JPH08194041A

JPH08194041A - 磁気ひずみ測定装置

Info

Publication number: JPH08194041A
Application number: JP2344395A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tsuboi; 淨坪井
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】外部残留磁界の存在しても、高精細に磁気ひ
ずみの測定を行える磁気ひずみ測定装置を提供する。【構成】円筒状に巻回される磁界発生用のコイル２の
内部空間に磁性体試料３を配置し、コイル２に正弦波状
電流を流して正弦波状交番磁界を発生させ、その交番磁
界により磁性体試料３に発生する磁気ひずみを、変位計
６を用いて直接的に測定する。磁性体試料３を含んで閉
磁路７０を形成するように構成されたヨーク部材を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、円筒状に導体の線材
を巻回して構成する磁界発生用コイル内に磁性体試料を
配設し、この磁性体試料に発生する磁気ひずみを測定す
る磁気ひずみ測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄、鋼などの磁性体は、定常状態では、
その最小磁石である針状磁区は不規則に配列されてい
て、磁性を示さないが、この磁性体が磁界に置かれる
と、針状磁区が磁界の方向に沿って整列することにより
磁性体が磁化されて磁石になる。このとき、磁性体に
は、磁気ひずみが生じることが知られている。したがっ
て、磁性体が交番磁界に置かれると、磁気ひずみのた
め、磁性体が振動をすることになる。この磁性体の磁気
ひずみによる振動は、次のようにして生じると考えられ
ている。

【０００３】磁性体の磁化は、これが置かれる磁界の方
向に応じて変わる。このため、磁性体を、図１９Ａに示
すような交番磁界中に置くと、この交番磁界の繰り返し
周波数の２倍の繰り返しで、磁性体の磁化の方向が反転
する。この磁化の方向の反転の際、それぞれ針状磁区１
０１は、図１９Ｂに示すようにして回転して、その磁極
を反転する。

【０００４】図１９Ｂから理解されるように、この針状
磁区の反転に伴い、針状磁区が横位置のときと、縦位置
のときが生じるが、針状磁区は、磁性体の最小組織（結
晶）と考えられるので、これらの位置変化により、磁性
体にひずみが生じると考えられる。磁区の回転は、磁界
が交番することにより生じるので、交番磁界に置かれた
磁性体の磁気ひずみは、交番磁界の繰り返し周波数の２
倍の周波数を基本とする振動ひずみとなる。

【０００５】従来、この磁性体の磁気ひずみを測定する
方法としては、次のような方法が用いられていた。すな
わち、この方法は、図２０に示すように、磁性体を偏平
薄型にして作成した試料１０２の表面に、傾斜を持たせ
た鏡１０３を貼り、この鏡付きの試料を、円筒状に導体
線材を巻回したコイル（ソレノイドコイル）１０７の内
部空間内の置く。そして、このコイル１０７の両端間に
は、交番信号発生器１０８からの正弦波状交番電圧をア
ンプ１０９を介して供給する。これにより、コイル１０
７には、正弦波状交番電流が流れ、コイル１０７の円柱
状内部空間内には、ソレノイドコイルの中心線方向であ
って、図示の方向及びその逆方向の交番磁界φが生じ
る。

【０００６】この状態で、試料１０２に張り付けられて
いる鏡１０３に対して光源１０４から光ビーム１０５を
照射し、その反射光を受光部１０６で受光して、試料１
０２の磁気ひずみ振動の大きさを測定する。その測定原
理は、図２０に示すように、試料１０２に貼着された鏡
１０３にビーム１０５が入射したとき、その反射光は、
磁気ひずみ量に応じた広がり角θを有することを利用す
るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁性体の磁
気ひずみによる振動は、モータや変圧器において、うな
り音となって現れたりして、種々の不都合を生じる。こ
のため、できるだけ、この磁気ひずみが小さい材料が望
まれており、その開発が進んでいる。そして、最近で
は、磁気ひずみの量が、１ｍ当たり、１０^-7〜１０^-9ｍ
程度にまで、押さえられた材料の誕生の可能性が出てき
ている。

【０００８】磁性体材料のこのような磁気ひずみの小さ
さは、その磁気ひずみの大きさを測定することにより確
認しなければならない。そのためには、そのような極く
小さい磁気ひずみの測定ができなければならない。

【０００９】ところが、図２０に挙げた従来例を含め
て、従来の磁気ひずみ測定装置においては、材料の１ｍ
当たりについて、１０^-7ｍ程度までの磁気ひずみの測定
は可能であったが、それより、小さい磁気ひずみは正確
に測定することができなかった。

【００１０】本願の発明者は、この原因を追及したとこ
ろ、その原因の一つとして、磁気ひずみ測定装置の近傍
の外部残留磁界の影響を確認した。すなわち、測定装置
の近傍に外部残留磁界が存在すると、これと、磁界発生
用のソレノイドコイル１０７により発生する交番磁界と
の間の磁気相互作用により、本来、交番磁界の繰り返し
周波数の２倍の周波数の振動ひずみとなる磁気ひずみの
成分に、交番磁界の周波数と等しい成分が乗ってしまう
のである。

【００１１】この現象は次のように説明することができ
る。すなわち、図２１Ｂに示すような交番磁界ＨＡが磁
界発生用のソレノイドコイル１０７により発生している
場合に、図２１Ａに示すような残留磁界ＨＲが近傍に存
在すると、磁極が同じ場合には、互いに反発し合う磁力
が生じ、また、磁極が異なるときには、吸引し合う磁力
が生じることになる。つまり、残留磁界ＨＲにより、発
生磁界ＨＡと同じ周波数で変化をする磁力が生じる。

【００１２】したがって、磁性体試料を含む磁気回路に
漏れ磁束があると、この磁力は、磁性体試料の針状磁区
の回転に影響を及ぼし、図２１Ｃに示すように、本来、
交番磁界の繰り返し周波数の２倍の周波数の振動ひずみ
となる磁気ひずみλ0 （図の実線の曲線）は、この本来
の磁気ひずみに、点線の曲線で示す交番磁界の繰り返し
周波数の成分Ｎｚが重畳されて、図２０Ｄの曲線に示す
ような、歪曲された波形λｚとなってしまう。このた
め、本来の磁気ひずみλ0 が、正確に測定することがで
きなくなるのである。

【００１３】この発明の主たる目的は、上述した外部残
留磁界の影響を除去することができる磁気ひずみ測定装
置を提供することである。

【００１４】ところで、上述した図２０に示した従来の
ひずみ測定装置は、試料の磁気ひずみ自身を直接的に測
定する方法ではなく、反射光が、磁気ひずみの量に応じ
て所定の広がり角θを有することを利用して測定する、
いわば間接的に磁気ひずみ量を測定する方法を用いるも
のであるため、磁性体試料の１ｍ当たりについて、１０
^-7ｍ程度までの磁気ひずみの測定は可能であるが、それ
より、小さい磁気ひずみは正確に測定することができな
かった。

【００１５】また、試料の平面に張り付けた鏡からの光
の反射を受光する方式であるため、試料は、しっかりと
固定することが困難である。このため、例えば偏平薄型
に切り出した試料の偏平面方向の磁気ひずみを測定しよ
うとする場合に、試料の厚み方向の磁気ひずみの影響を
受けて、試料が横ゆれなどを生じてしまい、小さい磁気
ひずみの測定を不能にしている。

【００１６】しかも、試料の偏平平面に比較的大きな鏡
を張り付けるため、試料に生じる磁気ひずみに、張り付
けられた鏡の分の影響が生じ、これも正確な、より小さ
い磁気ひずみを測定するための支障となっていた。

【００１７】さらには、図２０に示した従来例の場合、
試料に張り付けた鏡１０３に、コイル１０７の外部にあ
る光源１０４からの光を照射し、その反射光を、コイル
１０７の外部に設けられる受光素子１０６で受光するよ
うにしなければならないため、コイル１０７には、試料
１０２の近傍において、線材を巻回せずに光を導くため
の空間を設けなければならない。このため、コイル１０
７の巻回方向に生じる交番磁界が、試料１０２の近傍で
不均一となり、正確な磁気ひずみを測定するために重要
となる試料近傍の磁気特性環境を所期のものとなるよう
に整えることが困難であった。

