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センサおよびその調整方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P110002743
整理番号 N10119
掲載日 2011年6月6日
出願番号 特願2011-056473
公開番号 特開2012-193981
登録番号 特許第5761787号
出願日 平成23年3月15日(2011.3.15)
公開日 平成24年10月11日(2012.10.11)
登録日 平成27年6月19日(2015.6.19)
発明者
  • 曽根原 誠
  • 佐藤 敏郎
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 センサおよびその調整方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】感度の高低やダイナミックレンジの広狭などのセンサの特性を測定中であっても変更設定することが可能な、磁気センサ、電流センサ、応力センサ、歪センサなどのセンサ、およびこれらの設定方法を提供する。
【解決手段】磁気センサ1は、外部磁界が印加される磁性体2と、磁性体2の磁気光学カー効果に基づいて外部磁界を検出するための検出手段3とを備え、磁性体2に直流磁界を印加する永久磁石6,6と、永久磁石6,6を再着磁するためのコイル7,7とを備えるものである。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


携帯電話や電気自動車、測定器など電気機器には、磁性膜が利用された磁界センサや電流センサ(以下、センサともいう)が多用されている。センサの感度は、磁性膜の透磁率に依存するため、微量な磁界あるいは電流を検出するためには、透磁率を高くする必要がある。一方、磁性膜(材料)には、ある磁界以上で磁化が飽和する、すなわち透磁率が空気と同じ1になってしまう測定限界がある。この測定限界により測定のダイナミックレンジが決まる。透磁率の高い磁性膜を用いると、センサの感度は高くなるが、その測定限界(ダイナミックレンジ)は小さくなってしまう。ダイナミックレンジ(検出範囲)を広くするためには、透磁率の低い磁性膜を用いる必要がある。しかしながら、透磁率を低くすると感度が低くなってしまう。このように、センサの感度とダイナミックレンジはトレードオフの関係にある。ゆえに、高感度かつ大きなダイナミックレンジをもつセンサは一般的には存在しない。



例えば特許文献1に、一軸異方性を有する磁性膜の磁化困難軸方向へ測定すべき磁界を与え、磁界が与えられている磁性膜に直線偏光の検出光を照射し、磁性膜を経た検出光の偏光面の回転角を検出することにより磁界強度を測定する磁場測定装置および方法が記載されている。この装置等では、外部磁界が印加された磁性膜で生じるファラデー効果または磁気光学カー(Kerr)効果を利用して、磁界強度を測定している。



しかしながら、特許文献1に記載された磁場測定装置および方法では、磁性膜を飽和させる磁界強度およびそのときの飽和磁化はその材質によって一定の値に決まる。したがって、測定の感度およびダイナミックレンジは特定の値や範囲であり、これらを測定中に調整(変更設定)することはできない。



非特許文献1には、光学磁気カー効果を利用した電流センサが記載されている。この電流センサでも、センサの感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。



また、応力や歪の測定を行う応力センサや歪センサ(以下、センサともいう)が、測定器以外にも、自動車のブレーキ制御システムや、ロボットアームの触圧検出部など多様な機械・機器に用いられている。応力や歪を磁性体に印加し、逆磁歪効果や磁気抵抗効果などの磁気効果に基づいて測定を行うセンサの場合にも、感度やダイナミックレンジもトレードオフの関係にある。



非特許文献2には、光学磁気カー効果および逆磁歪効果を利用した歪センサが記載されている。この歪センサでは、歪の印加される磁性体として、Fe/Mn-Ir交換結合磁性膜が用いられている。非特許文献2には、交換結合磁性膜の強磁性層膜厚を変更することでセンシング感度およびセンシング範囲(ダイナミックレンジ)を調整できることが記載されている。しかしながら、交換結合磁性膜の膜厚は成膜時にしか調整できないので、センサの感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。



非特許文献3には、磁気抵抗効果素子を用いて歪み量を電気信号で検出する歪センサが記載されている。しかしながら、感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。

産業上の利用分野


本発明は、磁気センサ、電流センサ、応力センサ、歪センサなどの磁気効果に基づいて測定を行うセンサ、およびその調整方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
検出対象が印加される磁性体と、該磁性体の表面に直線偏光のレーザー光を照射して偏光した反射光のP波成分およびS波成分を検出する検出部と、該検出対象の印加されている該磁性体に対して該検出対象とは別の直流磁界を印加する永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルと、該コイルに再着磁用の電流を供給する電源部と、測定の感度またはダイナミックレンジを設定するために入力される設定信号に基づいて、該電源部を制御して該直流磁界が該感度または該ダイナミックレンジに対応する所定の磁界強度になるように該永久磁石を再着磁する着磁制御部と、該検出部の検出する該反射光のP波成分およびS波成分、並びに該設定信号が示す該感度または該ダイナミックレンジに基づいて、該検出対象を測定する測定部とを備えることを特徴とするセンサ。

【請求項2】
前記着磁制御部は、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項に記載のセンサ。

【請求項3】
前記着磁制御部には、該永久磁石の温度を検出する温度センサが接続されており、該着磁制御部は、該温度センサの検出する温度に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ。

【請求項4】
前記着磁制御部には、前記直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサが接続されており、前記着磁制御部は、前記磁界強度センサの検出する前記磁界強度が前記所望の磁界強度の許容範囲内でないときに、前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項からのいずれかに記載のセンサ。

【請求項5】
前記磁性体が、一対の前記永久磁石で挟み込まれていることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のセンサ。

【請求項6】
前記コイルが前記一対の永久磁石に配置された一対のコイルで構成されており、この一対のコイルが電気的に直列接続されて前記電源部に接続されていることを特徴とする請求項5に記載のセンサ。

【請求項7】
前記着磁制御部は、前記感度または前記ダイナミックレンジに対応させて、前記電源部に供給させる前記再着磁用の電流の電流値を予め記憶することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のセンサ。

【請求項8】
前記着磁制御部は、前記感度または前記ダイナミックレンジに対応させると共に、前記温度センサの検出する温度に対応させて、前記電源部に供給させる前記再着磁用の電流の電流値を予め記憶することを特徴とする請求項3に記載のセンサ。

【請求項9】
前記磁性体が、一軸磁気異方性を有しており、その磁化容易軸の方向に、前記永久磁石が前記直流磁界を印加することを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のセンサ。

【請求項10】
前記検出対象が外部磁界である磁界センサ、前記検出対象が電流によって生じる外部磁界である電流センサ、前記検出対象が応力である応力センサ、前記検出対象が歪である歪センサ、前記検対象が振動で生じる応力である振動センサ、前記検対象が加速で生じる応力である加速度センサ、または、前記検対象が加速で生じる応力でありこの応力から加速に対する加加速度を測定する加加速度センサであることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のセンサ。
産業区分
  • 測定
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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