JPH06148300A - 交番磁界測定装置及び交番磁界測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな電磁ノイズの影響を受ける環境下にお
いて、低磁界の高精度な測定を可能とし、しかも高周波
数領域の交番磁界の測定も可能な交番磁界測定装置およ
び交番磁界測定方法を提供する。 【構成】 ホール素子を用いた磁界センサー１４を交番
磁界内に設置し、ホール電流を流してホール素子から出
力される電圧波形を波形記憶装置１０で記憶する。次に
ホール電流が流れない状態でホール素子から出力される
電圧波形を記憶する。上記二つの電圧波形に共通して含
まれる周期的なノイズの位相が一致するように時間軸を
合わせ、時系列において二つの波形の電圧値の差を、Ｃ
ＰＵ４において演算する。演算によって得られる電圧波
形はノイズ成分が除去され、測定しようとする磁界に対
応した有効成分となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁変換素子（ホール素
子）を用いた交番磁界の測定装置および測定方法に係
り、特に大きな電磁ノイズ環境下における低磁界の測定
装置および測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、交番磁界の測定には、電磁変
換素子を用いる方法と、電磁誘導の法則に基づく磁気セ
ンサーを用いる方法がよく知られている。電磁変換素子
としてはホール素子が一般に用いられ、電磁誘導による
磁気センサーとしてはサーチコイルがある。サーチコイ
ルを用いた方法は、高い周波数（数十ＫＨｚ以上）の磁
界の測定に対しては良好な測定結果が得られ、装置も安
価で得られるという利点を有しているが、低周波の交番
磁界の測定では検出能力が低下し、実用的価値が薄い。
また、共振周波数近くでは電磁波によるノイズを拾いや
すく、周波数特性が均一でないため、広帯域低磁界の計
測用には不適当な面を有している。ホール素子を用いた
方法は、比較的微弱な磁界の検出にも適した方法である
がホール素子からの出力が小さく、増幅器によって出力
を増幅しなければならない。このとき増幅器の特性やホ
ール素子のノイズの処理方法により、従来より知られて
いる方法は同期検波を行なう方法と直流増幅器を用いる
方法とに別けられる。

【０００３】同期検波を行なう方法は、図４に示すよう
な装置を用い、磁界測定時にホール電流の方向を周期的
に切り換えてノイズをスイッチング周波数で変調し、信
号とノイズをフィルターで分離させて信号成分のみを取
り出すものである。これにより、ノイズ成分を低減して
高精度の測定を行なうことができる。また、ノイズを除
去することができるので増幅器のＧＡＩＮを上げること
ができるという利点がある。

【０００４】これに対し、直流増幅器を用いる方法は、
図５に示すような装置により、ホール素子からの出力電
圧を差動増幅器で増幅して直接出力するものである。こ
の方式では、増幅器の周波数特性が必要な周波数まで保
証されていること、増幅器の倍率を大きくする必要があ
ること、及び電磁ノイズを除去するため配線を完全に平
衡のとれた電磁シールドケーブルにすること、差動増幅
器はＣＭＲＲ（CommonMode Rejection Ratio ，同相成
分除去比）のよいものを使う必要があることなど制約も
多いが、広い範囲の周波数領域での交番磁界の測定が可
能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記同
期検波を行なう方法では波形の再現性はスイッチング周
波数により規制され、高周波磁界の測定が不可能とな
る。つまり、この方法で交番磁界を測定しようとする
と、測定磁界の周波数の何倍ものスイッチング周波数が
必要となり、例えば１６ＫＨｚ程度の偏向ヨークの磁界
を測定する場合には、１６０〜２００ＫＨｚのスイッチ
ングが必要で回路設計が極めて困難となる。加えて２０
０ＫＨｚ近いスイッチングを行うためにはデジタル回路
が必要で、新たなノイズの発生を考慮しなければならな
くなる。