【００１８】この発明の第２の目的は、第１の目的を達
成すると共に、磁性体試料に生じる磁気ひずみを直接的
に測定できるようにして、さらに、より小さい磁気ひず
みの測定を可能にした磁気ひずみ測定装置を提供するこ
とである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するためには、磁性体試料を含む磁気回路の漏れ磁束を
できるだけ小さくすればよい。請求項１に記載の発明
は、このことに基づいて創作されたもので、この請求項
１に記載の発明による磁気ひずみ測定装置は、後述する
実施例の参照符号を対応させると、円筒状に導体の線材
が巻回されて構成される磁界発生用のコイル２と、この
磁界発生用のコイル２の内部空間に交番磁界を生じさせ
るために、この磁界発生用のコイル２に供給する交番信
号を発生する交番信号発生器１１と、磁界発生用のコイ
ル２の内部空間内に、磁性体試料３を配置するための試
料保持部材３３と、上記交番磁界により発生する、上記
磁性体試料の磁気ひずみによる変位を求める磁気ひずみ
検出手段と、磁性体試料３を含んで閉磁路を形成するよ
うに構成されたヨーク部材３３、３５、７１、７３とを
備えることを特徴とする。

【００２０】また、上記の第２の目的である、より小さ
い磁気ひずみを測定することができるようにするため、
請求項２に記載の発明による磁気ひずみ測定装置におい
ては、後述する実施例の参照符号を対応させると、円筒
状に導体の線材が巻回されて構成される磁界発生用のコ
イル２と、この磁界発生用のコイル２の内部空間に交番
磁界を生じさせるために、この磁界発生用のコイル２に
供給する交番信号を発生する交番信号発生器１１と、偏
平な板状の磁性体試料３を、この磁性体試料３の長手方
向の両端面が外部に露呈する状態で挟んで保持する１対
の非磁性体板３１、３２を備え、磁性体試料３の長手方
向が、磁界発生用のコイル２の巻回方向と一致する状態
で、磁界発生用のコイル２により囲まれる空間内のほぼ
中央部に、磁性体試料３を配置するようにする試料保持
部材３０と、試料保持部材３０の１対の非磁性体板３
１、３２間の磁性体試料３の一方の端面の、この磁性体
試料３の長手方向の変位を検出することにより、磁性体
試料３の磁気ひずみを検出する変位計６と、変位計６で
磁性体試料３の変位を検出する方とは反対側の磁性体試
料３の端面側において磁性体試料３と直接的に接触した
状態で試料保持部材３０を保持する第１の部分３３と、
上記変位計で磁性体試料３の変位を検出する方の端面側
で磁性体試料３と試料保持部材３０の非磁性体板３１、
３２の厚さ分を介して対向するようにされた第２の部分
７１とを含んで閉磁路７０を形成するヨーク部材３３、
３５、７１、７３とを備えてなる。

【００２１】

【作用】上記の構成の請求項１に記載の発明の磁気ひず
み測定装置においては、磁性体試料３を含む磁気回路が
閉磁路を形成するようにヨーク部材が構成されているの
で、磁性体試料を含む磁気回路からの漏れ磁束は微小、
あるいはほとんど零である。したがって、磁気ひずみ測
定装置の外部に、残留磁界が存在しても、その影響はほ
とんど受けず、磁気ひずみを正確に測定することが可能
になる。

【００２２】請求項２に記載の磁気ひずみ測定装置にお
いては、上記のように磁性体試料３を含む磁気回路が閉
磁路を形成するように構成されたヨーク部材が設けられ
ると共に、磁性体試料３は、１対の非磁性体板３１、３
２により挟持され、その挟持された方向の変位が制限さ
れた状態で、第１のコイル２内の交番磁界が生じる空間
内に配置される。そして、交番磁界により、磁性体試料
３は、１対の非磁性体板３１、３２により挟持された面
の方向、つまり磁界発生用のコイル２の巻回方向に磁気
ひずみによる変位を生じ、その端面は、その磁気ひずみ
による変位に応じた振動を呈する。変位計６は、この試
料３の端面の振動変位量に応じた出力信号を得る。した
がって、この発明においては、磁性体試料３の磁気ひず
みのみを正確に測定することができ、精細に磁気ひずみ
の測定が行われる。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の一実施例を、図を参照しな
がら説明する。図１は、この例の磁気ひずみ測定装置の
機構部の機械的構成及び信号処理系の全体を示してい
る。この図１に示した磁気ひずみ測定装置の機構部の機
械的構成は、原理的構成を示しており、その詳細な構成
例は、図２に示す通りである。図２Ａは、この例の測定
装置の機構部の平面図（一部は、断面として示してあ
る）、図２Ｂは、この例の測定装置の機構部の側面図
（一部は、断面として示してある）である。

【００２４】先ず、図１において、１は中空円筒の二重
ガラス管である。このガラス管１は、同心円筒状のガラ
ス壁がその管軸方向の端部において連結された形状を有
している。このガラス管１の外周には、その管軸方向の
両端部を除く部分において、交番磁界発生用のコイル２
が、ソレノイドコイル状に巻回される。そして、ガラス
管１内の円柱状空間内のほぼ中央位置には、磁性体試料
３が置かれる。

【００２５】ところで、従来、上述のような磁気ひずみ
測定装置においては、交番磁界を発生させるコイル２
は、磁性体試料３が収容される空間内に、コイル巻回方
向に平行な磁束を発生させるようにすることが、印加磁
束と磁気ひずみとの関係を正確に測定するために重要で
ある。

【００２６】しかしながら、ソレノイドコイルの場合、
図２０に示したように、その内部空間のコイル巻回方向
の中央部では、磁束φは平行になっているが、コイル両
端近傍においては、反磁界の影響を受けるため、図示の
ように、曲線状になってしまい、平行磁束にならない。

【００２７】このため、従来は、磁界発生用のソレノイ
ドコイルの巻回方向の長さを、磁性体試料の長さに対し
て十分に長くして、磁性体試料の部分では、磁束は、す
べて平行磁束になるようにしている。しかし、このよう
に、磁界発生用のコイルの巻回方向の長さを長くする
と、磁気ひずみ測定装置が大型化してしまう問題があ
る。

【００２８】ところで、磁界発生用の円筒状コイルの両
端付近の磁束の流れを調査すると、磁束が描く曲線は、
指数関数曲線的に変化することが分かった。そこで、こ
の例の磁界発生用のコイル２は、図３に示すように、多
層巻きとされ、コイル巻回方向の単位長さ当たりの巻き
数が、コイルの巻回方向の中心から、巻回方向の両端部
に近付くにしたがってほぼ指数関数（エクスポネンシャ
ル）曲線的に増加するように構成されている。なお、コ
イルの巻回方向の中心付近では、コイル巻回方向の単位
長さ当たりの巻き数は均一でもよい。

【００２９】これにより、コイル２に交番電流を流した
時に発生するガラス管１内の管軸方向の磁束は、ガラス
管１の管軸方向の一方の端部から他方の端部にまで渡っ
てほぼ平行にすることができる。つまり、コイル２の両
端部においても、反磁界の影響を軽減してほぼ平行磁束
とすることができる。

【００３０】そして、この例の場合、試料３は、偏平矩
形の薄板状とされ、厚さ、幅、長さが予め求められてい
る。この試料３は、その板面方向がガラス管１の管軸方
向と一致する状態で、後述する試料保持手段３０により
保持されて、ガラス管１内に置かれる。

【００３１】交番磁界発生用のコイル２の両端間には、
交番信号発生器１１からの正弦波状交番電圧がアンプ１
２を介して供給される。これにより、コイル２には、交
番電流ｉが流れ、ガラス管内１の円柱状空間内に管軸方
向の交番磁界が生じる。この場合、アンプ１２は差動ア
ンプであり、交番信号発生器１１からの正弦波状交番電
圧は、その一方の入力端子に供給される。そして、アン
プ１２の他方の入力端子には、後述するオフセット電圧
ＯＤが供給されて、一方の入力端子に供給される正弦波
状交番電圧の直流オフセットが除去されるようになる。

【００３２】ところで、コイル２には、比較的大きな電
流ｉを流すために、発熱が生じる。そこで、この例の装
置においては、ガラス管１の２重壁内に冷却水を流すこ
とにより、過度の発熱を防止するようにしている。

【００３３】この冷却水を流す構成にするため、ガラス
管１には、その管軸方向の一端側の一部から突出するよ
うに、開口部１ａが設けられると共に、管軸方向の他端
側の、前記開口部１ａの位置に対して１８０度角間隔、
隔てた位置にも、その部分から突出するように開口部１
ｂが設けられている。そして、このガラス管１は、図示
のように、開口部１ａが上方、開口部１ｂが下方になる
状態で横位置に置かれ、開口部１ａから冷却水が注入さ
れる。冷却水は、ガラス管１内のすべての部分を巡って
開口部１ｂから排水される。

