JPS5852582A - 磁場検出器 - Google Patents

磁場検出器

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JPS5852582A
JPS5852582A JP14952681A JP14952681A JPS5852582A JP S5852582 A JPS5852582 A JP S5852582A JP 14952681 A JP14952681 A JP 14952681A JP 14952681 A JP14952681 A JP 14952681A JP S5852582 A JPS5852582 A JP S5852582A
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JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
thin film
magnetic
piezoelectric element
field detector
Prior art date
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Pending
Application number
JP14952681A
Other languages
English (en)
Inventor
Takahiro Kanamori
金森 隆裕
Masatsugu Nishi
西 政嗣
Mitsuji Abe
充志 阿部
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5852582A publication Critical patent/JPS5852582A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁場検出器に係り、特に、磁束変化量を電気信
号として得るための磁場検出器に関する。
プラズマ等が作る磁場における磁束の変化を検出する原
理的な方法は、誘導作用を利用し、交流電気信号として
出力することである。この具体的な例を第1図に示す。
第1図に示す如く、ボビン1にコイル2を多数回巻いた
構造となっている。外部より磁束Bが磁気プローブに貫
通すると、コイル2には電磁誘導作用が起り、検出端T
+ 、T2には、e = −8n d B/d t  
      =・−−(1)但し、S:ボビンの径 n:ターン数 の電圧eが誘起される。したがってeを測定することに
より、プラズマ等が作る磁場の時間変化量dB/di−
i知ることができる。プラズマを囲む様に多数個の磁気
グローブを配置すれば、プラズマの位置、形状およびプ
ラズマ自体の振動が測定できる。ここでプラズマ振動の
測定に関しては、特にプラズマの高周波域での挙動の解
明が必要である。プラズマの変化の時間は、装置によっ
て異なるが、将来の核融合プラズマでは1μS(IMl
(Z)程度が見込まれている。一方、磁場検出器は、前
述の様な形状であることから、インダクタンスL1線間
容量C1及び芯線の抵抗Rの結合回路で表わせ、その高
域しゃ断層波数fCは次式%式% (2) fcを大きくするためには(2)式よりLk小さくする
必要がある。一般にLは巻数nの2乗で増加するため高
周波特性を良くするためにはnを小さくする。しかし、
nを小さくすることは(])式より明らかな如く出力電
圧eを小さくすることに々るので検出器として見た場合
のSN比は悪くなる。通常(11,(21式を考慮して
実現される磁場検出器の高域しゃ断層波数fcは100
1(ITZ程度が限界であり、IItS以下のプラズマ
の挙動を現在の様なコイル状の検出器で検出することは
不可能である。
本発明の目的は、プラズマ等が作る磁束変化計の高周波
成分を感変良<、シかも広帯域に検出することのできる
磁場検出器を提供することにある。
本発明は、被測定体の作る磁束変化量を磁性薄膜又は導
電性薄膜で受け、これによって生ずる誘導力又は渦電流
による力を圧電素子に伝え、受けた力に応じて圧電電圧
全発生させて磁場の高周波成分を検出するようにしたも
のである。
第2図は本発明の第1の実施例を示す斜視図である。第
2図は薄膜材として磁性材料を用いた場合である。すな
わち、超音波センサ等の圧電素子(通常、数10 K#
I Zから数10M■■Zの帯域を有するもので例えば
PZT等によるアコースティックエミツンヨン用センザ
)3の感圧表面4に、厚さ数μmで比透磁率1以上の磁
性薄膜5を、蒸着あるいは接着する。外部から交流磁場
Bが印加されると、磁性薄膜5は外部交流磁場Bの時間
変化にしたがって振動を開始する。磁性薄膜50半径を
a、厚さ’tztとすると磁性薄膜5の磁気モーメント
Mは、 M−πa2tB          ・・・・・・・・
・(3)で表わせる。例えば、a−”2m+n、L=1
1tmを考え、外部交流磁場B−30ガウス(30X1
0−’T)、を考えnば、約10’−12(wb−m)
程度である。この磁性薄膜5の磁気モーメントMにより
、磁性薄膜5に発生する電磁力Fは、F = −M B
/μ0        ・・・・・・・・・(4)とな
る。B=30X10””’r全代入して1O−9(N)
程度である。即ち、磁性薄膜5にかかる応力aは、 a二F/πa2          ・・・・・・・・
・(5+より、約10−’P・となる。一方、超音波セ
ンサ21の応力検出レベルの下限値は0.1〜1nba
r(10−5P、〜10−’P、)である。したがって
外部磁場による磁性薄膜5の応力は十分検出可能である
