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雑音分析に基づく超高分解能室温動作フラックスゲート磁界センサの実現

基于噪声分析的超高分辨率室温磁通门磁场传感器的实现

基本信息

批准号：
10F00376
负责人：
笹田一郎
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

フラックスゲートでは世界のチャンピオンデータと言える分解能1pT/Hz@1Hzをアモルファス磁性ワイヤをコアとして用いる基本波型直交フラックスゲートで達成した.以下に成果の要点を示す.(1)励磁電流の直流成分(Idc)を大きくすればBarkhausen雑音が抑制されるが感度も小さくなり,Idcと励磁電流の交流成分(Iac,Iac<Idc)との間には最適なSN比を実現するための組み合わせが存在する.実用的には,Idc=40mAに対して,Iac=20～35mAが最も低い雑音を達成する範囲である.(2)微少な検出コイルを2個用いた雑音評価実験から,ワイヤの1箇所で発生した磁気雑音はワイヤ内を10mmを越えて広がる(相関がある)こと,また,同一励磁電源で励磁された2つのワイヤの雑音の相関性を調べたところ他の雑音によって相関が観測できないことから,励磁電流に含まれる雑音は存在してもほぼ無視できることを明らかにした.(3)ワイヤコアを長くすれば,微弱な磁場をワイヤ内に濃縮する濃縮率が高くなるので検出感度は増加する.一方,ワイヤ内の磁気雑音の発生源の数も増加する.ワイヤ長が大きくないところでは感度の増加は磁気雑音の増加に勝るが,徐々にその割合は1になる.また,ワイヤ長を長くしすぎると空間分解能が当然低下する.このため,実用な観点から最適長が存在する.この観点から,120μm径のワイヤでは60mm程度が実用的上限である.(4)電流をワイヤに通電し150℃程度の低温熱処理で磁性ワイヤの円周方向に磁気異方性を誘導し,センサヘッド自体のオフセットを除去するのに成功した.これによって,プリアンプのゲインを高くすることができ,また,キャリアの電圧振幅が不要に大きくならず電子回路の雑音を抑制できた.これによって,60mmワイヤ長のセンサヘッドで1pT/√Hz@1Hzを達成した.

The resolution energy of the magnetic field is 1pT/Hz@1Hz, and the basic wave pattern is orthogonal to the magnetic field. The main points of the results are shown below. (1)The DC component of excitation current (Idc) is large, the Barkhausen noise is suppressed, the sensitivity is small, and the optimum SN ratio exists between Idc and AC component of excitation current (Iac,Iac<Idc). For practical purposes,Idc=40mA,Iac=20~35mA, and the lowest possible tone can be achieved. (2)A small number of excitation power sources are used to generate magnetic resonance sound within 10mm of the excitation power source. The correlation between excitation power sources and magnetic resonance sound is adjusted. The excitation current contains a noise that is not visible. (3)The concentration rate of weak magnetic field is higher than that of weak magnetic field. On the one hand, the number of magnetic resonance sources in the field is increasing. The length of the wire is longer and the increase in sensitivity is greater than the increase in magnetic sound, and the connection between the wire and the wire is greater than the increase in magnetic sound. The space decomposition is of course low. The best time to exist is when you use the dot. The upper limit of practical application is 60mm in diameter of 120 μm. (4)The current is applied to the electric field, and the magnetic anisotropy is induced in the circumferential direction by low temperature heat treatment up to 150℃. The voltage amplitude of the electric circuit should not be too large. This time,60mm long, 1pT/√Hz@1Hz.