JPS631253Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は磁気材料の交流信号に対する磁気特
性を測定する磁気特性測定装置に関する。

周知のように磁性材料の交流信号に対する磁気
特性、即ち、Ｂ−Ｈ特性あるいはＭ−Ｈ特性を測
定する装置が種々開発されている。第１図は従来
のＢ−Ｈ特性測定装置の構成を示すもので、１１
は正弦波発振器、１２は増幅器、１３は電流電圧
変換抵抗、１４は被測定試料の磁心入りコイル、
１５，１６は電圧増幅器、１７は積分器、１８，
１９，２０は出力端子であり、例えばオシロスコ
ープ等の表示器のＸ，Ｙ軸および接地入力端にそ
れぞれ接続される。

今、前記試料コイル１４の１次（励磁）巻線
L₁、２次（検出）巻線L₂の巻数をそれぞれN₁，
N₂、磁心の平均磁路長をｌ（cm）とし、励磁コイ
ル₁に周波数ｆ（Hz）、尖頭値im(A)なる励磁電流i₁ i₁＝im sin2πft ……(1) を供給すると、磁化力Ｈ（Oe）は Ｈ＝4π／10・N₁／ｌ・im sin（2πft） ……(2) である。

一方、この磁化力による磁心内の磁束密度をＢ
（gauss）、磁心の断面積をＳ（cm²）とすると、検
出コイルN₂と鎖交する磁束φ（maxwell）は、磁
束密度Ｂの尖頭値をBmとすると、 φ＝Ｓ・Ｂ ＝Ｓ・Bm sin（2πft） ……(3) であるから、検出コイルN₂に誘起される電圧
e₂（Ｖ）は e₂＝−N₂（dφ／dt）×10^-8 ＝−2πfN₂SBmCOS（2πft）×10^-8……(4) これを時定数τ＝CRとして積分すると、その
積分結果e₀（Ｖ）は、 e₀＝１／CR∫^t _Oe₂（ｔ）dt ＝−N₂S／CRBm sin（2πft）×10^-8 ＝e_n sin（2πft） ……(5) である。従つて、 Bm＝−CR／N₂Oe_n×10⁸（gauss） ……(6) となる。即ち、第１図に示す装置では、励磁コ
イルL₁に励磁電流i₁を供給して磁化力Ｈを発生さ
せ、検出コイルL₂には磁化力Ｈによる磁心内の
磁束密度Ｂの時間変化（dB／dt）に比例した起
電力e₂を誘起させてこれを積分回路１７に加える
ことによつて磁束密度Ｂに比例した電圧e₀を得る
ものである。したがつて、例えば抵抗１３によつ
て励磁電流i₁に比例した電圧e₁を得る。これをオ
シロスコープのＸ端子に、また、e₀をＹ端子に供
給すると画面上にＢ−Ｈ曲線が描かれる。

しかし、上記構成の装置では試料に励磁コイル
L₁および検出コイルL₂の両コイルを設けねばな
らない。したがつて、励磁コイルのみが施されて
完成された例えば磁気ヘツド等の測定は不可能で
ある。また、このような磁気ヘツドでは還状試料
で測定された特性と、完成されたものとは加工に
伴なう磁気特性の劣化等を生ずるものである。こ
のため、任意形状の磁心による測定を行ない得る
ことが必要である。

そこで、励磁コイルのみで、且つ任意形状の磁
心の測定を行ない得る装置が考えられている。こ
の装置は以下に説明する原理に基づいている。

今、任意形状の磁心に巻回された励磁コイルの
両端電圧ｅ（ｔ）は、印加電流をｉ（ｔ）、コイル
の抵抗をｒ、巻数をＮとすると、 ｅ（ｔ）＝ｉ（ｔ）・ｒ＋Ｎ・dφ／dt×10^-8……(7) となる。ここで、磁心の断面積をＳ（cm²）とす
ると、φ＝Ｂ・Ｓであり、また、磁束密度Ｂはコ
イルの磁化力をＨ、磁心の磁化をＭ、真空の比透
磁率をμ₀とすると、 Ｂ＝μ₀H＋4πM ……(8) であるから、前記(7)式は ｅ（ｔ）＝ｉ（ｔ）ｒ＋NSdB／dt×10^-8 ……(9) ＝ｉ（ｔ）ｒ＋μ₀NSdH／dt×10^-8 ＋4πNSdM／dt×10^-8 ……(10) である。したがつて、(9)式よりe_r＝ｉ（ｔ）ｒ
を、あるいは(10)式より e_r＋e_h＝ｉ（ｔ）ｒ＋μ₀NS dH／dt×10^-8 に相当する電圧をそれぞれ前記ｅ（ｔ）に逆極
性で加えると、前者の場合、磁束密度Ｂの時間変
化（dB／dt）に、後者の場合、さらに磁化Ｍの
時間変化（dM／dt）に比例した電圧が得られ、
これを積分することによつて、Ｂ−Ｈ曲線あるい
はＭ−Ｈ曲線を得ることができる。

