JP2005249678A - Sensor for sensing conductor defective in electric wire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電線の撚線導体の欠陥を検知するのに使用するセンサに関し、通電・活線状態で断線、傷、不導体化並びに応力腐食割れ等の劣化といった不良を検知するのに有用なセンサである。 The present invention relates to a sensor used to detect a defect in a stranded conductor of an electric wire, and a sensor useful for detecting defects such as disconnection, scratches, non-conductors, and deterioration due to stress corrosion cracking in an energized / hot line state. It is.
断線、傷、不導体化並びに応力腐食割れ等の劣化といった不良(欠陥)を検知する方法の一つとして、実際に流されている負荷電流が欠陥部分で乱れを生じ、それによって発生する磁場の変化を検出する方法が知られている。
電線の撚線導体に欠陥が発生すると、その箇所の導体断面の輪郭が非円形化され、同断面の電流路中心がずれる結果、導体電流に基づく周回路磁界の分布が変化する。
そこで、この周回路磁界分布の変化や電流路断面の中心変位を検出して前記撚線導体の欠陥を検知することが提案されている。(特許文献1、非特許文献1)
As one of the methods for detecting defects (defects) such as disconnection, scratches, non-conductivity, and deterioration such as stress corrosion cracking, the actual load current is disturbed in the defective part, and the magnetic field generated thereby Methods for detecting changes are known.
When a defect occurs in the stranded conductor of the electric wire, the contour of the conductor cross section at that point is made non-circular, and the current path center of the cross section is shifted. As a result, the distribution of the circumferential circuit magnetic field based on the conductor current changes.
In view of this, it has been proposed to detect a defect in the stranded conductor by detecting the change in the circumferential circuit magnetic field distribution and the center displacement of the current path cross section. (
特許文献1では、図11に示す、電線の周囲にサーチコイル1o,1o’を180°隔てた対の複数対にて電線中心から等距離の位置に配設し、サーチコイルのコア方向と電線同心円の接線方向とを一致させ、各対の両サーチコイルの出力の差をセンサ出力としている。
図11において、撚線導体の電流路断面の中心の変位がゼロ、すなわち周回路磁界分布変化が無い場合、両コイルの出力が等しくセンサ出力が0となり欠陥無しと評価される。周回路磁界分布変化が生じている場合、両コイルの出力が等しくならずにセンサ出力が発生し、欠陥有りと判定される。
In
In FIG. 11, when the displacement of the center of the current path cross section of the stranded wire conductor is zero, that is, there is no change in the circumferential circuit magnetic field distribution, the outputs of both coils are equal and the sensor output is 0, and it is evaluated that there is no defect. When the peripheral circuit magnetic field distribution change occurs, the outputs of both coils are not equal and a sensor output is generated, and it is determined that there is a defect.
非特許文献1では、図12に示すように電流路断面の中心C1(Cx1,Cy1)が任意座標点p1(x1,y1)及びp2(x2,y2)とそれら任意座標点p1(x1,y1)及びp2(x2,y2)での磁束密度(Bx1,By1)及び(Bx2,By2)から次式で与えられることから
すなわち、図12に示すように電流路断面の中心C1(Cx1,Cy1)が任意座標点p1(x1,y1)及びp2(x1,y1)とそれら任意座標点p1(x1,y1)及びp2(x2,y2)での磁束密度(Bx1,By1)及び(Bx2,By2)から次式で与えられることから
導体電流をIとすると、導体中心から距離rにおける磁束密度Bは、
B=μ0I/(2πr)
で与えられ、導体中心のずれ距離をΔLとすれば、磁束密度変化ΔBはΔB∝BΔL/rとなる。
架線された電線には、数10A〜数100Aの電流が通電されており、電線外周上での磁束密度は極めて高い。例えば、電流値を150A、電線半径を15mmとすると、電線表面での磁束密度は1600A/mもの高磁束密度となる。サーチコイル等の磁界センサには、測定限度があり1600A/mもの高磁界を測定することは困難である。
When the conductor current is I, the magnetic flux density B at a distance r from the conductor center is
B = μ 0 I / (2πr)
If the deviation distance of the conductor center is ΔL, the magnetic flux density change ΔB is ΔB∝BΔL / r.
A current of several tens of A to several hundreds of A is passed through the wired wire, and the magnetic flux density on the outer periphery of the wire is extremely high. For example, if the current value is 150 A and the wire radius is 15 mm, the magnetic flux density on the wire surface is as high as 1600 A / m. A magnetic field sensor such as a search coil has a measurement limit, and it is difficult to measure a magnetic field as high as 1600 A / m.
しかるに、上記従来例では、サーチコイルをその感磁方向を電線の周回路磁界の方向に向けて配設しており、150Aもの高導体電流に対しては、レンジ上、サーチコイルを電線中心からかなり隔てた位置に配置する必要があり、センサの大型化が避けられない。
更に、特許文献1記載の従来例では、電線の周囲にサーチコイルを180°隔てた対で電線中心から等距離を隔てた位置に2箇配設し、撚線導体の導電路断面の電流中心がずれたときの両サーチコイルの出力差をセンサ出力としているが、前記のΔB∝BΔL/rから理解できる通り、サーチコイルを電線中心からかなり隔てた位置に配置してrを大きくすると、それだけ両サーチコイルの出力差が小さくなってセンサ出力が低減し、充分な検出感度を保証し難い。
However, in the above-described conventional example, the search coil is arranged with its magnetic sensing direction directed to the direction of the circumferential circuit magnetic field of the electric wire. It is necessary to arrange them at positions that are considerably separated, and an increase in the size of the sensor is inevitable.
Furthermore, in the conventional example described in
近来、高い磁界検出分解能、微小寸法の磁界センサ素子として磁気インピーダンス効果素子が開発されている。 Recently, magneto-impedance effect elements have been developed as magnetic field sensor elements with high magnetic field detection resolution and micro dimensions.
本発明の目的は、電線の導体の欠陥を該電線の導体電流に基づく周回路磁界の導体欠陥無しのときの基準周回路磁界に対する分布変化から検出する方法に使用するセンサにおいて、センサ素子に磁気インピーダンス効果素子を用いてセンサの検出精度の向上及び小型化を図ることにある。 An object of the present invention is to provide a sensor used in a method for detecting a defect in a conductor of a wire from a change in distribution of a peripheral circuit magnetic field based on the conductor current of the wire with respect to a reference peripheral circuit magnetic field when there is no conductor defect. The purpose is to improve the detection accuracy and miniaturization of the sensor using an impedance effect element.
