JP2015528892A - 交流磁界誘導装置 - Google Patents

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Abstract

交流磁界誘導装置であって、少なくとも１つの磁石（１）と、少なくとも１つの力電気変換モジュール（２）と、を含み、前記磁石（１）と前記力電気変換モジュール（２）とが機械的に接続され、前記磁石（１）が交流磁界から受信された磁気信号を機械力に変換して前記力電気変換モジュール（２）に伝達し、前記力電気変換モジュール（２）が前記磁石（１）から提供された機械力を電気信号に変換する。【選択図】図１

Description

本発明は交流磁界誘導装置に関するものであり、交流磁界分野に属する。
近年、従来の交流磁界誘導技術について、例えば、コイルの頻度が高いほど感度が高くなるが、比較的に低い周波数の磁界を誘導しにくいとともに、高周波数の干渉の影響を受けやすくて、弱信号を誘導するにはコイルの体積を大きくする必要がある。ホール素子、磁気抵抗素子は静磁界を誘導するが、静磁界信号がハイパスフィルタによって除去されることができるが、センサー自身にとって、地磁気が存在する環境で、比較的に弱い変化の磁界を誘導するには、非常に大きなダイナミックレンジの必要がある。
従来の交流磁界誘導技術は高周波数の干渉の影響が大きい、感度が低いという不具合に対して、本発明は、感度が高い、高周波数の干渉の影響が小さい交流磁界誘導装置を提供している。
上記の技術的課題を解決するための本発明は以下の通りである。交流磁界誘導装置であって、少なくとも１つの磁石と、少なくとも１つの力電気変換モジュールと、を含み、
前記磁石と前記力電気変換モジュールとが機械的に接続され、前記磁石が交流磁界から受信された磁気信号を機械力に変換して前記力電気変換モジュールに伝達し、
前記力電気変換モジュールが前記磁石から提供された機械力を電気信号に変換する。
本発明の有益な効果は、本発明に係る交流磁界誘導装置は、磁石が交流磁界信号を力に変換し、力電気変換モジュールが力を電気信号を変換する交流磁界と電気信号との変換を実現し、本装置の感度が高くて、静磁界の影響が小さくて、高周波数の干渉の影響が小さい。
上記の発明を基に、本発明は以下のように改善するようにしてよい。
さらに、前記交流磁界誘導装置は、処理モジュールをさらに含み、前記処理モジュールが少なくとも２つの力電気変換モジュールと接続され、前記処理モジュールが２つの力電気変換モジュールの電気信号を受信し比較して干渉信号を算出する。
さらに、前記処理モジュールが除去する干渉は、振動干渉と、加速度干渉と、重力干渉と、を含む。
さらに、前記磁石は永久磁石または電磁石である。
さらに、前記交流磁界誘導装置は電磁石で励磁電流を調節して感度を変化する。さらに、前記力電気変換モジュールは、圧電素子、電気抵抗ひずみ素子、コンデンサ式センサー、光電式センサー、光ファイバ応力センサー、半導体ひずみゲージセンサー、サファイア圧力センサー、またはＭＥＭＳ圧力や応力センサーなどである。
さらに、前記圧電素子の材料は、
セラミック類材料、または、
クリス晶石、セニエット塩などのような圧電単結晶、または、
チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブマグネシウム酸鉛などのような、圧電セラミックスとも呼ばれる多結晶圧電セラミックス、または、
ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、または、
単結晶シリコン、多結晶シリコンを含む。
さらに、前記セラミック類材料は、セラミック類のチタン酸バリウム、単結晶類の石英、トルマリン、ロッテ塩、タンタル酸塩、ニオブ酸塩など、または薄膜類の酸化亜鉛を含む。
さらに、前記交流磁界誘導装置は、加速度、振動および重力方向の変化を機械力に変換して前記力電気変換モジュールに提供するための非磁性バランスウェイトをさらに含む。
さらに、前記交流磁界誘導装置は、フレームと、フレーム外部に設けられるケースとをさらに含み、前記力電気変換モジュールおよび前記磁石がいずれも前記ケースの内部に設けられ、前記交流磁界誘導装置における力電気変換モジュールがフレームの間に固定され、前記力電気変換モジュールが第１電極と第２電極とを含む。
本発明の具体的な実施例１に係る交流磁界誘導装置の構成を示す図である。 本発明の具体的な実施例２に係る交流磁界誘導装置の構成を示す図である。 本発明の具体的な実施例３に係る交流磁界誘導装置の構成を示す図である。 本発明の具体的な実施例４に係る交流磁界誘導装置の構成を示す図である。 本発明の具体的な実施例５に係る交流磁界誘導装置の構成を示す図である。 本発明の具体的な実施例６に係る交流磁界誘導装置の構成を示す図である。 本発明の具体的な実施例１に係る交流磁界誘導装置の応用を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の原理および特徴を説明する。実施例は本発明を解釈するものだけであり、本発明の範囲を限定するものではない。
図１に示すように、本発明の具体的な実施例１に係る交流磁界誘導装置であって、１つの磁石１と、１つの力電気変換モジュール２と、を含み、前記磁石１と前記力電気変換モジュール２とが機械的に接続され、前記磁石１が交流磁界から受信された磁気信号を機械力に変換して前記力電気変換モジュール２に伝達し、前記力電気変換モジュール２が前記磁石１から提供された機械力を電気信号に変換する。
前記機械的な接続は、接着、溶接、または永久磁石材料を力電気変換モジュール２にスパッタリングや蒸着する工程技術手段などであってよい。
前記磁石１は電磁石である。
前記交流磁界誘導装置は電磁石で励磁電流を調節して感度を変化する。
前記力電気変換モジュール２は圧電素子である。
前記圧電素子の材料は陶器類のチタン酸バリウムである。
前記交流磁界誘導装置が装着の際に、力電気変換モジュール２は固定部分である。
