JP7084733B2 - 磁気センサを用いた磁性体の漏洩磁束検出装置及び漏洩磁束検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情によりなされたものであり、TMR磁気センサを磁気センサとして高感度で用いることによって特性を向上させた磁性体の漏洩磁束検出装置及びこの検出装置を使用した漏洩磁束検出方法を提供するものである。
以下、図1-図5、図7-図12を参照して実施例1を説明する。
磁気センサモジュール20は、図3に示されている。配線基板5の一辺には、その縁に近接して配列された多数のTMR磁気センサ1からなる磁気ラインセンサ10が形成されている。各TMR磁気センサ1は、センサチップとして構成されているので、以下にはセンサチップ1という場合もある。この漏洩磁束検出装置による測定時には対象物の薄鋼板30が配線基板5の複数のTMR磁気センサ1からなる磁気ラインセンサ10が形成された1辺に近接して配置される。また、配線基板5にはアンプICもしくはアンプチップからなる増幅部11が形成されている。増幅部11の位置は、特に限定されないが、磁気ラインセンサ10に近接していることが望ましい。配線基板5の他の辺には端子部7が設けられている。端子部7が設けられる辺は限定されないが、本実施例では、磁気ラインセンサ10が近接して形成されている辺の対向辺に設けられている。端子部7からは、リード18が前記磁気センサモジュール20の外部に延びており、磁気ラインセンサ10によって得られた信号は、配線基板5内部の配線を介して前記端子部7から前記リード18に伝えられる。
配列されたTMR磁気センサ1からなる磁気ラインセンサ10が形成された配線基板5の一部を拡大した平面図が図4に示されている。
図4において、漏洩磁束検出装置は、測定時、対象物である搬送される薄鋼板30に近接させる必要がある。薄鋼板30の磁気特性、漏洩磁束を効率良く有効に検出するには、磁気センサモジュール20の構成要素である配線基板5の薄鋼板30に近接対向する辺縁に各TMR磁気センサ1の端部を近づける必要がある。図4では前記辺縁から前記端部までの距離を0.05mmにしている。
ここで、例えば、磁気ラインセンサ10のTMR磁気センサ1数は154個で、磁気ラインセンサ10における各TMR磁気センサ素子2,3の幅方向のピッチは0.5mmである。
TMR磁気センサ1の長手方向の前記一端とは反対側である他端側は、配線基板5が薄鋼板30に対向した辺と一致している。各TMR磁気センサ1は、配線基板5の薄鋼板30と対向する辺に沿って一列に配置されて磁気ラインセンサ10を構成する。
本実施例における漏洩磁束検出装置は、TMR磁気センサ1により得られた薄鋼板30の漏洩磁束情報を増幅して端子部7から画像処理装置に送り、この画像処理装置で送られた漏洩磁束情報を画像化することができる。
磁気ラインセンサ10において、電源端子VDDから各高感度TMR素子3に電源電圧が供給され、各低感度TMR素子2には接地端子GNDが接続されている。
磁気ラインセンサ10における各TMR磁気センサ1をチャンネル(以下「ch」という場合もある。)と称し、図5上、上から下に向けて、チャンネル1からチャンネル154まで並んでいるが、図5ではこれを1ch、2ch、3ch、・・・、154chと表記している。
各増幅器の出力は、画像処理装置のA/D変換部12の各A/D変換器に入力されてデジタル変換される。A/D変換部12でデジタル変換されたデジタル信号は、画像処理部13に入力して画像が生成され、生成された画像は画像表示部17に表示される。
画像処理部13は、デジタル化されたTMR磁気センサ出力の各チャンネル1~154間のばらつきをなくすべく正規化する正規化部14と、正規化したデジタル信号を最大値から最小値の間で量子化して階調データを生成する階調データ生成部15と、各チャンネル1~154での階調データに基づいて画像を生成する画像生成部16とからなる。