請求項1に係る電線の導体欠陥検知用センサは、電線における撚合導体の何れかの導体素線の欠陥を、撚合導体の通電電流に基づく周回路磁界の素線欠陥無しのときの周回路磁界に対する分布変化から検知する方法に使用するセンサであり、前記電線の周りに180°の角度を隔て、かつ電線中心から等距離を隔て、感磁方向を電線と同心の円周と直角方向とした一対の磁気インピーダンス効果素子を電線の周方向に所定の角度を隔てて2対配設し、対をなす磁気インピーダンス効果素子を感磁方向を逆極性とするように直列に接続し、各直列接続磁気インピーダンス効果素子による出力を加算若しくは重畳してセンサ出力とするようにしたことを特徴とする。
The sensor for detecting a defect in a conductor of an electric wire according to
請求項2に係る電線の導体欠陥検知用センサは、電線における撚合導体の何れかの導体素線の欠陥を、撚合導体の通電電流に基づく周回路磁界の素線欠陥無しのときの周回路磁界に対する分布変化から検知する方法に使用するセンサであり、前記電線の周りに180°の角度を隔て、かつ電線中心から等距離を隔て、感磁方向を電線と同心の円周と直角方向とした一対の磁気インピーダンス効果素子を電線の周方向に所定の角度を隔てて2対配設し、対をなす磁気インピーダンス効果素子を感磁方向を逆極性とするように直列に接続し、各直列接続磁気インピーダンス効果素子による出力を減算または差動増幅してセンサ出力とするようにしたことを特徴とする。
The sensor for detecting a conductor defect of an electric wire according to
請求項3に係る電線の導体欠陥検知用センサは、電線における撚合導体の何れかの導体素線の欠陥を、撚合導体の通電電流に基づく周回路磁界の素線欠陥無しのときの周回路磁界に対する分布変化から検知する方法に使用するセンサであり、前記電線の周りに180°の角度を隔て、かつ電線中心から等距離を隔て、感磁方向を電線と同心の円周と直角方向とした一対の磁気インピーダンス効果素子を電線の周方向に所定の角度を隔てて2対配設し、異なる対の一方の磁気インピーダンス効果素子を同極性または逆極性とするように直列に接続し、同じく他方の磁気インピーダンス効果素子を同極性または逆極性とするように直列に接続し、しかも両直列接続磁気インピーダンス効果素子を逆極性となるようにし、両直列接続磁気インピーダンス効果素子による出力を加算若しくは重畳してセンサ出力とするようにしたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a sensor for detecting a conductor defect of an electric wire, wherein a defect of any conductor wire of the twisted conductor in the electric wire is detected when there is no wire defect of a peripheral circuit magnetic field based on an energization current of the twisted conductor. A sensor used in a method for detecting a change in distribution with respect to a circuit magnetic field, spaced at an angle of 180 ° around the wire and equidistant from the center of the wire, and the direction of magnetic sensing is perpendicular to the circumference concentric with the wire. Two pairs of magneto-impedance effect elements are arranged at a predetermined angle in the circumferential direction of the wire, and one of the magneto-impedance effect elements of a different pair is connected in series so as to have the same polarity or opposite polarity, Similarly, the other magneto-impedance effect element is connected in series so as to have the same polarity or opposite polarity, and both the series-connected magneto-impedance effect elements are set to have opposite polarities. The output of scan effect element addition or superposition to is characterized in that as a sensor output.
請求項4に係る電線の導体欠陥検知用センサは、電線における撚合導体の何れかの導体素線の欠陥を、撚合導体の通電電流に基づく周回路磁界の素線欠陥無しのときの周回路磁界に対する分布変化から検知する方法に使用するセンサであり、前記電線の周りに180°の角度を隔て、かつ電線中心から等距離を隔て、感磁方向を電線と同心の円周と直角方向とした一対の磁気インピーダンス効果素子を電線の周方向に所定の角度を隔てて2対配設し、異なる対の一方の磁気インピーダンス効果素子を同極性または逆極性とするように直列に接続し、同じく他方の磁気インピーダンス効果素子を同極性または逆極性とするように直列に接続し、しかも両直列接続磁気インピーダンス効果素子を逆極性となるようにし、両直列接続磁気インピーダンス効果素子による出力を減算または差動増幅してセンサ出力とするようにしたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sensor for detecting a conductor defect of an electric wire, wherein a defect of a conductor wire of any of the twisted conductors in the electric wire is detected when there is no wire defect of a peripheral circuit magnetic field based on a current flowing through the twisted conductor. A sensor used in a method for detecting a change in distribution with respect to a circuit magnetic field, spaced at an angle of 180 ° around the wire and equidistant from the center of the wire, and the direction of magnetic sensing is perpendicular to the circumference concentric with the wire. Two pairs of magneto-impedance effect elements are arranged at a predetermined angle in the circumferential direction of the wire, and one of the magneto-impedance effect elements of a different pair is connected in series so as to have the same polarity or opposite polarity, Similarly, the other magneto-impedance effect element is connected in series so as to have the same polarity or opposite polarity, and both the series-connected magneto-impedance effect elements are set to have opposite polarities. The output of scan effect element by subtracting or differential amplifier, characterized in that as the sensor output.
電線の周回路磁界分布の変化を電線と同心円の周方向に直角方向の磁界成分から検出しており、この検出磁界成分が電線外周近傍の周方向磁界よりも充分に小であって測定限度内に収め得、電線外周に接近してセンサ素子を配設でき、センサを小型にできる。そして、磁気インピーダンス効果素子の高検出能と、磁気インピーダンス効果素子の180°を隔てての対配置による外部ノイズの除去乃至は差動増幅回路または減算回路の使用による内外ノイズの除去等とで高感度検出が可能であり、前記離隔した箇所での周回路磁界分布の変化を高感度で検知できる。 Changes in the circumferential circuit magnetic field distribution of the wire are detected from the magnetic field component perpendicular to the circumferential direction of the concentric circle with the wire, and this detected magnetic field component is sufficiently smaller than the circumferential magnetic field in the vicinity of the wire and within the measurement limits. The sensor element can be disposed close to the outer periphery of the electric wire, and the sensor can be miniaturized. The high detection capability of the magneto-impedance effect element and the removal of external noise by the pair arrangement of the magneto-impedance effect element separated by 180 ° or the removal of internal and external noise by using a differential amplifier circuit or a subtraction circuit are high. Sensitivity can be detected, and the change in the circumferential circuit magnetic field distribution at the separated location can be detected with high sensitivity.
図1は本発明の導体欠陥検知の対象とされる電線の一例を示し、硬銅線等の導体素線aを撚合せた撚合導体b上にポリエチレンやポリ塩化ビニル等の合成樹脂cを押出し被覆してある。
この電線の撚合導体の何れかの導体素線に欠陥が生じたとする。素線間の接触抵抗が素線間の電流導通を完全に遮断し得る程度に高抵抗であると仮定すれば、欠陥に基づく導電路断面の電流中心のずれは電線全長ににわたって発生し、従って導体電流に基づく周回路磁界分布の変化が電線全長にわたって発生する。
図2において、導電路断面の電流中心のずれが発生していないときの電線中心oから距離rでの基準周回路磁界の強度Hは
FIG. 1 shows an example of an electric wire to be subjected to conductor defect detection according to the present invention. A synthetic resin c such as polyethylene or polyvinyl chloride is placed on a twisted conductor b obtained by twisting a conductor wire a such as a hard copper wire. Extrusion coated.
It is assumed that a defect has occurred in any conductor wire of the twisted conductor of this electric wire. Assuming that the contact resistance between the strands is high enough to completely interrupt the current conduction between the strands, the deviation of the current center of the conductor cross section due to the defect occurs over the entire length of the wire, and therefore A change in the circumferential circuit magnetic field distribution based on the conductor current occurs over the entire length of the wire.
In FIG. 2, the strength H of the reference peripheral circuit magnetic field at the distance r from the wire center o when no deviation of the current center of the conductive path cross section occurs.
H=I/(2πr) H = I / (2πr)
で与えられる。
1a,1a’は電線中心からの距離が共にrで、かつ電線中心と同心の円上で180°隔てられ、軸方向(最大感磁方向)が前記同心円に直角な方向とされた磁気インピーダンス効果素子を示し、前記の基準周回路磁界には感磁しない。磁気インピーダンス効果素子の軸方向とずれの方向とがなす角度をα、ずれ距離をΔLとすれば、
Given in.
