JPS6088332A - 光応用センサ装置 - Google Patents
光応用センサ装置Info
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- JPS6088332A JPS6088332A JP19568383A JP19568383A JPS6088332A JP S6088332 A JPS6088332 A JP S6088332A JP 19568383 A JP19568383 A JP 19568383A JP 19568383 A JP19568383 A JP 19568383A JP S6088332 A JPS6088332 A JP S6088332A
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- Japan
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- sensor
- range
- magnetic field
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- Pending
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Classifications
-
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
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】
産業上の利用分野
本発明は、被測定物理量によって光強度変調を受けるセ
ンサを用いた光応用センサ装置に関するものである。
ンサを用いた光応用センサ装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点
第1図は感知素子としてファラデー素子を用いた従来の
光応用磁界センサ装置を示す図である。
光応用磁界センサ装置を示す図である。
第1図に於いて1は光送信部であり、この出力光を光伝
送路2−1に入射し、ロッドレンズ3て平行光にしたあ
と偏光子4で直線偏光にする。この直線偏光はファラデ
ー素子6内を伝搬するとき外部磁界の強度に応じて偏光
面が回転する。この回転角は、偏光子4と透過偏光方向
が45°傾くように設置した検光子6で光学バイアスを
かけることにより光強度変調に変換される。検光子6か
ら出射する変調光はロッドレンズ7を透過した後、光伝
送路2−2を通り光受信部8でセンサ部9の周囲の磁界
強度に応じた電気信号に変換される。
送路2−1に入射し、ロッドレンズ3て平行光にしたあ
と偏光子4で直線偏光にする。この直線偏光はファラデ
ー素子6内を伝搬するとき外部磁界の強度に応じて偏光
面が回転する。この回転角は、偏光子4と透過偏光方向
が45°傾くように設置した検光子6で光学バイアスを
かけることにより光強度変調に変換される。検光子6か
ら出射する変調光はロッドレンズ7を透過した後、光伝
送路2−2を通り光受信部8でセンサ部9の周囲の磁界
強度に応じた電気信号に変換される。
この構成に於いて検光子6から出射する変調光Pは
P(〔1±sin (2VHL ) −−−−・−(1
)て表わさ、11−1■はヴエルデ定数〔度/ Oe
cnr、 ) でファラデー素子の感度を表わすもので
あり、Hは磁界強度〔○e〕、Lはファラデー素子の光
透過方向の厚みである。このセンサに於いては原理式(
1)に小さ)するようe(ザインカープ状の変調がかけ
られるため、±11部内の直線性が得られる範囲は5l
ll (2VHL ) (D値が0から約o、24迄の
間であり、零磁界での光出力値を中心にほぼ±24%の
尤変調率力稍くされる1lii)囲となる。このため±
11部内の11.r、6性が得られる磁界強度測定・I
Ii囲は、ファラデー素r−6の■とLの値によって制
限される。
)て表わさ、11−1■はヴエルデ定数〔度/ Oe
cnr、 ) でファラデー素子の感度を表わすもので
あり、Hは磁界強度〔○e〕、Lはファラデー素子の光
透過方向の厚みである。このセンサに於いては原理式(
1)に小さ)するようe(ザインカープ状の変調がかけ
られるため、±11部内の直線性が得られる範囲は5l
ll (2VHL ) (D値が0から約o、24迄の
間であり、零磁界での光出力値を中心にほぼ±24%の
尤変調率力稍くされる1lii)囲となる。このため±
11部内の11.r、6性が得られる磁界強度測定・I
Ii囲は、ファラデー素r−6の■とLの値によって制
