JP7002112B2 - Sensor head module and magnetic sensor - Google Patents

Sensor head module and magnetic sensor Download PDF

Info

Publication number
JP7002112B2
JP7002112B2 JP2017185416A JP2017185416A JP7002112B2 JP 7002112 B2 JP7002112 B2 JP 7002112B2 JP 2017185416 A JP2017185416 A JP 2017185416A JP 2017185416 A JP2017185416 A JP 2017185416A JP 7002112 B2 JP7002112 B2 JP 7002112B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor head
current
head module
sensor
magnetic core
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.)
Active
Application number
JP2017185416A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019060717A (en
Inventor
一郎 笹田
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.)
Sasada Magnetics and Sensors Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Sasada Magnetics and Sensors Laboratory Co Ltd
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 Sasada Magnetics and Sensors Laboratory Co Ltd filed Critical Sasada Magnetics and Sensors Laboratory Co Ltd
Priority to JP2017185416A priority Critical patent/JP7002112B2/en
Publication of JP2019060717A publication Critical patent/JP2019060717A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7002112B2 publication Critical patent/JP7002112B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

本発明は、基本波型磁界センサのセンサヘッドモジュールに関する。 The present invention relates to a sensor head module of a fundamental wave magnetic field sensor.

基本波型直交フラックスゲートセンサの構成が、例えば特許文献1に開示されている。図20は、特許文献1に開示されている基本波型直交フラックスゲートセンサの構成を示す図である。図20において、磁気コアに通電する交流励磁電流Iacに交流励磁電流Iacの振幅より大きな直流電流Idcを重畳することで、検出コイルの出力が交流励磁周波数f[Hz]と同じ基本波の出力が得られる基本波型直交フラックスゲート磁力計を構成しており、この基本波型直交フラックスゲート磁力計は、センサヘッドとして、アモルファス磁性ワイヤをヘアピン状に曲げたU字型の磁気コアと、磁気コアを包むように配置された中空細径の検出コイルとからなる。 The configuration of the fundamental wave type orthogonal fluxgate sensor is disclosed in, for example, Patent Document 1. FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a fundamental wave type orthogonal fluxgate sensor disclosed in Patent Document 1. In FIG. 20, by superimposing a DC current I dc larger than the amplitude of the AC exciting current I ac on the AC exciting current I ac that energizes the magnetic core, the output of the detection coil is the same fundamental wave as the AC exciting frequency f [Hz]. A fundamental wave type orthogonal flux gate magnetic field meter that can obtain the output of It consists of a hollow small diameter detection coil arranged so as to wrap the magnetic core.

また、図20の基本波型直交フラックスゲート磁力計は、負帰還型で実現する基本構成として、検出コイルの端子にコンデンサCを介して後段に接続され、入力信号を増幅する前置増幅器(preamp:プリアンプ)と、プリアンプの後段に接続され、入力信号に対して交流励磁周波数f[Hz]を同期パルスとして同期整流を行う同期整流器(phase-sensitive detection:PSD)と、同期整流器の後段に接続され、高域を除去する低域通過フィルタ(low-pass filter:ローパスフィルタ)と、反転入力端子(-入力端子、マイナス端子)が低域通過フィルタの後段に接続され、出力端子が抵抗Rfを介して検出コイルの端子に接続される誤差増幅器とを備える構成となっている。 Further, the fundamental wave type orthogonal flux gate magnetic field meter of FIG. 20 is connected to the terminal of the detection coil in the subsequent stage via the capacitor C as a basic configuration realized by the negative feedback type, and is a preamplifier that amplifies the input signal. : Preamplifier) and a synchronous rectifier (phase-sensitive detection: PSD) that is connected to the rear stage of the preamplifier and performs synchronous rectification using the AC excitation frequency f [Hz] as a synchronous pulse for the input signal, and is connected to the rear stage of the synchronous rectifier. A low-pass filter (low-pass filter) that removes high frequencies and an inverting input terminal (-input terminal, minus terminal) are connected to the subsequent stage of the low-pass filter, and the output terminal has a resistor Rf. It is configured to include an error amplifier connected to the terminal of the detection coil via.

さらに、センサヘッドのコアに磁性薄帯を用いた直交フラックスゲート磁界センサが非特許文献1に開示されている。ここでは、代表的なCo基無磁歪組成のアモルファス磁性薄帯であるMetglas2714A(参考文献:Metgals Technical Bulletin ref:2714A04202011)のas-cast製品(製造後に磁気特性改質のために熱処理等を施してない製品)をセンサヘッドのコアに用いることで、高感度・低雑音の磁界センサ特性が実現されている。 Further, Non-Patent Document 1 discloses an orthogonal fluxgate magnetic field sensor using a magnetic strip in the core of the sensor head. Here, as-cast products of Mtglass2714A (reference: Metgals Technical Bulletin ref: 2714A04202011), which is an amorphous magnetic strip having a typical Co-based magnetostrictive composition (after production, heat treatment is performed to modify the magnetic properties). By using a product that does not exist) for the core of the sensor head, high-sensitivity and low-noise magnetic field sensor characteristics are realized.

特許文献1及び非特許文献1に示すそれぞれの技術は、例えば図21に示すように、励磁、検出、出力・増幅等の機能を有する電子回路が駆動・検出回路に標準化されてまとめられ、駆動・検出回路とセンサヘッドとをシールドケーブルで接続する構成が知られている。 In each of the technologies shown in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, for example, as shown in FIG. 21, an electronic circuit having functions such as excitation, detection, output / amplification is standardized into a drive / detection circuit, and is driven. -It is known that the detection circuit and the sensor head are connected by a shielded cable.

特開2013-57645号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-57645

K.Goleman and I.Sasada, “High Sensitive Orthogonal Fluxgate Magnetometer Using a Metglas Ribbon”, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL.42, NO.10, OCTOBER 2006K.Goleman and I.Sasada, “High Sensitive Orthogonal Fluxgate Magnetometer Using a Metglas Ribbon”, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL.42, NO.10, OCTOBER 2006

しかしながら、図21のような構成とした場合、センサヘッドの特性に応じて、励磁や検出に関するパラメータを調整する必要があり、例えば、特許文献1に示す磁性ワイヤのセンサヘッドと、非特許文献1に示す磁性薄帯のセンサヘッドでは、バイアス直流電流に大きな違いがあり、これらのセンサヘッドを使い分ける又は交換する場合には、それぞれに適応する駆動・検出回路を用意するか、それぞれのセンサヘッドに応じて駆動・検出回路側で個別にパラメータを調整することとなる。 However, in the case of the configuration as shown in FIG. 21, it is necessary to adjust the parameters related to excitation and detection according to the characteristics of the sensor head. For example, the magnetic wire sensor head shown in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 There is a big difference in the bias DC current between the magnetic thin band sensor heads shown in (1), and when using or replacing these sensor heads properly, prepare a drive / detection circuit suitable for each, or use each sensor head. The parameters will be adjusted individually on the drive / detection circuit side accordingly.

それぞれのセンサヘッドに適応する駆動・検出回路を用意するのはあまりにも無駄が多すぎるため、実用的ではない。また、それぞれのセンサヘッドに応じてパラメータを調整する場合には、例えば心磁界計測のような何十チャンネルものセンサを必要とする場合に、それらのチャンネルの中から、励磁や検出の調整が必要な箇所を選択し調整しなければならず、非常に手間が掛かる作業になってしまう。 It is not practical to prepare a drive / detection circuit suitable for each sensor head because it is too wasteful. In addition, when adjusting the parameters according to each sensor head, if dozens of channels of sensors such as magnetocardiographic measurement are required, it is necessary to adjust excitation and detection from those channels. It is a very time-consuming task because you have to select and adjust various parts.

本発明は、センサヘッドに励磁や検出に関するパラメータを調整する機能を付加してモジュール化することで、駆動・検出回路におけるセンサヘッドごとのパラメータ調整をなくして使い勝手を向上させることができるセンサヘッドモジュールを提供する。 The present invention is a sensor head module that can improve usability by adding a function for adjusting parameters related to excitation and detection to the sensor head and modularizing it, thereby eliminating parameter adjustment for each sensor head in the drive / detection circuit. I will provide a.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、交流電流及びバイアス直流電流からなる励磁電流が入力される磁気コア、及び当該磁気コアに巻回される検出コイルからなるセンサヘッドと、前記磁気コアに接続され、直流電源により前記励磁電流におけるバイアス直流電流を生成する直流励磁電流生成手段とを備えるものである。 The sensor head module according to the present invention is connected to the magnetic core with a magnetic core to which an exciting current consisting of an alternating current and a bias direct current is input, and a sensor head composed of a detection coil wound around the magnetic core. It is provided with a DC exciting current generating means for generating a bias DC current in the exciting current by a DC power supply.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、交流電流及びバイアス直流電流からなる励磁電流が入力される磁気コア、及び当該磁気コアに巻回される検出コイルからなるセンサヘッドと、前記磁気コアに接続され、直流電源により前記励磁電流におけるバイアス直流電流を生成する直流励磁電流生成手段とを備えるため、センサヘッドごとの特性に応じたバイアス直流電流をセンサヘッドモジュールで個々に調整することができ、センサヘッドの交換に掛かる手間を最小限に抑え、作業効率を格段に向上させることができるという効果を奏する。 As described above, in the sensor head module according to the present invention, a magnetic core having an exciting current composed of an AC current and a bias DC current, a sensor head composed of a detection coil wound around the magnetic core, and the magnetic field. Since it is provided with a DC exciting current generating means connected to the core and generating a bias DC current in the exciting current by a DC power supply, the bias DC current according to the characteristics of each sensor head can be individually adjusted by the sensor head module. This has the effect of minimizing the time and effort required to replace the sensor head and significantly improving work efficiency.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、前記磁気コアに接続され、前記励磁電流における交流電流について位相調整及び/又は増幅して交流励磁電流を生成する交流励磁電流生成手段を備えるものである。 The sensor head module according to the present invention is connected to the magnetic core and includes an AC exciting current generation means that phase-adjusts and / or amplifies the AC current in the exciting current to generate an AC exciting current.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、励磁電流における交流電流について位相調整及び/又は増幅して交流励磁電流を生成する交流励磁電流生成手段を備えるため、センサヘッドごとの特性に応じた交流励磁電流のパラメータをセンサヘッドモジュールで個々に調整することができ、センサヘッドの交換に掛かる手間を最小限に抑え、作業効率を格段に向上させることができるという効果を奏する。 As described above, the sensor head module according to the present invention is provided with an AC exciting current generating means that phase-adjusts and / or amplifies the AC current in the exciting current to generate the AC exciting current, so that it depends on the characteristics of each sensor head. The parameters of the AC exciting current can be individually adjusted with the sensor head module, which has the effect of minimizing the time and effort required to replace the sensor head and significantly improving work efficiency.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、前記磁気コアに通電される前記励磁電流の通電方向を切り替える切替手段を備えるものである。 The sensor head module according to the present invention includes a switching means for switching the energizing direction of the exciting current energized in the magnetic core.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、磁気コアに通電される励磁電流の通電方向を切り替える切替手段を備えることで、励磁電流の通電方向に応じて異なるオフセット値を優位な方向に切り替えて使用することができるという効果を奏する。 As described above, the sensor head module according to the present invention is provided with the switching means for switching the energizing direction of the exciting current energized in the magnetic core, so that the offset value different depending on the energizing direction of the exciting current can be set in the dominant direction. It has the effect of being able to be switched and used.

