JP4808410B2 - 磁界検出回路 - Google Patents
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かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波電流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。
而るに、この通電中のアモルファスワイヤに外部磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と外部磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。
而して、この変動現象が磁気インダクタンス効果と称され、この効果を奏するアモルファスワイヤ等が磁気インダクタンス効果素子と称されている。
而して、この変動現象が磁気インピーダンス効果と称され、この効果を奏するアモルファスワイヤ等が磁気インピーダンス効果素子と称されている。
図4−2の(イ)は磁気イスピーダンス効果素子に加えられる被検出磁界Hexを、(ロ)は磁気イスピーダンス効果素子に流される高周波励磁電流波(搬送波)Icを、(ハ)は磁気イスピーダンス効果素子出力としての変調波を、(ニ)は変調波の包絡線波形を、(ホ)は復調波をそれぞれ示している。図4−2の(ヘ)は増幅器の出力Vを示し、その波高値を増幅器の電源電圧+Vcc、−Vccに対し、+Vcc〜0、−Vcc〜0の納めるように調整してある。
そこで、図4−1の回路において、50’で示す負帰還用コイルで負帰還をかけて図5の(ロ)に示すように特性を直線化することが公知である。図5の(ロ)において、Δwは、負帰還無しのときの利得Aが非常に大きく帰還率βのみにより利得が定まる範囲である。
更に、図4−1の回路において、6’で示すようにバイアス用コイルでバイアス磁界をかけ、図5の(ハ)に示すように極性判別可能な直線特性にすることも公知である。すなわち、図5の(ロ)の特性を、図5の(ハ)に示すようにバイアス磁界により矢印方向に移動させ、被検出磁界の最大範囲−Hmax〜+Hmaxを一斜線領域Δw'の範囲内に納め、図5の(ニ)に示すように0点調整による原点を通る直線特性とすることも公知である。
従って、所定の間隔を隔てて磁界検出素子を配設し、両磁界検出素子の出力の差を出力する磁界センサを導体に沿い移動させると、欠陥箇所以外では出力が0となるが、欠陥箇所で傷情報出力が検出される。
この場合、磁界センサが可動とされ、出力計測器が通常固定とされるために、磁界センサの出力端に長尺ケーブルを介して計測器が接続される。
従来、2箇の磁気イスピーダンス効果素子を使用し、各磁気イスピーダンス効果素子の出力を検波して差動増幅器で差動増幅し、その差動増幅器に+Vcc(+2V)、−Vcc(−2V)の二電源型を使用することが知られている(特許文献3)。
(2)差動増幅回路の出力を第1磁気イスピーダンス効果素子及び第2磁気イスピーダンス効果素子に負帰還させる負帰還回路にバイアス電圧を印加して前記V0を打ち消す状態で負帰還をかけているから、v1=v2のときの差動増幅回路の出力電圧V0により負帰還回路に電流が流れるのを防止でき、その電圧V0を保持するための電源の浪費を排除できる。
図1−1は本発明に係る磁界検出回路の一実施例を示している。
図1−1において、1a及び1bは所定の間隔を隔てて配設された第1磁気イスピーダンス効果素子及び第2磁気イスピーダンス効果素子であり、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤの他、アモルファス合金リボン、アモルファス合金スパッタ膜が使用される。これらの磁気インピーダンス効果素子としては、遷移金属と非金属の合金で非金属が10〜30原子%組成のもの、特に遷移金属と非金属との合金で非金属量が10〜30原子%を占め、遷移金属がFeとCoで非金属がBとSiであるかまたは遷移金属がFeで非金属がBとSiである組成のものを使用することができ、例えば、組成Co70.5B15Si10Fe4.5、長さ2000μm〜6000μm、外径30μm〜50μmφのものを使用できる。
2は第1磁気イスピーダンス効果素子1a及び第2磁気イスピーダンス効果素子1bに高周波励磁電流を印加するための電源であり、これらの磁気イスピーダンス効果素子1a,1bに電源2によって等しい励磁電流が流されるようにブリッジ回路に組み立てられている。3a,3bは各磁気イスピーダンス効果素子1a,1bの出力端に接続された検波回路であり、図1−2に示すようにダイオード31の出力側にRC平滑回路32を接続し、更に直流カットコンデンサ33を接続したものを使用することができる。
差動増幅回路4が+Vcc電源と−Vcc電源を使用する二電源型の場合、前記V0はV0=kVccとなり、差動増幅回路4が+Vcc電源のみを使用する単一電源型の場合、V0=(0.5+k)Vccとなる。
7は差動増幅回路4の出力端に長尺の可撓性ケーブル8を介して接続された計測器である。
図6に示すような途中で磁界が変化する経路に沿って前記の移動式センサを移動させると、磁界変化箇所を通過する際、第1磁気イスピーダンス効果素子に作用する磁界Hex1と第2磁気イスピーダンス効果素子に作用する磁界Hex2とに差が生じ、差動増幅回路の出力Vは、±K|Hex1−Hex2|が前記の電圧V0でオフセットされた値、すなわち、±K|Hex1−Hex2|+V0で与えられる。
