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Info
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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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- field sensor
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- 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
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
- 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
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- G—PHYSICS
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- 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
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- G02F1/0036—Magneto-optical materials
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
。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。
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。
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。
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。
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 。
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。
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。
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。
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
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)
- (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) 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) 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) 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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57073603A JPS58190786A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光フアイバ形磁界センサ |
US06/490,136 US4554449A (en) | 1982-04-30 | 1983-04-28 | Fiber optic magnetic field sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57073603A JPS58190786A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光フアイバ形磁界センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58190786A true JPS58190786A (ja) | 1983-11-07 |
Family
ID=13523064
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57073603A Pending JPS58190786A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光フアイバ形磁界センサ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4554449A (ja) |
JP (1) | JPS58190786A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61140821A (ja) * | 1984-12-13 | 1986-06-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学変換装置 |
JPS61221656A (ja) * | 1984-08-08 | 1986-10-02 | Mitsubishi Electric Corp | 計測装置 |
JPS62195619A (ja) * | 1986-02-12 | 1987-08-28 | Sony Corp | 光アイソレ−タ |
JPH01202679A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-15 | Teijin Seiki Co Ltd | 光センサ |
JPH0316081U (ja) * | 1989-06-29 | 1991-02-18 |
Families Citing this family (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8311256D0 (en) * | 1983-04-26 | 1983-06-02 | Central Electr Generat Board | Measuring external parameter |
GB8400985D0 (en) * | 1984-01-14 | 1984-02-15 | Jackson D A | Polarimetric fibre sensor |
US4703175A (en) * | 1985-08-19 | 1987-10-27 | Tacan Corporation | Fiber-optic sensor with two different wavelengths of light traveling together through the sensor head |
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