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JP2009092507A - Magnetic material detecting device and magnetic material detecting method - Google Patents

Magnetic material detecting device and magnetic material detecting method Download PDF

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JP2009092507A
JP2009092507A JP2007263295A JP2007263295A JP2009092507A JP 2009092507 A JP2009092507 A JP 2009092507A JP 2007263295 A JP2007263295 A JP 2007263295A JP 2007263295 A JP2007263295 A JP 2007263295A JP 2009092507 A JP2009092507 A JP 2009092507A
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JP
Japan
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magnetic
detection
magnetic sensor
detection coils
magnetic substance
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Withdrawn
Application number
JP2007263295A
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Japanese (ja)
Inventor
Hajime Ota
肇 太田
Tatsuoki Nagaishi
竜起 永石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric System Solutions Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric System Solutions Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic material detecting device detecting magnetic materials highly precisely by reducing an influence of environmental magnetic noise with a simple and inexpensive device configuration. <P>SOLUTION: The magnetic material detecting device 100 comprises: a magnetizing device 20 for magnetizing a magnetic foreign matter, mixed in an inspected body 1, in a predetermined direction; a detecting section 10 to detect the magnetic foreign matter; a control equipment 30; and a conveying mechanism 40 for conveying the inspected body 1. The detecting section 10 comprises a magnetic sensor 18 disposed within a magnetic shield 12. The magnetic sensor 18 is a SQUID gradiometer having a pair of detecting coils with differential configuration. The magnetic sensor 18 is disposed so that coil face of the detecting coils has a predetermined angle to a moving face of the inspected body 1. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、被検査体に混入される磁性物を非破壊で検出する磁性物検出装置および磁性物検出方法に関し、より特定的には、超電導量子干渉素子(SQUID)を用いた構成に関する。   The present invention relates to a magnetic substance detection device and a magnetic substance detection method for nondestructively detecting a magnetic substance mixed in an object to be inspected, and more specifically to a configuration using a superconducting quantum interference element (SQUID).

食品などの製品の製造ラインにおいては、原料に由来する金属細片や製造工程における製造設備の損磨耗による金属破片などの異物が製品に誤って混入することがある。そのため、従来から、製品出荷前において製品に混入した異物の検出および異物混入製品の排除を行なうことによって、製品の安全性を確保している。   In a production line for products such as foods, foreign matters such as metal strips derived from raw materials and metal fragments due to damaged wear of production equipment in the production process may be mixed in by mistake. Therefore, conventionally, the safety of a product has been ensured by detecting foreign matter mixed in the product before product shipment and eliminating the foreign matter-mixed product.

このような製品内の異物を検出する方法としては、従来から、X線を用いるX線異物検査装置や過電流を利用した金属検出装置などが適用されてきたが、検出精度が低いという問題があった。   Conventionally, X-ray foreign matter inspection devices using X-rays or metal detection devices using overcurrent have been applied as methods for detecting foreign matter in such products, but there is a problem that detection accuracy is low. there were.

そこで、最近では、このような問題を解消するために、超電導量子干渉素子(SQUID:Superconducting Quantum Interference Device;以下、「SQUID」とも称す)を用いた磁気センサを利用して、磁性異物を検出する構成が提案されている(たとえば特許文献1参照)。   Therefore, recently, in order to solve such problems, a magnetic foreign object is detected using a magnetic sensor using a superconducting quantum interference device (SQUID) (hereinafter also referred to as “SQUID”). A configuration has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

SQUIDは、超伝導リング中に絶縁体を挿入したいわゆるトンネル効果を応用するジョセフソン接合を有する素子である。SQUIDを磁気センサとして機能させるために、ジョセフソン接合の臨界電流値を少し超えるバイアス電流を素子に印加する。外部からの磁場に応じてSQUIDの出力電圧が変化し、この電圧変化を検出することにより、外部からの微小な磁場を検出することができる。
特開2005−351804号公報
The SQUID is an element having a Josephson junction that applies a so-called tunnel effect in which an insulator is inserted in a superconducting ring. In order to make the SQUID function as a magnetic sensor, a bias current slightly exceeding the critical current value of the Josephson junction is applied to the element. The output voltage of the SQUID changes according to the magnetic field from the outside, and a minute magnetic field from the outside can be detected by detecting this voltage change.
JP 2005-351804 A

しかしながら、上述したように製品内の磁性異物の検出にSQUIDを用いた場合には、高い磁気感度を有するが故に、製造ライン等において発生する環境磁気ノイズを誤って検出してしまうという問題があった。そのため、従来では、磁気シールドを設けてその内部にSQUIDを配置することによって、環境磁気ノイズを遮蔽する構成が採られてきた。ところが、この磁気シールドは、一般にパーマロイなどの高透磁性材料で構成されるため、装置のコストおよびサイズを増大させてしまい、汎用性において問題が生じていた。   However, as described above, when a SQUID is used to detect a magnetic foreign substance in a product, there is a problem that environmental magnetic noise generated in a production line or the like is erroneously detected because of high magnetic sensitivity. It was. Therefore, conventionally, a configuration has been adopted in which environmental magnetic noise is shielded by providing a magnetic shield and disposing a SQUID therein. However, since this magnetic shield is generally made of a highly permeable material such as permalloy, the cost and size of the apparatus are increased, causing a problem in versatility.

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易かつ低廉な装置構成で環境磁気ノイズの影響を低減することにより、高精度に磁性物を検出可能な磁性物検出装置を提供することである。   The present invention has been made to solve such problems, and its object is to detect magnetic substances with high accuracy by reducing the influence of environmental magnetic noise with a simple and inexpensive apparatus configuration. And a magnetic substance detection device.

また、この発明の別の目的は、簡易かつ低廉な装置構成で環境磁気ノイズの影響を低減することにより、高精度に磁性物を検出可能な磁性物検出方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a magnetic substance detection method capable of detecting a magnetic substance with high accuracy by reducing the influence of environmental magnetic noise with a simple and inexpensive apparatus configuration.

この発明のある局面に従えば、被検査体に磁性物が混入されている場合に、該磁性物を検出する磁性物検出装置であって、磁性物を所定の方向に磁化させるための帯磁装置と、磁界を受ける面であるコイル面が同一平面上に配された2つの検出コイルを有し、2つの検出コイルのそれぞれに対して鎖交する磁束の差に応じた電流に基づいて磁性物を検出する磁気センサと、被検査体と磁気センサとの相対的な位置が変化するように、被検査体および磁気センサの少なくとも一方を移動させる搬送機構とを備える。磁気センサは、2つの検出コイルのコイル面が、所定の方向と垂直な面に対して所定の角度を有するように配置される。   According to one aspect of the present invention, when a magnetic material is mixed in an object to be inspected, a magnetic material detecting device for detecting the magnetic material, the magnetic device for magnetizing the magnetic material in a predetermined direction And a magnetic material based on a current corresponding to a difference in magnetic flux interlinked with each of the two detection coils, the coil surface being a surface that receives a magnetic field being arranged on the same plane. And a transport mechanism that moves at least one of the inspection object and the magnetic sensor so that the relative position of the inspection object and the magnetic sensor changes. The magnetic sensor is arranged such that the coil surfaces of the two detection coils have a predetermined angle with respect to a plane perpendicular to the predetermined direction.

この発明の別の局面に従えば、被検査体に磁性物が混入されている場合に、磁気センサを利用して該磁性物を検出する磁性物検出方法であって、磁気センサは、磁界を受ける面であるコイル面が同一平面上に配された2つの検出コイルを有する。磁性物検出方法は、磁性物を所定の方向に磁化させるステップと、2つの検出コイルのコイル面が、所定の方向に垂直な面に対して所定の角度を有するように配置するステップと、被検査体と磁気センサとの相対的な位置が変化するように、被検査体および磁気センサの少なくとも一方を移動させるステップと、2つの検出コイルのそれぞれに対して鎖交する磁束の差に応じた電流に基づいて磁性物を検出するステップとを備える。   According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic substance detection method for detecting a magnetic substance using a magnetic sensor when a magnetic substance is mixed in an object to be inspected. The coil surface which is a receiving surface has two detection coils arranged on the same plane. The magnetic substance detection method includes magnetizing a magnetic substance in a predetermined direction, arranging the coil surfaces of the two detection coils so as to have a predetermined angle with respect to a plane perpendicular to the predetermined direction, According to the step of moving at least one of the inspection object and the magnetic sensor so that the relative position between the inspection object and the magnetic sensor changes, and the difference in magnetic flux linked to each of the two detection coils Detecting a magnetic substance based on the current.