図２に示すように、本発明の具体的な実施例２に係る交流磁界誘導装置であって、１つの磁石１と、３つの力電気変換モジュール２と、を含み、前記磁石１はそれぞれ第１力電気変換モジュール２５、第２力電気変換モジュール２６、および第３力電気変換モジュール２７と機械的に接続され、前記磁石１が交流磁界から受信された磁気信号を機械力に変換して前記力電気変換モジュール２に伝達し、前記力電気変換モジュール２が前記磁石１から提供された機械力を電気信号に変換する。
前記磁石１は電磁石である。
前記交流磁界誘導装置は電磁石で励磁電流を調節して感度を変化する。
前記力電気変換モジュール２は電気抵抗ひずみ素子である。
前記交流磁界誘導装置が装着の際に、力電気変換モジュール２は固定部分である。
図３に示すように、本発明の具体的な実施例３に係る交流磁界誘導装置であって、２つの磁石１と、４つの力電気変換モジュール２と、を含み、前記各磁石１と２つの力電気変換モジュール２とが機械的に接続され、前記磁石１が交流磁界から受信された磁気信号を機械力に変換して前記力電気変換モジュール２に伝達し、前記力電気変換モジュール２が前記磁石１から提供された機械力を電気信号に変換する。
前記磁石１は電磁石である。
前記交流磁界誘導装置は電磁石で励磁電流を調節して感度を変化する。
前記力電気変換モジュール２は、電界の変化を介して、容量の変化を反映するエレクトレットコンデンサセンサーまたは静電コンデンサセンサーであるコンデンサ式センサーであり、または発振器の周波数の変化を介して、容量の変化を反映するＬＣ、ＲＣ発振器であり、または回路の時定数の変化を介して、容量の変化を反映するＲＣ充放電回路であり、または積分器のスロープを介して、容量の変化を反映する積分器であってもよい。
前記交流磁界誘導装置が装着の際に、力電気変換モジュール２は固定部分である。
図４に示すように、本発明の具体的な実施例４に係る交流磁界誘導装置であって、２つの磁石１と、１つの力電気変換モジュール２と、を含み、前記２つの磁石１と１つの力電気変換モジュール２とが機械的に接続され、前記磁石１が交流磁界から受信された磁気信号を機械力に変換して前記力電気変換モジュール２に伝達し、前記力電気変換モジュール２が前記磁石１から提供された機械力を電気信号に変換する。
前記磁石１は電磁石である。
前記交流磁界誘導装置は電磁石で励磁電流を調節して感度を変化する。
前記力電気変換モジュール２は光ファイバ応力センサーである。前記交流磁界誘導装置が装着の際に、力電気変換モジュール２は固定部分である。
図５に示すように、本発明の具体的な実施例５に係る交流磁界誘導装置であって、１つの磁石１と、１つのバランスウェイト６と、２つの力電気変換モジュール２と、を含み、前記磁石１と第１力電気変換モジュール２３とが機械的に接続され、交流磁界信号を磁力に変換して第１力電気変換モジュール２３に伝達し、前記バランスウェイト６と第２力電気変換モジュール２４とが機械的に接続され、装置の受ける振動および加速度または重力変化を応力に変換して第２力電気変換モジュール２４に伝達し、第１、第２力電気変換モジュール２３、２４はそれぞれ２つの力を電気信号に変換する。
前記交流磁界誘導装置は処理モジュール３をさらに含み、前記処理モジュール３と２つの力電気変換モジュール２とが接続され、時間領域または周波数領域で磁界信号から干渉を除去する。具体的に、磁石１と第１力電気変換モジュール２３は有用な磁界信号および振動などの干渉信号を誘導し、バランスウェイト６と第２力電気変換モジュール２４は振動などの干渉信号のみを誘導し、処理モジュール３は時間領域または周波数領域で干渉信号を利用して有用な信号における干渉信号を相殺することができ、干渉を除去することができる。
前記処理モジュールが除去する干渉は、振動干渉と、加速度干渉と、重力干渉と、を含む。
前記磁石１は電磁石である。
前記交流磁界誘導装置は電磁石で励磁電流を調節して感度を変化する。
前記力電気変換モジュール２はＭＥＭＳ圧力や応力センサーである。
前記ＭＥＭＳ圧力や応力センサーが集積電路に設けられている。
前記交流磁界誘導装置が装着の際に、力電気変換モジュール２は固定部分である。
図６に示すように、本発明の具体的な実施例６に係る交流磁界誘導装置であって、１つの磁石１と、２つの力電気変換モジュール２と、１つの処理モジュール３と、を含み、前記磁石１はそれぞれ２つの力電気変換モジュール２とが機械的に接続され、前記磁石１が交流磁界から受信された磁気信号を機械力に変換して前記力電気変換モジュール２に伝達し、前記力電気変換モジュール２が前記磁石１から提供された機械力を電気信号に変換し、前記処理モジュール３は２つの力電気変換モジュール２と接続され、２つの力電気変換モジュール２の電気信号を受信し比較して干渉信号を算出し、処理モジュール３は時間領域または周波数領域で干渉信号を利用して有用な信号における干渉信号を相殺することができ、干渉を除去することができる。
前記処理モジュールが除去する干渉は、振動干渉と、加速度干渉と、重力干渉と、を含む。
前記磁石１は電磁石である。
前記交流磁界誘導装置は電磁石で励磁電流を調節して感度を変化する。
前記力電気変換モジュール２はＭＥＭＳ圧力や応力センサーである。
前記ＭＥＭＳ圧力や応力センサーが集積電路に設けられている。
前記交流磁界誘導装置が装着の際に、力電気変換モジュール２は固定部分である。
図７に示すように、本発明の具体的な実施例１に係る交流磁界誘導装置は、具体的に使用する際に、フレーム５の間に設けられ、フレーム５と装置の外部にケース４が設けられ、前記交流磁界誘導装置での力電気変換モジュール２がフレーム５の間に固定され、前記磁石１と力電気変換モジュール２とが接続され、前記力電気変換モジュール２は第１電極２１と第２電極２２とを含み、バランスウェイト６は圧電セラミックを採用する。
上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等置換、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (10)

