JPH0419581A - 光ファイバ磁界センサ - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、微少な磁界を検出する磁界センサに関し、
従来の磁界センサの感度を向上させ、かつ使用周波数帯
域を広帯域化したものに関する。

［従来の技術］ 従来より、磁界の測定装置としては、マツハツエンダ干
渉計型の磁界センサ等が良く知られている。

従来の磁界センサは、レーザ光を出射する光源部、出射
されたレーザ光を参照光と測定光に分岐し、それぞれ参
照用光ファイバおよび測定用光ファイバに導く第１のカ
プラ、測定用光ファイバ上に設けられた磁界センサ部、
この磁界センサ部において位相変化を受けた光波と上記
参照光とを合流させる第２のカプラ、第２のカプラにて
発生する干渉波を検出する光検出器、光検出器からの光
を増幅するアンプ部、増幅された信号光を表示する表示
装置などから構成されている。

第７図は、従来の光ファイバ磁界センサにおける磁界セ
ンサ部を例示するものであって、この磁界センサ部ｌは
、磁歪効果を有する柱状の磁歪体２にセンサ用光ファイ
バ３を接着して構成されている。この磁歪体２の材料と
しては、ニッケル、フェライト、アモルファス磁性体な
どが使用される。またセンサ用光ファイバとしては、光
波の偏波状態を保持して伝送可能な偏波保持光ファイバ
が安定した干渉が得られるために最適である。

「発明が解決しようとする課題」 磁歪効果とは、磁界の強弱の変化によって磁性体の長さ
等が変化する現象である。この変化度合は磁界の周波数
によって異なり、一般に、磁性体の形状によって決まる
特定の周波数において変化のピークが生ずる。この時の
周波数を磁歪体の共振周波数と呼ぶ。第８図に、周波数
に対するこの種の磁界センサの感度特性の一例を示す。

この例では、周波数１２ＫＨｚにて感度のピークが現れ
ている。この周波数が共振周波数である。

このように、従来の磁界センサでは、ある特定の周波数
で感度が高くなり、他の周波数では感度が低い欠点があ
った。

すなわち、従来の磁界センサでは使用周波数が定まって
いるために、広い周波数帯域で使用する目的には遇して
いなかった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、使用周
波数帯域の広い磁界センサの提供を目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、磁界に対して磁歪効果の発生しやすい方向
に磁歪体を配列し、その磁歪体に光ファイバを接着し、
その部分を磁界センサ素子とする構成の磁界センサにお
いて、磁歪体が複数の磁歪体片からなり、かつそれぞれ
の磁歪体の長さを変化させ１こことを上記課題を解決す
るｆこめの手段とした。

「作用　」 長さの異なる複数の磁歪体片に光ファイバを接着して磁
界センサ部を構成したので、それぞれの磁歪体片の長さ
に応じた複数の共振周波数が得られ、その結果、使用周
波数帯域が広がる。

「実施例」 第１図および第２図は、この発明の光ファイバ磁界セン
サ（以下、磁界センサという）の第１の例を示すもので
ある。この磁界センサ１１は、レーザ光を出射する光源
部１２と、出射されたレーザ光を参照光と測定光に分岐
し、それぞれ参照用光ファイバ１３および測定用光ファ
イバ１４に導く第１のカブラ１５と、測定用光ファイバ
１４上に設けられた磁界センサ部１６と、この磁界セン
サ部１６において位相変化を受けた光波と上記参照光と
を合流させる第２のカブラ１７と、第２のカブラ１７に
て発生する干渉波を検出する光検出器Ｉ８と、検出器か
らの光を増幅するロックインアンプ１９と、増幅された
信号光を表示する表示装置を備えて構成されている。

磁界センサ部１９は、第２図に示すように、それぞれ長
さの異なる複数の磁歪体片２０を平行に並べて支持材２
１で固定し、それぞれの磁歪体片２０の周囲に光ファイ
バ１４を接着して構成されている。磁歪体片２０・・・
の材料としては、ニッケル、フェライト、アモルファス
磁性体などが使用される。また測定用光ファイバ１４お
よび参照用光ファイバ１３としては、偏波保持光ファイ
バが使用されている。

それぞれの磁歪体片２０・・・は、長さが異なることに
よって、それぞれ異なる共振周波数を持つことになる。

各磁歪体片２０・・・の長さの変化度合は特に限定され
ないが、各磁歪体片２０・・の共振周波数が離れすぎる
と、複数の共振周波数間に特に感度の低い周波数帯域を
生じ、また共振周波数が接近しすぎると、使用周波数の
広帯域化の目的を十分に達成てきな（なるので、各磁歪
体片２０の長さの変化度合は使用周波数帯域において特
に感度の低い部分が生じることなく、使用周波数の広帯
域化を実現できる範囲で設定するのが望ましい。

さらに、磁歪体片２０・・・の本数も特に限定されない
。磁歪体片２０・の本数を増加させると高精度、広帯域
な磁界の測定か可能となるが、磁界センサ部１６か複雑
化、大型化してしまうために、これらの点を勘案して適
宜な本数を設定することが望ましい。

この磁界センサ１１の磁界センサ部１６では、磁界の方
向が各磁歪体片２０・・・の長手方向に沿う方向に対し
て最大感度を有し、この方向と直交する方向では感度が
最小となる。

