JP6460079B2

JP6460079B2 - Ｍｉ磁気センサ

Info

Publication number: JP6460079B2
Application number: JP2016216770A
Authority: JP
Inventors: 剛健河野; 均青山; 道治山本; 英男荒川
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: JP2017040663A

Description

本発明は、アモルファスワイヤにパルス電流あるいは高周波電流を通電し、前記アモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する電圧を出力するＭＩ（マグネトインピーダンス）磁気センサに関するものである。

高感度の磁気センサとして、アモルファスワイヤを感磁体とするＭＩ磁気センサ（マグネトインピーダンス磁気センサ）がある。

前記ＭＩ磁気センサは、地磁気のように５万ｎＴレベルの磁場測定に多くが利用されているが、非常に小型高感度の検出が可能であるため、特に高感度仕様としたＭＩ磁気センサは、たとえば特許文献１に示すように、食品中の鉄系異物検出などにも利用されている。
近年、より微小な異物検出の期待が高まり、検出するべき磁場の強さが数ｎＴ（Ｔ：テスラの１０の９乗分の１）あるいはそれ以下のレベルの検出について、より精度良く測定可能とすることに対する要望が高まっている。

一方、前記ＭＩ磁気センサの中でも特に高感度仕様としたＭＩ磁気センサは、ノイズは数十〜数百ｐＴ（Ｔ：テスラの１０の１２乗分の１）の低いレベルのランダムノイズであるため、上記の要望を満たすことが十分可能であるが、使用するアモルファスワイヤの個々の特性によっては、これよりも大きい数ｎＴ〜数十ｎＴに相当するレベルのパルスノイズを断続的に生じることがあった。

このノイズは、上述した５万ｎＴレベルの地磁気測定であれば全く問題とはならないが、例えばベルトコンベアで被検査体を移動させながら異物検査をするラインにおいて、食品中に微小異物が混入しているときの磁気信号と比較すると、強度レベルが似ているため、誤った判定をするおそれがあった。

特開２００８−１３４２３６号公報

そのため微小磁気検出における信頼性を高め、より小さな異物の検査を誤検出なく可能にするという技術的課題を解決するため、本発明者らは、このｎＴレベルのパルスノイズを生じないようにするか、あるいは問題の無いレベルまで抑制することが必要であるという技術的知見に到達した。

本発明者らは、前記技術的課題を解決するために、アモルファスワイヤにパルス電流あるいは高周波電流を通電し、前記アモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する電圧を出力するＭＩ磁気センサにおいて、前記アモルファスワイヤにｎＴレベルのパルスノイズの発生の抑制を可能にする直流電流を通電して、前記アモルファスワイヤに通電される前記パルス電流あるいは高周波電流に対してバイアス電流を重畳させるという本発明の第１の技術的思想に着眼するとともに、上記重畳させたバイアス電流を通電することにより、アモルファスワイヤの内部の周回方向における磁化を偏らせることにより、不安定な後述する周回磁化フリー状態（以下、フリー状態と記す。）を回避するという本発明の第２の技術的思想に着眼した。

以上の結果得られた本発明(請求項１に記載の第１発明)のＭＩ磁気センサは、
パルス電流あるいは高周波電流を通電するパルス電流源あるいは高周波電流源と、前記パルス電流源あるいは高周波電流源からパルス電流あるいは高周波電流が通電されると、周辺の外部磁界に対応する電圧を出力することにより、被検査体中に混入している微小異物を検出するアモルファスワイヤ（捻りを与えている場合を除く）と、前記パルス電流源あるいは高周波電流源に対して並列に接続され、前記アモルファスワイヤに直流電流を通電する直流電流源とから成るＭＩ（マグネトインピーダンス）磁気センサにおいて、前記直流電流源から前記アモルファスワイヤにｎＴレベルのパルスノイズの発生の抑制を可能にする直流電流を通電して、前記アモルファスワイヤに通電される前記パルス電流あるいは高周波電流に対してバイアス電流を重畳させることにより、前記アモルファスワイヤの内部の周回方向における磁化を強制するものは無いフリー状態を避けることを特徴とするものである。

本発明（請求項２に記載の第２発明）のＭＩ磁気センサは、
前記第１発明において、
前記アモルファスワイヤの一方の電極に対して、直流電流源から正または負の直流電流を通電するものである。

