JPH1144743A - Magnetic field sensor - Google Patents
Magnetic field sensorInfo
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- JPH1144743A JPH1144743A JP19966797A JP19966797A JPH1144743A JP H1144743 A JPH1144743 A JP H1144743A JP 19966797 A JP19966797 A JP 19966797A JP 19966797 A JP19966797 A JP 19966797A JP H1144743 A JPH1144743 A JP H1144743A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバの導電
被覆に電流を流し、この光ファイバに加わっている磁場
を、当該光ファイバに作用するローレンツ力による光フ
ァイバ内レーザ光伝搬路長の変化から検出する磁場セン
サに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling the length of a laser light propagation path in an optical fiber by applying a current to a conductive coating of the optical fiber and applying a magnetic field applied to the optical fiber to the Lorentz force acting on the optical fiber. The present invention relates to a magnetic field sensor for detecting from a magnetic field.
【０００２】[0002]
【従来の技術】磁場（磁束密度）Ｂ内で導体に電流ｉを
流したとき、この導体の単位長にはローレンツ力ｆ＝ｉ
×Ｂが働く。従って、図６に示すように、導電被覆（メ
タルバンド、メタルコート等）１０を有する光ファイバ
１２を磁場Ｂ内におき、導電被覆に電流ｉを流せば、こ
の光ファイバにはローレンツ力ｆが働き、その結果光フ
ァイバ１２内におけるレーザ光の伝搬路長が変化する。
ＬＦＦＯ(Lorentz ForceFiber Optic)センサは、この伝
搬路長変化を例えばレーザ光の位相から検出することに
より、電流ｉ又は磁場Ｂを検出するセンサであり、電流
ｉが既知であるときには磁場Ｂを、逆に磁場Ｂが既知で
あるときには電流ｉを、検出することができる。また、
その導電被覆１０に電流ｉを流されている光ファイバ１
２が磁場Ｂ内におかれているときに、磁性体がこの光フ
ァイバ１２の近傍を通過すると、磁場Ｂが擾乱されるた
めローレンツ力ｆが変化する。従って、ＬＦＦＯセンサ
を用いることで、磁性体の存在、接近乃至通過を検出す
ることもできる。例えば特開昭６４−３５２８４号公報
では、導電被覆を有する光ファイバ（アクティブアー
ム）と有していない光ファイバ（リファレンスアーム）
とを併置し、アクティブアームを伝搬するレーザ光がリ
ファレンスアームを伝搬するレーザ光に対して有してい
る位相差を検出することにより、アクティブアーム近傍
における磁性体の通過を検出する、という方法が述べら
れている。2. Description of the Related Art When a current i is passed through a conductor in a magnetic field (magnetic flux density) B, the unit length of the conductor is Lorentz force f = i
× B works. Therefore, as shown in FIG. 6, if an optical fiber 12 having a conductive coating (metal band, metal coat, etc.) 10 is placed in a magnetic field B and a current i is passed through the conductive coating, the Lorentz force f is applied to this optical fiber. As a result, the propagation path length of the laser light in the optical fiber 12 changes.
The LFFO (Lorentz Force Fiber Optic) sensor is a sensor that detects the current i or the magnetic field B by detecting this change in the propagation path length from, for example, the phase of the laser light. When the current i is known, the magnetic field B is inverted. When the magnetic field B is already known, the current i can be detected. Also,
The optical fiber 1 having a current i flowing through the conductive coating 10
When the magnetic material passes through the vicinity of the optical fiber 12 while the magnetic field B is in the magnetic field B, the magnetic field B is disturbed, so that the Lorentz force f changes. Therefore, by using the LFFO sensor, the presence, approach or passage of a magnetic substance can be detected. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-35284 discloses an optical fiber having a conductive coating (active arm) and an optical fiber having no conductive coating (reference arm).
And by detecting the phase difference that the laser light propagating through the active arm has with respect to the laser light propagating through the reference arm, to detect the passage of a magnetic substance near the active arm. Has been stated.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載されているように地磁気の擾乱を利用する方法では、
感度が不足するため、例えば道路を通行する車両や駐車
場に入場する車両の検出には用い得ない。また、地磁気
は単一方向を向く一様な磁場ではなく不均一な磁場であ
るから、地磁気の擾乱を利用して磁場Ｂを検出するとき
には光ファイバの三次元的な運動を考慮に入れねばなら
ないが、上記公報では、地磁気の不均一さの影響は無視
されている。更に、検出すべき磁性体（例えば車両）と
は異なる磁性体（例えば橋や道路中の鉄板等鉄で形成さ
れた構造物）が光ファイバの近傍に存するときには、前
者の磁性体による地磁気の擾乱が後者の磁性体により吸
収されてしまうから、前者の磁性体の存在を検出するの
は難しい。However, as described in the above-mentioned publication, the method utilizing geomagnetic disturbance is as follows.
Due to lack of sensitivity, it cannot be used, for example, to detect vehicles traveling on a road or entering a parking lot. In addition, since the geomagnetism is not a uniform magnetic field directed in a single direction but a non-uniform magnetic field, the three-dimensional motion of the optical fiber must be taken into account when detecting the magnetic field B using the disturbance of the geomagnetism. However, in the above publication, the influence of geomagnetic nonuniformity is ignored. Further, when a magnetic material (for example, a structure made of iron such as an iron plate in a bridge or a road) different from the magnetic material to be detected (for example, a vehicle) is present in the vicinity of the optical fiber, geomagnetic disturbance by the former magnetic material is caused. Is absorbed by the latter magnetic material, so it is difficult to detect the presence of the former magnetic material.