上記の磁性物検出装置および磁性物検出方法によれば、2つの検出コイルのコイル面が磁性物の磁化方向と垂直な面に対して所定の角度を有するように磁気センサを配置することにより、被検査体と検出コイルとの距離が検出コイルの中心間距離を上回る場合であっても、環境磁気ノイズの影響を低減しつつ、高い検出精度で磁性物を検出することができる。   According to the magnetic substance detection device and the magnetic substance detection method described above, by arranging the magnetic sensor so that the coil surfaces of the two detection coils have a predetermined angle with respect to a plane perpendicular to the magnetization direction of the magnetic substance, Even when the distance between the object to be inspected and the detection coil exceeds the distance between the centers of the detection coils, the magnetic substance can be detected with high detection accuracy while reducing the influence of environmental magnetic noise.

この発明の別の局面に従えば、被検査体に磁性物が混入されている場合に、該磁性物を検出する磁性物検出装置であって、磁界を受ける面であるコイル面が同一平面上に配された2つの検出コイルを有し、2つの検出コイルのそれぞれに対して鎖交する磁束の差に応じた電流に基づいて磁性物を検出する磁気センサと、被検査体と磁気センサとの相対的な位置が変化するように、被検査体および磁気センサの少なくとも一方を移動させる搬送機構とを備える。磁気センサは、2つの検出コイルのコイル面が、被検査体の相対的な移動面に対して所定の角度を有するように配置される。   According to another aspect of the present invention, when a magnetic material is mixed in an object to be inspected, the magnetic material detection device detects the magnetic material, and the coil surface that receives the magnetic field is on the same plane. A magnetic sensor for detecting a magnetic substance based on a current corresponding to a difference in magnetic flux linked to each of the two detection coils, an object to be inspected, and a magnetic sensor And a transport mechanism for moving at least one of the object to be inspected and the magnetic sensor so that the relative position of the sensor changes. The magnetic sensor is arranged so that the coil surfaces of the two detection coils have a predetermined angle with respect to the relative movement surface of the object to be inspected.

また、この発明の別の局面に従えば、被検査体に磁性物が混入されている場合に、磁気センサを利用して該磁性物を検出する磁性物検出方法であって、磁気センサは、磁界を受ける面であるコイル面が同一平面上に配された2つの検出コイルを有する。磁性物検出方法は、被検査体と磁気センサとの相対的な位置が変化するように、被検査体および磁気センサの少なくとも一方を移動させるステップと、2つの検出コイルのコイル面が、被検査体の相対的な移動面に対して所定の角度を有するように配置するステップと、2つの検出コイルのそれぞれに対して鎖交する磁束の差に応じた電流に基づいて磁性物を検出するステップとを備える。   According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic substance detection method for detecting a magnetic substance using a magnetic sensor when a magnetic substance is mixed in an object to be inspected. The coil surface which is a surface which receives a magnetic field has two detection coils arranged on the same plane. In the magnetic substance detection method, the step of moving at least one of the inspection object and the magnetic sensor so that the relative position between the inspection object and the magnetic sensor changes, and the coil surfaces of the two detection coils are inspected. A step of disposing a predetermined angle with respect to a relative movement surface of the body, and a step of detecting a magnetic substance based on a current corresponding to a difference in magnetic flux linked to each of the two detection coils. With.

上記の磁性物検出装置および磁性物検出方法によれば、2つの検出コイルのコイル面が被検査体の相対的な移動面に対して所定の角度を有するように磁気センサを配置することにより、検出コイルと被検査体との距離が検出コイルの中心間距離を上回る場合であっても、環境磁気ノイズの影響を低減しつつ、高い検出精度で磁性物を検出することができる。   According to the magnetic substance detection device and the magnetic substance detection method described above, by arranging the magnetic sensor so that the coil surfaces of the two detection coils have a predetermined angle with respect to the relative movement surface of the object to be inspected, Even when the distance between the detection coil and the object to be inspected exceeds the distance between the centers of the detection coils, it is possible to detect a magnetic substance with high detection accuracy while reducing the influence of environmental magnetic noise.

好ましくは、所定の角度は、90度未満である。
より好ましくは、所定の角度は、略45度である。
Preferably, the predetermined angle is less than 90 degrees.
More preferably, the predetermined angle is approximately 45 degrees.

上記の磁性物検出装置によれば、2つの検出コイルのそれぞれに鎖交する磁束に有意な差を生じさせるとともに、磁気センサの磁界感受方向を磁性物の磁化方向に対して直交させないことから、磁気センサの検出感度を確保することができる。   According to the magnetic substance detection device described above, a significant difference is generated in the magnetic flux interlinked with each of the two detection coils, and the magnetic field sensing direction of the magnetic sensor is not orthogonal to the magnetization direction of the magnetic substance. The detection sensitivity of the magnetic sensor can be ensured.

好ましくは、所定の角度は、磁気センサと被検査体との相対的な距離に応じて設定される。   Preferably, the predetermined angle is set according to a relative distance between the magnetic sensor and the object to be inspected.

好ましくは、磁性物検出方法は、磁気センサと被検査体との相対的な距離に応じて所定の角度を設定するステップをさらに備える。   Preferably, the magnetic substance detection method further includes a step of setting a predetermined angle according to a relative distance between the magnetic sensor and the object to be inspected.

上記の磁性物検出装置および磁性物検出方法によれば、磁気センサと被検査体との相対的な距離の大小にかかわらず、安定して磁気センサの検出感度を確保することができる。   According to the above magnetic substance detection device and magnetic substance detection method, the detection sensitivity of the magnetic sensor can be stably ensured regardless of the relative distance between the magnetic sensor and the object to be inspected.

好ましくは、磁性物検出装置は、外部からの磁気ノイズを遮蔽するためのシールド部材をさらに備える。   Preferably, the magnetic substance detection device further includes a shield member for shielding magnetic noise from the outside.

上記の磁性物検出装置によれば、環境磁気ノイズの影響を低減できるため、従来の磁性物検出装置と比較して、より小型かつ低廉なシールド部材を用いて磁性物検出装置を構築することができる。   According to the above magnetic substance detection device, since the influence of environmental magnetic noise can be reduced, it is possible to construct a magnetic substance detection device using a shield member that is smaller and less expensive than conventional magnetic substance detection devices. it can.

好ましくは、磁気センサは、グラジオメータである。
上記の磁性物検出装置によれば、複数の検出コイルから構成されるグラジオメータを用いることにより、環境磁気ノイズの影響を低減しつつ、高い検出精度で磁性物を検出することができる。
Preferably, the magnetic sensor is a gradiometer.
According to the above magnetic substance detection device, the magnetic substance can be detected with high detection accuracy while reducing the influence of environmental magnetic noise by using a gradiometer including a plurality of detection coils.

この発明によれば、簡易かつ低廉な装置構成で環境磁気ノイズの影響を低減することができる。その結果、高精度に磁性物を検出することが可能となる。   According to the present invention, the influence of environmental magnetic noise can be reduced with a simple and inexpensive apparatus configuration. As a result, it is possible to detect the magnetic substance with high accuracy.

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

(全体構成)
図1は、この発明の実施の形態に従う磁性物検出装置100の概略構成図である。
(overall structure)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic substance detection device 100 according to an embodiment of the present invention.

図1を参照して、この発明の実施の形態に従う磁性物検出装置100は、代表的に製品ラインで誤って製品に混入した磁性異物の検出などに用いられる。被検査体に混入する磁性異物の磁性モーメントを誘起して、これを磁気センサで検出することにより、磁性異物を検出することができる。   Referring to FIG. 1, a magnetic substance detection device 100 according to an embodiment of the present invention is typically used for detection of magnetic foreign matter mistakenly mixed into a product in a product line. The magnetic foreign matter can be detected by inducing a magnetic moment of the magnetic foreign matter mixed in the object to be inspected and detecting this with a magnetic sensor.

より具体的には、磁性物検出装置100は、検出部10と、帯磁装置20と、制御装置30と、搬送機構40とを備える。   More specifically, the magnetic substance detection device 100 includes a detection unit 10, a magnetism device 20, a control device 30, and a transport mechanism 40.

検出部10は、パーマロイなどの高透磁性材料で構成される磁気シールド12と、磁気シールド12内に配置される磁気センサ18と、磁気シールド12を支持する支持台11とを含む。   The detection unit 10 includes a magnetic shield 12 made of a highly permeable material such as permalloy, a magnetic sensor 18 disposed in the magnetic shield 12, and a support base 11 that supports the magnetic shield 12.

磁気シールド12は、搬送路42の搬送方向に沿って前方および後方に開口部120a,120bを有する。この開口部120a,120bを介して搬送路42のベルト44に載置された被検査体1を磁気シールド12空間内に導入する。   The magnetic shield 12 has openings 120 a and 120 b on the front and rear sides along the transport direction of the transport path 42. The device under test 1 placed on the belt 44 of the transport path 42 is introduced into the magnetic shield 12 space through the openings 120a and 120b.

