JP2001281312A - ホールセンサプローブ - Google Patents

ホールセンサプローブ

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JP2001281312A
JP2001281312A JP2000088343A JP2000088343A JP2001281312A JP 2001281312 A JP2001281312 A JP 2001281312A JP 2000088343 A JP2000088343 A JP 2000088343A JP 2000088343 A JP2000088343 A JP 2000088343A JP 2001281312 A JP2001281312 A JP 2001281312A
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Koji Yamada
興治 山田
Hitohiro Isobe
仁博 礒部
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Nuclear Fuel Industries Ltd
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Nuclear Fuel Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の磁気特性を空間分解能を向上させて、
かつ安定した動作で正確に測定する。 【解決手段】 ホールセンサプローブにおいて、試料か
らの磁束密度を探査するためのホール素子(2)と、試料
からの磁束を測定端部(6)からホール素子(2)に導入する
磁性体ノーズ(3,4)と、磁性体ノーズ(3,4)の周面を包囲
する磁気シールド(6)を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホール素子を利用
して試料の磁気特性を探査するホールセンサプローブに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば磁束計等の磁気特性を検査する磁
気センサとして、半導体ホール素子を利用したものが従
来から一般的に知られている。このような磁気センサで
は、金属や半導体の電流方向と垂直方向に磁界をかける
と両者に直交する方向に起電力が生じるというホール効
果を利用して磁気特性を検査するものである。即ち、ホ
ール素子を通電した状態でホール素子直下に被検査物と
しての試料を接近させて、このとき探査された磁束によ
って生じたホール電圧を測定する。ホール電圧は電流と
磁束密度の積に比例するという直線性を有するため、測
定されたホール電圧と電流値とから磁束密度を測定する
ことが可能となる。通常、ここで用いられるホール素子
としては、安定した動作が得られ、かつ安価な120μ
m角程度のものを使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようにホール素子
自体は非常にサイズが小さいものであるが、更に空間分
解能を高くして、試料のより局所的な領域の磁束を測定
する場合には、120μm角以下のホール素子を用いる
ことが考えられる。しかしながら、120μm角以下の
ホール素子では動作が不安定になり易く、このため測定
結果に信頼性が薄いものとなるという問題がある。しか
も120μm角以下のホール素子は高価であり、磁気セ
ンサの製造コストが増大する。
【0004】また、従来の磁気センサではホール素子の
直下に試料を接近させるため、測定領域の周辺から発生
する磁束の影響も受けてしまい、正確な磁束測定を行う
ことができず、結果として空間分解能が制限されてしま
うという問題がある。また、試料が高温の場合には、ホ
ール素子がその直下からの熱の影響を受けやすく、ホー
ル素子の動作に支障をきたす場合がある。
【0005】更には、ホール素子の直下に試料を接近さ
せなければならないため、測定対象の試料が毒性、放射
線等の人体に対して種々の悪影響を及ぼす環境下にある
場合や、水中やアクセス困難な場所等の測定を妨げる環
境にある場合は、磁気特性の測定を行うことができない
という問題もある。
【0006】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、試料の磁気特性を空間分解能を向上さ
せて、かつ安定した動作で正確に測定することができる
ホールセンサプローブを提供することを主な目的とす
る。本発明の別の目的は、環境を選ばずに試料の磁気特
性の測定が可能なホールセンサプローブを提供すること
である。本発明の別の目的は、低コストで試料の磁気特
性の測定を空間分解能を向上させて行うことができるホ
ールセンサプローブを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項1に係る発明は、試料からの磁束密度を探査
するためのホール素子と、試料からの磁束を先端部から
ホール素子に導入する磁性体ノーズと、を備えたことを
特徴とするホールセンサプローブに係るものである。
【0008】この請求項1に係る発明は、ホール効果を
利用して磁気特性の測定を行うものであり、磁性体ノー
ズによって試料から発生する磁束がノーズ先端部からホ
ール素子に導入される。ここで磁束は、磁性体ノーズを
通過するので、減衰されずにホール素子に到達する。こ
のため、試料に磁性体ノーズを接近させることによって
磁気特性を探査することができ、磁性体ノーズ先端部を
微小なサイズとすれば、ホール素子自体のサイズを微小
に構成しなくても分解能を向上させて磁気特性を測定す
ることが可能となる。
【0009】従って、安定した動作が得られる120μ
m角以上のホール素子を用いることにより、空間分解能
