JP2011027527A - 感温磁性体を用いた温度計測システム及び温度計測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被計測部に配置される、任意のキュリー点を有する感温磁性体と、被計測部から離れた場所で磁場を発生させる磁場発生源と、感温磁性体の温度に依存して変化する磁場の磁束ベクトルを検知する、複数の磁気センサと、を備えており、複数の磁気センサは、感温磁性体と磁場発生源との間に備えられるとともに、計測時には磁場発生源との相対的な位置および姿勢が固定されており、複数の磁気センサによって、少なくとも2軸方向で磁束ベクトルの変化を検知することができる、温度計測システムとする。
【選択図】図2
Description
また、「磁場発生源」とは、磁場を発生させられるものであれば特に限定されず、具体例として、コイル、超伝導コイル、永久磁石などを挙げることができる。そして、「離れた場所」とは、好ましくは20cm以下であり、より好ましくは、10cm以下であり、最も好ましくは、5cm以下である。被計測部(感温磁性体)と磁場発生源とが離れ過ぎると、磁気センサによって磁束ベクトルの変化を検知することが困難になる。
さらに、「磁気センサ」とは、磁場の磁束ベクトルの変化を検出できるものであれば特に限定されず、具体例として、コイル、ホール素子、磁気抵抗効果素子、フラックス・ゲートセンサ、ファラデー素子、超伝導量子干渉素子などを挙げることができる。
さらに、「磁気センサは、・・・計測時には磁場発生源との相対的な位置および姿勢が固定」とは、少なくとも本発明の温度計測システムを用いて温度計測を行う際には磁気センサと磁場発生源との相対的な位置および姿勢が固定されていることを意味し、温度計測時以外には磁気センサと磁場発生源との相対的な位置および姿勢を変更できても良いことを意味する。
さらに「複数の磁気センサによって、少なくとも2軸方向で磁束ベクトルの変化を検知することができる」とは、1つの磁気センサでは所定の1軸方向について磁束ベクトルの変化量を検知することができるため、少なくとも2つの磁気センサを用いて2軸方向以上について磁束ベクトルの変化量を検知することを意味する。
図1は、感温磁性体を用いた温度計測の原理を説明するための図である。図中の破線矢印は交流磁場の磁束線を示している。図1(a)は、感温磁性体1の温度がキュリー点未満のときの状態を示しており、図1(b)は、感温磁性体1の温度がキュリー点以上のときの状態を示している。
本発明の温度計測システムは、上記した感温磁性体を用いた温度計測を利用するものである。上記した温度計測の原理の説明では、温度計測中に被計測部(感温磁性体)が磁気センサに対して相対的に移動する場合を考慮していない。したがって、磁場発生源から発生された磁場の磁束ベクトルの変化が、被計測部に配置された感温磁性体の温度変化に因るものであるのか、磁気センサや磁場発生源に対して被計測部が相対的に移動したことに因るものであるのかを判別できず、被計測部の温度を正確に計測できない場合があった。これは、磁束ベクトルの変化を1つの磁気センサによって1軸方向でしか検知していないことに因る。本発明では、以下に説明するように、複数の磁気センサを用いて少なくとも2軸方向で磁束ベクトルの変化を検知することによって、感温磁性体を設置した被計測部が磁気センサや磁場発生源に対して相対的に移動する場合であっても、ワイヤレスで離れた位置から被計測部の温度を計測することができる。
図2は、本発明の温度計測システムの一例について、各構成の位置関係を概略的に示す斜視図である。なお、図2では、各構成の位置関係を見やすくするため、導線などは省略している。図3は、図2に示した矢印IIの方向から本発明の温度計測システムの一例を見た様子に、温度計測に用いる電源やロックインアンプなどを加えて示した概略図である。図2及び図3において、図1と同様の構成のものには同じ符号を付し、適宜、説明を省略する。
