JPH01126576A - 磁界検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は極微小の磁界を高感度に且つ、高速応答性を以
って検出する装置に関する。

従来技術 例えば１０−９テスラ程度以下の極微小の磁界を検出す
る場合、従来フラックスゲート形磁気検知器、超伝導量
子干渉計等があるが、フラックスゲート形磁気検知器は
、コアに使用している磁性材料の磁気雑音にその検出限
界を制限され、又超伝導量子干渉計も、例えば現時点で
は、未だ極低温の維持装置を必要としないものは現れて
おらないのに見られるように、特殊な技術と高価な材料
。

装置を必要とするのが現状である。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記のような問題点を解決したものであって、
即ち磁気雑音に間してはコアとして使用する磁気材料の
内部ひずみや組成の不均一性、空孔や夾雑物に起因する
不連続磁化範囲を避け、不連続磁化範囲より大きな非線
形領域がセンサーコアの動的磁化レベル（励振領域）と
なるように磁気偏位を起こさせることにより、磁気雑音
が出力に現れるのを有効に軽減するようにし、更にτ磁
界法の応用により、直線性に優れ且つ外界に存在する磁
界を高感度で拾い安定で且つ高範囲の磁界検出を可能に
したものである。又本発明は液化気体及びその維持装置
等、特に高価な装置は使用せずども実施でき、超伝導量
子干渉計でなくては測定不可能であった極微小磁界の高
感度検出を可能とすると共に、これにより使用者にとっ
て平易で安価な高感度磁気検出装置を提供することがで
診るようにしたものである。

問題点を解決するための手段及び作用 交流電流によって励振されたセンサーコアの動的磁化レ
ベルが、今測定対象たる外部磁界（以下被検出磁界Ｈ，
という）によってシフトされると、これに伴いコアの動
的微分透磁率の大きさも変化することになる。従って被
検出磁界Ｈｘによって生じた透磁率の変化分を、高周波
の励磁電流に対する二次側巻線に生ずる変圧器起電力と
して検出すれば、これから被検出磁界の大きさと極性と
を知ることができる。しかしセンサーコアの動的磁化レ
ベルが不連続磁化範囲にある場合には二次側巻線に生ず
る変圧器起電力には被検出磁界に基かない有害な磁気雑
音が重畳されて出力されることが認められる。

本発明は上記センサーコアに上記交流電流による励振と
同時に、直流偏位磁界を印加し、コアの励振領域を不連
続磁化範囲より大きな非線形領域に偏位させ、該偏位励
振領域において上記被検出磁界を感知させ、これにより
上記センサーコアの二次側巻線に生じた話起起電力の変
化分を基に該センサーコアに付加した制御巻線に制御電
流を流して、該センサーコアを逆励磁することにより、
上記変化分を減殺又は相殺させ、該減殺又は相殺を生じ
させる制御電流から上記被検出磁界を検出するようにし
て上記問題の解決を図ったものである。

実施例 以下本発明の実施例を第１図乃至第３図に基いて説明す
る。実施例はセンサーコアを二個用いた場合を代表例と
して示している。

Ａ、Ｂは変圧器、ａ、ｂは各変圧器におけるセンサーコ
アであり、該センサーコアａ、ｂの一次側巻線Ａ、、Ｂ
、は一方の人力＠２．５同士が接続されており、同他方
の入力端１と６には交流電源Ｅと直流電源りとを第１図
実線で示す如く直列、又は同図破線で示す如く並列に接
続し、該直列又は並列電源回路に抵抗Ｃ，が直列に接続
されており、並列電源回路の場合には、抵抗Ｃ７゜Ｃ５
が夫々直列に接続されており、センサーコアａの二次側
巻線Ａ２の一方の出力端４とセンサーコアｂの二次側巻
線Ｂ、の一方の出力端７とが接続されており、更に二次
側巻線Ａ２．Ｂ、の出力端３．８間には低雑音増幅器Ｆ
を介して同期整流器Ｇと周波数選択性減衰器Ｈとが接続
されている。

ここで４つの巻線Ａ＋　＋　　Ｂ＋　、Ａ２　、Ｂ２に
付した「・」印は巻線の極性を示したもので、センサー
コアａ、ｂの一次側巻線Ａ＋、Ｂ＋の巻線方向は被検出
磁界Ｈｘに対し逆相であり、二次側巻線Ａ、、Ｂ２の巻
線方向は被検出磁界に対し同相である。

更に上記センサーコアａ、ｂの夫々に第３の巻線を付加
し、これを零磁界法における制御巻線Ａ、、Ｂ、とする
。制御巻線Ａｓ、Ｂｓはその巻線方向を被検出磁界に対
し共に逆相となるようにし、一方の巻線端子１６．１７
同士を接続する。

