JPH04172260A

JPH04172260A - 電磁界強度測定装置

Info

Publication number: JPH04172260A
Application number: JP29941390A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 博伊藤; Tadashi Ichikawa; 正市川; Satoru Kato; 覚加藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 1992-06-19

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］本発明は電磁界強度測定装置、特に光学的に電磁界の強
さを測定する電磁界強度測定装置の改良に関する。

［従来の技術］周知のように、電磁波は、各種の分野に於て幅広く用い
られており、特に今日のような情報化時代では、放送や
通信のための情報伝達媒体としてますますその重要性を
増している。また、これ以外の分野でも、半導体製造装
置やプラズマ加熱などのエネルギー媒体として電磁波の
応用範囲は広がりつつある。

したがって、これらの技術の向上のためには、使用する
電磁界の様子を正確に把握することが必要とされる。

また、これとは逆に、電磁波によって引き起こされる各
種電子機器の機能障害に関する問題も増えてきている。

大量の情報を高速処理するＯＡ機器や、自動車エレクト
ロニクスの分野では、それらの機能障害が甚大な被害を
引きおこすにとどまらず、社会的混乱や人間の生命の危
険を引きおこす可能性もある。このことから、ＥＭＩと
略称される電磁波障害対策は極めて重要な課題となって
いる。

従って、この様なＥＭＩ対策を行なう上でも、電磁界の
様子を正確に把握することが必要となる。

さらに、環境問題の面からも、電磁界を正確に把握する
必要が生じている。例えば、強い電磁界は、直接人体に
障害を引き起す危険性がある。電磁波の照射により心拍
数の増加１体温の上昇１組織のえ死などの動物実験結果
が報告されている。

現代の我々の生活環境は、様々な強度１周波数の電磁波
に曝されて、健康への障害が懸念されるようになってき
ていることから、電磁界強度の安全基準が設定されるよ
うになっている。

従って、この様な環境問題の面からも、電磁界強度を正
確に測定することの必要性が高まっている。

このため、従来より各種の電磁界強度測定装置の開発実
用化が進められている。

このような電磁界強度測定装置の一つとして、何らかの
プローブアンテナをセンサーとして電磁界中に設置し、
それによって得られた電気信号を金属導体のケーブルを
介して、被＃ｊ定電界の外部に設置された検出回路まで
伝送するものが知られていた。

しかし、このように金属ケーブルを使用すると、センサ
ーとして用いられるプローブアンテナの自由な移動や設
置が妨げられるだけでなく、被測定電界そのものも乱さ
れてしまい、正確な測定を行うことが出来ないという問
題があった。

このような問題を解決するため、従来ＬｉＮｂＯ３等の電気光学結晶を用いた電磁界強度測定
装置の開発も行われている。

第３図には、この様な電磁界強度測定装置の一例が示さ
れている。この従来装置は、電磁界の測定場１００に設
置されるセンサ部１０と、この測定場１００の外に設置
される光源１２及び光検出器１４とを含み、センサ部１
０と光源１２および光検出器１４は、それぞれ測定光入
力用光ファイバ１６及び測定光出力用光ファイバ１８を
介して光学的に接続されている。

前記センサ部１０は、偏光子２０．電気光学結晶２２．
検光子２４．プローブアンテナ２６ａ。

２６ｂ及び電気光学結晶２２の側面に相対向するように
設けられた一対の電極２８ａ、２８ｂを含む。ここで、
電極２８ａ、２βｂは、アンテナ２６ａ、２６ｂとそれ
ぞれ接続されている。

この従来装置を用いて電磁界を測定する場合には、光フ
ァイバ１６を介し光源１２からセンサ部１０へ向は測定
光を出力する。

センサ部１０の主要部を構成する電気光学結晶２２は、
同図に示すようＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿ってカットされ、
光源１２からの測定光が、偏光子２０によってＹ軸に対
し４５°傾けた直線偏波の光波としてＸ軸方向へ伝搬さ
れるよう形成されている。したがって、偏光子２０を介
し電気光学結晶２２に入射した光波は、常光（Ｙ軸）、
異常光（Ｚ軸）の成分に分解され、各々独立に伝搬され
ることになる。

このとき、アンテナ２６ａ、２６ｂによって検出された
電磁界は電極２８ｇ、２８ｂ間に電位差として印加され
、この電位差により誘起される結晶２２の電気光学効果
により異常光に対する屈折率が変化する。これにより、
この電気光学結晶２２を通過した２成分の光波、即ち常
光と異常光の光波に位相差が生じることになる。この位
相差を、前記偏光子２０と直交するように配置された検
光子２４を用いて検出する。即ち、位相差がなければ、
初期の直線偏光のままであり、検光子２４を通過する光
量はゼロである。しかし、電磁界により位相差が生しる
と、光波は、楕円偏光となり、検光子２４を通過する成
分が生ずる。検光子２４を通過する光量は、印加された
電位差によって決まるため、検光子２４を通過した光量
を光ファイバ１８を介して光検出器１４へ導き、その光
量を測定することにより、電気光学結晶２２に印加され
た電位差、ひいては電磁界強度を測定することができる
。

