JPH0450680A

JPH0450680A - 光ファイバ磁界センサ

Info

Publication number: JPH0450680A
Application number: JP15445790A
Authority: JP
Inventors: Fumio Suzuki; 文生鈴木; Shigefumi Yamazaki; 山崎　成史; Ryozo Yamauchi; 良三山内
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1990-06-13
Publication date: 1992-02-19
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH0740063B2

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、磁界を検出するための光ファイバ磁界セン
サに係わり、従来は固定されていた検出周波数を自由に
可変できる機能を有するものに関する。

「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のカブラ、測定用光
ファイバ上に設けられ、磁歪体と光ファイバからなり、
磁界によりファイバ内を伝搬する光波に位相変化を与え
る磁界センサ部、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のカブラ、第２
のカブ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
表示する表示装置等から構成されている。

これら各部のうち、磁界センサ部について第６図を用い
て説明する。この図に示された磁界センサ部１は、磁歪
効果を有する柱状の磁性材料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。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か得られるた於に最適である
。

「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。変化する度合は磁界の周波数
に上って異なり、一般に、磁性体の形状と材質によって
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７図は、
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。

このピーク値に相当する周波数が共振周波数である。従
って、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、その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
波数を自由に可変できる光ファイバ磁界センサを提供す
ることを目的としている。

「課題を解決するための手段」本発明は、磁歪体に光ファイバを固定（５てなる磁界セ
ンサ部を備え、該磁歪体の材質及び寸法から生じる共振
現象を利用して磁界を測定する磁界センサにおいて、上
記磁歪体に直流磁界を与える直流磁界発生手段を設け、
該直流磁界発生手段から発生させる直流磁界の強度を変
化させて磁歪体の＃、振点を変化させるように構成し、
これによって上記課題を解消した。

「作用　」この発明の光ファイバ磁界センサは、磁界センサ部の磁
歪体に、直流磁界を与える直流磁界発生手段を設け、該
直流磁界発生手段から発生させる直流磁界の強度を変化
させて磁歪体のヤング率を変化させ、これによって磁歪
体の共振点を可変にすることができる。

「実施例」第１図は、本発明の光ファイバ磁界センサの一実施例を
示す図である。この光ファイバ磁界センサ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１
６と、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＠ｔ
ｓと、光検出器からの信号を受信して増幅するロックイ
ンアンプ１９等から構成されている。

上記磁界センサ部１６は、第２図に示すように、磁歪体
２０上に、測定用光ファイバＸ４を接着剤２１で固定し
、かっ磁歪体２０の両端に、直流磁界発生手段の２つの
コイル２２．２２を近接配置して構成されている。直流
磁界発生手段は、磁歪体２０両端に配置され、各々の一
端側が接続された上記２つのコイル２２．２２と、これ
らのコイル２２２２に直流電圧を印加する可変直流電源
２３とから構成されている。この直流磁界発生手段は、
可変直流電源２３によりコイル２２．２２への直流電流
値を変化させることによって磁歪体２０に種々の強度の
直流磁界を付与するものである。

ところで、磁歪体２０か角柱状である場合の共振周波数
「ｎは、次式（１）で表される゛。

ｒ　ｎ　（Ｊｔｚ）＝　（ｎ／　２　・Ｑ　）　・Ｆ正
７フー式（１）ここでｎは共振の次数、ｇは角柱の長さ
、Ｅはヤング率、ρは密度である。なお、共振モードに
は、縦振動モード、ねじれ振動モード、曲げ振動モード
等何種類かあるが、上記式（１）は縦振動モードに対応
する共振周波数である。

この式（１）より、磁歪体２０のヤング率を何らかの方
法で変化させることができれば、共振点を可変にできる
ことがわかる。ヤング率は、磁歪体に与える直流磁界を
変化させることで変えることができ、これはΔＥ効果と
呼ばれる現象である。