本発明（請求項３に記載の第３発明）のＭＩ磁気センサは、
前記第１発明または前記第２発明において、
前記アモルファスワイヤの２つの電極の間に生じる交流電圧に基づいて前記アモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する磁気信号を検出し電圧として出力するものである。

本発明（請求項４に記載の第４発明）のＭＩ磁気センサは、
前記第１発明または前記第２発明において、
前記アモルファスワイヤの周囲に巻回した検知コイルの２つの電極の間に生じる交流電圧に基づいて、前記アモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する磁気信号を検出して電圧として出力するものである。

上記構成より成る第１発明のＭＩ磁気センサは、パルス電流あるいは高周波電流を通電するパルス電流源あるいは高周波電流源と、前記パルス電流源あるいは高周波電流源からパルス電流あるいは高周波電流が通電されると、周辺の外部磁界に対応する電圧を出力することにより、被検査体中に混入している微小異物を検出するアモルファスワイヤ（捻りを与えている場合を除く）と、前記パルス電流源あるいは高周波電流源に対して並列に接続され、前記アモルファスワイヤに直流電流を通電する直流電流源とから成るＭＩ（マグネトインピーダンス）磁気センサにおいて、前記直流電流源から前記アモルファスワイヤにｎＴレベルのパルスノイズの発生の抑制を可能にする直流電流を通電して、前記アモルファスワイヤに通電される前記パルス電流あるいは高周波電流に対してバイアス電流を重畳させることにより、前記アモルファスワイヤの内部の周回方向における磁化を強制するものは無いフリー状態を避けることによって、前記ｎＴレベルのパルスノイズの発生を抑制し、実用的には前記パルスノイズの影響を実質的にゼロと等価にすることにより、高感度な磁気検出を可能にするとともに、前記被検査体中に混入している微小異物の検査を誤検出なく可能にするという効果を奏する。

上記構成より成る第２発明のＭＩ磁気センサは、前記第１発明において、前記アモルファスワイヤの一方の電極に対して、直流電流源から正または負の直流電流を通電することにより、一方を電極を介して前記アモルファスワイヤに対して正または負の直流電流が、前記アモルファスワイヤに通電される前記パルス電流あるいは高周波電流に対して重畳されることから、前記アモルファスワイヤに対して通電がゼロになるフリー状態を避けることによって、前記ｎＴレベルのパルスノイズの発生を抑制し、実用的にはパルスノイズの影響を実質的にゼロと等価にすることにより、高感度な磁気検出を可能にするという効果を奏する。

上記構成より成る第３発明のＭＩ磁気センサは、前記第１発明または前記第２発明において、前記アモルファスワイヤの２つの電極の間に生じる交流減衰振動電圧に基づいて前記アモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する磁気信号を検出し電圧として出力するので、出力された電圧の振幅に相当する磁気信号電圧に変換されるため、高感度な磁気検出を可能にするとともに、前記ｎＴレベルのパルスノイズの発生を抑制し、実用的にはパルスノイズの影響を実質的にゼロと等価にするという効果を奏する。

上記構成より成る第４発明のＭＩ磁気センサは、前記第１発明または前記第２発明において、前記アモルファスワイヤの周囲に巻回した検知コイルの２つの電極の間に生じる交流電圧に基づいて、前記アモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する磁気信号を検出して電圧として出力するので、出力された電圧の振幅に相当する磁気信号電圧に変換されるので、前記第３発明に比べて、より高感度な磁気検出を可能にするとともに、前記ｎＴレベルのパルスノイズの発生を抑制し、実用的にはパルスノイズの影響を実質的にゼロと等価にするという効果を奏する。

