JPH02500775A - 定常磁界又は時間変化磁界測定装置 - 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】 定常磁界又は時間変化磁界測定装置 本発明は、高透し性材料から成るコアと、交流電源から交流励磁電流を受取り前 記コアを磁化するコイルと、前記交流励伍電流及び測定すべき外部磁界により前 記コアの中に発生される磁界に相応して電圧を誘起する測定コイルを備えている 定常磁界又は時間変化磁界測定装置に関する。

この形式の装置は西独特許出願公開第３３４５７１２号公報により公知である。

例えば地球磁界の方向の測定に用いられるこの公知の装置ではコアは交流電流に より磁化方向が順次反転しながら各磁化方向で飽和状９１で磁化される。この場 合に、測定電圧の正の半波の持続時間と負の半波の持続時間の間のずれの程度が 、測定する外部磁界の強さの尺度となる、何故ならばコアは、測定すべき外部磁 界によりバイアスされている分だけ一方の磁化方向では他方の磁化方向より早期 に飽和領域に到達するからである。従って磁界測定は最終的には正負振幅持続時 間比の測定即ち負の振幅の持続時間に対する正の振幅の持続時間の比の測定に帰 することができる。測定子べき磁界の強さはこの正負振幅持続時間比からマイク ロコンピュータによりめることができる。

別の公知の類似の装置いわゆる＠７オルスター（Ｆｏｅｒｓｔｅｒ　）　プロー ブ１では周波数スペクトルが判断される。このために選鈑的で高価なフィルタが 必要となる。フィルタリング及び種々の非線形特性により増偏が制限される。

本発明の課題は、微弱な磁界変化ン測定することができる高い感度の冒頭に述べ た形式の装置乞構成することにちる。

上記課題は本発明により、測定コイルに後置接続されている積分器装置と、出力 電圧の直流取分又は準直流成分の減算装置と、前記減算装置の出力信号（Ｕｘ） の順次に続く半波のピーク値の検出装置により解決される。

西独特許出願公開第３３４５７１２号公報に記載の方法と同様に本発明による方 法でも、磁化曲森（ヒステリシス）及び外部から作用″ｊＪｂ均−凪界による測 定電圧の半波の歪が調べられる。しかしこの歪から磁化飽和状態に到達する時間 の差χ導出するのではな（、直流成分の除去後、測定すべき外部磁界による測定 曲線の歪をめるのである。測定された信号が直流取分を含まないので、積分され た信号ビ増幅することにより非常に高い感度を得ることができる。この感度は使 用する増幅器のノイズにより制限されるのみである。

このよ５にして僅かなコストで高い感度及び広い測定領域乞得ることができる。

更に、１つ又は複数の補償コイルにより例えば地球磁界等の外部のパックグラウ ンド磁界を比較的簡単に補償相殺することが可能であるので、非常に微弱な磁界 変化でも極めて良好に検出できる。これは、運動する金属部品にセ／すを使用す る場合又は考古学、地理学における地層調査の場合に好適である。

１つの有利な実施例では、２つの順次に続（半波のピーク値の差を形成する装置 が、印茄電圧の正負符号に依存して動作する切換装置と、前記切換装置の各切換 出力側に後置接続されているサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回 路の出力側に後置接続されている那算装置を備えている。

別の１つの有利な実施例では、巻線の方向が互いに逆であること以外は同一であ る２つの測定コイルを直列に接続し、この直列接続を積分器装置と接続し、交流 電圧から直流電圧成分を減算する減算形成装置乞この積分器装置に後置接続して いる。極性が互いに逆の２つの測定電圧χ発生するこの簡単な方法は、１つのコ アに互いに巻線方向が逆の測定コイルを直列に接続して取付ける。ことと、２つ の別個のコイル−コア装置な１列に接続して用いることのいずれでも実現するこ とが可能である。

別の１つの有利な実施例では、減算装置が低域フィルタと差動増幅器を備え、前 記差動増幅器の非反転入力側は直接に、反転入力側は低域フィルタを介して積分 装置の出力側と接続している。

相対的測定の実施及び外部障害磁界の補償ために減算装置に調整装置を後ｆｆ１ ｌ接続し、コアに巻かれている補償コイルに調整装置の出力側を接続すると好適 であることが分かった。この構成により初期条件が静的であれば測定信号を零に 調整することが可能である。調整装置を用いる代わりに出力信号を手動で零に補 償することも可能である。

本発明のその他の特徴、利点、詳細を次に実施例に基づいて図を参照しながら詳 細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例のブロック回路図、第２因はこの実施例における 測定電圧の時間変化及びその変換及び評価を示す線図、第３図は本発明の第２の 実施例のブロック回路図、第４図は第２の実施例における重要な電圧波形図であ る。

