JP2017062122A - Magnetic field detector - Google Patents

Magnetic field detector Download PDF

Info

Publication number
JP2017062122A
JP2017062122A JP2015186179A JP2015186179A JP2017062122A JP 2017062122 A JP2017062122 A JP 2017062122A JP 2015186179 A JP2015186179 A JP 2015186179A JP 2015186179 A JP2015186179 A JP 2015186179A JP 2017062122 A JP2017062122 A JP 2017062122A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
magnetic
sensor
pair
sensors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015186179A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
内山 剛
Takeshi Uchiyama
剛 内山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya University NUC
Original Assignee
Nagoya University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nagoya University NUC filed Critical Nagoya University NUC
Priority to JP2015186179A priority Critical patent/JP2017062122A/en
Publication of JP2017062122A publication Critical patent/JP2017062122A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic field detector capable of accurately detecting a magnetic field without using a magnetic shield.SOLUTION: A magnetic field detector comprises a pair of a measurement magnetic sensor 14a and a reference magnetic sensor 14b for detecting magnetism, and detects a magnetic field by differentially operating outputs of the pair of magnetic sensors 14a, 14b by use of an operation amplifier 44. The magnetic field detector further comprises: a feedback coil 20 capable of applying a common magnetic field Bf to the pair of magnetic sensors 14a, 14b; and a feedback circuit 60 for supplying an electric current to the feedback coil 20 based on an output Vout_b of the reference magnetic sensor 14b of the pair of magnetic sensors 14a, 14b. When the detector differentially operates the outputs of the pair of magnetic sensors 14a, 14b so as to detect the magnetic field ΔB of a measured object, the detector can detect the magnetic field at the pair of magnetic sensors 14a, 14b by considering the magnetic field Bf applied by the feedback coil 20.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、磁界検出装置に関するものであり、特に、微小な磁界を精度よく検出することのできる磁界検出装置に関するものである。   The present invention relates to a magnetic field detection device, and more particularly to a magnetic field detection device that can detect a minute magnetic field with high accuracy.

近年、生体細胞が生ずる磁気信号(磁界)の検出のように、高精度、例えば高い分解能により磁界の検出が可能な磁界検出装置が求められている。かかる状況において、例えば、SQUID(超電導量子干渉素子)や、高周波電流が通電されたアモルファスワイヤ(ワイヤ形状のアモルファス合金)に外部磁界を加えると、そのインピーダンスが変化する磁気インピーダンス(MI;Magneto−Impedance)効果を利用した磁気インピーダンスセンサなどが提案されている。例えば、特許文献1に記載の磁気センサは磁気インピーダンスセンサの一例である。かかる磁気インピーダンスセンサによれば、微小な磁界変化を前記アモルファスワイヤのインピーダンス変化として捉えることができるので、分解能の高い磁界検出が可能にされる。 In recent years, there has been a demand for a magnetic field detection device capable of detecting a magnetic field with high accuracy, for example, high resolution, such as detection of a magnetic signal (magnetic field) generated by a living cell. In such a situation, for example, when an external magnetic field is applied to a SQUID (superconducting quantum interference device) or an amorphous wire (wire-shaped amorphous alloy) through which a high-frequency current is applied, the impedance changes (MI; Magneto-Impedance). ) Magnetic impedance sensors utilizing the effect have been proposed. For example, the magnetic sensor described in Patent Document 1 is an example of a magnetic impedance sensor. According to such a magnetic impedance sensor, a minute magnetic field change can be grasped as an impedance change of the amorphous wire, so that a magnetic field detection with high resolution can be performed.

一方、微小な磁界を生ずる測定対象物を測定する場合には、前述の様な分解能の高いセンサを使用することに加え、地磁気などの外部磁界の影響を低減することが必要である。外部磁界の影響を低減する方法としては、従来からシールド装置を用いる方法が用いられている。このシールド装置は、例えばパーマロイなど強磁性体によって構成される遮蔽体によりセンサを取り囲むことにより、そのシールド装置内において外部磁界を可及的に遮蔽し、その影響を低減することを目的としたものである。また、前記シールド装置に加え、シールド装置近傍に外部磁界と逆位相の磁界を加えることにより、遮蔽体内における外部磁界の影響をさらに低減することを目的とした、いわゆるアクティブシールド装置が提案されている。特許文献2はかかるアクティブシールド装置の一例である。   On the other hand, when measuring a measurement object that generates a minute magnetic field, it is necessary to reduce the influence of an external magnetic field such as geomagnetism in addition to using a sensor with high resolution as described above. As a method for reducing the influence of the external magnetic field, a method using a shield device has been conventionally used. This shield device aims to shield the external magnetic field as much as possible in the shield device and reduce its influence by surrounding the sensor with a shield made of a ferromagnetic material such as permalloy, for example. It is. In addition to the shield device, a so-called active shield device has been proposed which aims to further reduce the influence of the external magnetic field in the shield body by applying a magnetic field having an opposite phase to the external magnetic field in the vicinity of the shield device. . Patent Document 2 is an example of such an active shield device.

国際公開第2005/019851号International Publication No. 2005/019851 特開2002−094280号公報JP 2002-094280 A

ところで、前述のシールド装置を構成するためには、例えば磁気を遮蔽することが可能な厚さを有する遮蔽体を設ける必要があるため、装置全体が大規模、あるいは高価なものとなってしまうという問題があった。   By the way, in order to configure the above-described shield device, for example, it is necessary to provide a shield having a thickness capable of shielding magnetism, so that the entire device becomes large-scale or expensive. There was a problem.

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、より簡易な方法により、微小な磁界を精度よく計測可能とする、いわゆるカジュアルセンシングを可能とするための磁界計測装置を提供することにある。   The present invention has been made in the background of the above circumstances, and the object of the present invention is to measure a magnetic field to enable so-called casual sensing, which can accurately measure a minute magnetic field by a simpler method. To provide an apparatus.

かかる目的を達成するための請求項1に係る発明は、(a)磁気を検出するための一対の磁気センサを有し、(b)該一対の磁気センサの出力を差動させて磁界の検出を行なう磁界検出装置であって、(c)前記一対の磁気センサに共通する磁界を印加可能なフィードバックコイルと、(d)前記一対の磁気センサのうちの一方の磁気センサの出力信号に基づいて該フィードバックコイルに電流を供給するフィードバック回路とをさらに有すること、を特徴とする。   In order to achieve this object, the invention according to claim 1 includes (a) a pair of magnetic sensors for detecting magnetism, and (b) detecting the magnetic field by differentially outputting the outputs of the pair of magnetic sensors. And (c) a feedback coil capable of applying a magnetic field common to the pair of magnetic sensors, and (d) based on an output signal of one of the pair of magnetic sensors. And a feedback circuit for supplying a current to the feedback coil.

請求項1に係る発明によれば、前記フィードバック回路により前記一対の磁気センサのうちの一方の磁気センサの出力信号に基づいて該フィードバックコイルに電流が供給され、該フィードバックコイルにより前記一対の磁気センサに共通する磁界が印加されるので、前記一対の磁気センサの出力を差動させて磁界の検出を行なう際に、前記フィードバックコイルによって印加される磁界を考慮して、前記一対の磁気センサにおいて磁界の検出を行うことができる。   According to the first aspect of the present invention, a current is supplied to the feedback coil based on an output signal of one of the pair of magnetic sensors by the feedback circuit, and the pair of magnetic sensors is fed by the feedback coil. A common magnetic field is applied to the pair of magnetic sensors. Therefore, when the magnetic field is detected by differentially outputting the outputs of the pair of magnetic sensors, the magnetic field applied by the feedback coil is taken into account in the pair of magnetic sensors. Can be detected.

ここで好適には、前記フィードバック回路は、前記一方の磁気センサの出力が0となるように前記電流を決定するものである。このようにすれば、前記一対の磁気センサの出力を作動させる際に、前記一方の磁気センサの出力が0となるので、外部磁界の影響を低減することができるとともに、センサが磁気飽和しないような磁界強度の範囲において測定を行うことができるため、その分解能が向上しうる。   Here, preferably, the feedback circuit determines the current so that an output of the one magnetic sensor becomes zero. In this way, when the outputs of the pair of magnetic sensors are operated, the output of the one magnetic sensor becomes 0, so that the influence of the external magnetic field can be reduced and the sensor is not magnetically saturated. Since the measurement can be performed in a range of a strong magnetic field strength, the resolution can be improved.

また好適には、前記一対の磁気センサを用いてグラディオメータが構成されることを特徴とする。このようにすれば、測定対象となる磁界発生源が前記一対の磁気センサの1つに近接している場合において、前記一対の磁気センサの出力に基づいて磁界勾配を計測することで、地磁気などの遠方からの外部磁界(測定対象とは異なるものを発生源とする磁界、外乱磁界)を除去してS/N比を高めることが可能となる。   Further preferably, a gradiometer is configured by using the pair of magnetic sensors. In this way, when the magnetic field generation source to be measured is close to one of the pair of magnetic sensors, the magnetic field gradient is measured based on the output of the pair of magnetic sensors, so that the geomagnetism, etc. The S / N ratio can be increased by removing the external magnetic field from far away (magnetic field generated by a source different from the measurement target, disturbance magnetic field).

また好適には、前記一対の磁気センサのそれぞれは磁気インピーダンスセンサである。このようにすれば、前記一対のセンサは、たとえば1pT/Hz1/2のような非常に高い分解能を有するものであるので、これらを差動させる場合の効果が大きくなる。なお、磁気インピーダンスセンサ以外の他の高感度磁気センサをグラディオメータ構成とすることも可能であるが、例えば数pTレベルの磁界分解能を有するフラックスゲートセンサなどの磁気センサでは、素子サイズが比較的大きいため、簡易な設備による、いわゆるカジュアルなセンシングには適さない。 Preferably, each of the pair of magnetic sensors is a magnetic impedance sensor. In this case, since the pair of sensors has a very high resolution, for example, 1 pT / Hz 1/2 , the effect of making these differential is increased. Although a high-sensitivity magnetic sensor other than the magneto-impedance sensor can be configured as a gradiometer, for example, a magnetic sensor such as a fluxgate sensor having a magnetic field resolution of several pT level has a relatively large element size. Therefore, it is not suitable for so-called casual sensing with simple equipment.

また好適には、前記一対の磁気センサは、それらの指向性を示す軸が平行となるように、配置されるものである。このようにすれば、外部磁界が一様な分布である場合に、前記一対の磁気センサのそれぞれを略等しく貫くので、前記一方の磁気センサの出力が外部磁界に基づくものである場合に、前記フィードバックコイルによって印加される磁界によって他方の磁気センサの出力においても外部磁界の影響を低減することができる。   Preferably, the pair of magnetic sensors are arranged so that axes indicating their directivities are parallel to each other. In this way, when the external magnetic field has a uniform distribution, each of the pair of magnetic sensors penetrates substantially equally, so when the output of the one magnetic sensor is based on the external magnetic field, The influence of the external magnetic field can be reduced even in the output of the other magnetic sensor by the magnetic field applied by the feedback coil.

