JPH07140218A - 光磁界センサ - Google Patents
光磁界センサInfo
- Publication number
- JPH07140218A JPH07140218A JP31103893A JP31103893A JPH07140218A JP H07140218 A JPH07140218 A JP H07140218A JP 31103893 A JP31103893 A JP 31103893A JP 31103893 A JP31103893 A JP 31103893A JP H07140218 A JPH07140218 A JP H07140218A
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- JP
- Japan
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- rare earth
- iron garnet
- optical
- magnetic field
- garnet film
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転体の回転数を検出する光磁界センサを電
磁ノイズの影響を受けないようにする。 【構成】 ファラデー効果を利用できる希土類−鉄ガー
ネット膜と、該磁性ガーネット膜を通過した光を反射す
る反射膜と、該磁性ガーネット膜の入射または反射する
光を通すレンズと、３ポートサーキュレータと、光源
と、光検出器と、各構成物を接続する光ファイバとから
なる。希土類−鉄ガーネット膜を通過した光の強度変化
を求める。光サーキュレータは電気回路を持たないた
め、光源と光検出器を除き絶縁物で構成される。
磁ノイズの影響を受けないようにする。 【構成】 ファラデー効果を利用できる希土類−鉄ガー
ネット膜と、該磁性ガーネット膜を通過した光を反射す
る反射膜と、該磁性ガーネット膜の入射または反射する
光を通すレンズと、３ポートサーキュレータと、光源
と、光検出器と、各構成物を接続する光ファイバとから
なる。希土類−鉄ガーネット膜を通過した光の強度変化
を求める。光サーキュレータは電気回路を持たないた
め、光源と光検出器を除き絶縁物で構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類−鉄ガーネット
膜のファラデー効果を用いて磁界を検出する光磁界セン
サに関し、特に、磁界強度の変化を測定することによ
り、交流の周波数や電動モータの回転数などを検出する
光磁界センサに関する。
膜のファラデー効果を用いて磁界を検出する光磁界セン
サに関し、特に、磁界強度の変化を測定することによ
り、交流の周波数や電動モータの回転数などを検出する
光磁界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ファラデー回転素子材料である希土類−
鉄ガーネット膜を強磁性体の表面欠陥を検出するために
利用することは、特開平５−９９９００号公報に開示さ
れている。しかし、希土類−鉄ガーネット膜を回転数な
どの計測に利用することは未だ試みられていない。
鉄ガーネット膜を強磁性体の表面欠陥を検出するために
利用することは、特開平５−９９９００号公報に開示さ
れている。しかし、希土類−鉄ガーネット膜を回転数な
どの計測に利用することは未だ試みられていない。
【０００３】一方、従来、回転体の回転数の計測は、回
転体に小さい磁石を取り付け、回転体が回転することに
よる磁束密度の変化や磁界の大きさの変化を検出して行
われている。磁束密度の変化を検出する方式には、高透
磁率材料とコイルを用いた磁気ヘッドが用いられ、直接
磁界の大きさの変化を検出する方式には、ホール素子や
磁気抵抗素子が用いられている。これらの方式は、回転
体の回転数を直接電気信号として取り出すメリットがあ
り、広い分野で用いられている。
転体に小さい磁石を取り付け、回転体が回転することに
よる磁束密度の変化や磁界の大きさの変化を検出して行
われている。磁束密度の変化を検出する方式には、高透
磁率材料とコイルを用いた磁気ヘッドが用いられ、直接
磁界の大きさの変化を検出する方式には、ホール素子や
磁気抵抗素子が用いられている。これらの方式は、回転
体の回転数を直接電気信号として取り出すメリットがあ