従って、この光ファイバ磁界センサ１１は、直流磁界発
生手段のコイル２２．２２の直流電流を変化させ、磁歪
体２０に付与される直流磁界強度を変化させることによ
り、磁歪体２０のヤング率が変化し、磁歪体２０の共振
点を可変にてきる。

以上のように、この′実施例の光ファイバ磁界センサ１
１は、磁歪体２０に付与する直流磁界を変化させ、磁歪
体２０のヤング率を変化させ、磁歪体２０の共振周波数
を可変することによって、目的の周波数を有する交流磁
界に同調させることができ、高感度で周波数選択性のあ
る磁界センサとなる。

第３図は本発明の他の実施例を示すものである。

この実施例では、磁歪体２０に直流磁界を付与する直流
磁界発生手段として、コイル２２．２２と可変可変直流
電源２３の代わりに、磁歪体２０に対し接過、離間する
方向に移動可能に設けられた１対の永久磁石２４と、こ
れを移動さ仕る移動機構とから構成したものである。磁
歪体２０は、架台２５の中央部に載置され、その両側に
はそれぞれ永久磁石２４．２４が移動可能に配置されて
いる。これら永久磁石２４．２４は、移動機構（図示略
）により架台２５上を移動する一対の移動部材２６．２
６に対向して取り付けられている。移動部材２Ｊ２６は
、各々が接近しまたは離間する方向に沿って移動する。

これら移動部材２６．２６を移動させるための移動機構
としては、例えばモータを駆動源としたカム機構やギア
伝達機構、ヘルド伝達機構など種々の装置を用いること
かできる。

この実施例では、磁歪体２０に永久磁石２４．２４を接
近、離間させて磁歪体２０に付与される直流磁界の強度
を変化させることによって、磁歪体２０のヤング率が変
化（７て磁歪体２０の共振点を可変にすることができる
。したがって、この実施例の光ファイバ磁界センサは、
先の実施例と同様に磁歪体２０のヤング率を変化させ、
磁歪体２０の共振周波数を可変とし、目的の周波数を有
する交流磁界に同調させることかでき、高感度て周波数
選択性のある磁界センサとなる。さらにこの実施例では
、永久磁石とそれを移動させる移動機構とから直流磁界
発生手段を構成したので、磁界発生手段の構成を簡略化
できる。

（実験例１）第１図のものと同様の光ファイバ磁界センサを作製した
。光源には波長１．３μｌのＤＦＢレーザダイオード、
第１２第２のカプラには偏波保持光ファイバカプラを用
いた。測定用光ファイバおよび参照用光ファイバには応
力付与型の偏波保持光ファイバを使用した。この光ファ
イバのコア径は８μｍ１　クラツド径は１２５μｍ１被
覆径は４００μｍ１伝送損失は０．４ｄＢ／Ｋｍ、クロ
ストークは一４５ｄＢである。

磁界センサ部は、第２図に示すものと同様の構成とし、
磁歪体は輻２５ｍ＋＋＋、長さ２００ｍｍ、厚さ２５μ
ｍのアモルファス製金属テープを、厚さ２５ｍｍとなる
まで積層したものを用いた。

また磁歪体の両側に配置したコイルは、直径１１１１ｍ
のエナメル線を２００回巻き、内径５０ｍｍ、外径７０
ｍｍとしたものを用いた。

このセンサを用い、まず、直流磁界を付与しない状態で
磁歪体に０．１２エルステツドの交流磁界を作用させて
磁歪体の磁界周波数に対する出力特性を測定した。この
結果を第４図に示す。この図の鋭いピークは共振点であ
り、低い方から２８、６．９、１１　（ｋＨｚ）であっ
た。磁歪体の共振モードには前述したように縦振動、ね
じれ振動、曲げ振動等があり、縦振動モードに体する磁
歪材料の共振周波数ｆｎは前述の式（１）で与えられる
。ここで用いた磁歪体のヤング率は約１２×１０日Ｎ／
ｍ’、密度は６　、ＯＸ　ｌ　Ｏ’Ｋｇ／＋＋＋３であ
る。これにより計算した磁歪体の縦振動モードの共振周
波数は１１ｋＨｚであった。従って、第４図中符号して
示した共振点は、縦振動モードに対する共振であること
がわかる。以後、縦振動モード共振に限定して説明する
。