また好適には、前記一対の磁気センサは、それらの指向性を示す軸が共通する直線上になるように、配置されるものである。このようにすれば、外部磁界が前記一対の磁気センサをいわゆる直列に貫くので、前記一方の磁気センサの出力が外部磁界に基づくものである場合に、前記フィードバックコイルによって印加される磁界によって他方の磁気センサの出力においても外部磁界の影響を低減することができる。   Preferably, the pair of magnetic sensors are arranged so that axes indicating their directivities are on a common straight line. In this way, since the external magnetic field penetrates the pair of magnetic sensors in a so-called series, when the output of the one magnetic sensor is based on the external magnetic field, the other magnetic field is applied by the feedback coil. Even in the output of the magnetic sensor, the influence of the external magnetic field can be reduced.

さらに好適には、前記一対の磁気センサを構成する磁気インピーダンスセンサのそれぞれは、磁界を検知するためのアモルファスワイヤと、該アモルファスワイヤの生ずる磁束変化を検出するコイルとを有しており、該アモルファスワイヤは前記一対のセンサに共通した部材であることを特徴とする。このようにすれば、外部磁界はアモルファスワイヤを貫くように前記一対の磁気センサのそれぞれを貫くことから、外部磁界は前記一対の磁気センサに共通したものとなり、前記フィードバックコイルによって印加される磁界の効果が顕著となる。   More preferably, each of the magneto-impedance sensors constituting the pair of magnetic sensors has an amorphous wire for detecting a magnetic field and a coil for detecting a change in magnetic flux generated by the amorphous wire. The wire is a member common to the pair of sensors. In this way, since the external magnetic field penetrates each of the pair of magnetic sensors so as to penetrate the amorphous wire, the external magnetic field is common to the pair of magnetic sensors, and the magnetic field applied by the feedback coil The effect becomes remarkable.

また好適には、前記一対の磁気センサを構成する磁気インピーダンスセンサのそれぞれは、磁界を検知するためのアモルファスワイヤと、アモルファスワイヤの生ずる磁束変化を検出するコイルとを有しており、アモルファスワイヤは前記一対のセンサのそれぞれに別個に設けられることを特徴とする。このようにすれば、外部磁界が前記一対の磁気センサに等しく影響するように前記一対の磁気センサが配設されることを前提としつつも、前記一対の磁気センサの設計上の自由度が向上する。   Preferably, each of the magnetic impedance sensors constituting the pair of magnetic sensors includes an amorphous wire for detecting a magnetic field and a coil for detecting a magnetic flux change generated by the amorphous wire. Each of the pair of sensors is provided separately. In this way, the degree of freedom in design of the pair of magnetic sensors is improved while assuming that the pair of magnetic sensors is arranged so that an external magnetic field equally affects the pair of magnetic sensors. To do.

本発明の磁界検出装置のセンサヘッドの構成の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of composition of a sensor head of a magnetic field detection device of the present invention. 本実施例の磁界検出装置において、センサヘッドを駆動するための電気信号を入力するとともに、センサヘッドからの出力信号を処理するための回路部の構成および機能の要部を説明する図である。In the magnetic field detection apparatus of a present Example, while inputting the electrical signal for driving a sensor head, it is a figure explaining the principal part of a structure and function of a circuit part for processing the output signal from a sensor head. アモルファスワイヤに印可されるパルス信号の繰り返し周波数とセンサの感度との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the repetition frequency of the pulse signal applied to an amorphous wire, and the sensitivity of a sensor. アモルファスワイヤに印可されるパルス信号と検出コイルに発生する誘導電圧の波形を対比させて示した図である。It is the figure which contrasted and showed the pulse signal applied to an amorphous wire, and the waveform of the induced voltage which generate | occur | produces in a detection coil. 本実施例の磁界検出装置における回路部の構成のうち、図2とは異なる要部を説明する図である。It is a figure explaining the principal part different from FIG. 2 among the structures of the circuit part in the magnetic field detection apparatus of a present Example. 図2に示す回路部のうち、フィードバック回路部の機能を説明するブロック線図である。It is a block diagram explaining the function of a feedback circuit part among the circuit parts shown in FIG. 本実施例の磁界検出装置による磁界検出の実験例の結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of the experiment example of the magnetic field detection by the magnetic field detection apparatus of a present Example. 磁気ノイズの発生原因を説明する図である。It is a figure explaining the generation | occurrence | production cause of magnetic noise. 本発明の磁界検出装置による磁界検出のさらに別の実験例2の結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of another experiment example 2 of the magnetic field detection by the magnetic field detection apparatus of this invention. 本発明の磁界検出装置による磁界検出のさらに別の実験例3の結果を説明する図であって、直流磁界における磁気ノイズの検出結果を示す図である。It is a figure explaining the result of another experiment example 3 of the magnetic field detection by the magnetic field detection apparatus of this invention, Comprising: It is a figure which shows the detection result of the magnetic noise in a DC magnetic field. 本発明の磁界検出装置による磁界検出のさらに別の実験例4の結果を説明する図であって、磁気シールドの有無に対する比較を示す図であるIt is a figure explaining the result of another experiment example 4 of the magnetic field detection by the magnetic field detection apparatus of this invention, Comprising: It is a figure which shows the comparison with respect to the presence or absence of a magnetic shield. 本発明の別の実施例におけるセンサヘッドの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the sensor head in another Example of this invention. 本発明のさらに別の実施例におけるセンサヘッドの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the sensor head in another Example of this invention.

以下、本発明の一実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の磁気検出装置の構成の一例を示した図である。図1に示すように、本実施例における磁気検出装置10は磁界を検出するためのセンサヘッド12と、そのセンサヘッド12を駆動するための電流を供給するとともにセンサヘッド12から出力される電気信号を処理するための回路部30とを有して構成されている。このうちセンサヘッド12は、一対の磁気センサ14aおよび14b(以下、これらを区別しない場合には「磁気センサ14」という。)を含んで構成される。磁気センサ14のうち、磁気センサ14aは測定対象物50(図5など参照)が生ずる磁界を検出するための測定用センサ14aであり、もう一つの磁気センサ14bは、その測定対象物50からの磁界を検出しない一方、地磁気などの測定対象物50以外によって生ずる磁界である外部磁界を検出する参照用センサ14bである。なお、本実施例においては、参照用センサ14bが本発明の一方の磁気センサに対応する。両磁気センサ14はかかる目的を達成する様に、すなわち、参照用磁気センサ14bが測定対象物50からの磁界を検出しない様に配設されている。測定用センサ14aおよび参照用センサ14bは、両者の出力により磁界勾配が測定可能な程度に予め定められた距離だけ、具体的にはたとえば両者の間が50mmだけ離れるように配設されている。   FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the magnetic detection device of the present invention. As shown in FIG. 1, the magnetic detection device 10 in this embodiment supplies a sensor head 12 for detecting a magnetic field, and an electric signal output from the sensor head 12 while supplying a current for driving the sensor head 12. And a circuit unit 30 for processing. Among these, the sensor head 12 includes a pair of magnetic sensors 14a and 14b (hereinafter referred to as “magnetic sensor 14” when they are not distinguished from each other). Among the magnetic sensors 14, the magnetic sensor 14 a is a measurement sensor 14 a for detecting a magnetic field generated by the measurement object 50 (see FIG. 5 and the like), and the other magnetic sensor 14 b is connected to the measurement object 50. The reference sensor 14b detects an external magnetic field that does not detect a magnetic field but detects a magnetic field generated by something other than the measurement object 50 such as geomagnetism. In this embodiment, the reference sensor 14b corresponds to one magnetic sensor of the present invention. Both magnetic sensors 14 are arranged so as to achieve such an object, that is, the reference magnetic sensor 14 b does not detect the magnetic field from the measurement object 50. The measurement sensor 14a and the reference sensor 14b are disposed so as to be separated by a predetermined distance such that the magnetic field gradient can be measured by the outputs of the both, specifically, for example, by 50 mm therebetween.

本実施例においては、これら磁気センサ14は磁気インピーダンスセンサであり、それぞれ、アモルファスワイヤ16(後述するアモルファスワイヤ16aと16bとを区別しない場合、「アモルファスワイヤ16」という。)と、アモルファスワイヤ16の磁束変化を検出する検出コイル18(後述する検出コイル18aと18bとを区別しない場合、「検出コイル18」という。)とを含んで構成されている。また検出コイル18はそれぞれ、中空のコイル状に設けられており、コイルの両端の電圧を後述する電気回路を用いて検出することができるようにされており、本実施例においてはその一方が接地されている。具体的には、測定用センサ14aに設けられた検出コイル18aの両端の電位差vout_aおよび参照用センサ14bに設けられた検出コイル18bの両端の電位差vout_bが検出可能とされている。これら測定用センサ14aに設けられた検出コイル18aと参照用センサ14bに設けられた検出コイル18bとは同一形状で、例えば、線径30μm、巻数700、長さ10mmのコイルである。 In the present embodiment, these magnetic sensors 14 are magnetic impedance sensors, and each of the amorphous wires 16 (referred to as “amorphous wires 16” when amorphous wires 16a and 16b described later are not distinguished) and the amorphous wires 16 are used. It includes a detection coil 18 that detects a change in magnetic flux (referred to as “detection coil 18” when detection coils 18a and 18b described later are not distinguished from each other). Each of the detection coils 18 is provided in the shape of a hollow coil so that the voltage at both ends of the coil can be detected by using an electric circuit described later. In this embodiment, one of the detection coils 18 is grounded. Has been. Specifically, the potential difference v out_b across the detection coil 18b provided in the potential difference v out_a and the reference sensor 14b at both ends of the detection coil 18a provided in the measurement sensor 14a is detectable. The detection coil 18a provided in the measurement sensor 14a and the detection coil 18b provided in the reference sensor 14b have the same shape, for example, a coil having a wire diameter of 30 μm, a winding number of 700, and a length of 10 mm.

また、検出コイル18の中空部分には、アモルファスワイヤ16が通されている。本実施例においては、図1に示す様にアモルファスワイヤ16は長手方向に延びる棒状の形状を有しており、アモルファスワイヤ16aおよび16bがそれぞれ検出コイル18aの中空部分および検出コイル18bの中空部分を通る(貫く)様に配設されている。また、モルファスワイヤ16aおよび16bの間は、電気的に直列に接続されており、励磁電流が両者を通電されるようになっている。   An amorphous wire 16 is passed through the hollow portion of the detection coil 18. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the amorphous wire 16 has a rod-like shape extending in the longitudinal direction, and the amorphous wires 16a and 16b respectively correspond to the hollow portion of the detection coil 18a and the hollow portion of the detection coil 18b. It is arranged to pass through. Further, the morphological wires 16a and 16b are electrically connected in series, and an exciting current is passed through them.

本実施例においては、アモルファスワイヤ16は、例えば長さ10mm、線径30μmのものが用いられる。アモルファスワイヤ16の両端には、そのアモルファスワイヤ16に電流iinを印加することができるように電極や配線が設けられている。図1の例においては、アモルファスワイヤ16aの一端(右端)に後述する発振器32からの電流iinが印加され、さらに、その他端(左端)から導線によって接続されたアモルファスワイヤ16bの一端(右端)に印加される。また、アモルファスワイヤ16bの他端は接地されている。 In this embodiment, the amorphous wire 16 is, for example, one having a length of 10 mm and a wire diameter of 30 μm. Electrodes and wirings are provided at both ends of the amorphous wire 16 so that a current i in can be applied to the amorphous wire 16. In the example of FIG. 1, a current i in from an oscillator 32 described later is applied to one end (right end) of the amorphous wire 16a, and one end (right end) of the amorphous wire 16b connected by a conducting wire from the other end (left end). To be applied. The other end of the amorphous wire 16b is grounded.

