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JP2803091B2 - Magnetic sensor - Google Patents
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JP2803091B2 - Magnetic sensor - Google Patents

Magnetic sensor

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JP2803091B2
JP2803091B2 JP15730688A JP15730688A JP2803091B2 JP 2803091 B2 JP2803091 B2 JP 2803091B2 JP 15730688 A JP15730688 A JP 15730688A JP 15730688 A JP15730688 A JP 15730688A JP 2803091 B2 JP2803091 B2 JP 2803091B2
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magnetic
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magnetic sensor
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夏彦 坂入
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気センサに関し、特に数ガウス程度の弱磁
界を測定する磁気センサに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor that measures a weak magnetic field of about several gauss.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、磁界の測定はホール素子、磁気抵抗効果素子、
コイルなどを用いて行われていた。
Conventionally, measurement of a magnetic field has been performed using a Hall element, a magnetoresistive element,
This was done using coils and the like.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら数ガウス程度の弱磁界測定を行う場合、
ホール素子および磁気抵抗効果素子はその特性にばらつ
きがあること、さらに特性の温度依存性などにより測定
が困難であるという欠点を有している。一方、コイルは
感度はよいが、誘導電流を用いて磁気測定を行うため、
交流磁界にのみ使用可能で、直流磁界の測定は行えない
という欠点があった。
However, when measuring a weak magnetic field of about several Gauss,
The Hall element and the magnetoresistive element have drawbacks in that their characteristics vary, and that the measurement is difficult due to the temperature dependence of the characteristics. On the other hand, the coil has high sensitivity, but uses an induced current to perform magnetic measurement,
There is a drawback that it can be used only for an AC magnetic field and cannot measure a DC magnetic field.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の目的は、上記の問題を解決した磁気センサを
提供することにある。このため本発明では、直流弱磁界
を一定周波数の交流化する手段を設け、交流化された直
流弱磁界をコイルで測定することにより、目的を達成し
ている。
An object of the present invention is to provide a magnetic sensor that solves the above problem. Therefore, in the present invention, the object is achieved by providing a means for converting a DC weak magnetic field into an AC having a constant frequency, and measuring the AC weakened DC weak magnetic field with a coil.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す図である。第1図
において、本発明の磁気センサは、非磁性,絶縁材の基
板9と、この基板9に実装され、中心に磁心5を有する
コイル4と、導体からなるチョッパ10と、チョッパ10を
振動させる圧電素子2と、圧電素子2に電圧を印加する
駆動回路3と、コイル4に接続された増幅器6と、この
増幅器6および駆動回路3に接続された同期検波回路7
とから構成されている。チョッパ10はまた、平板状の振
動部11と、軸12と、足13からなり、振動部11がコイル4
の上面と平行をなし、軸12の延長線がコイル4の中心の
鉛直上方通るように、足13を介して基板9に固定されて
いる。
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention. In FIG. 1, a magnetic sensor according to the present invention includes a nonmagnetic, insulating substrate 9, a coil 4 mounted on the substrate 9 and having a magnetic core 5 at the center, a chopper 10 made of a conductor, and a vibrating chopper 10. A piezoelectric element 2 to be driven, a driving circuit 3 for applying a voltage to the piezoelectric element 2, an amplifier 6 connected to the coil 4, and a synchronous detection circuit 7 connected to the amplifier 6 and the driving circuit 3.
It is composed of The chopper 10 also includes a flat vibration part 11, a shaft 12, and a foot 13, and the vibration part 11
Is fixed to the substrate 9 via the foot 13 so that an extension of the shaft 12 passes vertically above the center of the coil 4.

