JPS58190786A - 光フアイバ形磁界センサ - Google Patents

光フアイバ形磁界センサ

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JPS58190786A
JPS58190786A JP57073603A JP7360382A JPS58190786A JP S58190786 A JPS58190786 A JP S58190786A JP 57073603 A JP57073603 A JP 57073603A JP 7360382 A JP7360382 A JP 7360382A JP S58190786 A JPS58190786 A JP S58190786A
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JP
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magnetic field
optical fiber
rod lens
field sensor
light
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JP57073603A
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Tetsuo Taniuchi
哲夫 谷内
Yoshinobu Tsujimoto
辻本　好伸
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
    • G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
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    • G01R33/0322—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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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】 本発明はファラデー効果を応用した光ファイバ形磁界セ
ンサに関するものであり、特に高い絶縁性と無誘導性を
利用した高電圧機器内などの磁界計測に利用される高精
度の光ファイバ形磁界センサを提供するものである。
第１図（２Ｌ）　、　（ｂ）は従来の光を応用した磁界
センサの構成を示している。同センサはファラデー材料
部材１と光ファイバ２，３とロッドレンズ４，５と偏光
プリズム６．７とを用いて、磁界強度を光強度信号とし
て検出するものである。第１図（ａｔは前記各要素を順
次配列したものであり、ミラー８の使用により各要素を
反射形に構成したものである。
前記第１図＋ａ＋の磁界センサの動作を説明すると、フ
ァラデー材料部材１に印加される磁場Ｈが零の場合はフ
ァラデー材料部材１を通過する光の偏波面は回転せず光
源からの光は光ファイバ２．レンズ４．偏向軸が互いに
４５°の角度になるように配置された偏光プリズム６．
７、レンズ６および光ファイバ３を通過し光ファイバ３
につながる受光器に検知される。この場合の光の減少は
、前記各要素での光の減衰分だけである。
一方、磁界Ｈがファラデー材料部材１に印加される場合
を考える。この場合偏光プリズム６により直線偏向され
た光がファラデー材料部材１を通過する時、通過光の偏
波面が、磁界Ｈの強度に比例した角度θだけ回転し、こ
の回転角θが大きくなればなる程、偏光プリズム７を通
過する光量変化が大きくなり、受光器でその変化量が検
出されることになる。この光量変化により磁界Ｈの大き
さを測定できる。
前記第１図（２Ｌ）　、　（ｂ）のいずれの磁界センサ
においラドレンズ４，５と、直線偏光化する偏光プリズ
ム６．７、例えば方解石からなるグラントムソンプリズ
ムがファラデー材料の入射側、出射側に一組づつ必要に
なり、セ／す部の小形軽量化は困難になっている。
本発明の目的は、部品数の低減化を図り小形かつ信頼性
の高い光ファイバ形磁界センサを実現することにある。
従来の磁界センサのようにロッドレンズや偏光プリズム
を単に組合せただけではセンサ部の小形化は望めない。
特にファラデー効果を直線性良く利用するためには入射
側と出射側の偏光プリズムの偏光軸を互いに４６°の角
度に・設定する必要があり、最低２個の偏光プリズムが
必要である。
本発明の光ファイバ形磁界センサは、光ファイバとロッ
ドレンズの間に、複屈折結晶として光軸が４５°回転し
た２枚のルチル（ＴｉＯ２の単結晶）板を置くことによ
り偏光分離機能をもたせ、１ケのロッドレンズだけでセ
ンサ部を構成したものであり、従来の磁界セ／すと比べ
部品数を大幅に低減し、かつ小形軽量化を図ったもので
ある。
第２図は本発明の第１の実施例における光ファイバ形磁
界センサを示したものであり、中心間を２５０μｍ離し
て配置した入射ファイバ９（コア径５０μｍ）、出射フ
ァイバ１０（コア径８０μｍ）と、その先端に装着した
厚み１朋の２枚のルチル板１１．１２とロッドレンズ１
３．ファラテー材料部材１−４．ミラー１６とから構成
される光ファイバ形磁界センサである。
従来の磁界センサと大きく異なる点は、レンズとファラ
デー材料の間に偏光プリズムを置かずに、光ファイバと
レンズの間に２枚のルチル板を光軸が互いに４６°の角
度をなすように配置するところにある。ルチルの他に複
屈折結晶としては方解石も使用できるが硬度の点でルチ
ルの方がすぐれている。ルチル板は偏光分離を行なうた
めのものであり、第３図に示すようにルチル板ｊ１．１
２は厚み方向と光軸１６，１７がほぼ４２°傾いた状態
に切断し、厚み１Ｍで異常光線をほぼ１００μｍ偏位さ
せるように設計した。またルチル板１１と１２の光軸は
互いに４６°ずらすことによシフアラデー回転を直線性
よく光強度に変換できるようにしている。
次に第２図の光ファイバ形磁界センサの動作を説明する
。光ファイバ９を出た光はルチル板１１により常光線と
異常光線に分離したあと、ロッドレンズ１３により平行
ビーム化されファラデー材料１４を通過し、印加磁界に
比例したファラデー回転を受け、ミラー１５により反射
し逆光路をたどるが、ミラ−１５０角度調整によシルチ
ル板１２を通り光ファイバ１０に集光され、その光強度
は印加磁界に比例するものとなる。従ってその光強度か
ら逆に印加磁界強度の検出を行なうことができる。
なお、ルチル板１１．１２の厚さは使用する光ファイバ
の種類に応じて有効に偏光分離ができるように設計すれ
ばよい。
第４図は本発明にかかる第２の実施例の光ファイバ形磁
界センサであり、ロッドレンズ１３とフアラデー材料１
４（Ｙ３Ｆｅ５０，２）の間にダイクロイックフィルタ
１８を置き波長λ、の光を通過、λ２の光を反射する構
成をとっており、ファラデー材料１４を通過するλ１の
光出力と、ロッドレンズ１３の先端部で反射するλ２の
光出力を演算処理することにより光フアイバ伝送部で生
ずる損失変動等が測定精度を劣化させない特長をもつ高
精度な波長多重形磁界センサである。
同図において光源部にあるダイクロイックフィルタ１９
はセンサ部にあるものと同じ特性をもつものがよく、光
源２０．２１は例えばλ、　−１，３μｍ。
λ２−０．８８μｍの発光ダイオード、受光器２２゜２
３はＧθ、Ｓｌフォトダイオードが使用できる。
なお、本発明にかかる光ファイバ形磁界センサに用いる
ファラデー材料部材の材料としては、鉛ガラス、重フリ
ントガラス、常磁性体ガラス、希土類ガーネット結晶、
ｎ−ｖｒ　族結晶など種々の材料が使用できる。中でも
特に温度特性の良好なものとして、（ＴｂｘＹ　１−Ｘ
）３　Ｒ６５ｏ１□（ｘ−＝ｏ、１〜０．３　）ＺｎＳ
　、　Ｚｎ５ｅ　、　ＺｎＴｅ　　単結晶あるいは多結
晶が有望である。あるいは、液相エピタキシャル法や気
相エピタキシャル法により作製した、Ｒ３（”Ｇａ）５
０ｕ　＋（ＲはＢｉ　、Ｙ　、Ｇｄ　、Ｓｍ　、Ｅｕ　
、　Ｔｂ　、Ｄｙ　、Ｈｏ　、Ｅｒ　。
Ｔｍ、Ｙｂまたはこれらの混晶）も組成のコントロール
による磁界検出感度の調整が容易であり有望な材料と考
えられる。彦お、これらの希土類ガーネット結晶を使用
する場合、光源の波長は０．８μｍ前後、あるいは１６
２μｍ〜１．６μｍの赤外域のものを使用すればよい。
以上のように本発明の光ファイバ形磁界センサは２枚の
ルチル板をロッドレンズと光ファイバの間に置き偏光分
離を行なう新規な構成にすることにより、ロッドレンズ
の共用による部品数の低減と小形化を図れる。また本発
明の光ファイバ形磁界センナの構成ではファラデー材料
部材の前にダイクロイックフィルタを置くことにより、
２波長多重形センサ化することが容易であり、光ファイ
バの損失変動などが直接測定誤差とならない高精度磁界
センサが実現される。
【図面の簡単な説明】
第１図ｔａ）、　（ｂ）はそれぞれ従来の光ファイ“バ
形磁界センサの構成を示す図、第２図は本発明の第１の
実施例にかかる磁界センサの構成を示す図、第３図は第
２図の要部拡大斜視図、第４図は第２実施例における光
ファイバ形磁界センサの構成を示す図である。 １．１４・・・・・・ファラデー材料、２，３，９．１
０・・・・・・光ファイバ、４，６．１３・・・・・・
ロッドレンズ、６．７・・・・・・偏光プリズム、８．
１５・・・・・・ミラー、１１．１２・・・・・・ルチ
ル板、１６．１７・・・・・・光軸、１９．１９・・・
・・・ダイクロイックフィルタ、２ｏ。 ２１゛・・・・・光源、２２．２３・・・・・・受光器
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 □Ｈ 第２図 第３図 第４図 ２θ２２

