JP4089985B2

JP4089985B2 - 多ヘッド型磁界センサ

Info

Publication number: JP4089985B2
Application number: JP20853397A
Authority: JP
Inventors: 一実豊田
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JPH1138108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアモルファス磁性エレメントを用いた多ヘッド型磁界センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファス合金ワイヤとして、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが開発されている。例えば、Ｃｏ_７０．５Ｂ_１５Ｓｉ_１０Ｆｅ_４．５が開発されている。
【０００３】
かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波電流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因し、従って、周方向透磁率μθも同外殻部の円周方向の磁化に依存する。
【０００４】
この通電中のアモルファスワイヤにワイヤ軸方向の外部磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と外部磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。
【０００５】
上記の通電電流の周波数がMHzオ−ダになると、高周波表皮効果を無視し得なくなり、表皮深さδ＝（２ρ／wμθ）^１／２（μθは前記した通り、円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数)がμθにより変化し、このμθが前記した通り、外部磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も外部磁界で変動するようになる。
そこで、外部磁界による上記インダクタンス電圧分と抵抗電圧分の双方、すなわち、ワイヤ両端間出力電圧の変動（以下、ＭＩ効果という）から外部磁界を検出することが提案されている（特開平７−１８１２３９号）。
【０００６】
更に、アモルファス磁性エレメントの二個を共通の絶縁基板上に配設すると共に各アモルファス磁性エレメントにバイアスコイルを並設した２ヘッドＭＩ型磁界センサの各ヘッドをダブルハ−トレ−発振回路の各トランジスタ−Ｔｒ、Ｔｒのコレクタ−側に組み込み、外部磁界を各トランジスタ−のコレクタ−電圧として増幅検波させ、この検波出力を差動回路に入力させ、更に増幅回路を経てセンサ出力として取り出し、各ヘッドのバイアス磁界の方向を同方向とすることにより外部勾配磁界を検出し、各ヘッドのバイアス磁界の方向を互いに逆方向とすることにより外部一様磁界を検出することも提案されている。
この２ヘッド型磁界センサ方式によれば、差動回路方式であるために、コモンモ−ドノイズを相殺でき、零点調整が不要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の２ヘッド型磁界センサでは、各アモルファス磁性エレメントに対してバイアスコイルを配設する必要があり、このバイアスコイルのために、センサの小型化を図ることが難しい。
また、電極には銅等の通常の電極材を使用しており、電極とアモルファス磁性エレメントとの接合が困難であり、通常のはんだ接合方式は使用し難く、このため、例えば、アモルファス磁性エレメントの端部を、はんだ濡れ性の良好な導電材料からなる補助部材で挾持した状態にて接合部のはんだ付けを行うことが提案されているが（特開平８−２３６１６７号）、はんだ接合部の嵩高化が避けられず、かかる面からもセンサの小型化が困難である。
【０００８】