【００３４】ところで、試料３の磁気ひずみを測定する
場合、この試料３の近傍の磁界あるいは試料３を通る磁
束（磁束密度）を知り、その磁束あるいは磁界の磁気特
性条件下において発生する磁気ひずみとして測定する必
要がある。そこで、試料３の近傍の磁気特性を測定する
ため、コイルブロックＣＢが設けられる。

【００３５】このコイルブロックＣＢは、この例では、
後述するように、試料３を通る磁束を測定するためのさ
ぐりコイル４と、試料３のできるだけ近傍の磁界を測定
するための補正コイル５とからなる。詳細な構成は、後
述する。

【００３６】以上の構成において、コイル２に交番電流
ｉを流すと、ガラス管１の管軸方向に交番磁界が誘起さ
れ、この交番磁界により、磁性体試料３には、前述した
ように、電流ｉの周波数の２倍の周波数で振動する磁気
ひずみが生じる。この場合、試料３は、偏平矩形の薄い
板であるので、この磁気ひずみは、板面方向（管軸方
向）の伸び縮みとして現れる。すなわち、試料３の厚み
部分の端面は、管軸方向に、試料３の伸び縮みに応じて
振動変位する。

【００３７】この例においては、試料３の前記端面の変
位を光変位計を用いて測定することにより、試料３の磁
気ひずみを直接的に測定する。光を用いて変位を測定す
るので、電磁気的影響がほとんどない。この例において
は、変位を容易にピックアップできるように、試料３の
端面には微小な反射板３ｔが取り付けられている。ただ
し、この反射板３ｔは必須ではない。この反射板３ｔ
は、例えばチタンからなり、試料３の変位に対する影響
が少ない薄い板状のものであって、鏡面仕上げされて構
成されている。

【００３８】図１において、６は光変位計を示し、６ａ
はその光プローブである。光プローブ６ａの先端側は、
非磁性体例えばガラスで構成されている。この例の光変
位計６は、プローブ６ａから光ビーム７を出射すると共
に、反射光をこのプローブ６ａで受光して得る。プロー
ブ６ａから出射された光ビームは、この例では試料３の
端面の反射板３ｔに照射される。光変位計６は、その反
射板３ｔからの反射光をプローブ６ａを介して受光し
て、その反射板３ｔの変位を電圧変化に変換して出力信
号Ｖλとして得る。

【００３９】次に、図２〜図５をも参照して、以上説明
した機構部分のさらに詳細な構成について説明する。な
お、図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は機構部の中央
部の拡大断面図である。

【００４０】図２に示すように、ガラス管１の外側は、
ベークライト製の円筒状の筐体７に覆われている。この
筐体７は、ベース部材８に固定されている。ガラス管１
の冷却水の出入口１ａ、１ｂは、筐体７の外側に導出さ
れている。また、筐体７の管軸方向の両端部には、試料
３の出入りのためと、コイルブロックＣＢからのコイル
線材の端部を導出するためと、光変位計６のプローブ６
ａを挿入するために、開口部が設けられている。

【００４１】磁性体試料３は、試料保持部材３０により
保持される。すなわち、図２及び図５に示すように、こ
の例の場合、磁性体試料３は、細長い偏平薄板状とされ
ており、同様に細長い薄板状に構成された１対の非磁性
体板３１及び３２により挟まれて保持される。この非磁
性体板３１及び３２は、磁性体試料３を確実に保持でき
るように、できるだけ重量の重い方がよく、この例で
は、アルミナ磁器が用いられている。

【００４２】この例の場合、非磁性体板３１、３２の寸
法は、それぞれ、例えば、厚さ×幅×長さ＝２（ｍｍ）
×３１（ｍｍ）×２７７（ｍｍ）とされている。また、
試料３の寸法は、例えば、厚さ×幅×長さ＝１（ｍｍ）
×３０（ｍｍ）×２８０（ｍｍ）とされている。つま
り、試料３は、非磁性体板３１、３２より若干長く、そ
の分がプローブ６ａ側に突き出すようになされており、
その突き出した部分の端面が磁気ひずみにより変位す
る。そして、この試料の、その突き出した端面に反射板
３ｔが取り付けられる。なお、反射板３ｔの裏側には、
図５に示すように、例えばプラスチックからなる補強部
材３Ｐが取り付けられている。

【００４３】そして、コイル２の巻回方向の長さは、約
３９０ｍｍとされ、ガラス管１の外径は、４０ｍｍ、長
さは４００ｍｍとされている。また、コイル２の線材の
太さは、例えば直径が０．５ｍｍとされ、巻き数は、全
体で１５００〜２０００回とされている。

【００４４】対の非磁性体板３１、３２の長さ方向の一
端側は、保持アーム３３により固定される。この場合、
保持アーム３３は、試料３を挟んだ状態の非磁性体板３
１、３２を、例えばねじ（図示せず）などにより固定す
る。対の非磁性体板３１、３２の長さ方向の、反射板３
ｔが取り付けられる他端側は固定されず、測定状態にお
いては、筐体７あるいはベース８に固定されている保持
台３４の上に載置される。ねじを緩めて、保持アーム３
３による対の非磁性体板３１、３２の固定保持を解除
し、試料３の交換ができる。

【００４５】保持アーム３３は、試料３をガラス管１の
外に出して、交換等するために、保持アーム受け台３５
に対して、ガラス管１の管軸方向に沿って水平方向に摺
動自在に係合されている。保持アーム３３と、保持アー
ム受け台３５との摺動は、非常に軽快に行えるようにさ
れており、摺動して試料３のガラス管１内での位置決め
が成された後は、例えばねじにより、保持アーム３３が
受け台３５に固定される。

【００４６】保持アーム受け台３５は、重量の大きい部
材で構成される。そして、試料３および対の非磁性体板
３１、３２の水平方向の移動距離をより大きくするた
め、保持アーム受け台３５も、ベース８に対して、保持
アーム３３と同じ方向に摺動自在に取り付けられてい
る。さらに、保持アーム受け台３５は、ねじなどにより
ベース８に固定できるように構成されている。取っ手３
６は、保持アーム受け台３５および保持アーム３３の摺
動を行う時に使用される。

【００４７】この場合、非磁性体板３１、３２による挾
持状態では、磁性体試料３は、その板面方向（ガラス管
１の管軸方向）には磁気ひずみによる伸縮が自在とな
る。しかし、試料３は、非磁性体板３１、３２により挾
持されているため、この試料３の厚み方向には、その伸
縮が制限されるようにされている。

【００４８】そして、この例においては、以下に説明す
るように、磁性体試料３を含んで、できるだけ閉磁路を
形成するように構成されている。

【００４９】すなわち、保持アーム３３は、磁気ヨーク
部材の一部を構成するもので、この例の場合には、透磁
率が磁性体試料３と等しいか、それより大きい材料で構
成される。例えば試料３と同じ材料で、保持アーム３３
を構成すればよい。

【００５０】非磁性体板３１、３２により磁性体試料３
を挟持する際に、磁性体試料３の保持アーム３３側の端
面は、非磁性体板３１、３２の端面と同一面あるいは非
磁性体板３１、３２の端面より僅かに突出するようにさ
れている。そして、磁性体試料３を挟持する非磁性体板
３１、３２を保持アーム３３に固定した状態では、試料
３は保持アーム３３と接触する状態になる。したがっ
て、保持アーム３３に取り付けた状態では、保持アーム
３３と試料３とは、磁気的に接続されている。

【００５１】保持アーム受け台３５も、磁気ヨーク部材
の一部を構成するもので、保持アーム３３と同一の磁性
体材料で構成されている。したがって、保持アーム３３
と保持アーム受け台３５とは、磁気的に接続されてい
る。

【００５２】一方、光変位計６のプローブ６ａは、磁気
ヨーク部材の一部を構成する保持部材７１に保持されて
いる。この保持部材７１は保持アーム３３および保持ア
ーム受け台３５と同一材料で構成されている。そして、
試料３の端面が光変位計６のプローブ６ａに対向する側
は、図１および図２に示すように、保持部材７１に設け
られている嵌合凹溝７２内に、試料３を挟持する非磁性
体板３１、３２が挿入されて、嵌合凹溝７２により、試
料３を挟持する非磁性体板３１、３２が挟まれるように
構成されている。この場合、嵌合凹溝７２の幅は、でき
るだけ、試料３を挟持した状態の非磁性体板３１、３２
の厚み方向の大きさに近い方がよい。この構成により、
試料３は、非磁性体板３１あるいは３２の厚みの分だけ
のわずかな間隙を介して保持部材７１と対向する。つま
り、前記のわずかな間隙を介して磁気的に試料３と保持
部材７１とは、接続される。

