JPS60104270A - 磁界測定装置 - Google Patents
磁界測定装置Info
- Publication number
- JPS60104270A JPS60104270A JP21073583A JP21073583A JPS60104270A JP S60104270 A JPS60104270 A JP S60104270A JP 21073583 A JP21073583 A JP 21073583A JP 21073583 A JP21073583 A JP 21073583A JP S60104270 A JPS60104270 A JP S60104270A
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- JP
- Japan
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- magnetic field
- light
- faraday
- faraday element
- optical
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- Pending
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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
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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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】
〔発明の技術分野〕
本発明は磁界測定装置に係り、特にファラデー効果を利
用して磁界の強さを測定する磁界測定装置に関するもの
である。
用して磁界の強さを測定する磁界測定装置に関するもの
である。
ファラデー効果を利用して磁界の強さを測定する従来の
磁界測定装置の構成を第１図に示す。同図においてｌは
光源でヘリウムネオンレーザ管や半導体レーザ等を用い
た一定パワーのコヒーレント光が得られるものを使用し
ている。２は偏光子で光源ｌから入射した光を直線偏光
にするだめのもので％λ板とグラントムソンプリズム等
が組合されたものである。この偏光子２を通過した一定
パワーの光重。は偏光角４５°の直線偏光となり、光コ
ネクタ−１ＯＡを介して光ファイバＩＩＡ内に出射され
る。９八〜９Ｂはロッドレンズでありそれぞれの光を効
率よく導ひくだめの光学素子である。光出力部６は上述
の光源１と偏光子２とロッドレンズ９Ａ、、９Ｂから成
り直線偏光の光■。を出射する。−３はファラデー素子
で鉛ガラス、ＹＩＧ、 Ｇｄ３Ｆｅ。
磁界測定装置の構成を第１図に示す。同図においてｌは
光源でヘリウムネオンレーザ管や半導体レーザ等を用い
た一定パワーのコヒーレント光が得られるものを使用し
ている。２は偏光子で光源ｌから入射した光を直線偏光
にするだめのもので％λ板とグラントムソンプリズム等
が組合されたものである。この偏光子２を通過した一定
パワーの光重。は偏光角４５°の直線偏光となり、光コ
ネクタ−１ＯＡを介して光ファイバＩＩＡ内に出射され
る。９八〜９Ｂはロッドレンズでありそれぞれの光を効
率よく導ひくだめの光学素子である。光出力部６は上述
の光源１と偏光子２とロッドレンズ９Ａ、、９Ｂから成
り直線偏光の光■。を出射する。−３はファラデー素子
で鉛ガラス、ＹＩＧ、 Ｇｄ３Ｆｅ。
Ｏｕ ｒ ＭｎＢ１等の磁気光学物質が用いられる。こ
のファラデー素子３に入射した光はそのファラデー素子
に印加された磁界の強さｎに対応したファラデー効果偏
光角θだけ更に偏光され４５°＋θの直線偏光の光重、
を光ファイバＩＩＢに出射する。ファラデー効果は磁気
