JP5721677B2

JP5721677B2 - 磁束計

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Publication number: JP5721677B2
Application number: JP2012206921A
Authority: JP
Inventors: 成弘岩田; 奈津子井家
Original assignee: Denshijiki Industry Co Ltd
Current assignee: Denshijiki Industry Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP2014062764A

Description

本発明は、磁束の大きさや変化を計測する磁束計に関する。

磁束の大きさや変化を計測する磁束計として、磁束が通る磁路内にサーチコイルを配置し、磁束の変化に応じてサーチコイルに誘起される誘起電圧を測定し、その誘起電圧を時間積分することによって磁束を計測する磁束計が公知である（例えば特許文献１又は２を参照）。ここでサーチコイルに誘起される誘起電圧を時間積分する回路の一例として、ＣＲ積分回路が一般的に広く知られている。またサーチコイルに誘起される誘起電圧を時間積分する回路の他の一例として、電圧を周波数変換するＶＦ変換器とカウンタとを組み合わせた積分回路（以下、「ＶＦ積分回路」という。）が広く知られている。

特開２００１−１１６８１３号公報特開２００２−３０３６５９号公報

ＣＲ積分回路を用いた磁束計においては、コイルの抵抗によって生じる雑音電圧がコイルに誘起される電圧とともに積分されてしまうためドリフトが生ずる。またコイルの抵抗は温度によって変化する。そのためＣＲ積分回路を用いた磁束計は、磁束の計測精度に温度依存性が生じてしまうことになる。またＶＦ積分回路を用いた磁束計においては、一定の閾値未満の電圧をカットする不感帯を設けて雑音電圧等のノイズ成分を除去するため、磁束が小さくなるに従って、また磁束が変化する速度が低下するに従って、計測誤差が増加してしまうことになる。つまりＶＦ積分回路を用いた磁束計は、磁束の計測精度に速度依存性が生じてしまうことになる。このようなことから従来のＣＲ積分回路を用いた磁束計、ＶＦ積分回路を用いた磁束計は、いずれも特に微少な磁束を高精度に計測することが難しいという課題がある。

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、特に微少な磁束を高精度に計測することが可能な磁束計を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、第１サーチコイルが接続される第１サーチコイル接続端子と、前記第１サーチコイルに誘起される電圧を増幅する第１増幅回路と、前記第１増幅回路の出力電圧をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換回路と、前記第１Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号を解析して演算処理する演算処理装置と、前記演算処理装置の演算処理結果を表示する表示器と、を備え、前記演算処理装置は、前記第１Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号に含まれる前記第１サーチコイルの雑音電圧成分を除去する手段と、前記第１サーチコイルの雑音電圧成分を除去したデジタル信号を時間積分して前記第１サーチコイルが検出する磁束を演算する手段と、を含む、ことを特徴とする磁束計である。

第１サーチコイルに誘起される電圧は、増幅された後、デジタル信号に変換される。それによって第１サーチコイルに誘起される電圧を演算処理装置によって演算処理することが可能になる。そしてデジタル信号に変換された第１サーチコイルの誘起電圧は、演算処理装置において解析され、第１サーチコイルの雑音電圧成分が除去された後、時間積分される。それによって第１サーチコイルが検出する磁束を高精度に計測することができるので、特に微少な磁束を高精度に計測することが可能になる。

これにより本発明の第１の態様によれば、特に微少な磁束を高精度に計測することが可能な磁束計を提供することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記演算処理装置は、前記第１サーチコイルに電圧が誘起されていない状態で前記第１サーチコイルの雑音電圧を計測し、その計測した雑音電圧に基づいて電圧閾値を設定する手段と、前記第１サーチコイルで磁束を計測するときに、前記電圧閾値に基づいて、前記第１Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号に含まれる前記第１サーチコイルの雑音電圧成分を除去する手段と、を含む、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、第１サーチコイルの雑音電圧成分を高精度に除去することができるので、第１サーチコイルが検出する磁束を高精度に計測することができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記第１増幅回路は、前記第１サーチコイルに誘起される電圧を増幅する増幅率が異なる複数の増幅器を含み、前記第１Ａ／Ｄ変換回路は、前記複数の増幅器の出力信号をそれぞれデジタル信号に変換する回路を含む、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、第１サーチコイルが検出する磁束の大きさや変化幅等に応じて適切な増幅率のデジタル信号を選択することができるので、第１サーチコイルが検出する磁束の微少な変化を高精度に計測することができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかにおいて、前記演算処理装置は、前記第１サーチコイルが検出する磁束の周波数を演算する手段を含む、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、磁束の周波数を高精度に計測することができるので、例えばモータの回転磁束の均一性等を高精度に検査することができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第１〜第４の態様のいずれかにおいて、前記演算処理装置によって演算処理されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路と、前記Ｄ／Ａ変換回路が出力するアナログ信号を外部へ出力するアナログ出力端子と、をさらに備える、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、演算処理装置によって演算処理されたデジタル信号を外部機器で観測したり解析したりすることができる。