又制御巻線Ｂ　３　＋　Ａ　３の制御系として周波数選
択性減衰器Ｈの検出信号１４Ｋｈｄとセンサーコアａ、
ｂの偏位磁界からの変化分の目標値Ｈｒの差εに基き制
御電流指令信号１ｃｒを出力する比例積分回路Ｉを具備
させ、該比例積分回路！の制御電流指令信号ｉｃｒを増
幅器Ｊの一方の差動的入力電圧とすると共に、該増幅器
Ｊの出力側を制御巻線Ｂ３の他方の巻線端子１８に接続
し、増幅器Ｊの出力たる制御電流ｉｃを制御巻線Ｂｓ−
ｈＡ３へと流すようにし、該制御巻線Ａ、の他方の巻線
端子１５の出力を抵抗Ｒｄに流しその電圧を増幅器Ｊの
他方の差動的入力電圧とする。

上記回路によりセンサーコアａ、ｂにおける被検出磁界
Ｈオを相殺又は減殺するような電流を制御巻線Ｂ　３　
＋　Ａ　３に流すように制御する。

変圧器Ａ、Ｂにおけるセンサーコアａ、ｂの形状は夫々
開磁路を構成する棒状又は短冊状又は線状であり、変圧
器Ａ、Ｂのコアａ、ｂの材料として、強磁性体の磁性材
料、例えばアモルファス合金又はパーマロイ等を使用す
る。

而して、センサーコアａ、ｂの一次側巻線Ａｔ、Ｂ＋の
入力端１，６に交流電流９（ｉｅｘ）と直流電流１０　
（ｉｄｃ’　）を重畳して加えてセンサーコアａ、ｂを
交流電流９により励振し交流磁界を加えると同時に、直
流電流１０により直流偏位磁界を加えて置く。

斯くしてセンサーコアａ、ｂに加えられた被検出磁界Ｈ
，により振幅変調された信号１２をセンサーコアａ、ｂ
の二次側巻線Ａ２．Ｂ２の出力端３．８より取り出し、
低雑音増幅器Ｆを経させた後、同期整流器Ｇによって信
号１２を一次側交流電流９に同期して整流し、被検出磁
界Ｈ，の方向に対応した極性を持つ信号１３を取り出し
、更に周波数選択性減衰器Ｈによって信号１３から一次
側交流電流の成分を取り除いた信号１４を取り出す。

上記によってセンサーコアａ、ｂにより感知した被検出
磁界Ｈ，に応じた二次側巻線Ａ　２　＋　　８２側の誘
起起電力の変化分を信号１４として取り出すことができ
る。この際、第２図、第３図に示すように、センサーコ
アａ、ｂに使用している磁性材料を磁化する直流電流１
０による偏位磁界Ｈｄｃ　。

−Ｈｄｃの大きさは、磁性材料の不連続磁化範囲Ｍ。

より大きな非線形領域に入るように設定されている。好
ましくは偏位磁界Ｈｄｃ、−Ｈｄｃは上記不連続磁化範
囲Ｍ１より大きく、飽和磁化範囲Ｍ２より小さくなるよ
うな回転磁化範囲Ｍ、に設定されており、且つ直流電流
１０に重畳されるべき交流電流９の大きさは上記不連続
磁化範囲Ｍ１及び飽和磁化範囲Ｍ２に入らないように設
定されている。

これによってセンサーコアａ、ｂの励振領域を不連続磁
化範囲Ｍ１より大きな非線形領域に偏位させ、該偏位励
振領域、最適には回転磁化範囲Ｍ、において上記被検出
磁界Ｈｘを感知させ磁界測定を行なう。

第２図Ａは被検出磁界が零の場合（Ｈｘ　＝Ｏ）におけ
る変圧器Ａ、Ｂの夫々のコアａ、ｂの磁性材料の磁化特
性を表しており、第３図Ａは同Ｈｘ＞Ｏの場合の同磁化
特性を表している。

又第２図Ｂは被検出磁界がない場合（Ｈ×＝０）のセン
サーコアａ、ｂにかけられた直流偏位磁界Ｈｄｃ、−Ｈ
ｄｃの近傍における交流電流９による二次側巻線の誘起
電圧（ｅｓｃｈｐ　）と（ｅｓｃｈｎ　）と、その加算
信号１２　（ｅｓｃｈ）とを表したものである。各誘起
電圧（ｅｓｃｈｐ　）と（ａｓｃｈｎ　）とは差動的に
加算をされているため、信号中の交流電流９による成分
は検出波形には殆ど表われない。

第３図Ｂは被検出磁界がある場合（’ＨＸ＞Ｏ）のセン
サーコアａ、ｂにかけられた直流偏位磁界の近傍におけ
る交流電流９による二次側巻線の誘起電圧（ｅｓｃｈｐ
　）と（ｅｓｃｈｎ　）と、その加算電圧である信号１
２　（ｅｓｃｈ）を表したものである。同様に誘起電圧
（ｅｓｃｈｐ　）と（ｅｓｅｈｎ　）とは差動的に加算
をされているため、被検出磁界によって生じた各コアの
動作磁化レベルの変化に基く加算信号（ｅｓｃｈ）のみ
が表われていることになる。