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）入出力用光ファイバとロッドレンズの一端側とめ
    間に２枚の複屈折物質を配置し、前記ロッドレンズの他
    端側にファラデー材料部材と反射物体を配置することを
    特徴とする光ファイノく形磁界センサ。
  2. （２）２枚の複屈折物質がルチル（Ｔｉｅ、、結晶）か
    らなり、前記複屈折物質の光軸が互いに４６°の角度を
    なすことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光フ
    ァイバ形磁界センサ。
  3. （３）　　ファラデー材料部材がＺｎＳ　、　Ｚｎ５ｅ
    　、　ＺｎＴｅ　。 Ｚｎ（ＳｘＳｅ１Ｘ）、　Ｚｎ（ＳａｚＴｅｌ−ｚ）、
    Ｚｎ（ＳｚＴｃｚ　Ｘ）（０（ｘ（１）で表わされる組
    成の単結晶あるいは多結晶であることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の光ファイノく形磁界センサ。
  4. （４）　　ファラデー材料部材がＲ３（ＦｅｌＸ（ｌｒ
    ｌＬ　＋−ｘ）ｓ　０＋２（０≦ｘ〈１）で表わされる
    希土類ガーネット結晶よりなり、ＲがＢｉ、Ｇｄ、Ｙ、
    Ｔｂまたはこれらの混晶よりなることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の光ファイバ形磁界センサ。
  5. （５）　　ロッドレンズとファラデー材料部材の間に所
    定波長のみを反射するダイクロイックフィルタを装着す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ファ
    イバ形磁界センサ。
JP57073603A 1982-04-30 1982-04-30 光フアイバ形磁界センサ Pending JPS58190786A (ja)

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