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第１〜第５の態様のいずれかにおいて、第２サーチコイルが接続される第２サーチコイル接続端子と、前記第２サーチコイルに誘起される電圧を増幅する第２増幅回路と、前記第２増幅回路の出力電圧をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換回路と、をさらに備え、前記演算処理装置は、前記第２Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号に含まれる前記第２サーチコイルの雑音電圧成分を除去する手段と、前記第２サーチコイルの雑音電圧成分を除去したデジタル信号を時間積分して前記第２サーチコイルが検出する磁束を演算する手段と、を含む、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、第１サーチコイルが検出する磁束と第２サーチコイルが検出する磁束とを同時に並行して高精度に計測することができる。

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、前述した本発明の第６の態様において、前記演算処理装置は、前記第１サーチコイルが検出する磁束と前記第２サーチコイルが検出する磁束とを比較する手段を含む、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、例えば第１サーチコイルが検出する磁束と第２サーチコイルが検出する磁束の大きさや方向を対比したり、両者の差分を求めたりすることができる。

＜本発明の第８の態様＞
本発明の第８の態様は、前述した本発明の第６の態様又は第７の態様において、前記演算処理装置は、前記第１Ａ／Ｄ変換回路及び前記第２Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号から磁性材料に作用する磁界の強さと前記磁性材料の磁束密度を求めて、前記磁性材料の磁気ヒステリシス特性を演算する手段を含む、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、いわゆる単板試験器のＢコイルとＨコイルを第１サーチコイル接続端子と第２サーチコイル接続端子にそれぞれ接続し、そのＢコイルの電圧とＨコイルの電圧から磁性材料に作用する磁界の強さと磁性材料の磁束密度を求めることによって、その磁性材料の磁気ヒステリシス特性を高精度に計測することができる。

＜本発明の第９の態様＞
本発明の第９の態様は、前述した本発明の第１〜第８の態様のいずれかにおいて、磁性材料を励磁する励磁コイルの駆動信号を出力する駆動信号出力回路をさらに備え、前記演算処理装置は、前記励磁コイルの巻数と電流から前記磁性材料に作用する磁界の強さを求め、前記第１サーチコイルの巻数と断面積、及び前記第１サーチコイルが検出する磁束から前記磁性材料の磁束密度を求めて、前記磁性材料の磁気ヒステリシス特性を演算する手段を含む、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、励磁コイルで磁性材料を励磁して磁束を発生させ、第１サーチコイルでその磁性材料の磁束を計測し、その磁性材料に作用する磁界の強さと磁性材料の磁束密度を求めることによって、その磁性材料の磁気ヒステリシス特性を高精度に計測することができる。

＜本発明の第１０の態様＞
本発明の第１０の態様は、前述した本発明の第１〜第９の態様のいずれかにおいて、外部機器との間でデータ通信を行う通信装置を備える、ことを特徴とする磁束計である。
このような特徴によれば、通信装置を介して接続された外部機器において、演算処理装置によって演算処理されたデジタル信号を解析して演算処理することができる。

本発明によれば、特に微少な磁束を高精度に計測することが可能な磁束計を提供することができる。

本発明に係る磁束計の構成を図示したブロック図。磁束計を用いて永久磁石の熱減磁特性を計測する実験装置のブロック図。磁気ヒステリシス特性を励磁電流法により計測する実験装置のブロック図。磁気ヒステリシス特性を計測する単板試験器の要部を図示した側面図。磁気ヒステリシス特性を単板試験器により計測する実験装置のブロック図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

＜磁束計の構成＞
本発明に係る磁束計１０の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る磁束計１０の構成を図示したブロック図である。