を向上させると共に安定した動作で正確な試料の磁気特
性の測定をすることができる。また、微小サイズのホー
ル素子を使用する必要はないので製造コストの低減も同
時に図ることが可能となる。
【0010】本発明では、試料を探査する磁性体ノーズ
先端部はホール素子から一定距離だけ離れることになる
ので、試料が高温であってもホール素子を熱から防護す
ることが可能となる。また、試料が毒性、放射線等の人
体に対して種々の悪影響を及ぼす環境下にある場合や、
水中やアクセス困難な場所等測定を妨げる環境にある場
合においても、磁性体ノーズ先端部のみをこのような環
境下に置くことにより、ホール素子に悪影響を与えずに
試料の磁気測定を行うことができる。
【0011】本発明では、ホール素子によるホール効果
を利用して磁気特性の測定を行うため、磁性体ノーズの
尾端面から現れる磁束がホール素子に流れる電流の方向
と直交する方向となるように磁性体ノーズ尾端面にホー
ル素子を取り付けて構成することは言うまでもない。
【0012】本発明において、磁性体ノーズは、試料か
らの磁束をホール素子へ導入するものであればよく、そ
の形状及び構造は特に限定されるものではない。例え
ば、磁性体ノーズを中空構造の非磁性体剛性ケースで形
成された円筒形状、角筒形状、あるいは円錐形状、角錐
形状等としてその中空部に磁性体を充填する他、磁性体
自体を円柱体、角柱体、円錐体、角錐体等として磁性体
ノーズとすることは任意であり、更には磁性体ノーズの
尾端面における磁束方向がホール素子内の電流方向と直
交する方向となっていれば、磁性体ノーズを途中で曲げ
た形状としても良い。
【0013】また、磁性体ノーズを円錐体又は角錐体と
する場合には、試料に接近させる先端部に向けて磁束の
通過部分の断面積が徐々に小さくなるような形状とすれ
ば、空間分解能を更に向上させることができる。
【0014】磁性体は、試料からの磁束をホール素子に
確実に導入するため、フェライト、パーマロイ等の強磁
性体であることが好ましく、更には、ソフトフェライト
やスーパーマロイ等の軟質(ソフト)磁性材料(高透磁
率磁性材料)であることが好ましい。磁性体として、硬
質磁性材料を用いると磁気特性の測定後にホールセンサ
プローブを試料から離しても、残留磁気によりその後の
測定に影響を与えてしまうが、ソフト磁性材料の場合、
測定後に試料から離すと減磁されるため残留磁気の影響
はなく繰り返し測定可能となるためである。
【0015】本発明のホールセンサプローブは、ホール
素子に通電手段、電圧計を接続して検出系を構成するこ
とにより、電圧計で測定されるホール電圧により試料の
磁気特性を検出できる。また、材料の磁気特性は、材料
の疲労損傷、照射損傷、熱脆化等の特性に応じて変化す
るので、本発明のホールセンサプローブを材料特性を非
破壊的に評価する装置に応用することが可能である。
【0016】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の
ホールセンサプローブにおいて、前記磁性体ノーズの周
面を包囲する磁気シールドを更に備えたことを特徴とす
るものである。
【0017】この請求項2に係る発明では、磁性体ノー
ズの周面を包囲する磁気シールドを備えているので、先
端部直下の測定対象の領域周辺から発生する磁束は磁気
シールドによって完全に遮蔽され、ホール素子までには
至らない。このため、磁性体ノーズ先端部直下の局所的
な領域のみの磁束を取り出すことができ、空間分可能を
より向上させて試料の磁気特性を測定することが可能と
なる。
【0018】本発明に用いる磁気シールドは、例えば磁
性体ノーズの周囲に塗布した高透磁率磁性材料粉末を用
いることが可能である。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態につい
て、以下図示例とともに説明する。本実施形態は、本発
明のホールセンサプローブを試料の磁気強度を測定する
磁気センサに適用したものである。図1は本実施形態に
係る磁気センサの概略構成を示す構成図である。
【0020】図1に示す通り、本実施形態の磁気センサ
は、ホール素子2と、ホール素子2を通電するための電
流源8と、ホール電圧を測定する電圧計7と、中空構造
のシリンダ4と、シリンダ中空部に充填された高透磁率
磁性材料3と、シリンダ周囲を包囲する磁気シールド5
とを主に備えている。ここで、ホール素子2、高透磁率
磁性材料3、シリンダ4、磁気シールド5は本発明のホ
ールセンサプローブを構成する。また、高透磁率磁性材
料3及びシリンダ4は本発明の磁性体ノーズを構成す
る。
【0021】ホール素子2は、一般に市販されている1
20μm角程度のものを使用する。このホール素子2の
電流端子には電流源8が接続されて通電状態となってい
る。ホール素子2における電流方向は図1に対して表か
ら裏の方向Aとなっている。また、ホール素子2のホー
ル端子には電圧計7が接続されており、試料からの磁束
によって生じたホール電圧が測定されるようになってい
る。
【0022】シリンダ4は、その先端部分に向かって徐
々に断面積が小さくなる筒状錐体状となっており、ガラ
ス、セラミックス等の非磁性材料で形成されている。こ
のシリンダ4の中空部に高透磁率磁性材料3が充填され
ている。
【0023】高透磁率磁性材料3は、例えばMn−Zn
系フェライトやFe−Ni系等のパーマロイ等のいわゆ
るソフト磁性材料であり、これを粉末状にしたものをシ
リンダ4内に充填している。ソフト磁性材料を用いてい
るのは、残留磁気の影響をなくして磁気特性の測定を繰
り返し行うことを可能とするためである。
【0024】高透磁率磁性材料3の図1における下端面
が被検査物としての試料を探査する測定端部6となって
いる。この測定端部6の面積はホール素子2の120μ
