JP4644357B2 - 磁気検出アンテナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は微小磁界を検出する磁気検出アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子基板に形成された線路パターンに流れる電流の解析等に、前記電流により発生する磁界を検出する方法があり、この方法には、磁界に応じた検出信号を出力する磁気検出アンテナが用いられる。磁気検出アンテナには、図8に示すように空芯のボビン900にコイル901を巻装したものや、さらにボビン900内に透磁性材料のコアを挿入して高感度化を図ったものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、比較的、周波数の低い、例えば中波(MF)帯域(300kHz〜3MHz)では、検出感度が不足し、コイル径を大きくして、ある程度の磁束を確保せざるを得ない。この結果、微小領域での磁界の検出が困難で、磁界の分布を高い分解能で測定することができない。
【0004】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、高精度に磁界を検出することのできる磁気検出アンテナを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明では、透磁性材料を略リング状に成形してなり、内部に閉磁路を形成するコア部材と、
該コア部材の一部に導線を巻回してなり、閉回路を形成する検出用のコイルと、
前記コア部材の他の一部に導線を巻回してなる出力用のコイルとを有し、
前記コア部材を細長の略リング形状とし、その長手方向の半部を、対向する略直線状の2側面が近接し、これら略直線状部をつなぐコ字状の一端部を有する細長形状として、該一端部に前記検出用のコイルを設けるとともに、前記コア部材の長手方向の他の半部を、緩やかな弧を描いて拡がる形状として、該弧状部の一部に前記出力用のコイルを設け、
前記検出用のコイルをコア部材との間に隙間があく大きさに形成し、
該隙間を、外部磁界を受ける検出領域として該検出領域を外部磁界が貫通すると前記出力用のコイルの線端から外部磁界の検出信号が出力される構成とする。
【0006】
検出用のコイルと出力用のコイルとがコア部材により磁気的に結合しているので、検出領域を外部磁界が貫通して検出用コイルに誘導起電力が発生すると、検出出力を出力用のコイルから取り出すことができる。ここで、検出感度は検出用のコイルと出力用のコイルの巻き数比で規定される。したがって、電子基板等の被検出部位に近づける検出用のコイルの径の大径化による感度の確保という方法をとる必要がなく、検出領域を小さくすることで、高い分解能を得ることができる。
電子部品が密集する狭隘な場所でも磁気検出アンテナの前記一端部側をさしいれることで、容易に磁界の検出が可能である。
【0007】
請求項2記載の発明では、請求項1の発明の構成において、前記検出領域には、透磁性材料のコア片を設ける。
【0008】
検出領域の透磁率を高めることで、検出用のコイルの誘導起電力に寄与する磁束が大きくなり、検出感度が向上する。
【0009】
請求項3記載の発明では、請求項1または2の発明の構成において、前記検出用のコイルと直列に抵抗器を接続する。
【0010】
抵抗器の抵抗値の選択で、出力用のコイルの検出出力を受ける装置とのインピーダンスの整合を容易にとることができる。
【0011】
請求項4記載の発明では、請求項1ないし3の発明の構成において、前記コア部材の長手方向の他の半部は、前記半部の略直線状の2側面に続く対向側面が緩やかに拡がって、前記弧状部を形成する。
【0013】
請求項5記載の発明では、請求項1ないし4の発明の構成において、前記検出用のコイルおよび前記出力用のコイルが巻装された前記コア部材を、導電性材料または透磁性材料により構成されたシールド部材により覆い、
かつ、該シールド部材を、前記検出用のコイルのうち前記検出領域を囲む部分がシールド部材の外部に突出する構成とする。
【0014】
シールド部材によりその内側が電磁的にシールドされるので、誤検出およびノイズを低減することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1(A)、図1(B)に本発明の第1実施形態になる磁気検出アンテナを示す。磁気検出アンテナは、2種類のコア1,2と、2種類のコイル3,4からなる。
