センサおよびその調整方法
【課題】感度の高低やダイナミックレンジの広狭などのセンサの特性を測定中であっても変更設定することが可能な、磁気センサ、電流センサ、応力センサ、歪センサなどのセンサ、およびこれらの設定方法を提供する。
【解決手段】磁気センサ１は、外部磁界が印加される磁性体２と、磁性体２の磁気光学カー効果に基づいて外部磁界を検出するための検出手段３とを備え、磁性体２に直流磁界を印加する永久磁石６，６と、永久磁石６，６を再着磁するためのコイル７，７とを備えるものである。
【解決手段】磁気センサ１は、外部磁界が印加される磁性体２と、磁性体２の磁気光学カー効果に基づいて外部磁界を検出するための検出手段３とを備え、磁性体２に直流磁界を印加する永久磁石６，６と、永久磁石６，６を再着磁するためのコイル７，７とを備えるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ、電流センサ、応力センサ、歪センサなどの磁気効果に基づいて測定を行うセンサ、およびその調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や電気自動車、測定器など電気機器には、磁性膜が利用された磁界センサや電流センサ（以下、センサともいう）が多用されている。センサの感度は、磁性膜の透磁率に依存するため、微量な磁界あるいは電流を検出するためには、透磁率を高くする必要がある。一方、磁性膜（材料）には、ある磁界以上で磁化が飽和する、すなわち透磁率が空気と同じ１になってしまう測定限界がある。この測定限界により測定のダイナミックレンジが決まる。透磁率の高い磁性膜を用いると、センサの感度は高くなるが、その測定限界（ダイナミックレンジ）は小さくなってしまう。ダイナミックレンジ（検出範囲）を広くするためには、透磁率の低い磁性膜を用いる必要がある。しかしながら、透磁率を低くすると感度が低くなってしまう。このように、センサの感度とダイナミックレンジはトレードオフの関係にある。ゆえに、高感度かつ大きなダイナミックレンジをもつセンサは一般的には存在しない。
【０００３】
例えば特許文献１に、一軸異方性を有する磁性膜の磁化困難軸方向へ測定すべき磁界を与え、磁界が与えられている磁性膜に直線偏光の検出光を照射し、磁性膜を経た検出光の偏光面の回転角を検出することにより磁界強度を測定する磁場測定装置および方法が記載されている。この装置等では、外部磁界が印加された磁性膜で生じるファラデー効果または磁気光学カー（Ｋｅｒｒ）効果を利用して、磁界強度を測定している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された磁場測定装置および方法では、磁性膜を飽和させる磁界強度およびそのときの飽和磁化はその材質によって一定の値に決まる。したがって、測定の感度およびダイナミックレンジは特定の値や範囲であり、これらを測定中に調整（変更設定）することはできない。
【０００５】
非特許文献１には、光学磁気カー効果を利用した電流センサが記載されている。この電流センサでも、センサの感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。
【０００６】
また、応力や歪の測定を行う応力センサや歪センサ（以下、センサともいう）が、測定器以外にも、自動車のブレーキ制御システムや、ロボットアームの触圧検出部など多様な機械・機器に用いられている。応力や歪を磁性体に印加し、逆磁歪効果や磁気抵抗効果などの磁気効果に基づいて測定を行うセンサの場合にも、感度やダイナミックレンジもトレードオフの関係にある。
【０００７】
非特許文献２には、光学磁気カー効果および逆磁歪効果を利用した歪センサが記載されている。この歪センサでは、歪の印加される磁性体として、Ｆｅ／Ｍｎ−Ｉｒ交換結合磁性膜が用いられている。非特許文献２には、交換結合磁性膜の強磁性層膜厚を変更することでセンシング感度およびセンシング範囲（ダイナミックレンジ）を調整できることが記載されている。しかしながら、交換結合磁性膜の膜厚は成膜時にしか調整できないので、センサの感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。
【０００８】
非特許文献３には、磁気抵抗効果素子を用いて歪み量を電気信号で検出する歪センサが記載されている。しかしながら、感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−５４４５２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】論文名:「Fundamental Study of Optical Probe Current Sensor using Kerr Effectof Single Magnetic Domain Film」、著者名:曽根原誠,佐藤敏郎 他、発行者:IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICSENGINEERS INC、刊行物名:Proceedings of the 18th IEEEConference on Sensors(IEEE Sensors 2009 Conference)、頁:1232-1237、発行年月:2009年10月
【非特許文献２】論文名:「Strain sensor usingstress-magnetoresistance effect of Ni-Fe/Mn-Ir exchange-coupled magnetic film」、著者名:曽根原誠,佐藤敏郎 他、発行者:AmericanInstitute of Physics、刊行物名：Journal of Applied Physics 107(9)、頁:09E718-1-09E718-3、発行年月：2010年５月
【非特許文献３】論文名:「Fe／Mn-Ir交換結合単磁区磁性薄膜の磁気Kerr効果を用いた光信号式歪センサの基礎検討」、著者名:曽根原誠,佐藤敏郎 他、発行者: 日本磁気学会、刊行物名：Journal of the Magnetics Society of Japan,34(6)、頁:593-598、発行年月：2010年10月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、感度の高低やダイナミックレンジの広狭などのセンサの特性を測定中であっても変更設定することが可能な、磁気センサ、電流センサ、応力センサ、歪センサなどのセンサ、およびこれらの設定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載されたセンサは、検出対象が印加される磁性体を備えるセンサであって、該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルとを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載されたセンサは、請求項１に記載のものであり、前記コイルに再着磁用の電流を供給する電源部と、該電源部を制御して前記直流磁界が所定の磁界強度となるように前記永久磁石を再着磁する着磁制御部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載されたセンサは、請求項２に記載のものであり、前記着磁制御部は、測定の感度またはダイナミックレンジを設定するために入力される設定信号に基づいて、該感度または該ダイナミックレンジに対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載されたセンサは、請求項２または３に記載のものであり、前記着磁制御部は、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載されたセンサは、請求項２から４のいずれかに記載のものであり、前記着磁制御部には、該永久磁石の温度を検出する温度センサが接続されており、該着磁制御部は、該温度センサの検出する温度に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載されたセンサは、請求項２から５のいずれかに記載のものであり、前記着磁制御部には、前記直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサが接続されており、前記着磁制御部は、前記磁界強度センサの検出する前記磁界強度が前記所望の磁界強度の許容範囲内でないときに、前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載されたセンサは、請求項１から６のいずれかに記載のものであり、前記磁性体が、一対の前記永久磁石で挟み込まれていることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載されたセンサは、請求項１から７のいずれかに記載のものであり、前記磁性体が、一軸磁気異方性を有しており、その磁化容易軸の方向に、前記永久磁石が前記直流磁界を印加することを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載されたセンサは、請求項１から８のいずれかに記載のものであり、前記検出対象が外部磁界である磁界センサ、前記検出対象が電流によって生じる外部磁界である電流センサ、前記検出対象が応力である応力センサ、前記検出対象が歪である歪センサ、前記検知対象が振動で生じる応力である振動センサ、前記検知対象が加速で生じる応力である加速度センサ、または、前記検知対象が加速で生じる応力である加加速度センサであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載されたセンサの調整方法は、検出対象が印加される磁性体を備えるセンサの調整方法であって、磁性体に直流磁界を印加する永久磁石を、測定の感度またはダイナミックレンジに対応する所定の磁界強度の該直流磁界になるように再着磁することを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載されたセンサの調整方法は、請求項１０に記載のものであり、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載されたセンサの調整方法は、請求項１０または１１に記載のものであり、前記所定の磁界強度が温度に対応するように、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載されたセンサの調整方法は、請求項１０から１２のいずれかに記載のものであり、前記所定の磁界強度が許容範囲内にないときに、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のセンサ、およびその調整方法によれば、検出対象が印加される磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、永久磁石を再着磁するためのコイルとを備えることにより、このコイルに再着磁用の電流を供給し、永久磁石の磁界強度を適宜設定することで、感度およびダイナミックレンジなどのセンサの特性を適宜調整することができる。永久磁石の再着磁は、電気的に短時間で行うことができるので、所望の特性に、簡便かつ迅速に設定することができる。さらに、永久磁石の再着磁は短時間に行うことができるので、電力の消費量が少なく、省エネルギーである。
【００２６】
コイルに再着磁用の電流を供給する電源部、および電源部を制御する着磁制御部を備える場合、電源部が再着磁用の電流をコイルに供給して、センサの特性を調整することができる。電源部や着磁制御部は、センサと一体的に配置されていてもよく、センサが接続される機器の電気回路内に配置されていてもよい。
【００２７】
着磁制御部が、測定の感度またはダイナミックレンジを設定するために入力される設定信号に基づいて永久磁石を再着磁する場合、設定信号を入力するだけで感度等を簡便に設定することができる。
【００２８】
着磁制御部が、所定周期毎に、所定の磁界強度に永久磁石を再着磁することにより、永久磁石の直流磁界が所定時間毎にリフレッシュされるので、永久磁石の直流磁界が経時変化で弱くならず一定の強度になるため、感度およびダイナミックレンジが時間経過とともにずれることが防止され、安定した性能を維持できる。
【００２９】
着磁制御部が温度に基づいて永久磁石を再着磁する場合、温度変動によるセンサの特性のずれを調整することができる。
【００３０】
着磁制御部が永久磁石の磁界強度が許容範囲にないときに永久磁石を再着磁する場合、経時変化などによるセンサの特性のずれを調整することができる。
【００３１】
磁性体が、一対の永久磁石で挟み込まれている場合、磁性体に均一に直流磁界が印加されるため、センサの特性を安定して精度良く調整することができる。
【００３２】
磁性体が、一軸磁気異方性を有しており、その磁化容易軸の方向に、永久磁石が直流磁界を印加する場合、磁気モーメントが磁化容易軸方向にそろっているので、磁壁の影響がごくわずかあるものの磁気モーメントの方向のばらつきが少ないため、高い測定精度を有するセンサとすることができると共に、センサの特性を高精度に調整することができる。さらに、一方向磁気異方性を有していれば、磁壁の影響が無くなるため一層望ましい。
【００３３】
検出対象が外部磁界である磁界センサ、検出対象が電流によって生じる外部磁界である電流センサ、検出対象が応力である応力センサ、または、検出対象が歪である歪センサである場合、これら用途のセンサの特性を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用するセンサ（磁気センサ、電流センサ）の使用状態を模式的に示す概要構成図である。
【図２】従来のセンサの感度、ダイナミックレンジの特性図である。
【図３】本発明を適用するセンサの感度、ダイナミックレンジの特性図である。
【図４】本発明を適用するセンサの原理を説明する磁化曲線である。
【図５】本発明を適用するセンサにおける感度、ダイナミックレンジの設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明を適用するセンサにおける温度変化に対応する設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明を適用するセンサにおける磁界強度低下に対応する設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】図１に示すセンサの変形例の要部を模式的に示す概要構成図である。