り、広い分野で用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方式による回転数計測は、回転検出部に電気回路が必要
である。従って、例えば、高周波溶解炉などのある電磁
ノイズの多い現場で使用すると、Ｓ／Ｎが低下するとい
う問題がある。
方式による回転数計測は、回転検出部に電気回路が必要
である。従って、例えば、高周波溶解炉などのある電磁
ノイズの多い現場で使用すると、Ｓ／Ｎが低下するとい
う問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題に鑑みて、電磁ノイズを受けないで回転体の回転数や
周波数変動を検出できる光磁界センサを提供する。
題に鑑みて、電磁ノイズを受けないで回転体の回転数や
周波数変動を検出できる光磁界センサを提供する。
【０００６】また、本発明は、磁界強度の変化を測定す
ることにより、回転体の回転数や周波数変動などを検出
する光磁界センサを提供する。
ることにより、回転体の回転数や周波数変動などを検出
する光磁界センサを提供する。
【０００７】さらに、本発明は、希土類−鉄ガーネット
膜を回転数や周波数の検出素子として利用する光磁界セ
ンサを提供する。
膜を回転数や周波数の検出素子として利用する光磁界セ
ンサを提供する。
【０００８】該光磁界センサの構成は、希土類−鉄ガー
ネット膜と、反射膜と、レンズと、光サーキュレータ
と、光源と、光検出器及び第１の光ファイバ、第２の光
ファイバ、第３の光ファイバとからなる。
ネット膜と、反射膜と、レンズと、光サーキュレータ
と、光源と、光検出器及び第１の光ファイバ、第２の光
ファイバ、第３の光ファイバとからなる。
【０００９】本発明に係る光磁界センサは、光源から出
射した光が、第１の光ファイバにより光サーキュレータ
の第１のポートへ導かれる。その後、光は第２のポート
から出射し、第２の光ファイバを通り、レンズに入射
し、レンズから出射した後、希土類−鉄ガーネット膜を
通過する。さらに、該光は反射膜で反射され、再び希土
類−鉄ガーネット膜、前記レンズを通り、第２の光ファ
イバにより該光サーキュレータに戻る。該光サーキュレ
ータの第３のポートから出射された後、第３の光ファイ
バにより光検出器に導かれる。
射した光が、第１の光ファイバにより光サーキュレータ
の第１のポートへ導かれる。その後、光は第２のポート
から出射し、第２の光ファイバを通り、レンズに入射
し、レンズから出射した後、希土類−鉄ガーネット膜を
通過する。さらに、該光は反射膜で反射され、再び希土
類−鉄ガーネット膜、前記レンズを通り、第２の光ファ
イバにより該光サーキュレータに戻る。該光サーキュレ
ータの第３のポートから出射された後、第３の光ファイ
バにより光検出器に導かれる。
【００１０】希土類−鉄ガーネット膜のファラデー効果
を用いて、回転数や周波数に応じて変化する磁界の大き
さを光検出器を出る光の強さの変化で検出する。
を用いて、回転数や周波数に応じて変化する磁界の大き
さを光検出器を出る光の強さの変化で検出する。
【００１１】この検出の媒体として光を用いる手段が、
電磁ノイズの影響を受けない利点となる。なお、光サー
キュレータとしては、３ポート光サーキュレータや４ポ
ート光サーキュレータを利用できる。
電磁ノイズの影響を受けない利点となる。なお、光サー
キュレータとしては、３ポート光サーキュレータや４ポ
ート光サーキュレータを利用できる。
【００１２】
【作用】光サーキュレータ（光導波管素子）が電気回路
を持たないため、本発明に係る磁界センサは、光源と光
検出器を除きすべて絶縁物で構成されている。従って、
電磁ノイズが多い場所でも何の影響も受けずに磁界検出
が可能となる。
を持たないため、本発明に係る磁界センサは、光源と光
検出器を除きすべて絶縁物で構成されている。従って、
電磁ノイズが多い場所でも何の影響も受けずに磁界検出
が可能となる。
【００１３】希土類−鉄ガーネット膜は迷路状の磁区を
持つ垂直磁化膜であるため、光が希土類−鉄ガーネット
膜を通過するとその直後に回折現象を起こし、０次光、
１次光、２次光、・・・、ｎ次光と次数に応じて広がっ
ていく（ただし、磁界が０のときは奇数次光のみ）。こ
れは、磁区が位相格子となるためである。このとき、ｎ
次光の回折角度φは、磁化方向の異なる一対の磁区の幅
をｄとすると、式１となり、次数が大きくなるほど回折