【０００４】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、光ファイバの近傍
に磁性体が存するときと存していないときとで光ファイ
バに加わる磁場Ｂの大きさが顕著に変わることとなるよ
う、光ファイバ周辺の磁場Ｂの分布を調整することによ
り、磁場センサとしての感度の向上を達成することを第
１の目的とする。本発明は、更に、第１の目的の達成を
通じ、車両等を検出できる磁場センサを実現し、磁場Ｂ
の不均一さを考慮する必要をなくし、周辺の磁性体構造
物から影響を無視できるようにし、更には低消費電力で
高分解能の磁場センサを実現することを、第２の目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and it is an object of the present invention to provide a magnetic field B applied to an optical fiber when a magnetic material exists in the vicinity of the optical fiber and when it does not. A first object is to achieve an improvement in sensitivity as a magnetic field sensor by adjusting the distribution of the magnetic field B around the optical fiber so that the size changes significantly. The present invention further realizes a magnetic field sensor capable of detecting a vehicle or the like through the achievement of the first object, and realizes a magnetic field B
It is a second object of the present invention to eliminate the need to consider the non-uniformity of the magnetic field, to make it possible to ignore the influence from the surrounding magnetic material structure, and to realize a high-resolution magnetic field sensor with low power consumption.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明の第１の構成に係る磁場センサは、導電
被覆を有する光ファイバと、この光ファイバに磁場Ｂが
加わったときその磁場Ｂと相互作用し上記光ファイバに
ローレンツ力ｆを及ぼす所定の電流ｉを、上記導電被覆
に流す手段と、上記光ファイバ内におけるレーザ光の伝
搬状況から上記光ファイバの変形を検出し、その結果に
基づき上記磁場Ｂ又はその乱れを検出する手段と、地磁
気又は人工磁場を少なくとも地磁気より磁束密度が高く
なるようその近傍で収束させる強磁性部材とを備え、こ
の強磁性部材によって収束させた磁場Ｂが上記光ファイ
バに加わるよう、上記光ファイバ及び強磁性部材を配置
したことを備えることを特徴とする。この構成において
は、強磁性部材によって地磁気又は人工磁場が収束され
るため、光ファイバの近傍に車両等の磁性体が存するこ
とによる地磁気又は人工磁場の擾乱も、収束・増幅され
る。従って、従来のＬＦＦＯセンサに比べ感度が高く、
車両等の検出に実用できる磁場センサが得られる。更
に、強磁性部材の近傍では局所的に磁場Ｂの方向が定ま
っており通常の地磁気のような不均一さはないから、検
出に際して磁場Ｂの不均一さを考慮する必要は少ない。
また、磁場Ｂを収束させているから、検出しようとして
いる磁性体以外の磁性体構造物が近傍に存しているとき
でも、その影響を受けにくい。加えて、磁場Ｂを収束さ
せているため光ファイバに強いローレンツ力ｆが働くか
ら、従来に比べ光ファイバ及びその導電被覆を短くする
ことができ、かつ、従来に比べ弱電流・低電力で動作さ
せることができる。In order to achieve the above object, a magnetic field sensor according to a first configuration of the present invention comprises an optical fiber having a conductive coating and an optical fiber having a magnetic field B applied to the optical fiber. A means for flowing a predetermined current i, which interacts with the magnetic field B and exerts a Lorentz force f on the optical fiber, through the conductive coating, and detects the deformation of the optical fiber from the propagation state of the laser light in the optical fiber, Means for detecting the magnetic field B or its disturbance based on the result, and a ferromagnetic member for converging the geomagnetism or artificial magnetic field at least in the vicinity thereof so that the magnetic flux density becomes higher than the geomagnetism, and the magnetic field converged by the ferromagnetic member The optical fiber and the ferromagnetic member are arranged so that B is added to the optical fiber. In this configuration, the terrestrial magnetism or the artificial magnetic field is converged by the ferromagnetic member, so that the disturbance of the terrestrial magnetism or the artificial magnetic field due to the presence of a magnetic body such as a vehicle near the optical fiber is also converged and amplified. Therefore, the sensitivity is higher than the conventional LFFO sensor,
A magnetic field sensor that can be practically used for detecting a vehicle or the like is obtained. Further, the direction of the magnetic field B is locally determined in the vicinity of the ferromagnetic member, and there is no non-uniformity as in ordinary geomagnetism. Therefore, it is not necessary to consider the non-uniformity of the magnetic field B during detection.
Further, since the magnetic field B is converged, even when a magnetic material structure other than the magnetic material to be detected is present in the vicinity, it is hardly affected by the magnetic material structure. In addition, since the magnetic field B is converged, a strong Lorentz force f acts on the optical fiber, so that the optical fiber and its conductive coating can be shortened as compared with the conventional one, and operate with a lower current and lower power than the conventional one. Can be done.