【図９】本発明を適用する他のセンサ（応力センサ、歪センサ）を模式的に示す概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
図１に本発明を適用するセンサの一例として、磁気センサ１（電流センサ）を示す。磁気センサ１は、検出対象として外部磁界の強度を検出するものである。なお、磁気センサ１が、被測定導体１００を流れる電流Ｉによって生じる磁界を外部磁界として検出して、検出した外部磁界から電流Ｉを測定するためのものであれば、磁気センサ１は電流センサになる。
【００３７】
磁気センサ１は、外部磁界が印加される磁性体２と、磁性体２の磁気効果に基づき外部磁界の磁界強度を検出する検出手段３とを備えており、さらに、磁性体２に直流磁界を印加する永久磁石６，６と、永久磁石６，６を再着磁するためのコイル７，７とを備えるものである。また、磁気センサ１は、必要性に応じて、コイル７，７に再着磁用の電流を供給する電源部８と、電源部８を制御して直流磁界が所定の磁界強度となるように永久磁石６，６を再着磁する着磁制御部９と、直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサ２１と、永久磁石の温度を検出する温度センサ２２とを備えている。磁気センサ１（電流センサ）は、その検出手段３が例えば磁気測定装置（電流測定装置）の測定部４０に接続されて使用される。測定部４０が磁気センサ１に含まれていてもよい。同図では、磁性体２、永久磁石６，６、コイル７，７を平面図で図示している。
【００３８】
磁性体２は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む軟磁性体であり、例えばイットリウム−鉄−ガーネット（ＹＩＧ：Yttrium-Iron-Garnet）フェライト単結晶である。磁性体２は、一例として四角形状の薄板に形成されている。磁性体２は、磁気光学カー効果の大きなものであることが好ましい。磁性体２は、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成されていてもよい。磁性体２は、等方性であってもよく、一軸磁気異方性、多軸磁気異方性であってもよいが、一軸磁気異方性である場合がより好ましく、さらに一方向磁気異方性である場合が一層好ましい。等方性等であってもよい理由は、磁気異方性を有していなくても後述する永久磁石６による磁界強度により一方向磁気異方性が生じるためである。磁性体２が一軸磁気異方性である場合、後述する永久磁石６の磁界方向が磁化容易軸（同図のｙ軸）になっていて、永久磁石６の磁界方向に直交する面方向が磁化困難軸（同図のｘ軸）になっていることが好ましい。磁気センサ１が電流センサとして用いられるときには、一例として被測定導体１００は、磁性体２の裏面側（紙面の裏側）に、磁化容易軸ｙ方向に沿って配置される。
【００３９】
検出手段３は、磁性体２の磁気効果の一例である磁気光学カー効果に基づいて磁性体２に印加される外部磁界の磁界強度を検出するものである。検出手段３は、レーザー光源３１、偏光子３２、１／４波長板３３、偏光ビームスプリッタ３４、および受光素子３５，３６を備えている。レーザー光源３１は、例えば、Ｈｅ−Ｎｅ半導体レーザーであり、レーザー光Ｌ0を出射する。偏光子３２は、例えば、グラントムソン偏光プリズムやグランテーラー偏光プリズムであり、ランダムに偏光しているレーザー光Ｌ0の中から直線偏光している検出光Ｌ1を通過させる。直線偏光の方向は、同図に示すように、磁化容易軸ｙ方向とする。検出光Ｌ1が磁性体２で反射して、磁気光学カー効果により、偏光面の回転した反射光Ｌ2になる。１／４波長板３３は、反射光Ｌ2の偏光方向を微調整するために設けてある。偏光ビームスプリッタ３４は、反射光Ｌ2をＰ波成分ＬpとＳ波成分Ｌsとに分離する。Ｐ波成分Ｌpは受光素子３５によって受光され、Ｓ波成分Ｌsは受光素子３６によって受光される。受光素子３５，３６は、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、またはＣＣＤセンサである、受光素子３５，３６は、測定部４０に光電変換した信号を出力する。
【００４０】
測定部４０は、受光素子３５，３６で光電変換されて電気的に出力されるＰ波成分ＬpとＳ波成分Ｌsとのレベル差、および、後述する設定信号が示す感度またはダイナミックレンジから、磁性体２に印加される磁界強度を演算する。磁気センサ１を電流センサとして用いるときは、測定部４０は、磁界強度を求め、さらにその磁界強度を発生する電流Ｉを演算する。
【００４１】
永久磁石６は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む硬磁性体であり、例えば一般的なフェライト磁石である。一対の永久磁石６，６は、磁化容易軸ｙ方向から磁性体２を挟み込むように、磁性体２に所定間隔で近接または密着して配置されている。永久磁石６は、一例として、四角形状の薄板に形成されており、その磁性体２に近接または密着する側端面が、磁性体２の側端面とほぼ同一形状に形成されている。永久磁石６，６は、磁性体２の磁化容易軸ｙと同方向に磁化されている。この永久磁石６，６は、同じ向きの磁界を磁性体２に印加する方向で、つまり、永久磁石６，６が互いに磁力で引き付き合う方向で、磁性体２に配置されている。なお、永久磁石６は、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成されていてもよいし、磁性体２の磁化容易軸ｙ側の対向し合う側端面に膜状に形成されていてもよい。
【００４２】
コイル７は、永久磁石６を再着磁するためのものであり、コイル７の軸が永久磁石６の磁界方向と一致するように、永久磁石６に配置されている。この場合、コイル７は、永久磁石６に直接、巻回されている。コイル７，７は、対応する永久磁石６，６に同じ向きの磁界を印加する方向で、つまり、各々の巻き方向が同方向となるように、永久磁石６，６に巻回されていて、一例として電気的に直列接続されている。なお、永久磁石６を、基板上に膜状に形成した場合、コイル７を、基板上の永久磁石６を巻くようにパターンで形成してもよい。コイル７は、永久磁石６に直接、または永久磁石６の近傍の位置に配置することが磁界を掛ける観点から好ましいが、永久磁石６に再着磁用の磁界を掛けることができる位置であれば、永久磁石６から離れた位置に配置してもよい。コイル７は、永久磁石６に着磁することができれば、形状および配置を問わない。
【００４３】
電源部８は、コイル７，７に再着磁用の電流を供給するものであり、コイル７，７に正方向の直流電流を供給する直流電流源１１、コイル７，７に逆方向の直流電流を供給する直流電流源１２、及び、コイル７，７に接続する直流電流源１１，１２を切換えるための切換スイッチ１３を備えている。電源部８は、コイル７の近くにコイル７等と一体的に配置されていてもよいし、コイル７と離れた位置の例えば測定部４０の近くまたは測定部４０の内部に配置されてコイル７，７に電気ケーブルで接続されていてもよい。
【００４４】
直流電流源１１、１２は、出力する直流電流値を電気的な制御で各々調整可能な可変直流定電流源であり、着磁制御部９によって制御される。直流電流源１１、１２は、公知の直流電源や電流制御回路を用いてもよく、また、コンデンサに電流値に対応する電荷を充電させ、その電荷を瞬間的に放電させるようにしたコンデンサ式の放電回路を用いてもよい。
【００４５】
切換スイッチ１３は、切換え動作を電気的に制御可能なリレーまたは半導体スイッチであり、着磁制御部９に制御される。切換スイッチ１３は、中間ポイント付きの双方向の切換スイッチであり、中心電極１３ａ、および切換電極１３ｂ、１３ｃを有している。この切換スイッチ１３は、中心電極１３ａを、切換電極１３ｂに接続、切換電極１３ｃに接続、または開放のいずれかの切換制御が可能になっている。切換スイッチ１３の中心電極１３ａには、直列接続されたコイル７，７の一端が接続されている。切換スイッチ１３の切換電極１３ｂには、直流電流源１１の正極が接続されている。また、切換スイッチ１３の切換電極１３ｃには、直流電流源１２の負極が接続されている。直流電流源１１の負極、および直流電流源１２の正極は、直列接続されたコイル７，７の他端に接続されている。
【００４６】
着磁制御部９は、電源部８を制御して、永久磁石６が磁性体２に印加する直流磁界が所定の磁界強度となるように、永久磁石６を再着磁するものである。着磁制御部９は、一例として、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、および入出力インタフェース回路（いずれも図示せず）などを備え、ＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって動作する。なお、着磁制御部９は、論理回路を組み合わせて構成したものであってもよい。着磁制御部９には、前述した直流電流源１１，１２および切換スイッチ１３の他に、磁界強度センサ２１および温度センサ２２が接続されている。また、着磁制御部９には、磁気センサ１の測定の感度またはダイナミックレンジを設定するための設定信号が入力される。着磁制御部９は、コイル７の近くにコイル７等と一体的に配置されていてもよいし、コイル７と離れた位置の例えば測定部４０の近くまたは測定部４０の内部に配置されてコイル７に電気ケーブルで接続されていてもよい。また、着磁制御部９は、測定部４０の制御回路（図示せず）と兼用されていてもよい。兼用されている場合には、内部的（または外部的）に発生する設定信号を使用する。
【００４７】
磁界強度センサ２１は、例えば、ホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子、ファラデー素子、直交フラックスゲート磁気センサなどである。磁界強度センサ２１は、永久磁石６に近接する位置に配置されて、永久磁石６が磁性体２に印加する直流磁界の磁界強度を検出して、着磁制御部９に出力する。温度センサ２２は、例えば、熱電対、白金測温抵抗体などであり、永久磁石６に直接または近接させて配置されて、永久磁石６の温度を検出して、着磁制御部９に出力する。
【００４８】
次に、磁気センサ１の動作原理について説明する。
【００４９】
先ず、比較のために、磁性体２に永久磁石６が配置されていない場合、つまり特許文献１に記載された磁気測定装置のような場合について説明する。磁性体２に印加される測定対象となる外部磁界は、電流Ｉが流れることによって被測定導体１００を中心とする円方向になる。したがって、外部磁界Ｈは、磁化困難軸ｘの方向に印加される。図２に示すように、磁性体２に印加される外部磁界Ｈの強さが磁性体２の異方性磁界Ｈk以下である場合、磁性体２に印加される磁界Ｈの強さと、磁性体２の磁化Ｍの大きさとが比例する。また、磁界Ｈk以上となると、磁性体２は飽和磁化Ｍｓとなり一定の値となる。つまり磁界Ｈk以下の範囲では、外部磁界Ｈの大きさと、磁性体２の磁化Ｍの大きさとが比例する。センサの感度は、磁界Ｈに対する磁化Ｍの傾きによって決まり、測定のダイナミックレンジは−ＨkからＨkとなる。
【００５０】
磁性体２の磁化Ｍの大きさは、直線偏光のレーザー光Ｌ1が、磁性体２で反射する際に回転した反射光Ｌ2の偏光面の回転角（カー回転角）θに比例する。具体的には、磁性体２に外部磁界Ｈが印加されていない場合、磁気モーメントＭpは磁化容易軸ｙ方向を向いているので、横カー効果が発生し、回転角θは０である。磁性体２に外部磁界Ｈが印加されると、磁気モーメントＭpは磁化困難軸ｘ方向に回転するので、縦カー効果が発生して、回転角θは外部磁界Ｈに比例して増加する。この反射光Ｌ2の回転角θは、受光素子３５，３６が検出するＰ波成分ＬpとＳ波成分Ｌsとを検出することでそれらの差から求められる。したがって、回転角θを測定することで、それに比例する外部磁界Ｈの磁界強度を求めることができる。
【００５１】
次に、本発明の磁気センサ１のように、磁性体２に永久磁石６が配置されている場合について説明する。図３に、磁性体２に印加する永久磁石６の直流磁界の強度を変化させた場合の、外部磁界Ｈに対する磁性体２の磁化Ｍの大きさを図示する。なお、図２と図３とでは、見やすいように特性（グラフ）の傾きを変えて図示している。永久磁石６が一軸磁気異方性を有する磁性体２に直流磁界を印加すると、磁化の復元力に当たる異方性磁界が増加するため、磁性体２の透磁率が減少する。永久磁石６の直流磁界（磁力）が強いほど磁性体２の透磁率は小さくなり、逆に永久磁石６の直流磁界が弱いほど透磁率は大きくなる。例えば、図３に示す特性Ｓ1は永久磁石６の直流磁界が弱い場合であり、特性Ｓ3は永久磁石６の直流磁界が強い場合であり、特性Ｓ2は直流磁界が中間程度の場合である。特性Ｓ1の場合、僅かに外部磁界Ｈが変化しただけで磁化Ｍが大きく変化するため測定の感度が高くなるが、外部磁界Ｈk1で磁化飽和するので外部磁界Ｈに対する測定のダイナミックレンジは狭くなる。一方、特性Ｓ3の場合、感度は低いが、外部磁化Ｈk3で磁化飽和するのでダイナミックレンジが広くなる。特性Ｓ2の場合、感度、ダイナミックレンジ共に特性Ｓ1,Ｓ3の中間程度である。このように、永久磁石６の直流磁界の強さを変化させると、磁気センサ１の感度やダイナミックレンジが変化する。
【００５２】
図４に、永久磁石６の磁化曲線（ＢＨカーブ）を示す。この磁化曲線は、一般的なものであり、例えば永久磁石６に正方向の大きな磁場ＨM０を掛けると、永久磁石６が磁気飽和して、磁化曲線のａ点になる。この状態から磁場ＨMを弱くして０にすると、磁化曲線はｂ点を通り、さらに逆方向に磁場ＨMを強くしていくと磁化曲線はｃ点を通って、磁場ＨMrのときに逆方向に磁気飽和してｄ点になる。この状態から、磁場ＨMを正方向に強くしていくと、磁化曲線はｅ点（逆方向の残留磁束密度Ｂｒ）→ｆ点→ａ点となる。このように磁化曲線はヒステリシスカーブを描く。永久磁石６を製造するときには、残留磁束密度Ｂが０の磁化前の磁石母材に、磁界ＨM０以上の磁場を掛けて磁化させている。
【００５３】