この構成の磁界センサ１１では、長さの異なる複数の磁
歪体片２０・・・を平行に並べ、それぞれの磁歪体片２
０・・・の周囲に光ファイバ１４を接着して磁界センサ
部１６を構成したので、それぞれの磁歪体片２０・・の
共振周波数が異なり、各磁歪体片２０・・・の共振周波
数を利用して、広い周波数帯域にわたって感度の高い磁
界センソングを行うことができる。

第３図は、この発明の光ファイバ磁界センサの第２の例
を示すものである。この例ては、十字形をなし、それぞ
れ寸法の異なる複数の磁歪体片２０・・を支持体２１に
複数並べて固定し、これらの磁歪体片２０・・・の周囲
に光ファイバ１４を接着して磁界センサ部２２を構成し
た。この磁界センサ部２２では、図中矢印で示すように
磁歪体片　２０・・・の形状に沿った方向の磁界に対し
て最大感度が得られる。

第４図は、この発明の光ファイバ磁界センサの第３の例
を示すものである。この例のように、棒状をなしそれぞ
れ長さの異なる複数の磁歪体片２０・・を、Ｌ字状に屈
曲した支持材に平行に並べて固定し、それぞれの磁歪体
片２０・・・の周囲に光ファイバ１４を接着して磁界セ
ンサ部２３を構成することもできる。

第５図は、この発明の光ファイバ磁界センサの第４の例
を示すものである。この例のように、複数の磁歪体片２
０・・・を一体化し、この一体化した磁歪体の周囲に光
ファイバ１４を接着して磁界センサ部２４を構成するこ
ともてきる。

（実験例） 第１図に示すものと同様の光ファイバ磁界センサを作製
した。

磁界センサ部は、幅２５ＩＩＩＩ１１１厚さ２５μｍの
アモルファス金属テープを厚さ２５＋ｏａ＋になるまで
積層し、断面か２５Ｘ２５ｍｍ、長さが２００，１７５
，１５０，１２５ｍ＋ａの４種類の磁歪体片を作製し、
これらの磁歪体片をガラス製支持棒上に平行に並べ、接
着剤で固定した。

また光源には、波長１．３μｍのＤＦＢレーザダイオー
ドを用い、第１．第２のカブラには偏波保持光ファイバ
カブラを用いた。測定用光ファイバと参照用光ファイバ
には、コア径８μ１１　クラツド径１２５μｍ、被覆径
４００μｍ、伝送損失　０．４ｄＢ／　Ｋ　ｍ、クロス
トーク　−４５ｄＢの応力付与型の偏波保持光ファイバ
を用いた。

この磁界センサ部に磁気を作用させて磁界周波数に対す
る出力特性を測定した。結果を第６図に示す。この図中
複数の鋭いピークはそれぞれ共振点である。Ｉ 磁歪材料の共振周波数ｒＯは、一般に次式によって与え
られる。

ｒｏ　＝＜ｎ／２−Ｑ）−ｒＥ７ア　（Ｈｚ）ここで、
ｎは共振周波数の次数、Ｑは磁歪体の長さ、Ｅはヤング
率、ρは磁歪体の密度である。

磁歪体のヤング率は約１．２Ｘ　Ｉ　Ｏ”Ｎ／ａａ”、
密度は５．９　Ｘ　Ｉ　Ｏ３Ｋｇ、／＋＋＋’である。

これにより計算した各磁歪体ｐ共振周波数を第１表に示
す。

以下余白 第 表 計算された共振点と実験例で得られたピークは良く一致
している。

これにより、実験例で得られた出力のピークは磁歪体の
共振点であることが分かる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の磁界センサは、上記構成
としたことにより、次のような効果を奏する。

長さの異なる複数の磁歪体片を使用しているために、各
磁歪体片の共振周波数を利用することができ、使用周波
数の広い光ファイバ磁界センサを構成することができる
。

また磁歪体片の配列方向をかえることによって、種々の
方向の磁界に対しても高感度なセンサを構成できる。

更に、光ファイバ磁界センサ部を複数個配列することに
よって、−層高感度なセンサを構成できる。

また磁界が透過可能な非磁性体容器に収納することによ
って、温度によって誘起されるノイズを除去することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の光ファイバ磁界センサ
を例示するもので、第１図は光ファイバ磁界センサの構
成図、第２図は磁界センサ部の斜視図、第３図ないし第
５図は、磁界センサ部の他の例を示す斜視図、第６図は
、本発明に係わる実験例の説明図であって、磁界センサ
の出力の周波数特性を示すグラフ、第７図は、従来の磁
界センサの一例を示す図であって、磁界センサ部の斜視
図、第８図は従来の磁界センサの出力の周波数特性を例
示するグラフである。 ■ 磁界センサ ３．１ 光ファイバ ３．２ ・磁界センサ部 ２０　・ 磁歪体片

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 磁界に対して磁歪効果の発生しやすい方向に磁歪体を配
   列し、その磁歪体に光ファイバを接着し、その部分を磁
   界センサ素子とする構成の磁界センサにおいて、 上記磁歪体が複数の磁歪体片に分割され、かつそれぞれ
   の磁歪体片の長さを変化させたことを特徴とする光ファ
   イバ磁界センサ。