この様な従来の電磁界強度測定装置は、センサ部１０、
光ファイバ１６．１８がほとんど誘電体で構成されてい
るため、測定場１００内における電磁界がほとんど乱さ
れず、正確な電磁界強度の測定を行うことができる。

この反面、前記従来装置は、電磁界の測定感度が著しく
低く、微弱な電磁界強度の測定が難しいという問題があ
った。例えば、１−１角という超小型の結晶２２を用い
ても、そこを通る光の位相を１８０度変化させるために
は、３００ｖもの電圧が必要とされる。このため、使用
するアンテナ２６ａ、２６ｂの利得にもよるが、微弱な
電磁界強度の測定は極めて難しいという問題があった。

そこで、センサ部１０の光強度変調器として用いられる
バルク結晶に代って、導波型の分岐干渉型光変調器を用
いた装置の提案がなされている。

第４図には、従来装置の一例が示されている。

尚、第３図に示す従来装置と対応する部材には、同一符
号を付しその説明は省略する。

この測定装置に於て、センサ部１０は一対のアンテナ金
属３４ａ、３４ｂと、導波型の変調器として機能する光
集積回路３６とから構成されている。光集積回路３６は
、その内部に光ファイバ１６を介して入射される測定光
を伝搬する導波路３８を有し、この導波路３８は変調部
４０において第１及び第２の変調用導波路３８ｇ、３８
ｂに分岐し、再度合流するよう形成されている。そして
、前記第１及び第２の変調用導波路３８ａ。

３８ｂには、アンテナ金属３４ａ、３４ｂを用いて受信
され電圧として出力される電磁界検出信号が、電極２８
ａ、２８ｂを介し正負が逆の電圧信号として印加される
。

以上のように構成されたセンサ部１０に向け、光源１２
から光ファイバ１６を介しコヒーレントな測定光を入力
すると、この測定光は光集積回路３６内の導波路３８を
介し光変調部４０内を伝搬されることになる。

このとき、一対のアンテナ金属３４ａ、３４ｂにより検
出された電磁界の強度は、電極２８ａ。

２８ｂにより、第１及び第２の光変調用導波路３８ａ、
３８ｂに印加される。ここに印加される電圧は、正負が
逆の電圧信号となるため、第１および第２の変調用導波
路３８ａ、３８ｂ内を通過する光波に位相差が生じる。

この両導波路３８ａ９３８ｂを通過する光波を、合波部
３９て合波干渉させることにより、位相差の度合が光の
強弱に変調され、光ファイバ１８を介し光検出器１４に
入力されることになる。このとき、光量が最大から最少
まで変化するのに要する電圧は、たかだか数Ｖに過ぎな
いため、前記第３図に示す従来装置に比べ１００倍程度
その測定感度が向上する。

従って、光検出器１４を用いて、光集積回路３６から出
力される変調された測定光の強弱を測定し、これを信号
処理回路３６に入力することにより、信号処理回路３６
は、変調された測定光の強弱から位相差の度合、ひ“い
ては電磁界強度を演算し、表示器３２に表示することが
できる。

このように、従来装置は、測定場１００における電磁界
の強度を高い感度で測定することができるため、微弱な
電磁界の強度をも測定することができる。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、この従来装置では、光源１２から出力される光
の強度変動や、信号伝送路である光ファイバ１６．３８
に加わる温度、圧力、振動等の各種外乱により、光検出
器１４に入力される変調測定光が大きく変動する。この
ため、このままでは正確な測定を行うことがてきないと
いう問題があった。　特に、このような外乱による光の
強度変動は、低周波領域において大きいため、この従来
装置では、低周波領域の測定感度が著しく低いという問
題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、電磁界測定場における電磁界の強度
を高感度でしかも外乱の影響を受けることなく正確に測
定することが可能な電磁界強度測定装置を提供すること
にある。

