
る。

したがって、磁界センサ（１）の一部に磁界がかかると
、磁性流体に複屈折が生じ、伝搬光の偏光状態は変化す
る。その結果、第２の偏光子（１６）を通った光の強度
Ｉは、 １−１ｏ　　（１＋ｓｉｎ　θ／２） となる。Ｉｏは入射強度、θは偏光角である。θは、磁
界の強度に応じて単調増加するので、これにより磁界強
度が測定できる。

なお、上記の第１図の構成ではλ／４，板（１５）を押
入しているが、必ずしも必要ではなく、λ／４板（１５
〉を省略することもできる。この場合、第１の偏光子（
ｌ４）、第２の偏光子（ｌ６）の偏光方向を直角に設定
することにより、 １ｏ　　ｓｉｎ２　θ に比例する強度を得ることができる。

上記第１図の光式磁界検出器は、長尺の磁界センサ（１
）により、磁界センサ（１）の長手方向と直角方向の磁
界が検出できるものであるため、傷麺出装置として用い
ることができる。

第３図は鋼管の表面の傷の検出に用いた例であり、磁界
印加用マグネット（２２）により鋼管（２ｌ）に磁界を
印加し、鋼管（２１）の表面に磁界センサ（１）を巻い
た状態で、鋼管（２ｌ）の長手方向に沿って移動させる
ことにより傷を測定する。（２３）は、発光体、受光体
、偏光子等を有する測定回路で゛ある。

鋼管（２１）の表面の傷（２４）から生じる漏洩磁界は
、鋼管（２ｌ）の表面に対して垂直な成分を有するため
、磁界センサ（１）を密着させて巻き付けることにより
、この漏洩磁界を検出することができる。しかも、磁界
センサ（１）は、全長にわたって検出感度を有するため
、磁界センサ（１）を移動させることにより、鋼管表面
のどの位置にできた傷でも１回の走査で９ 検出できる。１本の磁界センサ（１）を鋼管〈２ｌ）に
巻き付けて走査するだけで検出できる点では、多数個の
センサを並べて検出するよりも構成が簡単となり、１個
のセンサを何回も走査して検出するよりも測定の手間が
少なくてすむ。

なお、漏洩磁界は、鋼管表面のごく近傍にしか発生して
いないので、鋼管（２１）の表面の傷（２４〉を検出す
るためには、第４図に示すように、磁性流体を鋼管（２
ｌ）の表面に十分近付ける必要があるが、被覆管（４）
とクラット（３）の厚さを１Ｍ以下、好ましくは０．２
〜０．５ｍｍ以下に設定することによりこの条件を満足
することができる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば磁性流体に代えて、他の「コットンームートン
効果を現す流体状の磁気光学材料」例えばニトロベンゼ
ンを用いることも可能である。

その他本発明の要旨を変更しない範囲内において、種々
の設計変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の光式磁界検出器によれ１０ ば、コットンームートン効果を現す流体状の磁気光学材
料が封止された磁界センサに光を通して偏光子で検出す
ることにより、物体の表面近傍の、表面に垂直な磁界を
簡単に測定することができる。

また、被測定体に磁界を印加した場合表面の傷により生
じる漏洩磁界が垂直磁界戊分を多く有することから、上
記光式磁界検出器でこの垂直磁界を検出することにより
簡単な構戊の傷検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光式磁界検出器の構戊を示す概略図、第２図は
磁界センサの内部構造を示す斜視図、第３図は傷検出装
置の使用例を示す斜視図、第４図は上記傷検出装置によ
り鋼管表面の傷を検出する状態を示す拡大図、 第５図は光式磁界検出器の動作原理の説明図、第６図は
表面の傷から生じた漏洩磁界の状態を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光体と、発光体からの照射光を通過させる第１の
   偏光子と、第１の偏光子を通過した光を導く、コットン
   −ムートン効果を現す流体状の磁気光学材料を可とう性
   チューブに封止した磁界センサと、 磁界センサからの出射光を通過させる第２の偏光子と、
   第２の偏光子を通過した光を受光する受光体とを備える
   ことを特徴とする光式磁界検出器。 ２、被測定体に対して磁界を印加するマグネットと、磁
   界センサを磁界が印加された被測定体の表面に沿って配
   置可能な上記請求項１記載の光式磁界検出器とを備える
   ことを特徴とする傷検出装置。