JPS58139082A - 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】 本発明は、磁界測定装置、特に、光ファイノ｛と光の偏
波面の回転能を利用した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磁界測定装
置に関する。

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
る高覧圧巻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を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？３縁性が充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＊ｉｓ＋ｒａ
危険１使用′耐え７“・特　　　　　　１にｌＯ万ｖ．
５０万ｖｔ１Ｊｌ！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、光ファイノ｛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
ることは困鰺である。

１！に近、このような従来技術の難点を克服する磁界測
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−回転を利用した磁界測定装置が発表されている
《案用新案登録出願実願昭５５ー２１２０７号明細書》
。ｔｆｃｌこのような磁界測定装置を改良して感度とｆ
ｆ［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４
温度変化によりＩＩＩ定値も変動するという難点が解消
されていない。これは過電、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、温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。

本発明の目的は空間的に狭い部分の磁界を、安全かつ容
易に測定で色、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．本発明の他の目的は数百ガウス以下の
小さい磁界を正確に測定できる装置を実現することであ
る。

上記目的を達成するため、本発明の磁界測定装置は光源
部．ファラデ−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り、該磁性体は、該ファラデー
回転能を有する媒質として、一般式Ｒ，，．ＱＫ　（Ｆ
ｅｌｌ−ｙＭｙ）Ｏｓｓで表わされる組成（但し、Ｒは
Ｙ，Ｌｉ，Ｌｕ。

Ｃｍ，　ＳｍおよびＢｔからなる群より選択した少なく
とも一元素、ＱはＱｄ，　Ｅｕ，　Ｅｒ，　Ｔｍ。

Ｔｂ，Ｙｂ，Ｈｏ，Ｄｙからなる群より選択した少なく
とも一元素、ＭはＧａ，ｋｌ，Ｇｅ，Ｓ　ｔ。

８Ｃ，Ｍｎ，Ｉｎ，ＶおよびＣｒからなる群よシ選択し
た少なくとも一元承であり、真の値は０．１≦Ｘ≦１０
、ｙの櫃は０≦ｙ≦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
４膜を有するものであって、温度補償された特性を有す
る。

上記磁性ガーネット薄膜は、製造上の都合により、ガド
リニウム・ガリウム・ガーネットＧｄ、Ｇｌ、Ｏｌ、　
、ネオジウム・ガリウム・ガーネッ）　Ｎｄ１ＧＩＩＯ
□、又はサマリウム・ガリウム・ガーネツ）８ｍ、Ｇａ
、０□（以下簡明のためそれぞれＧＧＧ、ＮｄＧＧ、８
ｍＧＯと呼ぶ）等の常磁性体基板の両面又は片面に、磁
化方向が上記面に垂直となるように上記磁性ガーネット
薄膜を液相成長法又は気相法（ＣＶＤ法）によって形成
し、光の伝搬が上記磁化方向と一致するように光ファイ
バと結合させる。使用される光ファイバとしては単一モ
ードあるいは多モード光ファイバでもよく、又単−の光
ファイバでも光７アイμ束として構成してもよい。

前記磁界検出部の構成の第１の例として、光源部側の光
ファイバと計測部側の光ファイバとの間に、レンズ、偏
光子、前記磁性体、検光子およびレンズが順に配置され
てなるものを挙げることができる。

この場合、前記磁性体社前記常磁性体基板の偏光子側の
面および／もしくは検光子側の面に前記磁性ガーネット
薄膜を形成すればよい、また、前記偏光子と前記検光子
とが互に４５°に交差していると屯りとも良好な感度が
得られ、好ましいが、これに限定されない。

前記磁界検出部の構成の第２の例としては、光ファイバ
の端面にレンズ、偏光子、前記磁性ガーネット薄膜、常
磁性体基板および反射膜が順に配置されてなるものを挙
げることができる。

以上述べた構成の磁界検出部に用いる磁性ガーネット薄
膜は、前記一般式におけるＸの値が０．１≦Ｘ≦＆００
組゛成のものがよく、好ましくは真の値が０．１≦Ｘ≦
０．９の組成のものであり、さらに好ましくは真の値が
０．［≦Ｘ≦０．５の組成のものであり、Ｘの値が約０
．２の場合にもつとも良好な結果が得られる。翼の値が
上記の範囲外の場合は温度の変化による７アラデ一回転
角の変動が大きく好ましくない。真の値が約０．２の場
合には、温度が変化してもファラデー回転角はほとんど
変化せず、もつとも好ましい。

前記一般式におけるＱの典型的なものはＱｄである。ま
九、上記の場合の典型的な磁性ガーネツ）　博１ｋ１７
）組成とし”ｔ：　（Ｙａｓ　８”ｌＬＩ　ＬｕＬ４　
Ｃ”ａｓ　）Ｇ’ａｍ（ｐｅｔｔ４Ｑ＠、・）０１１を
挙げることができる。