［問題点を解決するための手段］前記目的を解決するために、本発明は、コヒーレントな
測定光を出力する測定光発生手段と、前記測定光を電磁界測定場に導くための測定光入力用の
光ファイバと、前記電磁界測定場に設置され、前記測定光入力用の光フ
ァイバを介し測定光が入射され、この入射測定光の強度
を電磁界強度に応じて変調出力するセンサ手段と、前記センサ手段から出力される測定光を電磁界測定場の
外部に導くための測定光出力用の光ファイバと、前記測定光出力用の光ファイバを介し出力される測定光
の書度に基づき、電磁界測定場における電磁界強度を演
算する電磁界強度演算手段と、を含み、前記センサ手段は、電磁界を検出し、検出された電磁界の強度に応じた電圧
を出力するアンテナ部と、入射測定光が伝搬される導波路が測定光用導波路と、モ
ニタ光用導波路とに分岐するよう形成され、さらに前記
測定光用導波路が光強度変調部を通過するよう形成され
た光集積回路と、を含み、前記光強度変調部は、前記ア
ンテナ部から出力される電圧信号を、前記測定光用導波
路に印加し、電磁界強度に応じて測定光用導波路内を伝
搬する測定光の強度を変調して出力するよう形成され、前記測定光出力用の光ファイバは、前記測定光用導波路
から出力される変調された測定光を伝搬する変調光出力
用の光ファイバと、前記モニタ光用導波路から出力され
るモニター用測定光を伝搬するモニター光出力用の光フ
ァイバと、を含み、前記電磁界強度演算手段は、前記変調光出力用の光ファイバを介して出力される変調
された測定光から、電磁界強度検出用の信号を電気信号
として抽出出力する第１の信号処理部と、前記モニター光出力用の光ファイバから出力されるモニ
ター用測定光から、外乱成分を含む信号を電気信号とし
て抽出出力する第２の信号処理部と、第２の信号処理部から出力される電気信号に基づき、前
記第゛１の信号処理部から出力される電磁界強度検出用
の電気信号から外乱成分を除去し、電磁界測定場内にお
ける電磁界の強度を演算する演算部と、を含み、外乱に影響されること無く電磁界の強度を測定
することを特徴とする電磁界強度測定装置。

上記構成において、測定光発生手段は、コヒーレントな
レーザ光を出力するレーザ光源と、出力されるレーザー光を側室光入力用の光ファイバに整
合性よく入射させる光学系と、を含むよう形成すること
が好ましい。

また、前記レーザ光源としては、例えばＨｅＮｅレーザ
、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等、任意のものを使用可
能であるが、光ファイバとの整合性を考えると、半導体
レーザーを用いることが好ましい。

また、前記測定光入力用の光ファイバとしては、例えば
マルチモードファイバ（ＭＭＦ）、　　シングルモード
ファイバ（ＳＭＦ）、偏波面保存ファイバ（Ｐ　Ｍ’Ｆ
　）等の各種ファイバが使用可能であるが、光利用効率
、安定性等の点を考慮すると、偏波面保存ファイバ（Ｐ
ＭＦ）を用いることが好ましい。

また、前記光集積回路内に形成される光強度変調部とし
ては、マツハツエンダ−干渉計型、方向性結合器型、交
差型などの種々の形態のものを任意に用いることはでき
る。

前記光集積回路を構成する材料としては、例えば、Ｌｉ
Ｎｂ０．、ＬｉＴａ０．等の強誘電体、ＧｚＡＩＡｓ、
Ｓｉ等の半導体、ＳｉＯ２゜Ｓｉ３Ｎ、等の非晶質等の
材料が使用可能であるが、電気光学効果の大きなＬｉＮ
ｂ０．を使用することが好ましい。

また、前記アンテナ部としては、必要に応じて各種形態
のものを使用可能であるが、例えば高周波電磁界検出用
には微小ダイポールアンテナなどを用いればよく、また
低周波電磁界検出用には適切な大きさの、単なる金属板
を用いてもよい。特に、金属板をアンテナ部として用い
る場合には、光集積回路と同一の基板上に、フォトリソ
グラフィー等で作成された集積化アンテナとしても形成
することも可能であり、これにより、センサー全体の小
型化を図ることが可能となる。

また、前記第１の信号処理部は、入射される変調測定光を電気信号に変換する信号光用光
検出器と、この電気信号から所定周波数の信号成分を抽出出力する
バンドパスフィルタと、を含み、前記第２の信号処理部は、入射されるモニター光を電気信号に変換するモニター光
用光検出器と、この電気信号から低周波成分の信号を抽出出力するロー
パスフィルタと、を含み、前記演算部は、バンドパスフィルタから出力される信号
をローパスフィルタから出力される信号で割算し、電磁
界の強さを表す信号として出力するよう形成することが
好ましい。

［作　用］本発明は以上の構成からなり、次にその作用を説明する
。

本発明の測定装置を用いて電磁界を測定する場合には、
まずセンサ手段を電磁界測定場に設置し、測定光発生手
段及び電磁界強度演算手段を測定場の外に設置する。

そして、測定光発生手段から、測定光入力用の光ファイ
バを介しセンサ手段へ向はコヒーレントな測定光を出力
する。

センサ手段は、アンテナ部と、光集積回路とを有し、こ
の光集積回路内には、測定光用導波路とモニタ光用導波
路とに分岐する導波路が形成されている。

さらに、前Ｗｃ！測定光用導波路は、光強度変調部を通
過するように形成されている。そして、この光強度変調
部内において、測定光用導波路内を通過する測定光の強
度は、アンテナ部を用いて検出される外部の電磁界強度
に応じて変調されることになる。