【００５３】そして、保持アーム受け台３５と、光変位
計６のプローブ６ａの保持部材７１との間は、これらと
同じ磁性体材料からなる連結部材７３により磁気的に接
続されている。連結部材７３は、ベース８自体でもよい
し、その一部であってもよい。こうして、磁性体試料３
−保持アーム３３−保持アーム受け台３５−連結部材７
２−プローブ６ａの保持部材７１−磁性体試料３の閉磁
路７０（図１では特に斜線を付して示してある）が形成
される。つまり、保持アーム３３、保持アーム受け台３
５、連結部材７３、プローブ６ａの保持部材７１のそれ
ぞれは、ヨーク部材を構成するものである。

【００５４】このように、磁性体試料３を含んで閉磁路
７０を構成するようにヨーク部材が設けられているの
で、この例の磁気ひずみ測定装置の周辺に外部残留磁界
が存在しても、閉磁路７０からの漏れ磁束は極く僅かで
あるので、その影響は非常に少なくなる。

【００５５】次に、コイルブロックＣＢの構成について
説明する。さぐりコイル４は、試料３を流れる磁束変化
（ｄφ／ｄｔ；ｔは時間）を検出するためのコイルであ
って、このコイル４に誘起される電圧から磁束密度Ｂを
求めるものである。このさぐりコイル４は、ガラス管１
の管軸方向を巻回方向とするソレノイドコイル状に巻回
され、ガラス管１内の空間に試料３を設置したとき、試
料３は、このコイル４のほぼ巻回中心に位置する状態と
されるものである。このコイル４は、図１のＡ−Ａ断面
図である図３と、主要部分の拡大図の図４に示すよう
に、非磁性体例えばマイラーからなる中空筒状ボビン４
１に巻回され、測定状態では、試料３がボビン４１の中
空部内に挿入される状態となる。

【００５６】ボビン４１の大きさは、その中空部の断面
積が、試料３を挟持した非磁性体板３１、３２の断面積
より若干大きく選定され、試料３の交換に支障が生じな
いようにされている。そして、ボビン４１は、非磁性体
板３１、３２の一方、例えば板３１の長さ方向のほぼ中
央位置に、接着などにより固定される。このさぐりコイ
ル４は、例えば、直径が０．１５ｍｍの導体の線材が、
巻回長さ３１ｍｍとして、３０回程度、ボビン４１に巻
回されて構成される。

【００５７】また、試料３のできるだけ近傍の磁界（空
間の磁界）を測定するための補正コイル５は、例えばマ
イラーなどの非磁性体材料をコア５１、５２として、線
材が巻回されて構成され、さぐりコイル４の外周部分に
固定される。この例では、この補正コイル５は、図３に
示すように、さぐりコイル４の外周部分の、試料３の上
方と、下方とにおいて、それぞれコア５１、５２に線材
が巻回されたものが直列に接続されて構成されている。

【００５８】この補正コイル５の巻回方向も、ガラス管
１の管軸方向に一致している。また、コア５１、５２の
断面積は、予め定められた値Ａとされている。この補正
コイル５としては、例えば、直径が０．０７〜０．１５
ｍｍの導体の線材が、巻回長さ２９ｍｍとして、１６０
〜２００回程度巻回されている。なお、補正コイル５
は、非磁性体のコアに線材を巻回したものではなく、空
心であってもよい。

【００５９】なお、図２に示すように、コイルブロック
ＣＢからのコイル４及び５のリード線端部４Ｌ、５Ｌ
は、ガラス管１の内部から筐体７とガラス管１の外壁と
の間の空間に導かれて、筐体７の外部に設けられる出力
端子と接続されている筐体７の内部端子に接続されてい
る。

【００６０】以上のように構成された磁気ひずみ測定装
置により、磁性体試料３の磁気ひずみを実際に測定する
前に、この例においては、磁性体試料３のガラス管１内
での管軸方向の設置位置が、ガラス管１に巻回されたコ
イル２の巻回方向の電気的中央位置と、試料３の管軸方
向の中央（電気的中央）位置とが一致するような位置と
なるような操作がなされる。電気的中央位置に一致して
いないときには、交番磁界により試料３自身が管軸方向
に位置を変更移動する状態になり、磁気ひずみのみを正
しく測定することができないからである。

【００６１】すなわち、磁性体試料３が、例えば多結晶
構造である場合には、磁区を構成する結晶は、種々の大
きさを有しており、磁界内に試料が置かれて磁性を呈す
るように磁区が整列したときに、その磁区の大きさの違
いから、電気的中央位置と、試料の物理的中央位置とが
一致しないのが一般的である。このため、物理的な中央
位置に寸法精度で、位置合わせをしても、電気的中央位
置にならない。

【００６２】また、コイル２に巻きむらがあったりする
とコイル巻回方向の物理的中央位置と電気的中央位置と
は一致しない。特に、この例の場合には、光変位計６の
プローブ６ａの先端と試料３の端面の反射板３ｔとの間
の間隙を、筐体７に設けられた覗き窓７Ｗから見ること
ができるように、コイル２の巻回方向の覗き窓７Ｗに対
応する部分は、隙間を空けるように巻線するため、コイ
ル２の物理的中央位置と、電気的中央位置とは、一致し
ない。このことは、前述した従来の鏡による方法の場合
も同様である。

【００６３】そこで、この例では、非磁性体板３１、３
２で試料３を挾んだ状態で保持アーム３３に固定し、ガ
ラス管１内のほぼ物理的中央位置に配置した後、実際の
測定を開始する前に、所定の電流、例えば図６Ａに示す
ような正の電流＋ｉｓあるいは図６Ｂに示すような負の
電流−ｉｓをコイル２に流す。このとき、保持アーム３
３を受け台３５に固定するねじは緩めておき、受け台３
５に対して保持アーム３３が摺動自在となるようにして
おく。

【００６４】この場合に、位置合わせのためにコイル２
に供給する電流の大きさは、磁気ひずみを測定する場合
のような大電流である必要はなく、試料３を保持する保
持部材３０を移動させることができる程度の値であれば
よく、例えば２００ｍＡとされる。また、その電流の供
給時間は、例えば１０ｍ秒程度でよい。

【００６５】上記のように、正あるいは負の電流ｉｓを
流すと、試料３は、その電気的中央位置とコイル２の中
央位置とが一致するように、当該一致する位置を中央に
振動移動しようとする。

【００６６】上述したように、保持アーム３３と、保持
アーム受け台３５との摺動が非常に軽快に行えるように
されているため、受け台３５にアーム３３が固定されて
なければ、この試料３自身の動きに応じて、保持アーム
３３を含めて試料３を挾んだ対の非磁性板３１、３２が
左右に振動移動し、所定時間後、試料３の電気的中央位
置とコイル２の中央位置とが一致する位置で動きを停止
する。この所定時間の経過後、保持アーム３３をねじに
より受け台３５に固定する。

【００６７】こうして、磁性体試料３の電気的中央位置
を、コイル２の電気的中央位置に合わせることができ
る。

【００６８】次に、この例では、実際の測定の開始前
に、光変位計６と、試料３との間の距離を、光変位計６
の出力変化と、試料３及び光変位計６のプローブ６ａ間
の距離変化とが直線性を有する状態の位置となるように
調整すると共に、光変位計６の直流オフセット除去を行
う。

【００６９】光変位計６は、一般に、光を照射させたと
きの、反射光の強度変化から光照射された部位の変位を
測定するものである。反射光の強度は、光変位計６のプ
ローブ６ａと測定対象部位との距離の自乗に反比例する
が、変位の測定を正確に行うためには、光変位計６の光
電変換出力特性として、直線性が良好な部分を使用する
必要がある。

【００７０】すなわち、試料３の変位（伸び、縮み）を
測定するときに、光変位計６の光プローブ６ａの先端部
と試料３の測定端面との間の距離に対する光変位計の出
力（静的な出力電圧ＳＥ）は、一般に図７Ａの曲線ａに
示すようなものとなる。

【００７１】この図７Ａに示すように、光変位計６の静
的な出力電圧ＳＥは、プローブ６ａの先端が試料３の測
定端面（当該端面に反射板が取り付けられている場合に
は、その反射板）に接した時点で０ボルトとなり、プロ
ーブ６ａの先端が試料端面から離れるにしたがって増大
し、最大１００ボルトに達する。ここまでを前縁とい
う。さらにプローブ６ａの先端が試料端面から遠ざかる
と減少し、０ボルトに戻る。この暫時に下がる区間を後
縁という。

【００７２】この例の場合、０ボルトから１００ボルト
というように、非常に大きい範囲の静的出力電圧を得る
ような光変位計を用いなければならないのは、この程度
の静的直流電圧範囲にしないと、非常に微小な磁気ひず
みを光変位計６の出力として検出できないからである。

