JPS6270776A - 磁界センサ - Google Patents
磁界センサInfo
- Publication number
- JPS6270776A JPS6270776A JP60211558A JP21155885A JPS6270776A JP S6270776 A JPS6270776 A JP S6270776A JP 60211558 A JP60211558 A JP 60211558A JP 21155885 A JP21155885 A JP 21155885A JP S6270776 A JPS6270776 A JP S6270776A
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- Japan
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- optical
- magnetic field
- magnetic
- field sensor
- rotary
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- Pending
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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】
（イ）発明の属する技術分野
本発明は磁界センサに関し、より詳細にはファラデー効
果を利用した光学式磁界センサに関する。
果を利用した光学式磁界センサに関する。
（ロ）従来技術とその問題点
鉛ガラス、Ｚｎ５ｅ多結晶体等の光の透過性の良い磁気
光学材料に外部から磁界を加え、磁界と同じ方向に光を
透過させるとファラデー効果により磁気光学材料を通過
中に光の偏波面が回転する現象が知られている。偏波面
の回転角θ（０）は下記式により与えられる。
光学材料に外部から磁界を加え、磁界と同じ方向に光を
透過させるとファラデー効果により磁気光学材料を通過
中に光の偏波面が回転する現象が知られている。偏波面
の回転角θ（０）は下記式により与えられる。
θ＝ＶＨ１・・・・・・（１）
ここで■：ベルデ定数（０１０ｅ−鵡）Ｈ：磁界の強さ
く０ｓ） ｔ：ファラデー回転素子の長さく關） この磁気旋光現象を利用して磁界の測定を行なうことが
できる。第２図にファラデー効果を利用した磁界センサ
の基本構成を示す。入射光１は直方体の偏光子２を通過
して直線偏波としてやはり直方体の７アプデ一回転素子
乙に入射する。磁界乙の影響により偏波面が角度θだけ
回転された光がファラデー回転素子３を出る。偏波面の
回転はファラデー回転素子乙の出力側に置いた直方体の
検光子４で光の強度に変え、これをホトダイオードで受
けて知ることができる。ここで第２図に示すように検光
子４を偏光子２に対し光軸に関し４５゜ずらせておけば
、検光子４を出た光はθに比例した強度変化をうけ磁界
に比例しだ出力が得られる。
く０ｓ） ｔ：ファラデー回転素子の長さく關） この磁気旋光現象を利用して磁界の測定を行なうことが
できる。第２図にファラデー効果を利用した磁界センサ
の基本構成を示す。入射光１は直方体の偏光子２を通過
して直線偏波としてやはり直方体の７アプデ一回転素子
乙に入射する。磁界乙の影響により偏波面が角度θだけ
回転された光がファラデー回転素子３を出る。偏波面の
回転はファラデー回転素子乙の出力側に置いた直方体の
検光子４で光の強度に変え、これをホトダイオードで受
けて知ることができる。ここで第２図に示すように検光
子４を偏光子２に対し光軸に関し４５゜ずらせておけば
、検光子４を出た光はθに比例した強度変化をうけ磁界
に比例しだ出力が得られる。
しかしながら上記磁界センサにおいては検光子４をファ
ラデー回転素子６の光軸に関し偏光子２に対し４５０傾
けて配置する必要があるため特別な支持台を必要とする
など磁界センサの構成が複雑となり組立を行ないにくい
ものであった。そこで第１図に示すようにファラデー回
転素子６と検光子４との間に水晶の“／４旋光子７を配
置することが行なわれていた。″／４旋光子とは４５ｏ
の自然旋光能を有するもので、自然旋光とは分子構造や
結晶構造の特殊な非対称性により直線偏光が物質を通過
するとき偏光面が回転する現象をいい、磁界をかけるこ
とにより生ずる前述の磁気旋光とは異なるものである。