すなわち、磁気コアに通電される励磁電流の通電方向に応じてオフセット値が異なることが発明者により見出されたが、センサヘッドの外観からはその判断をつけることが不可能である。そのため、切替手段により実際に励磁電流の通電方向を切り替えてキャリブレーションすることで、より高性能なセンシングが可能となるように通電方向を設定することが可能となる。 That is, although the inventor has found that the offset value differs depending on the energization direction of the exciting current energized in the magnetic core, it is impossible to make a judgment from the appearance of the sensor head. Therefore, by actually switching the energizing direction of the exciting current by the switching means and calibrating, it is possible to set the energizing direction so that higher performance sensing is possible.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、前記切替手段が前記励磁電流の通電方向を切り替えて測定したそれぞれの結果に基づいて、前記切替手段の接続関係を制御する制御手段を備えるものである。 The sensor head module according to the present invention includes a control means for controlling the connection relationship of the switching means based on the respective results measured by the switching means by switching the energization direction of the exciting current.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、切替手段が励磁電流の通電方向を切り替えて測定したそれぞれの結果に基づいて、当該切替手段の接続関係を制御する制御手段を備えるため、磁気コアに流れる励磁電流の通電方向に応じて異なるオフセット値を優位な方向に自動で切り替えて使用することができ、キャリブレーションの手間を省くことができるという効果を奏する。 As described above, in the sensor head module according to the present invention, since the switching means includes a control means for controlling the connection relationship of the switching means based on the respective results measured by switching the energization direction of the exciting current, it is magnetic. It is possible to automatically switch between different offset values according to the energization direction of the exciting current flowing through the core in the dominant direction, and it is possible to save the trouble of calibration.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、前記直流励磁電流生成手段の直流電源を電池とするものである。 The sensor head module according to the present invention uses the DC power supply of the DC excitation current generating means as a battery.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、直流励磁電流生成手段で生成するバイアス直流電流を電池により行うことで、電源が完全に独立したものとなり、不要なノイズや外乱を抑えて、より高性能なセンシングを実現することができるという効果を奏する。 As described above, in the sensor head module according to the present invention, by performing the bias DC current generated by the DC excitation current generation means by the battery, the power supply becomes completely independent, and unnecessary noise and disturbance are suppressed. It has the effect of being able to achieve higher performance sensing.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、前記センサヘッドが複数配設され、それぞれのセンサヘッドの磁気コアに対応して前記交流励磁電流生成手段が接続されており、直流励磁電流生成手段が、複数の前記センサヘッドのうちの全て又は一部の磁気コアに対して、直列又は並列に接続されているものである。 In the sensor head module according to the present invention, a plurality of the sensor heads are arranged, the AC exciting current generating means is connected corresponding to the magnetic core of each sensor head, and a plurality of DC exciting current generating means are provided. It is connected in series or in parallel to all or some of the magnetic cores of the sensor head.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、センサヘッドが複数配設され、それぞれのセンサヘッドの磁気コアに対応して前記交流励磁電流生成手段が接続されており、直流励磁電流生成手段が、複数の前記センサヘッドのうちの全て又は一部の磁気コアに対して、直列又は並列に接続されているため、例えば心磁界計測のような何十チャンネルものセンサを必要とする場合であっても、直流励磁電流生成手段をセンサの数に応じて用意する必要がなく、少なくとも1つの直流電源があれば複数のセンサヘッドに対してバイアス直流電流を供給することが可能になるという効果を奏する。 As described above, in the sensor head module according to the present invention, a plurality of sensor heads are arranged, and the AC exciting current generating means is connected corresponding to the magnetic core of each sensor head, and the DC exciting current generating means is connected. However, since it is connected in series or in parallel to all or some of the magnetic cores of the plurality of sensor heads, it may require dozens of channels of sensors such as magnetic field measurement. However, it is not necessary to prepare a DC exciting current generation means according to the number of sensors, and if there is at least one DC power supply, it is possible to supply a bias DC current to a plurality of sensor heads. Play.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、直流励磁電流生成手段が、直流電源の正極と磁気コアの一端部とが接続され、直流電源の負極と磁気コアの他端部とが接続され、直流電源の正極と磁気コアの一端部との間に第1コイルを有するものである。 In the sensor head module according to the present invention, the DC excitation current generating means is connected to the positive electrode of the DC power supply and one end of the magnetic core, and the negative electrode of the DC power supply and the other end of the magnetic core are connected to the DC power supply. It has a first coil between the positive electrode and one end of the magnetic core.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、直流励磁電流生成手段が、直流電源の正極と磁気コアの一端部とが接続され、直流電源の負極と磁気コアの他端部とが接続され、直流電源の正極と磁気コアの一端部との間に第1コイルを有するため、直流励磁電流生成手段におけるインピーダンスを大きくして、交流電流の流れ込みによる検出精度の低下を防止することができるという効果を奏する。 As described above, in the sensor head module according to the present invention, the DC exciting current generating means connects the positive electrode of the DC power supply and one end of the magnetic core, and connects the negative electrode of the DC power supply and the other end of the magnetic core. Since the first coil is provided between the positive electrode of the DC power supply and one end of the magnetic core, the impedance in the DC exciting current generation means can be increased to prevent deterioration of the detection accuracy due to the inflow of AC current. It plays the effect.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、直流電源の負極と磁気コアの他端部との間に、第1コイルに磁気結合する第2コイルを有しているものである。 The sensor head module according to the present invention has a second coil that is magnetically coupled to the first coil between the negative electrode of the DC power supply and the other end of the magnetic core.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、直流電源の負極と磁気コアの他端部との間に、第1コイルに磁気結合する第2コイルを有しているため、第1コイルと第2コイルの磁気結合により大きなインピーダンスを得ることができ、直流励磁電流生成手段への交流電流の流れ込みを防止し、交流電流を磁気コアの部分のみに流れるようにすることができるという効果を奏する。 As described above, in the sensor head module according to the present invention, since the second coil magnetically coupled to the first coil is provided between the negative electrode of the DC power supply and the other end of the magnetic core, the first coil is provided. A large impedance can be obtained by the magnetic coupling between the second coil and the second coil, and the effect that the alternating current can be prevented from flowing into the DC exciting current generating means and the alternating current can flow only to the magnetic core part can be obtained. Play.

本発明に係るセンサヘッドモジュールは、前記検出コイルの後段に接続されるバッファ回路と、前記検出コイルで検出された信号を測定する場合に、前記バッファ回路を介して前記検出コイルと接続する負帰還回路により帰還する電流を入力する帰還電流入力端子とを備えるものである。 The sensor head module according to the present invention has a buffer circuit connected to the subsequent stage of the detection coil and negative feedback connected to the detection coil via the buffer circuit when measuring a signal detected by the detection coil. It is provided with a feedback current input terminal for inputting a current fed back by the circuit.

このように、本発明に係るセンサヘッドモジュールにおいては、検出コイルの後段に接続されるバッファ回路を備えるため、検出信号に対する耐雑音性、耐外乱性等を高めることができるという効果を奏する。
本発明に係る磁界センサは、前記のいずれかに記載のセンサヘッドモジュールに対して、少なくとも交流電流からなる励磁電流を供給する駆動回路を備えるものである。
As described above, since the sensor head module according to the present invention includes a buffer circuit connected to the subsequent stage of the detection coil, it has an effect that noise resistance and disturbance resistance to the detection signal can be improved.
The magnetic field sensor according to the present invention includes a drive circuit that supplies an exciting current consisting of at least an alternating current to the sensor head module according to any one of the above.

このように、本発明に係る磁界センサは、前記のいずれかに記載のセンサヘッドモジュールに対して、少なくとも交流電流からなる励磁電流を供給する駆動回路を備えるため、駆動回路から交流電流を供給し、センサヘッドモジュールでバイアス直流電流を供給して、高性能な磁界センサを実現することができるという効果を奏する。 As described above, since the magnetic field sensor according to the present invention includes a drive circuit that supplies an exciting current consisting of at least an alternating current to the sensor head module according to any one of the above, an alternating current is supplied from the drive circuit. , The effect is that a high-performance magnetic field sensor can be realized by supplying a bias DC current with the sensor head module.

本発明に係る磁界センサは、前記駆動回路が、前記センサヘッドモジュールに対して、交流電流及びバイアス直流電流からなる励磁電流を供給し、前記センサヘッドモジュールが、前記励磁電流から交流成分のみを抽出する交流成分抽出手段を備えるものである。 In the magnetic field sensor according to the present invention, the drive circuit supplies an exciting current composed of an alternating current and a bias direct current to the sensor head module, and the sensor head module extracts only an alternating current component from the exciting current. It is provided with a means for extracting an alternating current component.

