JPS5981570A - 光方式磁界測定装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、磁界測定装置、特に、光ファイバと光の偏波
面の回転能を利用した光方式磁界測定装置に係り、特に
温度変化に対しても安定な磁界測定を可能にする光方式
磁界測定装置に関する。

〔従来技術〕

高電圧が発生する変圧機や遮断機のような内部構造が目
に見えない所の事故予防や、特に絶縁性が強く要求され
る冒電圧器機の予防保全のためには、それらの電界や磁
界の平常時からの乱れ変化全監視することが有効である
。

従来高電圧器機の磁界の測定には金属線をコイル状に形
成した検出コイルを使用し、電流・電圧に変換して磁界
を検出する装置が使用されている。

しかしながら、上記金属コイルを測定部に配置すること
は、測定部が非常に空間的に広く、又コイルを挿入して
も絶縁性が光分保ている所は良いが、空間的に非常に狭
い所、電圧が非常に高く絶縁性が問題となる部分では危
険で使用に酊え々い。特に１０万■、５０万Ｖを使用す
る変電所の変圧機等には使用できない。

このような場合、光ファイバの如き高絶縁性の媒質の利
用が考えられるが従来知られている光を利用して磁界を
測定する装置では、空間的に狭い部分の磁界を測定する
ことは困難である。

最近、このような従来技術の難点全克服する磁界測定装
置として、光ファイバと磁性ガーネットを用いてファラ
デー回転を利用した磁界測定装置が発表されている（実
用新案登録出願実願昭５５−２１２０７号明細書）。ま
た、このような磁界測定装置全改良して感度と精度を高
めたものが発明され特許出願されている（特許出願、特
願昭５５−１１２７４２号）。

しかしながら、上記のいずれの磁界測定装置においても
温度変化により測定値も変動するという難点が解消され
ていない。これは通常、高絶縁性の媒質であるガラスや
結晶などでは、温度によって測定磁界が変動するからで
、Ｙ都度が変わることによって媒質の屈折率が変化した
り、複屈折が変動するなどに起因している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は空間的に狭い部分の磁界を、安全かつ容
易に測定でき、特に温度変化に対して安定な装置を実現
することである。

〔発明の概要〕

上記目的ヲ遅成するため、本発明の光方式磁界測定装置
は光源部、ファラデー回転能を有する媒質を具備した磁
性体全含む磁界検出部、該検出部からの光を計測する削
測部、ならびに該光源部と該検出部および該計測部を光
学的に結合する光伝送路からなり、該磁性体は、該ファ
ラデー回転能に’ｌｊする媒質として、一般式Ｒ３（Ｆ
　ｅａ−ｘＭｘ　）０１２で表わされる組成（但し、Ｒ
はＹ、Ｌａ、Ｓｍ。

ＬｕｙＣａおよびＢ１からなる群より選択した少なくと
も一元素、ＭはＱ　ａ　、　Ｇ　ｅ＋　Ａ　Ｚ　Ｉ　Ｓ
’　＊Ｓｃ　、　　Ｉ　ｎおよびＣｒからなる群より選
択した少なくとも一元素であり、Ｘの値は０≦Ｘ≦１．
５とする）を有し且つ光の伝送方向に磁化されてなる少
なくとも１枚の磁性ガーネット薄膜を有し、該薄膜のフ
ァラデー回転能（ベルデ定数）の温度特性が良好なもの
である。

一般に、磁性カーネット薄膜を利用する磁界測定装置の
温度安定性は、該薄膜のファラデー回転能（ベルデ定数
）の温度特性の良否に依存する。

特に、複合偏光プリズムを使用したり、搬送光波と信号
光波をその周波数差によシ分離したシして、光源の光量
変動を補償する方式の測定装置でに、その傾向が顕著で
ある。

発明者らは、前記磁性カーネット薄膜のファラデー回転
能の温度特性と、該薄膜の飽和磁束密度４πＭｇ　とス
トリップ磁区の消減磁界Ｈ６との比（４πＭ　ａ　／　
Ｈｏ　）の温度特性の関係金、実験的に検討した結果、
両者が強い相関性を有することを見出した。

