JPH07198407A - 磁気測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁性物移動の向きを、感度良く検出でき、か
つ小型化された磁気測定器を提供する。 【構成】 移動する磁性物からの磁界の３軸成分Ｈ_x 、
Ｈ_y 、Ｈ_z を３軸磁気センサ素子１と、センサ制御器２
とからなる３軸磁気センサ５で検出し、信号変換器３で
ディジタル信号に変換してコンピュータ４に取込み、コ
ンピュータ４で、例えばＨ_z ／Ｈ_x を算出し、θ＝ｔａ
ｎ^-1Ｈ_z ／Ｈ_x と、その変化を算出し、これらから磁性
物の移動方向の向きを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁性物の移動の向き
を算出し得る磁気測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁性物の位置と磁気モーメントを
求める方法として、図５に示すように、２個の３軸磁気
センサと１個の２軸センサを使用して、磁界傾度５成分
及び磁界３軸成分を測定し、これらから位置及び磁気モ
ーメントを算出するものがある。この方法は、磁性物か
らγ’離れた観測点Ｐの磁界の強さの３成分をＨ_x 、Ｈ
_y 、Ｈ_z とし、磁気モーメントをＭ_x 、Ｍ_y 、Ｍ_z 、距
離γ’の３成分をｘ、ｙ、ｚとすると、

【０００３】

【数１】

【０００４】なお、静磁界においては、

【０００５】

【数２】

【０００６】となるので、(d) 式の磁界傾度のうち、独
立なものは、

【０００７】

【数３】

【０００８】である。したがって、Ｈ_x 、Ｈ_y 、Ｈ_z の
磁界の３成分と、式(f) の磁界傾度５成分を測定すれ
ば、式(a)(b)より、磁気モーメントＭ’及び位置γ’を
求めることができる。図５において磁界傾度５成分は、

【０００９】

【数４】

【００１０】によって、近似して求め、磁界３成分は、
Ｈ_XB、Ｈ_YB、Ｈ_ZBを用いる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来の磁気測定
器で磁性物の位置を測定し、移動の向きを測定できる
が、磁界傾度を使用するために、実用的な測定感度が得
られない上に、２個の３軸磁気センサと１個の２軸セン
サでセンサ部を構成するので、センサ部が大がかりにな
るという問題があった。

【００１２】この発明は、上記問題点に着目してなされ
たものであって、感度が確保された状態で、磁性物移動
の向きが検出でき、かつ小型化された磁気測定器を提供
することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明の磁気
測定器は、３軸磁気センサと、この３軸磁気センサの検
知した磁界値をディジタル値に変換する手段と、検知し
た磁性物の発生する磁界の３成分Ｈ_x 、Ｈ_y 、及びＨ_z
につき、Ｈ_y ／Ｈ_x 、Ｈ_z ／Ｈ_x 、Ｈ_x ／Ｈ_y 、Ｈ_z ／
Ｈ_y 、Ｈ_x ／Ｈ_z 及びＨ_y ／Ｈ_z を算出する磁界成分比
算出手段と、算出された磁界成分比の少なくとも１つを
用いて、磁性物の移動の向きを算出する移動向き算出手
段とから構成されている。

【００１４】この磁気測定器では、図１に示すように、
例えば測定点をｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝０、この測定点で
の、磁性物による検知磁界をＨ_x 、Ｈ_y 、Ｈ_z とし、ｙ
＝０、ｚ＝ａ（一定）の条件のもと、ｘ軸方向に磁性物
が移動するとき、θ＝ｔａｎ ^-1（Ｈ_z ／Ｈ_x ）の磁性物
の移動にともなうθの変化、Δθの極性は、磁性物の磁
気モーメントの向きに関わらず、移動の向きにより一定
である。したがって、この磁気測定器は、磁界成分比
（例えばＨ_z ／Ｈ_x ）を求め、これに基づいて磁性物の
移動の向きを算出することができる。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により、この発明をさらに詳細
に説明する。図２は、この発明の一実施例磁気測定器の
構成を示すブロック図である。この実施例磁気測定器
は、３軸磁気センサ素子１と、センサ制御器２と、信号
変換器３と、コンピュータ４とから構成されている。

【００１６】３軸磁気センサ素子１は、測定点に設置さ
れ、移動する磁性物の磁界の３成分、Ｈ_x 、Ｈ_y 、Ｈ_z
を検出可能なものが使用される。センサ制御器２は、３
軸磁気センサ素子１を駆動し、３軸磁気センサ素子１か
らの検出信号の処理を行う。この３軸磁気センサ素子１
と、センサ制御器２とで、３軸磁気センサ５が構成さて
いる。

