JPS5919875A - 磁界測定装置 - Google Patents
磁界測定装置Info
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- JPS5919875A JPS5919875A JP57129524A JP12952482A JPS5919875A JP S5919875 A JPS5919875 A JP S5919875A JP 57129524 A JP57129524 A JP 57129524A JP 12952482 A JP12952482 A JP 12952482A JP S5919875 A JPS5919875 A JP S5919875A
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- optical
- frequency
- analyzer
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- magnetic field
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- 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
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】
；１．技術分野
本発明はファラデ効果（磁気光学効果）を用いて磁界、
電流等を計測する装置に係り、特にファラデ回転角を検
出する磁界測定装置に関する。
電流等を計測する装置に係り、特にファラデ回転角を検
出する磁界測定装置に関する。
５０発明の技術的背景及びその問題点
高電圧、高電流機器の電流を計測するため、被測定電流
ににって生じた磁界を利用し、この磁界の強よさによ°
って、磁気光学物質（ファラデロデータ）の偏光方位角
が回転する現象を把えて電流を検出する技術がある。
ににって生じた磁界を利用し、この磁界の強よさによ°
って、磁気光学物質（ファラデロデータ）の偏光方位角
が回転する現象を把えて電流を検出する技術がある。
この技術は従来の変流器による電流検出に比し、絶縁性
が差ぐれ、磁界を乱だしたりすることもなく、又周波数
特性が優ぐれていると云うＩＰケ長を持つ０ しかしながし、従来の偏光回転角（ファラデ回転角）を
＃ｔ １ｌｌｌする方式は回転角を光強度の振幅で検出
しており、光路中の損失の影響を受け、又、回転角だ比
例した検出量が得らｉ′１．ず、光強度振１１ｑをフオ
トダ・イオード等の光電気変換器で電気信号に変換する
過程で、温度等のドリフトの影響で高精度の検出が困難
な状況にある。
が差ぐれ、磁界を乱だしたりすることもなく、又周波数
特性が優ぐれていると云うＩＰケ長を持つ０ しかしながし、従来の偏光回転角（ファラデ回転角）を
＃ｔ １ｌｌｌする方式は回転角を光強度の振幅で検出
しており、光路中の損失の影響を受け、又、回転角だ比
例した検出量が得らｉ′１．ず、光強度振１１ｑをフオ
トダ・イオード等の光電気変換器で電気信号に変換する
過程で、温度等のドリフトの影響で高精度の検出が困難
な状況にある。
こ＼で、従来、最も利用さｉしているファラデ回転角検
出方式を第１図によって説明し、その欠点を述べる。４
１図のレーザ光源ｌは単一周波数ωで光電磁波の電界Ｂ
、がＸ軸かＬ：）４５℃方位角を持つ皿＋−調光を出射
し、その光線は２輔方向に進み、ファラデロデータ２を
通り、ウォラストンプリズム４で、光線は２分され光線
９，１０となってフォトダイオード５，６に入射する。
出方式を第１図によって説明し、その欠点を述べる。４
１図のレーザ光源ｌは単一周波数ωで光電磁波の電界Ｂ
、がＸ軸かＬ：）４５℃方位角を持つ皿＋−調光を出射
し、その光線は２輔方向に進み、ファラデロデータ２を
通り、ウォラストンプリズム４で、光線は２分され光線
９，１０となってフォトダイオード５，６に入射する。
今、ファラデーロデータ２０入射面に第１図のようなｚ
軸と直交する直角座標軸ｘ、ｙ軸をとり、その出射面に
第１図のようなＺ軸と直交する直角座標軸ξ、η軸をと
る。又、ξ、η軸は各々ｘ、ｙ軸に平行にとる０ ファラデロデータ２に第１図に示すようにコイル状導線
３を巻き、この導線３１１Ｅ流工を流すと、図示のよう
に２軸方向に電流■に比例した磁界Ｈ２が発生する。こ
の磁界Ｈ２により入射方位角４５°の直線偏光１号、は
ファラデロデータ２を通ると、Ｆｏだけ偏光回転しその
出射光Ｅ、は第１図に示す如く方位角が４５°−１−１
：ｉ’ｏの直線偏光Ｅ、となる。
軸と直交する直角座標軸ｘ、ｙ軸をとり、その出射面に
第１図のようなＺ軸と直交する直角座標軸ξ、η軸をと
る。又、ξ、η軸は各々ｘ、ｙ軸に平行にとる０ ファラデロデータ２に第１図に示すようにコイル状導線
３を巻き、この導線３１１Ｅ流工を流すと、図示のよう
に２軸方向に電流■に比例した磁界Ｈ２が発生する。こ
の磁界Ｈ２により入射方位角４５°の直線偏光１号、は
ファラデロデータ２を通ると、Ｆｏだけ偏光回転しその
出射光Ｅ、は第１図に示す如く方位角が４５°−１−１
：ｉ’ｏの直線偏光Ｅ、となる。
この偏光回転角Ｆ０はＦ＝ＶｋＨｚＬなる式で与えりれ
、Ｖｋはベルブの定数といわれファラデロデータ２の磁
気光学物質の材料によって決まる、才たＬはファラデロ
データ２の２軸方向の距離である。
、Ｖｋはベルブの定数といわれファラデロデータ２の磁
気光学物質の材料によって決まる、才たＬはファラデロ
データ２の２軸方向の距離である。
かくして偏光回転角Ｆを測ることにより、磁界１−Ｉ２
またはそれに比例すＺ）電流■を以下に述べる方法によ
り計測できる。
またはそれに比例すＺ）電流■を以下に述べる方法によ
