JP2015200524A - magnetic field sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a micro magnetic substance without being affected by movement and vibration of a strong magnetic substance in a near distance.SOLUTION: A magnetic field sensor includes: a first sensor head 11a around which a first detection coil 13a is wound on a first magnetic core 12a for magnetization; a second sensor head 11b electrified with a current which is common with the current electrified in the first magnetic core and wound around the second magnetic core 12b arranged in parallel with or coaxially with the first magnetic core in such a manner that the first sensor head cancels the detection signal by the external magnetic field, and having a second detection coli 13b connected in series to the first detection coil; a sensor circuit for outputting a gradient magnetic field based on detection voltages from the first sensor head and the second sensor head; and a magnetic shield plate placed in proximity to the end part position of the first sensor head or the second sensor head. The sensor circuit is in the vicinity of the first sensor head or the second sensor head, and outputs a gradient magnetic field by a micro magnetic substance that passes through a region opposite to a position of the magnetic shield plate for the first sensor head or the second sensor head.

Description

本発明は、外部磁界を遮蔽した状態で勾配磁界を検出する磁界センサに関する。   The present invention relates to a magnetic field sensor that detects a gradient magnetic field while shielding an external magnetic field.

例えば、電池の製造工程における鉄粉の混入は電池の信頼性を著しく低下させるため、微細な磁性体を正確に検出する技術が望まれている。   For example, the mixing of iron powder in the battery manufacturing process significantly reduces the reliability of the battery, so a technique for accurately detecting a fine magnetic material is desired.

また、鉄酸化物を主体とする磁気微粒子は体内の有用なトレーサとして利用が見込まれている。例えば、乳がんの病巣の近傍にあるリンパ節のながで、最初にがん細胞を取り込んで拡散を抑えるものがセンチネルリンパ節であるが、この特定にMRIの造影剤である磁気微粒子を体内に注入し、どこに集積したかを磁界センサで探ることが行われている。さらに、磁気アッセイと呼ばれる特定蛋白質の結合が生起したかどうかの検出にも磁気微粒子が利用される。これらの技術においては、局在した(点源からの)微弱な磁界を検出することが必要とされる。   Magnetic fine particles mainly composed of iron oxide are expected to be used as useful tracers in the body. For example, the sentinel lymph nodes that take up cancer cells and suppress the spread first are the lymph nodes in the vicinity of breast cancer lesions. In particular, magnetic particles that are MRI contrast agents are placed in the body. The magnetic field sensor is used to find out where it is injected and where it has accumulated. Furthermore, magnetic fine particles are also used to detect whether or not binding of a specific protein has occurred, called a magnetic assay. In these techniques, it is necessary to detect a weak magnetic field (from a point source).

上記のような問題は、磁気シールドルームを利用することで解決することが可能であるが、磁気シールドルームは高価で重量が大きく、入口も狭い。また、作業空間もかなり制限されるため、作業性が極めて悪いものとなる。   The above problems can be solved by using a magnetic shield room, but the magnetic shield room is expensive and heavy, and the entrance is also narrow. In addition, since the work space is considerably limited, workability is extremely poor.

また、高感度に微弱磁界を測定する技術として、例えば非特許文献1、2に示す技術が発明者らにより開示されている。非特許文献1、2に示す技術は、2つのセンサヘッドを当該2つのセンサヘッドに共通する同軸上に配設し、それぞれのセンサヘッドへの共通の外部磁界入力については打ち消し合い、一方のセンサヘッド近傍における勾配磁界のみを検出して出力するものである。   Further, as a technique for measuring a weak magnetic field with high sensitivity, for example, techniques disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2 are disclosed by the inventors. In the technologies shown in Non-Patent Documents 1 and 2, two sensor heads are arranged on the same coaxial axis as the two sensor heads, and the common external magnetic field input to each sensor head cancels each other. Only the gradient magnetic field in the vicinity of the head is detected and output.

原田翔夢,笹田一郎、”フラックスゲート磁界センサの対雑音性能向上と心磁界計測への適用”、一般社団法人電気学会、マグネティックス研究会、電気学会研究会資料、2013年10月25日、p7−11Harada Shomu, Ichiro Hamada, “Improvement of anti-noise performance of fluxgate magnetic field sensor and application to cardiac magnetic field measurement”, The Institute of Electrical Engineers of Japan, Magnetics Study Group, IEEJ Study Group Material, October 25, 2013, p7-11 原田翔夢,笹田一郎、”基本波形フラックスゲートグラディオメータの特性”、一般社団法人電気学会、マグネティックス,医用・生命工学合同研究会、電気学会研究会資料、2013年11月29日、p11−14Harada Shoyumu, Ichiro Hamada, “Characteristics of Basic Waveform Fluxgate Gradiometer”, The Institute of Electrical Engineers of Japan, Magnetics, Joint Medical and Biotechnology Study Group, The Institute of Electrical Engineers of Japan, November 29, 2013, p11- 14

非特許文献1、2に示す技術は、高感度グラディオメータであり、局在する磁界を高感度に計測することができるものであるが、作業環境によっては磁気シールドを併用する必要がある。例えば、非特許文献1、2に示すグラディオメータから1mぐらいの距離でドライバを動かしたり、スチール製の椅子を移動させたりすると、グラディオメータの出力が変動してしまう場合がある。   The techniques shown in Non-Patent Documents 1 and 2 are high-sensitivity gradiometers that can measure a localized magnetic field with high sensitivity, but depending on the working environment, it is necessary to use a magnetic shield together. For example, when the driver is moved at a distance of about 1 m from the gradiometer shown in Non-Patent Documents 1 and 2, or the steel chair is moved, the output of the gradiometer may fluctuate.

本発明は、近距離(例えば、1m〜数m程度)で強磁性器具類が移動、振動を伴う使用がなされても、その影響を受けることなく局在する極めて微小な磁性体を検出することができる磁界センサを提供する。   The present invention can detect a very small magnetic substance that is localized without being affected by the movement of a ferromagnetic instrument at a short distance (for example, about 1 m to several m) even if it is used with vibration. Provided is a magnetic field sensor capable of

本発明に係る磁界センサは、励磁用の交流電流及び直流電流が通電される第1の磁気コアに、第1の検出コイルが巻回された第1センサヘッドと、前記第1の磁気コアに通電される前記交流電流及び直流電流と共通の電流が通電され、前記第1の磁気コアと平行又は同軸上に配置される第2の磁気コアに、前記第1センサヘッドが外部からの共通の磁界に対して出力する検出信号を打ち消すように巻回され、前記第1の検出コイルと直列接続される第2の検出コイルを有する第2センサヘッドと、前記第1センサヘッド及び前記第2のセンサヘッドが出力する検出電圧に基づいて、勾配磁界を出力するセンサ回路と、少なくとも前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドに対し、当該各センサヘッドのセンサの感度軸に平行に近接配設される磁気シールド板とを備え、前記センサ回路が、前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部近傍であって、前記磁気シールド板の配置位置から見て前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドが配設されている側と同側の領域を通過する検出対象である磁性体による前記勾配磁界を出力するものである。   A magnetic field sensor according to the present invention includes a first sensor head in which a first detection coil is wound around a first magnetic core through which an alternating current and direct current for excitation are passed, and a first magnetic core. A current common to the AC current and DC current to be energized is energized, and the second sensor core is arranged in parallel or coaxially with the first magnetic core. A second sensor head having a second detection coil wound in such a manner as to cancel a detection signal output to the magnetic field and connected in series with the first detection coil; the first sensor head; and the second sensor head A sensor circuit that outputs a gradient magnetic field based on a detection voltage output from the sensor head, and at least the first sensor head and the second sensor head are arranged close to each other in parallel to the sensitivity axis of the sensor of each sensor head. And the sensor circuit is in the vicinity of the end of the first sensor head or the second sensor head and viewed from the position of the magnetic shield plate, the first sensor head or the first sensor head. The gradient magnetic field is output by a magnetic material that is a detection target that passes through a region on the same side as the side on which the two-sensor head is disposed.