【０００６】また、上記従来の直流増幅器を用いる方法
では、配線におけるコモンモードノイズ、増幅器による
ノイズの低減がある程度図れても、そもそもホール素子
自体が持つ不平衡電圧による誘導ノイズの低減は図れ
ず、電磁波の発生する環境下においてはホール素子の出
力電圧に対して大きなノイズとなり、低磁界の測定はほ
とんど不可能になるという問題点がある。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、大きな電磁ノイズの影響を受
ける環境下においても、低磁界の高精度な測定が可能で
あるとともに、高周波数領域の交番磁界の測定も可能な
交番磁界測定装置および交番磁界測定方法を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明に係る交番磁界測定装置
は、 ホール素子を用いた磁界センサーと、 前記ホ
ール素子にホール電流を流すことができるとともに、該
ホール電流のＯＮ、ＯＦＦを制御することができるホー
ル電流制御装置と、 前記ホール電流がＯＮ状態のとき
に磁界センサーから出力される電圧波形と、前記ホール
電流がＯＦＦ状態のときに磁界センサーから出力される
電圧波形とを記憶する波形記憶手段と、 前記波形記憶
手段に記憶された二つの電圧波形の時間軸を合わせ、時
系列において電圧値の差を演算する演算手段と、を有す
るものとする。

【０００９】また、請求項２に記載の発明に係る交番磁
界測定方法は、 ホール素子を用いた磁界センサーを
交番磁界内に設置し、前記ホール素子にホール電流を流
してホール素子から出力される電圧波形を波形記憶手段
で記憶する第１工程と、 前記磁界センサーを前記第１
工程を行なった位置に維持し、前記ホール素子にホール
電流が流れない状態でホール素子から出力される電圧波
形を波形記憶手段で記憶する第２工程と、 前記第１工
程で記憶された電圧波形と前記第２工程で記憶された電
圧波形との時間軸を合わせ、時系列において電圧値の差
を演算する第３工程と、を含むものとする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、 前記請求項
２に記載の交番磁界測定方法において、 第１工程では
前記ホール素子にホール電流が流れない状態で電圧波形
を記憶し、 第２工程では、前記ホール素子のホール電
流を流して電圧波形を記憶するものとする。

【００１１】上記磁界センサーは基盤上にホール素子を
形成し、ホール電流を流すための端子とホール素子の両
側に生じる電圧を検知するための端子とを備えたもので
あり、基盤はセラミック等電磁ノイズ等の影響を受けに
くいものが望ましい。上記ホール電流制御装置はスイッ
チを有することにより、手動でホール電流をＯＮ，ＯＦ
Ｆできるものであってもよいし、ＣＰＵ等によってＯ
Ｎ，ＯＦＦの制御がされるものであってもよい。

【００１２】上記波形記憶手段は、ホール素子から出力
される電圧波形をアナログ量のまま記憶するものであっ
てもよいが、適切なサンプリング周期でデジタル化して
記憶するものが望ましい。上記演算手段は、例えばＣＰ
Ｕ等を用いることができる。この演算に際し、二つの電
圧波形の時間軸は、ノイズの位相が一致するように合わ
せるものであり、周期性を有するノイズの発生源と同期
させる方法を採用することができる。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の交番磁界測定装置では、ホー
ル素子に流す電流のＯＮ、ＯＦＦを制御するホール電流
制御装置と、ホール電流がＯＮ状態の時とＯＦＦ状態の
時との双方の場合において、磁界センサーから出力され
る電圧波形を記憶する波形記憶手段とを有しているの
で、測定する磁界の強さに比例した出力成分とノイズと
が複合した電圧波形と、ノイズのみの電圧波形とを別個
に検出し、記憶することができる。つまり、ホール電流
がＯＮ状態の時には、ホール素子からの出力は磁気の強
さに比例した電圧が出力され、これにホール素子内が不
平衡であること等のために生じる電磁波によるノイズが
重なっている。これに対し、ホール電流がＯＦＦ状態の
時には、出力は磁界の強さには影響されず、電磁波によ
るノイズのみが出力される。さらに、演算手段によっ
て、記憶された二つの電圧波形は時間軸が合わせられ、
時系列において電圧値の差が演算されるようになってお
り、周期性を有するノイズの位相を合わせて電位差をと
ると、電磁波によるノイズの成分が消去され、磁界の強
さに比例してホール素子から出力される有効成分が得ら
れる。