【００７３】この光変位計６の静的出力電圧ＳＥにおい
て、試料の変位を測定するのに最適な直線性を保持でき
る領域は、電圧値で４０〜６０ボルト程度の範囲であ
り、光変位計６のプローブ６ａの先端と、試料３の端面
この例では端面の反射板３ｔとの距離が、この直線性の
良い部分となるように調整される。光変位計６の出力と
して使用する直線性が良好となる部分としては、前縁と
後縁のどちらを用いてもよい。

【００７４】光変位計６の出力は、この直線性の良い部
分の直流電圧（例えば５０ボルト）に、図７Ａで曲線ｂ
の振動波形として示す磁気ひずみによる交流的変化分が
重畳されるものとなる。光変位計６の出力は、（直流分
＋変化分）＝（約５０ボルト±変化分の電圧）となるた
め、試料の伸び、縮みの変位振動が微小で、光変位計６
の出力としての変化が例えば数百ｍボルトと小さいと、
上記の直流分のために変化分の測定が困難になる。

【００７５】この場合の直流分はオフセット電圧と呼ば
れ、この発明の磁気ひずみ測定装置のような微小な変位
を測定する場合には、測定の支障となるので、この直流
オフセット電圧は除去する必要がある。

【００７６】光変位計６の上記の位置調整と、オフセッ
ト調整のために、この例においては、光変位計６は、図
２に示すように、摺動移動部材６０に取り付けられてい
る。摺動移動部材６０は、マイクロメータ６１を備え、
このマイクロメータ６１を調整することにより、そのメ
ータに示される距離だけ、プローブ６ａの先端が、ガラ
ス管１の管軸方向に摺動移動できるように構成されてい
る。

【００７７】また、この例においては、図１に示すよう
に、光変位計６の出力側には、オフセット除去回路６０
０が設けられている。このオフセット除去回路６００の
一実施例を、図８に示す。

【００７８】すなわち、この例では、光変位計６の直流
オフセット電圧を含む出力は、直流オフセット電圧除去
用の減算回路を構成する差動アンプ６０１の正側入力端
子（非反転入力端子）に入力される。また、この差動ア
ンプ６０１の負側入力端子（反転入力端子）にオフセッ
ト電圧発生器としてのアナログ直流信号発生器６０５か
らのオフセット電圧が供給されて、正側入力端子に入力
された信号から減算される。この結果、差動アンプ６０
１の出力として、変位計６の光電変換出力から直流オフ
セット電圧が除去された出力信号Ｖλ（図７Ａの波形ｃ
参照）が得られる。

【００７９】アナログ直流電圧発生器６０５からのオフ
セット電圧は、次のようにして設定される。すなわち、
差動アンプ６０１の出力に対して直流電圧弁別回路６０
２が設けられ、この弁別回路６０２で、減算回路６０１
の出力中の直流電圧が弁別される。弁別された電圧の値
は、電圧計６０３によって表示される。そして、直流電
圧弁別回路６０２で弁別された直流電圧は、スイッチ６
０４を介してアナログ直流信号発生器６０５に供給され
る。このアナログ直流信号発生器６０５からは、弁別さ
れた直流電圧と等しい直流電圧がオフセット電圧として
出力され、差動アンプ６０１の負側入力端子に供給され
る。

【００８０】このスイッチ６０４は、光変位計６を、出
力の上記前縁の部分で使用するか、上記後縁の部分で使
用するかを定めるときは、減算回路６０１の出力端から
負側入力端までのループを「断」としておく必要がある
からである。

【００８１】以上のようなオフセット除去回路６００を
用いてオフセット設定及び除去をしながら、出力の直線
性の良い位置になるように、光変位計６の位置を、マイ
クロメータ６１を用いて調整する。この例の場合には、
図７Ａに示すように、距離変位に対して出力変位が大き
い前縁の直線性の良い部分を使用する。

【００８２】すなわち、実際の測定に先立ち、マイクロ
メータ６１を操作して、プローブ６ａの先端を、試料３
の端面の反射板３ｔに近付けてゆく。電圧計６０３で減
算回路６０１の出力電圧をチェックすると、光変位計６
の光電変換出力電圧は、次第に上昇し、最大に達する。
さらに近付けて行くと出力電圧は減少してゆく。この減
少してゆく途中で測定を行う。光電変換出力の振幅変化
と距離変化の直線性が良くなった時点、例えば５０ボル
トとなった時点で、スイッチ６０４をオンにする。

【００８３】すると、直流電圧弁別回路６０２で、減算
回路６０１の出力中の直流成分が弁別され、電圧計６０
３にその電圧値が表示されると共に、その電圧値の直流
電圧がアナログ直流信号発生器６０５から発生し、減算
回路６０１に供給され、減算回路６０１の出力からオフ
セット電圧が除去されて、磁気ひずみ変位分の信号Ｖλ
のみが得られる。

【００８４】なお、以上の例では、減算回路６０１は光
変位計６の外部に設けたが、内部に設けても良い。ま
た、オフセット除去回路６００の全体を光変位計６の内
部に設けても良い。

【００８５】また、光変位計６がドリフト等が少ないも
のである場合には、マイクロメータ６１による光変位計
のプローブ６ａの先端の移動方向及び移動距離に連動し
て直流電圧を発生する直流電圧発生器を設け、その出力
をオフセット電圧として減算回路６０１の負側入力端子
に供給するようにしてもよい。

【００８６】この場合、予め、マイクロメータ６１を操
作して、そのときに減算回路６０１の出力に現れる直流
電圧を、直流電圧発生器に記憶しておくようにすること
により、直流電圧発生器から目的のオフセット電圧を得
ることができる。なお、この場合にも、オフセット電圧
の差動アンプ６０１への供給路を断続することができる
のが望ましい。

【００８７】以上のようにして、光変位計６の適正な位
置制御及び直流オフセット電圧の除去制御が行われた状
態において、光変位計６の校正を行う。この光変位計６
の校正は、光変位計６の出力が直線性のよい位置におい
て、マイクロメータ６１を操作してプローブ６ａの先端
を所定距離移動させたときに、出力電圧が幾らになるか
を検知して行う。例えば、２００μｍ移動させたとき、
出力がａボルトであれば、１μｍ移動させたときには、
ａ／２００ボルトになるという具合に校正を行う。

【００８８】なお、光変位計６としては、細く絞ったビ
ームよりも太いビームスポット径の光ビームを用いる。
ビームを微細に絞ったものを使用する場合には、ビーム
が照射される面に存在する凹凸も、ひずみとして検出し
てしまうおそれがあるからである。

【００８９】以上のように、試料３と磁界発生用コイル
２との電気的中央位置の位置合わせと、光変位計６の校
正を終了した後、コイル２に、周波数が、例えば５０Ｈ
ｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、実効値が約１Ａ程度の交
番電流ｉを流す。すると、ガラス管１の管軸方向に交番
磁界が誘起され、この交番磁界により、磁性体試料３に
は、前述したように、電流ｉの周波数の２倍の周波数で
振動する磁気ひずみが生じる。この場合、この磁気ひず
みは、試料３の板面方向（管軸方向）の伸び縮みとして
現れ、試料３の端面に取り付けられた反射板３ｔが管軸
方向に磁気ひずみに応じて変位する。光変位計６は、そ
の反射板３ｔからの反射光をプローブ６ａを介して受光
して、試料３の端面の振動変位を電圧変化に変換し、オ
フセット除去回路６００からその変化分だけを出力信号
Ｖλとして得る。

【００９０】また、さぐりコイル４の両端４ａ、４ｂ間
には、交番磁界によりボビン４１内を通る磁束φの変化
に応じた電圧ＶＢが得られる。ボビン４１内を通る磁束
は、ボビン内の試料３を除く部分を通る磁束と、試料３
を通る磁束との和からなっている。

【００９１】さらに、補正コイル５の両端５ａ、５ｂ間
には、コア５１、５２の断面積Ａの和の空間の部分の磁
束変化に応じた電圧ＶＨが得られる。コア５１、５２は
非磁性体であり、電圧ＶＨは、このコア５１、５２部分
の空間の磁界に対応したものとなる。

【００９２】オフセット除去回路６００からの出力信号
Ｖλと、さぐりコイル４及び補正コイル５に得られる電
圧ＶＢ及びＶＨは、それぞれシグナルコンディショナー
２１において、増幅されると共に、不要な高域成分及び
低域成分が除去される。

