JPH05223910A

JPH05223910A - 磁気計測法

Info

Publication number: JPH05223910A
Application number: JP6786992A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Murakami; 美廣村上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】本発明は、微小な磁束密度を簡便に、しかも高
精度で計測するための技術である。【構成】強磁性体コア２に巻いた検出コイルで構成し
た、磁気センサにおいて強磁性体コア２の軸方向に、発
振器１から交流電流を供給して、強磁性体コア２から円
周磁界を発生させ、強磁性体コア２に印加する外部磁界
による合成磁界強度によって、コイル３に誘起する電圧
を計測する磁気計測法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小磁界を高感度、高
安定で計測する磁気センサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般に公知な方法としては、ホ
ール素子，磁気ダイオード，磁気抵抗素子等が、各
産業分野で用いられている。

【０００３】第９図はホール素子の基本構成を示し、図
９を用いて従来技術の動作を簡単に説明する。図９に示
す如く、ホール素子のＸ方向に制御電流（ＤＣ）を供給
し、下面からＺ軸方向に外部磁束が交差すると、Ｙ軸方
向のａ，ｂ間に電圧が誘起する。この電圧を測定する事
により、素子に交差する磁束密度を、計測する事が出来
る。

【０００４】ホール素子で、磁束密度に対する誘起電圧
は、素子の形状，寸法及び素子の材料等に対応して決定
するが、磁束密度に対する出力感度は、５０〜３００ｍ
ｖ／ＫＧａｕｓｓ程度ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ホール素子の磁気セン
サでは、測定レンジは広いが磁束密度に対する検出感度
が極端に小さい。又、半導体を用いているので温度特性
が悪く、悪環境下での使用に耐えられない。

【０００６】又、磁気抵抗素子の磁気センサでは、磁束
密度に対する出力特性が、微小磁束密度に対して検出感
度が無く、又、交差する磁束密度の極性が判別不能であ
る。

【０００７】

【発明が解決するための手段】本願技術の基本原理は、
強磁性体コアにコイルを巻き、且つ、強磁性体コアの軸
方向に交流電流を供給し、前記強磁性体コアに交差する
外部磁束に対応した、交流電圧を前記コイルから抽出す
る。

【０００８】

【作用】強磁性体コアにコイルを巻き、強磁性体の軸方
向に交流電流を供給すると、円周磁界が発生する。この
条件では、交流電流により発生する磁束は前記コイルと
交差しないので、コイルへの誘起電圧は零である。しか
し、この条件下で外部磁束が前記強磁性体コアに交差す
ると、強磁性体コアの外側に円周磁界が強磁性体コアの
軸方向に偏位される。このため、コイルの両端に交流電
圧が発生する。この誘起電圧を測定する事により、間接
的に強磁性体コアに交差する磁束を計測する事が出来る

【０００９】

【発明の実施例】本発明の基本構成を第１図に示す。図
１において、１は発振器、２は強磁性体コア、３はコイ
ル、Ｍは磁石、φＹは磁石Ｍによって発生する磁束、φ
Ｘは強磁性体コア供給した交流電流によって発生する円
周磁束。

【００１０】以下、図１を用いて本願技術の実施例を詳
細に説明する。図に示す如、強磁性体コア２にコイル３
を巻いた磁気センサＭｓの強磁性体コア２に、発振器１
から交流電流を供給すると、図１ａに示す如くＸ軸方向
に円周磁界が発生する。しかし、この条件では磁界の向
きとコイル３との向きが平衡しており、コイル３には電
圧は誘起せず、コイル３の出力ｅ_０は零ボルトである。
性を記録した結果である。

【００１１】この条件において、磁石Ｍが矢印方向に移
動し、強磁性体コア２の下側に設置すると磁石Ｍから発
生する磁束が強磁性体コアと交差する。このため図１ｂ
に示す如くＸ成分の交流磁束φＸとＹ軸方向の磁束φＹ
との合成した磁界が発生する。このためＸ成分の磁束φ
ＸはＹ成分の測定磁束φＹによって変調されるので、こ
の変調された交流磁束φＸがコイル３と交差し、コイル
３の両端子に強磁性体コア２の軸方向に交差した磁束密
度に対応した電圧が誘起される。

【００１２】従って、コイル３の両端子に誘起するｅ_０
を測定する事により、間接的に強磁性体コア２に交差す
る磁束密度を計測する事が出来る。また、磁石Ｍの極性
に対応して、コイル３に誘起する電圧の位相が逆転する
ので、同期検波等で位相判別する事により、強磁性体コ
ア２に交差する磁束の極性を、容易に判別する事が出来
る。

【００１３】図２は、本願の他の実施例を示す構成図で
ある。図２において、Ｃはコイル３に直列に結線したコ
ンデンサ、他は、本願構成図１と相等しいので、説明を
省略する。

