JPH0373821B2 - - Google Patents

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JPH0373821B2
JPH0373821B2 JP56071805A JP7180581A JPH0373821B2 JP H0373821 B2 JPH0373821 B2 JP H0373821B2 JP 56071805 A JP56071805 A JP 56071805A JP 7180581 A JP7180581 A JP 7180581A JP H0373821 B2 JPH0373821 B2 JP H0373821B2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
    • G01R15/245Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using magneto-optical modulators, e.g. based on the Faraday or Cotton-Mouton effect
    • G01R15/246Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using magneto-optical modulators, e.g. based on the Faraday or Cotton-Mouton effect based on the Faraday, i.e. linear magneto-optic, effect

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  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学的に磁界、電界および振動等を検
出する光計測装置に関するものである。
光計測装置は、光を利用して各種物理量の測定
を行うものであり、各種分野に於いて多用されて
いる。
第1図は従来一般に用いられている光計測装置
の一例を示すブロツク図であつて、1は出力光を
発する光送信器、2aは光フアイバー、3は光セ
ンサ部である光磁界センサであつて、光フアイバ
ー2aを介して光送信器1の出力光を受けるよう
に構成されている。そして、この光磁界センサ3
は、光フアイバー2aの端部に設けられたマイク
ロレンズ4a、前記マイクロレンズ4aの出力光
路中に設けられた偏光子5、フアラデー素子6、
検光子7とを有し、これらを介して出力される光
をマイクロレンズ4bを介して取り出している。
2bはマイクロレンズ4bによつて集められた光
を光受信器8に供給する光フアイバーである。
このように構成された光計測装置に於いて、光
送信器1から出力光が放射されると、この出力光
は光フアイバー2aを介して光磁界センサ3に供
給される。光磁界センサ3においては、光フアイ
バー2aを介して供給される光をマイクロレンズ
4aに於いて集光した後に偏光子5に供給されて
直線偏光される。直線偏光された光は、磁界中に
位置する光フアラデー素子6に於いて、その偏光
方向が回転される。その回転角Δxは、 Δx=vlH ……(1) となる。上記(1)式に於いて、lは光フアラデー素
子6の長さ、Hは外部磁界、Vはフアラデー素子
6が有する固有のヴエルデ定数である。フアラデ
ー回転した光は、検光子7によつてその回転角が
光強度に変換される。検光子7の出力光は、マイ
クロレンズ4bによつて集光された後に光フアイ
バー2bを介して光受信器8に供給される。光受
信器8は、この例では光フアイバー2bを介して
供給される光を光−電気変換することによつて、
磁界に対応した出力を送出する。この場合、磁界
が交流であれば光磁界センサ3から出力される光
は、その振幅が脈動する変調光に変調されるの
で、光受信器8の出力電圧V0は、 V0=VDC+VAC ……(2) となる。上記(2)式に於いて、VDC、VACはそれぞ
れ振幅が変化しない直流光および振幅が交流的に
変化する交流光に対する出力電圧を表わしてい
る。この場合、VACはフアラデー回転角Δx、つ
まり測定磁界Hに比例する。
VAC∝VlH ……(3) 従つて、上記(3)式より光受信器8の出力信号を
測定、例えば図示しない交流分離手段により出力
信号中の交流分を交流信号として分離して測定す
ることにより、被測定物理量としての磁界Hを知
ることが出来る。一般に、被測定磁界の最小測定
レベルを小さな値とするには、フアラデー素子6
としてYIGのような強磁性体材料あるいは希土類
添加常磁性ガラスを用いる必要がある。
しかしながら、フアラデー素子として上述した
材料を用いた従来の光計測装置は、上記材料が温
度特性を有しているために、すなわちヴエルデ定
数が温度によつて変化するために、高い精度を有
する測定が行なえない欠点を有している。
従つて、本発明による目的は、温度による影響
を受けずに高精度の測定が行なえる光計測装置を
提供することである。
このような目的を達成するために本発明は、温
度検出部の出力に対応して出力補正を確実に行う
ものである。以下、図面を用いて本発明による光
計測装置を詳細に説明する。
第2図は本発明による光計測装置の一実施例を
示すブロツク図であつて、第1図と同一部分は同
記号を用いてその詳細説明を省略してある。同図
に於いて、9はフアラデー素子6と検光子7との
間に設けられた光温度検出素子、10は光受信器
