CN104603628A - 磁阻传感器、梯度仪 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，通过综合地降低MR传感器的噪声和动作电路部的噪声，同时降低1/f噪声和白噪声。本发明的磁阻传感器具备多个磁阻传感器部，其具有连接了4个磁阻元件的桥电路，将各磁阻传感器部的输出相对于放大电路的输入相互并联连接(参照图2)。

Description

磁阻传感器、梯度仪
技术领域
本发明涉及一种磁阻传感器以及使用该磁阻传感器的梯度仪。
背景技术
磁阻传感器(Magnetic Resistance：以后简称为MR)传感器是低价格、小型、高灵敏度的传感器，因此被广泛用于非接触的转数检测、位置检测等。在MR传感器中，有巨磁阻(Giant Magnetoresistance：以后简称为GMR)传感器、隧道磁阻(Tunnel Magnetoresistance：以后简称为TMR)传感器、各向异性磁阻(An-Isotropic Magnetoresistance：以后简称为AMR)传感器。
近年来，便携电话、PDA(个人数字助理)等便携设备正在普及，有时在该便携设备中内置使用了MR传感器的方位传感器而作为利用GPS(全球定位系统)的位置信息的导航来使用。但是，在这些工业应用领域中的MR传感器的应用中，并不一定需要高灵敏度的磁检测技术。例如，方位传感器以地磁为基准检测绝对方位，因此不需要超高灵敏度的磁检测，在转数检测的编码应用、位置检测中，以磁铁等为基准信号，因此也不需要超高灵敏度的磁检测。
另一方面，近年来，在医疗现场开始使用检测由于生物体的心脏、脑的电活动所产生的微弱的低频的磁场(以后称为生物磁场)的心磁仪、脑磁仪这样的医疗设备。为了检测这些生物磁场，使用了超导量子干涉元件(Superconduction Quantum Interference Device：以后称为SQUID)。SQUID是利用了超导现象的磁传感器，采用具有约瑟夫森结的构造。因此，SQUID需要使用致冷剂(液氦或液氮)进行冷却，并配置在贮存致冷剂的低温恒温器内部。并且，必须为不对SQUID内部的约瑟夫森结产生电磁影响的结构。这样，SQUID虽然是超高灵敏度的磁传感器，但存在处理繁杂，由于配置在低温恒温器内部因此难以使磁传感器充分接近生物体的问题等。
为了测定生物磁场，包含很多由生物体产生的信号成分的低频(100Hz以下、特别是30Hz以下)的MR传感器的灵敏度是重要的。在低频区域中决定灵敏度的噪声有白噪声和1/f噪声这2种。这2种噪声并非只被MR传感器产生的噪声所决定，而是根据与前置放大器噪声或其他动作电路的组合而被决定为系统噪声(灵敏度)。
在下述非专利文献2记载的与MR传感器的高灵敏度化有关的报告中，公开了对MR传感器反馈磁通的方法。在该文献中，记载了通过反馈方法来降低由MR传感器产生的热波动等1/f噪声。该文献的技术设想了在非破坏检查的领域中使用，其目的在于在苛刻的环境(高温等)中也使动作稳定。
在下述非专利文献1中，记载了向MR传感器施加置位/复位脉冲而使磁阻元件的磁化反转，对由此产生的交流信号进行检波，由此降低由MR传感器产生的1/f噪声。
在下述专利文献1中，如段落记载的那样，“以得到在对输出的零点偏移电压进行调整后灵敏度也不变动的磁场检测装置为目的”，公开了“将并联连接了磁阻效应元件的元件群串联连接”的结构。专利文献1记载的结构谋求抑制灵敏度的变动，降低由MR传感器产生的1/f噪声。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第4899877号公报
非专利文献
非专利文献1：Rev.Sci.Instrum.82,094703,2011
非专利文献2：Rev.Sci.Instrum.80,036102,2009
发明内容
发明要解决的问题
上述各文献记载的技术都是只公开了着眼于仅由MR传感器产生的噪声的降低方法，而没有与系统噪声的降低有关的记载。进而，在上述各文献中，只公开了降低由MR传感器产生的1/f噪声，而没有明确记载降低作为基本的系统噪声的白噪声的方法，进而也没有记载与白噪声同时降低1/f噪声的方法。
另外，上述专利文献1所记载的并联连接磁阻元件的方法将许多磁阻元件并联连接为阵列状，因此需要细微加工，因此制造设备变得复杂，从生产率、成本的观点出发存在问题。