直流磁界をコイルで測定するには、コイルに鎖交する
磁束数を時間的に変化させればよい。このため本発明で
はコイル近傍でチョッパを振動させる方法を用いた。こ
の方法について第2図〜第4図を参照し、さらに詳しく
説明する。コイル4はその中心に透磁率の高い磁心5を
有しているので、第2図にて模式的に示したように、コ
イル4に鎖交する磁束の間隔は一定ではない。すなわ
ち、第2図の線A上における磁束密度Bは、第3図のよ
うな曲線であらわされる偏りを有している。
To measure a DC magnetic field with a coil, the number of magnetic fluxes linked to the coil may be changed with time. Therefore, in the present invention, a method of vibrating the chopper near the coil is used. This method will be described in more detail with reference to FIGS. Since the coil 4 has a magnetic core 5 having a high magnetic permeability at the center thereof, the interval between magnetic fluxes interlinking the coil 4 is not constant, as schematically shown in FIG. That is, the magnetic flux density B on the line A in FIG. 2 has a bias represented by a curve as shown in FIG.

一方、磁束密度が一様でない磁界中で導体を移動する
と、導体表面にうず電流が発生し、うず電流による誘導
磁界ができる(第4図)。この誘導磁界の強さは、導体
が移動する空間の磁界強度に比例するから、ある一定の
周期で導体を振動させると、同一周期で磁界強度も変化
する。
On the other hand, when the conductor moves in a magnetic field where the magnetic flux density is not uniform, an eddy current is generated on the conductor surface, and an induced magnetic field is generated by the eddy current (FIG. 4). Since the strength of the induced magnetic field is proportional to the magnetic field strength in the space where the conductor moves, if the conductor is vibrated at a certain cycle, the magnetic field strength changes at the same cycle.

第1図に示す磁気センサは、次のように動作する。チ
ョッパ10の軸12に設けられた圧電素子2に、一定周波数
の電圧を駆動回路3から与える。圧電素子2はこの電圧
により伸縮し、それに伴って振動部11が振動して直流磁
界を交流化する。この交流化された磁界により、コイル
4に誘導電圧が発生し、増幅器6で増幅された後、同期
検波回路7へ入力される。同期検波回路7では、駆動回
路3の出力電圧を同期信号として検波した信号を出力す
る。この同期検波回路7の出力信号から磁界の強さが測
定できる。
The magnetic sensor shown in FIG. 1 operates as follows. A voltage of a constant frequency is applied from the drive circuit 3 to the piezoelectric element 2 provided on the shaft 12 of the chopper 10. The piezoelectric element 2 expands and contracts due to this voltage, and the vibrating section 11 vibrates accordingly, thereby converting a DC magnetic field into an alternating current. Due to the alternating magnetic field, an induced voltage is generated in the coil 4, amplified by the amplifier 6, and then input to the synchronous detection circuit 7. The synchronous detection circuit 7 outputs a signal detected by using the output voltage of the drive circuit 3 as a synchronization signal. The strength of the magnetic field can be measured from the output signal of the synchronous detection circuit 7.

第5図は、本発明の別の実施例を示す側面図で、チョ
ッパ10を基板9の下、かつ基板9と垂直をなすよう取り
付けたものである。本実施例の方法を第6図(a)およ
び(b)により詳しく説明する。チョッパ10が基板9と
垂直をなしている時、第6図(b)、チョッパ10に磁束
は鎖交しないが、その他の場合はチョッパ10を磁束が鎖
交する。その数はチョッパ10のふれ角θにより変化する
ので、やはりチョッパ10にはうず電流が発生する。その
ため、本実施例においてはコイル4に磁心を設ける必要
はない。また、同様な原理を用いて、第7図に示す様な
構成をとることもできる。第5図および第7図はチョッ
パ10を基板9の下に設けたが、チョッパ10をコイル4の
上方に設けても同様な効果が得られる。
FIG. 5 is a side view showing another embodiment of the present invention, in which a chopper 10 is mounted below the substrate 9 and perpendicular to the substrate 9. The method of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). When the chopper 10 is perpendicular to the substrate 9, the magnetic flux does not interlink with the chopper 10 in FIG. 6B, but in other cases, the magnetic flux interlinks the chopper 10. Since the number changes depending on the deflection angle θ of the chopper 10, an eddy current is also generated in the chopper 10. Therefore, in this embodiment, it is not necessary to provide the coil 4 with a magnetic core. Further, by using the same principle, a configuration as shown in FIG. 7 can be adopted. 5 and 7, the chopper 10 is provided below the substrate 9, but the same effect can be obtained by providing the chopper 10 above the coil 4.