このように、本発明に係る磁界センサにおいては、高感度なグラディオメータの近傍に磁気シールド板を備え、グラディオメータのセンサヘッドの端部近傍であって、磁気シールド板の配置位置から見てセンサヘッドが配設されている側を通過する測定対象である磁性体による勾配磁界を出力するため、外部の磁界を磁気シールド板により吸収させることで外部磁界に疎の領域を形成し、その疎領域にグラディオメータを配置して外部磁界の影響を排除し、高感度に微小勾配磁界を検出することができるという効果を奏する。   As described above, in the magnetic field sensor according to the present invention, the magnetic shield plate is provided in the vicinity of the highly sensitive gradiometer, and the sensor is located near the end of the sensor head of the gradiometer and viewed from the position of the magnetic shield plate. In order to output a gradient magnetic field due to the magnetic material to be measured that passes the side on which the head is disposed, an external magnetic field is absorbed by the magnetic shield plate to form a sparse region in the external magnetic field, and the sparse region The gradiometer is arranged to eliminate the influence of the external magnetic field, and it is possible to detect the minute gradient magnetic field with high sensitivity.

また、センサヘッドから見て磁気シールド板の配置位置と反対側の領域を磁性体が通過した場合は、当該磁性体の勾配磁界の検出においては磁気シールド板の磁束吸収の影響を受けることなく、高感度に微小勾配磁界を検出することができるという効果を奏する。   In addition, when the magnetic body passes through the region opposite to the position of the magnetic shield plate when viewed from the sensor head, the magnetic field is detected without detecting the gradient magnetic field without being affected by the magnetic shield plate. There is an effect that a minute gradient magnetic field can be detected with high sensitivity.

本発明に係る磁界センサは、前記磁性体が前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部近傍を通過する前に、前記磁性体の磁化方向を、前記磁気シールド板の板面に対して垂直方向に磁化する磁化制御手段を備えるものである。   In the magnetic field sensor according to the present invention, before the magnetic body passes through the vicinity of the end of the first sensor head or the second sensor head, the magnetization direction of the magnetic body is changed with respect to the plate surface of the magnetic shield plate. And magnetization control means for magnetizing in the vertical direction.

このように、本発明に係る磁界センサにおいては、磁性体が第1センサヘッド又は第2センサヘッドの端部近傍を通過する前に、前記磁性体の磁化方向を、磁気シールド板の板面に対して垂直方向に磁化するため、磁気シールド板の影響を最小限に抑えつつ、磁性体の磁束をセンサヘッドに効率よく鎖交させることができ、検出感度を高めることができるという効果を奏する。   Thus, in the magnetic field sensor according to the present invention, before the magnetic material passes near the end of the first sensor head or the second sensor head, the magnetization direction of the magnetic material is changed to the plate surface of the magnetic shield plate. On the other hand, since it is magnetized in the vertical direction, it is possible to efficiently link the magnetic flux of the magnetic material to the sensor head while minimizing the influence of the magnetic shield plate, and to increase the detection sensitivity.

本発明に係る磁界センサは、前記磁気シールド板が円形もしくは楕円形又は矩形の板状体であり、当該磁気シールド板の内径又は一辺の長さが、前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドの長手方向の長さの2倍以上であり、前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドが前記磁気シールド板の略中央部分に近接配設されているものである。   In the magnetic field sensor according to the present invention, the magnetic shield plate is a circular, oval or rectangular plate, and the inner diameter or the length of one side of the magnetic shield plate is the first sensor head and the second sensor head. And the first sensor head and the second sensor head are disposed close to a substantially central portion of the magnetic shield plate.

このように、本発明に係る磁界センサにおいては、磁気シールド板が円形もしくは楕円形又は矩形の板状体であり、当該磁気シールド板の内径又は一辺の長さが、第1センサヘッド及び第2センサヘッドの長手方向の長さの2倍以上であり、前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドが前記磁気シールド板の略中央部分に近接配設されているため、センサヘッドの検出領域に対して磁気シールド板が十分に広い磁性板として作用してシールド効果を発揮し、極めて微小な磁性体であってもグラディオメータを安定的に動作させることができるという効果を奏する。   Thus, in the magnetic field sensor according to the present invention, the magnetic shield plate is a circular, oval or rectangular plate, and the inner diameter or the length of one side of the magnetic shield plate is the first sensor head and the second sensor head. More than twice the length of the sensor head in the longitudinal direction, and the first sensor head and the second sensor head are disposed close to the substantially central portion of the magnetic shield plate. On the other hand, the magnetic shield plate acts as a sufficiently wide magnetic plate to exhibit a shielding effect, and the gradiometer can be stably operated even with a very small magnetic material.

本発明に係る磁界センサは、前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドと前記磁気シールド板との間の距離が、前記第1センサヘッドの中心位置と前記第2センサヘッドの中心位置との間の距離であるベースライン長の1.5倍以下とするものである。   In the magnetic field sensor according to the present invention, the distance between the first sensor head and the second sensor head and the magnetic shield plate is such that the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head are the same. The base line length which is the distance between them is 1.5 times or less.

このように、本発明に係る磁界センサにおいては、第1センサヘッド及び第2センサヘッドと磁気シールド板との間の距離が、前記第1センサヘッドの中心位置と前記第2センサヘッドの中心位置との間の距離であるベースライン長の1.5倍以下であるため、磁気シールド板によるシールド効果を十分に得ることができ、微小な勾配磁界を高感度に検出することができるという効果を奏する。   Thus, in the magnetic field sensor according to the present invention, the distance between the first sensor head and the second sensor head and the magnetic shield plate is such that the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head. Is less than 1.5 times the baseline length, which is the distance between and the magnetic shield plate, so that the shield effect by the magnetic shield plate can be sufficiently obtained, and a minute gradient magnetic field can be detected with high sensitivity. Play.

本発明に係る磁界センサは、前記磁気シールド板が円形もしくは楕円形又は矩形の板状体であり、前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドと前記磁気シールド板との間の距離が、当該磁気シールド板の内径又は一辺の長さの1/30以下とするものである。   In the magnetic field sensor according to the present invention, the magnetic shield plate is a circular, elliptical or rectangular plate-like body, and the distance between the first sensor head and the second sensor head and the magnetic shield plate is The inner diameter of the magnetic shield plate or the length of one side is 1/30 or less.

このように、本発明に係る磁界センサにおいては、第1センサヘッド及び第2センサヘッドと磁気シールド板との間の距離が、当該磁気シールド板の内径又は一辺の長さの1/30以下であるため、磁気シールド板によるシールド効果を十分に得ることができ、微小な勾配磁界を高感度に検出することができるという効果を奏する。   Thus, in the magnetic field sensor according to the present invention, the distance between the first sensor head and the second sensor head and the magnetic shield plate is 1/30 or less of the inner diameter or the length of one side of the magnetic shield plate. Therefore, it is possible to sufficiently obtain a shielding effect by the magnetic shield plate, and to produce an effect that a minute gradient magnetic field can be detected with high sensitivity.