【００１４】請求項２に記載の交番磁界測定方法では、
第１工程でホール素子にホール電流を流してホール素子
から出力される電圧波形を検出しており、波形記憶手段
で記憶された電圧波形は測定磁界の強さに対応した有効
成分と電磁波によるノイズが重なったものとなる。第２
工程ではホール素子にホール電流を流さずにホール素子
から出力される電圧波形を検出しており、記憶された電
圧波形は電磁波によるノイズのみの波形となる。第３工
程で、上記二つの電圧波形の交番磁界、及びノイズの位
相が一致するように時間軸を合わせ、電圧値の差が演算
されると交番磁界に同期したノイズ成分が除去され、測
定しようとする磁界の強さに対応した電圧波形が得られ
る。

【００１５】請求項３は、上記請求項２に記載の交番磁
界測定方法においては第２工程で得られる出力波形を第
１工程で検出し、請求項２においては第１工程で得られ
る出力波形を第２工程で検出したものであり、第３工程
で双方の差を演算しているので、得られる結果は請求項
２に記載の交番磁界測定方法と変わらない。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は請求項１に記載の発明の一実施例である交番
磁界測定装置を示す構成図である。この交番磁界測定装
置は磁界センサー１４を先端部に備えるＡＣ磁界測定プ
ローブ１と、このＡＣ磁界測定プローブ１が接続され、
ホール電流の制御と出力電圧の増幅等を行うセンサーボ
ックス２と、出力電圧の波形をＡ／Ｄ変換し、記憶する
ことができるデジタルオシロスコープ３と、このデジタ
ルオシロスコープの動作を制御すると共に、デジタル化
された波形データの演算を行うことができるＣＰＵ４と
で主要部が構成されている。

【００１７】上記磁界センサー１４はホール素子を用い
たものであり、ホール素子はセラミックベースに接着さ
れて電磁ノイズに影響されにくいものが用いられてい
る。この磁界センサー１４とセンサーボックス２とを接
続するケーブルは完全に平衡したものであって電磁シー
ルドが施されている。

【００１８】上記センサーボックス２はセンサー用電源
装置５から電力の供給を受け、ホール素子に流すホール
電流のＯＮ，ＯＦＦを制御するスイッチを備えたホール
電流制御装置７と、ホール素子から出力される電圧波形
を増幅する差動増幅器８とを内蔵している。上記ホール
電流制御装置７は任意にホール電流をＯＮ状態、ＯＦＦ
状態とすることができるものである。また、上記差動増
幅器８は、ホール電流がＯＮ状態のとき又はＯＦＦ状態
のときのいずれにおいても、ホール素子から出力される
電圧波形を増幅し、デジタルオシロスコープ３に対して
出力することができるようになっている。この差動増幅
器８は同相成分除去比の良好なものが使用されてコモン
ノイズの低減が図られており、さらにセンサーボックス
自体も電磁シールドされて電磁波の混入を防止するよう
になっている。センサー用電源装置５はホール電流を流
すための電源と差動増幅器の電源とを備えるものであ
り、電磁ノイズの発生源となるのを防止するために電磁
シールドされている。

