JPH08211106A - 光磁界センサ - Google Patents
光磁界センサInfo
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- JPH08211106A JPH08211106A JP7019358A JP1935895A JPH08211106A JP H08211106 A JPH08211106 A JP H08211106A JP 7019358 A JP7019358 A JP 7019358A JP 1935895 A JP1935895 A JP 1935895A JP H08211106 A JPH08211106 A JP H08211106A
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- JP
- Japan
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- magnetic field
- magnetic
- optical
- magneto
- field sensor
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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高圧配電線路の電流値による発生磁界強度を
大きくできるとともに、感度ばらつきを抑えた高精度の
光磁界センサを提供することを目的としている。 【構成】 基板１２上に、光を偏光する偏光素子４と、
この偏光素子４を通過する光の進行方向上に配置した磁
気光学素子６と、この磁気光学素子６を通過する光の進
行方向上に配置するとともに、偏光ビームスプリッタか
らなり、偏光素子４と４５度の関係をなす検光子７とを
備えるとともに、偏光素子４および磁気光学素子６およ
び検光子７を挟み込むように磁性体１３，１４を設けて
いる。
大きくできるとともに、感度ばらつきを抑えた高精度の
光磁界センサを提供することを目的としている。 【構成】 基板１２上に、光を偏光する偏光素子４と、
この偏光素子４を通過する光の進行方向上に配置した磁
気光学素子６と、この磁気光学素子６を通過する光の進
行方向上に配置するとともに、偏光ビームスプリッタか
らなり、偏光素子４と４５度の関係をなす検光子７とを
備えるとともに、偏光素子４および磁気光学素子６およ
び検光子７を挟み込むように磁性体１３，１４を設けて
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高圧配電線などの電流
状態を監視するために用いる光磁界センサに関するもの
である。
状態を監視するために用いる光磁界センサに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、配電の自動化、高信頼化、高付加
価値化の時代のニーズに応えるべく各電力会社において
配電線の事故点を検出する事故点評定システムの開発が
行われている。
価値化の時代のニーズに応えるべく各電力会社において
配電線の事故点を検出する事故点評定システムの開発が
行われている。
【０００３】以下、従来の光磁界センサについて説明す
る。光磁界センサは、ＬＥＤから発せられた光を例えば
磁性ガーネット材料からなる磁気光学素子を偏光子と検
光子の間に介在させてなる検出部に導き、その印加物理
量である電流による磁界により光の偏光面が変化する現
象を利用して電流の強度、位相を測定するものである。
る。光磁界センサは、ＬＥＤから発せられた光を例えば
磁性ガーネット材料からなる磁気光学素子を偏光子と検
光子の間に介在させてなる検出部に導き、その印加物理
量である電流による磁界により光の偏光面が変化する現
象を利用して電流の強度、位相を測定するものである。
【０００４】図２において、図２は、高圧配電線の電流
値を測定する際の測定時説明図である。高圧配電線路１
６に流れる電流によって発生する磁界を馬蹄型のコア１
７を用いて周回積分し、空隙部１８に発生する磁界を検
出部１９に印加している。検出部１９と光源（ＬＥ
Ｄ）、受光素子等の収納された回路部の間を入力用光フ
ァイバ１、出力用光ファイバ１０を用いて結合している
ため、絶縁性に富み、電磁のノイズに影響されない高精
度の測定を行っている。
値を測定する際の測定時説明図である。高圧配電線路１