前記磁性体は、少なくとも一端面に前記磁性ガーネット
薄膜を形成した複数個の常磁性体基板を、該磁性ガーネ
ット薄膜が互に平行になるように組合わせてもよい、゛ 前記した磁界検出部の第１もしくは第２の構成例の場合
には、前記磁性体として、少なくとも一端面に第１の磁
性ガーネット薄膜を形成した常磁性体基板ならびに少な
くとも一端面に第２の磁性ガーネット薄膜を形成した他
の常磁性体基板を、これら磁性ガーネット薄膜が互に平
行になるように組み合わせてな９、且つ該第１の磁性ガ
ーネット薄膜のファラデ回転能の温度特性と該第２の磁
性ガーネット薄膜のファラデ回転能の温度特性とが相殺
されるように繭記一般式におけるそれぞれのＸの値が選
択されてなるものを用いてもよい。

また、これに代るものとして、前記磁性体として、少な
くとも一端面に第一の磁性ガーネット薄膜を形成し、該
一端面に平行な他の端面に第２の磁性ガーネット薄膜を
形成した常磁性体基板であり、且つ＃＃４１の磁性ガー
ネット薄膜の７アツデ回転能の温度特性と該第２の磁性
ガーネット薄膜のファラデ回転能の温度特性とが相殺さ
れるように前記一般式におけるそれぞれのＸの値が選択
されてなるものを用いてもよい。これらの場合の第１お
よび第２の磁性ガーネット薄膜の組成は、前述のように
それぞれの７アラデ回転能の温＆特性が互に相殺される
ように前記一般式のＸの値を選択したものであれば゛よ
く、その組成の組合せは多数存在するが、亀２の磁性ガ
ーネット薄膜の組成のＸをＯとした場合には、第１の磁
性ガーネット薄膜としては前記一般式におけるＸの値が
０．３≦Ｘ≦＆０の組成のものを用いればよく、さらに
好ましく　ｉｔ　ｏ、　ｓ≦Ｘ≦１．５ノ組成のもので
Ｔｏ９、ｘの値が約０．７の場合にもつとも良好な結果
が得られる。

＃！１の磁性ガーネット薄膜のＸが上記の範囲外の場合
には、ｘ＝０の第２の磁性ガーネット薄膜とファラデー
回転能の温度特性の相殺が不十分となり、好ましくない
、真の値が約０．７の場合には上記相殺がほぼ完全に行
なわれ、もつとも好ましい。

このように、組成の異なる２種類の磁性ガーネット４膜
を用いる場合も、前記一般式におけるＱの典型的なもの
としてＱｄを挙げることができる。

また、この場合の第１の磁性ガーネット薄膜の典型的な
組成としてＹＩＩＪ　８　ｍ、、　Ｌ　ｕ＋、、４ｃ　
ａｕ）Ｇ’　ａｙ（Ｆ”４４Ｇ”ｕ）０□を挙げること
ができる。

以上は、前記磁界検出部の第１の構成例における磁性体
について述べたが、前記第２の構成例においても、同様
の思想に基づいて、７アフデ一回転能の互に相殺する複
数の磁性ガーネット薄膜を備えたものとしてもよい。

前記磁界検出部の構成の第３の例として、前記第１の構
成例における前記偏光子以後が２系統に分れてなり、且
つ互に異なる組成を有するそれぞれの磁性体のファラデ
回転角に関する定数をＶＣ９ｖｅ′、それぞれの磁性ガ
ーネット薄膜の厚さをと温度との関係を記憶した第１の
記憶装置を前記計測部に設けるとともに、それぞれの磁
性体を経由する光の伝送効率をに、に’、該磁界検出部
を経由しない光による出力をＰｉｌそれぞれの磁性出し
この測定値を該記憶装置に入れて鋏磁界検出部の温度を
決定し、その値を出力する温度決定装置、および該ｖ、
ｄ、の温度特性を記憶した第２の記憶装置を前記計測部
に設け、さらに咳温匿決定装置より出力される温度の値
を該第２の記憶装置に入力して温度により補正され九Ｖ
−ｄ−ａ　の値を算出する温度補正装置を前記計測部に
設けたものを挙げることができる。

上述のようなそれぞれの本発明の磁気測定装置において
、ｌ１５ｉＩ記一般式におけるｙの値は前述のよ　　　
　　　１うに０≦ｙ≦１．５とするのがよいが、さらに
好ましいｙの値は０．３≦ｙ≦１．０である。前記磁性
ガーネット薄膜における典戯的な組成におけるｙの値は
約０．６である。ｙの値が上記の範囲外の場合゛は飽和
磁束密度が所望外の値となり磁界測定範囲がごく小さい
（０〜ＳＯｅ　）か、大きすぎて精度が十分でない領域
であり、好ましくない。