磁束計１０は、増幅回路１１、ＡＤＣ１２、ＦＰＧＡ１３、演算処理装置１４、表示器１５、ＤＡＣ１６、コイル駆動回路１７、操作パネル１８、ＬＡＮインタフェース１９、入力端子Ｔ１〜Ｔ８及び出力端子Ｔ１１〜Ｔ１３を備える。

「第１サーチコイル接続端子」としての入力端子Ｔ１及びＴ２（入力ＣＨ１）は、サーチコイルＬ１の両端が接続される。「第２サーチコイル接続端子」としての入力端子Ｔ３及びＴ４（入力ＣＨ２）は、サーチコイルＬ２の両端が接続される。入力端子Ｔ５〜Ｔ８は、図示していないサーミスタ等の温度センサが接続される。

「第１増幅回路」及び「第２増幅回路」としての増幅回路１１は、サーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２に誘起される電圧、並びに温度センサ（図示せず）の出力信号をそれぞれ増幅する回路である。増幅回路１１は、オペアンプで構成される第１〜第６差動増幅回路１１１〜１１６を含む。

第１差動増幅回路１１１及び第２差動増幅回路１１２は、入力端子Ｔ１及びＴ２に入力がそれぞれ接続されており、サーチコイルＬ１に誘起される電圧を増幅する。第１差動増幅回路１１１と第２差動増幅回路１１２は、増幅率が異なる。例えば第１差動増幅回路１１１の増幅率は１倍であり、第２差動増幅回路１１２の増幅率は１００倍である。第３差動増幅回路１１３及び第４差動増幅回路１１４は、入力端子Ｔ３及びＴ４に入力がそれぞれ接続されており、サーチコイルＬ２に誘起される電圧を増幅する。第３差動増幅回路１１３と第４差動増幅回路１１４は、増幅率が異なる。例えば第３差動増幅回路１１３の増幅率は１倍であり、第４差動増幅回路１１４の増幅率は１００倍である。第５差動増幅回路１１５は、入力端子Ｔ５及びＴ６に入力が接続されており、入力端子Ｔ５及びＴ６に接続された温度センサの出力信号を増幅する。第６差動増幅回路１１６は、入力端子Ｔ７及びＴ８に入力が接続されており、入力端子Ｔ７及びＴ８に接続された温度センサの出力信号を増幅する。
尚、増幅回路１１の入力側には、高周波ノイズを遮断するローパスフィルタ等のフィルタ回路（図示せず）を設けるのが好ましい。また増幅回路１１の入力側には、０調整、オフセット調整等を行うための校正回路（図示せず）を設けるのが好ましい。

「第１Ａ／Ｄ変換回路」及び「第２Ａ／Ｄ変換回路」としてのＡＤＣ（analog-to-digital converter）１２は、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路であり、増幅回路１１の出力電圧をデジタル信号に変換する。より具体的にはＡＤＣ１２は、第１〜第６差動増幅回路１１１〜１１６の出力電圧をそれぞれデジタル信号に変換する。

ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）１３は、プログラマブル・ロジック・デバイスの一種であり、論理構成を任意に設定することが可能な集積回路である。ＦＰＧＡ１３は、ＤＰＲＡＭ１３１、ＰＩＯ１３２、Ａ／Ｄコントローラ１３３、ＦＩＦＯ１３４及びバスコントローラ１３５を含む。

ＤＰＲＡＭ（dual port RAM）１３１は、２つのアクセスポートから同時にアクセス可能なＲＡＭであり、ＬＡＮインタフェース１９との間のデータ入出力を実現する。ＰＩＯ１３２（parallel input/output）は、操作パネル１８との間でデータのパラレル入出力を実現する。Ａ／Ｄコントローラ１３３は、ＡＤＣ１２と演算処理装置１４との間のデータ入出力を制御する。ＦＩＦＯ（First-In First Out）１３４は、ＡＤＣ１２が出力するデジタル信号のデータをバッファリングするメモリである。バスコントローラ１３５は、バスを介してＦＰＧＡ１３に接続されている演算処理装置１４及びＤＡＣ１６との間のデータ入出力を制御する。

