JPH07181141A - 砕片監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気プローブ上の砕片の蓄積を検知する、フ
ァラデー効果を使用する砕片モニタおよび光センサ装置
に関する。 【構成】 プローブは磁石と光センサを含み、流体内に
浸漬可能である。光センサは磁石のノードに近く、可変
磁界の一部分内に位置する磁気−光学材料を備えてい
る。線型偏光を以てセンサ磁気−光学材料に双方向にア
ドレスする手段と、光偏光角の回転を光強度の変調に変
換する手段とが与えられる。電気光学変換器は光強度を
プローブ上の砕片蓄積量を示す電気信号に変換し、プロ
ーブ上の砕片蓄積の時間降伏率に関しこれらの信号の微
分値を有する。プローブの砕片の蓄積によりひき起こさ
れる磁界内の変化にのみ従属する、自己基準出力を付与
するために、２個の双方向送信パルスの差分対和分によ
り規定される比を計算する手段が与えられる。変更した
磁界によりプローブ上の砕片の蓄積の固有の実時間メモ
リが得られるが、これは多重データ集積を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に、流体中の砕片及
び汚染物の存在を検出するのに有効な装置及び方法に関
する。さらに限定的に言うと、本発明は、流体中の砕片
の蓄積の量及び速度の両方が重要な情報であるような利
用分野において、流体から磁気砕片を検出し除去するこ
とに関する。本発明は本明細書中潤滑油タイプの流体に
関連して説明されているが、本発明があらゆる液体又は
気体状の流体媒質又はそれらの組合せたものにおいても
同様に有効であることは理解できるだろう。

【０００２】

【従来の技術】機械油及びエンジンオイルなどの潤滑油
の中の汚染物及び砕片の存在は、可動部分を摩擦及び摩
耗から保護する流体の能力がそれに付随して減少するこ
とから、明らかにほとんどの利用分野において望ましく
ないことである。しかしながらさらに重要なのは、鉄
（含有）金属（フェラスメタル）の細片といった磁気砕
片の存在が、機器内の可動部分の中の摩耗及び損傷の表
われでありうるという点である。このような砕片を早急
に検出することは、今日の先進航空機に用いられている
ガスタービンエンジンといった利用分野において重要な
ことでありうる。このようなエンジンについての技術が
発達するにつれて、高性能エンジン部品の故障率も増大
する傾向にある。エンジンの可動コンポーネントの故障
の始まりを検出する能力は、高いスラスト対重量比をも
つ軍用航空機においてのみならず長時間作動させられる
タービンエンジン付きの事業用航空機においても必要不
可欠である。重大な部品の摩耗の早期検出は修理コス
ト、二次的エンジン損傷及び予定外のメンテナンス時間
を削減する。当然のことながら、このような早期検出
は、注油を受ける可動部品の故障が多大な修理コスト及
び停止時間という結果をもたらす航空機エンジン以外の
数多くのその他利用分野においても有効でありうる。

【０００３】流体中の砕片を検出し捕獲しようとするこ
れまでの試みとしては、電気式チップ検出器や磁気式チ
ップ検出器がある。標準的に、このような検出器は、エ
ンジンから排油ライン内に戻る流体の中に置かれる。磁
気式チップ検出器は基本的に流体内の磁気砕片を捕獲す
る単なる磁石にすぎない。検出器の状態を表示する航空
機上で利用可能な実時間フィードバックは全く無い。む
しろメンテナンスの間に、目視を目的として磁気チップ
検出器をとり出さなくてはならない。

【０００４】電気式チップ検出器は磁気式チップ検出器
と同様な方法で機能するが、これらにはさらに電気的連
続表示能力が含まれている。標準的には、２つの電極が
１つの磁石の近くに位置づけられ、そのため場合によっ
て捕獲された粒子が電極間の空隙に橋かけをし連続性に
変化をひき起こすことがある。このアプローチはコック
ピットに初歩的なフィードバック信号を提供することが
できるものの、このような信号からはいかなる量的又は
質的情報も認識できない。このアプローチは同様にいか
なる傾向分析能力も含んでいない。データは、蓄積した
物質の量についても蓄積速度についても表示を与えな
い。流体内の砕片蓄積速度が機械又はエンジン部品の故
障の重大さや速度についての優れた表示であることか
ら、蓄積速度が分かることは、非常に望ましい特徴であ
る。電気チップ検出器は又、スプリアスノイズ、砕片暗
騒音及び電磁妨害雑音のため誤った表示をする可能性も
極めて高い。

【０００５】磁気チップ検出器ならびに電気チップ検出
器は、監視中の機器の状態を見極めるのに、収集された
砕片の実験室内分析に主として依束している。すなわ
ち、砕片粒子の測定及びその全体的蓄積の分析は通常、
メンテナンス要員がセンサを取り外してそれを目視する
場合にのみ行なわれる。当然のことながら、頻繁な検査
の必要性は単に時間・費用のかかるものであるばかりで
なく、分解及び再組立ての間に発生するミスの可能性も
増大させる。ほとんどの劣化は予定されたメンテナンス
活動の合い間に起こりうることから、実時間解析の欠如
は重大な欠点である。その他のタイプの油砕片監視シス
テムについては、１９８４年３月１日付のＳＡＥ刊行物
ＡＩＲ１８２８の中で論述されている。このようなシス
テムには、砕片がコイルに接触した時点で電気パルスを
生成する誘導砕片モニターならびに、流体内の砕片によ
る光の散乱を用いる電気光学モニタを含んでいる。これ
らのシステムはなお開発途上にあり、偽りの表示及びノ
イズの対象となりうる。

【０００６】実時間ベースでの粒子量及び出現速度
（率）の両方を提供するとされている既知のシステム
は、Ｍａｇｅｅ他に対する米国特許第４，２１９，８０
５号に記述されている。このシステムは、磁気センサに
粒子がぶつかった時点で電気パルスを生成することによ
り２つの予め定められたサイズの大きな粒子（２５０ミ
クロン以上の粒子と１０００ミクロン以上の粒子）を検
出する。これらの電気パルスは、蓄積量及び蓄積速度の
両方を概算するため電子解析器によって計数される。デ
ータは、メンテナンス活動中傾向分析のためチャート記
録器上に記録させることができ、又急速な破局的故障を
検出するべく実時間ベースで見ることができる。しかし
ながら、このシステムはなおセンサ近くの電磁妨害雑音
及びスプリアスノイズを受ける可能性がある。その上、
センサの出力端においてつねに電気パルスを監視する必
要性があることから、高価でかつ複雑な電子ハードウェ
アが必要とされる。多数のセンサが必要とされる場合、
つまり航空機の利用分野においてきわめて一般的な状況
においては、センサに衝突する粒子の効果を見失なわな
いように各センサを個別にかつ連続的に監視しなくては
ならない。このことはデータの多重化を費用のかかる実
施の困難なものにしている。このシステムは又、センサ
を引き外すには小さすぎる砕片粒子の生成の増大により
示される故障モードを無視してもいる。

【０００７】可動標的により変調される磁界の強度の変
動を検出するために光学トランスジューサを使用するこ
とは、周知のことである。このような利用分野の１つと
して、回転速度を識別するための回転標的の検出があ
る。このようなトランスジューサの１つが、Ｚｏｏｋ他
に対して発行された米国特許第４，９４７，０３５号に
示されている。初期光学トランスジューサの慣習的特徴
は、磁石又は導体内の電流により誘導されうるような磁
界のその他の供給源と組合わせた形での磁気光学材料内
を伝搬するセンサ光の使用である。磁気光学材料の中
で、材料を通して伝搬する光の偏光状態は、磁界に比例
する一定角度にわたり回転される。光の偏光状態におけ
る角回転は、ファラデー効果として知られている電磁現
象の効果の結果生じる。センサー光の偏光角の回転は次
に、単数又は複数の偏光子を使用して光の強度の振幅変
調に変換される。この光の振幅変調はこのとき、フォト
ダイオードのような電気光学トランスジューサ及び入射
光の強度に正比例する電気信号を生成する同様な素子に
よって検出されうる。

【０００８】ファラデー効果を利用する光学トランスジ
ューサの基本的作動は振幅変動された強度の信号により
左右されることから、変調された信号内に含まれている
情報の精確さは、光源の強度、光検出器の感度及び光が
中を走行する光学要素内の変動による光の強度の変化に
よって大きく左右される。従って、これまでのシステム
は、センサ光の波長とは異なる波長をもち標準的には磁
気光学材料の有効帯域幅の外にある波長をもつ基準光ビ
ームの使用に頼っていた。変調されたビームのものと異
なる波長をもつ基準光ビームを有することにより、この
基準ビームは変調ビームと類似の光路に沿って伝送され
うるが、磁気光学材料による影響は受けない。しかしな
がらこの参照スキーマの使用は、異なる波長の光源が必
要とされ、磁気光学材料の特殊処理も必要となる可能性
があり、さらにセンサ自体基準ビームを伝送するための
二次的光路を必要とする可能性もあることから、複雑で
高価なものである。同様に、異なる光源の強度はなおも
時間及び温度と共に変化し精度に影響を及ぼしうる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの理由及び以下
に明らかにされるその他の理由のため、精確でしかも使
用が費用有効性あるものであり、流体中の磁気砕片の蓄
積の実時間解析を提供するような砕片監視システムに対
するニーズが存在する。同様に高い精度で可変的磁界を
検出することのできる固有の自己指示性をもつ光センサ
に対するニーズも存在している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、既知の電気式
又は磁気式チップセンサではなく光学トランスジューサ
／センサを使用する砕片監視システムを提供することに
よって、先行技術から大きく逸脱している。本発明に従
った光学ベースのセンサの使用は、ノイズ誘導誤差及び
電磁妨害雑音に対する感度に関する先行技術の前述の欠
点を克服する。本発明が考慮する砕片モニターは、直接
の流体環境内に何の電子部品も存在しない状態で、流体
内の磁気性又は鉄含有砕片を蓄積し検出するよう作動す
る。センサは、流体内の砕片の存在、量及び蓄積速度を
検出するため磁気学及び光学を使用することによって全
面的に作動する。この砕片に関する情報は、監視された
流体の環境から離れたところにある可能性のある電子ト
ランスジューサにより復調される光の変調された特性の
形へと変換される。かくして電子パッケージは、著しく
減少された暗騒音を有しかつ感温電子素子の作動用に適
切に条件づけされた遠隔領域に物理的に位置づけされう
る。