光学物質（ファラデー素子）に直線偏光の光を入射し、
この光の進行方向と同一方向に磁界を印加すると出射光
の偏光面が回転し磁界の強さＨと偏光面の回転角θに（
１）式の関係が成立する現象である。
のファラデー素子３に入射した光はそのファラデー素子
に印加された磁界の強さｎに対応したファラデー効果偏
光角θだけ更に偏光され４５°＋θの直線偏光の光重、
を光ファイバＩＩＢに出射する。ファラデー効果は磁気
光学物質（ファラデー素子）に直線偏光の光を入射し、
この光の進行方向と同一方向に磁界を印加すると出射光
の偏光面が回転し磁界の強さＨと偏光面の回転角θに（
１）式の関係が成立する現象である。
θ−Ｖ・１■・Ｌ ・・・・・・（１）但し、Ｖはベル
デ定数でファラデー素子固有の定数であり、Ｌは磁界の
方向に沿ったファラデー素子の長さである。
デ定数でファラデー素子固有の定数であり、Ｌは磁界の
方向に沿ったファラデー素子の長さである。
尚、ロッドレンズ９Ｃ，９Ｄはファラデー素子３の入射
側及び出射側に挿入されて、前述と同様に光ファイバＩ
ＩＡ、ＩＩＢとの結合損失を低減する機能を持っている
。そしてこのロッドレンズ９Ｃ、９Ｄの光学素子とファ
ラデー素子３を組合せたもので磁界検出器８が構成され
ている。
側及び出射側に挿入されて、前述と同様に光ファイバＩ
ＩＡ、ＩＩＢとの結合損失を低減する機能を持っている
。そしてこのロッドレンズ９Ｃ、９Ｄの光学素子とファ
ラデー素子３を組合せたもので磁界検出器８が構成され
ている。
一方、前述の偏光角４５°＋θの直線偏光の光■１は光
コネクタ−１０Ｃを介して光ファイバＩＩＢ内を伝送し
ウォラストンプリズム等の検光子４に入射される。そし
て、この検光子４により偏光角４５°十〇の光Ｉ、はそ
の余弦成分の光重、と正弦成分の光Ｉ、に分離され検出
器５に入射される。検出器５は入射された光Ｉ、、Ｉ、
からファラデー効果偏光角θをめ、この偏光θからファ
ラデー素子３に印加された磁界の強さＨを逆算して検出
する装置である。
コネクタ−１０Ｃを介して光ファイバＩＩＢ内を伝送し
ウォラストンプリズム等の検光子４に入射される。そし
て、この検光子４により偏光角４５°十〇の光Ｉ、はそ
の余弦成分の光重、と正弦成分の光Ｉ、に分離され検出
器５に入射される。検出器５は入射された光Ｉ、、Ｉ、
からファラデー効果偏光角θをめ、この偏光θからファ
ラデー素子３に印加された磁界の強さＨを逆算して検出
する装置である。
光受光部７は上記検光子４と検出器５とロッドレンズ９
Ｅで構成されている。
Ｅで構成されている。
ここで光受光部７の動作原理を詳細に説明する。
光受光部７に入射された偏光角４５°十θの直線偏光の
光重、は前述の様に検出子４により２つの光Ｉ、。
光重、は前述の様に検出子４により２つの光Ｉ、。
■、に分離され入射光Ｉｌとの間には（２） （３）式
の関係が成立する。
の関係が成立する。
ｌ２＝Ｉ、 ｃｏｓ” （４５＋θ） −１−（２）ｌ
、＝Ｉ、 ｓｉｎ” （４５十〇） 、、、、、、 （
３）検出器５は上記２つの光重２１■＋１をその強さに
比例した電気信号に変換しく４） （５）式の演算を行
−って偏光角θをめる。
、＝Ｉ、 ｓｉｎ” （４５十〇） 、、、、、、 （
３）検出器５は上記２つの光重２１■＋１をその強さに
比例した電気信号に変換しく４） （５）式の演算を行
−って偏光角θをめる。
上述の様にしてファラデー効果による偏光角θをめた後
（１）式からファラデー素子３に印加されている磁界の
強さＨがめられる。これらの演η４は検出器５に設けら
れた図示しない演算機構により行なわれる。
（１）式からファラデー素子３に印加されている磁界の
強さＨがめられる。これらの演η４は検出器５に設けら
れた図示しない演算機構により行なわれる。
前述した従来の磁界測定装置は、ファラデー効果が、フ
ァラデー素子内のみで発生すると限定しているために超
電導装置等が発生ずる強磁界を測定する場合には誤差が
