JP2012237572A - Apparatus and method for measuring ac magnetic permeability - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は交流透磁率測定装置及びその測定方法に関し、特に、交流透磁率の強度と位相差及び／又は交流透磁率の実部値と虚部値の変化値を測定する装置と方法に関するものである。 The present invention relates to an AC magnetic permeability measuring apparatus and a measuring method thereof, and more particularly to an apparatus and method for measuring the intensity and phase difference of AC magnetic permeability and / or the change values of real and imaginary part values of AC magnetic permeability. is there.
外部磁場において、磁性体の磁気双極子モーメントの方向は、磁気効果によって外部磁場方向に沿う傾向がある。外部磁場は交流磁場で、なお且つ交流周波数が高くない場合、例えばマイクロ波周波数のなかの低周波エリアでは、磁性体の磁気双極子モーメント方向は交流磁場によって往復する周期的な振動をする。そうすると、磁気双極子の振動周波数は外部磁場の周波数と一致となる。ただし瞬間の磁気双極子運動方向は外部磁場運動方向とは必ずしも一致することではないので、実際の磁場方向は予想の磁場方向とは不一致する場合がある。このような周期的な振動の位相差は即ち磁場位相差という。磁性体の外部磁場における交流透磁率は、その透磁率強度と位相差によって明らかにすることができる。 In the external magnetic field, the direction of the magnetic dipole moment of the magnetic material tends to follow the direction of the external magnetic field due to the magnetic effect. When the external magnetic field is an alternating magnetic field and the alternating frequency is not high, for example, in the low frequency area of the microwave frequency, the magnetic dipole moment direction of the magnetic material periodically oscillates back and forth by the alternating magnetic field. Then, the vibration frequency of the magnetic dipole matches the frequency of the external magnetic field. However, since the instantaneous magnetic dipole motion direction does not necessarily match the external magnetic field motion direction, the actual magnetic field direction may not match the expected magnetic field direction. Such a phase difference of periodic vibration is called a magnetic field phase difference. The AC magnetic permeability in the external magnetic field of the magnetic material can be clarified by the magnetic permeability strength and the phase difference.
周知の磁気特性測定装置というと、ここでは米国特許第６６８３４５２号明細書で開示された、磁束密度を通じて金属の内部損失又は金属形状を測定する装置を例とする。この装置は、磁場発生装置や磁束密度測定ユニット、磁束密度変化測定ユニット及び表示ユニットが含まれ、また表示ユニットはさらにシンクロする部分や信号増幅装置、アナログ信号からデジタル信号へと変換する部、表示部が含まれている。磁場発生装置と磁束密度測定ユニットの信号を分析することによって、オンタイムの磁束密度変化結果を表示することができる。しかしこの装置は磁束密度を測定することが目的なので、交流透磁率と磁場位相差を測定することは不可である。 As a known magnetic property measuring apparatus, here, an apparatus disclosed in US Pat. No. 6,683,452, for measuring internal loss of metal or metal shape through magnetic flux density is taken as an example. This device includes a magnetic field generator, a magnetic flux density measurement unit, a magnetic flux density change measurement unit, and a display unit. The display unit further synchronizes a part, a signal amplifier, a part that converts an analog signal into a digital signal, a display Department is included. By analyzing the signals of the magnetic field generator and the magnetic flux density measurement unit, the on-time magnetic flux density change result can be displayed. However, since this apparatus is intended to measure the magnetic flux density, it is impossible to measure the AC permeability and the magnetic field phase difference.
また、米国特許出願公開第２００９／０１０２４５８号明細書で開示された透磁率測定装置では、磁性材は磁性環境において、磁場とは相互作用が生まれるが、この装置は磁性材の透磁率を測定できるものの、磁場位相差や交流透磁率の実部と虚部の値を測定することができない。本発明装置は、米国特許出願公開第２００９／０１０２４５８号明細書で開示された透磁率測定装置と比べると、測定物の透磁率強度と位相差を測定出来るだけではなく、さらに交流透磁率の実部と虚部の値を測定することができ、また測定物の透磁率が異なった周波数での変化を測定可能である。 In the magnetic permeability measuring device disclosed in US Patent Application Publication No. 2009/0102458, the magnetic material interacts with the magnetic field in a magnetic environment, but this device can measure the magnetic permeability of the magnetic material. However, the values of the real and imaginary parts of the magnetic field phase difference and AC permeability cannot be measured. Compared with the magnetic permeability measuring device disclosed in US Patent Application Publication No. 2009/0102458, the device of the present invention can not only measure the magnetic permeability strength and phase difference of the measured object, but also realize the AC magnetic permeability. The values of the part and the imaginary part can be measured, and the change in the magnetic permeability of the measurement object at different frequencies can be measured.
なお、米国特許第７５４１８０５号明細書で開示されている超伝導量子干渉素子が含まれた磁性体特性測定システムでは、測定物が交流磁場に置かれたとき、超伝導量子干渉素子は超伝導ピックアップコイルの磁束密度変化を測定し、そして交流信号が出力される。この信号は実部信号と虚部信号が含まれており、もし参考電圧の信号と不一致の場合、実部信号と虚部信号は不的確に分離することになる。この点から見ると、測定結果は誤差を減らすように位相を調整しなければいけないことがわかった。従って、この測定システムの信号は実部信号と虚部信号が含まれているものの、引き続き位相の調整が必要かどうかを判断するためだけであり、その目的は位相差を減らし、測定結果をより正確にするが、透磁率の強度と位相差が異なった周波数での変化を測定することができず、また交流透磁率の実部と虚部の値を得ることができない。また、米国特許第７５４１８０５号明細書で使われている超伝導量子干渉素子の含まれた磁性体特性測定システムは、価格が高く、そして操作条件が厳しいものであり、精密機器室しか通用できず、精密機器室を持たない業界や一般学界の初級用には向いてない。本発明装置は米国特許第７５４１８０５号明細書で開示する超伝導量子干渉素子の含まれた磁性体特性測定システムと比べ、測定物の透磁率強度と位相差を測定できるだけではなく、さらに交流透磁率の実部と虚部の値を測定することができ、また、異なった周波数における測定物の交流透磁率の変化を測定可能である。 In the magnetic property measurement system including the superconducting quantum interference device disclosed in US Pat. No. 7,541,805, when the measurement object is placed in an alternating magnetic field, the superconducting quantum interference device is a superconducting pickup. A change in the magnetic flux density of the coil is measured, and an AC signal is output. This signal includes a real part signal and an imaginary part signal. If the signal does not coincide with the reference voltage signal, the real part signal and the imaginary part signal are improperly separated. From this point of view, it was found that the measurement results had to be phase adjusted to reduce the error. Therefore, although the signal of this measurement system contains a real part signal and an imaginary part signal, it is only for determining whether the phase adjustment is necessary, and the purpose is to reduce the phase difference and make the measurement result more Although accurate, it is not possible to measure changes at different frequencies of magnetic permeability intensity and phase difference, and it is not possible to obtain real part and imaginary part values of AC magnetic permeability. In addition, the magnetic property measurement system including the superconducting quantum interference device used in US Pat. No. 7,541,805 is expensive and has severe operating conditions, and can only be used in the precision equipment room. It is not suitable for beginners in the industry and general academia that do not have a precision equipment room. Compared with the magnetic property measurement system including the superconducting quantum interference device disclosed in US Pat. No. 7,541,805, the apparatus of the present invention can not only measure the magnetic permeability strength and phase difference of the measured object, but also can measure the AC magnetic permeability. The real part and the imaginary part can be measured, and the change in AC permeability of the measured object at different frequencies can be measured.
本発明は簡単な交流透磁率コイルセットを使い、前記の米国特許第６６８３４５２号明細書と米国特許出願公開第２００９／０１０２４５８号明細書の欠点、即ち、測定物の透磁率強度と位相差や交流透磁率の実部と虚部の値、また測定物の透磁率が異なった周波数での変化を測定不可といった問題点を解決できる。さらに、本発明は米国特許第７５４１８０５号明細書の高価と厳しい操作条件のため精密機器室しか通用できない難点も解決できるのである。 The present invention uses a simple AC magnetic permeability coil set, and has the disadvantages of the above-mentioned US Pat. It is possible to solve the problem that it is impossible to measure changes in the real part and the imaginary part of the magnetic permeability and the frequency at which the magnetic permeability of the measurement object differs. Furthermore, the present invention can also solve the problem of US Pat. No. 7,541,805, which can only be used in the precision equipment room due to the high cost and severe operating conditions.
