(57)【要約】【課題】微小電子機械（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）電流検出装置を提供する。【解決手段】微小電子機械（ＭＥＭＳ）電流検出装置は、キャリア部（３０６）と、キャリア部（３０６）上に設けられ、光路（４０２、４０３）および光路（４０２、４０３）内の磁気感受性要素（４０１）を含む光学部（３０１）と、キャリア部（３０６）上に設けられ、光路（４０２）の第１の端部と動作状態で連通する光源（３０２ａ）と、キャリア部（３０６）上に設けられ、光路（４０３）の第２の端部と動作状態で連通する光検出器（３０２ｂ）とを含む。【選択図】図４
2009229459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア部（３０６）と、
前記キャリア部（３０６）上に設けられ、光路（４０２、４０３）および前記光路（４０２、４０３）内の磁気感受性要素（４０１）を含む、光学部（３０１）と、
前記キャリア部（３０６）上に設けられ、前記光路（４０２）の第１の端部と動作状態で連通する、光源（３０２ａ）と、
前記キャリア部（３０６）上に設けられ、前記光路（４０３）の第２の端部と動作状態で連通する、光検出器（３０２ｂ）と、
を含む、微小電子機械（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）電流検出装置。
【請求項２】
前記磁気感受性要素（４０１）は、フェリ磁性ブロック、強磁性ブロック、磁気感受性結晶または偏光維持光ファイバである、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記光源（３０２ａ）は、スーパールミネセントダイオード、発光ダイオードまたはレーザダイオードである、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記光検出器（３０２ｂ）と動作状態で通信する信号処理部（３０３）
をさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記信号処理部（３０３）は、前記光源（３０２ａ）と動作状態で通信する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記信号処理部（３０３）は、前記磁気感受性要素（４０１）に比較的密接して流れる電流の量を測定するように構成される、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記信号処理部（３０３）は、前記磁気感受性要素に比較的密接して流れる電流の量を測定するように構成される、請求項４記載の装置。
【請求項８】
前記信号処理部と動作状態で通信する通信部（３０４）をさらに含む、請求項１１記載の装置。
【請求項９】
前記通信部（３０４）は、前記信号処理部によって測定した電流測定結果を送信するように構成される、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記通信部、前記信号処理部、前記光源および前記光検出器をＥＭＩからアイソレートするように構成された電磁アイソレーション（ＥＭＩ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）バリア（３０５）をさらに含む、請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に電流検出に関し、より詳しくは微小電子機械（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、サージ電流および／またはインパルス電流の記録のための磁場検出装置は、ループアンテナ、すなわちロゴスキー（Ｒｏｇｏｗｓｋｉ）コイル（または磁気カード）を使用した半導体ベースのシステムに限定される。ループアンテナは、磁場の変化を検出し、それは、電圧の変化になり、アンテナ上の端子の電圧が記録される。しかし、アンテナおよび磁気カードは、電磁干渉（ＥＭＩ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を極めて受けやすいという制限がある。また、ロゴスキーコイルは、電流測定および磁場測定のための帯域幅に関する制限を受ける。
【０００３】