従って、このように光強度変調部から変調出力される測
定光の強弱を測定することにより、電磁界の強度を測定
することができる。

本発明において、光強度変調部を通過してきた測定光は
、測定光用導波路から変調光出力用光ファイバを介して
測定場の外部に設置された電磁界強度演算手段の第１の
信号処理部へ向は出力される。

同様に、光強度変調部を通過しない測定光は、モニタ光
用導波路からモニタ光出力用光ファイバを介し電磁界強
度演算手段の第２の信号処理部へ向は出力される。

そして、前記第１の信号処理部は、変調光出力用光ファ
イバを介して入力される変調された測定光から、電磁界
強度測定光用の信号を電気信号として抽出出力する。

また、第２の信号処理部は、モニタ光出力用光ファイバ
を介して入力されるモニタ用測定光から、外乱成分を含
む低周波領域の信号を電気信号として抽出出力する。

そして、演算部は、第２の信号処理部から出力される電
気信号に基づき、前記第１の信号処理部から出力される
電磁界強度検出用の電気信号から外乱成分を除去し、電
磁界測定場内における電磁界強度を演算する。

すなわち、前記センサ手段の光強度変調部を介して出力
される変調された測定光には、測定光発生手段の光源強
度の変動や、各光ファイバやセンサ手段に加わる各種の
外乱、例えば温度、振動、圧力などにより外乱成分か含
まれることになる。

特に、このような外乱は低周波領域の電磁界強度を測定
する場合に多く含まれることになる。

本発明では、前記センサ手段にモニタ光用導波路を形成
するとともに、このモニタ光用導波路内を通過してきた
測定光をさらにモニタ光出力用の光ファイバを介して電
磁界強度演算手段へ向は出力している。

従って、電磁界強度測定手段に入力されるモニタ光には
、前述した外乱成分を含む低周波領域の信号がそのまま
含まれることになる。

従って、変調された測定光を、例えば光変換器を用いて
電気信号に変換し、バンドパスフィルタ等を用いてこの
電気信号から所定周波数の信号成分を検波・出力すると
共に、モニタ光を光電変換器を用いて電気信号に変換し
、′これをローパスフィルタを介して出力することによ
り、前記バンドパスパスフィルタから出力される光強度
変調された測定信号を、ローパスフィルタから出力され
る変度成分を表す出力信号で割算すれば、変調された測
定光に含まれる外乱変動成分を除去し、低周波領域から
高周波領域にわたり電磁界強度を正確に、かつ安定して
測定することができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、光源の光強度の
変動や、光ファイバに加わる各種の外乱などの影響を受
けることなく、電磁界の強度を光学的に広範囲にわたり
安定かつ正確に測定することが可能となる。

特に、本発明によれば、従来精度よく測定できなかった
直流に近い低周波数領域の電磁界強度を安定かつ高精度
に測定することが可能となる。

他の発明［第２の発明］また、本発明の電磁界強度測定装置において、光集積回
路内に設けられた光強度変調部を、分岐干渉計型のもの
とするためには、次のように形成することが好ましい。

すなわち、ｖ４２発明の電磁界強度測定装置において、前記導波路は、分岐部で第１の変調用導波路および第２
の変調用導波路に分岐され、合波部て再度合流するよう
形成され、前記光強度変調部は、前記アンテナ部から出力される電
圧信号を、前記第１の変調用導波路及び第２の変調用導
波路に正負が逆の電圧信号として印加するよう電極が形
成され、各変調用導波路内を伝搬する測定光の位相を変
化させた後、前記合波部て合波干渉させることにより、
電磁界強度に応してその強度が変調された測定光を出力
するよう形成されたことを特徴とする。

以上の構成とすることより、光ファイバを介して導波路
に入射された測定光は、光強度変調部内を第１および第
２の変調用導波路に分岐して流れた後、合波部で合波干
渉することになる。

ここて、前記光強度変調部は、アンテナ部から出力され
る電圧信号が、第１の変調用導波路および第２の変調用
導波路に印加されるように構成されている。

従って、電磁界測定場内において、アンテナ部が外部の
電磁界の強度に応じた電圧を出力すると、この電圧は第
１および第２の変調用導波路に印加され、これら各導波
路の屈折率を変化させる。従って、これら第１および第
２の変調用導波路内を伝搬する測定光の光波の位相が変
化することになる。