【０００６】また、本発明の第２の構成に係る磁場セン
サは、導電被覆を有する光ファイバと、この光ファイバ
に磁場Ｂが加わったときその磁場Ｂと相互作用し上記光
ファイバにローレンツ力ｆを及ぼす所定の電流ｉを、上
記導電被覆に流す手段と、上記光ファイバ内におけるレ
ーザ光の伝搬状況から上記光ファイバの変形を検出し、
その結果に基づき上記磁場Ｂ又はその乱れを検出する手
段と、地磁気に比べ磁束密度が高い磁場Ｂを発生させる
磁石とを備え、この磁石によって発生させた上記光ファ
イバに加わるよう、上記光ファイバ及び磁石を配置した
ことを特徴とする。この構成においては、磁石によって
地磁気よりも強い磁場Ｂが生成されるため、近傍に車両
等の磁性体が存するときにはその磁性体により磁場Ｂが
引きずられ、磁場Ｂの向きが大きく変化し、その大きさ
も変化する。従って、従来のＬＦＦＯセンサに比べ感度
が高く、車両等の検出に実用できる磁場センサが得られ
る。更に、磁石による磁場Ｂには地磁気のような不均一
さはないから、検出に際して磁場Ｂの不均一さを考慮す
る必要はない。また、磁場Ｂが強いため、検出しようと
している磁性体以外の磁性体構造物が近傍に存している
ときでも、その影響を受けにくい。加えて、強い磁場Ｂ
を発生させているから、光ファイバに作用するローレン
ツ力ｆが強くなり、従って、従来に比べ光ファイバ及び
その導電被覆を短くすることができ、かつ、従来に比べ
弱電流・低電力で動作させることができる。Further, the magnetic field sensor according to the second configuration of the present invention comprises an optical fiber having a conductive coating and, when a magnetic field B is applied to the optical fiber, interacts with the magnetic field B to apply a Lorentz force f to the optical fiber. Means for flowing a predetermined current i through the conductive coating, and detecting the deformation of the optical fiber from the propagation state of the laser light in the optical fiber,
A means for detecting the magnetic field B or its disturbance based on the result, and a magnet for generating a magnetic field B having a higher magnetic flux density than terrestrial magnetism, so that the optical fiber and the optical fiber are added to the optical fiber generated by the magnet. It is characterized in that a magnet is arranged. In this configuration, since a magnetic field B stronger than the terrestrial magnetism is generated by the magnet, when a magnetic substance such as a vehicle is present in the vicinity, the magnetic field B is dragged by the magnetic substance, and the direction of the magnetic field B changes greatly. It also changes. Therefore, a magnetic field sensor having higher sensitivity than the conventional LFFO sensor and practical for detecting a vehicle or the like can be obtained. Further, since the magnetic field B generated by the magnet does not have non-uniformity such as geomagnetism, it is not necessary to consider the non-uniformity of the magnetic field B upon detection. Further, since the magnetic field B is strong, even when a magnetic material structure other than the magnetic material to be detected exists in the vicinity, it is hardly affected by the magnetic material structure. In addition, a strong magnetic field B
Is generated, the Lorentz force f acting on the optical fiber is increased, so that the optical fiber and its conductive coating can be shortened as compared with the conventional one, and the optical fiber can be operated with lower current and lower power than the conventional one. be able to.
【０００７】そして、本発明の第３の構成に係る磁場セ
ンサは、導電被覆を有する光ファイバと、この光ファイ
バに磁場Ｂが加わったときその磁場Ｂと相互作用し上記
光ファイバにローレンツ力ｆを及ぼす所定の電流ｉを、
上記導電被覆に流す手段と、上記光ファイバ内における
レーザ光の伝搬状況から上記光ファイバの変形を検出
し、その結果に基づき上記磁場Ｂ又はその乱れを検出す
る手段と、それぞれ磁場を発生させる複数の磁石とを備
え、これら複数の磁石によって発生させた磁場が上記光
ファイバを中心としたカスプ磁場を形成するよう、上記
複数の磁石をその同極同士を対向させて配置しかつこの
対向する極の間に上記光ファイバを配置したことを特徴
とする。この構成においては、同極同士が対向する複数
の磁石によって光ファイバの回りにカスプ磁場、即ちそ
の中心では０で中心からずれていくにしたがい強くなる
磁場が形成されるため、近傍に存する車両等の磁性体に
よって磁場が引きずられると光ファイバに加わる磁場Ｂ
の強さが大きく変化する。従って、従来のＬＦＦＯセン
サに比べ感度が高く、車両等の検出に実用できる磁場セ
ンサが得られる。更に、光ファイバがカスプ磁場に閉じ
こめられているため、検出に際して磁場Ｂの不均一さを
考慮する必要はなく、かつ検出しようとしている磁性体
以外の磁性体構造物が近傍に存しているときでもその影
響を受けにくい。加えて、磁石にて強い磁場を発生させ
ることができるから、光ファイバに作用するローレンツ
力ｆを強くすることができ、従って、従来に比べ光ファ
イバ及びその導電被覆を短くできかつ従来に比べ弱電流
・低電力で動作させることができる。ただし、本構成で
は、必ずしも、磁石にて強い磁場を発生させずともよ
い。A magnetic field sensor according to a third aspect of the present invention is an optical fiber having a conductive coating and, when a magnetic field B is applied to the optical fiber, interacts with the magnetic field B to apply a Lorentz force f to the optical fiber. Given current i
Means for flowing the conductive coating, means for detecting the deformation of the optical fiber from the propagation state of the laser light in the optical fiber, means for detecting the magnetic field B or its disturbance based on the result, The magnets are arranged such that the same poles thereof are opposed to each other so that the magnetic field generated by the plurality of magnets forms a cusp magnetic field centered on the optical fiber. Characterized in that the optical fiber is disposed between them. In this configuration, a plurality of magnets having the same poles opposing each other form a cusp magnetic field around the optical fiber, that is, a magnetic field at the center of the cusp magnetic field, which is zero and becomes stronger as the center deviates from the center. Magnetic field B applied to the optical fiber when the magnetic field is dragged by the magnetic material
