JPH0712906A

JPH0712906A - 磁界測定装置の校正用コイル

Info

Publication number: JPH0712906A
Application number: JP15015093A
Authority: JP
Inventors: Kunio Ishiyama; 国雄石山; Kentaro Oku; 健太郎奥
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】極めて簡単な構成および用い方にもかかわら
ず、磁気センサの配置角度の誤差を精度よく検出する。【構成】二つのコイルがその中心軸を一致させて並設
させたヘルムホルツコイルを内蔵する立方体形状の外枠
に磁気センサを挿入する孔が設けられてなり、この孔
は、前記ヘルムホルツコイルの中心軸上の各コイルの中
間地点を原点とし、前記中心軸をｚ軸、このｚ軸に直交
して前記原点を通る軸をｘ軸、このｘ軸および前記ｚ軸
にそれぞれ直交して前記原点を通る軸をｙ軸とした場
合、これら各軸のうち少なくとも二つの軸に沿って形成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気測定装置の校正用
コイルに係り、たとえば３次元磁界測定装置における磁
界測定用プローブ（磁気センサ）の角度誤差の校正を行
う磁気測定装置の校正用コイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気測定装置は、一空間内に磁力がどれ
だけの量、そしてどの方向に発生しているかを検出する
装置である。

【０００３】そして、たとえば３次元的に検出する場合
には、ｘ、ｙ、およびｚ方向における各磁力の量をそれ
ぞれたとえば別個に設けた磁気センサによって検出し、
それらの検出量をベクトル的に合成して求めるようにな
っている。

【０００４】この場合、一般的には該磁気センサとして
ホール素子を使用しているが、このホール素子による磁
力検知は、該素子の主表面（該素子は薄板状となってお
りその薄板の表面）に対する垂線方向の磁力量に対応し
た電圧値の検知によってなされている。

【０００５】このことから、各磁気センサは、それぞ
れ、ｘ、ｙ、およびｚ軸方向に上述した関係を精度よく
満足するように配置させなければならないという要請が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、各磁気センサ
は、極めて小さく構成されているため、所定方向に指向
させて配置させることは極めて困難となり、往々にして
該方向に対して指向方向がずれた状態で配置されてしま
っていた（この明細書においてこの状態を配置角度の誤
差と称する）。

【０００７】したがって、本発明者等は、測定前に、予
め各磁気センサに所定の値の磁場を強制的に与え、これ
による該磁気センサの出力値から該誤差を事前に認識し
ておき、測定の際には該誤差を考慮した補正を行うこと
によって正確な測定値を演算する等の方法を提案した。

【０００８】しかし、予め各磁気センサに所定の値の磁
場を強制的に与えることは、該磁気センサが複数個備え
られたものであることから、それぞれの磁気センサに同
じ値である磁場を、そして各磁気センサに応じた方向の
磁場を精度よく与えることは比較的困難でありまた操作
の複雑化を免れ得なかった。

【０００９】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたものであり、その目的とするところのものは、極め
て簡単な構成および用い方にもかかわらず、磁気センサ
の配置角度の誤差を精度よく検出することのできる磁気
測定装置の校正用コイルを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による磁気測定装置の校正用コイル
は、基本的には、二つのコイルがその中心軸を一致させ
て並設させたヘルムホルツコイルを内蔵する立方体形状
の外枠に磁気センサを挿入する孔が設けられてなり、こ
の孔は、前記ヘルムホルツコイルの中心軸上の各コイル
の中間地点を原点とし、前記中心軸をｚ軸、このｚ軸に
直交して前記原点を通る軸をｘ軸、このｘ軸および前記
ｚ軸にそれぞれ直交して前記原点を通る軸をｙ軸とした
場合、これら各軸のうち少なくとも二つの軸に沿って形
成されていることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】このように構成された磁気測定装置の校正用コ
イルは、その外枠が立方体形状となっていることから、
所定の方向（ｘ、ｙ、ｚ方向のいずれか）に指向させて
精度よく配置させることができるようになる。そして、
該方向に強制的な磁界（均一な磁界）を発生させること
ができるようになる。

【００１２】この場合における磁気センサを挿入するた
めの透孔は、該磁気センサの挿入方向に一致づけられ、
該磁気センサを校正用コイル内に挿入させることができ
る。

【００１３】そして、該校正用コイルによって強制的に
所定の磁力からなる磁界を発生させることによって得ら
れる磁気センサの出力値に基づいて、磁気センサの配置
角度の誤差を精度よく検出することができる。