8の出力中に含まれる交流信号のみを取り出して
増幅し、交流信号としての交流出力を発生する
AC増幅器、11は光受信器8の出力中に含まれ
る直流分のみを取り出し、増幅して直流信号とし
ての直流出力を発生するDC増幅器、12はAC増
幅器10の出力とDC増幅器11の出力を入力と
して割算処理を行い、AC増幅器10の出力の補
償を行う補償手段である割算器であつて、その出
力信号は出力端13に送出される。なお、この一
実施例においては、光受信器8とAC増幅器10
との組合せ、光受信器8とDC増幅器11との組
合せによつてそれぞれこの発明における交流分離
手段および直流分離手段を構成している。
また、図示を省略しているが、出力端13には
被測定物理量を知る検知手段として被測定磁界の
強さを指示する指示計が設けられている。光計測
装置は以上のように構成され、光送信器1、光フ
アイバー2a、光磁界センサ3、単一の光伝送路
としての一本の光フアイバー2bおよび光受信器
8により光伝送系が構成されており、この光伝送
系に直列に光温度検出素子9が接続されている。
このように構成された光計測装置に於いて、光
送信器1から放出された出力光は、第1図の場合
と同様に光フアイバ2aを介して光磁界センサ3
に供給される。この場合、光フアイバ内を伝送さ
れる出力光は無偏光状態となつており、マイクロ
レンズ4aに於いて集光された後に無偏光波とし
て偏光子5に供給される。偏光子5は入射光を一
方向の電界成分のみを有する直線偏光波としてフ
アラデー素子6に供給される。この直流偏光波が
フアラデー素子6内を伝搬すると、印加される外
部磁界の大きさに対応してその偏光方向が回転さ
れる。その回転角Δxは前記第(1)式で示すように
なる。ここで、フアラデー素子として常磁性材料
または強磁性体をフアラデー素子として用いた場
合、ヴエルデ定数vは温度Tによつて変化する。
ヴエルデ定数vの温度特性を補償するため、フア
ラデー素子6の出力光は、光温度検出素子9を介
して光検光子7に供給される。光温度検出素子9
としては、例えば温度によつて光の吸収量が変化
する材料が用いられる。そして、回転角Δxは、
検光子7によつて光強度に変換される。この出力
光は、マイクロレンズ4bに於いて集光された
後、光フアイバ2bを介して光受信器8に供給さ
れて電気信号に変換される。
ここで、被測定磁界が交流的に変化する場合に
は、光磁界センサ3から出力される光は振幅が脈
動する変調光となり、そのパワーPは、 P=Pd(t)+APd(t) v(t)lH……(4) となる。上記(4)式に於いて、右辺の第1項は直流
光のパワーであり、第2項は交流光のパワーであ
る。また、Aは温度に依存しない定数である。
今、Pd(t)、v(t)がそれぞれ Pd(t)=Po(1−αT) ……(5) v(t)=Vo(1−βT) ……(6) として表わせるとすれば、(4)式は下記に示すよう
になる。
P≒Po(1-αT) +APo〔1−(α+β)T〕volH ……(7) (5)、(6)式に於いて、α,βはそれぞれ光温度検
出素子9およびフアラデー素子(6)のヴエルデ定数
の温度係数を表わしている。ここで、第(7)式にお
いて第1項で表わせる部分は、直流光のパワー部
分であつて、この例に於いては光受信器8に於い
て電気信号に変換された後、DC増幅器11に於
いて増幅され、直流出力として出力される。一
方、第(7)式に於ける第2項部分は交流分を表わ
し、光受信器8に於いて光電変換された後、AC
増幅器10に於いて増幅され、交流出力として出
力される。また、α,βは既知の値であるため
に、DC増幅器11に於いて、ある(1−αT)に
対して、〔1−(α+β)T〕に対応するようにそ
の増幅率を設定することが可能である。即ち、直
流光のパワー部分に基づいて次式で表わされる直
流分B1が得られる。
B1=C1P0(1−αT) これより、温度Tは T=(1−B1/C1P0)/α で表わされ、C1,αは定数であり、P0は予め与
えられているので、B1が得られればTが定まる
ことになる。
このTに対応させてDC増巾器11の増巾率R
を、 R=〔1−(α+β)T〕/(1−αT) となるように設定する。
このように各部を設定しておく事により、割算
器12の出力信号V0は、 Vo∝AVovlH ……(8) となり、温度に無関係なものとなつて出力端13
に送出される。従つて、この出力電圧V0から外
部磁界Hを正確に知ることが出来、YIG等の強磁
性体、希土類添加常磁性ガラスなどのヴエルデ定
数の大きなフアラデー素子を用いた場合に於いて
も良好な温度特性を有する光測定が行なえる。
なお、上記実施例に於いては、光磁界センサに
ついて述べたが、光電界センサ、光振動センサ等
のようにその測定物理量が交流的に変化する場合
にはすべて適用することが出来る。
また、上記実施例に於いては、光温度検出素子
をフアラデー素子と検光子の間に介在させた場合
についてのみ説明したが、光送信器から光受信器
までの光路中であればいかなる部分であつても良
い。
更に、上記実施例に於いては、偏光子、フアラ
デー素子等の磁界計測定用光部品と温度検出用光
素子を光学的に直列配置した場合について説明し
たが、第3図に示すように光伝送系に光温度検出
素子9を分岐する形で連続して、即ち光分配器1
4を用いて分配した出力光を並列に配置した光温
度検出素子9に供給して独立した状態でその変化
を温度変調光として取り出しても良いことは言う
までもない。
なお、この場合においても、フアラデー素子6