すなわち、温度特性が良好な光方式磁界測定装置を実現
するためには、磁性膜の（４πＭｓ／Ｈｏ）に着目し、
その温度特性が、総合的に見て良好であるような磁性膜
を使用することが是非必要であることが明らかとなった
。

そこで、（４πＭ　ｓ　／　Ｈｏ　）の温度特性が良好
な磁性膜を多数枚重ねて用いたり、（４πＭｌｌ／ＨＯ
）の用いたシすることにより、温度安定性の良い光方式
磁界測定装置を実現した。たとえば室温（２０Ｃ）の近
傍±３０′ｃを使用範囲とし、３段計測器の最低温度安
定条件（±３％）をみたすためには、（４πＭｓ／Ｈｏ
）の温度安定性は±０．１％以内であることが要求され
る。

本発明の光方式磁界測定装置は、４πＭ　ｓ　／　ＨＯ
のγ黒度特性が良好な磁性ガーネット薄膜を用いている
。すなわち、少なくとも１枚の磁性ガーネット薄膜の４
πＭｓ／Ｈｏの温度特性が±０．１％／Ｃ以内でちるか
、あるいは少なくとも１枚の磁性ガーネット薄膜の４π
Ｍ　ｓ／　Ｈｏの温度特性が正で、他の少なくとも１枚
の該薄膜の４πＭ　ｓ　／　Ｈｏの温度特性が負であり
、且つその両者を綜合した温度特性が±０１％／Ｃ以内
であるように構成され、好ましくは、その全磁性ガーネ
ット薄膜の綜合した４πＭ８／ＨＯの値の温度特性が±
０．１％／Ｃ以内にあるものとする。

磁性カーネット薄膜の４πＩｌｖ！ｓ／Ｈａの温度特性
を所望のものならしめるには、前記組成範囲のなかから
所望とする温度特性のものを選択すればよく、簡単な実
験により組成を決定できる。　　□その他の構成は従来
のものを踏襲して差支えない。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１ 祉ず、磁性ガーネット薄膜の評価方法２選定方法につい
て述べる。

磁性ガー坏ット薄膜は、定温液相エピタキシャル成長法
で、Ｇｄ、Ｇａ５０．２単結晶の（１１１）面上に形成
され、面に垂直に磁化された片面１〜２０μｍの厚さの
ものである。組成け（ｙ　ｌｓ　ｍ　ＨＬ’ＬＩ、Ｃａ
）３（Ｆｅ、（）ｅ）＊Ｏ＋を系、３よび（Ｙ、Ｓｍ）
３　（Ｆｅ、Ｇａ）５０１２系である。各種組成比によ
り作製された薄膜のストＩＪツブ磁区の磁区幅Ｗの温度
変化を磁区観測により測定した後、百十饅−により（例
えば、ＦｏＷｌｉｓ、　Ｄ、　Ｃ，ｅｔ　　ａ４ＡＩＰ
、　Ｃｏｎｆ、　Ｐｒｏ、　ｏｎ　　ＭＭＭ、、　ｐ２
４．０　（１９７１）を参照）、（４πへ４ｓ／Ｈａ）
の温度特性を算出した。一方、Ｊ−１ｅ−Ｎｅレーザを
用いて、消光位を測定することによりファラデー回転能
（ベルデ定数）の温度特性を測定した。

第１図に、各柚磁性膜に対する（４πＭ　ｓ　／　Ｈｏ
）の温度特性（横＠）とファラデー回転能の温度特性（
縦軸）の相関を示す。

第１図によれは、両温度係数は、はぼ対応しており、両
者は、はとんど同一であるとみなして大過ない。そこで
、（４πＭｓ／Ｈｏ）の温度特性が室温近傍で約−００
４％／′ｃ″′ｃある磁性膜（組成；ＬｕＯ，６ Ｙ＋、、Ｓｍ０．６　Ｃａｂ、、　Ｆｅ４．、　Ｇｅ０
，７０．、　、膜厚；へ 片側１０μｍ）を３枚用い、光方式磁界測定装置を作製
した。第２図はその構成を示すブロック図である。同図
において、磁界測定装置は光源部Ａ。