実施例 第１図に示されている実施例では、２つの測定プローブ！、２が示され、各測定 プローブ１．２は例えば無定形金属等の高透磁性材料から成る１つのコア３゜４ と、交流電流が流れる１つのコイル５，６と、１つの測定コイル７．８を備えて いる。コイル５，６は直列に接続され、コイル５，６の直列接続には例えば１Ｋ Ｈｚ　の交流励磁電流工が流れる。互いに同一のコイル７．８は互いに逆の巻線 方向で直列に接続され、従ってコイル７．８の直列接続は交流電圧Ｕ７及びＵ８ の半波のピーク値の差を形成する。

このようにして発生する測定電流又は相応する測定電圧Ｕ８は積分装置９に供給 される。積分装置９は、測定コイル７．８のインダクタンスにより誘起される測 定電圧Ｕａから磁束φを導出する。即ち、測定電圧Ｕａは測定すべき殊東φの時 間微分に比例する。

差動増幅器ｌＯの非反転入力側には線１１を介して積分装置９の出力信号Ｕａ１ が直接に供給され、反転入力側には線１２）？介して出力信号Ｕ８１が低域フィ ルタ１３でろ波さ、れてから供給される。このようにして差動増幅器ｌＯの出力 側からは、直流成分が除去されたされる。調整装置１４−の出力側は補償コイル １５に接続されている。調整装置、１４は、磁界の強さの相対的動される列車等 により発生する低周波障害磁界（１６２、／３Ｈ２）等の元来存在丁・る、２ツ クグラウンド磁界乞補償するために用いられる。調整装［１４の調整定数１４に 後置接続されている。交流電圧Ｕ７及びＵ８の半波のピーク値の差により形成さ れる測定信号の最大値を標本化するように測定値標本化時点制御装置１６により 標本化時点を適切に選定することにより測定精曵を最大にすることができる。従 って整流器装置乞設ける必要はない。

線図により本発明による装置の動作が分かる。Ｍ、　１列目、の線図では検出す る磁界は正弦波磁界Ｔｌｃ！畳されず、第２列目では正の方向の磁界が正弦波磁 界に重畳され、第３列目でに負の、磁界が正弦波磁界に重畳されでいる。

第２図ａ　１７ｎＸコイル５及び６を流れる励日電流工の時間変化が示されてい る。

第２図すには礎石コア３及び４乞通る磁界Ｈが示されてい、る。

第、２図Ｃ９ｄには各コイル７．８に印加されている互いに１．８０°位相シフ トされている各誘起電圧Ｕ８゜Ｕ９が示されている。図中、第２図ａに示されて いる正弦波は、測定すべき外部均−伍界が重畳するので各コア３，４の飽和領域 において歪んでいる。

巻線方向が互いに逆の測定コイル７２．８の直列接続により、第２図、ｅに示さ れている形状の測定信号Ｕａが一発生し、測定信号Ｕａは積分器ｆｉｉ９の入力 側に供給される。

第２図ｆでは積分信号Ｕ８１が示されている。積分信号Ｕａｉの直流成分Ｕ＝は 積分器により生ずる。この直流成分Ｕ＝は低域フィルタによりろ波されて除去さ れる。このようにして低域フィルタ１３から取出されるＵ−は差動増幅器ｌＯの 反転入力側に供給される。

第２図ｇでは差動増幅器ｌＯの出力信号ＵＸが示されている。

第２図りでは時点ｔｍで測定値Ｕｍが検出され、その都度に次の測定まで記憶さ れる。時点ｔｍは、第２図ａに示されている交流励磁電流工のピーク値により決 められる。

前述のように出力信号Ｕｘは直流成分が除去されことにより本発明によるグロー ブにおいてはｌｐＴのオーダの感度を得ることができる。感度は増幅器のノイズ により実質的に制限される。

第３図に示されている実施例では１つの測定グローブ１′のみが設けられている 。測定グローブｌ′は高透磁性材料から成るコアｇと交流励磁電流工が流れるコ イル５′と測定コイル７′ヲ備えている。

第１図に示されている実施例と同様に測定コイル７′に積分装置９が後置接続さ れている。積分装置９の出力信号Ｕａｉは、第１図に示されている実施例の場合 と同様に線１１を介して直接に差、勤増幅器ｌＯの非反転入力側に供給され、低 域フィルタ１３及び線１２を介して差動増幅器１０の反転入力側に供給される。

増幅器１０にはスイッチ１８が後置接続されている。スイ換装置１９から正の半 波入力電圧が印加されると切換位置Ｉをとり、負の半波入力電圧が印加されると 切換位置■をとる。

スイッチ１８の切換位置Ｉ、Ｉに対応する各切換接・点にサンプルホールド回路 ２０．２１が後置接続されている。サンプルホール１回路２０．，２１はその都 度供給される正の半波電圧のピーク値又は負の半波電圧。