演算処理装置１４は、ＡＤＣ１２が出力するデジタル信号を解析して演算処理する装置であり、ＣＰＵ（central processing unit）１４１及びＤＤＲＳＤＲＡＭ(Double-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)１４２を含む。表示器１５は、例えば蛍光表示管や液晶ディスプレイ等であり、演算処理装置１４による演算処理の結果を表示する。

「Ｄ／Ａ変換回路」としてのＤＡＣ（digital-to-analog converter）１６は、デジタル信号をアナログ信号に変換する回路であり、演算処理装置１４によって演算処理されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ１６が出力するアナログ信号は、「アナログ出力端子」としての出力端子Ｔ１２及びＴ１３へ出力される。「駆動信号出力回路」としてのコイル駆動回路１７は、磁性材料を励磁する励磁コイルの駆動信号を出力端子Ｔ１１へ出力する。操作パネル１８は、図示していない複数の押しボタンやＬＥＤ表示灯を含み、操作者による入力及び操作者に対する表示を行うために設けられている。「通信装置」としてのＬＡＮインタフェース１９は、演算処理装置１４とＰＣ（personal computer）２０等の外部機器とを接続する。それによって演算処理装置１４により演算処理されたデジタル信号をＰＣ２０等の外部機器で観測したり解析したりすることができる。

＜演算処理機能＞
サーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２に誘起される電圧は、それぞれ増幅回路１１で増幅された後、デジタル信号に変換され、それによって演算処理装置１４による演算処理が可能な状態になる。演算処理装置１４による演算処理機能は、ＣＰＵ１４１において実行される演算処理プログラムによって実現される。以下、演算処理装置１４において実行される演算処理について説明する。

１．計測レンジの切換
演算処理装置１４は、例えばサーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２に誘起される電圧の大きさに応じて自動的に、あるいは操作パネル１８におけるボタン操作に応じて、計測レンジを切り換える。

演算処理装置１４は、増幅率が１倍の第１差動増幅回路１１１の出力信号をデータ処理によって１０倍に増幅して、さらに１０倍のレンジをソフト的に実現する。また演算処理装置１４は、増幅率が１００倍の第２差動増幅回路１１２の出力信号をデータ処理によって１０倍に増幅して、さらに１０００倍のレンジをソフト的に実現する。それによってサーチコイルＬ１による磁束の計測は、計測する磁束の大きさや変化幅等に応じて、増幅率１倍、１０倍、１００倍、１０００倍の４つのレンジを切り換えて計測することが可能になる。

同様に演算処理装置１４は、増幅率が１倍の第３差動増幅回路１１３の出力信号をデータ処理によって１０倍に増幅して、さらに１０倍のレンジをソフト的に実現する。また演算処理装置１４は、増幅率が１００倍の第４差動増幅回路１１４の出力信号をデータ処理によって１０倍に増幅して、さらに１０００倍のレンジをソフト的に実現する。それによってサーチコイルＬ２による磁束の計測は、計測する磁束の大きさや変化幅等に応じて、増幅率１倍、１０倍、１００倍、１０００倍の４つのレンジを切り換えて計測することが可能になる。

２．磁束の計測
演算処理装置１４は、ＡＤＣ１２が出力するデジタル信号に含まれるサーチコイルＬ１の雑音電圧成分及びサーチコイルＬ２の雑音電圧成分を除去する。より具体的には、まずサーチコイルＬ１に電圧が誘起されていない状態でサーチコイルＬ１の雑音電圧を計測し、その計測した雑音電圧に基づいて電圧閾値を設定する。そしてサーチコイルＬ１で磁束を計測するときに、その電圧閾値に基づいて、ＡＤＣ１２が出力するデジタル信号に含まれるサーチコイルＬ１の雑音電圧成分を除去する。また演算処理装置１４は、サーチコイルＬ２についても同様に、サーチコイルＬ２に電圧が誘起されていない状態でサーチコイルＬ２の雑音電圧を計測し、その計測した雑音電圧に基づいて電圧閾値を設定する。そしてサーチコイルＬ２で磁束を計測するときに、その電圧閾値に基づいて、ＡＤＣ１２が出力するデジタル信号に含まれるサーチコイルＬ２の雑音電圧成分を除去する。