【００１１】本発明の一態様に従うと、プローブ上の磁
気砕片の蓄積を検出する光学トランスジューサにおいて
ファラデー効果を利用する流体砕片検出器が具備されて
いる。光学トランスジューサは、磁界源上又はその近く
の磁気粒子の蓄積によってひき起こされた磁界の変化を
検出する。この光学トランスジューサを収納するプロー
ブを直接流体の中に置くことが可能である。このプロー
ブは、装置全体の磁気及び光学要素のみを収納してお
り、電子部分は監視対象の流体から離れたところに位置
づけられている。本発明に従うと、砕片センサは、砕片
モニターの出力が流体から捕獲された砕片の量の連続的
実時間表示となるようにプローブ上に蓄積された材料の
量に関して固有のメモリを有する。本発明のこの態様
は、砕片蓄積速度の計算を単純にすると同時に、重要な
砕片蓄積情報を喪失したり見失ったりする危険性なく多
重化されたデータ収集の間にこのような砕片モニタプロ
ーブをいくつでも同時に使用できるようにしている。蓄
積速度は、プローブからの連続実時間数量データを時間
との関係において微分することにより誘導される。プロ
ーブは、磁界内で捕捉されるあらゆる粒子を検出し、こ
のため粒度スペクトル全体がサンプリングされることに
なる。

【００１２】本発明は、砕片アキュムレータ及び光学ト
ランスジューサがコンパクトな１本のプローブの中に最
適にパッケージングされうるような砕片監視装置を提供
する。発明のこの態様に従うと、混入した砕片は流体導
管内の単一の装置により流体から除去されると同時に検
知される。砕片監視装置は流体内の混入した砕片の量の
恒常な実時間表示を提供することから、プローブを検査
及び分析目的で頻繁にとり外す必要はない。プローブハ
ウジング内では、磁界は光学トランスジューサから物理
的に密封されうる。従って、磁界源はプローブ上の砕片
の捕獲及び保持を最適化するため監視中の流体に対して
直接露出されうるが、一方光学トランスジューサの方は
適用された磁界の境界内に位置づけられているものの流
体及び砕片からは保護されている。

【００１３】本発明のもう１つの態様に従うと、電気光
学トランスジューサと組合さって自己指示し光の振幅変
調された強度信号を正規化しかくしてシステムを電気光
学要素内の変動ならびに光路要素内の変動に対し感応し
ないものにするような磁気光学トランスジューサが提供
されている。この自己指示機能は、磁界変動情報を収納
する同じ振幅変調信号を用いて自己指示する方法及び非
可逆的双方向アドレスされたプローブ装置によって達成
される。本発明に従った磁気光学トランスジューサは、
１つの事象、機能、オペレーション又はその他の出現が
磁界を変調又は変更する１つのメカニズムを提供するよ
うなあらゆる利用分野において使用可能である。特に、
我々の発明に従って我々は、砕片監視装置内で磁気光学
トランスジューサの発明を使用するための方法及び装置
についてここに記述している。

【００１４】本発明は同様に、実時間ベースでの流体内
のセンサを用いた砕片の検出及び蓄積のための新しい方
法をも提供している。本発明に従うと、この方法は、直
接センサ出力を微分して計算した蓄積速度ならびに砕片
蓄積量についての実時間情報を提供する。この方法に
は、磁界源上又はその近くの砕片の蓄積を検出するため
の光学トランスジューサの使用が関与している。この光
学トランスジューサは、磁石近くの砕片の蓄積によりひ
き起こされた適用された磁界の変動を検出し、磁界変動
を偏光源の角回転の変化に変換し、さらに回転された偏
光角を光の強度の変動に変換し、流体中の砕片を検出す
べく電気光学トランスジューサで変調された光の強度を
検出するのに使用される。

【００１５】本発明は同様に、ファラデー効果を示す磁
気光学材料の使用により磁界の変動を検出するための新
しい方法をも提供している。この方法には、可変的磁界
の境界内に磁気光学材料を置き直線偏光でこの材料を双
方向にアドレッシング又は質問すること、磁気光学材料
を通して誘導されたファラデー効果を用いてこの光の偏
光角を回転させること、偏光角回転を光の強度の変化に
変換すること、及び光の強度の検出器を用いて、変調さ
れた光の強度を可変的磁界を表わす信号に変換すること
が関与する。本発明に従うと、電気光学トランスジュー
サ及び比率信号処理技術と組合わせて、磁界変動データ
を含む同じ検出信号を用いて自己指示を提供する非可逆
的光センサを通して双方向の質問は実行される。この方
法によると、磁気光学材料を通して誘導された磁界変動
からの効果以外の原因により、光センサの出力の変動が
削除されることになる。好ましい「和に対する差」の処
理技術のような比率は、砕片検出器の適切な作動を検査
するビルト・イン・テスト機能の単純な実施を可能にす
る固有自己診断関数をも提供する。この方法は、本書に
おいて、流体中の混入砕片を検出する方法において有効
なものとして記述されているが、当業者にはその他の利
用分野も明白である。

【００１６】本発明のこれらの及びその他の態様及び利
点は、添付図面を参照しながら好ましい実施態様につい
ての以下の詳細説明を読むことにより、当業者には明ら
かになることだろう。

【００１７】

【実施例】

Ａ．砕片モニターの好ましい実施態様 ここで図１を参照すると、流体内に混入した磁気砕片を
検出し蓄積するための本発明に従った砕片監視システム
には、例えばガスタービンエンジン（図示せず）の中の
排油ラインといった監視中の流体の中に浸漬されうるよ
うに流体不浸透性をもたせて作られている磁気プローブ
１０が含まれている。ここではエンジン潤滑液内の粒子
の検出に関連して本発明の特定の利用分野が説明されて
いるが、これは単に説明を目的としたものにすぎない。
当業者であれば、この砕片モニターシステムは、磁気粒
状砕片及び汚染物を監視し蓄積させる必要性のあるあら
ゆる流体システムに適合させうるものであることが容易
にわかるだろう。さらに、本発明が考慮している光セン
サ装置及び方法に関して、当業者は、本発明のこれらの
態様が、磁気光学トランスジューサを用いることの利点
が入手できるような数多くのタイプのセンサー及び検出
器の利用分野において利用可能なものである、というこ
とを理解できるだろう。

【００１８】プローブ１０は、漏れの無いしかもプロー
ブ１０が中に置かれている流体からの劣化を受けること
の無い非磁性ステンレス鋼といった適切な材料で作られ
たハウジング１２を含んでいる。このハウジング１２は
一般に円筒形をしており、ハウジングの一方の端部近く
の肩部の上に適切に載置されうる内部の仕切り１４を含
んでいる。この肩部１５は、ハウジング１２の内径１２
ａを形成するのに用いられる機械加工プロセスの間に形
成できる。当然のことながら、ハウジング１２を単にス
テンレス鋼管の一片で形成することも可能である。

【００１９】仕切り１４はプローブ１０を２つの軸方向
に心合せされたチャンバに分割している。１つのチャン
バは、ハウジング１２の中に滑動して入りこの仕切り１
４に対して押しつけられるリングマグネット１６を保持
するのに用いられる。もう１つのハウジングチャンバ
は、光センサアセンブリ１８を滑動的に受け入れ、光セ
ンサアセンブリ１８を保持する。光センサアセンブリ１
８は磁石１６から分離され、同時に仕切り１４と肩部１
５の間の膜その他の適切な密封装置（図示せず）により
プローブ１０のまわりの外部環境から密封されている。
しかしながら、磁石は、経時的に磁石の劣化をひき起こ
さないような状況の下では適切に流体に直接露出するこ
とができる。磁石は、流体内に浮遊する磁気粒子をひき
つけ、これらの粒子は、磁石に直接か又は磁石近くのハ
ウジング外表面に付着する。粒子状の砕片の捕獲を最適
化するため、プローブは通常、流体が直接磁石の外面に
対して流れるように上流に磁石が面している状態といっ
たように流体流に対して平行に流体ライン内に置かれ
る。

【００２０】光センサーアセンブリー１８には、好まし
くは磁界の境界内に置かれたときファラデー効果を示す
ような磁気光学材料の一片の形で、磁気光学トランスジ
ューサ２２を含んでいる。以下に充分説明するように、
磁気光学材料は、周囲の磁界の強度及びアラインメン
ト、光が中を通る磁気光学材料の長さ、及び選択された
磁気光学材料のタイプにより決定される材料定数である
ベルデ定数との関係において、ファラデー効果を示す。
本書で用いられているように、「光」という語はその最
も広い意味で用いられており、磁気光学トランスジュー
サのために選択された材料により規定された光学帯域幅
内のあらゆる電磁エネルギー又は放射線のことを指す。

【００２１】光センサアセンブリ１８はさらに、鏡とい
った光反射要素２４を含んでいる。鏡２４は、トランス
ジューサ２２から分離した要素であってもよいし、或い
は又好ましくは磁気光学材料の裏面上に直接貼りつけら
れるか被着されていてもよい。磁気光学材料の鏡２４と
は反対側の表面に隣接してコリメータレンズ２６が置か
れている。レンズの焦点距離は、鏡２４の反射面上に入
射光を集束するように選択されている。