1a and 1a ′ are magneto-impedance effects in which the distance from the center of the wire is r and they are separated by 180 ° on a circle concentric with the center of the wire, and the axial direction (maximum magnetosensitive direction) is a direction perpendicular to the concentric circle. The element is shown and is not sensitive to the reference circuit magnetic field. If the angle between the axial direction of the magneto-impedance effect element and the direction of displacement is α and the displacement distance is ΔL,
x2=r2+(ΔL)2−2r・ΔLcosα
sinγ/ΔL=sinα/x
x 2 = r 2 + (ΔL) 2 −2r · ΔL cos α
sinγ / ΔL = sinα / x
が成立し、導電路断面中心o’のもとでの距離xでの周回路磁界強さH’=I/(2πx)における磁気インピーダンス効果素子1aの感磁成分、すなわち最大感磁方向成分haは、 And the magnetosensitive component of the magneto-impedance effect element 1a at the circumferential circuit magnetic field strength H ′ = I / (2πx) at the distance x under the conductive path cross-sectional center o ′, that is, the maximum magnetosensitive direction component ha. Is
ha=H’sinγ ha = H’sinγ
で与えられる。
上記の諸式からhaを求めると
Given in.
When ha is obtained from the above equations,
〔式1〕 ha≒H(ΔL/r)sinα/〔1−2(ΔL/r)cosα〕 [Formula 1] ha≈H (ΔL / r) sin α / [1-2 (ΔL / r) cos α]
が成立する。
他方の磁気インピーダンス効果素子1a’の感磁成分ha’は、前記haにおいてαを(π+α)と置き、周回路磁界の方向が逆方向であることを考慮して
Is established.
The magnetosensitive component ha ′ of the other magneto-impedance effect element 1a ′ takes into account that α is (π + α) in the ha and the direction of the circumferential circuit magnetic field is opposite.
〔式2〕 ha’≒H(ΔL/r)sinα/〔1+2(ΔL/r)cosα〕 [Formula 2] ha′≈H (ΔL / r) sin α / [1 + 2 (ΔL / r) cos α]
で与えられる。 Given in.
上記対をなす磁気インピーダンス効果素子1a,1a’に対し、1b,1b’で示すように前記と同様の対を前記円周方向に角度β隔てた位置に配設すると、
この追加した対の一方の磁気インピーダンス効果素子1bの前記周回路磁界の分布変化による感磁成分hbは、前記haにおいてαを(α+β)と置くことにより与えられ
For the magneto-impedance effect elements 1a and 1a ′ forming the above pair, as shown by 1b and 1b ′, a pair similar to the above is disposed at a position separated by an angle β in the circumferential direction,
The magnetosensitive component hb due to the change in the distribution of the peripheral circuit magnetic field of the added magneto-impedance effect element 1b is given by setting α as (α + β) in the ha.
〔式3〕 hb≒H(ΔL/r)sin(α+β)/〔1−2(ΔL/r)cos(α+β)〕
が成立する。
他方の磁気インピーダンス効果素子1b’の感磁成分hb’は、前記hbにおいて(α+β)を〔π+(α+β)〕と置くことにより与えられ
[Formula 3] hb≈H (ΔL / r) sin (α + β) / [1-2 (ΔL / r) cos (α + β)]
Is established.
The magnetosensitive component hb ′ of the other magneto-impedance effect element 1b ′ is given by placing (α + β) as [π + (α + β)] in hb.
〔式4〕 hb’≒H(ΔL/r)sin(α+β)/〔1+2(ΔL/r)cos(α+β)〕 [Formula 4] hb′≈H (ΔL / r) sin (α + β) / [1 + 2 (ΔL / r) cos (α + β)]
が成立する。 Is established.
本発明は、周回路磁界分布の変化により生じる周回路磁界と直角方向の小さい感磁成分を磁気インピーダンス効果素子の高い検出能で検出し、対をなす磁気インピーダンス効果素子の感磁方向の逆極性化により、または減算乃至は差動増幅での同相打消作用によりノイズを除去して、前記導体欠陥に基づく周回路磁界分布の変化を高感度で検出し、前記撚合導体の欠陥箇所から相当に遠く離隔した箇所でもその周回路磁界の分布変化の検知を可能としている。 The present invention detects a small magnetosensitive component in a direction perpendicular to the circumferential circuit magnetic field caused by a change in the circumferential circuit magnetic field distribution with high detectability of the magneto-impedance effect element, and reverses the polarity of the magneto-sensitive direction of the paired magneto-impedance effect element. Or by subtraction or in-phase cancellation in differential amplification to detect noise with a high sensitivity and detect a change in the circumferential circuit magnetic field distribution based on the conductor defect. It is possible to detect changes in the distribution of the magnetic field of the peripheral circuit even at locations far away from each other.
図3は磁気インピーダンス効果素子を使用した磁気センサの基本的構成を示している。
図3において、1は磁気インピーダンス効果素子であり、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用されている。かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波励磁電流を流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のアモルファスワイヤの軸方向(最大感磁方向)に被検出磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と被検出磁界磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。この変動現象は磁気インダクタンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流(搬送波)が被検出波(信号波)で変調される現象ということができる。更に、上記通電電流の周波数がMHzオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ=(2ρ/wμθ)1/2(μθは前記した通り円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμθにより変化し、このμθが前記した通り、被検出磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も被検出磁界で変動するようになる。この変動現象は磁気インピーダンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流(搬送波)が被検出波(信号波)で変調される現象ということができる。
FIG. 3 shows a basic configuration of a magnetic sensor using a magneto-impedance effect element.