さらに、これらのデバイスは、航空機、塔、または塔状の構造物における雷検出を含む用途の際、組み込むのが困難である。たとえば、風車は、塔状の外観および構造を有し、規則的な間隔で上方に伸びる回転翼を含む。また、たとえば、航空機は、翼（エーロフォイル）を有し、それは、規則的な間隔で主要構造物（機体胴体）の外部に延在する。さらに、風車は、接地されることがあり、雷およびＥＭＩの両方の影響を受けやすい。アンテナとしてのロゴスキーコイルおよび磁気カードは、ＥＭＩに関与する用途に制限があり、風車への用途におけるそれらの有用性は、減少される恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５５２１６０３号公報
【特許文献２】米国特許第５９７７７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微小電子機械（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）電流検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
微小電子機械電流検出装置は、キャリア部と、キャリア部上に設けられ、光路および光路内の磁気感受性要素を含む光学部と、キャリア部上に設けられ、光路の第１の端部と動作状態で連通した光源と、キャリア部上に設けられ、光路の第２の端部と動作状態で連通した光検出器とを含む。
【０００７】
これらおよび他の本発明の目的、利点および特徴は、添付図面と併せて記載された本発明の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。
【０００８】
これらおよび他の本発明の特徴、態様および利点は、同様な参照数字が図面全体にわたって同様な要素を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による例示的な光電流センサ装置を示す図である。
【図２】例示的な実施形態による例示的な光電流センサ装置を示す図である。
【図３】例示的な実施形態によるＭＥＭＳ電流検出装置の断面図である。
【図４】例示的な実施形態によるＭＥＭＳ電流検出装置の俯瞰図である。
【図５】例示的な実施形態によるＭＥＭＳ電流検出装置の例示的な風車への用途を示す図である。
【図６】例示的な実施形態によるＭＥＭＳ電流検出装置の例示的な航空機への用途を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な例示的な実施形態が本明細書に開示される。しかし、ここに開示される具体的な機能の細部は、例示的な実施形態を説明する目的で単に表示するものである。しかし、例示的な実施形態は、多くの代替形態で実施することができ、本明細書に述べられる実施形態だけに限定されると解釈すべきでない。
【００１１】
したがって、例示的な実施形態は様々な変更および代替形態が可能であり、その実施形態が図面に例として示され、本明細書に詳細に述べられる。しかし、例示的な実施形態を、開示される特定の形態に限定する意向はなく、それとは反対に、例示的な実施形態は、例示的な実施形態の範囲内に含まれるすべての変更形態、均等物および代替形態をカバーすることになることを理解すべきである。
【００１２】
用語「第１の」、「第２の」などは、本明細書では様々な形態またはモデルを述べるために使用されることがあるが、これらの形態またはモデルは、これらの用語によって限定すべきでないことを理解されたい。これらの用語は、１つの形態またはモデルを他と区別するためだけに使用される。たとえば、本開示の範囲から逸脱せずに、第１の形態は、第２の形態と称することができ、同様に、第２のモデルは、第１のモデルと称することができる。用語「および／または」および「／」の記号は、本明細書で使用されるとき、関連する記載された項目の１つまたは複数の任意のすべての組合せを含む。
【００１３】
単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、本明細書で使用されるとき、文脈で他に特に明確に示されていない限り、複数形も含むと意図される。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、操作、要素および／または構成要素の存在を規定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素および／またはそれらの群の存在または追加を排除するものでないことをさらに理解されたい。したがって、ここで使用される用語は、特定の実施形態だけを述べる目的のためのものであり、例示的な実施形態の限定を意図するものではない。