６に流れる電流によって発生する磁界を馬蹄型のコア１
７を用いて周回積分し、空隙部１８に発生する磁界を検
出部１９に印加している。検出部１９と光源（ＬＥ
Ｄ）、受光素子等の収納された回路部の間を入力用光フ
ァイバ１、出力用光ファイバ１０を用いて結合している
ため、絶縁性に富み、電磁のノイズに影響されない高精
度の測定を行っている。
【０００５】また、特開平５−１１９２８８号公報に
は、光磁界センサ用の磁気光学素子として磁性ガーネッ
ト結晶を用いて、結晶厚み５０μｍ以下で所望の感度を
得た、高感度の光磁界センサの構成が開示されている。
磁性ガーネット結晶は、ファラデーガラス、ビスマスシ
リコンオキサイド等の磁気光学効果を有する材料の中で
も磁界検出能力を示すヴェルデ定数の大きいことが知ら
れている。
は、光磁界センサ用の磁気光学素子として磁性ガーネッ
ト結晶を用いて、結晶厚み５０μｍ以下で所望の感度を
得た、高感度の光磁界センサの構成が開示されている。
磁性ガーネット結晶は、ファラデーガラス、ビスマスシ
リコンオキサイド等の磁気光学効果を有する材料の中で
も磁界検出能力を示すヴェルデ定数の大きいことが知ら
れている。
【０００６】また、光磁界センサの感度の算出法につい
ては、磁性ガーネット結晶のような多磁区構造の磁気光
学素子を用いた場合の数式が開示されている（例えば、
八尾他、電気学会マグネティクス研究会資料ＭＡＧ−９
２−７５（１９９２））。
ては、磁性ガーネット結晶のような多磁区構造の磁気光
学素子を用いた場合の数式が開示されている（例えば、
八尾他、電気学会マグネティクス研究会資料ＭＡＧ−９
２−７５（１９９２））。
【０００７】上記開示資料によれば、光磁界センサの感
度は、
度は、
【０００８】
【数１】
【０００９】である。ここで、Ｖは感度、Ｍは印加磁
化、ＭSは飽和磁化、θFは磁気的に飽和したときのファ
ラデー回転角である。また、 θF＝Ｆ×ｌ Ｆはヴェルデ定数、ｌは、磁気光学素子の厚みである。
化、ＭSは飽和磁化、θFは磁気的に飽和したときのファ
ラデー回転角である。また、 θF＝Ｆ×ｌ Ｆはヴェルデ定数、ｌは、磁気光学素子の厚みである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、使用する光学部品および高圧配電線路１６
等の応用に耐えうるケース構造によって光磁界センサの
印加磁界方向の大きさに制約があり、馬蹄型のコア１７
の空隙部１８内の高圧配電線路１６の電流によって発生
する磁界を計測する場合、発生磁界強度を大きくできな
いという問題点を有していた。
の構成では、使用する光学部品および高圧配電線路１６
等の応用に耐えうるケース構造によって光磁界センサの
印加磁界方向の大きさに制約があり、馬蹄型のコア１７
の空隙部１８内の高圧配電線路１６の電流によって発生
する磁界を計測する場合、発生磁界強度を大きくできな
いという問題点を有していた。
【００１１】また、空隙部１８への取り付け誤差によ
り、磁気光学素子への印加磁界強度のばらつきが生じ、
光磁界センサの感度ばらつきが発生するという問題点を
有していた。
り、磁気光学素子への印加磁界強度のばらつきが生じ、
光磁界センサの感度ばらつきが発生するという問題点を
有していた。
【００１２】本発明は、上記問題点を解決した、高感度
で感度ばらつきの少ない光磁界センサを提供することを
目的とする。
で感度ばらつきの少ない光磁界センサを提供することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光を偏光する偏光素子と、前記偏光素子を
通過する光の進行方向上に配置した磁気光学素子と、前
記磁気光学素子を通過する光の進行方向上に配置した検
光子とを備え、前記偏光素子および前記磁気光学素子お
よび前記検光子を挟み込むように磁性体を設けた構成と
したものである。
に本発明は、光を偏光する偏光素子と、前記偏光素子を
通過する光の進行方向上に配置した磁気光学素子と、前
記磁気光学素子を通過する光の進行方向上に配置した検
光子とを備え、前記偏光素子および前記磁気光学素子お
よび前記検光子を挟み込むように磁性体を設けた構成と
したものである。
【００１４】
【作用】上記構成により、馬蹄型のコアの空隙部に配置
した磁気光学素子に磁界を印加したとき、空隙部の空隙
長が見かけ上減少することとなり、印加した磁界よりも
磁界強度が大きくなる。この結果、発生磁界強度を大き