発明者は、永久磁石６に逆方向の磁場ＨMrを掛け、続いて磁場ＨM１を掛けてから磁場を０に戻すと、同図に示すように磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｓ1点→ｓ2点になり、永久磁石６が残留磁束密度Ｂ１に再着磁されることに気がついた。また同様のことを磁場Ｈ2で行うと、磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｔ1点→ｔ2点になり、永久磁石６が残留磁束密度Ｂ2に再着磁される。つまり、永久磁石６に逆方向の磁場ＨMrを掛けて一度リセットしてから、磁場ＨM0、ＨM1、ＨM2等の所定の強度の磁場を掛けることで、永久磁石６の残留磁束密度をＢ0、Ｂ1、Ｂ2のように所望の大きさに自在に設定することが可能であることが解った。この原理を利用することで、永久磁石６の直流磁界Ｈの強さを適宜変更・調整し、磁性体２の透磁率μの値を調整することで、磁気センサ１の感度またはダイナミックレンジを変更設定することを可能とした。しかも、永久磁石６の再着磁は短時間に電気的な制御で行うことができるので、感度等の変更や設定を、短時間で迅速、簡便に行うことが可能である。
【００５４】
図１に示すように、磁性体２を一対の永久磁石６，６で挟み込むと、一つの永久磁石６しか配置しない場合よりも、磁性体２に均一に直流磁界が印加されるため、磁性体２の透磁率μが全体的に安定して変化するため、磁気センサ１の感度やダイナミックレンジを安定して精度良く変更することができる。さらに、磁性体２を一対の永久磁石６，６で挟み込むと、一つの永久磁石６しか配置しない場合よりも、磁性体２に印加される直流磁界Ｈの磁界強度の可変幅を大きくすることができる。したがって、磁性体２の透磁率μの可変幅を大きくすることができるので、磁気センサ１の感度等の調整幅を大きくすることができる。なお、必要性に応じて、永久磁石６を磁性体２に１つだけ配置してもよい。
【００５５】
永久磁石６の残留磁束密度の大きさを設定するためには、磁場ＨMの大きさを制御する必要があるので、磁化曲線のｆ点からａ点までの傾きがなだらか（傾きが小）であることが好ましい。これは磁化曲線の傾きが急（傾きが大）であると、僅かに磁場ＨMを変化させただけで残留磁束密度Ｂが大きく変わってしまうので、磁場ＨMを精密に制御する必要があるためである。強力なネオジム永久磁石やサマリウムコバルト永久磁石は、磁化曲線の傾きが急であるので、磁場ＨMを精密に制御する必要がある。ストロンチウム−フェライト永久磁石やバリウム−フェライト永久磁石は、磁化曲線の傾きがなだらかであるので、磁場ＨMの制御が容易であり、好ましい。
【００５６】
次に、磁気センサ１の使用方法について説明する。
【００５７】
先ず、磁気センサ１の使用前の準備について説明する。
【００５８】
使用する前に予め、設定すべき磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジに対応させて、永久磁石６，６の残留磁束密度を設定するために直流電流源１１に出力させる電流値（以下、設定電流値という）、永久磁石６，６をリセットするために直流電流源１２に出力させる電流値（以下、リセット電流値という）、及び、所望の感度およびダイナミックレンジに設定されたときの永久磁石６の磁界強度の許容範囲を、着磁制御部９に記憶させておく。さらに、磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジに温度変動がある場合又は必要性に応じて、感度等を再設定する温度閾値、並びに各温度において最適な上記の直流電流源１１，１２の電流値及び磁界強度の許容範囲を、各感度等及び各温度閾値に対応させて、着磁制御部９に記憶させておく。なお、永久磁石６をリセットするためのリセット電流値は、逆方向に飽和させればよいので、各条件で共通の値を１つだけ記憶させておいてもよい。
【００５９】
これら予め記憶させておく電流値等は、コイル７に流す着磁用の設定電流値等や温度をパラメータとして変化させて、磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジの変化特性を測定することで求められる。着磁制御部９に記憶させておく直流電流源１１の設定電流値、および直流電流源１２のリセット電流値は、設定すべき感度およびダイナミックレンジに対応させて、さらに必要であれば温度に対応させて、対応表形式で記憶させておいてもよいし、計算式形式で記憶させておいてもよい。また、このように得られた設定電流値等を、製造した複数の磁気センサ１に共通して適用してもよいし、個々の磁気センサ１ごとに特性を取得して、磁気センサ１ごとに最適な値を適用してもよい。個々の磁気センサ１ごとに最適な電流値等を適用する場合には、個々の製造ばらつきを無くすことができる。
【００６０】
また、測定部４０には、磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジを変化させたときの、外部磁界の磁界強度に対するＰ波成分ＬpおよびＳ波成分Ｌsの変化特性を記憶させておく。以上で、使用前の準備が終了する。
【００６１】
次に、磁気センサ１の感度またはダイナミックレンジの設定方法について、図１、図５を参照して説明する。
【００６２】
図１に示す磁気センサ１は、一例として、磁気測定装置の測定部４０に接続されて使用される。測定者が磁気測定装置の操作部（図示せず）を操作して、感度またはダイナミックレンジの設定を行うと、操作部から、感度またはダイナミックレンジの設定信号が測定部４０および着磁制御部９に出力される。感度とダイナミックレンジとは、図３を用いて説明したようにトレードオフの関係にあるので、感度を決めればダイナミックレンジが決まり、逆にダイナミックレンジを決めれば感度が決まる。そのため、設定信号は、感度を示す情報であってもよいし、ダイナミックレンジを示す情報であってもよい。
【００６３】
図５のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、設定信号が入力されたときに（ステップＳ１１）、直流電流源１２を制御して、設定信号で示された感度（設定感度）またはダイナミックレンジ（設定ダイナミックレンジ）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、これに連動させて切換スイッチ１３を制御して、中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間（例えば１０μｓｅｃ）だけ接にする（ステップＳ１２）。これにより、コイル７が永久磁石６の磁界方向とは逆方向の磁場ＨMr（図４参照）を発生し、この磁場ＨMrが永久磁石６に所定時間掛かり、永久磁石６が逆方向に磁気飽和後、残留磁束密度Ｂｒになって残留磁束密度がリセットされる。
【００６４】
続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して、感度またはダイナミックレンジに対応する設定電流値で電流を出力させると共に、これに連動させて切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間（例えば１０μｓｅｃ）だけ接にする（ステップＳ１３）。これにより、コイル７が永久磁石６を再着磁する磁界方向と同方向の例えば磁場ＨM1（図４参照）を発生し、この磁場ＨM1が永久磁石６に所定時間掛かり、永久磁石６が感度等に対応する例えば残留磁束密度Ｂ1（図４参照）に再着磁する。
【００６５】
ステップＳ１２，Ｓ１３でコイル７に電流を流す所定時間は、永久磁石６を磁化させるために必要な時間であるが、通常短時間でよい。したがって、電力の消費がほとんどなく省エネルギーである。
【００６６】
続いて、着磁制御部９は、磁界強度センサ２１が検出した磁界強度を読み込んで（ステップＳ１４）、着磁制御部９に予め記憶されている磁界強度の許容範囲内であるか否か判別する（ステップＳ１５）。許容範囲内であれば設定動作を終了し、許容範囲内でなければステップＳ１２に戻り、再度、永久磁石６を着磁する。許容範囲内でない場合、許容範囲内に入るように、設定電流値を増減させてステップＳ１３を行わせてもよい。
【００６７】
以上で、設定動作が終了し、磁気センサ１が所望の感度またはダイナミックレンジに設定される。測定者が、感度またはダイナミックレンジを変更したときには、それに対応する設定信号が磁気センサ１に出力されて、再度設定動作が行われ、磁気センサ１の感度等が再設定される。なお、必要であれば、着磁制御部９は、ステップＳ１２を行う前に、温度センサ２２が検出した周囲温度を読み込んで、その温度及び感度等に対応したリセット電流値及び設定電流値でステップＳ１２，Ｓ１３を行ってもよい。また、磁界強度を検出する必要がない場合、同図中に破線で示すように、ステップＳ１３を行った後、終了してもよい。
【００６８】
着磁制御部９は、この設定動作を、所定周期毎に行うことが好ましい。所定周期は、永久磁石６の残留磁束密度が経時変化で許容値よりも弱くなる時間間隔よりも短い時間間隔に設定する。
【００６９】
測定部４０は、設定動作の終了後、レーザー光源３１にレーザー光Ｌ0を出射させ、受光素子３５，３６が受光したＰ波成分Ｌp，Ｓ波成分Ｌsの強度の差を測定し、設定信号が示す感度またはダイナミックレンジに対応させて、磁界強度を測定する。また、磁気センサ１を電流センサとして用いる場合、測定部４０は、測定した磁界強度から電流値を算出する。
【００７０】
次に、温度変化に対応する感度やダイナミックレンジの設定方法について図１、図６を参照して説明する。
【００７１】
磁気センサ１は温度変動で感度およびダイナミックレンジが変動して設定感度および設定ダイナミックレンジからずれる場合がある。以下、このようなずれを元に戻す動作について説明する。
【００７２】
図６のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、温度センサ２２（図１参照）の検出した温度を常時または間欠的に読み込んで（ステップＳ２１）、予め記憶された温度閾値を超えるか否か判別する（ステップＳ２２）。この温度閾値は、感度やダイナミックレンジのずれが許容できなくなる温度に予め設定されている。温度閾値は、段階的に複数設定されていてもよい。また、温度閾値は、温度が上昇する場合と低下する場合とで異なる値であってもよい。温度閾値よりも高温側、および低温側の各々に対応する設定電流値、リセット電流値、および磁界強度の許容範囲が着磁制御部９に予め記憶されている。
【００７３】
ステップＳ２２で、温度閾値を超えたと判別されたときには、着磁制御部９は、直流電流源１２を制御して、その検出温度（かつそのときの設定感度または設定ダイナミックレンジ）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間だけ接にする（ステップＳ２３）。これにより、既に説明したステップＳ１２と同様に永久磁石６がリセットされる。
【００７４】
続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して、予め記憶されたその検出温度に対応する設定電流値、つまりその検出温度で感度やダイナミックレンジを正しく設定できる設定電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間だけ接にする（ステップＳ２４）。これにより、永久磁石６がその温度に対応する残留磁束密度Ｂに再着磁する。
【００７５】
続いて、着磁制御部９は、既に説明したステップＳ１４，Ｓ１５と同様にして、ステップＳ２５、Ｓ２６を行い、磁界強度センサ２１が検出した磁界強度を確認し、磁界強度がその温度での許容範囲内にあるか確認し、必要であれば再設定して、ステップＳ２１に戻る。
【００７６】
以上で、温度変化に対応する設定動作が終了し、温度変動でずれた磁気センサ１の感度やダイナミックレンジが元に戻る。温度が検出閾値を超えて上昇した場合、および検出閾値を超えて低下した場合に、感度等が再設定される。なお、磁界強度を確認する必要がない場合、同図中に破線で示すように、ステップＳ２４を行った後、ステップＳ２１に戻ってもよい。
【００７７】
次に、磁界強度低下に対応する感度およびダイナミックレンジの再設定方法について図１、図７を参照して説明する。
【００７８】
永久磁石６の磁界強度は、その材質の種類により変化の度合いは異なるが、着磁してから時間が経過すると低下する。以下、このような磁界強度の低下による感度およびダイナミックレンジのずれを元に戻す動作について説明する。
【００７９】
図７のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、磁界強度センサ２１（図１参照）の検出した磁界強度を常時または間欠的に読み込んで（ステップＳ３１）、設定感度や設定ダイナミックレンジ（及び温度）に対応する磁界強度の許容範囲内であるか否か判別する（ステップＳ３２）。許容範囲内であればステップＳ３１に戻る。
【００８０】
ステップＳ３２で、許容範囲内でないと判別されたときには、着磁制御部９は、直流電流源１２を制御して、設定感度や設定ダイナミックレンジ（及び温度）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間だけ接にする（ステップＳ３３）。これにより、既に説明したステップＳ１２と同様に永久磁石６がリセットされる。
【００８１】
続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して設定感度や設定ダイナミックレンジ（及び温度）に対応する設定電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間だけ接にする（ステップＳ３４）。これにより、既に説明したステップＳ１３と同様に、永久磁石６がその設定感度等に対応する残留磁束密度Ｂに着磁してステップＳ３１に戻る。
【００８２】
以上で、磁界強度低下に対応する感度やダイナミックレンジの再設定動作が終了し、磁気センサ１の感度等が設定感度等に戻る。
【００８３】
図５の感度およびダイナミックレンジの設定方法、図６の温度変化に対応する再設定方法、図７の磁界強度低下に対応する再設定方法は、全て行ってもよいし、必要性に応じていずれか選択して行ってもよい。温度を検出しない場合、温度センサ２２は不要になり、磁界強度を検出しない場合、磁界強度センサ２１は不要になる。
【００８４】
次に、本発明を適用する磁気センサ１の変形例について説明する。
【００８５】
図８に、図１に示した磁気センサ１の変形例の要部を示す。図８に側面図で示す磁性体２は、図１の磁性体２と同様のものである。この変形例では、板状（膜状）の磁性体２の下面側（図の下側）に永久磁石６が配置されている。永久磁石６は、磁性体２の磁化容易軸ｙ方向に直流磁界を印加する向きで配置されている。永久磁石６の両極側には、一対のコイル７，７が配置されている。コイル７，７は、永久磁石６の磁界と同方向の磁界を発生する向きで配置されている。このコイル７，７には、電源部８（図１参照）が接続され、電源部８には、着磁制御部９（図１参照）が接続されている。