  1. 交流磁界誘導装置であって、少なくとも１つの磁石と、少なくとも１つの力電気変換モジュールと、を含み、
    前記磁石と前記力電気変換モジュールとが機械的に接続され、前記磁石が交流磁界から受信された磁気信号を機械力に変換して前記力電気変換モジュールに伝達し、
    前記力電気変換モジュールが前記磁石から提供された機械力を電気信号に変換することを特徴とする交流磁界誘導装置。
  2. 前記交流磁界誘導装置は、処理モジュールをさらに含み、前記処理モジュールが少なくとも２つの力電気変換モジュールと接続され、前記処理モジュールが２つの力電気変換モジュールの電気信号を受信し比較して干渉信号を算出することを特徴とする請求項１に記載の交流磁界誘導装置。
  3. 前記処理モジュールが除去する干渉は、振動干渉と、加速度干渉と、重力干渉とを含むことを特徴とする請求項２に記載の交流磁界誘導装置。
  4. 前記磁石は永久磁石または電磁石であることを特徴とする請求項１に記載の交流磁界誘導装置。
  5. 前記交流磁界誘導装置は電磁石で励磁電流を調節して感度を変化することを特徴とする請求項４に記載の交流磁界誘導装置。
  6. 前記力電気変換モジュールは、圧電素子、電気抵抗ひずみ素子、コンデンサ式センサー、光電式センサー、光ファイバ応力センサー、半導体ひずみゲージセンサー、サファイア圧力センサー、またはＭＥＭＳ圧力や応力センサーであることを特徴とする請求項１に記載の交流磁界誘導装置。
  7. 前記圧電素子の材料は、
    セラミック類材料、または
    圧電単結晶、または
    多結晶圧電セラミックス、または
    ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、または
    単結晶シリコン、多結晶シリコンを含むことを特徴とする請求項６に記載の交流磁界誘導装置。
  8. 前記セラミック類材料は、セラミック類のチタン酸バリウム、単結晶類の石英、トルマリン、ロッテ塩、タンタル酸塩、ニオブ酸塩、薄膜類の酸化亜鉛を含むことを特徴とする請求項７に記載の交流磁界誘導装置。
  9. 前記交流磁界誘導装置は、加速度、振動および重力方向の変化を機械力に変換して前記力電気変換モジュールに提供するための非磁性バランスウェイトをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の交流磁界誘導装置。
  10. 前記交流磁界誘導装置は、フレームと、フレーム外部に設けられるケースとをさらに含み、前記力電気変換モジュールおよび前記磁石がいずれも前記ケースの内部に設けられ、前記交流磁界誘導装置での力電気変換モジュールがフレームの間に固定され、前記力電気変換モジュールは第１電極と第２電極とを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の交流磁界誘導装置。
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