くすることができる。
した磁気光学素子に磁界を印加したとき、空隙部の空隙
長が見かけ上減少することとなり、印加した磁界よりも
磁界強度が大きくなる。この結果、発生磁界強度を大き
くすることができる。
【００１５】また、空隙に発生する磁界は、磁気抵抗が
小さい磁性体に導かれ、磁性体の磁界集束効果により、
空隙部に発生する磁界は磁気光学素子に印加されて、光
磁界センサの取り付け誤差による感度ばらつきの発生を
防止することもできる。
小さい磁性体に導かれ、磁性体の磁界集束効果により、
空隙部に発生する磁界は磁気光学素子に印加されて、光
磁界センサの取り付け誤差による感度ばらつきの発生を
防止することもできる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明における一実施例の光磁界セン
サについて図面を参照しながら説明する。
サについて図面を参照しながら説明する。
【００１７】図１は、本発明における一実施例の光磁界
センサの断面図である。図１において、光磁界センサ
は、基板１２上に、光を偏光する偏光素子４と、この偏
光素子４を通過する光の進行方向上に配置した磁気光学
素子６と、この磁気光学素子６を通過する光の進行方向
上に配置するとともに、偏光ビームスプリッタからな
り、偏光素子４と４５度の関係をなす検光子７とを備え
ている。
センサの断面図である。図１において、光磁界センサ
は、基板１２上に、光を偏光する偏光素子４と、この偏
光素子４を通過する光の進行方向上に配置した磁気光学
素子６と、この磁気光学素子６を通過する光の進行方向
上に配置するとともに、偏光ビームスプリッタからな
り、偏光素子４と４５度の関係をなす検光子７とを備え
ている。
【００１８】また、基板１２上には、偏光素子４および
磁気光学素子６および検光子７を挟み込むように磁性体
１３，１４を設けている。
磁気光学素子６および検光子７を挟み込むように磁性体
１３，１４を設けている。
【００１９】このとき、磁性体１３，１４を光の進行方
向に対して垂直に設けるとともに、磁性体１３，１４
に、偏光素子４側の磁性体面および検光子７側の磁性体
面を突出させた突出部１５を設けている。また、磁性体
１３，１４の突出部１５は、光の進行方向上および逆方
向上に配置している。
向に対して垂直に設けるとともに、磁性体１３，１４
に、偏光素子４側の磁性体面および検光子７側の磁性体
面を突出させた突出部１５を設けている。また、磁性体
１３，１４の突出部１５は、光の進行方向上および逆方
向上に配置している。
【００２０】さらに、偏光素子４にはレンズ２を介して
入力用光ファイバ１を接続するとともに、入力用光ファ
イバ１の先端には入力用光ファイバ１とレンズ２の位置
関係を調節固定するホルダー３を設けている。
入力用光ファイバ１を接続するとともに、入力用光ファ
イバ１の先端には入力用光ファイバ１とレンズ２の位置
関係を調節固定するホルダー３を設けている。
【００２１】また、検光子７に光路を９０度曲げるため
の誘電体反射面を備えたミラー８を接続し、ミラー８に
は、レンズ９を介して出力用光ファイバ１０を接続する
とともに、出力用光ファイバ１０の先端には出力用光フ
ァイバ１０とレンズ９の位置関係を調節固定するホルダ
ー１１を設けている。
の誘電体反射面を備えたミラー８を接続し、ミラー８に
は、レンズ９を介して出力用光ファイバ１０を接続する
とともに、出力用光ファイバ１０の先端には出力用光フ
ァイバ１０とレンズ９の位置関係を調節固定するホルダ
ー１１を設けている。
【００２２】そして、これらをケース２０に収納してい
る。上記構成の光磁界センサについて、以下その動作を
説明する。
る。上記構成の光磁界センサについて、以下その動作を
説明する。
【００２３】入力用光ファイバ１によって導かれたＬＥ
Ｄ（中心波長８５０ｎｍ）の光は、レンズ２によって平
行光線となる。平行光線となった光は、偏光ビームスプ
リッタからなる偏光素子４に入射し、反射面５により一
方向に偏波した光線となり、光路を９０度変え、磁気光
学素子６に入射する。このとき、図のＡ方向に磁界が印
加されると、印加磁界強度に伴いその光線の偏波面の回
転を受ける。磁気光学素子６を出射した光は、検光子７
に入射するが、偏光面の回転にともない、その透過光量
は変化する。ミラー８により９０度曲げられた光は、レ
ンズ９に入射し、出力用光ファイバ１０の中心に集光さ
