この記事では、最も一般的な4種類の磁場センサー（ホール効果センサー、磁気抵抗効果センサー、フラックスゲートセンサー、スクイッド）について、その特徴と応用を解説します。
最も一般的な磁場センサーの4種類
磁場センサーは、磁場の強さや方向を測定するデバイスです。これは、地球の磁場のような自然界の磁場や、電流を流すことで発生する人工的な磁場を検出するのに使用されます。磁場センサーは、工業、自動車、医療、家電製品など、さまざまな分野で利用されています。ここでは、最も一般的に使用される4種類の磁場センサーについて説明します。
1. ホール効果センサー
ホール効果センサーは、磁場を測定するための半導体デバイスです。このセンサーは、ホール効果と呼ばれる現象を利用しています。電流が物質を流れる際に、磁場の存在下で電荷が側面に押し出される現象をホール効果と言います。この効果によって発生する電圧は、磁場の強さに比例します。ホール効果センサーは、その小さなサイズと低コストが特徴で、多くのアプリケーションで使用されています。
2. 磁気抵抗効果センサー
磁気抵抗効果センサーは、磁場の影響で物質の電気抵抗が変わる現象を利用して磁場を測定します。これには、異常磁気抵抗効果(AMR)や巨大磁気抵抗効果(GMR)など、いくつかの異なる効果があります。AMRセンサーは、磁場によって抵抗が最大15%程度変化するフェロマグネット材料を利用しています。一方、GMRセンサーは、磁場の影響で抵抗が数倍にも変化する層状のナノ構造を用います。
3. フラックスゲートセンサー
フラックスゲートセンサーは、磁場の強さと方向を同時に測定できるセンサーです。このセンサーは、磁気コアと数個のセンシングコイルを使用して、磁場の強さと方向に応じた電圧を生成します。フラックスゲートセンサーは、その高い感度と安定性から、地質調査や航海用のコンパスなどに使用されています。
4. スクイッド（SQUID）
スクイッド（Superconducting Quantum Interference Device）は、超伝導材料を用いた非常に高感度な磁場センサーです。スクイッドは、超伝導ループとジョセフソン接合と呼ばれる特別な接合部を使用して、非常に微弱な磁場でも検出できるように設計されています。このセンサーは、主に医療や科学研究の分野で利用されています。
各磁場センサーの特徴と応用
ホール効果センサーは、その堅牢性と低コストから自動車や家電製品に広く用いられています。例えば、スマートフォンにおいてはコンパス機能の一部として活用されています。
磁気抵抗効果センサーは、精度と感度が高いため、産業機械やロボット技術での位置検出に使われます。特に、GMRセンサーはハードディスクドライブの読み取りヘッドとしても知られています。
フラックスゲートセンサーの高感度と安定性は、地質調査や航海における精密な測定を必要とする場面での使用に適しています。これにより、地下の鉱脈の探査や海底地形のマッピングが行えます。
スクイッドは、極めて微弱な磁場の測定が可能であるため、脳波の測定や微小な磁場変動の研究に不可欠です。例えば、脳の活動を観察する際のマグネトエンセファログラム（MEG）において、スクイッドはその高感度から重宝されています。
結論
磁場センサーは、その種類と特性により、多様な産業や研究分野において利用されています。ホール効果センサーや磁気抵抗効果センサーは、日常生活の製品から産業用途まで広範にわたって使用されています。一方で、フラックスゲートセンサーやスクイッドは、特定の専門分野でその高い感度と精度が求められる場面で活躍しています。これらの磁場センサーの進化と応用により、より精密で効率的な技術の開発が期待されており、未来のイノベーションへの道を切り拓いています。
