A-3 超小形針形状磁気プローブを用いた 磁界の微小な空間分布計測 奥谷 俊彦 磁気応用研究グループ 電気電子システム工学科 目次 １．研究背景･目的 ２．超小形針形状磁気プローブ ３．磁束密度分布計測システム ４．磁束密度分布測定 ５．まとめ・今後の課題 研究背景 電流検出･･･配線を切断 電子機器の普及 →配線の破損 →プリント基板の検査など 配線からの信号検出が重要 非接触による検出に 磁気センサを応用 磁気センサには様々な種類がある SQUID GMR素子 ホール素子 感度 ◎ ○ △ 感度・空間分解能共に性能のよい 磁気センサが必要 分解能 △ ○ ◎ 超小形針形状磁気プローブ 針形状 セラミック 一定方向の磁束密度を 高感度に検出可能 小形針形状 磁気プローブ GMR(巨大磁気抵抗効果)センサ センシング方向 計測範囲 磁界の変化によって電気抵抗率が変化 する現象 →小型化が可能 B I 導線 GMRセンサ 75 × 40 mm 図1 GMRセンサ概略 y x 針にGMRセンサを配線 →センシング方向の指定が容易 z 感度 (1.8mV/mT) →数mAの電流を検出可能 空間分解能(検出部75×40mm) →針形状のためセンサ移動が容易 研究目的 電気製品にはプリント基板が多く使われている →プリント基板からの信号検出の必要性 配線を破損させずに信号検出 非接触 超小型針形状磁気プローブを用いた プリント基板配線に流れる信号検出 電流など 超小型針形状磁気プローブを用いた 磁束密度の空間分布の計測 磁束密度分布計測システム マイクロ メーター セラミック針 (GMRセンサ) 超小型針形状 磁気プローブ GMRセンサを 水平に固定 マイクロメーターに接続 された移動台に測定対 象を固定 →測定対象の 精密な移動 微小な空間分布測定 図2 測定対象 計測システム(マイクロメーター付) ・ミアンダ状配線 ・3重直線配線 プリント基板配線モデル ミアンダ状配線 y x z 3重直線配線 I I I I I I 配線(導線) 図3 プリント基板の単純モデル 計測方法 ミアンダ状配線･3重直線配線に 1000Hz 1V 方形波電圧を印加 →可変抵抗100kWにより 10mAの電流を印加 y x z I I 配線(導線) I 図4 磁束密度分布計測法 配線まわりに磁界が発生 センサと配線との距離r = 20 mm x,z方向にセンサを動かし 磁束密度分布を測定する x方向の磁束密度空間分布測定 磁束密度B[nT] 磁束密度B[nT] 14 14 12 12 磁束密度分布(計算値) センサ出力(計算値) r = 20 mm 60 60 10 10 r = 35 mm 88 66 測定点 44 50 50 30 30 00 00 2000 2000 位置x[mm] 位置x[mm] ミアンダ状電流 3000 3000 4000 4000 測定点 20 20 10 10 1000 1000 r = 20 mm 40 40 22 00 r = 15 mm 70 70 磁束密度B[nT] 磁束密度B[nT] 16 16 磁束密度分布(計算値) センサ出力(計算値) 00 200 200 400 400 位置x[mm] 位置x[mm] 3重直線電流 図5 磁束密度の空間分布測定(x方向) センサ移動位置 600 600 800 800 y z x z方向の磁束密度空間分布測定 r = 5 mm r = 20 mm r = 60 mm r = 5 mm r = 20 mm r = 60 mm 20 60 測定点 測定点 15 50 5 0 -5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 磁束密度B[nT] 磁束密度B[nT] 10 40 30 センサ 出力 (計算値) 20 -10 10 -15 -20 センサ出力(計算値) 0 0 100 200 300 位置z[mm] 位置z[mm] ミアンダ状電流 3重直線電流 y 図6 磁束密度の空間分布測定(z方向) z x センサ移動位置 400 500 600 まとめ 今後の課題 まとめ ・40mT程度の磁束密度を検出可能 しかし位置設定誤差が 大きい ・電流の方向が同じ場合、センサとの距離が配線上-配線間の 差に非常に大きく影響する 今後の課題 ・測定位置設定による誤差 →測定前に測定範囲の四方を測定し,x,y,z軸のずれを補正 ・複雑なプリント基板モデルでの測定 御静聴ありがとうございました 巨大磁気抵抗効果 外部磁界B 強磁性体 電子 非強磁性体 強磁性体 入力周波数による検出信号の変化 500 600 測定点 磁束密度[nT] 磁束密度[nT] 400 300 200 100 0 100 測定点 550 センサ出力値 500 450 400 センサ出力値 350 300 250 200 300 500 700 900 100 300 入力周波数[mm] ミアンダ状電流 図7 検出信号の周波数依存性 500 700 入力周波数[mm] 3重直線電流 900
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