また、本実施例におけるセンサヘッド12は、フィードバックコイル20を有している。このフィードバックコイル20は、その内部に一対の磁気センサ14の両方を包含するように配設させられる。たとえば、本実施例のように、一対の磁気センサが一軸上に配設させられる場合には、フィードバックコイル20はソレノイド状に設けられればよい。なお、好適には、フィードバックコイル20が発生させる磁界を前記一対の磁気センサ14のそれぞれにおいて等しく検出させられるよう、一対の磁気センサ14はフィードバックコイル20がソレノイド状とされる場合には、その両端部から内側に一定距離以上離れ位置、言い換えれば、ソレノイド状のフィードバックコイル20が生ずる磁界がそのフィードバックコイル20の長手方向と略平行となるような位置に配設される。具体的にはたとえば直径25mm、長さ80mm、800巻のコイルが用いられる。なお、図面においては装置の構造を説明するために各構成要素の大きさを実際とは異なる大きさで記載している。   Further, the sensor head 12 in this embodiment has a feedback coil 20. The feedback coil 20 is disposed so as to include both of the pair of magnetic sensors 14 therein. For example, when a pair of magnetic sensors are arranged on one axis as in this embodiment, the feedback coil 20 may be provided in a solenoid shape. Preferably, the pair of magnetic sensors 14 are arranged at both ends of the pair of magnetic sensors 14 so that the magnetic field generated by the feedback coils 20 can be detected equally in each of the pair of magnetic sensors 14. The magnetic field generated by the solenoid-like feedback coil 20 is disposed at a position that is a certain distance or more inward from the portion, in other words, at a position that is substantially parallel to the longitudinal direction of the feedback coil 20. Specifically, for example, a coil having a diameter of 25 mm, a length of 80 mm, and 800 turns is used. In the drawings, the size of each component is shown in a different size from the actual size in order to explain the structure of the apparatus.

図2は、図1に示す本実施例の磁気検出装置10のうち、センサヘッド12と、回路部30の構成の一部であってセンサヘッド12との入出力を行なう部分とを説明する図である。回路部30は、前記センサヘッド12を駆動するための電気信号iinを入力するとともに、センサヘッド12からの出力信号Vout_a、Vout_bを処理し、センサヘッド12において検出された磁界強度に関する情報を算出する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the sensor head 12 and a part of the configuration of the circuit unit 30 that performs input / output with the sensor head 12 in the magnetic detection device 10 of the present embodiment shown in FIG. It is. The circuit unit 30 inputs the electric signal i in for driving the sensor head 12 and processes the output signals V out_a and V out_b from the sensor head 12, and information on the magnetic field strength detected in the sensor head 12. Is calculated.

図2に示す回路部30のうち、発振器32からは、アモルファスワイヤ16に通電される電流iinなどの元となるパルス信号、すなわち矩形波が生成される。この矩形波は、アンプ34によって所定の増幅が行なわれ、アモルファスワイヤ16に印加される。本実施例においては例えば、パルス信号の振幅が2〜3Vとなるように増幅が行なわれる。図3はアモルファスワイヤに印可されるパルス信号の繰り返し周波数とセンサの感度との関係の一例を説明する図である。この図3に示されるセンサの感度が良好となる繰り返し周波数が選択される。具体的には図3の例においては、繰り返し周波数が10kHz以上においてはセンサの感度がほぼ一定であるので、繰り返し周波数が10kHzとされる。また、パルス幅は、磁気インピーダンスセンサが高感度化するように、予め実験的にあるいはシミュレーションにより得られた値とされる。具体的には、アモルファスワイヤ16のインピーダンス変化が最も顕著な周波数が10MHzである場合には、パルス幅が50nsとなり、デューティー比は0.0005となる。 In the circuit unit 30 shown in FIG. 2, the oscillator 32 generates a pulse signal that is a source of current i in and the like that is passed through the amorphous wire 16, that is, a rectangular wave. The rectangular wave is amplified by the amplifier 34 and applied to the amorphous wire 16. In the present embodiment, for example, amplification is performed so that the amplitude of the pulse signal is 2 to 3V. FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the relationship between the repetition frequency of the pulse signal applied to the amorphous wire and the sensitivity of the sensor. A repetition frequency at which the sensitivity of the sensor shown in FIG. 3 is good is selected. Specifically, in the example of FIG. 3, since the sensitivity of the sensor is substantially constant when the repetition frequency is 10 kHz or more, the repetition frequency is set to 10 kHz. Further, the pulse width is a value obtained experimentally or by simulation in advance so that the magnetic impedance sensor has high sensitivity. Specifically, when the frequency at which the impedance change of the amorphous wire 16 is most remarkable is 10 MHz, the pulse width is 50 ns and the duty ratio is 0.0005.

サンプルホールド回路(アナログスイッチ)36、40はそれぞれ、検出コイル18a、18bの両端電位差、すなわち両端における電圧の差(起電力)が入力される。このサンプルホールド回路36、40においては、アモルファスワイヤ16に印加するパルス信号の立ち上がり(通電開始)によりコイルに発生する誘導電圧について、その立ち上がり(図4の時刻t1)からピーク(図4の時刻t2)を含む時間範囲において積分して出力を行なう。具体的には例えば前記時間範囲は10ns〜50nsのように設定される。このため、サンプルホールド回路36、40には前述の発振器32によって出力されるパルス信号が入力されており、サンプルホールド回路36、40はこのパルス信号の立ち上がりをスイッチとして作動を行なう。また、バッファアンプ38、42はそれぞれ、サンプルホールド回路36、40の出力を差動アンプ44へ流す。   The sample hold circuits (analog switches) 36 and 40 are inputted with a potential difference between both ends of the detection coils 18a and 18b, that is, a voltage difference (electromotive force) between both ends. In the sample and hold circuits 36 and 40, the induced voltage generated in the coil by the rise (start of energization) of the pulse signal applied to the amorphous wire 16 peaks from the rise (time t1 in FIG. 4) (time t2 in FIG. 4). In the time range including), output is integrated. Specifically, for example, the time range is set to 10 ns to 50 ns. Therefore, the pulse signal output from the oscillator 32 is input to the sample and hold circuits 36 and 40, and the sample and hold circuits 36 and 40 operate with the rise of the pulse signal as a switch. The buffer amplifiers 38 and 42 send the outputs of the sample and hold circuits 36 and 40 to the differential amplifier 44, respectively.

なお、検出コイル18においては、図4に示す様に、アモルファスワイヤ16に印加されるパルス信号における立ち上がり(通電開始)によって検出コイル18に発生する誘導電圧の波形と、パルス信号における立ち下がり(通電遮断)によって検出コイル18に発生する誘導電圧との変動とが連続して発生するよう、すなわち、パルス信号における立ち上がり(通電開始)によって検出コイル18に発生する誘導電圧の波形とパルス信号における立ち下がり(通電遮断)によって検出コイル18に発生する誘導電圧との波形との間に誘導電圧が例えば0に留まる時間がないようにされている。前述の検出コイル18の形状として例示した、線径60μm、巻数700、長さ10mmのコイルは、本実施例においてこの条件を満たすものである。   In the detection coil 18, as shown in FIG. 4, the waveform of the induced voltage generated in the detection coil 18 by the rise (start of energization) in the pulse signal applied to the amorphous wire 16 and the fall (energization) in the pulse signal. The fluctuation of the induced voltage generated in the detection coil 18 due to the interruption is continuously generated, that is, the waveform of the induced voltage generated in the detection coil 18 due to the rise (start of energization) in the pulse signal and the fall in the pulse signal. There is no time for the induced voltage to remain at 0, for example, between the waveform of the induced voltage generated in the detection coil 18 due to (energization interruption). The coil having a wire diameter of 60 μm, a winding number of 700, and a length of 10 mm exemplified as the shape of the detection coil 18 described above satisfies this condition in the present embodiment.

図2に戻って、差動アンプ44は、これらバッファアンプ38、42を介して出力されたサンプルホールド回路36、40のそれぞれの出力の差分を増幅してvoutとして出力する。具体的には、測定用センサ14aの検出コイル18aに関連するバッファアンプ38を介したサンプルホールド回路36の出力と、参照用センサ14bの検出コイル18bに関連するバッファアンプ42を介したサンプルホールド回路40の出力との差が算出されて出力される。 Returning to FIG. 2, the differential amplifier 44 amplifies the difference between the outputs of the sample hold circuits 36 and 40 output via the buffer amplifiers 38 and 42 and outputs the amplified difference as v out . Specifically, the output of the sample hold circuit 36 via the buffer amplifier 38 associated with the detection coil 18a of the measurement sensor 14a and the sample hold circuit via the buffer amplifier 42 associated with the detection coil 18b of the reference sensor 14b. The difference from the output of 40 is calculated and output.

図5は、本実施例の磁気検出装置10における回路部30の構成の別の要部を説明する図である。具体的には、図2の差動アンプ44の出力voutの更なる処理が行なわれる部分を説明する図である。すなわち、回路部30は、図2に示された回路と図5に示された回路とを含んで構成される。なお、差動アンプ44は図2および図5の両方に重複して描かれている。 FIG. 5 is a diagram for explaining another main part of the configuration of the circuit unit 30 in the magnetic detection device 10 of the present embodiment. Specifically, FIG. 3 is a diagram illustrating a portion where further processing of the output v out of the differential amplifier 44 of FIG. 2 is performed. That is, the circuit unit 30 includes the circuit shown in FIG. 2 and the circuit shown in FIG. Note that the differential amplifier 44 is depicted redundantly in both FIG. 2 and FIG.

具体的には、差動アンプ44の出力voutは、ハイパスフィルタ46によって所定の周波数、例えば0.3Hzより低い周波数成分は遮断される。また、アンプ48によって所定の増幅が行なわれる。続いてローパスフィルタ50によって、所定の周波数、例えば30Hzより高い周波数成分が遮断される。さらにノッチフィルタ52によって特定の周波数、例えば60Hzの周波数成分が遮断された後、アンプ54による所定の増幅が行なわれ、更にノッチフィルタ56により別の特定の周波数、例えば180Hzの周波数成分が遮断され、出力Eout(V)が出力される。この出力Eout(V)を予め得られている換算方法によって磁界強度に変換することにより、測定対象物の発生する磁界強度を得ることができる。 Specifically, the output v out of the differential amplifier 44 is blocked by the high-pass filter 46 from a frequency component lower than a predetermined frequency, for example, 0.3 Hz. The amplifier 48 performs predetermined amplification. Subsequently, the low-pass filter 50 blocks a frequency component higher than a predetermined frequency, for example, 30 Hz. Furthermore, after a specific frequency, for example, a frequency component of 60 Hz is cut off by the notch filter 52, predetermined amplification is performed by the amplifier 54, and another specific frequency, for example, a frequency component of 180 Hz is cut off by the notch filter 56. Output Eout (V) is output. By converting this output Eout (V) into magnetic field intensity by a conversion method obtained in advance, the magnetic field intensity generated by the measurement object can be obtained.

図2に戻って、回路部30は、フィードバック回路60を有している。このフィードバック回路60は、参照用センサ14bの出力信号Vout_bをバッファアンプ42によって増幅して得られる信号Vに基づいて、前述のフィードバックコイル20に電流を供給して磁界を発生させる。 Returning to FIG. 2, the circuit unit 30 includes a feedback circuit 60. The feedback circuit 60, the output signal V out_b sensor for reference 14b based on a signal V 2 obtained by amplifying by the buffer amplifier 42, to generate a magnetic field by supplying a current to the above-described feedback coil 20.