【００１４】このことから、各磁界方向を担当する磁気
センサの配置角度の誤差検出は、同一の校正用コイルを
所定の方向に順次指向させて配置させることによって行
うことができる。

【００１５】したがって、極めて簡単な構成および用い
方にもかかわらず、磁気センサの配置角度の誤差を精度
よく検出することができるようになる。

【００１６】

【実施例】図２および図３は、本発明が適用される３次
元磁界測定装置の一実施例を示す外観構成図で、図２は
正面図、図３は側面図である。

【００１７】各図において、まず台１があり、この台１
の上面のほぼ中央には測定サンプルあるいは被測定器を
載置するようになっている。これら測定サンプルとして
はたとえばブラウン管に備えられる偏向ヨーク等のよう
なものである。

【００１８】この台１の上方には測定器台座２を介して
ｙ方向移動台３が配置されている。さらに、このｙ方向
移動台３にはｘ方向移動台４が配置されている。さら
に、このｘ方向移動台４にはｚ方向移動台５ａ、５ｂ、
５ｃが配置されている。

【００１９】これら各移動台は、コンピュータを内蔵す
る図示しない制御機構によって駆動され、これにより前
記ｚ方向移動台５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ、３次元
方向の所定の位置に精度よく位置づけられることにな
る。

【００２０】さらに、ｚ方向移動台５ａ、５ｂ、５ｃの
それぞれには下方に垂下される支持棒２０ａ、２０ｂ、
２０ｃを介して磁界測定プローブ６ａ、６ｂ、６ｃが取
り付けられている。

【００２１】ここで、磁界測定プローブ６ａはｘ方向磁
界測定用のプローブ、磁界測定プローブ６ｂはｙ方向磁
界測定用のプローブ、磁界測定プローブ６ｃはｚ方向磁
界測定用のプローブとなっている。

【００２２】これら各プローブは、次に詳述するよう
に、それぞれ同様の構成からなる磁界測定素子からな
り、その主表面に対する垂線がｘ方向、ｙ方向、および
ｚ方向に指向させて配置されている。

【００２３】図４は、前記磁気測定素子となるホール素
子を示す説明図である。

【００２４】同図において、薄板（厚さｄ）からなる直
方体状の半導体Ｄがあり、その薄板面に沿って相対向す
る面方向に一定の電流Ｊを流し、薄板面に垂直方向に磁
界Ｈが加えられた際に、該電流と磁界に垂直な方向に電
位差Ｖが発生するようになる（ホール効果）。

【００２５】ここで、該電圧差Ｖは次式（１）で示され
る値となる。

【００２６】

【数１】

【００２７】この電位差Ｖは磁場の強さＨに比例するこ
とから、この電位差を測定することによって、薄板面に
直交した方向の磁界成分を求めることができる。

【００２８】このことは、電流の向きをｔ、薄板面に垂
直な方向をｎ、ｔとｎに垂直な方向をｂとすると、ｎ方
向の周りにおけるホール素子の回転は測定に影響を及ぼ
さないが、測定したい成分の方向にｎ方向を一致づけさ
せてホール素子を配置させることが必須となる。

【００２９】図５、および図６は、本発明による磁界測
定装置の校正用コイルの一実施例を示した構成図であ
る。

【００３０】図５において（ａ）は平面図、（ｂ）はｂ
−ｂ線における断面図である。まず、アルミニュウム製
の立方体からなる外枠３０がある。この外枠３０の一面
には後述するコイルボビン４０が挿入されて内蔵される
円形大孔３０Ａが形成されている。

【００３１】また、前記一面に直交して配置される他の
面およびこの面対向して配置される面のそれぞれの中央
には磁気測定プローブ６ａ、６ｂ、６ｃのうちのいずれ
かが挿入される円形小孔３０Ｂが形成されている。

【００３２】さらに、前記一面に直交して配置される面
およびこの面に対向して配置される面のそれぞれの中央
には磁気測定プローブ６ａ、６ｂ、６ｃのうちのいずれ
かが挿入される円形小孔３０Ｃ、３０Ｄが形成されてい
る。

【００３３】さらに、前記一面に直交して配置される面
で前記各面を除いた他の面およびこの面に対向して配置
される面のそれぞれの中央には磁気測定プローブ６ａ、
６ｂ、６ｃのうちのいずれかが挿入される円形小孔３０
Ｅ、３０Ｆ（図示されていない）が形成されている。