り計測できる。
今、レーザ光源１のｉｆｌ線偏光坑の振［１〕を３１尤
の周波数をωとすれば、ｈｒ、 ＝ ａｓｉａｔｌで方
位角４５°の方向に振動している。このＥ、のＸｒ ｙ
＃’ｌｌｌ成分Ｅｘ 、 Ｅｙは で与えられる。このような電界成分Ｅｘ 、Ｅｙがファ
ラデロデータ２を通ると、ロデータ２の偏光同列 転作用にＪこり、次の回転角度１ｉ’ｏの座標回転性−
リ・の作用を受けたζ、ｌ方向の電界成分、Ｅξ、Ｅη
がロデータ２の出射面に生ずる。
の周波数をωとすれば、ｈｒ、 ＝ ａｓｉａｔｌで方
位角４５°の方向に振動している。このＥ、のＸｒ ｙ
＃’ｌｌｌ成分Ｅｘ 、 Ｅｙは で与えられる。このような電界成分Ｅｘ 、Ｅｙがファ
ラデロデータ２を通ると、ロデータ２の偏光同列 転作用にＪこり、次の回転角度１ｉ’ｏの座標回転性−
リ・の作用を受けたζ、ｌ方向の電界成分、Ｅξ、Ｅη
がロデータ２の出射面に生ずる。
故に、―界成分Ｅξ、Ｆｌηを持つ合成電界Ｅ、は＠線
側光で、Ｅ、の方位角θは よりθ＝４５°十Ｆが得られ、入射波１！１．の直線偏
光方位角４５０から、出射波均の直線偏光方位角４５０
＋ ：Ｅ’ｏへ変化し、方位角がＦｏだけ回転する。ま
た（２）式よりＪい振幅ｌ Ｅ、 ｌ ＝ ７１〒μａ
となり、その振幅は１ＤＩｌ＝８と同じであることがわ
かる。
側光で、Ｅ、の方位角θは よりθ＝４５°十Ｆが得られ、入射波１！１．の直線偏
光方位角４５０から、出射波均の直線偏光方位角４５０
＋ ：Ｅ’ｏへ変化し、方位角がＦｏだけ回転する。ま
た（２）式よりＪい振幅ｌ Ｅ、 ｌ ＝ ７１〒μａ
となり、その振幅は１ＤＩｌ＝８と同じであることがわ
かる。
ウォラストンプリズム４はξ軸方向の偏光成分Ｅξのみ
を光線９とし、フォトダイオード５に入れ、またη軸方
向の偏光成分Ｅηのみを光線１０とし、フォトダイオー
ド６に入れるようにする。フォトダイオード５は光線９
の光強度ＩＥξ１２に比例した電気信号に変換し、フォ
トダイオード６は光強度１ ］！ｌｉ’７１２に比例し
た電気信号Ｉｎに変換する。電子回路７は丁ξ、Ｉ７よ
り 工η−１ξ ＝、 ｓｉｎ ２ Ｆ ・・・・・・・・・・・
・ （３）（３）式より、第１図の方式では検出量は
ｓｉｎ ２Ｂ″で検出され１フアラデ一回転角Ｆに比例
した値は検算によって、Ｆを求めるような計算機構を必
要とする欠点を持つ。また、Ｆが１８００ 変化する
毎に検出量が同じ値をとるので、Ｆの検出範囲が±９０
゜以内しか、測定できない欠点を持つ。
を光線９とし、フォトダイオード５に入れ、またη軸方
向の偏光成分Ｅηのみを光線１０とし、フォトダイオー
ド６に入れるようにする。フォトダイオード５は光線９
の光強度ＩＥξ１２に比例した電気信号に変換し、フォ
トダイオード６は光強度１ ］！ｌｉ’７１２に比例し
た電気信号Ｉｎに変換する。電子回路７は丁ξ、Ｉ７よ
り 工η−１ξ ＝、 ｓｉｎ ２ Ｆ ・・・・・・・・・・・
・ （３）（３）式より、第１図の方式では検出量は
ｓｉｎ ２Ｂ″で検出され１フアラデ一回転角Ｆに比例
した値は検算によって、Ｆを求めるような計算機構を必
要とする欠点を持つ。また、Ｆが１８００ 変化する
毎に検出量が同じ値をとるので、Ｆの検出範囲が±９０
゜以内しか、測定できない欠点を持つ。
第１図の最も重大な欠点は光強度ＩＥξ１２． ＩＥη
１２をフ第１・ダイオード５，６で電気信号に変換する
過程でドリフトが発生することである。一般にフォトダ
イオードの暗電流か信号分■ξ、■ηに加わり、この暗
電流は温度と共にドリフトし、この暗電流弁を分離した
光強度信号■ξ、工ηを得るための回路は複雑になる欠
点がある。丈だ、第１図の両方のの変換効率は経年変化
があり、両方のダイオードニ の特性を経年変化迄完全
に合わすことは困難である。
１２をフ第１・ダイオード５，６で電気信号に変換する
過程でドリフトが発生することである。一般にフォトダ
イオードの暗電流か信号分■ξ、■ηに加わり、この暗
電流は温度と共にドリフトし、この暗電流弁を分離した
光強度信号■ξ、工ηを得るための回路は複雑になる欠
点がある。丈だ、第１図の両方のの変換効率は経年変化
があり、両方のダイオードニ の特性を経年変化迄完全
に合わすことは困難である。
Ｃ６発明の目的
本発明の目的は上記従来方式の欠点を克服するために４
０出方弐釦光スーパーヘテロゲイン検出を用い、検出電
気信号の位相がファラデ回転角により磁界に比例するこ
とから光伝送Ｊ＠失及び光）１値気変換器のドリフトの
影響を受けない高精度の磁界１１１１１定装置を得るこ
とにある。
０出方弐釦光スーパーヘテロゲイン検出を用い、検出電
気信号の位相がファラデ回転角により磁界に比例するこ
とから光伝送Ｊ＠失及び光）１値気変換器のドリフトの
影響を受けない高精度の磁界１１１１１定装置を得るこ
とにある。
（１０発明の概要
本発明は三周波数のレーザによる
第］の周波数の右回転円偏光波と、柁２の周波数の左回
転円偏光波を磁界により・１１４光回転する磁気光学物
質に通過さぜ、その通過光の所定の方位角の直）線側光
成分を抽出する検光子と、前記直線偏光成分を第１の電
気信号に変換する充電文侠器と、前記第１の１・べ気信
号から前記偏光回転により位相変調された前記第１の周
波数と前記Ｍ２の周波数の差の周波数の第２の電気信号
を得る手段と、前記第２の電気信号かり前記偏光回転角
に比例した磁界信号を得る検出手段を設けたことを特徴
とする磁界測定装置である。
転円偏光波を磁界により・１１４光回転する磁気光学物
質に通過さぜ、その通過光の所定の方位角の直）線側光
成分を抽出する検光子と、前記直線偏光成分を第１の電
気信号に変換する充電文侠器と、前記第１の１・べ気信
号から前記偏光回転により位相変調された前記第１の周
波数と前記Ｍ２の周波数の差の周波数の第２の電気信号