このように、本発明に係る磁界センサは、前記駆動回路が、前記センサヘッドモジュールに対して、交流電流及びバイアス直流電流からなる励磁電流を供給し、前記センサヘッドモジュールが、前記励磁電流から交流成分のみを抽出する交流成分抽出手段を備えるため、駆動回路から供給される電流のうち、交流成分のみをセンサヘッドモジュールで抽出し、位相調整することができ、センサヘッドのみを手間を掛けずに交換することが可能になるという効果を奏する。 As described above, in the magnetic field sensor according to the present invention, the drive circuit supplies an exciting current composed of an alternating current and a bias DC current to the sensor head module, and the sensor head module makes an alternating current from the exciting current. Since it is equipped with an AC component extraction means that extracts only the components, it is possible to extract only the AC components from the current supplied from the drive circuit with the sensor head module and adjust the phase, without having to spend time on the sensor head alone. It has the effect of being able to be exchanged.

第1の実施形態に係る磁界センサの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る磁界センサの駆動部の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the drive part of the magnetic field sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る磁界センサの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the magnetic field sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 2nd Embodiment. 励磁電流の極性に応じたオフセットの差を示し図である。It is a figure which shows the difference of the offset according to the polarity of the exciting current. 第3の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの第1の回路構成図である。It is a 1st circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの第2の回路構成図である。It is a 2nd circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る磁界センサの駆動部の第1の回路構成図である。It is a 1st circuit block diagram of the drive part of the magnetic field sensor which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの第1の回路構成図である。It is a 1st circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの第2の回路構成図である。It is a 2nd circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの第3の回路構成図である。It is a 3rd circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの第4の回路構成図である。It is a 4th circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの第5の回路構成図である。It is a 5th circuit block diagram of the sensor head module which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る磁界センサの駆動部の第2の回路構成図である。It is a 2nd circuit block diagram of the drive part of the magnetic field sensor which concerns on 4th Embodiment. その他の実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the sensor head module which concerns on other embodiment. 実施例において、バイアス直流電流を変化させた場合の雑音スペクトル密度を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the noise spectral density when the bias DC current was changed in an Example. 切替部の調整後において、バイアス直流電流の変化に対するオフセットを測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the offset with respect to the change of a bias DC current after the adjustment of a switching part. 比較例と本発明に係る磁界センサにおける周波数変化に対するノイズ特性を示す図である。It is a figure which shows the noise characteristic with respect to the frequency change in the comparative example and the magnetic field sensor which concerns on this invention. 従来知られている基本波型直交フラックスゲートセンサの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the fundamental wave type orthogonal fluxgate sensor known conventionally. 従来知られている基本波型直交フラックスゲートセンサの装置構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus structure of the fundamental wave type orthogonal fluxgate sensor which is known conventionally.

以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In addition, the same elements are designated by the same reference numerals throughout the present embodiment.

(本発明の第1の実施形態)
本実施形態に係るセンサヘッドモジュール及び当該センサヘッドモジュールを用いた磁界センサについて、図1ないし図3を用いて説明する。本実施形態に係る磁界センサは、例えば、図20に示す基本波型直交フラックスゲートセンサを利用することができ、センサヘッドの部分をモジュール化することで、センサヘッドの交換作業等を格段に効率化するものである。
(First Embodiment of the present invention)
The sensor head module according to the present embodiment and the magnetic field sensor using the sensor head module will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As the magnetic field sensor according to the present embodiment, for example, the fundamental wave type orthogonal fluxgate sensor shown in FIG. 20 can be used, and by modularizing the sensor head portion, the sensor head replacement work and the like are remarkably efficient. It is something that becomes.

図1は、本実施形態に係る磁界センサの構成を示す機能ブロック図、図2は、本実施形態に係る磁界センサの駆動部の回路構成図、図3は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成図である。図1において、磁界センサ1は、駆動部10とセンサヘッドモジュール20とを備える。駆動部10は、センサヘッド23に供給される交流電流を少なくとも出力する出力部11と、センサヘッド23で測定された磁界を検出する検出部12とを備える。また、センサヘッドモジュール20は、磁界を検知するセンサヘッド23と、センサヘッド23に対してバイアス直流電流を供給する直流励磁電流生成部22とを備える。 FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the magnetic field sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a drive unit of the magnetic field sensor according to the present embodiment, and FIG. 3 is a sensor head module according to the present embodiment. It is a circuit block diagram of. In FIG. 1, the magnetic field sensor 1 includes a drive unit 10 and a sensor head module 20. The drive unit 10 includes an output unit 11 that outputs at least an alternating current supplied to the sensor head 23, and a detection unit 12 that detects a magnetic field measured by the sensor head 23. Further, the sensor head module 20 includes a sensor head 23 that detects a magnetic field and a DC excitation current generation unit 22 that supplies a bias DC current to the sensor head 23.

まず、駆動部10の構成について、図2を用いて詳細に説明する。駆動部10における出力部11は、交流電源である発振器11aにより交流電流が出力されるが、ここで出力される交流電流はセンサヘッド23の種類や特性に合わせた位相に予め調整されているとする。また同時に、発振器11aは、検出部12の同期検波回路に対して同期信号を送信する。 First, the configuration of the drive unit 10 will be described in detail with reference to FIG. The output unit 11 in the drive unit 10 outputs an alternating current by the oscillator 11a, which is an alternating current power source, and the alternating current output here is preliminarily adjusted to a phase according to the type and characteristics of the sensor head 23. do. At the same time, the oscillator 11a transmits a synchronization signal to the synchronization detection circuit of the detection unit 12.

検出部12は、図20における検出回路と同様の構成となっており、センサヘッド23の磁気コア23aに巻回された検出コイル23bの一端側に接続され、プリアンプ、同期整流器、ローパスフィルタ、及び誤差増幅器を有して負帰還回路を構成する。センサヘッド23からの検出コイルの出力Vは、コンデンサC、プリアンプ、同期整流器、ローパスフィルタを通じて、出力Vに応じた所定電圧となって誤差増幅器に送られる。その後、誤差増幅器への入力が0になるように、帰還抵抗Rfを通して帰還電流ifが検出コイル23bに流れる。このときに帰還抵抗Rfに生じる電圧がセンサ出力Vを与える。 The detection unit 12 has the same configuration as the detection circuit in FIG. 20, and is connected to one end side of the detection coil 23b wound around the magnetic core 23a of the sensor head 23, and has a preamplifier, a synchronous rectifier, a low-pass filter, and a low-pass filter. It has an error amplifier to form a negative feedback circuit. The output V of the detection coil from the sensor head 23 is sent to the error amplifier as a predetermined voltage corresponding to the output V through the capacitor C, the preamplifier, the synchronous rectifier, and the low-pass filter. After that, the feedback current if flows to the detection coil 23b through the feedback resistor Rf so that the input to the error amplifier becomes zero. At this time, the voltage generated in the feedback resistor Rf gives the sensor output V.

次に、センサヘッドモジュール20の構成について、図3を用いて詳細に説明する。センサヘッドモジュール20は、上述したように、センサヘッド23と、直流励磁電流生成部22とを備える。 Next, the configuration of the sensor head module 20 will be described in detail with reference to FIG. As described above, the sensor head module 20 includes a sensor head 23 and a DC excitation current generation unit 22.

センサヘッド23は、磁気コア23aと、当該磁気コア23aの周囲を包むように、その延在方向(Z軸線)回りに巻回される検出コイル23bとからなる。磁気コア23aは、例えば、U字型(又はヘアピン型)やW型に形成された磁性ワイヤや磁性薄帯により構成されており、検出コイル23bは、例えば、巻き数を1000ターン程度とされる。 The sensor head 23 includes a magnetic core 23a and a detection coil 23b wound around its extending direction (Z axis) so as to wrap around the magnetic core 23a. The magnetic core 23a is composed of, for example, a U-shaped (or hairpin-shaped) or W-shaped magnetic wire or magnetic strip, and the detection coil 23b has, for example, about 1000 turns. ..

なお、磁気コア23aは、U字型やW型以外にI字型(棒状)であってもよい。その場合、折り返し部分を導線などの配線で構成するようにしてもよい。また、磁気コア23aに用いる材料は、例えば、磁気歪みが小さい、Co基無磁歪組成のアモルファス磁性薄帯又はワイヤやパーマロイ薄帯又はワイヤ等を用いるようにしてもよい。 The magnetic core 23a may be I-shaped (rod-shaped) in addition to the U-shaped and W-shaped. In that case, the folded portion may be configured by wiring such as a conducting wire. Further, as the material used for the magnetic core 23a, for example, an amorphous magnetic strip or wire or a permalloy strip or wire having a Co-based magnetostrictive composition with small magnetostriction may be used.

直流励磁電流生成部22は、直流電源としての電池22aと、当該電池22aの電圧により流れるバイアス直流電流を調整する可変抵抗器22bと、駆動部10からの交流電流の流れ込みを防止するためのインダクタとしてコイル22cとを備える。コイル22cのインダクタンスは、例えば、1mH程度以上であればよい。 The DC exciting current generation unit 22 includes a battery 22a as a DC power source, a variable resistor 22b for adjusting a bias DC current flowing by the voltage of the battery 22a, and an inductor for preventing AC current from flowing from the drive unit 10. It is provided with a coil 22c. The inductance of the coil 22c may be, for example, about 1 mH or more.

なお、バイアス直流電流idc2について、例えば直径が120μm程度のコバルト系アモルファス磁性ワイヤコアの場合は40mA前後の値、幅1mmで厚さ20μm程度のコバルト系アモルファス磁性薄帯コアの場合は200mA前後の値となる。 The bias DC current idc2 is, for example, a value of about 40 mA in the case of a cobalt-based amorphous magnetic wire core having a diameter of about 120 μm, and a value of about 200 mA in the case of a cobalt-based amorphous magnetic thin band core having a width of 1 mm and a thickness of about 20 μm. Become.

