JPH01126575A - 磁界検出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は極微小の磁界を高感度に且つ、高速応答性を以
って検出する装置に関する。

従来技術 例えば１０−＠テスラ程度以下の極微小の磁界を検出す
る場合、従来フラックスゲート形磁気検知器、超伝導量
子干渉計等があるが、フラックスゲート形磁叛検知器は
、コアに使用している磁性材料の磁気雑音にその検出限
界を制限され、又超伝導量子干渉計も、例えばこの特許
出願の現時点では、未だ極低温の維持装置を必要としな
いものは現れておらないのに見られるように、特殊な技
術と高価な材料、装置を必要とするのが現状である。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記のような問題点を解決したものであって、
即ち磁気雑音に関してはコアとして使用する磁気材料の
内部ひずみや組成の不均一性、空孔や夾雑物に起因する
不連続磁化範囲を避け、不連続磁化範囲より大きな非線
形領域にて磁気偏位を起こさせることにより、磁気雑音
が出力に現れるのを有効に軽減するようにしたものであ
る。又本発明は液化気体及びその維持装置等、特に高価
な装置は使用せずども実施でき、超伝導量子干渉計でな
くては測定不可能でありた極微小磁界の高感度検出を可
能とすると共に、これにより使用者にとって平易で安価
な高感度磁気検出装置を提供することができるようにし
たものである。

問題点を解決するための手段及び作用 交情電流によって励振されたセンサーコアの動的磁化レ
ベルが、今測定対象たる外部磁界（以下被検出磁界Ｈｘ
という）によってシフトされると、これに伴いコアの動
的微分透磁率の大きさも変化することになる。従って被
検出磁界Ｈ，によって生じた透磁率の変化分を、高周波
の励磁電流に対する二次側巻線に生ずる変圧器起電力と
して検出すれば、これから被検出磁界の大きさと極。

性とを知ることができる。しかしセンサーコアの動的磁
化レベルが不連続磁化範囲にある場合には二次側巻線に
生ずる変圧器起電力には外部磁界に基かない有害な磁気
雑音が重畳されて出力されることが認められる。

本発明は上記センサーコアに上記交流電流による励振と
同時に、直流偏位磁界を印加し、コアの励振領域を不連
続磁化範囲より大きな非線形領域に偏位させ、該偏位励
振領域において上記被検出磁界を感知させ、上記測定を
行なうようにすることによって上記問題の解決を図った
ものである。

即ち本発明はセンサーに直流偏位磁界を印加した状態で
被検出磁界を検出するものであって、その好ましい実施
手段として例えば被検出磁界に対し二個のセンサーコア
の動的磁化レベルが互いに逆方向になるように直流偏位
磁界と交ｔ　Ｅｆｌ界とを印加したことにより各センサ
ーコアに誘起される変圧器起電力の和から被検出磁界を
検出するようにしたものである。

実施例 以下本発明の実施例を第１図乃至３４３図に基いて説明
する。

Ａ、Ｂは変圧器、ａ、ｂは各変圧器におけるセンサーコ
アであり、該センサーコアａ、ｂの一次側巻線Ａ、、Ｂ
、は一方の入力端２．６同士が接続されており、同他方
の入力＠１と５には交流電源Ｅと直流電源りとＩシ第１
図実線で示す如く直列、又は同図破線で示す如く並列に
接続し、該直列又は並列電源回路に抵抗Ｃが直列に接続
されており、センサーコアａの二次側巻線へ２の一方の
出力＠４とセンサーコアｂの二次側巻線Ｂ２の一方の出
力＠７とが接続されており、更に二次側巻線Ａ２　＋　
８２の出力端３．８間には低雑音増幅器Ｆを介して同期
整流器Ｇと周波数選択性減衰器Ｈとが接続されている。

ここで４つの巻線Ａ＋　、Ｂ＋　、Ａ２　、Ｂｔに付し
た「・ｊ印は巻線の極性を示したもので、センサーコア
ａ、ｂの一次側巻線Ａ、、Ｂ、の巻線方向は被検出磁界
に対し逆相であり、二次側巻線Ａ、、Ｂ２の巻線方向は
被検出磁界に対し同相である。