In FIG. 3,
図3において、2は磁気インピーダンス効果素子に高周波励磁電流を加えるための高周波電源、3は磁気インピーダンス効果素子の軸方向に作用する被検出磁界(信号波)で前記高周波励磁電流(搬送波)を変調させた被変調波を復調する復調回路、4は復調波を増幅する増幅回路、5は出力端、6は負帰還用コイル、7はバイアス磁界用コイルである。磁気インピーダンス効果素子1には、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤの外、アモルファスリボン、アモルファススパッタ膜等も使用できる。
In FIG. 3, 2 is a high-frequency power source for applying a high-frequency excitation current to the magneto-impedance effect element, and 3 is a modulation of the high-frequency excitation current (carrier wave) by a detected magnetic field (signal wave) acting in the axial direction of the magneto-impedance effect element. Demodulation circuit for demodulating the modulated wave thus generated, 4 an amplification circuit for amplifying the demodulated wave, 5 an output terminal, 6 a negative feedback coil, and 7 a bias magnetic field coil. For the magneto-
磁気インピーダンス効果素子においては、前記した通り励磁電流に基づく円周方向磁束と被検出磁界による軸方向磁束との合成により、円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれされるために、周方向透磁率μθが変化し、インダクタンスが変動され、この円周方向透磁率μθの高周波表皮効果の表皮深さの変化でインピーダンスが変動される。従って、被検出磁界の±により上記合成磁界による周方向ずれφも±φになるが、周方向の磁界の減少倍率cos(±φ)は変わらず、従ってμθの減少度は被検出磁界の方向の正負によっては変化されない。従って、被検出磁界−出力特性は、図4の(イ)のように被検出磁界をx軸に、出力をy軸にとると、y軸に対してほぼ左右対称となる。この被検出磁界−出力特性は非線形である。非線形特性では、高感度の測定が困難である。そこで、負帰還用コイルで負帰還をかけて図4の(ロ)に示すように特性を直線化している。図4の(ロ)において、Δwは、負帰還無しのときの利得Aが非常に大きく帰還率βのみにより利得が定まるリニア範囲である。しかし、この出力特性では、被検出磁界の極性判別を行ない得ないので、バイアス用コイル7でバイアス磁界をかけ、図4の(ハ)に示すように極性判別可能としている。すなわち、図4の(ロ)の特性を、バイアス磁界によりx軸のマイナス方向に移動させ、被検出磁界の最大範囲−Hmax〜+Hmaxを単斜め線領域の範囲内に納めている。更に、図4の(ニ)に示すように0点調整により原点を通る直線特性としている。従って、図4の(ニ)において被検出磁界を+Heとすると出力が+Eoとなり、被検出磁界を−Heとすると出力が−Eoとなって被検出磁界を極性判別のもとで正確に測定できる。 In the magneto-impedance effect element, as described above, the direction of the magnetic flux acting on the outer shell portion that is easily magnetized in the circumferential direction is obtained by combining the circumferential magnetic flux based on the excitation current and the axial magnetic flux due to the detected magnetic field. Due to the deviation from the circumferential direction, the circumferential magnetic permeability μ θ changes, the inductance is changed, and the impedance is changed by the change of the skin depth of the high frequency skin effect of the circumferential magnetic permeability μ θ . Accordingly, although even the circumferential direction positional shift phi by the synthesized magnetic field by ± of the detected magnetic field becomes ± phi, the circumferential direction of the magnetic field reduction ratio cos (± phi) is unchanged, the degree of reduction in thus mu theta is of the detected magnetic field It does not change depending on the direction. Accordingly, the detected magnetic field-output characteristics are substantially bilaterally symmetric with respect to the y axis when the detected magnetic field is on the x axis and the output is on the y axis as shown in FIG. This detected magnetic field-output characteristic is non-linear. With non-linear characteristics, it is difficult to measure with high sensitivity. Therefore, negative feedback is applied by a negative feedback coil to linearize the characteristics as shown in FIG. In FIG. 4B, Δw is a linear range in which the gain A without negative feedback is very large and the gain is determined only by the feedback rate β. However, with this output characteristic, since the polarity of the magnetic field to be detected cannot be determined, a bias magnetic field is applied by the bias coil 7 so that the polarity can be determined as shown in FIG. That is, the characteristic of (b) in FIG. 4 is moved in the negative direction of the x-axis by the bias magnetic field, and the maximum range of the detected magnetic field −Hmax to + Hmax is within the range of the single oblique line region. Further, as shown in FIG. 4D, a linear characteristic passing through the origin is obtained by adjusting the zero point. Therefore, in FIG. 4D, if the detected magnetic field is + He, the output is + Eo, and if the detected magnetic field is -He, the output is -Eo, and the detected magnetic field can be accurately measured based on polarity discrimination. .
前記極性判別可能なリニア出力特性を得るのに図5に示すように、出力より反転入力端子に負帰還をかけた演算増幅器(負帰還路挿入インピーダンスZ2、入力側挿入インピーダンスZ1)を使用することもできる。この場合、負帰還用コイルに挿入した抵抗をR、同コイルの巻数をn、長さをL、復調増幅部Bの利得をA、被検出磁界をHex、出力をEoutとすると、 As shown in FIG. 5, an operational amplifier (negative feedback path insertion impedance Z 2 , input side insertion impedance Z 1 ) in which negative feedback is applied to the inverting input terminal from the output is used to obtain the linear output characteristics capable of discriminating the polarity. You can also In this case, if the resistance inserted in the negative feedback coil is R, the number of turns of the coil is n, the length is L, the gain of the demodulation amplifier B is A, the detected magnetic field is Hex, and the output is Eout,
A≫Z1RL/(Z2n) A >> Z 1 RL / (Z 2 n)
のもとで Under
Eout=RLZ1Hex/(nZ2)+VccZ1R/〔Z2(Z2+R)〕 Eout = RLZ 1 Hex / (nZ 2 ) + VccZ 1 R / [Z 2 (Z 2 + R)]
が成立し、この出力特性を諸定数(Z1,Z2,抵抗R,コイル巻数n等)の調整によりx軸の±方向にシフトさせることができ、その調整により極性判別可能な斜め直線部を最大被検出磁界の範囲±Hmax内に位置させることが可能となり、更にy軸方向の0点調整により図4の(ニ)に示すような極性判別可能な直線性の出力特性を得ることもできる。 Is established, and the output characteristics can be shifted in the ± direction of the x-axis by adjusting various constants (Z 1 , Z 2 , resistance R, coil turns n, etc.), and the diagonal straight line portion whose polarity can be discriminated by the adjustment Can be positioned within the range of the maximum detected magnetic field ± Hmax, and the linearity output characteristics capable of discriminating the polarity as shown in FIG. 4 (d) can be obtained by adjusting the zero point in the y-axis direction. it can.
上記高周波励磁電流としては、例えば連続正弦波、パスル波、三角波等の通常の高周波を使用でき、高周波励磁電流源としては、例えばハートレー発振回路、コルピッツ発振回路、コレクタ同調発振回路、ベース同調発振回路のような通常の発振回路の外、水晶発振器の矩形波出力を直流分カットコンデンサを経て積分回路で積分しこの積分出力の三角波を増幅回路で増幅する三角波発生器、COMS−ICを発振部として使用した三角波発生器等を使用できる。 As the high frequency excitation current, a normal high frequency such as a continuous sine wave, a pulse wave, or a triangular wave can be used. As the high frequency excitation current source, for example, a Hartley oscillation circuit, a Colpitts oscillation circuit, a collector tuning oscillation circuit, a base tuning oscillation circuit can be used. In addition to the normal oscillation circuit, a rectangular wave generator that integrates the square wave output of the crystal oscillator through a DC cut capacitor with an integration circuit and amplifies the triangular wave of the integration output with an amplification circuit, and the COMS-IC as an oscillation unit The used triangular wave generator etc. can be used.
上記の復調回路としては、例えば被変調波を演算増幅回路で半波整流しこの半波整流波を並列RC回路またはRCローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成、被変調波をダイオードで半波整流しこの半波整流波を並列RC回路またはRCローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成等を使用できる。 The demodulating circuit includes, for example, a configuration in which a modulated wave is half-wave rectified by an operational amplifier circuit, and this half-wave rectified wave is processed by a parallel RC circuit or an RC low-pass filter to obtain an envelope output of the half-wave rectified wave. A configuration in which the modulated wave is half-wave rectified by a diode and the half-wave rectified wave is processed by a parallel RC circuit or an RC low-pass filter to obtain an envelope output of the half-wave rectified wave can be used.
上記の実施例では、被変調波の復調によって被検出量を取り出しているが、これに限定されず、磁気インピーダンス効果素子に作用する被検出磁界による磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出し得るものであれば、適宜の回路構成を使用できる。
前記負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルは磁気インピーダンス効果素子に巻き付けることができる。また、図6に示すように磁気インピーダンス効果素子とループ磁気回路を構成する鉄芯に負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルを巻き付けることもできる。
In the above embodiment, the detected amount is extracted by demodulating the modulated wave. However, the present invention is not limited to this, and the detected amount corresponding to the detected magnetic field is detected from the magnetic field detection signal by the detected magnetic field acting on the magneto-impedance effect element. Any circuit configuration can be used as long as the amount can be extracted.