本発明の目的とは、交流磁場における測定物の交流透磁率強度或いは位相差の変化を測定できる交流透磁率測定装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an AC magnetic permeability measuring apparatus capable of measuring a change in AC magnetic permeability intensity or phase difference of a measurement object in an AC magnetic field.
本発明のもう一つの目的とは、交流磁場における測定物の交流透磁率強度或いは位相差を測定でき、また交流透磁率コイルセットが含まれている交流透磁率測定装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an AC permeability measuring apparatus that can measure the AC permeability intensity or phase difference of a measurement object in an AC magnetic field and includes an AC permeability coil set.
本発明のもう一つの目的とは、異なる周波数の交流磁場における測定物の交流透磁率変化を測定できる交流透磁率測定装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an AC magnetic permeability measuring apparatus capable of measuring a change in AC magnetic permeability of a measurement object in AC magnetic fields having different frequencies.
本発明のもう一つの目的とは、異なる周波数の交流磁場における測定物の交流透磁率の実部と虚部の変化を測定できる交流透磁率測定装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an AC magnetic permeability measuring apparatus capable of measuring changes in the real part and the imaginary part of the AC magnetic permeability of an object to be measured in alternating magnetic fields having different frequencies.
本発明のもう一つの目的とは、測定物の交流透磁率強度信号と位相信号を測定できる交流透磁率測定方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an AC permeability measuring method capable of measuring an AC permeability intensity signal and a phase signal of a measurement object.
本発明のもう一つの目的とは、測定物の交流透磁率の実部と虚部の変化を測定できる交流透磁率測定方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an AC permeability measurement method capable of measuring changes in the real part and imaginary part of the AC permeability of a measurement object.
本発明のもう一つの目的とは、異なる周波数の交流磁場における測定物の交流透磁率変化を測定できる交流透磁率測定方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an AC permeability measuring method capable of measuring a change in AC permeability of a measurement object in an AC magnetic field having a different frequency.
前記目的を達成するための、本発明の実現技術は下記の通りである。 In order to achieve the above object, a technology for realizing the present invention is as follows.
交流電気信号を生成するファンクションジェネレータ、
前記ファンクションジェネレータの交流電気信号の変化によって交流磁場を生成する励磁コイル、及び、励磁コイルの交流磁場の変化によって感応する交流透磁率信号をピックアップするピックアップコイル、を少なくとも含む交流透磁率コイルセット、
ピックアップコイルによる交流透磁率信号を受信する信号受信ユニット、及び、
信号受信ユニットによる交流透磁率信号を処理し、交流透磁率強度と位相差、及び／又は、交流透磁率の実部と虚部の値を算出する信号処理ユニット、
を含む交流透磁率測定装置。
Function generator that generates AC electrical signals,
An AC magnetic permeability coil set including at least an excitation coil that generates an AC magnetic field by a change in the AC electric signal of the function generator, and a pickup coil that picks up an AC magnetic permeability signal that is sensitive to a change in the AC magnetic field of the excitation coil;
A signal receiving unit for receiving an alternating magnetic permeability signal by a pickup coil; and
A signal processing unit that processes the AC permeability signal by the signal receiving unit, and calculates the AC permeability strength and phase difference, and / or the real and imaginary values of the AC permeability,
AC magnetic permeability measuring device.
前記のファンクションジェネレータはよく知られているファンクションジェネレータであればよい。例えば、台湾のＧｏｏｄ Ｗｉｌｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社が生産したＳＦＧ−１０００シリーズファンクションジェネレータやアメリカのＳｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ社のＳＲＳ ＤＳ３３５製品などである。 The function generator may be a well-known function generator. For example, the SFG-1000 series function generator produced by Good Will Instrument of Taiwan, and the SRS DS335 product of Stanford Research Systems of the United States.
前記の励磁コイルは市販のコイル、例えばヘルムホルツコイル等が用いられる。または自製励磁コイル、例えばソレノイドコイルであればよい。自製励磁コイルの場合、よく知られている材料で作ることができる。例えばプラスチック・スチール材で加工し、外側には銅製のコイル線で巻くことにより自製励磁コイルを形成することができる。 A commercially available coil such as a Helmholtz coil is used as the exciting coil. Alternatively, a self-excited coil such as a solenoid coil may be used. In the case of a self-excited coil, it can be made of well-known materials. For example, a self-excited coil can be formed by processing with a plastic steel material and winding it with a copper coil wire on the outside.
前記の交流透磁率コイルセットに含まれる励磁コイルと、ファンクションジェネレータの接続方法は電気接続とする。例えば交流磁場を生成するように、励磁コイルがファンクションジェネレータに接続するものとする。 The excitation coil included in the AC magnetic permeability coil set is connected to the function generator by electrical connection. For example, it is assumed that the exciting coil is connected to the function generator so as to generate an alternating magnetic field.
前記のピックアップコイルは自製、またはよく知られているピックアップコイルであればよい。勾配磁場コイルやファラデーコイルがより好ましい。 The pickup coil may be a self-made pickup coil or a well-known pickup coil. A gradient magnetic field coil and a Faraday coil are more preferable.
前記の励磁コイルに対するピックアップコイルの位置は、順調に感応できるなら特に限定はされないが、ピックアップコイルが励磁コイルの真ん中で、さらに同軸が特に好ましい。 The position of the pickup coil with respect to the excitation coil is not particularly limited as long as it can respond smoothly, but the pickup coil is particularly preferably in the middle of the excitation coil and coaxial.
前記の信号受信ユニットはよく知られている信号受信ユニットであればよい。例えばアメリカのＮａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の製品ＮＩ ＰＣＩ−６２２１等が挙げられる。 The signal receiving unit may be any well-known signal receiving unit. For example, NI PCI-6221 manufactured by National Instruments of the United States can be used.
前記信号処理ユニットは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアの何れでもよいが、ソフトウェア、またはファームウェアのほうがより好ましい。また、タイムドメイン信号とスペクトル信号の処理能力を向上するために、高速フーリエ変換プログラムを含んだほうがより好ましい。 The signal processing unit may be software, firmware, or hardware, but software or firmware is more preferable. It is more preferable to include a fast Fourier transform program in order to improve the processing capability of time domain signals and spectrum signals.
前記の交流透磁率測定装置は、さらに信号増幅回路を含むことができる。ピックアップコイルによって出力された信号が増幅された後、スモール信号に対する感度を上げるために信号受信ユニットによってピックアップされ、そして最後に信号処理ユニットによって、この交流透磁信号をスペクトル信号へと変換し、出力する。この信号増幅回路はよく知られているものでよく、倍率を調整できるものが好ましい。また、この信号増幅回路は直接信号受信ユニットとともに単一の回路になることも可能である。 The AC magnetic permeability measurement device may further include a signal amplification circuit. After the signal output by the pickup coil is amplified, it is picked up by the signal receiving unit in order to increase the sensitivity to the small signal, and finally this AC permeable signal is converted into a spectral signal by the signal processing unit and output. To do. This signal amplifying circuit may be a well-known one, and is preferably one that can adjust the magnification. The signal amplification circuit can be a single circuit together with the direct signal receiving unit.
前記の交流透磁率測定装置の測定結果は、メモリーやストレージ、または直接ディスプレイに表示することが可能である。従って、この交流透磁率測定装置はさらに測定結果を表示するための表示ユニット、及び／又は、測定結果を保存するための保存ユニットを含められることもできる。もちろん、測定結果は外部から接続する保存装置に保存されたり、表示装置に表示されたりすることが可能である。 The measurement result of the AC magnetic permeability measuring device can be displayed on a memory, storage, or directly on a display. Therefore, the AC magnetic permeability measuring apparatus can further include a display unit for displaying the measurement result and / or a storage unit for storing the measurement result. Of course, the measurement result can be stored in an external storage device or displayed on a display device.