本発明の実施形態のＭＩ磁気センサにおけるアモルファスワイヤに正または負のパルス電流が通電された時または電流が通電されていない時におけるアモルファスワイヤ内部の周方向における磁化の状態を説明するための説明図である。本発明の第１実施形態のＭＩ磁気センサにおいて、正または負の直流電流をアモルファスワイヤの一方の電極に通電する例の要部を示す要部ブロック回路図である。本発明の第２実施形態のＭＩ磁気センサにおいて、外部磁界に対応する交流電圧に基づいて信号処理する要部を示す要部ブロック図である。本発明の第３実施形態のＭＩ磁気センサにおいて、アモルファスワイヤの周囲に巻回した検出コイルから出力される交流電圧に基づいて信号処理する要部を示す要部ブロック図である。本発明の第１実施例のＭＩ磁気センサの詳細を示す詳細回路図およびアモルファスワイヤの２つの電極の間に生ずる交流電圧の振幅が外部磁場に対応することを示す線図である。本発明の第２実施例のＭＩ磁気センサの詳細を示す詳細回路図およびアモルファスワイヤに通電するパルス電流、検知コイルによって検出された交流電圧およびサンプルホールド回路のスイッチをオンにするパルスをそれぞれ示す線図である。比較例におけるアモルファスワイヤのフリー状態に基因するパルスノイズを示す線図である。本第２実施例における直流電流を重畳させることによるパルスノイズ抑制効果を確認した結果を示す線図である。本第２実施例における直流電流とパルスノイズの大きさの関係を示す線図である。

以下、本発明の最良の実施の形態について、実施形態および実施例に基づき、図面を用いて説明する。

実施形態

本実施形態のＭＩ磁気センサは、図１（ａ）ないし（ｃ）に示されるようにアモルファスワイヤ１にパルス電流あるいは高周波電流を通電することにより、アモルファスワイヤ１にＭＩ効果を発現させ、これにより生じる外部磁場すなわちアモルファスワイヤが置かれている周囲の磁場に対応して出力される交流電圧信号を信号処理して、磁気あるいは磁場信号電圧として検出するものである。

すなわちＭＩ磁気センサは、たとえば図１（ａ）に示されるように電流源２によりアモルファスワイヤ１に正のパルス電流あるいは高周波電流ｉを流すと、アンペアの右ねじの法則によって前記アモルファスワイヤ１の内部の周回方向に磁化ｕが生じ、これにともなうＭＩ効果によって前記外部磁場Ｈｅに付勢されたアモルファスワイヤ１の内部の磁化ｗの大きさに対応する交流電圧信号が生ずるものである。この交流電圧信号は、前記外部磁場Ｈｅの磁気情報を含んでいるので、磁気検出が出来るのである。

一方図１（ｂ）に示されるようにアモルファスワイヤ１に負のパルス電流あるいは高周波電流−ｉを流すと、アンペアの右ねじの法則によって、アモルファスワイヤ１の内部の周回方向に磁化ｖが生じるが、前記周回方向の磁化ｕと方向が逆になるだけで、これにともなうＭＩ効果による磁気検出の過程は上述の図１（ａ）に示したものと同じである。

さらに図１（ｃ）に示されるように電流源２からのパルス電流または高周波電流が通電されなくてゼロのときには、周回方向に磁化を強制するものは無いので、前記磁化ｕ、ｖは同量と考えられ、原則的にはいずれかの方向に偏ることは無く、フリーの状態である。

本実施形態は前記アモルファスワイヤ１に通電（駆動）するパルス電流あるいは高周波電流に重畳させて直流バイアス電流を流し、アモルファスワイヤ１の内部の周回方向における磁化を偏らせて、上述したフリーの状態を避け、パルスノイズの発生を抑制し、実用的には実質的にゼロと等価に出来ることを実験的に確認したものである。

本実施形態における実験的な確認において、前記アモルファスワイヤへの通電が解除され、通電電流がゼロである場合は前記アモルファスワイヤの周方向の磁化ｕ、ｖは同量であり、いずれかの方向に偏ることは無い不安定なフリーの状態と考えられるが、温度および応力の変化等により前記アモルファスワイヤの一部において部分的に前記磁化ｕ、ｖが同量で無い部分が瞬間的に生ずることが考えられ、そのためパルスノズルが発生するのではないかと考えることも可能である。すなわち前記アモルファスワイヤに対して通電される電流の向きに応じて、原則的には周方向の磁化ｕ、ｖの向きが変化するのであるが、時には一部において、磁化の向きが部分的に変化しないまたは戻らない状態がランダムに発生することに起因するのではないかと考えることもできる。

