JP2017181412A - 磁気センサ、及び、磁気計測装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る磁気センサ1(磁気センサ5〜9)及び磁気計測装置2の一実施形態について、図面を参照して説明する。図1に示すように、磁気計測装置2は、プローブ部2A、及び、計測部2Bを備えている。プローブ部2Aは、後述する磁気センサ1A、1B(以下、総称して「磁気センサ1」という。)を有する。プローブ部2Aは、外部磁界を検出可能な磁気グラジオセンサである。プローブ部2Aの構成の詳細は後述する。計測部2Bはプローブ部2Aを駆動する。
以上のように、磁気計測装置2のプローブ部2Aは、同一形状を有する磁気センサ1A、1Bを有する。磁気センサ1Aは参照用のセンサとして用いられ、磁気センサ1Bは計測用のセンサとして用いられる。磁気センサ1A、1Bは、所謂グラジオセンサを形成する。磁気計測装置2の計測部2Bは、磁気センサ1Bに作用する外部磁界のうち長手方向Lの成分(外部磁界Bmes)の大きさを、第1コイル11A、11Bの誘導起電力Ea,Ebに基づいて特定できる。より詳細には、計測部2Bは、第1コイル11A、11Bの誘導起電力Ea,Ebの差が大きい程、外部磁界Bmesが大きいと特定できる。この場合、磁性材料10A、10Bに一様に作用する環境磁界の影響を排除できる。このため、磁気計測装置2は、外部磁界Bmesを高い精度で計測できる。
図4を参照し、磁気センサ5について説明する。磁気センサ5は、磁性材料50、第1コイル51、第2コイル52、及び、ボビン53を備えている。磁気センサ5、磁性材料50、第1コイル51、及び、第2コイル52は、それぞれ、上記の説明における磁気センサ1、磁性材料10、第1コイル11、及び、第2コイル12に対応する。
磁気センサ5の第2コイル52に対し、計測部2Bのパルス生成器22からパルス電流Ieが通電された場合を例に挙げる。この場合、第2コイル52は、パルス電流Ieの通電に応じて誘起磁界を生じさせる。誘起磁界は、芯部54に沿った周回方向を向く。このため、誘起磁界は、長手方向Lと直交する。又、誘起磁界は、芯部54内に集中的に分布し、芯部54から外部に漏れにくい。なお、磁性材料50の一部は芯部54内に配置される。このため、誘起磁界の直交方向Vの成分である誘起磁界Beは、磁性材料50に効率よく作用する。
図5を参照し、磁気センサ6について説明する。磁気センサ6が磁気センサ5(図4参照)と異なる点は、磁気センサ5におけるボビン53と同一形状を有する磁性材料60が、ボビン53の代わりに用いられ、磁気センサ5における磁性材料50が用いられない点である。第1コイル51、第2コイル52、及び、芯部54の構成は、磁気センサ5の場合と同一である。磁性材料60と芯部54とは、略同一形状となる。磁性材料60全体は、芯部54内に配置される。なお、第1コイル51及び第2コイル52と磁性材料60とは絶縁される。
磁気センサ6では、第2コイル52によって生じる誘起磁界は、磁性材料60に沿った周回方向を向く。このため、誘起磁界は、磁性材料60の中心軸の延びる方向(長手方向L)と直交する。又、磁性材料60全体が芯部54内に配置される。更に、誘起磁界は、芯部54内に集中的に分布し、芯部54から外部に漏れにくい。このため、誘起磁界の直交方向Vの成分である誘起磁界Beは、磁性材料60全体に効率よく作用する。従って、磁気センサ6は、外部磁界Bmesを計測するときの感度を更に向上させることができる。
図6を参照し、磁気センサ7について説明する。磁気センサ7は、磁性材料70、第1コイル71、第2コイル72、及び、ボビン73を備えている。磁気センサ7、磁性材料70、第1コイル71、及び、第2コイル72は、それぞれ、上記の説明における磁気センサ1、磁性材料10、第1コイル11、及び、第2コイル12に対応する。
磁気センサ7では、第1コイル71A〜71Fがそれぞれ磁性材料70A〜70Fに巻回され、更に、第1コイル71A〜71Fは直列に接続される。これによって、磁気センサ7は、第1態様と同様の効果に加え、磁性材料70Aから発生する微弱な一過性磁界を、第1コイル71の誘導起電力Eに基づいて更に高い精度で検出できる。従って、磁気センサ7は、外部磁界Bmesを更に高い精度で検出できる。
図7を参照し、磁気センサ8について説明する。磁気センサ8は、磁気センサ8A、8Bを備えている。磁気センサ8A、8Bは、それぞれ、上記実施形態における磁気センサ1A、1Bに対応する。このため、磁気センサ8Aは参照用のセンサとして用いられ、磁気センサ8Bは計測用のセンサとして用いられる。
磁気センサ8A、8Bは、それぞれ、第3実施形態と同様の効果を奏する。又、磁気センサ8A、8Bがプローブ部2Aに設けられた場合、磁性材料80、85に一様に作用する環境磁界の影響を、基準位置Cに対して一方側に配置された磁性材料80と、他方側に配置された磁性材料85とで対称にできる。又、基準位置Cを基準として互いに点対称の関係を有する磁性材料80、85のそれぞれについて、基準位置Cを基準として互いに点対称の関係を有する第1コイル81、86によって、一過性磁界を計測する。このため、磁性材料80が参照用として用いられ、且つ、磁性材料85が測定用として用いられたグラジオセンサが構成されることによって、環境磁界を好適に相殺することができる。従って、磁気センサ8による外部磁界Bmesの計測を、更に高い精度で行うことが可能となる。
図8を参照し、磁気センサ9について説明する。磁気センサ9は、磁性材料90、第1コイル91、及び、第2コイル92を備えている。磁気センサ9、磁性材料90、第1コイル91、及び、第2コイル92は、それぞれ、上記の説明における磁気センサ1、磁性材料10、第1コイル11、及び、第2コイル12に対応する。