角度が大きくなることがわかる。
持つ垂直磁化膜であるため、光が希土類−鉄ガーネット
膜を通過するとその直後に回折現象を起こし、０次光、
１次光、２次光、・・・、ｎ次光と次数に応じて広がっ
ていく（ただし、磁界が０のときは奇数次光のみ）。こ
れは、磁区が位相格子となるためである。このとき、ｎ
次光の回折角度φは、磁化方向の異なる一対の磁区の幅
をｄとすると、式１となり、次数が大きくなるほど回折
角度が大きくなることがわかる。
【００１４】
【式１】２・ｄ・ｓｉｎ（φ）＝ｎ・λ
【００１５】本発明では、希土類−鉄ガーネット膜を通
過した後にも直進する０次光が希土類−鉄ガーネット膜
を通過する際に、磁界により強度変調を受けることを利
用する。この０次光の入力強度Ｉ0 と出力強度Ｉと磁界
Ｈの関係は、希土類−鉄ガーネット膜の飽和磁界をＨ
ｓ、ファラデー回転角をθとすると、式２となる。
過した後にも直進する０次光が希土類−鉄ガーネット膜
を通過する際に、磁界により強度変調を受けることを利
用する。この０次光の入力強度Ｉ0 と出力強度Ｉと磁界
Ｈの関係は、希土類−鉄ガーネット膜の飽和磁界をＨ
ｓ、ファラデー回転角をθとすると、式２となる。
【００１６】
【式２】Ｉ／Ｉ0 ＝ｃｏｓ2（θ）＋（Ｈ2／Ｈｓ2）・
ｓｉｎ2（θ）
ｓｉｎ2（θ）
【００１７】式２より、光が、希土類−鉄ガーネット膜
を通過するとき、磁界Ｈ（Ｈ＜Ｈｓ）による強度変調を
受けることがわかる。従って、光源から出る光、すなわ
ち入力強度Ｉ0 を一定にしておけば、光検出器に導かれ
る光すなわち出力強度Ｉの変化から希土類−鉄ガーネッ
ト膜にかかる磁界Ｈの変化を検出できる。ただし、この
現象は磁界Ｈの二乗に比例した光量となるため、磁界Ｈ
の大きさを計測する用途に用いるには問題があるが、前
記磁界のｏｎ−ｏｆｆを検出するような回転体の回転数
を計測するセンサには十分使用可能である。
を通過するとき、磁界Ｈ（Ｈ＜Ｈｓ）による強度変調を
受けることがわかる。従って、光源から出る光、すなわ
ち入力強度Ｉ0 を一定にしておけば、光検出器に導かれ
る光すなわち出力強度Ｉの変化から希土類−鉄ガーネッ
ト膜にかかる磁界Ｈの変化を検出できる。ただし、この
現象は磁界Ｈの二乗に比例した光量となるため、磁界Ｈ
の大きさを計測する用途に用いるには問題があるが、前
記磁界のｏｎ−ｏｆｆを検出するような回転体の回転数
を計測するセンサには十分使用可能である。
【００１８】
【実施例】本発明に係る実施例について、図１に基づい
て説明する。
て説明する。
【００１９】図１に本発明の実施例に係る光磁界センサ
の構成を示す。本実施例では、電磁コイル１０の磁界の
変化を検出する。光源１は波長０．８５μｍの発光ダイ
オードからなる。光ファイバ２、４及び８にはマルチモ
ードファイバを用いた。そして、レンズ５にはセルフォ
ックスレンズを用いた。希土類−鉄ガーネット膜６は２
５μｍの（ＹｂＴｂ）5Ｆｅ3Ｏ12からなる。さらに、光
検出器９にはＳｉフォトディレクタを用いた。反射膜７
は希土類−鉄ガーネット膜６上に真空蒸着法によりアル
ミニウムを付着させることにより形成した。光サーキュ
レータ３は磁気光学効果を利用した偏光面に依存しない
４ポート光サーキュレータを使用し、４つのポートの中
の３つを用いた。３ポート光サーキュレータを使用して
もよいことはいうまでもない。
の構成を示す。本実施例では、電磁コイル１０の磁界の
変化を検出する。光源１は波長０．８５μｍの発光ダイ
オードからなる。光ファイバ２、４及び８にはマルチモ
ードファイバを用いた。そして、レンズ５にはセルフォ
ックスレンズを用いた。希土類−鉄ガーネット膜６は２
５μｍの（ＹｂＴｂ）5Ｆｅ3Ｏ12からなる。さらに、光
検出器９にはＳｉフォトディレクタを用いた。反射膜７
は希土類−鉄ガーネット膜６上に真空蒸着法によりアル
ミニウムを付着させることにより形成した。光サーキュ
レータ３は磁気光学効果を利用した偏光面に依存しない
４ポート光サーキュレータを使用し、４つのポートの中
の３つを用いた。３ポート光サーキュレータを使用して
もよいことはいうまでもない。
【００２０】光源１から出射した光は、光ファイバ２を
通り、光サーキュレータ３の第１のポートへ入射した
後、第２のポートから出射する。この後、光は光ファイ
バ４を通りレンズ５を通過した後に希土類−鉄ガーネッ
ト膜６へ入射する。その後、光は反射膜７により反射さ