m角より小さく、例えば30〜60μm角とすることが
できる。一方、高透磁率磁性材料3の他方の端面(尾端
面)上にはホール素子2を載置固定するようになってい
る。測定端部6で探査された試料の磁束は、高透磁率磁
性材料3を通過するので減衰されずにホール素子2に導
入される。この導入された磁束の方向は、図1における
B方向であり、ホール素子2と高透磁率磁性材料3は、
磁束方向Bがホール素子2を流れる電流方向Aと直交す
るような位置関係となっている。
【0025】磁気シールド5は、高透磁率磁性材料粉末
をシリンダ4の周面に塗布することにより形成されてお
り、高透磁率磁性材料3の測定端部6の周辺からの磁束
を遮蔽するものである。
【0026】以上のように構成された磁気センサを利用
して試料の磁気強度の測定を行う方法について説明す
る。ホール素子2に電流を流した状態で、高透磁率磁性
材料3の測定端部6を試料の磁気特性の測定対象部分に
接近させる。このとき、測定端部6のみが試料の測定対
象部分に接近し、かつ磁気シールド5によって測定対象
部分の周囲の磁気が遮蔽されるので、局所的な領域の磁
束を高分解能で取り入れてホール素子2に導入される。
【0027】測定端部6によって探査された磁束は、高
透磁率磁性材料3を介して減衰されずにホール素子2に
導入されるので、ホール効果によって電流方向と磁界方
向とに直交する方向にホール電圧が生じる。このホール
電圧はホール端子に接続された電圧計7で計測される。
【0028】ここで、シリンダ長、磁気シールド5の材
料を特定した上で、任意の磁界の強さに対するホール電
圧を本実施形態の磁気センサで測定して、磁界の強さと
ホール電圧との関係を特性データとして予め用意してお
けば、この特性データを参照することにより、測定され
たホール電圧から試料の測定部分の磁気強度を測定する
ことがができる。
【0029】このように本実施形態に係る磁気センサで
は、ホールセンサプローブ1がホール素子2から一定距
離だけ離れて測定端部6としての高透磁率磁性材料3の
先端部が位置しており、シリンダ周面が磁気シールド5
で外部からの磁束を遮蔽しているので、局所的な領域の
磁気特性を高分解能で測定することができる。また、動
作の安定した120μm角程度の安価なホール素子2を
使用して高分解能での磁気特性の測定が可能なので、安
定した動作で正確な磁気特性を測定することができ、ま
た製造コストの低減も図られる。
【0030】更に、測定対象の試料が悪環境下に存在す
る場合でも、本実施形態の磁気センサを用いれば、高透
磁率磁性材料3の測定端部6のみをシリンダ4ごと悪環
境下の試料に接近させれば良いので、ホール素子2をこ
のような悪環境下にさらす必要はなく、環境を選ばずに
試料の磁気特性を測定することが容易となる。
【0031】尚、本実施形態では、シリンダ4を略筒状
錐体状に形成しているが、シリンダの形状はこれに限定
されるものではない。高透磁率磁性材料3の尾端面から
ホール素子に導入される磁束の方向がホール素子内の電
流方向と直交する方向となっていれば、シリンダ4を途
中で曲げた形状としても良い。
【0032】本実施形態では、ホールセンサプローブを
磁気センサに適用しているが、この他、材料の疲労損
傷、照射損傷、熱脆化等の材料特性を非破壊的に評価す
る装置に適用することができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したとおり、請求項1に係る発
明は、試料からの磁束密度を探査するためのホール素子
と、試料からの磁束を先端部からホール素子に導入する
磁性体ノーズとを備えているため、空間分解能を向上さ
せると共に安定した動作で正確な試料の磁気特性の測定
できるという効果を有する。また、微小サイズのホール
素子を使用する必要はないので製造コストの低減も図れ
るという効果を有する。また、測定対象物が悪環境下に
ある場合でも、ホール素子に悪影響を与えずに試料の磁
気測定を行えるという効果を有する。
【0034】請求項2に係る発明は、磁性体ノーズの周
面を包囲する磁気シールドを更に備えているので、測定
対象部分以外の外部の磁気を完全に遮蔽して、空間分可
能をより向上させて試料の磁気特性を測定できるという
効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る磁気センサの構成図である。
【符号の説明】
1:ホールセンサプローブ 2:ホール素子 3:高透磁率磁性材料 4:シリンダ 5:磁気シールド 6:測定端部 7:電圧計 8:電流源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G017 AA07 AC01 AC07 AD53 2G053 AB01 AB11 CA05 DB11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料からの磁束密度を探査するためのホ
    ール素子と、 試料からの磁束を先端部からホール素子に導入する磁性
    体ノーズと、 を備えたことを特徴とするホールセンサプローブ。
  2. 【請求項2】 前記磁性体ノーズの周面を包囲する磁気
    シールドを更に備えたことを特徴とする請求項1に記載
    のホールセンサプローブ。
JP2000088343A 2000-03-28 2000-03-28 ホールセンサプローブ Pending JP2001281312A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006200955A (ja) * 2005-01-19 2006-08-03 Nec Engineering Ltd 磁界分布測定装置
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