具体的には、フィードバック回路60は、アンプ62とフィードバック抵抗64とを有して構成されている。アンプ62はバッファアンプ42の出力V2を所定の増幅率で増幅した電圧V’を供給する。フィードバック抵抗64は、参照用センサ14bの出力信号Vout_bに応じて変化する電圧V’を、その電圧V’の大きさに比例した電流とするために設けられた、所定の抵抗値[Ω]抵抗である。すなわち、フィードバック抵抗64は、入力される電圧に比例する電流を出力する電圧電流変換器として機能している。このように構成することで、フィードバック回路60はフィードバックコイル20に、参照用センサ14bの出力信号Vout_bに応じた電流が印加させることができる。 Specifically, the feedback circuit 60 includes an amplifier 62 and a feedback resistor 64. The amplifier 62 supplies a voltage V 2 ′ obtained by amplifying the output V2 of the buffer amplifier 42 with a predetermined amplification factor. The feedback resistor 64 is provided with a predetermined resistance value [a voltage V 2 ′ that changes in accordance with the output signal V out — b of the reference sensor 14 b and is a current proportional to the magnitude of the voltage V 2 ′. Ω] resistance. That is, the feedback resistor 64 functions as a voltage-current converter that outputs a current proportional to the input voltage. With this configuration, the feedback circuit 60 can apply a current corresponding to the output signal V out — b of the reference sensor 14 b to the feedback coil 20.

図6は、本実施例におけるフィードバック回路60を含む本実施例の磁界検出装置10の作動を具体的に説明するブロック線図である。前述のように、フィードバック回路60において、アンプ62は、サンプルホールド回路40およびバッファアンプ42を介して出力される参照用センサ14bからの出力信号Vに基づいて、予め定められた増幅率Aだけ増幅した電圧V’を出力する。すなわち、
’=A*V (1)
である。なお、増幅率A1は比率や百分率(%)で定められてもよいし、ゲインとしてdB単位で定められてもよい。
FIG. 6 is a block diagram for specifically explaining the operation of the magnetic field detection apparatus 10 of the present embodiment including the feedback circuit 60 in the present embodiment. As described above, in the feedback circuit 60, amplifier 62, sample-and-hold circuit 40 and based on the output signal V 2 from the reference sensor 14b output through a buffer amplifier 42, the amplification factor A 1 a predetermined Only the amplified voltage V 2 ′ is output. That is,
V 2 '= A 1 * V 2 (1)
It is. The amplification factor A1 may be determined as a ratio or a percentage (%), or may be determined as a gain in dB.

フィードバック抵抗64は、予めその抵抗値がRf[Ω]に定められており、アンプ62によって出力される電圧V’に応じたフィードバック電流If[A]が生成される。このフィードバック電流Ifがフィードバックコイル20を流れることにより、フィードバック磁界Bfが生じさせられる。このとき、図6に示すように、フィードバック磁界Bfの向きは、環境磁場(外部磁界)を打ち消す方向にされている。これはたとえば、フィードバックコイル20の巻線方向や配置方向によって実現されてもよいし、アンプ62における増幅率Aの値の正負を逆転させて電流の向きを逆にすることによって実現してもよい。 The resistance value of the feedback resistor 64 is set to Rf [Ω] in advance, and a feedback current If [A] corresponding to the voltage V 2 ′ output from the amplifier 62 is generated. This feedback current If flows through the feedback coil 20 to generate a feedback magnetic field Bf. At this time, as shown in FIG. 6, the direction of the feedback magnetic field Bf is set to cancel the environmental magnetic field (external magnetic field). This example may be realized by the winding direction and the arrangement direction of the feedback coil 20, by reversing the sign of the value of the amplification factor A 1 in the amplifier 62 is also realized by the direction of current in the opposite Good.

本実施例の態様においては、測定対象から発生する磁界は外部磁界に比べてその大きさが微小なものであるので、測定対象から発生する磁界ΔBは測定用センサ14aのみが検出する一方、外部磁界Bnは測定用センサ14aおよび参照用センサ14bのいずれにおいても検出する。したがって、測定用センサ14aが検出する磁界は、外部磁界Bn、測定対象からの磁界ΔB、およびフィードバック磁界Bfの和であって、前述のようにフィードバック磁界Bfの向きは外部磁界Bnと逆向きに生じさせられるので、その大きさは、Bn+ΔB−Bfとなる。   In the embodiment, since the magnetic field generated from the measurement target is smaller than the external magnetic field, the magnetic field ΔB generated from the measurement target is detected only by the measurement sensor 14a, while the external magnetic field is external. The magnetic field Bn is detected by both the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b. Therefore, the magnetic field detected by the measurement sensor 14a is the sum of the external magnetic field Bn, the magnetic field ΔB from the measurement object, and the feedback magnetic field Bf, and the direction of the feedback magnetic field Bf is opposite to the external magnetic field Bn as described above. Since it is generated, its size is Bn + ΔB−Bf.

図6に示すようにフィードバック回路60およびフィードバックコイル20を設けることで、本実施例の磁界検出装置10の効果が得られることを以下に説明する。まず、測定用センサ14a、サンプルホールド回路36、およびバッファアンプ38を一体とみなした場合の、その感度、すなわち、検出する磁界強度に対する発生する電圧をS1[V/T]とすると、バッファアンプ38の出力Vはこの感度Sを用いて、
=S*(Bn+ΔB−Bf) ・・・(2)
となる。
It will be described below that the effect of the magnetic field detection device 10 of the present embodiment can be obtained by providing the feedback circuit 60 and the feedback coil 20 as shown in FIG. First, when the measurement sensor 14a, the sample hold circuit 36, and the buffer amplifier 38 are regarded as one body, and the sensitivity, that is, the voltage generated with respect to the detected magnetic field strength is S1 [V / T], the buffer amplifier 38 the output V 1 using the sensitivity S 1,
V 1 = S 1 * (Bn + ΔB−Bf) (2)
It becomes.

一方、参照用センサ14bが検出する磁界は、外部磁界Bnおよびフィードバック磁界Bfの和であるので、その大きさは、Bn−Bfとなる。また、参照用センサ14b、サンプルホールド回路40、およびバッファアンプ42を一体と見なした場合の感度をS[V/T]とすると、バッファアンプ42の出力Vはこの感度Sを用いて、
=S*(Bn−Bf) ・・・(3)
となる。
On the other hand, since the magnetic field detected by the reference sensor 14b is the sum of the external magnetic field Bn and the feedback magnetic field Bf, its magnitude is Bn−Bf. If the sensitivity when the reference sensor 14b, the sample hold circuit 40, and the buffer amplifier 42 are regarded as one unit is S 2 [V / T], the output V 2 of the buffer amplifier 42 uses this sensitivity S 2 . And
V 2 = S 2 * (Bn−Bf) (3)
It becomes.

また、作動アンプ44は、測定用センサ14a側のバッファアンプ38の出力Vと、参照用センサ14b側のバッファアンプ42の出力Vとの差を予め設定された増幅率Aだけ増幅して出力Voutとして出力する。すなわち、
Vout=A*(V−V) ・・・(4)
である。
ここで、上記(4)式を、上記(2)式および(3)式を用いて書き直すと、
*{S*(Bn+ΔB−Bf)−S*(Bn−Bf)}=Vout ・・・(5)
となる。
Further, operation amplifier 44 amplifies the output V 1 of the measurement sensor 14a side of the buffer amplifier 38, only the amplification factor A 2 set in advance the difference between the output V 2 of the reference sensor 14b side of the buffer amplifier 42 And output as Vout. That is,
Vout = A 2 * (V 1 −V 2 ) (4)
It is.
Here, when the above equation (4) is rewritten using the above equations (2) and (3),
A 2 * {S 1 * (Bn + ΔB−Bf) −S 2 * (Bn−Bf)} = Vout (5)
It becomes.

また、フィードバック抵抗64およびフィードバックコイル20の特性として、フィードバック磁界の大きさBfがフィードバック抵抗64に入力される電圧V’に比例するとした場合のその係数をβとすると、
Bf=β*V’ (6)
となる。ここで、βはたとえば
β=μ*n/Rf
のように定義され、μは真空における透磁率[H/m]であり、nはフィードバックコイル20の単位長さ当たりのコイルの巻数である。また、Rf[Ω]は前述のようにフィードバック抵抗64の抵抗値である。
Further, as a characteristic of the feedback resistor 64 and the feedback coil 20, when the magnitude of the feedback magnetic field Bf is proportional to the voltage V 2 ′ input to the feedback resistor 64, the coefficient is β.
Bf = β * V 2 '(6)
It becomes. Here, β is, for example, β = μ 0 * n / Rf
Where μ 0 is the permeability [H / m] in vacuum, and n is the number of turns of the coil per unit length of the feedback coil 20. Rf [Ω] is the resistance value of the feedback resistor 64 as described above.

また、前記(1)式および(3)式より、参照用センサ14b側のバッファアンプ42の出力電圧V’は、
’=A*S*(Bn−Bf) ・・・(7)
である。上記(6)式および(7)式より
’=A*S*(Bn−β*V’) ・・・(8)
となって、
’=A*S*Bn/(1+A*S*β) ・・・(9)
となる。
From the above equations (1) and (3), the output voltage V 2 ′ of the buffer amplifier 42 on the reference sensor 14b side is
V 2 ′ = A 1 * S 2 * (Bn−Bf) (7)
It is. From the above formulas (6) and (7), V 2 ′ = A 1 * S 2 * (Bn−β * V 2 ′) (8)
Become
V 2 ′ = A 1 * S 2 * Bn / (1 + A 1 * S 2 * β) (9)
It becomes.

また、前記(5)式を変形して、
*{(S−S)*(Bn−Bf)++ΔB*S}=Vout ・・・(10)
となり、これに(6)、(9)式を適用すると、
*[(S−S)*Bn*{1−β*A*S/(1+β*A*S)}]+ΔB*S*A=Vout ・・・(11)
となって、さらに変形すると、
*[Bn*{(S−S)/(1+β*A*S)}]+ΔB*S*A=Vout ・・・(12)
となる。ここで、上記(12)式の左辺第1項は、差動アンプ44の出力電圧Voutのうち外部磁界に起因する出力電圧であり、左辺第2項は計測対象から生ずる磁界に起因する出力電圧である。
In addition, the equation (5) is modified,
A 2 * {(S 1 −S 2 ) * (Bn−Bf) ++ ΔB * S 1 } = Vout (10)
When applying formulas (6) and (9) to this,
A 2 * [(S 1 −S 2 ) * Bn * {1−β * A 1 * S 2 / (1 + β * A 1 * S 2 )}] + ΔB * S 1 * A 2 = Vout (11 )
And when further deformed,
A 2 * [Bn * {(S 1 −S 2 ) / (1 + β * A 1 * S 2 )}] + ΔB * S 1 * A 2 = Vout (12)
It becomes. Here, the first term on the left side of the equation (12) is an output voltage caused by an external magnetic field in the output voltage Vout of the differential amplifier 44, and the second term on the left side is an output voltage caused by a magnetic field generated from the measurement target. It is.