つづいて演算処理装置１４は、サーチコイルＬ１の雑音電圧成分を除去したデジタル信号を時間積分してサーチコイルＬ１が検出する磁束を演算する。同様に演算処理装置１４は、サーチコイルＬ２の雑音電圧成分を除去したデジタル信号を時間積分してサーチコイルＬ２が検出する磁束を演算する。それによってサーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２が検出する磁束を高精度にそれぞれ計測することができるので、特に微少な磁束を高精度に計測することが可能になる。またサーチコイルＬ１が検出する磁束とサーチコイルＬ２が検出する磁束とを同時に並行して高精度に計測することができる。

サーチコイルＬ１が検出する磁束及びサーチコイルＬ２が検出する磁束は、表示器１５にリアルタイムで表示することができる。またサーチコイルＬ１が検出する磁束は、ＤＡＣ１６でアナログ信号に変換されて出力端子Ｔ１２へ出力される。同様にサーチコイルＬ２が検出する磁束は、ＤＡＣ１６でアナログ信号に変換されて出力端子Ｔ１３へ出力される。

３．磁束の周波数の解析
演算処理装置１４は、サーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２が検出する磁束の変化のデジタル信号を解析して、その磁束の周波数をそれぞれ演算する。それによって例えばモータの回転磁束の均一性等を高精度に検査することができる。演算した磁束の周波数は、表示器１５にリアルタイムで表示することができる。

より具体的には、例えばフレキシブル基板に配線パターンでコイルを構成することによって、厚みが０．５ｍｍ未満の極めて薄いサーチコイルＬ１を製作する。そしてその極めて薄いサーチコイルＬ１をモータの回転子と固定子との間の狭い隙間に挿入して配置することによって、回転しているモータの磁束を直接計測することができる。

４．磁束のピーク値の計測
演算処理装置１４は、サーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２が検出する磁束の変化のデジタル信号を解析して、その磁束のピーク値をそれぞれ演算する。それによってサーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２が検出する磁束のピーク値を高精度に計測することができる。演算した磁束のピーク値は、表示器１５にリアルタイムで表示することができる。

５．磁気モーメントの計測
演算処理装置１４は、サーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２が検出する磁束の変化のデジタル信号を解析して、その計測した磁束と計測対象の磁石の長さから磁気モーメントを演算する。それによって計測対象の磁石の磁気モーメントを高精度に計測することができる。演算した磁石の磁気モーメントは、表示器１５にリアルタイムで表示することができる。

６．磁束の比較
演算処理装置１４は、サーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２が検出する磁束の変化のデジタル信号を解析して、サーチコイルＬ１が検出する磁束とサーチコイルＬ２が検出する磁束とを比較する。それによって例えばサーチコイルＬ１が検出する磁束とサーチコイルＬ２が検出する磁束の大きさや方向を対比したり、両者の差分を求めたりすることができる。サーチコイルＬ１及びサーチコイルＬ２が検出する磁束の比較結果は、表示器１５にリアルタイムで表示することができる。

７．熱減磁の計測
磁束計１０を用いた熱減磁の計測について、図２を参照しながら説明する。
図２は、磁束計１０を用いて永久磁石３１の熱減磁特性を計測する実験装置の構成を図示したブロック図である。

サーチコイルＬ１１、サーチコイルＬ１２及び永久磁石３１は、恒温槽２１の中に設けられている。サーチコイルＬ１１は、計測対象の永久磁石３１により発生する磁束を検出するためのコイルである。永久磁石３１は、サーチコイルＬ１１に挿通された状態で静止される。サーチコイルＬ１２は、サーチコイルＬ１１と同じ巻数及び断面積のコイルであり、サーチコイルＬ１１に直列に差動接続されている。サーチコイルＬ１１の巻き始めとサーチコイルＬ１２の巻き始めは、磁束計１０の入力端子Ｔ１及びＴ２（入力ＣＨ１）にそれぞれ接続されている。

温度の変化による内部抵抗の変化によってサーチコイルＬ１１に生ずる磁束の変化は、直列差動接続されたサーチコイルＬ１２に生ずる逆方向の同じ大きさの磁束によって打ち消されることになる。したがって恒温槽２１の温度を変化させていくことによって、永久磁石３１の熱減磁だけを磁束計１０で高精度に計測することができる。そして永久磁石３１の熱減磁による磁束の変化は、その磁束の変化の大きさに応じて増幅回路１１における増幅率を選択することによって、極めて微少な磁束であっても高精度に計測することができる。熱減磁による磁束の変化は、表示器１５にリアルタイムで表示することができる。