ラデー回転素子６の光軸に関し偏光子２に対し４５０傾
けて配置する必要があるため特別な支持台を必要とする
など磁界センサの構成が複雑となり組立を行ないにくい
ものであった。そこで第１図に示すようにファラデー回
転素子６と検光子４との間に水晶の“／４旋光子７を配
置することが行なわれていた。″／４旋光子とは４５ｏ
の自然旋光能を有するもので、自然旋光とは分子構造や
結晶構造の特殊な非対称性により直線偏光が物質を通過
するとき偏光面が回転する現象をいい、磁界をかけるこ
とにより生ずる前述の磁気旋光とは異なるものである。
これにより検光子４と偏光子２の間にファラデー回転素
子３の光軸に関し角度差を設ける必要をなくすことがで
き、磁界センサの構成が簡潔なものとされる。なお、７
′／４ 旋光子は自然旋光能を有すると同時に磁気旋光
能も併せて有しているので、−１旋光子もセンサーの一
部として磁気旋光を与える作用をする。
子３の光軸に関し角度差を設ける必要をなくすことがで
き、磁界センサの構成が簡潔なものとされる。なお、７
′／４ 旋光子は自然旋光能を有すると同時に磁気旋光
能も併せて有しているので、−１旋光子もセンサーの一
部として磁気旋光を与える作用をする。
次に、第２図に示すような、旋光子を有しない磁界セン
サを透過する光の強さＰは次式で表わされる。
サを透過する光の強さＰは次式で表わされる。
Ｐ＝Ｐ１ｃｏｓ （ＶＨ４＋θ）・旧・・（２）ここ
でＰｌ：最大透過光強度 ■ ：ベルデ定数 Ｈ：磁界の強さ ｔ ：ファラデー回転素子の長さ θ ：旋光子の旋光角（通常４５°＝ ”／４ｒａｄ ） （２）式を変形し、θ＝−２ＰＯ＝１／２とおくと次式
が得られる。
でＰｌ：最大透過光強度 ■ ：ベルデ定数 Ｈ：磁界の強さ ｔ ：ファラデー回転素子の長さ θ ：旋光子の旋光角（通常４５°＝ ”／４ｒａｄ ） （２）式を変形し、θ＝−２ＰＯ＝１／２とおくと次式
が得られる。
Ｐ＝Ｐｏ（１−８ｉｎ２ＶＨ４） −＝−（３１（３）
式を図示したものが第６図に示されている。ここでＰＯ
は磁界の強さがＯの場合のセンサ透過光の強さである。
式を図示したものが第６図に示されている。ここでＰＯ
は磁界の強さがＯの場合のセンサ透過光の強さである。
ところで旋光子の旋光角θは温度によって変化するので
必ずしも常にθ＝シ１とはならない。そこでシｔからの
ずれを△θとすると（３）式より次式が得られる。
必ずしも常にθ＝シ１とはならない。そこでシｔからの
ずれを△θとすると（３）式より次式が得られる。
ｐ＝ｐｏ（１−ｓｉｎ（２ｖＨ４＋２Δθ） ） ・
（４）（４）式より磁界がＯの場合の光の強さＰｏ’は
次式で表わされる。
（４）（４）式より磁界がＯの場合の光の強さＰｏ’は
次式で表わされる。
Ｐｏ”＝；Ｐｏ （１−２Δθ）・・・・・・（５）ま
た（４）式を展開すると次式が得られる。
た（４）式を展開すると次式が得られる。
Ｐ具Ｐｏ （１−２ＶＨ２−２Δθ） ・・・・・・（
６）ここで磁界によって影響を受ける項は（６）式の０
内の第２項目のみである。（５）（６）式より見かけの
変調度ｍが下記のように求められる。
６）ここで磁界によって影響を受ける項は（６）式の０
内の第２項目のみである。（５）（６）式より見かけの
変調度ｍが下記のように求められる。
旋光子は前述のように自然旋光能とともに磁気旋光能も
併せて有しているため第１図に示すようにファラデー素
子６とス旋光子７が組合せられた場合のＶＨ１値は下記
のようになる。
併せて有しているため第１図に示すようにファラデー素
子６とス旋光子７が組合せられた場合のＶＨ１値は下記
のようになる。
ｖＨ４＝ｖ１Ｈｔ１＋■２Ｈ４２・・・・・・ （８）
ここでｖｆ：ファラデー素子のペルデ定数ｔ、：ファラ
デー素子の長さ ｖ２：旋光子のベルデ定数 ｔ２：旋光子の長さ さらにファラデー素子および旋光子のベルデ定数も温度
特性を有しているので、その温度による変化分をそれぞ
れΔ■□、Δｖ２とおくと（８）式は次のように表わさ
れる。
ここでｖｆ：ファラデー素子のペルデ定数ｔ、：ファラ
デー素子の長さ ｖ２：旋光子のベルデ定数 ｔ２：旋光子の長さ さらにファラデー素子および旋光子のベルデ定数も温度
特性を有しているので、その温度による変化分をそれぞ
れΔ■□、Δｖ２とおくと（８）式は次のように表わさ
れる。
ｖＨ６＝（（ｖ１＋△■１）ｔ１＋（ｖ２＋Δｖ２）ｔ