限される。
的流磁場を測定する場合は、VxLの値を小さくするこ
とにより測定範囲を広げることば可能であるが、電力系
機器等の管理・!ti制御に応用できる交流磁場測定の
場合では、光送信部、光受信部の電気系も含めたセンサ
のノイズやアンプの帯域により定められるS/N比、比
誤差、歪率が保持できる測定磁場範囲は、高感度測定を
実現しようとすれば必然的に狭くなる。以下に±1%の
直線性が得られるところの磁界強度測定範囲が0〜45
0e(センサA:V埃0.4 ンOe’cm 、 L
’= 4 +nm 、光源1.27μmLED)、O−
22o0e(センサB:V:0.24 °10ecm、
、 L # 1.3 mm +光源1.277zmL
ED)であるガーネット系結晶をファラデー素子とする
光応用」センサ装置の出力背骨の例を示す。
とにより測定範囲を広げることば可能であるが、電力系
機器等の管理・!ti制御に応用できる交流磁場測定の
場合では、光送信部、光受信部の電気系も含めたセンサ
のノイズやアンプの帯域により定められるS/N比、比
誤差、歪率が保持できる測定磁場範囲は、高感度測定を
実現しようとすれば必然的に狭くなる。以下に±1%の
直線性が得られるところの磁界強度測定範囲が0〜45
0e(センサA:V埃0.4 ンOe’cm 、 L
’= 4 +nm 、光源1.27μmLED)、O−
22o0e(センサB:V:0.24 °10ecm、
、 L # 1.3 mm +光源1.277zmL
ED)であるガーネット系結晶をファラデー素子とする
光応用」センサ装置の出力背骨の例を示す。
第2図にS/NJk、73図に比誤差、第4図に歪率を
上記センサA−Bそれぞれについてボず。
上記センサA−Bそれぞれについてボず。
ここで、比誤差ΔHは、センサ部の磁界強度をHin。
光受信部の出力電圧を磁界強度に襖算しだ(1UをHo
utとすると申毒待次式のように表わせる。
utとすると申毒待次式のように表わせる。
Hin−Hout
ΔH= Hout ×100(%) −・ (2ンいず
れの特性も、50服の交流磁場で、磁界強度i1実効(
((j磁場として表わしである。
れの特性も、50服の交流磁場で、磁界強度i1実効(
((j磁場として表わしである。
第2図に於いてS/N=40dB(S/N=100倍)
以上となるφlL囲は、センサAでは約60e以上であ
り、センサBでは約400e以上である。
以上となるφlL囲は、センサAでは約60e以上であ
り、センサBでは約400e以上である。
第3図に於いて、比誤差±11部内となるのは、センサ
Aでは約60e〜約460eの範囲であり、セフすBで
C1約400e −約3600eの範囲である0 第4図に於いて、歪率1チ以下となるのは、センサAで
は約50e〜約4208の範囲であり、セフツーBては
約330e〜約3600eの範囲である。
Aでは約60e〜約460eの範囲であり、セフすBで
C1約400e −約3600eの範囲である0 第4図に於いて、歪率1チ以下となるのは、センサAで
は約50e〜約4208の範囲であり、セフツーBては
約330e〜約3600eの範囲である。
以上のことから解かるように、低磁場から高磁1易迄、
直線fl、S/N比、比誤差、歪率等の必要とする特性
を満たす光応用センサ装置は、光送受1.1部などの電
気系やセンサ部などの改良を施して・も1つの七/す部
だけでは実現が内刃りであった。
直線fl、S/N比、比誤差、歪率等の必要とする特性
を満たす光応用センサ装置は、光送受1.1部などの電
気系やセンサ部などの改良を施して・も1つの七/す部
だけでは実現が内刃りであった。
また感知素子としてポッケルス効果を有するLINbO
3X−ZnSe、ZnS等の結晶を用いて電圧や重用い
て圧力、歪、振動等を測定する場合でも同様な問題があ
った。
3X−ZnSe、ZnS等の結晶を用いて電圧や重用い
て圧力、歪、振動等を測定する場合でも同様な問題があ
った。
発明の目的
本発明は前記の欠点を鑑みてなされたものであり、被測
定物理量を、直線性良く必要とされる特性を保てる広い
測定範囲を持つ光応用センサ装置を提供することを目的
としたものであへ。
定物理量を、直線性良く必要とされる特性を保てる広い
測定範囲を持つ光応用センサ装置を提供することを目的
としたものであへ。
発明の構成
本発明の光応用センサ装置は、偏光子と検光子の間に被
測定物理量に対応して光強度変調を受ける感知素子を備
え、必要とする特性を保つことのできる感知範囲及び感
度の異なる複数のセンサ部を持ち、それぞれのセンサ部
の出力光にλJ比d−る複数の光受信部からの電気信号