さて、磁性ガーネット薄膜に直線偏光の光を垂直に入射
し、磁界を印加するとその直線偏光の方向が回転する。

この回転量は印加磁界の大きさ、薄膜の厚みによって決
定されるが、通常外部の温度によっても変化する。しか
しながら、磁性ガーネット薄膜を構成する組成を敞適に
設計すると、例えば前記一般式におけるＲをＹとし、こ
れを倒に置換（すなわちＱをＱｄとする）していけば、
はとんど温度変化のない磁性ガーネット薄膜を作製する
ことができる。ｔた、逆に例えば上記例のＱｄ置換量を
多くすると温度特性は置換前（すなわちｘ；０）と完全
に逆傾向になる。すなわち置換前では、みかけの直線偏
光の回転量は温度と共に大きくなるが、置換後ではある
温度範囲で直線偏光の回転量は温度と共に小さくなる。

このため置換前と後の薄膜を組合せる事によ多温度変化
のない磁界検出器を作製することができる。このように
、本発明はＲｉ（Ｆ’ｓ　Ｍ）ｓＯｔｍなる組成を有す
る磁性ガーネットにＧｄ　＠　Ｅ　ｕ　＊　Ｅ　’　＊
　Ｔ　”ｅ’ｌｔ　）ｌｏ、ＤＹおよび／またはｙｂを
添加することにより、ファラデー回転量の温度特性が着
るしく変化するという本発明者らの発見に基づいている
。

本発明によれば、磁界検出部が光ファイバの端部又は途
中に設けられ容積１極めて小さいので空間的に挟小部に
容易に挿入でき、又検出部から計量部までは光ファイ・
七で結合されるため、外部からの電圧・電流の影響を受
けず、従来測定困難とされていた高覧・圧器機の磁界測
定に有効な手段を提供するものである。又、使用される
媒質が小型かつ、高いファラデー回転効率をもつと共に
、以下の実施例の説明から明らかとなるように、磁化方
向が上記基板面に垂直なガーネット薄膜を形成すること
によって、比較的低い磁界においても正確に磁界を検出
することが実現できる。

以下図面を用いて実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。

実施例　１ 第１図は本発明による磁界測定装置の一実施例の構成図
を示すブロック図で、同図において磁界測定装置は計測
部Ａ１伝送部Ｂおよび磁界検出部Ｃからなる。本実施例
は特にファラデー回転をうけた透過光を利用するもので
、伝送部は単一の線路で構成される。計測部Ａは一般の
光計測システムと同様の構成で、光源９から出た光重は
し／ズ８によって光ファイバ１に最大の光が入射できる
ように調整される。上記レンズ８からの光はハーフはラ
ー５を介して一部は光ファイバ１に結合され検出部Ｃに
導波される。他の一部は受光器７に導かれ、出力電気信
号Ｐ、となる。一方、後述の如く、検出部Ｃからの光は
光ファイバ１で受光器６に導かれ、出力電気信号Ｐ、と
なる。

検出部Ｃは、光ファイレ（１の端面に収光レンズ１５、
偏光子２と後に詳□細にのべる磁性体３が密着されてい
る。さらに上記磁性体３の他端面には、偏光子２と４５
＠　　の角度を有する検光子４、収光レンズ１６が密着
されている。この構造において光は偏光子２を通る時、
偏光子の振動方向のみの直線偏光波のみに選択透過され
、磁性体３に入る。

検出部Ｃに磁界がないと、磁性体３を通る光は同じ偏光
状態で検光子４に入る。この検光子の振動方向は次のよ
うに決定される。

偏光子２と検光子４が角度０ラジアンで互いに向かい合
っているとする。また磁界を印加した時のファラデー回
転角をＦラジアンとすると、検光子４を通過する出力Ｐ
ｏυ！はｋを比例定数としてＰｏｕｙｘ　ｋａｏｓ”　
（ａ　　Ｆ　）　　　　　””（１）となる。微少な回
転角Ｆに対する変化量は中に８鋤（２−） となシθ；π／４の時出力変動が竣大である事がわかる
。０＝π／４の時出力は（１）式より１１′ とな９小さなＦの領域では と近似できＦとＰ　ｏａｔの直線性が保たれている事が
わかる。この事より偏光子２と検光子４０角度はｉすな
わち４５°交差をしている事がのぞましい。

磁性体３は第２図に示す如く、少なくとも１枚の磁性ガ
ーネット薄膜１７を具備している。第２図（ａ）は１枚
の磁性体の例であり、第２図か）は２枚の磁性体を組合
せた例でおる。１枚の磁性体は、厚みｈのＧＧＧ基板１
１の片面もしくは両端面に厚みｄの磁性ガーネット薄膜
１７をもっている。

