JP2010014701A

JP2010014701A - アレイ型磁気センサ基板

Info

Publication number: JP2010014701A
Application number: JP2009055538A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Watanabe; 慶典渡邊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-01-21
Also published as: CN101832969A

Abstract

【課題】アレイ型磁気センサ基板であって、動的な検出感度の校正のために大型装置を不要とし、校正が容易に行えるアレイ型磁気センサ基板を提供することを目的とする。
【解決手段】アレイ型磁気センサ基板１０は、プリント基板１と、プリント基板の一方の面に直線状に配列されるアレイ型磁気センサ２と、アレイ型磁気センサの列軸の左右のいずれか片側、または、両側において、当該列軸と平行に所定の間隔で、前記プリント基板の平面上に印刷・成形されたパターン線４と、パターン線に所定のパルス電流を流すパルス電流発生回路３とを備え、パターン線にパルス電流を流して校正時の基準磁界を生成し、当該アレイ型磁気センサの検出感度校正を行なう様にしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄鋼板の欠陥によって生じる漏洩磁束から、欠陥の有無を検出するアレイ型磁気探傷装置等に用いられるアレイ型磁気センサ基板に係り、特に、アレイ型磁気センサの校正を容易にするアレイ型磁気センサ基板に関する。

従来、食缶等の材料となるブリキ板等のストリップ（ここでは薄鋼と言う）の表層，及び内部に存在する微小な欠陥の検出装置として、複数個のアレイ型磁気センサを薄鋼板の幅方向に配列して、その欠陥によって生じる漏洩磁束を検出して欠陥の有無を判定するアレイ型磁気探傷装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

このアレイ型磁気探傷装置の磁気センサヘッド３０の構成を図３に示す。図３（ａ）に示すように、磁気センサヘッド３０は、非磁性ロール１１面に圧接されて矢印方向に搬送される薄鋼板１３の表面と近接する逆Ｕ字型の磁化ヨーク２４の開口部に、薄鋼板１０と所定のギャップ（ここではリフトオフと言う）を設けて、磁化ヨーク２４と磁化ヨーク２４に巻かれた磁化コイル２２とから成る磁化器によって薄鋼板１３をその走行方向に磁化するための磁場を成形する。

そして、この開口部において、薄鋼板１３に予め設定されるリフトオフで近接させ、薄鋼板１３の欠陥部で発生する漏洩磁束を検出するホール素子等の半導体磁気センサ１２と、この半導体磁気センサ１２の感度を改善するための軟質磁性体１４とを設け、薄鋼板１３からの漏洩磁束が半導体磁気センサ１２の感受面を垂直な方向に集中的に横切るようにして、微小な欠陥の有無を高感度で検出している。

この半導体磁気センサ１２は、例えば、図３（ｂ）に示すように、薄鋼板１３の幅方向に直線状に、予め設定される幅方向の分解能を確保できるように多数の磁気センサ（素子）が直線状に等間隔で並べられている。

この半導体磁気センサ１２は、個々の磁気センサ(素子)の幅方向の検出感度を均一にして、欠陥の検出精度を確保するために定期的な校正が行われる。

このようなアレイ型磁気センサを用いた磁気センサヘッド３０においては、従来、図４（ａ）に示すような校正装置２０が使用されていた（例えば、特許文献２参照。）。

この校正装置２０では、半導体磁気センサ１２を校正する場合、半導体磁気センサ１２の配列方向と、非磁性ロール１１ａの接線面を対向させて配置し、この非磁性ロール１１ａの対向する表面に導線１１ｂを巻き付け、この導線に電流発生器１５を印加して所定の磁界を発生させる。

そして、この状態で非磁性ロール１１ａに連結されたモータ１１ｂを駆動して、図４（ｂ）に示すように、非磁性ロール１１ａを回転し、印加した電流に基づく当該磁界を基準磁界として半導体磁気センサ１２の校正を行うようにしている。

しかしながら、特許文献２で示された校正では、導線１１ｂを半導体磁気センサ１２の列と対面させるため、導線からの磁場は、半導体磁気センサ１２の感磁面と平行となる。

このため、半導体磁気センサ１２の感磁面に垂直な磁場を用いて検出感度を校正しようとする場合には、実際に使用する垂直方向の磁場を半導体磁気センサ１２に与えることが出来ないという問題、さらに、大型の回転ロールを用意するなど校正装置１１が大規模なものとなってしまう問題がある。（以後、半導体磁気センサ１２は、ここでは、アレイ型磁気センサと称す。）。

そのため、複数個のアレイ型磁気センサの列を、一つまたは複数列有するアレイ型磁気センサを校正する場合、導体を、アレイ型磁気センサ列の中心線とアレイ型磁気センサの感磁面の法線とでなす平面上以外の位置に、アレイ型磁気センサ列に対して平行に配置して、当該導体に所定の電流を流して磁界を発生させて、当該磁界を基準磁界として用いたアレイ型磁気センサの校正方法が開示されている（例えば、特許文献３。）。

