JPH11142492A - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ

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JPH11142492A
JPH11142492A JP30277797A JP30277797A JPH11142492A JP H11142492 A JPH11142492 A JP H11142492A JP 30277797 A JP30277797 A JP 30277797A JP 30277797 A JP30277797 A JP 30277797A JP H11142492 A JPH11142492 A JP H11142492A
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JP
Japan
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coil
sensor
magnetic sensor
magnetic field
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP30277797A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinichiro Inui
信一郎 乾
Yoshinori Shinohara
義典 篠原
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Publication of JPH11142492A publication Critical patent/JPH11142492A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型でダイナミックレンジが広く、また静磁場
のみならず交流磁場の測定も行なうことができる磁気セ
ンサを提供する。 【解決手段】圧電セラミックス11上にコイル12を形
成し、その圧電セラミックス11でコイル12を振動さ
せ、振動中のコイル12に発生する電圧を電圧計13で
測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁界の強さを測定
する磁気センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、磁界や磁束の測定方式には、 (a)小型の磁石に加わる磁気モーメントの平衡条件を
用いた方式 (b)渦巻きばねと小型の磁石を組み合わせた方式 (c)磁界の変化によるビスマスの抵抗値変化を用いた
方式 (d)ホール素子を用いた方式 (e)核磁気共鳴を用いた方式 (f)回転するコイルに発生する電流量を測定する方式 等が採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記(a)
の磁気モーメントの平衡条件を用いた方式、(b)の渦
巻きばねと小型の磁石の組合せを用いた方式、および
(f)の回転するコイルに発生する電流量を測定する方
式の場合、センサ部が大型であり、また機械的な平衡条
件を用いているため、外部からの振動に対して不安定で
ある。さらに、測定する磁界の大きさに応じたセンサを
使い分ける必要がある。また、実質的に静磁場の測定し
かできないという問題もある。
【0004】また、上記(c)のビスマスの抵抗値変化
を用いた方式、(d)のホール素子を用いた方式の場合
は、測定できる磁界の強さ範囲(ダイナミックレンジと
称する)が狭いこと等の問題がある。さらに上記(e)
の核磁気共鳴を用いた方式の場合、測定システム自体が
大型でかつコストが高いという問題がある。
【0005】本発明は、上記事情に鑑み、小型でダイナ
ミックレンジが広く、また静磁場のみならず交流磁場の
測定も行なうことができる磁気センサを提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第1の磁気センサは、 (1)コイル (2)そのコイルを振動させる圧電素子もしくは電歪素
子 (3)振動中のコイルに発生する電圧を測定する電圧計 を備えたことを特徴とする。
【0007】本発明の第1の磁気センサでは、圧電素子
もしくは電歪素子の歪みまたは応力によりコイルが振動
し、振動したコイルが磁束を横断することにより発生す
る電圧に基づいて磁気を測定するものであるため、簡素
な構成で済み小型化が図られる。また、圧電素子もしく
は電歪素子を励振する周波数を適当に選択し、選択され
た周波数で振動するコイルからの電圧を測定することに
より、静磁場のみならず交流磁場も測定することができ
る。さらに、、強い磁界においてもホール素子のような
飽和状態にならず、従って広いダイナミックレンジを有
する磁気センサが得られる。
【0008】ここで、上記コイルが、上記圧電素子もし
くは電歪素子上に形成されてなるものが好ましい。コイ
ルを、圧電素子もしくは電歪素子上に形成すると、磁気
センサが一層小型化される。また、上記目的を達成する
本発明の第2の磁気センサは、 (1)基体 (2)その基体に少なくとも一端が固定された梁形状の
振動体 (3)その振動体に形成されたコイル (4)振動中のコイルに発生する電圧を測定する電圧計 を備えたことを特徴とする。
【0009】本発明の第2の磁気センサでは、圧電素子
もしくは電歪素子の歪みまたは応力により片持ち梁形状
の振動体が振動し、振動した振動体に形成されたコイル
が磁束を横断することにより発生する電圧に基づいて磁
気を測定するものであるため、簡素な構成で済み小型化
が図られる。また、前述した本発明の第1の磁気センサ
と同様、静磁場のみならず交流磁場についても測定する
ことができ、広いダイナミックレンジを有する磁気セン
