JPH03176682A - 磁場計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、核融合装置のような強磁場、高温、かつ、温
度変化の激しい環境下での使用に好適な磁場計測装置の
構造、及び、信号処理方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、核融合装置の磁場計測装置については。

フュージョン・エンジニアリング・イレヴンス・シンポ
ジウム・プロシーデインゲス・ボリューム１　（１９８
５年）第５８６頁から第５８９頁（Ｆｕｓｉｏｎ　Ｅｕ
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　１１ｔｈ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ。

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　Ｖｏｌｕｍｅ　１　（１９８
５）ｐｐ５８６−５８９）に詳しく論じられている。第
３図によりこれを説明する。

第３図は、ディジタル積分方式による磁場計測装置であ
る。磁場変動によるピックアップコイルに生じた電圧は
、アンプ５Ｃ、ローパスフィルタ１０、ｃ、及び、加算
器６を経て、Ｖ−Ｆコンバータ１１によりディジタル信
号ｆ１に変換される。

このパルス列ｆ工はアイソレータ１４を経て、アップダ
ウンカウンタ１５のＵＰ端子へ入り、ここで積分される
。積分の基準信号は、発振器１２からアイソレータ１４
を経て、アップダウンカウンタ１５のダウン端子に入る
。１３は、オフセット調整回路であり、磁場がゼロのと
き、アップダウンカウンタの出力がゼロとなるよう、即
ち、ｆｘ＝ｆｏとなるように、オフセットを自動調整す
る。

この調整回路１３のｏｎ　−ｏｆｆはコントローラ１６
により指示される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、磁場の長時間連続測定について考慮が
十分でなく、計測時間が大きくなるに伴い、計測誤差が
増大するという問題があった。

すなわち、直接計測に掛かるものは磁場の時間微分ｄ　
Ｂ／ｄ　ｔであり、４所望の磁場の値Ｂを得る計測誤差
は積分操作により蓄積されていき、連続的な計測は不可
能であった。

本発明の目的は、長時間連続測定可能な磁場計測装置を
提供することにある。

本発明の他の目的は、高温、強磁場、及び、温度変化の
大きい条件下で、ホール素子・磁気抵抗素子など磁電変
換素子により精度良く磁場を検出する方法を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、ピックアップコ
イルによる磁場計測装置に磁気変換素子（ホール素子）
による磁場計測を組み合わせたものである。

上記性の目的を達成するために、本発明は、各各逆向き
の磁場を発生する一対の較正用コイルを設け、二つの磁
電変換素子出力の和と差をとることにより、較正用磁場
と外部磁場を分離し、大きさの既知である較正用磁場か
ら磁電変換素子の感度を較正するものである。

〔作用〕

ピックアップコイルによる磁場計測は、積分操作による
誤差の蓄積（ゼロ点ドリフト）はあるが周波数特性数１
０ＫＨｚが確保できる。これと組み合わせた磁電変換素
子による磁場計測では、周波数特性はＩＫＨｚ程度であ
るが、積分操作は不要であるため誤差の蓄積は無いゆ従
って、この二つの信号を合成することにより、誤差の蓄
積（ゼロ点ドリフト）もなく、周波数特性の良い磁場計
測信号を得ることができる。

一方、各々逆向きの磁場を発生する一対の較正用コイル
は、そのコイル内に設置した二つの磁電変換素子出力の
和と差をとることにより、較正用磁場と測定すべき外部
磁場とを厳密に分離することを可能とする。これにより
、環境変化による素子の感度変化を、常時、補償するこ
とができる。

さらに、較正用磁場は互いに逆向きである事から、それ
による外部磁場の乱れは極小である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に−より説
明する。

第１図は、本発明による磁場計測装置のセンサ部の断面
図である。センサは、磁場変化を感じるピックアップコ
イルｌ、その中に設置した二つのホール素子２ａ、２ｂ
及び較正用コイル３ａ。

３ｂより成る。ホール素子自身は、１００℃程度の高温
までしか耐えられないため、センサ全体は冷却水配管４
で冷却する。

計測すべき外部磁場を、便宜上、高周波成分ＢＨと低周
波成分ＢＬとに分けて示した。また、較正用磁場Ｂとと
もに、その向きは白矢印で示した。第１図において、ホ
ール素子２ａの計測する磁場は外部磁場と較正磁場の差
Ｂ−Ｂであり、ホール素子２６の計測する磁場は、Ｂ＋
Ｂである。

また、ピックアップコイル１の計測に掛かるのは外部磁
場ＢＨ＋ＢＬの時間変化のみであり、較正用コイル３ａ
及び３ｂの作る磁場は、ピックアップコイル１内で相殺
するため、ピックアップコイル１の出力にはＢは影響し
ない。