【００１９】上記デジタルオシロスコープ３は、Ａ／Ｄ
変換器９と、デジタル化された波形を記憶する記憶装置
１０と、波形を表示する表示装置１１とを含むものであ
り、上記Ａ／Ｄ変換器９は入力される波形の周波数成分
に応じ、適切なサンプリング周期でデジタル化できるも
のである。記憶装置１０は２以上の波形を別個に記憶す
ることができるものであり、ホール電流がＯＮ状態のと
きにホール素子から出力される電圧波形と、ホール電流
がＯＦＦ状態のときの電圧波形とが前後して入力され、
これらをそれぞれ記憶することができる。なお表示装置
１１はブラウン管によって波形を表示することができる
ものである。

【００２０】上記ＣＰＵ４は、上記センサーボックス２
からデジタルオシロスコープ３に入力される波形をデジ
タル化して記憶する動作及び記憶されたデータをＣＰＵ
４に転送する動作等を制御する機能と、デジタルオシロ
スコープ３から転送されてきた二つの波形データの時間
軸を合わせてその差の演算を行う機能とを有するもので
ある。この二つの波形データの時間軸を合わせる方法
は、双方の波形データに含まれる周期的なノイズの成分
の位相が一致するように合わすことができればよく、例
えば、ノイズの発生源に同期してホール素子からの出力
波形が記憶されていれば、デジタル化されたデータを順
次に時系列を追って差を演算すればよい。なお、上記デ
ジタルオシロスコープとＣＰＵとの間のデータの転送に
はＧＰＩＢあるいはＲＳ２３２Ｃが用いられる。

【００２１】次に上記実施例の交番磁界測定装置の動作
であって、請求項２に記載の発明の一実施例である交番
磁界測定方法について説明する。ＡＣ磁界測定プローブ
１の先端に備えられた磁界センサー１４を測定しようと
する磁界内に設置する（２０）。センサーボックス内の
ホール電流制御装置をＯＮ状態とし、ホール素子にホー
ル電流を流す（２１）。このときホール素子から出力さ
れる電圧をセンサーボックス内の差動増幅器８によって
増幅し（２２）、デジタルオシロスコープ３に対して出
力する。

【００２２】デジタルオシロスコープ３に入力された電
圧波形は、アナログ量であるが、適切な周期でサンプリ
ングされ、デジタル量に変換される（２３）。デジタル
化された波形データはデジタルオシロスコープ３に内蔵
される波形記憶装置１０によって記憶される（２４）。
このとき、ノイズの発生源からトリガがかけられ、周期
性を有するノイズと同期して波形データが記憶される。
［第１の波形データ］これとともに表示装置３に波形が
表示され（２５）、操作者は波形を確認することができ
る。図３（ａ）は上記のようにして記憶された波形の一
例である。

【００２３】次にホール電流制御装置をＯＦＦ状態と
し、ホール素子にホール電流が流れない状態とする（２
６）。このときホール素子から出力される電圧をセンサ
ーボックス内の差動増幅器８によって増幅し（２７）、
デジタルオシロスコープ３に対して出力する。デジタル
オシロスコープ３に入力された電圧波形はデジタル化さ
れ（２８）、波形記憶装置１０によって記憶される（２
９）。このときも、第１の波形データと同様にノイズの
発生源からトリガがかけられ、ノイズと同期して波形デ
ータが記憶される。［第２の波形データ］ 図３（ｂ）は上記のようにして記憶された波形の一例を
示すものである。

【００２４】上記のようにして記憶された２つの波形デ
ータはＣＰＵ４に転送され（３１）、時系列を追って２
つの電圧波形の電圧値の差が演算される（３２）。この
とき、双方の波形データはノイズ発生源と同期して採取
されており、デジタル化されたデータを順次対応させる
と、周期性を有するノイズの位相が一致するように時間
軸を合わせることになる。演算の結果得られた波形デー
タ［第３の波形データ］はＣＰＵ４が有する記憶装置に
記憶されるとともにデジタルオシロスコープ３に転送さ
れ（３３）、波形記憶装置１０に入力される（３４）。

【００２５】デジタルオシロスコープ３に転送された第
３の波形データは表示装置１１によって表示される（３
５）。また、外部の記録装置６に出力された第３の波形
データはプリントアウト等の手段により可視化される
（３６）。図３（ｃ）は上記の演算によって得られた波
形の一例を示すものである。