を得る手段と、前記第２の電気信号かり前記偏光回転角
に比例した磁界信号を得る検出手段を設けたことを特徴
とする磁界測定装置である。
０１発明の実施例
本発明の、光学系の構成を第２図に示す。三周波数レー
ザ１１は第２図に示すように、Ｘ１ｍ１１方向にｉ１１
線偏光した光周波数ωの電界Ｅｘとｙ軸方向に直線偏光
した光周波数ω十Δωの電界Ｅｙを持つ、光線を２軸方
向に出射する。このような三周波数レーザ１１と７よゼ
ーマン効果を利用したものが市販されて居り、Δωは２
πｘ１．２ ｘｌＯ’（ｒａｄ ／ ｓ ）程度である
のでフォトダイオードはとの２０周波数に十分応答でき
る。また、ゼーマン効果以外の三周波数レーザとしては
普通の横方向単一モードレーザの縦モードが三周波数ω
とΔωの光を発損し、ωとω十Δωの周波数の光は互い
に直角に直線偏光している事実を利用することも可能で
ある。或いは、単一周波数ωのレーザ光からブラッグセ
ル等の光周波数シフターで周波数ω＋Δωの周波数を作
る方法を採用することも可能である。
ザ１１は第２図に示すように、Ｘ１ｍ１１方向にｉ１１
線偏光した光周波数ωの電界Ｅｘとｙ軸方向に直線偏光
した光周波数ω十Δωの電界Ｅｙを持つ、光線を２軸方
向に出射する。このような三周波数レーザ１１と７よゼ
ーマン効果を利用したものが市販されて居り、Δωは２
πｘ１．２ ｘｌＯ’（ｒａｄ ／ ｓ ）程度である
のでフォトダイオードはとの２０周波数に十分応答でき
る。また、ゼーマン効果以外の三周波数レーザとしては
普通の横方向単一モードレーザの縦モードが三周波数ω
とΔωの光を発損し、ωとω十Δωの周波数の光は互い
に直角に直線偏光している事実を利用することも可能で
ある。或いは、単一周波数ωのレーザ光からブラッグセ
ル等の光周波数シフターで周波数ω＋Δωの周波数を作
る方法を採用することも可能である。
以上述べたいずれかの方法の直線偏光が互いに直交した
三周波数レーザ１１の光線は２軸方向に進み、ビームス
プリンタ１２で２分され、一方は第２他方の）Ｙ；線は
検光子１３へ向けられる。
三周波数レーザ１１の光線は２軸方向に進み、ビームス
プリンタ１２で２分され、一方は第２他方の）Ｙ；線は
検光子１３へ向けられる。
ビームスプリッタ１２から出た一方の光線の電界１籏＋
Ｉ！Ｅｙの振幅が共にｊとすればＥｘ 、Ｂｙは（４）
式で与えられる。
Ｉ！Ｅｙの振幅が共にｊとすればＥｘ 、Ｂｙは（４）
式で与えられる。
（４）式で表４つされた直線偏光がその光学主軸がＸ
’Ｉ’ｌ１２図に示す如（Ｈｘ酸成分方位角がｙ軸より
ωｔで右となる。
’Ｉ’ｌ１２図に示す如（Ｈｘ酸成分方位角がｙ軸より
ωｔで右となる。
したがって内板１５を出射した、Ｘ軸方向、ｙ軸方向の
電界成分Ｅｘ’、Ｅｙ’は次式で与えりれる。
電界成分Ｅｘ’、Ｅｙ’は次式で与えりれる。
この電界Ｅｘ’、Ｅｙ／がファラデローデータ］６をｉ
！ｌ ：ｉ！するとその出力のｘ 、 ｙ １＋１１１
方向の電界Ｅｘ“、Ｅｙ′ は（２）式と同様な、座
標回転行列の作用を受け（６）式で与えやれる。
！ｌ ：ｉ！するとその出力のｘ 、 ｙ １＋１１１
方向の電界Ｅｘ“、Ｅｙ′ は（２）式と同様な、座
標回転行列の作用を受け（６）式で与えやれる。
故に
ＲＸ’ ＝： Ｅｘ’ ｃｏｓＦ −，１！１ｙ’ ５
ＩＩＩＦ ・・・・・”・・（７）（７）式
に（５）式を代入すると、 （ＸＩＳΔωｔ −５ｉｎＦ （ｒ ＋ｓｉｎΔωＬ）
）ＣＱｊｉａｌｊ＝ ｌＥｘ＃１ｓｉｎ（ωｔ−１−δ
）／；し■冒 ・・・・・・・・・（８）１１３ｘ“１
＝３ が得られる。
ＩＩＩＦ ・・・・・”・・（７）（７）式
に（５）式を代入すると、 （ＸＩＳΔωｔ −５ｉｎＦ （ｒ ＋ｓｉｎΔωＬ）
）ＣＱｊｉａｌｊ＝ ｌＥｘ＃１ｓｉｎ（ωｔ−１−δ
）／；し■冒 ・・・・・・・・・（８）１１３ｘ“１
＝３ が得られる。
第２図の検光子１７ＨＸ軸方向の電界ｂｘ″のみを通過
させ、フォトダイオードＪ８に入れる。フォトダイ訓−
ド１８は光強度ｌＥｘ“ドに比例した電気信号Ｉｘに変
換する。したがって電気信号Ｉｘは ａ２ １ｘ＝ｌＥｘ“ｌ ＝ ｉ（１−ｓｉｎ（Δωｔ＋２Ｆ
）〕−−−−−−−−・（９）とのＩｘのΔω周波数成
分を電気フィルタで抽出すり、ばファラデ回転角Ｆの２
倍で位相変調された周波数Δωの電気信号が得られる。
させ、フォトダイオードＪ８に入れる。フォトダイ訓−
ド１８は光強度ｌＥｘ“ドに比例した電気信号Ｉｘに変
換する。したがって電気信号Ｉｘは ａ２ １ｘ＝ｌＥｘ“ｌ ＝ ｉ（１−ｓｉｎ（Δωｔ＋２Ｆ
）〕−−−−−−−−・（９）とのＩｘのΔω周波数成
分を電気フィルタで抽出すり、ばファラデ回転角Ｆの２
倍で位相変調された周波数Δωの電気信号が得られる。
とのように光の三周波数ωとω」−Δωより差周波数Δ
ω酸成分取り出す技術は光スーパーへテロダイン検出と
云われている。
ω酸成分取り出す技術は光スーパーへテロダイン検出と
云われている。
第２図のビームスプリッタ−２から検光子１３に向う仙
ｉの光線もｇ ２図のＬＸ ＋ ＬＹと同じ互いに１八
交した直線偏光状態となって居り、検光子１３はｘ ＃
ｉｌ＋から４５°の方位角の直線偏光を通過さぜるよう
に配置する。
ｉの光線もｇ ２図のＬＸ ＋ ＬＹと同じ互いに１八
交した直線偏光状態となって居り、検光子１３はｘ ＃
ｉｌ＋から４５°の方位角の直線偏光を通過さぜるよう
に配置する。
したがって検光子１３から出射する＠線側光の電界Ｅｒ
ｅｆは次式で与えられる。
ｅｆは次式で与えられる。
−（（１−（（：Ｏ３Δａ＋ ｔ ） ｓｉｎ ωｔ−
１−ｓｉｎΔ＋ｍｔｃｏｓωす＝ １ｌｄｒａｆｌ ５
ｉｎ（ｒ＋＋ｌ＋δ′）但し、 １＋ωＳΔωｔ ｌＥｒｅｌ 店、／１＋ＣＯ５Δａ１１ ＝−＝
（Ｉｆ上記Ｅ界１！ｃｒｃｆの光線は）第１・ダイオ−