大きくなり測定精度が悪くなる問題点がある。これは第
１図においてファラデー素子以外の磁界検出器８内のロ
ッドレンズ９Ｃ＋９Ｄや磁界検出器８の近傍の光ファイ
バＩＩＡ、ＩＩＢにもファラデー素子３と同等な強さの
磁界Ｈが印加されており、かつこれらのロッドレンズや
光ファイバは物質固有のベルデ定数Ｖを持っているため
、ここでもファラデー効果が発生し偏光角θが回転する
ことに起因している。このロッドレンズｇＣ，ｇＤや光
ファイバＩＩＡＩＩＩＢのベルデ定数はファラデー素子
３のベルデ定数に比較して非常に小さいため弱い印加磁
界の測定ではあまり問題にならず無視することができる
。
ァラデー素子内のみで発生すると限定しているために超
電導装置等が発生ずる強磁界を測定する場合には誤差が
大きくなり測定精度が悪くなる問題点がある。これは第
１図においてファラデー素子以外の磁界検出器８内のロ
ッドレンズ９Ｃ＋９Ｄや磁界検出器８の近傍の光ファイ
バＩＩＡ、ＩＩＢにもファラデー素子３と同等な強さの
磁界Ｈが印加されており、かつこれらのロッドレンズや
光ファイバは物質固有のベルデ定数Ｖを持っているため
、ここでもファラデー効果が発生し偏光角θが回転する
ことに起因している。このロッドレンズｇＣ，ｇＤや光
ファイバＩＩＡＩＩＩＢのベルデ定数はファラデー素子
３のベルデ定数に比較して非常に小さいため弱い印加磁
界の測定ではあまり問題にならず無視することができる
。
しかし、印加磁界の強さがある程度以上大きくなるとフ
ァラデー素子以外の部分で生じるファラデー効果が無視
できなくなる。すなわち、超電導装置等が発生する強磁
界を測定する場合は一般的数値と同じ程度となりこれら
ファラデー素子以外の光学素子が偏光角θにおよほず影
響が大きくなり精度の良い磁界測定を行うことが難しく
なる。
ァラデー素子以外の部分で生じるファラデー効果が無視
できなくなる。すなわち、超電導装置等が発生する強磁
界を測定する場合は一般的数値と同じ程度となりこれら
ファラデー素子以外の光学素子が偏光角θにおよほず影
響が大きくなり精度の良い磁界測定を行うことが難しく
なる。
このため、従来装置には必ず測定可能な上限値が決めら
れている。
れている。
すなわち、従来装置では磁界の強さの測定範囲に制限が
あるとともにファラデー素子程度の大きさの空間に発生
した磁界の強さを精度良く測定することは構成上不可能
である。
あるとともにファラデー素子程度の大きさの空間に発生
した磁界の強さを精度良く測定することは構成上不可能
である。
し発明の目的〕
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので
強磁界においても精度の良い測定を可能とした磁界測定
装置を提供するのが目的である。
強磁界においても精度の良い測定を可能とした磁界測定
装置を提供するのが目的である。
本発明は上記目的を達成するために、磁界の強さに応じ
て入射光の偏光面を回転するファラデー素子を備え、第
１．第２の直線偏光が入射され前起用１の直線偏光は前
記ファラデー素子を介して出射し前記第２の直線偏光は
前記ファラデー素子を介さずに出射する磁界検出部を設
け、前記磁界検出部から出射された第１．第２の直線偏
光から強磁界においても精度良く磁界測定できる様にし
た磁界測定装置である。
て入射光の偏光面を回転するファラデー素子を備え、第
１．第２の直線偏光が入射され前起用１の直線偏光は前
記ファラデー素子を介して出射し前記第２の直線偏光は
前記ファラデー素子を介さずに出射する磁界検出部を設
け、前記磁界検出部から出射された第１．第２の直線偏
光から強磁界においても精度良く磁界測定できる様にし
た磁界測定装置である。
本発明の磁界測定装置を第２図に示す一実施例−フミラ
ー２０ψ入射するこのハーフミラ−２０は入射光を透過
光と反射光に等分パワーづ一つ分離する光学素子である
。ハーフミラ−２０を透過した光は偏光子２人に入射し