【００８６】
このように、磁性体２の一面（下面）側に永久磁石６を配置した場合であっても、永久磁石６の直流磁界が磁性体２に掛かるため、直流磁界を変化させると誘電率μが変化する。また、永久磁石６の両極にコイル７，７を配置しても、永久磁石６を再着磁することができる。したがって、永久磁石６を再着磁して残留磁束密度を変化させることで、磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジを設定することができる。
【００８７】
図８に示す磁気センサ１を電流センサとして用いる場合には、磁性体２の上面側（図の上側）に検出光Ｌ1が照射されるため、電流Ｉが流れる被測定導体１００（図１参照）を、磁性体２と永久磁石６との間、または、永久磁石６の下側に配置することが好ましく、実用上の観点から、永久磁石６の下側に配置することが一層好ましい。
【００８８】
なお、磁気光学カー効果に基づいて磁界強度を測定する磁気センサ１について説明したが、ファラデー効果（磁気効果の他の一例）に基づいて、磁性体を透過する光の偏光面の回転角（ファラデー回転角）を測定して、偏光面の回転角度から磁界強度を測定する磁気センサに本発明を適用してもよい。この場合も、磁性体に直流磁界を印加する永久磁石および再着磁用のコイルを配置して、永久磁石を再着磁して直流磁界の磁界強度を設定することで、磁性体の透磁率を変化させる。ファラデー回転角は透磁率に依存して変化するので、感度およびダイナミックレンジを設定することができる。磁気光学カー効果やファラデー効果に基づいて磁界強度を測定する磁気センサ１の構成は、公知の種々の構成を採用することができる。例えば、特許文献１に記載された磁場測定装置の構成や、非特許文献１に記載された電流センサの構成を採用してもよい。
【００８９】
また、外部磁界が印加される磁性体を有する磁気センサ（電流センサ）であれば、どのようなセンサであっても、外部磁界が大きくなると磁性体２が磁気飽和すると共に、感度の傾きは磁性体２の透磁率μに依存する。そのため、本発明を適用して、永久磁石６の直流磁界を適宜調整して磁性体の透磁率μを変化させることで、感度やダイナミックレンジを設定することができる。したがって、例えば、磁性体を用いているフラックスゲート、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス効果素子、カレントトランス（変流器）などの公知の種々の磁気センサに本発明を適用することができる。また、外部磁界を加えると磁界の方向に形状変化（歪み）を生じる磁歪効果素子（磁性体の一例）を用いて、この磁歪効果素子の形状変化を、レーザー測距装置などの光学的測定器、ゲージなどの機械的測定器、または電気ゲージやスイッチなどの電気的測定器といった検出手段で測定する磁気センサに本発明を適用してもよい。
【００９０】
次に、本発明を適用するセンサの他の例として、応力センサ５０（歪センサ）について説明する。
【００９１】
図９に示す応力センサ５０は、磁性体５１に印加される応力Ｆ（検出対象の他の一例）を、磁気光学カー効果および逆磁歪効果に基づいて測定可能なものである。なお、応力Ｆによって発生した磁性体５１の歪（検出対象のさらに他の一例）を測定する場合、応力センサ５０は歪センサとなる。同図では、既に説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９２】
磁性体５１は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む軟磁性体であり、例えばイットリウム−鉄−ガーネット（ＹＩＧ：Yttrium-Iron-Garnet）フェライト単結晶である。磁性体５１は、磁気効果の内、磁気光学カー効果および逆磁歪効果の大きなものであることが好ましい。磁性体５１は、一例として四角形状の薄板に形成されている。磁性体５１は、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成されていてもよい。歪センサとして使用する場合、磁性体５１は可撓性を有するフィルム上に膜状に形成されていてもよいし、歪を測定する被測定対象物に直接成膜して形成されていてもよい。磁性体５１は、等方性であってもよく、一軸磁気異方性、多軸磁気異方性であってもよいが、一軸磁気異方性である場合がより好ましく、さらに一方向磁気異方性である場合が一層好ましい。磁性体５１が一軸磁気異方性である場合、同図に示すように、磁化容易軸ｘ´が、照射面における光Ｌ1，Ｌ2の進行方向に沿う方向となるように配置する。磁化困難軸ｙ´は、照射面における光Ｌ1，Ｌ2の進行方向に直交する方向である。
【００９３】
一対の永久磁石６，６は、磁化容易軸ｘ´方向から磁性体５１を挟み込むように、磁性体５１に所定間隔で近接または密着して配置されている。コイル７は、永久磁石６を再着磁するためのものであり、コイル７の軸が永久磁石６の磁界方向と一致するように、永久磁石６に配置されている。
【００９４】
応力Ｆ＝０の場合、磁性体５１の磁気モーメントＭの方向は磁化容易軸ｘ´の方向を向いており、縦カー効果が発生している。このため、反射光Ｌ2の偏光面が回転し、反射光Ｌ2の回転角θは最大になっている。磁性体５１に応力Ｆを加えると、逆磁歪効果により、応力Ｆに比例した回転角θで磁気モーメントＭpが回転し、磁化困難軸ｙ´の方向を向く。この場合、横カー効果が発生しているので、反射光Ｌ2の回転角θは減少する。したがって、反射光Ｌ2の回転角θを測定することで、応力Ｆを測定することができる。
【００９５】
磁性体５１に印加する永久磁石６の直流磁界の強度を変化させると、磁性体５１の透磁率μが変化する。磁気光学カー効果および逆磁歪効果は透磁率μに依存する。したがって、直流磁界の強度を適宜設定することで、応力センサ５０の感度およびダイナミックレンジを適宜設定することができる。永久磁石６の直流磁界の磁界強度は、磁気センサ１における説明と同様に、着磁制御部９および電源部８が、コイル７に再着磁用の電流をパルス的に流すことで設定できる。
【００９６】
この応力センサ５０は、一例として、応力測定装置の測定部５２に接続されて使用される。測定部５２は、回転角θおよび感度（ダイナミックレンジ）から応力Ｆを算出する。なお、応力センサ５０を歪センサとして使用する場合、測定部５２は、算出した応力Ｆから歪を算出する。応力センサ５０の詳細な使用方法は、測定対象が異なるだけで、図５，６，７を用いて説明した磁気センサ１の使用方法とほぼ同様であるので説明を省略する。
【００９７】
なお、応力センサ５０の磁性体５１に換えて、非特許文献３に記載されたような、Ｆｅなどの強磁性体の膜と、Ｍｎ−Ｉｒなどの半強磁性体の膜とを重ね合わせた強磁性体／反強磁性体結合薄膜（磁性体の他の一例）を用いてもよい。この場合、強磁性体と反強磁性体との界面では交換結合エネルギーによって強磁性体中に交換バイアス磁界が発生し、磁気モーメントが一方向にそろい単磁区化する。このため、一軸磁気異方性かつ一方向磁気異方性となるので、磁壁の影響が無くなるため、永久磁石の磁気光学カー効果が顕著に表れて測定精度を高くすることができると共に、磁気モーメントが一方向にそろっているので、永久磁石の直流磁界の大きさに対して一つの大きな磁気モーメントがリニア（線形）に回転するため、高精度にセンサの特性を調整することができる。
【００９８】
また、磁気光学カー効果および逆磁歪効果に基づいて応力Ｆ（歪）を測定する応力センサ５０について説明したが、ファラデー効果および逆磁歪効果に基づいて応力Ｆを測定する応力センサ（歪センサ）に本発明を適用してもよい。また、逆磁歪効果で変化する逆磁歪効果素子（磁性体５１）の特性を、光学的にではなく電気的に検出する応力センサに本発明を適用してもよい。また、非特許文献２に記載されたような応力Ｆの大きさで抵抗が変化する磁気抵抗効果素子（磁性体の他の一例）を用いた応力センサや、磁気インピーダンス効果素子（磁性体のさらに他の一例）を用いた応力センサに、本発明を適用してもよい。このように、磁性体を用いて応力（歪）を検出する公知の種々の応力センサに本発明を適用することができる。
【００９９】
さらに、検出対象が、外部磁界（電流）、応力（歪）である例について説明したが、検出対象が印加される磁性体を少なくとも備えるセンサであれば、永久磁石および再着磁用のコイルを備えることで、本発明を適用することができる。例えば、応力センサ（歪センサ）を応用した振動センサ、重量センサ、加速度センサ、加加速度センサなどに本発明を適用してもよい。これらセンサは、応力を検出対象とし、検出した応力から振動等を測定するためのセンサである。
【０１００】
つまり、外部磁界または応力などの検出対象の印加によって磁性体の磁気モーメントが回転し、その回転量をセンシングするセンサ全般に、本発明を適用することができる。
【０１０１】
磁気モーメントの回転量をセンシングするための検出手段の構成は、公知の種々のセンサの検出手段を採用することができ、例えば、電磁誘導コイルであってもよいし、既に説明したような磁気光学カー効果、ファラデー効果、磁気抵抗効果、磁気インピーダンス効果、磁歪効果、や逆磁歪効果を利用したものであってもよい。なお、検出手段は、磁気モーメントの回転量に対応する電気的信号、光学的信号、または機械的信号（機械的動き）などの検出信号を少なくとも発生可能なものであればよい。
【０１０２】
なお、電源部８が直流電流源１１，１２を有していて、永久磁石６を再着磁させる電流（設定電流、リセット電流）が直流電流である例について説明したが、設定電流やリセット電流は、瞬間的なパルス電流であってもよいし、sin波、台形波、ノコギリ波のような交流電流であってもよい。交流電流の場合、正の波高値が設定電流値に対応し、負の波高値がリセット電流値に対応して、電源部８は、負（リセット電流）から正（設定電流）の１周期（または整数周期）分の交流電流を出力する。
【符号の説明】
【０１０３】
１は磁界センサ（電流センサ）、２は磁性体、３は検出手段、６は永久磁石、７はコイル、８は電源部、９は着磁制御部、１１，１２は直流電流源、１３は切換スイッチ、１３ａは中心電極、１３ｂ，１３ｃは切換電極、２１は磁界強度センサ、２２は温度センサ、３１はレーザー光源、３２は偏光子、３３は１／４波長板、３４は偏光ビームスプリッタ、３５，３６は受光素子、４０は測定部、５０は応力センサ（歪センサ）、５１は磁性体、５２は測定部、１００は被測定導体、Ｆは応力、Ｉ，Ｉｓは電流、Ｌ0はレーザー光、Ｌ1は検出光、Ｌ2は反射光、ＬpはＰ波成分、ＬsはＳ波成分、Ｍpは磁気モーメント、Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3は特性、ｘ，ｙ´は磁化困難軸、ｙ，ｘ´は磁化容易軸である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ、電流センサ、応力センサ、歪センサなどの磁気効果に基づいて測定を行うセンサ、およびその調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や電気自動車、測定器など電気機器には、磁性膜が利用された磁界センサや電流センサ（以下、センサともいう）が多用されている。センサの感度は、磁性膜の透磁率に依存するため、微量な磁界あるいは電流を検出するためには、透磁率を高くする必要がある。一方、磁性膜（材料）には、ある磁界以上で磁化が飽和する、すなわち透磁率が空気と同じ１になってしまう測定限界がある。この測定限界により測定のダイナミックレンジが決まる。透磁率の高い磁性膜を用いると、センサの感度は高くなるが、その測定限界（ダイナミックレンジ）は小さくなってしまう。ダイナミックレンジ（検出範囲）を広くするためには、透磁率の低い磁性膜を用いる必要がある。しかしながら、透磁率を低くすると感度が低くなってしまう。このように、センサの感度とダイナミックレンジはトレードオフの関係にある。ゆえに、高感度かつ大きなダイナミックレンジをもつセンサは一般的には存在しない。
【０００３】
例えば特許文献１に、一軸異方性を有する磁性膜の磁化困難軸方向へ測定すべき磁界を与え、磁界が与えられている磁性膜に直線偏光の検出光を照射し、磁性膜を経た検出光の偏光面の回転角を検出することにより磁界強度を測定する磁場測定装置および方法が記載されている。この装置等では、外部磁界が印加された磁性膜で生じるファラデー効果または磁気光学カー（Ｋｅｒｒ）効果を利用して、磁界強度を測定している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された磁場測定装置および方法では、磁性膜を飽和させる磁界強度およびそのときの飽和磁化はその材質によって一定の値に決まる。したがって、測定の感度およびダイナミックレンジは特定の値や範囲であり、これらを測定中に調整（変更設定）することはできない。
【０００５】
非特許文献１には、光学磁気カー効果を利用した電流センサが記載されている。この電流センサでも、センサの感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。
【０００６】
また、応力や歪の測定を行う応力センサや歪センサ（以下、センサともいう）が、測定器以外にも、自動車のブレーキ制御システムや、ロボットアームの触圧検出部など多様な機械・機器に用いられている。応力や歪を磁性体に印加し、逆磁歪効果や磁気抵抗効果などの磁気効果に基づいて測定を行うセンサの場合にも、感度やダイナミックレンジもトレードオフの関係にある。
【０００７】
非特許文献２には、光学磁気カー効果および逆磁歪効果を利用した歪センサが記載されている。この歪センサでは、歪の印加される磁性体として、Ｆｅ／Ｍｎ−Ｉｒ交換結合磁性膜が用いられている。非特許文献２には、交換結合磁性膜の強磁性層膜厚を変更することでセンシング感度およびセンシング範囲（ダイナミックレンジ）を調整できることが記載されている。しかしながら、交換結合磁性膜の膜厚は成膜時にしか調整できないので、センサの感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。
【０００８】