れ、出力用光ファイバ１０により受光素子に導かれる。
Ｄ（中心波長８５０ｎｍ）の光は、レンズ２によって平
行光線となる。平行光線となった光は、偏光ビームスプ
リッタからなる偏光素子４に入射し、反射面５により一
方向に偏波した光線となり、光路を９０度変え、磁気光
学素子６に入射する。このとき、図のＡ方向に磁界が印
加されると、印加磁界強度に伴いその光線の偏波面の回
転を受ける。磁気光学素子６を出射した光は、検光子７
に入射するが、偏光面の回転にともない、その透過光量
は変化する。ミラー８により９０度曲げられた光は、レ
ンズ９に入射し、出力用光ファイバ１０の中心に集光さ
れ、出力用光ファイバ１０により受光素子に導かれる。
【００２４】図２に示すように、高圧配電線路１６を中
心に配し、磁界周回積分用コア１７の空隙部１８に発生
する磁界を光磁界センサ１９に印加する。このとき高圧
配電線路１６に流れる電流値Ｉと空隙部１８に発生する
磁界強度Ｈｇの関係は以下の式で表すことができる。
心に配し、磁界周回積分用コア１７の空隙部１８に発生
する磁界を光磁界センサ１９に印加する。このとき高圧
配電線路１６に流れる電流値Ｉと空隙部１８に発生する
磁界強度Ｈｇの関係は以下の式で表すことができる。
【００２５】
【数２】
【００２６】この式の関係を用いれば、高圧配電線路１
６に流れる電流値を換算することができる。（数２）か
ら分かるように、磁気光学素子６に印加される磁界強度
は、空隙長によって決められる。このとき、空隙部１８
に磁性体１３，１４を挿入すると、見かけ上空隙長が減
少することになり、磁界強度が増加する。空隙に発生す
る磁界は、磁気抵抗が小さい磁性体１３，１４に導かれ
る。
６に流れる電流値を換算することができる。（数２）か
ら分かるように、磁気光学素子６に印加される磁界強度
は、空隙長によって決められる。このとき、空隙部１８
に磁性体１３，１４を挿入すると、見かけ上空隙長が減
少することになり、磁界強度が増加する。空隙に発生す
る磁界は、磁気抵抗が小さい磁性体１３，１４に導かれ
る。
【００２７】すなわち、馬蹄型のコア１７の空隙部１８
に配置した磁気光学素子６に磁界を印加したとき、空隙
部１８の空隙長が見かけ上減少することとなり、印加し
た磁界よりも磁界強度が大きくなる。この結果、発生磁
界強度を大きくすることができる。
に配置した磁気光学素子６に磁界を印加したとき、空隙
部１８の空隙長が見かけ上減少することとなり、印加し
た磁界よりも磁界強度が大きくなる。この結果、発生磁
界強度を大きくすることができる。
【００２８】また、空隙に発生する磁界は、磁気抵抗が
小さい磁性体１３，１４に導かれ、磁性体１３，１４の
磁界集束効果により、空隙部１８に発生する磁界は磁気
光学素子６に印加されて、光磁界センサの取り付け誤差
による感度ばらつきの発生を防止することもできる。
小さい磁性体１３，１４に導かれ、磁性体１３，１４の
磁界集束効果により、空隙部１８に発生する磁界は磁気
光学素子６に印加されて、光磁界センサの取り付け誤差
による感度ばらつきの発生を防止することもできる。
【００２９】さらに、磁性体１３，１４に、偏光素子４
側の磁性体面および検光子７側の磁性体面を突出させた
突出部１５を設けているので、図中のａ面断面積がｂ面
の断面積に比べて小さくなり、ａ面に向かって磁界が集
束されて、磁気光学素子６に印加される磁界がより大き
くなる。
側の磁性体面および検光子７側の磁性体面を突出させた
突出部１５を設けているので、図中のａ面断面積がｂ面
の断面積に比べて小さくなり、ａ面に向かって磁界が集
束されて、磁気光学素子６に印加される磁界がより大き
くなる。
【００３０】そして、ａ面の中心と光線の中心とを一致
させることにより、磁気光学素子６に印加される磁界は
最大となり、空隙部１８に光磁界センサを取り付ける
際、誤差が生じても磁界集束効果は最大となり、磁気光
学素子６に印加される磁界強度は不変となる。
させることにより、磁気光学素子６に印加される磁界は
最大となり、空隙部１８に光磁界センサを取り付ける
際、誤差が生じても磁界集束効果は最大となり、磁気光
学素子６に印加される磁界強度は不変となる。
【００３１】さらに、磁性体１３，１４を光の進行方向
に対して垂直に設けることにより、磁界を効率良く集束
させることができる。
に対して垂直に設けることにより、磁界を効率良く集束
させることができる。
【００３２】また、磁性体１３，１４の材料としては、