実施形態１

第１実施形態のＭＩ磁気センサは、図２（ａ）、（ｂ）に示される様にアモルファスワイヤ１の２つの電極１１および１２に前記パルスあるいは高周波電流を出力する発振器手段２を接続するとともに、図３に示す直流電流源手段３に対応する正（図２（ａ）図示）又は負（図２（ｂ）図示）の直流電流を流す電流源３３又は３４を接続することにより、前記アモルファスワイヤ１に直流電流を流し、これにより右ねじの法則によるアモルファスワイヤ１内部の周回方向に磁化の偏りｕ（図２（ａ）図示）又は偏りｖ（図２（ｂ）図示）を生じさせるものであり、そして、いずれの場合もパルスノイズの発生を抑制するという作用効果を奏するものである。

実施形態２

第２実施形態のＭＩ磁気センサは、前記第１実施形態において、図３に示されるように前記ＭＩ効果により交流電圧信号が生じるアモルファスワイヤ１の両端すなわち一方の電極１１ともう一方の電極１２と信号処理手段４の２つの入力端を接続するものである。

第２実施形態のＭＩ磁気センサは、前記発振器手段２から通電されるパルスあるいは高周波電流により、前記アモルファスワイヤにＭＩ効果を発現させるとともに、前記アモルファスワイヤ１に直流電流を流すことにより、右ねじの法則によるアモルファスワイヤ１の内部の周方向の磁化に偏りを生じさせることにより、前記アモルファスワイヤの両端の電極との間に生じる前記外部磁場に対応する交流電圧信号中に、パルスノイズが発生することを抑制した結果、例えば微小異物検出のような数ｎＴレベルの磁気変動を正確に測定可能にするという作用効果を奏するものである。

実施形態３

第３実施形態のＭＩ磁気センサは、前記第１実施形態において、図４に示されるようにアモルファスワイヤ１の周囲に検知コイル１３を巻回し、検知コイル１３の両端すなわち一方の電極１３１ともう一方の電極１３２と信号処理手段４の２つの入力端をそれぞれ接続するものである。

第３実施形態のＭＩ磁気センサは、上記構成により、前記発振器手段２から通電されるパルスあるいは高周波電流により、前記アモルファスワイヤにＭＩ効果を発現させるとともに、前記アモルファスワイヤ１に直流電流を流すことにより、右ねじの法則によるアモルファスワイヤ１の内部の周方向の磁化に偏りを生じさせることにより、前記検知コイルの２つの電極の間に前記ＭＩ効果により生じる交流電圧信号中に、パルスノイズが発生することを抑制した結果、例えば微小異物検出のような数ｎＴレベルの磁気変動を正確に測定可能にするという作用効果を奏するものである。

第１実施例のＭＩ磁気センサは、前記第１および第２実施形態に基づくもので、図５（Ａ）に示されるようにアモルファスワイヤ１に正弦波を印加する正弦波発振器２１と、アモルファスワイヤ１に重畳電流として直流電流を印加する直流電流電源手段３と、前記正弦波発振器２１からの正弦波が印加され、ＭＩ効果を発現するアモルファスワイヤ１と、該アモルファスワイヤ１の２つの電極間にＭＩ効果により出力された交流電圧信号を信号処理する信号処理手段４とからなるものである。

前記アモルファスワイヤ１は、ＦｅＣｏＳｉＢ系合金より成り、前記正弦波発振器２１による正弦波の印加に基づき、図５（Ｂ）に示されるようにＭＩ（マグネトインピーダンス）効果によりアモルファスワイヤの周囲の外部磁場に対応する振幅を有する交流電圧信号Ｖａｃを両端の電極１１および１２より出力するように構成されている。

前記アモルファスワイヤに前記ＭＩ効果を発現させるためのパルス電流または高周波電流を通電印加する発振器手段２は、正弦波電流を出力する正弦波発振器２１によって構成され、図５（Ａ）に示されるように前記アモルファスワイヤ１の一端の電極１１に接続され前記アモルファスワイヤ１に通電する電流を調整するための電流調整用の抵抗器ｒ２１を介して、前記アモルファスワイヤ１に正弦波を通電するように構成されている。