非特許文献３には、磁気抵抗効果素子を用いて歪み量を電気信号で検出する歪センサが記載されている。しかしながら、感度やダイナミックレンジを測定中に調整することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−５４４５２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】論文名:「Fundamental Study of Optical Probe Current Sensor using Kerr Effectof Single Magnetic Domain Film」、著者名:曽根原誠,佐藤敏郎 他、発行者:IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICSENGINEERS INC、刊行物名:Proceedings of the 18th IEEEConference on Sensors(IEEE Sensors 2009 Conference)、頁:1232-1237、発行年月:2009年10月
【非特許文献２】論文名:「Strain sensor usingstress-magnetoresistance effect of Ni-Fe/Mn-Ir exchange-coupled magnetic film」、著者名:曽根原誠,佐藤敏郎 他、発行者:AmericanInstitute of Physics、刊行物名：Journal of Applied Physics 107(9)、頁:09E718-1-09E718-3、発行年月：2010年５月
【非特許文献３】論文名:「Fe／Mn-Ir交換結合単磁区磁性薄膜の磁気Kerr効果を用いた光信号式歪センサの基礎検討」、著者名:曽根原誠,佐藤敏郎 他、発行者: 日本磁気学会、刊行物名：Journal of the Magnetics Society of Japan,34(6)、頁:593-598、発行年月：2010年10月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、感度の高低やダイナミックレンジの広狭などのセンサの特性を測定中であっても変更設定することが可能な、磁気センサ、電流センサ、応力センサ、歪センサなどのセンサ、およびこれらの設定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載されたセンサは、検出対象が印加される磁性体を備えるセンサであって、該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルとを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載されたセンサは、請求項１に記載のものであり、前記コイルに再着磁用の電流を供給する電源部と、該電源部を制御して前記直流磁界が所定の磁界強度となるように前記永久磁石を再着磁する着磁制御部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載されたセンサは、請求項２に記載のものであり、前記着磁制御部は、測定の感度またはダイナミックレンジを設定するために入力される設定信号に基づいて、該感度または該ダイナミックレンジに対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載されたセンサは、請求項２または３に記載のものであり、前記着磁制御部は、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載されたセンサは、請求項２から４のいずれかに記載のものであり、前記着磁制御部には、該永久磁石の温度を検出する温度センサが接続されており、該着磁制御部は、該温度センサの検出する温度に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載されたセンサは、請求項２から５のいずれかに記載のものであり、前記着磁制御部には、前記直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサが接続されており、前記着磁制御部は、前記磁界強度センサの検出する前記磁界強度が前記所望の磁界強度の許容範囲内でないときに、前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載されたセンサは、請求項１から６のいずれかに記載のものであり、前記磁性体が、一対の前記永久磁石で挟み込まれていることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載されたセンサは、請求項１から７のいずれかに記載のものであり、前記磁性体が、一軸磁気異方性を有しており、その磁化容易軸の方向に、前記永久磁石が前記直流磁界を印加することを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載されたセンサは、請求項１から８のいずれかに記載のものであり、前記検出対象が外部磁界である磁界センサ、前記検出対象が電流によって生じる外部磁界である電流センサ、前記検出対象が応力である応力センサ、前記検出対象が歪である歪センサ、前記検知対象が振動で生じる応力である振動センサ、前記検知対象が加速で生じる応力である加速度センサ、または、前記検知対象が加速で生じる応力である加加速度センサであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載されたセンサの調整方法は、検出対象が印加される磁性体を備えるセンサの調整方法であって、磁性体に直流磁界を印加する永久磁石を、測定の感度またはダイナミックレンジに対応する所定の磁界強度の該直流磁界になるように再着磁することを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載されたセンサの調整方法は、請求項１０に記載のものであり、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載されたセンサの調整方法は、請求項１０または１１に記載のものであり、前記所定の磁界強度が温度に対応するように、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載されたセンサの調整方法は、請求項１０から１２のいずれかに記載のものであり、前記所定の磁界強度が許容範囲内にないときに、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のセンサ、およびその調整方法によれば、検出対象が印加される磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、永久磁石を再着磁するためのコイルとを備えることにより、このコイルに再着磁用の電流を供給し、永久磁石の磁界強度を適宜設定することで、感度およびダイナミックレンジなどのセンサの特性を適宜調整することができる。永久磁石の再着磁は、電気的に短時間で行うことができるので、所望の特性に、簡便かつ迅速に設定することができる。さらに、永久磁石の再着磁は短時間に行うことができるので、電力の消費量が少なく、省エネルギーである。
【００２６】
コイルに再着磁用の電流を供給する電源部、および電源部を制御する着磁制御部を備える場合、電源部が再着磁用の電流をコイルに供給して、センサの特性を調整することができる。電源部や着磁制御部は、センサと一体的に配置されていてもよく、センサが接続される機器の電気回路内に配置されていてもよい。
【００２７】
着磁制御部が、測定の感度またはダイナミックレンジを設定するために入力される設定信号に基づいて永久磁石を再着磁する場合、設定信号を入力するだけで感度等を簡便に設定することができる。
【００２８】
着磁制御部が、所定周期毎に、所定の磁界強度に永久磁石を再着磁することにより、永久磁石の直流磁界が所定時間毎にリフレッシュされるので、永久磁石の直流磁界が経時変化で弱くならず一定の強度になるため、感度およびダイナミックレンジが時間経過とともにずれることが防止され、安定した性能を維持できる。
【００２９】
着磁制御部が温度に基づいて永久磁石を再着磁する場合、温度変動によるセンサの特性のずれを調整することができる。
【００３０】
着磁制御部が永久磁石の磁界強度が許容範囲にないときに永久磁石を再着磁する場合、経時変化などによるセンサの特性のずれを調整することができる。
【００３１】
磁性体が、一対の永久磁石で挟み込まれている場合、磁性体に均一に直流磁界が印加されるため、センサの特性を安定して精度良く調整することができる。
【００３２】
磁性体が、一軸磁気異方性を有しており、その磁化容易軸の方向に、永久磁石が直流磁界を印加する場合、磁気モーメントが磁化容易軸方向にそろっているので、磁壁の影響がごくわずかあるものの磁気モーメントの方向のばらつきが少ないため、高い測定精度を有するセンサとすることができると共に、センサの特性を高精度に調整することができる。さらに、一方向磁気異方性を有していれば、磁壁の影響が無くなるため一層望ましい。
【００３３】
検出対象が外部磁界である磁界センサ、検出対象が電流によって生じる外部磁界である電流センサ、検出対象が応力である応力センサ、または、検出対象が歪である歪センサである場合、これら用途のセンサの特性を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用するセンサ（磁気センサ、電流センサ）の使用状態を模式的に示す概要構成図である。
【図２】従来のセンサの感度、ダイナミックレンジの特性図である。
【図３】本発明を適用するセンサの感度、ダイナミックレンジの特性図である。
【図４】本発明を適用するセンサの原理を説明する磁化曲線である。
【図５】本発明を適用するセンサにおける感度、ダイナミックレンジの設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明を適用するセンサにおける温度変化に対応する設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明を適用するセンサにおける磁界強度低下に対応する設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】図１に示すセンサの変形例の要部を模式的に示す概要構成図である。
【図９】本発明を適用する他のセンサ（応力センサ、歪センサ）を模式的に示す概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
図１に本発明を適用するセンサの一例として、磁気センサ１（電流センサ）を示す。磁気センサ１は、検出対象として外部磁界の強度を検出するものである。なお、磁気センサ１が、被測定導体１００を流れる電流Ｉによって生じる磁界を外部磁界として検出して、検出した外部磁界から電流Ｉを測定するためのものであれば、磁気センサ１は電流センサになる。
【００３７】
磁気センサ１は、外部磁界が印加される磁性体２と、磁性体２の磁気効果に基づき外部磁界の磁界強度を検出する検出手段３とを備えており、さらに、磁性体２に直流磁界を印加する永久磁石６，６と、永久磁石６，６を再着磁するためのコイル７，７とを備えるものである。また、磁気センサ１は、必要性に応じて、コイル７，７に再着磁用の電流を供給する電源部８と、電源部８を制御して直流磁界が所定の磁界強度となるように永久磁石６，６を再着磁する着磁制御部９と、直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサ２１と、永久磁石の温度を検出する温度センサ２２とを備えている。磁気センサ１（電流センサ）は、その検出手段３が例えば磁気測定装置（電流測定装置）の測定部４０に接続されて使用される。測定部４０が磁気センサ１に含まれていてもよい。同図では、磁性体２、永久磁石６，６、コイル７，７を平面図で図示している。
【００３８】
磁性体２は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む軟磁性体であり、例えばイットリウム−鉄−ガーネット（ＹＩＧ：Yttrium-Iron-Garnet）フェライト単結晶である。磁性体２は、一例として四角形状の薄板に形成されている。磁性体２は、磁気光学カー効果の大きなものであることが好ましい。磁性体２は、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成されていてもよい。磁性体２は、等方性であってもよく、一軸磁気異方性、多軸磁気異方性であってもよいが、一軸磁気異方性である場合がより好ましく、さらに一方向磁気異方性である場合が一層好ましい。等方性等であってもよい理由は、磁気異方性を有していなくても後述する永久磁石６による磁界強度により一方向磁気異方性が生じるためである。磁性体２が一軸磁気異方性である場合、後述する永久磁石６の磁界方向が磁化容易軸（同図のｙ軸）になっていて、永久磁石６の磁界方向に直交する面方向が磁化困難軸（同図のｘ軸）になっていることが好ましい。磁気センサ１が電流センサとして用いられるときには、一例として被測定導体１００は、磁性体２の裏面側（紙面の裏側）に、磁化容易軸ｙ方向に沿って配置される。
【００３９】
検出手段３は、磁性体２の磁気効果の一例である磁気光学カー効果に基づいて磁性体２に印加される外部磁界の磁界強度を検出するものである。検出手段３は、レーザー光源３１、偏光子３２、１／４波長板３３、偏光ビームスプリッタ３４、および受光素子３５，３６を備えている。レーザー光源３１は、例えば、Ｈｅ−Ｎｅ半導体レーザーであり、レーザー光Ｌ0を出射する。偏光子３２は、例えば、グラントムソン偏光プリズムやグランテーラー偏光プリズムであり、ランダムに偏光しているレーザー光Ｌ0の中から直線偏光している検出光Ｌ1を通過させる。直線偏光の方向は、同図に示すように、磁化容易軸ｙ方向とする。検出光Ｌ1が磁性体２で反射して、磁気光学カー効果により、偏光面の回転した反射光Ｌ2になる。１／４波長板３３は、反射光Ｌ2の偏光方向を微調整するために設けてある。偏光ビームスプリッタ３４は、反射光Ｌ2をＰ波成分ＬpとＳ波成分Ｌsとに分離する。Ｐ波成分Ｌpは受光素子３５によって受光され、Ｓ波成分Ｌsは受光素子３６によって受光される。受光素子３５，３６は、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、またはＣＣＤセンサである、受光素子３５，３６は、測定部４０に光電変換した信号を出力する。
【００４０】
測定部４０は、受光素子３５，３６で光電変換されて電気的に出力されるＰ波成分ＬpとＳ波成分Ｌsとのレベル差、および、後述する設定信号が示す感度またはダイナミックレンジから、磁性体２に印加される磁界強度を演算する。磁気センサ１を電流センサとして用いるときは、測定部４０は、磁界強度を求め、さらにその磁界強度を発生する電流Ｉを演算する。