【００３４】これにより、前記円形大孔３０Ａの中心を
通る軸をｚ軸とした場合、前記円形小孔３０Ｃ、３０Ｄ
の中心を通る軸、および円形小孔３０Ｅ、３０Ｆ（図示
されていない）の中心を通る軸は、それぞれｘ軸および
ｙ軸となり、これら各軸は立方体からなる外枠３０の中
心で互いに交差するこようになる。

【００３５】図６は、前記外枠３０に前記円形大孔３０
Ａを通して内蔵されるコイルボビン４０を示した構成図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線におけ
る断面図である。

【００３６】各図において、ボビン４５にはそのｚ軸を
中心軸としてコイル４０Ｂおよびコイル４０Ｃが巻かれ
ている。これらコイル４０Ｂおよびコイル４０Ｃは一対
からなるコイルでいわゆるヘルムホルツ・コイルを構成
するようになっている。

【００３７】ここで、ヘルムホルツコイルについて説明
する。図７に示すように、互いに同一径の円状コイル
Ｂ、Ｃがあり、これらは、中心軸を一致づけられ離間し
て配置されている。各コイルＢ、Ｃの半径をｒとした場
合、それらの離間距離もｒとなっている。

【００３８】このような構成において、各コイルＢ、Ｃ
に同方向に電流を流すと、その中心軸の方向には一様な
磁界が形成されることになる。

【００３９】電流×巻線の数をＩ（アンペア・ターン）
とすると軸方向の磁束密度の大きさＢは、

【００４０】

【数２】

【００４１】で与えられる。ここで、μ₀は真空の透磁
率である。電流をコイルの上側から観て、反時計周りに
流した際に、磁界の向きはコイルの下側から上側に向か
う。

【００４２】そして、図６に示すボビン４０には、その
ｚ、ｘ、およびｙ方向軸に沿って透孔４０Ａ、４０Ｂ、
４０Ｃが設けられ、これら各透孔４０Ａ、４０Ｂ、４０
Ｃはボビンの中心で互いに交差するようになっている。

【００４３】なお、このように構成されたコイルボビン
４０を前記外枠３０にその円形大孔３０Ａを通して挿入
して位置づけた際には、それぞれの透孔４０Ａ、４０
Ｂ、４０Ｃの開口端部が、該外枠３０に設けた円形大孔
３０Ａおよび円形小孔３０Ｂ、円形小孔３０Ｃ、３０
Ｄ、円形小孔３０Ｅ、３０Ｆから露呈されるようになっ
ている。

【００４４】図８は、このように構成された校正用コイ
ル５０を位置決め配置するための位置決め基台６０の説
明図である。同図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）におけるｂ−ｂ線の断面図、（ｃ）は底面図であ
る。

【００４５】この位置決め基台６０は、図２に示す台１
のほぼ中央部に必要に応じて（測定前の校正時に）取り
付けられるものであり（配置された状態を図中点線で示
す）、その主表面には前記校正用コイル５０の外枠が密
着して挿入される凹み６０Ａが形成されている。

【００４６】この凹み６０Ａには、前記校正用コイル５
０がいずれの面をも下方にして挿入配置でき、このこと
は、校正用コイル５０のｚ、ｘ、およびｙ方向軸のいず
れもが、磁界測定プローブ６ａ、６ｂ、６ｃの下降方向
に一致づけることができることを意味する。図１はこの
ような状態を示した図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側
面図である。

【００４７】したがって、たとえば校正用コイル５０の
Ｚ軸方向にそって形成された透孔４０Ａを鉛直方向に位
置づけて配置した後、Ｚ方向磁界測定プローブ６Ｃをｘ
方向移動台３およびｙ方向移動台４によって、ｘｙ平面
の所定位置に移動させ、その後、ｚ方向移動台５Ｃによ
って下降させた際に、該磁界測定プローブ６Ｃは校正用
コイル５０内に挿入させることができる。

【００４８】その後は、該校正用コイル５０によって強
制的に所定の磁力からなる磁界を発生させることによっ
て得られる磁界測定プローブ６Ｃの出力値に基づいて、
該磁界測定プローブ６Ｃの配置角度の誤差を精度よく検
出することができる。

【００４９】なお、この誤差量を検出した後は、たとえ
ば図２に示す支持棒２０Ｃを適当に屈曲させたり、ある
いは誤差補正回路等によって誤差を補正することによ
り、該誤差を含まない測定値を得ることができるように
なる。

