(57)【要約】【課題】リニア新幹線の建設など非磁性鋼材の非磁性保証に対する要求が高まっている、それに伴い手軽に非磁性検査ができるペンシル型の透磁率測定器の開発が求められている。小型化、低消費電力化および高感度化は背反する特性であるため、従来の技術による解決は困難であった。【解決手段】本発明は、１００ｋＨｚから１０ＭＨｚの高周波電流で駆動する差動式のマイクロコイルを開発して、そのマイクロコイルを活用して、高い周波数と単位長さ当たりの大きなコイル巻き数および細長い磁性芯棒（磁性ワイヤ）の高い有効透磁率を組み合わせで、現行品の検出器の超小型化と大幅な低消費電力化および電池の小型化を可能にして、現行の高感度透磁率計の持つ優れた透磁率検出性能を維持しながらペンシル型のウェアラブルタイプ透磁率測定装置を実現するものである。【選択図】図４
2020173230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器は、１本の磁性ワイヤに巻かれた１つの励磁コイルとそれを挟むように差動式に配置された２つの検出コイルとを備える直径１ｍｍ以下の大きさの差動変圧器構成のプローブ型検出器であって、検出器の一端を被測定試料に接触させることにより前記被測定資料の透磁率と導電性の影響を電気信号として検出する機能を有し、
前記磁性ワイヤの直径は５μｍ〜１００μｍであり、
前記励磁コイルおよび前記検出コイルは内径１０μｍ〜１２０μｍのマイクロコイルからなり、その巻き数は１００回〜１０００回であり、
前記２つの検出コイルの間隔は３．５ｍｍ以下であり、
電子回路は、発信回路、信号処理回路および基準信号発生回路を備えてなり、
前記発信回路は、前記励磁コイルを励磁する１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数で電流強さ１０ｍＡ以下からなる交流信号を発信し、
前記信号処理回路は、前記検出器を前記被測定試料に接触させていない状態において、その出力信号を０Ｖに調整するゼロ点補正機能を有する差動増幅回路と、補正後の前記差動増幅回路の出力信号を位相解析して前記被測定試料の透磁率に基づく電気信号のみを取り出して直流変換することができる位相角度調整機能を有する位相検波回路および前記位相検波回路による検波後の前記被測定試料の透磁率に比例する電圧を出力する出力回路からなり、
前記基準発生信号回路は、前記検出器の前記励磁コイルを励磁する正弦波を発生する正弦波発生回路およびその正弦波の位相を調整した基準ベクトル信号を発生する位相回路とからなり、
表示器は、前記被測定資料の透磁率に基づく直流信号を表示することを特徴とする超小型透磁率測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
計測データの測定間隔時間を測定モード時間とスリープモード時間に二分し、測定モード時間を測定間隔の1／１０以下として信号電圧をデジタル出力とすることを特徴とする超小型透磁率測定装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記検出器の大きさは直径１ｍｍ以下で長さ６ｍｍ以下とし、前記電子回路のサイズは巾１０ｍｍ以下とし、測定装置の形状はペンシル型であることを特徴とする超小型透磁率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼やマンガン鋼などの非磁性金属材料の透磁率を計測する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リニア新幹線の建設に伴い、超電導磁石や車両本体の構造部材（台座、柱、梁、カバー、ロッド、シャフト、ボルト、ナット、ワシャー、フランジ、パイプ、ベアリング、モータ、ポンプモールド、ベアリングなど）およびレール周辺の構造物の鉄骨と器材に非磁性鋼が使用され、その非磁性の確実な保証が求められている。そのためには、非磁性鋼を精錬する段階から、圧延、精整、二次加工、部品加工までの各段階での出荷検査と受入検査および超電導磁石、車両本体および建築構造体の各部位の検査が必要となっている。膨大な検査業務を円滑に処理するためには、関係者が身近に身に着けて検査できるウェアラブル型の透磁率測定装置、つまりペンシル型の透磁率測定装置の開発が必要である。
【０００３】
非磁性鋼は、電力損失発熱を防止する必要がある発電機、モータ、トランスなどの構造材料として開発され使用されている。またエレクトロニクス産業に拡大に伴って発明されたＶＴＲ，複写機、電子顕微鏡、テレビなどのエレクトロニクス機器、および磁気センサを内蔵するスマホ、ロボット、ドローンなどモバイル情報機器など、磁場の乱れが情報機器の乱れにつながってしまう用途で使用が拡大している。さらに、強力な超電導磁石を使用するＭＲＩ，リニアモータおよび超電導原理の微小磁界検出型の磁気センサなどの本格的な普及によって、特殊な部品の非磁性保証から周辺部材を含めて全部品の非磁性保証が強く求められる時代になってきている。
【０００４】
磁性性鋼材に関する規格としては、透磁率１．２以下の規格を定めた米国の連邦規格やＭＩＬ規格がる。エレクトロニクス機器やモバイル情報機器および超電動磁石など先端産業分野では透磁率１．０２以下の規格が使用されている。透磁率測定装置としては、透磁率１．２以下の規格に対応して磁石式が開発され、次に透磁率１．０２以下の規格に対応するために渦流探傷原理を応用した装置が開発され、主に非磁性鋼材の透磁率検査に使用されている。
【０００５】
１９９１年、各種形状の小型部品や溶接材の透磁率を透磁率１．００２の微小値から測定することができて、透磁率１．０２以下の規格品の検査装置として十分な機能を有するポータブルタイプの装置が、本発明者により開示（特許文献１、非特許文献１）されている。
本装置(以下、現行品という。)は、１本の磁性ワイヤに巻かれた１つの励磁コイルとそれを挟むように差動式に配置された２つの検出コイルからなる差動変圧器構成のプローブ型検出器と励磁コイルを励磁する交流信号を発信する発信回路と、検出器の一端を被測定試料に接触させることにより被測定資料の透磁率と導電性の影響を電気信号として検出する差動式信号処理回路とその出力信号を位相解析して、被測定試料の透磁率に基づく電気信号をのみを取り出して直流変換する位相検波回路と、基準信号発生回路からなるものである。基準信号発生回路は上記検出器の励磁コイルを励磁する単一の励磁交流信号と其の交流信号の位相を調整して基準信号を位相検波回路に供給する位相回路とからなるものである。差動式検出コイルからの出力電圧Ｅは、非磁性試料の渦電流の影響による出力電圧Ｅｃと試料の磁性成分の影響による電圧Ｅｍの二つの成分からなっている。両者の位相の違いに注目して、位相検波回路の基準電圧を渦電流の影響による電圧Eｃに直角になるように付与して、その電圧成分を取り除くことによって、被測定試料の透磁率の比例する電気信号を出力することができる。