磁気シールド12は、地磁気および環境磁気ノイズをシールドして、磁気検出動作に悪影響が生じるのを防止する。この磁気シールド12を配置することにより、製品ライン等の一般環境下においても磁性異物を検出することが可能となる。なお、磁気シールド12は、環境に応じて複数層で形成することも可能である。また必要に応じて電波シールドも設けられる。   The magnetic shield 12 shields geomagnetism and environmental magnetic noise to prevent adverse effects on the magnetic detection operation. By disposing the magnetic shield 12, magnetic foreign matter can be detected even in a general environment such as a product line. The magnetic shield 12 can be formed of a plurality of layers depending on the environment. A radio wave shield is also provided if necessary.

磁気センサ18は、超電導量子干渉素子(SQUID:Superconducting Quantum Interference Device;以下、「SQUID」とも称す)を用いて構成される。SQUIDは、超伝導リング中に絶縁体を挿入したいわゆるトンネル効果を応用するジョセフソン接合を有する素子である。磁気センサ18は、SQUIDを超伝導状態に維持するために磁気シールド12内において冷却される。具体的には、磁気センサ18は、容器部14に格納された冷却媒体16に浸漬されている。   The magnetic sensor 18 is configured using a superconducting quantum interference device (SQUID) (hereinafter also referred to as “SQUID”). The SQUID is an element having a Josephson junction that applies a so-called tunnel effect in which an insulator is inserted in a superconducting ring. The magnetic sensor 18 is cooled within the magnetic shield 12 to maintain the SQUID in a superconducting state. Specifically, the magnetic sensor 18 is immersed in the cooling medium 16 stored in the container portion 14.

なお、SQUIDとしては、ニオブ化合などからなる低温超伝導体、もしくはセラミックスなどからなる高温超電導体のいずれで構成してもよいが、本実施の形態に従う磁性物検出装置100では、高温超電導体を用いる場合について説明する。高温超電導体は、約90Kで超伝導状態となるため、冷却媒体16として液体窒素(沸点:77.3K)が用いられる。なお、低温超伝導体を用いる場合には、冷却媒体として液体ヘリウム(沸点:4.2K)を用いる必要がある。   The SQUID may be composed of either a low-temperature superconductor made of niobium compound or the like, or a high-temperature superconductor made of ceramics. However, in the magnetic substance detection apparatus 100 according to the present embodiment, the high-temperature superconductor is made of The case of using will be described. Since the high-temperature superconductor enters a superconducting state at about 90 K, liquid nitrogen (boiling point: 77.3 K) is used as the cooling medium 16. In addition, when using a low-temperature superconductor, it is necessary to use liquid helium (boiling point: 4.2K) as a cooling medium.

容器部14は、代表的にガラスエポキシなどの非磁性の材料で構成されており、容器外部からの熱侵入を抑制するために、その外周には図示しない真空層が形成されている。また、容器部14は、熱侵入を防ぐための蓋部(図示せず)により密閉されている。   The container portion 14 is typically made of a nonmagnetic material such as glass epoxy, and a vacuum layer (not shown) is formed on the outer periphery of the container portion 14 in order to suppress heat intrusion from the outside of the container. Moreover, the container part 14 is sealed with the cover part (not shown) for preventing heat penetration.

帯磁装置20は、磁気シールド12の入口側の開口部120a近傍に配置される。帯磁装置20は、搬送路42を挟んで上下方向に配置される一対の永久磁石22,24を含む。なお、強い磁場を生成するものであれば、永久磁石に限らず電磁石であってもよい。   The magnetism device 20 is disposed in the vicinity of the opening 120 a on the entrance side of the magnetic shield 12. The magnetism device 20 includes a pair of permanent magnets 22 and 24 arranged in the vertical direction with the conveyance path 42 interposed therebetween. In addition, as long as it produces | generates a strong magnetic field, not only a permanent magnet but an electromagnet may be sufficient.

この帯磁装置20内を被検査体1が通過することにより、一対の永久磁石22,24が、被検査体1内に存在する磁性異物に直流磁界を印加する。これにより、該磁性異物は、被検査体1の搬送方向に対して垂直となる磁場Hを有するように強制的に磁化され、確実に帯磁状態となる。その結果、磁気センサ18における磁性異物の検出感度を改善することができる。なお、磁気センサ18の検出感度が十分高い場合には、帯磁装置20を設けなくてもよい。   When the device under test 1 passes through the magnetism device 20, the pair of permanent magnets 22 and 24 applies a DC magnetic field to the magnetic foreign matter present in the device under test 1. As a result, the magnetic foreign matter is forcibly magnetized so as to have a magnetic field H that is perpendicular to the conveyance direction of the object 1 to be inspected, and is surely in a magnetized state. As a result, the detection sensitivity of the magnetic foreign matter in the magnetic sensor 18 can be improved. If the detection sensitivity of the magnetic sensor 18 is sufficiently high, the magnetism device 20 may not be provided.

搬送機構40は、被検査体1を搬送するための搬送路42と、搬送路42を支持する支持台50とを含む。搬送路42は、被検査体1を搬送するベルト44と、ベルト44を滑らかに移動させるローラ48と、搬送方向の前後に配置されベルト44を駆動するプーリ46とにより構成される。ベルト44は、磁気シールド12内を通過しており、帯磁装置20から搬出された被検査体1を磁気シールド12内に搬送するとともに、検査後の被検査体1を磁気シールド12から搬出する。   The transport mechanism 40 includes a transport path 42 for transporting the device under test 1 and a support base 50 that supports the transport path 42. The conveyance path 42 includes a belt 44 that conveys the device under test 1, a roller 48 that smoothly moves the belt 44, and a pulley 46 that is arranged before and after the conveyance direction to drive the belt 44. The belt 44 passes through the magnetic shield 12 and transports the device 1 to be inspected carried out from the magnetism device 20 into the magnetic shield 12, and also carries out the device 1 to be inspected after inspection from the magnetic shield 12.

図2は、この発明の実施の形態に従う検出部10の一部断面側面図である。
図2を参照して、磁気センサ18は、容器部14の底部において搬送路42と対向するように配置される。すなわち、磁気センサ18は、搬送路42の上方に配置され、搬送路42を移動する被検査体1の磁性異物2からの磁場Hの検出を行なう。
FIG. 2 is a partial cross-sectional side view of detection unit 10 according to the embodiment of the present invention.
With reference to FIG. 2, the magnetic sensor 18 is disposed so as to face the conveyance path 42 at the bottom of the container portion 14. That is, the magnetic sensor 18 is disposed above the conveyance path 42 and detects the magnetic field H from the magnetic foreign object 2 of the object 1 to be inspected that moves along the conveyance path 42.

なお、磁気センサ18は、中空絶縁性の熱膨張率の小さな空洞管180内に挿入されて案内される配線182を介して駆動回路(図示せず)に結合される。この駆動回路は、制御装置30に設けられる。   The magnetic sensor 18 is coupled to a drive circuit (not shown) via a wiring 182 that is inserted and guided in a hollow insulating tube 180 having a small coefficient of thermal expansion. This drive circuit is provided in the control device 30.

図2に示されるように、磁気センサ18を容器部14の底部に配置することによって磁気センサ18を被検査体1に近接させることにより、被検査体1に磁性異物2が含まれている場合に、その磁性異物2による磁場Hを高精度に検出することができる。   As shown in FIG. 2, when the magnetic sensor 18 is disposed at the bottom of the container portion 14 to bring the magnetic sensor 18 close to the object 1 to be inspected, the magnetic object 2 is included in the object 1 to be inspected. In addition, the magnetic field H caused by the magnetic foreign matter 2 can be detected with high accuracy.

(磁気センサ)
ここで、図3を用いて、磁気センサ18に用いられるSQUIDによる磁場検出の原理について説明する。
(Magnetic sensor)
Here, the principle of magnetic field detection by the SQUID used for the magnetic sensor 18 will be described with reference to FIG.

図3を参照して、SQUID60は、ループ状に形成された超電導材料からなり、そのループ上に2個のジョセフソン接合JJが形成される。このジョセフソン接合JJは、絶縁材料を2つの超電導材料で積層した構造を有し、他の部分に比較して超電導材料としての特性が低い。そのため、ジョセフソン接合JJは、SQUID60の中で、最も早く超電導状態から常電導状態に移行する。すなわち、ループを流れる電流が所定の制限値を超えると、SQUID60には常電導状態の部分が生じるが、この制限値はジョセフソン接合JJによって制限されることになる。   Referring to FIG. 3, SQUID 60 is made of a superconducting material formed in a loop shape, and two Josephson junctions JJ are formed on the loop. This Josephson junction JJ has a structure in which an insulating material is laminated with two superconducting materials, and its characteristics as a superconducting material are low as compared with other portions. Therefore, the Josephson junction JJ shifts from the superconducting state to the normal conducting state earliest in the SQUID 60. That is, when the current flowing through the loop exceeds a predetermined limit value, the SQUID 60 has a portion in the normal conduction state, but this limit value is limited by the Josephson junction JJ.