本発明に係る磁界センサは、前記第1センサヘッドの中心位置と前記第2センサヘッドの中心位置との間の距離をベースライン長とし、前記磁性体が、前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部から当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの離間する方向における前記ベースライン長以内の領域を通過するものである。   In the magnetic field sensor according to the present invention, a distance between the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head is a baseline length, and the magnetic body is the first sensor head or the second sensor head. It passes through the region within the baseline length in the direction in which the first sensor head or the second sensor head is separated from the end of the sensor head.

このように、本発明に係る磁界センサにおいては、第1センサヘッドの中心位置と第2センサヘッドの中心位置との間の距離をベースライン長とし、磁性体が、前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部から当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの離間する方向における前記ベースライン長以内の領域を通過するため、測定対象である磁性体を高感度に検出することができるという効果を奏する。   Thus, in the magnetic field sensor according to the present invention, the distance between the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head is the baseline length, and the magnetic material is the first sensor head or the Since it passes through the region within the baseline length in the direction in which the first sensor head or the second sensor head is separated from the end portion of the second sensor head, it is possible to detect the magnetic material to be measured with high sensitivity. There is an effect that can be done.

本発明に係る磁界センサは、前記第1センサヘッドの中心位置と前記第2センサヘッドの中心位置との間の距離をベースライン長とし、前記磁性体が、前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部から当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの中心方向における当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの長さの1/10以下の領域を通過するものである。   In the magnetic field sensor according to the present invention, a distance between the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head is a baseline length, and the magnetic body is the first sensor head or the second sensor head. The sensor head passes through a region of 1/10 or less of the length of the first sensor head or the second sensor head in the center direction of the first sensor head or the second sensor head from the end of the sensor head.

このように、本発明に係る磁界センサにおいては、第1センサヘッドの中心位置と第2センサヘッドの中心位置との間の距離をベースライン長とし、磁性体が、前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部から当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの中心方向における当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの長さの1/10以下の領域を通過するため、測定対象である磁性体を高感度に検出することができるという効果を奏する。   Thus, in the magnetic field sensor according to the present invention, the distance between the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head is the baseline length, and the magnetic material is the first sensor head or the Measurement is performed since the end of the second sensor head passes through an area of 1/10 or less of the length of the first sensor head or the second sensor head in the center direction of the first sensor head or the second sensor head. There is an effect that the target magnetic substance can be detected with high sensitivity.

第1の実施形態に係る磁界センサにおけるグラディオメータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gradiometer in the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサの座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 磁性板近傍の磁界分布を示す図である。It is a figure which shows magnetic field distribution near a magnetic board. 磁気シールド効果の発現性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the expression of a magnetic shielding effect. 第1の実施形態に係る磁界センサの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサにおいて磁性体を検出する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a magnetic body is detected in the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサにおける磁気コア内の磁束分布を示す図である。It is a figure which shows magnetic flux distribution in the magnetic core in the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサの効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサの応用例を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the application example of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサの応用例を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the application example of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサの応用例を示す第3の図である。It is a 3rd figure which shows the application example of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサの応用例を示す第4の図である。It is a 4th figure which shows the application example of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment.

以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。   Embodiments of the present invention will be described below. Also, the same reference numerals are given to the same elements throughout the present embodiment.

(本発明の第1の実施形態)
本実施形態に係る磁界センサについて、図1ないし図12を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る磁界センサにおけるグラディオメータの構成を示す図である。図1において、本実施形態におけるグラディオメータ1は、基本波型直交フラックスゲートのセンサヘッド11(第1センサヘッド11a,第2センサヘッド11b)を2つ使用する。第1センサヘッド11a及び第2センサヘッド11bは、平行又は同軸上に配置され、例えばU字型のCo基アモルファスワイヤからなる磁気コア12(第1磁気コア12a,第2磁気コア12b)に検出コイル13(第1検出コイル13a,第2検出コイル13b)が巻回されている。第1検出コイル13a及び第2検出コイル13bは、逆方向に巻回されて直列接続している。
(First embodiment of the present invention)
The magnetic field sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a gravimeter in the magnetic field sensor according to the present embodiment. In FIG. 1, the gradiometer 1 in the present embodiment uses two fundamental wave type orthogonal fluxgate sensor heads 11 (first sensor head 11 a and second sensor head 11 b). The first sensor head 11a and the second sensor head 11b are arranged in parallel or coaxially, and are detected by a magnetic core 12 (first magnetic core 12a, second magnetic core 12b) made of, for example, a U-shaped Co-based amorphous wire. A coil 13 (first detection coil 13a, second detection coil 13b) is wound. The first detection coil 13a and the second detection coil 13b are wound in the reverse direction and connected in series.

励磁は、交流電源14とその振幅より大きな値を持つ直流電源15の直列回路で与えられ、検出コイル13は、一方がグランドへ他方は負帰還構成のセンサ回路へ入力される。図1に示すように、検出コイル13の出力は、同期検波回路18と平滑回路19とを通して誤差増幅器20へ送られる。その後、誤差増幅器20への入力が0になるように、帰還抵抗21を通して帰還電流ifが検出コイル13に流れる。このときに帰還抵抗21に現れる電圧降下がセンサ出力に相当する。   Excitation is provided by a series circuit of an AC power supply 14 and a DC power supply 15 having a value larger than its amplitude, and one of the detection coils 13 is input to the ground and the other is input to a sensor circuit having a negative feedback configuration. As shown in FIG. 1, the output of the detection coil 13 is sent to the error amplifier 20 through the synchronous detection circuit 18 and the smoothing circuit 19. Thereafter, the feedback current if flows to the detection coil 13 through the feedback resistor 21 so that the input to the error amplifier 20 becomes zero. At this time, the voltage drop appearing at the feedback resistor 21 corresponds to the sensor output.

第1検出コイル13a及び第2検出コイル13bは、逆方向に巻回されて直列接続しているため、出力としてはそれぞれのセンサヘッド11で検出された出力の差分を取ったものが現れる。すなわち、遠方から到達してくる一様な磁気雑音に関しては、第1センサヘッド11a及び第2センサヘッド11bの双方で同様にピックアップされ、出力として現れない。しかしながら、センサヘッドの所に磁界勾配を引き起こす局所的な磁界に対しては、一方のセンサヘッド11のみ、又は、それぞれに異なる大きさの磁界でピックアップされるため、センサ出力として観測することができる。また、電子回路で信号を増幅する前に差分を取る方式であるため、高いSN比で検出することが可能である。   Since the first detection coil 13a and the second detection coil 13b are wound in the opposite directions and connected in series, the output obtained by taking the difference between the outputs detected by the respective sensor heads 11 appears. That is, uniform magnetic noise arriving from a distance is similarly picked up by both the first sensor head 11a and the second sensor head 11b and does not appear as an output. However, a local magnetic field that causes a magnetic field gradient at the sensor head is picked up by only one sensor head 11 or a magnetic field of a different magnitude, so that it can be observed as a sensor output. . Moreover, since the difference is taken before the signal is amplified by the electronic circuit, it is possible to detect with a high S / N ratio.