この中で、励磁コイルの巻き数Ｎ１と検出コイルの巻き数Ｎ２と励磁電流の強さＩ（Ａ）をＮ１
×Ｎ２×Ｉの値を１０００以上とすると検出力は透磁率１．００２を検出することができることを明らかにしている。しかも、２つの検出コイルの間隔を３．５ｍｍ程度と小さくすることで、直径２ｍｍ以下の小さな試料の透磁率１．００２を測定できることが明らかになっている。
【０００６】
本発明は透磁率１．００２を測定できて、かつ鋼材から各種形状の小型部品や溶接材の透磁率を測定できるペンシル型の透磁率測定装置の開発を目指すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２５５３８０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】本蔵他；日本応用磁気学会誌１５、４６９−４７４（１９９１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ポータブル型をペンシル型に改良するためには、検出器の大きさを現行品の直径５ｍｍから１ｍｍ以下、長さ８ｍｍを６ｍｍ以下、つまり３０倍から１００倍の小型化を図ること、そのために磁性芯棒の直径を１ｍｍから０．２ｍｍ以下にすること、および電子回路の基板サイズを巾５０ｍｍ×長さ５０ｍｍを巾１０ｍｍ以下×長さ４０ｍｍ以下とし、さらに電源を１００Ｖまたはアルカリ乾電池２個使用からから直径５ｍｍ以下の小型電池に変更して、装置の大幅な小型化を実現することが必要である。
【００１０】
透磁率測定装置の検出感度は、励磁コイルの巻き数Ｎ１と検出コイルの巻き数Ｎ２と励磁電流の強さＩに比例することが特許文献１に開示されている。また検出器の断面積に比例すると予想されるので、小型化するだけでは大幅な検出感度の低下になってしまうと予想される。さらに低消費電力化のために励磁電流を小さくすると、大幅な検出感度の低下になってしまうと予想される。つまり透磁率測定装置の検出感度や消費電力などの性能と小型化とは背反傾向を持っており、小型で高い検出感度と優れた消費電力特性を持つ透磁率測定装置の開発は困難な課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記背反問題を解決するために、励磁電流を現行品の１ｋＨｚから１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚへと高周波化することを思い至り、検出器の小型化と低消費電流化に取り組んだ。高周波に伴う渦電流を抑制するために磁性心棒に直径が５μｍ〜１００μｍのＣｏ系アモルファスワイヤを採用することにし、検出器の小型化に伴う励磁コイルと検出コイルの巻き数の減少は、コイルピッチ１０μｍ以下で内径１０μｍ〜１２０μｍのマイクロコイルを採用することで補うことにして、励磁コイル巻き数Ｎ１、検出コイル巻き数Ｎ２、励磁電流強度Ｉ、磁性芯棒の断面積Ｓ，励磁電流の周波数ｆ、磁性芯棒の長さ、磁性芯棒の有効透磁率μ、磁性芯棒の抵抗率ρなどの感度の及ぼす影響を鋭意研究した。
【００１２】
その結果、検出感度は、励磁コイル巻き数Ｎ１（回），検出コイル巻き数Ｎ２（回）、励磁電流強度Ｉ（ｍＡ）に比例するだけではなく、磁性芯棒の有効透磁率μとその直径ｄ(ｍｍ)の比例ｄ1.5に比例，励磁電流の周波数ｆ（ｋＨｚ）のｆ1.5にもほぼ比例することを見出した。すなわち、検出感度ＫはＫ＝Ｎ１×Ｎ２×Ｉ×μ×ｄ1.5×ｆ1.5  で現わされること、および透磁率１．００２を検出するためにはＫ≧３×１０７を確保する必要があることが分かった。
【００１３】
検出器のコイル巻き数Ｎ１、Ｎ２は、マイクロコイルを活用して、現行品に比較してほぼ同じとして、磁性芯棒の直径を１ｍｍから０．０１ｍｍとすると、感度の大幅な低下になるが、その低下は磁性芯棒の有効透磁率を現行品の８００から１０，０００へと増加すること、および励磁電流の周波数を１ｋＨｚから１ＭＨｚと１，０００倍に増加させることによって、励磁電流の強さを現行品の３３ｍＡから３ｍＡへと１０分の１以下に小さくしても、透磁率１．００２の検出感度を得ることを確認した。これらの新知見によって小型で高い検出感度と優れた消費電力特性を持つ透磁率測定装置を発明できることが分かった。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、現行品の透磁率測定装置に比べて、大幅な小型化と低消費電力化を可能にして、ペンシル型の透磁率測定装置を実現し、リニア新幹線を契機に増大する非磁性検査ニーズに応えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】検出原理を示す図である。
【図２】基本回路を示す図である。
【図３】位相検波機能を示す図である。
【図４】実施例１のペンシル型超小型透磁率測定装置の外観を示す図である。
【図５】被測定試料の透磁率と出力電圧との関係を示す図である。
【図６】透磁率１．００２の検出力と磁性心棒の直径と励磁周波数との関係を示す図である。
【図７】実施例２の測定モードとスリープモードを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
第１実施形態の超小型透磁率測定装置（以下、測定装置という。）は、検出器と電子回路と表示器からなっている。
検出器は、１本の磁性ワイヤに巻かれた１つの励磁コイルとそれを挟むように差動式に配置された２つの検出コイルとを備える直径１ｍｍ以下の大きさの差動変圧器構成のプローブ型検出器であって、検出器の一端を被測定試料に接触させることにより被測定試料の透磁率と導電性の影響を電気信号として検出する機能を有する。
磁性ワイヤの直径は５μｍ〜１００μｍであり、励磁コイルおよび検出コイルはコイルピッチ１０μｍ以下で内径１０μｍ〜１２０μｍのマイクロコイルからなり、その巻き数は１００回〜１０００回であり、２つの検出コイルの間隔は３．５ｍｍ以下である。
【００１７】
電子回路は、発信回路、信号処理回路および基準信号発生回路からなる。
発信回路は、励磁コイルを励磁する１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数で電流強さ１０ｍＡ以下からなる交流信号を発信する。
信号処理回路は、検出器の一端を被測定試料に接触させていない状態において、その出力信号を０Ｖに調整するゼロ点補正機能を有する差動増幅回路と、補正後の差動増幅回路の出力信号を位相解析して被測定試料の透磁率に基づく電気信号のみを取り出して直流変換することができる位相角度調整機能を有する位相検波回路および位相検波回路による検波後の被測定試料の透磁率に比例する電圧を出力する出力回路からなる。
基準発生信号回路は、検出器の励磁コイルを励磁する正弦波を発生する正弦波発生回路およびその正弦波の位相を調整した基準ベクトル信号を発生する位相回路とからなる。
表示器は、被測定資料の透磁率に基づく直流信号を表示する。
【００１８】
以下、各構成について図１〜図３を用いて説明する。