【００２６】上記のようにして得られた第３の波形デー
タは第１の波形データと第２の波形データとの差である
ため双方の波形データに共通して含まれるノイズ成分が
除去され、測定しようとする磁界の強さに対応した波形
データとなっている。このようにして測定できる磁界と
して、例えばＴＶの偏向ヨーク、高周波トランス、アー
ク溶接等の高周波磁界がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載の発明に係る交番磁界測定装置では、ホール素子
にホール電流が流れている状態と流れていない状態との
双方において、ホール素子から出力される電圧波形を検
知できるようになっており、さらに演算手段によって２
つの波形データの時間軸を合わせ、電圧値の差を演算で
きるようになっているので、双方の波形データに共通し
て含まれるノイズ成分が除去され、電磁波によるノイズ
の影響を受けやすい状況下においても低磁界を正確に測
定することができる交番磁界測定装置が得られる。

【００２８】また、請求項２又は請求項３に記載の交番
磁界測定方法では、ホール素子にホール電流が流れてい
る状態と流れていない状態との双方において、ホール素
子から出力される電圧波形を検知し、演算手段によって
２つの波形データの時間軸を合わせ、電圧値の差を演算
するので、双方の波形データに共通して含まれるノイズ
成分が除去され、電磁波によるノイズの影響を受けやす
い状況下においても低磁界を正確に測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の一実施例である交番磁
界測定装置の構成を示すブロック図である。

【図２】請求項２に記載の発明の一実施例である交番磁
界測定方法を示すフロー図である。

【図３】上記図１に示す交番磁界測定装置によって、又
は上記図２に示す交番磁界測定方法において検出される
電圧波形の例を示す図である。

【図４】従来の磁界測定装置の構成を示す概略図であ
る。

【図５】従来の磁界測定装置の構成を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ ＡＣ磁界測定プローブ ２ センサー
ボックス ３ デジタルオシロスコープ ４ ＣＰＵ ５ センサー用電源装置 ６ 記録装置 ７ ホール電流制御装置 ８ 差動増幅
器 ９ Ａ／Ｄ変換器 １０ 波形記憶
装置 １１ 表示装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホール素子を用いた磁界センサーと、 前記ホール素子にホール電流を流すことができるととも
   に、該ホール電流のＯＮ、ＯＦＦを制御することができ
   るホール電流制御装置と、 前記ホール電流がＯＮ状態のときに磁界センサーから出
   力される電圧波形と、前記ホール電流がＯＦＦ状態のと
   きに磁界センサーから出力される電圧波形とを記憶する
   波形記憶手段と、 前記波形記憶手段に記憶された二つの電圧波形の時間軸
   を合わせ、時系列において電圧値の差を演算する演算手
   段と、を有することを特徴とする交番磁界測定装置。
2. 【請求項２】 ホール素子を用いた磁界センサーを交
   番磁界内に設置し、前記ホール素子にホール電流を流し
   てホール素子から出力される電圧波形を波形記憶手段で
   記憶する第１工程と、 前記磁界センサーを前記第１工程を行なった位置に維持
   し、前記ホール素子にホール電流が流れない状態でホー
   ル素子から出力される電圧波形を波形記憶手段で記憶す
   る第２工程と、 前記第１工程で記憶された電圧波形と前記第２工程で記
   憶された電圧波形との時間軸を合わせ、時系列において
   電圧値の差を演算する第３工程と、を含むことを特徴と
   する交番磁界測定方法。
3. 【請求項３】 前記請求項２に記載の交番磁界測定方
   法において、 第１工程では前記ホール素子にホール電流が流れない状
   態で電圧波形を記憶し、 第２工程では、前記ホール素子のホール電流を流して電
   圧波形を記憶することを特徴とする交番磁界測定方法。