【００１４】
以下に、本開示の例示的な実施形態が詳しく述べられる。例示的な実施形態によれば、ＭＥＭＳ構造で統合化された電流検出デバイスが開示される。ＭＥＭＳデバイスの電流検出原理は、光学結晶または他の光学媒体（たとえば、光ファイバ）中のファラデー効果に基づく。少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、ＭＥＭＳ電流検出デバイス／装置は、エネルギー源、光源、磁気感受性材料、光検出器、信号処理／記憶ユニットおよび／または通信ユニットを含むことができるが、これらの構成要素のいくつかは、任意の特定の実装形態によっては、省略することができ、または別々に統合化することができる。比較的小さなデバイスを伝導体の近傍に配置して伝導体中の電流によって誘起された磁場を測定することによって、雷および／またはＡＣパルス状電流事象を記録することができる。データは、事象の後（または実質的に事象と同時に）、電流検出デバイスから遠隔にあるシステム制御ユニットに送信するために、記憶することができる。デバイスは、ＭＥＭＳ構造上に追加の機構、たとえば加速度計、歪み測定センサおよび／または温度測定デバイスを備えることができる。いくつかの範囲の磁場を測定するために、センサの光学部が多重化される。
【００１５】
電流検出デバイスの１つの用途は、雷電流および／またはサージ電流の検出とすることができる。雷電流測定システムは、広い周波数スペクトル、すなわち広い測定範囲が必要なことがあり、電磁干渉（ＥＭＩ）からアイソレーションされる、または耐ＥＭＩ性であることが必要な場合がある。光ファイバ電流センサ（ＦＯＣＳ：ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｅｎｓｏｒ）は、これらの仕様を満たすことができる。ＦＯＣＳは、材料の光学的特性が磁場または材料自体の磁化の影響を受ける磁気光学効果に依存する。ＦＯＣＳは、ＥＭＩに関してロバスト性である、というのは、電流によって発生された磁場は、微小寸法のデバイス中で光信号に変換することができるからである。したがって、電気信号ノイズが、データ収集ユニットに送信されない。ＦＯＣＳの他の利点は、重量軽減に加えて、落雷または大電流事象によって引き起こされる予期せぬサージから生じる過電流によって、センサが損傷を受ける恐れがないということである。適用された光材料に依存して、ファラデー効果に基づく様々な構成が本明細書に開示されるように実現することができる。
【００１６】
図１に示すように、例示の光電流検出装置１００が示してある。装置１００は、第１の偏光板１０１および第２の偏光板１０２を含む。第１の偏光板１０１は、光ファイバ１０３の先頭部に位置し、第２の偏光板１０２は、光ファイバ１０３の末尾部に位置する。光ファイバ１０３は、少なくとも１回、伝導体１０４のまわりに巻き付けられる。伝導体１０４中の電流Ｉによって誘起された磁場が存在するとき、光の偏光面がファイバ中で回転する角度θは、次に示す式１によって与えられる。
【００１７】
式１：θ＝ＶＮＩ
式１中、Ｖは、磁気光学材料（たとえば、光ファイバ）のベルデ定数を表し、Ｎは、光ファイバ１０３の巻数を示し、Ｉは、伝導体１０４中を流れる電流を示す。出力信号の高信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を達成するために、伝導体１０４に光ファイバを何回か（巻数Ｎ）巻くことが必要になることがあり、そして外部の影響を減少させるおよび／またはなくすために、異なる光路および光回転検出方法を使用することができる。
【００１８】
現在、比較的大きいベルデ定数を有したファイバが存在するが、測定可能な効果を得るために、長い伝搬経路が必要になることがある（たとえば、大きいＮ）。しかし、センサとして光ファイバを使用することは、いくつかの用途では実用的でない恐れがある。というのは、伝導体のまわりにファイバコイルを巻き付けることが常には実行可能でないからである。全ファイバのセンサの他の欠点は、いくつかの用途で、伝導体の直径が４〜５ｃｍより小さくない場合があるということである。この条件に違反すると、通常は温度感受性が比較的大きくなる。さらに、光ファイバ中の曲げ、および内部応力による内因性の曲げから引き起こされる誘起線形複屈折が、ファイバ電流センサ中でますます重要になる場合がある。
【００１９】