一方、フィードバック回路60がない場合の作動アンプ44の出力電圧Voutは、上記(12)式においてβあるいはAが0の場合に対応するので、かかる場合の差動アンプ44の出力電圧Vout_nは、
*Bn*(S−S)+ΔB*S*A=Vout_n ・・・(13)
のように表される。前記(12)式の場合と同様に、左辺第1項は、差動アンプ44の出力電圧Vout_nのうち外部磁界に起因する出力電圧であり、左辺第2項は計測対象から生ずる磁界に起因する出力電圧である。
On the other hand, since the output voltage Vout of the operational amplifier 44 without the feedback circuit 60 corresponds to the case where β or A 1 is 0 in the above equation (12), the output voltage Vout_n of the differential amplifier 44 in this case is
A 2 * Bn * (S 1 −S 2 ) + ΔB * S 1 * A 2 = Vout_n (13)
It is expressed as As in the case of equation (12), the first term on the left side is the output voltage due to the external magnetic field in the output voltage Vout_n of the differential amplifier 44, and the second term on the left side is due to the magnetic field generated from the measurement target. Output voltage.

ところで、本実施例の磁界検出装置10における一対の磁気センサ14a、14bは同一の構成とされるが、製造上のばらつきなどに起因して、出力値に誤差を生ずることが想定しうる。かかる誤差は、たとえば、前述の感度SおよびSの差として現れることとなる。理想的には前記ばらつきがなければ、計測用磁気センサ14aの感度Sと参照用磁気センサ14bの感度Sとは同一となるため、前記(12)式や(13)式における左辺第1項は0となり、差動アンプ44の出力電圧VoutやVout_nはいずれも測定対象が生ずる磁界ΔBに起因する電圧のみとなり、フィードバック回路60やフィードバックコイル20を設ける必要はない。しかしながら、実際には前記ばらつきが生じるため、差動アンプの出力電圧VoutやVout_nには、外部磁界に起因する電圧を含むこととなる。すなわち、前記(12)式や(13)式における左辺第1項は、計測用磁気センサ14aの感度Sと参照用磁気センサ14bの感度Sとのばらつきに起因する電圧でもあるといえる。 By the way, although the pair of magnetic sensors 14a and 14b in the magnetic field detection apparatus 10 of the present embodiment has the same configuration, it can be assumed that an error occurs in the output value due to manufacturing variations and the like. Such errors, for example, and thus appear as a difference in sensitivity S 1 and S 2 described above. If ideally no the variation, since the same sensitivity S 2 of the reference magnetic sensor 14b and the sensitivity S 1 of the measuring magnetic sensor 14a, the (12) or (13) the left-hand side in Formula 1 The term becomes 0, and the output voltages Vout and Vout_n of the differential amplifier 44 are only voltages caused by the magnetic field ΔB generated by the measurement target, and there is no need to provide the feedback circuit 60 or the feedback coil 20. However, in practice, the above-described variation occurs, and thus the output voltage Vout or Vout_n of the differential amplifier includes a voltage due to an external magnetic field. That is, the (12) or (13) the first term left side in the expression, it can be said that even in the voltage caused by the variation of the sensitivity S 2 of the reference magnetic sensor 14b and the sensitivity S 1 of the measuring magnetic sensor 14a.

ここで、フィードバック回路60がある場合とない場合のそれぞれにおける外部磁界に起因する出力電圧の比を算出すると、
(フィードバック回路60のある場合の外部磁界に起因する出力電圧)/(フィードバック回路60のない場合の外部磁界に起因する出力電圧)=1/(1+β*A*S) ・・・(14)
となる。ここで、(1+β*A*S)が十分に大きい場合には、(14)式の値が大きくなるので、前記(12)式や(13)式における左辺第2項である測定対象が生ずる磁界ΔBに起因する電圧が変わらない一方で、前記(13)式における左辺第1項が小さくなるので、外部磁界が差動アンプ44の出力電圧Voutに及ぼす影響が小さくなる。
Here, when calculating the ratio of the output voltage due to the external magnetic field in the case where there is the feedback circuit 60 and in the case where there is no feedback circuit 60,
(Output voltage due to an external magnetic field when the feedback circuit 60 is present) / (Output voltage due to an external magnetic field when the feedback circuit 60 is not present) = 1 / (1 + β * A 1 * S 2 ) (14 )
It becomes. Here, when (1 + β * A 1 * S 2 ) is sufficiently large, the value of the equation (14) becomes large. Therefore, the measurement object which is the second term on the left side in the equations (12) and (13) On the other hand, the voltage due to the magnetic field ΔB causing the change does not change, but the first term on the left side in the equation (13) becomes small, so the influence of the external magnetic field on the output voltage Vout of the differential amplifier 44 becomes small.

このことは、言い換えれば、(1+β*A*S)が十分に大きい場合には、計測用磁気センサ14aの感度Sと参照用磁気センサ14bの感度Sとのばらつきが存在したとしても、それが差動アンプ44の出力電圧Voutに与える影響が無視できる程度となる。そのため、センサ14の分解能が非常に高いものである場合に、その分解能レベルまで詳細に磁界の検出を行うことが可能となる。 This, in other words, as to the variation of the sensitivity S 2 of the reference magnetic sensor 14b and the sensitivity S 1 of the measuring magnetic sensor 14a is present if is sufficiently large (1 + β * A 1 * S 2) However, its influence on the output voltage Vout of the differential amplifier 44 is negligible. Therefore, when the resolution of the sensor 14 is very high, the magnetic field can be detected in detail up to the resolution level.

好適には、前述のアンプ62の増幅率Aは、参照用センサ14bにおいて検出する磁界(Bn−Bf)が0となるように、言い換えれば参照用センサ14b側のバッファアンプ42の出力V2が0となるように設定される。このようにすれば、外部磁界Bnの大きさは、測定対象が生ずる磁界ΔBよりも十分大きいことから、前述の(14)式における(1+β*A*S)が十分に大きいことを実現しうる。また、測定用センサ14aにおいては、外部磁界Bnがフィードバックコイル20によって印可される磁界Bfによって相殺され、外部磁界Bnの影響がすくなくなり、主として測定対象が生ずる微小な磁界ΔBを検出することとなるため、たとえばセンサ14が磁気飽和性を有するような場合であっても、外部印加磁界に対して良好な出力電圧特性が得られる領域で磁界の検出を行うことができ、検出の精度が向上する。 Preferably, the amplification factor A 1 of the aforementioned amplifier 62, as the magnetic field detected in the reference sensor 14b (Bn-Bf) is 0, the output V2 of the reference sensor 14b of side buffer amplifier 42 in other words, It is set to be zero. In this way, since the magnitude of the external magnetic field Bn is sufficiently larger than the magnetic field ΔB generated by the measurement object, it is realized that (1 + β * A 1 * S 2 ) in the above-described equation (14) is sufficiently large. Yes. Further, in the measurement sensor 14a, the external magnetic field Bn is canceled by the magnetic field Bf applied by the feedback coil 20, and the influence of the external magnetic field Bn is reduced, and the minute magnetic field ΔB generated mainly by the measurement object is detected. Therefore, for example, even when the sensor 14 has magnetic saturation, the magnetic field can be detected in a region where good output voltage characteristics can be obtained with respect to the externally applied magnetic field, and the detection accuracy is improved. .

[実験例1]
続いて、本実施例の磁界検出装置10を用いて発明者らが行った実験例について説明する。本実験においては、ソレノイド状のフィードバックコイル20が設けられ、フィードバックコイル20の内部に測定用センサ14aおよび参照用センサ14bが配設されている。フィードバックコイルの大きさは長さ50mm、直径が25mmであり、また、800巻されている。また、測定用センサ14aおよび参照用センサ14bはそれぞれ、直径25μm、長さ10mmのアモルファスワイヤ16aおよび16bと検出コイル18aおよび18bを含んで構成されている。また、測定用センサ14aおよび参照用センサ14bは、それぞれの長手方向がフィードバックコイル20の長手方向と一致するように言い換えれば、フィードバックコイル20が発生させる磁界Bfの向きと測定用センサ14aおよび参照用センサ14bの検出可能な磁界の方向(指向性)が一致するように配設されている。
[Experimental Example 1]
Next, an experimental example performed by the inventors using the magnetic field detection device 10 of this embodiment will be described. In this experiment, a solenoid-like feedback coil 20 is provided, and a measurement sensor 14 a and a reference sensor 14 b are arranged inside the feedback coil 20. The feedback coil has a length of 50 mm, a diameter of 25 mm, and 800 windings. Each of the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b includes amorphous wires 16a and 16b having a diameter of 25 μm and a length of 10 mm and detection coils 18a and 18b. In addition, the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b are arranged so that their longitudinal directions coincide with the longitudinal direction of the feedback coil 20, in other words, the direction of the magnetic field Bf generated by the feedback coil 20, the measurement sensor 14a, and the reference sensor 14b. The sensor 14b is arranged so that the direction (directivity) of the magnetic field detectable by the sensor 14b matches.

図7は、本実験例における上記構成において、1μT、10Hzの外部磁界Bnを印加し、測定対象からの磁界ΔBを設けない状態における磁界検出装置(言い換えれば作動アンプ44)の出力を示した図であって、図7(a)はそのノイズスペクトルを、図7(b)は出力電圧をそれぞれ示している。図7(a)および(b)において、実線は本実施例のフィードバック回路60を作動させた場合、破線はフィードバック回路60を作動させない場合もしくは設けない場合を表している。図7(a)に示すように、特に外部磁界に相当する10Hzにおいて、フィードバック回路60を作動させた場合にその出力が低くなっており、また、図7(b)に示すように、作動アンプ44の出力も小さくなっていることがわかる。これらの実験結果からわかるように、フィードバック回路60およびフィードバックコイル20を有する本実施例の磁界検出装置10を用いることにより、単に測定用センサ14aおよび参照用センサ14bを差動させる場合よりも効果的に磁気ノイズの低減が行われていることがわかる。   FIG. 7 is a diagram showing the output of the magnetic field detection device (in other words, the operational amplifier 44) in the state where the external magnetic field Bn of 1 μT and 10 Hz is applied and the magnetic field ΔB from the measurement target is not provided in the configuration in this experimental example FIG. 7A shows the noise spectrum, and FIG. 7B shows the output voltage. 7A and 7B, a solid line represents a case where the feedback circuit 60 of this embodiment is operated, and a broken line represents a case where the feedback circuit 60 is not operated or not provided. As shown in FIG. 7A, the output is low when the feedback circuit 60 is operated, particularly at 10 Hz corresponding to an external magnetic field. Also, as shown in FIG. It can be seen that the output of 44 is also reduced. As can be seen from these experimental results, by using the magnetic field detection device 10 of the present embodiment having the feedback circuit 60 and the feedback coil 20, it is more effective than simply making the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b differential. It can be seen that magnetic noise is reduced.