しかしながら、特許文献３における校正装置においては、磁気センサの感磁面に対して、垂直磁化を効率的に印加することは出来るものの、薄鋼板の微小な欠陥に対する動的な検出感度、即ち、薄鋼板の走行状態における検出感度の校正ができない問題がある。

そのため、個々の磁気センサの微小欠陥に対する動的な（薄鋼板の最大移動速度での）検出感度を校正しようとする場合には、やはり、特許文献２に示すような大型の校正装置が必要となる問題がある。

そこで、本願の発明者は、図５に示すように、非磁性体板に１周回、直線状に巻き付けられる導体を備える校正用サンプル板３２と、当該アレイ型磁気センサ１２の感磁面に対し所定のリフトオフで、当該感磁面に対し平行な平面上で校正用サンプル板３２の位置を薄鋼板の移動方向に微調整する移動機構を備えるサンプル支持台３３と、導体３２ａにパルス電流を流すパルス電流発生器３４とを備え、導体３２ａにパルス幅Ｐｗ、パルス波高値Ｐｈのパルス電流を流し、アレイ型磁気センサ１２にパルス磁界を印加して、動的な磁気センサの検出感度の校正を行うようにしたアレイ型磁気探傷装置の校正装置４０を開示した（例えば、特許文献４参照。）。

特許第３８１１０３９号公報（図１、第１頁）特開平９−２２９９０５号公報（図１、第１頁）特開２００５−６１９４０号公報（図１、第１頁）特開２００９−１４６７８号公報（図１、第１頁）

特許文献４における校正装置においては、アレイ型磁気センサ１２の感磁面にパルス電流を印加することで、薄鋼板の動的な検出感度の校正が可能となった。

しかしながら、非磁性体板に１周回、直線状に巻き付けられる導体を備える校正用サンプル板や、当該アレイ型磁気センサの感磁面に対し所定のリフトオフで、当該感磁面に対し平行な平面上で前記校正用サンプル板の位置を薄鋼板の移動方向に微調整する移動機構を備えるサンプル支持台が必要で、装置の大型化が避けられない問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、アレイ型磁気センサをプリント基板上に、一つ、または複数有するアレイ型磁気センサ基板であって、動的な検出感度の校正のために大型装置を不要とし、校正が容易に行えるアレイ型磁気センサ基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるアレイ型磁気センサ基板は、複数個の磁気センサを一列に配置してなるアレイ型磁気センサをプリント基板上に、一つ、または複数有するアレイ型磁気センサ基板であって、前記アレイ型磁気センサ基板は、前記プリント基板と、前記プリント基板の一方の面に直線状に配列されるアレイ型磁気センサと、前記アレイ型磁気センサの列軸の左右のいずれか片側、または、両側において、当該列軸と平行に所定の間隔で、前記プリント基板の固定される導体と、前記導体に所定のパルス電流を流すパルス電流発生回路とを備え、前記導体に前記パルス電流を流して校正時の基準磁界を生成し、当該アレイ型磁気センサの検出感度校正を行なう様にしたことを特徴とする。

本発明によれば、アレイ型磁気センサをプリント基板上に、一つ、または複数有するアレイ型磁気センサ基板であって、動的な検出感度の校正のために大型装置を不要とし、校正が容易に行えるアレイ型磁気センサ基板を提供することが出来る。

本発明のアレイ型磁気センサ基板。本発明のパルス電流の設定原理を説明する図。従来の磁気センサヘッドを説明する図。従来の校正装置を説明する図。従来のアレイ型磁気探傷装置の校正装置を説明する図。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図１は、アレイ型磁気センサ基板１０の構成を示す。図１（ａ）はその平面図で、図１（ｂ）は、ｙ−ｙ’矢印に示す方向からみた断面図である。

アレイ型磁気センサ基板１０は、プリント基板１と、プリント基板１の一方の面に直線状に配列された複数の磁気センサからなるアレイ型磁気センサ２と、アレイ型磁気センサ２の列軸の左右のいずれか片側、または、両側において、当該列軸と平行に所定の間隔で、プリント基板１の平面上に印刷・成形されたパターン線４と、パターン線４に所定のパルス電流を流すパルス電流発生回路３とを備える。

このパルス電流の設定について、図２を参照して説明する。有限長のパターン線４に電流Ｉを流した時、パターン線４から垂直距離Ｒ離れたＰ点に生成される磁束密度Ｂは、図２（ａ）に示すような幾何学的位置関係の場合、ビオサバールの法則から下記式で求められる。