しかし、例示の実施形態は、すべて光ファイバからなる電流センサに限定されない。いくつかの例示の実施形態によれば、光学的に透明な、または半透明なフェリ磁性材料を使用することができる。たとえば、光学的に透明なフェリ磁性および強磁性の結晶材料は、大きいベルデ定数、したがって単位長さ当たりの回転角度が増加することによる、より高い感受性が特徴である。フェリ磁性鉄ガーネット結晶は、通常の常磁性および反磁性の材料の磁気光学的感受性よりけた違いに高い磁気光学的感受性を示す。イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）では、帯域幅が５００＋ＭＨｚである約０．３°ｍＴの感受性が、直径１ｍｍおよび長さ５ｍｍの磁束を成長させたロッド中で得られる。Ｇａ：ＹＩＧなどの置換型ガーネットは、しばしば共振周波数が低くなり、帯域幅が減少する恐れがあるが、より大きな感受性を示す。
【００２０】
フェリ磁性材料を含む例示の実施形態をさらによく理解するため、一般的なファラデー効果、フェリ磁性材料でのファラデー効果およびフェリ磁性ブロックを含む例示の電流検出装置について、本明細書の以降で説明する。
【００２１】
ファラデー効果は、縦方向に加えられた磁場による、媒体から出現時に線形に偏光された光の偏光面の回転から一般に構成することができる。反磁性および常磁性の材料の場合、磁場の方向に進む光は、線形に偏光されて、以下に示す式２が満たされるような正味の回転角度θで、出現する。
【００２２】
式２：θ（λ、Ｔ）＝Ｖ（λ、Ｔ）∫Ｈｄｌ
式２では、θは、出現光の電場による回転の測定角度を示し、λは、出現光の自由空間波長を示し、Ｔは、室温を示し、Ｖは、磁気光学材料のベルデ定数であり、Ｈは、伝搬経路に沿った磁場強度を示す。
【００２３】
回転方向が伝搬方向と直接関連する光学活性とは違って、ファラデー効果は、非相互的である。その回転は、磁場にもっとも直接的に関連し、したがってそれ自体に戻る光の反射が回転を倍にし、それは、特に検出要素としてファイバコイルを使用するＦＯＣＳに、役立つ特性になることができる。
【００２４】
反磁性および常磁性の材料について、式（式２）によると、ベルデ定数は、ファラデー回転子として磁性材料を使用する場合、その磁性材料の適合性の指標になる。電子構造物を通過する偏光光の光学的回転は、円複屈折として理解することができ、それは、左円偏光および右円偏光の光成分について異なる屈折率の存在によって説明される。各成分は、異なる屈折率ｎを伴って、したがって異なる速度を伴ってサンプルを通る。
【００２５】
周波数ｆの光が、Ｌａｍｂｏｒ周波数ｆＬによって回転している電子システムおよび／または光路を通っている場合、周波数依存の屈折率は、以下に示す式３および式４によって与えられる。
【００２６】
式３：ｎｌ＝ｎ（ｆ−ｆＬ）
式４：ｎｒ＝ｎ（ｆ＋ｆＬ）
したがって、ベルデ定数の式の結果は、次に示す式５によって与えられる。
【００２７】
【数１】
2009229459.tif 000003
ベルデ定数は、光波長および媒体中のその分散の両方に比例し、それは、温度に依存する。フェリ磁性および強磁性の材料では、磁化は、磁場強度に非線形に関連する。したがって、ベルデ定数は、使用することができない。
【００２８】
たとえばイットリウムおよび他の希土類鉄ガーネット（たとえばＹＩＧおよびＲＩＧ）などのフェリ磁性材料は、比ファラデー回転（specific Faraday rotation）が、一般に、光ファイバと比較した場合、比較的それより大きい。これは、所与の磁場強度を測定するためのファラデー回転子が小さくなることになり、したがって軽量の磁気光学変換器が可能になる。これらの材料を成長させる方法は、十分に確立されている。さらに、変換器のパッケージは、高ベルデ定数の材料を導入することによって、より小型にすることができる。
【００２９】
原子レベルに根源を有する固有の磁気特性のため、フェリ磁性および強磁性の材料に関する考えられる１つの欠点は、理論的レベルでのこれらの複雑性であり、そのため、式２を十分適用することができる反磁性および常磁性の材料とは違って、これらの材料にはファラデー回転の純理論的予測が十分に与えられない。
【００３０】