【００４１】
永久磁石６は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む硬磁性体であり、例えば一般的なフェライト磁石である。一対の永久磁石６，６は、磁化容易軸ｙ方向から磁性体２を挟み込むように、磁性体２に所定間隔で近接または密着して配置されている。永久磁石６は、一例として、四角形状の薄板に形成されており、その磁性体２に近接または密着する側端面が、磁性体２の側端面とほぼ同一形状に形成されている。永久磁石６，６は、磁性体２の磁化容易軸ｙと同方向に磁化されている。この永久磁石６，６は、同じ向きの磁界を磁性体２に印加する方向で、つまり、永久磁石６，６が互いに磁力で引き付き合う方向で、磁性体２に配置されている。なお、永久磁石６は、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成されていてもよいし、磁性体２の磁化容易軸ｙ側の対向し合う側端面に膜状に形成されていてもよい。
【００４２】
コイル７は、永久磁石６を再着磁するためのものであり、コイル７の軸が永久磁石６の磁界方向と一致するように、永久磁石６に配置されている。この場合、コイル７は、永久磁石６に直接、巻回されている。コイル７，７は、対応する永久磁石６，６に同じ向きの磁界を印加する方向で、つまり、各々の巻き方向が同方向となるように、永久磁石６，６に巻回されていて、一例として電気的に直列接続されている。なお、永久磁石６を、基板上に膜状に形成した場合、コイル７を、基板上の永久磁石６を巻くようにパターンで形成してもよい。コイル７は、永久磁石６に直接、または永久磁石６の近傍の位置に配置することが磁界を掛ける観点から好ましいが、永久磁石６に再着磁用の磁界を掛けることができる位置であれば、永久磁石６から離れた位置に配置してもよい。コイル７は、永久磁石６に着磁することができれば、形状および配置を問わない。
【００４３】
電源部８は、コイル７，７に再着磁用の電流を供給するものであり、コイル７，７に正方向の直流電流を供給する直流電流源１１、コイル７，７に逆方向の直流電流を供給する直流電流源１２、及び、コイル７，７に接続する直流電流源１１，１２を切換えるための切換スイッチ１３を備えている。電源部８は、コイル７の近くにコイル７等と一体的に配置されていてもよいし、コイル７と離れた位置の例えば測定部４０の近くまたは測定部４０の内部に配置されてコイル７，７に電気ケーブルで接続されていてもよい。
【００４４】
直流電流源１１、１２は、出力する直流電流値を電気的な制御で各々調整可能な可変直流定電流源であり、着磁制御部９によって制御される。直流電流源１１、１２は、公知の直流電源や電流制御回路を用いてもよく、また、コンデンサに電流値に対応する電荷を充電させ、その電荷を瞬間的に放電させるようにしたコンデンサ式の放電回路を用いてもよい。
【００４５】
切換スイッチ１３は、切換え動作を電気的に制御可能なリレーまたは半導体スイッチであり、着磁制御部９に制御される。切換スイッチ１３は、中間ポイント付きの双方向の切換スイッチであり、中心電極１３ａ、および切換電極１３ｂ、１３ｃを有している。この切換スイッチ１３は、中心電極１３ａを、切換電極１３ｂに接続、切換電極１３ｃに接続、または開放のいずれかの切換制御が可能になっている。切換スイッチ１３の中心電極１３ａには、直列接続されたコイル７，７の一端が接続されている。切換スイッチ１３の切換電極１３ｂには、直流電流源１１の正極が接続されている。また、切換スイッチ１３の切換電極１３ｃには、直流電流源１２の負極が接続されている。直流電流源１１の負極、および直流電流源１２の正極は、直列接続されたコイル７，７の他端に接続されている。
【００４６】
着磁制御部９は、電源部８を制御して、永久磁石６が磁性体２に印加する直流磁界が所定の磁界強度となるように、永久磁石６を再着磁するものである。着磁制御部９は、一例として、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、および入出力インタフェース回路（いずれも図示せず）などを備え、ＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって動作する。なお、着磁制御部９は、論理回路を組み合わせて構成したものであってもよい。着磁制御部９には、前述した直流電流源１１，１２および切換スイッチ１３の他に、磁界強度センサ２１および温度センサ２２が接続されている。また、着磁制御部９には、磁気センサ１の測定の感度またはダイナミックレンジを設定するための設定信号が入力される。着磁制御部９は、コイル７の近くにコイル７等と一体的に配置されていてもよいし、コイル７と離れた位置の例えば測定部４０の近くまたは測定部４０の内部に配置されてコイル７に電気ケーブルで接続されていてもよい。また、着磁制御部９は、測定部４０の制御回路（図示せず）と兼用されていてもよい。兼用されている場合には、内部的（または外部的）に発生する設定信号を使用する。
【００４７】
磁界強度センサ２１は、例えば、ホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子、ファラデー素子、直交フラックスゲート磁気センサなどである。磁界強度センサ２１は、永久磁石６に近接する位置に配置されて、永久磁石６が磁性体２に印加する直流磁界の磁界強度を検出して、着磁制御部９に出力する。温度センサ２２は、例えば、熱電対、白金測温抵抗体などであり、永久磁石６に直接または近接させて配置されて、永久磁石６の温度を検出して、着磁制御部９に出力する。
【００４８】
次に、磁気センサ１の動作原理について説明する。
【００４９】
先ず、比較のために、磁性体２に永久磁石６が配置されていない場合、つまり特許文献１に記載された磁気測定装置のような場合について説明する。磁性体２に印加される測定対象となる外部磁界は、電流Ｉが流れることによって被測定導体１００を中心とする円方向になる。したがって、外部磁界Ｈは、磁化困難軸ｘの方向に印加される。図２に示すように、磁性体２に印加される外部磁界Ｈの強さが磁性体２の異方性磁界Ｈk以下である場合、磁性体２に印加される磁界Ｈの強さと、磁性体２の磁化Ｍの大きさとが比例する。また、磁界Ｈk以上となると、磁性体２は飽和磁化Ｍｓとなり一定の値となる。つまり磁界Ｈk以下の範囲では、外部磁界Ｈの大きさと、磁性体２の磁化Ｍの大きさとが比例する。センサの感度は、磁界Ｈに対する磁化Ｍの傾きによって決まり、測定のダイナミックレンジは−ＨkからＨkとなる。
【００５０】
磁性体２の磁化Ｍの大きさは、直線偏光のレーザー光Ｌ1が、磁性体２で反射する際に回転した反射光Ｌ2の偏光面の回転角（カー回転角）θに比例する。具体的には、磁性体２に外部磁界Ｈが印加されていない場合、磁気モーメントＭpは磁化容易軸ｙ方向を向いているので、横カー効果が発生し、回転角θは０である。磁性体２に外部磁界Ｈが印加されると、磁気モーメントＭpは磁化困難軸ｘ方向に回転するので、縦カー効果が発生して、回転角θは外部磁界Ｈに比例して増加する。この反射光Ｌ2の回転角θは、受光素子３５，３６が検出するＰ波成分ＬpとＳ波成分Ｌsとを検出することでそれらの差から求められる。したがって、回転角θを測定することで、それに比例する外部磁界Ｈの磁界強度を求めることができる。
【００５１】
次に、本発明の磁気センサ１のように、磁性体２に永久磁石６が配置されている場合について説明する。図３に、磁性体２に印加する永久磁石６の直流磁界の強度を変化させた場合の、外部磁界Ｈに対する磁性体２の磁化Ｍの大きさを図示する。なお、図２と図３とでは、見やすいように特性（グラフ）の傾きを変えて図示している。永久磁石６が一軸磁気異方性を有する磁性体２に直流磁界を印加すると、磁化の復元力に当たる異方性磁界が増加するため、磁性体２の透磁率が減少する。永久磁石６の直流磁界（磁力）が強いほど磁性体２の透磁率は小さくなり、逆に永久磁石６の直流磁界が弱いほど透磁率は大きくなる。例えば、図３に示す特性Ｓ1は永久磁石６の直流磁界が弱い場合であり、特性Ｓ3は永久磁石６の直流磁界が強い場合であり、特性Ｓ2は直流磁界が中間程度の場合である。特性Ｓ1の場合、僅かに外部磁界Ｈが変化しただけで磁化Ｍが大きく変化するため測定の感度が高くなるが、外部磁界Ｈk1で磁化飽和するので外部磁界Ｈに対する測定のダイナミックレンジは狭くなる。一方、特性Ｓ3の場合、感度は低いが、外部磁化Ｈk3で磁化飽和するのでダイナミックレンジが広くなる。特性Ｓ2の場合、感度、ダイナミックレンジ共に特性Ｓ1,Ｓ3の中間程度である。このように、永久磁石６の直流磁界の強さを変化させると、磁気センサ１の感度やダイナミックレンジが変化する。
【００５２】
図４に、永久磁石６の磁化曲線（ＢＨカーブ）を示す。この磁化曲線は、一般的なものであり、例えば永久磁石６に正方向の大きな磁場ＨM０を掛けると、永久磁石６が磁気飽和して、磁化曲線のａ点になる。この状態から磁場ＨMを弱くして０にすると、磁化曲線はｂ点を通り、さらに逆方向に磁場ＨMを強くしていくと磁化曲線はｃ点を通って、磁場ＨMrのときに逆方向に磁気飽和してｄ点になる。この状態から、磁場ＨMを正方向に強くしていくと、磁化曲線はｅ点（逆方向の残留磁束密度Ｂｒ）→ｆ点→ａ点となる。このように磁化曲線はヒステリシスカーブを描く。永久磁石６を製造するときには、残留磁束密度Ｂが０の磁化前の磁石母材に、磁界ＨM０以上の磁場を掛けて磁化させている。
【００５３】
発明者は、永久磁石６に逆方向の磁場ＨMrを掛け、続いて磁場ＨM１を掛けてから磁場を０に戻すと、同図に示すように磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｓ1点→ｓ2点になり、永久磁石６が残留磁束密度Ｂ１に再着磁されることに気がついた。また同様のことを磁場Ｈ2で行うと、磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｔ1点→ｔ2点になり、永久磁石６が残留磁束密度Ｂ2に再着磁される。つまり、永久磁石６に逆方向の磁場ＨMrを掛けて一度リセットしてから、磁場ＨM0、ＨM1、ＨM2等の所定の強度の磁場を掛けることで、永久磁石６の残留磁束密度をＢ0、Ｂ1、Ｂ2のように所望の大きさに自在に設定することが可能であることが解った。この原理を利用することで、永久磁石６の直流磁界Ｈの強さを適宜変更・調整し、磁性体２の透磁率μの値を調整することで、磁気センサ１の感度またはダイナミックレンジを変更設定することを可能とした。しかも、永久磁石６の再着磁は短時間に電気的な制御で行うことができるので、感度等の変更や設定を、短時間で迅速、簡便に行うことが可能である。
【００５４】
図１に示すように、磁性体２を一対の永久磁石６，６で挟み込むと、一つの永久磁石６しか配置しない場合よりも、磁性体２に均一に直流磁界が印加されるため、磁性体２の透磁率μが全体的に安定して変化するため、磁気センサ１の感度やダイナミックレンジを安定して精度良く変更することができる。さらに、磁性体２を一対の永久磁石６，６で挟み込むと、一つの永久磁石６しか配置しない場合よりも、磁性体２に印加される直流磁界Ｈの磁界強度の可変幅を大きくすることができる。したがって、磁性体２の透磁率μの可変幅を大きくすることができるので、磁気センサ１の感度等の調整幅を大きくすることができる。なお、必要性に応じて、永久磁石６を磁性体２に１つだけ配置してもよい。
【００５５】
永久磁石６の残留磁束密度の大きさを設定するためには、磁場ＨMの大きさを制御する必要があるので、磁化曲線のｆ点からａ点までの傾きがなだらか（傾きが小）であることが好ましい。これは磁化曲線の傾きが急（傾きが大）であると、僅かに磁場ＨMを変化させただけで残留磁束密度Ｂが大きく変わってしまうので、磁場ＨMを精密に制御する必要があるためである。強力なネオジム永久磁石やサマリウムコバルト永久磁石は、磁化曲線の傾きが急であるので、磁場ＨMを精密に制御する必要がある。ストロンチウム−フェライト永久磁石やバリウム−フェライト永久磁石は、磁化曲線の傾きがなだらかであるので、磁場ＨMの制御が容易であり、好ましい。
【００５６】
次に、磁気センサ１の使用方法について説明する。
【００５７】
先ず、磁気センサ１の使用前の準備について説明する。
【００５８】
使用する前に予め、設定すべき磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジに対応させて、永久磁石６，６の残留磁束密度を設定するために直流電流源１１に出力させる電流値（以下、設定電流値という）、永久磁石６，６をリセットするために直流電流源１２に出力させる電流値（以下、リセット電流値という）、及び、所望の感度およびダイナミックレンジに設定されたときの永久磁石６の磁界強度の許容範囲を、着磁制御部９に記憶させておく。さらに、磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジに温度変動がある場合又は必要性に応じて、感度等を再設定する温度閾値、並びに各温度において最適な上記の直流電流源１１，１２の電流値及び磁界強度の許容範囲を、各感度等及び各温度閾値に対応させて、着磁制御部９に記憶させておく。なお、永久磁石６をリセットするためのリセット電流値は、逆方向に飽和させればよいので、各条件で共通の値を１つだけ記憶させておいてもよい。
【００５９】
これら予め記憶させておく電流値等は、コイル７に流す着磁用の設定電流値等や温度をパラメータとして変化させて、磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジの変化特性を測定することで求められる。着磁制御部９に記憶させておく直流電流源１１の設定電流値、および直流電流源１２のリセット電流値は、設定すべき感度およびダイナミックレンジに対応させて、さらに必要であれば温度に対応させて、対応表形式で記憶させておいてもよいし、計算式形式で記憶させておいてもよい。また、このように得られた設定電流値等を、製造した複数の磁気センサ１に共通して適用してもよいし、個々の磁気センサ１ごとに特性を取得して、磁気センサ１ごとに最適な値を適用してもよい。個々の磁気センサ１ごとに最適な電流値等を適用する場合には、個々の製造ばらつきを無くすことができる。
【００６０】
また、測定部４０には、磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジを変化させたときの、外部磁界の磁界強度に対するＰ波成分ＬpおよびＳ波成分Ｌsの変化特性を記憶させておく。以上で、使用前の準備が終了する。