本発明の目的は、アモルファス磁性エレメントを電極間に接続し、該エレメントに電流を流し、アモルファス磁性エレメントを通過する外部磁界をバイアス磁界の重畳のもとで上記アモルファス磁性エレメントの両端間電圧で検波する磁界センサヘッドの複数箇を配設し、これら磁界センサヘッドの検波出力の差で上記複数箇の磁界センサヘッドにわたる分布外部磁界を検出する多ヘッド型磁界センサの小型化を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る多ヘッド型磁界センサは、アモルファス磁性エレメントを電極間に接続し、該エレメントに電流を流し、アモルファス磁性エレメントを通過する外部磁界をバイアス磁界の重畳のもとで上記アモルファス磁性エレメントの両端間電圧で検波する磁界センサヘッドの２箇を平行に配設し、これら磁界センサヘッドの検波出力の差で上記複数箇の磁界センサヘッドにわたる分布外部磁界を検出する左右対称の２ヘッド型磁界センサであり、互いに平行な二本の左右のアモルファス磁性エレメントの間隔が１．５〜４．０ｍｍとされ、これら電極のうち各アモルファス磁性エレメントの先端に接続された電極の先端側がかぎ状とされ、これら電極のかぎ状部分で前記の平行アモルファス磁性エレメントが左右から挟まれており、前記電極が磁化された磁性体とされ、この磁化電極の静磁界が上記バイアス磁界として作用させることを特徴とする。
請求項２に係る多ヘッド型磁界センサは、アモルファス磁性エレメントを電極間に接続し、該エレメントに電流を流し、アモルファス磁性エレメントを通過する外部磁界をバイアス磁界の重畳のもとで上記アモルファス磁性エレメントの両端間電圧で検波する磁界センサヘッドの複数箇（２箇は除く）を平行に配設し、これら磁界センサヘッドの検波出力の差で上記複数箇の磁界センサヘッドにわたる分布外部磁界を検出する多ヘッド型磁界センサにおいて、磁界センサヘッドの配設ピッチを１．５〜４．０ｍｍとし、各磁界センサヘッドの電極に磁化した磁性体を用い、この磁化電極の静磁界を上記バイアス磁界として作用させることを特徴とする
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明に係る２ヘッド型磁界センサの一例を示す平面図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図１において、１は絶縁基板、例えば、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板等である。２ａ，２ｂは磁性体からなる一対のバ−状電極であり、二組を左右対称に配設し、各組の一方の電極２ａの先端側をかぎ状とし、両電極の先端側を絶縁基板１の片面側に固定し、両電極２ａ，２ｂの先端２１ａ，２１ｂ間を結ぶ方向をバ−状電極の方向に一致させてある。これら各組のバ−状電極２ａ，２ｂは先端２１ａ，２１ｂ間に所定方向及び大きさの静磁界を作用させるように磁化してある。３は各組のバ−状電極の先端２１ａ，２１ｂ間に溶接により接続したアモルファス磁性ワイヤである。
Ａ及びＡは上記一対の磁化電極とアモルファス磁性エレメントとからなる磁界センサヘッドを示している。
【００１１】
上記のアモルファス磁性ワイヤ３には、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向である磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用される。
【００１２】
図２は本発明に係る２ヘッド型磁界センサによる勾配外部磁界の検出方法を示している。
図２において、４，４は２ヘッド型磁界センサの各センサヘッドＡ_１、Ａ_２に接続した発振回路、例えば、ハ−トレ−型発振回路、５は両センサヘッドＡ_１、Ａ_２のアモルファス磁性ワイヤ３に電流を流すために組み込んだ電源、６１及び６２は発振回路４から取り出した外部磁界の振幅変調波を包絡線検波するショットキ−バリアダイオ−ドと低域通過フィルタ−、７はセンサヘッドに対する上記各包絡線検波の直流変換値の差を出力する差動回路、８は増幅器をそれぞれ示している。
Ｈｅｘ_１及びＨｅｘ_２は勾配外部磁界中、各センサヘッドＡ_１，Ａ_２のアモルファス磁性エレメント３の軸方向を通過する局部磁界を示している。
【００１３】
図２において、両センサヘッドＡ_１，Ａ_２の電極の磁化によるバイアス磁界Ｈｂ_１，Ｈｂ_２は、大きさが等しく同方向とされている。
従って、電源５による各センサヘッドＡ_１，Ａ_２のアモルファス磁性エレメント３，３への通電下、各アモルファス磁性エレメント３，３の両端間にＭＩ効果で外部磁界信号を発生させ得、この外部磁界信号で発振回路４，４のトランジスタ−Ｔｒをオン・オフさせ、外部磁界信号で振幅変調された電圧を各発振回路４，４のＴｒのエミッタ−側に出現させ得、この振幅変調波をショットキ−バリアダイオ−ドと低域通過フィルタ−とで包絡線検波し、直流に変換して差動回路７で両直流入力の差を発生させる。