フェリ磁性材料中のファラデー効果に関し、フェリ磁性および強磁性の材料は、外部磁場中で帯磁し、磁場が除去された後も帯磁状態のままである。これらは、ともに自発磁化を示すことがある（すなわち、これらは、磁場がない場合に正味の磁気モーメントを有する）。フェリ磁性材料では、異なるサブラティス上の原子の磁気モーメントが互いに対抗する。しかし、対抗モーメントが同じでなく、正味の磁化が残る。強磁性材料では、すべての磁気イオンが正味の磁化にプラス側で寄与をする。磁性は、電子のスピンとその軌道角運動量の組合せによってもたらされる磁気双極子モーメントによる。フェリ磁性体および強磁性体では、原子は、部分的に満たされたシェルまたはスピンを有し、それらは、双極子モーメントを相殺する上／下対ではなく、したがってこれらの磁性体は、外部磁場を加えることなく、正味の磁化を有することができる。
【００３１】
電子は、パウリの排他原理によって同じ方向になる。しかし、矛盾する現象が存在し、それは、隣接した双極子が反対方向で整列する傾向を有するということである。これによって磁区が生成され、これによって近距離の双極子整列が生じるが、長距離では反整列になる。２つの磁区間の遷移は、磁壁またはブロッホ壁と呼ばれる。強力で十分な外部磁場の下では、磁区は再整列することになる。しかし、これはまた、低い磁場が加えられた場合、これらの磁区の存在、および増大または変化する磁場とのその相互作用を考慮しなければならないことを示している。材料の磁化を変化させることができる速さが磁壁運動の動的特性によって制限される。
【００３２】
ＹＩＧ、つまりイットリウム鉄ガーネットは、組成がＹ３Ｆｅ５Ｏ１２であるフェリ磁性ガーネット結晶である。これは、波長が約１．１μｍより長い光に透明である。１．３μｍおよび１．５μｍの波長では、信頼性のある源および検出器が電気通信で容易に得られ、光学的損失が比較的低い。
【００３３】
電気双極子遷移からの分散的回転および磁気双極子遷移からの非分散的部分回転は、ＹＩＧの場合、その大きいファラデー回転によって区別することができる。異なる電子からの単位長さ当たりの磁気光学回転に対する寄与は、次に示す式６によって記述することができる。
【００３４】
【数２】
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インデックスｍおよびｅは、異なるタイプの共振からの寄与を示し、上付き文字ｏおよびｔは、ＹＩＧの鉄原子からの八面体および四面体の位置を示す。周波数が低い場合、フェリ磁性材料に基づいた電流検出装置中で電流によって誘起された近傍磁場は、次の式７によって表されるビオサーバルの法則によって計算することができる。
【００３５】
【数３】
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式７では、ベクトルＨは、磁場を示し、Ｉは、所与のワイヤセグメント中の電流を示し、ベクトルｌは、ワイヤセグメントの長さ要素を表し、ベクトルｒは、磁気感受性要素から磁場ポイントまでの変位ベクトルを表す。したがって、フェリ磁性材料は、ファラデー効果を検出するために使用することができ、それゆえ光電流検出装置中で使用することができる。たとえば、図２に、例示的な実施形態による、フェリ磁性材料を含む例示的な光電流検出装置２００を示す。
【００３６】
装置２００は、偏光板２０１および２０２を含む。偏光板２０１および２０２は、偏光板１０１および１０２に類似であってもよい。たとえば、偏光板２０１および２０２は、装置２００に入射する光を効果的に偏光し、装置２００から出射する光の偏光角度の変化を表す角度θを測定するために使用することができる。装置２００は、フェリ磁性ブロック２０３をさらに含む。フェリ磁性ブロック２０３は、たとえば上述のような任意のフェリ磁性材料を含むことができる。さらに、フェリ磁性ブロック２０３は、一般に形状を長方形とすることができる。あるいは、フェリ磁性ブロック２０３は、一般に楕円形としてもよく、ブロック２０３に入射する光がブロック２０３の全長を表す距離ｌを進行することを可能にする。光が距離ｌを進むとき、偏光角度は、フェリ磁性ブロック２０３に作用する磁場に関連付けられた変化を受ける。たとえば、磁場の作用は、上記に詳しく述べている。
【００３７】
装置２００は、伝導体１０４をさらに含む。伝導体１０４は、図１の伝導体１０４と類似であってもよく、したがって、装置２００によって測定する電流Ｉを通すことができる。電流Ｉは、フェリ磁性ブロック２０３に作用する磁場Ｂを生成し、それによってフェリ磁性ブロック２０３内で光の偏光角度が変更されて、装置２００によって効率的に電流Ｉを測定することが可能になる。
【００３８】