本发明鉴于上述的问题而提出的，其目的在于，通过综合地降低MR传感器的噪声和动作电路部的噪声，同时降低1/f噪声和白噪声。
解决问题的方案
本发明的磁阻传感器具备多个磁阻传感器部，该磁阻传感器部具有连接了4个磁阻元件的桥电路，各磁阻传感器部的输出相对于放大器电路的输入相互并联连接。
发明效果
根据本发明的磁阻传感器，能够通过简易的结构降低由MR传感器产生的噪声。
根据以下实施方式的说明，上述以外的问题、结构以及效果变得更加明确。附图说明
图1是现有的MR传感器的电路图。
图2是实施方式1的MR传感器100的电路图。
图3是针对实施方式1的MR传感器100，表示实际的使用AMR传感器测定到的系统噪声的测定结果的图。
图4是例举磁阻传感器部105的配置的图。
图5是实施方式2的磁阻传感器100的电路图。
图6是针对实施方式2的MR传感器100表示实际的使用AMR传感器测定到的系统噪声的测定结果的图。
图7是实施方式3的MR传感器100的电路图。
图8是针对实施方式3的MR传感器100表示实际的使用AMR传感器测定到的系统噪声的测定结果的图。
图9是实施方式4的MR传感器100的电路图。
图10是针对实施方式4的MR传感器100表示实际的使用AMR传感器测定到的系统噪声的测定结果的图。
图11是实施方式5的MR传感器100的电路图。
图12是实施方式6的MR传感器100的电路图。
图13是实施方式7的MR传感器100的电路图。
图14是实施方式8的MR传感器100的电路图。
图15是实施方式9的梯度仪1500的结构的图。
具体实施方式
<现有的MR传感器>
图1是现有的MR传感器的电路图。现有的MR传感器由磁阻元件101-1、101-2、101-3、101-4构成桥电路(磁阻传感器部105)，根据因变动磁场而产生的微小的电阻变化来检测磁场。直流电源102施加直流电压作为桥电路105的驱动电路。前置放大器103对桥电路105的两端电压进行放大，从输出端子104输出。
关于图1所示的现有的MR传感器，认为MR传感器所具有的电阻成分所产生的热噪声(散射噪声)成为系统整体的大的噪声，难以高灵敏度地检测磁场。
<实施方式1>
图2是本发明的实施方式1的MR传感器100的电路图。
MR传感器100具备多个图1所示的磁阻传感器部105，将各磁阻传感器部105的输出相对于前置放大器103的输入相互并联连接。在图2中，例举了4个磁阻传感器部105-1、105-2、105-3、105-4，但磁阻传感器部105的个数并不限于此。
在并联连接的磁阻传感器部105是N个的情况下，作为并联连接的磁阻传感器部105整体的实效电阻成为各个磁阻传感器部105的两端电阻的1/N。
根据下述公式1计算MR传感器100的热噪声Vr。k表示波尔兹曼常数，R表示磁阻传感器部105的两端电阻，T表示绝对温度。
Vr＝(4kRT)1/2……公式1
根据公式1，通过并联连接N个磁阻传感器部105而使实效电阻成为1/N，MR传感器100的电阻所产生的热噪声(散射噪声)成为1/N1/2。即，通过将多个磁阻传感器部105的输出相对于前置放大器103的输入并联连接，能够降低由MR传感器产生的热噪声，高灵敏度地检测磁场。在图2中，例举了有4个磁阻传感器部105的情况，但为了发挥能够测定生物磁场的灵敏度，理想的是并联连接10个以上的磁阻传感器部105。
图3是针对本实施方式1的MR传感器100表示实际的使用AMR传感器测定到的系统噪声的测定结果的图。符号301是利用图1的结构测定到的系统噪声，符号302是利用图2的结构测定到的系统噪声。符号303和304表示各个测定结果的白噪声。白噪声303是35pT/Hz1/2，白噪声304是20pT/Hz1/2。
根据图3所示的测定结果，可知白噪声304为白噪声303的约1/2。即，根据通过上述公式1计算的理论值可知，通过并联连接4个磁阻传感器部105，能够将MR传感器100的电阻产生的热噪声(电压噪声)降低为1/41/2＝1/2。另外，可知由于热噪声减少，发挥了整体性地降低噪声的效果，在低频区域1/f噪声减少。
图4是例举磁阻传感器部105的配置的图。图4(a)是上面图，图4(b)是侧面图。例如如图4所示，将灵敏度方向对齐来配置磁阻传感器部105。例如如图4(a)所示，在基板401上配置在与纸面垂直的方向上具有检测灵敏度的磁阻传感器部105。在基板401上配置有前置放大器103(未图示)，前置放大器103的电源供给和信号输出经由连接器部402与外部的装置连接。从安装空间的观点出发，希望将前置放大器103配置在基板401上，但并不限于此。