前記の交流透磁率測定装置は、さらに交流透磁率コイルセットと結合した抵抗分圧回路を含む。この抵抗分圧回路は、励磁コイルによって交流磁場がピックアップコイルから出力された信号に対する影響をなくすために、交流透磁率コイルセットのピックアップコイルに接続されている。そしてこのピックアップコイルから出力された信号はまた信号受信ユニットによってピックアップされ、最後に信号処理ユニットによって交流透磁信号からスペクトル信号へと変換する。 The AC permeability measuring device further includes a resistance voltage dividing circuit coupled to the AC permeability coil set. This resistance voltage dividing circuit is connected to the pickup coil of the AC magnetic permeability coil set in order to eliminate the influence of the AC magnetic field on the signal output from the pickup coil by the exciting coil. The signal output from the pickup coil is also picked up by the signal receiving unit, and finally converted from an alternating magnetic permeability signal to a spectral signal by the signal processing unit.
また、一般の電機・電子・物理・材料などの実験室では、大体ファンクションジェネレータが備えられているので、この現状に合わせるため、本発明のもう一つ交流透磁率測定装置は外部のファンクションジェネレータに接続できる、下記の通りのものが含まれている交流透磁率測定装置である。
・外部のファンクションジェネレータに接続し、そのファンクションジェネレータからの交流電気信号によって交流磁場を生成するコイルセットと、
この励磁コイルの交流磁場変化によって測定物が感応する交流透磁信号をピックアップするピックアップコイル、
を少なくとも含む交流透磁率コイルセット、
・ピックアップコイルによる交流透磁率信号を受信する信号受信ユニット、
・信号受信ユニットの交流透磁率信号を処理し、交流透磁率強度と位相差、及び／又は、交流透磁率の実部と虚部の値を算出する信号処理ユニット
Also, in general laboratories such as electrical, electronic, physical, and material, generally function generators are provided, so in order to meet this situation, another AC permeability measuring device of the present invention is an external function generator. It is an AC permeability measuring device that can be connected and includes the following.
A coil set that is connected to an external function generator and generates an alternating magnetic field by an alternating electrical signal from the function generator,
A pickup coil that picks up an alternating magnetic permeability signal to which the measurement object is sensitive by the alternating magnetic field change of this exciting coil,
AC permeability coil set, including at least
A signal receiving unit that receives AC permeability signals from the pickup coil,
A signal processing unit that processes the AC permeability signal of the signal receiving unit and calculates the AC permeability strength and phase difference and / or the real part and imaginary part values of the AC permeability.
前記の励磁コイルとピックアップコイル、信号受信ユニット、信号処理ユニットの詳細と接続関係は前記の通りである。 Details and connection relationships of the exciting coil, the pickup coil, the signal receiving unit, and the signal processing unit are as described above.
前記のファンクションジェネレータに外部接続する交流透磁率測定装置は前記の通り、さらに信号増幅回路、及び／又は抵抗分圧回路が含まれ、機能と接続方法は前記の通りである。 The AC magnetic permeability measuring device externally connected to the function generator includes a signal amplification circuit and / or a resistance voltage dividing circuit as described above, and the functions and connection methods are as described above.
本発明はさらに交流透磁率の測定方法であり、測定方法は下記のステップが含まれている：
・交流透磁率測定ステップ：測定物の交流透磁率信号と対照物の交流透磁率信号をそれぞれ測定する。
・第一信号変換ステップ：交流透磁率測定ステップで得た測定物の交流透磁率信号と対照物の交流透磁率信号を、それぞれ測定物のスペクトル信号と対照物のスペクトル信号へ変換する。
・第二信号変換ステップ：第一信号変換ステップで得た測定物のスペクトル信号と対照物のスペクトル信号を、それぞれ測定物のタイムドメイン信号と対照物のタイムドメイン信号へと変換する。
・減算演算ステップ：第二信号変換ステップで得た測定物のタイムドメイン信号と対照物のタイムドメイン信号を減算演算し、測定物のタイムドメイン信号の差を得る。
・差値変換ステップ：測定物のタイムドメイン信号の差の値をスペクトル信号へ変換する。
・タイムドメイン信号差値出力ステップ：タイムドメイン信号の差の値を出力する。
The present invention is further a method for measuring AC permeability, which includes the following steps:
AC permeability measurement step: Measure the AC permeability signal of the measurement object and the AC permeability signal of the reference object.
First signal conversion step: The AC permeability signal of the measurement object and the AC permeability signal of the reference object obtained in the AC permeability measurement step are converted into the spectrum signal of the measurement object and the spectrum signal of the reference object, respectively.
Second signal conversion step: The spectrum signal of the measurement object and the spectrum signal of the reference object obtained in the first signal conversion step are converted into the time domain signal of the measurement object and the time domain signal of the reference object, respectively.
Subtraction operation step: Subtracts the time domain signal of the measurement object obtained in the second signal conversion step and the time domain signal of the control object, and obtains the difference between the time domain signals of the measurement object.
Difference value conversion step: The difference value of the time domain signal of the measurement object is converted into a spectrum signal.
Time domain signal difference value output step: Outputs the time domain signal difference value.
そのなか、交流透磁率測定ステップや第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップの進行順は順番通り、または交互として進行してもいいとする。 Among them, it is assumed that the AC magnetic permeability measurement step, the first signal conversion step, and the second signal conversion step may proceed in order or alternately.
前記の対照物とは、基本的には空気を指す。前記の交流透磁率測定ステップでは、測定物の交流透磁率信号を測定することと対照物の交流透磁率信号を測定する順番は、特に決まってはいない。 The aforementioned reference basically refers to air. In the AC permeability measurement step, the order in which the AC permeability signal of the measurement object is measured and the AC permeability signal of the reference object is not particularly determined.
前記の第一信号変換ステップでは、測定物の交流透磁率信号をスペクトル信号に変換することと、対照物の交流透磁率信号をスペクトル信号に変換する順番は特に決まってはいない。 In the first signal conversion step, the order in which the AC permeability signal of the measurement object is converted into a spectral signal and the order in which the AC permeability signal of the reference object is converted into the spectrum signal are not particularly determined.
前記の第二信号変換ステップでは、測定物のスペクトル信号をタイムドメイン信号へと変換することと、対照物のスペクトル信号をタイムドメイン信号へと変換する順番は特に決まってはいない。 In the second signal conversion step, the order in which the spectrum signal of the measurement object is converted into a time domain signal and the order in which the spectrum signal of the reference object is converted into a time domain signal are not particularly determined.
前記の交流透磁率測定ステップと第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップの進行順を順番通りで進行することとは、まず交流透磁率測定ステップを実施して、そして第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップを進行することを指す。 Proceeding in the order of progression of the AC magnetic permeability measurement step and the first signal conversion step, the second signal conversion step, first, the AC magnetic permeability measurement step is performed, and the first signal conversion step, It refers to proceeding with the second signal conversion step.
前記の交流透磁率測定ステップ、第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップの進行順を交互として進行することとは、交流透磁率測定ステップと第一信号変換ステップを交互で進行すること、つまり交流透磁率測定ステップが進行する最中で、第一信号変換ステップの一部を進行できることをいう。例えば測定物の交流透磁率を測定した後、すぐスペクトル信号に変換し、そして対照物の交流透磁率を測定し、スペクトル信号に変換する。もちろん、測定結果と対照物の順番は変えてもよい。つまり対照物の交流透磁率を測定し、すぐスペクトル信号に変換した後、測定物の交流透磁率を測定し、スペクトル信号に変換することをいう。 Proceeding with alternating AC magnetic permeability measurement step, first signal conversion step, and second signal conversion step in order of progression, alternating AC magnetic permeability measurement step and first signal conversion step, that is, It means that a part of the first signal conversion step can proceed while the AC permeability measurement step proceeds. For example, after measuring the AC permeability of the object to be measured, it is immediately converted into a spectrum signal, and the AC permeability of the reference object is measured and converted into a spectrum signal. Of course, the order of the measurement result and the control object may be changed. That is, the AC permeability of the control object is measured and immediately converted into a spectrum signal, and then the AC permeability of the measurement object is measured and converted into a spectrum signal.
同じように、第一信号変換ステップと第二信号変換ステップを交互として進行するとは、第一信号変換ステップが進行する最中で、第二信号変換ステップの一部を進行し、例えば測定物の交流透磁率信号をスペクトル信号に変換した後、タイムドメイン信号に変換し、そして対照物の交流透磁率信号をスペクトル信号に変換し、さらにタイムドメイン信号に変換することをいう。もちろん測定物と対照物の順番も変えてよい。即ち、対照物の交流透磁率信号をスペクトル信号に変換した後、すぐタイムドメイン信号に変換する。次は測定物の交流透磁率信号をスペクトル信号に変換し、さらにタイムドメイン信号に変換する。 Similarly, when the first signal conversion step and the second signal conversion step proceed alternately, a part of the second signal conversion step proceeds during the progress of the first signal conversion step. The AC magnetic permeability signal is converted into a spectral signal, then converted into a time domain signal, and the AC magnetic permeability signal of a control object is converted into a spectral signal and further converted into a time domain signal. Of course, the order of the measurement object and the control object may be changed. That is, the AC permeability signal of the control object is converted into a spectrum signal and then immediately converted into a time domain signal. Next, the AC permeability signal of the measurement object is converted into a spectrum signal and further converted into a time domain signal.