れ、再び希土類−鉄ガーネット膜６、レンズ５、光ファ
イバ４を通り、光サーキュレータ３へ戻る。さらに、光
は光サーキュレータ３の第３のポートから出射し、光フ
ァイバ８を通り、光検出器９へ導かれ、光電変換され
る。
通り、光サーキュレータ３の第１のポートへ入射した
後、第２のポートから出射する。この後、光は光ファイ
バ４を通りレンズ５を通過した後に希土類−鉄ガーネッ
ト膜６へ入射する。その後、光は反射膜７により反射さ
れ、再び希土類−鉄ガーネット膜６、レンズ５、光ファ
イバ４を通り、光サーキュレータ３へ戻る。さらに、光
は光サーキュレータ３の第３のポートから出射し、光フ
ァイバ８を通り、光検出器９へ導かれ、光電変換され
る。
【００２１】磁界を検出するコイル１０の近くに希土類
−鉄ガーネット膜６を配置すると、光が希土類−鉄ガー
ネット膜６を往復する際、磁界の大きさに応じた強度変
調を受ける。なお、希土類−鉄ガーネット膜６の厚さを
２５μｍとすることにより、ファラデー回転角は約４５
度となり、強度変調に対し敏感になっている。
−鉄ガーネット膜６を配置すると、光が希土類−鉄ガー
ネット膜６を往復する際、磁界の大きさに応じた強度変
調を受ける。なお、希土類−鉄ガーネット膜６の厚さを
２５μｍとすることにより、ファラデー回転角は約４５
度となり、強度変調に対し敏感になっている。
【００２２】本発明による光磁界センサの応答速度を調
べるため、通常の電磁石により約２０μｓｅｃのパルス
磁界を加えたときの光検出器の出力をオシロスコープで
測定した。
べるため、通常の電磁石により約２０μｓｅｃのパルス
磁界を加えたときの光検出器の出力をオシロスコープで
測定した。
【００２３】また、比較のために同時にホール素子を用
いた測定も行った。オシロスコープに取り込んだ光検出
器とホール素子の出力波形の比較を行った。１波形のみ
を図２に示す。
いた測定も行った。オシロスコープに取り込んだ光検出
器とホール素子の出力波形の比較を行った。１波形のみ
を図２に示す。
【００２４】図２の上の波形と下の波形は、それぞれホ
ール素子と光検出器の出力を示している。光検出器の出
力はホール素子の出力とほとんど同じであり、時間の遅
れも認められなかった。従って、本発明による光磁界セ
ンサの応答性は良好であると判断できる。
ール素子と光検出器の出力を示している。光検出器の出
力はホール素子の出力とほとんど同じであり、時間の遅
れも認められなかった。従って、本発明による光磁界セ
ンサの応答性は良好であると判断できる。
【００２５】また、希土類−鉄ガーネット膜は磁気バブ
ルメモリにも用いられることと、光検出器は１００ＭＨ
ｚまで対応できることを考慮すると、本発明による光磁
界センサは数ＭＨＺの磁界変化にも十分応答できると考
えられる。
ルメモリにも用いられることと、光検出器は１００ＭＨ
ｚまで対応できることを考慮すると、本発明による光磁
界センサは数ＭＨＺの磁界変化にも十分応答できると考
えられる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２７】（１）本発明による光磁界センサは、応答
性がよく且つ光学的に磁界を検出するため絶縁性に優れ
ていることから、電磁ノイズの多い場所において、交流
の周波数や電動モータの回転数などを計測することに好
適なセンサである。
性がよく且つ光学的に磁界を検出するため絶縁性に優れ
ていることから、電磁ノイズの多い場所において、交流
の周波数や電動モータの回転数などを計測することに好
適なセンサである。
【００２８】（２）本発明による光磁界センサの磁界検
出部分は、これに接続する光ファイバの太さと同程度で
あるため、極めて狭い空間でも使用可能である。
出部分は、これに接続する光ファイバの太さと同程度で
あるため、極めて狭い空間でも使用可能である。
【図１】本発明に係る光磁界センサの構成図である。
【図２】本発明に係る光磁界センサの出力とパルス磁界
との関係図である。
との関係図である。
１ 光源 ２、４、８ 光ファイバ ３ 光サーキュレータ ５ レンズ ６ 希土類−鉄ガーネット膜 ７ 反射膜 ９ 光検出器 １０ 電磁コイル（被測定物）
Claims (1)
- 【請求項１】 希土類−鉄ガーネット膜と、反射膜と、
希土類−鉄ガーネット膜への入射及び反射光を通すレン
ズと、第１のポート、第２のポート及び第３のポートを