また、図3においては、直流電源として電池22aを記載しているが、電池に限る必要はなく、交流電流を直流電流に変換して供給するようにしてもよい。電池を充電式電池とし、交流電源との接続による雑音の増加を防ぐために、センサ稼働時には交流電源との接続を切り離すようにしてもよい。 Further, although the battery 22a is shown as the direct current power source in FIG. 3, it is not limited to the battery, and the alternating current may be converted into the direct current and supplied. The battery may be a rechargeable battery, and the connection with the AC power supply may be disconnected when the sensor is operating in order to prevent an increase in noise due to the connection with the AC power supply.

以上のような構成により、センサヘッド23の特性に応じて調整が必要となるバイアス直流電流の生成部をセンサヘッドモジュール20に一体的に備える構成とすることで、異なる特性のセンサヘッド23に交換する場合に、駆動部10での調整が一切必要なく、センサヘッドモジュール20のみで調整を行うことが可能となるため、作業者の負担を格段に低減することが可能となる。特に、心磁界計測のような何十チャンネルものセンサを必要とする場合には、効果が絶大となる。また、バイアス直流電流を、交流電源から独立した直流用の電源を用いて通電することで、不必要なノイズを排除することができる。 With the above configuration, the sensor head module 20 is integrally equipped with a bias DC current generator that needs to be adjusted according to the characteristics of the sensor head 23, so that the sensor head 23 can be replaced with a sensor head 23 having different characteristics. In this case, no adjustment is required in the drive unit 10, and the adjustment can be performed only by the sensor head module 20, so that the burden on the operator can be significantly reduced. Especially when a sensor with dozens of channels is required such as magnetocardiographic measurement, the effect is tremendous. Further, by energizing the bias DC current using a DC power supply independent of the AC power supply, unnecessary noise can be eliminated.

(本発明の第2の実施形態)
本実施形態に係るセンサヘッドモジュール及び当該センサヘッドモジュールを用いた磁界センサについて、図4及び図5を用いて説明する。本実施形態に係る磁界センサは、前記第1の実施形態に係るセンサヘッドモジュールに、さらに交流励磁電流を調整する機能を備えたものである。なお、本実施形態において前記第1の実施形態と重複する説明は省略する。
(Second Embodiment of the present invention)
The sensor head module according to the present embodiment and the magnetic field sensor using the sensor head module will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The magnetic field sensor according to the present embodiment is provided with a function of further adjusting the AC exciting current in the sensor head module according to the first embodiment. In this embodiment, the description overlapping with the first embodiment will be omitted.

図4は、本実施形態に係る磁界センサの構成を示す機能ブロック図、図5は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成図である。なお、本実施形態において、駆動部10の回路構成は、前記第1の実施形態における図2の場合と同じであるが、ここで出力される交流電流は、センサヘッド23の種類や特性に依らず任意の位相で出力される。 FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the magnetic field sensor according to the present embodiment, and FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the sensor head module according to the present embodiment. In this embodiment, the circuit configuration of the drive unit 10 is the same as that of FIG. 2 in the first embodiment, but the alternating current output here depends on the type and characteristics of the sensor head 23. It is output in any phase.

図4において、前記第1の実施形態における図1の場合と異なるのは、センサヘッドモジュール20が、駆動部10の出力部11から出力された交流電流に対して、位相調整や増幅を行ってセンサヘッド23に交流励磁電流を供給する交流励磁電流生成部21備えることである。 In FIG. 4, the difference from the case of FIG. 1 in the first embodiment is that the sensor head module 20 performs phase adjustment and amplification with respect to the alternating current output from the output unit 11 of the drive unit 10. The sensor head 23 is provided with an AC exciting current generation unit 21 that supplies an AC exciting current.

この交流励磁電流生成部21は、駆動部10から発振された交流電流iac1の位相をセンサヘッド23の特性に合わせて位相調整する位相調整回路21aと、位相調整された当該交流電流を増幅して交流励磁電流iac2を出力する増幅回路21bとを備える。位相調整回路21aとしては、例えば、電池駆動に適する±2.5V程度の低電圧源で動作する演算増幅器(オペアンプ)を使用するようにしてもよい。また、増幅回路21bとしては、電流供給能力が高いオペアンプを用いることができる。 The AC exciting current generation unit 21 amplifies the phase adjustment circuit 21a that adjusts the phase of the AC current iac1 oscillated from the drive unit 10 according to the characteristics of the sensor head 23, and the phase-adjusted AC current. It is provided with an amplification circuit 21b that outputs an AC exciting current iac2. As the phase adjustment circuit 21a, for example, an operational amplifier (operational amplifier) that operates at a low voltage source of about ± 2.5 V suitable for battery drive may be used. Further, as the amplifier circuit 21b, an operational amplifier having a high current supply capacity can be used.

なお、交流励磁電流として、例えば100kHz程度の周波数が用いられた場合は、センサヘッド23の磁気コア23aと増幅回路21bとの間に挿入されるコンデンサ21cは、1μF以上であればよい。このコンデンサ21cにかかる電圧は高々数百ミリボルト程度であるので、汎用のセラミックスコンデンサで実現することができる。 When a frequency of, for example, about 100 kHz is used as the AC exciting current, the capacitor 21c inserted between the magnetic core 23a of the sensor head 23 and the amplifier circuit 21b may be 1 μF or more. Since the voltage applied to the capacitor 21c is at most several hundred millivolts, it can be realized by a general-purpose ceramic capacitor.

以上のような構成により、センサヘッド23の特性に応じて調整が必要となる交流励磁電流の生成部をセンサヘッドモジュール20に一体的に備える構成とすることで、異なる特性のセンサヘッド23に交換する場合に、駆動部10での調整が一切必要なく、センサヘッドモジュール20のみで調整を行うことが可能となるため、作業者の負担を格段に低減することが可能となる。特に、心磁界計測のような何十チャンネルものセンサを必要とする場合には、効果が絶大となる。 With the above configuration, the sensor head module 20 is integrally equipped with an AC exciting current generator that needs to be adjusted according to the characteristics of the sensor head 23, so that the sensor head 23 can be replaced with a sensor head 23 having different characteristics. In this case, no adjustment is required in the drive unit 10, and the adjustment can be performed only by the sensor head module 20, so that the burden on the operator can be significantly reduced. Especially when a sensor with dozens of channels is required such as magnetocardiographic measurement, the effect is tremendous.

(本発明の第3の実施形態)
本実施形態に係るセンサヘッドモジュール及び当該センサヘッドモジュールを用いた磁界センサについて、図6ないし図8を用いて説明する。本実施形態に係る磁界センサは、前記第1の実施形態に係るセンサヘッドモジュールを改良したものである、励磁電流(idc+iac)の通電方向を切り替える切替手段を有することで、センサのオフセットを下げて(場合によっては0にすることで)より高性能な磁界センサを実現する。なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明は省略する。
(Third Embodiment of the present invention)
The sensor head module according to the present embodiment and the magnetic field sensor using the sensor head module will be described with reference to FIGS. 6 to 8. The magnetic field sensor according to the present embodiment is an improvement of the sensor head module according to the first embodiment, and has a switching means for switching the energization direction of the exciting current (idc + iac), thereby lowering the offset of the sensor. A higher performance magnetic field sensor is realized (by setting it to 0 in some cases). In this embodiment, the description overlapping with each of the above embodiments will be omitted.

発明者の実験により、磁気コア23aの両端部に接続する励磁電流の通電方向、すなわち、磁気コア23aの幅方向に対してどちら向きに直流バイアス磁界を印加するかでオフセットが異なることが見出された。このときの実験結果のグラフの一例を図6に示す。図6の実験は、Metaglas2714Aの幅1mmの磁性薄帯を用いたセンサヘッド(長さ40mm)を磁気シールド内に設置し、100kHz、実効値24mAの交流電流で励磁した場合の出力が、バイアス直流電流の大きさでどのように変化するかを調べたものである。図6に示すように、バイアス直流電流の極性に応じてオフセットに大きな違いがあることを確認することができる。 From the inventor's experiment, it was found that the offset differs depending on the direction in which the DC bias magnetic field is applied with respect to the energization direction of the exciting current connected to both ends of the magnetic core 23a, that is, the width direction of the magnetic core 23a. Was done. FIG. 6 shows an example of a graph of the experimental results at this time. In the experiment of FIG. 6, the output when a sensor head (length 40 mm) using a magnetic strip with a width of 1 mm of Metaglass2714A was installed in a magnetic shield and excited with an alternating current of 100 kHz and an effective value of 24 mA was biased DC. This is an investigation of how it changes depending on the magnitude of the current. As shown in FIG. 6, it can be confirmed that there is a large difference in the offset depending on the polarity of the bias DC current.

なお、中心軸近傍でグラフが抜けているのは、基本波型直交フラックスゲートとなる条件である|idc|>iacに当てはまらない領域である。 It should be noted that the graph missing near the central axis is a region that does not correspond to | idc |> iac, which is a condition for becoming a fundamental wave type orthogonal flux gate.

図6の実験結果に示すように、バイアス直流電流の極性の違いでオフセット値に大きな差が出る理由としては、磁気コア23aの磁気異方性が場所ごとに少なからず分散しており、保磁力も微視的に見れば場所ごとに揺らいでおり、幅方向の一方向に磁化する場合とその反対方向に磁化する場合とで磁気ヒステリシスがあるため全ての磁化は互いに180°反転した関係にはならない。つまり、完全な対称性がないためである。したがって、バイアス直流電流の極性によってオフセットの発現が異なるものとなっている。 As shown in the experimental results of FIG. 6, the reason why the offset value differs greatly due to the difference in the polarity of the bias DC current is that the magnetic anisotropy of the magnetic core 23a is not a little dispersed in each place, and the coercive force is held. However, when viewed microscopically, it fluctuates from place to place, and since there is magnetic hysteresis in the case where it magnetizes in one direction in the width direction and the case where it magnetizes in the opposite direction, all the magnetizations are reversed by 180 °. It doesn't become. That is, there is no perfect symmetry. Therefore, the occurrence of the offset differs depending on the polarity of the bias DC current.