Greatly changes in strength. Therefore, a magnetic field sensor having higher sensitivity than the conventional LFFO sensor and practical for detecting a vehicle or the like can be obtained. Furthermore, since the optical fiber is confined to the cusp magnetic field, it is not necessary to consider the non-uniformity of the magnetic field B during detection, and when a magnetic substance structure other than the magnetic substance to be detected exists in the vicinity. But it is not easily affected. In addition, since a strong magnetic field can be generated by the magnet, the Lorentz force f acting on the optical fiber can be increased, so that the optical fiber and its conductive coating can be shorter than before and weaker than before. It can be operated with current and low power. However, in this configuration, it is not always necessary to generate a strong magnetic field with the magnet.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００９】図１に、ＬＦＦＯセンサの一例構成を示
す。この図に示すセンサでは、導電被覆たるメタルバン
ド１４がその一部表面に設けられた光ファイバ１６が用
いられている。光ファイバ１６の一端には発光部（例え
ばレーザダイオード）１８が、他端には受光部（例えば
フォトディテクタ）２０が、それぞれ設けられている。
また、光ファイバ１６は、メタルバンド１４の両端にお
いてクランプされている。クランプ部材２２は、メタル
バンド１４に電流ｉを供給するための電極としても用い
られている。FIG. 1 shows an example of the configuration of an LFFO sensor. In the sensor shown in this figure, an optical fiber 16 having a metal band 14 serving as a conductive coating provided on a part of its surface is used. A light emitting unit (eg, a laser diode) 18 is provided at one end of the optical fiber 16, and a light receiving unit (eg, a photodetector) 20 is provided at the other end.
The optical fiber 16 is clamped at both ends of the metal band 14. The clamp member 22 is also used as an electrode for supplying a current i to the metal band 14.
【００１０】クランプ部材２２を介しメタルバンド１４
に電流ｉを供給する電源としては、発振部２４が設けら
れている。発振部２４は所定の周波数にて発振し、その
結果得られる放流電流ｉをスイッチ２６やクランプ部材
２２を介しメタルバンド１４に流している。スイッチ２
６は、発振部２４からメタルバンド１４への電流ｉの供
給タイミングを規定するために、スイッチング制御部２
８により制御されている。すなわち、メタルバンド１４
に供給される電流ｉは、スイッチ２６のスイッチングに
よりパルス変調を受けた電流となっている。[0010] The metal band 14 via the clamp member 22
The oscillator 24 is provided as a power supply for supplying the current i to the power supply. The oscillating unit 24 oscillates at a predetermined frequency, and the resulting discharge current i flows through the metal band 14 via the switch 26 and the clamp member 22. Switch 2
6 is a switching control unit 2 for regulating the supply timing of the current i from the oscillation unit 24 to the metal band 14.
8. That is, the metal band 14
Is a current that has been subjected to pulse modulation by the switching of the switch 26.
【００１１】このような電流ｉがメタルバンド１４に流
れると、光ファイバ１６に加わっている磁場Ｂとこの電
流ｉとにより生ずる交流のローレンツ力ｆが、メタルバ
ンド１４形成部分に作用する。このローレンツ力ｆによ
って光ファイバ１６が曲げられると、その分だけ、光フ
ァイバ１６内でのレーザ光の伝搬路長が変化する。受光
部２０に接続されている位相検波器３０は、この伝搬路
上の変化を位相として検出すべく、発振部２４にて生成
されている電流ｉと同じ周波数にて受光部２０の出力を
位相検波する。これによって、位相すなわち磁場Ｂを表
す値が得られることになる。When such a current i flows through the metal band 14, a magnetic field B applied to the optical fiber 16 and an AC Lorentz force f generated by the current i act on a portion where the metal band 14 is formed. When the optical fiber 16 is bent by the Lorentz force f, the propagation path length of the laser light in the optical fiber 16 changes accordingly. The phase detector 30 connected to the light receiving unit 20 detects the output of the light receiving unit 20 at the same frequency as the current i generated by the oscillation unit 24 in order to detect the change on the propagation path as a phase. I do. As a result, a value representing the phase, that is, the magnetic field B is obtained.
【００１２】このような構成を有するＬＦＦＯセンサの
利点の一つは、原理が比較的単純であることと相俟って
その構造が比較的簡単であることである。更に、図１に
示されるようなメタルバンド被覆構造は光ファイバ１６
の各所に多数設けることができ、そのようにした場合に
は磁場Ｂが光ファイバ１６に沿ってどのように空間的に
分布しているのかに関する情報を、的確に得ることがで
きる。図１に示されているスイッチング制御部２８は、
光ファイバ１６に多数のメタルバンド被覆構造を設けた
ときに、各メタルバンド被覆構造を時分割で動作させる
手段として、利用することができる。更に、受光部２０
の出力を位相検波器３０において電流ｉの周波数にて位
相検波しているため、周囲の雑振動からの影響を排除で
き、従って外部からの擾乱に強い計測を実現できる。One of the advantages of the LFFO sensor having such a configuration is that its structure is relatively simple in combination with its relatively simple principle. Further, the metal band coating structure as shown in FIG.