出力を、信号処理部を用いて同時に高速演算処理し連続
的につなげることにより広いダイナミックレンジを実現
できるO 実施例の説明 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する0飴スI
VI Iy壬壬子へl/r 戒知宇工か7ワ→デーグビ
半とし/こ2つのセンサ部10−1.10−2に対応し
て光送信部11−1.11−2、光伝送路12−1.1
2−2.12−3.12−4、光受信部13−1.13
−2を設け、さらに、光受信部13−1 、13−2か
らの電気信号出力を演算処理する信号処理部14を設け
る。なお、この実施例では第2図、第3図、第4図の特
性を持つセンサA−Bを用い、信号処理部としては、1
6ビソトのマイクロプロセツサを用いている。第2図。
測定物理量に対応して光強度変調を受ける感知素子を備
え、必要とする特性を保つことのできる感知範囲及び感
度の異なる複数のセンサ部を持ち、それぞれのセンサ部
の出力光にλJ比d−る複数の光受信部からの電気信号
出力を、信号処理部を用いて同時に高速演算処理し連続
的につなげることにより広いダイナミックレンジを実現
できるO 実施例の説明 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する0飴スI
VI Iy壬壬子へl/r 戒知宇工か7ワ→デーグビ
半とし/こ2つのセンサ部10−1.10−2に対応し
て光送信部11−1.11−2、光伝送路12−1.1
2−2.12−3.12−4、光受信部13−1.13
−2を設け、さらに、光受信部13−1 、13−2か
らの電気信号出力を演算処理する信号処理部14を設け
る。なお、この実施例では第2図、第3図、第4図の特
性を持つセンサA−Bを用い、信号処理部としては、1
6ビソトのマイクロプロセツサを用いている。第2図。
第3図、第4図に於いて、センサA−Bが必要とする易
性を満たす磁界強度測定範囲の重なる範囲は、SZN比
については約400e以上であり、比l誤差についてQ
、]−約400e〜約460eてあり、歪率では約33
0e〜約420eであり、これにセンサAの直線性が±
1係以内となるのが約4soeまでであることを考慮す
ると約400e〜約460e11でとなる。この範囲に
於いて信号処理部14でセンサA、Bの光受信部13−
1.13−2の出力を連続的につなげる操作を行う。
性を満たす磁界強度測定範囲の重なる範囲は、SZN比
については約400e以上であり、比l誤差についてQ
、]−約400e〜約460eてあり、歪率では約33
0e〜約420eであり、これにセンサAの直線性が±
1係以内となるのが約4soeまでであることを考慮す
ると約400e〜約460e11でとなる。この範囲に
於いて信号処理部14でセンサA、Bの光受信部13−
1.13−2の出力を連続的につなげる操作を行う。
第6図に13号処理部14のブロック図を示す。
これは、マイクロコンピュータ−で従来用いられている
システム図であるが、まず光受信部13−1゜13−2
の出力をオペアンプ20へ入力し、イ氏磁場(0〜45
0e)側でのオペアンプ20の出力がそれぞれ等しくな
るようにゲインを調整する。次にローパスフィルタ30
で高周波雑音成分のレベルを下げサンプルホールド40
を通し、A/Dコンバータ6oでアナログ入力をデジタ
ル出力に変換する。
システム図であるが、まず光受信部13−1゜13−2
の出力をオペアンプ20へ入力し、イ氏磁場(0〜45
0e)側でのオペアンプ20の出力がそれぞれ等しくな
るようにゲインを調整する。次にローパスフィルタ30
で高周波雑音成分のレベルを下げサンプルホールド40
を通し、A/Dコンバータ6oでアナログ入力をデジタ
ル出力に変換する。
次にセンサA−Bで必要とする特性を満たし測定レンジ
の重畳する約400e〜約450eの範囲即ちマイクロ
コンピュータ60で演算処理を行う範囲をあらかじめ設
定しておき、演τつを必要としない場合は低磁」局側(
約4ooe以下)でに、センサAを、高磁場側(約45
0e以上)ではセンサBを出力できるようにマイクロコ
ンピュータ60てjli制御する。演算処理は、約40
0e〜約460eの間のセンサA−BそれぞれのA/D
コンバータ60の出力を、例えば40〜450eを1/
100に発話し、センサA側の出力を基準に40.os
OeてはセンサAの出力値の99/100イ音とセンサ
Bの出力値の1 /100倍とを加算して出力とし、4
0.100e ではセンサAの出力f直の98/100
(音とセンサBの出力値の2/100倍を加算して出
力するとう演算処理を続け、450eではセンサAの出