検出器の構成と検出原理について、図１の検出原理を用いて説明する。
検出器１の構成は、１本の磁性芯棒である磁性ワイヤ１１に巻かれている１つの励磁コイル１２と、それを挟むように差動式に配置されている２つの検出コイル１３（１３ａおよび１３ｂ）からなる差動変圧器構成のプローブ型検出器である。
【００１９】
次に、検出器１の検出原理は、励磁コイル１２に交流電流を流して磁性ワイヤ１１の一端を被測定試料２０に接触させ、被測定試料２０に交番磁化と渦電流（図１に示す。）を発生せしめることにより被測定試料２０の透磁率と導電性の影響を電気信号として検出する。
【００２０】
このプローブ型検出器１の大きさは、直径１ｍｍ以下にて長さは６ｍｍ以下の小型サイズとする。これによりペンシルサイズの超小型透磁率測定装置が可能となる。
小型サイズの検出器１を構成する部品は、Ｃｏ系アモルファスの磁性ワイヤ１１からなりその直径（ｄ）は５μｍ〜１００μｍと微細化する一方で、その比透磁率（μ）は５，０００〜５０，０００と大きくし、比抵抗率は５０μΩｃｍ〜１５０μΩｃｍとする。
【００２１】
励磁コイル１２は、直径１０μｍ〜２０μｍのマイクロコイルとし、長さ１ｍｍ〜３ｍｍにて磁性ワイヤ１１の中央部に配置する。次に検出コイル１３は、直径１０μｍ〜１２０μｍのマイクロコイルとし、長さ１ｍｍ〜３ｍｍにて励磁コイル１２の両側に差動式に配置する（１３ａおよび１３ｂ）。
励磁コイル１２および検出コイル１３の単位長さ当たりのコイル巻き数は、両者のコイルをマイクロ化することにより５０回／ｍｍ〜５００回／ｍｍと大きくすることができる。また、励磁コイル１２のコイル巻き数（Ｎ１）および検出コイル１３のコイル巻き数（Ｎ２）は、１００回〜１０００回と大きくする。さらに二つの検出コイル１２の間隔を３．５ｍｍ以下と小さくして、直径２ｍｍ以下の小さな試料の透磁率の測定を可能にする。
【００２２】
電子回路は、図２の基本回路を用いて説明する。
電子回路は、発信回路（図示せず）、信号処理回路３０および基準信号発生回路４０からなり、出力結果を表示する表示器５０を備えている。
発信回路は、励磁コイル１２を励磁する交流信号、つまりその周波数（ｆ）を１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚと大きくし、電流強さ（Ｉ）は２ｍＡ〜１０ｍＡである交流信号を発信する。
【００２３】
信号処理回路３０は、差動増幅回路３１、位相検波回路３２および出力回路３３からなる。
差動増幅回路３１は、検出器の一端を被測定試料に接触させることにより被測定資料２の透磁率と導電性の影響を電気信号として検出すると同時に、検出器の一端を被測定試料に接触させない状態において、その出力信号を０Ｖに調整するゼロ点補正機能を有する。
位相検波回路３２は、差動増幅回路３１による補正後の出力信号を位相解析して被測定試料の透磁率に基づく電気信号をのみを取り出して直流変換すると同時に位相角度調整機能を有する。
図３に位相検波回路３２の機能を示す。図３のＩは励磁電流の強度を示し、以下、Ｅは出力電圧、Ｅｃは非磁性試料の渦電流によって生じる電圧、Ｅｍは磁性試料の磁性によって生じる電圧、Ｅｙは基準信号、φは基準信号の位相角をそれぞれ示す。位相検波回路は出力信号Ｅの基準信号Ｅｙへの射影成分ＥｍｃｏｓΦを電圧として出力し、その出力電圧は資料の磁性の強さ、つまり透磁率に比例する。
出力回路３３は、位相検波回路３２および検波回路による検波後の被測定試料２の透磁率に比例する電圧を出力する。
【００２４】
基準発生信号回路４０は、検出器１の励磁コイル１１を励磁する正弦波発生回路４１および位相検波回路の基準信号を発生する移相回路４２となる。
なお、上記の基本回路と検出原理は先に本発明者が開示した特許文献１（特開平３−２５５３８０号公報）および非特許文献１に詳細は記載しているとおりである。
【００２５】
電源回路（図示せず）は、検出器１０の励磁コイル１２に電流強さ１０ｍＡ以下の電力および測定回路の動作に必要な電力を供給する。
【００２６】
電源は、ペンシル型の測定装置を構成することができる場合にはサイズ、重さ、出力電圧および容量については問わない。一例として直径４．７ｍｍ、長さ２５ｍｍ、重さ１ｇ、出力電圧３．８Ｖ、容量３２ｍＡｈの小型リチウム電池を１個とする。
【００２７】
測定装置の調整は、２つの検出コイル（１２ａ、１２ｂ）からの出力電圧差は検出器を被測定試料に接触していない状態では、フルスケールを±１０００ｍＶとした時は１００μＶ以下、つまり０．０１％以下の誤差となるよう二つの検出コイル（１２ａ、１２ｂ）の対称性を確保する。この誤差は、ゼロ点補正回路を取り付けて取り除くことが可能である。次に検出器１を非磁性の被測定試料２に接触した状態では、位相検波後の信号電圧が０Ｖになるように、位相検波回路３の基準ベクトル信号の位相角度を位相角度調整回路で調整する。
【００２８】
検出感度Ｋは、Ｋ＝Ｎ１×Ｎ２×Ｉ×μ×ｄ1.5×ｆ1.5で現わされる。透磁率１．００２を検出するためにはＫ≧３×１０７  となるように、Ｎ１，Ｎ２，Ｉ，μ、ｄ、ｆを上記範囲内で調整する。また、被測定試料のサイズに影響を避けるために、２つの検出コイル（１２ａ、１２ｂ）の間隔は、３．５ｍｍ以下とする。
【００２９】
測定は、検出器１０を微磁性被測定試料２０に接触して行うが、出力電圧は透磁率と直線的関係にある。また出力回路は、アナログ出力、デジタル出力、さらにはパソコン画面にリアルタイムで表示するなどどのような対応も可能である。デジタル出力の場合、測定間隔は２０ｍ秒、すなわち５０Ｈｚとする。測定装置の性能は、透磁率１．００から２．００の広い範囲の測定が可能で、微小な透磁率１．００２も検出できる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態のデジタル出力タイプにおいて、計測データの出力間隔時間を測定モード時間とスリープモード時間に二分し、測定時間を測定間隔の1／１０以下として、信号電圧をデジタル出力するもので、測定に要する消費電力を少なくとも１／１０以下に低減することを図る好ましい実施形態である。
【００３１】
測定モード時間とスリープモード時間に二分するために、電子回路にＯＮ−ＯＦＦする制御回路（図示せず）を取り付け、それと同期して位相検波後の出力をホールドするホールド回路（図示せず）を設けて、ＯＮ状態で測定し、その信号電圧をホールドして出力し、ＯＦＦ状態になっても、同じ信号電圧を出力することになるので、その結果５０Ｈｚの測定間隔の間は同じ信号電圧を出力する。
【００３２】
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態および第２実施形態の測定装置をペンシル型のケースに内蔵するものである。図４を用いて説明する。