前記直流電流電源手段３は、図５（Ａ）に示されるようにプラス極が接地された負の電源３３と、一端が前記アモルファスワイヤ１の一端の電極１１に接続され、他端が前記負の電源３３のマイナス極に接続され、負の電流を前記アモルファスワイヤ１に流す際の電流調整用の抵抗器ｒ３３とから成り、所定レベルの負の直流電流が前記アモルファスワイヤ１の前記一端の電極１１に対して通電印加されるように構成されている。

前記信号処理手段４は、図５（Ａ）に示されるようにカソードが前記アモルファスワイヤ１の一端の電極１１に接続されたダイオードＤと、該ダイオードＤのアノードに一端が接続されるとともに他端が接地されたコンデンサＣと、前記ダイオードＤのアノードに一端が接続されるとともに他端が接地された抵抗Ｒとによって形成される検波回路４３によって構成され、前記アモルファスワイヤ１によって出力された正弦波の交流電圧信号をその振幅に対応する電圧に変換する回路である。
前記アモルファスワイヤ１の両端の電極１１と１２の間には、図５（Ｂ）に示されるように振幅が前記アモルファスワイヤ１が置かれた外部磁場に対応する正弦波の交流電圧信号Ｖａｃが出力され、該交流電圧信号Ｖａｃの振幅に相当する磁気信号電圧Ｖｄｃに変換される。
そして、該検波回路４３によって変換された抵抗Ｒの両端の直流電圧を所定の倍率で増幅し、外部磁場に相当する電圧Ｖｏとして出力する増幅器４１を備えている。

上記構成より成る第１実施例のＭＩ磁気センサは、前記発振器手段２を構成する前記正弦波発振器２１によって、前記抵抗器ｒ２１を介して、前記アモルファスワイヤ１に対して正弦波が通電印加されるとともに、前記直流電流電源手段３を構成する前記負の電源３３によって、前記抵抗器ｒ３３を介して前記アモルファスワイヤ１の前記電極１１、１２に対して通電印加される。

前記アモルファスワイヤ１は、前記正弦波発振器２１によって正弦波が印加されるので前記ＭＩ効果が発現され、両極１１、１２の間には、図５（Ｂ）に示されるような振幅がアモルファスワイヤ１が置かれた周囲の外部磁場に対応する正弦波の交流電圧信号Ｖａｃが生ずる。

信号処理手段４は、前記アモルファスワイヤ１の電極１２に接続されたダイオードＤとコンデンサＣおよび抵抗器Ｒによって構成された検波回路４３によって、前記アモルファスワイヤ１の前記電極１１と１２の間に図５（Ｂ）に示されるように前記外部磁場に対応する交流電圧信号Ｖａｃが生ずるので、当該交流電圧信号Ｖａｃの振幅に相当する磁気信号電圧Ｖｄｃに変換され、変換された電圧Ｖｄｃは、前記増幅器４１により所定の倍率に増幅され、外部磁場に対応する電圧Ｖｏとして出力される。

本第１実施例のＭＩ磁気センサは、上述したようにアモルファスワイヤ１に対して前記負の電源３３から負の直流電流を通電して、アモルファスワイヤの内部に磁化を偏らせることにより、高感度の磁気検出を困難にするパルスノイズの発生を抑制し実質上パルスノイズの無い高感度な磁気検出が可能になるという効果を奏する。

また本第１実施例のＭＩ磁気センサは、パルスノイズの発生の抑制により、ランダムノイズ以上であって、かつ前記パルスノイズ以下のレベルの微小磁気検出が可能であるという作用効果を奏する。

本第２実施例のＭＩ磁気センサは、前記第１および第３実施形態に基づくもので、前記アモルファスワイヤのＭＩ効果により生じる交流電圧を該アモルファスワイヤの周囲に巻回した検知コイル１３によって検出する点が、前記第１実施例との相異点であり、図６（Ａ）に示されるように両端の電極１１および１２の間にＭＩ（マグネトインピーダンス）効果を発現するとともに、検知コイル１３を備えたアモルファスワイヤ１と、該アモルファスワイヤ１にパルス電流を通電印加するパルス発振器２２と、前記アモルファスワイヤ１に対して重畳電流として正の直流電流を印加する直流電流電源手段３と、前記検知コイル１３の両端の電極１３１よび１３２の間にＭＩ効果により出力された交流電圧信号を信号処理する信号処理手段４とから成るものである。