力値の0/100倍即ち0とセンサBの出力値の100
/100倍即ち1倍とを加算し、センサBだけの出力と
なるような]榮イ乍を行う。マイクロコンピュータ60
からのこれらの出力はD/Aコンバータ70へ人力され
、ローパスフィルタ80を通り出力アンプ9oからアナ
ログで出力される。
の重畳する約400e〜約450eの範囲即ちマイクロ
コンピュータ60で演算処理を行う範囲をあらかじめ設
定しておき、演τつを必要としない場合は低磁」局側(
約4ooe以下)でに、センサAを、高磁場側(約45
0e以上)ではセンサBを出力できるようにマイクロコ
ンピュータ60てjli制御する。演算処理は、約40
0e〜約460eの間のセンサA−BそれぞれのA/D
コンバータ60の出力を、例えば40〜450eを1/
100に発話し、センサA側の出力を基準に40.os
OeてはセンサAの出力値の99/100イ音とセンサ
Bの出力値の1 /100倍とを加算して出力とし、4
0.100e ではセンサAの出力f直の98/100
(音とセンサBの出力値の2/100倍を加算して出
力するとう演算処理を続け、450eではセンサAの出
力値の0/100倍即ち0とセンサBの出力値の100
/100倍即ち1倍とを加算し、センサBだけの出力と
なるような]榮イ乍を行う。マイクロコンピュータ60
からのこれらの出力はD/Aコンバータ70へ人力され
、ローパスフィルタ80を通り出力アンプ9oからアナ
ログで出力される。
この構成で、サンプルホールド40に、アノ々−チャl
L、’J11150n SQC、アクイジョン時間25
71FJXのものを、A/Dコンバータに12ビツトの
A/D変換時間25μ東のものを、CPUに16ビノト
ーσ− のクロック周波数6浦しのものを、D/Aコンノくりに
12ビツトのセットリング時間が1.6μ渡のものを川
し)ると、周波数帯域が2klll迄の交流磁場測定が
川面となり、直線性±1%以内、S/N比4゜AQI・
Il、L舌1泣牛141\1山 石まく1屯じ1内竺の
必要とする特性を保ちつつ、約60eから約2200e
迄の交流磁場を精度よく測定することができる。壕だ、
ガーネット系結晶では、高磁場側でファラデー回転が飽
和するが、この現象の全くないZn5e結晶等をファラ
デー素子として用い、上記のようにセンサAと組み合わ
せると約60eから数千Oe迄の交流磁場の測定が可能
となる。
L、’J11150n SQC、アクイジョン時間25
71FJXのものを、A/Dコンバータに12ビツトの
A/D変換時間25μ東のものを、CPUに16ビノト
ーσ− のクロック周波数6浦しのものを、D/Aコンノくりに
12ビツトのセットリング時間が1.6μ渡のものを川
し)ると、周波数帯域が2klll迄の交流磁場測定が
川面となり、直線性±1%以内、S/N比4゜AQI・
Il、L舌1泣牛141\1山 石まく1屯じ1内竺の
必要とする特性を保ちつつ、約60eから約2200e
迄の交流磁場を精度よく測定することができる。壕だ、
ガーネット系結晶では、高磁場側でファラデー回転が飽
和するが、この現象の全くないZn5e結晶等をファラ
デー素子として用い、上記のようにセンサAと組み合わ
せると約60eから数千Oe迄の交流磁場の測定が可能
となる。
さらに感知素子としてポッケルス効果を有するZn5e
−ZnS等を用いると電圧・電界を同様に測定でき、1
だ、光弾性効果をもつ等方結晶を用いると圧力、歪、振
動等も同様に測定することができる。
−ZnS等を用いると電圧・電界を同様に測定でき、1
だ、光弾性効果をもつ等方結晶を用いると圧力、歪、振
動等も同様に測定することができる。
発明の効果
以上のようr本発明はセンサ部が、偏光子、検光子及び
それらの間にある被測定物理量に対応して光強度変調を
かけられる感知素子から成り、そのセンサ部の感度及び
必要とする特性を保つことのできる感知範囲か異なる複
数のセン部を1+iiiえ、それぞれの出力光に対応す
る複数の光受信部からの常頷イ茸妥出力をイ茸骨机刊!
矧鳴をL(4いて同IJHに、自凍演算処理し連続的に
つなけることを可能とした光応用センサ装置であり、従
って被測定物理量を特徴とする特性を保ちつつ直線性よ
くきわめて広い範囲にわたって同程度の特性で、高精度
高信頼度の光応用センサが実現でき実用上きわめて有利
なものとなる。
それらの間にある被測定物理量に対応して光強度変調を
かけられる感知素子から成り、そのセンサ部の感度及び
必要とする特性を保つことのできる感知範囲か異なる複
数のセン部を1+iiiえ、それぞれの出力光に対応す
る複数の光受信部からの常頷イ茸妥出力をイ茸骨机刊!