【００９３】このシグナルコンディショナー２１で変位
出力Ｖλ、電圧ＶＢ、電圧ＶＨを上記のようにして処理
した結果の出力信号Ｓλ、ＳＢ、ＳＨは、Ａ／Ｄコンバ
ータ２２に供給されて、デジタル信号Ｄλ、ＤＢ、ＤＨ
に変換され、バッファメモリ２３に、一時蓄えられる。
このメモリ２３に蓄えられたデジタル信号Ｄλ、ＤＢ、
ＤＨは、平均化回路２４に供給される。

【００９４】この平均化回路２４は、トリガタイミング
を基準にした平均を求める処理を行う。この例の場合に
は、交番信号発生器１１からの交番信号が、トリガ発生
器１３に供給されて、交番信号に同期したトリガ信号Ｔ
Ｇがこれより得られ、このトリガ信号ＴＧが平均化回路
２４に供給される。

【００９５】平均化回路２４では、交番信号に同期した
このトリガ信号ＴＧによりトリガされて、各デジタル信
号の平均化処理が行われる。平均化回路２４の各入力信
号には、交番信号に同期した目的の変位や電圧以外のノ
イズ成分も含まれるが、この平均化処理により、交番信
号に同期した成分以外の不必要なノイズ成分が除去され
る。

【００９６】こうして、平均化回路２４において、ノイ
ズ除去された各出力Ｅλ、ＥＢ、ＥＨは、マイコンで構
成される信号処理回路２５に供給され、試料３の近傍の
空間の磁界Ｈ、試料３の部分の磁束密度Ｂ、これら磁界
Ｈ及びＢの条件下における試料３の磁気ひずみλが求め
られる。

【００９７】すなわち、コイル５の誘起起電力から得ら
れる平均化電圧ＥＨは、コア５１、５２が占める空間部
分の磁束の変化（ｄφ／ｄｔ：ｔは時間）に応じたもの
であり、これを積分することによりコア５１、５２が占
める空間部分を通る磁束φが求められる。コア５１、５
２の部分の断面積は、既知であるので、この磁束φか
ら、試料３の近傍の空間の磁束密度Ｂａが求められ、さ
らに、空間の透磁率は約１であるので、Ｈ≒Ｂａとな
り、試料３の近傍の磁界Ｈが求められる。

【００９８】また、出力ＥＢから試料３を通る磁束が求
められ、試料３の断面積から試料３の部分の磁束密度Ｂ
が求められる。すなわち、出力ＥＢは、ボビン４１内の
空間部分を通る磁束の変化と考えることができる。ボビ
ン４１内の磁束は、試料３の透磁率が空間の透磁率に比
較して非常に大きいので、試料３の部分（断面積は既
知）にほぼ集中する。試料３の断面積は、既知であるか
ら、試料３の部分の磁束密度Ｂを求めることができる。
また、磁界Ｈと、この磁束密度Ｂとから、試料３の透磁
率μを求めることができる。

【００９９】図９は、この信号処理回路２５の演算処理
の流れを機能ブロックで表現した図である。以下、この
図９を参照しながら信号処理回路２５の演算処理を説明
する。

【０１００】この信号処理回路２５では、平均化回路２
４からの電圧ＥＨが、Ｈ補正手段２０１に供給されると
共に、平均化回路２４からの電圧ＥＢがＢ−Ｈ補正定数
算出手段２１１に供給される。これらの手段２０１及び
２１１は、コイル４とコイル５との間の相互誘導による
電圧ＥＨ及び電圧ＥＢについての波形補正を行う。

【０１０１】すなわち、コイル４及びコイル５には、冒
頭で述べたように、コイル２に交番電流ｉが流れること
により発生する交番磁界によって起電力が誘起され、こ
れによりそれぞれのコイル４、５に電流が流れる。この
ため、これらのコイル４及び５間においても、電磁誘導
が生じる。この相互誘導のため、電圧ＥＨにはコイル４
に流れる電流による誘導成分が乗る。

【０１０２】図１０Ａは、コイル５により検出される磁
界を示し、これは電流ｉをコイル２に供給したことによ
り発生する正弦波状磁界成分３０１に、コイル４により
検出される磁束密度Ｂに対応した成分３０２が重畳され
た状態のものとなる。この成分３０２は、図１０Ｂの波
形３０３に示す磁束密度Ｂの検出出力とは逆相である
が、磁束密度Ｂと相似波形を有している。Ｂ−Ｈ補正定
数算出手段２１１は、磁束密度Ｂが成分３０２に等しい
振幅となるようにするための乗算係数Ｋ１を平均化出力
電圧ＥＢから算出し、その乗算係数を磁束密度の検出出
力に乗算した値に対応した補正信号ＣｓをＨ補正手段２
０１に供給する。

【０１０３】値Ｋ１は、コイル５の巻き数及びコア５
１、５２の断面積、コイル４の巻き数及び巻回部分の断
面積などに基づいて求めることができる。

【０１０４】Ｈ補正手段２０１では、この補正信号Ｃｓ
が電圧ＥＨに加算されて、成分３０２が相殺されて除去
される。この結果、Ｈ補正手段２０１からは、図１０Ｃ
に示すような正弦波状成分３０１のみからなる電圧ＥＨ
１が得られる。この電圧ＥＨ１は、平均値算出手段２０
２に供給される。

【０１０５】この平均値算出手段２０２は、コイル２に
供給される電流ｉは、一般に歪みに伴うオフセットを有
するため、電圧ＥＨ１も、直流オフセットを有するもの
となってしまうので、その直流オフセット分を補償する
ために設けられている。

【０１０６】すなわち、この例のように、磁界検出用コ
イル５を設けて、その誘起起電力から磁界を検出する場
合に、得られた磁界は正弦波状交番信号にならず、検出
した磁束密度を縦軸に取り、磁界を横軸に取って作成す
るヒステリシスループが縦軸及び横軸を対称軸として対
称にはならないことを、この発明の発明者は確認した。

【０１０７】発明者は、その理由を追及したところ、コ
イル２に供給される界磁電流が、正しく正弦波状交番電
流になっておらず、ひずみを有し、このため、直流オフ
セットが界磁電流に含まれていることを突き止めた。こ
のようにコイル２に供給される界磁電流が、正しく正弦
波状交番電流になっていない時には、磁気ひずみの測定
などの磁気的な測定を正確に行うことができない。

【０１０８】この問題を解決するには、交番信号発生器
１１からひずみのない正弦波状交番信号を発生させれば
よいが、交番信号発生器１１からこのような信号を得る
ことは一般に困難である。また、仮に正確な正弦波状交
番信号を交番信号発生器１１から得ることができたとし
ても、その後段のアンプを無歪みアンプの構成とするこ
とは困難であり、コイル２に無歪みの正弦波状交番電流
を流すことは非常に困難である。そこで、この例では、
次のようにして、この欠点を補償するようにしている。

【０１０９】すなわち、平均値算出手段２０２では、Ｈ
補正手段２０１からの電圧ＥＨ１の直流オフセット電圧
ＯＤが算出される。この直流オフセット電圧ＯＤは、図
１に示した差動アンプ１２の他方の入力端子に供給され
る。これにより、磁界発生用コイル２に供給される電流
ｉの直流オフセット分が除去されるようにフィードバッ
ク制御がかかる。

【０１１０】こうして、平均値算出手段２０２からは、
直流オフセットのない正弦波状磁界に応じた出力電圧Ｅ
Ｈ２が得られる。この電圧ＥＨ２は定数乗算手段２０３
に供給され、電圧値から磁界の値（ケスラー）への変換
が行われる。

【０１１１】この定数乗算手段２０３の出力は、積分手
段２０４に供給され、前述した磁束変化分を積分するこ
とにより、磁界Ｈが求められる。この積分手段２０４
は、図１１に示すように、ＦＦＴ（ファースト・フーリ
エ・変換）手段２０４１と、１／ｊω（ただし、ω＝２
πｆ）の乗算手段２０４２と、ＩＦＦＴ（インバートＦ
ＦＴ＝逆ＦＦＴ）手段２０４３とが縦続接続されて構成
される。

【０１１２】この積分手段２０４の出力信号は、補正曲
線算出手段２０５に供給される。この補正曲線算出手段
２０５は、積分手段２０４でＦＦＴ方式の積分を行う場
合には、積分出力の平均値が例えば図１２に示すように
漸減あるいは漸増するような傾斜を有してしまうので、
その傾斜分に対応した低周波数の成分を補正曲線として
求めるものである。この補正曲線算出手段２０５からの
補正曲線成分は、減算手段２０６に供給され、積分手段
２０４の積分出力から減算されて除去され、図１３に示
すようにされる。