先端部に検出器６１を取り付け、電子回路６５と電池６６を内蔵し、外装部に表示器６７、測定器の電源スイッチ６２、ゼロ点調整つまみ６３、位相角調整つまみ６４を取り付ける。先端部のサイズは、直径０．５ｍｍ〜１ｍｍで長さは４ｍｍ〜６ｍｍの末広がりの紡錘形状とする。測定装置６の本体の長さは全体で１０ｃｍ〜１６ｃｍ、直径は８ｍｍ〜１４ｍｍとする。
【実施例】
【００３３】
［実施例１］
本発明の実施例１は、実施形態１と実施形態３を組み合わせたもので、図４に示すように、検出器１０と電子回路と電源およびそれらすべてをペンシル型のケースに内蔵する超小型透磁率測定装置６０である。測定装置６０の先端部に検出器６１を取り付け、電子回路６５と電池６６を内蔵し、外装部に表示器６７、電源スイッチ６２ゼロ点調整つまみ６３、位相角調整つまみ６４を取り付けた。先端部のサイズは直径１ｍｍで長さ６ｍｍの紡錘形状とする。測定装置６０の本体の長さは全体で１４ｃｍ、直径は１０ｍｍとする。
【００３４】
検出器６１（１）は１本の磁性ワイヤ１１に巻かれた１つの励磁コイル１２とそれを挟むように差動式に配置された２つの検出コイル（１３ａ、１３ｂ）からなる差動変圧器構成のプローブ型である。
その検出器６１については、まず大きさは、直径０．５ｍｍ、長さ６ｍｍとする。これによってペンシルサイズの超小型透磁率測定装置が可能になる。検出器６１（１）の構成部品は、まず磁性ワイヤ１０の直径は１０μｍで、その比透磁率は８，０００および比抵抗率は１３０μΩｃｍとする。励磁コイル１１は直径１８μｍ、長さ２ｍｍのマイクロコイルで、直径１０μｍの磁性ワイヤ１０の中央部に配置する。検出コイル１２は内径１８μｍ、コイルピッチ５μｍ、長さ２ｍｍのマイクロコイルで、励磁コイル１１の両側に差動式に配置する。単位長さ当たりのコイル巻き数は２００回／ｍｍとする。励磁コイル１１（Ｎ１）および検出コイル１２（Ｎ２）のコイル巻き数は３００回とする。さらに２つの検出コイル（１２ａおよび１２ｂ）の間隔Ｌを３．５ｍｍ（図２）と小さくして、直径２ｍｍ以下の小さな試料の透磁率の測定を可能にする。
【００３５】
電子回路は、励磁コイル１２を励磁する交流信号、つまりその周波数（ｆ）を１ＭＨｚで電流強さ（Ｉ）は３ｍＡである交流信号を発信する発信回路と、検出器６１の一端を被測定試料に接触させることにより被測定資料の透磁率と導電性の影響を電気信号として検出する差動増幅回路３１と検出器６１の一端を被測定試料に接触させない状態で、その出力信号を０Ｖに調整するゼロ点補正回路、補正済みのその出力信号を位相解析して、被測定試料の透磁率に基づく電気信号をのみを取り出して直流変換する位相検波回路３２（位相角度調整回路を含む）と、検波後の被測定試料の透磁率の比例する電圧を出力する出力回路３２および上記検出器の励磁コイルを励磁する単一の励磁信号と位相検波器の基準ベクトル信号とを発生する基準信号発生回路４と測定装置に電力を供給する電源回路からなっている。
【００３６】
電源は、直径４．７ｍｍ、長さ２５ｍｍ、重さ１ｇ、出力電圧３．８Ｖ，容量３２ｍＡｈの小型リチウム電池を１個とする。
【００３７】
測定装置の調整は、２つの検出コイル（１３ａおよび１３ｂ）からの出力電圧差は、検出器６１（１）を被測定試料２に接触していない状態では、フルスケールを±１０００ｍＶとした時は１００μＶ以下、つまり０．０１％以下の誤差となるよう２つの検出コイル（１２ａおよび１２ｂ）の対称性を確保する。この誤差はゼロ点補正回路を取り付けて取り除くことを可能にしている。次に検出器を非磁性の被測定試料に接触した状態では、位相検波後の信号電圧が０Ｖになるように、位相検波回路３２の基準信号の位相角度を位相角度調整回路で調整する。
【００３８】
検出感度Ｋは、Ｋ＝Ｎ１×Ｎ２×Ｉ×μ×ｄ1.5×ｆ1.5で現わされる。透磁率１．００２を検出するためには、Ｋ≧３×１０７  となるように、Ｎ１，Ｎ２，Ｉ，μ、ｄ、ｆを上記範囲内で調整する。具体的には、Ｎ１、Ｎ２＝３００回、Ｉ＝３ｍＡ、μ＝８０００、ｄ＝１０μｍ、ｆ＝１ＭＨｚとした。この時Ｋ＝８．５×１０７となって、感度確保のための条件、Ｋ≧３×１０７  を満足している。
また被測定試料２のサイズに影響を避けるために、２つの検出コイル（１３ａおよび１３ｂ）の間隔は、３．５ｍｍ以下とする。
【００３９】
この測定装置６０を用いて測定した結果について、図５に被測定試料の透磁率と出力電圧との関係を示し、図６には検出感度に及ぼす磁性芯棒の直径（ｄ）と励磁周波数（ｆ）の影響を示す。測定は、検出器６１を直径２ｍｍの被測定試料２０に接触して行っている。出力回路は、デジタル出力でパソコン画面にリアルタイムで表示している。そのデジタル出力の場合、測定間隔は２０ｍ秒、すなわち５０Ｈｚとしている。
【００４０】
先ず、図５からは被測定試料２０の透磁率（μ）を変えた場合に出力電圧とは直線的関係にあることが得られている。これより、測定装置の性能は、透磁率１．０００から２．０００の広い範囲の測定が可能で、微小透磁率１．００２も検出できる。
次に、図６では透磁率１．００５の被測定試料２の透磁率を測定した結果を示し、「測定可」とは、測定装置６０の表示器６７に現われた透磁率の値が測定できた場合をいい、「測定不可」とは測定誤差が１．００５と同程度あった場合をいう。図６は、Ｋ≧３×１０７  を満足するときは、測定装置６が被測定試料の透磁率を正確に測定することが可能であることを示している。
【００４１】
［実施例２］
実施例２は、実施例１をベースにして、図７に示すように、計測データの測定間隔時間２０ｍ秒を、測定モード時間０．２ｍ秒とスリープモード時間１９．８ｍ秒に二分し、測定時間を測定間隔の1／１００として、測定に要する消費電力を１／１００程度に低減することを図ったものである。そのために、電子回路をＯＮ−ＯＦＦする制御回路と取り付け、それと同期して位相検波後の出力をホールドするホールド回路を設けて、ＯＮ状態で測定し、その信号電圧をホールドして出力し、ＯＦＦ状態になっても、同じ信号電圧を出力することになるので、その結果５０Ｈｚの測定間隔の間は同じ信号電圧を出力するようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、現行品の透磁率測定装置に比べて、大幅な小型化と低消費電力化を可能にして、ペンシル型の透磁率測定装置を実現したものである。リニア新幹線を契機に、超電導磁石や車両本体の構造部材およびレール周辺の構造物の鉄骨と器材に非磁性鋼が使用され、その非磁性の確実な保証が非磁性鋼を精錬する段階から、圧延、精整、二次加工、部品加工および組立構造品までの各段階での増大する非磁性保証ニーズに応えるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１０：検出器
１１：磁性芯棒（磁性ワイヤ）、１２：励磁コイル、１３ａ：検出コイル：１３ｂ：検出コイル、１３：検出器の先端
２０：被測定試料
３０：信号処理回路
３１：差動増幅回路（ゼロ点調整器付き）、３２：位相検波回路（位相角調整器付き）、３３：出力回路（デジタル変換他）
４０：基準信号発生回路
４１：正弦波発生回路、４２：位相回路
５０：表示器