【００２２】ハウジング１２内に滑動するようサイズ決
定された一対の光ファイバ２８，３０がはめ輪３２の中
に取りつけられ保持されている。これらの光ファイバ２
８，３０は、はめ輪の内面３２ａで終結する。第１の光
ファイバ２８を通って走行する光が第１の偏光子３４の
中を通過し、第２の光ファイバ３０を通って走行する光
が第２の偏光子３６の中を通過するような要領で、光フ
ァイバ２８，３０に隣接するはめ輪の内面３２ａ上に
は、一対の直線偏光子３４，３６が載置されている。要
するに、第１の光ファイバ２８は第１の偏光子３４と光
学的に心合せされており、第２の光ファイバ３０は第２
の偏光子３６と光学的に心合せされている。

【００２３】ハウジング１２の中に流体が漏れ込むこと
なく監視中の流体の中にプローブ１２を充分に浸漬させ
ることができるように、光センサアセンブリ１８のため
に密閉を行なうのに、Ｏリングといった第２の適切な密
封装置（図示せず）を使用する。本書中に説明されてい
るように、プローブ１０は、監視すべき流体（図示せ
ず）の中に置かれる。図１に例示されているように、高
温かつ攻撃的な流体の環境の中に存在する唯一の要素
は、光学及び磁気要素である。光ファイバは、雑音及び
温度の効果を低減させるため光センサ１８から遠く離れ
て位置づけされうる信号処理用電子部品に対する「通信
リンク」を提供することになる。

【００２４】電気光学トランスジューサ４０及び信号処
理回路４２が図２に概略的に表わされている。電気光学
トランスジューサ４０は単数又は複数の光源４４を含
む。使用される光源の数は、以下にさらに詳しく説明す
るように、実施される質問スキーマの特定の構成によっ
て左右される。しかしながら、本発明に従うと、全ての
光源が好ましくは同様な帯域幅及び波長の光を発すると
いうことに留意することが大切である。異なる波長の光
源を使用する必要は全く無い。好ましくは、光源は全体
に出力の波長及び強度に関し整合されている。しかしな
がら、システム全体は変動を補償するよう自己指示して
いることから、完璧な整合は必要とされない。

【００２５】電気光学トランスジューサ４０は同様に好
ましくは少なくとも２つの光検出器４６を含んでいる。
図２に示されている好ましい実施態様においては、同じ
電子素子が、光源４４及び光検出器４６の両方として作
用している。このような素子は例えば発光ダイオードで
あってよい。以下で記述するもう１つの実施態様におい
ては、それぞれの光源各々４４について１つの光検出器
４６が具備されている。代替的には、両方の光ファイバ
２８，３０のために共通して１つの光源しか用いられな
い場合、それでもそれぞれのファイバの各々について１
つずつの２つの検出器が用いられる。又、光学スイッチ
を使用する場合、単一の光源と検出器のみを用いること
も可能である。

【００２６】光検出器４６は、その上の入射光の強度に
正比例するアナログ電気信号を生成する。これらの低振
幅アナログ信号は、制御された利得増幅器４８により増
幅される。信号処理回路４２内の残りの回路は、増幅さ
れたアナログ検出器出力信号を、以下に詳述するよう
に、プローブ１０により検出された砕片を表わす有効な
データーへと変換する。 Ｂ．一般的作動原理 本発明の基礎となる概念の１つは、流体砕片検出器内で
使用するためのファラデー効果の応用である。要約する
と、このファラデー効果というのは、光の伝搬の一現象
である。光がファラデー効果材料の中を通るとき、放射
偏光面は、磁界が光の伝搬方向と心合せされた時点で回
転させられる。回転角度さらに厳密に言うと回転度は、
材料の領域内の磁界、材料つまりベルデ定数及び光が中
を走行する材料の長さの一関数である。材料に応じて、
示すファラデー効果に多少の差がある。ここで用いるよ
うに「磁気光学材料」というのは、磁気光学センサー内
で用いるためファラデー効果を適切に示すあらゆる材料
の総称である。磁界のわずかな又は段階的な変動を検出
する必要があるセンサー利用分野に最も適した磁気光学
材料は、放射周波数スペクトルの赤外線領域内でファラ
デー回転を増大し吸光度を減少させる元素でドーピング
された液相エピタクシー（ＬＰＥ）により成長させられ
た希土類ガーネットフィルムである。これらの材料は、
約８００nmの波長領域内の透過ウインドウと非常に高い
ファラデー特性を有する。しかしながら、イットリウム
鉄ガーネット及びさまざまなファラデーガラスなどのそ
の他の物質も同様に適している可能性がある。

【００２７】砕片センサにおいて用いるための磁気光学
材料を選択する上でいくつかのその他の要因が重要であ
る。変調された光の偏光角を生成するのに必要とされる
磁界は、磁石近くに蓄積する小サイズの粒子及び低質量
の砕片が全体的な砕片センサ出力信号に検出可能な変化
を生み出すよう充分低いものでなくてはならない。すな
わち、磁界特性の小さな変化が、磁気光学材料を通る光
の偏光角に検出可能な変化を生み出さなくてはならない
のである。偏光がトランスジューサを通るときに回転さ
せられる角度は、適用された磁界との関係において単調
に変化すべきである。又、材料の特性は、広い作動温度
範囲全体にわたって安定していなくてはならない。その
補償温度がセンサの最低作動温度範囲より低くそのキュ
リー温度がセンサの最高作動温度よりも高い磁気光学材
料が用いられなくてはならない。本発明に従った砕片検
出器において用いるのに適していることがわかった特定
の材料としては、三菱瓦斯化学（株）により製造されて
いるＭＧＧ−Ａ７８である。

【００２８】さらに図１を参照すると、本発明の重要な
特徴の１つは、プローブ１０の要素が、中に光が伝送さ
れるための単一の光路を構成し、単一の光の波長が好ま
しくは用いられること、又それでも装置は完全に自己指
示されていることにある。本発明の自己指示面は、適用
された磁界内の変動によりひき起こされた強度変化以外
の、光センサ内を通して伝送された質問光の強度に影響
を及ぼしうる光路内の損失その他のバラつきを補償す
る。

【００２９】一般に、光は、光源４４の１つから発せら
れ、第１の光ファイバ２８を通して、入力偏光子３４に
対し光学的に結合される。直線偏光は、偏光子から出て
（これには光の強度の幾分かの減少が付随する）、レン
ズ２６内に入る。偏光は、偏光子３４の角度的方向性に
よって決定される特定の偏光角度をもつことを特徴とす
る。レンズ２６は光を光路に沿って磁気光学材料２２を
通して光反射要素２４に集束させる。光は磁気光学材料
２２を通して反射し戻され、分析器として作用する第２
の偏光子３６の中に入り、次に第２の光ファイバ３０内
に入る。光ファイバ３０は反射光を電気光学トランスジ
ューサ４０に対し結合し戻す。電気光学トランスジュー
サは次に反射光強度を、前述のとおりさらに処理すべく
アナログ電気信号に変換する。

【００３０】直線偏光が最初に磁気光学トランスジュー
サ材料２２を通過すると、光の偏光角は、ファラデー効
果に従って磁石１６からの磁界の影響の下で回転させら
れる。反射光が磁気光学トランスジューサ内を通過する
と、偏光角は再び、同じ量だけ同じ極方向に回転させら
れる。換言すると、伝送された光は２重回転を受ける。
偏光角の回転は、磁気光学材料が可逆性であることから
累積的である。「可逆性」というのは、回転角度及び回
転極性を磁気光学材料２２を通って光が伝搬する方向と
独立したものにしている磁気光学材料の特性のことであ
る。

【００３１】第２の偏光子３６は同様に、中を通る反射
光のための結びつけられた偏光角を有する。偏光子３６
の偏光角は、入力偏光子３４の角度的方向性と異なった
ものとなるように意図的に選択されている。このオフセ
ットは、磁界によりひき起こされる回転を検出するた
め、そして可逆的磁気光学材料と組合わせて本発明の自
己指示特性を提供するために用いられる。

【００３２】光ファイバ２８，３０に対して光を伝送す
る光源４４は交互に起動される。換言すると、光は双方
向様式でプローブ１０を通して伝送される。従って、光
が第１の光ファイバ２８に入力されると、第２の光ファ
イバは出力ファイバとして用いられる。逆に、光が第２
の光ファイバ３０へと伝送されると、この光は、このと
き入力偏光子として作用する第２の偏光子３６を通り次
にレンズ及び磁気光学材料２２の中を通過し、鏡２４に
より磁気光学材料２２及び第１の偏光子３４（このとき
分析器として作用する）を通して反射し戻され、その後
第１の光ファイバ２８を通して電気光学トランスジュー
サへと出ていきさらに処理を受けることになる。従っ
て、「第１」及び「第２」及び「出力」及び「入力」フ
ァイバ及び偏光子という呼称はここでは、単に説明を容
易にするためのものである。実際、プローブ１０を通し
て光路は１本しかなく、この光路は双方向にアドレスさ
れ、レンズ２６の中心軸との関係におけるファイバの位
置、レンズ自体の焦点及び鏡２４の反射角により規定さ
れる。光を磁気光学材料を通して反射し戻す配置は、
「折返し」光路と呼ぶことができる。

