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磁気センサ

磁気センサとは、磁場(磁界)の大きさ,方向を計測する為のセンサで主な種類を以下に記します。

1. コイル
針金などの電線を、螺旋状に巻いたもので、この中を通過する磁束が変化すると、電磁誘導による電圧が発生し、その電圧を検出すれば磁気を検出することができます。出力電圧が磁束の変化速度に依存するため、磁界とコイルの相対変化がないと検出できません。

2. ホール素子
電流の流れに対し、電流に垂直に磁場をかけると、電流と磁場の両方に直交する方向に起電力が現れる現象をホール効果といい、この原理を利用した素子をホール素子といいます。半導体素子で応用されます。

3. 磁気抵抗効果素子(MR素子)
磁場の変化に応じて、抵抗が変化する材料を用いて磁場を検出する素子のことを磁気抵抗素子といいます。AMR,GMR,TMR等の種類が有ります。

4. 磁気インピーダンス素子(MI素子)
アモルファス合金ワイヤなどの高透磁率合金磁性体の磁気インピーダンス効果を基礎に、パルス通電磁気インピーダンス効果をCMOS電子回路で実現した原理の高感度マイクロ磁気センサです。

5. ウィーガント・ワイヤ
振幅が数エルステッド(Oe)以上の交流磁界をワイヤの長さ方向に印加すると、各半周期で鋭いパルス電圧がコイルの両端に誘導されます。実用的には、ワイヤの長さ方向に磁石やコイルで直流磁界(バイアス磁界)を与えて、外部から反対向きの磁界を与えると跳躍的に磁束が反転してコイルにパルス電圧が発生するように使用します。

6. フラックス・ゲートセンサ
高透磁率の軟磁性体は外部磁界を吸収するので、軟磁性体のコアにコイルを巻き、コイルに電流を流して磁気飽和させると、吸収していた外部磁界を放出します。別のコイルを検出コイルとして巻いておき、励磁電流を加えると、軟磁性体は外部磁界の吸収・放出を繰り返すため、トランスと同原理で、誘起電圧を発生した電圧として使用します。

7. ファラデー素子
磁場に平行な直線偏光を物質に透過させたときに偏光面が回転する現象のことです。また、この回転をファラデー回転と呼び、
この現象を利用した素子をファラデー素子といいます。

 8. プロトン磁力計
プロトン磁力計とは、プロトン(水素イオン)の核磁気共鳴を利用したもので、水の入った容器にコイルを巻いたしくみで、コイルに直流電流を流すと磁界が発生し、水中のプロトンの磁気モーメントは、磁界の方向にそろいます。このとき電流を切ると、発生していた磁界はなくなり、プロトンは地磁気に沿って、歳差運動をしながら減衰していきます。

コイルによって加えた磁界により、容器の中のプロトンはすべて同一位相で運動するので、コイル内で磁石が回転するのと同じような効果を示し、コイルに微弱な電圧が誘起されます。この電圧を増幅し地磁気の強さを測定するのがプロトン磁力計です。

9.超伝導量子干渉素子(SQUID)
ジョセフソン接合を用いた磁気センサであり、微小な磁場を測定するのに使用されます。「dcSQUID」「rfSQUID」の二種類があります。 ジョセフソン接合の電流電圧特性は、リング内を貫く磁束の変化に敏感に反応して電気抵抗が変わります。

この性質を利用して弱い磁場の変化を計測することができます。

 

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