Ｂ＝μ_０・Ｉ・（ｃｏｓθ_１＋ｃｏｓθ_２）／（４π・Ｒ）
したがって、基準磁界の磁束密度Ｂを与える導体電流は、
Ｉ＝Ｂ・４πＩ・Ｒ／［μ_０・（ｃｏｓθ_１＋ｃｏｓθ_２）］
で求められる。

ここで、μ_０は真空の透磁率、θ_１は、パターン線４に対してＰ点とパターン線４の左端とを結ぶ直線が成す角度、θ_２は、パターン線４に対してＰ点とパターン線４の右端とを結ぶ直線が成す角度である。

実際には、パターン線４は有限の長さなので、アレイ型磁気センサの両端部において中央部と同様の磁界を供給するには、図２（ｂ）に示すように、過大な電流が必要となる。したがって、パターン線４は、許容される磁界強度のバラツキ内となるように、アレイ型磁気センサ２より充分長くしておく。

例えば、薄鋼板における微小欠陥の探傷に用いる場合には、アレイ型磁気センサ２を市販のホール素子で構成し、このホール素子の感磁面とパターン線４との平面距離Ｒを２ｍｍとし、この時、与える校正時の磁束密度Ｂが１ｍＴとする場合の印加する電流は１０Ａ程度となる。

図１に示すような、アレイ型磁気センサ２の列軸の両側に２本の導体を設け、互いに逆方向に電流を流して印加する磁界を加算すると、電流は導体一本あたり５Ａ程度になる。この電流値は、校正する磁界の印加時間が数ｍｓ程度のパルス電流でよいので、パターン線４には特別の放熱対策を講じなくても、プリント基板上のパターン線のみで供給することが可能である。

また、アレイ型磁気センサ２と印加する磁界を生成する導体４とを、プリント基板１上で正確に位置が予め固定できるので、従来のように、アレイ型磁気センサ２に一様な校正磁界を印加するため、磁界の発生装置とアレイ型磁気センサ２の感磁面との位置の微調整機構や、動的な磁界を生成するための大型回転機構などを備える校正装置が不要となる。

大電流が必要となる場合は、パターン線に替えてアレイ型磁気センサ２と位置が正確に固定される銅等の金属で成形されるバスバー等の導体をプリント基板上に固定するようにしても良い。

また、校正装置が小型化されるだけでなく、アレイ型磁気センサ２の夫々に同時に動的な磁界を印加することが可能となるので、精度の良い校正が、短時間で可能となる。

尚、本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、アレイ型磁気センサを複数列設けても良く、パルス電流を流すパターン線４は、要求される校正磁界の条件により最適な断面形状のものを、また、要求される校正磁界の波形は、パルス電流波形を任意に生成すれば良く、対象となる検出磁界に要求される条件によって本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変えることが可能である。

１プリント基板
２アレイ型磁気センサ
３パルス電流発生回路
４パターン線
１０アレイ型磁気センサ基板
１１、１１ａ非磁性ロール
１１ｂ導線
１１ｃモータ
１５電流発生器
２０校正装置
１２（半導体磁気センサ）アレイ型磁気センサ
１３ストリップ
１４軟磁性体
１５薄鋼板
２２磁化コイル
２４磁化ヨーク
３０磁気センサヘッド
３２校正サンプル板
３２ａ導体
３３サンプル支持台
３３ａ移動機構
３４パルス電流発生器
４０校正装置

Claims

複数個の磁気センサを一列に配置してなるアレイ型磁気センサをプリント基板上に、一つ、または複数有するアレイ型磁気センサ基板であって、
前記アレイ型磁気センサ基板は、前記プリント基板と、
前記プリント基板の一方の面に直線状に配列されるアレイ型磁気センサと、
前記アレイ型磁気センサの列軸の左右のいずれか片側、または、両側において、当該列軸と平行に所定の間隔で、前記プリント基板の固定される導体と、
前記導体に所定のパルス電流を流すパルス電流発生回路と
を備え、
前記導体に前記パルス電流を流して校正時の基準磁界を生成し、当該アレイ型磁気センサの検出感度校正を行なう様にしたことを特徴とするアレイ型磁気センサ基板。
前記導体は、前記アレイ型磁気センサの列軸の左右のいずれか片側、または、両側において、当該列軸と平行に所定の間隔で、前記プリント基板の平面上に印刷・成形されたパターン線とし、
前記パターン線に前記パルス電流を流して校正時の基準磁界を生成し、当該アレイ型磁気センサの検出感度校正を行なう様にした請求項1に記載のアレイ型磁気センサ基板。
前記導体は、前記アレイ型磁気センサの列軸中心から等距離の左右位置に配置し、且つ、互いに逆方向のパルス電流を流すようにした請求項１に記載のアレイ型磁気センサ基板。