１！１４に入射する。フ第１・ダイオード】４は光強度
１．Ｅｒｅｆ１２ に比例した１イ気信号Ｉｒｅｆ［変
換する。したがってＩｒｅｆは Ｉｒｅｆ ＝＝ １Ｅｒｅｆ１２−ｒ （Ｊ＋ＣＯ５Δ
ωｔ） −・・・・−・・（Ｌυ２ この１ｒｅｆのΔω周波数成分のみ抽出すり、ば基ｊ％
位相の周波数Δωの電気信号が得られる。
１−ｓｉｎΔ＋ｍｔｃｏｓωす＝ １ｌｄｒａｆｌ ５
ｉｎ（ｒ＋＋ｌ＋δ′）但し、 １＋ωＳΔωｔ ｌＥｒｅｌ 店、／１＋ＣＯ５Δａ１１ ＝−＝
（Ｉｆ上記Ｅ界１！ｃｒｃｆの光線は）第１・ダイオ−
１！１４に入射する。フ第１・ダイオード】４は光強度
１．Ｅｒｅｆ１２ に比例した１イ気信号Ｉｒｅｆ［変
換する。したがってＩｒｅｆは Ｉｒｅｆ ＝＝ １Ｅｒｅｆ１２−ｒ （Ｊ＋ＣＯ５Δ
ωｔ） −・・・・−・・（Ｌυ２ この１ｒｅｆのΔω周波数成分のみ抽出すり、ば基ｊ％
位相の周波数Δωの電気信号が得られる。
仄に本発明の′１子回路系を第３図に示す。またそのタ
イミング図を第４図に示す。ｐｉｌ ２図のフォトダイ
オード１４ 、１８を再び、沼３図のフオＩ・ダ・ｆオ
ード１４ 、１８によって示す。Ｕ、１式で与えりれる
１ｒｅｆの周波数成分Δωがフィルタ１９で抽出され、
その出力ａは第４図（ａ）のように直流分のない完全な
正弦波になる、この出力ａは零検・出２工て波形整形さ
ｔｖ１出力ａがｏａｔ負から正に横切る時点で３段カウ
ンタ２３をトリガする。３段カウンタ刀は第４図（ｂｌ
に示すようにトリガされる毎に１，２．３の状態をくり
返えし、状態が３から１に変化する時第４図（ｃ）に示
すような出力Ｃを出す、この出力Ｃはフリップフロップ
５をリセットする。
イミング図を第４図に示す。ｐｉｌ ２図のフォトダイ
オード１４ 、１８を再び、沼３図のフオＩ・ダ・ｆオ
ード１４ 、１８によって示す。Ｕ、１式で与えりれる
１ｒｅｆの周波数成分Δωがフィルタ１９で抽出され、
その出力ａは第４図（ａ）のように直流分のない完全な
正弦波になる、この出力ａは零検・出２工て波形整形さ
ｔｖ１出力ａがｏａｔ負から正に横切る時点で３段カウ
ンタ２３をトリガする。３段カウンタ刀は第４図（ｂｌ
に示すようにトリガされる毎に１，２．３の状態をくり
返えし、状態が３から１に変化する時第４図（ｃ）に示
すような出力Ｃを出す、この出力Ｃはフリップフロップ
５をリセットする。
一方（９）式で与えられる位相がファラデ回転角Ｆの２
倍２Ｆで位相変調された電気信号ＩｘのΔω周波数成分
がフ・ｒルタ」で抽出され、その出力ｄは第４図（ｄ）
の正弦波となる。この出力ｄは零検出２２で出力ｄがＯ
ｖを負から正に横切る時点で３段カウンタ２４をトリガ
する。このカウンタＵも第４図（ｅ）に示すように、１
，２．３の状態をくり返えし、状態が３かりＩＫ変化す
る時、第４図（ｆ）に示すような出力ｆを出し、この出
力ｆはフリップフｔコツプ２５をセットする。
倍２Ｆで位相変調された電気信号ＩｘのΔω周波数成分
がフ・ｒルタ」で抽出され、その出力ｄは第４図（ｄ）
の正弦波となる。この出力ｄは零検出２２で出力ｄがＯ
ｖを負から正に横切る時点で３段カウンタ２４をトリガ
する。このカウンタＵも第４図（ｅ）に示すように、１
，２．３の状態をくり返えし、状態が３かりＩＫ変化す
る時、第４図（ｆ）に示すような出力ｆを出し、この出
力ｆはフリップフｔコツプ２５をセットする。
したがって第４図（ｇ）に示すようにフリップフロ（ｒ
ａｄ） ツブがリセットしている期間ハ３．５π−２Ｆ １セ
ツトしている期間は卆π＋２ｐ（ｒａｄ）となる。
ａｄ） ツブがリセットしている期間ハ３．５π−２Ｆ １セ
ツトしている期間は卆π＋２ｐ（ｒａｄ）となる。
このフリップフロップ乙の出力ｇけ第４図（ｇ）に示す
如く、セットしている時＋３，５ｖリセツトしている時
は−２，５ｖの７１【瓜を出力し、几Ｃによる低域通過
フィルタ局を介して平均直流社用Ｖを出力し、これが検
出値と１よる。
如く、セットしている時＋３，５ｖリセツトしている時
は−２，５ｖの７１【瓜を出力し、几Ｃによる低域通過
フィルタ局を介して平均直流社用Ｖを出力し、これが検
出値と１よる。
直流平均電圧Ｖは、
となり完全ｉＣファラデ回転角Ｆに比例した′を電圧が
、検出値Ｖとして得らノ上る。（１２１式より本発明の
方式ではヘテロダイン差周波数Δωが変わっても検出直
に影響を与えないと云う利点が認められる。
、検出値Ｖとして得らノ上る。（１２１式より本発明の
方式ではヘテロダイン差周波数Δωが変わっても検出直
に影響を与えないと云う利点が認められる。
又第３図の構成に於いては電気信号Ｊｒｅｆ、 Ｉｘの
直流分はフィルタ１９ 、２０でカットされるのでフォ
トダイオード１４ 、１８のドリフトに影響されない。
直流分はフィルタ１９ 、２０でカットされるのでフォ
トダイオード１４ 、１８のドリフトに影響されない。
また、（９）、 ｔｌａ式で与えられる。Ｉｒｅｆｊ：
ｘのΔω酸成分２ 振幅Ｉの大きさに無関係に零点検出２］ 、 ２２がＱ
Ｖ点を検出する。故にレーザ１１の光出力変動ｈ： 、
ｆｆｊ度を損わない。又、フォトダイオードの光電気：
Ｒ換の経年変化に無関係である。
ｘのΔω酸成分２ 振幅Ｉの大きさに無関係に零点検出２］ 、 ２２がＱ
Ｖ点を検出する。故にレーザ１１の光出力変動ｈ： 、
ｆｆｊ度を損わない。又、フォトダイオードの光電気：
Ｒ換の経年変化に無関係である。
またＩＩＬ３図の構成ではファラデ回転角ＩＳが±１．
５πｒａｄの乾四の検出能力を持つ。検出ｉ１ｉ包囲は
第３図のカウンタ２３，２４の段数を増やすこと釦より
いく１９でも増加できる。
５πｒａｄの乾四の検出能力を持つ。検出ｉ１ｉ包囲は
第３図のカウンタ２３，２４の段数を増やすこと釦より
いく１９でも増加できる。
ｆ、他の実施例