【００５０】図９は、このようにして誤差補正をした実
験データを示すものである。

【００５１】同図はカラー陰極線等に用いられる偏向ヨ
ーク内に生じる磁界の分布を調べたものである。図中左
側は該偏向ヨークを正規方向に取り付けて測定した場合
の磁界分布図であり、図中右側は該偏向ヨークをｘ−ｙ
面内で１８０°回転させた状態で測定した場合の磁界分
布図である。これら各分布図は該偏向ヨークの回転にと
もなって回転した分布をなし、測定値の正確なことが判
明する。

【００５２】ちなみに、誤差補正する前の図９に対応す
る状態を図１０に示す。磁界分布が１８０°回転すべき
なのにそうなっていないことは、磁気センサの角度誤差
が生じていることを示しているものである。

【００５３】このように構成された磁気測定装置の校正
用コイル５０は、その外枠３０が立方体形状となってい
ることから、所定の方向（ｘ、ｙ、ｚ方向のいずれか）
に指向させて精度よく配置させることができるようにな
る。そして、該方向に強制的な磁界（均一な磁界）を発
生させることができるようになる。

【００５４】この場合における磁界測定プローブ６Ａ、
６Ｂ、６Ｃを挿入するための透孔は、該磁界測定プロー
ブの挿入方向に一致づけることができ、該磁界測定プロ
ーブを校正用コイル５０内に挿入させることができる。

【００５５】そして、該校正用コイル５０によって強制
的に所定の磁力からなる磁界を発生させることによって
得られる磁界測定プローブの出力値に基づいて、該磁界
測定プローブの配置角度の誤差を精度よく検出すること
ができる。

【００５６】このことから、各磁界方向を担当する磁界
測定プローブの配置角度の誤差検出は、同一の校正用コ
イル５０を所定の方向に順次指向させて配置させること
によって行うことができる。

【００５７】したがって、極めて簡単な構成および用い
方にもかかわらず、磁界測定プローブの配置角度の誤差
を精度よく検出することができるようになる。

【００５８】上述した実施例では、図２において、ｘ、
ｙ、ｚの各方向に移動できる移動台を備えたものである
が、これに限定されず、たとえばｘ方向移動台５ａをｚ
軸周りに±９０°に回転できるようにして、これにより
ｘ、ｙ方向の磁界測定用プローブを共用させる構成とな
っていてもよいことはいうまでもない。また、いづれか
一つの支持棒２０にｘ、ｙ、ｚ方向の各磁界測定素子を
それぞれ組み込むようになっていてもよいことはいうま
でもない。

【００５９】また、上述した実施例では、３次元磁界測
定装置における校正コイルについて説明したものであ
る。しかし、これに限定されず、２次元磁界装置に適用
されるものであってもよいことはもちろんである。この
場合、外枠に形成される磁気センサ挿入のための透孔は
２つであってもよいことはいうまでもない。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による磁気測定装置の校正用コイルによれば、極
めて簡単な構成および用い方にもかかわらず、磁気セン
サの配置角度の誤差を精度よく検出することができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明による校正用コイル
の一実施例を示す平面図および側面図である。

【図２】図２は、本発明が適用される３次元磁界測定装
置の一実施例を示す正面図である。

【図３】図３は、本発明が適用される３次元磁界測定装
置の一実施例を示す側面図である。

【図４】本発明が適用される３次元磁界測定装置に用い
られる磁気センサの説明図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は、本発明による校正用コイル
の外枠の一実施例を示す平面図および断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明による校正用コイル
のボビンコイルの一実施例を示す平面図および断面図で
ある。

【図７】ヘルムホルツコイルを説明するための図であ
る。

【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明による校正
用コイルを位置決め載置させるための位置決め基台であ
る。

【図９】本発明による校正用コイルの効果を示す説明図
である。

【図１０】本発明を適用しない前の弊害を示す図で、図
９と対応した説明図である。

【符号の説明】

３０外枠４０ボビンコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二つのコイルがその中心軸を一致させて
並設させたヘルムホルツコイルを内蔵する立方体形状の
外枠に磁気センサを挿入する孔が設けられてなり、この孔は、前記ヘルムホルツコイルの中心軸上の各コイ
ルの中間地点を原点とし、前記中心軸をｚ軸、このｚ軸
に直交して前記原点を通る軸をｘ軸、このｘ軸および前
記ｚ軸にそれぞれ直交して前記原点を通る軸をｙ軸とし
た場合、これら各軸のうち少なくとも二つの軸に沿って
形成されていることを特徴とする磁界測定装置の校正コ
イル。