変圧器Ａ、Ｂにおけるセンサーコアａ、ｂの形状は夫々
開磁路な構成する棒状又は短冊状又は線状である。

又変圧器Ａ、Ｂのコアａ、ｂの材料として、強磁性体の
磁性材料、例えばアモルファス合金又はパーマロイ等を
使用する。

而して、センサーコアａ、ｂの一次側巻線Ａ　Ｉ　＋　
　Ｂ　ｌの入力端１．５に交流電流９と直流電流１０を
重畳して加えてセンサーコアａ、ｂを交流電流９により
励振させると同時に、直流電流１０により直流偏位磁界
を加えて置く。

斯くしてセンサーコアａ、ｂに加えられた被検出磁界Ｈ
８により振幅変調された信号１２をセンサーコアａ、ｂ
の二次側巻線Ａｚ、Ｂｚの出力端３．８より取り出し、
低雑音増幅器Ｆを経させた後、同期整流器Ｇによって信
号１２を−次側交流電流９に同期して整流し、被検出磁
界Ｈ，の方向に対応した極性を持つ信号１３を取り出し
、更に周波数選択性減衰器Ｈによって信号１３から一次
側交流電流の成分を取り除いた信号１４を取り出す。

上記によってセンサーコアａ、ｂにより感知した被検出
磁界Ｈ×に応じた二次側巻線Ａ、、Ｂ２側の誘起起電力
の変化分を信号１４として取り出すことができる。この
際、第２図、第３図に示すように、センサーコアａ、ｂ
に使用している磁性材料を磁化する直流電流１０による
偏位磁界Ｈｄｃ　。

−Ｈｄｃの大きさは、磁性材料の不連続磁化範囲Ｍ＋よ
り大きな非線形領域に入るように設定されている。好ま
しくは偏位磁界Ｈｄｃ、−Ｈｄｃは上記不連続磁化範囲
Ｍ、より大きく、飽和磁化範囲Ｍ２より小さくなるよう
な回転磁化範囲Ｍ３に設定されており、且つ直流電流１
０に重畳されるべき交流電流９の大きさは上記不連続磁
化箱ｒＭ　Ｍ　Ｉ及び飽和磁化範囲Ｍ２に入らないよう
に設定されている。

これによってセンサーコアａ、ｂの励振領域を不連続磁
化範囲Ｍ、より大きな非線形領域に偏位させ、該偏位励
振領域、最適には回転磁化範囲Ｍ、において上記被検出
磁界Ｈ×を感知させ磁界測定を行なう。

３４２図Ａは被検出磁界が零の場合（Ｈｘ＝Ｏ）におけ
る変圧器Ａ、Ｂの夫々のコアａ、ｂの磁性材料の磁化特
性を表しており、第３図Ａは同ＨＸ　＞Ｏの場合の同磁
化特性を表している。

又第２図Ｂは被検出磁界がない場合（ｌｘ　”Ｏ）のセ
ンサーコアａ、ｂにかけられた直流偏位磁界Ｈｄｃ、−
Ｈｄｃの近傍における交流電流９　（ｌａｘ　）による
二次側巻線の誘起電圧（ｅｓｃｈｐ　）と（ｅｓｃｈｎ
　）と、その加算信号１２　（ａｓｃｈ）とを表したも
のである。各誘起電圧（ｅｓｃｈｐ　）と（ｅｓｃｈｎ
　）とは差動的加算をされているため、信号中の交流電
流９による成分は検出波形には殆ど表われない。