【００３３】光は、レンズの中心軸から中心を外して光
ファイバを配置することにより双方向に偏光子を通って
伝送される。ファイバの偏心配置は、レンズ及び磁気光
学材料から出力ファイバ内へ結合された未変調反射及び
後方散乱光の量を大幅に減少させるという付加的な利点
を有する。従って光センサ１８は低い光学的暗騒音レベ
ルを生み出す。さらに、磁気光学材料は可逆的であり偏
光子は互いとの関係において異なる角変位で方向づけさ
れていることから、プローブ１０を通る光路は非可逆的
である。発明のこの重要な様相は、自己指示機能を可能
にするのみならず、以下にさらに詳細に説明するように
光路の無欠性を確認するためのビルトインテストをも可
能にする。 Ｃ．砕片モニタの作動の詳細な説明 本発明に従った砕片モニターシステムの好ましい実施態
様は、図１及び図２に概略的に表わされている。プロー
ブ１０は、磁界強度を相応する光の強度に変換する磁気
光学トランスジューサとして機能する。図２の電子シス
テムはプローブ１０の光学的起動を制御し、変調された
光の強度をプローブ１０上の砕片蓄積の状態を表わすデ
ータの形に変換する。双方向式にプローブ１０を質問す
ることにより、砕片モニターシステムは自己指示し、固
有のビルトインテスト能力を伴って機能する。

【００３４】作動中、光源４４ａ及び４４ｂの付勢を制
御するためにタイミング制御回路５０が用いられる。発
振器５２がタイミング制御回路５０のための一次クロッ
クパルスを入力する；そしてタイミング回路５０は、光
源駆動回路５４及びデータサンプル及びホールド回路５
６ａ，ｂの両方を制御する出力信号を生成する。図２の
回路内で用いられる電子コンポーネントは全て周知の市
販のものである。又、図２の回路の実施は、部品の製造
業者から入手可能な任意の数の回路設計書に基づき容易
に達成可能である。当然のことながら、図２の回路は、
個別部品から組立てることもできるし、或いは又単一の
集積回路上に配置してもよいし、又、それらの組合せで
あってもよい。

【００３５】タイミング制御回路５０は、光源４４ａ，
ｂを交互に起動するよう作動する。光源４４の起動は互
いに排他的であり、そのため１つの光がオンになってい
る場合もう一方は必然的にオフである。同様に、ＬＥＤ
の１つが１つの光源として作用している場合、もう１方
は光センサ１８を通って伝送される光のための検出器と
して作用し、その逆も又成立する。好ましくは、光源４
４は、テキサスオプトエレクトロニクス社により製造さ
れている部品番号ＴＯＸ−９００８といった発光ダイオ
ード（ＬＥＤ_S ）である。ＬＥＤは光源としても又光検
出器としても役立つことができるため、発光ダイオード
の使用が好まれるのである。ＬＥＤはそれ自体の波長の
入射光に露呈された場合、その上の入射光の強度に正比
例するアナログ電気信号を生成する。

【００３６】相補的な形で、タイミング回路５０はサン
プル及びホールド回路５６ａ，ｂも制御する。サンプル
及びホールド回路は、有効化されたとき相応するＬＥＤ
出力のアナログレベルをサンプリングしこの値をそれが
次のサンプルをとるために再び有効化されるまで保持す
る一時的なメモリ装置として用いられる。かくして、タ
イミング回路５０は一度にサンプル及びホールド回路の
１つを、その相応するＬＥＤ装置４４か光源としてでは
なく検出器として役立っている場合にのみ有効化させる
にすぎない。ＬＥＤが光源として有効化されている期間
中、相応するサンプル及びホールド回路はそこからの何
らかの出力信号を読みとらないよう無効化される。

【００３７】あらゆる発光源についてそうであるよう
に、全てのＬＥＤは、読みとり値が非常に近い可能性が
あるにもかかわらず同じ光の強度を発するとは限らな
い。砕片モニターシステムの作動は一部には光の強度の
変動を検出することに依存していることから、２つの光
源４４の間の発せられた光の強度のあらゆる差又は変化
が、誤った読みとりを導きうる。この問題を回避する１
つの方法は、以下に詳述するように、光学的スイッチと
組合わせて唯一の光源のみを用いることである。

【００３８】しかしながら好ましくは、ほぼ同じ波長で
光を発する２つの光源が用いられる。発せられた波長の
間の小さな変動は、各々のＬＥＤが本質的にそれ自身の
発した波長を検出することになるため、重要なことでは
ない。当然のことながら、唯一の条件は、両方のＬＥＤ
が磁気光学材料２２の有効応答スペクトル内の波長を発
することである。

【００３９】光源４４の出力強度を調整するためにＰ／
Ｎダイオード５８又は同等の装置が用いられる。図２に
示されているように、各々のＬＥＤはその相応する光フ
ァイバ２８，３０内に光を発する。２本の光ファイバを
光学コネクタ内に固定し、コネクタをＬＥＤとかみ合わ
せることにより、１本のファイバ２８をセンサ１０への
質問光の伝送に用い、もう１本のファイバ２９を、出力
強度を電気出力信号６０に変換するＰ／Ｎダイオード５
８へ光を入力するのに用いることが可能である。第２の
ＬＥＤでも同様な配置が用いられる。Ｐ／Ｎダイオード
の出力６０はＬＥＤ駆動回路５４に対するフィードバッ
ク制御信号として用いられる。ＬＥＤ駆動装置５４は、
そこからの光の恒常な予め定められた発光強度を維持す
るため、ＬＥＤに対し適用された駆動電圧を自動的に調
整する。

【００４０】ここで記したように、各々のＬＥＤ光源４
４ａ，ｂは光ファイバ２８，３０のそれぞれ１つに光学
的に結合されている。ＬＥＤのうちの１つが付勢される
と、これは予め定められた強度の光を相応するファイバ
２８，３０の中に発し、このファイバの方は今度はその
相応する偏光子３４，３６に対し光学的に結合される。
これをここでは光源とその相応する偏光子を「起動す
る」と表現する。

【００４１】本発明に従うと、砕片モニタシステムは、
監視されている流体中の磁気砕片を捕獲し保持するため
磁石１６を用いる。この同じ磁石は同様に、磁界を打ち
立てるためにも用いられ、このときこの磁界の一部分
は、予め定められた方向性で磁気光学トランスジューサ
材料の中を通過する。磁気１６は、混乱されないものの
上に粒子状砕片を蓄積するための一定の磁界を維持す
る。磁気粒子が磁石の露出面又は磁石近くのプローブハ
ウジング１２に付着するにつれて、磁気光学材料２２を
通して磁界の大きさは変化し、場合によっては極性を変
えることもある。磁界は、捕獲された粒子の合計質量の
結果として変化し、より多くの粒子が捕獲されるまでそ
の新しい状態にとどまる。これは、本発明のより重要な
利点のうちの２つを結果としてもたらす。まず第１に、
プローブ１０は、磁石１６が粒子状砕片を捕獲した時点
で、改変された磁界の形で固有メモリを有する。この磁
界の改変は、一瞬毎にプローブ１０上の粒子砕片量の実
時間表示を提供する。第２に、磁界は、プローブ１０の
検出能力が最小サイズの粒子に制限されないように、合
計質量の一関数として変化する。当然のことながら、磁
石は、望まれる場合に砕片の通常の目による及び実験室
内分析も同様に行なえるように、砕片を捕獲する。

【００４２】本発明に従った砕片モニターシステムは、
直線偏光での磁気光学材料２２の光学的質問により磁界
内の変化を検出する。磁気材料を通って走行する光の偏
光角における回転の度合は磁界の一関数であることか
ら、磁界の変化光の偏光角に相応する変化をもたらす。
砕片モニターシステムは磁気光学材料によって誘導され
た回転角度を検出し、この変化を磁界の改変ひいてはプ
ローブ１０上の粒子の蓄積の表示として解釈する。

【００４３】回転角度を検出する好ましい方法は、互い
との関係において異なる偏光角をもつ２つの偏光子の使
用である。第１の偏光子３４は好ましくは、第２の偏光
子３６の偏光角から４５度回転された偏光角を有する。
本質的に、各偏光子３４，３６及び磁気光学材料の中を
一度通過した光の強度は、Ｉ＝１／２Ｉ₀ 〔ＣＯＳ
²（θｐ＋ＨＬＶ）〕…（１）という方程式により規定
されることから、４５度という好ましい差が選ばれる。

【００４４】なおこの式中、Ｉは第２のつまり分析器の
偏光子を通る出口強度であり、Ｉ₀は入力強度、Ｈは適
用された磁界、Ｌは磁気光学材料２２を通しての光路
長、Ｖはベルデ材料定数、θｐは２つの偏光子３４，３
６の間の相対的偏光角すなわち４５度である。方程式
（１）から、ＣＯＳ² （４５度）＝１／２であるため４
５度が最適の角度であることは明らかである。θｐの正
負符号は、どの偏光子が入力偏光子でどれが分析器とし
て役立つかに応じてプラス（＋）又はマイナス（−）と
なる。伝搬方向は交互になるため、各偏光子は、起動一
回おきに分析器として作用する。

【００４５】図３は、光センサアセンブリ１８がいかに
して磁気光学材料を通しての磁界を伝送された光の変調
された強度に変換するかを単純化した形で表わしてい
る。質問サイクルの２分の１、図３（Ａ）において、光
源４４ａから発せられた光１００は結びつけられた光フ
ァイバ２８により結合され入力偏光子３４の中を通過す
る。入力偏光子から出る光１０２は、偏光子材料の回転
上のアラインメントにより決定される偏光角を有する。
入力偏光子３４から出る偏光１０２の強度は当然、偏光
子に対する入力強度と比較して減少することになる。

【００４６】直線偏光１０２は、中を通る適用された磁
界部分に対して一般に平行である１本の光路に沿って磁
気光学材料２２の中を通るようレンズ２６（図３には図
示せず）によって集束される。次に、光は鏡２４により
反射され、再び磁気光学材料２２の中を通過する。ここ
で磁気光学材料２２から出る反射光１０４は、磁気光学
材料２２を通しての磁界の大きさとの関係において入力
偏光角θｐから角度θｍだけ回転させられた偏光角θｐ
＋θｍを有する。より特定的に言うと、光は可逆的磁気
光学材料内を２回通過していることから、この角度θｍ
は、磁気光学材料中の１回の通過によりひき起こされる
回転角度の２倍の角度の一関数である。反射光１０４は
再びレンズ２６を通って分析器偏光子３６の中へと通過
する。第２の偏光子３６から出る反射光１０６は、回転
度θｍと偏光子の間の４５度の差により決定される強度
をもつ。