【００６１】
次に、磁気センサ１の感度またはダイナミックレンジの設定方法について、図１、図５を参照して説明する。
【００６２】
図１に示す磁気センサ１は、一例として、磁気測定装置の測定部４０に接続されて使用される。測定者が磁気測定装置の操作部（図示せず）を操作して、感度またはダイナミックレンジの設定を行うと、操作部から、感度またはダイナミックレンジの設定信号が測定部４０および着磁制御部９に出力される。感度とダイナミックレンジとは、図３を用いて説明したようにトレードオフの関係にあるので、感度を決めればダイナミックレンジが決まり、逆にダイナミックレンジを決めれば感度が決まる。そのため、設定信号は、感度を示す情報であってもよいし、ダイナミックレンジを示す情報であってもよい。
【００６３】
図５のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、設定信号が入力されたときに（ステップＳ１１）、直流電流源１２を制御して、設定信号で示された感度（設定感度）またはダイナミックレンジ（設定ダイナミックレンジ）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、これに連動させて切換スイッチ１３を制御して、中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間（例えば１０μｓｅｃ）だけ接にする（ステップＳ１２）。これにより、コイル７が永久磁石６の磁界方向とは逆方向の磁場ＨMr（図４参照）を発生し、この磁場ＨMrが永久磁石６に所定時間掛かり、永久磁石６が逆方向に磁気飽和後、残留磁束密度Ｂｒになって残留磁束密度がリセットされる。
【００６４】
続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して、感度またはダイナミックレンジに対応する設定電流値で電流を出力させると共に、これに連動させて切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間（例えば１０μｓｅｃ）だけ接にする（ステップＳ１３）。これにより、コイル７が永久磁石６を再着磁する磁界方向と同方向の例えば磁場ＨM1（図４参照）を発生し、この磁場ＨM1が永久磁石６に所定時間掛かり、永久磁石６が感度等に対応する例えば残留磁束密度Ｂ1（図４参照）に再着磁する。
【００６５】
ステップＳ１２，Ｓ１３でコイル７に電流を流す所定時間は、永久磁石６を磁化させるために必要な時間であるが、通常短時間でよい。したがって、電力の消費がほとんどなく省エネルギーである。
【００６６】
続いて、着磁制御部９は、磁界強度センサ２１が検出した磁界強度を読み込んで（ステップＳ１４）、着磁制御部９に予め記憶されている磁界強度の許容範囲内であるか否か判別する（ステップＳ１５）。許容範囲内であれば設定動作を終了し、許容範囲内でなければステップＳ１２に戻り、再度、永久磁石６を着磁する。許容範囲内でない場合、許容範囲内に入るように、設定電流値を増減させてステップＳ１３を行わせてもよい。
【００６７】
以上で、設定動作が終了し、磁気センサ１が所望の感度またはダイナミックレンジに設定される。測定者が、感度またはダイナミックレンジを変更したときには、それに対応する設定信号が磁気センサ１に出力されて、再度設定動作が行われ、磁気センサ１の感度等が再設定される。なお、必要であれば、着磁制御部９は、ステップＳ１２を行う前に、温度センサ２２が検出した周囲温度を読み込んで、その温度及び感度等に対応したリセット電流値及び設定電流値でステップＳ１２，Ｓ１３を行ってもよい。また、磁界強度を検出する必要がない場合、同図中に破線で示すように、ステップＳ１３を行った後、終了してもよい。
【００６８】
着磁制御部９は、この設定動作を、所定周期毎に行うことが好ましい。所定周期は、永久磁石６の残留磁束密度が経時変化で許容値よりも弱くなる時間間隔よりも短い時間間隔に設定する。
【００６９】
測定部４０は、設定動作の終了後、レーザー光源３１にレーザー光Ｌ0を出射させ、受光素子３５，３６が受光したＰ波成分Ｌp，Ｓ波成分Ｌsの強度の差を測定し、設定信号が示す感度またはダイナミックレンジに対応させて、磁界強度を測定する。また、磁気センサ１を電流センサとして用いる場合、測定部４０は、測定した磁界強度から電流値を算出する。
【００７０】
次に、温度変化に対応する感度やダイナミックレンジの設定方法について図１、図６を参照して説明する。
【００７１】
磁気センサ１は温度変動で感度およびダイナミックレンジが変動して設定感度および設定ダイナミックレンジからずれる場合がある。以下、このようなずれを元に戻す動作について説明する。
【００７２】
図６のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、温度センサ２２（図１参照）の検出した温度を常時または間欠的に読み込んで（ステップＳ２１）、予め記憶された温度閾値を超えるか否か判別する（ステップＳ２２）。この温度閾値は、感度やダイナミックレンジのずれが許容できなくなる温度に予め設定されている。温度閾値は、段階的に複数設定されていてもよい。また、温度閾値は、温度が上昇する場合と低下する場合とで異なる値であってもよい。温度閾値よりも高温側、および低温側の各々に対応する設定電流値、リセット電流値、および磁界強度の許容範囲が着磁制御部９に予め記憶されている。
【００７３】
ステップＳ２２で、温度閾値を超えたと判別されたときには、着磁制御部９は、直流電流源１２を制御して、その検出温度（かつそのときの設定感度または設定ダイナミックレンジ）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間だけ接にする（ステップＳ２３）。これにより、既に説明したステップＳ１２と同様に永久磁石６がリセットされる。
【００７４】
続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して、予め記憶されたその検出温度に対応する設定電流値、つまりその検出温度で感度やダイナミックレンジを正しく設定できる設定電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間だけ接にする（ステップＳ２４）。これにより、永久磁石６がその温度に対応する残留磁束密度Ｂに再着磁する。
【００７５】
続いて、着磁制御部９は、既に説明したステップＳ１４，Ｓ１５と同様にして、ステップＳ２５、Ｓ２６を行い、磁界強度センサ２１が検出した磁界強度を確認し、磁界強度がその温度での許容範囲内にあるか確認し、必要であれば再設定して、ステップＳ２１に戻る。
【００７６】
以上で、温度変化に対応する設定動作が終了し、温度変動でずれた磁気センサ１の感度やダイナミックレンジが元に戻る。温度が検出閾値を超えて上昇した場合、および検出閾値を超えて低下した場合に、感度等が再設定される。なお、磁界強度を確認する必要がない場合、同図中に破線で示すように、ステップＳ２４を行った後、ステップＳ２１に戻ってもよい。
【００７７】
次に、磁界強度低下に対応する感度およびダイナミックレンジの再設定方法について図１、図７を参照して説明する。
【００７８】
永久磁石６の磁界強度は、その材質の種類により変化の度合いは異なるが、着磁してから時間が経過すると低下する。以下、このような磁界強度の低下による感度およびダイナミックレンジのずれを元に戻す動作について説明する。
【００７９】
図７のフローチャートに示すように、着磁制御部９は、磁界強度センサ２１（図１参照）の検出した磁界強度を常時または間欠的に読み込んで（ステップＳ３１）、設定感度や設定ダイナミックレンジ（及び温度）に対応する磁界強度の許容範囲内であるか否か判別する（ステップＳ３２）。許容範囲内であればステップＳ３１に戻る。
【００８０】
ステップＳ３２で、許容範囲内でないと判別されたときには、着磁制御部９は、直流電流源１２を制御して、設定感度や設定ダイナミックレンジ（及び温度）に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｃとを所定時間だけ接にする（ステップＳ３３）。これにより、既に説明したステップＳ１２と同様に永久磁石６がリセットされる。
【００８１】
続いて、着磁制御部９は、直流電流源１１を制御して設定感度や設定ダイナミックレンジ（及び温度）に対応する設定電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ１３を制御して中心電極１３ａと切換電極１３ｂとを所定時間だけ接にする（ステップＳ３４）。これにより、既に説明したステップＳ１３と同様に、永久磁石６がその設定感度等に対応する残留磁束密度Ｂに着磁してステップＳ３１に戻る。
【００８２】
以上で、磁界強度低下に対応する感度やダイナミックレンジの再設定動作が終了し、磁気センサ１の感度等が設定感度等に戻る。
【００８３】
図５の感度およびダイナミックレンジの設定方法、図６の温度変化に対応する再設定方法、図７の磁界強度低下に対応する再設定方法は、全て行ってもよいし、必要性に応じていずれか選択して行ってもよい。温度を検出しない場合、温度センサ２２は不要になり、磁界強度を検出しない場合、磁界強度センサ２１は不要になる。
【００８４】
次に、本発明を適用する磁気センサ１の変形例について説明する。
【００８５】
図８に、図１に示した磁気センサ１の変形例の要部を示す。図８に側面図で示す磁性体２は、図１の磁性体２と同様のものである。この変形例では、板状（膜状）の磁性体２の下面側（図の下側）に永久磁石６が配置されている。永久磁石６は、磁性体２の磁化容易軸ｙ方向に直流磁界を印加する向きで配置されている。永久磁石６の両極側には、一対のコイル７，７が配置されている。コイル７，７は、永久磁石６の磁界と同方向の磁界を発生する向きで配置されている。このコイル７，７には、電源部８（図１参照）が接続され、電源部８には、着磁制御部９（図１参照）が接続されている。
【００８６】
このように、磁性体２の一面（下面）側に永久磁石６を配置した場合であっても、永久磁石６の直流磁界が磁性体２に掛かるため、直流磁界を変化させると誘電率μが変化する。また、永久磁石６の両極にコイル７，７を配置しても、永久磁石６を再着磁することができる。したがって、永久磁石６を再着磁して残留磁束密度を変化させることで、磁気センサ１の感度およびダイナミックレンジを設定することができる。
【００８７】
図８に示す磁気センサ１を電流センサとして用いる場合には、磁性体２の上面側（図の上側）に検出光Ｌ1が照射されるため、電流Ｉが流れる被測定導体１００（図１参照）を、磁性体２と永久磁石６との間、または、永久磁石６の下側に配置することが好ましく、実用上の観点から、永久磁石６の下側に配置することが一層好ましい。
【００８８】
なお、磁気光学カー効果に基づいて磁界強度を測定する磁気センサ１について説明したが、ファラデー効果（磁気効果の他の一例）に基づいて、磁性体を透過する光の偏光面の回転角（ファラデー回転角）を測定して、偏光面の回転角度から磁界強度を測定する磁気センサに本発明を適用してもよい。この場合も、磁性体に直流磁界を印加する永久磁石および再着磁用のコイルを配置して、永久磁石を再着磁して直流磁界の磁界強度を設定することで、磁性体の透磁率を変化させる。ファラデー回転角は透磁率に依存して変化するので、感度およびダイナミックレンジを設定することができる。磁気光学カー効果やファラデー効果に基づいて磁界強度を測定する磁気センサ１の構成は、公知の種々の構成を採用することができる。例えば、特許文献１に記載された磁場測定装置の構成や、非特許文献１に記載された電流センサの構成を採用してもよい。
【００８９】
また、外部磁界が印加される磁性体を有する磁気センサ（電流センサ）であれば、どのようなセンサであっても、外部磁界が大きくなると磁性体２が磁気飽和すると共に、感度の傾きは磁性体２の透磁率μに依存する。そのため、本発明を適用して、永久磁石６の直流磁界を適宜調整して磁性体の透磁率μを変化させることで、感度やダイナミックレンジを設定することができる。したがって、例えば、磁性体を用いているフラックスゲート、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス効果素子、カレントトランス（変流器）などの公知の種々の磁気センサに本発明を適用することができる。また、外部磁界を加えると磁界の方向に形状変化（歪み）を生じる磁歪効果素子（磁性体の一例）を用いて、この磁歪効果素子の形状変化を、レーザー測距装置などの光学的測定器、ゲージなどの機械的測定器、または電気ゲージやスイッチなどの電気的測定器といった検出手段で測定する磁気センサに本発明を適用してもよい。
【００９０】
次に、本発明を適用するセンサの他の例として、応力センサ５０（歪センサ）について説明する。
【００９１】
図９に示す応力センサ５０は、磁性体５１に印加される応力Ｆ（検出対象の他の一例）を、磁気光学カー効果および逆磁歪効果に基づいて測定可能なものである。なお、応力Ｆによって発生した磁性体５１の歪（検出対象のさらに他の一例）を測定する場合、応力センサ５０は歪センサとなる。同図では、既に説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９２】
磁性体５１は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む軟磁性体であり、例えばイットリウム−鉄−ガーネット（ＹＩＧ：Yttrium-Iron-Garnet）フェライト単結晶である。磁性体５１は、磁気効果の内、磁気光学カー効果および逆磁歪効果の大きなものであることが好ましい。磁性体５１は、一例として四角形状の薄板に形成されている。磁性体５１は、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成されていてもよい。歪センサとして使用する場合、磁性体５１は可撓性を有するフィルム上に膜状に形成されていてもよいし、歪を測定する被測定対象物に直接成膜して形成されていてもよい。磁性体５１は、等方性であってもよく、一軸磁気異方性、多軸磁気異方性であってもよいが、一軸磁気異方性である場合がより好ましく、さらに一方向磁気異方性である場合が一層好ましい。磁性体５１が一軸磁気異方性である場合、同図に示すように、磁化容易軸ｘ´が、照射面における光Ｌ1，Ｌ2の進行方向に沿う方向となるように配置する。磁化困難軸ｙ´は、照射面における光Ｌ1，Ｌ2の進行方向に直交する方向である。