第３図Ｂは被検出磁騨がある場合（ＨＸ＞Ｏ）のセンサ
ーコアａ、ｂにかけられた直流偏位磁界の近傍における
交流電流９　（ｔｅｘ　）による二次側巻線の誘起電圧
（ｅｓｃｈｐ　）と（ｅｓｃｈｎ　）と、その加算電圧
である信号１２　（ｅｓｃｈ）を表したものである。同
様に誘起電圧（ｅｓｃｈｐ　）と（ｅｓｃｈｎ　）とは
差動的に加算をされているため、被検出磁界によって生
じた各コアの動作磁化レベルの変化に基く加算信号（ｅ
ｓｃｈ）のみが表われていることになる。

発明の効果 以上のように、本発明ではセンサーコアに直流偏位磁界
を印加した上に交流電流に基く交流磁界を重畳した状態
で被検出磁界を検出すると言う検出装置であるため、磁
界検出媒体であるセンサーコアの磁気雑音を軽減するこ
とができる。又検出のための補助信号である交流の励振
電流に基いて生じる各二次側巻線電圧を差動的にキャン
セルしているため、出力には交流励振電流によって変調
されてはいるものの、実質的には被検出磁界分しか表れ
ないよう工夫されていることにより、極微小の被検出磁
界を検出できるようになったものである。

又従来技術では、前記の如く被測定磁界による交流励振
電流や二次側巻線電圧の位相ズレ、又はパルス位置の変
化をとらえる方式であったために、高周波磁界の検出が
原理的にも制限され、従って応答性が極めてわるいもの
であった０本発明は被検出磁界が直接検出信号の振幅の
変化となって表われるものである。従フて補助励振交流
電流に高周波を使用することにより高速応答を可能にし
、更に直流偏位磁界をセンサーコアに印加することによ
りコア雑音を軽減した検出動作が行なえ、結果的に高感
度の磁界検出器を安価に提供できることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す磁界検出装置の回路図、
第２図Ａは３４１図における被検出磁界Ｈ，−０の場合
のセンサーコアの磁化特性曲線と磁界検出における通用
範囲を示す図、第２図Ｂは３４２図Ａにおけるセンサー
コアの一次側交流電流と二次側巻線電圧の波形図、第３
図Ａは第１図における被検出磁界ＨＸ＞Ｏである場合の
センナ−コアの磁化特性曲線と磁界検出における適用範
囲を示す図、第３図Ｂは第３図Ａにおけるセンサーコア
の一次側交流電流と二次側巻線電圧の波形図である。 Ａ、Ｂ・・・変圧器、Ａ、、Ｂ、・・・−次側巻線、Ａ
２．Ｂ２・・・二次側Ｓ　ＩＩＡ、ａ、ｂ・・・センサ
ーコア、Ｄ・・・直流電源、１０・・・直流電流、Ｅ・
・・交流電源、９・・・交流電流、Ｇ・・・同期整流器
、Ｈ・・・周波数選択性減衰器、Ｈ，・・・被検出磁界
、Ｍ、・・・不連続磁化範囲、Ｍ２・・・飽和磁化範囲
、Ｍ、・・・回転磁化範囲、Ｆ・・・低雑音増幅器。 唆 四 口 ■

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）センサーコアの一次側巻線に流した交流電流によ
   りセンサーコアを励振させておき、センサーコアにより
   感知した被検出磁界に応じた二次側巻線側の誘起起電力
   の変化分から上記被検出磁界を測定するようにした磁界
   検出法であって、上記センサーコアに上記交流電流によ
   る励振と同時に、直流偏位磁界を印加し、コアの励振領
   域を不連続磁化範囲より大きな非線形領域に偏位させ、
   該偏位励振領域において上記被検出磁界を感知させ、上
   記測定を行なうようにしたことを特徴とする磁界検出装
   置。
2. （２）上記センサーコアを二個用い、各コアを上記交流
   電流により励振させると共に、上記各コアに上記偏位磁
   界を被検出磁界に対し一方は同方向に、他方は逆方向と
   なるように夫々印加し両二次側巻線の誘起起電力の変化
   分の和から上記測定を行なうようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の磁界検出装置。
3. （３）センサーコアの一次側巻線に交流電源と直流電源
   を直列又は並列に挿入したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の磁界検出装置。