【００１７】信号変換器３は、センサ制御器２から出力
される検出信号Ｖ₁ を、コンピュータ４に取り込み信
号、つまりディジタル信号Ｖ₂ に変換する。コンピュー
タ４は、ディジタルに変換された検出信号、すなわち検
出磁界の３成分Ｈ_x 、Ｈ_y 、Ｈ _z を取込み、磁界の３成
分の各比を算出し、磁性物の移動の向きを算出するため
の演算を行う。コンピュータ４からは、外部へ結果の出
力を送出可能である。

【００１８】この磁気測定器において、３軸磁気センサ
素子１の設置位置、つまり測定点をｘ＝０、ｙ＝０、ｚ
＝０とし、この測定点での検知磁界をＨ_x 、Ｈ_y 、Ｈ_z
とする。そして磁性物がｙ＝０、ｚ＝ａ（一定）の条件
で、すなわちｚ方向位置がほぼ一定、ほぼｘ軸に平行に
移動する場合には、コンピュータ４で、θ＝ｔａｎ^-1Ｈ
_z ／Ｈ_x を算出し、さらにその変化を算出することによ
り、その変化の仕方により、移動の向きを決定し、外部
へこの結果が出力される。その具体的な算出方法は、後
述の式（１０）、…、式（１６）を磁性物移動の場合に
適用する。

【００１９】次に、上記実施例装置で採用する測定原理
について詳述する。図３に示す磁気モーメントＭ’〔Ｗ
ｂ・ｍ〕である磁性物が位置ベクトルγ’〔ｍ〕で示さ
れる観測点Ｐに発生する磁界Ｈ’〔Ａ／ｍ〕は（Ｍ’の
右肩の’印は、便宜上ベルトル記号として使用してい
る：その他の文字についても以下同じ）、

【００２０】

【数５】

【００２１】である。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の単位
ベクトルをｉ’、ｊ’、ｋ’とし、Ｍ’〔Ｗｂ・ｍ〕、
γ’〔ｍ〕、Ｈ’〔ＡＴ／ｍ〕をそれぞれの軸方向成分
を用いて以下のように定義する。 Ｍ’＝Ｍ_x ｉ’＋Ｍ_y ｊ’＋Ｍ_z ｋ’〔Ｗｂ・ｍ〕 …（３） γ’＝ｘｉ’＋ｙｊ’＋ｚｋ’〔ｍ〕 …（４） Ｈ’＝Ｈ_x ｉ’＋Ｈ_y ｊ’＋Ｈ_z ｋ’〔Ａ／ｍ〕 …（５） このとき、式（１）より、

【００２２】

【数６】

【００２３】

【数７】

【００２４】となる。例えばＭ’〔Ｗｂ・ｍ〕を、Ｍ_x
＝Ｍ_y ＝Ｍ_z ＞０〔Ｗｂ・ｍ〕とし、ｙ＝０〔ｍ〕、ｚ
＝５０〔ｍ〕とするとき、ｘ〔ｍ〕に対するＨ_x 、
Ｈ_y 、Ｈ_z〔Ａ／ｍ〕の変化は、図４の波形となる。こ
れらの波形はＭ’〔Ａ／ｍ〕の向きによって種々変化
し、Ｍ’〔Ｗｂ・ｍ〕が未知の場合は、Ｘ軸方向で正の
向きに、あるいは負の向きに移動し、観測した磁界波形
より逆に観測点の移動の向きを求めようにも、これまで
有効な方法は発見されていない。一方、発明者は、種々
の検討の過程において、例えばＨｚ／Ｈｘというよう
に、磁界２成分の比に奇妙な性質があることに気付い
た。

【００２５】ここで、観測点ＰをＹ＝０〔ｍ〕とし、Ｘ
軸方向に平行に移動させるとき、観測磁界よりＹ軸成分
を除いた Ｈ’_xy＝Ｈ_x ｊ’＋Ｈ_z ｋ’〔Ａ／ｍ〕 …（９） に注目する。ＸＹ平面上で、Ｘ軸となす角θ_xz〔ｒａ
ｄ〕とすると、

【００２６】

【数８】

【００２７】である。θ_xz〔ｒａｄ〕のＸ軸方向におけ
る変化は、式（８）より

【００２８】

【数９】

【００２９】となる。仮に、観測点の移動が等速度で行
われるとするならば、式（１１）は、時刻をｔ〔ｓ〕と
するとき、∂θ_xy／∂ｔ〔ｒａｄ／ｓ〕と等価、つまり
角速度を意味する。ここで、ｙ＝０〔ｍ〕として、式
（６）〜（８）を式（１１）に代入すると、