６０：超小型透磁率測定装置（測定装置）
６１：検出器、６２：電源スイッチ、６３：ゼロ点補正用つまみ、６４：位相角補正つまみ、
６５：電子回路（内蔵）、６６：電池(内蔵）、６７：表示器
【図１】
2020173230.tif 000003
【図２】
2020173230.tif 000004
【図３】
2020173230.tif 000005
【図４】
2020173230.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020173230.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月7日(2019.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器は、１本の磁性ワイヤに巻かれた１つの励磁コイルとそれを挟むように差動式に配置された２つの検出コイルとを備える直径１ｍｍ以下の大きさの差動変圧器構成のプローブ型検出器であって、検出器の一端を被測定試料に接触させることにより前記被測定試料の透磁率と導電性の影響を出力信号として検出する機能を有し、
前記磁性ワイヤの直径は５μｍ〜１００μｍであり、
前記励磁コイルおよび前記検出コイルは内径１０μｍ〜１２０μｍのマイクロコイルからなり、その巻き数は１００回〜１０００回であり、
前記２つの検出コイルの間隔は３．５ｍｍ以下であり、
電子回路は、発信回路、信号処理回路および基準信号発生回路を備えてなり、
前記発信回路は、前記励磁コイルを励磁する１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数で電流強さ１０ｍＡ以下からなる交流信号を発信し、
前記信号処理回路は、前記検出器を前記被測定試料に接触させていない状態において出力する出力信号を０Ｖに調整するゼロ点補正機能を有する差動増幅回路と、補正後の前記差動増幅回路の出力信号を位相解析して前記被測定試料の透磁率に基づく出力信号のみを取り出して直流変換することができる位相角度調整機能を有する位相検波回路および前記位相検波回路による検波後の前記被測定試料の透磁率に比例する電圧を出力する出力回路からなり、
前記基準信号発生回路は、前記検出器の前記励磁コイルを励磁する正弦波を発生する正弦波発生回路およびその正弦波の位相を調整した基準ベクトル信号を発生する位相回路とからなり、
表示器は、前記被測定試料の透磁率に基づく直流信号を表示することを特徴とする透磁率測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
計測データの測定間隔時間を測定モード時間とスリープモード時間に二分し、測定モード時間を測定間隔の1／１０以下として信号電圧をデジタル出力とすることを特徴とする透磁率測定装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記検出器の大きさは直径１ｍｍ以下で長さ６ｍｍ以下とし、前記電子回路のサイズは巾１０ｍｍ以下とし、測定装置の形状はペンシル型であることを特徴とする透磁率測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼やマンガン鋼などの非磁性金属材料の透磁率を計測する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リニア新幹線の建設に伴い、超電導磁石や車両本体の構造部材（台座、柱、梁、カバー、ロッド、シャフト、ボルト、ナット、ワシャー、フランジ、パイプ、ベアリング、モータ、ポンプモールド、ベアリングなど）およびレール周辺の構造物の鉄骨と器材に非磁性鋼が使用され、その非磁性の確実な保証が求められている。そのためには、非磁性鋼を精錬する段階から、圧延、精整、二次加工、部品加工までの各段階での出荷検査と受入検査および超電導磁石、車両本体および建築構造体の各部位の検査が必要となっている。膨大な検査業務を円滑に処理するためには、関係者が身近に身に着けて検査できるウェアラブル型の透磁率測定装置、つまりペンシル型の透磁率測定装置の開発が必要である。
【０００３】
非磁性鋼は、電力損失発熱を防止する必要がある発電機、モータ、トランスなどの構造材料として開発され使用されている。またエレクトロニクス産業に拡大に伴って発明されたＶＴＲ，複写機、電子顕微鏡、テレビなどのエレクトロニクス機器、および磁気センサを内蔵するスマホ、ロボット、ドローンなどモバイル情報機器など、磁場の乱れが情報機器の乱れにつながってしまう用途で使用が拡大している。さらに、強力な超電導磁石を使用するＭＲＩ，リニアモータおよび超電導原理の微小磁界検出型の磁気センサなどの本格的な普及によって、特殊な部品の非磁性保証から周辺部材を含めて全部品の非磁性保証が強く求められる時代になってきている。
【０００４】
磁性性鋼材に関する規格としては、透磁率１．２以下の規格を定めた米国の連邦規格やＭＩＬ規格がる。エレクトロニクス機器やモバイル情報機器および超電動磁石など先端産業分野では透磁率１．０２以下の規格が使用されている。透磁率測定装置としては、透磁率１．２以下の規格に対応して磁石式が開発され、次に透磁率１．０２以下の規格に対応するために渦流探傷原理を応用した装置が開発され、主に非磁性鋼材の透磁率検査に使用されている。
【０００５】
１９９１年、各種形状の小型部品や溶接材の透磁率を透磁率１．００２の微小値から測定することができて、透磁率１．０２以下の規格品の検査装置として十分な機能を有するポータブルタイプの装置が、本発明者により開示（特許文献１、非特許文献１）されている。
本装置(以下、現行品という。)は、１本の磁性ワイヤに巻かれた１つの励磁コイルとそれを挟むように差動式に配置された２つの検出コイルからなる差動変圧器構成のプローブ型検出器と励磁コイルを励磁する交流信号を発信する発信回路と、検出器の一端を被測定試料に接触させることにより被測定試料の透磁率と導電性の影響を出力信号として検出する差動式信号処理回路とその出力信号を位相解析して、被測定試料の透磁率に基づく出力信号をのみを取り出して直流変換する位相検波回路と、基準信号発生回路からなるものである。基準信号発生回路は上記検出器の励磁コイルを励磁する単一の励磁交流信号と其の交流信号の位相を調整して基準信号を位相検波回路に供給する位相回路とからなるものである。差動式検出コイルからの出力電圧Ｅは、非磁性試料の渦電流の影響による出力電圧Ｅｃと試料の磁性成分の影響による電圧Ｅｍの二つの成分からなっている。両者の位相の違いに注目して、位相検波回路の基準電圧を渦電流の影響による電圧Eｃに直角になるように付与して、その電圧成分を取り除くことによって、被測定試料の透磁率の比例する出力信号を出力することができる。
この中で、励磁コイルの巻き数Ｎ１と検出コイルの巻き数Ｎ２と励磁電流の強さＩ（Ａ）を