在图4中，表示了将24个磁阻传感器部105-1～105-24配置在基板401上的例子。在磁阻传感器部105是立方体的形状，灵敏度方向如图4所示那样与纸面垂直的情况下，例如使磁场的灵敏度方向一致地进行配置，从而能够将尽量多的磁阻传感器部105配置在例如直径15mm左右的大小的基板401上。
图4所示的磁阻传感器部105的配置例子在以下的全部实施方式中是共通的，因此在以下的实施方式不进行说明，能够将同样的结构应用于全部的实施方式。
<实施方式2>
在实施方式1中，如果增加并联连接的磁阻传感器部105的个数，则磁阻传感器部105的电阻所产生的热噪声Vr减小。如果伴随并联连接数量的增加而热噪声Vr减少，则前置放大器103的电压噪声Va在整体噪声中逐渐变得占支配地位。在本发明的实施方式2中，说明使通过采用在实施方式1中说明的结构而显现的前置放大器103的电压噪声Va降低的方法。
可以用下述公式2表示MR传感器100的系统噪声Vn。如公式2所示，关于系统噪声Vn，当磁阻传感器部105的电阻造成的热噪声Vr减小时，前置放大器103的电压噪声Va变得占支配地位。在本实施方式2中，作为降低前置放大器103的电压噪声Va的方法，采用并联连接多个前置放大器103的结构。
Vn＝(Vr2+Va2)1/2……公式2
图5是本实施方式2的磁阻传感器100的电路图。在本实施方式2中，对每一个磁阻传感器部105设置一个前置放大器103，将各磁阻传感器部105的输出分别输入到对应的前置放大器103。通过加法器将各前置放大器103的输出并联连接，并输入给放大器501。
当并联连接N个前置放大器103时，作为前置放大器103的电压噪声Va整体，减少为1/N1/2。在图5所示的结构中，并联连接了4个前置放大器103，因此前置放大器103的电压噪声整体减少为1/41/2＝1/2。如以上那样，除了磁阻传感器部105以外还并联连接前置放大器103，由此能够综合地降低公式2所示的系统噪声Vn。
图6是针对实施方式2的MR传感器100表示实际的使用AMR传感器测定的系统噪声的测定结果的图。符号601是利用图1的结构测定的系统噪声，符号602是利用图5的结构测定的系统噪声。符号603和604表示各个测定结果的白噪声。白噪声603是35pT/Hz1/2，白噪声604是17pT/Hz1/2。
根据图6所示的测定结果，可知白噪声604相对于图3所示的白噪声304进一步减少。即，如上述公式2的理论值所示，可知通过并联连接前置放大器103，降低前置放大器103的电压噪声Va，作为系统噪声Vn整体能够降低为约1/2以下。
<实施方式3>
在实施方式1～2中，通过并联连接磁阻传感器部105，进而并联连接前置放大器103，能够降低系统噪声的白噪声。但是，如图6所示，存在10Hz以下的1/f噪声依然高的问题。可以认为这是通过并联连接磁阻传感器部105而使白噪声降低，因此1/f噪声显现。因此，在本发明的实施方式3中，说明利用置位/复位信号降低1/f噪声的方法。
图7是本实施方式3的MR传感器100的电路图。本实施方式3的MR传感器100除了在实施方式1～2中说明的机构以外，还对每个磁阻传感器部105具备置位/复位电路701。在图7中，例举了除了实施方式1的电路结构以外还设置置位/复位电路701的电路结构，但也可以在实施方式2中设置同样的结构，磁阻传感器部105的个数也不限于4个。
在图7所示的结构中，分别与4个磁阻传感器部105-1～105-4对应地配置置位/复位电路701-1～701-4，并联连接各置位/复位电路701-1～701-4。
交流信号产生器703将交流电流(从数kHz到数10kHz)提供给各置位/复位电路701-1～701-4。各置位/复位电路701-1～701-4具备利用该交流电流产生磁场，将其施加给磁阻元件101的线圈。构成为当向磁阻元件101施加磁场时，磁阻元件101的磁化方向在一方向上对齐。因此，通过交流电流与其频率对应地切换磁阻元件101的磁化方向，因此能够发挥消除因磁化方向的波动造成的1/f噪声的效果。
前置放大器103的输出与锁相放大器702连接。锁相放大器702将交流信号产生器703输出的交流电流或同步信号(TTL信号)作为参照信号704对前置放大器103的输出进行检波，从输出端子104输出检波结果。
