JPH06294853A - 磁気検出装置 - Google Patents

磁気検出装置

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JPH06294853A
JPH06294853A JP5084232A JP8423293A JPH06294853A JP H06294853 A JPH06294853 A JP H06294853A JP 5084232 A JP5084232 A JP 5084232A JP 8423293 A JP8423293 A JP 8423293A JP H06294853 A JPH06294853 A JP H06294853A
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JP
Japan
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coil
magnetic
magnetic field
sensitivity
current
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Withdrawn
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JP5084232A
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English (en)
Inventor
Etsuhisa Nakamura
村 悦 久 中
Yoshiaki Matsuoka
岡 良 明 松
Mitsuo Harada
田 充 雄 原
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気感度が非直線的な感磁素子(例えばMR
素子)の磁気感知動作領域を、磁気感度が高くしかも直
線的領域とする磁気検出装置を提供する。 【構成】 磁気探傷試験等に用いる磁気検出装置であっ
て、磁気を検出するMR素子を導体を巻き回したコイル
内に配置し、該コイルに接続した直流電源から電流を流
す事により前記コイル内に磁界を発生させ、前記MR素
子の磁気感度が直線的領域内に収まるよう設定する装置
を具備する。 【構成】 簡単な構造で定量的に磁気を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気探傷法で使用する磁
気検出装置に係わり、簡単な構造で高感度かつ、直線的
な感度領域で使用できる磁気検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、非直線的な磁気感度特性を有する
感磁素子、例えば磁気抵抗効果型素子(以下MR素子と
する)を高感度で使用する方法の例として、MR素子に
永久磁石を一体化して取り付け、該永久磁石が発生する
磁界を前記MR素子のバイアス磁界として印加し最大出
力を得るようにしたセンサが有る(特開平2−3228
0号公報)。またMR素子近傍に配置したコイルに電流
を流し前記MR素子にバイアス磁界を印加する方法の例
として、特開昭61−186873号公報が有る。この
方法は、ロータの回転位相検出等に使用する磁気センサ
であって、MR素子近傍にコイルとなる薄膜導電パター
ンを設け、該コイルに定まった直流電流を流しMR素子
にバイアス磁界を印加し感度を向上させる方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】MR素子の感度特性の
例を図5に示す。ここで図5に示すA点,B点およびC
点はMR素子が配置された位置での磁界強度を示す。か
かる状態で前記MR素子に同じ強度の磁界変化Δhが印
加された時の前記A点,B点およびC点における前記M
R素子に生じる電圧変化分を、それぞれΔva,Δvb
およびΔvcとすると、図5から明らかに、vb>Δv
a≧Δvcである。このことは、前記MR素子を用いて
例えば磁性体金属の欠陥を磁気探傷法により漏洩磁気を
検出して該漏洩磁気の強さから前記欠陥の大きさ、ある
いは有害度を判定する検査システムにおいて、同じ大き
さの欠陥からの同じ大きさの漏洩磁気でも、前記MR素
子が配置された近傍の磁界強度が異なると、前記Δv
a,ΔvbおよびΔvcの値のごとく、大きさの異なる
信号として処理される。この結果同一の欠陥でも、前記
A点あるいはC点の磁界雰囲気に配置されたMR素子で
検出した信号では、微小な無害な欠陥として判定し、一
方前記B点の磁界雰囲気に配置されたMR素子で検出し
た信号では有害な大きな欠陥と判定する事になり、品質
保証上問題が生じる。このためMR素子に永久磁石を一
体化して取り付け、前記MR素子にバイアス磁界を印加
し、図5に示すO−P間のごとく磁気感度特性が直線的
な領域に動作点を移し、前記弊害を解決しようとした例
が前記特開平2−32280号公報である。
【0004】しかしながら、かかる方法では、磁界中を
導体が移動するような環境下でMR素子を使用した場
合、導体の移動により生じる渦電流により磁界強度が変
化し、前記MR素子の動作点が、図5に示すA点,B点
あるいはC点等の磁界強度領域に移動する事となり、M
R素子にバイアス磁界を印加する手段が永久磁石である
事から、前記MR素子を配置した位置空間の磁界強度が
外乱によっ変化した場合、該磁界強度を最適値に制御す
る事が出来ず、定量的に磁気検出が出来ず上記品質保証
上の問題は解決できない。
【0005】また、MR素子にバイアス磁界を印加する
コイルとなる薄膜導電パターンを前記MR素子近傍に配
置する方法(特開昭61−186873号公報)は、前
記コイルに流す電流は自由に調整できるが、上記に示し
たごとく導体が移動しMR素子近傍の磁界強度が絶えず
