JPS61180157A - 磁気検出装置 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、地磁気又は地電流の変化を誘導コイル等の
磁気センサを使用して計測する場合の磁気検出装置に関
する。

（ロ）従来技術 一般に、地磁気や地電流の変化を計測する場合に、誘導
コイルを地表に設置し、この誘導コイルに生じた微弱の
電気変動を大幅に増幅して検出しているが、この電気変
動の信号の中には、計測に不要な信号、例えば商用電源
からの誘導によるノイズ等が含まれている。この商用電
源からの誘導ノイズは、計測目的である地磁気や地電流
の変化で生じた信号よりも極めて大きく、特にその周波
帯域として関東地域では商用電源周波である５０Ｈｚと
その高調波の１００Ｈｚ及び１５０Ｈｚ、関西地域では
同様に６０Ｈｚ、　　１２０Ｈｚ及び１８０Ｈｚが多い
が、これらのノイズのために、増幅器が飽和してしまう
等の原因により十分に正確な計測ができない。そこで従
来より、この不要なノイズの周波帯域成分を除くために
、例えば第３図の回路ブロック図に示すように、誘導コ
イルＬを含む磁気センサＭＳと、この誘導コイルに生じ
た微弱の電気信号を十分に増幅する高利得の増幅器ＨＧ
Ａとの間に、不要の周波帯域を消去させる帯域消去型の
フィルタＢＥＦを設ける方法が採用されている。

このフィルタＢＥＦは、入力された各周波数の信号に対
して特定の帯域周波を極度に減衰させて出力するもので
あり、磁気センサＭＳで検出した信号のうち、上記した
ような計測に不要の帯域周波（例えば５０Ｈｚ及びその
高周波）をカントして、増幅器ＨＧＡに出力することに
より、計測に悪影響を与える商用電源周波等の影響を除
去していた。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上記したような帯域消去型フィルタＢＥＦを実際に使用
する場合に、フィルタの消去用の中心周波数のズレや、
増幅器系の初段入力端にこのフィルタＢＥＦを設けるこ
とによるフィルタ自体から発生するノイズの影響で、後
段の増幅器の利得を太き（持たすことに限界がある。こ
のためフィルタとして極めて低雑音の素子を用いねばな
らないという問題があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、商用電源周
波等の計測不要な誘導ノイズの影響をカットするととも
に、上記したようなフィルタ実装時の困難さを解決した
磁気検出装置を提供することを目的としている。

（ニ）問題点を解決するための手段 この発明は、上記目的を達成するために、磁気変動を検
出する検出コイル（Ｌｌ）と、この検出コイルより巻数
の小なる励磁コイル（Ｌ２）とを含む磁気センサ（１）
と、この磁気センサの検出コイルの出力系より併設され
て、各々異なる特定の周波帯域を通過させる複数の帯域
フィルタ（４，５，６）と、この複数個の帯域フィルタ
のそれぞれの出力に設けられて各出力周波の位相をπ／
２ずらせる複数の移相器（７，８，９）と、これら移相
器の各出力を受けて加算・増幅する加算・増幅器（１１
）と、この加算・増幅器出力を前記励磁コイルに帰還す
る負帰還回路とから構成されている。

（ホ）作用 この発明の磁気検出装置では、磁気センサの検出コイル
によって検出される磁気変動のうち、不要な帯域の周波
（誘導ノイズ）のみが検出コイルの出力系より取出され
、磁気変動も含めた負帰還をかけることにより、磁気セ
ンサにおいて誘導分と負帰還骨が打消し合い、不要な帯
域周波の誘導分が除去される。

（へ）実施例 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、この発明の一実施例を示す磁気検出装置の回
路ブロック図、第２図は、同実施例検出装置に使用され
る磁気センサの構造を示した断面図である。

第１図において磁気センサ１は、磁芯Ｃに巻回される検
知コイルＬ、　　と励磁コイルＬ２とから構成されてい
る。検知コイルＬ、は、第３図に示した誘導コイルしに
相当し、測定箇所の磁気変動により誘導電流を発生し、
磁気変動分を検出している。検知コイルし、の出力は、
初段に設けられる増幅器２で増幅され、さらに増幅器３
を経て磁気検出信号が出力されるようになっている。な
お、励磁コイルＬ２は不要周波数帯域の誘導成分を消去
するために設けられるものであり、検知コイルし、に鎖
交する外部よりの誘導信号にによる磁束とは逆位相の磁
束を検知コイルＬ、に加えるようにし、計測箇所におけ
る不要周波の磁界を打消すようにしている。