第５図に本発明の他の実施例を示す。第５図は超高圧導
体２７に流れる電流Ｉを測定する装置である。上記導体
２７にファラデ効果がある単一モード光ファイバ３０を
数回巻きつけるとこのファイバ３０は電流■によって偏
光方位角を回転させる。二層波数レーザ１１は直線偏光
が互いに直交した三周波数の光線を出し、この光線は偏
波面保存ファイバ２８を通って直線偏光状態が損われる
ことなく、ビームスプリッタ１２に達する。ビームスプ
リッタ１２効果を持つ単一モードファイバ３０でファラ
デ回転作用を受は検光子１７で一定偏光成分の電界Ｅｘ
“が取り出される。この電界Ｅｘ’は（８）式で与えら
れ、その光強度は（９）式のようにΔωで強度変調され
た光である。この光はファイバ３１でフォトダイオード
■８に達し電気信号Ｉｘとなる。光ファイバ３１は周波
数帯域が２０以上のものならば（９）式の光強度変調の
位相変調情報２■−は正確に伝送される。又、本発明の
検出原理は振幅の変動に無関係に検出するのでファイバ
３１の損失により、検出誤差が生じない。
体２７に流れる電流Ｉを測定する装置である。上記導体
２７にファラデ効果がある単一モード光ファイバ３０を
数回巻きつけるとこのファイバ３０は電流■によって偏
光方位角を回転させる。二層波数レーザ１１は直線偏光
が互いに直交した三周波数の光線を出し、この光線は偏
波面保存ファイバ２８を通って直線偏光状態が損われる
ことなく、ビームスプリッタ１２に達する。ビームスプ
リッタ１２効果を持つ単一モードファイバ３０でファラ
デ回転作用を受は検光子１７で一定偏光成分の電界Ｅｘ
“が取り出される。この電界Ｅｘ’は（８）式で与えら
れ、その光強度は（９）式のようにΔωで強度変調され
た光である。この光はファイバ３１でフォトダイオード
■８に達し電気信号Ｉｘとなる。光ファイバ３１は周波
数帯域が２０以上のものならば（９）式の光強度変調の
位相変調情報２■−は正確に伝送される。又、本発明の
検出原理は振幅の変動に無関係に検出するのでファイバ
３１の損失により、検出誤差が生じない。
したがってファイバ３１で長短路の情報伝送ができる。
ビームスプリッタ１２よりの他方の光線は検光子１３に
より００）式の電界Ｅｒｅｆが取り出され、その光強度
は０９式で与えられる。この光はファイバ２９でフォト
ダイオード１４に達し、電気信号Ｊ： ｒｅｆとなる。
より００）式の電界Ｅｒｅｆが取り出され、その光強度
は０９式で与えられる。この光はファイバ２９でフォト
ダイオード１４に達し、電気信号Ｊ： ｒｅｆとなる。
ファイバ２９も周波数帯域が２０以上のものならば基準
位相情報をファイバ四が長くても正確に伝送できる。し
たがって超高圧導体２７から遠く離れている変電所屋内
３２へ’Ｉｔ流■の測定値を伝送することができ、雷発
生時の電気雑音が大きくても正確に’ＭＬ流■を計測で
きることになる。
位相情報をファイバ四が長くても正確に伝送できる。し
たがって超高圧導体２７から遠く離れている変電所屋内
３２へ’Ｉｔ流■の測定値を伝送することができ、雷発
生時の電気雑音が大きくても正確に’ＭＬ流■を計測で
きることになる。
従来ファラデ効果がある単一モードファイバ３０を遠方
の変電所屋内３２迄の途中の光伝送路に於いてファラデ
回転情報■−が乱れて、使いものにならなかったが、本
発明によれば、途中の）′０伝送路の光伝送損失、偏光
状態分散に無関係に高精度でファラデ回転情報を長距離
の間伝送することができる。
の変電所屋内３２迄の途中の光伝送路に於いてファラデ
回転情報■−が乱れて、使いものにならなかったが、本
発明によれば、途中の）′０伝送路の光伝送損失、偏光
状態分散に無関係に高精度でファラデ回転情報を長距離
の間伝送することができる。
ど０発明の効果
本発明の磁界測定装置によればファラデ効果による位相
変調を利用するので光伝送路の伝送損失が精度に影響せ
ず長距離伝送が可能となり、従来の方式の様に複雑な計
算が不要となり、検出の応答特性の良い高精度の磁界測
定装置を得ることができる。
変調を利用するので光伝送路の伝送損失が精度に影響せ
ず長距離伝送が可能となり、従来の方式の様に複雑な計
算が不要となり、検出の応答特性の良い高精度の磁界測
定装置を得ることができる。
第１図は、従来のファラデ回転角を測定する装置の構成
図、第２図は、本発明の光学系の構成図、第３図は本発
明の電子回路系の構成図、第４図は第３図を説明するた
めのタイミング図、第５図は本発明の他の実施例を示す
図である。 ｌ・・・単一周波数レーザ ２，１６・・・ファラデロ
データ４・・・ウォラストンプリズム ５ 、６．１４．１８・・・フォトダイオード７・・・
電子回路 １１・・・二層波数レーザ１２・・・
ビームスプリッタ １３ 、１７・・・検光子２１．
２２・・・零検出 オ、２４・・・カウンタ５・
・・フリップフロップ ｎ・・・高圧導体２８・・・
偏波面保存ファイバ ２９．３１・・・元ファイバ３
０・・・単一モードファイバ
図、第２図は、本発明の光学系の構成図、第３図は本発
明の電子回路系の構成図、第４図は第３図を説明するた
めのタイミング図、第５図は本発明の他の実施例を示す
図である。 ｌ・・・単一周波数レーザ ２，１６・・・ファラデロ
データ４・・・ウォラストンプリズム ５ 、６．１４．１８・・・フォトダイオード７・・・
電子回路 １１・・・二層波数レーザ１２・・・
ビームスプリッタ １３ 、１７・・・検光子２１．
２２・・・零検出 オ、２４・・・カウンタ５・
・・フリップフロップ ｎ・・・高圧導体２８・・・
偏波面保存ファイバ ２９．３１・・・元ファイバ３
０・・・単一モードファイバ
Claims (1)
- 第１の周波数の右回転円偏光波と、第２の周波数の左回
転円偏光波を、磁界により偏光回転する磁気光学物質に