と光受信器8、光温度検出素子9と光受信器8が
夫々単一の光伝送路である各一本の光フアイバー
2bにて結合されている。
また、上記実施例に於いては、吸収量が変化す
る材料を用いて光温度検出素子を構成した場合に
ついて説明したが、偏光面の回転等の現象を利用
するものであつても良い。
以上説明したように、本発明による計測装置
は、センサ部と交流分離手段との間及び光温度検
出素子と直流分離手段との間を単一の光伝送路で
結合し、交流分離手段から交流信号を、直流分離
手段から直流信号を得るようにして各種物理量と
温度を同時に検出出来るように構成したものであ
るために、温度補償を極めて容易に行うことが出
来、これに伴なつて高精度の光計測が行なえる優
れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光計測装置を示すブロツク図、
第2図は本発明による光計測装置の一実施例を示
すブロツク図、第3図は他の実施例を示すブロツ
ク図である。 なお、図中、同一又は相当部分は同一記号を用
いて表わしてある。1……光送信器、2a,2b
………光フアイバ、3……光磁界センサ、4a,
4b……マイクロレンズ、5……偏光子、6……
フアラデー素子、7……検光子、8……光受信
器、9……光温度検出素子、10……AC増幅器、
11……DC増幅器、12……割算器、14……
光分配器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光送信器と、この光送信器の出力光を受光
    し、交流的に変化する被測定物理量に応じて振幅
    が脈動する変調光に変調する光センサ部と、この
    センサ部から単一の光伝送路を介して入力され、
    上記変調光中の振幅が交流的に変化する交流光成
    分に応じた交流信号を出力する交流分離手段と、
    上記光送信器と上記交流分離手段との間の光路中
    に設けられ、上記変調光の振幅に温度に応じた影
    響を与える光温度検出素子と、この光温度検出素
    子の出力信号から上記変調光における振幅が変化
    しない直流光成分に応じた直流信号を出力する直
    流分離手段と、この直流分離手段の出力信号に基
    づき上記交流分離手段の出力信号を補償する補償
    手段とを備え、上記補償手段の出力信号に基づき
    上記被測定物理量を測定するようにしたことを特
    徴とする光計測装置。 2 光送信器と、この光送信器の出力光を受光
    し、交流的に変化する被測定物理量に応じて振幅
    が脈動する変調光に変調する光センサ部と、この
    センサ部から単一の光伝送路を介して入力され、
    上記変調光中の振幅が交流的に変化する交流光成
    分に応じた交流信号を出力する交流分離手段と、
    上記光送信器と上記交流分離手段との間の光路か
    ら上記出力光を分配する光分配器と、この分配さ
    れた出力光の振幅に温度に応じた影響を与える光
    温度検出素子と、この光温度検出素子から上記光
    伝送路とは異なる単一の光伝送路を介して入力さ
    れ、上記温度変調光における振幅が変化しない直
    流光成分に応じた直流信号を出力する直流分離手
    段と、この直流分離手段の出力信号に基づき上記
    交流分離手段の出力信号を補償する補償手段とを
    備え、上記補償手段の出力信号に基づき上記被測
    定物理量を測定するようにしたことを特徴とする
    光計測装置。
JP56071805A 1981-05-09 1981-05-09 Photo measuring device Granted JPS57184974A (en)

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JPS57184974A JPS57184974A (en) 1982-11-13
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0668508B2 (ja) * 1988-03-03 1994-08-31 日本碍子株式会社 光電流・磁界計測方法及び装置
FR2634553B1 (fr) * 1988-07-21 1990-09-07 Schlumberger Ind Sa Dispositif a capteurs optiques principal et secondaire
AU2002356803A1 (en) 2001-10-16 2003-04-28 James N. Blake Optical interferometric sensor with optical error compensation

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5629174A (en) * 1979-08-17 1981-03-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electric current measuring device
JPS56112657A (en) * 1980-02-13 1981-09-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Measuring device for current

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