増幅器２には、第３図に示した増幅器ＨＧＡよりも比較
的利得の低い（４０〜５０ｄＢ程度）ものが使用され、
さらにまた、この増幅器２の出力側に帯域フィルタ４．
５．６が並列に接続されている。これらの帯域フィルタ
４．５．６は、それぞれ特定の周波数帯域を通過させる
もので、この実施例においては計測不要帯域である商用
電源周波数（関西）の信号帯域を通過させるようになっ
ており、フィルタ４は６０Ｈｚ、フィルタ５は１２０Ｈ
ｚ、フィルタ６は１８０Ｈｚと、商用電源周波数６０　
Ｈｚに対し、基準波、第２高調波、第３高調波の周波数
成分をそれぞれ通過するようになっている。

これらの帯域フィルタ４．５．６の出力は、それぞれ移
相器７．８．９に加えられ、π／２だけ位相ずらして出
力されるようになっている。

移相器７．８．９の出力は、抵抗Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３及び
増幅器１０からなる加算・増幅器１１に加えられている
。加算・増幅器１１は、各移相器７．８．９からの出力
を加算して増幅するとともに、定電流化し、その出力を
磁気センサ１の励磁コイルＬ２に加えるようになってい
る。

磁気センサ１の具体構造は、第２図に示すように、高透
磁率材で形成される円柱棒細長状の磁芯Ｃの周囲に励磁
コイルＬ２と検知コイルし、が巻回されて構成されてい
る。この検知コイルＬ＋の巻数は、微少な磁気信号の変
動を検出すまためのものであり、通常飲方回〜数１０万
回程度の巻数となるのに対し、励磁コイルＬ２の巻数ｎ
２は数１００回程度に選定される。

次に、上記実施例装置の動作について説明する。

磁気センサ１の検知コイルし、に鎖交する磁束が変動す
ると、その磁束変化に応じて検知コイルＬ、には誘導電
流が流れる。今、検知コイルＬ１に鎖交する磁束をΦと
すると、この検知コイルＬ１にはｅ＝−ｎｄΦ／ｄｔの
電圧が誘起される。

ただし、ｎ：巻回数、Φ：Φ＝Ｂ−３．Ｂ：磁束密度、
Ｓ：磁芯の断面積である。

この磁束密度Ｂは、実際的には磁芯Ｃの形状・材料に限
界があるために、 μ、　　・Ｂ／　（１＋Ｎ　（μ、−１））で表される
。

ただし、μ３　：高透磁率材の非透磁率（一般に１０４
より大）、Ｎ：減磁係数、である。

ここで、例えば磁芯の長さｌを具体的に１００１０００
（、断面の半径ｒを１０　（ｍｍ）とすれば、１／　２
　ｒ　＝１０００／　２０　＝　５０で、？：Ｉｉ磁係
数Ｎは、Ｎ　＝１．２９Ｘ　１０弓となる。従って・ μ、・Ｂ　（１＋Ｎ　（μ、−１）） 嬌μ８　・Ｂ／１３．９ となる。検知コイルし、に誘起された信号電圧の周波数
をｆとすると、この電圧の大きさｅｏ゛は、ｅ６　＝　
（ｎ・２ｙｔｆ−μｍ　　・Ｂｐ／　（１＋Ｎ（μ、−
１）））　　・Ｓ　　（ＶＯＬＴ＞となり、周波数の高
い程、センサの感度は高くなることかわかる。従って、
今、周波数ＩＨｚ、Ｂｐ＝１ｎＴの磁界が磁芯Ｃの軸方
向に入力された場合、ｎ＝２０Ｘ１０’回とすればｅｏ
　＃０．２８ｍＶとなるに対し、周波数が６０）１ｚの
場合にはｅ０＝１７ｍＶとなり、１　）１ｚと６０Ｈｚ
の場合では約３５ｄＢもの違いが生じることになる。そ
れゆえ、数Ｈｚ程度の磁気変化に対し、５０〜６０サイ
クルの商用周波数の信号が誘導されると、明らかに測定
不能となることが理解できる。