なお、図6に示す実験以外にも、他の条件(例えば、磁気コア23aをワイヤにした場合や長さを変えたような場合等)であっても、同様にバイアス直流電流の極性に応じてオフセットの発現が異なることが確認されている。 In addition to the experiment shown in FIG. 6, even under other conditions (for example, when the magnetic core 23a is made of a wire or the length is changed), the polarity of the bias DC current is similarly adjusted. It has been confirmed that the expression of offset is different.

このような実験結果から、本実施形態で用いるセンサヘッド23のオフセットは、バイアス直流電流の極性により性質が異なることは明確となったが、センサヘッド23の外観から、よりオフセットが小さくなるような極性を識別することは不可能である。そこで、本実施形態においては、磁気コア23aに通電される励磁電流の通電方向を切り替える切替手段を設け、キャリブレーションにおいて、それぞれの通電方向で実際にセンシングした結果に応じてよりオフセットが小さくなるような通電方向を決定する。 From such experimental results, it was clarified that the offset of the sensor head 23 used in the present embodiment has different properties depending on the polarity of the bias DC current, but the offset becomes smaller from the appearance of the sensor head 23. It is impossible to identify the polarity. Therefore, in the present embodiment, a switching means for switching the energization direction of the exciting current energized in the magnetic core 23a is provided so that the offset becomes smaller according to the result of actual sensing in each energization direction in the calibration. Determine the direction of energization.

図7は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュール20の第1の回路構成図である。図7に示すように、直流励磁電流生成部22及び交流励磁電流生成部21と、磁気コア23aとの間に切替部24を備える。切替部24は、スイッチ24a及びスイッチ24bからなり、それぞれのスイッチ24a及び24bは、双方とも接点(1)に接続するか接点(2)に接続するかが切り替わる構成となっている。接点(1)に接続した場合は、磁気コア23aに対して励磁電流idc+iacが流れ、接点(2)に接続した場合は、磁気コア23aに対して励磁電流-(idc+iac)が流れる。 FIG. 7 is a first circuit configuration diagram of the sensor head module 20 according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, a switching unit 24 is provided between the DC exciting current generation unit 22 and the AC exciting current generation unit 21 and the magnetic core 23a. The switching unit 24 includes a switch 24a and a switch 24b, and each of the switches 24a and 24b is configured to switch between connecting to the contact (1) and connecting to the contact (2). When connected to the contact (1), an exciting current idc + iac flows through the magnetic core 23a, and when connected to the contact (2), an exciting current − (idc + iac) flows through the magnetic core 23a.

キャリブレーションの際に、スイッチ24a及びスイッチ24bが、それぞれ接点(1)に接続した場合と、接点(2)に接続した場合とでオフセットを測定し、より小さいオフセットとなる接点に接続することで、高性能な磁界センサを実現することが可能となる。 At the time of calibration, the offset is measured when the switch 24a and the switch 24b are connected to the contact (1) and the contact (2), respectively, and connected to the contact having a smaller offset. , It is possible to realize a high-performance magnetic field sensor.

図8は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュール20の第2の回路構成図である。ここでは、図7の回路構成に加えて、切替部24を制御するための切替制御部25を備える。切替制御部25は、キャリブレーションの際に、スイッチ24a及びスイッチ24bが、それぞれ接点(1)に接続した場合と、接点(2)に接続した場合とでオフセットを測定した結果を駆動部10から取得し、オフセットがより小さくなる方の接点にスイッチ24a及びスイッチ24bが接続するようにスイッチ24a及びスイッチ24bの動作を制御する。こうすることで、キャリブレーションにおける切替部24の制御を自動で行うことが可能となる、利用者の手間を削減することができる。 FIG. 8 is a second circuit configuration diagram of the sensor head module 20 according to the present embodiment. Here, in addition to the circuit configuration of FIG. 7, a switching control unit 25 for controlling the switching unit 24 is provided. The switching control unit 25 measures the offset between the case where the switch 24a and the switch 24b are connected to the contact (1) and the case where the switch 24b is connected to the contact (2) at the time of calibration from the drive unit 10. The operation of the switch 24a and the switch 24b is controlled so that the switch 24a and the switch 24b are connected to the contact which is acquired and the offset is smaller. By doing so, it is possible to automatically control the switching unit 24 in the calibration, and it is possible to reduce the time and effort of the user.

なお、本実施形態においては、センサヘッドモジュール20が交流励磁電流生成部21を備えない構成としてもよい。 In this embodiment, the sensor head module 20 may not be provided with the AC excitation current generation unit 21.

(本発明の第4の実施形態)
本実施形態に係るセンサヘッドモジュール及び当該センサヘッドモジュールを用いた磁界センサについて、図9ないし図15を用いて説明する。なお、本実施形態において、前記各実施形態と重複する説明は省略する。
(Fourth Embodiment of the present invention)
The sensor head module according to the present embodiment and the magnetic field sensor using the sensor head module will be described with reference to FIGS. 9 to 15. In this embodiment, the description overlapping with each of the above embodiments will be omitted.

図9は、本実施形態に係る磁界センサの駆動部の第1の回路構成図、図10は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成を示す第1の図である。図9に示すように、ここでは、駆動部10において、加算器により直流成分+交流成分の電流が生成され、この図9の駆動部に適応するセンサヘッドモジュール20の構成を図10に示している。すなわち、図9に示すように、直流成分+交流成分の電流を出力するような駆動部10を用いた場合には、図10のセンサヘッドモジュール20側で交流成分のみを抽出して交流励磁電流とする必要がある。そのため、図10においては、位相調整回路21aの前段の駆動部10との間に、当該駆動部10から供給される直流成分+交流成分の電流のうち、交流成分の電流のみを抽出する交流成分抽出回路21dを備える構成となっている。 FIG. 9 is a first circuit configuration diagram of a drive unit of a magnetic field sensor according to the present embodiment, and FIG. 10 is a first diagram showing a circuit configuration of a sensor head module according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, here, in the drive unit 10, a current of a DC component + an AC component is generated by an adder, and the configuration of the sensor head module 20 adapted to the drive unit of FIG. 9 is shown in FIG. There is. That is, as shown in FIG. 9, when the drive unit 10 that outputs the current of the DC component + the AC component is used, only the AC component is extracted on the sensor head module 20 side of FIG. 10 and the AC exciting current is used. Must be. Therefore, in FIG. 10, an AC component that extracts only the AC component current from the DC component + AC component current supplied from the drive unit 10 between the drive unit 10 and the drive unit 10 in the previous stage of the phase adjustment circuit 21a. It is configured to include an extraction circuit 21d.

つまり、図10に示すようなセンサヘッドモジュールの構成とすることで、駆動部10が、図9に示すように直流成分+交流成分の電流が供給される場合であっても、駆動部10の構造に依存することなく、センサヘッドモジュール20内だけでセンサヘッド23の特性に合わせたパラメータの設定を行うことが可能になる。 That is, by configuring the sensor head module as shown in FIG. 10, even when the drive unit 10 is supplied with the current of the DC component + AC component as shown in FIG. 9, the drive unit 10 It is possible to set parameters according to the characteristics of the sensor head 23 only in the sensor head module 20 without depending on the structure.

なお、交流成分抽出回路21dは、駆動部10の構造に応じて選択的に接続できる構成としてもよい。すなわち、駆動部10が図2に示すように交流成分の電流のみを供給する場合は、図5の回路構成となるように端子を接続し、駆動部10が図9に示すように直流成分+交流成分の電流を供給する場合は、図10の回路構成となるように端子を接続できるように選択的な構造としてもよい。 The AC component extraction circuit 21d may be configured to be selectively connectable according to the structure of the drive unit 10. That is, when the drive unit 10 supplies only the current of the AC component as shown in FIG. 2, the terminals are connected so as to have the circuit configuration of FIG. 5, and the drive unit 10 has the DC component + as shown in FIG. When supplying the current of the AC component, the structure may be selective so that the terminals can be connected so as to have the circuit configuration of FIG.

図11は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成を示す第2の図である。図11において、交流励磁電流生成部21の構成は、図5の構成でも図10の構成でもいずれでもよく、直流励磁電流生成部22において、コイル22cに磁気結合するようにコイル22dを備える構成となっている。 FIG. 11 is a second diagram showing a circuit configuration of the sensor head module according to the present embodiment. In FIG. 11, the configuration of the AC exciting current generation unit 21 may be either the configuration of FIG. 5 or the configuration of FIG. 10, and the DC exciting current generation unit 22 includes the coil 22d so as to be magnetically coupled to the coil 22c. It has become.

すなわち、電池22aの正極側と磁気コア23aとの間に直列に接続されているコイル22cにより、交流励磁電流iac2の流れ込みを防止するが、さらに、電池22aの負極側と磁気コア23aとの間にコイル22cに磁気結合するコイル22dを直列に接続して配設することで、より大きなインピーダンスを得ることができ、交流電流の流れ込みをより確実に防止することが可能となる。 That is, the coil 22c connected in series between the positive side of the battery 22a and the magnetic core 23a prevents the AC exciting current iac2 from flowing in, but further, between the negative side of the battery 22a and the magnetic core 23a. By connecting and arranging the coil 22d magnetically coupled to the coil 22c in series, a larger impedance can be obtained and the inflow of an alternating current can be prevented more reliably.

図12及び図13は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成を示す第3、第4の図である。図12及び図13に示すセンサヘッドモジュール20は、図11に示すセンサヘッドモジュール20を複数備える構成(センサヘッドモジュール20-1~20-n)となっているが、直流励磁電流の電源となる電池22aについては、単一となっており、各センサヘッドモジュール20-1~20-nに共通の接続になっている。図12の場合は、複数の各センサヘッドモジュール20-1~20-nに対して、電池22aが直列に接続されており、図13の場合は、複数の各センサヘッドモジュール20-1~20-nに対して、電池22aが並列に接続されている。 12 and 13 are the third and fourth views showing the circuit configuration of the sensor head module according to the present embodiment. The sensor head module 20 shown in FIGS. 12 and 13 has a configuration (sensor head modules 20-1 to 20-n) including a plurality of sensor head modules 20 shown in FIG. 11, but serves as a power source for a DC exciting current. The battery 22a is single and has a common connection to each sensor head module 20-1 to 20-n. In the case of FIG. 12, the battery 22a is connected in series to each of the plurality of sensor head modules 20-1 to 20-n, and in the case of FIG. 13, the plurality of sensor head modules 20-1 to 20 are connected in series. The battery 22a is connected in parallel to −n.