図1に示すように、対象物となる薄鋼板30は、ロール31上を走行している。磁化器21は、ロール31上の薄鋼板30に近接して配置される。そして、磁化器21の励磁ヨークN極22とS極23との間には、磁気ラインセンサ10が配置されている。励磁ヨーク22,23によって、薄鋼板30内部には磁性体内磁束、即ち、磁界が形成される。このとき、図2に示すように、薄鋼板30の内部に非磁性体の介在物32があれば、その部分から漏洩磁束が生じ、磁気ラインセンサ10で検出される。
薄鋼板30の漏洩磁束を検出する方法において、磁化器21により薄鋼板30を磁化すると共に、前記バイアス付与手段を兼ねる磁化器21によってTMR磁気センサ1の感磁方向に0エルステッド付近の低感度領域を超えて、TMR磁気センサ1の感度が線形領域の範囲である高感度領域となるようにバイアス磁界(空間磁束)を印加することを特徴とするものである。
TMR磁気センサ1は、印加磁界(Oe)によって出力電圧が大きく変化する。図7は、TMR磁気センサ1を搭載した磁気センサモジュール20の出力特性を示している。横軸は、磁気センサモジュール20のTMR磁気センサ1に印加された磁界(Oe)、縦軸は、印加された磁界に反応する出力端子OUT(図4参照)からの出力電圧(V)を表わしている。なお、図7、図8、図9は共に、電源電圧が5Vであり、TMR磁気センサ出力を増幅部11で10倍した数値を出力電圧に記載している。
図7では、印加磁界-40~40Oeの領域の感度特性を示している。この感度特性の中で、-2~2Oeの領域が低感度域であり、図8の特性図がその領域に含まれる。また、2~13Oeの領域が高感度域であり、図9の特性図がその領域に含まれる。この実施例ではこの高感度域でTMR磁気センサ1を用いる。
薄鋼板30からの垂直方向の漏洩磁束を検出するために、磁気ラインセンサ10を構成する複数のTMR磁気センサ1は前記薄鋼板30の幅方向、換言すると薄鋼板30の動く方向とは直角の方向に配置され、前記幅方向とは直角の方向、換言すると前記動く方向に励磁される。
磁気ラインセンサ10の感度が最も高い付近にバイアス磁界を与えるために、磁化器21のN極22とS極23の間の中心位置から少し離れた位置(バイアス磁界7Oe付近)に磁気センサモジュール20、とりわけ磁気ラインセンサ10を配置すると良い。
以上、総合するとこの実施例では、薄鋼板30の漏洩磁束を検出する方法において、磁化器21により薄鋼板30を磁化すると共に、磁化器21によってTMR磁気センサ1の感磁方向に0エルステッド付近の低感度領域を超えて、TMR磁気センサ1の感度が線形領域の範囲である高感度領域となるようにバイアス磁界を印加する。これにより、磁気ラインセンサ10の最大感度が引き出せる。
さらに、鋼板以外の磁性体にも本発明を適用可能なことはもちろんである。
実施例1を説明する図5と同様に、磁気センサモジュール40の回路配線接続図及び画像処理部44と画像表示部48から構成された画像処理装置のブロック図を参照してこの実施例の磁気センサモジュール40を説明する。
磁気ラインセンサ10において、種類の異なる2対のTMR素子が1つのチャンネル(図6ではchと表示)を構成し、2つの出力端子OUT(図4参照)は、それぞれ増幅部42の同じ増幅器の2つの入力端子に接続される。一対のTMR素子は、電源端子VDDから高感度TMR素子3aに電源電圧が供給され、低感度TMR素子2aには接地端子GNDが接続されている。もう一方のTMR素子の対は、電源端子VDDから低感度TMR素子2bに電源電圧が供給され、高感度TMR素子3bには接地端子GNDが接続されている。つまり、各チャンネル1~154はブリッジ構造であり、本実施例におけるTMR磁気センサ1の数は、実施例1と比較して、154ch×2個、すなわち2倍の308個必要になる。