図4(a)は、本発明の温度計測システムの一例である温度計測システム20について、各構成の位置関係を概略的に示す斜視図である。図4(b)は、温度計測システム20に備えられるピックアップコイル3e、3gを拡大して示す斜視図である。図4(b)は、温度計測システム20に備えられるピックアップコイル3f、3hを拡大して示す斜視図である。なお、図4では、各構成の位置関係を見やすくするため、導線などは省略している。図5は、図4に示した矢印IVの方向から本発明の温度計測システムの一例を見た様子に、温度計測に用いる電源やロックインアンプなどを加えて示した概略図である。図4及び図5において、図1〜図3と同様の構成のものには同じ符号を付し、適宜、説明を省略する。
図6は、本発明の温度計測システムの一例について、各構成の位置関係を概略的に示す斜視図である。なお、図6では、各構成の位置関係を見やすくするため、導線などは省略している。図7は、図6に示した矢印VIの方向から本発明の温度計測システムの一例を見た様子に、温度計測に用いる電源やロックインアンプなどを加えて示した概略図である。図6及び図7において、図1〜図5と同様の構成のものには同じ符号を付し、適宜、説明を省略する。
本発明の温度計測方法は、上記した本発明の温度計測システムを用いることによって行う。本発明の温度計測方法の概要については、本発明の温度計測システムの説明で既に行っているため、より具体的な場合についてのみ以下に説明する。
計算式:V=(Vmax−Vmin)×k+Vmin
ここで、定数k(0<k<1)は、被計測部(及びその周囲)の熱容量、感温磁性体の量、駆動コイルとピックアップコイルの相対的な位置および姿勢によって決まる値であるが、実験的に求めることも可能である。また、加熱過程におけるピックアップコイルの電圧値をリアルタイムに時間微分することで、ピックアップコイルの電圧値の変化量の最大値から、被計測部が目標温度に到達したことを検知することもできる。
2 駆動コイル(磁場発生源)
3 ピックアップコイル(磁気センサ)
4 交流電源
5 電圧計
6 リファレンスコイル
7 ロックインアンプ
8 発振器
9 電力増幅器
10、20、30 温度計測システム
Claims (19)
- 被計測部に配置される、任意のキュリー点を有する感温磁性体と、
前記被計測部から離れた場所で磁場を発生させる磁場発生源と、
前記感温磁性体の温度に依存して変化する前記磁場の磁束ベクトルを検知する、複数の磁気センサと、を備えており、
前記複数の磁気センサは、前記感温磁性体と前記磁場発生源との間に備えられるとともに、計測時には前記磁場発生源との相対的な位置および姿勢が固定されており、
前記複数の磁気センサによって、少なくとも2軸方向で前記磁束ベクトルの変化を検知することができる、温度計測システム。 - 前記磁気センサがコイルである、請求項1に記載の温度計測システム。
- 前記磁場発生源から発生される前記磁場の磁束の方向と、前記磁気センサが検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向とが、直交するように前記磁場発生源および前記複数の磁気センサが配設されている、請求項1または2に記載の温度計測システム。
- 前記複数の磁気センサが、前記磁場の磁束の方向に対して直交する方向の面内に配置されている、請求項1〜3のいずれかに記載の温度計測システム。
- 前記複数の磁気センサが、それぞれ前記磁場発生源から等距離になるように配置されている、請求項1〜4のいずれかに記載の温度計測システム。
- 電気的に直列に接続された2つの前記磁気センサを有する第1磁気センサ対と、電気的に直列に接続された他の2つの前記磁気センサを有する第2磁気センサ対と、を備えている、請求項1〜5のいずれかに記載の温度計測システム。
- 前記第1磁気センサ対に備えられる2つの前記磁気センサは、対向して設けられるとともに、それぞれ検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向が前記磁場の磁束の方向に対して直交する姿勢であり、
前記第2磁気センサ対に備えられる2つの前記磁気センサは、対向して設けられるとともに、それぞれ検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向が前記磁場の磁束の方向に対して直交する姿勢であり、