すなわち、Hex1>Hex2のときは、K(Hex1−Hex2)+V0で与えられ、Hex2>Hex1のときは、−K(Hex2−Hex1)+V0で与えられる。
而して、長尺ケーブル8に外部誘導ノイズが侵入しても、−K(Hex2−Hex1)+V0=Eが正で充分に大きな値とするようにV0やKを設定し、差動増幅回路4の出力を計測器7で前記電圧E以下をカットして計測すれば、電圧E以下の波高値のノイズをカットでき、それだけ検出精度を高くできる。
前記検波回路におけるピークホールド回路に代え、R−Cローパスフィルターを使用することもできる。これらのピークホールド回路やR−Cローパスフィルターのコンデンサを温度補償用コンデンサとして使用することにより、温度特性の変更が可能である。
これよりも低い周波数の搬送波の場合でも、前記した磁気インダクタンス効果により搬送波を外部磁界で振幅変調させることが可能であり、本発明は磁気インダクタンス効果素子を用いて実施することもできる。
また、消費電力の軽減のために正弦波、パルス波、三角波のバースト波を使用することも可能である。
また、図3に示すように磁気インピーダンス効果素子とループ磁気回路を構成する鉄芯に負帰還磁界用コイル及びバイアス磁界用コイルを巻き付けることもできる。
図3の(イ)は鉄芯付き磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す側面図、図3の(ロ)は同じく底面図、図3の(ハ)は図3の(ロ)におけるハ−ハ断面図である。
図3において、100は基板片であり、例えばセラミックス板を使用できる。101は基板片の片面に設けた電極であり、磁気インピーダンス効果素子接続用突部102を備えている。この電極は導電ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。1xは電極101,101の突部102,102間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、前記した通り零磁歪乃至負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。103はC型鉄芯、5xはC型鉄芯に巻装した負帰還用コイル、6xは同じくバイアス磁界用コイルであり、磁気インピーダンス効果素子1xとC型鉄芯103とでループ磁気回路を構成するように、C型鉄芯103の両端を基板片100の他面に接着剤等で固定してある。鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。
1b 第2磁気インピーダンス効果素子
2 励磁電流源
3a 第1検波回路
3b 第2検波回路
4 差動増幅回路
40 所定電圧オフセット手段
5 負帰還回路
5a 第1負帰還磁界用コイル
5b 第2負帰還磁界用コイル
50 バイアス電圧印加回路
6a 第1バイアス磁界用コイル
6b 第2バイアス磁界用コイル
7 計測器
8 ケーブル
Claims (5)
- 第1磁気インピーダンス効果素子及び第2磁気インピーダンス効果素子と、第1磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界を印加する第1バイアス磁界用コイル及び第2磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界を印加する第2バイアス磁界用コイルと、各磁気インピーダンス効果素子に励磁電流を供給する励磁電流源と、各磁気インピーダンス効果素子に加わる被検出磁界で各磁気インピーダンス効果素子の励磁電流が変調された波形の各磁気インピーダンス効果素子出力を検波する第1検波回路及び第2検波回路と、単一電源型または二電源型で各検波回路の出力v 1 、v 2 を差動増幅する差動増幅回路と、差動増幅回路の出力を第1磁気インピーダンス効果素子及び第2磁気インピーダンス効果素子に第1負帰還磁界用コイル及び第2負帰還磁界用コイルを介して負帰還させる負帰還回路とを備え、v 1 =v 2 に対する差動増幅回路の出力端電圧を(0.5+k) VccまたはkVcc(ただし、Vcc は電源電圧、0<k≦1)とする電圧印加手段を差動増幅回路に付設し、負帰還回路に前記出力端電圧(0.5+k) VccまたはkVccを打ち消すバイアス電圧印加回路を付設し、被検出磁界計測器を前記差動増幅回路の出力端に接続したことを特徴とする磁界検出回路。
- 差動増幅回路の出力端にケーブルを介して被検出磁界計測器を接続したことを特徴とする請求項1記載の磁界検出回路。
- 第1磁気インピーダンス効果素子と第2磁気インピーダンス効果素子とを所定の距離だけずらせ、かつ両磁気インピーダンス効果素子の軸心方向を一致させて配設したことを特徴とする請求項1または2記載の磁界検出回路。
- 第1磁気インピーダンス効果素子と第2磁気インピーダンス効果素子とを所定の間隔を隔てて並行に配設したことを特徴とする請求項1または2記載の磁界検出回路。
- 各磁気インピーダンス効果素子が各基板片の片面に取付けられ、各基板片の他面に前記磁気インピーダンス効果素子とで磁気回路を形成する鉄芯が取付けられ、各鉄芯に各磁気インピーダンス効果素子に対するバイアス磁界用コイル及び負帰還磁界用コイルとが巻装されていることを特徴とする請求項1〜4何れか記載の磁界検出回路。
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