前記アモルファスワイヤ１は、ＦｅＣｏＳｉＢ系合金より成り、図６（Ｂ）に示されるようにＭＩ効果によりアモルファスワイヤの周囲の外部磁場に対応する振幅を有する交流電圧信号Ｖａｃを前記アモルファスワイヤ１の周囲に巻回された検知コイル１３の両端の電極１３１，１３２より出力するように構成されている。

前記アモルファスワイヤに前記ＭＩ効果を発現させるためのパルス電流を通電印加する発振器手段２は、パルス電流Ｐ１およびＰ２を出力するパルス発生器２２によって構成され、図６（Ａ）に示されるように前記アモルファスワイヤ１の他端１１に接続され前記アモルファスワイヤ１に通電する電流を調整するための電流調整用の抵抗器ｒ２２を介して、前記アモルファスワイヤ１にパルス電流を通電するように構成されている。前記パルス電流Ｐ１およびＰ２は、図６（Ｂ）の（ａ）および（ｂ）に示されるように所定の電圧で所定時間オン状態になり、立ち上がり時間に一定の差があるとともに所定の繰り返し時間Ｔに設定されている。

前記直流電流電源手段３は、図６（Ａ）に示されるようにマイナス極が接地された正の電源３４と、一端が前記アモルファスワイヤ１の他端１１に接続され、他端が前記正の電源３４のプラス極に接続され、正の電流を流す抵抗器ｒ３４とから成り、所定レベルの正の直流電流が前記アモルファスワイヤ１に対して通電印加されるように構成されている。

前記信号処理手段４は、図６（Ａ）に示されるように一端が前記アモルファスワイヤ１の周囲に巻回された検知コイルの一端１３２に接続されたアナログスイッチＳＷと、該アナログスイッチＳＷの他端に一端が接続されるとともに他端が接地されたホールドコンデンサＣｈとによって形成されるサンプルホールド回路４４によって構成され、前記検知コイル１３によって出力された前記所定の時間Ｔで繰り返す交流電圧信号Ｖｍをその振幅に対応する電圧に変換する回路である。前記検知コイル１３の両端の両電極１３１と１３２の間には、図６（Ｂ）の（ｂ）に示されるように振幅が前記アモルファスワイヤ１が置かれた外部磁場に対応する正弦波の交流電圧信号Ｖｍが出力されており、サンプルホールドされた該交流電圧信号Ｖｍの振幅に相当する磁気信号電圧Ｖｈに変換される。該サンプルホールド回路４４によって変換された直流電圧が所定の倍率で増幅され、外部磁場に相当する電圧Ｖｏとして出力する高入力インピーダンスの増幅器４２を備えている。

上記構成より成る第２実施例のＭＩ磁気センサは、前記発振器手段２を構成する前記パルス発振器２２によって、前記抵抗器ｒ２２を介して、前記アモルファスワイヤ１に対して図６（Ｂ）の（ａ）に示されるパルス電流Ｐ１が通電印加されるとともに、前記直流電流電源手段３を構成する前記正の電源３４によって、前記抵抗器ｒ３４を介して前記アモルファスワイヤ１の前記電極１１に対して通電印加される。

前記アモルファスワイヤ１は、前記電極１１を介して前記パルス発振器２２によってパルス電流が印加されるので、前記ＭＩ効果が発現され、前記検知コイル１３の両極１３１、１３２の間には、図６（Ｂ）に示されるような振幅がアモルファスワイヤ１が置かれた周囲の外部磁場に対応する前記所定の時間Ｔで繰り返す交流電圧信号Ｖｍとして生ずる。

前記アモルファスワイヤ１の電極１１および１２には直流電流源手段３として抵抗器ｒ３４と正の電源３４からなる正の電流源回路が接続されており、これにより前記アモルファスワイヤ１に正の直流電流ｉが流れるので、アモルファスワイヤ１の内部の周回方向に磁化の偏りｕを生じ、その結果微小磁場の検出を困難にするパルスノイズの発生が抑制され、高精度の磁気検出が可能になる。