ところで、SQUID60は、超電導状態においては、自身を貫く磁束を排除するような現象(マイスナー効果)を生じる。より具体的には、外部からの磁束がSQUID60を貫通しようとすると、この磁束を打ち消すための遮蔽電流が流れる。このマイスナー効果を利用する以下の方法によりSQUID60を貫通しようとする磁束が存在するか否か、および存在する場合にはその磁束の大きさを検出することができる。   By the way, SQUID60 produces the phenomenon (Meissner effect) which excludes the magnetic flux which penetrates self in a superconducting state. More specifically, when an external magnetic flux attempts to penetrate the SQUID 60, a shielding current for canceling the magnetic flux flows. It is possible to detect whether or not there is a magnetic flux that attempts to penetrate the SQUID 60 by the following method using the Meissner effect, and if so, the magnitude of the magnetic flux.

まず、ジョセフソン接合JJが超電導状態を維持できる制限値にほぼ等しいバイアス電流を外部から与えておく。この状態で、磁束がSQUID60を貫通すると、この磁束を打ち消す方向に遮蔽電流が流れる。ジョセフソン接合JJは、当該遮蔽電流が流れると超伝導状態を維持できる制限値を超え、その超過分の電流が常電導電流となり電気抵抗を発生させる。この場合、この電気抵抗は、前記遮蔽電流の大きさ、すなわち磁束の大きさに応じて変動するため、電気抵抗に起因して生じる出力電圧を測定することで、SQUID60を貫通する磁束の大きさを検出することができる。   First, a bias current substantially equal to a limit value at which the Josephson junction JJ can maintain the superconducting state is given from the outside. In this state, when the magnetic flux passes through the SQUID 60, a shielding current flows in a direction to cancel the magnetic flux. The Josephson junction JJ exceeds a limit value capable of maintaining a superconducting state when the shielding current flows, and the excess current becomes a normal conductive current and generates electric resistance. In this case, since the electric resistance varies according to the magnitude of the shielding current, that is, the magnitude of the magnetic flux, the magnitude of the magnetic flux penetrating the SQUID 60 is measured by measuring the output voltage caused by the electric resistance. Can be detected.

そして、このSQUIDを用いた磁気センサとしては、代表的には、1つの検出コイルを有し、該検出コイルを鎖交する磁界を検出するマグネトメータと、複数の検出コイルから構成され、それぞれに鎖交する磁束の差を検出するグラジオメータとの2種類が存在する。   And, as a magnetic sensor using this SQUID, typically, it has one detection coil, and is composed of a magnetometer that detects a magnetic field interlinking the detection coil, and a plurality of detection coils. There are two types of gradiometers that detect differences in interlinkage magnetic flux.

図4は、磁気センサ18としてマグネトメータを用いた構成を説明するための図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration using a magnetometer as the magnetic sensor 18.

図4(a)を参照して、磁性異物2が混入された被検査体1(図示せず)は、搬送方向(図中のx軸方向に相当)に沿って移動する。マグネトメータは、磁性異物2の移動面(図中のx−y平面に相当)に対して、SQUID60の磁界を受ける面であるコイル面が平行となるように配置されている。すなわち、マグネトメータは、z軸方向を磁界感受方向とするように配置されており、磁界感受方向が磁性異物2の磁化方向と一致している。   Referring to FIG. 4A, the inspection object 1 (not shown) mixed with the magnetic foreign material 2 moves along the transport direction (corresponding to the x-axis direction in the drawing). The magnetometer is arranged so that the coil surface, which is the surface that receives the magnetic field of SQUID 60, is parallel to the moving surface of the magnetic foreign material 2 (corresponding to the xy plane in the figure). That is, the magnetometer is arranged so that the z-axis direction is the magnetic field sensing direction, and the magnetic field sensing direction is coincident with the magnetization direction of the magnetic foreign material 2.

SQUID60は、公知のFLL(Flux Locked Loop)といわれる帰還回路を用いて駆動することにより、この感受磁束を電圧の形で出力する。また、帰還磁束は帰還コイル56を介してSQUID60に入力している。   The SQUID 60 outputs this sensitive magnetic flux in the form of a voltage by being driven using a known feedback circuit called FLL (Flux Locked Loop). The feedback magnetic flux is input to the SQUID 60 through the feedback coil 56.

図4(b)は、磁性異物2がx軸方向に移動したときのマグネトメータの出力信号を示す図である。図4(b)の出力信号は、図4(a)の構成においてSQUID60に鎖交する磁束をシミュレーションすることにより得られたものである。   FIG. 4B is a diagram showing an output signal of the magnetometer when the magnetic foreign material 2 moves in the x-axis direction. The output signal of FIG. 4B is obtained by simulating the magnetic flux interlinking with the SQUID 60 in the configuration of FIG.

図4(b)を参照して、出力信号は、磁性異物2とSQUID60との距離が最も短くなるときに鋭いピークを示していることが分かる。ここで、SQUID60に生じる磁束は、磁束量子φ(=2.07×10−15Wb)の単位で量子化される。FLL帰還回路により、磁束量子φよりも小さな磁束を検出できるようになるため、マグネトメータは、0.1〜1pTレベルの微小磁場を検出することができる。 Referring to FIG. 4B, it can be seen that the output signal shows a sharp peak when the distance between the magnetic foreign object 2 and the SQUID 60 is the shortest. Here, the magnetic flux generated in the SQUID 60 is quantized in units of magnetic flux quantum φ 0 (= 2.07 × 10 −15 Wb). The FLL feedback circuit, since than flux quantum phi 0 will be able to detect small magnetic flux, the magnetometer can detect small magnetic field 0.1~1pT level.

その一方で、このような高い磁気感度に起因して、マグネトメータでは、磁性異物2の磁場Hとともに、周囲の磁気ノイズ源から発生した環境磁気ノイズも検出されることから、環境磁気ノイズを磁性異物2と誤って検出する可能性がある。したがって、マグネトメータを用いて磁性異物2を検出する場合には、環境磁気ノイズに対して高い遮蔽率を有する磁気シールドが必要となる。したがって、マグネトメータを用いて磁性異物2による磁束を検出する場合には、環境磁気ノイズの影響を排除するために、大型で高価な高遮蔽率磁気シールドを備えなければならない。   On the other hand, due to such a high magnetic sensitivity, the magnetometer detects not only the magnetic field H of the magnetic foreign matter 2 but also the environmental magnetic noise generated from the surrounding magnetic noise sources. There is a possibility that the foreign object 2 is erroneously detected. Therefore, when the magnetic foreign object 2 is detected using a magnetometer, a magnetic shield having a high shielding rate against environmental magnetic noise is required. Therefore, when detecting the magnetic flux by the magnetic foreign material 2 using a magnetometer, in order to eliminate the influence of environmental magnetic noise, a large and expensive high shielding rate magnetic shield must be provided.

これに対して、以下に述べるように、磁気センサ18に複数の検出コイルから構成されたグラジオメータを用いた場合では、環境磁気ノイズの影響を低減できるため、上述したような問題を回避することが可能となる。   On the other hand, as described below, in the case where a gradiometer composed of a plurality of detection coils is used for the magnetic sensor 18, the influence of environmental magnetic noise can be reduced, so that the above-described problems are avoided. Is possible.

図5は、グラジオメータを模式的に示す図である。図6は、図5のグラジオメータの一構成例を示す平面図である。なお、図5および図6では、一例として、一対の検出コイルからなる一次微分型グラジオメータが示される。   FIG. 5 is a diagram schematically showing a gradiometer. FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the gradiometer of FIG. 5 and 6 show, as an example, a primary differential type gradiometer including a pair of detection coils.

図5を参照して、グラジオメータ70は、面積が略等しく、かつ平行に配置された2つの検出コイル701,702を有している。検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束の差分がSQUID60に伝達される。なお、2つの検出コイル701,702の面積を略等しくするのは、検出コイル間で環境磁気ノイズを効率良く相殺させるためである。   Referring to FIG. 5, the gradiometer 70 has two detection coils 701 and 702 having substantially the same area and arranged in parallel. Differences in magnetic flux interlinking with the detection coils 701 and 702 are transmitted to the SQUID 60. The reason why the areas of the two detection coils 701 and 702 are substantially equal is to effectively cancel the environmental magnetic noise between the detection coils.

すなわち、グラジオメータ70からは、2つの検出コイル701,702にそれぞれ鎖交した磁束密度の空間勾配に比例した出力電圧が得られる。このとき、検出コイル701,702から離れた場所に磁気ノイズ源をもつ環境磁気ノイズについては、検出コイル701,702に鎖交する磁束が略等しいためにその差分が略零となる。この結果、グラジオメータ70の出力(検出される磁界)から環境磁気ノイズの影響を排除することができる。   That is, from the gradiometer 70, an output voltage proportional to the spatial gradient of the magnetic flux density linked to the two detection coils 701 and 702 is obtained. At this time, the environmental magnetic noise having a magnetic noise source at a location distant from the detection coils 701 and 702 has a substantially zero difference because the magnetic fluxes linked to the detection coils 701 and 702 are substantially equal. As a result, the influence of environmental magnetic noise can be eliminated from the output (detected magnetic field) of the gradiometer 70.