サが得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図1は、本発明の第1の磁気センサの一実施
形態を示す図である。図1に示す磁気センサ10には、
圧電セラミックス11と、その圧電セラミックス11上
に形成されたコイル12とからなるセンサ部14が備え
られている。また、この磁気センサ10には、コイル1
2に発生する電圧を測定する電圧計13も備えられてい
る。
【0011】この磁気センサ10で磁界の強さを測定す
るには、測定したい場所にセンサ部14を設置し、圧電
セラミックス11に発振器100から所定の周波数の信
号を入力する。すると、入力された信号に応じて圧電セ
ラミックス11に歪みまたは応力が生じ、これにより圧
電セラミック11上に形成されたコイル12が振動し、
振動したコイル12が磁束を横断し、コイル12に電圧
が生じる。この電圧を電圧計13で測定し、その測定さ
れた電圧に基づいて、センサ部14が設置された場所に
おける磁界の強さを測定する。
【0012】本実施形態の磁気センサ10では、センサ
部14が圧電セラミックス11とコイル12とからなる
簡素な構成であるため、磁気センサ10全体として小型
化が実現される。また、センサ部に機械的な平衡条件を
用いて磁気を測定するものと比較し、外部からの振動に
対して安定した測定結果が得られる。図2は、本発明の
第2の磁気センサの一実施形態を示す図である。
【0013】図2に示す磁気センサ20には、基体21
と、その基体21に一端が固定された片持ち梁形状の振
動体22が備えられている。この振動体22にはコイル
23が形成されている。また、振動体22上の、その振
動体22が固定された基体21側に、圧電体24が備え
られている。さらに、コイル23に発生する電圧を測定
する電圧計25が備えられている。尚、この磁気センサ
20のセンサ部26は、振動体22,コイル23,圧電
体24から構成される。
【0014】磁気センサ20で磁界の強さを測定するに
は、測定したい場所にセンサ部26を設置し、圧電体2
4に発振器100から所定の周波数の信号を入力する。
すると、入力された信号に応じて圧電体24に歪みまた
は応力が生じ、これにより振動体22の先端が、図2に
示す矢印方向に振動する。このような振動体22の振動
に伴い、その振動体22に形成されたコイル23が磁束
を横断する。すると、コイル23に電圧が生じる。この
電圧を電圧計25で測定し、その測定した電圧に基づい
て、センサ部26が設置された場所における磁界の強さ
を測定する。
【0015】本実施形態の磁気センサ20では、センサ
部26が、振動体22,コイル23,圧電体24からな
る簡素な構成であるため、磁気センサ20全体としての
小型化が実現される。また、センサ部に機械的な平衡条
件を用いて磁気を測定するものと比較し、外部からの振
動に対して安定した測定結果が得られる。尚、本実施形
態では、圧電素子を用いて磁気センサを構成した例で説
明したが、電歪素子を用いて磁気センサを構成してもよ
い。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。本
発明の一実施例として、以下に説明するようにして、図
1に示す磁気センサ10を製造した。先ず、サイズ30
mm×30mm、厚み0.17mmで厚み方向に飽和分
極された、面広がりモードの振動に対する圧電定数d31
=−160×10-12 の圧電セラミックス11を用意し
た。次に、絶縁被覆された銅線(太さ0.1mm)を1
0ターン(図1では5ターンで例示されている)形成し
てコイル12を得、そのコイル12を圧電セラミックス
11の表面に接着剤で貼り付けた。さらにコイル12の
両端に電圧計13を接続した。このようにして、磁気セ
ンサ10を製造した。
【0017】次に、この磁気センサ10の、周波数に対
する応答性を、以下のようにして測定した。図3は、図
1に示す磁気センサのセンサ部と永久磁石とを示す図、
図4は、図3に示すセンサ部と、そのセンサ部の、周波
数に対応する応答性を測定するための装置を示す図であ
る。
【0018】先ず、図3に示す永久磁石31のN,S極
間のギャップGを5mmに設定し、その永久磁石31の
N,S極間にセンサ部14を設置した。次に、図4に示
すように、圧電セラミックス11に発振器100を接続
し、またコイル12の両端に、そのコイル12からの、
所定の周波数帯域の電圧のみを通過させて増幅するため
のプログラマブルフィルタ41(バンドパス特性2KH
z〜6KHz,ゲイン2500)の入力側を接続し、そ
のプログラマブルフィルタ41の出力側をオシロスコー
プ42に接続した。
【0019】次に、発振器100により、振幅を40V
に保持した状態で、周波数を3KHz〜5.1KHzの
範囲で掃引して、圧電セラミックス11を駆動し、永久
磁石31のN,S極間における磁界内でコイル12を振
動させることにより、そのコイル12から発生する電圧
をプログラマブルフィルタ41を介してオシロシコープ
42で観測した。次に、永久磁石31を取り除いて、上
記と同様にして、コイル12から発生する電圧を、プロ
グラマブルフィルタ41を介してオシロスコープ42で
観測した。これらの観測結果を図5,図6に示す。
【0020】図5は、図4に示すセンサ部を有する磁気
センサの、永久磁石の磁界内における周波数と出力電圧
との関係を示すグラフa,およびその磁気センサの、永
久磁石の磁界が取り除かれた状態における周波数と出力
電圧との関係を示すグラフbである。また、図6は、図
5に示すグラフaにおける出力電圧とグラフbにおける
出力電圧との差を示すグラフである。
【0021】図6のグラフに示すように、磁気センサ1
0の感度は、約4.3KHzの周波数においてピークを
有することがわかる。このピークは、圧電セラミックス
11の、コイル12を含めた面広がり方向の共振点を示
している。このような共振点を示す周波数を用いて磁気
を測定することにより、良好な測定結果が得られるとと