。さらに圧電素子自体の周波数特性は、すでにのべた様
に数10 K、 l(Zから数10MITZ寸であるた
め、′第2図の構成ににす、1μsの磁場変動が検出可
能となる。
第3図は本発明のg2の実施例を示すもので、第2図の
実施例における磁性薄膜の代りに、導電材料による導電
性薄膜6を用い、この導電性薄膜6を圧電素子3に蒸着
あるいは接着したものである。
外部から検出すべき外部磁場Bの方向が導電性薄膜6の
面に垂直であるとき、導電性源j摸6には、うず電流■
が発生する。電流丁の回転’2rotlとすると、導電
性薄膜の導電率全にとすると、次式が成立する。
rot [= −k a [3/ a t・−・・”・
t6)発生した電流■と外部定常磁場B[により、p 
= ll X B t           ・・・・
・・・・・(7)の力Fが導電性薄膜に発生する。外部
定常磁場Btは、プラズマの場合、第4図に示す様にプ
ラズマ7にはプラズマを閉じ込める様な定常的な1・ロ
イダル磁場Btがトロイダル方向70に印加されている
。したがって(力式により発生する力Fを圧電素子で検
出すれば(8)式により導電性薄膜6を通過する外部磁
場の時間変動量2B/at−fz検出することができる
第5図は本発明の第3の実施例を示す斜視図である。
本実施例は第3図に示した実施例の検出感度を」二げ、
SN(信号対雑音)比の向上を図ったものである。すな
わち圧電素子3を、外部定常磁場B tに対して垂直に
3a、3bに分割し、その間を、緩衝材8を用いて音響
的に分離している。検出すべき磁場■3の時間変化aB
/atは検出端TI  12間、およびT s  T 
4間に現われるが、第3図から明らかな様に力Fの方向
は互いに逆方向にあることから、第6図に示す様な構成
により、’I’3 T4間の信号S2を、移相器9で1
80度ずらし、T1−12間の信号S1 と加算器10
で加え合せて、検出のSNN全全向上せることができる
以」−の各実施例によれば、圧電素子3の共振周波数付
近で、磁場の時間変化aB7δtの検出感度が最もよい
が、圧電素子3自体に周波数帯域がない場合には、冒周
波域のごとく一部の周波数帯しか高感度の検出ができな
いという欠点がある。
そこで、この点を改良した実施例を次に例示する。
第7図は本発明の第4の実施例を示す斜視図である。共
振周波数が互に異なる圧電素子12を所要周波数特性の
得られる個数(図でu:12a。
12b、12C)だけ、緩衝材11a、111)(T7
介して直列に並べたものである。圧電素子12a〜12
Cの谷出力は電気的に合成することにより、単一の出力
信号にすることができる。
第8図は本発明の第5の実施例を示す斜視図である。
本実施例は、共振周波数の異なる複数の圧電素子12を
同心固状に配置(中心部が円柱状、その外側に円筒状の
複数の圧電素子3自低しでいく)し、第7図の実施例と
同様に出力を取り出し処理するものである(この場合も
各圧電素子間に緩衝材を設けて音響干渉を防止する)。
なお、ヘッド部の磁性薄膜は1枚形状であり分割はしな
い。
第9図は本発明の第6の実施例を示す斜視図である。
本実施例は第5図と第7図の実施例を組合せた構成であ
り、ヘッド部の薄膜に導電性薄膜を用いる場合である。
圧電素子を分割したものを直列に12a、12b、12
Cの如くに直列接続すると共に、その各々の磁場B受入
面に導電性薄膜6a。
6b、6”k前述の接着方法により固着するものである
さらに、第10図は本発明の第7の実施例を示す斜視図
である。本実施例は、第5図の実施例と第8図の実施例
を組合せた構成であり、共振周波数の異なる複数の同心
円状に配すると共に、これらを2分割したものである。
以上説明した第5図、第7図乃至第10図の実施例は、
いずれも共振周波数の異なる圧電素子3を複数個用いる
ため検出信号を合成する必要がある。この合成処理の為
の装置の1例を示したのが第11図である。第7図の3
段直列の実施例を例に説明する。
圧電素子12a、12bl 12Cの各出力Sl+S2
.Ssは増幅器13a、131)、13C(7)各各に
入力され所定の電圧値に増幅される。増幅器13a〜1
3Cはフィルタ14a〜14Cによって不要周波数成分
が除去される。フィルタ148〜14Cは第12図の如
くに周波数帯域が各圧電素子の共振周波数に合せて連続
的となるように選定される。これによジフィルタより出
力される信号は圧電素子自体の周波数領域内の信号のみ
を得ることができる。そこで、これらフィルタ143〜
14Cの各出力全アイログ加算器15で加算し単一の検
出信号を得る。なお、第9図および第10図の各実施例
に対しては、第11図の構成に加え移相器を必要とする
点が異なる。
ところで第7図乃至第10図の実施例においては、高周
波域の帯域は第1の実施例に比して広帯域とる。しかし
圧電素子3の特性」二、低周波域(IOKH2以下)で
の検出感度は余り良くないという性質がある。次に低域
特性を向上させる実施例を具体的に例示する。
第13図は本発明の第8の実施例を示す断面図である。
第13図に示すように、第7図乃至第10図の磁場検出
器を第1図に示したコイル状検出器のボビン1の中に挿
入したものである。即ち、10KI−IZ−!での磁場
変動はコイル2により検出し、これよりさらに高い周波
数成分をもつ磁場変動に対しては本発明による磁場検出
器20を使用するものである。信号処理法は第11図に
示したと同様である。この様な構成および信号処理をほ
どこすことで低周波域から高周波域にわたる広帯域の磁
場検出器を得ることができる。
次に、以」二に示した磁場検出器全トロイダル状プラズ