上記の如くして周波数選択性減衰器Ｈから得られる信号
１４Ｋｈｄと目標値Ｈｒの差分）１ｒ−にｈｄ　＝εに
基き比例積分回路■から制御電流指令信号１ｃｒを出し
、増幅器Ｊを介して制御電流ｉｃを制御巻線Ｂ、、Ａ３
に流す。

この制御電流ｉｃによってセンサーコアａ、ｂを逆ｌ１
ｉＩ］磁し、被検出磁界Ｈｘ、即ち誘起起電力の変化分
を減殺又は相殺する。この変化分を減殺又は相殺すべく
制御巻線Ｂ、、Ａ、に流れた電流ｉｃから被測定磁界Ｈ
ｘを検出する。Ｒｄはこの被測定６ｉｉ界Ｈｘの検出を
電圧Ｒｄｉｃとして取り出すための抵抗である。

発明の効果 以上のように、本発明ではセンサーコアに直流偏位磁界
を印加した上に交流電流に基く交流磁界を重畳した状態
で被検出６ｆｉ界を検出すると言う検出装置であるため
、磁界検出媒体であるセンサーコアの磁気雑音を軽減す
ることができる。又検出のための補助信号である交流の
励振電流に基いて生じる各二次側巻線電圧を差動的にキ
ャンセルしているため、出力には交流励振電流によって
変調されてはいるものの、実質的には被検出磁界分しか
表れないよう工夫されていることにより、極微小の被検
出磁界を検出できるようになったものである。

又従来技術では、前記の如く被測定磁界による交流励振
電流や二次側巻線電圧の位相ズレ、又はパルス位置の変
化をとらえる方式であったために、高周波磁界の検出が
原理的にも制限され、従って応答性が極めてわるいもの
であった。

本発明は二次側巻線による誘起起電力の変化分を制御巻
線に流した電流により可及的に減殺又は相殺するという
方法でこの電流値から被測定磁界を検出する方法を採っ
たので、被測定磁界の検出範囲が著しく拡大され、被検
出磁界と測定値との直線性が著しく良好なる検出が行な
え、加えて巻線の太さやコアの犬ぎさ、回路容量等を任
意に選択することによりその検出範囲において磁界を有
する全ての測定対象に対応させ得る能力の磁界検出装置
が提供できた。又外界の温度等の外乱要因に影響されな
い安定な磁界検出を可能とする長所がある。加えて補助
励振交流電流に高周波を使用することにより高速応答を
可能にし、更に直流偏位磁界をセンサーコアに印加する
ことによりコア雑音を軽減した検出動作が行なえ、結果
的に高感度で高範囲の磁界検出器を安価に提供できるこ
ととなった。

【図面の簡単な説明】

′ｆ％１図は本発明の実施例を示す磁界検出装置の回路
図、第２図Ａは第１図における被検出磁界Ｈ，−０の場
合のセンサーコアの磁化特性曲線と磁界検出における適
用範囲を示す図、第２図Ｂは第２図Ａにおけるセンサー
コアの一次側交流電流と二次側巻線電圧の波形図、第３
図Ａは第１図における被検出磁界Ｈ，＞Ｏである場合の
センサーコアの磁化特性曲線と磁界検出における適用範
囲を示す図、第３図Ｂは第３図Ａにおけるセンサーコア
の一次側交流電流と二次側巻線電圧の波形図である。 Ａ、Ｂ・・・変圧器、Ａ、、Ｂ、・・・−次側巻線、Ａ
２．Ｂ２・・・二次側巻線、ａ、ｂ・・・センサーコア
、Ａ、、Ｂ、・・・制御巻線、Ｄ・・・直流電源、１０
・・・直流電流、Ｅ・・・交流電源、９・・・交流電流
、Ｇ・・・同期整流器、ｉ・・・周波数選択性減衰器、
Ｈ×・・・被検出磁界、ＭＩ・・・不連続磁化範囲、Ｍ
、・・・飽和磁化範囲、Ｍ３・・・回転磁化範囲、Ｆ・
・・低雑音増幅器、Ｉ−・・比例積分回路、Ｊ・・・増
幅器、Ｒｄ・・・制御電流検出用抵抗、ｃ、　、Ｃ２＋
　ｃ、・・・抵抗。 楓 佃？ 、天

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　センサーコアの一次側巻線に流した交流電流によりセ
   ンサーコアを励振させておき、センサーコアにより感知
   した被検出磁界に応じた二次側巻線の誘起起電力の変化
   分に基き上記被検出磁界を測定するようにした磁界検出
   法であって、上記センサーコアに上記交流電流による励
   振と同時に、直流偏位磁界を印加し、コアの励振領域を
   不連続磁化範囲より大きな非線形領域に偏位させ、該偏
   位励振領域において上記被検出磁界を感知させるように
   構成すると共に、上記センサーコアに制御巻線を施し、
   該センサーコアの上記二次側巻線の誘起起電力の被検出
   磁界による変化分を基に該制御巻線に制御電流を流して
   該センサーコアを逆励磁することにより、上記変化分を
   減殺又は相殺させ、該減殺又は相殺を生じさせる制御電
   流から上記被検出磁界を検出する磁界検出装置。