In such a case, information about how the magnetic field B is spatially distributed along the optical fiber 16 can be obtained accurately. The switching control unit 28 shown in FIG.
When a large number of metal band covering structures are provided on the optical fiber 16, the metal band covering structures can be used as means for operating each metal band covering structure in a time-division manner. Further, the light receiving unit 20
Is detected by the phase detector 30 at the frequency of the current i, so that the influence from the surrounding vibration can be eliminated, and therefore, a measurement that is resistant to external disturbances can be realized.
【００１３】このようなＬＦＦＯセンサの用途の一つと
しては、例えば、高速道路における車両交通の検出があ
る。すなわち、車両の走行方向に沿うよう道路中に光フ
ァイバ１６を埋設しておき、この光ファイバ１６に例え
ば３ｍ程度の間隔でメタルバンド被覆構造を設けておく
ことにより、車両が今どの位置を走行しているのかを知
ることができ、またその道路における交通量を計測する
こともできる。また、この種のＬＦＦＯセンサは、高速
道路のみならず駐車場等にも設けることができる。すな
わち、駐車場内の誘導路に沿って光ファイバ１６を埋設
しておきメタルバンド被覆構造を適当な間隔で設けるよ
うにすれば、駐車場内のどの位置を車両が走行している
のかを知ることができる。One application of such an LFFO sensor is, for example, detection of vehicle traffic on a highway. That is, the optical fiber 16 is buried in the road along the traveling direction of the vehicle, and a metal band covering structure is provided in the optical fiber 16 at an interval of, for example, about 3 m. It is possible to know whether the traffic is going on the road, and to measure the traffic volume on the road. Further, this type of LFFO sensor can be provided not only on a highway but also in a parking lot or the like. That is, if the optical fiber 16 is buried along the guideway in the parking lot and the metal band covering structure is provided at an appropriate interval, it is possible to know which position in the parking lot the vehicle is traveling. it can.
【００１４】本発明の特徴とするところは、図１に示す
メタルバンド１４に付随する部材として、軟鉄片等の強
磁性部材や、あるいは小磁石を設け、これによってＬＦ
ＦＯセンサの感度を高めたこと等にある。言い換えれ
ば、光ファイバ１６近傍の磁場に外的な調整を施すこと
によって、車両等によりもたらされる磁場の変動分を大
きくし、感度を高めたことにある。例えば、図２（ａ）
及び（ｂ）に示される第１実施形態では、光ファイバ１
６のメタルバンド１４被覆部位近傍に軟鉄片３２が配置
されている。軟鉄片３２は、地磁気（又は図示しない磁
石等にて生成された人工磁場）を収束させるべくその一
部にテーパが付与された形状を有しており、このテーパ
部位が光ファイバ１６側に向くよう配置されている。従
って、この実施形態では、光ファイバ１６の近傍を車両
等の磁性質量が通過すると、この通過に伴う地磁気（又
は人工磁場）の変化が例えば１０ガウスから１００ガウ
スへと軟鉄片３２によって増幅されることになるため、
通常の地磁気がそのままメタルバンド１４に加わる構造
すなわち０．５ガウスから１ガウスへの変化を検出する
構造に比べ、ローレンツ力ｆが大きくなる。すなわち、
磁場変化分が大きいため、車両が通過したことをより的
確に（高感度で）検出することができる。また、磁場自
体が大きいため、消費電力を抑制できる。これらの効果
は、図２（ｃ）に示すように軟鉄片３２をその間に光フ
ァイバ１６を挟んで対向配置させたときにも得られる。A feature of the present invention is that a ferromagnetic member such as a soft iron piece or a small magnet is provided as a member accompanying the metal band 14 shown in FIG.
This is because the sensitivity of the FO sensor has been increased. In other words, by externally adjusting the magnetic field in the vicinity of the optical fiber 16, the variation of the magnetic field caused by the vehicle or the like is increased, and the sensitivity is increased. For example, FIG.
In the first embodiment shown in FIGS.
A soft iron piece 32 is disposed in the vicinity of the portion covered with the metal band 14 of No. 6. The soft iron piece 32 has a shape in which a part thereof is tapered to converge geomagnetism (or an artificial magnetic field generated by a magnet (not shown) or the like), and the tapered portion faces the optical fiber 16 side. It is arranged as follows. Therefore, in this embodiment, when a magnetic mass of a vehicle or the like passes near the optical fiber 16, a change in geomagnetism (or artificial magnetic field) accompanying the passage is amplified by the soft iron piece 32 from, for example, 10 gauss to 100 gauss. Because
The Lorentz force f is larger than that of a structure in which ordinary geomagnetism is directly applied to the metal band 14, that is, a structure that detects a change from 0.5 Gauss to 1 Gauss. That is,
Since the amount of change in the magnetic field is large, the passage of the vehicle can be detected more accurately (with high sensitivity). Further, since the magnetic field itself is large, power consumption can be suppressed. These effects can also be obtained when the soft iron pieces 32 are opposed to each other with the optical fiber 16 interposed therebetween as shown in FIG.
