JPH0638101B2 - 磁界検出装置 - Google Patents

磁界検出装置

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JPH0638101B2
JPH0638101B2 JP62286389A JP28638987A JPH0638101B2 JP H0638101 B2 JPH0638101 B2 JP H0638101B2 JP 62286389 A JP62286389 A JP 62286389A JP 28638987 A JP28638987 A JP 28638987A JP H0638101 B2 JPH0638101 B2 JP H0638101B2
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敏勝 園田
隆三 上田
茂夫 高田
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目黒電機製造株式会社
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【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10-9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気検知器は、
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
形領域がセンサーコアの動的磁化レベル(励振領域)と
なるように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、更に零磁
界法の応用により、直線性に優れ且つ外界に存在する磁
界を高感度で拾い安定で且つ高範囲の磁界検出を可能に
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とも実施でき、超伝導量
子干渉計でなくては測定不可能であった極微小磁界の高
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 交流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HX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被検出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、これにより
上記センサーコアの二次側巻線に生じた誘起起電力の変
化分を基に該センサーコアに付加した制御巻線に制御電
流を流して、該センサーコアを逆励磁することにより、
上記変化分を減殺又は相殺させ、該減殺又は相殺を生じ
させる制御電流から上記被検出磁界を検出するようにし
て上記問題の解決を図ったものである。
実施例 以下本発明の実施例を第1図乃至第3図に基いて説明す
る。実施例はセンサーコアを二個用いた場合を代表例と
して示している。
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A1,B
1は一方の入力端2,5同士が接続されており、同他方
の入力端1と6には交流電源Eと直流電源Dとを第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C1が直列に接続
されており、並列電源回路の場合には、抵抗C2,C3
が夫々直列に接続されており、センサーコアaの二次側
巻線A2の一方の出力端4とセンサーコアbの二次側巻
線B2の一方の出力端7とが接続されており、更に二次
側巻線A2,B2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A1,B1,A2,B2に付した
「・」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A1,B1の巻線方向は被検出磁界
HXに対し逆相であり、二次側巻線A2,B2の巻線方
向は被検出磁界に対し同相である。
更に上記センサーコアa,bの夫々に第3の巻線を付加
し、これを零磁界法における制御巻線A3,B3とす
る。制御巻線A3,B3はその巻線方向を被検出磁界に
対し共に逆相となるようにし、一方の巻線端子16,1
7同士を接続する。又制御巻線B3,A3の制御系とし
て周波数選択性減衰器Hの検出信号14Khd とセンサー
コアa,bの偏位磁界からの変化分の目標値Hrの差εに
基き制御電流指令信号icr を出力する比例積分回路Iを
具備させ、該比例積分回路Iの制御電流指令信号icr を
増幅器Jの一方の差動的入力電圧とすると共に、該増幅
器Jの出力側を制御巻線B3の他方の巻線端子18に接
続し、増幅器Jの出力たる制御電流icを制御巻線B3→
A3へと流すようにし、該制御巻線A3の他方の巻線端
子15の出力を抵抗Rdに流しその電圧を増幅器Jの他方
の差動的入力電圧とする。
上記回路によりセンサーコアa,bにおける被検出磁界
Hxを相殺又は減殺するような電流を制御巻線B3,A
3に流すように制御する。
変圧器A,Bにおけるセンサーコアa,bの形状は夫々
開磁路を構成する棒状又は短冊状又は線状であり、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A1,B1の
入力端1,6に交流電流9(iex )と直流電流10(id
c )を重畳して加えてセンサーコアa,bを交流電流9
により励振し交流磁界を加えると同時に、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
x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A2,B2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を一次側交流電流9に同期して整流し、被検出磁
界HX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HXに応じた二次側巻線A2,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M1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