【００１４】以下、図２を用いて本願の他の実施例につ
いて説明する。図１と相等しく、発振器１から強磁性体
コア２に交流電流を供給した状態で、強磁性体コア２に
外部磁束が交差すると、コイル３に交流電圧ｅ_０が発生
する。図２に示す如く直列にコンデンサが結線してあ
り、この直列共振回路の共振周波数に同調させると、共
振周波数のインピ−ダンスＺＲは（１）式で表示され
る。

【００１５】ＺＲ＝Ｒ_Ｓ＋Ｊ（ωＬ−１／ωｃ）・・・
・・※ｊ（ωＬ−１／ωｃ）＝０＝Ｒ_Ｓ・・・（１）
式。（１）式において・ω＝２πｆ。Ｒ_Ｓはコイルの抵
抗成分（Ω）。Ｌはコイルのインダクタンス（Ｈ）。Ｃ
はコンデンサ（μＦ）ｆは発振器の交流電圧の発振周波
数。従ってコンデンサＣの両端子に得られる出力電圧。
ｅ_０Ｒ＝（ｅ_０／Ｒ_Ｓ）・１／Ｊωｃ・・・（２）式。
この直列共振回路のため、コンデンサの出力電圧は公知
の如く、ｅ_０Ｒ＝ωＬ／Ｒ_Ｓ・ｅ_０＝Ｑｅ_０となり、Ｑ
倍に拡大されて出力される。従って、強磁性体コア２に
交差した磁束に対する出力電圧の検出感度を、格段に向
上する事が出来る。

【００１６】図３は、本願の他の実施例を示す構成図で
ある。本実施例は、コイル３に誘起した交流電圧を検波
器で直流電圧に変換する方法に関する。図３に於て、４
は同期検波器である、他は図１と相等しいので説明を省
略する。以下図３を用いて、その動作を説明する。

【００１７】図１により説明した如く、磁気センサＭｓ
のコイル３には、強磁性体コア２に交差する磁束密度の
極性に対応して得られる、出力電圧ｅ_Ｓの極性が反転す
る。また、その振幅は磁束密度に比例した値が得られ
る。この出力電圧ｅ_Ｓを同期検波器４に加える。他方同
期検波器４には、発振器１の出力電圧の基準電圧が、印
加されて検波される。従って、同期検波器４の出力電圧
Ｅ_０を測る事により、磁気センサＭｓの強磁性体コア２
に交差した磁束密度を、高精度で計測する事が出来る。

【００１８】図４は図３に示す実施例により、磁気セン
サＭｓの強磁性体コア２に交差した磁束密度に対する、
出力電圧特性の１例である。図に示す如く、磁束密度に
対して検出感度が高く、且つ良好な直線性が得られるて
いる。

【００１９】図５の出力特性は、図２に示す磁気センサ
Ｍｓのコイルに、コンデンサーを結線して共振回路を構
成し、コイル３に誘起する出力電圧ｅ_０Ｒを、図３の構
成に示した同期検波器４で直流電圧を、検波して得られ
た出力特性である。図に示す如く、共振回路によって検
出感度が向上し、微小な磁束密度を高精度で計測する事
が出来る。

【００２０】図６は、本願の他の実施例を示す構成図で
ある。図６において、６は直流電源、Ｓは加算器、７は
振幅検波器、他は図３と相等しいので説明を省略する。
以下図６を用いて、その動作を説明する。

【００２１】本実施例は、検波器に同期検波器を用い
ず、簡便な振幅検波器を用いて、直流電圧に変換する方
法である。図１の基本構成で説明した如く、外部磁束が
磁気センサＭｓの強磁性体に交差しない時、コイル３に
は電圧が誘起しない。そこで、コイル３に直流電流を供
給して、自発磁化を発生させ、この自発磁化に対応した
交流電圧をコイル３から得る。

【００２２】発振器１の出力を加算器５に加えると共
に、直流電源６からＤＣ電圧を加えて加算処理をした
後、磁気センサＭｓコイル３に供給する。このＤＣ電流
に対応した交流電圧が、コイル３から誘起される。（こ
の誘起電圧がバイアス電圧として動作する。）

【００２３】この条件下で、図１に示す如く、外部磁束
が磁気センサＭｓの強磁性体コア２に交差すると、コイ
ル３にはＤＣ電流による磁束と、外部から交差する磁束
との差分に対応したＡＣ電圧がコイル３に誘起される。

【００２４】図７は、図６に示す構成において、磁束密
度に対する振幅検波器７の出力Ｅ_０の特性を示す。図７
は、磁気センサＭｓにＳ極性の２ガウス分に相当するＤ
Ｃ電流を強磁性体コア２に供給すると、Ｎ極性で２ガウ
スの磁束密度が強磁性体コア２に交差した時、出力電圧
Ｅは０Ｖになる。