のピーク値を保持する。サンプルホール１回路２０は正の半波電圧のピーク値を 加算器２２に供給し、サンプルホールド回路２１は負の半波電圧のピーク値を加 算器２２に供給する。加算器２２は２つの値の差を形成する。

加算装置２２の出力信号はドライノ９段２３を介して補償コイル１５乞付勢する 。補償コイル１５は第１の実施例の場合と同様に、定常の外部磁界又は測写周醜 数に比して時間変化力鷲緩慢である外部磁界を零に補償する。、補償調整の時定 数は、この時定数に比して比較的短い時間に生ずる測定すべき磁界変化々を補償 により除去されることがないように決められる。

第４″図には、第３図に示されている回路装置の種々の点におけ、る電圧変化が 示されている。

第４図ａにはコイル５′を流れる１に・Ｈ２の交流励磁電ｆｆ１Ｉの変化が、第 ２図ａに示されている交流励磁電流Ｉの変化に対応して示されている。

第４図すには磁界の強、さＨの変化が示されている。

第２列、第３列の線図には、外部磁界Ｈａが重畳されて正の半波、負の半波が零 線からシフトされている。

第４図ＣＶｃは、コイル７′に誘起される電圧Ｕａが示されている。その第２列 、第３列の線図に＆’ｉ、外部磁界Ｈ８が重畳され更にコア磁石の飽和により歪 を受けた正の半波、負の半波が示されている。

第４図ｄには積分装置９の出７）側から取出される電圧Ｕａｒｂｔ示されている 。電圧Ｕ８１は低域フィルター３でろ波され除去される。

第４図ｅには差動増幅器１０の出力側から取出された電圧Ｕ　が示されている。

電圧ＵＸから直流成分が× 除去されている。更に第４図ｅには各サンプルホールド回路２０．２１がスイッ チ１８の切換位ｆｌＩｔ　ＩＩにおいてその都度の正又は負のピーク値を検出及 び記憶することが示されている。

第４図ｆＶｃは加算器２２の出力側から取出される出力信号Ｕｍが示されている ・。加算器、２２にはサンプルホールド回路２０．２１からピーク値が供給され る。

出力信号Ｕｍは、緩慢な磁界の強さの変動及び障害磁界を補償する補償コイル１ ５へ補償信号として供給され、補償の終了後には測定すべき磁界に比例する測定 信号となる。

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Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．高透磁性材料から成るコアと、交流電源から交流励磁電流を受取り前記コア を磁化するマイルと、前記交流励磁電流及び測定すべき外部磁界により前記コア の中に発生される磁界に相応して電圧を誘起する測定コイルを備えている定常磁 界又は時間変化磁界測定装置において、 前記測定コイル（７，８又は７′）に後置接続されている積分器装置（９）と、 該出力電圧（Ｕａｉ）の直流成分又は準直流成分の減算装置（低域フィルタ１３ ，差動増幅器１０）と、前記減算装置（１３，１０）の出力信号（ＵＸ）の順次 に続く半波の正又は負のピーク値の検出装置を備えていることを特徴とする定常 磁界又は時間変化磁界測定装置。
2. ２．順次に続く２つの半波のピーク値の差を形成する装置（１８ないし２２）を 減算装置（１３，１０）に後置接続したことを特徴とする請求の範囲第１項記載 の定常磁界又は時間変化磁界測定装置。
3. ３．２つの順次に続く半波のピーク値の差の形成する装置が、印加電圧（Ｕ）の 正負符号に依存して動作する切換装置（１８）と、前記切換装置（１８）の各切 換出力側に後置接続されているサンプルホールド回路（２０，２１）と、前記サ ンプルホールド回路（２０，２１）の出力側に後置接続されている加算装置（２ ２）を備えていることを特徴とする請求の範囲第２項記載の定常磁界又は時間変 化磁界測定装置。
4. ４．巻線の方向が互いに逆であること以外は同一である２つの測定コイル（７， ８）を直列に接続し、この直列接続を積分器装置（９）と接続したことを特徴と する請求の範囲第１項記載の定常磁界又は時間変化磁界測定装置。
5. ５．減算装置が低域フィルタ（１３）と差動増幅器（１０）を備え、．前記差動 増幅器（１０）の非反転入力側は直接に、反転入力側は低域フイルタ（１３）を 介して積分装置（９）の出力側と接続することを特徴とする請求の範囲第１項記 載の定常磁界又は時間変化磁界測定装置。
6. ６．減算装置（１０，１３）に調整装置（１４）を後置接続し、前記調整装置（ １４）の出力側は、コア（３）の中の均一磁界を補償するためコイル（１５）と 接続することを特徴とする請求の範囲第１項記載の定常磁界又は時間変化磁界測 定装置。