Ｎ１×Ｎ２×Ｉの値を１０００以上とすると検出力は透磁率１．００２を検出することができることを明らかにしている。しかも、２つの検出コイルの間隔を３．５ｍｍ程度と小さくすることで、直径２ｍｍ以下の小さな試料の透磁率１．００２を測定できることが明らかになっている。
【０００６】
本発明は透磁率１．００２を測定できて、かつ鋼材から各種形状の小型部品や溶接材の透磁率を測定できるペンシル型の透磁率測定装置の開発を目指すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２５５３８０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】本蔵他；日本応用磁気学会誌１５、４６９−４７４（１９９１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ポータブル型をペンシル型に改良するためには、検出器の大きさを現行品の直径５ｍｍから１ｍｍ以下、長さ８ｍｍを６ｍｍ以下、つまり３０倍から１００倍の小型化を図ること、そのために磁性芯棒の直径を１ｍｍから０．２ｍｍ以下にすること、および電子回路の基板サイズを巾５０ｍｍ×長さ５０ｍｍを巾１０ｍｍ以下×長さ４０ｍｍ以下とし、さらに電源を１００Ｖまたはアルカリ乾電池２個使用からから直径５ｍｍ以下の小型電池に変更して、装置の大幅な小型化を実現することが必要である。
【００１０】
透磁率測定装置の検出感度は、励磁コイルの巻き数Ｎ１と検出コイルの巻き数Ｎ２と励磁電流の強さＩに比例することが特許文献１に開示されている。また検出器の断面積に比例すると予想されるので、小型化するだけでは大幅な検出感度の低下になってしまうと予想される。さらに低消費電力化のために励磁電流を小さくすると、大幅な検出感度の低下になってしまうと予想される。つまり透磁率測定装置の検出感度や消費電力などの性能と小型化とは背反傾向を持っており、小型で高い検出感度と優れた消費電力特性を持つ透磁率測定装置の開発は困難な課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記背反問題を解決するために、励磁電流を現行品の１ｋＨｚから１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚへと高周波化することを思い至り、検出器の小型化と低消費電流化に取り組んだ。高周波に伴う渦電流を抑制するために磁性心棒に直径が５μｍ〜１００μｍのＣｏ系アモルファスワイヤを採用することにし、検出器の小型化に伴う励磁コイルと検出コイルの巻き数の減少は、コイルピッチ１０μｍ以下で内径１０μｍ〜１２０μｍのマイクロコイルを採用することで補うことにして、励磁コイル巻き数Ｎ１、検出コイル巻き数Ｎ２、励磁電流強度Ｉ、磁性芯棒の断面積Ｓ，励磁電流の周波数ｆ、磁性芯棒の長さ、磁性芯棒の有効透磁率μ、磁性芯棒の抵抗率ρなどの感度の及ぼす影響を鋭意研究した。
【００１２】
その結果、検出感度は、励磁コイル巻き数Ｎ１（回），検出コイル巻き数Ｎ２（回）、励磁電流強度Ｉ（ｍＡ）に比例するだけではなく、磁性芯棒の有効透磁率μとその直径ｄ(ｍｍ)の比例ｄ1.5に比例，励磁電流の周波数ｆ（ｋＨｚ）のｆ1.5にもほぼ比例することを見出した。すなわち、検出感度ＫはＫ＝Ｎ１×Ｎ２×Ｉ×μ×ｄ1.5×ｆ1.5  で現わされること、および透磁率１．００２を検出するためにはＫ≧３×１０７を確保する必要があることが分かった。
【００１３】
検出器のコイル巻き数Ｎ１、Ｎ２は、マイクロコイルを活用して、現行品に比較してほぼ同じとして、磁性芯棒の直径を１ｍｍから０．０１ｍｍとすると、感度の大幅な低下になるが、その低下は磁性芯棒の有効透磁率を現行品の８００から１０，０００へと増加すること、および励磁電流の周波数を１ｋＨｚから１ＭＨｚと１，０００倍に増加させることによって、励磁電流の強さを現行品の３３ｍＡから３ｍＡへと１０分の１以下に小さくしても、透磁率１．００２の検出感度を得ることを確認した。これらの新知見によって小型で高い検出感度と優れた消費電力特性を持つ透磁率測定装置を発明できることが分かった。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、現行品の透磁率測定装置に比べて、大幅な小型化と低消費電力化を可能にして、ペンシル型の透磁率測定装置を実現し、リニア新幹線を契機に増大する非磁性検査ニーズに応えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】検出原理を示す図である。
【図２】基本回路を示す図である。
【図３】位相検波機能を示す図である。
【図４】実施例１のペンシル型超小型透磁率測定装置の外観を示す図である。
【図５】被測定試料の透磁率と出力電圧との関係を示す図である。
【図６】透磁率１．００２の検出力と磁性心棒の直径と励磁周波数との関係を示す図である。
【図７】実施例２の測定モードとスリープモードを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
第１実施形態の透磁率測定装置（以下、測定装置という。）は、検出器と電子回路と表示器からなっている。
検出器は、１本の磁性ワイヤに巻かれた１つの励磁コイルとそれを挟むように差動式に配置された２つの検出コイルとを備える直径１ｍｍ以下の大きさの差動変圧器構成のプローブ型検出器であって、検出器の一端を被測定試料に接触させることにより被測定試料の透磁率と導電性の影響を出力信号として検出する機能を有する。
磁性ワイヤの直径は５μｍ〜１００μｍであり、励磁コイルおよび検出コイルはコイルピッチ１０μｍ以下で内径１０μｍ〜１２０μｍのマイクロコイルからなり、その巻き数は１００回〜１０００回であり、２つの検出コイルの間隔は３．５ｍｍ以下である。
【００１７】
電子回路は、発信回路、信号処理回路および基準信号発生回路からなる。
発信回路は、励磁コイルを励磁する１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数で電流強さ１０ｍＡ以下からなる交流信号を発信する。
信号処理回路は、検出器の一端を被測定試料に接触させていない状態において、その出力信号を０Ｖに調整するゼロ点補正機能を有する差動増幅回路と、補正後の差動増幅回路の出力信号を位相解析して被測定試料の透磁率に基づく出力信号のみを取り出して直流変換することができる位相角度調整機能を有する位相検波回路および位相検波回路による検波後の被測定試料の透磁率に比例する電圧を出力する出力回路からなる。
基準信号発生回路は、検出器の励磁コイルを励磁する正弦波を発生する正弦波発生回路およびその正弦波の位相を調整した基準ベクトル信号を発生する位相回路とからなる。
表示器は、被測定資料の透磁率に基づく直流信号を表示する。
【００１８】
以下、各構成について図１〜図３を用いて説明する。
検出器の構成と検出原理について、図１の検出原理を用いて説明する。