さらに前記アモルファスワイヤ１は、一方の電極１１を介して前記発振器手段２として２つの出力端子を備えるパルス発生器２２の一方の出力端子に接続され、所定の電圧および所定のオン（ＯＮ）時間、所定の繰り返し時間ＴのパルスＰ１が抵抗器ｒ２２を介して印加されることにより、繰り返し時間Ｔの周期でＭＩ効果が繰り返されることになる。

すなわち、前記アモルファスワイヤ１の周囲に巻回された前記検知コイル１３の２つの電極１３１，１３２間には、前記所定の時間Ｔで繰り返すＭＩ効果による交流電圧Ｖｍが誘起される。この交流電圧Ｖｍは、減衰振動であり、その大きさは前記アモルファスワイヤ１が置かれた外部磁場に対応する。
このＭＩ効果による減衰振動は、図６（Ｂ）の（ｂ）に示されるように上記パルスＰ１の立ち上がり時と立ち下がり時に生じるが、本第２実施例においては、一例として立ち上がり時の減衰振動にもとづいて信号処理する例を示す。

前記信号処理手段４において、前記アナログスイッチＳＷの制御端子には前記パルス発生器２２のもう一方の出力端子が接続されており、図６（Ｂ）に示されるようにパルスＰ２がオン期間のみ前記アナログスイッチＳＷが「閉」すなわち導通状態になるので、前記検知コイル１３の両方の電極１３１および１３２間に現れる減衰振動である交流電圧Ｖｍが、前記アナログスイッチＳＷにおける「閉」の期間のみ前記ホールドコンデンサＣｈに伝えられる。

そして、前記パルスＰ２がパルス幅に対応してオンの状態を保つ時間は、前記交流電圧Ｖｍの周期（周波数の逆数）に比べてきわめて短いので、前記交流電圧Ｖｍの瞬時値、たとえばピーク電圧をサンプルホールドコンデンサＣｈに電圧としてサンプルホールドする。また前記パルスＰ１とＰ２は、一定の位相差で同期しているので、所定の時間Ｔで繰り返される交流電圧は、毎回所定のタイミングでサンプルホールドされることになる。

前記交流電圧Ｖｍの大きさは、前記のごとく前記アモルファスワイヤ１が置かれた外部磁場の強さに対応しているので、ここで前記交流電圧Ｖｍのサンプルホールドした瞬時値Ｖｈも外部磁場の強さに対応している。
そして、前記増幅器４２は、前記サンプルホールドされた電圧Ｖｈを所定の倍率で増幅し、磁気信号電圧Ｖｏとして出力するものである。

本第２実施例のＭＩ磁気センサは、前記したごとく前記アモルファスワイヤ１に対して直流電流を通電印加しているので、アモルファスワイヤ１の内部に磁化の偏りを生じさせることにより、微小磁場変動の正確な測定を困難にするパルスノイズの発生を抑制して、実質上パルスノイズの無い磁気の検出が実現可能になるという作用効果を奏する。

更に、本第２実施例のＭＩ磁気センサにおいて磁化の偏りによりノイズの発生が抑制された効果を確認するために実験を行った結果について以下に示す。
本実験では、外部から侵入する地磁気成分や地磁気以外の磁場成分の影響によって実験結果に影響が出ないようにするために、パーマロイ製の３重シールドボックス内にＭＩ磁気センサを設置して、実験を行った。これにより、外部磁場を原因とする磁気センサの出力をほぼ完全に０とすることができる。なお、使用したＭＩ磁気センサのアモルファスワイヤの直径は１０μｍ、長さは１ｍｍである。以下に、その結果を説明する。

直流電流がゼロで、通電されていない比較例の場合には、縦軸にパルスノイズの振幅（ｎＴ）をとり横軸に時間（ｔ）をとった図７に示されるように複数回のパルスノイズの発生がみられ、最大で３ｎＴ相当の出力に相当するパルスノイズの発生が見られた。上述した通り、本実験は、外部磁場の影響を完全に排除する条件で実験していることから、このパルスノイズは、実際に３ｎＴの磁場が生じていないにもかかわらず出力されたもので、このような出力の存在は、精度低下の大きな原因となる。しかし、前記アモルファスワイヤ１１に６ｍＡの直流電流を通電すると、図７と同一スケールで縦軸にパルスノイズの振幅（ｎＴ）をとり横軸に時間（ｔ）をとった図８に示したように上記比較例におけるパルスノイズが、無くなり、実質的には数百ｐＴすなわち±０.５ｎＴ相当のランダムノイズのみになることが確認できた。なお、図７と図８の縦軸は同じスケールで記載したものである。また図７および図８には、直流電流の値の推移もあわせて記載した。