ここで、第１および第２の変調用導波路には、正負が逆
になるよう電圧が印加されるため、これら各導波路を伝
搬する光波は位相変化の符号が逆となり位相差が生じる
ことになる。

そして、これら第１および第２の変調用導波路内を通過
した測定光を合波部て合波干渉させることにより、位相
変化の度合が光の強弱に変換されることになる。

すなわち、外部に電磁界が存在しない場合には該強度変
調部から出力される測定光は最大強度となり、位相差が
１８０＠のときは最少光量となる。

従って、このように光強度変調部から変調出力される測
定光の強弱を測定することにより、位相差の度合い、ひ
いては電磁界の強度を測定することができる。

［実施例］次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図には、本発明にかかる電磁界強度測定装置の好適
な実施例が示されており、実施例の測定装置は、電磁界
測定場１００内に設置されるセンサ部５０と、電磁界測
定場１００の外に設置される測定光発生部８０、電磁界
強度演算回路９ｏ及び表示部９８とを含む。

そして、前記測定光発生部８０とセンサ部５０とは測定
光入力用の光ファイバ８６を介して光学的に接続され、
さらにセンサ部５０と電磁界強度演算回路９０とは変調
光出力用の光ファイバ８８ａとモニタ光出力用の光ファ
イバ８８ｂを介して光学的に接続されている。

前記測定光発生部８０は、コヒーレントな測定光を出力
するよう形成されており、具体的にはレーザ光源８２と
、このレーザ光を光ファイバ８６に導くレンズなどから
なる光学系８４とを含む。

前記レーザー光源８２は、例えばＨｅＮｅレーザ、ＹＡ
Ｇレーザ、半導体レーザ等、任意のものを使用可能であ
るが、本実施例では、光ファイバとの整合性から、半導
体レーザを用いている。

また、前記光ファイバ８６は、例えばマルチモードファ
イバ（ＭＭＦ）、　　シングルモードファイバ（ＳＭＦ
）、偏波面保存ファイバ（ＰＭＦ）等を使用可能である
が、光利用効率、安定性の面等を考慮して、本実施例で
は偏波面保存ファイバが用いられている。

また、前記センサ部５０は、通過する光の強度を外部電
圧により変化させる光強度変調部７２が設けられた光集
積回路５４と、測定しようとする電磁界を検出する一対
のアンテナ５２ａ、５２ｂとを含む。

前記光集積回路５４は、その内部に光ファイバ８６を介
して測定光が入射される導波路５８が形成されており、
この導波路５８は分岐部６ｏにおいて測定光用分岐路６
２とモニタ用分岐路６４とに分岐するよう構成されてい
る。さらに、前記測定光用導波路６２は、光強度変調部
７２内を通過する際、分岐部６６ａにて第１の変調用導
波路６８ａ及び第２の変調用導波路６８ｂに分岐し、合
波部６６ｂにて再度１本の導波路６２として合流するよ
う構成されている。

前記光強度変調部７２は、前述したように光集積回路化
された導波型の光変調器として形成されている。このよ
うな導波型の光強度変調部６２としては、例えばマツハ
ツエンダ−干渉計型、方向性結合器型、交差型などの種
々の形態のものがあり、必要に応じて任意のものを使用
できる。本実施例では、マツハツエンダ−干渉計型とし
て形成されている。

また、前記一対のアンテナ５２ａ、５２ｂは、測定場１
００内における電磁界を検出し、電磁界の強度に応じた
電圧信号として出力する。このようなアンテナ５２ａ、
５２ｂとしては、必要に応じて各種のものを採用可能で
あるが、高周波数電界検出用には微小ダイポールアンテ
ナがある。低周波数電界検出用には、適切な大きさの単
なる金属板を用いてもよい。

そして、これら一対のアンテナ５２ａ、５２ｂから出力
される電磁界強度に応じた電圧信号は、電極７８ａ、７
８ｂを介して変調部７２内の第１の変調用導波路６８ｇ
及び第２の変調用導波路６８ｂに、正負が逆の電圧とな
゛るように印加される。

なお、前記光集積回路５４の材料としては、ＬｉＮｂＯ
３，ＬｉＴａＯ３等の強誘電体、ＧａＡｌＡｓ、Ｓｔ等
の半導体、５ｉ０２゜Ｓｉ、Ｎ、等の非晶質等の材料が
使用可能であるが、本実施例では、電気光学効果の大き
なＬｉＮｂ０．が使用されている。

また、前記導波路５８，６８ａ、６８ｂは、その周囲の
材料に比べその屈折率を高くすることにより、光波をそ
の内部に閉じ込めて導波するよう構成されている。

なお、本実施例において、前記一対のアンテナ５２ａ、
５２ｂは低周波電界検出用として単なる金属板を用いて
形成されており、このアンテナ５２ａ、５２ｂは、光集
積回路５４と同一の基板上に、フォトリソグラフィーな
どの手法を用い集積化アンテナとして形成されている。