第2コイル92は、パルス電流Ieの通電に応じて誘起磁界を生じさせる。誘起磁界は、芯部94内に発生する。磁気センサ9において、磁性材料90全体が芯部94に含まれる。又、誘導磁界の向きは、第2コイル92の素線の延びる方向と直交する。なお、この方向は、磁性材料90の長手方向Lと直交する。このため、第2コイル92は、誘起磁界の直交方向Vの成分である誘起磁界Beを、磁性材料90に効率よく作用させることができる。
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上記において、磁性材料10として、磁気異方性を有する固体材料が用いられた。磁性材料10として、磁気異方性を有する液体材料が用いられてもよい。又、磁性材料として、磁気異方性を有する固体及び液体の複合物が用いられてもよい。例えば、磁気異方性を有する粒子を含有するイオン液体などのように、磁気異方性を有する液体を所定の容器に含むような構成とすることも可能である。又、アモルファス材料と上記イオン液体との複合物として設けることも可能である。更に、磁性材料10として、アモルファス性以外の様々な材料を用いることができる。例えば、アモルファス性以外の磁性材料10として、ナノ結晶軟磁性合金、パーマロイ、フェライト等が挙げられる。
2 :磁気計測装置
2B :計測部
10、50、60、70、80、85、90 :磁性材料
11、51、71、81、86、91 :第1コイル
12、52、72、82、87、92 :第2コイル
54、74、84、89、94 :芯部
Claims (12)
- 長手状の部材であって、磁気異方性を有する固体、液体、及び、前記固体と前記液体との複合物の少なくとも何れかを含む磁性材料と、
前記磁性材料の磁気モーメントのうち、前記磁性材料の長手方向の成分の時間的変化を検出する少なくとも1つの第1コイルと、
前記長手方向と直交する直交方向の成分を有する誘起磁界を、通電によって生じさせる少なくとも1つの第2コイルと、
を備えた磁気センサであって、
前記磁性材料の前記磁気モーメントは、
前記長手方向の成分を有する磁界が作用しない状態で、前記直交方向と一致し、
前記長手方向の成分を有する磁界が作用した状態で、前記長手方向の成分を有し、
前記誘起磁界が生じた状態で、前記直交方向の何れかの向きと一致し、
前記磁性材料の少なくとも一部は、前記少なくとも1つの第2コイルの芯部に配置され、
前記芯部は、
1つの第2コイルの内側の部分、又は、
磁気的に結合した複数の第2コイルのそれぞれの内側の部分、及び、前記複数の第2コイルの間の部分を含む共通部分
を示すことを特徴とする磁気センサ。 - 前記磁性材料は、アモルファス材料であることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
- 前記磁性材料は、少なくとも1つのアモルファスワイヤを含むことを特徴とする請求項2に記載の磁気センサ。
- 前記芯部の形状は環状であることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の磁気センサ。
- 前記磁性材料は板状であり、
前記少なくとも1つの第2コイルは、前記磁性材料に巻回されることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の磁気センサ。 - 前記少なくとも1つの第1コイルと前記少なくとも1つの第2コイルとのそれぞれの素線の延びる方向が互いに直交し、且つ、前記少なくとも1つの第2コイルの素線の延びる方向と前記長手方向とが一致することを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の磁気センサ。
- 前記磁性材料、及び、前記少なくとも1つの第1コイルは、
前記磁性材料の前記長手方向における略中心の基準位置を基準として対称の形状を有することを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の磁気センサ。
- 請求項1から7の何れかに記載の前記磁気センサと、
前記磁気センサに接続され、前記磁気センサに作用する外部磁界を計測する計測部と
を備えたことを特徴とする磁気計測装置。 - 前記計測部は、前記少なくとも1つの第2コイルにパルス電流を通電させる通電部を有し、
前記少なくとも1つの第2コイルは、
前記通電部によって前記パルス電流が通電されることに応じて前記誘起磁界を発生させることを特徴とする請求項8に記載の磁気計測装置。 - 前記通電部は、
前記少なくとも1つの第2コイルに前記パルス電流を通電させることに応じて、前記誘起磁界の向きを周期的に反転させることを特徴とする請求項9に記載の磁気計測装置。 - 前記計測部は、前記パルス電流の通電時および非通電時における前記少なくとも1つの第1コイルの起電力を検出する検出部を備え、
前記パルス電流の通電時および非通電時における前記起電力の差の大きさの最大値は、外部磁界の前記長手方向に成分の大きさに一意に対応することを特徴とする請求項9又は10に記載の磁気計測装置。 - 請求項7に記載の前記磁気センサと、
前記基準位置に対して一方側の前記第1コイルを、外部磁界の計測用として用い、他方側の前記第1コイルを、参照用として用い、勾配磁界検出方式に基づいて前記外部磁界を計測する計測部と
を備えたことを特徴とする磁気計測装置。
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