矧鳴をL(4いて同IJHに、自凍演算処理し連続的に
つなけることを可能とした光応用センサ装置であり、従
って被測定物理量を特徴とする特性を保ちつつ直線性よ
くきわめて広い範囲にわたって同程度の特性で、高精度
高信頼度の光応用センサが実現でき実用上きわめて有利
なものとなる。
第11Δは従来の光応用磁界センサ装置の構成図、第2
図a、bは従来の光応用磁界センサ装置A。 Bの出力の磁界強度に対するS/N比の特性図、2r5
3図a、bは従来の光応用磁界センサ装置A。 Bの出力の磁界強度に対する比誤差特性図、第4図a、
b+rrK来の光応用磁界センサ装置A、Hの出力の磁
界強度に対する歪率特性図、第5図は本究明の一実施例
に於ける光応用磁界センサ装置の概略(,111)成因
、第6図はその信号処理部のブロック図である。 10−1,10−2・・・・・センサ部、11−1゜1
1−2・−・・・元送信部、12−1.12−2.12
−3.12−4・・・・・光伝送路、13−1.13−
2・・・・・・光受信部、14・・・・・・信号処理部
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1化第
11(+ ε1〕2図 H(Oeン 、磁界強度 0 100 200 300 H(Oe) 省泳ytイ帛角 第 3 図 to zo so 40s。 H(Oe) 叫態 700 200 シb 41)O H(Oe) と)4 図 (02030ω 9 )−1(Oe) 奪(界強崖 fθθ 肋0 300 H(Oe〕 磁界強屋 m 、i IUI ム3 G 図
図a、bは従来の光応用磁界センサ装置A。 Bの出力の磁界強度に対するS/N比の特性図、2r5
3図a、bは従来の光応用磁界センサ装置A。 Bの出力の磁界強度に対する比誤差特性図、第4図a、
b+rrK来の光応用磁界センサ装置A、Hの出力の磁
界強度に対する歪率特性図、第5図は本究明の一実施例
に於ける光応用磁界センサ装置の概略(,111)成因
、第6図はその信号処理部のブロック図である。 10−1,10−2・・・・・センサ部、11−1゜1
1−2・−・・・元送信部、12−1.12−2.12
−3.12−4・・・・・光伝送路、13−1.13−
2・・・・・・光受信部、14・・・・・・信号処理部
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1化第
11(+ ε1〕2図 H(Oeン 、磁界強度 0 100 200 300 H(Oe) 省泳ytイ帛角 第 3 図 to zo so 40s。 H(Oe) 叫態 700 200 シb 41)O H(Oe) と)4 図 (02030ω 9 )−1(Oe) 奪(界強崖 fθθ 肋0 300 H(Oe〕 磁界強屋 m 、i IUI ム3 G 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)偏光子と検光子の間に被測定物理量に対応して光
強度変調を受ける感知素子を備えた複数のセンサ部と、
前記センサ部の光の入出力端に設けられた光伝送路と、
前記光伝送路に光を入射する複数の光送信部及び前記セ
ンサ部を透過した出力光を検知し電気信号に変換して送
出する複数の光受信部とを有するとともに、前記複数の
センサ部の各々は被l111j定物理量に対する感知範
囲及び感度が異なり、各々の出力光に対応する前記複数
の先受イ11部からの電気信号出力を、前記感知範囲を
一部重畳させながら連続的につなげる手段を具備する信
号処理部を有することを特徴とする光応用センサ装置。 (2)感知素子としてファラデー効果を有する物質を用
いることを特徴とする特許請求範囲第1項記(3)感知
素子としてポッケルス効果を有する物質を用いることを
特徴とする特許請求範囲第1項記載の光応用センサ装置
。 (4)感知素子として光弾性効果を有する物質を用いる
ことを特徴とする特許請求範囲第1項記載の光応用セン
サ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19568383A JPS6088332A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 光応用センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19568383A JPS6088332A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 光応用センサ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6088332A true JPS6088332A (ja) | 1985-05-18 |
Family
ID=16345260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19568383A Pending JPS6088332A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 光応用センサ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6088332A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190043351A (ko) | 2017-10-18 | 2019-04-26 | 한국전력공사 | 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56130619A (en) * | 1980-03-19 | 1981-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | Photodetecting device |
JPS579688U (ja) * | 1980-06-20 | 1982-01-19 |
-
1983
- 1983-10-19 JP JP19568383A patent/JPS6088332A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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