２）Ｈ（９）ここで（９）式を（力式に代入して変調度
ｍを求めると次式が得られる。
２）Ｈ（９）ここで（９）式を（力式に代入して変調度
ｍを求めると次式が得られる。
通常Ｚｎ５ｅ多結晶体、水晶等のベルデ定数の温度上昇
による変化分は第４図に代表例として示したＺｎ５ｅ多
結晶体のベルデ定数の温度特性のグラフから分るように
正である。すなわちΔｖ１．Δｖ２も正となる。一方、
旋光子である水晶の旋光能の温度上昇による変化分（温
度係数）は第５図の水晶の旋光能の温度特性グラフから
分るように正である。すなわちΔθも正となる。したが
って、旋光子に水晶を使用した場合、（１０）式より変
調度の温度による変化を見ると、温度が上昇するにつれ
て分子は増大し分母は減少するため、変調度の変化はフ
ァラデー素子固有のベルデ定数の温度変化以上に大きく
なってしまい、磁界センサとしての温度特性すなわち温
度変化に対する安定性が良好でないという欠点があった
。
による変化分は第４図に代表例として示したＺｎ５ｅ多
結晶体のベルデ定数の温度特性のグラフから分るように
正である。すなわちΔｖ１．Δｖ２も正となる。一方、
旋光子である水晶の旋光能の温度上昇による変化分（温
度係数）は第５図の水晶の旋光能の温度特性グラフから
分るように正である。すなわちΔθも正となる。したが
って、旋光子に水晶を使用した場合、（１０）式より変
調度の温度による変化を見ると、温度が上昇するにつれ
て分子は増大し分母は減少するため、変調度の変化はフ
ァラデー素子固有のベルデ定数の温度変化以上に大きく
なってしまい、磁界センサとしての温度特性すなわち温
度変化に対する安定性が良好でないという欠点があった
。
ｅう 発明の目的
本発明は上記従来の事情に鑑みなされたものであって、
旋光子を用いた構成でもって温度特性の向上した、すな
わち変調度の温度変化に対する安定性の良好な磁界セン
サを提供することを目的とする。
旋光子を用いた構成でもって温度特性の向上した、すな
わち変調度の温度変化に対する安定性の良好な磁界セン
サを提供することを目的とする。
に）発明の構成
本発明は偏光子、検光子および自然旋光能を有しないフ
ァジデー効果素子とともに自然旋光能を有する材質から
なる７′／４旋光子を使用した光学式磁界センサにおい
て、シ１旋光子としてビスマスシレネイト族の結晶を用
いたことを特徴とする。
ァジデー効果素子とともに自然旋光能を有する材質から
なる７′／４旋光子を使用した光学式磁界センサにおい
て、シ１旋光子としてビスマスシレネイト族の結晶を用
いたことを特徴とする。
（ホ）発明の作用
ビスマスシレネイト族の結晶では温度上昇にともなう旋
光能の変化率がマイナスのためΔθがマイナスとなる。
光能の変化率がマイナスのためΔθがマイナスとなる。
したがって００）式で表わされる変調度の分母が温度上
昇とともに増加し分子の温度上昇にともなう増加分を相
殺する形になり変調度の温度変化にともなう変化量が少
くなる。
昇とともに増加し分子の温度上昇にともなう増加分を相
殺する形になり変調度の温度変化にともなう変化量が少
くなる。
（ハ）発明の実施例
本発明による磁界センサの構成は第１図に示された７、
旋光子を有する従来の磁界センサと同様であるが、７．
旋光子７にＢＳＯすなわちＢｉ１□ＳｉＯ２０結晶を使
用している点のみ異なる。ビスマスシレネイト族に属す
るＢＳＯ結晶では第５図に実線で示すように旋光能の温
度係数すなわち温度上昇にともなう変化率がマイナスで
あるので旋光角の“／４からのずれ△θはマイナスとな
る。一方、ＢＳＯのベルデ定数の温度係数は第４図に示
されるようにプラスである。したがって００）式で表わ
される変調度を考えると、分母が温度上昇に伴ない増加
し、やはり温度上昇とともに増加する分子の増加分を相
殺する形となり変調度の温度変化が少なくなる。なおり
ＳＯ結晶のかわりにＢＴＯすなわちＢｉ１□ＴｉＯ２ｏ
単結晶またはＢＧＯすなわちＢ １１゜Ｃｒｅ○２ｏ
結晶を用いても同様な効果が得られる０ 以上水したように、また第５図のグラフから明らかなよ
うに水晶とＢＳＯ等ビスマスシレネイト族結晶の旋光能
の温度係数は正負逆の関係を有するので第６図に示すよ
うに旋光子に水晶とＢＳＯ結晶を下記９０式を満足する
ように組合せて使用することにより水晶とＢＳＯ結晶の
旋光能の温度係数−６，７％／１００℃〜＋２．４チ／
１００℃の範囲内で任意の温度係数をもった旋光子を作
ることができる。