次にここで、６０Ｈｚの商用周波数の信号成分の磁束Ｂ
ｓ１ｎ（２πＸ６０ｔ）が磁芯Ｃに進入する場合を考え
ると、検知コイルＬ１には、２π×６０ＢＣＯ３（２π
Ｘ６０ｔ）に比例した電圧が導出されることになる。従
って商用周波数信号によって検知コイルＬ１に進入する
磁束と、その磁束によって生じる電圧との間には９０’
の位相差が生じていることになる。磁芯Ｃへの磁束入力
がＢｏｅｘｐ（ｊωｔ）とすれば、検知コイルＬ１の出
力は、ｊωｋＢｏｅｘｐ（ｊωｔ） である。これらのうち、６０）１ｚ、１２０Ｈｚ、１８
ＯＨｚの周波数線分の信号が帯域フィルタ４．５．６で
それぞれ抽出され、移相器７．８．９でπ／２位相され
て、加算・増幅器１１を経て励磁コイルＬ２に与えられ
る。

この各６０Ｈｚ、　１２０Ｈｚ、　１８０Ｈｚに対応す
る磁束密度をそれぞれＢ、、Ｂ、、Ｂ３、また各周波数
をω１、ω２、ω３とすると、検知コイルし、に導出さ
れる信号Ｂ＋　　ｋｅｘｐ（ｊω＋ｔ）に対してｆ　＋
　＝　ｊ　ω＋　ｋ＋　ｅＸＩ）（ｊ　ω、ｊ）　／　
Ｊまた検知コイルＬ１に導出される信号Ｂｚｋｅｘｐ（
ｊωｚｔ）に対して １　ｚ　＝＝Ｊ　ωｚ　ｋ　ｔ　ｅＸＩ）　（Ｊωｚｔ
）　／　ｊさらにまた検知コイルし、に導出される信号
Ｂｘ　ｋｅｘｐ（ｊ　ω＊ｔ）に対して ｉ　３　＝　Ｊ　（ａ）ｚ　ｋ＊　ｅｘｐ（ｊ　ω：＋
ｔ）　／　ｊの電流が、それぞれ励磁コイルＬ２に流れ
るが、これらの電流はそれぞれ加算・増幅器１１におい
て定電流化されることになる。この励磁コイルＬ２に流
れる電流によってＢｌ（ω、）、ＢＺ（ω２）、Ｂ、（
ω３）の各周波数成分が検知コイルＬ、側で打消される
。従って、検知コイルし、側で検出される誘起電圧のう
ち、計測不要の帯域周波数、すなわちω１、ω２、ω、
の信号だけが帯域フィルタ４．５．６、移相器７．８．
９及び加算・増幅器１１、励磁コイルＬ２の回路系（負
帰還系）によって消去されることになる。

上記した移相器７．８．９は、上記の電流ｉ、。

１２、ｉ３を示した式における１　／　ｊを発生させる
ものであるが、現実には増幅器、帯域フィルタ等に位相
ズレがあるため、正確には１　／　ｊとはならず、わず
かな調整要素を含むものである。

（ト）発明の効果 以上のように、この発明の磁気検出装置によれば、検出
コイルの出力系から計測不要の帯域周波骨（誘導ノイズ
）の信号を並列に取出して磁気変動も含めた負帰還をか
けて消去することにより、フィルタが本来の信号の増幅
に使用する系に直列に挿入されないので、フィルタより
発生するノイズ分が軽減され、本来の計測対象である信
号の増幅が簡単にでき、また、誘導ノイズの大きい所じ
も容易に計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す磁気検出装置の回
路ブロック図、第２図は、同装置に使用される磁気セン
サの構造を示す断面図、第３図は、従来の一般的な誘導
ノイズを除去する方法を示した回路ブロック図である。 １：磁気センサ、　　　　　　２・３：増幅器、４・５
・６：帯域フィルタ、７・８・９：移相器、Ｌ、：検出
コイル、　　　　　Ｌ２　：励磁コイル、１１：加算・
増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気変動を検出する検出コイルと、前記検出コイ
   ルより巻数の小なる励磁コイルとを含む磁気センサと、
   この磁気センサの検出コイルの出力系に併設されて、各
   々異なる特定の周波帯域を通過させる複数の帯域フィル
   タと、前記複数個の帯域フィルタのそれぞれの出力に設
   けられて、各出力周波の位相をπ／２ずらせる複数の移
   相器と、これらの移相器の各出力を受けて加算・増幅す
   る加算・増幅器と、この加算・増幅器の出力を前記励磁
   コイルに帰還する負帰還回路とからなることを特徴とす
   る磁気検出装置。