８．磁気ヒステリシス特性の計測
磁束計１０を用いた励磁電流法による磁気ヒステリシス特性の計測について、図３を参照しながら説明する。

図３は、磁性材料３２の磁気ヒステリシス特性を励磁電流法により計測する実験装置の構成を図示したブロック図である。

計測対象となるリング状の磁性材料３２の一方側には、磁性材料３２により生ずる磁束を検出するサーチコイルＬ２１が巻かれており、他方側には磁性材料３２を励磁する励磁コイルＬ２２が巻かれている。サーチコイルＬ２１は、巻数Ｎ、断面積Ｓのコイルであり、磁束計１０の入力端子Ｔ１及びＴ２（入力ＣＨ１）に接続されている。励磁コイルＬ２２は、巻数ｎのコイルであり、電源装置２２に接続されている。磁束計１０は、出力端子Ｔ１１が電源装置２２に接続されており、それによって励磁コイルＬ２２の駆動信号が磁束計１０から電源装置２２へ出力される。また磁束計１０は、ＰＣ２０に接続されている。

励磁コイルＬ２２の巻数ｎと電流ｉから磁性材料３２に作用する磁界Ｈの強さを求める。またサーチコイルＬ２１の巻数Ｎと断面積Ｓ、及び第１サーチコイルＬ２１が検出する磁束φから磁性材料３２の磁束密度Ｂを求める。それによって磁性材料３２の磁気ヒステリシス特性を高精度に計測することができる。磁性材料３２に作用する磁界Ｈの強さと磁性材料３２の磁束密度Ｂは、例えば磁束計１０の表示器１５にリアルタイムで表示させることができる。また例えば磁性材料３２に作用する磁界Ｈの強さと磁性材料３２の磁束密度Ｂの演算データをＰＣ２０へ送信し、ＰＣ２０で実行される画像処理プログラム等によって、ＰＣ２０のモニタ画面に磁性材料３２の磁気ヒステリシス特性曲線を描画することもできる。

次に、磁束計１０を用いた単板試験器による磁気ヒステリシス特性の計測について、図４及び図５を参照しながら説明する。
図４は、磁性材料３３の磁気ヒステリシス特性を計測する単板試験器の要部を図示した側面図である。図５は、磁性材料３３の磁気ヒステリシス特性を単板試験器により計測する実験装置の構成を図示したブロック図である。

単板の磁性材料３３は、ＢコイルＬ３２の中に配置されている。ＨコイルＬ３１は、磁性材料３３に作用する磁界Ｈを検出するためのコイルであり、磁性材料３３の近傍の均一磁界中に配置されている。ＢコイルＬ３２は、励磁コイルＬ３３の中の磁束分布がほぼ均一な部分に配置されている。

ＨコイルＬ３１は、磁束計１０の入力端子Ｔ１及びＴ２（入力ＣＨ１）に接続されている。ＢコイルＬ３２は、磁束計１０の入力端子Ｔ３及びＴ４（入力ＣＨ２）に接続されている。励磁コイルＬ３３は、電源装置２２に接続されている。磁束計１０は、出力端子Ｔ１１が電源装置２２に接続されており、それによって励磁コイルＬ３３の駆動信号が磁束計１０から電源装置２２へ出力される。また磁束計１０は、ＰＣ２０に接続されている。

ＨコイルＬ３１の電圧及びＢコイルＬ３２の電圧は、それぞれデジタル信号に変換されて演算処理装置１４において演算処理される。演算処理装置１４は、ＨコイルＬ３１の電圧及びＢコイルＬ３２の電圧から、磁性材料３３に作用する磁界Ｈの強さと磁性材料３３の磁束密度Ｂを演算する。それによって磁性材料３３の磁気ヒステリシス特性を高精度に計測することができる。磁性材料３３に作用する磁界Ｈの強さと磁性材料３３の磁束密度Ｂは、例えば磁束計１０の表示器１５にリアルタイムで表示させることができる。また例えば磁性材料３３に作用する磁界Ｈの強さと磁性材料３３の磁束密度Ｂの演算データをＰＣ２０へ送信し、ＰＣ２０で実行される画像処理プログラム等によって、ＰＣ２０のモニタ画面に磁性材料３３の磁気ヒステリシス特性曲線を描画することもできる。