The negative feedback coil and the bias magnetic field coil can be wound around a magneto-impedance effect element. Further, as shown in FIG. 6, a negative feedback coil and a bias magnetic field coil can be wound around an iron core constituting a magneto-impedance effect element and a loop magnetic circuit.
図6の(イ)は鉄芯付き磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す側面図、図6の(ロ)は同じく底面図、図6の(ハ)は図6の(ロ)におけるハ−ハ断面図である。
図6において、100は基板チツプであり、例えばセラミックス板を使用できる。101は基板片の片面に設けた電極であり、エレメント接続用突部102を備えている。この電極は導電ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。1xは電極101,101の突部102,102間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、前記した通り零磁歪乃至負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。103はC型鉄芯、6xはC型鉄芯に巻装した負帰還用コイル、7xは同じくバイアス磁界用コイルであり、磁気インピーダンス効果素子1xとC型鉄芯103とでループ磁気回路を構成するように、C型鉄芯103の両端を基板片100の他面に接着剤等で固定してある。鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。
6 (a) is a side view showing an example of a magnetic impedance effect unit with an iron core, FIG. 6 (b) is a bottom view, and FIG. 6 (c) is a cross-sectional view of FIG. FIG.
In FIG. 6,
図7の(イ)は請求項1に係る電線の導体欠陥検知用センサの一実施例を示す図面、図7の(ロ)は同センサの回路図である。
図7において、8は電線、9はセンサ基板であり、電線の周りに180°の角度を隔て、かつ電線中心から等距離を隔て、感磁方向を電線と同心の円周と直角方向とした一対の磁気インピーダンス効果素子を電線の周方向に所定の角度βを隔ててa,bの2対で配設し、対をなす磁気インピーダンス効果素子1a,1a’及び1b,1b’を感磁方向を逆極性とするように直列に接続し、各直列接続磁気インピーダンス効果素子による出力を加算若しくは重畳してセンサ出力としている。3a,3bは復調回路を、Adは加算若しくは重畳回路を示している。
対aの一方の磁気インピーダンス効果素子1aの前記した周回路磁界分布の変化による感磁成分をha、地磁気等の外部ノイズに対する感磁成分をNaとすると、この磁気インピーダンス効果素子1aが感磁する磁界強さHaは、Ha=ha+Naである。
対aの他方の磁気インピーダンス効果素子1a’が感磁する磁界強Ha’さは、両素子1a,1a’の感磁方向を逆極性としてあるから、Ha’=−(ha’+Na)である。
従って、直列接続された対aの磁気インピーダンス効果素子1a,1a’が感磁する磁界強さ(Ha+Ha’)は、(Ha+Ha’)=(ha−ha’)であり、ノイズを排除でき、その磁界強さ(Ha+Ha’)は、前記式(1)と(2)から
7 (a) is a drawing showing an embodiment of a sensor for detecting a conductor defect of an electric wire according to
In FIG. 7, 8 is an electric wire, and 9 is a sensor substrate. The magnetic sensing direction is a direction perpendicular to the circumference concentric with the electric wire at an angle of 180 ° around the electric wire and equidistant from the electric wire center. A pair of magneto-impedance effect elements are arranged in two pairs of a and b with a predetermined angle β in the circumferential direction of the electric wire, and the paired magneto-impedance effect elements 1a, 1a ′ and 1b, 1b ′ are in the magnetosensitive direction. Are connected in series so as to have reverse polarity, and the outputs from the series-connected magneto-impedance effect elements are added or superimposed to form a sensor output.
The magneto-impedance effect element 1a is magnetized when the magneto-sensitive component due to the change in the circumferential circuit magnetic field distribution of one magneto-impedance effect element 1a of the pair a is ha and the magneto-sensitive component with respect to external noise such as geomagnetism is Na. The magnetic field strength Ha is Ha = ha + Na.
The magnetic field strength Ha ′ sensed by the other magneto-impedance effect element 1a ′ of the pair a is Ha ′ = − (ha ′ + Na) because the magnetosensitive direction of both elements 1a and 1a ′ is reversed. .
Therefore, the magnetic field strength (Ha + Ha ′) that the magneto-impedance effect element 1a, 1a ′ of the pair a connected in series has a magnetic sensitivity is (Ha + Ha ′) = (ha−ha ′), and noise can be eliminated. The magnetic field strength (Ha + Ha ′) is obtained from the above equations (1) and (2).
(ha−ha’)≒4H(ΔL/r)2sinαcosα=2H(ΔL/r)2sin2α (Ha−ha ′) ≈4H (ΔL / r) 2 sinαcosα = 2H (ΔL / r) 2 sin2α
で与えられる。
他方の対bの一方の磁気インピーダンス効果素子1bの前記した周回路磁界分布の変化による感磁成分をhb、地磁気等の外部ノイズに対する感磁成分をNbとすると、この磁気インピーダンス効果素子が感磁する磁界強さHbは、Hb=hb+Nbである。
Given in.
When the magnetosensitive component due to the change in the circumferential circuit magnetic field distribution of one magneto-impedance effect element 1b of the other pair b is hb and the magneto-sensitive component for external noise such as geomagnetism is Nb, the magneto-impedance effect element is magnetosensitive. The magnetic field strength Hb to be applied is Hb = hb + Nb.
対bの他方の磁気インピーダンス効果素子1b’が感磁する磁界強Hb’さは、両素子の感磁方向を逆極性としてあるから、Hb’=−(hb’+Nb)である。
従って、直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1b,1b’が感磁する磁界強さ(Hb+Hb’)は、(Hb+Hb’)=(hb−hb’)であり、外部ノイズを排除でき、その磁界強さ(Hb+Hb’)は、前記式(1)と(2)から
The magnetic field strength Hb ′ that the other magneto-impedance effect element 1b ′ of the pair b senses is Hb ′ = − (hb ′ + Nb) because the magnetosensitive direction of both elements is opposite in polarity.
Therefore, the magnetic field strength (Hb + Hb ′) that the magneto-impedance effect elements 1b and 1b ′ of the pair b connected in series are magnetically sensitive is (Hb + Hb ′) = (hb−hb ′), and external noise can be eliminated. The magnetic field strength (Hb + Hb ′) is obtained from the above equations (1) and (2).
(hb−hb’)≒4H(ΔL/r)2sin(α+β)cos(α+β)=2H(ΔL/r)2sin2(α+β)で与えられる。 (Hb−hb ′) ≈4H (ΔL / r) 2 sin (α + β) cos (α + β) = 2H (ΔL / r) 2 sin2 (α + β).
図7に示した実施例では、直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1a,1a’と直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1b,1b’との極性を同極性とするようにそれら磁気インピーダンス効果素子の向きを設定してある。従って、センサ出力Eoutは、図4の(ニ)に示した出力特性の比例係数をkとして In the embodiment shown in FIG. 7, the polarities of the pair b magneto-impedance effect elements 1a and 1a 'connected in series and the pair b magneto-impedance effect elements 1b and 1b' connected in series are the same. The direction of these magneto-impedance effect elements is set. Therefore, the sensor output Eout is expressed by assuming that the proportionality coefficient of the output characteristic shown in FIG.
Eout=k(ha−ha’)+k(hb−hb’)≒2kH(ΔL/r)2〔sin2α+sin2(α+β)〕 Eout = k (ha−ha ′) + k (hb−hb ′) ≈2 kH (ΔL / r) 2 [sin2α + sin2 (α + β)]
で与えられる。
直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1a,1a’と直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1b,1b’との極性を逆極性とするようにそれら磁気インピーダンス効果素子の向きを設定する場合は、
Given in.