【0016】
コア部材である第1の種類のコア1は、透磁性材料を細長の略リング状に成形したもので、内部に閉磁路が形成される。コア1の形状は各部の曲率に不連続部がないように構成され、漏れ磁束を抑制している。また、コア1の長手方向の半分強の部分は対向側面が近接する略直線状となっており、この略直線状部が集合するコア1の長手方向の一端部11はコ字状に屈曲している。屈曲部にはRが施されている。コアの長手方向の残りの半分弱の部分は対向側面が拡がって緩やかに弧を描いている(以下、このコアをメインコアという)。メインコア1用の透磁性材料には高透磁率で周波数損失の少ないものが望ましく、フェライトや鉄等が用いられる。また成形性の点からはアモルファス系の磁性材料がよい。また、構造は、透磁性材料を前記形状を有するシート状に成形して複数のシートが積層する構造とすることで、渦電流損を小さくするのもよい。
【0017】
コア片である第2の種類のコア2は、透磁性材料をメインコア1と略同程度の太さの円柱状に成形したもので、その長さは対向側面が近接するメインコア1の一端部11における対向側面の間隔程度としてある(以下、このコアをセンスコアという)。センスコア2用の透磁性材料にもフェライト等の高透磁率で高周波損失の少ないものが望ましい。センスコア2は、メインコア1の前記コ字状一端部11に沿ってメインコア1の外側側面に接着剤等により取り付けられる。
【0018】
検出用のコイルである第1の種類のコイル3は、メインコア1のコ字状一端部11およびセンスコア2をひとまとめにして導線が巻き回してなり、メインコア1とは鎖交している(以下、このコイルをセンスコイルという)。センスコイル3はその図示しない線端がハンダ付け等で互いに接続され、閉回路となっている。
【0019】
出力用のコイルである第2の種類のコイル4は、メインコア1の長手方向の他端部12に導線が巻き回してなり、その線端401,402から検出信号Vo が取り出されるようになっている(以下、このコイルを出力コイルという)。
【0020】
本磁気検出アンテナはセンスコア2およびセンスコイル3が設けられた側を測定対象の電子基板に近づけて用いる。電子基板に形成された線路パターンを流れる電流により振動する磁界が生じている状態で、円柱状のセンスコア2をその軸方向に貫通する磁界があると、センスコア2内部の磁束の大きさに応じてセンスコイル3に誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。この誘導電流によりセンスコイル3で画成された内側の領域を誘導磁界が貫通するから、センスコイル3と鎖交するメインコア1内部の閉じた磁路に磁束が現れる。
【0021】
そして、この磁束により出力コイル4に誘導起電力が発生し、これより電子基板等の表面近傍で発生する磁界が検出できる。
【0022】
磁気検出アンテナの出力信号はセンスコイル3とは別体の出力コイル4の線端41から取り出す構成となっており、また、センスコイル3と出力コイル4の巻き数比を変えることで磁界の検出感度を選択できるので、被検出磁界が貫通するコイルの大径化による高感度化を採用することなく、良好な感度が得られる。したがって、被検出磁界が貫通するセンスコア2の断面積を小さくすることで、分解能が向上する。
【0023】
また、メインコア1を細長形状とし、特にセンスコア2およびセンスコイル3を設けた一端部11側を細身としているので、センスコア2およびセンスコイル3を狭隘な場所にさしいれることができ、電子部品の実装密度が高くなっている近年の電子基板に対応した磁界検出用のすぐれたプローブとなる。
【0024】
図2は本磁気検出アンテナにより単線の近傍磁界を測定した結果で、単線に300kHz程度の信号を流した状態で、単線から高さ1mmの位置で単線と直交する方向に磁気検出アンテナを動かし、この移動方向の近傍磁界成分の検出結果を示している。単線周りの磁界は大きさが単線との距離に反比例し、単線との対向方向に直交するから、前記移動方向近傍磁界成分はアンテナから離れると低下する。本磁気検出アンテナによれば、磁気検出アンテナの位置が2mm程度違うと10dB以上も変化しており、分解能がきわめて高いものとなっている。これは、センスコイル3の検出領域の大きさすなわちセンスコア2の断面の大きさを十分に小さくし得ることによる効果と認められる。