図2は、本実施形態に係る磁界センサの座標系を示す図である。図2に示すように、本実施形態に係る磁界センサ10は、平行に配置したグラディオメータ1のセンサヘッド11に円形の磁気シールド板22を組み合わせて構成される。検出対象となる微小磁性体23は、図2の矢印aの方向からセンサヘッド11に向かって近づきながら、センサヘッド11の端部近傍の上方領域を通ってy軸方向に通過する。第1センサヘッド11a及び第2センサヘッド11bは、微小磁性体23が端部を通過する際の当該微小磁性体23の磁界を検出する。このときの一例として図2の下方に記載されるような波形が検出される。つまり、微小磁性体23がセンサヘッド11近傍を通過する際に当該微小磁性体23が作る微小な鎖交磁束が検出コイル13によってピックアップされることで、局所的な勾配磁界が検出可能となる。また、本実施形態においては、これらのセンサヘッド11が磁気シールド板22上の所定領域に配置されている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a coordinate system of the magnetic field sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the magnetic field sensor 10 according to the present embodiment is configured by combining a circular magnetic shield plate 22 with the sensor head 11 of the gradiometer 1 arranged in parallel. The minute magnetic body 23 to be detected passes in the y-axis direction through an upper region near the end of the sensor head 11 while approaching the sensor head 11 from the direction of the arrow a in FIG. The first sensor head 11a and the second sensor head 11b detect the magnetic field of the minute magnetic body 23 when the minute magnetic body 23 passes through the end portion. As an example, a waveform as described below in FIG. 2 is detected. That is, when the minute magnetic body 23 passes in the vicinity of the sensor head 11, a minute flux linkage generated by the minute magnetic body 23 is picked up by the detection coil 13, so that a local gradient magnetic field can be detected. In the present embodiment, these sensor heads 11 are arranged in a predetermined area on the magnetic shield plate 22.

一般に、磁性板(磁気シールド板22)の面に近接した領域では、外部からの磁束は磁性板に吸い込まれるため磁界が弱くなり、磁性板に接近すればするほど、且つ、磁性板の中央付近で磁気シールド効果は高くなる。図3は、磁性板近傍の磁界分布を示す図である。磁性板近傍(図3における中心部分の白色領域及びその近傍)において、磁界が弱くなっていることがわかる。   In general, in the region close to the surface of the magnetic plate (magnetic shield plate 22), the magnetic flux from the outside is sucked into the magnetic plate, so the magnetic field becomes weaker. The closer to the magnetic plate, the closer to the center of the magnetic plate This increases the magnetic shielding effect. FIG. 3 is a diagram showing the magnetic field distribution in the vicinity of the magnetic plate. It can be seen that the magnetic field is weak in the vicinity of the magnetic plate (the white region at the center in FIG. 3 and its vicinity).

シールド効果について、以下に定量的に計算した結果を示す。図4は、シールド効果の計算系及び解析結果を示す図である。図4(A)において、水平に置かれた薄い磁性円板に水平方向から磁界Hxが印加されているとする。磁性円板がなければその周囲の空間を通過するはずだった多くの磁界は磁性円板に吸い込まれる。その結果、磁性円板の両側面の近傍では磁界の弱いところができる。これを数値的に解析した結果を図4(B)、(C)に示す。解析では磁性板の比透磁率を20,000、厚みを1mm、直径Dを6,8,10,12,14cmと変化させた。図4(B)は、円板面に平行な磁界に対する円板中心軸上の磁気シールド効果、図4(C)は、円板中心点から2cm変位した点における軸上での円板面に平行な磁界に対する磁気シールド効果を示している。いずれも横軸はz方向距離で、z=0は円板面である。   About the shielding effect, the result calculated quantitatively below is shown. FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation system and an analysis result of the shield effect. In FIG. 4A, it is assumed that a magnetic field Hx is applied from a horizontal direction to a thin magnetic disk placed horizontally. If there is no magnetic disk, many magnetic fields that would have passed through the surrounding space are sucked into the magnetic disk. As a result, there is a weak magnetic field in the vicinity of both sides of the magnetic disk. The results of numerical analysis of this are shown in FIGS. 4 (B) and 4 (C). In the analysis, the relative permeability of the magnetic plate was changed to 20,000, the thickness was 1 mm, and the diameter D was changed to 6, 8, 10, 12, 14 cm. FIG. 4B shows the magnetic shield effect on the central axis of the disc against a magnetic field parallel to the disc surface, and FIG. 4C shows the disc surface on the axis at a point displaced by 2 cm from the central point of the disc. The magnetic shielding effect with respect to a parallel magnetic field is shown. In both cases, the horizontal axis is the distance in the z direction, and z = 0 is the disk surface.

図4(B)及び(C)における縦軸の磁気シールド比は(外部印加磁界Hx)/(磁性円板中央上空での磁界Hx(z))で計算したものである。グラフの各線はz=0.5の位置で、下からD=6cm,8cm,10cm,12cm,14cmに対応する。z=0.3mmあたりでグラフは交差する。これは,磁性円板の面に極めて近いところではDが小さい方が高いシールド比を示すが、zが大きくなるにつれて円板周囲から磁界が侵入して磁界勾配の緩和(密度の平均化)が進むためである。この緩和の空間的広がりは円板のサイズに依存するので、円板が大きくなると磁界勾配の緩和も空間的にはなだらかになる。つまり、シールドが高い領域は比較的大きなzまで維持される。磁界の緩和は、電流が存在しない空間ではその分布はラプラス方程式に支配されることを考えれば定性的に理解できる。ラプラス方程式を差分方程式で近似すると、ある点での磁界はその点に接続される差分近似点(差分を計算するための空間格子上の点)における磁界の平均で与えられるからである。   The magnetic shield ratio on the vertical axis in FIGS. 4B and 4C is calculated by (externally applied magnetic field Hx) / (magnetic field Hx (z) above the center of the magnetic disk). Each line of the graph corresponds to D = 6 cm, 8 cm, 10 cm, 12 cm, and 14 cm from the bottom at the position of z = 0.5. The graphs intersect around z = 0.3 mm. This is because the shield ratio is higher when D is very close to the surface of the magnetic disk. However, as z increases, the magnetic field penetrates from the periphery of the disk, and the magnetic field gradient is relaxed (density averaging). This is to move forward. Since the spatial spread of this relaxation depends on the size of the disk, the relaxation of the magnetic field gradient becomes smoother as the disk becomes larger. That is, the region with a high shield is maintained up to a relatively large z. The relaxation of the magnetic field can be understood qualitatively considering that the distribution is governed by the Laplace equation in a space where no current is present. This is because when the Laplace equation is approximated by a difference equation, the magnetic field at a certain point is given by the average of the magnetic fields at the difference approximation point (the point on the spatial grid for calculating the difference) connected to that point.