この点からみれば明らかなように、第一信号変換ステップと第二信号変換ステップの変換手順は平行で進行することができる。例えばデュアルコア技術を使い、一つのコアでは測定物の第一信号変換ステップと第二信号変換ステップを進行し、もう一つのコアでは対照物の第一信号変換ステップと第二信号変換ステップを進行する。 As is apparent from this point, the conversion procedures of the first signal conversion step and the second signal conversion step can proceed in parallel. For example, using dual-core technology, one core performs the first and second signal conversion steps of the measurement object, and the other core performs the first and second signal conversion steps of the control object. To do.
前記の交流透磁率測定ステップと第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップの進行順は順番通りから、または交互として進行してもいいとは、完全に順番通りで進行することと、完全に交互で進行すること、または一部順番通りで進行すること、一部交互で進行することを指すが、完全に順番通りで進行することがベストとする。 The AC magnetic permeability measurement step, the first signal conversion step, and the second signal conversion step may be performed in order or alternately. It refers to proceeding alternately, partially proceeding in order, or partially alternating, but it is best to proceed completely in order.
前記の完全に交互で進行することとは、測定物に対して、順番通り交流透磁率測定ステップ、第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップを進行した後、対照物に対して順番通り交流透磁率測定ステップ、第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップを進行することをいう。図９とその説明を参考すれば明らかである。もしくは、対照物に対して順番通り交流透磁率測定ステップ、第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップを進行した後、測定物に対して順番通り交流透磁率測定ステップ、第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップを進行する。図８とその説明を参考すれば分かる。 Progressing completely and alternately means that the AC permeability measurement step, the first signal conversion step, and the second signal conversion step are sequentially performed on the measurement object, and then the alternating current is sequentially performed on the control object. This means proceeding through the magnetic permeability measurement step, the first signal conversion step, and the second signal conversion step. It will be apparent with reference to FIG. 9 and the description thereof. Alternatively, after proceeding with the AC permeability measurement step, the first signal conversion step, and the second signal conversion step in order with respect to the control object, the AC permeability measurement step, first signal conversion step in sequence with respect to the measurement object, The second signal conversion step proceeds. This can be understood by referring to FIG. 8 and its explanation.
前記の一部順番通り、一部交互として進行するとは、例えば交流透磁率測定ステップを進行した後、第一信号変換ステップと第二信号変換ステップを交互で進行する、また、交流透磁率測定ステップと第一信号変換ステップを交互で進行した後、第二信号変換ステップを進行することをいう。 Proceeding as partial alternation as partly in order, for example, after proceeding with the AC magnetic permeability measurement step, then proceeding alternately between the first signal conversion step and the second signal conversion step, and AC magnetic permeability measurement step And the first signal conversion step, and then the second signal conversion step.
本発明の交流透磁率測定方法に従い、順番通りまたは交互で交流透磁率測定ステップと第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップを進行した後、測定物のタイムドメイン信号と対照物のタイムドメイン信号を減算演算にし、測定物のタイムドメイン信号の差の値を算出した後、スペクトル信号の差の値に変換し、出力することができる。 In accordance with the AC permeability measurement method of the present invention, the AC magnetic permeability measurement step, the first signal conversion step, and the second signal conversion step proceed in order or alternately, and then the time domain signal of the measurement object and the time domain signal of the reference object Can be subtracted to calculate the difference value of the time domain signal of the measurement object, and then converted into the difference value of the spectrum signal and output.
本発明の交流透磁率を測定する装置及びその測定方法により、測定物の透磁率強度と位相差を測定出来るだけではなく、さらに交流透磁率の実部と虚部の値を測定することができ、また測定物の透磁率が異なった周波数での変化を測定可能である。また、安価で精密機器室以外でも使用が可能である。 With the apparatus and method for measuring AC permeability of the present invention, not only can the permeability strength and phase difference of the measurement object be measured, but also the values of the real part and imaginary part of the AC permeability can be measured. In addition, it is possible to measure changes in the magnetic permeability of the measurement object at different frequencies. Moreover, it is inexpensive and can be used outside the precision equipment room.
本発明の交流透磁率測定装置及びその方法が前述のほかの目的と特性、機能をより分かりやすくするために、下記の具体的な実施例そして図式を通じて、詳細の説明をする。 In order to make the AC permeability measuring apparatus and method of the present invention easier to understand the other objects, characteristics, and functions described above, the details will be described through the following specific examples and diagrams.
図１は、本発明である交流透磁率測定装置の具体的な実施例の一つであり、本発明の実施態様である交流透磁率測定装置の説明図面である。この交流透磁率測定装置に内蔵しているファンクションジェネレータ（２００）が、交流電圧を交流透磁率コイルセット（３００）に提供することで、交流透磁率コイルセット（３００）のなかで交流電流が通るようにし、そして交流透磁率コイルセット（３００）内で交流磁場が生成する。測定物がこの交流透磁率コイルセット（３００）に置かれたら、その交流コイルセット（３００）の交流磁場は変化し、交流透磁率信号が出る。この交流透磁率コイルセット（３００）による交流透磁率信号は、信号受信ユニット（４００）によってピックアップされ、信号処理ユニット（５００）に移される。そしてこの信号処理ユニット（５００）の変換システム、例えばフーリエ変換ハードウェアやソフトウェア、またはファームウェアを通じて測定物の交流透磁率信号は交流透磁率強度と位相差に変換され、さらに交流透磁率強度信号は交流透磁率実部信号と交流透磁率虚部信号として交流透磁率の実部と虚部の値を表示するようになる。また、ファンクションジェネレータ（２００）から出力された交流電圧周波数を変えることによって、異なる強度の磁場において測定物の透磁率を測定することができる。その後、測定物の交流透磁率と外部磁場の周波数との関係図を作成することによって、処理済みの信号をＰＣや液晶ディスプレイ、もしくはテレビなどの外部ディスプレイに表示するができる。 FIG. 1 is an explanatory drawing of an AC magnetic permeability measuring apparatus according to one embodiment of the AC magnetic permeability measuring apparatus of the present invention, which is an embodiment of the present invention. The function generator (200) built in the AC permeability measuring device provides an AC voltage to the AC permeability coil set (300), so that an AC current passes through the AC permeability coil set (300). And an alternating magnetic field is generated in the alternating magnetic permeability coil set (300). When the object to be measured is placed in the AC magnetic permeability coil set (300), the AC magnetic field of the AC coil set (300) changes and an AC magnetic permeability signal is output. The AC permeability signal from the AC permeability coil set (300) is picked up by the signal receiving unit (400) and transferred to the signal processing unit (500). Then, through the conversion system of this signal processing unit (500), for example, Fourier transform hardware, software, or firmware, the AC permeability signal of the measurement object is converted into the AC permeability intensity and the phase difference, and the AC permeability intensity signal is changed to the AC voltage. The values of the real part and the imaginary part of the AC magnetic permeability are displayed as the magnetic permeability real part signal and the AC magnetic permeability imaginary part signal. Further, by changing the AC voltage frequency output from the function generator (200), the magnetic permeability of the measurement object can be measured in a magnetic field having different strength. Thereafter, a processed signal can be displayed on an external display such as a PC, a liquid crystal display, or a television by creating a relationship diagram between the AC permeability of the measurement object and the frequency of the external magnetic field.