変化する環境では、MR素子を最適磁界強度下に置くよ
うに調整する事は不可能である。したがって、定量的な
磁気検出は不可能で上記品質保証上の問題は解決でき
ず、又MR素子1個に薄膜導電コイルパターンが1個必
要である事から、特に多チャンネル化する場合を考える
と、構造が複雑となり簡便に製作出来ないという問題が
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気検出装置
は、非直線的な磁気感度特性を有する感磁素子を、導体
を巻き回したコイル内に配置した磁気検出手段と、該コ
イルに直流電流を流し前記感磁素子にバイアス磁界を与
えるための電源で構成した事を特徴とする磁気検出装置
である。
【0007】また、前記コイル内に配置され、前記バイ
アス磁界の強度を検出する磁気感度が直線性を有する磁
気センサと該磁気センサの出力信号により前記コイル内
の磁界強度を所定内に制御する装置を具備した磁気検出
装置である。
【0008】
【作用】図5の例に示したMR素子の磁気感度特性に見
られるごとく、MR素子の配置された磁界強度が、例え
ばA点とB点の場合ではその磁気感度の差は数倍から十
数倍になる。MR素子を磁気感度が直線的でかつ感度が
高い、図5に示すO−P間の領域でMR素子を使用すれ
ば、安定して定量的に磁気検出が出来る。このため導体
を巻き回したコイル内にMR素子を配置し、該MR素子
の動作域を常時前記O−P間の磁界強度中に置くよう
に、前記コイルに流す直流電流を調整して磁界強度を制
御する事により前記MR素子の感度を向上させる事が出
来る。
【0009】また、磁界中を磁性体が通過する事により
生じる渦電流によりMR素子が配置された近傍の磁界強
度が変化する場合においても、前記コイル内に配置した
磁気感度特性が直線的な磁気センサで前記コイル内の磁
界強度を常時測定し該測定電圧を前記直流電源の電流制
御信号として用いる事により、前記MR素子を図5に示
すO−P間の磁界強度中に置く事が出来るので、欠陥等
からの漏洩磁気を感度良く定量的に検出できる。
【0010】また、磁界を制御する別な方法として予め
導体の移動速度と磁界強度の関係を測定しておき、導体
の移動速度を例えばロールの回転数(パルスゼネレー
タ)で測定し、該回転数によって前記コイルに流す直流
電流を制御しても同様の効果が得られる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の磁気検出装置の実施例を図面
により説明する。この磁気検出装置は、図1に示すよう
に導体を巻き回したコイル1,コイル1内の中心線上に
配置したMR素子群2,コイル1の中央部でMR素子群
2直近に配置したホール効果型磁気センサ3,磁気セン
サ3の出力信号を増幅するアンプ4およびローパスフィ
ルタ5,および、ローパスフィルター5の出力信号を増
幅しコイルドライバ(通電回路)7の出力電流レベル指
定する制御電圧をコイルドライバ7に与える演算増幅器
6とからなる。本発明による磁気検出装置は、まずMR
素子の磁気感度を測定し図5に示す磁気感度特性のO−
P間、すなわち磁気感度の直線的な範囲が10%以内の
特性を有するMR素子を選択する。例えば、2mTから
4mTの磁界強度が前記O−P間の標準的値とすれば、
少なくとも1.8mTから4.5mTの範囲に直線的感
度を有するMR素子を選択する。選択したMR素子は直
線状かあるいは千鳥状にコイル1内の中心線上に配置す
る。バイアス磁界を発生させるコイル1に流す電流は、
磁気探傷を交流法で行う場合はMR素子群2が配置され
た位置空間の磁束が少なく、MR素子群2の近傍を導体
が移動した場合でも渦電流による磁界強度の変化は小さ
いため、コイルドライバ7の出力電流はあらかじめ測定
して把握した最適バイアス磁界を生じさせる一定電流を
流す事でMR素子群2を高感度な磁界強度範囲内で使用
できる。
【0012】一方、磁気探傷を直流法で行うと、MR素
子群2が配置された位置空間の磁束密度が高く、MR素
子群2の近傍を導体が移動すると、これによって生じる
渦電流でMR素子群2近傍の磁界強度は大きく変化し、
コイル1に流す電流を逐次制御して常に最適バイアス磁
界を印加しなければ定量的磁気検出を行う事が出来な
い。このため本発明では、磁気感度が分かっている磁気
センサ3をコイル1内の中央部でかつMR素子群2の直
近に配置し、磁気センサ3が検出した信号、すなわちM
R素子群2を配置した位置空間の磁界強度信号を、アン
プ4に送り込みアンプ4で増幅し、さらにローパスフィ
ルタ5で高周波成分を除去する。ここでコイル1に流す
直流電流と該直流電流によってコイル1が発生する磁界
強度の関係、およびコイルドライバ7に印加する制御電
圧とコイルドライバ7の出力電流の関係をあらかじめ把
握しておき、コイル1内の磁界強度が所定の値になるよ
うにローパスフィルタ5の出力信号電圧を演算増幅器6
で演算増幅し制御電圧としてコイルドライバ7に印加す
る。この結果MR素子群2の動作範囲は、常に図5に示
す磁界強度O−P間に置かれ定量的な磁気検出が出来
る。
【0013】図2に示すグラフは横17mm、縦10m
m、幅5mmのプラスチック製の捲き枠に、0.4mm
Φのエナメル銅線を58回捲いてコイルを製作し、該コ
イルの下部に幅200mm、長さ300mm、厚さ7m
mの鋼板を置いて前記コイルに直流電流を流して前記コ
イルが発生する磁束密度分布を測定した結果である。図
2に示すデータは、試験条件が、前記コイルに流した直
流電流が0.9A、前記コイルと前記鋼板とのギャップ
が0.8mmであって、前記コイルの中心部を横方向に
0.5mmピッチで測定した結果である。図2のグラフ
から前記コイル中心線上、すなわちMR素子を配置する
空間の磁束密度=磁界強度は、標準的MR素子において
磁気感度が直線領域である2mTから4mT内の約3.