ｄは通常１μｍ〜１００μｍとするが、ここでは５μｍ
〜２５７１ｍとし７（、ｄが上記範囲より小さいとファ
ラデー回転量が極めて低く、上記範囲よυ大きいと光の
透過率が低下していずれも好ましくない。上記基板１１
は結晶の（１１１）方向が端子函となっている。磁性ガ
ーネット薄膜１７は液相成長法（ＬＰＥ法）または気相
法（ＣＶＤ法）で形成される。この薄膜の磁化方向は光
の進行方向１３、すなわち端面に垂直な方向に向いてい
る。

磁性ガーネット薄膜の組成の例として （Ｙ、Ｓｍ）１（Ｆｅ、Ｇ’１）ｓｏｎ　　　ＹｓＦ”
５Ｏｕ（Ｂｉ、８ｍ）、（Ｆｅ、Ｇａ）、０．１　　（
Ｙ、ａｍ、Ｌｕ、ＣＪ）ａ（Ｆｌ、Ｇ’）ｍＯｔｍが挙
げられるがここでは特に （Ｙｅ８ｍｅＬｕ＊Ｃａ）ｓ（ｉ’ｅｓＧｅ）ｓｏｔｓ
　　　・−−−−−（ｓ）Ｋついて説明する（この組成
を以下、ｅと記す）。

他の組成についても同様の方法が取られる。測定に使用
した基板１１は厚みが０．３５−の（１１１＞方向ＧＧ
Ｇであシ偏光子２と検光子４は互に４５゜に配列した。

磁界を第２図に記号Ｈで示すようにミ磁性体３の面に垂
直方向すなわち光の進行方向に印加し走時、出力Ｐ鵞が
どのように変化するか調べた。第３図は上記磁性ガーネ
ット薄膜を用いた時の光の波長０．６３μのでの測定値
で、鉄ｐｅとゲルマニウムＱｅの置換量を変えて飽和磁
界を変化させた２橿のサンプルの測定値である。式（５
）に　　・示す組成構成で鉄Ｆ・とゲルマニウムＱｅの
置換　　・量を少し変化させる事により、ま＋ｓｎ量に
よる　　。

異方性エネルギーを変化させることによシストライプ磁
区の消減磁界Ｈ・及びストライプ磁区の太大きさを変化
させる事ができる。磁性ガーネットＩＩＩ膜においてス
トライプ磁区の大きさが２μｍのものを単に８と略し、
７μｍのものを６０と記号づける事にする。ｅの組成は （Ｙｅ＊８−ａ、５Ｌ”ｔＪＣ”＃Ｊ　）（Ｆｅａ４Ｇ
ｅｏａ）Ｏｎでｉａ・拳の組成は（Ｙｕ８ｍｓ、ｓ　Ｌ
”＊ｓＣａ＊ｊ）　（Ｆ”４ＪＧ”＊ｊ）　Ｏｓｓであ
る。図中カッコ内の数字は磁性ガーネット薄膜の厚みｄ
ｔ−（クロン単位で表わしている。得られた特性は直線
的に磁界の強さに比例して増加し、ある磁界の強さくＨ
・ガウスとする）より、＃１ぼ同じ傾きでゆつ〈シ増加
している。このＨ，は（）ｅの量で異なり、第３図の例
では１３０ガウス。

３４０ガウスである。

Ｈ・で出力の変化か生じるのは１）ＧＧＧ基板の単位磁
界当シの７アラデ一回転量が薄膜のそれに比べ小さい、
２）薄膜のストライプ磁区の消減磁界はＨ，であり、基
板ａ　ｏ　ａｔｓｍ磁界Ｈ３に比べ小さい事による。第
３図に示すように小さな磁界で大きな出力が得られてい
るのは薄膜の７アラデ一回転効果によるもので、Ｈ６以
上の所はＧＧＧ基板のファラデー回転効果によるもので
ある。この事よ、９０ＧＧ基板の上に磁性ガーネット薄
膜を有する磁性体３を検出部に用いると、小さな磁界で
ｔｉ特に磁性ガーネット薄膜によって大きな感度で測定
でき、しか龜、大きな磁界でも基板の回転効果によって
測定可能であるという大きな特長をもっている。

第３図は、式（５）の磁性ガーネット薄膜を室温で使用
した時の測定値であるが、外部温度が変化すると、この
カーブの傾きが変化する。これはストライプの磁区の消
減磁界Ｈ６が温度によって変化するためである。第３図
に示すように磁性ガーネット薄膜ｅの場合には１３０ガ
ウスであるが温度を変化させると第４図に示すように一
２０Ｃから１２０Ｃの間で約１４２ガウスから９９ガウ
スまで直線的に変化する。この変動量は＋１２％、−２
３％である。すなわち・・これだけの温度特性の変化が
磁界検出時に生ずることになる。変動が直線的であるか
ら、この傾きＦｉ３３％／１４０Ｃすなわち０．２３％
／Ｃとなる。