旋光子を有する従来の磁界センサと同様であるが、７．
旋光子７にＢＳＯすなわちＢｉ１□ＳｉＯ２０結晶を使
用している点のみ異なる。ビスマスシレネイト族に属す
るＢＳＯ結晶では第５図に実線で示すように旋光能の温
度係数すなわち温度上昇にともなう変化率がマイナスで
あるので旋光角の“／４からのずれ△θはマイナスとな
る。一方、ＢＳＯのベルデ定数の温度係数は第４図に示
されるようにプラスである。したがって００）式で表わ
される変調度を考えると、分母が温度上昇に伴ない増加
し、やはり温度上昇とともに増加する分子の増加分を相
殺する形となり変調度の温度変化が少なくなる。なおり
ＳＯ結晶のかわりにＢＴＯすなわちＢｉ１□ＴｉＯ２ｏ
単結晶またはＢＧＯすなわちＢ １１゜Ｃｒｅ○２ｏ
結晶を用いても同様な効果が得られる０ 以上水したように、また第５図のグラフから明らかなよ
うに水晶とＢＳＯ等ビスマスシレネイト族結晶の旋光能
の温度係数は正負逆の関係を有するので第６図に示すよ
うに旋光子に水晶とＢＳＯ結晶を下記９０式を満足する
ように組合せて使用することにより水晶とＢＳＯ結晶の
旋光能の温度係数−６，７％／１００℃〜＋２．４チ／
１００℃の範囲内で任意の温度係数をもった旋光子を作
ることができる。
θＢｔ１＋θ。ｔ２＝“／４ ・・・・・・αＤこ
こでＯＢ ：ＢＳ○結晶の旋光能 ｚ１ ：Ｂｓｏ結晶の旋光子の長さ θ。：水晶の旋光能 ｔ２：水晶の旋光子の長さ なおりＳＯ結晶等ビスマスシレネイト族の結晶のベルデ
定数は水晶のベルデ定数に比べ１０倍以上大きいので、
旋光子にビスマスシレネイト族の結晶を使用することに
より水晶旋光子を用いたものに比ベセンサの感度が向上
するという利点も得られる。
こでＯＢ ：ＢＳ○結晶の旋光能 ｚ１ ：Ｂｓｏ結晶の旋光子の長さ θ。：水晶の旋光能 ｔ２：水晶の旋光子の長さ なおりＳＯ結晶等ビスマスシレネイト族の結晶のベルデ
定数は水晶のベルデ定数に比べ１０倍以上大きいので、
旋光子にビスマスシレネイト族の結晶を使用することに
より水晶旋光子を用いたものに比ベセンサの感度が向上
するという利点も得られる。
（１９発明の効果
本発明の磁界センサではシを旋光子にビスマスシレネイ
ト族の結晶を使用している゛ため旋光能の温度係数すな
わち温度上昇にともなう変化率がマイナスとなり旋光能
の７．からのずれΔθがマイナスとなるっしたがって（
１０）式で表わされる変調度の分母が温度上昇とともに
増加し、分子のベルデ定数の温度上昇にともなう増加分
を相殺し、変調度の温度変化にともなう変化量の少ない
磁界センサが提供される。
ト族の結晶を使用している゛ため旋光能の温度係数すな
わち温度上昇にともなう変化率がマイナスとなり旋光能
の７．からのずれΔθがマイナスとなるっしたがって（
１０）式で表わされる変調度の分母が温度上昇とともに
増加し、分子のベルデ定数の温度上昇にともなう増加分
を相殺し、変調度の温度変化にともなう変化量の少ない
磁界センサが提供される。
第１図は本発明の光学式磁界センサの構成概要図、ただ
し外観上従来の磁界センナと同様である。 第２図は光学式磁界センサの最も基本的な構成を示す概
要図。 第６図は磁界センサを透過する光の強さを示すグラフ。 第４図はＺｎ５ｅ多結晶体およびＢＳＯ結晶のペルデ定
数の温度による変化を示すグラフ。 第５図は水晶およびＢＳ○結晶の旋光能の温度による変
化を示すグラフっ 第６図は本発明の変形例であって、′／４旋光子がＢＳ
○旋光子と水晶旋光子との結合からなる光学式磁界セン
サの構成概要図。 ２・・・・・偏光子 ６・・・・・・ファラデー
素子４・・・・・・検光子 ７・・・・・“４旋
光子特許出願人 住友電気工業株式会社 （外５名） 第１図 第３図 −Ｈ′暮春ル強ざ慴
し外観上従来の磁界センナと同様である。 第２図は光学式磁界センサの最も基本的な構成を示す概
要図。 第６図は磁界センサを透過する光の強さを示すグラフ。 第４図はＺｎ５ｅ多結晶体およびＢＳＯ結晶のペルデ定
数の温度による変化を示すグラフ。 第５図は水晶およびＢＳ○結晶の旋光能の温度による変
化を示すグラフっ 第６図は本発明の変形例であって、′／４旋光子がＢＳ
○旋光子と水晶旋光子との結合からなる光学式磁界セン
サの構成概要図。 ２・・・・・偏光子 ６・・・・・・ファラデー
素子４・・・・・・検光子 ７・・・・・“４旋
光子特許出願人 住友電気工業株式会社 （外５名） 第１図 第３図 −Ｈ′暮春ル強ざ慴