各増幅器の出力は、画像処理装置のA/D変換部43の各A/D変換器に入力されてデジタル変換される。A/D変換部43でデジタル変換されたデジタル信号は、画像処理部44に入力して画像が生成され、生成された画像は、画像表示部48に表示される。画像処理部44は、デジタル化されたTMR磁気センサ出力の各チャンネル1~154間のばらつきをなくすべく正規化する正規化部45と、正規化したデジタル信号を最大値から最小値の間で量子化して階調データを生成する階調データ生成部46と、各チャンネル1~154での階調データに基づいて画像を生成する画像生成部47とからなる。
この実施例ではフルブリッジ構造を説明したが、この構造は、差動動作させることが出来る。
2,2a,2b・・・低感度TMR素子
3,3a,3b・・・高感度TMR素子
5・・・配線基板
7・・・端子部
10・・・磁気ラインセンサ
11,42・・・増幅部
12,43・・・A/D変換部
13,44・・・画像処理部
14,45・・・正規化部
15,46・・・階調データ生成部
16,47・・・画像生成部
17,48・・・画像表示部
20,40・・・磁気センサモジュール
21・・・磁化器
22・・・励磁ヨーク(N極)
23・・・励磁ヨーク(S極)
30・・・薄鋼板
31・・・ロール
32・・・介在物
33・・・鋼板加工物
34・・・回転装置
35・・・回転ヘッド
Claims (6)
- 磁性体を励磁する磁化器と、前記磁性体に対向配置されて前記磁性体の内部介在物・キズ・空隙に起因した漏洩磁束を検出するTMR磁気センサを有する磁気センサモジュールと、前記TMR磁気センサの感磁方向にバイアス磁界を印加するバイアス付与手段とを備え、前記磁気センサモジュールは、前記複数のTMR磁気センサを搭載する配線基板を有し、前記磁性体と前記TMR磁気センサを構成するセンサチップとの距離を小さくするために、当該センサチップを前記磁性体の表面に対向する前記配線基板の端部に沿って複数配置したことを特徴とする磁気センサを用いた磁性体の漏洩磁束検出装置。
- 前記バイアス付与手段は、前記磁化器が兼ねるか、または前記磁化器に加えてバイアス付与補助手段を有してなることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサを用いた磁性体の漏洩磁束検出装置。
- 前記磁気センサモジュールを高感度で使用できるように、前記バイアス付与手段によって前記TMR磁気センサに印加されるバイアス磁界が0エルステッド付近の低感度領域に隣接する前記TMR磁気センサの感度が線形領域の範囲である高感度領域となるように印加されることを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の磁気センサを用いた磁性体の漏洩磁束検出装置。
- 前記磁性体を所定方向に動かして漏洩磁束を検出する装置であり、前記磁性体からの垂直方向の漏洩磁束を検出するために、前記複数のTMR磁気センサは、前記磁性体の動く方向と直角の方向に配置され、前記動く方向に励磁されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の磁気センサを用いた磁性体の漏洩磁束検出装置。
- 前記磁気センサモジュールの感度が最も高い付近にバイアス磁界を与えるために、前記磁化器のN極とS極の間の中心位置から適正に離れた位置に当該磁気センサモジュールを配置することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の磁気センサを用いた磁性体の漏洩磁束検出装置。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の漏洩磁束検出装置を用いて前記磁性体の漏洩磁束を検出する方法において、前記磁化器により前記磁性体を磁化すると共に、前記バイアス付与手段によって前記TMR磁気センサの感磁方向に0エルステッド付近の低感度領域を超えて、前記TMR磁気センサの感度が線形領域の範囲である高感度領域となるようにバイアス磁界を印加することを特徴とする磁気センサを用いた磁性体の漏洩磁束検出方法。
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