１０磁束計
１１増幅回路
１２ＡＤＣ
１３ＦＰＧＡ
１４演算処理装置
１５表示器
１６ＤＡＣ
１７コイル駆動回路
１８操作パネル
１９ＬＡＮインタフェース
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１サーチコイル
Ｔ１〜Ｔ８入力端子
Ｔ１１〜Ｔ１３出力端子

Claims

第１サーチコイルが接続される第１サーチコイル接続端子と、
前記第１サーチコイルに誘起される電圧を増幅する第１増幅回路と、
前記第１増幅回路の出力電圧をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換回路と、
前記第１Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号を解析して演算処理する演算処理装置と、
前記演算処理装置の演算処理結果を表示する表示器と、を備え、
前記演算処理装置は、前記第１サーチコイルに電圧が誘起されていない状態で前記第１サーチコイルの雑音電圧を計測し、その計測した雑音電圧に基づいて第１電圧閾値を設定する手段と、
前記第１サーチコイルで磁束を計測するときに、前記第１電圧閾値に基づいて、前記第１Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号に含まれる前記第１サーチコイルの雑音電圧成分を除去する手段と、
前記第１サーチコイルの雑音電圧成分を除去したデジタル信号を時間積分して前記第１サーチコイルが検出する磁束を演算する手段と、を含む、ことを特徴とする磁束計。
請求項１に記載の磁束計において、前記第１増幅回路は、前記第１サーチコイルに誘起される電圧を増幅する増幅率が異なる複数の増幅器を含み、
前記第１Ａ／Ｄ変換回路は、前記複数の増幅器の出力信号をそれぞれデジタル信号に変換する回路を含む、ことを特徴とする磁束計。
請求項１又は２に記載の磁束計において、前記演算処理装置は、前記第１サーチコイルが検出する磁束の周波数を演算する手段を含む、ことを特徴とする磁束計。
請求項１〜３のいずれかに記載の磁束計において、前記演算処理装置によって演算処理されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路と、
前記Ｄ／Ａ変換回路が出力するアナログ信号を外部へ出力するアナログ出力端子と、をさらに備える、ことを特徴とする磁束計。
請求項１〜４のいずれかに記載の磁束計において、第２サーチコイルが接続される第２サーチコイル接続端子と、
前記第２サーチコイルに誘起される電圧を増幅する第２増幅回路と、
前記第２増幅回路の出力電圧をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換回路と、をさらに備え、
前記演算処理装置は、前記第２サーチコイルに電圧が誘起されていない状態で前記第２サーチコイルの雑音電圧を計測し、その計測した雑音電圧に基づいて第２電圧閾値を設定する手段と、
前記第２サーチコイルで磁束を計測するときに、前記第２電圧閾値に基づいて、前記第２Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号に含まれる前記第２サーチコイルの雑音電圧成分を除去する手段と、
前記第２サーチコイルの雑音電圧成分を除去したデジタル信号を時間積分して前記第２サーチコイルが検出する磁束を演算する手段と、を含む、ことを特徴とする磁束計。
請求項５に記載の磁束計において、前記演算処理装置は、前記第１サーチコイルが検出する磁束と前記第２サーチコイルが検出する磁束とを比較する手段を含む、ことを特徴とする磁束計。
請求項５又は６に記載の磁束計において、前記演算処理装置は、前記第１Ａ／Ｄ変換回路及び前記第２Ａ／Ｄ変換回路が出力するデジタル信号から磁性材料に作用する磁界の強さと前記磁性材料の磁束密度を求めて、前記磁性材料の磁気ヒステリシス特性を演算する手段を含む、ことを特徴とする磁束計。
請求項１〜６のいずれかに記載の磁束計において、磁性材料を励磁する励磁コイルの駆動信号を出力する駆動信号出力回路をさらに備え、
前記演算処理装置は、前記励磁コイルの巻数と電流から前記磁性材料に作用する磁界の強さを求め、前記第１サーチコイルの巻数と断面積、及び前記第１サーチコイルが検出する磁束から前記磁性材料の磁束密度を求めて、前記磁性材料の磁気ヒステリシス特性を演算する手段を含む、ことを特徴とする磁束計。
請求項１〜８のいずれかに記載の磁束計において、外部機器との間でデータ通信を行う通信装置をさらに備える、ことを特徴とする磁束計。