なお、磁気センサ18にグラジオメータ70を用いる場合であっても、磁性異物2による磁束をより高精度に検出するためには、磁気シールドを備えることが好ましい。ただし、この磁気シールドは、マグネトメータを用いる場合と比較して、小型で安価なもので構築することができる。   Even when the gradiometer 70 is used for the magnetic sensor 18, it is preferable to provide a magnetic shield in order to detect the magnetic flux due to the magnetic foreign substance 2 with higher accuracy. However, this magnetic shield can be constructed with a small and inexpensive one compared to the case of using a magnetometer.

図6を参照して、グラジオメータ70は、基板72と、基板72上に形成された超伝導薄膜パターン74とを有して構成される。超伝導薄膜パターン74には、左右対称に超伝導薄膜ループである2つの検出コイル701,702が形成される。四角形状である検出コイル701,702は、一辺が共有されており、該一辺の中央にはSQUID60が形成されている。   Referring to FIG. 6, gradiometer 70 includes a substrate 72 and a superconducting thin film pattern 74 formed on substrate 72. In the superconducting thin film pattern 74, two detection coils 701 and 702 which are superconducting thin film loops are formed symmetrically. The detection coils 701 and 702 having a rectangular shape share one side, and a SQUID 60 is formed at the center of the one side.

より具体的には、SQUID60は、中央部分に開口部を有しており、その右側の一部分において、該開口部を挟んで位置する2つの所定部分にジョセフソン接合部76が形成されている。ジョセフソン接合部76は、たとえば基板72に設けられた段差部を超伝導材料が覆うことによって段差部上に形成される弱結合を利用して形成される。ジョセフソン接合部76を挟んだSQUID60の左右の両端には、各々2つの端子78が、端子接続部77を介して接続されている。   More specifically, the SQUID 60 has an opening at the central portion, and a Josephson junction 76 is formed at two predetermined portions located on the right side of the SQUID 60 with the opening interposed therebetween. For example, the Josephson junction 76 is formed by utilizing weak coupling formed on the stepped portion by covering the stepped portion provided on the substrate 72 with a superconductive material. Two terminals 78 are connected to the left and right ends of the SQUID 60 across the Josephson junction 76 via terminal connection portions 77, respectively.

図6の構成において、検出コイル701、702には、外部からの磁束を受けると、その鎖交数に応じた遮蔽電流I1,I2がそれぞれ流れる。したがって、検出コイル701の方が検出コイル702よりも磁束の鎖交数がより大きい場合には、遮蔽電流I1が遮蔽電流I2よりも大きくなる。そして、その遮蔽電流の差分(=I1−I2)がSQUID60を流れることにより、検出コイル701,702に鎖交する磁束の差分が検出される。   In the configuration of FIG. 6, when receiving a magnetic flux from the outside, the detection coils 701 and 702 flow shield currents I1 and I2 corresponding to the number of linkages, respectively. Therefore, when the detection coil 701 has a larger number of flux linkages than the detection coil 702, the shielding current I1 is larger than the shielding current I2. Then, when the difference in the shield current (= I1−I2) flows through the SQUID 60, the difference in magnetic flux interlinking with the detection coils 701 and 702 is detected.

次に、以上の構成からなるグラジオメータ70を磁気センサ18として用いた磁性物検出装置100における磁性異物2の検出動作について説明する。   Next, the detection operation of the magnetic foreign matter 2 in the magnetic substance detection apparatus 100 using the gradiometer 70 having the above configuration as the magnetic sensor 18 will be described.

図7は、磁気センサ18としてグラジオメータ70を用いた構成を説明するための図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration using a gradiometer 70 as the magnetic sensor 18.

図7(a)を参照して、磁性異物2が混入された被検査体1(図示せず)は、搬送方向(図中のx軸方向に相当)に沿って移動する。グラジオメータ70は、磁性異物2の移動面(図中のx−y平面に相当)に対して、検出コイル701,702のコイル面が平行となるように配置されている。すなわち、グラジオメータ70は、z軸方向を磁界感受方向とするように配置されており、磁界感受方向が磁性異物2の磁化方向と一致している。   Referring to FIG. 7A, the inspection object 1 (not shown) mixed with the magnetic foreign material 2 moves along the transport direction (corresponding to the x-axis direction in the drawing). The gradiometer 70 is arranged so that the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 are parallel to the moving surface of the magnetic foreign material 2 (corresponding to the xy plane in the drawing). That is, the gradiometer 70 is arranged so that the z-axis direction is the magnetic field sensing direction, and the magnetic field sensing direction matches the magnetization direction of the magnetic foreign material 2.

なお、上述したように、検出コイル701,702は一辺を共有しており、該一辺上には2個のジョセフソン接合部76が形成されている。   As described above, the detection coils 701 and 702 share one side, and two Josephson junctions 76 are formed on the one side.

このような構成において、磁性異物2がx軸方向に沿って移動すると、磁性異物2と検出コイル701,702との距離L1,L2が連続的に変化する。そして、この距離L1,L2の変化に従って、検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束が連続的に変化する。このとき、グラジオメータ70からは、検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束の差分に比例した出力信号が得られる。   In such a configuration, when the magnetic foreign object 2 moves along the x-axis direction, the distances L1 and L2 between the magnetic foreign object 2 and the detection coils 701 and 702 change continuously. And according to the change of this distance L1, L2, the magnetic flux linked to the detection coils 701, 702 changes continuously. At this time, an output signal proportional to the difference between the magnetic fluxes linked to the detection coils 701 and 702 is obtained from the gradiometer 70.

図7(b)は、磁性異物2がx軸方向に移動したときのグラジオメータ70の出力信号を示す図である。   FIG. 7B is a diagram showing an output signal of the gradiometer 70 when the magnetic foreign material 2 moves in the x-axis direction.

図7(b)を参照して、出力信号は、正側および負側にそれぞれピークを有していることが分かる。正側のピークは、検出コイル701に鎖交する磁束が検出コイル702に鎖交する磁束よりも多いことを示し、負側のピークは、検出コイル702に鎖交する磁束が検出コイル701に鎖交する磁束よりも多いことを示している。これらのピークは、磁性異物2が移動するに従って、検出コイル701,702と磁性異物2との距離L1,L2の大小関係が連続的に変化することによって生じるものである。   Referring to FIG. 7B, it can be seen that the output signal has peaks on the positive side and the negative side, respectively. The positive peak indicates that the magnetic flux interlinking with the detection coil 701 is larger than the magnetic flux interlinking with the detection coil 702, and the negative peak indicates that the magnetic flux interlinking with the detection coil 702 is chained with the detection coil 701. It shows that there are more magnetic fluxes that intersect. These peaks are caused by a continuous change in the magnitude relationship between the distances L1 and L2 between the detection coils 701 and 702 and the magnetic foreign matter 2 as the magnetic foreign matter 2 moves.

さらに出力信号において、そのピークは、検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束の差分に比例した大きさとなる。このピークが大きいほど、高い検出精度が得られる。   Further, in the output signal, the peak has a magnitude proportional to the difference between the magnetic fluxes linked to the detection coils 701 and 702, respectively. The larger this peak, the higher the detection accuracy.

しかしながら、磁性物検出装置100の構成上、検出コイル701,702の中心間距離であるベースラインLTに対して検出コイル701,702と磁性異物2との距離L1,L2が十分に長くなる場合がある。この場合には、距離L1と距離L2とが略等しくなるために,検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束が略等しくなる。その結果、出力信号のピークが小さくなり、磁性異物2を正確に検出することが困難となる。   However, due to the configuration of the magnetic substance detection device 100, the distances L1 and L2 between the detection coils 701 and 702 and the magnetic foreign object 2 may be sufficiently longer than the base line LT which is the distance between the centers of the detection coils 701 and 702. is there. In this case, since the distance L1 and the distance L2 are substantially equal, the magnetic fluxes linked to the detection coils 701 and 702 are substantially equal. As a result, the peak of the output signal becomes small, and it is difficult to accurately detect the magnetic foreign material 2.

かかる場合において検出精度を高めるためには、ベースラインLTをより長くすることが有効である。しかしながら、超伝導薄膜を形成する大型の単結晶基板がないため、大面積の超伝導薄膜パターン74(図5)を形成することは必ずしも容易でない。   In such a case, in order to increase the detection accuracy, it is effective to make the baseline LT longer. However, since there is no large single crystal substrate on which a superconducting thin film is formed, it is not always easy to form a large-area superconducting thin film pattern 74 (FIG. 5).