第２図は、第１図のセンサの信号処理回路を示す。ピッ
クアップコイル１の出力は積分回路９を経て、外部磁場
、及び、ドリフト誤差Ｂ）ｌ＋　ＢＬ＋ｄとなる。この
信号だけからはドリフト誤差ｄは同定できない。

一方、ホール素子２ａ、２ｂの出力は、アンプ５　ａ　
、’　５　ｂを経て、加算器６及び減算器７ａに送られ
る。ここで、各ホール素子の出力は。

であり、Ｇ＝Ｇ（Ｔ、Ｂ）はホール素子の感度であり、
環境温度Ｔ及び磁場Ｂにより変化する。式（１）でＩは
ホール素子の駆動電流であり、２ａ、２ｂとも同じとす
る。

加算器６の出力はＶａ”：２ＧＢ１．減算器７ａの出力
はＶ７＝２ＧＢＩである。較正用コイルによる磁場Ｂを
あらかじめ計測しておき、演算器８において の関係から容易に外部磁場Ｂの絶対値が求まる。

この出力からローパスフィルタ１０ｂを経て低周波成分
Ｂしのみ取り出し、１０ｂと同じ特性を持つローパスフ
ィルタ１０ａを経た積分器９の出力Ｂｔ、十ｄとを減算
器７ｂに導き、ドリフトｄのみを抽出する。さらに、減
算器７ｃにより積分器出力Ｂｏ＋ＢＬ＋ｄからドリフト
誤差ｄを取り除く。

このように、本実施例によれば、ピックアップコイルに
よる磁場計測の積分操作によるドリフト誤差を完全に補
償できる。

第４図に本発明による第二の実施例によるセンサ部の断
面図を示す。第４図では、ホール素子対２ａ及び２ｂに
より上、下方向の磁場を計測し、同じくホール素子対２
ｃ及び２ｄにより左、右方向の磁場を計測する。較正用
コイル３ａ〜３ｄはすべて同形であり、直列に接続する
。第１図及び第２図に示した第一の実施例と同様ホール
素子２ａと２ｂとの和及び差をとることにより、外部磁
場成分と較正用磁場とを厳密に分離できる。ホール素子
２ｃ及び２ｄについても同様である。また、第１図に示
した実施例に比べ、較正用コイル開口部間が近接してい
るため、較正用磁場の漏れは、−層、小さくなる。本実
施例によれば、温度や磁場変化により素子感度が変動す
る環境下で、二次元の磁場を精度良く計測できる。また
、この実施例では、較正用コイル３８〜３ｄはすべて一
連とした環状ソレノイドであってもよい。このとき較正
用磁場の漏れはさらに小さくなる。

第５図は、較正用コイル３ａを環状ソレノイドとしホー
ル素子２ａ〜２ｈにより四方向の磁場を直接計測するよ
うにしたものである。信号処理方法は、ホール素子２ａ
及び２ｅ、２ｂ及び２ｆのように対角線上にあるペアに
ついて、和及び差をとる。本実施例によれば、二次元上
四方向の磁場計測が一度にでき、較正用コイルも環状で
あるため製作が容易になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、積分操作によるドリフト誤差を常に磁
電変換素子による磁場計測誤差まで低減できるので、従
来不可能であったピックアップコイルによる磁場の長時
間連続測定（数分以上）が可能になる。

また、本発明により磁電変換素子の感度を較正すれば、
素子の耐用温度内ならば、温度変化による感度の変動（
０，２％／℃程度）や、計測磁場強度による感度の非線
形性に影響されない磁場計測ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の磁場計測装置センサ部の断
面図、第２図は第１図に示したセンサのための信号処理
装置ブロック図、第３図は従来技術による磁場計測装置
のブロック図、第４図及び第５図は１本発明のセンサの
第二及び第三の実施例の断面図である。 ■・・・ピックアップコイル、２　ａ　”　ｈ・・・ホ
ール素子、３ａ＝ｄ・・・較正用コイル、６・・・加算
器、７ａ・・・減第 ２ １０＾、１０ｂ ローハ′スフイｆレク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ホール素子・磁気抵抗素子などの磁電変換素子と、
   これら素子の出力信号を処理する信号処理回路よりなる
   磁場計測装置において、 各々逆向きの磁界を発生させる一対の較正用コイルを設
   けたことを特徴とする磁場計測装置。 ２、ピックアップコイルと、磁場変動により前記ピック
   アップコイルに誘起された電圧を積分し磁束密度を算出
   する積分回路より成る磁場計測装置において、 積分ドリフト補償用の磁電変換素子を設けたことを特徴
   とする磁場計測装置。