【0025】
また、出力コイル4は平衡/不平衡の変換を実現するバランの機能を果たし、図3のように、出力コイル4の線端401,402に同軸線5を接続して、出力コイル4からの平衡出力を不平衡線路で受けた時に、出力コイル4に同相で流れるコモンモード電流Iを打ち消すことができる。
【0026】
(第2実施形態)
図4(A)、図4(B)に本発明の第2の実施形態になる磁気検出アンテナを示す。図中、第1実施形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付し、第1実施形態との相違点を中心に説明する。センスコイル3の両線端301,302を抵抗器6により接続してあり、センスコイル3と抵抗器6が閉回路を形成している。
【0027】
かかる抵抗器6を設けることで、本磁気検出アンテナの出力信号を受ける装置とのインピーダンスの整合をとりやすくすることができる。なお、センスコイル3と出力コイル4の巻き数比の調整で、さらにインピーダンスの整合は良好なものにすることができる。
【0028】
(第3実施形態)
図5、図6に本発明の第3の実施形態になる磁気検出アンテナを示す。図中、第1実施形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付し、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
【0029】
メインコア1はその略全体を覆うシールド部材である扁平なスポイト状のシールドケース7に格納されている。シールドケース7は、これを半割りした実質的に同じ形状のケース部材7a,7bで構成されており、それぞれ、メインコア1の一端部11に取り付けられたセンスコア2が露出する切り欠き701a,701b、および出力コイル4の線端を引き出すための切り欠き702a,702bが形成されている。ケース部材7a,7bは高透磁率の材料の層71と導電性材料の層72との積層構造となっており、シールドケース7内が磁気的および電気的にシールドされている。高透磁率の材料として例えばフェライト等が、導電性材料としては銅等が用いられ得る。
【0030】
シールドケース7のシールド効果で耐ノイズのよい磁気検出アンテナとすることができる。
【0031】
なお、シールドケース7は必ずしも2層構造である必要はなく、高透磁性と導電性の両方を備えた鉄(ケイ素鋼板)等で構成してもよい。
【0032】
(第4実施形態)
図7に本発明の第4の実施形態になる磁気検出アンテナを示す。図中、第1〜第3実施形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付し、第1〜第3実施形態との相違点を中心に説明する。
【0033】
本磁気検出アンテナは、第3実施形態の構成において、出力コイル4の出力を受ける同軸線5Aが、前記シールドケース7と同様の二重シールド構造を備えたものである。同軸線5Aは、中心側より内部導体51、絶縁体52、外部導体53、磁気シールド体54が同軸に形成されており、内部導体51および外部導体53は出力コイル4の線端401,402と1対1に対応して導通している。外部導体53はまた、シールドケース7の導電性材料の層72と導通せしめてある。
【0034】
これにより、さらに耐ノイズのよい磁気検出アンテナとすることができる。
【0035】
なお、同軸線5Aは必ずしも外部導体53および磁気シールド体54が別体である必要はなく、高透磁性と導電性の両方を備えた鉄(ケイ素鋼板)等で構成してもよい。
【0036】
なお、前記各実施形態は、センスコア2を設けて磁束密度を高めているが、要求される検出性能によっては、これを省略してセンスコイル3とメインコア1の間の隙間を空芯の検出領域とすることもできる。
【0037】
また、センスコア2は円柱状ではなく、直方形状、湾曲形状等であってもかまわない。
【0038】
また、平面視の前記各図例では、検出可能な磁界の方向であるセンスコア2の軸方向が紙面に対して水平で横方向となるように構成されているが、メインコア1の長手方向の途中にひねり部や屈曲部を設けることで、検出可能な磁界の方向を使い勝手のよい方向に向けることができる。