従って、本実施例のセンサ部５０は、同一の基板上に光
集積回路５４とアンテナ５２ａ、５２ｂが一体として形
成された小さなものになるため、その取扱いが極めて容
易なものとなる。

このようにして形成されたセンサ５２では、前記測定光
発生部８０からコヒーレントなレーザ光が出力されると
、この測定光は、光ファイバ８６から入力端５６を介し
導波管５８内に入射され、分岐部６０を介し測定光用導
波路６２とモニタ光用導波路６４とに別れて伝搬される
。

測定光用導波路６２内を流れる測定光は、光強度変調部
７２内においてさらに第１及び第２の変調用導波路６８
ｍ、６８ｂの二つに別れて流れる。

この変調部７２内においては、前述したようにアンテナ
５２ａ、５２ｂから電磁界の強度に応じた電圧信号が印
加されているため、電磁界の強度に応じてこれら各導波
路６８ａ、６８ｂの屈折率が変化し、そＣ内部を伝搬す
る光波の位相が変化する。

特に、これら第１及び第２の変調用導波路６８ａ、６８
ｂには正負が逆の電圧信号が印加されているため、第１
の変調用導波路６８ａを伝搬する光波と第２の変調用導
波路６８ｂ内を伝搬する光波では位相変化の符号が逆と
なり、両者の間に位相差が生じる。そして、これら各導
波路６８ａ。

６８ｂを伝搬した光波は合波部６６ｂで合波干渉され、
位相差の度合いが光の強弱に変換され、出力部７４から
光ファイバ８８ａを介して電磁界強度演算回路９０へ向
は変調された測定光として出力される。

また、前記モニタ光用導波路６４は、前記測定光用導波
路６２とほぼ平行に形成され、その内部を通過する測定
光は出力端７６から光ファイバ８８ｂを介し電磁界強度
演算回路９０へ向はモニタ用測定光として出力される。

ここにおいて、これら各光ファイバ８８ａ。

８８ｂは、それぞれ密着して敷設することが好ましい。

これら各光ファイバ８８ａ、８８ｂは、前記光ファイバ
８６と同様種々のものを使用可能であるが、本実施例で
はマルチモードファイバを用いている。

本実施例において、前記電磁界強度演算回路９０は、変
調光用の光検出器９２ａ、モニタ光用の光検出器９２ｂ
、信号処理回路９４ａ、ローパスフィルタ９４ｂ及び割
算器９６を含む。

前記変調光用光検出器９２ａ、信号処理回路９４ａは第
１の信号処理部として機能するものである。そして、光
ファイバ８８ａを介して入力される変調された測定光は
、変調光用の光検出器９２ａより電気信号に変換され、
信号処理回路９４ａにより信号処理された後、割算器９
６の分子として入力される。

第２図には、前記信号処理回路９４ａの具体的な構成か
示されており、この信号処理回路９４ａは、バンドパス
フィルタ９５ａ、増幅器９５ｂ。

検波器９５ｃを含む。

そして光検出器７４から入力される電気信号は、バンド
パスフィルタ９５ａに入力される。バンドパスフィルタ
９５ａは、入力される電気信号に含まれる電磁界強度測
定光用の信号を抽出出力し、この信号は、さらに増幅器
９５ｂ、検波器９５Ｃを用いて増幅検波された後、割算
器９６の分子として出力される。

また、前記モニタ光用光検出器９２ｂ、ローパスフィル
タ９４ｂは第２の信号処理部として機能するものである
。

そして、光ファイバ８８ｂを介して入力されたモニタ用
測定光は、モニタ光用の光検出器９２ｂにより電気信号
に変換され、さらにローパスフィルタ９４ｂにより直流
に近い成分、すなわち外乱による測定光強度の変動成分
がリップル分として含まれる信号が抽出される。そして
、このようにして抽出された信号は、割算器９６へ向は
分母として出力される。

割算器９６は、このようにして入力される信号に対する
割算を実行し、信号処理回路９４ａから出力される検出
信号に含まれていた変動成分を除去し、その演算結果を
表示部９８上に表示する。

表示された演算結果は、外乱による変動成分が除去され
、電磁界強度を正確に表すものとなる。

本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。

レーザ光源８２からコヒーレントなレーザ光が出力され
ると、このレーザ光は光学系８４により絞られ光ファイ
バ８６に入射される。光フアイバ８６内を伝搬した測定
光は、センサ部５０に到達し、光集積回路５４の入力部
５６から導波路５８に入射され、この導波路５８内を伝
搬する。この測定光は分岐部６０にて測定光用導波路６
２及びモニタ光用導波路６４に分岐する。このときの分
岐比は必要に応じて任意に設定できるが、−船釣には５
０　：　５０に設定される。