通過させ、その通過光の所定の方位角の直線偏光成分を
抽出する検光子と、前記直線偏光成分を第１の電気信号
に変換する）゛０電変換器と、前記第１の１・区気イパ
号から前記偏光回転により位相変調さり、た前記第１の
周波数と前記第２の周波数の差の周波数の第２の電気信
号を得る手段を設けたことを特徴とする磁界６（す定装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57129524A JPS5919875A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 磁界測定装置 |
| US06/516,464 US4539521A (en) | 1982-07-27 | 1983-07-22 | Magnetic field measuring device |
| GB08319967A GB2125960B (en) | 1982-07-27 | 1983-07-25 | Measuring magnetic field |
| DE3326736A DE3326736C2 (de) | 1982-07-27 | 1983-07-25 | Magnetfeld-Meßvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57129524A JPS5919875A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 磁界測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5919875A true JPS5919875A (ja) | 1984-02-01 |
| JPH0224349B2 JPH0224349B2 (ja) | 1990-05-29 |
Family
ID=15011632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57129524A Granted JPS5919875A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 磁界測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4539521A (ja) |
| JP (1) | JPS5919875A (ja) |
| DE (1) | DE3326736C2 (ja) |
| GB (1) | GB2125960B (ja) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3341265A1 (de) * | 1983-11-15 | 1985-05-23 | Phönix Armaturen-Werke Bregel GmbH, 6000 Frankfurt | Messgeraet |
| GB8432402D0 (en) * | 1984-12-21 | 1985-02-06 | Birch R D | Optical fibres |
| US4740049A (en) * | 1985-07-31 | 1988-04-26 | Anritsu Electric Company Limited | Technique for measuring a single mode optical fiber |
| US4641524A (en) * | 1985-08-15 | 1987-02-10 | Kms Fusion, Inc. | Optical humidity sensor |
| US4755665A (en) * | 1987-07-22 | 1988-07-05 | Square D Company | Light detector and signal processing circuit |
| US4843232A (en) * | 1987-12-28 | 1989-06-27 | Allied-Signal Inc. | Optic switch and speed sensor |
| JPH0668508B2 (ja) * | 1988-03-03 | 1994-08-31 | 日本碍子株式会社 | 光電流・磁界計測方法及び装置 |
| US4947107A (en) * | 1988-06-28 | 1990-08-07 | Sundstrand Corporation | Magneto-optic current sensor |
| FR2634553B1 (fr) * | 1988-07-21 | 1990-09-07 | Schlumberger Ind Sa | Dispositif a capteurs optiques principal et secondaire |
| US4947035A (en) * | 1988-08-08 | 1990-08-07 | Cornell Research Foundation, Inc. | Fiber optic transducer using faraday effect |
| US5124634A (en) * | 1989-03-14 | 1992-06-23 | Square D Company | Ring optical current transducer |
| JPH0670653B2 (ja) * | 1989-03-31 | 1994-09-07 | 日本碍子株式会社 | 光温度・電気量測定装置 |