図９は、前記アモルファスワイヤ１に対して、通電印加されるパルス電流の重畳電流として通電する直流電流を変化させて制御されたパルスノイズの最大の大きさとの関係について、縦軸にパルスノイズの大きさをとり、横軸に直流電流をとった線図である。図９から明らかなように、本第２実施例の条件では直流電流５ｍＡまではパルスノイズの振幅が略放物線に沿って低下し、直流電流６ｍＡ以上ではパルスノイズの大きさは、ほぼゼロに収束することが確認できた。但し、パルスノイズを抑制可能な直流電流の絶対値は、アモルファスワイヤ１および検出コイル１３の仕様等で変化すると考えられるため、上記の仕様に応じて、適切な大きさの直流電流が重畳されるように設定すればよいと考えられる。
以上の結果より、本第２実施例のＭＩ磁気センサは、数ｎＴ相当のパルスノイズの発生を抑制することができ、数ｎＴあるいはそれ以下のレベルの磁気検出を行う際の測定精度を大きく向上させるという作用効果を奏する。

以上説明した通り、本第２実施例のＭＩ磁気センサでは、前記パルス発生器２２によって前記アモルファスワイヤ１に対してパルス電流を印加する際に適切な大きさの直流電流を重畳させることにより、パルスノイズを抑制することができるため、ランダムノイズ以上であって、抑制前のパルスノイズ以下の出力を誤検出なく検出可能にするという効果を奏する。

上述の実施例は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

本発明は、地磁気のような比較的大きな磁気測定にも勿論利用が可能であるが、マグマ活動、地震予知、太陽放射などの研究装置の磁気検出、理化学研究における高精度磁気測定装置、磁気障害計測装置などの高精度磁気検出、食品内異物検出、セキュリティーゲートならびに磁気カードなどの磁気パターンの読み取り、紙幣の磁気パターンの検査等のうち特にｎＴレベルの微小磁場の変化を見落とすことなく検出しなければならない用途に適用する場合に、効果的に利用できる。

１アモルファスワイヤ
２発振器手段
４信号処理手段
１３検知コイル
２２パルス発生器
３４正の電源
４２増幅器
４４サンプルホールド回路

Claims

パルス電流あるいは高周波電流を通電するパルス電流源あるいは高周波電流源と、
前記パルス電流源あるいは高周波電流源からパルス電流あるいは高周波電流が通電されると、周辺の外部磁界に対応する電圧を出力することにより、被検査体中に混入している微小異物を検出するアモルファスワイヤ（捻りを与えている場合を除く）と、
前記パルス電流源あるいは高周波電流源に対して並列に接続され、前記アモルファスワイヤに直流電流を通電する直流電流源とから成るＭＩ（マグネトインピーダンス）磁気センサにおいて、
前記直流電流源から前記アモルファスワイヤにｎＴレベルのパルスノイズの発生の抑制を可能にする直流電流を通電して、前記アモルファスワイヤに通電される前記パルス電流あるいは高周波電流に対してバイアス電流を重畳させることにより、前記アモルファスワイヤの内部の周回方向における磁化を強制するものは無いフリー状態を避ける
ことを特徴とするＭＩ磁気センサ。
前記請求項１において、
前記アモルファスワイヤの一方の電極に対して、直流電流源から正または負の直流電流を通電することを特徴とするＭＩ磁気センサ。
前記請求項１または前記請求項２において、
前記アモルファスワイヤの２つの電極の間に生じる交流電圧に基づいて前記アモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する磁気信号を検出し電圧として出力することを特徴とするＭＩ磁気センサ。
前記請求項１または前記請求項２において、
前記アモルファスワイヤの周囲に巻回した検知コイルの２つの電極の間に生じる交流電圧に基づいて、前記アモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する磁気信号を検出して電圧として出力することを特徴とするＭＩ磁気センサ。