上述したように、例えば心磁界計測を行う場合には、何十チャンネルものセンサを必要としており、センサヘッドモジュール20を複数まとめて交換することが生じる。このような場合であっても、図12又は図13に示すようなセンサヘッドモジュール20の構造とすることで、複数のセンサヘッドをまとめて交換することが可能になると共に、励磁用のバイアス直流電流源を一つに共通化することができるため、非常にコンパクトにまとめることができる。 As described above, for example, when performing magnetocardiographic measurement, sensors having dozens of channels are required, and a plurality of sensor head modules 20 may be replaced at once. Even in such a case, by adopting the structure of the sensor head module 20 as shown in FIG. 12 or 13, it is possible to replace a plurality of sensor heads at once and bias DC for excitation. Since the current sources can be shared into one, it can be integrated very compactly.

なお、図12及び図13において、複数のセンサヘッドモジュール20に対して、単一の電池22aを配設する構成としているが、電池22aは単一である必要はなく複数であってもよい。すなわち、センサヘッドモジュール20と電池22aとがそれぞれ1対1で対応付けて配設される必要はない。 Although the single battery 22a is arranged for the plurality of sensor head modules 20 in FIGS. 12 and 13, the battery 22a does not have to be a single battery and may be a plurality of batteries 22a. That is, it is not necessary that the sensor head module 20 and the battery 22a are arranged in a one-to-one correspondence with each other.

図14は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成を示す第5の図、図15は、本実施形態に係る磁界センサの駆動部の第2の回路構成図である。図14に示すように、ここでは、検出コイル23bの後段にバッファ回路26を備えている。バッファ回路26を備えることで出力インピーダンスを下げ、検出コイル23bで検出された信号への耐雑音性、耐外乱性を向上させることが可能となる。すなわち、例えば駆動部10とセンサヘッドモジュール20との間のケーブルを長く伸延するような場合(例えば、ケーブル長を10m程度にする場合)などに効果的である。 FIG. 14 is a fifth diagram showing the circuit configuration of the sensor head module according to the present embodiment, and FIG. 15 is a second circuit configuration diagram of the drive unit of the magnetic field sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, here, the buffer circuit 26 is provided after the detection coil 23b. By providing the buffer circuit 26, it is possible to lower the output impedance and improve the noise resistance and disturbance resistance to the signal detected by the detection coil 23b. That is, it is effective, for example, when the cable between the drive unit 10 and the sensor head module 20 is extended long (for example, when the cable length is about 10 m).

また、バッファ回路26を備えることにより、検出部12から帰還する帰還電流ifを入力するための端子(c2)を備える構成となっている。これは、センサヘッドモジュール20を図14のような構成にした場合に、検出部12からのフィードバック電流のみを直接検出コイル23bに加えるためである。 Further, by including the buffer circuit 26, the terminal (c2) for inputting the feedback current if fed back from the detection unit 12 is provided. This is because when the sensor head module 20 is configured as shown in FIG. 14, only the feedback current from the detection unit 12 is directly applied to the detection coil 23b.

一方、駆動部10の回路構成においては、図15に示すように、図14の回路構成に合わせて端子(c2)を分離する構成となっている。このように、検出部12からのフィードバック電流のみを直接検出コイル23bに加えることで、高性能な磁界センサ1を実現することが可能になる。 On the other hand, in the circuit configuration of the drive unit 10, as shown in FIG. 15, the terminal (c2) is separated according to the circuit configuration of FIG. In this way, by directly applying only the feedback current from the detection unit 12 to the detection coil 23b, it becomes possible to realize a high-performance magnetic field sensor 1.

なお、本実施形態においては、前記第3の実施形態において説明した切替部24を備えない構成を一例として説明したが、各回路構成において、切替部24及び/又は切替制御部25を備える構成としてもよい。 In this embodiment, the configuration without the switching unit 24 described in the third embodiment has been described as an example, but in each circuit configuration, the switching unit 24 and / or the switching control unit 25 is provided. May be good.

また、本実施形態においては、センサヘッドモジュール20が交流励磁電流生成部21を備えない構成としてもよい。
Further, in the present embodiment, the sensor head module 20 may be configured not to include the AC excitation current generation unit 21.

(本発明のその他の実施形態)
本実施形態に係るセンサヘッドモジュール及び当該センサヘッドモジュールを用いた磁界センサについて、図16を用いて説明する。なお、本実施形態において、前記各実施形態と重複する説明は省略する。
(Other Embodiments of the present invention)
A sensor head module according to the present embodiment and a magnetic field sensor using the sensor head module will be described with reference to FIG. In this embodiment, the description overlapping with each of the above embodiments will be omitted.

本実施形態に係る磁界センサは、基本波型直交フラックスゲートセンサを構成する2つのセンサヘッドを用いて局所磁界(勾配磁界)を検知するグラディオメータを用いた勾配磁界センサであり、それぞれのセンサヘッドの製造誤差などによる特性の差をセンサヘッドモジュールで容易に且つ高精度に調整して、極めて微小な異物などの局所磁界を高感度に検知することを可能とするものである。 The magnetic field sensor according to the present embodiment is a gradient magnetic field sensor using a gradiometer that detects a local magnetic field (gradient magnetic field) using two sensor heads constituting a fundamental wave type orthogonal fluxgate sensor, and each sensor head. It is possible to easily and highly accurately adjust the difference in characteristics due to manufacturing errors and the like with the sensor head module, and to detect a local magnetic field such as an extremely minute foreign substance with high sensitivity.

図16は、本実施形態に係るセンサヘッドモジュールの回路構成図である。ここでは、センサヘッド231及び232は、各々の磁気コア(磁気コア231a、232aの延在方向が平行となるように配置されているが、各々の磁気コアの延在方向が同軸となるように配置することもできる。 FIG. 16 is a circuit configuration diagram of the sensor head module according to the present embodiment. Here, the sensor heads 231 and 232 are arranged so that the extending directions of the respective magnetic cores (magnetic cores 231a and 232a are parallel, but the extending directions of the respective magnetic cores are coaxial). It can also be placed.

図16において、検出コイル231bと、検出コイル232bとは、直列接続となるように各々の一端が電気配線で結線される。また、検出コイル231bの他端側が検出部12に接続されるとともに、検出コイル232bの他端側がグラウンドに接続される。また、検出コイル231bと、検出コイル232bとは、同一方向の磁界に対して生じる誘起電圧(検出電圧V1、V2)が互いに打ち消し合うように(互いの極性が逆向きとなるように)接続される。これにより、同一方向の磁界に対しては、それぞれのセンサヘッド231及び232の検出電圧V1及びV2の合成電圧(センサ出力)として、それぞれのセンサヘッドから出力される検出電圧の差分を取ったもの(V2-V1)が現れる。このようにすることで、遠方から到達してくるような一様磁界に関しては、それぞれのセンサヘッド231、232の両方で同様にピックアップされてセンサ出力には現れない。しかし、局所的な磁界に対しては、一方のセンサヘッド(例えば、センサヘッド231)でのみピックアップされるので、センサ出力として観測される。これにより、遠方から来る一様磁界的性質を持つ雑音を除去して局所磁界に関する信号を検出する事ができるようになり、局所磁界の高感度検出が可能になる。 In FIG. 16, one end of each of the detection coil 231b and the detection coil 232b is connected by electrical wiring so as to be connected in series. Further, the other end side of the detection coil 231b is connected to the detection unit 12, and the other end side of the detection coil 232b is connected to the ground. Further, the detection coil 231b and the detection coil 232b are connected so that the induced voltages (detection voltages V1 and V2) generated for the magnetic field in the same direction cancel each other out (so that their polarities are opposite to each other). To. As a result, for the magnetic field in the same direction, the difference between the detection voltages output from the respective sensor heads is taken as the combined voltage (sensor output) of the detection voltages V1 and V2 of the respective sensor heads 231 and 232. (V2-V1) appears. By doing so, a uniform magnetic field that arrives from a distance is similarly picked up by both the sensor heads 231 and 232 and does not appear in the sensor output. However, for a local magnetic field, it is picked up by only one sensor head (for example, sensor head 231), so that it is observed as a sensor output. As a result, it becomes possible to detect a signal related to a local magnetic field by removing noise having a uniform magnetic field property coming from a distance, and it becomes possible to detect a local magnetic field with high sensitivity.

調整部27は、駆動部10に直列接続され、磁気コア231aに並列接続される調整コイル271a及び可変抵抗器271bからなる第1調整部271と、磁気コア232aに並列接続される調整コイル272a及び可変抵抗器272bからなる第2調整部272とを備える。第1調整部271及び第2調整部272は、それぞれ調整コイル271a及び272aを有することで、駆動部10からの交流電流に対するインピーダンスを大きくし、第1調整部271及び第2調整部272に直流電流のみが流れるように構成している。センサヘッド231、232のインピーダンスは、アモルファスワイヤの抵抗値に基づくもので、例えば10Ω程度である。したがって、調整コイル271a及び272aのインピーダンスは、その10倍以上、すなわち100Ω程度以上であることが望ましい。このとき、可変抵抗器271b及び272bの抵抗値の最大値は、1kΩ~50kΩ(すなわち、0kΩ~1kΩないし0kΩ~50kΩ程度)とすることが望ましい。 The adjusting unit 27 includes a first adjusting unit 271 composed of an adjusting coil 271a and a variable resistor 271b connected in series to the drive unit 10 and connected in parallel to the magnetic core 231a, and an adjusting coil 272a connected in parallel to the magnetic core 232a. A second adjusting unit 272 including a variable resistor 272b is provided. By having the adjusting coils 271a and 272a, respectively, the first adjusting unit 271 and the second adjusting unit 272 increase the impedance with respect to the alternating current from the driving unit 10, and direct current to the first adjusting unit 271 and the second adjusting unit 272. It is configured so that only current flows. The impedance of the sensor heads 231 and 232 is based on the resistance value of the amorphous wire, and is, for example, about 10Ω. Therefore, it is desirable that the impedances of the adjusting coils 271a and 272a are 10 times or more, that is, about 100Ω or more. At this time, it is desirable that the maximum resistance value of the variable resistors 271b and 272b is 1 kΩ to 50 kΩ (that is, about 0 kΩ to 1 kΩ to 0 kΩ to 50 kΩ).