電流（たとえば、雷電流）を測定するために、光ファイバ磁場センサの検出要素（すなわちブロック２０３）は、電流によって生成されたまたは誘起された磁場密度Ｂまたは磁場Ｈを検出し、干渉源から生じる作用を最小限にするために伝導体１０４の比較的近くに配置することができる。センサヘッドでは、磁気光学性鉄ガーネットまたはブロック２０３は、２つの偏光板２０１および２０２の間に配置することができる（図２参照）。光源として、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）、レーザダイオードまたは発光ダイオードを使用することができ、それは、光導波路（たとえば光ファイバ）中に光を結合してブロック２０３に入射させる。たとえばレンズや他のデバイスなどの追加の光学デバイスを使用して、光導波路から出射する光をフェリ磁性ブロック２０３に結合するのに役立てることができる。類似の光学デバイス（たとえばレンズなど）を使用して、フェリ磁性ブロック２０３から出射する光を他の光導波路に結合して、半導体受光器、逆バイアスダイオードまたは光電気変換器などの他の適切なデバイスなどの光センサに送ることができる。したがって、センサヘッドの出力は、輝度変調光信号であり、それは、他の光導波路を介して光電気（ｏ／ｅ：ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器に送られる。
【００３９】
以下では、ＭＥＭＳ電流検出装置について、図３および４を参照して説明する。ＭＥＭＳ電流検出装置は、上述の原理に基づき動作することができ、ファラデー効果を検出するためにフェリ磁性および／または強磁性材料、および／または他の磁気感受性材料を含むことができ、したがって電流検出の用途に使用することができる。
【００４０】
図３を見ると、例示的な実施形態によるＭＥＭＳ電流検出装置３００の断面が示してある。装置３００は、光学部３０１を含む。光学部３０１は、光導波路および磁気感受性要素、たとえば光ファイバおよび／またはフェリ磁性材料を含むことができる。装置３００は、光源／光検出器部３０２ａ／ｂをさらに含む。部３０２ａ／ｂは、光学部３０１を通して偏光光を送るための別の光源、および光学部３０１から出射した偏光光からファラデー効果を検出するための別の光検出器を含むことができる。
【００４１】
装置３００は、信号処理／エネルギー源部３０３をさらに含む。部３０３は、部３０２の光源および装置３００の他の部にエネルギーを供給することができる。さらに、部３０３は、たとえば上に詳しく述べた式にいくらか類似した操作などの信号処理操作を実施することができる。それらの操作は、電流値を測定するステップ、または光学部３０１から出射した偏光光の角度差に基づき落雷を検出するステップを含むことができる。
【００４２】
装置３００は、通信ユニット３０４をさらに含む。通信ユニット３０４は、部３０３と動作状態で通信することができ、装置３００によって検出された電流に関する情報を送信することができる。たとえば、電流は、装置３００に比較的密接して流れることができる。電流は、光学部３０１から出射した光の偏光の角度変化によって検出することができ、それは、光の輝度の変化によって検出することができる。部３０３は、角度差を解釈し、電流または磁場の変動事象（たとえば落雷）が起きたかどうかを判定することができる。その後、または実質的に同時に、通信部３０４は、その判定に関する情報を送信することができる。
【００４３】
装置３００は、ＥＭＩアイソレーションまたは減少バリア３０５をさらに含む。バリア３０５は、装置３００のために、ＥＭＩに対する何らかの遮へいを提供すること、またはＥＭＩを減少させることができる。たとえば光学部３０１は、ＥＭＩから比較的影響を受ける恐れがないが、部３０４および／または３０４は、ある量のＥＭＩ減少／アイソレーションが必要になることがある。バリア３０５は、ＥＭＩを減少させるために、任意の適切な材料から構成することができる。
【００４４】
装置３００は、キャリア３０６をさらに含む。キャリア３０６は、装置３００の様々な部（たとえば、３０１〜３０５）を実際に支持する機械部または基板とすることができる。図４を見ると、例示的な実施形態によるＭＥＭＳ電流検出装置３００の俯瞰図が示してある。
【００４５】