【０１１３】しかし、図１３に示す減算手段２０６の出
力は、漸増あるいは漸減の傾向は除去されたものとなる
が、直流オフセットは残留する。この減算手段２０６の
出力中の直流オフセットは、直流キャンセル手段２０７
において除去される。こうして、この直流キャンセル手
段２０７から試料３の近傍の空間の磁界Ｈの検出値出力
が得られる。

【０１１４】また、平均値回路２４からの電圧ＥＢは、
前述したＢ−Ｈ補正定数算出手段２１１において、コイ
ル５からの誘導による影響を除去した後、定数乗算手段
２１２に供給され、電圧値が磁束変化の単位系の値、す
なわち、ｄφ／ｄｔの値に変換された後、積分手段２１
３に供給されて、磁束密度Ｂが求められる。この積分手
段２１３は、上述の積分手段２０４と全く同様に、ＦＦ
Ｔ手段と、１／ｊωの乗算手段と、逆ＦＦＴ手段とが縦
続接続されて構成される。

【０１１５】この積分手段２１３の出力信号は、補正曲
線算出手段２１４に供給され、前述の磁界の検出の場合
と同様にして、積分手段２１３の積分出力の漸減あるい
は漸増するような傾斜に対応した低周波数の成分が補正
曲線として求められる。そして、この補正曲線算出手段
２１４からの補正曲線成分は、補正曲線算出手段２０５
とは逆極性となっているので、加算手段２１５に供給さ
れ、積分手段２１３の積分出力に加算されて除去され
る。さらに、この加算手段２１５の残留直流オフセット
は、直流キャンセル手段２１６において除去される。こ
うして、この直流キャンセル手段２１６から試料３の部
分の磁束密度Ｂの検出値出力が得られる。

【０１１６】また、平均化回路２４からの出力Ｅλから
は、磁気ひずみλが求められる。すなわち、電圧Ｅλは
定数乗算手段２２１に供給されて、前述した光変位計６
の校正に対応した定数等が乗算されて、電圧値からひず
み値に変換される。この定数乗算手段２２１の出力は、
デジタルスムーシング処理手段２２２を通じて補正曲線
算出手段２２３に供給されると共に、加算手段２２４に
供給され、さらに、補正曲線算出手段２２３の出力が加
算手段２２４に供給され、この加算手段２２４から磁気
ひずみλの検出値出力が得られる。

【０１１７】そして、直流キャンセル手段２０７及び２
１６からの磁界Ｈ及び磁束密度Ｂの検出値と、加算手段
２２４からの磁気ひずみλとが出力装置２６に供給され
る。そして、この出力装置２６においては、磁界Ｈと磁
束密度Ｂとの関係、磁界Ｈと磁気ひずみλとの関係、磁
束密度Ｂと磁気ひずみλとの関係が、図９に示すよう
に、その一方がＸ軸、他方がＹ軸としてＣＲＴディスプ
レイに表示される。また、磁界Ｈ、磁束密度Ｂ、ひずみ
λの、各値がそれぞれ表示される。さらに、ユーザーの
操作などにより、プリンターによりこれらの関係のグラ
フや、各値が記録紙に出力される。

【０１１８】図１４Ａは、求められた磁界Ｈと、磁束密
度Ｂとを示し、図１４Ｂは、両者の関係を示すいわゆる
磁気ヒステリシス曲線である。図１５Ａは、磁界Ｈと磁
気ひずみλの波形をそれぞれ示し、図１５Ｂは、両者の
関係、つまり磁界−磁気ひずみ（Ｈ−λ）の関係を示し
ている。同様に、図１６Ａは、磁束密度Ｂと磁気ひずみ
λの波形をそれぞれ示し、図１６Ｂは、両者の関係、つ
まり磁束密度−磁気ひずみ（Ｂ−λ）の関係を示してい
る。図１４〜図１６の例は、交番電流として、４００Ｈ
ｚ、０．５Ａの電流を、コイル２に流して、新規な珪素
綱板の磁気ひずみを測定した場合である。

【０１１９】この発明の発明者による、上記の磁性体材
料の上記ひずみの測定の結果、この例の測定装置によれ
ば、試料が１ｍであるとき、１０^-9ｍまでの磁気ひずみ
の測定が可能であることが判明した。従来例として説明
した図２０の測定装置では、磁性体試料の１ｍ当たりに
ついて、最小、１０^-7ｍ程度までの磁気ひずみの測定し
かできなかったので、この実施例の測定装置によれば、
この従来例に比べて２桁小さい磁気歪みを測定すること
が可能になったことが分かる。

【０１２０】すなわち、図２０の従来例は、試料１０２
に張り付けた鏡１０３からの光の反射を受光する方式で
あるため、試料１０２は、しっかりと固定することが困
難である。このため、例えば偏平薄型に切り出した試料
の偏平面方向の磁気ひずみを測定しようとする場合に、
試料の厚み方向の磁気ひずみの影響を受けて、試料が横
ゆれなどを生じてしまい、小さい磁気ひずみの測定を不
能にしている。

【０１２１】しかも、試料１０２をしっかりと固定しな
い状態で試料１０２に鏡１０３を張り付けるため、試料
１０２に生じる磁気ひずみに、張り付けられた鏡１０３
の分の影響が生じ、これも正確な、より小さい磁気ひず
みを測定するための支障となっていた。

【０１２２】この点、上述した実施例の場合には、非磁
性体板３１、３２で試料３を挟んで、保持アーム３３に
固定する方式であるので、試料３をしっかりと固定する
ことができ、より精度の良い測定を可能にしている。

【０１２３】また、図２０の従来例の場合、試料１０２
の張り付けた鏡１０３に、コイル１０７の外部にある光
源１０４からの光を照射し、その反射光を、コイル１０
７の外部に設けられる受光素子１０６で受光するように
しなければならないため、コイル１０７には、試料１０
２の近傍において、線材を巻回せずに光を導くための空
間を設けなければならない。このため、コイル１０７の
巻回方向に生じる交番磁界が、試料１０２の近傍で不均
一となり、正確な磁気ひずみを測定するために重要とな
る試料近傍の磁気特性環境を所期のものとなるように整
えることが困難であった。

【０１２４】これに対して、上述した実施例の場合に
は、磁界発生用コイル２の巻回方向の磁気歪みを光変位
計により直接的に測定するようにする方式であるため、
コイル２に光を導くための空間を設ける必要はなく、試
料を均一な磁界内に置くことが可能であり、この点で
も、より精度の良い測定を可能にしている。

【０１２５】また、上述の実施例においては、試料近傍
の磁界を検出するコイル５に、試料を通る磁束密度を検
出するコイル４から相互誘導される成分を除去した後、
このコイル５の誘起起電力出力の平均値をオフセットと
して磁界発生用コイル２に印加する電圧から除去するよ
うにしたので、より正確な磁気的空間内で試料の磁気的
特性を測定することができる。そして、このような正確
な交番磁界中において、試料の磁気ひずみを測定するよ
うにしたので、従来より正確で、精細な磁気ひずみ測定
をすることができる。

【０１２６】ところで、以上の例では、磁性体試料３を
含む閉磁路７０は、試料３とプローブ６ａの保持部材７
１との間隙を有するので、若干の漏れ磁束が存在する。
しかし、以下に示すような他の閉磁路の実施例に示すよ
うにすることにより、磁性体試料３を含む閉磁路からの
漏れ磁束を、より少なくすることができる。

【０１２７】図１７は、非磁性体板３１、３２に挟持さ
れた試料３のプローブ６ａ側と、プローブ６ａの保持部
材７１の磁気的結合状態の他の例を示すもので、この例
では、試料３の非磁性体板３１、３２の端面よりも突出
した端面に磁性体板７４を接合する。この磁性体板７４
は、透磁率が試料３と等しいか、それ以上のものとさ
れ、この例では、試料３と同一の材料からなる磁性体板
７４を接合する。この磁性体板７４は、試料３を挟持し
た非磁性体板３１、３２が、保持部材７１の嵌合凹溝７
２に挿入された状態で、保持部材７１の凹溝７２の壁に
接触するような大きさとされる。この場合、好ましく
は、磁性体板７４と凹溝７３の壁との接触の度合いは、
試料３の磁気ひずみ振動に影響を与えない程度の僅かな
接触となるようにされている。もっとも、接触しなくて
もよい。

【０１２８】こうして、磁性体板７４をできるだけ磁性
体のヨークである保持部材７１に近付けることにより、
試料３と保持部材７１との間の磁気的結合を密接にし
て、漏れ磁束をより少なくすることができる。