而して、上記のＨｅｘ_１とＨｅｘ_２とに差があれば、各センサヘッドＡ_１，Ａ_２に対する各発振回路の発振電圧の差のために差動回路７が出力されて勾配磁界が検出される。
これに対し、一様磁界、すなわちＨｅｘ_１＝Ｈｅｘ_２の外部磁界では、各発振回路の発振電圧に差が無いために検出されず、地磁気のようなノイズ磁界は相殺できる。従って、空間的に変化する磁界のみを高感度で検出できる。
【００１４】
上記において、両センサヘッドＡ_１，Ａ_２の電極の磁化によるバイアス磁界を逆方向とすれば、一様磁界に対する各センサヘッドに対する各発振回路の発振電圧に差が生じるから、一様外部磁界の検出が可能となる。
【００１５】
上記のように、本発明に係る２ヘッド型磁界センサにおいては、バイアスコイルを用いることなく、磁性電極の磁化による静磁界をバイアス磁界として勾配外部磁界や一様外部磁界を検出できる。
本発明に係る多ヘッド型磁界センサにおいては、電極に磁性材を使用しているから、アモルファス磁性エレメントと電極との溶接を強固に行うことができる（アモルファス磁性ワイヤが破断するほど強固な溶接が可能）。これに対して、電極が通常の電極材である銅の場合、アモルファス磁性エレメントとの溶接は不可であり、既述した通り、特殊なはんだ付けに依存せざるを得ず、接合箇所の嵩高化が避けられないが、本発明では当該接合部を充分にコンパクトにできる。
【００１６】
なお、磁性材とアモルファス磁性エレメントとの溶接を強固に行い得る理由としては、磁性材とアモルファス磁性エレメントとは鉄、コバルト、クロ−ム等の共通する原子を有し、電子レベルでの結合が推定できる。
かかる磁性材料としては、次ぎの硬質磁性材や反硬質磁性材を挙げることができる。
（１）硬質磁性材
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｏ合金（Ｃｏ２０重量％，Ｎｉ８０重量％）、パ−マロイ（Ｆｅ１０重量％，Ｎｉ９０重量％）、スパ−マロイ（Ｆｅ５０重量％，Ｎｉ５０重量％）、コバ−ル（Ｃｏ１７〜１８重量％，Ｎｉ２８〜２９重量％，残部Ｆｅ）。
（２）半硬質磁性材
１７％Ｃｒ鋼（Ｃ０．７重量％，Ｃｒ２．５重量％，Ｃｏ１７重量％，残部Ｆｅ）、３６％Ｃｏ鋼（Ｃ０．７重量％，Ｃｒ４重量％，Ｃｏ３６重量％，残部Ｆｅ）、バイカロイ系合金（Ｖ１０〜２０重量％，Ｃｒ１０〜２０重量％，Ｃｏ５２重量％，残部Ｆｅ）、Ｐ−６合金（Ｖ４重量％，Ｃｏ４５重量％，Ｎｉ６重量％，残部Ｆｅ）Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ合金（Ａｌ９重量％，Ｃｏ微量，Ｃｕ微量，Ｎｉ１４〜１８重量％）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｔｉ合金（Ｔｉ３重量％，Ｍｎ１２〜１３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ合金（Ｍｎ１２．５重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎ合金（Ｎ若干，Ｃｒ７重量％，Ｍｎ１２重量％，Ｃｏ若干，Ｍｏ若干，残部Ｆｅ）、マルエ−ジング鋼（Ｃｏ０．０１重量％，Ａｌ０．１６重量％，Ｓｉ０．１重量％，Ｐ０．００７重量％，Ｔｉ１９．７重量％，Ｍｎ０．１８重量％，Ｃｏ１２．１５重量％，Ｎｉ１９．７４重量％，Ｍｏ３．１３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金（Ｓｉ１．５重量％，Ｃｒ２５〜３５重量％，Ｃｏ１０重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ合金（Ｃｏ１２重量％，Ｍｏ８重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｃｒ合金（Ｃｒ６〜９重量％，Ｃｏ２２重量％，Ｎｉ１４〜１１，残部Ｆｅ）、炭素鋼（Ｃ０．５重量％，残部Ｆｅ）、ＦＮＣ合金（Ｎｉ１６〜１８重量％，Ｃｕ６重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｏ合金（Ｍｎ５〜１０重量％，Ｃｏ１３〜２０重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｔｉ合金（Ａｌ３〜４．５重量％，Ｔｉ若干，Ｎｉ１４〜２３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ（Ｃｏ２０〜２５重量％，Ｎｉ１２重量％、Ｃｒ７〜５重量％，Ｃｕ３重量％，残部Ｆｅ）、リカロイ（Ｎｂ３．