図２は図１で示される具体的な実施例のなかで、交流透磁率コイルセット構造に関する説明図面である。図面に示すとおり、測定物（１００）を交流透磁率コイルセット（３００）のなかに置く。この交流透磁率コイルセット（３００）のピックアップコイル（３００ａ）は勾配磁場コイルまたはファラデーコイルとし、プラスチック・スチール材で作られたチューブ本体を、銅線コイルで巻かれるものとする。チューブは上下二段として、コイルの巻く方向は上下で反対である。このピックアップコイル（３００ａ）は測定物（１００）の交流透磁率信号を測定するために、外にはプラスチック・スチール材で加工し銅線コイルが巻かれた励磁コイル（３００ｂ）に包まれ、ファンクションジェネレータ（２００）に接続する。そうすると、この励磁コイル（３００ｂ）は交流磁場を生成し、交流透磁率信号はピックアップコイル（３００ａ）による平面磁束を透過し、時間によって周期的な変化が生じることによって、ピックアップコイル（３００ａ）では周期的な交流電圧が生まれる。この交流電圧の振り幅の乗積は交流変化周波数と交流透磁率信号とは正比例である。従って、このピックアップコイル（３００ａ）から出力された電圧によって測定物（１００）が既知の交流周波数の下で生成する交流透磁率信号を測定することができる。 FIG. 2 is an explanatory drawing regarding an AC magnetic permeability coil set structure in the specific embodiment shown in FIG. As shown in the drawing, the object to be measured (100) is placed in the AC magnetic permeability coil set (300). The pickup coil (300a) of the AC magnetic permeability coil set (300) is a gradient magnetic field coil or a Faraday coil, and a tube body made of a plastic steel material is wound with a copper wire coil. The tube has two upper and lower stages, and the coil winding directions are upside down. This pickup coil (300a) is encased in an excitation coil (300b) that is processed with plastic steel and wound with a copper wire coil in order to measure the AC permeability signal of the object to be measured (100). Connect to generator (200). Then, the exciting coil (300b) generates an alternating magnetic field, and the alternating magnetic permeability signal transmits a plane magnetic flux by the pickup coil (300a), and a periodic change occurs with time. AC voltage is born. The product of the amplitude of the AC voltage is directly proportional to the AC change frequency and the AC permeability signal. Therefore, it is possible to measure an AC permeability signal generated by the object to be measured (100) under a known AC frequency using the voltage output from the pickup coil (300a).
図３は、本発明である交流透磁率測定装置の具体的な実施例の一つとして、本発明実施態様である交流透磁率のもう一つ測定装置の説明図である。外部接続の電源、例えばファンクションジェネレータ（２００）などの交流電圧供給器によって、交流電圧を交流透磁率コイルセット（３００）に提供し、この交流透磁率コイルセット（３００）のなかで交流電圧が通ることにより、交流透磁率コイルセット（３００）において交流磁場を生成する。前述の測定物（１００）をこの交流透磁率コイルセット（３００）に置くと、交流透磁率コイルセット（３００）の交流透磁率信号はさらに信号受信ユニット（４００）によって信号処理ユニット（５００）に運ばれ、信号処理ユニット（５００）の変換システム、例えばフーリエ変換ハードウェアやフーリエ変換ソフトウェア、フーリエ変換ファームウェアなどを通じて測定物（１００）の交流透磁率信号は交流透磁率強度と位相差に変換され、さらにこの交流透磁率強度信号は交流透磁率の実部信号と交流透磁率虚部信号によって交流透磁率の実部と虚部の値を表示することができる。なお、ファンクションジェネレータ（２００）から出力された交流電圧周波数を変えることによって、違う強度の磁場における測定物（１００）の透磁率を測定でき、さらに測定物（１００）の交流透磁率と外部磁場周波数との間の関係図を作ることができる。また、この処理済みの信号を外部ディスプレイ例えばＰＣや液晶ディスプレイ、テレビに出力し、表示できるようになる。 FIG. 3 is an explanatory diagram of another AC magnetic permeability measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, as one specific example of the AC magnetic permeability measuring apparatus according to the present invention. An AC voltage is supplied to the AC magnetic permeability coil set (300) by an externally connected power source, for example, an AC voltage supply such as a function generator (200), and the AC voltage passes through the AC magnetic permeability coil set (300). Thus, an alternating magnetic field is generated in the alternating magnetic permeability coil set (300). When the above-mentioned measured object (100) is placed in the AC permeability coil set (300), the AC permeability signal of the AC permeability coil set (300) is further transferred to the signal processing unit (500) by the signal receiving unit (400). The AC permeability signal of the object to be measured (100) is converted into an AC permeability intensity and a phase difference through a conversion system of the signal processing unit (500), for example, Fourier transform hardware, Fourier transform software, Fourier transform firmware, etc. Further, the AC permeability intensity signal can display the real part value and the imaginary part value of the AC permeability by the real part signal of the AC permeability and the imaginary part signal of the AC permeability. By changing the AC voltage frequency output from the function generator (200), the magnetic permeability of the measurement object (100) in a magnetic field of different strength can be measured, and the AC permeability and external magnetic field frequency of the measurement object (100) can be measured. You can make a relationship diagram between Further, this processed signal can be output to an external display such as a PC, a liquid crystal display, or a television for display.
前記の実施例に引き続き、図４は本発明の実施態様である交流透磁率のもう一つの測定装置の説明図である。ファンクションジェネレータ（２００）などの交流電圧供給器といった電源を通じ、交流電圧を交流透磁率コイルセット（３００）に供給し、交流透磁率コイルセット（３００）のなかで交流電圧が通ることにより、交流透磁率コイルセット（３００）のなかで交流磁場が生成する。そして前記の測定物（１００）をこの交流透磁率コイルセット（３００）に放置し、交流磁場の作用のため、測定物（１００）は励磁され、交流透磁率信号を生成し、また交流透磁率コイルセット（３００）のピックアップコイル（３００ａ）によって出力される周期的な交流電圧から、測定物（１００）が既知の交流周波数の下で生成する交流透磁率信号を得ることができる。前記の図３の説明通り、励磁コイル（３００ｂ）によって交流磁場がピックアップコイル（３００ａ）から出力された信号に対する影響をなくすために、本実施態様のピックアップコイル（３００ａ）はさらに抵抗分圧回路（６００）を接続することができる。ピックアップコイル（３００ａ）から出力された交流電圧は抵抗分圧回路（６００）を通過し、そして信号受信ユニット（４００）を通じて信号処理ユニット（５００）にピックアップされ、信号処理ユニット（５００）の変換システム、例えばフーリエ変換ハードウェアやフーリエ変換ソフトウェア、フーリエ変換ファームウェアなどによって、信号受信ユニット（４００）を通じて信号処理ユニット（５００）にピックアップされた瞬時電圧信号をスペクトル信号に変換することができ、さらにこの交流透磁率コイルセット（３００）のなかで生成する交流周波数の下で、測定物（１００）の交流透磁率実部と虚部の値または交流透磁率の強度と位相差との関係を数値で分析する。また、ファンクションジェネレータ（２００）から出力された異なる交流電圧周波数を変えることによって、測定物（１００）の交流透磁率と外部磁場周波数との間の関係図を作ることができ、さらに処理済みの信号を外部ディスプレイ例えばＰＣや液晶ディスプレイ、テレビに表示できるようになる。 FIG. 4 is an explanatory diagram of another apparatus for measuring AC permeability, which is an embodiment of the present invention, following the above embodiment. An AC voltage is supplied to the AC permeability coil set (300) through a power source such as an AC voltage supply such as a function generator (200), and the AC voltage passes through the AC permeability coil set (300). An alternating magnetic field is generated in the magnetic coil set (300). Then, the object to be measured (100) is left in the AC magnetic permeability coil set (300), and the object to be measured (100) is excited due to the action of the AC magnetic field to generate an AC magnetic permeability signal. From the periodic AC voltage output by the pickup coil (300a) of the coil set (300), an AC permeability signal generated by the measurement object (100) under a known AC frequency can be obtained. As described above with reference to FIG. 3, in order to eliminate the influence of the alternating magnetic field on the signal output from the pickup coil (300a) by the excitation coil (300b), the pickup coil (300a) of this embodiment further includes a resistance voltage dividing circuit ( 600) can be connected. The AC voltage output from the pickup coil (300a) passes through the resistance voltage dividing circuit (600), and is picked up by the signal processing unit (500) through the signal receiving unit (400) to be converted into the signal processing unit (500). For example, the instantaneous voltage signal picked up by the signal processing unit (500) through the signal receiving unit (400) can be converted into a spectrum signal by Fourier transform hardware, Fourier transform software, Fourier transform firmware, etc. Numerical analysis of the relationship between the real and imaginary part of the AC permeability of the object to be measured (100) and the strength and phase difference of the AC permeability under the AC frequency generated in the permeability coil set (300) To do. Further, by changing different AC voltage frequencies output from the function generator (200), a relationship diagram between the AC permeability of the object to be measured (100) and the external magnetic field frequency can be created, and further processed signals can be generated. Can be displayed on an external display such as a PC, a liquid crystal display or a television.