磁界検出部Ｂ、計測部Ｃ９光伝送部りからなる。

−ｆｕｌｌには発光ダイオード１（波長０．８３μｍ）
を用いた。磁界検出部は、ロッドレンズ２−１．．２−
２、偏光子３、磁性膜（３枚）４、検光子５より構成し
た。計測部では、フォトダイオード６で受光後直流分と
交流会（信号分）が各検出回路で検出され、演算器出力
回路９で両者の比に応じた出力が表示される。光伝送部
は、コア径４００μｍのプラスチッククラッド石英の多
モードファイノ（より成っている。

第３図に、磁性膜の（４πＭ　ｓ　／　Ｈｏ　）の温度
特性の測定結果を、第４図に、第２図の構成による磁界
測定装置の出力の温度特性を示す。第４図により明らか
などと（、−１０〜５０ｔＺ’の温度範囲で、出力の温
度変動が±１．５％以内と良好で汎用性の高い光方式磁
界測定装置が実現で＠た。

ツキ゛ニ、磁性膜として、組成ｉ　Ｙｏ、ｏ　Ｓｍｏ、
ｓＣａ、、　Ｆｅ３．、　ｏｅ、、、０，２．膜厚；片
面ｉ３μｍの試料、４枚を上述の試料に代えて、測定装
置に採用し、同様の性能テストヲ行った。その結果、磁
性膜の（４πＭｅ／Ｈｏ　）の温度特性が十〇。０３％
／Ｃ″？？あり、これに対応し、磁界測定装置の出力の
温度安定度も一１０〜５０ｔＺ’の温度範囲内で、±１
％以内と良好であった。

さらに、磁性膜として、組成ｉ　Ｙ２．ｌｌ　Ｓ”０．
５］”ｅ４．、　Ｇ　ａｏ、３０．、　、膜厚；片面１
０μｍの試料。

４枚を上述の測定装置に採用し、同様のテストヲ行った
。その結果、磁性膜の（４πＭ　ｓ／　Ｈａ　）の温度
特性−０，０８％／Ｃに対し、磁界測定装置の出力部Ｉ
Ｗ安定性は、−１０〜５０ｔＺ’の温度範囲で約±２．
５％であった。

実施例２ 実施例１の磁界検出部の検光子の代９に、偏光ビームス
プソッタを使用して、２つの直交する偏光信号に分離し
、出力側光伝送用ファイバおよびフォトダイオードをそ
れに応じて２組としてそれぞれの出力の大きさＰ　ｒ　
＋　Ｐ　２　ｋ’険知した。磁界の大きさは、演算出力
回路でＰ＝（Ｐｌ−Ｐ２）／（、ｐ　１＋　Ｐ　２　）
なる演算を行いＰ、と、磁界の大きさの比例関係から求
めた。

また、磁性膜としては、（Ｙ、　Ｓ　ｒｎ、　Ｃａ）　
ｓ　（Ｆｅｙ（ｊ　ｅ　）　ｓ　０１２糸で、（４πＭ
　ａ／　Ｈｏ　）の温度特性が約＋　０．０５％／Ｔ（
組成は（Ｙ　２　Ｓｍ、、、５　Ｃａｏ、ａｐ）（Ｆｅ
４４＋Ｇ　ｅｏ、　ｓ　！　）　０１２　）および約−
０，０５％／ｃ（組成ｎ（Ｙｌ、７８ｍ０．２　Ｃａ＋
、＋　）（Ｆ　ｅｓ、ｏ　ｏｅｌ、ｌ　）　０１２　）
のものを各２枚選定し、使用した。

この光方式磁界測定装置の温度特性を一１０〜５０″Ｃ
の温度範囲で測定したところ±２％以内と艮好な結果が
得られた。

以上の実施例は、Ｒが、Ｙ、　Ｓｍ、Ｊ、ｕおよびＣａ
、ＭがＧｅ、Ｏａの場合であるが、Ｒが上記元素を単独
に含む場合、ＲがＬａもしくｒｒｉＢ　ｉの場合、Ｍが
Ａｔ、８ｉ、ＳＣ，ＩｎもしくはＣｒの場合についても
、上記の各実施例と同様の実験を行ったところ、上記各
実施例と訟糟＝はぼ同様の結果が得られた。