【００２５】図８は本願の更に他の実施例の構成を示
す。図８において、２は強磁性体コア、３はコイル、８
はエアーギャップ、９は強磁性体ヨーク、１０は磁気マ
ークを加工した磁気スケール、１１は磁気マーク（Ｓ，
Ｎ極の磁気マークが一定間隔に着磁してある）、φは磁
気マークから発生する磁束、Ｈは検出ヘッド。

【００２６】以下図８を用いて、動作原理を説明する。
図に示す如く、磁気スケール１０の上側に近接して、検
出ヘッド（強磁性体コア２、コイル３、強磁性体ヨーク
９）を設置する。図に示す如く、磁気スケール１０の磁
気マーク１１から発生する磁束は強磁性体ヨーク９を介
して、強磁性体コア２に交差する。そこで、図８の検出
ヘッドを、図３に示す磁気センサＭｓと交差すると、同
期検波器の出力端子には、磁気マーク１１の極性に対応
した、出力Ｅ_０を得る事が出来る。気マーク（Ｓ，Ｎが
一定間隔に着磁してある）、φは磁気マーク

【００２７】なお、本願の説明において、強磁性体コア
２に交流電流を供給する方法であるが、強磁性体本体に
交流電流を、供給する事に限定される事は無い。例え
ば、非磁性導体（銅やアルミ等）の外側に、強磁性体材
料を被服したコアを用いても良い。

【００２８】

【発明の効果】簡単な構成の磁気センサで磁束密度に対
する検出感度が、極めて高く、且つ磁束密度に対する出
力電圧の直線性が良好である。

【００２９】本磁気センサは自己バランス方式のため、
温度特性が極めて良好で、通常の使用温度範囲（０〜４
０℃）での、温度ドリフトは無視出来る。

【００３０】強磁性体コアを用いており、高温（８０
℃）での使用が可能である。

【００３１】構造が極めて簡単であり、悪環境下での使
用に耐え、メンテナンスフリーな磁気センサが得られ
た。

【００３２】磁気センサに使用する、強磁性体コアの長
さ及び形状を任意に設計可能で、目的に適した磁気セン
サの製作が可能になった。

【００３３】応答特性は、強磁性体コアに供給する交流
電流の周波数に対応して決まり、ＤＣ〜数百ＫＨｚと広
帯域ある。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成。

【図２】磁気センサのコイルに共振用コンデンサーを結
線した構成図。

【図３】磁気センサのコイルに誘起した、電圧を検波す
るための構成図。（同期検波方式）

【図４】図３に示す構成において、磁束密度に対する出
力電圧特性。

【図５】図２に示す共振型の磁気センサを、図３に示す
同期検波方式で検波し、磁束密度に対する出力電圧特
性。

【図６】磁気センサのコイルに誘起した、電圧を検波す
るための構成図。（振幅検波方式）

【図７】図６に示す振幅検波方式において、磁束密度に
対する出力電圧特性。

【図８】磁気式エンコーダーや微小欠陥を、検出するた
めの検出ヘッドの基本構成図。

【図９】ホール素子の構成図。

【符号の説明】

１は発振器、２は強磁性体コア、３はコイル、４は同期
検波器、５は加算器、６は直流電源、７は振幅検波き、
８はエアーギャップ、９は強磁性体ヨーク、１０は磁気
スケール、１１は磁気マーク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性体コアに巻いた検出コイルで構成
した、磁気センサにおいて強磁性体コアの軸方向に、発
振器から交流電流を供給して、強磁性体コアから円周磁
界を発生させ、前記、強磁性体コアに印加する外部磁界
による合成磁界強度によって、前記コイルに誘起する電
圧を計測する磁気計測法。
【請求項２】請求項１の構成による磁気計測法におい
て、発振器の出力に直流電圧を加算し、この合成電圧を
抵抗を介して、前記した検出コイルに供給した事を特長
とする磁気測定法。
【請求項３】請求項１の構成による磁気測定法におい
て、発振器の出力に直流電圧を加算する加算器を具備
し、この合成電圧を電圧，電流変換器を介して、前記し
た検出コイルに供給する事を特徴とする磁気測定法。
【請求項４】請求項１の構成による磁気測定法におい
て、検出コイルに誘起した電圧を検波するとき、発振器
の出力電圧を基準電圧に用いて同期検波し、前記した強
磁性体コアに印加する、外部磁界の極性を判別する事を
特徴とする磁気測定法。
【請求項５】請求項１の構成による磁気測定法におい
て、検出コイルに対して直列にコンデンサを結線して、
前記した共振回路の共振周波数を、前記発振器の出力電
圧の発振周波数に合せた事を特徴とする磁気測定法。
【請求項６】請求項１の構成による磁気測定法におい
て、強磁性体コアの側面に１対の強磁性体ヨークを設置
し、外部磁束を前記強磁性体ヨークを介して強磁性体コ
アに交差させる事を特徴とする磁気測定法。