The orientation of the magneto-impedance effect elements 1a and 1a ′ of the pair b connected in series and the polarity of the magneto-impedance effect elements 1b and 1b ′ of the pair b connected in series are reversed. If you want to
Eout=k(ha−ha’)−k(hb−hb’)≒2kH(ΔL/r)2〔sin2α−sin2(α+β)〕
が成立する。
前記の感磁量(ha−ha’)及び(hb−hb’)は、ΔL≪rのために小であり、センサを小型にできる。各被検出量(ha−ha’)、(hb−hb’)が小さくても、磁気インピーダンス効果素子の高検出分解能のために各直列接続素子の出力を素子の高検出分解能のために高くでき、高精度の検出が可能である。
従って、電線の導体欠陥箇所から遠くなって導体の導電路断面の電流中心のずれΔLが小さくなっても、その高感度のために検出可能であり、導体欠陥箇所から数10m離隔した箇所の磁界検知でも、欠陥の検知が可能となる。
Eout = k (ha−ha ′) − k (hb−hb ′) ≈2 kH (ΔL / r) 2 [sin2α−sin2 (α + β)]
Is established.
The magnetosensitive amounts (ha−ha ′) and (hb−hb ′) are small because ΔL << r, and the sensor can be downsized. Even if each detected amount (ha−ha ′) and (hb−hb ′) is small, the output of each series-connected element can be increased for the high detection resolution of the element because of the high detection resolution of the magneto-impedance effect element. Highly accurate detection is possible.
Therefore, even if the deviation ΔL of the current center of the conductor path cross section of the conductor becomes small from the conductor defective portion of the electric wire, it can be detected because of its high sensitivity, and the magnetic field at a location several tens of meters away from the conductor defective portion. Detection can also detect defects.
図8の(イ)は請求項2に係る電線の導体欠陥検知用センサの一実施例を示す図面、図8の(ロ)は同センサの回路図である。
図8において、8は電線、9はセンサ基板であり、電線の周りに180°の角度を隔て、かつ電線中心から等距離を隔て、感磁方向を電線と同心の円周と直角方向とした一対の磁気インピーダンス効果素子を電線の周方向に所定の角度βを隔ててa,bの2対で配設し、対をなす磁気インピーダンス効果素子1a,1a’及び1b,1b’を感磁方向を逆極性とするように直列に接続し、各直列接続磁気インピーダンス効果素子による出力を減算または差動増幅してセンサ出力としている。3a,3bは復調回路を、Dmは差動増幅器を示している。
対aの一方の磁気インピーダンス効果素子1aの前記した周回路磁界分布の変化による感磁成分をha、地磁気等の外部ノイズに対する感磁成分をNaとすると、この磁気インピーダンス効果素子1aが感磁する磁界強さHaは、Ha=ha+Naである。
対aの他方の磁気インピーダンス効果素子1a’が感磁する磁界強Ha’さは、両素子1a,1a’の感磁方向を逆極性としてあるから、Ha’=−(ha’+Na)である。
従って、直列接続された対aの磁気インピーダンス効果素子1a,1a’が感磁する磁界強さ(Ha+Ha’)は、(Ha+Ha’)=(ha−ha’)であり、ノイズを排除でき、その磁界強さ(Ha+Ha’)は、前記式(1)と(2)から
8A is a drawing showing an embodiment of the sensor for detecting a conductor defect of an electric wire according to
In FIG. 8, 8 is an electric wire, and 9 is a sensor substrate. The magnetic sensing direction is a direction perpendicular to the circumference concentric with the electric wire at an angle of 180 ° around the electric wire and equidistant from the electric wire center. A pair of magneto-impedance effect elements are arranged in two pairs of a and b with a predetermined angle β in the circumferential direction of the electric wire, and the paired magneto-impedance effect elements 1a, 1a ′ and 1b, 1b ′ are in the magnetosensitive direction. Are connected in series so as to have a reverse polarity, and the output from each series-connected magneto-impedance effect element is subtracted or differentially amplified to obtain a sensor output.
The magneto-impedance effect element 1a is magnetized when the magneto-sensitive component due to the change in the circumferential circuit magnetic field distribution of one magneto-impedance effect element 1a of the pair a is ha and the magneto-sensitive component with respect to external noise such as geomagnetism is Na. The magnetic field strength Ha is Ha = ha + Na.
The magnetic field strength Ha ′ sensed by the other magneto-impedance effect element 1a ′ of the pair a is Ha ′ = − (ha ′ + Na) because the magnetosensitive direction of both elements 1a and 1a ′ is reversed. .
Therefore, the magnetic field strength (Ha + Ha ′) that the magneto-impedance effect element 1a, 1a ′ of the pair a connected in series has a magnetic sensitivity is (Ha + Ha ′) = (ha−ha ′), and noise can be eliminated. The magnetic field strength (Ha + Ha ′) is obtained from the above equations (1) and (2).
(ha−ha’)≒4H(ΔL/r)2sinαcosα=2H(ΔL/r)2sin2α (Ha−ha ′) ≈4H (ΔL / r) 2 sinαcosα = 2H (ΔL / r) 2 sin2α
で与えられる。
他方の対bの一方の磁気インピーダンス効果素子1bの前記した周回路磁界分布の変化による感磁成分をhb、地磁気等の外部ノイズに対する感磁成分をNbとすると、この磁気インピーダンス効果素子が感磁する磁界強さHbは、Hb=hb+Nbである。
Given in.
When the magnetosensitive component due to the change in the circumferential circuit magnetic field distribution of one magneto-impedance effect element 1b of the other pair b is hb and the magneto-sensitive component for external noise such as geomagnetism is Nb, the magneto-impedance effect element is magnetosensitive. The magnetic field strength Hb to be applied is Hb = hb + Nb.
対bの他方の磁気インピーダンス効果素子1b’が感磁する磁界強Hb’さは、両素子の感磁方向を逆極性としてあるから、Hb’=−(hb’+Nb)である。
従って、直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1b,1b’が感磁する磁界強さ(Hb+Hb’)は、(Hb+Hb’)=(hb−hb’)であり、外部ノイズを排除でき、その磁界強さ(Hb+Hb’)は、前記式(1)と(2)から
The magnetic field strength Hb ′ that the other magneto-impedance effect element 1b ′ of the pair b senses is Hb ′ = − (hb ′ + Nb) because the magnetosensitive direction of both elements is opposite in polarity.
Therefore, the magnetic field strength (Hb + Hb ′) that the magneto-impedance effect elements 1b and 1b ′ of the pair b connected in series are magnetically sensitive is (Hb + Hb ′) = (hb−hb ′), and external noise can be eliminated. The magnetic field strength (Hb + Hb ′) is obtained from the above equations (1) and (2).
(hb−hb’)≒4H(ΔL/r)2sin(α+β)cos(α+β)=2H(ΔL/r)2sin2(α+β)で与えられる。 (Hb−hb ′) ≈4H (ΔL / r) 2 sin (α + β) cos (α + β) = 2H (ΔL / r) 2 sin2 (α + β).