【０１２９】図１８Ａ、Ｂは、非磁性体板３１、３２に
挟持された試料３のプローブ６ａ側と、プローブ６ａの
保持部材７１の磁気的結合状態のさらに他の例を示すも
のである。図１８Ｂは、図１８ＡのＢ−Ｂ断面図であ
る。この例では、凹溝７２の壁から非磁性体板３１及び
３２に向かって、これら非磁性体板３１、３２や試料３
の厚み方向に弾性的に容易に変形が可能なようにされた
磁性体片７５、７６、７７、７８を設ける。これらの磁
性体片７５〜７８も、透磁率が試料３と等しいか、それ
以上のものとされる。そして、これらの磁性体片７５〜
７８は、例えば図示の例の場合には、保持部材７１と同
じ材質の薄板が、いわゆる蛇腹状に形成されて弾性を有
するように構成されている。

【０１３０】したがって、この例の場合には、試料３を
挟持した非磁性体板３１、３２が嵌合凹溝７２内に挿入
されると、図１８に示すように、磁性体片７５〜７８が
非磁性体板３１、３２から突出している磁性体試料３の
面に接触し、磁気的に結合する。この場合、弾性磁性体
片７５〜７８は、試料３と僅かに接触するような大きさ
にしておけばよい。

【０１３１】以上のような実施例の場合には、閉磁路７
０中の磁気的な間隙の大きさが前述の例に比べて非常に
小さくなり、その分、漏れ磁束も少なくなるため、試料
の磁気ひずみ振動に対する外部残留磁界の影響をさらに
少なくすることができ、より正確な磁気ひずみの測定が
可能になる。

【０１３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、磁界発生コイルに交番電流を流して交番磁界を発生
させ、この交番磁界中に磁性体試料を配置して磁気ひず
みを測定する装置において、磁性体試料を含んで閉磁路
を形成する磁気ヨークを設けたので、上記交番磁界によ
る磁性体試料の磁気ひずみ振動に対する外部残留磁界の
影響を除去することができる。このため、試料の磁気ひ
ずみを、より正確に測定することが可能になる。

【０１３３】また、この発明の磁気ひずみ測定装置は、
従来の磁気ひずみ測定装置のように、鏡を用いて磁気ひ
ずみを間接的に測定するのではなく、例えば光変位計な
どを用いて直接的に磁気ひずみを試料の端面の変位とし
て測定するようにした装置であるので、より高精細に磁
気ひずみを測定することができる。

【０１３４】また、磁性体試料を非磁性体からなる対の
板で挟んで保持するようにしたので、磁性体試料自身の
位置変動や、測定目的の変位方向以外の変位を制限する
ことができ、この点でも測定精度を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による磁気ひずみ測定装置の一実施例
の構成を示す図である。

【図２】この発明による磁気ひずみ測定装置の一実施例
の機構部の構成例を示す図である。

【図３】図１の例の磁気ひずみ測定装置における交番磁
界発生部の一実施例の要部の構成を説明するための図で
ある。

【図４】図１の例のＡ−Ａ断面図である。

【図５】図１の例の磁気ひずみ測定装置の要部の構成を
詳細に説明するための図である。

【図６】図１の例の磁気ひずみ測定装置において、測定
開始前に磁界発生用コイルに供給する電流の一例を説明
するための図である。

【図７】図１の例の磁気ひずみ測定装置に用いられる光
変位計の出力特性を説明するための図である。

【図８】図１の例の磁気ひずみ測定装置に用いられる光
変位計の直流オフセット電圧除去回路の一実施例のブロ
ック図である。

【図９】である。図１の例の信号処理回路の機能ブロッ
ク図である。

【図１０】図９の動作の説明のための波形図である。

【図１１】図９の積分手段の構成例を示す図である。

【図１２】図９の動作を説明するための図である。

【図１３】図９の動作を説明するための図である。

【図１４】この発明による磁気ひずみ測定装置で求めら
れた磁界と磁束密度の波形及びその関係の一例を示す図
である。

【図１５】この発明による磁気ひずみ測定装置で求めら
れた磁界と磁気ひずみの波形及びその関係の一例を示す
図である。

【図１６】この発明による磁気ひずみ測定装置で求めら
れた磁束密度と磁気ひずみの波形及びその関係の一例を
示す図である。

【図１７】この発明による磁気ひずみ測定装置において
閉磁路を構成する磁気ヨーク部材の他の例を説明するた
めの図である。

【図１８】この発明による磁気ひずみ測定装置において
閉磁路を構成する磁気ヨーク部材の他の例を説明するた
めの図である。

【図１９】磁気ひずみの発生メカニズムを説明するため
の図である。

【図２０】従来の磁気ひずみ測定装置の一例を説明する
ための図である。

【図２１】磁気ひずみ測定装置に対する外部残留磁界の
影響を説明するための図である。

【符号の説明】

１ガラス管２交番磁界発生用のコイル３磁性体試料３ｔ反射板４さぐりコイル５補正コイル６光変位計６ａ光プローブ１１交番信号発生器１２オフセット除去用アンプ１３トリガ信号発生器２２Ａ／Ｄコンバータ２３バッファメモリ２４平均化回路２５信号処理回路３０試料保持部材４１ボビン３１、３２非磁性体板３３保持アーム３５保持アーム受け台５１、５２コア６１マイクロメータ７０閉磁路７１光変位計のプローブの保持部材７３磁気ヨーク部材の一部を構成する連結部材７４磁性体板７５〜７８磁性体片

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状に導体の線材が巻回されて構成され
る磁界発生用のコイルと、この磁界発生用のコイルの内部空間に交番磁界を生じさ
せるために、この磁界発生用のコイルに供給する交番信
号を発生する交番信号発生器と、上記磁界発生用のコイルの内部空間内に、磁性体試料を
配置するための非磁性体からなる試料保持部材と、上記交番磁界により発生する、上記磁性体試料の磁気ひ
ずみによる変位を求める磁気ひずみ検出手段と、上記磁性体試料を含んで閉磁路を形成するように構成さ
れたヨーク部材とを備える磁気ひずみ測定装置。
【請求項２】円筒状に導体の線材が巻回されて構成され
る磁界発生用のコイルと、この磁界発生用のコイルの内部空間に交番磁界を生じさ
せるために、この磁界発生用のコイルに供給する交番信
号を発生する交番信号発生器と、偏平な板状の磁性体試料を、この磁性体試料の長手方向
の両端面が外部に露呈する状態で挟んで保持する１対の
非磁性体板を備え、上記磁性体試料の長手方向が、上記
磁界発生用のコイルの巻回方向と一致する状態で、上記
磁界発生用のコイルにより囲まれる空間内のほぼ中央部
に、上記磁性体試料を配置するようにする試料保持部材
と、上記試料保持部材の１対の非磁性体板間の上記磁性体試
料の一方の端面の、この磁性体試料の長手方向の変位を
検出することにより、上記磁性体試料の磁気ひずみを検
出する変位計と、上記変位計で上記磁性体試料の変位を検出する方とは反
対側の上記磁性体試料の端面側において上記磁性体試料
と直接的に接触した状態で上記試料保持部材を保持する
第１の部分と、上記変位計で上記磁性体試料の変位を検
出する方の端面側で上記磁性体試料と上記試料保持部材
の上記非磁性体板の厚さ分を介して対向するようにされ
た第２の部分とを含んで閉磁路を形成するヨーク部材と
を備えてなる磁気ひずみ測定装置。
【請求項３】上記変位計は、上記試料保持部材の１対の
非磁性体板間の上記磁性体試料の端面あるいはこの端面
に取り付けられた反射板に光ビームを照射し、その反射
光から、上記磁性体試料の上記端面の変位を検出する光
変位計で構成されてなる請求項２に記載の磁気ひずみ測
定装置。
【請求項４】上記変位計で変位を検出する方の上記磁性
体試料の端面は、上記試料保持部材よりも上記長手方向
に飛び出した状態とされており、この飛び出している磁
性体試料部分に、磁性体部材を、上記ヨーク部材と接触
するように設けてなる請求項２または請求項３に記載の
磁気ひずみ測定装置。
【請求項５】上記変位計で変位を検出する方の上記磁性
体試料の端面は、上記試料保持部材よりも上記長手方向
に飛び出した状態とされており、上記ヨーク部材に、磁
性体部材を、上記磁性体試料の上記飛び出した部分と接
触するように設けてなる請求項２または請求項３に記載
の磁気ひずみ測定装置。
【請求項６】上記ヨーク部材および上記磁性体部材が、
上記磁性体試料の透磁率と等しいか、それ以上の透磁率
の磁性体で構成されることを特徴とする請求項１、２、
３、４または５に記載の磁気ひずみ測定装置。