【００１５】図３に示す第２実施形態では、軟鉄片３２
に代えて小磁石３４が設けられている。小磁石３４はそ
れ自身地磁気に比べ強い磁場を発生させる。車両等の磁
性質量が光ファイバ１６の近傍を通過すると、この通過
によって小磁石３４からの磁力線が引きずられ、メタル
バンド１４に作用する磁場の向きが変化する。これに伴
い、メタルバンド１４に作用する磁場Ｂの大きさひいて
はローレンツ力ｆの大きさが変化する。従って、この実
施形態でも、地磁気がそのままメタルバンド１４に磁場
Ｂとして作用する構造に比べ、高い感度が得られる。In the second embodiment shown in FIG.
, A small magnet 34 is provided. The small magnet 34 itself generates a strong magnetic field as compared to the geomagnetism. When a magnetic mass of a vehicle or the like passes near the optical fiber 16, the magnetic field lines from the small magnets 34 are dragged by this passage, and the direction of the magnetic field acting on the metal band 14 changes. Accordingly, the magnitude of the magnetic field B acting on the metal band 14 and the magnitude of the Lorentz force f change. Therefore, also in this embodiment, higher sensitivity can be obtained as compared with a structure in which geomagnetism acts on the metal band 14 as the magnetic field B as it is.
【００１６】図４に示す第３実施形態では、光ファイバ
１６のメタルバンド１４形成部位を挟むよう、一対の小
磁石３４が配置されている。更に、この小磁石３４は、
同じ極同士（図ではＮ極同士）が向かいあうよう配置さ
れている。従って、一対の小磁石３４にて形成される磁
場は、いわゆるカスプ磁場となる。これら一対の小磁石
３４は、生成されるカスプ磁場の中心に光ファイバ１６
が位置することとなるよう、その位置が設定されてい
る。In the third embodiment shown in FIG. 4, a pair of small magnets 34 are arranged so as to sandwich a portion of the optical fiber 16 where the metal band 14 is formed. Furthermore, this small magnet 34
The same poles (N poles in the figure) are arranged so as to face each other. Therefore, the magnetic field formed by the pair of small magnets 34 is a so-called cusp magnetic field. The pair of small magnets 34 is provided at the center of the generated cusp magnetic field.
Is set so that is located.
【００１７】従って、この実施形態では、光ファイバ１
６の近傍を車両等の磁性質量が通過し、これによってカ
スプ磁場に乱れが生ずると、図５に示すように光ファイ
バ１６に作用する磁場の大きさが０からある有限の値例
えば１００ガウスといった値に急峻に増加する。このよ
うに、一対の小磁石３４を同極同士が対向するよう光フ
ァイバ１６を挟んで配置することにより、周囲の構造物
からの磁気的な影響を第１及び第２実施形態に比べても
より確実に排除することができるため、第１及び第２実
施形態に比べても感度の高いＬＦＦＯセンサが得られ
る。Therefore, in this embodiment, the optical fiber 1
When a magnetic mass of a vehicle or the like passes through the vicinity of 6 and the cusp magnetic field is disturbed by this, as shown in FIG. 5, the magnitude of the magnetic field acting on the optical fiber 16 is 0 to a finite value such as 100 gauss. Value increases sharply. By arranging the pair of small magnets 34 so that the same poles face each other with the optical fiber 16 interposed therebetween, magnetic influences from surrounding structures can be compared with those in the first and second embodiments. Since elimination can be performed more reliably, an LFFO sensor having higher sensitivity than in the first and second embodiments can be obtained.
【００１８】なお、以上の説明では、軟鉄片３２や小磁
石３４と光ファイバ１６の間隔については言及していな
かったが、これは、所望の効果が得られるよう実験的に
定めればよい。また、軟鉄片３２や小磁石３４の個数に
ついては、（同極同士対向させる第３実施形態を除き）
格別に限定を施す必要はない。更に、上述した各実施形
態では軟鉄片３２や小磁石３４を設けることによって感
度を高めると共に周辺の構造物からの影響を低減してい
るが、これに、更に他種の構造的工夫を付加してもよ
い。例えば、前掲の特開昭６４−３５２８４号公報に記
載されているようにアクティブアームとリファレンスア
ームとを設けたときには、リファレンスアームに移相器
を設けこれによって道路等の振動の影響を補償する構造
を、併せて用いても構わない。また、この移相器に代え
又はこれと共にリファレンスアームにもアクティブアー
ムと同様の形態でメタルバンドを設けておき、アクティ
ブアームのメタルバンドにのみ電流を流しリファレンス
アームのメタルバンドには電流を流さないようにすれ
ば、リファレンスアームとアクティブアームの質量が同
一になるため道路の振動の影響をアクティブアームの出
力とリファレンスアームの出力の比較によって補償する
ことができる。In the above description, the interval between the soft iron piece 32 or the small magnet 34 and the optical fiber 16 is not mentioned, but this may be determined experimentally so as to obtain a desired effect. The number of the soft iron pieces 32 and the small magnets 34 (except for the third embodiment in which the same poles face each other)
There is no need to apply any special restrictions. Further, in each of the embodiments described above, the sensitivity is increased by providing the soft iron pieces 32 and the small magnets 34, and the influence from the surrounding structures is reduced. However, other types of structural measures are added to this. You may. For example, when an active arm and a reference arm are provided as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-35284, a phase shifter is provided in the reference arm, thereby compensating for the influence of vibration of a road or the like. May be used together. Also, a metal band is provided in the same manner as the active arm on the reference arm instead of or along with this phase shifter, and current flows only through the metal band of the active arm and does not flow through the metal band of the reference arm. With this configuration, the mass of the reference arm and the active arm becomes the same, so that the influence of road vibration can be compensated by comparing the output of the active arm and the output of the reference arm.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の構
成によれば、地磁気又は人工磁場をその近傍で収束させ
る強磁性部材を設け、この強磁性部材によって収束させ
た磁場Ｂが光ファイバに加わるよう光ファイバ及び強磁
性部材を配置するようにしたため、光ファイバの近傍に
車両等の磁性体が存することによる地磁気又は人工磁場
の擾乱を収束させ増幅することができ、高い感度ひいて
は実用性を得ることができる。更に、磁場Ｂの不均一さ
を考慮する必要が少なく、目的とする磁性体以外の磁性
体構造物の影響を受けにくく、その長さの短縮と弱電流
・低電力化を実現できる。As described above, according to the first configuration of the present invention, a ferromagnetic member for converging a terrestrial magnetism or an artificial magnetic field in the vicinity thereof is provided, and the magnetic field B converged by this ferromagnetic member is light. Since the optical fiber and the ferromagnetic member are arranged so as to be added to the fiber, the disturbance of terrestrial magnetism or artificial magnetic field due to the presence of a magnetic material such as a vehicle near the optical fiber can be converged and amplified, and high sensitivity and practical use can be achieved. Sex can be obtained. Furthermore, there is little need to consider the non-uniformity of the magnetic field B, and the magnetic field B is hardly affected by a magnetic material structure other than the target magnetic material, so that the length can be reduced and the current and power consumption can be reduced.