そこで、ベースラインLTを変えることなく、検出コイル701,702の間で磁性異物2までの距離L1,L2に有意な差を設ける手段としては、図8に示すように、検出コイル701,702のコイル面を磁性異物2の移動面(x−y平面)に対して垂直となるように、グラジオメータ70を配置する構成(以下、垂直配置とも称する)とすることが考えられる。   Therefore, as means for providing a significant difference in the distances L1 and L2 to the magnetic foreign object 2 between the detection coils 701 and 702 without changing the baseline LT, as shown in FIG. It can be considered that the gradiometer 70 is arranged (hereinafter also referred to as a vertical arrangement) so that the coil surface is perpendicular to the moving surface (xy plane) of the magnetic foreign matter 2.

図8は、磁気センサ18としてのグラジオメータ70を垂直配置した構成を説明するための図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration in which the gradiometer 70 as the magnetic sensor 18 is vertically arranged.

図8(a)を参照して、磁性異物2が混入された被検査体1(図示せず)は、搬送方向(図中のx軸方向に相当)に沿って移動する。グラジオメータ70は、磁性異物2の移動面(図中のx−y平面に相当)に対して、検出コイル701,702のコイル面が垂直となるように配置されている。すなわち、グラジオメータ70は、x軸方向を磁界感受方向とするように配置されており、磁界感受方向が磁性異物2の磁化方向と直交している。   Referring to FIG. 8A, the inspection object 1 (not shown) mixed with the magnetic foreign material 2 moves along the transport direction (corresponding to the x-axis direction in the drawing). The gradiometer 70 is arranged such that the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 are perpendicular to the moving surface of the magnetic foreign material 2 (corresponding to the xy plane in the drawing). That is, the gradiometer 70 is arranged so that the x-axis direction is the magnetic field sensing direction, and the magnetic field sensing direction is orthogonal to the magnetization direction of the magnetic foreign material 2.

このような構成において、磁性異物2がx軸方向に沿って移動すると、磁性異物2と検出コイル701,702との距離L1,L2が連続的に変化する。この距離L1,L2の変化に従って、検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束が連続的に変化する。このとき、グラジオメータ70からは、検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束の差分に比例した出力信号が得られる。   In such a configuration, when the magnetic foreign object 2 moves along the x-axis direction, the distances L1 and L2 between the magnetic foreign object 2 and the detection coils 701 and 702 change continuously. As the distances L1 and L2 change, the magnetic fluxes linked to the detection coils 701 and 702 change continuously. At this time, an output signal proportional to the difference between the magnetic fluxes linked to the detection coils 701 and 702 is obtained from the gradiometer 70.

図8(b)は、磁性異物2がx軸方向に移動したときのグラジオメータ70の出力信号のシミュレーション結果を示す図である。   FIG. 8B is a diagram illustrating a simulation result of the output signal of the gradiometer 70 when the magnetic foreign material 2 moves in the x-axis direction.

図8(b)を参照して、出力信号は、正側および負側にそれぞれピークを有している。それぞれのピークの大きさは、図7(b)で示した出力信号のピークと比較して大きくなっていることが分かる。検出コイル701,702のベースラインLTが、直接的に、磁性異物2までの距離L1,L2の差となっていることによる。なお、図4(b)で示したマグネトメータの出力信号のピークの大きさを1とすると、シミュレーションの結果、0.13程度の大きさとなっている。   Referring to FIG. 8B, the output signal has a peak on each of the positive side and the negative side. It can be seen that the size of each peak is larger than the peak of the output signal shown in FIG. This is because the base line LT of the detection coils 701 and 702 is directly the difference between the distances L1 and L2 to the magnetic foreign object 2. Assuming that the peak size of the output signal of the magnetometer shown in FIG. 4B is 1, the result of the simulation is about 0.13.

その一方で、出力信号は、磁性異物2が検出コイル701,702に最も近接する位置、すなわち、磁性異物2が検出コイル701,702の直下となる位置では、零を示している。磁性異物2が検出コイル701,702の直下となる位置で出力信号が零となるのは、検出コイル701,702の直下では、磁性異物2の磁化方向(x軸方向)がグラジオメータ70の磁界感受方向(z軸方向)と直交するために、磁性異物2の磁場Hを検出できないからである。   On the other hand, the output signal indicates zero at a position where the magnetic foreign object 2 is closest to the detection coils 701 and 702, that is, a position where the magnetic foreign object 2 is directly below the detection coils 701 and 702. The reason why the output signal becomes zero at the position where the magnetic foreign matter 2 is directly below the detection coils 701 and 702 is that the magnetization direction (x-axis direction) of the magnetic foreign matter 2 is the magnetic field of the gradiometer 70 immediately below the detection coils 701 and 702. This is because the magnetic field H of the magnetic foreign material 2 cannot be detected because it is orthogonal to the sensing direction (z-axis direction).

このように検出コイル701,702のコイル面を磁性異物2の移動面に対して垂直に配置した場合には、該コイル面を磁性異物2の移動面に対して平行に配置した場合と比較して、ピークにおける出力信号のレベルを大きくすることができる反面、検出コイル701,702の直下となる位置からオフセットされた位置で出力信号がピークを示すことになる。このオフセットされた位置から検出コイル701,702までの距離は、検出コイル701,702の直下となる位置から検出コイル701,702までの距離よりも長いことから、磁場Hの検出感度においては不利となってしまう。したがって、検出感度を確保するためには、検出コイル701,702の直下により近い位置で出力信号がピークを示すことが要求される。   In this way, when the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 are arranged perpendicular to the moving surface of the magnetic foreign object 2, the coil surfaces are arranged in parallel to the moving surface of the magnetic foreign material 2. Thus, while the level of the output signal at the peak can be increased, the output signal shows a peak at a position offset from the position immediately below the detection coils 701 and 702. Since the distance from the offset position to the detection coils 701 and 702 is longer than the distance from the position immediately below the detection coils 701 and 702 to the detection coils 701 and 702, the detection sensitivity of the magnetic field H is disadvantageous. turn into. Therefore, in order to ensure detection sensitivity, it is required that the output signal exhibits a peak at a position closer to the position immediately below the detection coils 701 and 702.

そこで、本実施の形態による磁性物検出装置は、磁性異物2の移動面に対して検出コイル701,702のコイル面が所定の角度を有するようにグラジオメータ70を配置する構成(以下、傾斜配置とも称する)とする。所定の角度は、90°よりも小さい角度に設定される。以下では、一例として、所定の角度を45°とした場合の検出動作について説明する。   Therefore, in the magnetic substance detection device according to the present embodiment, the gradiometer 70 is arranged so that the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 have a predetermined angle with respect to the moving surface of the magnetic foreign object 2 (hereinafter referred to as an inclined arrangement). Also referred to as). The predetermined angle is set to an angle smaller than 90 °. Hereinafter, as an example, the detection operation when the predetermined angle is 45 ° will be described.

図9は、磁気センサ18としてのグラジオメータ70を傾斜配置した構成を説明するための図である。   FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration in which the gradiometer 70 as the magnetic sensor 18 is disposed in an inclined manner.

図9(a)を参照して、磁性異物2が混入された被検査体1(図示せず)は、搬送方向(図中のx軸方向に相当)に沿って移動する。グラジオメータ70は、磁性異物2の移動面(図中のx−y平面に相当)に対して、検出コイル701,702のコイル面が45°の角度を有するように配置されている。すなわち、グラジオメータ70は、z軸方向に対して45°だけ傾斜した方向を磁界感受方向とするように配置されている。   Referring to FIG. 9A, the inspected object 1 (not shown) mixed with the magnetic foreign material 2 moves along the transport direction (corresponding to the x-axis direction in the figure). The gradiometer 70 is arranged such that the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 have an angle of 45 ° with respect to the moving surface of the magnetic foreign matter 2 (corresponding to the xy plane in the drawing). That is, the gradiometer 70 is arranged so that the direction inclined by 45 ° with respect to the z-axis direction is the magnetic field sensing direction.

このような構成において、磁性異物2がx軸方向に沿って搬送されると、磁性異物2と検出コイル701,702との距離L1,L2が連続的に変化する。この距離L1,L2の変化に従って、検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束が連続的に変化する。このとき、グラジオメータ70からは、検出コイル701,702にそれぞれ鎖交する磁束の差分に比例した出力信号が得られる。   In such a configuration, when the magnetic foreign object 2 is conveyed along the x-axis direction, the distances L1 and L2 between the magnetic foreign object 2 and the detection coils 701 and 702 change continuously. As the distances L1 and L2 change, the magnetic fluxes linked to the detection coils 701 and 702 change continuously. At this time, an output signal proportional to the difference between the magnetic fluxes linked to the detection coils 701 and 702 is obtained from the gradiometer 70.