温度特性の改善には、ガドリニウムＱｄをドープ・する
のが有効であるが、ユーロピウムＢｕ、エルビウムＥｒ
、ツリウムＴｍ、テルビウムＴｂ、ホル建つムｌ（ｏ、
ディシブロジウムＤｙもしくはイッテルビウムｙｂでも
よく、また複合してドープしてもよい、これらの原子は
前記一般式における原子凡の一部を置換して入ることに
なる。

以下、Ｇｄを添加する場合について説明する。

例えば一般式（５）で示される組成において、Ｇｄを添
加し、（Ｙ、　８ｆｎ、　Ｌｕ、　ＣＩ　）１−ｘ　Ｇ
ｄｇ　（ｒｅ、　Ｇｌ　）１０１１なる一般式でＸ　ｘ
ｇ　Ｑ、　ｌとすると、第４図に示す直線の傾きを０．
１％／Ｃだけ軽減でき、温度特性が改善される。第５図
には一般式（５）で示される組成にＱｄを添加し、上記
Ｘがα２になった場合と０．３になった場合（すなわち
、 （ＹａｍＳ”ａｓＩＪＪｃｉｃ　ａ６ａ　）Ｇ’ａ＊（
Ｆ＠’４ｎＧ’ａｓ　）　Ｏｓｓおよび（Ｙ（ＬＩ　Ｓ
　’１１．ＩＬ　’ＬＩＣ”＠ｓ）　Ｇｄｇ　（Ｆ−４
ＣＡ、ａ　）Ｑ＊　）におけるストライプ磁区消減磁界
Ｈ０の室温よりの変動を温度の関数として示した。参考
のため前記磁性ガーネット・（すなわち、ｘ−０の場合
）について亀記入した。なお、ｘｍα２の場合の磁性ガ
ーネットをＧｄ、、ｘ■α３の場合の磁性ガーネットを
Ｇｄ鵞と呼ぶことにする。

第５図よシ、Ｇｄ、においてほぼ−２０Ｃ〜６０Ｃの範
囲で温度特性が一定であることを示し、Ｑｄ、において
は組成・の場合と逆の勾配を示していることが分る。

磁界検出器としてＧｄ１を用いると温度特性が改善でき
、第２図（１）の一枚の構成でよい、また磁性体ｅとＱ
ｄ、のような逆方向の変動をもつ素子を２枚組合せると
温度特性が改善でき、この場合は例えば第２図（ｂ）Ｋ
示す２枚構成のように複数とするのがよい。

ファラデー回転角Ｆラジアンは材質固有の定数ｖ０、磁
界の強さＨ１厚み２ｄ、（片面薄膜の時ｄ、）の積で表
わされる。すなわち Ｆ＝２　Ｖ、　ｄ、　Ｈ・−・・−・（６）第１図にも
どって光ファイバによって導かれた光はレンズ１５で平
行に放射され、偏光子２で直線偏光成分のみが堆出され
、印加磁界ＨＫよりて２Ｖ、ｄ、Ｈ（ラジアン）だけ回
転する。検光子４を１ 通った後には、その入射した光強度の（−＋２Ｖ、ｄ、
Ｈ）倍に減少しレンズ１６によって集光され再び光ファ
イバーを通って受光器６で取り出される。この出力は、
光ファイバの伝送損失、検出部Ｃでの結合損失、磁性体
３の伝送損失などによる効率劣化（ＩＱＯＫパーセント
の劣化とする）を考慮するとほぼＰ、＝ＫＰＩ　（−＋
２Ｖ、ｄ、Ｈ）となる。定数ＫＦｉ装置作製時に決定さ
れる量で既知である。これにより逆に磁界Ｈは Ｐ、　　　Ｉ Ｈ＝（−−−）／　２Ｖ、ｄヨ　　　　　・・・・・・
（７）ＫＰ、　　２ より求める事ができる。上記測定部ＡＫは式（７）に相
当する回路を入れ、Ｐ、とＰ、より自動的にＨを算出さ
せることが可能である。本実施例で得られた磁界測定装
置は温度変化に対して安定なものであり、且つ感度も良
好であった。