図５は、本発明である交流透磁率測定装置のもう一つの具体的な実施例を示す。ファンクションジェネレータ（２００）などの交流電圧供給器といった電源によって、交流透磁率コイルセット（３００）に交流電圧を供給し、交流透磁率コイルセット（３００）のなかで交流電流が通ることによって、交流透磁率コイルセット（３００）のなかで交流磁場が生成する。そして測定物（１００）が交流透磁率コイルセット（３００）に置かれる。そうすると、交流磁場の作用のため、測定物（１００）は交流透磁率信号を生成する。励磁コイル（３００ｂ）によって交流磁場がピックアップコイル（３００ａ）から出力された信号に与える影響をなくすために、図４の実施態様の説明通り、このピックアップコイル（３００ａ）は抵抗分圧回路（６００）に接続することとする。本実施態様では、さらにＳＮ比を増やすために、抵抗分圧回路（６００）から出力される電圧を信号増幅回路（７００）へ入力し、また信号受信ユニット（４００）を通じて、フーリエ変換ハードウェアやフーリエ変換ソフトウェア、ファームウェアなどの信号変換ユニットに送ることによって、交流透磁率信号をスペクトル信号へ変換する。それは、異なる交流周波数の下で、測定物（１００）の交流透磁率における実部と虚部の値、または交流透磁率の強度と位相差との変化関係を分析するためである。さらにこの変化関係をＰＣや液晶ディスプレイ、テレビなどの外部ディスプレイによって表示する。 FIG. 5 shows another specific embodiment of the AC magnetic permeability measuring apparatus according to the present invention. An AC voltage is supplied to the AC magnetic permeability coil set (300) by a power source such as an AC voltage supply such as a function generator (200), and an AC current passes through the AC magnetic permeability coil set (300). An alternating magnetic field is generated in the magnetic coil set (300). Then, the measurement object (100) is placed in the AC magnetic permeability coil set (300). Then, due to the action of the alternating magnetic field, the measurement object (100) generates an alternating magnetic permeability signal. In order to eliminate the influence of the alternating magnetic field on the signal output from the pickup coil (300a) by the excitation coil (300b), this pickup coil (300a) has a resistance voltage dividing circuit (600) as described in the embodiment of FIG. Let's connect to. In this embodiment, in order to further increase the S / N ratio, the voltage output from the resistance voltage dividing circuit (600) is input to the signal amplifying circuit (700), and through the signal receiving unit (400), Fourier transform hardware, The AC permeability signal is converted into a spectral signal by sending it to a signal conversion unit such as Fourier transform software or firmware. This is for analyzing the change relationship between the value of the real part and the imaginary part in the AC permeability of the object to be measured (100) or the strength and phase difference of the AC permeability under different AC frequencies. Further, this change relationship is displayed on an external display such as a PC, a liquid crystal display, or a television.
前記の実施例に続き、図６は前記実施例において、交流透磁率測定装置に含まれる抵抗分圧回路（６００）と、交流透磁率コイルセット（３００）の中のピックアップコイル（３００ａ）との接続関係をさらに示すものである。図３で説明した通り、ピックアップコイル（３００ａ）は多重のコイルによるもので、このピックアップコイル（３００ａ）とは勾配ファラデーコイルで、プラスチック・スチール材で作られたチューブ本体に銅線コイルが巻かれたものである。チューブは上下二段として巻く方向が反対方向になっており、勾配ファラデーコイルの上下二段ではそれぞれ抵抗分圧回路（６００）の電気抵抗器と可変抵抗器に接続する。図６で示されている抵抗器は５ＫΩで、可変抵抗器は１００Ωであるが、この抵抗分圧回路（６００）は違うオームの抵抗器と接続方法を使うことも可能で、必ずしも実施例と同じようにしなければいけないわけではない。交流透磁率コイルセット（３００）のなかに測定物（１００）が置かれると、交流磁場によって励磁され、交流透磁率の信号を生成する。そしてピックアップコイル（３００ａ）によって交流透磁率信号をＡＣ電圧信号に変換する。このＡＣ電圧信号は抵抗分圧回路（６００）を通った後、励磁コイル（３００ｂ）によって交流磁場がピックアップコイル（３００ａ）から出力する信号に対する影響をなくすように、抵抗器の分圧が互いに除去され、最後には抵抗分圧回路（６００）のＡとＢという両端から電圧が出力される。 FIG. 6 is a diagram illustrating a resistance voltage dividing circuit (600) included in the AC permeability measuring device and a pickup coil (300a) in the AC permeability coil set (300). The connection relation is further shown. As described in FIG. 3, the pickup coil (300a) is composed of multiple coils. This pickup coil (300a) is a gradient Faraday coil, and a copper wire coil is wound around a tube body made of plastic steel. It is a thing. The tube is wound in two upper and lower stages, and the winding directions are opposite to each other, and the upper and lower stages of the gradient Faraday coil are respectively connected to an electric resistor and a variable resistor of the resistance voltage dividing circuit (600). The resistor shown in FIG. 6 is 5KΩ and the variable resistor is 100Ω. However, this resistor voltage dividing circuit (600) can use a different ohmic resistor and connection method, and is not necessarily limited to the embodiment. It doesn't have to be the same. When the measurement object (100) is placed in the AC magnetic permeability coil set (300), it is excited by an AC magnetic field and generates an AC magnetic permeability signal. Then, the AC permeability signal is converted into an AC voltage signal by the pickup coil (300a). After this AC voltage signal passes through the resistance voltage dividing circuit (600), the voltage dividing of the resistors is removed from each other so that the excitation coil (300b) eliminates the influence of the alternating magnetic field on the signal output from the pickup coil (300a). Finally, a voltage is output from both ends A and B of the resistance voltage dividing circuit (600).
図７に示したのは、本発明の一つの実施態様とする測定物（１００）の交流透磁率を測定する方法である。まずは、測定物（１００）なしの場合、交流透磁率信号を測定するステップ（Ｓ７１０）と測定物（１００）ありの場合、交流透磁率信号を測定するステップ（Ｓ７１４）を同じ時間で進む。そして次のステップ（Ｓ７１１）と（Ｓ７１５）に進み、前記した交流透磁率信号を高速フーリエ変換によってスペクトル信号に変換し、ステップ（Ｓ７１２）と（Ｓ７１６）では、測定物（１００）なしの場合で透磁率強度χｏ，ａｉｒと位相差φａｉｒを生成し、また測定物（１００）ありの場合で透磁率強度χｏ，ｍｉｘと位相差φｍｉｘを生成する。次のステップ（Ｓ７１３）と（Ｓ７１７）に行くと、測定物（１００）なしの場合での透磁率強度χｏ，ａｉｒと位相差φａｉｒ、それから測定物（１００）ありの場合での透磁率強度χｏ，ｍｉｘと位相差φｍｉｘをタイムドメイン信号に変換する。そしてステップ（Ｓ７１３）で測定物（１００）なしの場合で得たタイムドメイン信号と、ステップ（Ｓ７１７）で測定物（１００）ありの場合で得たタイムドメイン信号を減算演算し、ステップ（Ｓ７１８）のように、測定物（１００）のタイムドメイン信号の差の値を得た後、高速フーリエ変換を行う。最後に次のステップ（Ｓ７１９）では、測定物（１００）の透磁率強度χｏ，ｓａｍｐｌｅと位相差φｓａｍｐｌｅを生成し、さらに透磁率の振り幅と外部磁場に対する位相によって、測定物（１００）の交流透磁率強度信号の実部と虚部の値を得る。 FIG. 7 shows a method of measuring the AC magnetic permeability of the measurement object (100) according to one embodiment of the present invention. First, when there is no measurement object (100), the step of measuring the AC permeability signal (S710) and when there is the measurement object (100), the step of measuring the AC permeability signal (S714) proceeds in the same time. Then, the process proceeds to the next steps (S711) and (S715), and the AC magnetic permeability signal described above is converted into a spectrum signal by fast Fourier transform. In steps (S712) and (S716), there is no measurement object (100). The magnetic permeability intensity χ o, air and the phase difference φ air are generated, and the magnetic field intensity χ o, mix and the phase difference φ mix are generated when the measurement object (100) is present. Going to the next steps (S713) and (S717), the permeability intensity χ o, air and phase difference φ air without the measurement object (100), and then the permeability with the measurement object (100). The intensity χ o, mix and the phase difference φ mix are converted into a time domain signal. Then, the time domain signal obtained without the measured object (100) in step (S713) and the time domain signal obtained with the measured object (100) in step (S717) are subtracted, and step (S718). As described above, after obtaining the value of the time domain signal difference of the measurement object (100), fast Fourier transform is performed. Finally, in the next step (S719), the magnetic permeability intensity χ o, sample and the phase difference φ sample of the measurement object (100) are generated, and further, the measurement object (100) is determined according to the amplitude of the magnetic permeability and the phase with respect to the external magnetic field. The values of the real part and the imaginary part of the AC permeability intensity signal are obtained.