この磁歪体の両側に配置したコイルに可変直流電源から
直流電流を流した。直流′ｔ４流は、０から２０Ａで変
化させて磁歪体に付与する直流磁界をθエルステッドか
ら１０００エルステツドまで変化させた。この時の共振
周波数の変化を第５図に示した。この図から明らかなよ
うに、このセンサでは直流磁界強度の変化によって磁歪
体の共振周波数を変化させることが可能であった。

（実験例２）実験例１で用いたコイルを永久磁石としてセンサを構成
した。永久磁石はアルニコ系であり、寸法は直径４０ｍ
ｍ、厚さ２０＋ｎｍで、１０００エルステツドの磁界強
度を発生していた。この永久磁石を磁歪体の近傍１ｍｍ
の位置から１Ｏｉｌｆｆｌまで離していった。この時、
共振周波数は１２から１１．５ｋＨｚまで変化した。な
お、永久磁石を移動して磁歪体に与える磁界を変化する
かわりに、磁歪体と永久磁石との間に磁性体製のプレー
トを挿入する方法でも同様の効果が得られた。

「発明の効果」以上説明したように、この発明の光ファイバ磁界センサ
は、磁歪体に付与する直流磁界を変化させ、磁歪体のヤ
ング率を変化させて磁歪体の共振周波数を変化させるこ
とができるのでミ任意の周波数を有する交流磁界に対し
て高感度な磁界検出ができる。

また磁歪体の共振現象を利用しているため周波数選択性
が発揮され、共振周波数以外の交流磁界については感度
が弱まり、目的の交流磁界のみ検出できるので、雑音の
少ない磁界センサを構成することができる。

さらに磁歪体に直流磁界を付与する直流磁界発生手段は
、コイルと可変直流電源とから簡単に構成でき、簡単で
小型の磁界センサを構成することができる。また直流磁
界発生手段は、移動可能に設けられた永久磁石とこれを
移動させる移動手段とからでも構成することができ、こ
れによりセンサの構造を一層簡略化できる。

また、この光ファイバ磁界センサを複数個配列すること
によって、更に高感度の磁界センサを構築できる。

さらに磁界が透過可能な非磁性体容器に光ファイバ磁界
センサを収納することにより、外乱に強い装置となる。

また容器内に真空密封することによって、温度により誘
起されるノイズも除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例を示すもので
、第１図は、光ファイバ磁界センサの概略構成図、第２
図は、磁界センサ部の概略斜視図、第３図は、本発明の
他の実施例を示す磁界センサ部の概略側面図、第４図お
よび第５図は、本発明に係わる実験例を説明するたぬの
もので、第４図は磁歪体の磁界周波数に対する出力特性
を示すグラフ、第５図は磁歪体に直流磁界を付与した場
合の共振周波数の変化を示すグラフ、第６図は従来の光
ファイバ磁界センサの磁界センサ部を例示する斜視図、
第７図は第６図に示す磁界センサ部によって得られる出
力特性を示すグラフである。第１図１１・・・光ファイバ磁界センサ、１６・・磁界センサ
部、２０・・・磁歪体、２２・・・コイル、２３・・可
変直流電源、２４・・・永久磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

磁歪体に光ファイバを固定してなる磁界センサ部を備え
、該磁歪体の材質及び寸法から生じる共振現象を利用し
て磁界を測定する磁界センサにおいて、上記磁歪体に直
流磁界を与える直流磁界発生手段を設け、該直流磁界発
生手段から発生させる直流磁界の強度を変化させて磁歪
体の共振点を変化させることを特徴とする光ファイバ磁
界センサ。