JP2023051622A

JP2023051622A - 超音波磁気センサ

Info

Publication number: JP2023051622A
Application number: JP2021175947A
Authority: JP
Inventors: 櫟何; Li He
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-04-11

Abstract

【課題】強い磁場測定をために、超音波磁気センサを提供することにある。。【解決手段】図３に示すように、波形発生器１で発生した交流電流がコイル２に流れ、磁場が加わるとアンペールの法則によりコイル２が力を受け、振動し，超音波が発生する。超音波受信センサ３は、その超音波を検出してＡＣ出力信号を与えるためのものである。ＡＣ出力信号の振幅は磁場に比例する。ロックインアンプ５は、ＡＣ出力信号の振幅を得るために使用される。このようにして、磁場を測定することができる。磁場の測定範囲は、信号発生器１で発生させる交流電流の振幅や、コイル２の巻き数を変えることで容易に調整できる。【選択図】図３

Description

本発明は、強い磁場を測定でき、かつ超音波による新しい磁気センサに関するものである。

特許文献１に記載されている磁気光学素子は、通常、強磁場の測定によく使用される。しかし、この磁気光学素子は大きく、複雑で、高価である。

特開平４５－３１５０７４号公報

本発明は、強い磁場を測定でき、かつ超音波によるシンプルで安価な新しい磁気センサである。故にこの磁気センサは、装置が大きく、複雑で高価な磁気光学素子の課題を解決するものである。

図１はこの超音波磁気センサの原理を示したものである。波形発生器１は周波数ｆの交流電流を発生させ，その交流電流はコイル２に流れる。コイル２の電流が磁場によって受ける力により、コイル２は力を受けて周波数ｆで振動し、それによって周波数ｆの超音波が発生する。超音波受信センサ３は、この超音波を検出するために使用される。超音波の振幅は、磁場の強さに比例し、超音波センサ３の出力信号から、磁場を測定することが可能である。

例えば、巻数が５０回のコイルには、４０ｋＨｚで２００ｍＡの振幅の電流が流れる。図２（ａ）は、磁場がないときの超音波センサの出力信号である。図２（ｂ）は，磁束密度が０．１８Ｔのときの超音波センサの出力信号，図２（ｃ）は，磁束密度が０．２７Ｔのときの超音波センサの出力信号である。これらの結果は、この方法で磁場を測定することが十分可能であるということを証明している。

超音波磁気センサを用って、強い磁場の測定装置を構築し、図３にそれを示す。測定装置では、超音波センサからの信号を増幅するためにアンプ４を使用した。その信号の振幅を得るためにロックインアンプ５を使用した。図４は加えた磁場によって変化する装置の出力信号の電圧を示している。図４より、出力電圧と磁場には線形応答が見られ、電圧と磁場が比例関係であることが分かる。

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本発明である超音波磁気センサは、強い磁場を測定するために使用することができる。適切に電流振幅とコイルの巻き数を変動させることで、磁場の測定範囲を調整することが可能であり、磁束密度が数十テスラの強い磁場の測定も可能である。

図１は超音波磁気センサの原理図である。図２は異なる磁場に対する超音波センサの出力信号である。（ａ）磁束密度が０Ｔの時の信号。（ｂ）．磁束密度が０．１８Ｔのときの信号（ｃ）．磁束密度が０．２７Ｔのときの信号。図３は超音波磁気センサを用いた強い磁場測定装置のブロック図である。図４は強磁場測定装置の磁場に対する出力応答である。図４は超音波磁気センサを遮音ボックスに入れることで、環境ノイズの影響を軽減することができ、かつ磁場は遮音ボックスを貫通することができるので磁場が影響されることなく精密に測定できることを示す図である。

図３に示すように、波形発生器１で生成された４０ｋＨｚの交流電流は、巻き数が５０のコイル２に流れる。磁場をかけると、コイルは交流の周波数と同じ４０ｋＨｚの周波数で振動し、同じく４０ｋＨｚの超音波が発生する。図２に示すように超音波受信センサ３は、その超音波を検出し、その振幅に出力信号を与えるためのものである。加えた磁場に対する４０ｋＨｚの出力信号の振幅は比例関係にある。

４０ｋＨｚの信号の振幅は、ロックインアンプ５を用いて取得できる。図４に示すように，超音波磁気センサの出力電圧は，磁場と比例する。超音波磁気センサ６を図５のような遮音ボックス７に入れることで環境ノイズの影響を低減させることができる。

本発明は、シンプルで小さく、安価な構造で強い磁場を測定することができる磁気センサを提供する。本発明を用いることで、産業界で一般的に使用されているような強力な磁石の磁場を測定することが可能である。

１波形発生器
２コイル
３超音波受信センサ
４増幅器
５ロックインアンプ
６超音波磁気センサ本体
７遮音ボックス

Claims

コイルと、このコイルに交流電流を供給する波形発生器と、発生した超音波を受信する超音波受信センサと、信号を顕著にする増幅器と、ロックインアンプと、を備える超音波磁気センサ。
前記コイルに、磁場と交流電流によって生じる力が交互に加わることにより、前記コイルが振動する現象を利用した音波及び超音波発生方式。
前記超音波磁気センサにて使用する方形または円形であり、基板上に作られたまたは銅線で巻かれているものであり、直径が１ｍｍ～５ｃｍ、巻き数が１～１０００であるの前記コイル。