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磁気測定方法及び装置

国内特許コード P07A012891
整理番号 PA-AEL025
掲載日 2008年1月18日
出願番号 特願平10-193053
公開番号 特開2000-028695
登録番号 特許第3651268号
出願日 平成10年7月8日(1998.7.8)
公開日 平成12年1月28日(2000.1.28)
登録日 平成17年3月4日(2005.3.4)
発明者
  • 賀戸 久
出願人
  • 金沢工業大学
発明の名称 磁気測定方法及び装置
従来技術、競合技術の概要 磁気センサは、ハードディスクやフロッピーディスク等の磁気記録用ヘッドや、メカトロニクスにおける各種センサ、医用電子技術における各種センサ、磁気方位センサ、環境磁気センサなどに幅広く使用されている。フラックスゲートセンサは、地磁気検出に使用されたものでフラックスゲート磁界センサとも呼ばれている。これは、高透磁率材料の磁気的非線形性を利用した磁気センサであり、高感度で扱いやすく、指向性が鋭いので、月の地磁気などの微小な磁気や磁気の方向成分を測定するために使われている。従来のフラックスゲートセンサは、例えば、図12に示すように、高透磁率磁性材料、例えば、パーマロイ(ニッケル-鉄合金)からなる直線状のコア102の上部に励磁用コイル104が巻回され、コア102の下部に検出用コイル106が巻回されている。励磁用コイル104によりコア2が励磁され、検出用コイル106によりコア2の磁束変化を検出する。励磁用コイル104には、周波数2fの発振器120が1/2分周器122を介して接続されている。励磁用コイル104は周波数fでコア102を励磁する。検出用コイル106には、検出信号を増幅するプリアンプ130が接続され、プリアンプ130には発振器120の周波数2fの交流信号により同期するロックインアンプ132が接続されている。プリアンプ130により増幅された検出信号はロックインアンプ132により周波数2fの交流信号に同期して検波され、検波された信号は増幅されて出力される。従来のフラックスゲートセンサの検出原理は、磁性材料のB-Hカーブの特性が、外部磁性Hにより正又は負の方向に大きくずれると、それによる磁束密度Bが飽和するため、磁束密度Bの交流磁界周波数成分に二次高調波歪みが発生し、その二次高調波歪みを検出用コイル106により検出する。図13に示すように、外部磁界Hexがゼロの場合に、励磁用コイル104により磁束密度が正負両方向において飽和する直前まで励磁電流をかけておく。外部磁界Hが印加されると、交流磁界の正部分の極大部分、又は交流磁界の負成分の極小部分のいずれか一方が磁束密度Bの飽和領域に入る。このことにより磁束密度の交流磁界周波数成分に二次高調波歪みが発生する。これにより外部磁界Hexを検出する。外部磁界Hexがゼロの場合には、図14(a)に示すような歪のない正弦波の磁束密度Bが得られ、この磁束密度Bの時間微分も、図14(b)に示すように正弦波となる。このため、その周波数スペクトルは、図14(c)に示すように、周波数fの振幅のみが表れる。外部磁界Hexが印加されると、図14(d)に示すように磁束密度Bの極大部分が平坦となるように歪んだ磁束密度Bが得られる。この磁束密度Bの時間微分は、図14(e)に示すように歪んだ二次高調波を含むものとなる。このため、その周波数スペクトルは、図14(f)に示すように、周波数fの振幅に加えて周波数2fの振幅とが表れる。周波数2fの振幅から外部磁界Hexの大きさを知ることができる。従来のフラックスゲートセンサとしては、その他に、直線状の高透磁率磁心を平行に設置し、励磁コイルに交流を通電して反平行に交流励磁するものや、直線状の2磁心を連結してリング状磁心とするものがあるが、その検出原理は同じである(毛利佳年雄著「磁気センサ理工学」(株式会社コロナ社、1998年3月10日初版発行)第80~89頁参照)。
産業上の利用分野 本発明は、磁気測定方法及び装置に係り、特に、磁性材料からなるコアに交流励磁信号を印加して励磁し、励磁されたコアの磁束変化を検出することにより、コアに印加された磁気を測定する磁気測定方法及び装置に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 磁性材料からなるコアに交流励磁信号を印加して励磁し、励磁された前記コアの磁束変化を検出することにより、前記コアに印加された磁気を測定する磁気測定方法において、 前記交流励磁信号の極大部分又は極小部分による前記コアの磁化が前記磁性材料の磁化飽和領域に及ぶように前記交流励磁信号に直流信号を印加し、 前記交流励磁信号に同期して前記コアの磁束変化を検出することを特徴とする磁気測定方法。
【請求項2】 請求項1記載の磁気測定方法において、 前記直流信号は、前記交流励磁信号の正部分全域又は負部分全域による前記コアの磁化が前記磁性材料の磁化飽和領域にほぼ及ぶような大きさである ことを特徴とする磁気測定方法。
【請求項3】 請求項1又は2記載の磁気測定方法において、 第1の方向に励磁される前記コアの第1の部分の磁束変化と、前記第1の方向とは逆の第2の方向に励磁される前記コアの第2の部分の磁束変化とに基づいて、前記コアに印加された磁気を測定する ことを特徴とする磁気測定方法。
【請求項4】 磁性材料からなるコアと、前記コアを励磁する励磁用コイルと、前記励磁用コイルに交流励磁信号を印加する励磁手段と、前記交流励磁信号の極大部分又は極小部分による前記コアの磁化が前記磁性材料の磁化飽和領域に及ぶように前記交流励磁信号に直流信号を印加する直流印加手段と、前記励磁用コイルにより励磁された前記コアの磁束変化を検出する検出手段とを有し、 前記励磁手段は、前記励磁手段の前記交流励磁信号に同期して前記コアの磁束変化を検出することを特徴とする磁気測定装置。
【請求項5】 請求項4記載の磁気測定装置において、 前記直流印加手段により印加される前記直流信号は、前記交流励磁信号の正部分全域又は負部分全域による前記コアの磁化が前記磁性材料の磁化飽和領域にほぼ及ぶような大きさである ことを特徴とする磁気測定装置。
【請求項6】 請求項4又は5記載の磁気測定装置において、 前記検出手段は、 第1の方向に励磁される前記コアの第1の部分の磁束変化と、前記第1の方向とは逆の第2の方向に励磁される前記コアの第2の部分の磁束変化とに基づいて、前記コアの磁束変化を検出する ことを特徴とする磁気測定装置。
【請求項7】 請求項4乃至6のいずれか1項に記載の磁気測定装置において、 前記励磁コイルは、前記コアの所定領域を一方から他方に巻回され、折り返されて他方から一方に巻回されていることを特徴とする磁気測定装置。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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