2mTであり、横方向に14mmにわたってほぼ均一で
あり、MR素子に最適なバイアス磁界を印加するのに十
分な能力があることが分かる。
【0014】図3に示す信号波形は、前記コイルの中心
部にMR素子を配置し、厚さ7mmの鋼板表面に放電加
工した、幅0.2mm、長さ10mm、深さ0.13m
m、0.22mm、0.32mmの3種類の欠陥をリフ
トオフ0.8mm、コイル1に流した電流が0.9A
で、磁気バイアスは約3.2mTの条件で交流磁気探傷
法で検出した例であって、図3の信号(ア)は深さ0.
13mm、信号(イ)は深さ0.22mm、信号(ウ)
は深さ0.32mmの欠陥をそれぞれ検出した例であ
る。
【0015】図4に示す信号波形は、前記放電加工によ
り製作した欠陥を、リフトオフ0.8mmで磁気バイア
スを印加せずに交流磁気探傷法で検出した例で、信号
(ア),(イ)および(ウ)は、図3と同様それぞれ深
さ0.13mm,0.22mmおよび0.32mmの欠
陥と対応する。ここで前記MR素子の検出信号の処理装
置の増幅度等は、バイアス磁界の有無に拘らず同一に設
定しており、図3の縦軸電圧目盛りが5v/div、図
4の縦軸電圧目盛りが0.2v/divである事から、
MR素子に適当なバイアス磁界を印加する事により、電
圧感度で約18倍、シグナル対ノイズ比で2.5倍以上
検出能力が向上した。
【0016】
【発明の効果】以上説明した本発明の磁気検出装置は、
導体を巻き回したコイル内にMR素子を配置し前記コイ
ルに直流電流を流し、該電流によって生じる磁界を前記
MR素子にバイアスとして印加し該MR素子を常時高感
度かつ直線的な領域で使用できるようにしたもであっ
て、構造が簡単で製作が容易であり、安定して定量的に
磁気を検出できる。また、磁界中を導体が移動する事等
によって渦電流が生じ、該渦電流によって磁界強度が変
化するような環境下でも、前記コイルに流す電流を制御
して常に最適な磁界強度中で前記MR素子を使用できる
ので、磁気探傷法により漏洩磁気の大きさを測定して欠
陥の評価を行うシステムの磁気検出装置として十分な機
能があり磁性体金属、例えば鋼材の品質保証に寄与する
ところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【図2】 図1に示すコイル1の中心線上の磁束密度分
布を示すグラフである。
【図3】 図1に示す実施例で、コイル1にバイアス磁
界を印加したときの人工欠陥検出信号を示すグラフであ
り、横軸は鋼板上の検出位置を、縦軸は検出信号レベル
を示す。
【図4】 図1に示す実施例で、コイル1にバイアス磁
界を印加していないときの人工欠陥検出信号を示すグラ
フであり、横軸は鋼板上の検出位置を、縦軸は検出信号
レベルを示す。
【図5】 MR素子の磁気感度特性の一例を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1:コイル 2:MR素
子群 3:磁気センサ 4:アンプ 5:ローパスフィルター 6:演算増
幅器 7:コイルドライバ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非直線的な磁気感度特性を有する感磁素
    子を、導体を巻き回したコイル内に配置した磁気検出手
    段と、該コイルに直流電流を流し前記感磁素子にバイア
    ス磁界を与えるための電源で構成した事を特徴とする磁
    気検出装置。
  2. 【請求項2】 前記コイル内に配置した磁気感度特性が
    直線性を有する磁気センサと該磁気センサの出力信号に
    より前記コイル内の磁界強度を所定内に制御する装置を
    具備した請求項1の磁気検出装置。
JP5084232A 1993-04-12 1993-04-12 磁気検出装置 Withdrawn JPH06294853A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2367019A1 (en) 2010-03-10 2011-09-21 TDK Corporation Magnetic sensor
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