図8に示した実施例では、直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1a,1a’と直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1b,1b’との極性を逆極性とするようにそれら磁気インピーダンス効果素子の向きを設定してある。従って、センサ出力Eoutは、 In the embodiment shown in FIG. 8, the polarities of the pair b magneto-impedance effect elements 1a and 1a 'connected in series and the pair b magneto-impedance effect elements 1b and 1b' connected in series are reversed. The direction of these magneto-impedance effect elements is set. Therefore, the sensor output Eout is
Eout=k(ha−ha’)−〔−k(hb−hb’)〕≒2kH(ΔL/r)2〔sin2α+sin2(α+β)〕 Eout = k (ha−ha ′) − [− k (hb−hb ′)] ≈2 kH (ΔL / r) 2 [sin2α + sin2 (α + β)]
で与えられる。
直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1a,1a’と直列接続された対bの磁気インピーダンス効果素子1b,1b’との極性を同極性とするようにそれら磁気インピーダンス効果素子の向きを設定する場合は、
Given in.
The orientations of the magneto-impedance effect elements 1a and 1a ′ of the pair b connected in series and the magneto-impedance effect elements 1b and 1b ′ of the pair b connected in series are set to the same polarity. If you want to
Eout=k(ha−ha’)−k(hb−hb’)≒2kH(ΔL/r)2〔sin2α−sin2(α+β)〕
が成立する。
前記の感磁量(ha−ha’)及び(hb−hb’)は、ΔL≪rのために小であり、センサを小型にできる。各被検出量(ha−ha’)、(hb−hb’)が小さくても、磁気インピーダンス効果素子の高検出分解能のために各直列接続素子の出力を素子の高検出分解能のために高くでき、高精度の検出が可能である。
従って、電線の欠陥箇所から遠くなって導体の導電路断面の電流中心のずれΔLが小さくなっても、その高感度のために検出可能であり、導体欠陥箇所から数10m離隔した箇所の磁界検知でも、欠陥の検知が可能となる。
Eout = k (ha−ha ′) − k (hb−hb ′) ≈2 kH (ΔL / r) 2 [sin2α−sin2 (α + β)]
Is established.
The magnetosensitive amounts (ha−ha ′) and (hb−hb ′) are small because ΔL << r, and the sensor can be downsized. Even if each detected amount (ha−ha ′) and (hb−hb ′) is small, the output of each series-connected element can be increased for the high detection resolution of the element because of the high detection resolution of the magneto-impedance effect element. Highly accurate detection is possible.
Therefore, even if the deviation ΔL of the current center of the conductor path cross section of the conductor becomes far away from the defective part of the electric wire, it can be detected because of its high sensitivity, and the magnetic field is detected at a place several tens of meters away from the defective part of the conductor. However, it is possible to detect defects.
図9−1は請求項3に係る電線の導体欠陥検知用センサの一実施例を示す回路図である。
請求項1のセンサと同様に、電線の周りに180°の角度を隔て、かつ電線中心から等距離を隔て、感磁方向を電線と同心の円周と直角方向とした一対の磁気インピーダンス効果素子を電線の周方向に所定の角度βを隔てて二対配設してある。
請求項3のセンサでは、図9−1に示すように異なる対a,bの一方の磁気インピーダンス効果素子1a,1b’を同極性または逆極性とするように直列に接続し、同じく他方の磁気インピーダンス効果素子1a’,1bを同極性または逆極性とするように直列に接続し、しかも、1aと1b’との直列接続磁気インピーダンス効果素子と1a’と1bの直列接続磁気インピーダンス効果素子との極性を逆極性となるようにし、両直列接続磁気インピーダンス効果素子による出力を加算若しくは重畳してセンサ出力としている。Adは加算または重畳回路を示している。
図9−1において、前記と同様に周回路磁界の分布変化により対aの磁気インピーダンス効果素子1aの感磁成分がha、同じく対aの磁気インピーダンス効果素子1a’の感磁成分がha’、地磁気等の外部ノイズに対する感磁成分をNa、対bの磁気インピーダンス効果素子1bの感磁成分がhb、同じく対Wbの磁気インピーダンス効果素子1b’の感磁成分がhb’、地磁気等の外部ノイズに対する感磁成分をNbとすると、
各磁気インピーダンス効果素子に対する被感磁磁界は、ha+Na、ha’+Na、hb+Nb、hb’+Nbとなり、異なる対の一方の磁気インピーダンス効果素子の同極性または逆極性直列接続磁気インピーダンス効果素子の感磁磁界H1は
FIG. 9A is a circuit diagram illustrating an embodiment of a sensor for detecting a conductor defect of an electric wire according to
A pair of magneto-impedance effect elements having an angle of 180 ° around the electric wire and an equal distance from the center of the electric wire and having a magnetosensitive direction perpendicular to the circumference concentric with the electric wire, as in the sensor of
In the sensor according to the third aspect, as shown in FIG. 9A, one of the magneto-impedance effect elements 1a and 1b ′ of different pairs a and b is connected in series so as to have the same polarity or opposite polarity, and the other magnet Impedance effect elements 1a 'and 1b are connected in series so as to have the same or opposite polarity, and a series-connected magnetoimpedance effect element of 1a and 1b' and a series-connected magnetoimpedance effect element of 1a 'and 1b The polarity is reversed, and the output from both series-connected magnetoimpedance effect elements is added or superimposed to obtain the sensor output. Ad represents an addition or superposition circuit.
In FIG. 9A, the magnetosensitive component of the magnetoimpedance effect element 1a of the pair a is ha, and the magnetosensitive component of the magnetoimpedance effect element 1a ′ of the pair a is ha ′ due to the distribution change of the peripheral circuit magnetic field as described above. The magnetosensitive component for external noise such as geomagnetism is Na, the magnetosensitive component of the magnetoimpedance effect element 1b of the pair b is hb, the magnetosensitive component of the magnetoimpedance effect element 1b ′ of the pair Wb is hb ′, and external noise such as geomagnetism. If the magnetic sensitive component for Nb is Nb,
The magnetosensitive magnetic field for each magneto-impedance effect element is ha + Na, ha ′ + Na, hb + Nb, and hb ′ + Nb. H 1
〔式5〕 H1=(ha+Na)±(hb’+Nb) [Formula 5] H 1 = (ha + Na) ± (hb ′ + Nb)
となり、この感磁磁界H1に基づく検出出力はE1は The detection output based on this magnetosensitive magnetic field H 1 is E 1
E1=kH1=k〔(ha+Na)±(hb’+Nb)〕
で与えられ、異なる対の他方の磁気インピーダンス効果素子が前記直列接続磁気インピーダンス効果素子とは逆極性の直列接続であるから、この直列接続磁気インピーダンス効果素子の感磁磁界H2は
E 1 = kH 1 = k [(ha + Na) ± (hb ′ + Nb)]
Since the other magneto-impedance effect element of the different pair is a series connection having a polarity opposite to that of the series-connected magneto-impedance effect element, the magneto-sensitive magnetic field H 2 of the series-connected magneto-impedance effect element is
〔式6〕 H2=−〔(hb+Nb)±(ha’+Na)〕 [Formula 6] H 2 = − [(hb + Nb) ± (ha ′ + Na)]
となり、これら感磁磁界H2に基づく検出出力はE2は
E2=kH2=−k〔(hb+Nb)±(ha’+Na)〕
Next, the detection output E 2 based on these sensitive magnetizing field H 2 is E 2 = kH 2 = -k [(hb + Nb) ± (ha '+ Na) ]
で与えられる。
両検出出力E1とE2との加算もしくは重畳であるセンサ出力Eoutは
Given in.