て偏光角４５°の直線偏光重。Ａの平行光になリロツド
レンズ９Ｂを通過することにより集束されて光ファイバ
ＩＩＡに入射する。
ー２０ψ入射するこのハーフミラ−２０は入射光を透過
光と反射光に等分パワーづ一つ分離する光学素子である
。ハーフミラ−２０を透過した光は偏光子２人に入射し
て偏光角４５°の直線偏光重。Ａの平行光になリロツド
レンズ９Ｂを通過することにより集束されて光ファイバ
ＩＩＡに入射する。
一方、ハーフミラ−２０により反射した光は反射板２１
により進行方向が変えられ偏光子２Ｂに入射する。この
光は前述の透過光と同様に偏光角４５゜の直線偏光重。
により進行方向が変えられ偏光子２Ｂに入射する。この
光は前述の透過光と同様に偏光角４５゜の直線偏光重。
Ｂとなって光ファイバＩＩＣに入射する。この直線偏光
■。ＡとＩ。Ｂを出射するものが先出るだめの器具であ
る。
■。ＡとＩ。Ｂを出射するものが先出るだめの器具であ
る。
光ファイバＩＩＡ内を伝播した直線偏光ｌ。Ａは磁界検
出器８Ａ内のロッドレンズ９Ｃに入射シテ千行光となり
ファラデー素子３に入射し出射側のロッドレンズ９Ｄを
通過後光ファイバＩＩＢに入射する。そしてこの磁界検
出器８人が磁界の強さＨの中に置かれていれば前述した
ファラデー効果により入射光重。人の偏光角が４５°十
〇人となり、この直線偏光ＩＩＡが光受光部７Ａに入射
する。−力先フアイ／＜ＩＩＣ内を伝播した直線偏光重
。Ｂは前述の工０ムと同様に磁界の強さＨによるファラ
デー効果が起こるが図示しである様にこの光゛伝送路は
ファラデー素子らが挿入されていない。このため、この
直線偏光重。Ｂが受けるファラデー効果はファラデー素
子３以外のロッドレンズ９Ｇ、９Ｈや磁界検出器８Ａ近
傍にあり磁界の強さＨの印加を受けた光ファイバ１１Ｃ
＃１１Ｄで発生ずる偏光角θＢの変化だけである。この
ため、光受光部７Ａに入射するＩＩＢの偏光角は４５°
＋θＢである。
出器８Ａ内のロッドレンズ９Ｃに入射シテ千行光となり
ファラデー素子３に入射し出射側のロッドレンズ９Ｄを
通過後光ファイバＩＩＢに入射する。そしてこの磁界検
出器８人が磁界の強さＨの中に置かれていれば前述した
ファラデー効果により入射光重。人の偏光角が４５°十
〇人となり、この直線偏光ＩＩＡが光受光部７Ａに入射
する。−力先フアイ／＜ＩＩＣ内を伝播した直線偏光重
。Ｂは前述の工０ムと同様に磁界の強さＨによるファラ
デー効果が起こるが図示しである様にこの光゛伝送路は
ファラデー素子らが挿入されていない。このため、この
直線偏光重。Ｂが受けるファラデー効果はファラデー素
子３以外のロッドレンズ９Ｇ、９Ｈや磁界検出器８Ａ近
傍にあり磁界の強さＨの印加を受けた光ファイバ１１Ｃ
＃１１Ｄで発生ずる偏光角θＢの変化だけである。この
ため、光受光部７Ａに入射するＩＩＢの偏光角は４５°
＋θＢである。
次に光受光部７Ａに入射したＩｉ人と１１Ｉ］はそれぞ
れ図示した通りロッドレンズ９ｗ１９Ｊを通過して平行
光となり検光子４ Ａ ＊ ４ Ｂに入射する。１．Ａ
ＩＩＩＢはこの検光子４Ａ１４Ｂによりそれぞれ余弦成
分の光ＩｆｉＡｌ ｔ、Ｂと正弦成分の光ＩＳＡ＋ Ｉ
３Ｂに分離され検出器５ Ａ ＋ ５ Ｂにそれぞれ入
射する。検出器５Ａ、５Ｂでは前述の通り入射した’
２’Ａ ＋ Ｉ ｔ ＢとＩｓ人＋Ｉ！Ｂを電気信号に
変換しく４）、 （５１式に示した演算を行いそれぞれ
θＡとθＢをめる。
れ図示した通りロッドレンズ９ｗ１９Ｊを通過して平行
光となり検光子４ Ａ ＊ ４ Ｂに入射する。１．Ａ
ＩＩＩＢはこの検光子４Ａ１４Ｂによりそれぞれ余弦成
分の光ＩｆｉＡｌ ｔ、Ｂと正弦成分の光ＩＳＡ＋ Ｉ
３Ｂに分離され検出器５ Ａ ＋ ５ Ｂにそれぞれ入
射する。検出器５Ａ、５Ｂでは前述の通り入射した’
２’Ａ ＋ Ｉ ｔ ＢとＩｓ人＋Ｉ！Ｂを電気信号に
変換しく４）、 （５１式に示した演算を行いそれぞれ
θＡとθＢをめる。
次にこのθＡとθＢを演算器２２に入力してθＡ−θＢ