【0039】
また、メインコア1とセンスコア2とは接しているが、ケース部材7a,7bの切り欠き701a,701b側を伸ばしてメインコア1の一端部11が切り欠き701a,701bに達しない長さとし、メインコア1とケース7の外側に位置するセンスコア2間を離してもよい。
【0040】
また、メインコアの形状は図例のスポイト状のものに限られず、緩やかな湾曲形状部を設けずに、単純な、全体的に細長の形状とすることもできる。また、逆に狭隘な場所にさしいれる必要がなければ、全体に丸みを帯びた形状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の第1実施形態になる磁気検出アンテナの平面図であり、(B)は前記磁気検出アンテナの先端部の拡大斜視図である。
【図2】前記磁気検出アンテナの作動を説明するグラフである。
【図3】前記磁気検出アンテナの変形例の平面図である。
【図4】(A)は本発明の第2実施形態になる磁気検出アンテナの平面図であり、(B)は前記磁気検出アンテナの先端部の拡大斜視図である。
【図5】本発明の第3実施形態になる磁気検出アンテナの平面図である。
【図6】前記磁気検出アンテナの分解斜視図である。
【図7】本発明の第4実施形態になる磁気検出アンテナの平面図である。
【図8】従来の磁気検出アンテナの代表例の正面図である。
【符号の説明】
1 メインコア(コア部材)
2 センスコア(コア片)
3 センスコイル(検出用のコイル)
301,302 線端
4 出力コイル(出力用のコイル)
401,402 線端
5,5A 同軸線
6 抵抗器
7 シールドケース(シールド部材)
Claims (5)
- 透磁性材料を略リング状に成形してなり、内部に閉磁路を形成するコア部材と、
該コア部材の一部に導線を巻回してなり、閉回路を形成する検出用のコイルと、
前記コア部材の他の一部に導線を巻回してなる出力用のコイルとを有し、
前記コア部材を細長の略リング形状とし、その長手方向の半部を、対向する略直線状の2側面が近接し、これら略直線状部をつなぐコ字状の一端部を有する細長形状として、該一端部に前記検出用のコイルを設けるとともに、前記コア部材の長手方向の他の半部を緩やかな弧を描いて拡がる形状として、該弧状部の一部に前記出力用のコイルを設け、
前記検出用のコイルをコア部材との間に隙間があく大きさに形成し、
該隙間を、外部磁界を受ける検出領域として該検出領域を外部磁界が貫通すると前記出力用のコイルの線端から外部磁界の検出信号が出力されることを特徴とする磁気検出アンテナ。 - 請求項1記載の磁気検出アンテナにおいて、前記検出領域には、透磁性材料のコア片を設けた磁気検出アンテナ。
- 請求項1または2いずれか記載の磁気検出アンテナにおいて、前記検出用のコイルと直列に抵抗器を接続した磁気検出アンテナ。
- 請求項1ないし3いずれか記載の磁気検出アンテナにおいて、前記コア部材の長手方向の他の半部は、前記半部の略直線状の2側面に続く対向側面が緩やかに拡がって、前記弧状部を形成する磁気検出アンテナ。
- 請求項1ないし4いずれか記載の磁気検出アンテナにおいて、前記検出用のコイルおよび前記出力用のコイルが巻装された前記コア部材を、導電性材料または透磁性材料により構成されたシールド部材により覆い、
かつ、該シールド部材を、前記検出用のコイルのうち前記検出領域を囲む部分がシールド部材の外部に突出する構成とした磁気検出アンテナ。
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JPS62261979A (ja) * | 1986-05-09 | 1987-11-14 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波磁場検出器 |
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JP2000258468A (ja) * | 1999-03-05 | 2000-09-22 | Sony Corp | 高周波電流検出装置 |
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2000
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