【００２０】また、本発明の第２の構成によれば、磁石
によって発生させた磁場が光ファイバに加わるよう光フ
ァイバ及び磁石を配置するようにしたため、光ファイバ
の近傍に車両等の磁性体が存すると磁場Ｂの向きが大き
く変化し、高い感度ひいては実用性を得ることができ
る。更に、磁場Ｂの不均一さを考慮する必要がなく、目
的とする磁性体以外の磁性体構造物の影響を受けにく
く、その長さの短縮と弱電流・低電力化を実現できる。According to the second configuration of the present invention, since the optical fiber and the magnet are arranged so that the magnetic field generated by the magnet is applied to the optical fiber, a magnetic body such as a vehicle is provided near the optical fiber. If present, the direction of the magnetic field B changes greatly, and high sensitivity and practicality can be obtained. Furthermore, there is no need to consider the non-uniformity of the magnetic field B, and the magnetic field B is not easily affected by magnetic structures other than the target magnetic material, so that the length can be reduced and the current and power consumption can be reduced.
【００２１】そして、本発明の第３の構成によれば、複
数の磁石によって発生させた磁場が光ファイバを中心と
したカスプ磁場を形成するよう、複数の磁石をその同極
同士を対向させて配置しかつこの対向する極の間に光フ
ァイバを配置するようにしたため、近傍に存する車両等
の磁性体によって磁場が引きずられると光ファイバに加
わる磁場Ｂの強さが大きく変化するから、感度が高くひ
いては実用性を得ることができる。更に、検出に際して
磁場Ｂの不均一さを考慮する必要はなく、目的とする磁
性体以外の磁性体構造物が近傍に存しているときでもそ
の影響を受けにくく、その長さの短縮と弱電流・低電力
化を実現できる。According to the third configuration of the present invention, the plurality of magnets are arranged so that the same poles thereof face each other so that the magnetic field generated by the plurality of magnets forms a cusp magnetic field centered on the optical fiber. Since the optical fiber is arranged between the opposing poles, the strength of the magnetic field B applied to the optical fiber changes greatly when the magnetic field is dragged by a magnetic substance such as a vehicle existing in the vicinity. Higher practicality can be obtained. Further, it is not necessary to consider the non-uniformity of the magnetic field B at the time of detection. Even when a magnetic material structure other than the target magnetic material is present in the vicinity, it is hardly affected by the magnetic material structure. Current and low power can be realized.
【図１】 本発明を適応可能なＬＦＦＯセンサの一例構
成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example configuration of an LFFO sensor to which the present invention can be applied.
【図２】 本発明の第１実施形態に係るＬＦＦＯセンサ
特に軟鉄片の配置及び作用を示す図であり、（ａ）は正
面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は変形例の正面図であ
る。FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an arrangement and an operation of an LFFO sensor according to a first embodiment of the present invention, in particular, a soft iron piece, wherein FIG. 2A is a front view, FIG. 2B is a perspective view, and FIG. FIG.
【図３】 本発明の第２実施形態に係るＬＦＦＯセンサ
特に小磁石の配置及び作用を示す図であり、（ａ）は正
面図、（ｂ）は斜視図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams showing an arrangement and an operation of an LFFO sensor according to a second embodiment of the present invention, particularly, a small magnet, wherein FIG. 3A is a front view and FIG.
【図４】 本発明の第３実施形態に係るＬＦＦＯセンサ
特に小磁石の配置及び作用を示す図であり、（ａ）は正
面図、（ｂ）は斜視図である。4A and 4B are diagrams showing an arrangement and an operation of an LFFO sensor according to a third embodiment of the present invention, particularly, a small magnet, wherein FIG. 4A is a front view and FIG.
【図５】 第３実施形態におけるカスプ磁場の作用を示
す図、特に磁場Ｂの変化によるカスプ磁場中心位置ｙの
変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an operation of a cusp magnetic field according to a third embodiment, in particular, a diagram illustrating a change in a cusp magnetic field center position y due to a change in a magnetic field B.