図４に示すように、装置３００は、光学部３０１内またはその上に位置した光導波路４０２および４０３をさらに含むことができる。光導波路は、光が光源／光検出器部３０２ａ／ｂ間を行き来する経路を提供することができる。装置３００は、磁気感受性要素４０１をさらに含む。磁気感受性要素４０１は、フェリ磁性、強磁性または他の適切な材料を含むことができ、かつ、磁場が磁気感受性要素４０１に影響を及ぼした場合、磁気感受性要素４０１中を進む光の偏光角度の変化を確立することができる。たとえば、装置３００に比較的密接して伝導体中を流れる電流は、磁気感受性要素４０１に影響を及ぼす磁場を生成することができ、それによって光学部３０１内の光の偏光変化を記録することができる。
【００４６】
したがって、上述のように、例示的な実施形態は、ＭＥＭＳベースの電流検出装置を提供する。ここで述べた電流検出装置は、ＥＭＩまたは他の形態の電気干渉の影響を受けやすい様々な用途に使用できるということに留意されたい。たとえば上述のように、風車または航空機は、比較的大きい量のＥＭＩを受けることがある。さらに、風車または航空機で落雷を検出する（たとえば、大きい電流スパイクを検出する）ことが望ましいことがある。したがって、風車および航空機を含む例示的な応用例がここに述べられる。この例示的な応用例は、例示的な実施形態をさらによく理解する目的のためだけのものであり、それゆえ例示的な実施形態を決して限定しない。
【００４７】
図５は、例示的な実施形態による、ＭＥＭＳ電流検出装置の例示的な風車への応用例を示している。この図に示すように、風車５００は、複数の回転翼５１０を含むことができる。各回転翼は、雷または他の電流事象の影響を受けやすい恐れがあり、したがって風車の回転翼５１０の１つまたは複数がＭＥＭＳ電流検出装置５０２を備えることができる。装置５０２は、上述の装置３００に実質的に同様なものとすることができる。
【００４８】
通信チャネル５０３は、装置５０２と風車制御ユニット５０１の間で相互接続することができる。通信チャネル５０３は、装置５０２と制御ユニット５０１の間の情報通信を実際に可能にする任意の通信チャネルとすることができる。たとえば、通信チャネル５０３は、光ファイバチャネル、電気通信チャネル、または他の適切なチャネルとすることができる。制御ユニット５０１は、風車５００のノーズコーン部５１１上に、またはその中に組み込むこと、または搭載することができ、装置５０２と通信すること、および風車５００の動作を制御することの両方ができる。
【００４９】
図６は、例示的な実施形態による、ＭＥＭＳ電流検出装置の例示的な航空機への応用例を示している。この図に示すように、航空機６００は、複数の翼（エーロフォイル）６１０を含むことができる。各翼は、雷または他の電流事象の影響を受けやすい恐れがあり、したがって航空機の翼６１０の１つまたは複数がＭＥＭＳ電流検出装置６０２を備えることができる。装置６０２は、上述の装置３００に実質的に同様なものとすることができる。
【００５０】
通信チャネル６０３は、装置６０２と航空機制御ユニット６０１の間で相互接続することができる。通信チャネル６０３は、装置６０２と制御ユニット６０１の間の情報通信を実際に可能にする任意の通信チャネルとすることができる。たとえば、通信チャネル６０３は、光ファイバチャネル、電気通信チャネル、または他の適切なチャネルとすることができる。制御ユニット６０１は、航空機６００の胴体部６１１上に、またはその中に組み込むこと、または搭載することができ、装置６０２と通信すること、および航空機６００の操作を制御することの両方ができる。
【００５１】
例示的な実施形態によれば、雷検出システムがスタンバイ方式であり、落雷の場合に始動されるように準備されている期間中、ｏ／ｅ変換器が指定された設定点で一定信号を出力するように光源を通る電流が調節されることに、さらに留意されたい。落雷が発生したとき、出力信号は、落雷電流の極性に応じてプラスまたはマイナスの方向に変調される。しかし、室温の変化によって、かつ光学装置中の他の作用によって、この設定点信号は、一定ではない。このドリフトが設定点においてシステムの始動に影響を与え、トリガーレベルを超える、またはｏ／ｅ変換器の限界に向けて移行することがある。
【００５２】
マルチセンサシステムの場合（たとえば、複数のセンサが、複数の風車の回転翼または航空機の翼に取り付けられる場合）、光源が１つで共通に使用されたとき、各センサヘッドにおけるドリフトを同じである。したがって、１つのチャネルを観察することによって、他のセンサのドリフトを推定することができる。ドリフトを抑制し、設定点を最適レベルに調節して維持するために、追加の低周波数信号入力がデータ収集システムに組み込まれる。このチャネルは、制御回路に接続され、それが比例積分微分（ＰＩＤ）制御器を用いて設定点を調節する。制御回路のサンプリングレートは、雷電流測定のためのデータ収集より低く、制御器システムは、雷電流測定を妨げない。