珪素鋼板、フェライト、パーマロイ等を用いるのが良
い。
珪素鋼板、フェライト、パーマロイ等を用いるのが良
い。
【００３３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、馬蹄型の
コアの空隙部に配置した磁気光学素子に磁界を印加した
とき、空隙部の空隙長が見かけ上減少することとなり、
印加した磁界よりも磁界強度が大きくなる。これによ
り、発生磁界強度を大きくすることができる。
コアの空隙部に配置した磁気光学素子に磁界を印加した
とき、空隙部の空隙長が見かけ上減少することとなり、
印加した磁界よりも磁界強度が大きくなる。これによ
り、発生磁界強度を大きくすることができる。
【００３４】また、空隙に発生する磁界は、磁気抵抗が
小さい磁性体に導かれ、磁性体の磁界集束効果により、
空隙部に発生する磁界は磁気光学素子に印加されて、光
磁界センサの取り付け誤差による感度ばらつきの発生を
防止することもできる。
小さい磁性体に導かれ、磁性体の磁界集束効果により、
空隙部に発生する磁界は磁気光学素子に印加されて、光
磁界センサの取り付け誤差による感度ばらつきの発生を
防止することもできる。
【００３５】この結果、高圧配電線路の電流値による発
生磁界強度を大きくできるとともに、感度ばらつきを抑
えた高精度の光磁界センサを提供することができる。
生磁界強度を大きくできるとともに、感度ばらつきを抑
えた高精度の光磁界センサを提供することができる。
【図１】本発明における一実施例の光磁界センサの断面
図
図
【図２】高圧配電線の電流値を測定する際の測定時の説
明を行う図
明を行う図
１ 入力用光ファイバ ２ レンズ ３ ホルダー ４ 偏光素子 ５ 反射面 ６ 磁気光学素子 ７ 検光子 ８ ミラー ９ レンズ １０ 出力用光ファイバ １１ ホルダー １２ 基板 １３ 磁性体 １４ 磁性体 １５ 突出部 １６ 高圧配電線路 １７ コア １８ 空隙部 １９ 検出部 ２０ ケース
Claims (4)
- 【請求項１】 光を偏光する偏光素子と、前記偏光素子
を通過する光の進行方向上に配置した磁気光学素子と、
前記磁気光学素子を通過する光の進行方向上に配置した
検光子とを備え、前記偏光素子および前記磁気光学素子
および前記検光子を挟み込むように磁性体を設けた光磁
界センサ。 - 【請求項２】 磁性体を光の進行方向に対して垂直に設
けた請求項１記載の光磁界センサ。 - 【請求項３】 磁性体に、偏光素子側の磁性体面および
検光子側の磁性体面を突出させた突出部を設けた請求項
１または請求項２記載の光磁界センサ。 - 【請求項４】 光の進行方向上および逆方向上に磁性体
の突出部を配置した請求項３記載の光磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7019358A JPH08211106A (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 光磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7019358A JPH08211106A (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 光磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08211106A true JPH08211106A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=11997157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7019358A Pending JPH08211106A (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 光磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08211106A (ja) |
-
1995
- 1995-02-07 JP JP7019358A patent/JPH08211106A/ja active Pending
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