Sensor output Eout is an addition or superposition of the two detection outputs E 1 and E 2 are
Eout=k〔(ha−ha’)−(hb−hb’)〕 Eout = k [(ha−ha ′) − (hb−hb ′)]
または Or
Eout=k〔(ha+ha’)−(hb+hb’)〕 Eout = k [(ha + ha ′) − (hb + hb ′)]
であり、地磁気等の外部ノイズNa,Nbに対する感磁成分が出力されない。
前記センサ出力Eoutは
Thus, no magnetosensitive component for external noise Na, Nb such as geomagnetism is output.
The sensor output Eout is
〔式7〕 Eout≒kH(ΔL/r)〔sinα−sin(α+β)〕
または
[Formula 7] Eout≈kH (ΔL / r) [sin α−sin (α + β)]
Or
〔式8〕 Eout≒2kH(ΔL/r)2〔sin2α−sin2(α+β)〕 [Formula 8] Eout≈2 kHz (ΔL / r) 2 [sin2α−sin2 (α + β)]
で与えられる。
図9−2は請求項4に係る電線の導体欠陥検知用センサの一実施例を示す図面である。
図9−2においても、図9−1と同様に電線の周りに180°の角度を隔て、かつ電線中心から等距離を隔て、感磁方向を電線と同心の円周と直角方向とした一対の磁気インピーダンス効果素子を電線の周方向に所定の角度βを隔てて二つの対a,bで配設し、対aの一方の磁気インピーダンス効果素子1aと対bの一方の磁気インピーダンス効果素子1b’とを同極性または逆極性とするように直列に接続ししている。対aの一方の磁気インピーダンス効果素子1aと対bの一方の磁気インピーダンス効果素子1b’との同極性または逆極性直列接続磁気インピーダンス効果素子の感磁磁界H1は、図9−1のセンサと同様に、式5から
Given in.
9-2 is a drawing showing an embodiment of a sensor for detecting a conductor defect in an electric wire according to a fourth aspect.
Also in FIG. 9-2, as in FIG. 9-1, a pair of wires having an angle of 180 ° around the wire and equidistant from the center of the wire, with the magnetic sensing direction being perpendicular to the circumference concentric with the wire. Are arranged in two pairs a and b with a predetermined angle β in the circumferential direction of the wire, and one magnetoimpedance effect element 1a of the pair a and one magnetoimpedance effect element 1b of the pair b. Are connected in series so that they have the same or opposite polarity. Sensitive magnetizing field H 1 of the same polarity or opposite polarity series magneto-impedance effect element pair one of the magneto-impedance effect element 1a and paired one of the magneto-impedance effect element 1b of b in a 'includes a sensor of Figure 9-1 Similarly, from
H1=(ha+Na)±(hb’+Nb) H 1 = (ha + Na) ± (hb ′ + Nb)
である。
しかし、図9−1のセンサでは、他方の磁気インピーダンス効果素子1a’と1bとを前記直列接続磁気インピーダンス効果素子(1a+1b’)と逆極性とするように直列に接続しているのに対し、図9−2では他方の磁気インピーダンス効果素子1a’と1bとを前記直列接続磁気インピーダンス効果素子(1a+1b’)と同極性とするように直列に接続している。対a,bの他方の磁気インピーダンス効果素子1a’と1bとの直列接続素子(1a’+1b)が前記直列接続磁気インピーダンス効果素子1aと1b’との直列接続素子(1a+1b’)とが同極性であるから、この直列接続磁気インピーダンス効果素子(1a’+1b)の感磁磁界H2は前記の式6とは逆符号となり
It is.
However, in the sensor of FIG. 9A, the other magneto-impedance effect elements 1a ′ and 1b are connected in series so as to have the opposite polarity to the series-connected magneto-impedance effect element (1a + 1b ′). In FIG. 9-2, the other magneto-impedance effect elements 1a ′ and 1b are connected in series so as to have the same polarity as the series-connected magneto-impedance effect element (1a + 1b ′). The series connection element (1a ′ + 1b) of the other magnetoimpedance effect element 1a ′ and 1b of the pair a and b has the same polarity as the series connection element (1a + 1b ′) of the series connection magnetoimpedance effect element 1a and 1b ′. Therefore, the magneto-sensitive magnetic field H 2 of the series-connected magneto-impedance effect element (1a ′ + 1b) has an opposite sign to that of
H2=+〔(hb+Nb)±(ha’+Na)〕
で与えられる。
これらの感磁磁界H1、H2を信号波とする被変調波が復調回路3a'b、3ab'で復調され、それらの復調波が差動増幅器Dmで差動増幅されてセンサ出力Eoutとされるから、
H 2 = + [(hb + Nb) ± (ha ′ + Na)]
Given in.
The modulated waves having the magneto-sensitive magnetic fields H 1 and H 2 as signal waves are demodulated by the
Eout=kH1−kH2=k〔(ha+ha’)−(hb+hb’)〕 Eout = kH 1 −kH 2 = k [(ha + ha ′) − (hb + hb ′)]
で与えられ、センサ出力Eoutは、前記の式7と同様に The sensor output Eout is given by
Eout≒kH(ΔL/r)〔sinα−sin(α+β)〕 Eout≈kH (ΔL / r) [sin α−sin (α + β)]
または、前記の式8と同様に
Or similar to
Eout≒2kH(ΔL/r)2〔sin2α−sin2(α+β)〕 Eout≈2 kHz (ΔL / r) 2 [sin2α−sin2 (α + β)]
で与えられる。
本発明に係る電線の導体欠陥検知用センサにおいては、感磁強さがsin2α(またはsinα)の波形で変化し、αが0、90°及び180°(または0、180°及び360°)で0となる。
而るに、撚合導体には撚りがかけられており、半ピッチの間にαが0から180°に変化し、αが0、90°及び180°(またはαが0、180°及び360°)となる箇所では前記検知を満足に行ない得ないから、センサを電線の撚合導体の数ピッチ分、このましくは3〜5ピッチ分だけスキャンすることが有効である。
Given in.
In the sensor for detecting a conductor defect of an electric wire according to the present invention, the magnetosensitive strength changes with a waveform of sin 2α (or sin α), and α is 0, 90 ° and 180 ° (or 0, 180 ° and 360 °). 0.
Thus, the twisted conductor is twisted, α changes from 0 to 180 ° during a half pitch, α is 0, 90 ° and 180 ° (or α is 0, 180 ° and 360). Since the above detection cannot be satisfactorily performed at a position indicated by (°), it is effective to scan the sensor by several pitches of twisted conductors of the electric wire, preferably 3-5 pitches.
請求項2または4のセンサのように増幅を差動増幅により行なう場合、図10に示すように一方の磁気インピーダンス効果素子にかけるバイアス磁界Hbの方向と他方の磁気インピーダンス効果素子にかけるバイアス磁界Hbの方向とが逆方向とされ、互いに逆相の復調出力(磁界検出信号)がE+、E−で表わされ、その差がE±で示すように直線に近づくので、負帰還を省略することも可能である。
本発明は4個以上の磁気インピーダンス効果素子を使用して実施することも可能である。
When amplification is performed by differential amplification as in the sensor of
The present invention can also be implemented using four or more magneto-impedance effect elements.
1,1’ 180°隔てられた磁気インピーダンス効果素子
1a,1a’ 180°隔てられた磁気インピーダンス効果素子
1b,1b’ 180°隔てられた磁気インピーダンス効果素子
Dm 差動増幅器
Ad 加算若しくは重畳回路
8 電線
1, 1 ′ 180 ° -separated magnetoimpedance effect element 1a, 1a ′ 180 ° -separated magneto-impedance effect element 1b, 1b ′ 180 ° -separated magneto-impedance effect element Dm differential amplifier Ad addition or
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