第２図、第３図はこの原理を用いたＢ−Ｈ曲線
測定装置である。

第２図に示す構成において、先ず、スイツチ２
１を直流電源２２側とし、直流電流を増幅器２
３、電流電圧変換抵抗２４を介して被測定試料２
５に供給する。また、前記抵抗２４の両端電圧は
電圧増幅器２６、可変抵抗２７を介して前記抵抗
２４の一端部出力電圧とともに差動増幅器２８に
供給する。そして、可変抵抗２７を調整して差動
増幅器２８の出力電圧を零とする。この状態にお
いて、スイツチ２１を切換え、正弦波発振器２９
より交流電流を供給する。すると、差動増幅器２
８の出力電圧はインダクタンス分、即ち、前記(9)
式の右辺第２項のdB／dtに比例した電圧として
得られる。これを積分器３０によつて磁心の磁束
密度Ｂに比例した電圧に変換して出力端子３１よ
り例えばオシロスコープのＹ軸に入力し、また、
印加電流に比例した電圧を電圧増幅器２６の出力
から得て出力端子３２を介してオシロスコープの
Ｘ軸に供給すると画面上にＢ−Ｈ曲線が描かれ
る。尚、３３は接地出力端子である。

しかし、この装置では被測定試料の形状が任意
で、且つ検出コイルが不要ではあるものの、Ｂ−
Ｈ曲線しか測定できないものである。

そこで、これをさらに改良し、Ｂ−Ｈ曲線およ
びＭ−Ｈ曲線を測定可能とした装置が第３図に示
すものである。尚、第２図と同一部分には同一符
号を付す。

第３図に示す装置は被測定試料３４に励磁電流
を供給するための増幅器３５、電流電圧変換抵抗
３６とからなる被測定回路と、前記(10)式の右辺第
１項、第２項の電圧分を発生するための可変抵抗
３７、位相器３８、電流電圧変換抵抗３９およ
び、これに前記被測定回路と、同一電流値を供給
するための出力増幅器４０とからなる打消し電圧
発生回路より構成されることが特徴である。この
装置によりＢ−Ｈ曲線を測定するには、前記同
様、先ず、スイツチ２１を直流電源２２側、スイ
ツチ４１を試料３４側とし、直流電流をそれぞれ
の回路に供給する。そして、試料３４の内部抵抗
による電圧に等しい電圧を可変抵抗３７で発生さ
せ、これと被測定回路の電圧をそれぞれ差動増幅
器２８に供給して、この差動増幅器２８の出力電
圧が零となるよう可変抵抗３７を調整する。この
状態において、スイツチ２１を切換え、正弦波発
振器２９より交流電流を供給すると、試料３４の
磁心内の磁束密度Ｂの時間変化に比例した電圧が
差動増幅器２８の出力として得られる。これを積
分器３０を介して、電圧増幅器２６の出力電圧と
ともにオシロスコープのＹ軸、Ｘ軸に供給すると
Ｂ−Ｈ曲線が画面上に描かれる。

一方、Ｍ−Ｈ曲線を測定する場合は、被測定試
料３４と同一形状、同一巻数の空心コイル４２を
設け、これらをスイツチ４１で切換え得る構成と
する。そして、先ず、スイツチ４１を空心コイル
４２側として正弦波発振器２９より交流励磁電流
を供給し、空心コイル４２の端子電圧と振幅およ
び位相角が等しい電圧を可変抵抗３７、位相器３
８で発生させて差動増幅器２８の出力電圧を零と
する。この状態において、スイツチ４１を試料３
４側とすると、試料３４の磁心の磁化Ｍのみの時
間変化（dM／dt）に比例した電圧が変動増幅器
２８の出力として得られる。これを積分器３０を
介して電圧増幅器２６の出力電圧とともにオシロ
スコープのＹ軸、Ｘ軸に供給するとＭ−Ｈ曲線が
画面上に描かれる。