図9(b)は、磁性異物2がx軸方向に移動したときのグラジオメータ70の出力信号のシミュレーション結果を示す図である。   FIG. 9B is a diagram showing a simulation result of the output signal of the gradiometer 70 when the magnetic foreign material 2 moves in the x-axis direction.

図9(b)を参照して、出力信号は、正側および負側にそれぞれピークを有している。それぞれのピークの大きさは、図8(b)で示した出力信号のピークよりもさらに大きいことが分かる。なお、図4(b)で示したマグネトメータの出力信号のピークの大きさを1とすると、シミュレーションの結果、およそ0.22程度の大きさとなっている。   Referring to FIG. 9B, the output signal has peaks on the positive side and the negative side, respectively. It can be seen that the size of each peak is larger than the peak of the output signal shown in FIG. Assuming that the magnitude of the peak of the output signal of the magnetometer shown in FIG. 4B is 1, the result of the simulation is about 0.22.

さらに、出力信号は、検出コイル701,702の中央部分に対して略直下となる位置でピークを示している。   Further, the output signal shows a peak at a position substantially directly below the central portion of the detection coils 701 and 702.

このように検出コイル701,702のコイル面を磁性異物2の移動面に対して傾斜させたことによって、出力信号は、検出コイル701,702の中央部分に対して略直下となる位置でピークを示すととも、ピークの大きさが上記の垂直配置に対して大きくなっている。   As described above, the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 are inclined with respect to the moving surface of the magnetic foreign matter 2, so that the output signal peaks at a position substantially directly below the central portion of the detection coils 701 and 702. As shown, the peak size is larger than the vertical arrangement.

これは、当該位置においても、ベースラインLTによって磁性異物2から検出コイル701,702までの距離L1,L2に有意な差が生じていることに加えて、磁性異物2の磁化方向とグラジオメータ70の磁界感受方向とが直交していないために、グラジオメータ70の検出感度が確保されていることによる。   Even at this position, in addition to the significant difference in the distances L1 and L2 from the magnetic foreign material 2 to the detection coils 701 and 702 due to the baseline LT, the magnetization direction of the magnetic foreign material 2 and the gradiometer 70 are also different. This is because the detection sensitivity of the gradiometer 70 is ensured because the magnetic field sensing direction is not orthogonal.

この結果、グラジオメータ70を磁性異物2の移動面に対して傾斜配置することにより、環境磁気ノイズの影響を低減しつつ、高い検出感度で磁性異物2を検出することが可能となる。
(実測データ)
図10は、磁気センサ18としてマグネトメータ(図4)を用いた場合、磁気センサ18としてグラジオメータ(図6)を用い、かつ検出コイル701,702のコイル面を磁性異物2の移動面に対して垂直となるようにグラジオメータ70を配置した場合、および、磁気センサ18としてグラジオメータを用い、かつ検出コイル701,702のコイル面を磁性異物2の移動面に対して45°の角度を有するようにグラジオメータ70を配置した場合における実測結果を示す図である。
As a result, by arranging the gradiometer 70 to be inclined with respect to the moving surface of the magnetic foreign matter 2, it is possible to detect the magnetic foreign matter 2 with high detection sensitivity while reducing the influence of environmental magnetic noise.
(Actual measurement data)
FIG. 10 shows that when a magnetometer (FIG. 4) is used as the magnetic sensor 18, a gradiometer (FIG. 6) is used as the magnetic sensor 18, and the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 are moved with respect to the moving surface of the magnetic foreign matter 2. When the gradiometer 70 is arranged so as to be vertical, and a gradiometer is used as the magnetic sensor 18, the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 have an angle of 45 ° with respect to the moving surface of the magnetic foreign matter 2. It is a figure which shows the actual measurement result in the case where the gradiometer 70 is arranged as described above.

なお、本実測結果は、グラジオメータ70の検出コイル701,702を、マグネトメータの検出コイルと同一形状とし、かつ、ベースラインを該検出コイルの一辺の長さと同じとした条件下において、図1および2に示した構成において被検査体1を搬送させた場合にそれぞれ得られたものである。   The actual measurement result is shown in FIG. 1 under the condition that the detection coils 701 and 702 of the gradiometer 70 have the same shape as the detection coil of the magnetometer and the base line is the same as the length of one side of the detection coil. 2 and 2 are obtained respectively when the inspection object 1 is transported.

図10を参照して、ラインLN1は、マグネトメータの出力信号を示し、ラインLN2は、検出コイルのコイル面が磁性異物2の移動面に対して垂直となるように配置されたグラジオメータの出力信号を示し、ラインLN3は、検出コイルのコイル面が磁性異物2の移動面に対して45°の角度を有するように傾斜配置されたグラジオメータの出力信号を示す。   Referring to FIG. 10, line LN <b> 1 indicates the output signal of the magnetometer, and line LN <b> 2 indicates the output of the gradiometer arranged so that the coil surface of the detection coil is perpendicular to the moving surface of magnetic foreign matter 2. The line LN3 indicates the output signal of the gradiometer that is inclined so that the coil surface of the detection coil has an angle of 45 ° with respect to the moving surface of the magnetic foreign object 2.

これら3つの出力信号間でピークとなる信号レベルを比較すると、マグネトメータの出力信号が最も大きく、磁性異物2の移動面に対して45°の角度を有するように傾斜配置されたグラジオメータの出力信号が次に大きく、磁性異物2の移動面に対して垂直となるように配置されたグラジオメータの出力信号が最も小さい。具体的には、マグネトメータの出力信号のピークを1としたときに、垂直に配置されたグラジオメータの出力信号のピークが0.17程度となるのに対して傾斜配置されたグラジオメータの出力信号のピークは0.25程度となった。これらは、図8および図9で示したシミュレーション結果が実証されていることが示している。   Comparing the peak signal level among these three output signals, the output signal of the magnetometer is the largest, and the output of the gradiometer inclined so as to have an angle of 45 ° with respect to the moving surface of the magnetic foreign matter 2 The output signal of the gradiometer arranged next to the next largest signal and perpendicular to the moving surface of the magnetic foreign material 2 is the smallest. Specifically, when the peak of the output signal of the magnetometer is 1, the output signal of the gradiometer arranged vertically is about 0.17 while the peak of the output signal of the gradiometer arranged vertically is about 0.17. The signal peak was about 0.25. These indicate that the simulation results shown in FIG. 8 and FIG. 9 are verified.

以上のような結果から、グラジオメータ70を傾斜配置することによって垂直に配置するのに対して、出力信号のピークを大きくすることができるため、検出感度が確保されることが示された。   From the above results, it was shown that the detection sensitivity is ensured because the peak of the output signal can be increased while the gradiometer 70 is arranged vertically by being inclined.

なお、グラジオメータ70の傾斜配置において、検出コイル701,702のコイル面と磁性異物2の移動面とがなす所定の角度については、グラジオメータ70のベースラインLTおよびグラジオメータ70と被検査体1との距離に基づいて、磁気感度が最適となるように適宜調整することが可能である。たとえばグラジオメータ70と被検査体1との距離に応じて所定の角度を可変とするように構成してもよい。   In addition, regarding the predetermined angle formed by the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 and the moving surface of the magnetic foreign substance 2 in the inclined arrangement of the gradiometer 70, the baseline LT of the gradiometer 70, the gradiometer 70, and the device under test 1 Can be appropriately adjusted so that the magnetic sensitivity is optimized. For example, the predetermined angle may be made variable according to the distance between the gradiometer 70 and the device under test 1.

(変更例)
なお、上述した本実施の形態における効果は、図11に示すように、搬送路42をグラジオメータ70に対して傾斜配置することによっても得ることができる。すなわち、検出コイル701,702のコイル面と磁性異物2の移動面とが所定の角度を有する限りにおいて、搬送路42およびグラジオメータ70のどちらが傾斜していてもよい。
(Example of change)
In addition, the effect in this Embodiment mentioned above can be acquired also by arrange | positioning the conveyance path 42 inclining with respect to the gradiometer 70, as shown in FIG. That is, as long as the coil surfaces of the detection coils 701 and 702 and the moving surface of the magnetic foreign substance 2 have a predetermined angle, either the conveyance path 42 or the gradiometer 70 may be inclined.