【００４７】説明を目的として一時的に材料２２を通し
ての磁界をゼロであると仮定した場合、θｍ＝０であ
り、出口光１０６の強度は、厳密に２つの偏光子３４，
３６の間のオフセット偏光角及び光路に沿って固有のそ
の他の何らかの損失の一関数となる。或る意味では、ゼ
ロガウスの磁界を、質問光のＤＣ又は定常状態の強度を
打ち立てるものとして考慮することが可能である。従っ
て、適用された磁界によりひき起こされた偏向角に付加
された全ての回転０ｍが、分析器偏光子から出る光１０
６の強度において相応する変化をひき起こすことにな
る。

【００４８】本発明に従うと、図３（Ｂ）に表わされて
いるようなもう半分の質問サイクルの間、光の伝搬方向
は逆転される。光は入力光ファイバ３０から入力偏光子
３６内に通過させられ、同じ光路に沿って磁気光学材料
２２の中を２回通過し、分析器偏光子３４を通ってもう
１つの光ファイバ２８の中へと出て行く。ここでも、ゼ
ロの磁界を仮定すると、分析器１０６から出る光の強度
は、ゼロの磁界で反対方向に走行した光の強度に等しい
ものとなる。同様に、両方のケースにおいて、θｍは、
磁気光学材料が可逆的であることから同じ大きさ及び極
性をもつ。しかしながらθｐつまり２つの偏光子の間の
角度差は、このとき、光がその中を逆方向に走行したこ
とから、反対の極性のものとなる。従って、１つの質問
サイクルの最初の半分の間の角度差をθｐとすると、第
２の半分中の角度差は−θｐとなる。

【００４９】光センサアセンブリ１８が非可逆的である
と言われる理由は、これで明らかである。これは、磁気
光学材料により引き起こされる回転角が伝搬方向と無関
係であるために非可逆的であり、従って光路に沿ってオ
フセットされた偏向子を通して伝搬する光の強度変化
は、伝搬方向により左右される。従って、１回の質問サ
イクルについての２つの出口光の和に対する差の計算に
よって規定される比率は、ファラデー回転により引き起
こされたのでない全ての強度損失を正規化する１つの出
力を生み出し（これは、両方の半サイクルの間に、質問
光は全く同じ光路を走行したからである）、この回転の
一関数にすぎない１つの値を結果として生じる。当業者
であれば、「和に対する差」の計算以外の比率も有効な
情報を提供することができるということがわかるだろ
う。例えば、２つの検出器出力の単純な比率でも、正規
化された信号を提供する。重要な点は、光路に沿って双
方向に走行した光のサンプルからの２つの出力を使用す
ることである。「和に対する差」の比率が好まれるの
は、中でもそれが固有のビルトインテスト能力を含んで
いるという理由のためである。

【００５０】例えば、θｍが２２．５度である場合どう
なるか考えてみよう。磁気光学材料２２の中の光の２重
通過の結果、４５度の合計回転が生じる。偏光子は互い
に対し４５度オフセットされていることからこのとき、
１方の伝搬方向（一方の半質問サイクルの間）に一定量
の光が通過するのに対して、反対の伝搬方向（他方の半
質問サイクルの間）にはほとんど全く光が通過しない。
従って、本発明に基づくアドレスされた双方向光路は真
に非可逆的で、実際には逆である。

【００５１】各質問シーケンス中、分析器偏光子から出
ていく反射光は、それぞれの光ファイバ２８，３０によ
り相応する光検出器素子４６ａ，ｂに結合し戻される。
好ましい実施態様においては、検出器は、非活動化され
た光源４４ａ，ｂと同じである。検出器素子はその上の
入射光の強度と正比例する電気出力信号６６を生成す
る。

【００５２】サンプル及びホールド回路を用いることに
より、各々の連続する質問光サンプル対の和に対する差
の比率は、比率回路６２によって計算される。比率回路
６２は、当業者にとっては周知の数多くの方法で作るこ
とができる。図４は、プローブ１０上の砕片の蓄積と検
出器の出力信号の間に存在する標準的な予想される関係
を示している。Ｙ軸は、検出器４４によって検知された
光の強さを示し、Ｘ軸は砕片の量を示す。Ｘ軸を用いて
砕片の蓄積を示すというのは、変化する磁界を示すと言
うことと同じである。というのもこれら２つは正比例し
ているからである。光センサ１８は非可逆的であること
から、光検出器４４ａ，ｂからの出力読み取り値は互い
に逆に作用する。すなわち、砕片量が増大するにつれて
検出器の１方により検出される光の強さはそれに比例し
て減少し一方もう１つの検出器は比例して増大する。図
４に示されている点Ａにおいて、検出器の読取り値は等
しい。以下に説明するように、点Ａは磁気光学材料２２
を通る磁界がゼロである場合に起こる。

【００５３】図５は、磁石の前面に鉄含有砕片が付着さ
れた状態で、又は付着していない状態で、リングマグネ
ット１６の標準的な予想軸方向磁界と磁石の中心からの
位置の関係を表わす。光の磁気光学材料中の光路は予め
定められた方法でファラデー効果が現われるよう軸方向
磁界に対し平行となるべく容易に心合せされうることか
ら、軸方向磁界が有利な磁界である。図５に示されてい
るように、磁石の面の上に鉄含有粒子が存在する場合、
磁界は変調されかくして磁石の軸に沿った任意の与えら
れた点における磁界の大きさは変わる。特定的に言う
と、砕片が蓄積するにつれて応答曲線は移動する。従っ
て２つのノードつまりゼロ磁界の位置は、砕片が蓄積す
る磁石の面に向かって移動する。

【００５４】磁界の変化は、砕片を収集する磁石の面に
対し最も近い位置において最大であり、さらに面から離
れた位置について減少する。磁界の変化に関して磁気光
学材料にとって理想的な位置は砕片を収集する磁石の面
に最も近いノードの前であるが、実際問題として、図１
に示されているように磁石のすぐ後ろに磁気光学材料を
とりつける方が容易である。こうして、光学要素を流体
及び砕片から密封するのが簡単になる。この好ましい配
置の場合でさえ、磁気光学材料は磁石のノードの１つの
近くに容易に位置づけすることができる。

【００５５】ノードの１つは、図５において点Ａで識別
されている。磁気光学材料はかくして例えば点Ｂに位置
づけできる。砕片が蓄積するにつれて、ノードＡは磁石
の中心に向かって移動し、点Ｂに相応する位置にある磁
気光学材料を通過する磁界の大きな変化をひき起こす。
実際、充分な材料が蓄積した後、点Ｃにより示されてい
るゼロ磁界条件が材料２２の中で起こることになる。

【００５６】双方向質問光の光学的強度は究極的に、磁
気光学材料を通しての磁界の一関数であることから、強
度は砕片の蓄積に伴い変化する。磁界により左右される
１つの角度にわたって光の偏光状態を回転させる磁気光
学フィルムを選択することにより、プローブ１０上に残
っている砕片の量を光検出出力信号から決定することが
できる。

【００５７】例えば、図５の点Ｂに相応する場所に磁気
光学材料が位置づけされている場合、検出器の出力は、
磁石上にいかなる砕片も存在しない場合図４に点Ｂでほ
ぼ表わされることになる。砕片が蓄積するにつれて、２
つの検出器により検出された強度は互いとの関係におい
て逆に変化する。磁気ノードが磁気光学材料内を通過す
るにつれて、「和に対する差」の計算は、図４の点Ａに
表わされているようにゼロを示す。砕片がひきつづき蓄
積するにつれて、「和に対する差」の計算の結果とし
て、ここでも検出器の出力の逆の関係のために逆の極性
が生じることになる。図５は同様に、磁気光学材料の好
ましい位置がどのようにして、ノードと磁石の中心の間
で一般に直線形である磁界領域内にあるかを示してい
る。

【００５８】表Ｉは、磁気砕片の収集がリングマグネッ
トの磁界にいかに影響を及ぼすかを示している。リング
マグネットの寸法が砕片モニタ用磁石の選択にあたって
重要であることがわかっている。リングマグネットは、
適当な寸法をもつ２つの反対の極性をもつ円筒形磁石の
積み重ねとして描写することができる。１つのリングマ
グネットに対して、砕片はまず第一に磁石の外部部分
（大きい直径）上に蓄積する。従って、砕片の効果は、
リングマグネットの磁界が大きい方の直径により強く支
配されている場合に、最も容易に検出できる。大きい方
の外径の貢献は、それが磁石の内径（小さい方の径）の
２倍以上である場合に支配的になる。

【００５９】 ───────────────────── 表 Ｉ 鉄のやすり粉 磁界（ガウス） ０ ７９．４ ８ ６７．９ １６ ５５．７ ２０ ４９．４ ３０ ２９．０ ４５ ２２．１ ６０ −１９．６ 砕片がプローブ１０の磁石上に収集するにつれて、双方
向にアドレスされた光センサ１８により生成された光の
強度は、量及び蓄積速度の両方の関数として変化する。
「和に対する差」の信号処理は、砕片生成速度の関数と
して経時的に変化する勾配つまり変化速度をもつ自己指
示出力を提供する。便宜上、比率回路６２には、時間と
の関係における比率出力６４を微分する手段も含まれて
いてよい。このような微分手段は周知のものであり、従
来の回路で実現可能である。従って、出力信号６４は、
粒子生産速度の傾向分析のために用いることができる。
図６は、蓄積速度が増大するにつれての経時的な標準的
な予想される「和に対する差」の出力信号を表わしてい
る。「和に対する差」回路６２からのアナログ出力信号
６４は、初期の穏やかな蓄積の間に漸進的な全体として
恒常な勾配Ｅで増大する。このタイプの蓄積は、例えば
ガスタービンエンジンの通常の運転の間に起こりうる。
プローブ１０を打撃する大きな砕片粒子は、図６の点Ｓ
におけるように信号内の小さな鋭い階段の形で現われ
る。次に、エンジン部品の故障の始まる直前に、蓄積速
度及び量は、図６に表されている信号の増大する勾配下
により示されるように増大することになる。