円板直近でDが小さい方がシールド効果が高くなることは以下の説明からもわかる。例えば、磁性板をその平面に平行に外部からの磁界Hが加わるとすると、磁性板の磁束密度Bは、磁性板の実効透磁率(磁性板に端部があるので反磁界が発生し、磁性材料の本来の透磁率よりは小さい(=反磁界効果と呼ぶ))をμr_effとすると、B=μr_eff・Hとなり、磁性板内での磁界Htは、H−Hd(Hdは反磁界)で与えられ、磁性板の本来の透磁率(反磁界効果がないときの真性の透磁率)をμrとすると、Ht=B/μrとなり、磁性板側面の直近ではH/Ht=μr/μr_effのシールド効果が発現する。μr_effはDが小さい程小さくなるため、μr/μr_effはDが小さくなる程大きくなるからである。磁界方向への磁性板長が短いと磁気シールドされる領域は磁性板側面からの距離、長さ方向への距離共に小さくなる。逆に磁性板が磁束を吸収しすぎて磁気飽和する程長くなると磁気シールド効果を消失する。また、磁性板はその面に平行な磁束成分のみを選択的に磁気シールドする。本実施形態においては、このような選択作用を利用する。   It can also be seen from the following explanation that the shielding effect is higher when D is closer to the disk. For example, assuming that an external magnetic field H is applied parallel to the plane of the magnetic plate, the magnetic flux density B of the magnetic plate is the effective permeability of the magnetic plate (the magnetic plate has an end and a demagnetizing field is generated. If μr_eff is smaller than the original permeability of the material (= demagnetizing field effect), then B = μr_eff · H, and the magnetic field Ht in the magnetic plate is given by H−Hd (Hd is demagnetizing field). Assuming that the original magnetic permeability of the magnetic plate (the intrinsic permeability when there is no demagnetizing field effect) is μr, Ht = B / μr, and the shield effect of H / Ht = μr / μr_eff is closest to the side of the magnetic plate. Is expressed. This is because μr_eff becomes smaller as D becomes smaller, and μr / μr_eff becomes larger as D becomes smaller. When the magnetic plate length in the magnetic field direction is short, the magnetically shielded region becomes smaller both in the distance from the side surface of the magnetic plate and in the length direction. On the other hand, if the magnetic plate becomes too long to absorb magnetic flux and become magnetically saturated, the magnetic shielding effect disappears. The magnetic plate selectively shields only the magnetic flux component parallel to the surface. In this embodiment, such a selection action is used.

シールド空間の磁性板面からの範囲を必要に応じて設定する必要がある。図4を用いて説明したシールドの発現性から、センサヘッド11をその受感部が磁気シールド板22から0.3mm以内に接近できるようにすれば、小さい磁気シールド板22でも高いシールド比を持って磁界の検出ができる。基本波型直交フラックスゲートのように1〜3mm径のセンサヘッドのものでは、z=1〜3mmで高いシールド比となるような円板サイズが好適である。例えば、円板中心上空z=3mmにおけるシールド比は、D=14cmで23、D=12cmで20.7、円板中心から2cm変位した点の上空z=3mmにおけるシールド比は、D=14cmで20.8、D=12cmで17.9である。以下に結果をまとめて表で示す。   It is necessary to set the range of the shield space from the magnetic plate surface as necessary. From the manifestation of the shield described with reference to FIG. 4, if the sensor head 11 has a sensitive part within 0.3 mm of the magnetic shield plate 22, even a small magnetic shield plate 22 has a high shield ratio. Can detect the magnetic field. In the case of a sensor head having a diameter of 1 to 3 mm, such as a fundamental wave type orthogonal flux gate, a disk size that provides a high shield ratio at z = 1 to 3 mm is suitable. For example, the shield ratio at z = 3 mm above the center of the disk is 23 at D = 14 cm, 20.7 at D = 12 cm, and the shield ratio at z = 3 mm above the point displaced 2 cm from the center of the disk is D = 14 cm. It is 17.9 at 20.8 and D = 12 cm. The results are summarized in the table below.

これらの結果から、z(すなわち、磁気シールド板22からセンサヘッド11までの距離(cm))は、D/30(磁気シールド板22の直径(cm)の30分の1)以内であることが望ましい。また、zが3mmを超える場合は、D=10cmより大きい磁気シールド板22を用いることが望ましい。   From these results, z (that is, the distance (cm) from the magnetic shield plate 22 to the sensor head 11) is within D / 30 (one third of the diameter (cm) of the magnetic shield plate 22). desirable. Moreover, when z exceeds 3 mm, it is desirable to use the magnetic shield plate 22 larger than D = 10 cm.

図5は、本実施形態に係る磁界センサの構造を示す図である。図5(A)は磁界センサ10の上面図、図5(B)は磁界センサ10の側面図である。なお、ここでは、磁気シールド板22及びセンサヘッド11以外の構成要素は省略している。   FIG. 5 is a diagram showing the structure of the magnetic field sensor according to the present embodiment. FIG. 5A is a top view of the magnetic field sensor 10 and FIG. 5B is a side view of the magnetic field sensor 10. Here, components other than the magnetic shield plate 22 and the sensor head 11 are omitted.

図5において、円形の磁気シールド板22の面に沿って第1センサヘッド11a及び第2センサヘッド11bが平行に配置されている。センサヘッド11の長さをLとすると、磁気シールド板22の直径は2L、さらに望ましくは3L程度とするのがよい。グラディオメータはセンサヘッド11のコア先端に近接した空間でのみ感度を発揮するため、少なくともセンサヘッド11の端部領域は、磁気シールド板22によるシールド効果が得られるように配置する必要があり、磁気シールド板22が十分に広い磁性板として作用することで十分なシールド効果を発揮することができる。すなわち、図5(A)に示すように、直径が2L好ましくは3L程度の磁気シールド板22の中央部分に長さLのセンサヘッド11が配置されるのが望ましい。また、第1センサヘッド11aの中心と第2センサヘッド11bの中心との間の距離であるベースライン長をBLとすると、磁気シールド板22と各センサヘッド11との距離はBLの1.5倍以下、より好ましくはBL程度又はそれ以下であることが望ましい。例えば、磁気シールド板22の径=12cm(センサヘッド長の3倍)で磁気シールド板22からの距離が1.04cm程度の場合に、シールド比5.00という結果が得られており、この場合でも十分なシールド効果が得られている。   In FIG. 5, the first sensor head 11 a and the second sensor head 11 b are arranged in parallel along the surface of the circular magnetic shield plate 22. When the length of the sensor head 11 is L, the diameter of the magnetic shield plate 22 is preferably 2L, more preferably about 3L. Since the gradiometer exhibits sensitivity only in a space close to the core tip of the sensor head 11, at least the end region of the sensor head 11 needs to be arranged so as to obtain a shielding effect by the magnetic shield plate 22. A sufficient shielding effect can be exhibited by the shield plate 22 acting as a sufficiently wide magnetic plate. That is, as shown in FIG. 5A, it is desirable that the sensor head 11 having a length L is disposed at the central portion of the magnetic shield plate 22 having a diameter of 2L, preferably about 3L. If the baseline length, which is the distance between the center of the first sensor head 11a and the center of the second sensor head 11b, is BL, the distance between the magnetic shield plate 22 and each sensor head 11 is 1.5 of BL. It is desirable that it is not more than double, more preferably about BL or less. For example, when the diameter of the magnetic shield plate 22 is 12 cm (three times the sensor head length) and the distance from the magnetic shield plate 22 is about 1.04 cm, a result of a shield ratio of 5.00 is obtained. However, a sufficient shielding effect is obtained.