実施例　２ 第６図は本発明による磁界測定装置の他の実施例の構成
を示す説明図である。本実施例では透過を利用するかわ
りに、磁性体３の端面Ｋｔｉ使用する波長の光を最もよ
く反射する反射膜１８がコーティングされている。この
構造において、光は偏光子２で直線偏光成分が選択透過
され、磁性体３に入る。検出部Ｃに磁界がないと磁性体
３を通る光は同じ偏光状態で反射膜１Ｂで反射し再び偏
光子２に入る。この反射光の偏光方向は偏光子のそれと
同じであるので透過し光ファイバ１によって再び計測部
Ａに導かれ、ノ・−フｉラー５によって出射光１９とな
る。この出力は受光器６によって検出され電気信号Ｐ、
となる。磁界Ｈが印加されると（１）式の０＝０の場合
にそって出力Ｐ、ｕｆ動する。この場合磁性体３は第２
図に示す１枚又は２枚構成になっており少なくとも１つ
にはＱｄをドープして温度補償を行っていなければなら
ない。

その他は実施例１と同じとする。本実施例により得られ
た磁界測定装置も実施例１と同様な良好な結果が得られ
た。

実施例　３ 第７図（ａ）、　（ｂ）は本発明による磁界測定装置の
他の実施例の検出部Ｃの構成を示す説明図である。゛こ
の場合においては、温度補償を外部で行う構成！ある。

第７図（暑）と第７図中）の違いは光をハーフミラ−５
′で２つのビームに分けるか、光の光路に２つの磁性膜
を入れて、それぞれの光を受光するかの違いにあり、本
質的には園−の機能をみたす。ここでは第７図（１）の
場合について説明する。

収光レンズ１５よりの光をハーフミラ−５′で２つの平
行ビームに分ける。それぞれのビームは偏光子２、磁性
体３．３’、検光子４および収光レンズ１６，１６’を
通り、光ファイバ１．１′を介して計測部Ａに導びかれ
る。計測部Ａでは受光器６は２個必要である事はいうま
でもない。ここで磁性体３と３′は第５図のように傾向
のまりた〈異なるものが使用される。例えば磁性体ｅと
Ｑｄ、である。これは後に説明するが、高精度で温度も
測定しようとするからでおる。

先に説明したように光ファイバー及び１′からの出力Ｐ
、及びｐ、／はそれぞれ Ｐ、　−ＫＰｔ　　（−；＋２Ｖ、ｄ、Ｈ）　　天とな
る。ここで磁性体３と３′は異なる友め光ファイバ１′
に関するものＫＵ文字の横にダッシュのマークをつけで
ある０式（８）を変形すると式（９）が得られる。

式（９）における右辺は磁界に関係ない温度特性に関す
るものでＴｏシ例えば第５図のカーブＣとＱｄ。

の場合には第８図のようＫなる。これは、検出部を設計
する時点で、磁性体３．３′の選択で決定されるもので
計測部Ａで配憶装置を用いて記憶さ気 せてお＊またｖ、ｄ、　　そのもののｆｆｉ度特性も記
憶させておく。一方左辺は計測部Ａで測定されるもので
あり、この測定値を記憶装置に入れるとその時点の温度
が決定される。すなわち、この構成においては、まず温
度を求め、定数Ｖ、を補正し九後、式（７）より磁界を
求める方法を取り、温度と磁界が同時に測定出来るメリ
ットをもつ。その他は実施例１と同じである。本案節制
の磁界測定装置は良好な感度で且つ温度変化に対しても
安定しており、また温度を同時に測定できた。

実施例　４ 磁性ガーネット薄膜の飽和磁界Ｈ，は、実施例１でに第
３図に示すように１３０ガウスと３４０ガウスであった
が、異常磁界の測定においては６００ガウス程度のもの
が要求される。Ｈｏを大きくシ、さらに温度特性を改善
する目的で（Ｓ”ｏ、ｓ　Ｌ’＋、５Ｇｄｅｙｓ）　（
ＦＣｇ＊Ａ　４１ａ　）　Ｏ＊＊なる組成を選択した０
本磁性ガーネット薄膜は厚みが０．３５簡の＜１１１＞
方向のＧＧＧの上に約２５μｍ厚みに液相成長させたも
のでＨａ　１ｌｔ５８０ガウスである。実施例１と同様
にＨｏの室温よりの変動を温度の関数として測定した。

その結果を第５図に示した。■お、この場合のｉ性ガー
ネットをω。

と呼ぶことにする。第５図より、はぼ−２０Ｕ〜６０ｒ
で温度特性が０〜−３％に入ることがわかる。ここで参
考のためＱｄをドープしない場合における温度特性は、
−２０〜＋６００で±１０％であった。本磁性ガーネッ
トを実施例１と同じ磁束計に組込んだ所非常に良好な結
果を得た。