もに、静磁場のみならず交流磁場の測定も可能である。
【0022】次に、図3に示す永久磁石31のN,S極
間におけるギャップGを70mm〜5mmの間で10段
階に設定し、磁気センサ10と、比較例としてのホール
素子それぞれで、各ギャップ間隔における磁界の強さを
測定した。尚、磁気センサ10には、4.3KHzの周
波数で40Vの振幅をもつ信号を入力した。結果を図7
に示す。
【0023】図7は、磁気センサとホール素子それぞれ
による、各ギャップ間隔における出力電圧を示すグラフ
である。図7に示すグラフの横軸には、ホール素子の出
力電圧が示されており、縦軸には磁気センサの出力電圧
(磁界有り無しの差分の電圧)が示されている。また、
グラフ中の各X点は、永久磁石31のN,S極間の、7
0mm〜5mmの間で10段階に設定された各ギャップ
に対応している。例えば、グラフの左端のX点はギャッ
プ70mmにおける磁気センサ10およびホール素子の
各出力電圧を示しており、具体的には、ホール素子の出
力電圧は横軸で示されるおよそ0.1Vであり、また磁
気センサ10の出力電圧は縦軸で示されるおよそ0.1
5Vである。このグラフから明らかなように、ホール素
子の出力電圧は6.85Vで飽和しているが、本実施例
の磁気センサ10では、ホール素子の出力電圧が飽和し
た後でも、1.1V,1.5V,1.9Vというように
強い磁界においても測定ができることがわかった。この
ように、ダイナミックレンジの広い磁気センサ10を得
ることができた。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型でダイナミックレンジが広く、また静磁場のみなら
ず交流磁場の測定も行なうことができる磁気センサが得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の磁気センサの一実施形態を示す
図である。
【図2】本発明の第2の磁気センサの一実施形態を示す
図である。
【図3】図1に示す磁気センサのセンサ部と永久磁石と
を示す図である。
【図4】図3に示すセンサ部と、そのセンサ部の、周波
数に対応する応答性を測定するための装置を示す図であ
る。
【図5】図4に示すセンサ部を有する磁気センサの、永
久磁石の磁界内における周波数と出力電圧との関係を示
すグラフa,およびその磁気センサの、永久磁石の磁界
が取り除かれた状態における周波数と出力電圧との関係
を示すグラフbである。
【図6】図5に示すグラフaにおける出力電圧とグラフ
bにおける出力電圧との差を示すグラフである。
【図7】磁気センサとホール素子それぞれによる、各ギ
ャップ間隔における出力電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
10,20 磁気センサ 11 圧電セラミックス 12,23 コイル 13,25 電圧計 14,26 センサ部 21 基体 22 振動体 24 圧電体 31 永久磁石 41 プログラマブルフィルタ 42 オシロスコープ 100 発振器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コイルと、該コイルを振動させる圧電素
    子もしくは電歪素子と、振動中のコイルに発生する電圧
    を測定する電圧計とを備えたことを特徴とする磁気セン
    サ。
  2. 【請求項2】 前記コイルが、前記圧電素子もしくは電
    歪素子上に形成されてなるものであることを特徴とする
    請求項1記載の磁気センサ。
  3. 【請求項3】 基体と、該基体に少なくとも一端が固定
    された梁形状の振動体と、該振動体に形成されたコイル
    と、該振動体を振動させる圧電素子もしくは電歪素子
    と、振動中のコイルに発生する電圧を測定する電圧計と
    を備えたことを特徴とする磁気センサ。
JP30277797A 1997-11-05 1997-11-05 磁気センサ Pending JPH11142492A (ja)

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JP30277797A JPH11142492A (ja) 1997-11-05 1997-11-05 磁気センサ

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100773685B1 (ko) 2006-04-28 2007-11-05 엘지전자 주식회사 전압 검출용 센서 및 이를 이용한 전압 검출 장치
JP2012152515A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Konica Minolta Holdings Inc 磁気センサおよびそれを用いる生体磁気計測装置
JP2012154789A (ja) * 2011-01-26 2012-08-16 Ricoh Co Ltd 磁気センサ制御装置
RU2475769C1 (ru) * 2011-06-16 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Цифровой феррозондовый магнитометр
US8797023B2 (en) 2011-03-07 2014-08-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Coercive force specifying apparatus
JP2016217729A (ja) * 2015-05-14 2016-12-22 富士電機株式会社 測定装置

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Legal Events

Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020702