【００５３】
ここで述べたように、例示的な実施形態は、光材料を使用した電流検出装置を提供する。装置は、電源と一体化することができる。電源は、光源、光検出器、データ処理ユニットおよび／または通信ユニットに電力を配給することができる。電源は、バッテリ、（たとえば、光ファイバまたは日光よって供給される）光電セル、および／または電気機械変成器（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）とすることができる。光源は、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）、レーザダイオードまたは発光ダイオードとすることができる。放射光は、線形に偏光することができる。光は、装置のＭＥＭＳ構造物上、統合光誘導システムで磁気感受性要素または結晶まで誘導することができる。偏光状態が光源によって制御することができない場合、結晶の前に偏光板を組み込むことができる。比較的高いベルデ定数を特徴とする光学的結晶構造（たとえば、フェリ磁性または強磁性の結晶）はいずれも、ＭＥＭＳ処理中に直接設けること、または構造内でその後に配置することができる。結晶の後に、第２の偏光板（たとえば入射光に対して４５°）が磁場に関して通過光の輝度変調を引き起こす（ファラデー効果）。光検出器ユニットが、この輝度を測定することができる。信号処理ユニットは、時間に関する微係数を測定することができる。雷または電流は、この微係数が所与の限度（プラスまたはマイナス側）を超えたときに検出される。
【００５４】
落雷の例では、情報は、記憶することができ、かつ通信ユニットによって光ファイバリンク、無線送信、電気送信などを介して制御ユニットに送ることができる。装置の電子部は、ＥＭＩをアイソレートすることができる。電流測定の応用例では、たとえば雷パラメータを測定する高度ＭＥＭＳ装置は、光源制御ループを備えることができる。このループは、雷周波数より低い周波数によって制御され、比較的定常値に出力輝度を維持することができる。磁場測定値を較正するために、ＥＭＩアイソレーションＭＥＭＳ構造中に温度検出デバイスを実装することができる。
【００５５】
本発明のほんのいくつかの例示的な実施形態についてここまで説明したが、それらは、多くの方法で変更できることが明らかである。上記の本発明の説明では、任意のデバイスまたはシステムを作り、使用し、そして任意の連携した方法を実施することを含み、すべての当業者が本発明を実施することができるように、最良の形態を含むこれらの例を用いている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想起する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲と一字一句相違しない構造の要素を有する場合、または特許請求の範囲とは表現が異なっても実質的な相違のない同等の構造の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に含まれると意図される。そのような変更形態は、本発明の精神および範囲から逸脱しているとみなすべきでなく、そして、すべてのそのような修正形態は、次の特許請求の範囲で述べるような本発明の範囲内に含まれると意図される。
【符号の説明】
【００５６】
１００  電流検出装置
１０１  偏光板
１０２  偏光板
１０３  光ファイバ
１０４  伝導体
２００  電流検出装置
２０１  偏光板
２０２  偏光板
２０３  磁気ガーネット／フェリ磁性ブロック
３０１  光学部
３０２ａ／ｂ  光源／光検出器
３０３  信号処理部
３０４  通信部
３０５  ＥＭＩアイソレーションバリア
３０６  キャリア部
４０１  磁気感受性要素
４０２  光導波路
４０３  光導波路
５００  風車
５０１  制御ユニット
５０２  ＭＥＭＳ電流センサ
５０３  通信チャネル
５１０  風車の回転翼
５１１  ノーズコーン
６０１  航空機制御ユニット
６０２  ＭＥＭＳ電流センサ
６０３  通信チャネル
６１０  エーロフォイル
６１１  胴体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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