前記第1磁気センサ対に備えられる2つの前記磁気センサの配列方向と、前記第2磁気センサ対に備えられる2つの前記磁気センサの配列方向とが直交している、請求項6に記載の温度計測システム。 - 前記第1磁気センサ対が有する2つの前記磁気センサのうち一方と、前記第2磁気センサ対が有する2つの前記磁気センサのうち一方とが、検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向が直交する姿勢で略同位置に配置され、前記第1磁気センサ対が有する2つの前記磁気センサのうち他方と、前記第2磁気センサ対が有する2つの前記磁気センサのうち他方とが、検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向が直交する姿勢で略同位置に配置されている、請求項6に記載の温度計測システム。
- 前記複数の磁気センサからの信号を検出するロックインアンプと、前記ロックインアンプに参照信号を入力するリファレンスコイルと、を備えている、請求項1〜8のいずれかに記載の温度計測システム。
- 少なくとも前記磁場発生源と前記複数の磁気センサとが一体の装置である、請求項1〜9のいずれかに記載の温度計測システム。
- 任意のキュリー点を有する感温磁性体を被計測部に配置するとともに、前記被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させ、
前記感温磁性体および前記磁場発生源の間に、前記磁場発生源との相対的な位置および姿勢が固定された複数の磁気センサを配置し、
前記感温磁性体の温度に依存して変化する前記磁場の磁束ベクトルの変化を、前記複数の磁気センサによって、少なくとも2軸方向で検知することにより、前記被計測部の温度を計測する温度計測方法。 - 前記磁気センサとしてコイルを用いる、請求項11に記載の温度計測方法。
- 前記磁場発生源から発生される前記磁場の磁束の方向と、前記磁気センサが検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向とが、直交するように前記磁場発生源および前記複数の磁気センサを配置する、請求項11または12に記載の温度計測方法。
- 前記磁場の磁束の方向に対して直交する方向の面内に前記複数の磁気センサを配置する、請求項11〜13のいずれかに記載の温度計測方法。
- 前記複数の磁気センサが、それぞれ前記磁場発生源から等距離になるように配置する、請求項11〜14のいずれかに記載の温度計測方法。
- 電気的に直列に接続された2つの前記磁気センサを有する第1磁気センサ対と、電気的に直列に接続された他の2つの前記磁気センサを有する第2磁気センサ対と、を用いる、請求項11〜15のいずれかに記載の温度計測方法。
- 前記第1磁気センサ対に備えられる2つの前記磁気センサを、対向させるとともに、それぞれ検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向が前記磁場の磁束の方向に対して直交する姿勢となるように設け、
前記第2磁気センサ対に備えられる2つの前記磁気センサを、対向させるとともに、それぞれ検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向が前記磁場の磁束の方向に対して直交する姿勢となるように設け、
前記第1磁気センサ対に備えられる2つの前記磁気センサの配列方向と、前記第2磁気センサ対に備えられる2つの前記磁気センサの配列方向と、が直交するように前記第1磁気センサ対および前記第2磁気センサ対を配置する、請求項16に記載の温度計測方法。 - 前記第1磁気センサ対が有する2つの前記磁気センサのうち一方と、前記第2磁気センサ対が有する2つの前記磁気センサのうち一方とを、検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向が直交する姿勢で略同位置に配置し、
前記第1磁気センサ対が有する2つの前記磁気センサのうち他方と、前記第2磁気センサ対が有する2つの前記磁気センサのうち他方とを、検知できる前記磁束ベクトルの変化の方向が直交する姿勢で略同位置に配置する、請求項16に記載の温度計測方法。 - 前記複数の磁気センサからの信号の検出にロックインアンプを用い、前記ロックインアンプの参照信号として、リファレンスコイルからの信号を用いる、請求項11〜18のいずれかに記載の温度計測方法。
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