さらには、検出コイル701,702と磁性異物2との相対的な位置が連続的に変化すればよいことから、移動するのが磁性異物2ではなく、磁気センサ18とすることも可能である。   Furthermore, since the relative positions of the detection coils 701 and 702 and the magnetic foreign material 2 only need to change continuously, the magnetic sensor 18 can be moved instead of the magnetic foreign material 2.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の実施の形態に従う磁性物検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the magnetic substance detection apparatus according to embodiment of this invention. この発明の実施の形態に従う検出部の一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the detection part according to embodiment of this invention. SQUIDによる磁場検出の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the magnetic field detection by SQUID. 磁気センサとしてマグネトメータを用いた構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure which used the magnetometer as a magnetic sensor. グラジオメータを模式的に示す図である。It is a figure which shows a gradiometer typically. 図5のグラジオメータの一構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of 1 structure of the gradiometer of FIG. 磁気センサとしてグラジオメータを用いた構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure which used the gradiometer as a magnetic sensor. グラジオメータを垂直配置した構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure which has arrange | positioned the gradiometer vertically. グラジオメータを傾斜配置した構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure which inclinedly arranged the gradiometer. マグネトメータおよびグラジオメータにおける実測結果を示す図である。It is a figure which shows the actual measurement result in a magnetometer and a gradiometer. この発明の実施の形態の変更例に従う磁性物検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the magnetic substance detection apparatus according to the modification of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 被検査体、2 磁性異物、10 検出部、11,50 支持台、12 磁気シールド、14 容器部、16 冷却媒体、18 磁気センサ、20 帯磁装置、22,24 永久磁石、30 制御装置、40 搬送機構、42 搬送路、44 ベルト、46 プーリ、48 ローラ、701,702 検出コイル、56 帰還コイル、60 SQUID、70 グラジオメータ、72 基板、74 超伝導薄膜パターン、76 ジョセフソン接合部、77 端子接続部、78 端子、100 磁性物検出装置、120a,120b 開口部、180 空洞管、182 配線、JJ ジョセフソン結合。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test object, 2 Magnetic foreign material, 10 Detection part, 11, 50 Support stand, 12 Magnetic shield, 14 Container part, 16 Cooling medium, 18 Magnetic sensor, 20 Magnetic band device, 22, 24 Permanent magnet, 30 Control apparatus, 40 Conveyance mechanism, 42 Conveyance path, 44 Belt, 46 Pulley, 48 rollers, 701, 702 Detection coil, 56 Feedback coil, 60 SQUID, 70 Gradiometer, 72 Substrate, 74 Superconducting thin film pattern, 76 Josephson junction, 77 terminals Connection part, 78 terminals, 100 magnetic substance detection device, 120a, 120b opening, 180 cavity tube, 182 wiring, JJ Josephson coupling.

Claims (10)

被検査体に磁性物が混入されている場合に、該磁性物を検出する磁性物検出装置であって、
前記磁性物を所定の方向に磁化させるための帯磁装置と、
磁界を受ける面であるコイル面が同一平面上に配された2つの検出コイルを有し、前記2つの検出コイルのそれぞれに対して鎖交する磁束の差に応じた電流に基づいて前記磁性物を検出する磁気センサと、
前記被検査体と前記磁気センサとの相対的な位置が変化するように、前記被検査体および前記磁気センサの少なくとも一方を移動させる搬送機構とを備え、
前記磁気センサは、前記2つの検出コイルのコイル面が、前記所定の方向と垂直な面に対して所定の角度を有するように配置される、磁性物検出装置。
When a magnetic substance is mixed in an object to be inspected, a magnetic substance detection device that detects the magnetic substance,
A magnetic device for magnetizing the magnetic material in a predetermined direction;
The magnetic material has two detection coils arranged on the same plane as a surface for receiving a magnetic field, and the magnetic material is based on a current corresponding to a difference in magnetic flux linked to each of the two detection coils. A magnetic sensor for detecting
A transport mechanism that moves at least one of the inspection object and the magnetic sensor so that a relative position between the inspection object and the magnetic sensor changes;
The magnetic sensor is a magnetic substance detection device in which coil surfaces of the two detection coils are arranged so as to have a predetermined angle with respect to a plane perpendicular to the predetermined direction.
被検査体に磁性物が混入されている場合に、該磁性物を検出する磁性物検出装置であって、
磁界を受ける面であるコイル面が同一平面上に配された2つの検出コイルを有し、前記2つの検出コイルのそれぞれに対して鎖交する磁束の差に応じた電流に基づいて前記磁性物を検出する磁気センサと、
前記被検査体と前記磁気センサとの相対的な位置が変化するように、前記被検査体および前記磁気センサの少なくとも一方を移動させる搬送機構とを備え、
前記磁気センサは、前記2つの検出コイルのコイル面が、前記被検査体の相対的な移動面に対して所定の角度を有するように配置される、磁性物検出装置。
When a magnetic substance is mixed in an object to be inspected, a magnetic substance detection device that detects the magnetic substance,
The magnetic material has two detection coils arranged on the same plane as a surface for receiving a magnetic field, and the magnetic material is based on a current corresponding to a difference in magnetic flux linked to each of the two detection coils. A magnetic sensor for detecting
A transport mechanism that moves at least one of the inspection object and the magnetic sensor so that a relative position between the inspection object and the magnetic sensor changes;
The magnetic sensor is a magnetic substance detection device in which coil surfaces of the two detection coils are arranged so as to have a predetermined angle with respect to a relative movement surface of the object to be inspected.
前記所定の角度は、90度未満である、請求項1または請求項2に記載の磁性物検出装置。   The magnetic substance detection apparatus according to claim 1, wherein the predetermined angle is less than 90 degrees. 前記所定の角度は、略45度である、請求項3に記載の磁性物検出装置。   The magnetic substance detection apparatus according to claim 3, wherein the predetermined angle is approximately 45 degrees. 前記所定の角度は、前記磁気センサと前記被検査体との相対的な距離に応じて設定される、請求項3に記載の磁性物検出装置。   The magnetic object detection device according to claim 3, wherein the predetermined angle is set according to a relative distance between the magnetic sensor and the inspection object. 外部からの磁気ノイズを遮蔽するためのシールド部材をさらに備える、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の磁性物検出装置。   The magnetic substance detection device according to claim 1, further comprising a shield member for shielding magnetic noise from the outside. 前記磁気センサは、グラジオメータである、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の磁性物検出装置。   The magnetic substance detection apparatus according to claim 1, wherein the magnetic sensor is a gradiometer. 被検査体に磁性物が混入されている場合に、磁気センサを利用して該磁性物を検出する磁性物検出方法であって、
前記磁気センサは、磁界を受ける面であるコイル面が同一平面上に配された2つの検出コイルを有し、
前記磁性物検出方法は、
前記磁性物を所定の方向に磁化させるステップと、
前記2つの検出コイルのコイル面が、前記所定の方向に垂直な面に対して所定の角度を有するように配置するステップと、
前記被検査体と前記磁気センサとの相対的な位置が変化するように、前記被検査体および前記磁気センサの少なくとも一方を移動させるステップと、
前記2つの検出コイルのそれぞれに対して鎖交する磁束の差に応じた電流に基づいて前記磁性物を検出するステップとを備える、磁性物検出方法。
A magnetic substance detection method for detecting a magnetic substance using a magnetic sensor when a magnetic substance is mixed in an object to be inspected,
The magnetic sensor has two detection coils in which coil surfaces, which are surfaces that receive a magnetic field, are arranged on the same plane,
The magnetic substance detection method includes:
Magnetizing the magnetic material in a predetermined direction;
Arranging the coil surfaces of the two detection coils to have a predetermined angle with respect to a surface perpendicular to the predetermined direction;
Moving at least one of the inspection object and the magnetic sensor so that a relative position between the inspection object and the magnetic sensor changes;
Detecting the magnetic material based on a current corresponding to a difference in magnetic flux interlinking with each of the two detection coils.
被検査体に磁性物が混入されている場合に、磁気センサを利用して該磁性物を検出する磁性物検出方法であって、
前記磁気センサは、磁界を受ける面であるコイル面が同一平面上に配された2つの検出コイルを有し、
前記磁性物検出方法は、
前記被検査体と前記磁気センサとの相対的な位置が変化するように、前記被検査体および前記磁気センサの少なくとも一方を移動させるステップと、
前記2つの検出コイルのコイル面が、前記被検査体の相対的な移動面に対して所定の角度を有するように配置するステップと、
前記2つの検出コイルのそれぞれに対して鎖交する磁束の差に応じた電流に基づいて前記磁性物を検出するステップとを備える、磁性物検出方法。
A magnetic substance detection method for detecting a magnetic substance using a magnetic sensor when a magnetic substance is mixed in an object to be inspected,
The magnetic sensor has two detection coils in which coil surfaces, which are surfaces that receive a magnetic field, are arranged on the same plane,
The magnetic substance detection method includes:
Moving at least one of the inspection object and the magnetic sensor so that a relative position between the inspection object and the magnetic sensor changes;
Arranging the coil surfaces of the two detection coils so as to have a predetermined angle with respect to a relative movement surface of the object to be inspected;
Detecting the magnetic material based on a current corresponding to a difference in magnetic flux interlinking with each of the two detection coils.
前記磁気センサと前記被検査体との相対的な距離に応じて前記所定の角度を設定するステップをさらに備える、請求項8または請求項9に記載の磁性物検出方法。   The magnetic substance detection method according to claim 8, further comprising a step of setting the predetermined angle according to a relative distance between the magnetic sensor and the object to be inspected.
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