そして、測定光用導波路６２に分岐した測定光は、光強
度の変調部７２に達し、分岐部６６ｍで再び分岐し、第
１及び第２の変調用導波路６８ａ。

６８ｂ内を伝搬する。この第１及び第２の変調用導波路
６８ａ、６８ｂ内を伝搬する途中で、測定光は電極７＆
ａ、７８ｂに印加された電圧の大きさの位相変調を受け
る。

このとき、前記電極７８ａ、７８ｂは、第１及び第２の
変調用導波路６８ａ、６８ｂにそれぞれ正負が逆の電圧
を印加するよう構成されていることから、第１の変調用
導波路６８ａ内を伝搬する測定光と、第２の変調用導波
路６８ｂ内を伝搬する測定光は位相変化の符号が逆とな
り、両者の間に位相差が生じる。

そして、これら両導波路６８ｍ、６８ｂ内を伝搬される
測定光は、合波部６６ｂで合波干渉され、これにより位
相差の度合いが光の強弱に変換されることになる。すな
わち、外部電磁界が存在せず位相差が０のときは最大光
量となり、また外部電磁界が存在し、その位相差が１８
０°の時は０または最少光量となる。従って、このよう
な変調光の光量の強弱を測定することにより、位相差の
度合いひいては電磁界強度を測定することができる。

このようにして、変調部７２から出力される測定光（以
下変調光と記す）は、出力端７４から光ファイバ８８ａ
に入射され、変調光用の光検出器９２に入射される。こ
こで、変調光は、電気信号に変換され、信号処理回路９
４に入力される。この信号処理回路９４ａは、入力され
る信号から電磁界強度検出用の所定周波数帯域の信号を
増幅検波し、これを電磁界強度測定信号として割算器９
６へ向は出力する。

この電磁界強度測定信号内には前述したように、レーザ
光源８２の光源強度の変動分や、光ファイバ８６．８８
ａ、８８ｂ等に加わる外乱（温度、振動、圧力などに起
因する）による特性変動分が含まれる。従って、このま
までは、電磁界強度の正確な測定を行なうことができな
い。

これに対し本発明では、光集積回路５４に入射された測
定光の一部が、分岐部６０を介しモニタ光用導波路６６
内を伝搬され、さらに光フアイバ８８ｂ内を伝搬されて
モニタ光用の光検出器９２ｂに入力される。

このとき、前記モニタ光用導波路６４は、前記測定光用
導波路６２とほぼ平行に配置され、さらにこのモニタ光
を伝搬する光ファイバ８８ｂは、変調光を伝搬する光フ
ァイバ８８ａとほぼ密着して敷設されている。このこと
から、光ファイバ８８ｂを介して光検出器９２ｂに入力
されるモニタ光には、光源８２から出力されるレーザ光
の光源強度変動成分や、光ファイバ８６．８８ａに作用
する外乱による変動成分等が同様に含まれることになる
。

そして、入力されたモニタ光は、光検出器９２ｂで電気
信号に変換出力され、さらにローパスフィルタ９４ｂて
直流に近い成分のみが抽出出力される。すなわち、この
直流に近い検出信号に含まれるリップル分は、光源強度
変動成分や、光ファイバに対する温度圧力などによる引
き起されれる伝搬光強度変動成分そのものである。

従って、割算器９０を用い、処理回路９４から出力され
る検出信号を、ローパスフィルタ９４ｂから出力される
変動成分信号を用いて割算することにより、検出信号に
含まれた変動成分を除去し、電磁界強度そのものを正確
に求めることができる。

そして、このようにして求められた電磁界強度は、表示
部９８上に表示されることになる。

例えば、測定先発生部８０から、所定の光強度の測定光
を出力した場合を想定すると、この測定光が変調部７２
を通過し光検出器９２ａに到達すると、光検出器９２ａ
からは次式で示す信号ｌが出力される。

１＝（ｉｏ＋△Ｉｏ）　ｌｌ＋ｃｏｓ（−ｙｒ　・ｓｌ
ｎωｔ）ＩＶπ ここで、１０は最大出力光強度の１１２．△Ｉ。

は外乱による変動分、ｖｏｓ１ｎωｔは変調部電極に印
加される外部電圧に比例した交流信号、Ｖπは半波長電
圧といい、変調部出力光強度を最大から最少に変化させ
るのに要する印加電圧を表す。