| US4973899A (en) * | 1989-08-24 | 1990-11-27 | Sundstrand Corporation | Current sensor and method utilizing multiple layers of thin film magneto-optic material and signal processing to make the output independent of system losses |
| DE3931542A1 (de) * | 1989-09-21 | 1991-04-04 | Siemens Ag | Optischer magnetfeldsensor |
| US5440414A (en) * | 1990-02-02 | 1995-08-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Adaptive polarization diversity detection scheme for coherent communications and interferometric fiber sensors |
| US5102222A (en) * | 1990-02-08 | 1992-04-07 | Harmonic Lightwaves, Inc. | Light wave polarization determination using a hybrid system |
| JP2619981B2 (ja) * | 1990-11-06 | 1997-06-11 | 株式会社豊田中央研究所 | 電磁界強度測定装置 |
| US5463313A (en) * | 1993-09-09 | 1995-10-31 | General Electric Company | Reduced magnetic field line integral current sensor |
| DE4334469C2 (de) * | 1993-10-11 | 1996-08-14 | Felten & Guilleaume Energie | Anordnung zur Auswertung des Meßwerts eines Meßwandlers |
| DE4344856A1 (de) * | 1993-12-29 | 1995-07-06 | Abb Research Ltd | Faseroptischer Transmissionssensor mit Modulator |
| JPH10504396A (ja) * | 1994-08-23 | 1998-04-28 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 少なくとも２つの測定範囲からの電流測定方法および装置 |
| DE4436181A1 (de) * | 1994-10-10 | 1996-04-11 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer elektrischen Wechselgröße mit Temperaturkompensation durch Fitting |
| US5617022A (en) * | 1995-05-01 | 1997-04-01 | Hydro-Aire Division Of Crane Company | Fiberoptic velocity transducer including dielectric coating for filtering and velocity determination |
| US5739943A (en) * | 1995-08-24 | 1998-04-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Polarization control unit |
| DE19624922A1 (de) * | 1996-06-21 | 1998-01-08 | Siemens Ag | Optisches Meßverfahren und optische Meßanordnung zum Messen einer Wechselgröße mit Temperaturkompensation mit Hilfe von Gleichsignalanteilen |
| US5973492A (en) * | 1997-04-16 | 1999-10-26 | Ma; Xianyun | High accuracy optical current transducer thta eliminates birefringence |
| WO1999041617A1 (de) * | 1998-02-12 | 1999-08-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und einrichtung zum messen eines magnetfeldes mit hilfe des faraday-effektes |
| DE19920429C2 (de) * | 1999-05-04 | 2003-07-17 | Siemens Ag | Kernspinresonanzgerät mit einer Vorrichtung zum Messen von magnetischen Feldstärken |
| DE10000306B4 (de) * | 2000-01-05 | 2012-05-24 | Abb Research Ltd. | Faseroptischer Stromsensor |
| JP2001349872A (ja) * | 2000-06-06 | 2001-12-21 | Shimadzu Corp | 磁気センサ |