さらに、グラディオメータの検出感度を上げるためには、測定対象となる微小磁性体23が通過する領域を図5(B)のように設定するのがよい。すなわち、磁気シールド板22が配置されている位置に対してセンサヘッド11が配置される側と同側(図5(B)の場合は磁気シールド板22の上方)の領域であって、センサヘッド11の端部からベースラインBL程度外側(センサヘッド11から離間する方向)の位置と、センサヘッド11の端部から距離L/10程度内側(センサヘッド11の端部から中心への方向)の位置との間に測定対象となる微小磁性体23が通過するように設定することで、高感度に微小磁性体23を検出することができる。   Furthermore, in order to increase the detection sensitivity of the gradiometer, it is preferable to set the region through which the minute magnetic body 23 to be measured passes as shown in FIG. That is, it is an area on the same side as the side where the sensor head 11 is disposed with respect to the position where the magnetic shield plate 22 is disposed (in the case of FIG. 5B, above the magnetic shield plate 22). 11 from the end of the sensor head 11 to the outside of the base line BL (in the direction away from the sensor head 11) and from the end of the sensor head 11 by a distance L / 10 (from the end of the sensor head 11 to the center) By setting so that the minute magnetic body 23 to be measured passes between the positions, the minute magnetic body 23 can be detected with high sensitivity.

なお、微小磁性体23は、磁気シールド板22が配置されている位置に対してセンサヘッド11が配置される側と同側であって、且つ、センサヘッド11を挟んで磁気シールド板22の配置位置と反対側の位置(図5(B)の場合はセンサヘッド11の上方)に配置されることで、微小磁性体23が磁気シールド板22の磁束吸収の影響を受けることなく、高感度に微小勾配磁界を検出することができる。   The minute magnetic body 23 is on the same side as the side where the sensor head 11 is disposed with respect to the position where the magnetic shield plate 22 is disposed, and the magnetic shield plate 22 is disposed with the sensor head 11 interposed therebetween. By disposing at a position opposite to the position (above the sensor head 11 in the case of FIG. 5B), the minute magnetic body 23 is not affected by the magnetic flux absorption of the magnetic shield plate 22 and is highly sensitive. A minute gradient magnetic field can be detected.

また、詳細は後述するが、測定対象である微小磁性体23がセンサヘッド11の近傍を通過する前段において、微小磁性体23の磁化方向を制御するための制御手段として図5に示すような永久磁石24が配設されている。ここでは、わかりやすく記載するために、一例として永久磁石24を磁気シールド板24の下方に示しているが、永久磁石24の配置位置は、グラディオメータ1に影響を与えない距離であって、微小磁性体23がセンサヘッド11を通過する前に着磁できる位置であればよい。   Although details will be described later, as a control means for controlling the magnetization direction of the minute magnetic body 23 before the minute magnetic body 23 to be measured passes through the vicinity of the sensor head 11, permanent as shown in FIG. A magnet 24 is provided. Here, for the sake of easy understanding, the permanent magnet 24 is shown below the magnetic shield plate 24 as an example, but the arrangement position of the permanent magnet 24 is a distance that does not affect the gradometer 1 and is very small. Any position where the magnetic body 23 can be magnetized before passing through the sensor head 11 may be used.

図6は、本実施形態に係る磁界センサにおいて磁性体を検出する様子を示す図である。本実施形態に係る磁界センサ10は、グラディオメータ1による測定を行う前段で永久磁石等により着磁される。その磁化方向は、図6(A)に示すように、磁気シールド板22に対して垂直方向(図6の場合は上方向又は下方向であり、ここでは上方向で示している)である。こうすることで、微小磁性体23の磁束は磁気シールド板22に対して垂直方向に鎖交するため、磁気シールド板22の影響を最小限に抑えることができる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a magnetic body is detected in the magnetic field sensor according to the present embodiment. The magnetic field sensor 10 according to the present embodiment is magnetized by a permanent magnet or the like before the measurement by the radiometer 1. As shown in FIG. 6A, the magnetization direction is a direction perpendicular to the magnetic shield plate 22 (in the case of FIG. 6, it is an upward direction or a downward direction, and is shown in the upward direction here). By doing so, the magnetic flux of the minute magnetic body 23 is linked to the magnetic shield plate 22 in the vertical direction, so that the influence of the magnetic shield plate 22 can be minimized.

図6(B)は、微小磁性体23が丁度センサヘッド11の端部あたりを通過する場合の磁束を示し、図6(C)は、微小磁性体23がセンサヘッド11の端部から内側方向(センサヘッド11の中心方向)に入った位置を通過する場合の磁束を示している。また、図7(A)は図6(B)における磁気コア12内の磁束分布、図7(B)は図6(C)における磁気コア12内の磁束分布を示す図である。   FIG. 6B shows the magnetic flux when the minute magnetic body 23 passes just around the end of the sensor head 11, and FIG. 6C shows the inner direction of the minute magnetic body 23 from the end of the sensor head 11. The magnetic flux in the case of passing through the position entered (in the center direction of the sensor head 11) is shown. FIG. 7A shows the magnetic flux distribution in the magnetic core 12 in FIG. 6B, and FIG. 7B shows the magnetic flux distribution in the magnetic core 12 in FIG. 6C.

図6(B)に示すように、上方向又は下方向に磁化した微小磁性体23がセンサヘッド11の丁度端部あたりを通過した場合は、微小磁性体23の鎖交磁束を効率よく検知することができるため、図7(A)に示すように、高感度に微小磁性体23を測定することができる。また、図6(A)において上述したように、微小磁性体23の磁束は磁気シールド板22に対して垂直方向に鎖交しているため、磁気シールド板22の影響を受けない。一方、図6(C)に示すように、上方向又は下方向に磁化した微小磁性体23がセンサヘッド11の内側を通過した場合は、本来鎖交する磁束と反対成分の磁束が発生するため、図7(B)に示すように、感度が悪くなってしまう。そして、センサヘッド11の中心を通過した場合は、全磁束は正負が等しくなり0になってしまう。   As shown in FIG. 6B, when the minute magnetic body 23 magnetized upward or downward passes just around the end of the sensor head 11, the flux linkage of the minute magnetic body 23 is efficiently detected. Therefore, as shown in FIG. 7A, the minute magnetic body 23 can be measured with high sensitivity. Further, as described above with reference to FIG. 6A, the magnetic flux of the minute magnetic body 23 is linked to the magnetic shield plate 22 in the vertical direction, so that it is not affected by the magnetic shield plate 22. On the other hand, as shown in FIG. 6C, when the minute magnetic body 23 magnetized in the upward or downward direction passes through the inside of the sensor head 11, a magnetic flux having a component opposite to the magnetic flux that is originally linked is generated. As shown in FIG. 7B, the sensitivity is deteriorated. When passing through the center of the sensor head 11, the total magnetic flux becomes equal to positive and negative and becomes zero.

このように、センサヘッド11と微小磁性体23の相対位置関係により、センサの感度が変わる。微小磁性体23を高感度に検出するためには、図6におけるgの値を0〜L/10程度、すなわち、センサヘッド11の端部からL/10の距離内に微小磁性体23が通過するように設定するのが望ましい。また、反対の外側方向についても、上述したように、センサヘッド11の端部からベースラインBLの距離内に微小磁性体23が通過するように設定するのが望ましい。   Thus, the sensitivity of the sensor changes depending on the relative positional relationship between the sensor head 11 and the minute magnetic body 23. In order to detect the minute magnetic body 23 with high sensitivity, the value of g in FIG. 6 is about 0 to L / 10, that is, the minute magnetic body 23 passes within a distance of L / 10 from the end of the sensor head 11. It is desirable to set so as to. Also, the opposite outer direction is desirably set so that the minute magnetic body 23 passes within the distance of the base line BL from the end of the sensor head 11 as described above.