図８は、本発明のもう一つの実施態様とする測定物（１００）の交流透磁率を測定する方法である。まずはステップ（Ｓ８１０）に進み、測定物（１００）なしの場合での交流透磁率を測定する。そしてステップ（Ｓ８１１）では、この交流透磁率信号を高速フーリエ変換を通じてスペクトル信号に変換する。そして次のステップ（Ｓ８１２）では透磁率強度χｏ，ａｉｒと位相差φａｉｒを生成する。さらにタイムドメイン信号に変換し（Ｓ８１３）、測定物（１００）なしの場合でのスペクトル信号をタイムドメイン信号に変換する。 FIG. 8 shows a method for measuring the AC permeability of a measurement object (100) according to another embodiment of the present invention. First, the process proceeds to step (S810), and the AC magnetic permeability is measured without the measurement object (100). In step (S811), the AC permeability signal is converted into a spectrum signal through a fast Fourier transform. In the next step (S812), the magnetic permeability intensity χ o, air and the phase difference φ air are generated. Furthermore, it converts into a time domain signal (S813), and converts the spectrum signal in the case of no measurement object (100) into a time domain signal.
前記のような測定物（１００）なしの場合での交流透磁率信号を測定するステップが終わったら、次は測定物（１００）を置き、交流透磁率を測定するというステップ（Ｓ８１４）に進む。また次のステップ（Ｓ８１５）に進み、交流透磁率信号を高速フーリエ変換を通してスペクトル信号に変換する。そして次のステップ（Ｓ８１６）では、透磁率強度χｏ，ｍｉｘと位相差φｍｉｘを生成する。さらにスペクトルとタイムドメイン信号変換というステップ（Ｓ８１７）に進み、測定物（１００）を入れた後のスペクトル信号をタイムドメイン信号に変換する。 When the step of measuring the AC magnetic permeability signal without the measurement object (100) is completed, the process proceeds to the step (S814) of placing the measurement object (100) and measuring the AC magnetic permeability. In step S815, the AC permeability signal is converted into a spectrum signal through fast Fourier transform. In the next step (S816), the magnetic permeability strength χ o, mix and the phase difference φ mix are generated. Further, the process proceeds to a step of spectrum and time domain signal conversion (S817), and the spectrum signal after putting the measurement object (100) is converted into a time domain signal.
続いて、ステップ（Ｓ８１３）で得た測定物（１００）なしの場合でのタイムドメイン信号と、ステップ（Ｓ８１７）で測定物（１００）を入れた後に得たタイムドメイン信号を減算演算する。ステップ（Ｓ８１８）の通り、測定物（１００）のタイムドメイン信号の差の値がわかるようになったら、高速フーリエ変換に進む。最後は、ステップ（Ｓ８１９）に進み、測定物（１００）の透磁率強度χｏ，ｓａｍｐｌｅと位相差φｓａｍｐｌｅを生成し、透磁率の振り幅と外部磁場に対する位相によって、測定物（１００）の交流透磁率強度信号の実部と虚部の値を得る。 Subsequently, the time domain signal obtained without the measured object (100) obtained in step (S813) and the time domain signal obtained after putting the measured object (100) in step (S817) are subtracted. When the value of the difference between the time domain signals of the measurement object (100) becomes known as in step (S818), the process proceeds to fast Fourier transform. Finally, the process proceeds to step (S819), where the magnetic permeability intensity χ o, sample and phase difference φ sample of the measurement object (100) are generated, and the measurement object (100) is determined by the amplitude of the magnetic permeability and the phase with respect to the external magnetic field. Obtain the real and imaginary values of the AC permeability strength signal.
図９は、本発明のもう一つの実施態様とする測定物（１００）の交流透磁率を測定する方法である。まずはステップ（Ｓ９１４）のように測定物（１００）を入れて交流透磁率を測定する。そしてステップ（Ｓ９１５）のようにこの交流透磁率信号を高速フーリエ変換を通してスペクトル信号に変換し、次のステップ（Ｓ９１６）では、透磁率強度χｏ，ｍｉｘと位相差φｍｉｘを生成する。さらにスペクトルとタイムドメイン信号変換というステップ（Ｓ９１７）に進み、測定物（１００）が置かれた後のスペクトル信号をタイムドメイン信号に変換する。 FIG. 9 shows a method for measuring the AC permeability of a measurement object (100) according to another embodiment of the present invention. First, as shown in step (S914), the measurement object (100) is put in and the AC permeability is measured. Then, as in step (S915), the AC magnetic permeability signal is converted into a spectrum signal through fast Fourier transform, and in the next step (S916), the magnetic permeability intensity χ o, mix and the phase difference φ mix are generated. Further, the process proceeds to the step of spectrum and time domain signal conversion (S917), and the spectrum signal after the measurement object (100) is placed is converted into a time domain signal.
上述した測定物（１００）が置かれたときの交流透磁率信号を測定するといったステップが終わると、次は測定物（１００）を外し、ステップ（Ｓ９１０）に進み、交流透磁率を測定する。そしてステップ（Ｓ９１１）では、測定物（１００）なしの場合での交流透磁率信号を高速フーリエ変換を通してスペクトル信号に変換し、そしてステップ（Ｓ９１２）のように透磁率強度χｏ，ａｉｒと位相差φａｉｒを生成する。その後、スペクトルからタイムドメインに変換というステップ（Ｓ９１３）に進み、測定物（１００）なしの場合でのスペクトル信号をタイムドメイン信号に変換する。 When the step of measuring the AC permeability signal when the measurement object (100) is placed is finished, the measurement object (100) is removed, and the process proceeds to step (S910) to measure the AC permeability. In step (S911), the AC permeability signal without the measurement object (100) is converted into a spectrum signal through fast Fourier transform, and the permeability intensity χ o, air and the phase difference are obtained as in step (S912). Generate φ air . Thereafter, the process proceeds to a step of converting the spectrum to the time domain (S913), and the spectrum signal without the measurement object (100) is converted into a time domain signal.
続いて、ステップ（Ｓ９１７）のように測定物（１００）が置かれた後のタイムドメイン信号と、ステップ（Ｓ９１３）のように測定物（１００）なしの場合でのタイムドメイン信号を減算演算する。そしてステップ（Ｓ９１８）の通り、測定物（１００）のタイムドメイン信号の差の値がわかるようになり、さらに高速フーリエ変換を行う。最後には、次のステップ（Ｓ９１９）に進み、測定物（１００）の透磁率強度χｏ，ｓａｍｐｌｅと位相差φｓａｍｐｌｅを生成し、透磁率の振り幅と外部磁場に対する位相によって、測定物（１００）の交流透磁率強度信号の実部と虚部の値を得る。 Subsequently, the time domain signal after the measurement object (100) is placed as in step (S917) and the time domain signal without the measurement object (100) as in step (S913) are subtracted. . Then, as shown in step (S918), the value of the difference between the time domain signals of the measurement object (100) can be known, and further, fast Fourier transform is performed. Finally, the process proceeds to the next step (S919) to generate the magnetic permeability intensity χ o, sample and the phase difference φ sample of the measurement object (100), and the measurement object (100) according to the amplitude of the magnetic permeability and the phase with respect to the external magnetic field. 100) of the real and imaginary parts of the AC permeability intensity signal.