| US7379169B1 (en) * | 2006-12-08 | 2008-05-27 | General Electric Company | System and method for integrated measurement using optical sensors |
| US8202053B2 (en) * | 2008-03-19 | 2012-06-19 | General Electric Company | Micro-electromechanical current sensing apparatus |
| CN101458312B (zh) * | 2009-01-04 | 2012-07-11 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤磁光探测装置 |
| CN101762795B (zh) * | 2009-12-31 | 2013-01-23 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤磁光探测系统和方法 |
| CN101769999B (zh) * | 2009-12-31 | 2013-02-13 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤直流磁光探测系统和方法 |
| WO2015015628A1 (ja) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | 株式会社日立製作所 | 磁場計測装置 |
| US9903860B2 (en) | 2014-05-29 | 2018-02-27 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Characterizing liquids using magnetic discs |
| EP3290931B1 (en) * | 2016-09-02 | 2019-05-15 | ABB Schweiz AG | Interferometric voltage sensor with error compensation |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2442396A (en) * | 1943-05-05 | 1948-06-01 | Mississippi Valley Res Lab Inc | Magneto-optic light rotator |
| CH482200A (de) * | 1968-04-23 | 1969-11-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | Verfahren und Einrichtung zur Messung der zeitlichen Änderung der Feldstärke eines Magnetfeldes |
| CH509597A (de) * | 1969-12-23 | 1971-06-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | Verfahren und Anordnung zur Messung eines Magnetfeldes |
| DE2758611A1 (de) * | 1977-12-29 | 1979-07-05 | Siemens Ag | Anordnung zur magnetooptischen strommessung |
| SE417137B (sv) * | 1979-05-31 | 1981-02-23 | Asea Ab | Optiskt metdon for metning av magnetiska och elektriska felt |
| DE3141325A1 (de) * | 1981-10-17 | 1983-04-28 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., 5401 Baden, Aargau | Verfahren zur strommessung an einem elektrischen leiter durch den faraday-effekt |
-
1982
- 1982-07-27 JP JP57129524A patent/JPS5919875A/ja active Granted
-
1983
- 1983-07-22 US US06/516,464 patent/US4539521A/en not_active Expired - Lifetime
- 1983-07-25 GB GB08319967A patent/GB2125960B/en not_active Expired
- 1983-07-25 DE DE3326736A patent/DE3326736C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0224349B2 (ja) | 1990-05-29 |
| DE3326736C2 (de) | 1986-10-02 |
| GB8319967D0 (en) | 1983-08-24 |
| DE3326736A1 (de) | 1984-02-09 |
| GB2125960A (en) | 1984-03-14 |
| GB2125960B (en) | 1986-01-02 |
| US4539521A (en) | 1985-09-03 |
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