１重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｖ合金（Ｖ０．９重量％，Ｃｏ１６．３重量％，Ｃｕ２０．９重量％，残部Ｆｅ）、Ｃｏ−Ｃｒ鋼（Ｃ０．８０〜０．８４重量％，Ｃｒ４．４〜４．６重量％，Ｍｎ０．５〜０．６重量％，Ｃｏ１４〜１５重量％，残部Ｆｅ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｕ合金（Ｆｅ１２重量％，Ａｕ６重量％，残部Ｃｏ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｔｉ合金（Ｔｉ３重量％，Ｆｅ１２重量％，残部Ｃｏ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂｅ合金（Ｂｅ１．３重量％，Ｆｅ１０．２重量％，残部Ｃｏ）、ニブコロイ（Ｆｅ１２重量％，Ｎｂ３重量％，残部Ｃｏ）、Ｆｅ−Ｃｕ合金（Ｆｅ６０重量％，残部Ｃｕ）、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｎ合金（Ｍｎ１．７重量％，Ｆｅ８０重量％，残部Ｃｕ）等。
【００１７】
本発明に係る多ヘッド型磁界センサにおいてアモルファス磁性エレメントには、上記アモルファス磁性ワイヤ（外径は、通常φ２０μｍ〜φ５０μｍ）以外に、基板上に真空蒸着やイオンスパッタリング等により形成したアモルファス磁性薄膜（厚み０．００１〜５μｍ）を使用することもできる。
上記の実施例では、磁界センサヘッドの個数を二個としているが、図３に示すように、二個以上とすることもでき、この場合、ヘッドのピッチＰは通常１．５〜４．０ｍｍとされる。更に、絶縁基板の両面に複数箇の磁界センサヘッドを配設することもできる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係るＭＩ式の多ヘッド型磁界センサにおいては、各ヘッドの電極に磁性材を用い、この電極の磁化による静磁界を各ヘッドのバイアス磁界として使用しており、バイアスコイルを省略でき、また、磁性材とアモルファス磁性エレメントとの優れた溶接性のために電極とアモルファス磁性エレメントとの溶接接合部をコンパクトにできるから、多ヘッド型ＭＩ式磁界センサの小型化を図ることができる。更に、左右対称構造としてあるから、ヘッド間の間隔をより一層小さくでき、磁気分解能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多ヘッド型磁界センサの一例を示す図面である。
【図２】図１に示す磁界センサによる外部磁界の検出方法を示す図面である。
【図３】本発明に係る多ヘッド型磁界センサの上記とは別の例を示す図面である。
【符号の説明】
１絶縁基板
２ａ電極
２１ａ電極先端
２ｂ電極
２１ｂ電極先端
３アモルファス磁性エレメント
Ａ１磁界センサヘッド
Ａ２磁界センサヘッド

Claims

アモルファス磁性エレメントを電極間に接続し、該エレメントに電流を流し、アモルファス磁性エレメントを通過する外部磁界をバイアス磁界の重畳のもとで上記アモルファス磁性エレメントの両端間電圧で検波する磁界センサヘッドの２箇を平行に配設し、これら磁界センサヘッドの検波出力の差で上記複数箇の磁界センサヘッドにわたる分布外部磁界を検出する左右対称の２ヘッド型磁界センサであり、互いに平行な二本の左右のアモルファス磁性エレメントの間隔が１．５〜４．０ｍｍとされ、これら電極のうち各アモルファス磁性エレメントの先端に接続された電極の先端側がかぎ状とされ、これら電極のかぎ状部分で前記の平行アモルファス磁性エレメントが左右から挟まれており、前記電極が磁化された磁性体とされ、この磁化電極の静磁界が上記バイアス磁界として作用させることを特徴とする多ヘッド型磁界センサ。
アモルファス磁性エレメントを電極間に接続し、該エレメントに電流を流し、アモルファス磁性エレメントを通過する外部磁界をバイアス磁界の重畳のもとで上記アモルファス磁性エレメントの両端間電圧で検波する磁界センサヘッドの複数箇（２箇は除く）を平行に配設し、これら磁界センサヘッドの検波出力の差で上記複数箇の磁界センサヘッドにわたる分布外部磁界を検出する多ヘッド型磁界センサにおいて、磁界センサヘッドの配設ピッチを１．５〜４．０ｍｍとし、各磁界センサヘッドの電極に磁化した磁性体を用い、この磁化電極の静磁界を上記バイアス磁界として作用させることを特徴とする多ヘッド型磁界センサ。