【００６０】より大きな粒子の生産の増加が、部品の故
障に伴うこともあれば伴わないこともある。図７は、時
間との関係における、微分されたアナログの「和に対す
る差」の信号出力６４を示している。通常の砕片生産速
度について（図６の周期１）、微分された信号は、増大
速度がかなり一定であることから一定にとどまり、場合
によって起こるスパイクＳ′は、より大きな粒子がプロ
ーブ１０によって捕獲されたことを示している（図６の
階段信号Ｓに相応する）。例えば、エンジン部品が図６
の周期Ｆの間のように故障し始めると、砕片生産速度が
増大し、微分された信号はもはや一定でない。粒子生産
増加は、図７のスパイクの数の増大と間隔の接近により
現われる。しかしながら、本発明の重要な利点は、より
大きな粒子が生成されない場合でも、本発明により考慮
されている砕片モニタがプローブ１０上に蓄積された全
質量を表わす連続的出力を提供することから、実時間で
検出されるという点にある。

【００６１】本発明に従うと、「和に対する差」の計算
は同様に、砕片モニタシステムのための固有のビルトイ
ンテストを提供する。光路に沿ったどこかで又は検出器
回路の中で故障が起こった場合、検出器出力信号６６の
うちの一方又は両方がゼロとなる。従って、プラス
（＋）又はマイナス（−）１の「和に対する差」の出力
信号は１つの故障を示す。

【００６２】磁石１６のノードに近い磁気光学トランス
ジューサ材料２２の位置の調整は、磁気材料がノードに
あるとき比率信号出力６４はゼロになるという事実によ
り単純化される。比率回路６２は、蓄積された砕片の
（各質問サイクルの後に更新される）実時間連続表示を
提供することから、本発明により考慮されている砕片モ
ニターは、多数の検出器の使用を必要とする利用分野に
特に適している。（例えば、多重排油ラインを備えた多
重エンジン式航空機）。これは、実時間砕片蓄積データ
６４を、潜在的に重要な砕片蓄積情報を失なう危険性無
く既知のデータ多重化技術を用いてアクセスできるから
である。

【００６３】本発明は同様に、磁気光学材料の双方向非
可逆的な光学的質問を用いて磁気プローブ１０上の砕片
の蓄積速度及び量を検出するための砕片モニターシステ
ムの説明において以上に記述した方法をも考慮してい
る。本発明はさらに、標的磁界の強度を検出するため双
方向の非可逆的自己指示光学質問を用いる光センサ装置
の説明において上述した方法をも考慮している。 Ｄ．砕片モニタの変形実施態様 図８〜１０は、光源４４及び検出器４６を配置するため
の代替的な設計及び方法を概略的に示している。図８に
おいては、２つの光源４４ａ，ｂ、及び２つの検出器４
６ａ，ｂが各々の光ファイバ２８，３０のために使用さ
れる。各々の光源及び検出器の対は、そのそれぞれの光
ファイバ２８，３０に、二次ファイバとカプラー８０，
８２によって、光学的に接続されている。このカプラー
は、検出サイクル中に受けとられた反射光が光源及び検
出器の両方に導かれるような光学的スプリッタとして作
用するにすぎない。このアプローチは、満足のいくよう
に作用するものの、コンポーネントの数が増え検出器上
の入射光の強度が低減することから、さほど好まれな
い。

【００６４】図９は、１つの光源４４及び１つの検出器
４６のみを用いていかに本発明を実施できるかを表わし
ている。光学的スイッチ８４が光源／検出器対と光ファ
イバ２８，３０の間の光路の中に置かれている。適切な
電子回路（図示せず）により制御される光学スイッチ
は、代替的に光源４４から発せられた光を光ファイバ２
８，３０へ交互に連結し、かくしてセンサ１８の双方向
質問を達成する。スイッチ８４は、光源をファイバ２
８，３０のうちの一方に光学的に連結するときにはつね
に、同時にもう１方のファイバを検出器４６に対し光学
的に連結する。このアプローチは、光源／検出器の電気
光学特性の正規化を必要としないという利点を有する。
しかしながら、そのトレードオフとして、マルチモード
の光ファイバのための市販の光学スイッチは、最高約２
０Hzまでしか作動しない。

【００６５】図１０は、それぞれのファイバ２８，３０
の各々について共通のレセプタクル内に収納された組合
せの光源／検出器対８８，９０を使用することによって
本発明をいかに実施できるかを例示している。例えば、
この実施態様は、背面（バックファセット）検出器を有
するレーザーダイオードを伴って実施できる。この背面
検出器は、そのそれぞれの光源が活動化された時点で発
せられた光の強度を自動的に検知することができる。こ
れは、図１のように光源及び検出器の両方としてＬＥＤ
が機能できるようにすることによって、ＬＥＤを用いて
実施することもできる。

【００６６】当業者であれば、本発明を折返し光路を使
用せずに、すなわち鏡が削除され第２の光ファイバが第
２のレンズを通して磁気光学材料から出てくる光を受け
とるような形で実現できるものであるということもわか
るだろう。この折返し光路は、サイズがコンパクトであ
り、流体から光センサアセンブリをより便利に分離でき
ることから、好まれる。折返し光路は同様に、各々の光
の質問が２回磁気光学材料内を通るようにしかくしてよ
り大きい偏光角回転ひいてはより容易な出力光強度変化
の検出を提供することになる。 Ｅ．まとめ 上述の砕片モニターシステム及びこれを用いる方法は、
自己指示されビルトインテスト能力を有する完全に内蔵
式の砕片検出器及びアキュムレータを実現する。単一の
光の波長が、センサに結合された光ファイバの各々を通
して光センサに入力される。磁気光学材料の双方向の質
問によりシステムは、ライン及びコネクタの損失の変動
といった光の強度変化を免れたものとなっている。従っ
て電気光学トランスジューサの出力比較は、単に受けと
った光の偏光角における磁界により誘導された回転の一
関数にすぎない。光センサアセンブリは非可逆的である
ことから、センサの双方向質問又はアドレスを通して得
られた信号の「和に対する差」の信号処理といった比率
計算は、この装置を自己指示装置にする。「和に対する
差」比率の極性変化は、前進／非前進（Ｇｏ／Ｎｏｎ
ｇｏ）設計機能のための閾値検出器として使用すること
ができる。比率信号がプラス（＋）又はマイナス（−）
１となったときセンサの故障が表示されることから、ビ
ルトインテスト関数を内蔵することが可能である。

【００６７】本書に開示しているような本発明により考
慮されている砕片モニターシステムは、磁石上の砕片の
全ての蓄積を監視し、微分された比率の出力信号に基づ
いて蓄積速度のデータを提供する。我々の砕片モニター
システムは、粒子生成によって表示される故障モードが
故障中に現われた粒子サイズの如何に関わらず検出され
うるように、流体内の磁気粒子の全サイズスペクトルを
サンプリングする。砕片モニターは、磁気プローブ上の
粒子の蓄積による磁界の変調を用いることから、システ
ムは固有のメモリーを有する。出力は、連続的に、定期
的に又は日常的点検計画表に基づき光センサを質問する
電子ユニットをもつメンテナンス要員によって、監視さ
れうる。複数のシステムを単一の電気光学トランスジュ
ーサ及び単一のプロセッサに多重化することが可能であ
る。

【００６８】本発明は、その特定の実施態様に関して示
され記述されてきたが、これは制限というよりもむしろ
例示を目的としたものであり、冒頭のクレームに記述し
た本発明の意図された精神及び範囲内での本書で図示・
説明した特定の実施態様のその他の変更及び修正も、当
業者には明白であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従った磁気流体砕片モニタープローブ
及び光センサの概略的部分断面図である。

【図２】 図１に示されている砕片モニタープローブ及
び光センサと共に用いるのに適した本発明に従った電気
光学トランスジューサ及び信号処理回路の電気的概要図
である。

【図３】本発明に従った非可逆的光学トランスジューサ
の偏光要素の単純化された概略図である。

【図４】図１及び図２に示された砕片モニタのための検
出器出力信号と砕片蓄積の関係を示すグラフである。

【図５】砕片蓄積が無い状態及び有る状態についてのリ
ングマグネットの距離と軸方向磁界の関係を表わすグラ
フである。

【図６】図１及び２に示されている砕片モニタのための
標準的な和分対差分の比と時間の関係を表わすグラフで
ある。

【図７】図６に示されているデータの時間との関係にお
ける微分値のグラフ表示である。

【図８】２光源と２個の検出器を光ファイバとカプラを
用いて光結合した配置の単純化概略図である。

【図９】１光源と１個の検出器のみを用いてスイッチに
より本発明の実現を可能にする方法の説明図である。

【図１０】共通のレセプタクルに内蔵された組合せ式光
源・検出器対を用いて本発明の実現を可能にする方法の
説明図である。

【符号の説明】 １０…磁気プローブ １２…ハウジング １４…仕切り １５…肩部 １６…磁石 １８…光センサーアセンブリ ２２…磁気光学トランスジューサ ２４…鏡 ２６…コリメータレンズ ２８，３０…光ファイバ ３２…はめ輪 ３４，３６…偏光子 ４０…電気光学トランスジューサ ４２…信号処理回路 ４４…光源 ４６…光検出器 ５０…タイミング制御回路 ５２…発振器 ５４…光源駆動回路 ５６ａ，ｂ…サンプル及びホールド回路 ６０…電気出力信号 ６２…比率回路 ６４…比率出力 ６６…検出器信号 ８０，８２…カプラ ８４…スイッチ ８８，９０…光源／検出器対 １００…光 １０２…直線偏光 １０４，１０６…反射光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム ビー．スピルマン，ジュニア アメリカ合衆国，バーモント 05445，シ ャーロット，ギニア ロード，ルート １