しかし、この装置では励磁回路に被測定回路と
打消し電圧発生回路の２回路が必要であり、しか
も、それぞれ別々の増幅器３５，４０を有する両
者に同一電流値を加え、正確に試料３４の内部抵
抗による電圧降下、および空心コイル４２のみの
インダクタンスによる電圧降下を打消し電圧発生
回路で発生させ、差動増幅器２８の出力電圧を零
とする調整は極めて雑しいものである。しかも、
出力増幅器が定電流でなく、試料のインピーダン
スの影響および同一電流波形を流していないため
に誤差が非常に多いものである。

以上のように、従来の磁気特性測定装置は何れ
も満足し得るものではなかつた。

この考案は上記事情に基づいてなされたもの
で、従来に比べて構成が簡単で、単一巻線が施さ
れた任意形状の被測定試料のＢ−Ｈ曲線およびＭ
−Ｈ曲線を高精度、高安定度に測定し得る磁気特
性測定装置を提供しようとするものである。

以下、この考案の一実施例について説明する。

第４図において５１は正弦波発振器である。こ
の発振器５１の一端は定電流増幅器５２の入力端
に接続されている。この定電流増幅器５２の出力
端は被測定試料５３が接続される端子５４，５５
のうち、端子５４に接続されている。前記端子５
５は予め測定された試料の直流抵抗に等しい参照
用の抵抗５６あるいは試料に等しい形状と巻数を
有する参照用の空心コイル５７が接続される端子
５８，５９のうち端子５８に接続されている。前
記端子５９は抵抗６０を介して前記正弦波発振器
５１の接地された他端および前記定電流増幅器５
２に接続されている。この抵抗６０は前記定電流
増幅器５２の電流検出用抵抗および電流電圧変換
用抵抗である。また前記端子５４，５５には被測
定試料５３の端子間電圧を取り出す差動増幅器６
１の入力端が接続され、前記端子５８，５９には
参照用抵抗５６あるいは空心コイル５７の端子間
電圧を取り出す差動増幅器６２の入力端が接続さ
れている。これら差動増幅器６１，６２の出力端
はこれらの電圧差を取り出す差動増幅器６３の入
力端に接続されている。この差動増幅器６３は被
測定試料５３における磁心の磁束密度Ｂまたは磁
化Ｍの時間ｔにおける微分（dB／dt）あるいは
（dM／dt）を得るもので、この出力端は出力端子
６４に接続されるとともに積分器６５に接続され
ている。この積分器６５は前記微分出力を積分し
て磁束密度Ｂまたは磁化Ｍに比例した電圧を出力
するもので、この出力端は出力端子６６に接続さ
れている。また、前記端子５９には電圧増幅器６
７の入力端が接続されている。この電圧増幅器６
７は前記抵抗６０に流れる電流を検出して、磁化
力Ｈに比例した電圧を出力するもので、この出力
端は出力端子６８に接続されている。さらに、前
記正弦波発振器５１の他端部、差動増幅器６１，
６２，６３，積分器６５、電圧増幅器６７の接地
端は一括して出力端子６９に接続されている。
尚、被測定試料５３としては励磁巻線のみが施さ
れていれば如何なる形状の磁心でもよく、例えば
磁気ヘツド、トランス、モータ等の磁心の測定が
可能である。

上記構成において動作を説明する。尚、動作原
理は前述した数式と同一である。先ず、Ｂ−Ｈ曲
線を測定する場合には、端子５４，５５に被測定
試料５３を接続し、端子５８，５９に試料５３の
巻線抵抗に等しい抵抗５６を接続する。また、出
力端子６４または６６に表示器、例えばオシロス
コープのＹ軸端子の接続し、出力端子６８にオシ
ロスコープのＸ軸端子を接続するとともに、出力
端子６９を接地端子に接続する。この状態におい
て出力端子６８の出力波形を目視しながら、正弦
波発振器５１を調整して所望の電流振幅と周波数
を有する励磁電流を発生させる。すると、所定の
増幅度に設定された差動増幅器６３より出力端子
６４に（dB／dt）に比例した電圧が得られ、積
分器６５からは磁束密度Ｂが得られる。また、電
圧増幅器６７からは出力端子６８に磁化力Ｈに比
例した電圧が出力される。したがつて、オシロス
コープの画面上にＢ−Ｈ曲線が描かれる。