第8図は、本発明のさらに別の実施例を示す図で、第
1図の構成においてチョッパ10の振動部11を磁性材料と
し、コイル4の磁心5を省いたものである。第9図
(a)および(b)に示すように、磁性体には磁束が集
まるため、チョッパをコイル4の上で振動させるとコイ
ルに誘導電圧が発生する。チョッパ振動部11のコイル中
心軸からの変位、コイルに鎖交する磁束数およびコイル
が発生する誘導電圧の関係を第10図に示す。
FIG. 8 is a view showing still another embodiment of the present invention, in which the vibrating portion 11 of the chopper 10 is made of a magnetic material and the magnetic core 5 of the coil 4 is omitted in the configuration of FIG. As shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), since magnetic flux is collected on the magnetic material, when the chopper vibrates on the coil 4, an induced voltage is generated in the coil. FIG. 10 shows the relationship between the displacement of the chopper vibrating section 11 from the center axis of the coil, the number of magnetic fluxes linked to the coil, and the induced voltage generated by the coil.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、測定対象磁界中でチョ
ッパを振動させ、コイルに鎖交する磁束数を周期的に変
化させることによって、コイルを用いて弱直流磁界を容
易に測定することが可能となる効果がある。
As described above, the present invention makes it possible to easily measure a weak DC magnetic field using a coil by vibrating a chopper in a magnetic field to be measured and periodically changing the number of magnetic fluxes linked to the coil. The effect is as follows.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の一実施例を示す図、第2図は本発明
の原理を説明する断面図、第3図は第2図の線A上の磁
束密度を示す図、第4図は渦電流の発生を説明する図、
第5図および第7図は本発明の別の実施例を示す側面
図、第6図(a)および(b)は第5図および第7図の
原理を説明する図、第8図は本発明のさらに別の実施例
を示す図、第9図(a)および(b)は第8図の原理を
示す図、第10図はチョッパの変位、コイルに鎖交する磁
束数およびコイル起電圧の関係を示す図である。 第1図〜第10図において、 2……圧電素子、3……駆動回路、4……コイル、5…
…磁心、6……増幅器、7……同期検波回路、9……基
盤、10……チョッパ、11……振動部、12……軸、13……
足。
FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view for explaining the principle of the present invention, FIG. 3 is a view showing a magnetic flux density on a line A in FIG. Is a diagram for explaining the generation of eddy current,
FIGS. 5 and 7 are side views showing another embodiment of the present invention, FIGS. 6 (a) and (b) are diagrams for explaining the principle of FIGS. 5 and 7, and FIG. 9 (a) and 9 (b) show the principle of FIG. 8, and FIG. 10 shows the displacement of the chopper, the number of magnetic fluxes linked to the coil, and the coil electromotive voltage. FIG. In FIG. 1 to FIG. 10, 2 ... piezoelectric element, 3 ... drive circuit, 4 ... coil, 5 ...
... magnetic core, 6 ... amplifier, 7 ... synchronous detection circuit, 9 ... board, 10 ... chopper, 11 ... vibrating part, 12 ... axis, 13 ...
leg.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】コイルに生ずる誘導電圧の大きさから、コ
イル周辺の磁界の強さを測定する磁気センサにおいて、
前記コイルに鎖交する磁束の数を一定周波数で変化させ
るべく、前記コイル周辺の磁界に対し前記一定周波数で
運動するチョッパを有することを特徴とする磁気セン
サ。
A magnetic sensor for measuring the strength of a magnetic field around a coil from the magnitude of an induced voltage generated in the coil.
A magnetic sensor, comprising: a chopper that moves at a constant frequency with respect to a magnetic field around the coil so as to change the number of magnetic fluxes linked to the coil at a constant frequency.
【請求項2】請求項1記載の磁気センサであって、前記
チョッパが、導体片を含むことを特徴とする磁気セン
サ。
2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein said chopper includes a conductor piece.
【請求項3】請求項1記載の磁気センサであって、前記
チョッパが、磁性材料片を含むことを特徴とする磁気セ
ンサ。
3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein said chopper includes a magnetic material piece.
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