の演ηを行うとともにこの値を用いて前述の（１）式に
より次の演算を行い磁界の強さＨをめる。
の演ηを行うとともにこの値を用いて前述の（１）式に
より次の演算を行い磁界の強さＨをめる。
ここでこの偏光角θＡとθＢについてくわしく説明する
。
。
磁界検出器８Ａに印加した磁層の強させによるファラデ
ー効用で発生した偏光角θＡはファラデー素子３とロッ
ドレンズ９Ｃ，９Ｄと磁界検出器８人の近傍の光ファイ
バＩＩＡＩＩＩＢの持つ物質固有のペルデ常数及びそれ
ぞれの素子の有効素子長により定まり、それぞれ個別に
発生した偏光角の総和になる。一方偏光角θＢでは前述
のθＡと比較してその光路にファラデー素子３が挿入さ
れていないために、このファラデー素子３内で発生する
偏光角が含まれていない。そこでθムーθＢの偏光角の
値は７アラデー素子３のみで発生した偏光角になる。
ー効用で発生した偏光角θＡはファラデー素子３とロッ
ドレンズ９Ｃ，９Ｄと磁界検出器８人の近傍の光ファイ
バＩＩＡＩＩＩＢの持つ物質固有のペルデ常数及びそれ
ぞれの素子の有効素子長により定まり、それぞれ個別に
発生した偏光角の総和になる。一方偏光角θＢでは前述
のθＡと比較してその光路にファラデー素子３が挿入さ
れていないために、このファラデー素子３内で発生する
偏光角が含まれていない。そこでθムーθＢの偏光角の
値は７アラデー素子３のみで発生した偏光角になる。
また磁場検出器８入内の各素子は一般的に小さいもので
あり、この磁場検出器８Ａの寸法も敵情程度の立体であ
り、この立体中の磁界の強さｌ（はほぼ均一であると言
える。本実施例の構成により偏光角θＡ−θＢを用いて
磁界の強さＨを算出するにはロッドレンズや光ファイバ
のベルデ定数値が事前に判明していなくとも良く、これ
らが同一のベルデ定数値のものを使用すれば良い。
あり、この磁場検出器８Ａの寸法も敵情程度の立体であ
り、この立体中の磁界の強さｌ（はほぼ均一であると言
える。本実施例の構成により偏光角θＡ−θＢを用いて
磁界の強さＨを算出するにはロッドレンズや光ファイバ
のベルデ定数値が事前に判明していなくとも良く、これ
らが同一のベルデ定数値のものを使用すれば良い。
尚、実施例では偏光子２Ａ、２Ｂや検光子４Ａｔ４Ｂ、
をそれぞれ光出力部６Ａや光受光部７Ａに入れ説明した
が、これを磁界検出器８Ａ内Ｖ挿入した構成でも実現で
゛き、さらに光伝送路に光ファイバを用いたが空間伝送
でも実現することができる。
をそれぞれ光出力部６Ａや光受光部７Ａに入れ説明した
が、これを磁界検出器８Ａ内Ｖ挿入した構成でも実現で
゛き、さらに光伝送路に光ファイバを用いたが空間伝送
でも実現することができる。
し発明の効果〕
本発明の磁界測定装置によれば、ファラデー素子を挿入
した第１の光路とファラデー素子を挿入″）１７ しない第２の光路をも→るとともｉここれらの光路で発
生するファラデー効果による偏光角をそれぞれ個別にめ
、この差を用いて磁界の強さを検出するので、ファラデ
ー素子以外の光学素子の影響を排除でき、強磁界におい
ても精度の良い磁界測定を行うことができる。
した第１の光路とファラデー素子を挿入″）１７ しない第２の光路をも→るとともｉここれらの光路で発
生するファラデー効果による偏光角をそれぞれ個別にめ
、この差を用いて磁界の強さを検出するので、ファラデ
ー素子以外の光学素子の影響を排除でき、強磁界におい
ても精度の良い磁界測定を行うことができる。
第１図は従来の磁界測定装置の構成図、第２図は本発明
の磁界測定装置の一実施例を示す構成図である。 １・・・光源 ２．２Ａ、２Ｂ・・・偏光子３・・・フ
ァラデー素子 ４１４Ａ、 ４Ｂ・・・検光子５．５Ａ
、５Ｂ・・・検出器 ６，６Ａ−・・光出力部７．７Ｎ
・・光受光部 ８ ＋ ８Ａ’・・磁界検出部９Ａ〜９
Ｊ・・・ロッドレンズ ＩＯＡ〜１０）ｌ・・・光コネ
クタ−１１Ａ〜ＩＩＤ・・・光ファイバ ２０・・・ハ