図8は、本実施形態に係る磁界センサの効果を示す図である。本実施形態に係る磁界センサ10の比較対象として、マグネットメータ、磁気シールド板22を有していないグラディオメータ1を用いた。磁界源は1mの距離にあり、各センサに対して3.77μT/mの勾配磁界を印加した。横軸は外乱磁界方向がセンサヘッド11の長手方向に対してなす角θである。   FIG. 8 is a diagram illustrating the effect of the magnetic field sensor according to the present embodiment. As a comparison object of the magnetic field sensor 10 according to the present embodiment, the magnetometer and the gradiometer 1 that does not have the magnetic shield plate 22 were used. The magnetic field source was at a distance of 1 m, and a gradient magnetic field of 3.77 μT / m was applied to each sensor. The horizontal axis represents the angle θ formed by the disturbance magnetic field direction with respect to the longitudinal direction of the sensor head 11.

図8に示すように、マグネットメータの出力はcosθに比例し、検出対象となる磁界も雑音磁界も同一視するため雑音低減効果は無い。グラディオメータ1は、0°方向で入力を完全に相殺するため出力は0となり、θが50°ぐらいまでは各コアに加わる磁界の差が大きくなり出力が増加するが、θ=90°に向けてまた小さくなる。そして、本実施形態のように、磁気シールド板22を備える構成とした場合は、雑音低減効果がさらに15倍改善された。   As shown in FIG. 8, the output of the magnetometer is proportional to cos θ, and since there is no difference between the magnetic field to be detected and the noise magnetic field, there is no noise reduction effect. Since the gradiometer 1 completely cancels the input in the 0 ° direction, the output becomes 0, and until θ reaches about 50 °, the difference in magnetic field applied to each core increases and the output increases, but toward θ = 90 ° It gets smaller again. And when it was set as the structure provided with the magnetic shield board 22 like this embodiment, the noise reduction effect was further improved 15 times.

このように、センサヘッド11がある面に平行な方向から来る勾配をもつ雑音磁界は、その勾配の大きさに応じて低減することが可能となる。雑音磁界源が遠くになればなるほど勾配が小さくなるので低減効果は大きくなる。本実施形態に係る磁界センサにおいては、通常の作業場では鉄製器具などが使用される場合が多く、雑音磁界源が1mぐらいの距離に存在する場合であっても、効果的に利用することができる。   Thus, the noise magnetic field having a gradient coming from a direction parallel to the surface on which the sensor head 11 is present can be reduced according to the magnitude of the gradient. The farther away the noise magnetic field source is, the smaller the gradient becomes, so the reduction effect increases. In the magnetic field sensor according to the present embodiment, an iron tool or the like is often used in a normal work place, and even when a noise magnetic field source exists at a distance of about 1 m, it can be effectively used. .

図9ないし図12に本実施形態に係る磁界センサの応用例を示す。図9において、磁気シールド板22を楕円形に引き延ばし、当該磁気シールド板22を引き延ばした方向に複数のグラディオメータ1を並列に配置している。こうすることで、微小磁性体23を探索するためのチャンネル数を増加することができる。   9 to 12 show application examples of the magnetic field sensor according to this embodiment. In FIG. 9, the magnetic shield plate 22 is elongated in an elliptical shape, and a plurality of the gradiometers 1 are arranged in parallel in the direction in which the magnetic shield plate 22 is elongated. By doing so, the number of channels for searching for the minute magnetic body 23 can be increased.

図10において、この場合も複数の検査チャンネルを配設するが、微小磁性体23の進入方向に対して、各センサヘッド11が当該各センサヘッド11の長手方向に順次ずれた状態で配設されている。すなわち、検査空間に搬入される微小磁性体23に対して、センサヘッド11の感度を持つ領域が並ぶように配置される。こうすることで、各センサヘッド11の夫々の出力結果に基づいて、微小磁性体23の存在、位置及び磁界の強さを検出することができると共に広い検査範囲をカバーできる。   In FIG. 10, a plurality of inspection channels are also provided in this case. However, the sensor heads 11 are sequentially displaced in the longitudinal direction of the sensor heads 11 with respect to the entry direction of the minute magnetic body 23. ing. That is, the region having the sensitivity of the sensor head 11 is arranged so as to line up with respect to the minute magnetic body 23 carried into the inspection space. By doing so, the presence, position and magnetic field strength of the minute magnetic body 23 can be detected based on the respective output results of each sensor head 11, and a wide inspection range can be covered.

図11において、図10の場合と同様に複数のセンサヘッド11が配設され、各センサヘッド11における第1センサヘッド11aと第2センサヘッド11bとが、当該センサヘッド11の長手方向にずれた状態で配設されている。こうすることで、各センサヘッド11の夫々の出力結果に基づいて、微小磁性体23の存在、位置及び磁界の強さを検出することができる。   In FIG. 11, a plurality of sensor heads 11 are arranged as in FIG. 10, and the first sensor head 11 a and the second sensor head 11 b in each sensor head 11 are displaced in the longitudinal direction of the sensor head 11. It is arranged in a state. By doing so, it is possible to detect the presence, position, and magnetic field strength of the minute magnetic body 23 based on the respective output results of the sensor heads 11.

また、図12(A)〜(C)は、本実施形態に係る磁界センサの使用例を示しており、測定対象である微小磁性体23を含む測定対象物がローラの回転に伴って移動し、上部に配置した磁界センサ10により移動している測定対象物の磁界を測定する。磁界センサ10が磁界を検知すると測定対象物が微小磁性体23を含んでいることが明らかとなるため、製品の品質を向上させることができる。さらに、図12(C)に示すように、磁気シールド板22を湾曲させてセンサヘッド11を覆うように配置することで、より確実に外部の雑音磁界をシールドすることができる。   FIGS. 12A to 12C show an example of use of the magnetic field sensor according to the present embodiment, in which a measurement object including a minute magnetic body 23 that is a measurement object moves as the roller rotates. Then, the magnetic field of the measurement object being moved is measured by the magnetic field sensor 10 disposed on the upper part. When the magnetic field sensor 10 detects the magnetic field, it becomes clear that the measurement object includes the minute magnetic body 23, so that the quality of the product can be improved. Furthermore, as shown in FIG. 12C, by arranging the magnetic shield plate 22 so as to cover the sensor head 11, an external noise magnetic field can be shielded more reliably.

1 グラディオメータ
11 センサヘッド
11a 第1センサヘッド
11b 第2センサヘッド
12 磁気コア
12a 第1磁気コア
12b 第2磁気コア
13 検出コイル
13a 第1検出コイル
13b 第2検出コイル
14 交流電源
15 直流電源
18 同期検波回路
19 平滑回路
20 誤差増幅器
21 帰還抵抗
22 磁性シールド板
23 磁性体
24 永久磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gradiometer 11 Sensor head 11a 1st sensor head 11b 2nd sensor head 12 Magnetic core 12a 1st magnetic core 12b 2nd magnetic core 13 Detection coil 13a 1st detection coil 13b 2nd detection coil 14 AC power supply 15 DC power supply 18 Synchronization Detection circuit 19 Smoothing circuit 20 Error amplifier 21 Feedback resistor 22 Magnetic shield plate 23 Magnetic body 24 Permanent magnet

Claims (7)