以上の実施例ＦｉａがＹ、８ｍ、ＬｕおよびＣＩｌ。

ＱがＧｄ、ＭがＧｅもしくはＡｔの場合であるが、Ｒが
上記元素を単独に含む場合、ＲがＬａもしくはＢｔの場
合、ＱがＥｕ、　Ｅｃ、’ｐｍ、　Ｔｂ。

ＨＯ，ＤＹもしくはｙｂの場合あるいＦｉＧｄとＥｕを
複合添加した場合、Ｍがａ、ａ、ｓ　ｉ、ｓｃ。

Ｍｆｌ、Ｉｎ、ＶもしくＦｉｃｒの場合、ＭがＱｅおよ
びＢｃの場合についても、上記の各実施例と同様の実験
を行なったところ、上記各実施例とほぼ同様の結果が得
られた。

以上のように、本発明の磁界測定装置においては、温度
による磁界測定値の変動を無視できるので、測定精度の
安定化に対して著るしい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における磁界測定装置の構成
ケ示す説明図、第２図体）および（ｂ）は本発明の実施
例の磁界測定装置において用いた磁性体の構造を示す説
明図、第３図は本発明の実施例の磁界測定装置で用いた
磁性体における磁界の強さとファラデー回転による出力
との関係を示すグラフ、第４図は本発明の実施例の磁界
測定装置で用いた磁性ガーネット薄膜の温度とストライ
プ磁区消減磁界Ｈ０との関係を示すグラフ、第５図は本
発明の実施例の磁界測定装置で用いた磁性ガーネット薄
膜の温度とＨｏの室温よりの変動量との関係を示すグラ
フ、第６図は本発明の他の実施例における磁界測定装置
の構成を示す説明図、第７図（ａ）および（ｂ）は本発
明のさらに他の実施例における磁界測定装置の構成を示
す説明図、第８図は本発明の実施例における磁界測定装
置の磁性体のＶｓ　ｄ、　／　Ｖ、′ｄ’と温度との関
係を示すグラフである。 １．１′・・・光ファイバ、２・・・偏光子、３．３’
・・・磁ｎ体、４・・・検光子、５．５’・・・ハーフ
ミラ−１・・・レンズ、１７．１７’・・・磁性ガーネ
ット薄膜、ｖｌ　　ｊ　　目 ￥５２　　　図 （久ン （ｂ） 一一一一−−−−−−−−−−−←−Ｈ第　３　　図 ｅ ｏ　　　　　　　　　ｔｏｏ　　　　　　　　ｚｏｏ　
　　　　　　３ｏ。 Ｊｆｉ　界　／１５敷だ　（ｉパクス２″！Ｆ３４　　
図 Ａ１（°Ｃ） ｆＪ　　Ｓ　邑 １壓（°Ｃ２ ＪｆＪ乙　　図 一一◆Ｈ ＶＪ　７　諷　（す ！ｆＪ７　　　　図　　（ら２ ′ｖ：１　８　　日 ｏ、ｇ　　　ｏ、ｑ　　　ｔ、ｏ　　　ｔ、ｔ　　　ｔ
、ｚ」γｊめ Ｖｅ’ｄ都 第１頁の続き ０発　明　者　良妻−之 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 ０発　明　者　杉田・喧 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 、）。