なお、前記磁気ノイズは、前述のように測定用センサ14aおよび参照用センサ14bの感度のばらつきなどを一因とするものである。図8は、前述の実験例1の構成において、フィードバック回路60を作動させることなく測定用センサ14aおよび参照用センサ14bのそれぞれの出力電圧の時間変化を記録したものである。測定用センサ14aおよび参照用センサ14bの仕様上のセンサ感度はいずれも0.951μT/Vであった。外部磁界として1μT、10Hzの磁界を印加したところ、その出力電圧は図8に示すものとなった。具体的には、測定用センサ14aの出力電圧の振幅(平均値)は1.02Vであったことから、測定した磁界は1.08μTとなる一方、参照用センサ14bの出力電圧の振幅(平均値)は0.900Vであったことから、測定した磁界は0.946μTとなった。この差0.134μTが磁界検出装置10の出力にノイズとして現れることとなる。   The magnetic noise is caused by variations in sensitivity of the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b as described above. FIG. 8 is a diagram in which changes in the output voltages of the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b are recorded without operating the feedback circuit 60 in the configuration of the experimental example 1 described above. The sensor sensitivity on the specifications of the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b was 0.951 μT / V. When a magnetic field of 1 μT and 10 Hz was applied as an external magnetic field, the output voltage was as shown in FIG. Specifically, since the amplitude (average value) of the output voltage of the measurement sensor 14a is 1.02 V, the measured magnetic field is 1.08 μT, while the amplitude (average value) of the output voltage of the reference sensor 14b. Value) was 0.900 V, and the measured magnetic field was 0.946 μT. This difference of 0.134 μT appears as noise in the output of the magnetic field detection apparatus 10.

[実験例2]
本実験例は、ソレノイド状のフィードバックコイル20の長さを80mmとした以外は前述の実験例1と同じ条件で、同様の実験を行ったものである。このとき測定用センサ14aおよび参照用センサ14bは、フィードバックコイル20の長手方向の内側(中央寄り)に前述の実験例1と同様の間隔で配設される。図9は、本実験例における上記構成において、前述の実施例1と同様に1μT、10Hzの外部磁界Bnを印加し、測定対象からの磁界ΔBを設けない状態における磁界検出装置の出力を示した図であって、図9(a)はそのノイズスペクトルを、図9(b)は出力電圧をそれぞれ示し、前述の実験例1における図7(a)、図7(b)に対応している。図9(a)および(b)において、実線は本実施例のフィードバック回路60を作動させた場合、破線はフィードバック回路60を作動させない場合もしくは設けない場合を表している。実験例1と同様に、フィードバック回路60を作動させることにより、単に2つの測定用センサ14aおよび参照用センサ14bを差動させる場合よりも効果的にノイズの低減が行われていることがわかる。加えて、図7(a)、(b)と図9(a)、(b)とを比較することにより、測定用センサ14aおよび参照用センサ14bの長さに対して十分な長さのフィードバックコイル20を設けることにより、より効果的にノイズの低減を行うことができるとことがわかる。これは、フィードバックコイル20が測定用センサ14aおよび参照用センサ14bのそれぞれに対して均等な磁界Bfを印加することができるためであると考えられる。
[Experiment 2]
In this experimental example, a similar experiment was performed under the same conditions as in Experimental Example 1 except that the length of the solenoid-like feedback coil 20 was set to 80 mm. At this time, the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b are arranged at the same interval in the longitudinal direction of the feedback coil 20 (near the center) as in the first experimental example. FIG. 9 shows the output of the magnetic field detection apparatus in the above-described configuration in this experimental example in a state where an external magnetic field Bn of 1 μT and 10 Hz is applied and the magnetic field ΔB from the measurement target is not provided as in the first embodiment. FIG. 9A shows the noise spectrum, FIG. 9B shows the output voltage, and corresponds to FIGS. 7A and 7B in Experimental Example 1 described above. . 9A and 9B, a solid line indicates a case where the feedback circuit 60 of this embodiment is operated, and a broken line indicates a case where the feedback circuit 60 is not operated or not provided. Similarly to Experimental Example 1, it can be seen that by operating the feedback circuit 60, noise is reduced more effectively than when the two measurement sensors 14a and the reference sensor 14b are simply differentiated. In addition, by comparing FIGS. 7 (a) and 7 (b) with FIGS. 9 (a) and 9 (b), a feedback having a sufficient length with respect to the lengths of the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b. It can be seen that by providing the coil 20, noise can be more effectively reduced. This is considered because the feedback coil 20 can apply a uniform magnetic field Bf to each of the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b.

[実験例3]
本実験例3は、前述の実験例1と同様の構成において、外部磁界Bnとして、前述の実験例1における交流磁界に代えて、直流磁界を印加した場合の例である。
[Experiment 3]
This Experimental Example 3 is an example in which a DC magnetic field is applied as the external magnetic field Bn instead of the AC magnetic field in the above Experimental Example 1 in the same configuration as in the above Experimental Example 1.

図10は、本実験例における上記構成において、10μTの直流磁界を外部磁界Bnとして印加し、測定対象からの磁界ΔBを設けない状態における磁界検出装置(言い換えれば作動アンプ44)の出力を説明する図であって、図10(a)は出力のノイズスペクトルを、図10(b)は、直流磁界の磁界強度に対する、測定用センサ14aおよび参照用センサ14bを差動させた出力であるVout(図1など参照)の変化を示している。図10(a)において、実線は本実施例のフィードバック回路60を作動させた場合、破線はフィードバック回路60を作動させない場合もしくは設けない場合を表している。図10に示すように、1Hzに近い極低周波数付近を除き、全体的にフィードバック回路60を作動させた場合にノイズが低くなっていることがわかる。これらの実験結果からわかるように、外部磁界が地磁気を含む直流磁界の場合においても、フィードバック回路60およびフィードバックコイル20を有する本実施例の磁界検出装置10を用いることにより、単に測定用センサ14aおよび参照用センサ14bを差動させる場合よりも効果的に磁気ノイズの低減が行われていることがわかる。また、図10(b)に示すように、測定用センサ14aおよび参照用センサ14bの差動出力Eout[V]は、直流磁界(一様磁界)における磁界感度の強度[μT]に対してほぼ線形の関係となっていることがわかる。言い換えれば、磁界の強度変化に対して、センサの出力電圧Eoutに基づいて精度のよい計測が可能となることがわかる。   FIG. 10 illustrates the output of the magnetic field detection device (in other words, the operational amplifier 44) in a state where a 10 μT DC magnetic field is applied as the external magnetic field Bn and no magnetic field ΔB is provided from the measurement target in the above-described configuration of this experimental example. FIG. 10A shows an output noise spectrum, and FIG. 10B shows an output obtained by making the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b differential with respect to the magnetic field intensity of the DC magnetic field. The change of FIG. 1 etc. is shown. In FIG. 10A, the solid line represents the case where the feedback circuit 60 of this embodiment is operated, and the broken line represents the case where the feedback circuit 60 is not operated or not provided. As shown in FIG. 10, it can be seen that the noise is low when the feedback circuit 60 is operated as a whole, except in the vicinity of an extremely low frequency close to 1 Hz. As can be seen from these experimental results, even when the external magnetic field is a DC magnetic field including the geomagnetism, by using the magnetic field detection device 10 of the present embodiment having the feedback circuit 60 and the feedback coil 20, the measurement sensor 14a and It can be seen that magnetic noise is reduced more effectively than when the reference sensor 14b is differentiated. Further, as shown in FIG. 10B, the differential output Eout [V] of the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b is almost equal to the strength [μT] of the magnetic field sensitivity in a DC magnetic field (uniform magnetic field). It can be seen that the relationship is linear. In other words, it is understood that accurate measurement can be performed based on the output voltage Eout of the sensor with respect to the change in the strength of the magnetic field.

[実験例4]
本実験例4は、本実施例における磁界検出装置10を、磁気シールドされた環境と磁気シールドされていない環境のそれぞれにおいて用いて磁界検出を行うものである。図11は、前述の実験例1と同様に構成された磁界検出装置10を用いた磁界の検出結果を説明する図で、図11(a)は磁気シールド装置の外で行われた実験結果を、図11(b)は磁気シールド装置内で行われた実験結果をそれぞれ示している。
[Experimental Example 4]
In Experimental Example 4, magnetic field detection is performed by using the magnetic field detection device 10 in the present embodiment in each of a magnetically shielded environment and a non-magnetically shielded environment. FIG. 11 is a diagram for explaining a magnetic field detection result using the magnetic field detection device 10 configured in the same manner as in Experimental Example 1 described above, and FIG. 11A shows an experimental result performed outside the magnetic shield device. FIG. 11B shows the results of experiments conducted in the magnetic shield device.

本実験例4においては、磁気シールド装置外において2.4〜3.0μTの直流磁界が外部磁界Bnとして印加されている。また、磁気シールド装置によって、その内部においては前記外部磁界Bnの影響が低減されている。また、測定対象からの磁界ΔBに相当する磁界として、ワンターン(1巻)コイルにより振幅が200pTの磁界を10Hzで発生させた。このときの本実施例の磁界検出装置の出力をそれぞれ図11(a)および(b)に示している。   In Experimental Example 4, a DC magnetic field of 2.4 to 3.0 μT is applied as the external magnetic field Bn outside the magnetic shield device. Further, the influence of the external magnetic field Bn is reduced inside the magnetic shield device. In addition, as a magnetic field corresponding to the magnetic field ΔB from the measurement object, a magnetic field having an amplitude of 200 pT was generated at 10 Hz by a one-turn (one turn) coil. The outputs of the magnetic field detection apparatus of this example at this time are shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), respectively.

図11(a)および(b)からわかるように、いずれの波形においても10Hzの測定対象からの磁界ΔBに対応する波形となっている。すなわち、本実施例の磁界検出装置10によれば、一定の直流磁界の存在下において、磁気シールドを設けなくても、磁気シールドを設ける場合と同様に測定対象からの磁界ΔBの検出を行うことが可能であることがわかる。   As can be seen from FIGS. 11A and 11B, both waveforms are waveforms corresponding to the magnetic field ΔB from the measurement target of 10 Hz. That is, according to the magnetic field detection apparatus 10 of the present embodiment, in the presence of a constant DC magnetic field, the magnetic field ΔB from the measurement target can be detected in the same manner as when the magnetic shield is provided without providing the magnetic shield. It is understood that is possible.

前述の実施例によれば、本実施例の磁界検出装置10は、磁気を検出するための一対の測定用磁気センサ14aおよび参照用磁気センサ14bを有し、作動アンプ44により一対の磁気センサ14a、14bの出力を差動させて磁界の検出を行なうものであって、前記一対の磁気センサ14a、14bに共通する磁界Bfを印加可能なフィードバックコイル20と、前記一対の磁気センサ14a、14bのうちの参照用磁気センサ14bの出力Vout_bもしくは参照用磁気センサ14bの出力を増幅するバッファアンプ42の出力V2に基づいてフィードバックコイル20に電流を供給するフィードバック回路60とをさらに有するものである。このようにすれば、一対の磁気センサ14a、14bの出力を差動させて測定対象の磁界ΔBの検出を行なう際に、前記フィードバックコイル20によって印加される磁界Bfを考慮して、一対の磁気センサ14a、14bにおいて磁界の検出を行うことができる。   According to the above-described embodiment, the magnetic field detection device 10 of the present embodiment includes a pair of magnetic sensors for measurement 14a and a reference magnetic sensor 14b for detecting magnetism, and the pair of magnetic sensors 14a by the operation amplifier 44. , 14b are differentially detected to detect a magnetic field, the feedback coil 20 capable of applying a magnetic field Bf common to the pair of magnetic sensors 14a, 14b, and the pair of magnetic sensors 14a, 14b. The feedback circuit 60 further supplies a current to the feedback coil 20 based on the output Vout_b of the reference magnetic sensor 14b or the output V2 of the buffer amplifier 42 that amplifies the output of the reference magnetic sensor 14b. In this way, when the magnetic field ΔB to be measured is detected by differentially outputting the outputs of the pair of magnetic sensors 14a and 14b, the magnetic field Bf applied by the feedback coil 20 is taken into consideration and the pair of magnetic sensors The sensors 14a and 14b can detect a magnetic field.