励磁用の交流電流及び直流電流が通電される第1の磁気コアに、第1の検出コイルが巻回された第1センサヘッドと、
前記第1の磁気コアに通電される前記交流電流及び直流電流と共通の電流が通電され、前記第1の磁気コアと平行又は同軸上に配置される第2の磁気コアに、前記第1センサヘッドが外部からの共通の磁界に対して出力する検出信号を打ち消すように巻回され、前記第1の検出コイルと直列接続される第2の検出コイルを有する第2センサヘッドと、
前記第1センサヘッド及び前記第2のセンサヘッドが出力する検出電圧に基づいて、勾配磁界を出力するセンサ回路と、
少なくとも前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドに対し、当該各センサヘッドのセンサの感度軸に平行に近接配設される磁気シールド板とを備え、
前記センサ回路が、前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部近傍であって、前記磁気シールド板の配置位置から見て前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドが配設されている側と同側の領域を通過する検出対象である磁性体による前記勾配磁界を出力することを特徴とする磁界センサ。
A first sensor head in which a first detection coil is wound around a first magnetic core that is energized with an alternating current and a direct current for excitation;
A current common to the alternating current and direct current supplied to the first magnetic core is supplied, and the first sensor is connected to a second magnetic core arranged parallel to or coaxially with the first magnetic core. A second sensor head having a second detection coil wound around the head to cancel a detection signal output with respect to a common magnetic field from the outside and connected in series with the first detection coil;
A sensor circuit that outputs a gradient magnetic field based on a detection voltage output by the first sensor head and the second sensor head;
A magnetic shield plate disposed close to and parallel to the sensitivity axis of the sensor of each sensor head with respect to at least the first sensor head and the second sensor head;
The sensor circuit is in the vicinity of an end of the first sensor head or the second sensor head, and the first sensor head or the second sensor head is disposed when viewed from the position where the magnetic shield plate is disposed. A magnetic field sensor that outputs the gradient magnetic field generated by a magnetic material that is a detection target that passes through a region on the same side as the current side.
請求項1に記載の磁界センサにおいて、
前記磁性体が前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部近傍を通過する前に、前記磁性体の磁化方向を、前記磁気シールド板の板面に対して垂直方向に磁化する磁化制御手段を備えることを特徴とする磁界センサ。
The magnetic field sensor according to claim 1.
Magnetization control that magnetizes the magnetization direction of the magnetic body in a direction perpendicular to the plate surface of the magnetic shield plate before the magnetic body passes near the end of the first sensor head or the second sensor head. A magnetic field sensor comprising means.
請求項1又は2に記載の磁界センサにおいて、
前記磁気シールド板が円形もしくは楕円形又は矩形の板状体であり、当該磁気シールド板の内径又は一辺の長さが、前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドの長手方向の長さの2倍以上であり、前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドが前記磁気シールド板の略中央部分に近接配設されていることを特徴とする磁界センサ。
The magnetic field sensor according to claim 1 or 2,
The magnetic shield plate is a circular, oval or rectangular plate-like body, and the inner diameter or the length of one side of the magnetic shield plate is 2 which is the length in the longitudinal direction of the first sensor head and the second sensor head. The magnetic field sensor, wherein the first sensor head and the second sensor head are disposed close to a substantially central portion of the magnetic shield plate.
請求項1ないし3のいずれかに記載の磁界センサにおいて、
前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドと前記磁気シールド板との間の距離が、前記第1センサヘッドの中心位置と前記第2センサヘッドの中心位置との間の距離であるベースライン長の1.5倍以下であることを特徴とする磁界センサ。
The magnetic field sensor according to any one of claims 1 to 3,
Baseline length in which the distance between the first sensor head and the second sensor head and the magnetic shield plate is the distance between the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head The magnetic field sensor characterized by being 1.5 times or less.
請求項1ないし4のいずれかに記載の磁界センサにおいて、
前記磁気シールド板が円形もしくは楕円形又は矩形の板状体であり、
前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドと前記磁気シールド板との間の距離が、当該磁気シールド板の内径又は一辺の長さの1/30以下であることを特徴とする磁界センサ。
The magnetic field sensor according to any one of claims 1 to 4,
The magnetic shield plate is a circular or elliptical or rectangular plate-like body,
A magnetic field sensor, wherein a distance between the first sensor head and the second sensor head and the magnetic shield plate is 1/30 or less of an inner diameter or a side length of the magnetic shield plate.
請求項1ないし5のいずれかに記載の磁界センサにおいて、
前記第1センサヘッドの中心位置と前記第2センサヘッドの中心位置との間の距離をベースライン長とし、前記磁性体が、前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部から当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの離間する方向における前記ベースライン長以内の領域を通過することを特徴とする磁界センサ。
The magnetic field sensor according to any one of claims 1 to 5,
The distance between the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head is a base line length, and the magnetic body is moved from the end of the first sensor head or the second sensor head. A magnetic field sensor that passes through a region within the baseline length in a direction in which one sensor head or the second sensor head is separated.
請求項1ないし6のいずれかに記載の磁界センサにおいて、
前記第1センサヘッドの中心位置と前記第2センサヘッドの中心位置との間の距離をベースライン長とし、前記磁性体が、前記第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの端部から当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの中心方向における当該第1センサヘッド又は前記第2センサヘッドの長さの1/10以下の領域を通過することを特徴とする磁界センサ。
The magnetic field sensor according to any one of claims 1 to 6,
The distance between the center position of the first sensor head and the center position of the second sensor head is a base line length, and the magnetic body is moved from the end of the first sensor head or the second sensor head. A magnetic field sensor that passes through an area of 1/10 or less of the length of the first sensor head or the second sensor head in the center direction of one sensor head or the second sensor head.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018096690A (en) * 2016-12-07 2018-06-21 国立大学法人九州大学 Magnetic field sensor
JP2019138716A (en) * 2018-02-08 2019-08-22 日本電産サンキョー株式会社 Magnetic sensor device and position detector
WO2022014438A1 (en) * 2020-07-17 2022-01-20 Tdk株式会社 Gradient magnetic field sensor and magnetic matter detection device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1172479A (en) * 1997-08-29 1999-03-16 Ykk Corp Method and device for detecting magnetic material in nonmagnetic product
JP2005315812A (en) * 2004-04-30 2005-11-10 Japan Science & Technology Agency Magnetic field sensor
WO2010020648A1 (en) * 2008-08-18 2010-02-25 National University Of Ireland, Cork A fluxgate sensor
JP2011196773A (en) * 2010-03-18 2011-10-06 Anritsu Sanki System Co Ltd Metal detector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1172479A (en) * 1997-08-29 1999-03-16 Ykk Corp Method and device for detecting magnetic material in nonmagnetic product
JP2005315812A (en) * 2004-04-30 2005-11-10 Japan Science & Technology Agency Magnetic field sensor
WO2010020648A1 (en) * 2008-08-18 2010-02-25 National University Of Ireland, Cork A fluxgate sensor
JP2011196773A (en) * 2010-03-18 2011-10-06 Anritsu Sanki System Co Ltd Metal detector

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018096690A (en) * 2016-12-07 2018-06-21 国立大学法人九州大学 Magnetic field sensor
JP2019138716A (en) * 2018-02-08 2019-08-22 日本電産サンキョー株式会社 Magnetic sensor device and position detector
JP7158863B2 (en) 2018-02-08 2022-10-24 日本電産サンキョー株式会社 Magnetic sensor device and position detection device
WO2022014438A1 (en) * 2020-07-17 2022-01-20 Tdk株式会社 Gradient magnetic field sensor and magnetic matter detection device

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