Claims (64)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体媒質内の砕片を捕獲するのに充分な
   磁界をもつ磁気プローブ；この磁界の一部分の中に位置
   づけされた磁気光学材料；この磁界部分に対し一般に平
   行な、この磁気光学材料を通して直線偏光を伝送するた
   めの手段；を含み、前記磁界部分は前記プローブ上の砕
   片の蓄積量との関係において変化し、前記磁気光学材料
   は前記偏光角を回転させ、さらにこの偏光角回転を検出
   する手段も含まれている、流体媒質内の磁気砕片を検出
   するための装置。
2. 【請求項２】 直線偏光を伝送する前記手段は２本の光
   ファイバを含み、しかもこれらのファイバの間に前記磁
   気光学材料を通る１本の双方向光路を提供しており、こ
   の光路の中で、これらのファイバの１方に入った光はも
   う一方のファイバの中に入る前にこの磁気光学材料内を
   通過する、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記直線偏光伝送手段には、折返された
   光路を提供すべく前記ファイバのうちのもう１方のファ
   イバの中に前記光が入る前にこの伝送された光を前記磁
   気光学材料を通して反射して戻すような光反射要素が前
   記磁気光学材料のすぐ近くに含まれている、請求項２に
   記載の装置。
4. 【請求項４】 前記直線偏光伝送手段は、１つのファイ
   バからもう１つのファイバへ交代することにより光源か
   ら前記光ファイバ内へ光を入力し、かくして全ての光伝
   送についてこれらのファイバのうちの１つが前記光路へ
   の入力ファイバ、もう１つのファイバが出力ファイバと
   なり、こうして光は双方向式に光路に沿って走行するよ
   うになっている、請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記偏光角回転を検出する手段には、２
   つの偏光子が含まれ、そのうち１つの偏光子は前記磁気
   光学材料の片側で前記光路に沿って位置づけされ、もう
   一つの偏光子は前記磁気光学材料のもう一方の側で前記
   光路に沿って位置づけされ、かくして前記入力光ファイ
   バからの光は前記磁気光学材料内に入る前にこれらの偏
   光子のうちの一方を通り前記磁気光学材料を出た後前記
   出力ファイバに入る前にもう１方の偏光子の中を通過す
   る、請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記偏光子は、その中を伝送される光の
   相互に対して異なる偏光角を生成する、請求項５に記載
   の装置。
7. 【請求項７】 前記偏光子はその偏光角に関して互いと
   ４５度位相ずれしている、請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記光路に沿って一方向に走行する光の
   出力強度が反対方向にこの光路に沿って走行する光の出
   力強度と反比例するように前記光路が非可逆的である、
   請求項４に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記非可逆光路は、この光路に沿って位
   置づけされかつ互いに対し異なる偏光角をもつ２つの偏
   光子を使用することによって実施され、この偏光子のう
   ちの一方は前記光ファイバの１方と前記磁気光学材料の
   間に置かれ、もう一つの偏光子は前記もう１つの光ファ
   イバと前記磁気光学材料の間に置かれている、請求項８
   に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記偏光角回転を検出する手段にはさ
    らに、その上への入射光の強度に関する出力信号を生成
    する光検出器が含まれ、この検出器は前記出力ファイバ
    から出てくる前記反射光に対して光学的に露呈されてい
    る、請求項９に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記光路に沿って反対方向に走行した
    光のサンプルにより生成された２つの検出器出力信号の
    比率を計算するための手段がさらに含まれている、請求
    項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記比率は、前記光路に沿って反対方
    向に走行した光のサンプルにより生成された２つの検出
    器出力信号の和で差を除したものによって決定される、
    請求項１１に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記比率は、前記偏光角回転により決
    定される自己指示値であり、従ってこのプローブ上に蓄
    積された砕片の量を表すものである、請求項１２に記載
    の装置。
14. 【請求項１４】 前記偏光角回転を検出するための手段
    にはさらに２つの光検出器が含まれ、これらの検出器の
    各々は前記ファイバのうちのそれぞれ一方に光学的に結
    合されそこからの入射光に露呈されており、これらの検
    出器はその上の入射光の強度に関連する出力信号を生成
    する、請求項９に記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記光路を反対方向に走行した光のサ
    ンプルが生成した前記検出器出力のうちの２つの出力の
    比率を計算する手段がさらに含まれる、請求項１４に記
    載の装置。
16. 【請求項１６】 前記比率は前記検出器出力信号の和全
    体に対する差に等しい、請求項１５に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記直線偏光伝送手段には、ほぼ同じ
    波長の２つの光源が含まれ、これらの光源の各々は前記
    光ファイバのうちのそれぞれ一方に光学的に結合されて
    おり、又さらにこれらの光源を予め定められた出力強度
    で作動させるための手段も含まれている、請求項１６に
    記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記ファイバのそれぞれに結びつけら
    れた前記光源／検出器の対の各々はたとえば発光ダイオ
    ードなどの単一のデバイスで構成されている、請求項１
    ７に記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記双方向光路は、この光路に沿って
    一方向に走行する光の出力強度がこの光路に沿って反対
    方向に走行する光の出力強度に反比例するよう非可逆的
    である、請求項２に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記偏光角回転検出手段は、前記光路
    に沿って反対方向に前記磁気光学材料中を通過した２つ
    の光のパルスの出力強度を検出し、前記プローブ上に蓄
    積された砕片の量に関係した自己指示出力を生成すべく
    前記出力強度の和全体に対する差の比率を計算する、請
    求項１９に記載の装置。
21. 【請求項２１】 一連の双方向光パルスについての複数
    の前記比率の時間に関する微分値が前記プローブ上の砕
    片の蓄積速度と関係づけした出力を生み出し、さらにこ
    の微分値を計算する手段も含まれている、請求項２０に
    記載の装置。
22. 【請求項２２】 結びつけられた磁界と電気光学トラン
    スジューサの境界内で流体中に置かれるべき磁気光学セ
    ンサーを含む、流体媒質内の磁気砕片を検出するための
    砕片モニターにおいて、この磁気光学センサは前記磁界
    の変化に応答して質問光ビームを変調し、この磁界の変
    化は流体内の砕片量に関係し、前記電気光学トランスジ
    ューサが前記変調された光ビームをこの砕片量に関係づ
    けした出力へと変換する、砕片モニター。
23. 【請求項２３】 前記電気光学トランスジューサ出力の
    時間との関係における微分がその流体内の砕片蓄積速度
    を生み出す、請求項２２に記載の砕片モニター。
24. 【請求項２４】 前記砕片モニターは前記質問光ビーム
    を用いて自己指示されている、請求項２３に記載の砕片
    モニター。
25. 【請求項２５】 前記質問光ビームが前記磁気光学セン
    サーを通って光路に沿って双方向に走行する、請求項２
    ４に記載の砕片モニター。
26. 【請求項２６】 各々の質問光ビームの強度が変調さ
    れ、前記双方向光路は前記光路に沿って反対方向に走行
    する光ビームの強度に関し非可逆的である、請求項２５
    に記載の砕片モニター。
27. 【請求項２７】 前記磁界は永久磁石により提供され、
    前記磁気光学センサー及び磁石が流体内に浸漬可能なプ
    ローブの中に保持されている、請求項２２に記載の砕片
    モニター。
28. 【請求項２８】 前記プローブは、流体不浸透性シール
    により分離された２つのチャンバを有し、前記磁石はこ
    のチャンバのうちの１つの中にあり前記磁気光学センサ
    はもう１方のチャンバ内にある、請求項２７に記載の砕
    片モニター。
29. 【請求項２９】 前記磁石は直接流体に露出され、前記
    磁気光学センサはそのそれぞれのチャンバ内に流体不浸
    透式に密封されている、請求項２８に記載の砕片モニタ
    ー。
30. 【請求項３０】 前記磁界が磁気砕片を捕獲し、そのた
    め前記プローブ上の砕片の蓄積は前記磁気光学センサの
    一部分を通過する領域の中でこの磁界を変える、請求項
    ２９に記載の砕片モニター。
31. 【請求項３１】 前記磁気光学センサには、前記プロー
    ブ上の砕片蓄積によりひき起こされた前記磁界変化を検
    出するのにファラデー効果を用いる磁気光学トランスジ
    ューサが含まれており、この磁界変化はプローブ上の砕
    片蓄積の実時間連続メモリを提供する、請求項３０に記
    載の砕片モニター。
32. 【請求項３２】 磁気光学センサーには、一般に前記磁
    界領域に対して平行な前記磁気光学材料を通る一本の光
    路に沿って直線偏光を伝送するための手段が含まれてい
