JPH0740061B2 - 光ファイバ磁界センサ - Google Patents
光ファイバ磁界センサInfo
- Publication number
- JPH0740061B2 JPH0740061B2 JP12367390A JP12367390A JPH0740061B2 JP H0740061 B2 JPH0740061 B2 JP H0740061B2 JP 12367390 A JP12367390 A JP 12367390A JP 12367390 A JP12367390 A JP 12367390A JP H0740061 B2 JPH0740061 B2 JP H0740061B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- field sensor
- optical fiber
- magnetostrictive
- magnetostrictive body
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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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、マッハツェンダ干
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。
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１
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。
ンサ部を例示するものであって、この磁界センサ部１
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。
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。
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適して
いなかった。
いるために、広い周波数帯域で使用する目的には適して
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。
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たことを上記課題を解決する
ための手段とした。
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たことを上記課題を解決する
ための手段とした。
「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。
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のカプラ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
のカプラ17と、第２のカプラ17にて発生する干渉波を検
出する光検出器18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。
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のカプラ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
のカプラ17と、第２のカプラ17にて発生する干渉波を検
出する光検出器18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体21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。
の異なる複数の磁歪体片20を平行に並べて支持体21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
を十分に達成できなくなるので、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。
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
を十分に達成できなくなるので、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
測定が可能となるが、磁界センサ部16が複雑化、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。
体片20…の本数を増加させると高精度、広帯域な磁界の
測定が可能となるが、磁界センサ部16が複雑化、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。
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20…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シングを行うことができ
る。
体片20…を平行に並べ、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シ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。この例では、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20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。
を示すものである。この例では、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20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。
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20
…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を構成することもでき
る。
を示すものである。この例のように、複数の磁歪体片20
…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を構成することもでき
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。
した。
磁界センサ部は、幅25mm、厚さ25μｍのアモルファス金
属テープを厚さ25mmになるまで積層し、断面が25×25m
m、長さが200,175,150,125mm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。
属テープを厚さ25mmになるまで積層し、断面が25×25m
m、長さが200,175,150,125mm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。測定用光ファイバと参照用光ファイバには、コ
ア径８μｍ、クラッド径125μｍ、被覆径400μｍ、伝送
損失0.4dB/Km、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。
い、第1,第２のカプラには偏波保持光ファイバカプラを
用いた。測定用光ファイバと参照用光ファイバには、コ
ア径８μｍ、クラッド径125μｍ、被覆径400μｍ、伝送
損失0.4dB/Km、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。
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。
磁歪材料の共振周波数f0は、一般に次式によって与えら
れる。
れる。
ここで、ｎは共振周波数の次数、ｌ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1.2×1.011N/m2、密度は5.9×103Kg/m3である。
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1.2×1.011N/m2、密度は5.9×103Kg/m3である。
これにより計算した各磁歪体の共振周波数を第１表に示
す。
す。
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。
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。
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。
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。
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。
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、一層高感度なセンサを構成できる。
よって、一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。
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。
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。 11……磁界センサ 13,14……光ファイバ 16,22,23,24……磁界センサ部 20……磁歪体片
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。 11……磁界センサ 13,14……光ファイバ 16,22,23,24……磁界センサ部 20……磁歪体片
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−274084（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182517（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−40970（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12367390A JPH0740061B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 光ファイバ磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12367390A JPH0740061B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 光ファイバ磁界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0419581A JPH0419581A (ja) | 1992-01-23 |
| JPH0740061B2 true JPH0740061B2 (ja) | 1995-05-01 |
Family
ID=14866469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12367390A Expired - Lifetime JPH0740061B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 光ファイバ磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0740061B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111487568A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-04 | 南京信息工程大学 | 一种基于超磁材料铽镝铁的光纤高灵敏度磁场传感器 |
| CN112904247A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-04 | 维沃移动通信有限公司 | 交变磁场传感器及电子设备 |
-
1990
- 1990-05-14 JP JP12367390A patent/JPH0740061B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0419581A (ja) | 1992-01-23 |
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