この信号ｌを、バンドパスフィルタ９５ａ等を介して処
理回路９４ａから出力すると、その出力ｌωは、次式で
与えられる。

ｌω　ｃ＋ｃ　　（１０＋△　Ｉｏ）　　・　　−ｏ　
ｖｏ番　ｓｉｎ　　ω　ｔＶπ また、測定光発生部８０から出力された前記測定光がモ
ニタ光用導波路６４を通過し光検出器９２ｂに到達する
と、光検出器９２ｂ、ローパスフィルタ９４ｂを介して
出力される信号１ｄｃは次式％式％従って、割算器９６が、前述した除算をすると、その値
Ｒは１ω Ｒ−−ＯＣ−・ｏ　・ｓｌｎωｔＩｄｃ　　　　Ｖπ となり、外乱による変動成分を除去できる。このように
して得られたＲは、電界強度そのものを正確に表わすこ
とが理解されよう。

このように本発明によれば、従来技術の問題点、すなわ
ち光源強度の変動や、光ファイバに加わる外乱（温度、
振動、圧力など）による伝搬光強度の変動の影響を確実
に除去することができる。これにより、低周波領域から
超高周波領域（ＧＨｚ）まで感度よく測定することが可
能となり、特に、従来計測できなかった直流に近い低周
波数領域の電磁界強度をも安定にかつ高い精度で測定す
ることが可能となる。

さらに、本発明の測定装置は、測定場１００内における
被測定電磁界環境をほとんど乱すことなくこれを正確に
測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる電磁界強度測定装置の好適な一
例を示すブロック回路図、第２図は第１図に示す信号処理回路の具体的な構成を示
すブロック回路図、第３図は従来の電磁界強度測定装置の一例を示す説明図
、第４図は他の従来装置を示す説明図である。５０・・・センサ、５２　ａ、　　５２　ｂ−７ンテｆ−１５４・・光集積
回路、５８・・・導波路、６２・・・測定光用導波路、６４・・・モニタ光用導波路、６８ａ・・・第１の変調用導波路、６８ｂ・・・第２の変調用導波路、７２・・・光強度変調部、８０・・・測定光発生部、８６・・測定光入力用の光ファイバ、８８ａ・・・変調光出力用の光ファイバ、８８ｂ・・・
モニタ光出力用の光ファイバ、９０・・・電磁界強度演
算回路。代理人　弁理士　布施行末（他１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　コヒーレントな測定光を出力する測定光発生手
段と、前記測定光を電磁界測定場に導くための測定光入力用の
光ファイバと、前記電磁界測定場に設置され、前記測定光入力用の光フ
ァイバを介し測定光が入射され、この入射測定光の強度
を電磁界強度に応じて変調出力するセンサ手段と、前記センサ手段から出力される測定光を電磁界測定場の
外部に導くための測定光出力用の光ファイバと、前記測定光出力用の光ファイバを介し出力される測定光
の強度に基づき、電磁界測定場における電磁界強度を演
算する電磁界強度演算手段と、を含み、前記センサ手段は、電磁界を検出し、検出された電磁界の強度に応じた電圧
を出力するアンテナ部と、入射測定光が伝搬される導波路が測定光用導波路と、モ
ニタ光用導波路とに分岐するよう形成され、さらに前記
測定光用導波路が光強度変調部を通過するよう形成され
た光集積回路と、を含み、前記光強度変調部は、前記アンテナ部から出力
される電圧信号を、前記測定光用導波路に印加し、電磁
界強度に応じて測定光用導波路内を伝搬する測定光の強
度を変調して出力するよう形成され、前記測定光出力用の光ファイバは、前記測定光用導波路
から出力される変調された測定光を伝搬する変調光出力
用の光ファイバと、前記モニタ光用導波路から出力され
るモニター用測定光を伝搬するモニター光出力用の光フ
ァイバと、を含み、前記電磁界強度演算手段は、前記変調光出力用の光ファイバを介して出力される変調
された測定光から、電磁界強度検出用の信号を電気信号
として抽出出力する第１の信号処理部と、前記モニター光出力用の光ファイバから出力されるモニ
ター用測定光から、外乱成分を含む信号を電気信号とし
て抽出出力する第２の信号処理部と、第２の信号処理部から出力される電気信号に基づき、前
記第１の信号処理部から出力される電磁界強度検出用の
電気信号から外乱成分を除去し、電磁界測定場内におけ
る電磁界の強度を演算する演算部と、を含み、外乱に影響されること無く電磁界の強度を測定
することを特徴とする電磁界強度測定装置。
（２）　請求項（１）において、前記導波路は、分岐部で第１の変調用導波路および第２
の変調用導波路に分岐され、合波部で再度合流するよう
形成され、前記光強度変調部は、前記アンテナ部から出力される電
圧信号を、前記第１の変調用導波路及び第２の変調用導
波路に正負が逆の電圧信号として印加するよう電極が形
成され、各変調用導波路内を伝搬する測定光の位相を変
化させた後、前記合波部で合波干渉させることにより、
電磁界強度に応じてその強度が変調された測定光を出力
するよう形成されたことを特徴とする電磁界強度測定装
置。