ーフミラ−２１・・・反射板 ２２・・・演ｙＬ器（７
３１７） 代理人弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名
）第１図 第２図
の磁界測定装置の一実施例を示す構成図である。 １・・・光源 ２．２Ａ、２Ｂ・・・偏光子３・・・フ
ァラデー素子 ４１４Ａ、 ４Ｂ・・・検光子５．５Ａ
、５Ｂ・・・検出器 ６，６Ａ−・・光出力部７．７Ｎ
・・光受光部 ８ ＋ ８Ａ’・・磁界検出部９Ａ〜９
Ｊ・・・ロッドレンズ ＩＯＡ〜１０）ｌ・・・光コネ
クタ−１１Ａ〜ＩＩＤ・・・光ファイバ ２０・・・ハ
ーフミラ−２１・・・反射板 ２２・・・演ｙＬ器（７
３１７） 代理人弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名
）第１図 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 磁界の強さに応じて入射光の偏光面を回転するファラデ
ー素子を備え、第１１第２の直線偏光が（ま 入射され前記第１の直線偏光等前記ファラデー素子を介
して出射し前記第２の直線偏光は前記ファラデー素子を
介さずに出射する磁界検出部を設けたことを特徴とする
磁界測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21073583A JPS60104270A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 磁界測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21073583A JPS60104270A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 磁界測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60104270A true JPS60104270A (ja) | 1985-06-08 |
Family
ID=16594236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21073583A Pending JPS60104270A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 磁界測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60104270A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5382901A (en) * | 1991-08-29 | 1995-01-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical magnetic field sensor capable of precise measurement without temperature induced errors |
-
1983
- 1983-11-11 JP JP21073583A patent/JPS60104270A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5382901A (en) * | 1991-08-29 | 1995-01-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical magnetic field sensor capable of precise measurement without temperature induced errors |
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