〔発明の効果〕

以上のごとく、本実施例によれば、（４πＭｓ／Ｈｏ）
の温度特性の良好な磁性膜を少なくとも１枚用いるか、
または、（４πＭｓ／Ｈｏ）の温度変化率が、少なくと
も１枚は正で、他の少なくとも１枚は負で、その変化率
の大きさがほぼ等しいような磁性膜を用いることにより
、温度安定性を良好化できるので、温度特性が良く、且
つ汎用性の高い光方式磁界測定装置を提供できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、磁性膜の飽和磁束密度とストリップ磁区の消
減磁界の比（４πＭｓ／Ｈｏ）の温度安定度とファラデ
ー回転能の温度安定度の相関性を示すグラフ、第２図は
、本発明の１実施例における磁界測定装置の構成図、第
３図は、本発明の１実施例に使用した磁性膜の（４πＭ
ｓ／Ｈｏ）の温度特性の測定結果を示すグラフ、第４図
は、本発明の１実施例の磁界測定出力の温度特性の測定
結果を示すグラフである。 １・・・発光ダイオード、２−１．２−２・・・ロッド
レンズ、３・・・偏光子、４・・・磁性膜、５・・・検
光子、６・・・フォトダイオード、７・・・直流分検出
回路、８・・・交流分検出回路、９・・・演算出力回路
。 代理人　弁理士　薄田利幸、 ％１図 す 駕１ １ ρ　　　　　　　　　　　　　　０．ｌ　　　　　　　
　　　　　　ρ、２１念吾（舊渋）　ｌ　２ｏ−ｃ　（
Ａ　／’ｃジ−ｌθ　　　θ　　　ｌθ　　２θ　　３
θ　　４ｏ　　　Ｓρ温　屓　（Ｃ） 第　４　図 牙乳　　捜　　（°乙） 第１頁の続き Ｃ７？）発　明　者　安藤圭吉 ゛　国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 １７オ・発　明　者　細江譲 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ７２′発　明　者　杉田・置 ＼　　　　国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番地株式会社
日立製作所中央研究 所内 ７Ｌ出　願　人　日立電線株式会社 東京都千代田区丸の内２丁目１ 番２号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　光源部、ファラデー回転能を有する媒質を具備し
   た磁性体を・含む磁界検出部、該検出部からの光を計測
   する計測部、ならびに該光源部と該検出部および該計測
   部を光学的に結合する光伝送路からなる光方式磁界測定
   装置において、該磁性体が、ファラデー回転能を有する
   媒質として、一般式：Ｒ３（Ｆｅ５−　ＸＭＸ　）　０
   １２で哀２、わされる組成（但し、Ｒ１はＹ、Ｌａ、Ｓ
   ｍ、Ｌ％、ＣａおよびＢ　ｉから々る群よシ選択した少
   なくとも一元素、ＭはＧａ、Ｏｅ、Ａｔ、Ｓ　ｉ、Ｓｃ
   。 ＩｎおよびＣｒからなる群より選択した少なくとも一元
   素であり、Ｘの値はＯ≦Ｘ≦１．５とする）を有し且つ
   光の伝送方向に磁化されてなる少なくとも１枚の磁性ガ
   ーネット薄膜を有し、該薄膜の飽和磁束密度４πＭ８と
   ストリップ磁区の消減磁界Ｈ８との比（４πＭｓ／Ｈ（
   、）の綜合的温度特性を良好ならしめたことを特徴とす
   る光方式磁界測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光方式磁界測定装置に
   おいて磁性ガーネット薄膜の飽和磁束密度とス）　ＩＪ
   ツブ磁区の消減磁界との比（４πＭ１１／Ｈｏ　）の温
   度特性が、少なくとも１枚は、士０、〆多Ｃ以内である
   ことを特徴とする光方式磁界測定装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の光方式磁界測定装置に
   おいて、磁性ガーネット薄膜の飽和磁束密度とストリッ
   プ磁区の消減磁界との比（４πＭＢ／Ｈ，）の温度特性
   が、少なくとも１枚は正で、他の少なくとも１枚は負で
   、その両省の総合特性が±０．１％／′ｃ以内であるこ
   とを％徴とする光方式磁界測定装置。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３区の消
   減磁界との比（４πＭｓ／Ｈｏ）の温度特性が、綜合的
   に、±０．１％／Ｃ以内であることを特徴とする光方式
   磁界測定装置。