前記の通り、本発明である交流透磁率測定装置及び測定方法にしたがって、磁性流体の測定実施例を示した。ただし本発明の測定物（１００）の状態や種類は前記の通りとは限らない。つまり、固体、液体又は気体であっても、そして磁性体又は非磁性体であっても、本発明である交流透磁率測定装置を使って、交流透磁率を測定することができる。 As described above, according to the AC permeability measuring apparatus and the measuring method according to the present invention, the measurement examples of the magnetic fluid are shown. However, the state and type of the measurement object (100) of the present invention are not necessarily as described above. That is, whether it is a solid, liquid or gas, and a magnetic or non-magnetic material, the AC permeability can be measured using the AC permeability measuring device of the present invention.
本実施例は、異なる磁性濃度における磁性流体の透磁率が外部磁場の周波数によって変化することを測定したものである。使われた磁性流体は、濃度が６．０ｅｍｕ／ｇ、３．６ｅｍｕ／ｇ、２．０ｅｍｕ／ｇ及び１．２ｅｍｕ／ｇといったケロシンベース、又は水性物である。磁性流体はガラス管などに入れて、そしてピックアップコイルの中に入れた。本発明の交流透磁率測定装置を使用し、この４種類の濃度の磁性流体の交流透磁率強度と位相差が外部磁場の周波数によって変化する関係を測定した。図１０の上の図から明らかなように、４種類の濃度の磁性流体における交流透磁率強度(χａｃ，ｏ)は外部磁場周波数によって変化し、また、下の図から明らかなように、磁性流体の磁気双極子と外部磁場との位相差（θ）は外部磁場周波数によって変化する。ここで示している位相差（θ）はすべてマイナスとなる。それは図１１を参照すると、磁性流体の磁気双極子（Ｍ）の方向は、外部磁場（Ｈ）の方向とは不一致であり、また外部磁場（Ｈ）に遅れることがわかる。 In this example, the magnetic fluid permeability at different magnetic concentrations was measured to change with the frequency of the external magnetic field. The ferrofluid used is kerosene based in concentrations of 6.0 emu / g, 3.6 emu / g, 2.0 emu / g and 1.2 emu / g, or aqueous. The magnetic fluid was put in a glass tube or the like and then put in a pickup coil. Using the AC permeability measuring apparatus of the present invention, the relationship in which the AC permeability intensity and phase difference of these four types of magnetic fluids change depending on the frequency of the external magnetic field was measured. As apparent from the upper diagram of FIG. 10, the AC magnetic permeability strength (χ ac, o ) in the magnetic fluids of four kinds of concentrations varies depending on the external magnetic field frequency, and as is apparent from the lower diagram, the magnetic permeability The phase difference (θ) between the magnetic dipole of the fluid and the external magnetic field varies with the external magnetic field frequency. All of the phase differences (θ) shown here are negative. Referring to FIG. 11, it can be seen that the direction of the magnetic dipole (M) of the magnetic fluid is inconsistent with the direction of the external magnetic field (H) and is delayed from the external magnetic field (H).
なお、前記のような磁性流体の実施例によって、実際の磁性流体透磁率における実部と虚部が外部磁場周波数によって変化する値を測定できる。さらに、図１２で示したように、この４種類の濃度の磁性流体の交流透磁率における実部（Ｒｅ［χａｃ，ｏ］）と虚部（Ｉｍ［χａｃ，ｏ］）が外部磁場周波数によって変化する関係がわかる。 In addition, according to the embodiment of the magnetic fluid as described above, a value at which the real part and the imaginary part in the actual magnetic fluid permeability change depending on the external magnetic field frequency can be measured. Furthermore, as shown in FIG. 12, the real part (Re [χ ac, o ]) and imaginary part (Im [χ ac, o ]) of the magnetic permeability of these four types of concentrations are the external magnetic field frequency. You can see the changing relationship.
前記のように詳しく本発明における好ましい各実施例を説明してきたが、この技術に詳しい人であれば分かるように、以下の特許請求の範囲と原則の下で、様々な変化を行うことができ、また説明書の実施例の実施方法とは限らない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail as described above, various changes can be made within the scope of the following claims and principles, as will be appreciated by those skilled in the art. In addition, it is not necessarily the implementation method of the embodiment of the description.
１００：測定物
２００：ファンクションジェネレータ
３００：交流透磁率コイルセット
３００ａ：ピックアップコイル
３００ｂ：励磁コイル
４００：信号受信ユニット
５００：信号処理ユニット
６００：抵抗分圧回路
７００：増幅回路
100: Measurement object 200: Function generator 300: AC permeability coil set 300a:
Claims (16)
ピックアップコイルによる交流透磁率信号を受信する信号受信ユニット、及び、
信号受信ユニットによる交流透磁率信号を処理し、交流透磁率強度と位相差、及び／又は、交流透磁率の実部と虚部の値を算出する信号処理ユニット、
を少なくとも含むことを特徴とする交流透磁率測定装置。 A function generator is connected from the outside, an excitation coil that generates an alternating magnetic field by a change in the alternating current electric signal of the function generator, and a pickup coil that picks up an alternating magnetic permeability signal to which a measurement object is sensitive by a change in the alternating magnetic field of the excitation coil AC permeability coil set, including at least
A signal receiving unit for receiving an alternating magnetic permeability signal by a pickup coil; and
A signal processing unit that processes the AC permeability signal by the signal receiving unit, and calculates the AC permeability strength and phase difference, and / or the real and imaginary values of the AC permeability,
An AC magnetic permeability measuring device comprising at least
前記ファンクションジェネレータの交流電気信号の変化によって交流磁場を生成する励磁コイル、及び、励磁コイルの交流磁場の変化によって測定物が感応する交流透磁率信号をピックアップするピックアップコイル、を少なくとも含む交流透磁率コイルセット、
ピックアップコイルによる交流透磁率信号を受信する信号受信ユニット、及び、
信号受信ユニットによる交流透磁率信号を処理し、交流透磁率強度と位相差、及び／又は、交流透磁率の実部と虚部の値を算出する信号処理ユニット、
を少なくとも含むことを特徴とする交流透磁率測定装置。 Function generator that generates AC electrical signals,
An AC permeability coil including at least an excitation coil that generates an AC magnetic field by a change in the AC electrical signal of the function generator, and a pickup coil that picks up an AC permeability signal to which a measurement object is sensitive to a change in the AC magnetic field of the excitation coil set,
A signal receiving unit for receiving an alternating magnetic permeability signal by a pickup coil; and
A signal processing unit that processes the AC permeability signal by the signal receiving unit, and calculates the AC permeability strength and phase difference, and / or the real and imaginary values of the AC permeability,
An AC magnetic permeability measuring device comprising at least
交流透磁率測定ステップで得た測定物の交流透磁率信号と対照物の交流透磁率信号を、それぞれ測定物のスペクトル信号と対照物のスペクトル信号に変換する第一信号変換ステップ、
第一信号変換ステップで得た測定物のスペクトル信号と対照物のスペクトル信号を、それぞれ測定物のタイムドメイン信号と対照物のタイムドメイン信号に変換する第二信号変換ステップ、
第二信号変換ステップで得た測定物のタイムドメイン信号と対照物のタイムドメイン信号を減算演算し、測定物のタイムドメイン信号の差が分かるようになる減算演算ステップ、
測定物のスペクトル信号の差を測定物のタイムドメイン信号に変換する差値変換ステップ、
タイムドメイン信号の差の数値を出力するタイムドメイン信号差値出力ステップ、
を含み、
前記交流透磁率測定ステップと第一信号変換ステップ、第二信号変換ステップは順番通り、または交互で進行することを特徴とする交流透磁率測定方法。 AC permeability measurement step for measuring the AC permeability signal of the measured object and the AC permeability signal of the reference object,
A first signal conversion step for converting the AC permeability signal of the measurement object obtained in the AC permeability measurement step and the AC permeability signal of the reference object into the spectrum signal of the measurement object and the spectrum signal of the reference object, respectively;
A second signal conversion step for converting the spectrum signal of the measurement object and the spectrum signal of the control object obtained in the first signal conversion step into a time domain signal of the measurement object and a time domain signal of the control object, respectively;
A subtraction operation step that subtracts the time domain signal of the measured object and the time domain signal of the control object obtained in the second signal conversion step, and the difference between the time domain signals of the measured object can be known;
A difference value conversion step for converting a difference in the spectral signal of the measurement object into a time domain signal of the measurement object;
A time domain signal difference output step for outputting a time domain signal difference value;
Including
The AC permeability measurement method, wherein the AC permeability measurement step, the first signal conversion step, and the second signal conversion step proceed in order or alternately.
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