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骸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磁界測定装置におい
   て、該磁性体が、該ファラデー回転能を有する媒質とし
   て、一般式Ｒ１−視、伊のドアＭｙ）Ｏｓｓで表わされ
   る組成（但し、ＲはＹ、Ｌｍ、Ｌｕ、ＣＩ、８ｍおよび
   Ｂ１からなる群よシ選択した少なくとも一元素、ＱＦｉ
   Ｇｄ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ、Ｙｂ。 １（ｏ、　Ｄｙからなる群より選択した少なくとも一元
   素、ＭはＧＭ、Ａｔ、Ｇｅ、８ｉ、８Ｃ。 Ｍｎ、Ｉｎ、Ｖ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０．１≦Ｘ≦ａＯとし、
   ｙの値は０≦ｙ≦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
   膜を有することを特徴とする温度補償された磁界測定装
   置。 ２　上記磁性体はガドリニウム・ガリウム・ガーネット
   、ネオジウム・ガリウム・ガーネット、もしくはサマリ
   ウム・ガリウム・ガーネットからなる常磁性体基板の少
   々くとも一端面に上記磁性ガーネット薄膜をその磁化方
   向が骸端面に垂直となるように形成してなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の磁界測定装置。 λ　前記磁界検出部は、光源部側の光ファイバと計測部
   側の光ファイバとの間に、レンズ、偏光子、前記磁性体
   、検光子およびレンズが順に配置されてなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項もしくは第２墳記載の磁界
   測定装置。 屯　前起磁性体は前記常磁性体基板の偏光子側の面およ
   び／もしくは検光子側の面に前記磁性ガーネット薄膜を
   形成してなることを特徴とする特ｌＦＦ話求の範囲第３
   項記載の磁界測定装置。 ５、前記偏光子と前記検光子とが互に４５°に交差して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項吃しくに第
   ４項記載の磁界測定装置。 ６、前記磁界検出部は、光ファイバの端面にレンズ、偏
   光子、前記磁性ガーネット薄膜、常磁性体基板および反
   射層が順に配置されてなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項もしくは第２項記載の磁界測定装置。 ７、前記一般式におけるＸの値が０．１≦Ｘ≦０．９で
   ある仁とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項
   のいずれかの項に記載の磁界測定装置。 ＆　前記一般式におけるＸの値が０．１≦Ｘ≦０．５で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項
   のいずれかの項に記載の磁界測定装置。 ９、前記一般式におけるＸの値が約０．２であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
   の項に記載の磁界測定装置。 １０、前記一般式におけ＆ＱがＱｄであることを特徴と
   する特許請求の範囲第り項乃至第９項のいずれかの墳に
   記載の磁界測定装置。 １１、前記一般式におけるＲがＹ、８ｍ、ＬｕおよびＣ
   ａ、ＭがＧｅ、Ｙの値が０．６乃至０．９であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の磁界測定装置
   。 １ｚ前記磁性体は、少なくとも一端面に前記磁性ガーネ
   ット薄膜を形成した複数個の前記常磁性体基板を、咳磁
   性ガーネット薄膜が互に平行になるように組合わせてな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１１項
   のいずれかの項に記載の磁界測定装置。 １３−前記磁性体は、少なくとも一端面に第１の磁性ガ
   ーネット薄膜を形成した常磁性体基板ならびに少なくと
   も一端面に第２の磁性ガーネット薄膜を形成し庭池の常
   磁性体基板を、これら磁性ガーネット薄膜が互に平行に
   なるように組み合わせてなり、且つ該第１の磁性ガーネ
   ット薄膜のファラデ回転能の温度特性と該第２の磁性ガ
   ーネット薄−のファラデ回転能の温度特性と、８□。６
   ．うＫ１ｌＨｅ−エよおゆ、□イ　　　゛れのＸの値が
   選択されてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第６項のいずれかの項に記載の磁界測定装置。 １４、前記ａ性体は、少なくとも一端面に第一の磁性ガ
   ーネット薄膜を形成し、該一端面に平行な他の端面に第
   ２の磁性ガーネット薄膜を形成した常磁性体基板であり
   、且つ該第１の磁性ガーネット薄膜のファラデ回転能の
   温度特性と該第２の磁性ガーネット薄膜のファラデ回転
   能の温度特性とが相殺されるように前記一般式における
   それぞれのＸの値が選択されてなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかの項に記載の
   磁界測定装置。 １５、前記第１の磁性ガーネット薄膜は前記一般式にお
   ける真の値が０．３≦Ｘ≦ａ、Ｏであり、前記第２の磁
   性ガーネット薄膜は前記一般式におけるＸの値が約０で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１３項もしくは
   第１４項記載の磁界測定装置。 １６、前記第１の磁性ガーネット薄膜は前記一般式にお
   ける真の値が０．５≦Ｘ≦１．５であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１５項記載の磁界測定装置。 １７、前記第１の磁性ガーネット薄膜は前記一般式にお
   けるＸの値が約α７であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１５項記載の磁界測定装置。 ｌ＆前記一般式におけるＱがＱｄであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１３項乃至第１７項記載の磁界測定
   装置。 １９、前記一般式におけるＲがＹ、Ｓｍ、ＬｕおよびＣ
   ａ、ＭがＧ・、ｙの値が約α６乃至０．９であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１８項記載の磁界測定装置
   。 ２０、前記磁界検出部は、前記偏光子以後が２系統に分
   れてなり、“且つ互に異なる組成を有するそれぞれの磁
   性体のファラデ回転角に関する定数をＶｅｇＶ＊’％そ
   れぞれの磁性ガーネット薄される値と温度との関係を記
   憶し次第１の記憶装置を前記計測部に設けるとともに、
   それぞれの磁性体を経由する光の伝送効率をに、に’、
   該磁界検出部を経由しない光による出方をＰｌ、。 それぞれの磁性体を経由する光による出力を記憶装置に
   入れて該磁界検出部の温度を決定しその値を出力する温
   度決定装置、および該ｖ、ｄ、の温度特性を記憶し丸部
   ２の記憶装置を前記計測部に設け、さらに該温度決定装
   置より出力される温度の値を該第２の記憶装置に入力し
   て温度により補正され九Ｖ＠　’−ｓの値を算出する温
   度補正装置を前記計測部に設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかの項に記載の磁
   界測定装置。 ２１、前記一般式におけるｙの櫃が０．３≦ｙ≦１．０
   であることを特徴とする請求 乃至第１０項．第１２項乃至第１８項、および第２０項
   のいずれかの項に記載の磁界測定装置。 ２２前記一般式におけるｙの値が０．６であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２１項記載の磁界測定装置。