    る、請求項３０に記載の砕片モニター。
33. 【請求項３３】 前記直線偏光伝送手段には、光源から
    発せられた前記質問光ビームを交互に受け入れる２つの
    光ファイバが含まれており、これらのファイバの各々は
    片端で偏光子に光学的に結合され、これらの偏光子の各
    々は前記磁気光学材料のいずれかの側で前記光路に沿っ
    て位置づけされかくしてこれらのファイバの１方からの
    光はそのそれぞれの偏光子を通り次に前記磁気光学材料
    を通り次にもう一方の偏光子を通って走行し前記もう一
    方の光ファイバーから出るようになっている、請求項３
    ２に記載の砕片モニター。
34. 【請求項３４】 前記電気光学トランスジューサには、
    前記光路に沿って双方向に前記光を伝送するための手段
    が含まれている、請求項３３に記載の砕片モニター。
35. 【請求項３５】 前記磁気光学センサーには、前記磁気
    光学材料を通して前記偏光子から出てくる光を集束する
    レンズが含まれている、請求項３４に記載の砕片モニタ
    ー。
36. 【請求項３６】 前記光路は前記磁気光学材料との関係
    において折り返しされており、前記直線偏光伝送手段に
    は前記電気光学トランスジューサ内の光源から発せられ
    る前記光ビームを交互に受け入れる２つの光ファイバが
    含まれ、これらの光ファイバの各々は第１の端部で前記
    光源に又反対側の端部でそれぞれの偏光子に光学的に結
    合されており、又前記直線偏光伝送手段にはさらに前記
    磁気光学材料に隣接して１つの光反射要素が含まれこの
    ため１つの光ファイバからの光はそのそれぞれの偏光子
    と前記磁気光学材料内を通過し、次にこの磁気光学材料
    及びもう１つの偏光子の中を通って反射し戻され、次に
    前記もう一方の光ファイバを通して出て行くようになっ
    ており、前記偏光子は互いに対し異なる偏光角をもって
    いる、請求項３２に記載の砕片モニタ。
37. 【請求項３７】 前記電気光学トランスジューサには、
    双方向に前記光ファイバ内に光を交互に伝送するための
    手段及び、前記電気光学トランスジューサから戻る反射
    光を検出するための手段が含まれており、この光検出手
    段はその上の入射光の強度に関係する出力信号を生成す
    る、請求項３６に記載の砕片モニター。
38. 【請求項３８】 前記光源及び前記光検出手段には２つ
    の素子が含まれ、これらの素子の各々は前記光ファイバ
    のそれぞれ一方に光学的に結合されており、これらの素
    子の各々は光源及び入射光の光の強度の検出器の両方を
    提供している、請求項３７に記載の砕片モニター。
39. 【請求項３９】 前記素子の各々は発光ダイオードであ
    る、請求項３８に記載の砕片モニター。
40. 【請求項４０】 前記電気光学トランスジューサには同
    様に、前記素子からの出力をサンプリングし保持する手
    段ならびにこのサンプル及びホールド手段により記憶さ
    れた前記素子の出力のための比率出力を提供する手段が
    含まれ、この比率は流体内の砕片量を表わす自己指示信
    号を提供する、請求項３８に記載の砕片モニター。
41. 【請求項４１】 前記磁気光学センサーには、前記磁石
    のノード（結節点）のすぐ近くに位置づけされた磁気光
    学材料が含まれている、請求項２７に記載の砕片モニタ
    ー。
42. 【請求項４２】 前記プローブ上の砕片の蓄積は前記磁
    気光学材料との関係における前記磁気ノードの位置の移
    動をひき起こし、前記磁気光学センサはこのノードが前
    記磁気光学材料内を通過するにつれてこれを検出する、
    請求項４１に記載の砕片モニター。
43. 【請求項４３】 前記磁石はリング磁石である、請求項
    ４２に記載の砕片モニター。
44. 【請求項４４】 ａ．その磁界の少なくとも一部が磁気
    光学材料を通過する磁石を流体内に置く段階、 ｂ．流体内の磁気砕片を捕獲するためこの磁石を使用す
    る段階、 ｃ．捕獲された砕片の蓄積によりひき起こされた磁界の
    変化を検出するため、磁気光学材料に光学的に結合され
    た光を使用する段階、を含む、流体媒質内の磁気砕片を
    検出するための方法。
45. 【請求項４５】 磁界の変化を検出するのに光を用いる
    段階には、 ａ．光の偏光角を回転させるため磁気光学材料内を通過
    する磁界の一部分に対して一般に平行な１本の光路に沿
    って、磁気光学材料を通して直線偏光を伝送する段階、
    が含まれる、請求項４４に記載の方法。
46. 【請求項４６】 磁気光学材料を通して双方向に直線偏
    光を伝送するための段階がさらに含まれる、請求項４５
    に記載の方法。
47. 【請求項４７】 直線偏光を伝送する段階には、 ａ．光ファイバを通して光源から第１の偏光子の中に光
    を発する段階、 ｂ．磁気光学材料を通して第１の偏光子から出てきた光
    を通過させる段階、 ｃ．第２の偏光子の偏光角が第１の偏光子の偏光角とは
    異なる状態で第２の光ファイバ内へ第２の偏光子を通し
    て、磁気光学材料から出てきた光を通過させる段階、が
    含まれる、請求項４５に記載の方法。
48. 【請求項４８】 光ファイバの中に双方向に光を交互に
    伝送する段階が含まれる、請求項４７に記載の方法。
49. 【請求項４９】 磁界の変化を検出するべく光を用いる
    段階には、各光ファイバから交互に出てくる光の強度を
    砕片の蓄積量に関係づけした出力の形に変換する段階が
    さらに含まれる、請求項４８に記載の方法。
50. 【請求項５０】 光の強度を変換する段階には、各光フ
    ァイバに対しそれぞれの光検出器を光学的に結合する段
    階及び入射光の強度に正比例する出力信号を生成するべ
    く各光検出器を使用する段階が含まれる、請求項４９に
    記載の方法。
51. 【請求項５１】 ａ．各光検出器から１つずつ順次出力
    信号対をサンプリングする段階、 ｂ．検出器出力サンプルの各対の比率を生成する段階、
    をさらに含む、請求項５０に記載の方法。
52. 【請求項５２】 砕片の蓄積速度を決定するため予め定
    められた数の検出器出力サンプル対について時間との関
    係における比率を微分する段階がさらに含まれる、請求
    項５１に記載の方法。
53. 【請求項５３】 前記比率は前記検出器出力サンプル対
    の和に対する差により決定される、請求項５２に記載の
    方法。
54. 【請求項５４】 磁気光学材料から出てきた光を、又磁
    気光学材料を通して戻り次に第２の偏光子の中に入り第
    ２の光ファイバから出るように反射するべく磁気光学材
    料に隣接した光反射要素を利用する段階を含み、かくし
    て折返され双方向アドレスされた光路が提供されてい
    る、請求項４８に記載の方法。
55. 【請求項５５】 監視されている事象との関係において
    変化する磁界の一部分の中に位置づけされた磁気光学材
    料、この磁気光学材料を通して双方向に偏光を伝送する
    ための手段が含まれ、この偏光伝送手段は２本の光ファ
    イバを含みこれらのファイバの間で前記磁気光学材料を
    通して双方向光路を提供しており、この光路の中で光は
    交互にこれらのファイバのうちの一方に入りもう一方の
    ファイバに入る前に前記磁気光学材料内を通過し、前記
    磁気光学材料は前記光の偏光角を回転させ、さらにこの
    偏光角回転を検出する手段も含まれている、１つの磁界
    内の変化を検出するための光センサ。
56. 【請求項５６】 前記双方向光路は、この光路に沿って
    一方向に走行する光の出力強度がこの光路に沿って反対
    の方向に走行する光の出力強度と反比例するように非可
    逆的なものである、請求項５５に記載の光センサー。
57. 【請求項５７】 前記偏光角を検出するための前記手段
    には、前記磁気光学材料のそれぞれの側で前記光路内に
    位置づけされた２つの偏光子が含まれ、そのため光はこ
    れらの偏光子のうちの１本の中を通って前記磁気光学材
    料内に入り次に前記第２の偏光子を通過するようになっ
    ており、これらの偏光子は互いとの関係において異なる
    偏光角を有する、請求項５６に記載の光センサ。
58. 【請求項５８】 入射光の強度に関係づけされた出力を
    生成しかつ前記光路から出てくる光に露呈された光の強
    度検出器、ならびに前記磁気光学材料を双方向に質問し
    ていた２つの光のサンプルによって生成された２つの検
    出器出力の比率を決定するための手段がさらに含まれて
    いる、請求項５６に記載の光センサ。
59. 【請求項５９】 前記光路は折返しされた光路であり、
    前記比率は２つの検出器の出力の和に対する差により決
    定される、請求項５８に記載の光センサ。
60. 【請求項６０】 ａ．磁界の境界内に磁気光学材料を置
    く段階、 ｂ．磁界に応答して伝送された光の偏光状態を回転させ
    るべく、磁気光学材料を通して偏光を伝送する段階、及
    び ｃ．この偏光状態回転を検出する段階 を含み、磁気光学材料を通して偏光を伝送する段階が交
    互双方向式に行なわれる、磁界の変化を検出するための
    方法。
61. 【請求項６１】 磁気光学材料を通して偏光を伝送する
    段階には、磁気光学材料がその光路に沿って位置づけさ
    れた状態で、双方向アドレシングされかつ非可逆的なも
    のであるこの光路に沿って光を伝送する段階が含まれ
    る、請求項６０に記載の磁界の変化を検出するための方
    法。
62. 【請求項６２】 前記偏向状態回転を検出する段階に
    は、前記光路を出て行く伝送された偏光の強度を検出す
    る段階が含まれる、請求項６１に記載の磁界の変化を検
    出するための方法。
63. 【請求項６３】 前記光路に沿って反対方向に走行した
    この光路から出て行く２つの検出された光の強度の比率
    を決定する段階をさらに含む、請求項６２に記載の磁界
    の変化を検出するための方法。
64. 【請求項６４】 前記比率は前記２つの検出された信号
    の和で差を除したものによって決定される、請求項６３
    に記載の磁界の変化を検出するための方法。