上述したように、本実施形態に係る磁界センサにおいては、第1調整部271に通電される直流電流と、第2調整部272に通電される直流電流とを、可変抵抗器271b及び272bで調整することで、それぞれの磁気コア231a、232bに通電される直流電流量を調整し、それぞれのセンサヘッド231、232の感度調整を行うことができる。つまり、感度が高い方のセンサヘッドについては、センサヘッドモジュール20側の回路で直流電流を増やして感度を小さく、感度が低い方のセンサヘッドについては、直流電流を減らして感度を大きくするように、可変抵抗器271b及び272bを調整する。 As described above, in the magnetic field sensor according to the present embodiment, the direct current energized in the first adjusting unit 271 and the direct current energized in the second adjusting unit 272 are adjusted by the variable resistors 271b and 272b. By doing so, the amount of direct current energized in each of the magnetic cores 231a and 232b can be adjusted, and the sensitivity of each of the sensor heads 231 and 232 can be adjusted. That is, for the sensor head with higher sensitivity, increase the DC current in the circuit on the sensor head module 20 side to reduce the sensitivity, and for the sensor head with lower sensitivity, decrease the DC current to increase the sensitivity. , Adjust the variable resistors 271b and 272b.

このような調整を行うことで、センサヘッド231、232の感度調整をセンサヘッドモジュール20内でフレキシブルに行うことが可能となる。 By making such adjustments, it becomes possible to flexibly adjust the sensitivity of the sensor heads 231 and 232 in the sensor head module 20.

なお、本実施形態においては、センサヘッドモジュール20が交流励磁電流生成部21を備えない構成としてもよい。 In this embodiment, the sensor head module 20 may not be provided with the AC excitation current generation unit 21.

本発明に係るセンサヘッドモジュール及び当該センサヘッドモジュールを用いた磁界センサについて、以下の実験を行った。 The following experiments were conducted on the sensor head module according to the present invention and the magnetic field sensor using the sensor head module.

(1)バイアス直流電流の調整
本発明に係るセンサヘッドモジュールを用いた磁界センサを使って、バイアス直流電流を変化させた場合の雑音スペクトル密度を測定した。磁気コア23aとしてMetglas2714A、幅1mmの薄帯を用いて、長さ30mmのセンサヘッド23を作製し、使用した。交流励磁電流は、周波数100kHzで24mA(実効値)とした。ここでは、図9に示す駆動部10、及び図10に示すセンサヘッドモジュール20の回路構成とした。
(1) Adjustment of Bias DC Current Using a magnetic field sensor using the sensor head module according to the present invention, the noise spectral density when the bias DC current was changed was measured. A sensor head 23 having a length of 30 mm was manufactured and used by using a thin band having a width of 1 mm and a Metglass 2714A as the magnetic core 23a. The AC exciting current was set to 24 mA (effective value) at a frequency of 100 kHz. Here, the circuit configuration of the drive unit 10 shown in FIG. 9 and the sensor head module 20 shown in FIG. 10 is used.

図17は、バイアス直流電流を変化させた場合の雑音スペクトル密度を測定した結果を示す図である。バイアス直流電流IdcをIdc=40mA~200mA前後まで変化させ、そのうち、Idc=40mA、130mA及び200mAの場合の結果を示している。図に示すように、Idcの大きさに応じて雑音特性に差が生じており、この実験の場合はIdc=200mAにおいて、雑音特性が最も良くなっている。つまり、センサヘッドの特性に応じてIdcを調整することが非常に重要であることがわかる。 FIG. 17 is a diagram showing the results of measuring the noise spectral density when the bias DC current is changed. The bias DC current Idc is changed from Idc = 40mA to around 200mA, and the results are shown when Idc = 40mA, 130mA and 200mA. As shown in the figure, there is a difference in noise characteristics depending on the magnitude of Idc, and in the case of this experiment, the noise characteristics are the best at Idc = 200 mA. That is, it can be seen that it is very important to adjust the Idc according to the characteristics of the sensor head.

なお、発明者らの以前の研究により、磁気コア23aとして磁性ワイヤを用いた場合は、Idc=40mA前後で雑音特性が良くなることが既に知られている。したがって、例えばセンサヘッド23に磁性ワイヤを用いたものから磁性薄帯を用いたものに交換するような場合には、本発明のように、センサヘッドモジュール20においてIdcを調整できることで、駆動部10側の回路を操作して調整する必要がなくなり、作業者の負担を格段に低減することができる。 According to previous research by the inventors, it is already known that when a magnetic wire is used as the magnetic core 23a, the noise characteristics are improved at around Idc = 40 mA. Therefore, for example, when the sensor head 23 is replaced with one using a magnetic wire and a magnetic thin band, the Idc can be adjusted in the sensor head module 20 as in the present invention, so that the drive unit 10 can be used. It is not necessary to operate and adjust the circuit on the side, and the burden on the operator can be significantly reduced.

(2)励磁電流の極性に応じたオフセットの測定
本発明に係るセンサヘッドモジュールを用いた磁界センサを使って、磁気コア23aに通電する励磁電流の極性を変えた場合のオフセットの変化を測定した。磁気コア23aとしてMetglas2714A、幅1mmの薄帯を用いて、長さ40mmのセンサヘッド23を作製し、磁気ジールド内に配置して使用した。交流励磁電流は、周波数100kHzで24mA(実効値)とした。ここでは、図9に示す駆動部10、及び図7に示すセンサヘッドモジュール20の回路構成とした。
(2) Measurement of offset according to the polarity of the exciting current Using a magnetic field sensor using the sensor head module according to the present invention, the change in offset when the polarity of the exciting current energized in the magnetic core 23a was changed was measured. .. A sensor head 23 having a length of 40 mm was produced by using a thin band having a width of 1 mm and a Metglass 2714A as the magnetic core 23a, and was arranged in a magnetic girade for use. The AC exciting current was set to 24 mA (effective value) at a frequency of 100 kHz. Here, the circuit configuration of the drive unit 10 shown in FIG. 9 and the sensor head module 20 shown in FIG. 7 is used.

上記磁界センサを使って、バイアス直流電流を-0.15A~0.15Aまで変化させた場合の出力結果は既に図6に示している。図6に示すように、負極側の電流領域と正極側の電流領域とで出力の挙動が明らかに異なっている。ここで、オフセットがより小さくなる方向に切替部24を調整し、バイアス直流電流の変化に対するオフセットを測定した結果を図18に示す。図18に示すように、バイアス直流電流が206mAの場合はオフセットを0になっている。これは極めて好感度な磁界センサの実現性を示している。 The output results when the bias DC current is changed from −0.15 A to 0.15 A using the magnetic field sensor are already shown in FIG. As shown in FIG. 6, the output behavior is clearly different between the current region on the negative electrode side and the current region on the positive electrode side. Here, FIG. 18 shows the result of adjusting the switching unit 24 in the direction in which the offset becomes smaller and measuring the offset with respect to the change in the bias DC current. As shown in FIG. 18, when the bias DC current is 206 mA, the offset is 0. This shows the feasibility of a very sensitive magnetic field sensor.

なお、バイアス直流電流をこれとは逆の極性に接続した場合は、バイアス直流電流-211mAの時にオフセットが-2.03μT、バイアス電流が-120mAの時にオフセットが-2.33μTとなっており、図18の場合の結果と比較して10倍以上の差があった。 When the bias DC current is connected to the opposite polarity, the offset is -2.03 μT when the bias DC current is -211 mA, and the offset is -2.33 μT when the bias current is -120 mA. There was a difference of 10 times or more as compared with the result in the case of FIG.

また、このようなオフセットの違いは、励磁電流の極性に応じて出力の特性が変わる磁性ワイヤをセンサヘッドに用いた場合でも生じるものであり、磁性ワイヤをセンサヘッドに用いた場合にも切替部の構成は非常に重要なものとなり得る。 Further, such a difference in offset occurs even when a magnetic wire whose output characteristics change according to the polarity of the exciting current is used for the sensor head, and a switching unit is also used when the magnetic wire is used for the sensor head. The composition of can be very important.

(3)センサヘッドのモジュール化による性能向上
本発明に係るセンサヘッドモジュールを用いた磁界センサと用いない場合とで雑音特性にどれくらいの差があるかを測定した。比較対象は、参考文献(Mattia Butta and Ichiro Sasada, “Effect of Terminations in Magnetic Wire on the Noise of Orthogonal Fluxgate Operated in Fundamental Mode”, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 48, NO. 4, APRIL 2012)に記載されている磁界センサと、本発明のセンサヘッドモジュールを用いた磁界センサである。参考文献では、励磁電流の制御を全て駆動回路と同じ基板上で行っている。一方、本発明に係るセンサヘッドモジュールを用いた実験は、上記と同じ磁性ワイヤを磁気コアとする長さ30mmのセンサヘッドを用い、周波数100kHzでIac=12mA、Idc=40mAの条件で測定した。
(3) Performance improvement by modularization of the sensor head It was measured how much the noise characteristics differ between the case where the magnetic field sensor using the sensor head module according to the present invention is used and the case where the sensor head is not used. The comparison target is described in the reference (Mattia Butta and Ichiro Sasada, “Effect of Terminations in Magnetic Wire on the Noise of Orthogonal Fluxgate Operated in Fundamental Mode”, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 48, NO. 4, APRIL 2012). It is a magnetic field sensor using the above-mentioned magnetic field sensor and the sensor head module of the present invention. In the reference, the excitation current is all controlled on the same substrate as the drive circuit. On the other hand, in the experiment using the sensor head module according to the present invention, the same magnetic wire as above was used as the magnetic core, and the measurement was performed under the conditions of Iac = 12mA and Idc = 40mA at a frequency of 100 kHz.