検出器１の構成は、１本の磁性芯棒である磁性ワイヤ１１に巻かれている１つの励磁コイル１２と、それを挟むように差動式に配置されている２つの検出コイル１３（１３ａおよび１３ｂ）からなる差動変圧器構成のプローブ型検出器である。
【００１９】
次に、検出器１の検出原理は、励磁コイル１２に交流電流を流して磁性ワイヤ１１の一端を被測定試料２０に接触させ、被測定試料２０に交番磁化と渦電流（図１に示す。）を発生せしめることにより被測定試料２０の透磁率と導電性の影響を出力信号として検出する。
【００２０】
このプローブ型検出器１の大きさは、直径１ｍｍ以下にて長さは６ｍｍ以下の小型サイズとする。これによりペンシルサイズの超小型透磁率測定装置が可能となる。
小型サイズの検出器１を構成する部品は、Ｃｏ系アモルファスの磁性ワイヤ１１からなりその直径（ｄ）は５μｍ〜１００μｍと微細化する一方で、その比透磁率（μ）は５，０００〜５０，０００と大きくし、比抵抗率は５０μΩｃｍ〜１５０μΩｃｍとする。
【００２１】
励磁コイル１２は、直径１０μｍ〜２０μｍのマイクロコイルとし、長さ１ｍｍ〜３ｍｍにて磁性ワイヤ１１の中央部に配置する。次に検出コイル１３は、直径１０μｍ〜１２０μｍのマイクロコイルとし、長さ１ｍｍ〜３ｍｍにて励磁コイル１２の両側に差動式に配置する（１３ａおよび１３ｂ）。
励磁コイル１２および検出コイル１３の単位長さ当たりのコイル巻き数は、両者のコイルをマイクロ化することにより５０回／ｍｍ〜５００回／ｍｍと大きくすることができる。また、励磁コイル１２のコイル巻き数（Ｎ１）および検出コイル１３のコイル巻き数（Ｎ２）は、１００回〜１０００回と大きくする。さらに二つの検出コイル１２の間隔を３．５ｍｍ以下と小さくして、直径２ｍｍ以下の小さな試料の透磁率の測定を可能にする。
【００２２】
電子回路は、図２の基本回路を用いて説明する。
電子回路は、発信回路（図示せず）、信号処理回路３０および基準信号発生回路４０からなり、出力結果を表示する表示器５０を備えている。
発信回路は、励磁コイル１２を励磁する交流信号、つまりその周波数（ｆ）を１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚと大きくし、電流強さ（Ｉ）は２ｍＡ〜１０ｍＡである交流信号を発信する。
【００２３】
信号処理回路３０は、差動増幅回路３１、位相検波回路３２および出力回路３３からなる。
差動増幅回路３１は、検出器の一端を被測定試料２０に接触させることにより被測定試料２０の透磁率と導電性の影響を出力信号として検出すると同時に、検出器の一端を被測定試料に接触させない状態において出力する出力信号を０Ｖに調整するゼロ点補正機能を有する。
位相検波回路３２は、差動増幅回路３１による補正後の出力信号を位相解析して被測定試料の透磁率に基づく出力信号をのみを取り出して直流変換すると同時に位相角度調整機能を有する。
図３に位相検波回路３２の機能を示す。図３のＩは励磁電流の強度を示し、以下、Ｅは出力電圧、Ｅｃは非磁性試料の渦電流によって生じる電圧、Ｅｍは磁性試料の磁性によって生じる電圧、Ｅｙは基準信号、φは基準信号の位相角をそれぞれ示す。位相検波回路は出力信号Ｅの基準信号Ｅｙへの射影成分ＥｍｃｏｓΦを電圧として出力し、その出力電圧は資料の磁性の強さ、つまり透磁率に比例する。
出力回路３３は、位相検波回路３２および検波回路による検波後の被測定試料２の透磁率に比例する電圧を出力する。
【００２４】
基準信号発生回路４０は、検出器１の励磁コイル１１を励磁する正弦波発生回路４１および位相検波回路の基準信号を発生する位相回路４２となる。
なお、上記の基本回路と検出原理は先に本発明者が開示した特許文献１（特開平３−２５５３８０号公報）および非特許文献１に詳細は記載しているとおりである。
【００２５】
電源回路（図示せず）は、検出器１０の励磁コイル１２に電流強さ１０ｍＡ以下の電力および測定回路の動作に必要な電力を供給する。
【００２６】
電源は、ペンシル型の測定装置を構成することができる場合にはサイズ、重さ、出力電圧および容量については問わない。一例として直径４．７ｍｍ、長さ２５ｍｍ、重さ１ｇ、出力電圧３．８Ｖ、容量３２ｍＡｈの小型リチウム電池を１個とする。
【００２７】
測定装置の調整は、２つの検出コイル（１２ａ、１２ｂ）からの出力電圧差は検出器を被測定試料に接触していない状態では、フルスケールを±１０００ｍＶとした時は１００μＶ以下、つまり０．０１％以下の誤差となるよう二つの検出コイル（１２ａ、１２ｂ）の対称性を確保する。この誤差は、ゼロ点補正回路を取り付けて取り除くことが可能である。次に検出器１を非磁性の被測定試料２に接触した状態では、位相検波後の信号電圧が０Ｖになるように、位相検波回路３の基準ベクトル信号の位相角度を位相角度調整回路で調整する。
【００２８】
検出感度Ｋは、Ｋ＝Ｎ１×Ｎ２×Ｉ×μ×ｄ1.5×ｆ1.5で現わされる。透磁率１．００２を検出するためにはＫ≧３×１０７  となるように、Ｎ１，Ｎ２，Ｉ，μ、ｄ、ｆを上記範囲内で調整する。また、被測定試料のサイズに影響を避けるために、２つの検出コイル（１２ａ、１２ｂ）の間隔は、３．５ｍｍ以下とする。
【００２９】
測定は、検出器１０を微磁性被測定試料２０に接触して行うが、出力電圧は透磁率と直線的関係にある。また出力回路は、アナログ出力、デジタル出力、さらにはパソコン画面にリアルタイムで表示するなどどのような対応も可能である。デジタル出力の場合、測定間隔は２０ｍ秒、すなわち５０Ｈｚとする。測定装置の性能は、透磁率１．００から２．００の広い範囲の測定が可能で、微小な透磁率１．００２も検出できる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態のデジタル出力タイプにおいて、計測データの出力間隔時間を測定モード時間とスリープモード時間に二分し、測定時間を測定間隔の1／１０以下として、信号電圧をデジタル出力するもので、測定に要する消費電力を少なくとも１／１０以下に低減することを図る好ましい実施形態である。
【００３１】
測定モード時間とスリープモード時間に二分するために、電子回路にＯＮ−ＯＦＦする制御回路（図示せず）を取り付け、それと同期して位相検波後の出力をホールドするホールド回路（図示せず）を設けて、ＯＮ状態で測定し、その信号電圧をホールドして出力し、ＯＦＦ状態になっても、同じ信号電圧を出力することになるので、その結果５０Ｈｚの測定間隔の間は同じ信号電圧を出力する。
【００３２】
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態および第２実施形態の測定装置をペンシル型のケースに内蔵するものである。図４を用いて説明する。
先端部に検出器６１を取り付け、電子回路６５と電池６６を内蔵し、外装部に表示器６７、測定器の電源スイッチ６２、ゼロ点調整つまみ６３、位相角調整つまみ６４を取り付ける。先端部のサイズは、直径０．５ｍｍ〜１ｍｍで長さは４ｍｍ〜６ｍｍの末広がりの紡錘形状とする。測定装置６の本体の長さは全体で１０ｃｍ〜１６ｃｍ、直径は８ｍｍ〜１４ｍｍとする。