マに設置する場合の一例を説明する。
第14図はトロイダル状プラズマを収納するための真空
容器91の外観図を示す。第15図は第14図のA−A
’断面図を示す。磁気検出器93は真空容器92等の時
間遅れが無い様に真空容器内壁94に設置される。一般
にプラズマ7の垂直(11) 及び水平の位置変動を検出するためには、断面図の上下
・左右に図示の様に最低4個の磁気検出器93が必要で
ある。磁気検出器AおよびBは水平方向95の位置を計
測するために用いられ、磁気検出器Cおよび])irよ
垂直方向96の位置を計4111するために用いられる
ものである。
以」二、説明したごとく本発明の実施例によれば、プラ
ズマ等が作る磁場の高周波成分を感IW良く検出するこ
とができる。さらに、複数個の互いに異なる周波数帯域
を有する圧電素子を組み合せれば、高周波広帯域の磁場
検出が可能であり、またこの検出器を従来からのコイル
状検出器と組み合わせれば、低周波域からの磁場検出器
が実現できる。
即ち従来から行なってきた様に、高周波特性を良くする
ため巻数r+(t−小さくするといった手法を取らずに
、nを大きくとり低周波域の感度も向」ニさせることが
できる。′・ なお、以上の説明ではプラズマ等の磁場の磁力変化を測
定する例のみを述べたが、この他、回転機の漏洩磁場の
検出および渦電流探傷装置への適(12) 用等が可能である。
以上より明らかな如く本発明によれば、磁場の高周波成
分を感度良く検出することのできる磁場検出器が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の磁場検出器の構成を示す断面図、第2図
は本発明の第1の実施例を示す斜視図、第3図は本発明
の第2の実施例を示す斜視図、第4図はプラズマにおけ
る定常磁場Btの発生説明図、第5図は本発明の第3の
実施例を示す斜視図、第6図は第5図の実施例の信号処
理のための処理装置を示すブロック図、第7図は本発明
の第4の実施例を示す斜視図、第8図は本発明の第5の
実施例を示す斜視図、第9図は本発明の第6の実施例を
示す斜視図、第10図は本発明の第7の実施例を示す斜
視図、第11図は多信号を出力する本発明の実施例に適
用される処理装置を示すブロック図、第12図は第11
図の装置に適用されるフィルタの周波数特性図、第13
図は本発明の第8の実施例を示す断面図、第14図は本
発明に係るト(13) ロイダル状プラズマを収納するための真空容器の外観を
示す斜視図、第15図は第14図に示すAa/面の断面
図である。 ■・・・ボビン、2−・:フイル、3.12a、121
)。 12C・・・圧電素子、4・・・感圧表面、5・・・磁
性薄膜、6.6a、6b、6C・・・導電性薄膜、8.
Ila。 11b・・・緩衝材、9・・・移相器、10・・・加算
器、13a、13b、13C,、、増幅器、14 a、
 141〕+(14) 第 1 囚 ′f−J z 口 第3 口 t 筋手口 第50 ム ′PJ6 口 第71 第1012] 第 110 箔 12 口 月夜牧5 ′$13の 第140 第 IS 口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■、磁場の変化を電気信号の変化として出力する磁場検
    出器において、前記磁場の磁束に対面して設けられる磁
    性あるいは導電性の薄膜材と、表面に前記薄膜を蒸着あ
    るいは接着し該薄膜による振動を電気信号に変換する圧
    電素子とを具備することを特徴とする磁場検出器。 2、前記導電性薄膜に貼付される前記圧電素子を受振面
    に対し2分割し、各々の出力を同相化し加算出力するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の磁場検出器
    。 3、前記圧電素子は、各々が異なる周波数特性を有する
    複数の圧電素子片を縦列接続して構成すること全特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の磁場検出器。 4、前記圧電素子は、各々が異なる周波数特性を有する
    複数の圧電素子片を同心円状に形成して構成すること全
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の磁場検出器。 5、前記薄膜と前記圧電素子を組合せて構成される磁場
    検出器の近傍にコイルを検出体とする第2の磁場検出器
    を配置し、両磁場検出器の出力を加算して取出すことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の磁場検出器。
JP14952681A 1981-09-24 1981-09-24 磁場検出器 Pending JPS5852582A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014508287A (ja) * 2011-01-18 2014-04-03 クリスティアン−アルブレヒツ−ウニヴェアズィテート ツー キール 磁電気センサによる磁場測定方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014508287A (ja) * 2011-01-18 2014-04-03 クリスティアン−アルブレヒツ−ウニヴェアズィテート ツー キール 磁電気センサによる磁場測定方法

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