図19は、それぞれの磁界センサにおける周波数変化に対するノイズ特性を示す図である。図19(A)が参考文献の磁界センサ、図19(B)が本発明に係るセンサヘッドモジュールを用いた磁界センサの結果である。図19に示すように、参考文献の磁界センサに比べて、本発明に係る磁界センサの方がノイズ特性が向上していることがわかる。これは、本発明においては、センサヘッドモジュール20を駆動部10から独立させると共に、センサヘッドモジュール20において、バイアス直流電流を電気的に独立した電池で生成することにより、外乱のない綺麗な直流電流を通電することができているためである。 FIG. 19 is a diagram showing noise characteristics with respect to frequency changes in each magnetic field sensor. FIG. 19A is the result of the magnetic field sensor of the reference, and FIG. 19B is the result of the magnetic field sensor using the sensor head module according to the present invention. As shown in FIG. 19, it can be seen that the magnetic field sensor according to the present invention has improved noise characteristics as compared with the magnetic field sensor in the reference. In the present invention, the sensor head module 20 is made independent from the drive unit 10, and the bias direct current is generated by the electrically independent battery in the sensor head module 20, so that there is no disturbance and a clean direct current. This is because it is possible to energize.

なお、これと同様の結果は、センサヘッドに磁性薄帯を用いた場合でも同様であり、本発明のセンサヘッドモジュールを使用することで性能向上を実現することができる。 Note that similar results are the same even when a magnetic strip is used for the sensor head, and performance improvement can be realized by using the sensor head module of the present invention.

1 磁界センサ
10 駆動部
11 出力部
11a 発振器
12 検出部
20 センサヘッドモジュール
21 交流励磁電流生成部
21a 位相調整回路
21b 増幅回路
21c コンデンサ
21d 交流成分抽出回路
22 直流励磁電流生成部
22a 電池
22b 可変抵抗
22c,22d コイル
23 センサヘッド
23a 磁気コア
23b 検出コイル
24 切替部
24a,24b スイッチ
25 切替制御部
26 バッファ回路
27 調整部
231,232 センサヘッド
231a,232a 磁気コア
231b,232b 検出コイル
271 第1調整部
272 第2調整部
271a,272a 調整コイル
271b,272b 可変抵抗器
1 Magnetic field sensor 10 Drive unit 11 Output unit 11a Oscillator 12 Detection unit 20 Sensor head module 21 AC exciting current generator 21a Phase adjustment circuit 21b Amplification circuit 21c Condenser 21d AC component extraction circuit 22 DC exciting current generator 22a Battery 22b Variable resistance 22c , 22d Coil 23 Sensor head 23a Magnetic core 23b Detection coil 24 Switching unit 24a, 24b Switch 25 Switching control unit 26 Buffer circuit 27 Adjustment unit 231,232 Sensor head 231a, 232a Magnetic core 231b, 232b Detection coil 271 First adjustment unit 272 2nd adjustment unit 271a, 272a Adjustment coil 271b, 272b Variable resistor

Claims (3)

交流電流及びバイアス直流電流からなる励磁電流が入力される磁気コア、及び当該磁気コアに巻回される検出コイルからなるセンサヘッドと、
前記磁気コアに接続され、直流電源により前記励磁電流におけるバイアス直流電流を生成する直流励磁電流生成手段とを備え
前記直流励磁電流生成手段が、直流電源の正極と磁気コアの一端部とが接続され、直流電源の負極と磁気コアの他端部とが接続され、直流電源の正極と磁気コアの一端部との間に第1コイルを有することを特徴とするセンサヘッドモジュール。
A magnetic core to which an exciting current consisting of an alternating current and a bias direct current is input, and a sensor head consisting of a detection coil wound around the magnetic core.
It is provided with a DC exciting current generating means connected to the magnetic core and generating a bias DC current in the exciting current by a DC power supply .
In the DC excitation current generating means, the positive electrode of the DC power supply and one end of the magnetic core are connected, the negative electrode of the DC power supply and the other end of the magnetic core are connected, and the positive electrode of the DC power supply and one end of the magnetic core are connected. A sensor head module characterized by having a first coil between the two .
請求項1に記載のセンサヘッドモジュールにおいて、
直流電源の負極と磁気コアの他端部との間に、第1コイルに磁気結合する第2コイルを有しているセンサヘッドモジュール。
In the sensor head module according to claim 1,
A sensor head module having a second coil magnetically coupled to the first coil between the negative electrode of a DC power supply and the other end of the magnetic core .
請求項1又は2に記載のセンサヘッドモジュールに対して、少なくとも交流電流からなる励磁電流を供給する駆動回路を備え、
当該駆動回路が、前記センサヘッドモジュールに対して、交流電流及びバイアス直流電流からなる励磁電流を供給し、
前記センサヘッドモジュールが、前記励磁電流から交流成分のみを抽出する交流成分抽出手段を備える磁界センサ
A drive circuit for supplying an exciting current consisting of at least an alternating current to the sensor head module according to claim 1 or 2 is provided.
The drive circuit supplies the sensor head module with an exciting current consisting of an alternating current and a bias direct current.
A magnetic field sensor in which the sensor head module includes an alternating current component extracting means for extracting only an alternating current component from the exciting current .
JP2017185416A 2017-09-26 2017-09-26 Sensor head module and magnetic sensor Active JP7002112B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017185416A JP7002112B2 (en) 2017-09-26 2017-09-26 Sensor head module and magnetic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017185416A JP7002112B2 (en) 2017-09-26 2017-09-26 Sensor head module and magnetic sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019060717A JP2019060717A (en) 2019-04-18
JP7002112B2 true JP7002112B2 (en) 2022-01-20

Family

ID=66177181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017185416A Active JP7002112B2 (en) 2017-09-26 2017-09-26 Sensor head module and magnetic sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7002112B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7165837B1 (en) * 2022-07-15 2022-11-04 笹田磁気計測研究所株式会社 High frequency magnetic field sensor and anti-theft system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002022814A (en) 2000-07-04 2002-01-23 Shimadzu Corp Magnetism measuring device
JP2003215220A (en) 2002-01-21 2003-07-30 Sangaku Renkei Kiko Kyushu:Kk Magnetic field sensor
JP2013057645A (en) 2011-09-09 2013-03-28 Kyushu Univ Magnetic sensor
JP2014029323A (en) 2012-06-29 2014-02-13 Anritsu Sanki System Co Ltd Magnetic field distribution detector, magnetocardiograph and metal detector
JP2015055543A (en) 2013-09-11 2015-03-23 株式会社フジクラ Magnetic element controller and magnetic element control method
WO2015060344A1 (en) 2013-10-22 2015-04-30 国立大学法人九州大学 Magnetic field gradient sensor
JP2015197401A (en) 2014-04-02 2015-11-09 国立大学法人九州大学 magnetic field sensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4814275U (en) * 1971-06-26 1973-02-17
JPS52141275A (en) * 1976-05-20 1977-11-25 Nippon Steel Corp Differential magnetic field detector
US4290018A (en) * 1979-08-22 1981-09-15 Rockwell International Corporation Magnetic field strength measuring apparatus with triangular waveform drive means
JPS6057277A (en) * 1983-09-09 1985-04-03 Mishima Kosan Co Ltd Self-excitation type magnetism detecting method
JPH0711561B2 (en) * 1991-12-24 1995-02-08 財団法人電力中央研究所 Magnetic field exposure meter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002022814A (en) 2000-07-04 2002-01-23 Shimadzu Corp Magnetism measuring device
JP2003215220A (en) 2002-01-21 2003-07-30 Sangaku Renkei Kiko Kyushu:Kk Magnetic field sensor
JP2013057645A (en) 2011-09-09 2013-03-28 Kyushu Univ Magnetic sensor
JP2014029323A (en) 2012-06-29 2014-02-13 Anritsu Sanki System Co Ltd Magnetic field distribution detector, magnetocardiograph and metal detector
JP2015055543A (en) 2013-09-11 2015-03-23 株式会社フジクラ Magnetic element controller and magnetic element control method
WO2015060344A1 (en) 2013-10-22 2015-04-30 国立大学法人九州大学 Magnetic field gradient sensor
JP2015197401A (en) 2014-04-02 2015-11-09 国立大学法人九州大学 magnetic field sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019060717A (en) 2019-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6304647B2 (en) Current detector
KR101329240B1 (en) Non-contact current measuring apparatus using flux gate
CN102866283A (en) Superimposed large-current bias alternative-current (AC) current measuring device
Silva et al. High sensitivity giant magnetoimpedance (GMI) magnetic transducer: magnitude versus phase sensing
JP6281677B2 (en) Magnetic measuring device
JP4245236B2 (en) Current detection circuit
JP2004257905A (en) Electric current probe
TW201304342A (en) Counter wound inductive power supply
JP2001272201A (en) Position detector
JPS6085734A (en) Nmr image display method and apparatus
WO2008030129A2 (en) Sensor and procedure for measuring bus bar current with skin effect correction
JP2018048832A (en) Magnetic sensor, magnetic sensor device, and diagnosis device
CA1301475C (en) Magnetic amplifier
JP2019132719A (en) Magnetic detector
JP7002112B2 (en) Sensor head module and magnetic sensor
JP6472140B2 (en) Gradient magnetic field sensor
US3260932A (en) Magnet-field measuring device with a galvanomagnetic resistance probe
CN104849679A (en) Magnetic probe and magnetic field sensor having same
CN107328979A (en) A kind of simplex winding Toroidal current sensor
JP2008532012A (en) Current sensor with annular coil
JP2005031089A (en) Open-loop electric current sensor and power supply circuit equipped with it
JP2002202328A (en) Magnetic field type current sensor
WO2010020648A1 (en) A fluxgate sensor
CN108983123A (en) A kind of high-resolution amorphous wire orthogonal fluxgate sensor and its manufacturing technology
EP3629034B1 (en) Fluxgate sensor circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200925

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210811

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211012

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211214

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211220

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7002112

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150