Claims (2)
- （１）偏光子、検光子および自然旋光能を有しないファ
ラデー効果素子とともに自然旋光能を有する材質からな
るπ／４旋光子を使用した光学式磁界センサにおいて、
π／４旋光子としてビスマスシレネイト族の結晶を用い
たことを特徴とする磁界センサ。 - （２）前記ビスマスシレネイト族の結晶がＢｉ＿１＿２
ＳｉＯ＿１＿０、Ｂｉ＿１＿２ＧｅＯ＿２＿０または、
Ｂｉ＿１＿２ＴｉＯ＿２＿０からなることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60211558A JPS6270776A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60211558A JPS6270776A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6270776A true JPS6270776A (ja) | 1987-04-01 |
Family
ID=16607788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60211558A Pending JPS6270776A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6270776A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006022178A1 (ja) * | 2004-08-25 | 2008-05-08 | 東京電力株式会社 | 光電流センサにおける温度依存性誤差の低減方法および光電流センサ装置 |
| WO2010134327A1 (ja) * | 2009-05-21 | 2010-11-25 | アダマンド工業株式会社 | 電流測定装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58129372A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 磁界−光変換器 |
| JPS58139082A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-18 | Hitachi Ltd | 磁界測定装置 |
-
1985
- 1985-09-25 JP JP60211558A patent/JPS6270776A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58129372A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 磁界−光変換器 |
| JPS58139082A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-18 | Hitachi Ltd | 磁界測定装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006022178A1 (ja) * | 2004-08-25 | 2008-05-08 | 東京電力株式会社 | 光電流センサにおける温度依存性誤差の低減方法および光電流センサ装置 |
| JP4816456B2 (ja) * | 2004-08-25 | 2011-11-16 | 東京電力株式会社 | 光電流センサにおける温度依存性誤差の低減方法および光電流センサ装置 |
| WO2010134327A1 (ja) * | 2009-05-21 | 2010-11-25 | アダマンド工業株式会社 | 電流測定装置 |
| JP2010271292A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Adamant Kogyo Co Ltd | 電流測定装置 |
| US8957667B2 (en) | 2009-05-21 | 2015-02-17 | Adamant Kogyo Co., Ltd. | Electric current measuring apparatus |
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