有する光サーキュレータと、光源と、光検出器と、第１
の光ファイバと、第２の光ファイバ及び第３の光ファイ
バとからなる光磁界センサであって、該光源から出射し
た光が、第１の光ファイバにより光サーキュレータの第
１のポートへ導かれ第２のポートより出射し、第２の光
ファイバを通りレンズに入射し、レンズから出射した
後、希土類−鉄ガーネット膜を通過し反射膜で反射さ
れ、再び該希土類−鉄ガーネット膜、該レンズを通り第
２の光ファイバにより該光サーキュレータに戻り、該光
サーキュレータの第３のポートから出射された後、第３
の光ファイバにより光検出器に導かれるようにし、光検
出器に導かれた光の強さの変化から希土類−鉄ガーネッ
ト膜にかかる磁場の変化を検出することを特徴とした光
磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31103893A JPH07140218A (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | 光磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31103893A JPH07140218A (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | 光磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07140218A true JPH07140218A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=18012376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31103893A Pending JPH07140218A (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | 光磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07140218A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006215018A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-08-17 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 探傷方法及び探傷装置 |
| WO2011161969A1 (ja) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | アダマンド工業株式会社 | ２芯光ファイバ磁界センサ |
-
1993
- 1993-11-18 JP JP31103893A patent/JPH07140218A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006215018A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-08-17 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 探傷方法及び探傷装置 |
| WO2011161969A1 (ja) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | アダマンド工業株式会社 | ２芯光ファイバ磁界センサ |
| CN102959422A (zh) * | 2010-06-24 | 2013-03-06 | Adamant工业株式会社 | 双芯光纤磁场传感器 |
| JP5853288B2 (ja) * | 2010-06-24 | 2016-02-09 | アダマンド株式会社 | ２芯光ファイバ磁界センサ |
| US9285435B2 (en) | 2010-06-24 | 2016-03-15 | Adamant Kogyo, Ltd. | Two-core optical fiber magnetic field sensor |
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