【実施例】
【００３３】
［実施例１］
本発明の実施例１は、実施形態１と実施形態３を組み合わせたもので、図４に示すように、検出器１０と電子回路と電源およびそれらすべてをペンシル型のケースに内蔵する超小型透磁率測定装置６０である。測定装置６０の先端部に検出器６１を取り付け、電子回路６５と電池６６を内蔵し、外装部に表示器６７、電源スイッチ６２ゼロ点調整つまみ６３、位相角調整つまみ６４を取り付けた。先端部のサイズは直径１ｍｍで長さ６ｍｍの紡錘形状とする。測定装置６０の本体の長さは全体で１４ｃｍ、直径は１０ｍｍとする。
【００３４】
検出器６１（１）は１本の磁性ワイヤ１１に巻かれた１つの励磁コイル１２とそれを挟むように差動式に配置された２つの検出コイル（１３ａ、１３ｂ）からなる差動変圧器構成のプローブ型である。
その検出器６１については、まず大きさは、直径０．５ｍｍ、長さ６ｍｍとする。これによってペンシルサイズの超小型透磁率測定装置が可能になる。検出器６１（１）の構成部品は、まず磁性ワイヤ１０の直径は１０μｍで、その比透磁率は８，０００および比抵抗率は１３０μΩｃｍとする。励磁コイル１１は直径１８μｍ、長さ２ｍｍのマイクロコイルで、直径１０μｍの磁性ワイヤ１０の中央部に配置する。検出コイル１２は内径１８μｍ、コイルピッチ５μｍ、長さ２ｍｍのマイクロコイルで、励磁コイル１１の両側に差動式に配置する。単位長さ当たりのコイル巻き数は２００回／ｍｍとする。励磁コイル１１（Ｎ１）および検出コイル１２（Ｎ２）のコイル巻き数は３００回とする。さらに２つの検出コイル（１２ａおよび１２ｂ）の間隔Ｌを３．５ｍｍ（図２）と小さくして、直径２ｍｍ以下の小さな試料の透磁率の測定を可能にする。
【００３５】
電子回路は、励磁コイル１２を励磁する交流信号、つまりその周波数（ｆ）を１ＭＨｚで電流強さ（Ｉ）は３ｍＡである交流信号を発信する発信回路と、検出器６１の一端を被測定試料に接触させることにより被測定試料の透磁率と導電性の影響を出力信号として検出する差動増幅回路３１と検出器６１の一端を被測定試料に接触させない状態で、その出力信号を０Ｖに調整するゼロ点補正回路、補正済みのその出力信号を位相解析して、被測定試料の透磁率に基づく出力信号をのみを取り出して直流変換する位相検波回路３２（位相角度調整回路を含む）と、検波後の被測定試料の透磁率の比例する電圧を出力する出力回路３２および上記検出器の励磁コイルを励磁する単一の励磁信号と位相検波器の基準ベクトル信号とを発生する基準信号発生回路４と測定装置に電力を供給する電源回路からなっている。
【００３６】
電源は、直径４．７ｍｍ、長さ２５ｍｍ、重さ１ｇ、出力電圧３．８Ｖ，容量３２ｍＡｈの小型リチウム電池を１個とする。
【００３７】
測定装置の調整は、２つの検出コイル（１３ａおよび１３ｂ）からの出力電圧差は、検出器６１（１）を被測定試料２に接触していない状態では、フルスケールを±１０００ｍＶとした時は１００μＶ以下、つまり０．０１％以下の誤差となるよう２つの検出コイル（１２ａおよび１２ｂ）の対称性を確保する。この誤差はゼロ点補正回路を取り付けて取り除くことを可能にしている。次に検出器を非磁性の被測定試料に接触した状態では、位相検波後の信号電圧が０Ｖになるように、位相検波回路３２の基準信号の位相角度を位相角度調整回路で調整する。
【００３８】
検出感度Ｋは、Ｋ＝Ｎ１×Ｎ２×Ｉ×μ×ｄ1.5×ｆ1.5で現わされる。透磁率１．００２を検出するためには、Ｋ≧３×１０７  となるように、Ｎ１，Ｎ２，Ｉ，μ、ｄ、ｆを上記範囲内で調整する。具体的には、Ｎ１、Ｎ２＝３００回、Ｉ＝３ｍＡ、μ＝８０００、ｄ＝１０μｍ、ｆ＝１ＭＨｚとした。この時Ｋ＝８．５×１０７となって、感度確保のための条件、Ｋ≧３×１０７  を満足している。
また被測定試料２のサイズに影響を避けるために、２つの検出コイル（１３ａおよび１３ｂ）の間隔は、３．５ｍｍ以下とする。
【００３９】
この測定装置６０を用いて測定した結果について、図５に被測定試料の透磁率と出力電圧との関係を示し、図６には検出感度に及ぼす磁性芯棒の直径（ｄ）と励磁周波数（ｆ）の影響を示す。測定は、検出器６１を直径２ｍｍの被測定試料２０に接触して行っている。出力回路は、デジタル出力でパソコン画面にリアルタイムで表示している。そのデジタル出力の場合、測定間隔は２０ｍ秒、すなわち５０Ｈｚとしている。
【００４０】
先ず、図５からは被測定試料２０の透磁率（μ）を変えた場合に出力電圧とは直線的関係にあることが得られている。これより、測定装置の性能は、透磁率１．０００から２．０００の広い範囲の測定が可能で、微小透磁率１．００２も検出できる。
次に、図６では透磁率１．００５の被測定試料２の透磁率を測定した結果を示し、「測定可」とは、測定装置６０の表示器６７に現われた透磁率の値が測定できた場合をいい、「測定不可」とは測定誤差が１．００５と同程度あった場合をいう。図６は、Ｋ≧３×１０７  を満足するときは、測定装置６が被測定試料の透磁率を正確に測定することが可能であることを示している。
【００４１】
［実施例２］
実施例２は、実施例１をベースにして、図７に示すように、計測データの測定間隔時間２０ｍ秒を、測定モード時間０．２ｍ秒とスリープモード時間１９．８ｍ秒に二分し、測定時間を測定間隔の1／１００として、測定に要する消費電力を１／１００程度に低減することを図ったものである。そのために、電子回路をＯＮ−ＯＦＦする制御回路と取り付け、それと同期して位相検波後の出力をホールドするホールド回路を設けて、ＯＮ状態で測定し、その信号電圧をホールドして出力し、ＯＦＦ状態になっても、同じ信号電圧を出力することになるので、その結果５０Ｈｚの測定間隔の間は同じ信号電圧を出力するようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、現行品の透磁率測定装置に比べて、大幅な小型化と低消費電力化を可能にして、ペンシル型の透磁率測定装置を実現したものである。リニア新幹線を契機に、超電導磁石や車両本体の構造部材およびレール周辺の構造物の鉄骨と器材に非磁性鋼が使用され、その非磁性の確実な保証が非磁性鋼を精錬する段階から、圧延、精整、二次加工、部品加工および組立構造品までの各段階での増大する非磁性保証ニーズに応えるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１０：検出器
１１：磁性芯棒（磁性ワイヤ）、１２：励磁コイル、１３ａ：検出コイル：１３ｂ：検出コイル、１４：検出器の先端
２０：被測定試料
３０：信号処理回路
３１：差動増幅回路（ゼロ点調整器付き）、３２：位相検波回路（位相角調整器付き）、３３：出力回路（デジタル変換他）
４０：基準信号発生回路
４１：正弦波発生回路、４２：位相回路
５０：表示器
６０：超小型透磁率測定装置（測定装置）
６１：検出器、６２：電源スイッチ、６３：ゼロ点補正用つまみ、６４：位相角補正つまみ、
６５：電子回路（内蔵）、６６：電池(内蔵）、６７：表示器