また前述の実施例によれば、フィードバック回路60は、参照用磁気センサ14bの出力が0となるようにフィードバックコイル20に供給する電流を決定するので、一対の磁気センサ14a、14bの出力を作動させる際に、参照用磁気センサ14bの出力が0となるので、外部磁界Bnの影響を低減することができるとともに、センサ14a、14bが磁気飽和しないような磁界強度の範囲において測定を行うことができるため、その分解能が向上しうる。   Further, according to the above-described embodiment, the feedback circuit 60 determines the current to be supplied to the feedback coil 20 so that the output of the reference magnetic sensor 14b becomes zero, so that the outputs of the pair of magnetic sensors 14a and 14b are activated. In this case, since the output of the reference magnetic sensor 14b becomes 0, the influence of the external magnetic field Bn can be reduced, and the measurement can be performed in a magnetic field intensity range in which the sensors 14a and 14b are not magnetically saturated. Therefore, the resolution can be improved.

また前述の実施例によれば、一対の磁気センサ14a、14bを用いてグラディオメータが構成されるので、測定対象となる磁界発生源が一対の磁気センサ14a、14bの1つである測定用磁気センサ14aに近接している場合において、前記一対の磁気センサ14a、14bの出力に基づいて磁界勾配を計測することで、地磁気などの遠方からの外部磁界Bnの影響を除去してS/N比を高めることが可能となる。   Further, according to the above-described embodiment, since the gradiometer is configured using the pair of magnetic sensors 14a and 14b, the magnetic field for measurement in which the magnetic field generation source to be measured is one of the pair of magnetic sensors 14a and 14b. In the case of being close to the sensor 14a, the magnetic field gradient is measured based on the outputs of the pair of magnetic sensors 14a and 14b, thereby removing the influence of the external magnetic field Bn from a distant place such as geomagnetism, and the S / N ratio. Can be increased.

また前述の実施例によれば、一対の磁気センサ14a、14bのそれぞれは磁気インピーダンスセンサであるので、たとえばナノテスラ(nT)レベルのような非常に高い分解能を有するものであるので、これらの出力を差動させ、フィードバックコイル20によって磁界Bfを印加させる場合の効果が大きくなる。   In addition, according to the above-described embodiment, each of the pair of magnetic sensors 14a and 14b is a magnetic impedance sensor, and thus has a very high resolution such as a nano Tesla (nT) level. The effect is increased when the magnetic field Bf is applied by the feedback coil 20 by making the differential.

また前述の実施例によれば、一対の磁気センサ14a、14bは、それらの指向性を示す軸が共通する直線上になるように配置されるので、外部磁界Bnが一対の磁気センサ14a、14bをいわゆる直列に貫くので、参照用磁気センサ14bの出力が外部磁界Bnに基づくものである場合に、フィードバックコイル20によって印加される磁界Bfによって測定用磁気センサ14aの出力Vout_aまたは測定用磁気センサ14aの出力を増幅するバッファアンプ38の出力V1においても外部磁界Bnの影響を低減することができる。   Further, according to the above-described embodiment, the pair of magnetic sensors 14a and 14b are arranged so that the axes indicating the directivities thereof are on a common straight line, so that the external magnetic field Bn is the pair of magnetic sensors 14a and 14b. So that the output of the reference magnetic sensor 14b is based on the external magnetic field Bn, the output Vout_a of the measurement magnetic sensor 14a or the measurement magnetic sensor 14a is determined by the magnetic field Bf applied by the feedback coil 20. The influence of the external magnetic field Bn can also be reduced at the output V1 of the buffer amplifier 38 that amplifies the output of the current.

また前述の実施例によれば、一対の磁気センサ14a、14bを構成する磁気インピーダンスセンサのそれぞれは、磁界を検知するためのアモルファスワイヤ16a、16bと、それらアモルファスワイヤ16a、16bの生ずる磁束変化を検出するコイル18a、18bとを有しており、アモルファスワイヤ16a、16bは一対のセンサ14a、14bのそれぞれに別個に設けられるので、外部磁界Bnが一対の磁気センサ14a、14bに等しく影響するように配設されることを前提としつつ、一対の磁気センサ14a、14bの設計上の自由度が向上する。   Further, according to the above-described embodiment, each of the magnetic impedance sensors constituting the pair of magnetic sensors 14a and 14b includes the amorphous wires 16a and 16b for detecting the magnetic field, and the magnetic flux change generated by the amorphous wires 16a and 16b. The coils 18a and 18b for detection are provided, and the amorphous wires 16a and 16b are provided separately for the pair of sensors 14a and 14b, respectively, so that the external magnetic field Bn affects the pair of magnetic sensors 14a and 14b equally. The degree of freedom in designing the pair of magnetic sensors 14a and 14b is improved.

続いて、本発明の別の実施例について説明する。以下の説明において、実施例相互に共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。   Subsequently, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, portions common to the embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図12は、本発明の別の実施例におけるセンサヘッド112の態様を説明する図であって、前述の実施例1におけるセンサヘッド12に対応するものである。本実施例においては、一対の磁気センサ14である測定用磁気センサ14aおよび参照用磁気センサ14bとが同軸上に配列されていない点で、両者が直列かつ一軸上に配列されていた前述の実施例1とは異なる。   FIG. 12 is a diagram for explaining an aspect of the sensor head 112 in another embodiment of the present invention, and corresponds to the sensor head 12 in the first embodiment. In the present embodiment, the measurement magnetic sensor 14a and the reference magnetic sensor 14b, which are a pair of magnetic sensors 14, are not arranged on the same axis, and both are arranged in series and on one axis. Different from Example 1.

すなわち、一対の磁気センサ14は、それらの磁気検出可能な方向(指向性)が相互に平行となる位置に配設される。好ましくは図12に示すように、外部磁界Bnを均等に受ける位置に配設されれば、その位置が限定されないので、設計上の自由度が向上する。また、フィードバックコイル20は、そのフィードバックコイル20によって印加される磁界Bfが一対の磁気センサ14のそれぞれにおいて均等に磁界を与えるものであれば、その形状は限定されない。たとえばフィードバックコイル20が前述の実施例1と同様にソレノイド状に設けられる場合には、一対の磁気センサ14は、フィードバックコイル20の長手方向に垂直な断面である円の中心から均等な位置に設けられればよい。なお、図12においては、センサヘッドの構成を明確にするため、フィードバックコイル20は省略されている。   That is, the pair of magnetic sensors 14 are disposed at positions where their magnetically detectable directions (directivity) are parallel to each other. Preferably, as shown in FIG. 12, if it is arranged at a position that receives the external magnetic field Bn evenly, the position is not limited, and the degree of freedom in design is improved. Further, the shape of the feedback coil 20 is not limited as long as the magnetic field Bf applied by the feedback coil 20 equally applies a magnetic field to each of the pair of magnetic sensors 14. For example, when the feedback coil 20 is provided in a solenoid shape as in the first embodiment, the pair of magnetic sensors 14 are provided at equal positions from the center of a circle that is a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the feedback coil 20. It only has to be done. In FIG. 12, the feedback coil 20 is omitted to clarify the configuration of the sensor head.

ここで、一対の磁気センサ14のそれぞれにおけるアモルファスワイヤ16a、16bに通電される励磁電流は、図12に示すように両アモルファスワイヤ16が電気的に並列に設けられることで通電されてもよいし、あるいは図示しないが両アモルファスワイヤ16が電気的に直列に設けられることで通電されてもよい。   Here, the exciting current energized to the amorphous wires 16a and 16b in each of the pair of magnetic sensors 14 may be energized by providing both the amorphous wires 16 in parallel as shown in FIG. Alternatively, although not shown, the two amorphous wires 16 may be energized by being electrically connected in series.

前述の実施例2のセンサヘッド112によれば、一対の磁気センサ14は、それらの指向性を示す軸が平行となるように配置されるので、外部磁界Buがそれら一対の磁気センサ14の位置において等しい分布である場合に、一対の磁気センサ14のそれぞれを略等しく貫くので、参照用磁気センサ14bの出力Vout_bまたはV2が外部磁界Bnに基づくものである場合に、フィードバックコイル20によって印加される磁界Bfによって測定用磁気センサ14aの出力Vout_aまたはV1においても外部磁界Bnの影響を低減することができる。   According to the sensor head 112 of the above-described second embodiment, the pair of magnetic sensors 14 are arranged so that the axes indicating their directivities are parallel to each other, so that the external magnetic field Bu is positioned at the position of the pair of magnetic sensors 14. If the outputs Vout_b or V2 of the reference magnetic sensor 14b are based on the external magnetic field Bn, they are applied by the feedback coil 20. The influence of the external magnetic field Bn can be reduced also in the output Vout_a or V1 of the measurement magnetic sensor 14a by the magnetic field Bf.

図13は、本発明のさらに別の実施例におけるセンサヘッド212の態様を説明する図であって、前述の実施例1におけるセンサヘッド12に対応するものである。本実施例においては、一対の磁気センサ14である測定用磁気センサ14aおよび参照用磁気センサ14bとは一軸上に配列されている一方、一対の磁気センサに共通する一本のアモルファスワイヤ116が設けられている点において、前述の実施例1とは異なる。   FIG. 13 is a diagram for explaining an aspect of the sensor head 212 according to still another embodiment of the present invention, and corresponds to the sensor head 12 according to the above-described first embodiment. In this embodiment, the measurement magnetic sensor 14a and the reference magnetic sensor 14b, which are a pair of magnetic sensors 14, are arranged on one axis, while a single amorphous wire 116 common to the pair of magnetic sensors is provided. This is different from the first embodiment described above.

すなわち、本実施例のセンサヘッド212においては、一本のアモルファスワイヤ116が測定用磁気センサ14aおよび参照用磁気センサ14bのそれぞれの測定用コイル18aおよび18bを貫いている。また、アモルファスワイヤに供給される高周波の励磁電流はその一端(図13においては左端)から供給され、他端が接地されている。すなわち、前述の実施例1と異なり、アモルファスワイヤ116が1の部材から構成されているので、前述の実施例1にあったように2本のアモルファスワイヤを電気的に接続する必要はない。なお、図13においては、センサヘッドの構成を明確にするため、フィードバックコイル20は省略されている。   That is, in the sensor head 212 of the present embodiment, one amorphous wire 116 passes through the measurement coils 18a and 18b of the measurement magnetic sensor 14a and the reference magnetic sensor 14b, respectively. The high-frequency excitation current supplied to the amorphous wire is supplied from one end (left end in FIG. 13), and the other end is grounded. That is, unlike the first embodiment described above, the amorphous wire 116 is composed of one member, so that it is not necessary to electrically connect the two amorphous wires as in the first embodiment. In FIG. 13, the feedback coil 20 is omitted to clarify the configuration of the sensor head.