【００９３】
一対の永久磁石６，６は、磁化容易軸ｘ´方向から磁性体５１を挟み込むように、磁性体５１に所定間隔で近接または密着して配置されている。コイル７は、永久磁石６を再着磁するためのものであり、コイル７の軸が永久磁石６の磁界方向と一致するように、永久磁石６に配置されている。
【００９４】
応力Ｆ＝０の場合、磁性体５１の磁気モーメントＭの方向は磁化容易軸ｘ´の方向を向いており、縦カー効果が発生している。このため、反射光Ｌ2の偏光面が回転し、反射光Ｌ2の回転角θは最大になっている。磁性体５１に応力Ｆを加えると、逆磁歪効果により、応力Ｆに比例した回転角θで磁気モーメントＭpが回転し、磁化困難軸ｙ´の方向を向く。この場合、横カー効果が発生しているので、反射光Ｌ2の回転角θは減少する。したがって、反射光Ｌ2の回転角θを測定することで、応力Ｆを測定することができる。
【００９５】
磁性体５１に印加する永久磁石６の直流磁界の強度を変化させると、磁性体５１の透磁率μが変化する。磁気光学カー効果および逆磁歪効果は透磁率μに依存する。したがって、直流磁界の強度を適宜設定することで、応力センサ５０の感度およびダイナミックレンジを適宜設定することができる。永久磁石６の直流磁界の磁界強度は、磁気センサ１における説明と同様に、着磁制御部９および電源部８が、コイル７に再着磁用の電流をパルス的に流すことで設定できる。
【００９６】
この応力センサ５０は、一例として、応力測定装置の測定部５２に接続されて使用される。測定部５２は、回転角θおよび感度（ダイナミックレンジ）から応力Ｆを算出する。なお、応力センサ５０を歪センサとして使用する場合、測定部５２は、算出した応力Ｆから歪を算出する。応力センサ５０の詳細な使用方法は、測定対象が異なるだけで、図５，６，７を用いて説明した磁気センサ１の使用方法とほぼ同様であるので説明を省略する。
【００９７】
なお、応力センサ５０の磁性体５１に換えて、非特許文献３に記載されたような、Ｆｅなどの強磁性体の膜と、Ｍｎ−Ｉｒなどの半強磁性体の膜とを重ね合わせた強磁性体／反強磁性体結合薄膜（磁性体の他の一例）を用いてもよい。この場合、強磁性体と反強磁性体との界面では交換結合エネルギーによって強磁性体中に交換バイアス磁界が発生し、磁気モーメントが一方向にそろい単磁区化する。このため、一軸磁気異方性かつ一方向磁気異方性となるので、磁壁の影響が無くなるため、永久磁石の磁気光学カー効果が顕著に表れて測定精度を高くすることができると共に、磁気モーメントが一方向にそろっているので、永久磁石の直流磁界の大きさに対して一つの大きな磁気モーメントがリニア（線形）に回転するため、高精度にセンサの特性を調整することができる。
【００９８】
また、磁気光学カー効果および逆磁歪効果に基づいて応力Ｆ（歪）を測定する応力センサ５０について説明したが、ファラデー効果および逆磁歪効果に基づいて応力Ｆを測定する応力センサ（歪センサ）に本発明を適用してもよい。また、逆磁歪効果で変化する逆磁歪効果素子（磁性体５１）の特性を、光学的にではなく電気的に検出する応力センサに本発明を適用してもよい。また、非特許文献２に記載されたような応力Ｆの大きさで抵抗が変化する磁気抵抗効果素子（磁性体の他の一例）を用いた応力センサや、磁気インピーダンス効果素子（磁性体のさらに他の一例）を用いた応力センサに、本発明を適用してもよい。このように、磁性体を用いて応力（歪）を検出する公知の種々の応力センサに本発明を適用することができる。
【００９９】
さらに、検出対象が、外部磁界（電流）、応力（歪）である例について説明したが、検出対象が印加される磁性体を少なくとも備えるセンサであれば、永久磁石および再着磁用のコイルを備えることで、本発明を適用することができる。例えば、応力センサ（歪センサ）を応用した振動センサ、重量センサ、加速度センサ、加加速度センサなどに本発明を適用してもよい。これらセンサは、応力を検出対象とし、検出した応力から振動等を測定するためのセンサである。
【０１００】
つまり、外部磁界または応力などの検出対象の印加によって磁性体の磁気モーメントが回転し、その回転量をセンシングするセンサ全般に、本発明を適用することができる。
【０１０１】
磁気モーメントの回転量をセンシングするための検出手段の構成は、公知の種々のセンサの検出手段を採用することができ、例えば、電磁誘導コイルであってもよいし、既に説明したような磁気光学カー効果、ファラデー効果、磁気抵抗効果、磁気インピーダンス効果、磁歪効果、や逆磁歪効果を利用したものであってもよい。なお、検出手段は、磁気モーメントの回転量に対応する電気的信号、光学的信号、または機械的信号（機械的動き）などの検出信号を少なくとも発生可能なものであればよい。
【０１０２】
なお、電源部８が直流電流源１１，１２を有していて、永久磁石６を再着磁させる電流（設定電流、リセット電流）が直流電流である例について説明したが、設定電流やリセット電流は、瞬間的なパルス電流であってもよいし、sin波、台形波、ノコギリ波のような交流電流であってもよい。交流電流の場合、正の波高値が設定電流値に対応し、負の波高値がリセット電流値に対応して、電源部８は、負（リセット電流）から正（設定電流）の１周期（または整数周期）分の交流電流を出力する。
【符号の説明】
【０１０３】
１は磁界センサ（電流センサ）、２は磁性体、３は検出手段、６は永久磁石、７はコイル、８は電源部、９は着磁制御部、１１，１２は直流電流源、１３は切換スイッチ、１３ａは中心電極、１３ｂ，１３ｃは切換電極、２１は磁界強度センサ、２２は温度センサ、３１はレーザー光源、３２は偏光子、３３は１／４波長板、３４は偏光ビームスプリッタ、３５，３６は受光素子、４０は測定部、５０は応力センサ（歪センサ）、５１は磁性体、５２は測定部、１００は被測定導体、Ｆは応力、Ｉ，Ｉｓは電流、Ｌ0はレーザー光、Ｌ1は検出光、Ｌ2は反射光、ＬpはＰ波成分、ＬsはＳ波成分、Ｍpは磁気モーメント、Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3は特性、ｘ，ｙ´は磁化困難軸、ｙ，ｘ´は磁化容易軸である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象が印加される磁性体を備えるセンサであって、
該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルとを備えることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記コイルに再着磁用の電流を供給する電源部と、該電源部を制御して前記直流磁界が所定の磁界強度となるように前記永久磁石を再着磁する着磁制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記着磁制御部は、測定の感度またはダイナミックレンジを設定するために入力される設定信号に基づいて、該感度または該ダイナミックレンジに対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記着磁制御部は、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２または３に記載のセンサ。
【請求項５】
前記着磁制御部には、該永久磁石の温度を検出する温度センサが接続されており、該着磁制御部は、該温度センサの検出する温度に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のセンサ。
【請求項６】
前記着磁制御部には、前記直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサが接続されており、前記着磁制御部は、前記磁界強度センサの検出する前記磁界強度が前記所望の磁界強度の許容範囲内でないときに、前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のセンサ。
【請求項７】
前記磁性体が、一対の前記永久磁石で挟み込まれていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のセンサ。
【請求項８】
前記磁性体が、一軸磁気異方性を有しており、その磁化容易軸の方向に、前記永久磁石が前記直流磁界を印加することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のセンサ。
【請求項９】
前記検出対象が外部磁界である磁界センサ、前記検出対象が電流によって生じる外部磁界である電流センサ、前記検出対象が応力である応力センサ、前記検出対象が歪である歪センサ、前記検知対象が振動で生じる応力である振動センサ、前記検知対象が加速で生じる応力である加速度センサ、または、前記検知対象が加速で生じる応力である加加速度センサであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１０】
検出対象が印加される磁性体を備えるセンサの調整方法であって、
磁性体に直流磁界を印加する永久磁石を、測定の感度またはダイナミックレンジに対応する所定の磁界強度の該直流磁界になるように再着磁することを特徴とするセンサの調整方法。
【請求項１１】
所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項１０に記載のセンサの調整方法。
【請求項１２】
前記所定の磁界強度が温度に対応するように、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする請求項１０または１１に記載のセンサの調整方法。
【請求項１３】
前記所定の磁界強度が許容範囲内にないときに、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載のセンサの調整方法。
【請求項１】
検出対象が印加される磁性体を備えるセンサであって、
該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルとを備えることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記コイルに再着磁用の電流を供給する電源部と、該電源部を制御して前記直流磁界が所定の磁界強度となるように前記永久磁石を再着磁する着磁制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記着磁制御部は、測定の感度またはダイナミックレンジを設定するために入力される設定信号に基づいて、該感度または該ダイナミックレンジに対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記着磁制御部は、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２または３に記載のセンサ。
【請求項５】
前記着磁制御部には、該永久磁石の温度を検出する温度センサが接続されており、該着磁制御部は、該温度センサの検出する温度に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のセンサ。
【請求項６】
前記着磁制御部には、前記直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサが接続されており、前記着磁制御部は、前記磁界強度センサの検出する前記磁界強度が前記所望の磁界強度の許容範囲内でないときに、前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のセンサ。
【請求項７】
前記磁性体が、一対の前記永久磁石で挟み込まれていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のセンサ。
【請求項８】
前記磁性体が、一軸磁気異方性を有しており、その磁化容易軸の方向に、前記永久磁石が前記直流磁界を印加することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のセンサ。
【請求項９】
前記検出対象が外部磁界である磁界センサ、前記検出対象が電流によって生じる外部磁界である電流センサ、前記検出対象が応力である応力センサ、前記検出対象が歪である歪センサ、前記検知対象が振動で生じる応力である振動センサ、前記検知対象が加速で生じる応力である加速度センサ、または、前記検知対象が加速で生じる応力である加加速度センサであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のセンサ。
【請求項１０】
検出対象が印加される磁性体を備えるセンサの調整方法であって、
磁性体に直流磁界を印加する永久磁石を、測定の感度またはダイナミックレンジに対応する所定の磁界強度の該直流磁界になるように再着磁することを特徴とするセンサの調整方法。
【請求項１１】
所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする請求項１０に記載のセンサの調整方法。
【請求項１２】
前記所定の磁界強度が温度に対応するように、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする請求項１０または１１に記載のセンサの調整方法。
【請求項１３】
前記所定の磁界強度が許容範囲内にないときに、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載のセンサの調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９３９８１（Ｐ２０１２−１９３９８１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６４７３（Ｐ２０１１−５６４７３）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年３月５日 社団法人電気学会発行の「平成２３年電気学会全国大会 講演論文集（ＤＶＤ−ＲＯＭ）」に発表
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年３月５日 社団法人電気学会発行の「平成２３年電気学会全国大会 講演論文集（ＤＶＤ−ＲＯＭ）」に発表
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
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