M1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
化範囲M1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M1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M3において上記被検出
磁界HXを感知させ磁界測定を行なう。
第2図Aは被検出磁界が零の場合(HX=0)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>0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(HX=0)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による二次側巻線の誘起電圧(es
chp )と(eschn )と、その加算信号12(esch)とを
表したものである。各誘起電圧(eschp )と(eschn )
とは差動的に加算されているため、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は被検出磁界がある場合(HX>0)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(esch
n )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(esch)のみが表わされていることになる。
上記の如くして周波数選択性減衰器Hから得られる信号
14Khd と目標値Hrの差分Hr−Khd =εに基き比例積分
回路Iから制御電流指令信号icr を出し、増幅器Jを介
して制御電流icを制御巻線B3,A3に流す。
この制御電流icによってセンサーコアa,bを逆励磁
し、被検出磁界Hx、即ち誘起起電力の変化分を減殺又は
相殺する。この変化分を減殺又は相殺すべく制御巻線B
3,A3に流れた電流icから被測定磁界Hxを検出する。
Rdはこの被測定磁界Hxの検出を電圧Rdicとして取り出す
ための抵抗である。
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。
本発明は二次側巻線による誘起起電力の変化分を制御巻
線に流した電流により可及的に減殺又は相殺するという
方法でこの電流値から被測定磁界を検出する方法を採っ
たので、被測定磁界の検出範囲が著しく拡大され、被検
出磁界と測定値との直線性が著しく良好なる検出が行な
え、加えて巻線の太さやコアの大きさ、回路容量等を任
意に選択することによりその検出範囲において磁界を有
する全ての測定対象に対応させ得る能力の磁界検出装置
が提供できた。又外界の温度等の外乱要因に影響されな
い安定な磁界検出を可能とする長所がある。加えて補助
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
的に高感度で高範囲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は第1図における被検出磁界HX=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適用範
囲を示す図、第2図Bは第2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>0である場合のセン
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、A1,B1……一次側巻線、A2,
B2……二次側巻線、a,b……センサーコア、A3,
B3……制御巻線、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、HX……被検出磁界、
M1……不連続磁化範囲、M2……飽和磁化範囲、M3
……回転磁化範囲、F……低雑音増幅器、I……比例積
分回路、J……増幅器、Rd……制御電流検出用抵抗、C
1,C2,C3……抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】開磁路を形成する二個のセンサーコアを用
    い、各センサーコアの一次側巻線に交流電源と直流電源
    とを直列又は並列に接続して交流電流と直流電流とを重
    畳して印加し、該交流電流により上記各センサーコアを
    励振し交番磁界を加えると共に、該直流電流により上記
    一方のセンサーコアに被検出磁界に対し同方向の直流偏
    位磁界を、同他方のセンサーコアに被検出磁界に対し逆
    方向の直流偏位磁界を夫々印加し、上記各センサーコア
    を磁化する上記直流電流による各偏位磁界の大きさを上
    記センサーコアの不連続磁化範囲より大きな非線形領域
    に入るように設定し、該非線形領域において上記被検出
    磁界を感知して上記両センサーコイルの二次側巻線に被
    検出磁界に応じた誘起起電力の変化分を信号として取り
    出し、該信号を上記一次側交流電流に同期して整流し被
    検出磁界の方向に対応した極性を持つ信号を取り出す同
    期整流器と、該同期整流器の信号から上記一次側交流電
    流の成分を取り除いた信号を取り出す周波数選択性減衰
    器を具備させ、更に上記両センサーコイルの夫々に制御
    巻線を施し、該制御巻線の制御系として上記周波数選択
    性減衰器の検出信号と上記両センサーコアの偏位磁界か
    らの変化分の目標値との差に基き制御電流指令信号を出
    力する比例積分回路を具備させ、該比例積分回路を介し
    て出力される制御電流を上記両制御巻線に流し、この制
    御電流によって上記両センサーコアを逆励磁して上記誘
    起起電力の変化分を減殺又は相殺し、この変化分を減殺
    又は相殺する上記制御電流から被測定磁界を検出する磁
    界検出装置。
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磁性体ハンドブックP.910朝倉書店1975年6月30日発行

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