本実施例のセンサヘッド212においては、一対の磁気センサ14aおよび14bを構成する磁気インピーダンスセンサ14のそれぞれは、磁界を検知するためのアモルファスワイヤ116と、アモルファスワイヤ116生ずる磁束変化を検出するコイル18とを有しており、アモルファスワイヤ116一対の磁気センサ14aおよび14bに共通した部材であることを特徴とする。このようにすれば、外部磁界は一対の磁気センサ14aおよび14bのそれぞれを磁束の漏れを少なくしつつ貫くことから、外部磁界Bnは一対の磁気センサ14a、14bに共通したものとなり、フィードバックコイル20によって印加される磁界Bfの効果が顕著となる。   In the sensor head 212 of this embodiment, each of the magnetic impedance sensors 14 constituting the pair of magnetic sensors 14a and 14b includes an amorphous wire 116 for detecting a magnetic field, and a coil 18 for detecting a magnetic flux change generated by the amorphous wire 116. The amorphous wire 116 is a member common to the pair of magnetic sensors 14a and 14b. In this way, since the external magnetic field penetrates each of the pair of magnetic sensors 14a and 14b while reducing leakage of magnetic flux, the external magnetic field Bn becomes common to the pair of magnetic sensors 14a and 14b, and the feedback coil 20 The effect of the magnetic field Bf applied by is significant.

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail based on drawing, this invention is applied also in another aspect.

例えば、前述の実施例においては、測定用センサ14a、および、参照用センサ14bといて磁気インピーダンスセンサが用いられたが、このようなセンサに限定されるものでなく、他の磁気センサであってもよい。とくに分解能が高いフラックスゲートセンサのような高精度のセンサであれば、上述の実施例の効果と同様の効果が得られる。   For example, in the above-described embodiment, the magnetic impedance sensor is used as the measurement sensor 14a and the reference sensor 14b. However, the present invention is not limited to such a sensor. Also good. In particular, if the sensor is a highly accurate sensor such as a fluxgate sensor having a high resolution, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

また、前述の実施例においては、フィードバックコイル20はソレノイド状に設けられたが、これに限定されない。一対の磁気センサ14a、14bに均等に磁界Bfを印加できるものであれば、形状は限定されない。   In the above-described embodiment, the feedback coil 20 is provided in a solenoid shape, but the present invention is not limited to this. The shape is not limited as long as the magnetic field Bf can be equally applied to the pair of magnetic sensors 14a and 14b.

また、本実施例で測定可能な微小な磁界の発生源は限定されるものでなく、さまざまな用途に利用可能である。すなわち、本実施例の磁界検出装置10の用途は前述の生体から生ずる磁界の検出に限定されるものではない。   In addition, the source of the minute magnetic field that can be measured in the present embodiment is not limited and can be used for various purposes. That is, the application of the magnetic field detection device 10 of the present embodiment is not limited to the detection of the magnetic field generated from the living body.

また、前述の実施例においては、参照用センサ14bが本発明の一方の磁気センサに対応するものとされたが、これに限定されず、測定用センサ14aが一方の磁気センサに対応してもよい。この場合、作動アンプ44の出力の正負を逆転させることにより前述の実施例と同様の結果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the reference sensor 14b corresponds to one magnetic sensor of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and the measurement sensor 14a may correspond to one magnetic sensor. Good. In this case, the same result as in the above-described embodiment can be obtained by reversing the sign of the output of the operation amplifier 44.

その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。   In addition, although not illustrated one by one, the present invention is implemented with various modifications within a range not departing from the gist thereof.

10:磁界検出装置
14:磁気センサ
14a:他方の磁気センサ(測定用磁気センサ)
14b:一方の磁気センサ(参照用磁気センサ)
20:フィードバックコイル
60:フィードバック回路
Bf:フィードバックコイルが生ずる磁界
ΔB:検出対象が生ずる磁界
10: Magnetic field detector 14: Magnetic sensor 14a: The other magnetic sensor (magnetic sensor for measurement)
14b: One magnetic sensor (magnetic sensor for reference)
20: Feedback coil 60: Feedback circuit Bf: Magnetic field generated by the feedback coil ΔB: Magnetic field generated by the detection target

Claims (6)

磁気を検出するための一対の磁気センサを有し、
該一対の磁気センサの出力を差動させて磁界の検出を行なう磁界検出装置であって、
前記一対の磁気センサに共通する磁界を印加可能なフィードバックコイルと、
前記一対の磁気センサのうちの一方の磁気センサの出力信号に基づいて該フィードバックコイルに電流を供給するフィードバック回路とをさらに有すること、
を特徴とする磁界検出装置。
Having a pair of magnetic sensors for detecting magnetism;
A magnetic field detection device that detects a magnetic field by differentiating outputs of the pair of magnetic sensors,
A feedback coil capable of applying a magnetic field common to the pair of magnetic sensors;
A feedback circuit for supplying a current to the feedback coil based on an output signal of one of the pair of magnetic sensors;
Magnetic field detection device characterized by the above.
前記フィードバック回路は、前記一方の磁気センサの出力が0となるように前記電流を決定すること、
を特徴とする請求項1に記載の磁界検出装置。
The feedback circuit determines the current so that an output of the one magnetic sensor becomes zero;
The magnetic field detection apparatus according to claim 1.
前記一対の磁気センサを用いたグラディオメータを有すること
を特徴とする請求項1または2に記載の磁界検出装置。
The magnetic field detection apparatus according to claim 1, further comprising a graviometer using the pair of magnetic sensors.
前記一対のセンサのそれぞれは磁気インピーダンスセンサであること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の磁界検出装置。
4. The magnetic field detection device according to claim 1, wherein each of the pair of sensors is a magnetic impedance sensor. 5.
前記一対のセンサは、それらの指向性を示す軸が平行となるように、配置されること、
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の磁界検出装置。
The pair of sensors are arranged so that axes indicating their directivities are parallel,
The magnetic field detection apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記一対のセンサは、それらの指向性を示す軸が共通する直線上になるように、配置されること、
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の磁界検出装置。
The pair of sensors are arranged so that their directivity axes are on a common straight line,
The magnetic field detection apparatus according to any one of claims 1 to 4.
JP2015186179A 2015-09-23 2015-09-23 Magnetic field detector Pending JP2017062122A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015186179A JP2017062122A (en) 2015-09-23 2015-09-23 Magnetic field detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015186179A JP2017062122A (en) 2015-09-23 2015-09-23 Magnetic field detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017062122A true JP2017062122A (en) 2017-03-30

Family

ID=58429456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015186179A Pending JP2017062122A (en) 2015-09-23 2015-09-23 Magnetic field detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017062122A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108469593A (en) * 2018-04-02 2018-08-31 南京麦科尼传感技术有限公司 A kind of comprehensive magnetic field gradient sensor of high-resolution orthogonal fluxgate based on amorphous wire orthogonal array
JP2018189609A (en) * 2017-05-11 2018-11-29 矢崎総業株式会社 Magnetic field detection sensor
JP2019045496A (en) * 2017-08-31 2019-03-22 旭化成エレクトロニクス株式会社 Measurement device and measurement method
WO2020040168A1 (en) * 2018-08-22 2020-02-27 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program
US11497425B2 (en) 2019-03-08 2022-11-15 Asahi Kasei Microdevices Corporation Magnetic field measurement apparatus
US11927646B2 (en) 2018-12-26 2024-03-12 Asahi Kasei Microdevices Corporation Magnetic field measuring apparatus

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5122744A (en) * 1990-10-09 1992-06-16 Ibm Corporation Gradiometer having a magnetometer which cancels background magnetic field from other magnetometers
JPH05232202A (en) * 1992-02-25 1993-09-07 Fujitsu Ltd Software gradiometer
JPH06138197A (en) * 1992-10-30 1994-05-20 Hitachi Ltd Differential type squid fluxmeter and squid flux meter system using it
JP2003149311A (en) * 2001-11-16 2003-05-21 Nippon Steel Corp Wide band active magnetic shield method
JP2004347501A (en) * 2003-05-23 2004-12-09 Fuji Electric Holdings Co Ltd Current sensor
JP2012185103A (en) * 2011-03-07 2012-09-27 Nagoya Univ Magnetic detector
JP2015059823A (en) * 2013-09-18 2015-03-30 フジデノロ株式会社 Magnetic material detection device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5122744A (en) * 1990-10-09 1992-06-16 Ibm Corporation Gradiometer having a magnetometer which cancels background magnetic field from other magnetometers
JPH05232202A (en) * 1992-02-25 1993-09-07 Fujitsu Ltd Software gradiometer
JPH06138197A (en) * 1992-10-30 1994-05-20 Hitachi Ltd Differential type squid fluxmeter and squid flux meter system using it
JP2003149311A (en) * 2001-11-16 2003-05-21 Nippon Steel Corp Wide band active magnetic shield method
JP2004347501A (en) * 2003-05-23 2004-12-09 Fuji Electric Holdings Co Ltd Current sensor
JP2012185103A (en) * 2011-03-07 2012-09-27 Nagoya Univ Magnetic detector
JP2015059823A (en) * 2013-09-18 2015-03-30 フジデノロ株式会社 Magnetic material detection device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018189609A (en) * 2017-05-11 2018-11-29 矢崎総業株式会社 Magnetic field detection sensor
JP2019045496A (en) * 2017-08-31 2019-03-22 旭化成エレクトロニクス株式会社 Measurement device and measurement method
JP2019179038A (en) * 2017-08-31 2019-10-17 旭化成エレクトロニクス株式会社 Measurement device and measurement method
JP7222814B2 (en) 2017-08-31 2023-02-15 旭化成エレクトロニクス株式会社 Measuring device and method
CN108469593A (en) * 2018-04-02 2018-08-31 南京麦科尼传感技术有限公司 A kind of comprehensive magnetic field gradient sensor of high-resolution orthogonal fluxgate based on amorphous wire orthogonal array
WO2020040168A1 (en) * 2018-08-22 2020-02-27 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetic field measurement device, magnetic field measurement method, and magnetic field measurement program
JP6664568B1 (en) * 2018-08-22 2020-03-13 旭化成エレクトロニクス株式会社 Magnetic field measuring device, magnetic field measuring method, magnetic field measuring program
US11927646B2 (en) 2018-12-26 2024-03-12 Asahi Kasei Microdevices Corporation Magnetic field measuring apparatus
US11497425B2 (en) 2019-03-08 2022-11-15 Asahi Kasei Microdevices Corporation Magnetic field measurement apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2017062122A (en) Magnetic field detector
JP5429717B2 (en) Magnetic detector
US10613120B2 (en) Current measurement device
CN108351390B (en) Magnetic field detection device and magnetic field detection method
JP6281677B2 (en) Magnetic measuring device
JP5116433B2 (en) Magnetic detector for detecting variable magnetic fields
CN104849679A (en) Magnetic probe and magnetic field sensor having same
JP2014190774A (en) Magnetic measuring device
JP6422012B2 (en) Magnetic detector
JP6413111B2 (en) Magnetic detection device
WO2016143504A1 (en) Magneto-impedance (mi) magnetic sensor
JP4961623B2 (en) Magnetic sensor
JP2004257904A (en) Electric current probe
JP7256529B2 (en) Gradient magnetic field sensor
KR102527257B1 (en) Vehicle Battery Current Sensing System
JP7007700B2 (en) Magnetic measuring device
KR100601818B1 (en) Magnetometer with flux gate magnetic sensor for measuring pole low magnetic field and signal processing method for measuring pole low magnetic field
JP6460079B2 (en) MI magnetic sensor
JP6952986B2 (en) Gradient magnetic field sensor
KR102656037B1 (en) Magnetic-field detecting apparatus
JP2019045275A (en) Magnetic detector
EP3428661A1 (en) Device for average current measurements of pulsed electrical signals
JP6381341B2 (en) Magnetic sensor, magnetic detection device, and method of manufacturing magnetic sensor
CN117413196A (en) Magnetic measuring device
JP2009047463A (en) Magnetism detector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180921

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190710

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190716

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190913

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200114

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200804