【００３０】

【数１０】

【００３１】となる。この式の分母はｘに関しては、２
次式であり、

【００３２】

【数１１】

【００３３】である。この式より、式（１２）の分母の
正負を定めるのは、ｚ〔ｍ〕の極性のみに依存し、Ｍ_x
≠０〔Ｗｂ・ｍ〕又はＭ_z ≠０〔Ｗｂ・ｍ〕 …（１
４）という条件のもとでは、Ｍ’〔Ｗｂ・ｍ〕の特性に
関わらず、 ｚ＞０のとき ∂θ_xx／∂ｘ＜０ …（１５） ｚ＜０のとき ∂θ_xx／∂ｘ＞０ …（１６） となる。したがってｚ〔ｍ〕の特性を変えずにｚ≠０
〔ｍ〕とし、観測点をＸ軸方向に移動させて、θ_xz〔ｒ
ａｄ〕の増減を調査すれば、磁性物がＭ_x ≠０、又はＭ
_z ≠０であれば観測点の移動の向きが判別できる。

【００３４】以上は、式（１）での説明の便宜上、観測
点を移動させることとして説明したが、もちろん観測点
を固定し、磁性物が移動する場合も同様に適用できる。
数値計算によれば、移動にあたってのｙ＝０〔ｍ〕とい
う条件は、式（１５）（１６）を成りたたせるための厳
密な必要条件ではなく、ｙ＝０〔ｍ〕からのズレの増加
に応じてＭ’〔Ｗｂ・ｍ〕の向きにより、式（１５）
（１６）が成りたたなくなる場合が増加するという性質
をもつことが判明している。

【００３５】例えば、ｙ≠０〔ｍ〕を満たさない直線上
の運動には、 ｘ＝ｙ＝０〔ｍ〕の地点を通過するが、Ｘ軸方向から
傾きをもつ移動 ｘ＝ｙ＝０〔ｍ〕の地点を通過しない、Ｘ軸方向のみ
の移動 ｘ＝ｙ＝０〔ｍ〕の地点を通過しない、Ｘ軸方向から
傾きをもつ移動 がある。の最悪の場合、Ｙ軸方向と一致した移動と理
解できる。これに対しては、

【００３６】

【数１２】

【００３７】に注目することにより、Ｙ軸方向への移動
であるとの判定を下すことが可能となる。またについ
ては、必要に応じた個数の観測点を進行方向に対して横
方向に、配列して対処を行う。については、式（１
７）への注目と、観測点の複数化を併用して対処する。

【００３８】

【発明の効果】この発明によれば、磁性物の移動の向き
を測定するのに、３軸磁気センサを１個のみ使用し、３
軸磁界成分を検出し、その磁界成分比を算出し、その変
化を求めて向きを決定するものであるから、磁界傾度を
用いるものでなく、磁界成分そのものを使用するので、
十分な感度のもとで、向きを決定できる。その上、使用
する磁気センサの数も少ないので、磁気測定器の小型化
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の磁気測定器における、磁性物の移動
方向の向き測定例を説明する図である。

【図２】この発明の一実施例磁気測定器の構成を示すブ
ロック図である。

【図３】同実施例磁気測定器の採用原理を説明するため
の観測系を示す図である。

【図４】同観測系において、測定点をＸ軸方向に変化さ
せた場合の各磁界成分の変化を示す図である。

【図５】従来の磁気測定器の観測磁界を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ ３軸磁気センサ素子 ２ センサ制御器 ３ 信号変換器 ４ コンピュータ ５ ３軸磁気センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３軸磁気センサと、この３軸磁気センサの
   検知した磁界値をディジタル値に変換する手段と、検知
   した磁性物の発生する磁界の３成分Ｈ_x 、Ｈ_y 、及びＨ
   _z につき、Ｈ_y ／Ｈ_x 、Ｈ_z ／Ｈ_x 、Ｈ_x ／Ｈ_y 、Ｈ_z
   ／Ｈ_y 、Ｈ_x ／Ｈ_z 及びＨ_y／Ｈ_z を算出する磁界成分
   比算出手段と、算出された磁界成分比の少なくとも１つ
   を用いて、磁性物の移動の向きを算出する移動向き算出
   手段とを備えたことを特徴とする磁気測定器。