【図６】 ＬＦＦＯセンサの原理を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the principle of an LFFO sensor.
１４ メタルバンド、１６ 光ファイバ、１８ 発光
部、２０ 受光部、２４発振部、２６ スイッチ、２８
スイッチング制御部、３０ 位相検波器、３２ 軟鉄
片、３４ 小磁石。14 metal band, 16 optical fiber, 18 light emitting section, 20 light receiving section, 24 oscillation section, 26 switch, 28
Switching controller, 30 phase detector, 32 soft iron pieces, 34 small magnets.
Claims (3)
ファイバに磁場が加わったときその磁場と相互作用し上
記光ファイバにローレンツ力を及ぼす所定の電流を、上
記導電被覆に流す手段と、上記光ファイバ内におけるレ
ーザ光の伝搬状況から上記光ファイバの変形を検出し、
その結果に基づき上記磁場又はその乱れを検出する手段
と、を備える磁場センサにおいて、 地磁気又は人工磁場を少なくとも地磁気より磁束密度が
高くなるようその近傍で収束させる強磁性部材を備え、
この強磁性部材によって収束させた磁場が上記光ファイ
バに加わるよう、上記光ファイバ及び強磁性部材を配置
したことを備えることを特徴とする磁場センサ。1. An optical fiber having a conductive coating, means for flowing a predetermined current that interacts with the magnetic field when a magnetic field is applied to the optical fiber to exert a Lorentz force on the optical fiber, through the conductive coating, Detecting the deformation of the optical fiber from the propagation state of the laser light in the optical fiber,
A means for detecting the magnetic field or its disturbance based on the result, comprising: a ferromagnetic member that converges the geomagnetism or artificial magnetic field in the vicinity so that the magnetic flux density is higher than at least the geomagnetism,
A magnetic field sensor comprising: disposing the optical fiber and the ferromagnetic member so that a magnetic field converged by the ferromagnetic member is applied to the optical fiber.
ファイバに磁場が加わったときその磁場と相互作用し上
記光ファイバにローレンツ力を及ぼす所定の電流を、上
記導電被覆に流す手段と、上記光ファイバ内におけるレ
ーザ光の伝搬状況から上記光ファイバの変形を検出し、
その結果に基づき上記磁場又はその乱れを検出する手段
と、を備える磁場センサにおいて、 地磁気に比べ磁束密度が高い磁場を発生させる磁石を備
え、この磁石によって発生させた上記光ファイバに加わ
るよう、上記光ファイバ及び磁石を配置したことを特徴
とする磁場センサ。2. An optical fiber having a conductive coating, means for flowing a predetermined electric current, which interacts with the magnetic field when a magnetic field is applied to the optical fiber to exert a Lorentz force on the optical fiber, through the conductive coating; Detecting the deformation of the optical fiber from the propagation state of the laser light in the optical fiber,
A means for detecting the magnetic field or its disturbance based on the result, comprising: a magnet for generating a magnetic field having a higher magnetic flux density than terrestrial magnetism, so as to be added to the optical fiber generated by the magnet. A magnetic field sensor comprising an optical fiber and a magnet.
ファイバに磁場が加わったときその磁場と相互作用し上
記光ファイバにローレンツ力を及ぼす所定の電流を、上
記導電被覆に流す手段と、上記光ファイバ内におけるレ
ーザ光の伝搬状況から上記光ファイバの変形を検出し、
その結果に基づき上記磁場又はその乱れを検出する手段
と、を備える磁場センサにおいて、 それぞれ磁場を発生させる複数の磁石を備え、これら複
数の磁石によって発生させた磁場が上記光ファイバを中
心としたカスプ磁場を形成するよう、上記複数の磁石を
その同極同士を対向させて配置しかつこの対向する極の
間に上記光ファイバを配置したことを特徴とする磁場セ
ンサ。3. An optical fiber having a conductive coating, means for flowing a predetermined current that interacts with the magnetic field when a magnetic field is applied to the optical fiber to exert a Lorentz force on the optical fiber, through the conductive coating, Detecting the deformation of the optical fiber from the propagation state of the laser light in the optical fiber,
A magnetic field sensor comprising: a plurality of magnets for respectively generating a magnetic field; and the magnetic field generated by the plurality of magnets is a cusp around the optical fiber. A magnetic field sensor, wherein the plurality of magnets are arranged with their same poles facing each other to form a magnetic field, and the optical fiber is placed between the facing poles.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19966797A JPH1144743A (en) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | Magnetic field sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19966797A JPH1144743A (en) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | Magnetic field sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1144743A true JPH1144743A (en) | 1999-02-16 |
Family
ID=16411630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19966797A Pending JPH1144743A (en) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | Magnetic field sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1144743A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015080706A1 (en) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Halliburton Energy Services, Inc. | Fiber optic magnetic field sensing system based on lorentz force method for downhole applications |
-
1997
- 1997-07-25 JP JP19966797A patent/JPH1144743A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015080706A1 (en) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Halliburton Energy Services, Inc. | Fiber optic magnetic field sensing system based on lorentz force method for downhole applications |
| US9952346B2 (en) | 2013-11-26 | 2018-04-24 | Halliburton Energy Services, Inc. | Fiber optic magnetic field sensing system based on lorentz force method for downhole applications |
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