また、Ｍ−Ｈ曲線の場合は前記参照抵抗５６に
代えて被測定試料５３と同一形状、同一巻数の空
心コイル５７を端子５８，５９に接続する。この
状態において、正弦波発振器５１より所望の電流
振幅および周波数を有する励磁電流を供給する
と、出力端子６４にdM／dt、出力端子６６に磁
化Ｍが得られる。また、出力端子６８には磁化力
Ｈに比例した電圧が出力される。したがつて、オ
シロスコープの画面上にＭ−Ｈ曲線が描かれる。

上記構成によれば従来に比べて簡単な構成でＢ
−Ｈ曲線あるいはＭ−Ｈ曲線を測定することが可
能である。しかも、被測定試料５３、参照用の抵
抗５６あるいは空心コイル５７および抵抗６０を
直列接続し、この直列回路に定電流増幅器５２よ
り試料のインピーダンスの影響のない所望の励磁
電流を供給している。したがつて、試料５３およ
び参照用の抵抗５６等に同一波形の励磁電流が流
れるため、従来に比べて測定精度および安定性を
格段に向上することが可能である。

尚、この考案は上記実施例に示した方法以外に
種々の測定方法が考えられる。例えば端子５４，
５５，５８，５９に同一形状、同一巻線の空心コ
イルをそれぞれ接続し、差動増幅器６１の出力電
圧が零となるように両者のインピーダンス等を完
全に等くなるよう調整した後、一方のコイルに磁
性薄膜等任意の形状の磁心を挿入すれば、その磁
心のＭ−Ｈ曲線を測定することが可能である。ま
た、全く同一の特性を有する空隙が設けられた磁
心に同一コイルが施された磁気ヘツド状のものを
端子５４，５５，５８，５９にそれぞれ接続し、
差動増幅器６１の出力電圧が零となるよう調整し
た後、一方に、磁性薄片あるいは比較的高い保磁
力を有する磁性材料を密着させると、その際のイ
ンピーダンスの変化に応じてその磁気特性を測定
できる。これを利用すれば磁気探傷器や厚み計等
を提供することが可能である。

以上、詳述したようにこの考案によれば、従来
に比べて構成が簡単で、単一巻線が施された任意
形状の被測定試料のＢ−Ｈ曲線およびＭ−Ｈ曲線
を高精度、高安定に測定し得る磁気特性測定装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ異なる従来の磁気
特性測定装置を示す構成図、第４図はこの考案に
係る磁気特性測定装置の一実施例を示す構成図で
ある。 ５１……正弦波発振器、５２……定電流増幅
器、５３……被測定試料、５６，５７……参照抵
抗、参照コイル、６０……電流検出抵抗、６１，
６２，６３……差動増幅器、６５……積分器、６
７……電圧増幅器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 任意の周波数を発生可能な正弦波発振器と、こ
   の正弦波発振器の一端に接続され発振出力を増幅
   し定電流化する定電流増幅器と、この定電流増幅
   器の出力電流が供給される被測定試料接続端子
   と、この被測定試料接続端子に直列接続され、磁
   性体およびこの磁性体に巻回されたコイルとから
   なる被測定試料に対応する抵抗あるいはコイルが
   接続される参照用接続端子と、この参照用接続端
   子と前記正弦波発振器の他端間に直列に接続され
   る電流検出抵抗と、前記被測定試料接続端子およ
   び参照用接続端子の両端電圧をそれぞれ検出する
   第１、第２の電圧検出手段と、これら第１、第２
   の電圧検出手段によつて検出された電圧の差成分
   を検出する差電圧検出手段と、この差電圧検出手
   段の出力電圧が供給される積分手段と、前記電流
   検出抵抗の両端電圧を検出する第３の電圧検出手
   段とを具備したことを特徴とする磁気特性測定装
   置。