图8是针对实施方式3的MR传感器100表示实际的使用AMR传感器测定的系统噪声的测定结果的图。符号801是利用图1的结构测定的系统噪声，符号802是利用图7的结构测定的系统噪声。符号803和804表示各个测定结果的白噪声。白噪声803是35pT/Hz1/2，白噪声804是20pT/Hz1/2。即，对于白噪声能够得到与实施方式1同等的效果。
进而，如果与图3所示的实施方式1的测定结果进行比较，则可知在低频区域(10Hz以下)系统噪声802也降低，该区域中的1/f噪声降低。
如上那样，本实施方式3的MR传感器100通过并联连接磁阻传感器部105降低白噪声，同时对由此显现的1/f噪声通过置位/复位电路701进行降低，能够将灵敏度提高到能够测量生物磁场的水平。
<实施方式4>
在实施方式3中说明的结构中，为了降低前置放大器103的热噪声Va，考虑与实施方式2同样地并联连接前置放大器103。但是，当并联连接例如10个以上左右的前置放大器103时，消耗很多电力，因此产生很多的热，由此前置放大器103容易振荡。另外，在磁阻传感器部105中流过前置放大器103个数的前置放大器电流噪声In，因此由于磁阻传感器部105的电阻而产生电压噪声。进而，如果考虑将前置放大器103安装在基板401上，则设置多个前置放大器103是不现实的。因此，在本发明的实施方式4中，说明并联连接多个磁阻传感器部105而使前置放大器103仅为一个，用于进一步降低前置放大器103的噪声的结构。
图9是本实施方式4的MR传感器100的电路图。本实施方式4的MR传感器100在磁阻传感器部105和前置放大器103之间具备升压变压器901。升压变压器901的初级侧并联连接磁阻传感器部105的输出，并将次级侧输入给前置放大器103。其他的结构与实施方式3相同。
通过置位/复位电路701的作用，磁阻传感器部105的磁化方向与交流信号产生器703的频率对应地反转，因此磁阻传感器部105的输出成为交流信号。升压变压器901利用该情况，能够对磁阻传感器部105的输出进行升压。
关于升压变压器901，例如使用初级侧卷绕100匝，次级侧卷绕1000匝的升压变压器，构成10倍放大的升压电路，由此能够实效地忽略前置放大器103的噪声。需要使升压变压器901的初级侧绕组的电阻值比磁阻传感器部105的两端电阻足够小，抑制初级侧绕组电阻造成的白噪声的影响。并且，需要将初级侧绕组的电感设定得足够高，提高交流信号的阻抗，从而使各磁阻传感器部105的输出作为交流信号不短路。因此，作为升压变压器901的铁芯，希望使用铁素体等高透磁率的构件。
图10是针对实施方式4的MR传感器100表示实际的使用AMR传感器测定到的系统噪声的测定结果的图。符号1001是利用图1的结构测定的系统噪声，符号1002是利用图9的结构测定的系统噪声。符号1003和1004表示各个测定结果的白噪声。白噪声1003是35pT/Hz1/2，白噪声1004是17pT/Hz1/2。
当与图8所示的测定结果进行比较时，可知对于1/f噪声能够得到与实施方式3同等的效果，并且对于白噪声能够与实施方式3相比降低。这认为是通过升压变压器901降低了前置放大器103的电压噪声的效果。
如以上那样，利用通过使用置位/复位电路701而产生的交流信号，通过升压变压器901预先放大针对前置放大器103的输入，由此能够相对地降低前置放大器103的噪声，即使前置放大器103是一个，也能够实效地抑制该噪声的影响。由此，前置放大器103的结构变得简易，能够抑制振荡并且抑制电力消耗。
如果对升压变压器901的输入是交流信号，则能够通过升压变压器901进行放大，因此也可以考虑取代置位/复位电路701而将直流电源102置换为交流电源。但是，在该结构中，能够通过升压变压器901的效果抑制前置放大器103的噪声，但磁阻元件101的磁化方向保持固定，因此必须注意无法发挥降低因其波动造成的1/f噪声的效果这一点。
<实施方式5>
在实施方式1～4中，说明了用于降低白噪声和1/f噪声的结构。但是，有时实际的测定对象例如是如生物体那样有温度的测定对象、非破坏检查用的金属材料(热传导好)。这样，磁阻传感器部105的温度在每个配置场所不同，各个磁阻传感器部105的灵敏度由于温度波动而变动，因此有时1/f噪声、白噪声增加。由于与电路结构自身造成的干扰不同的温度干扰而产生该传感器灵敏度的波动，因此认为需要另外设置用于抑制它的结构。因此，在本发明的实施方式5中，说明抑制上述的传感器灵敏度的波动的结构。
图11是本实施方式5的MR传感器100的电路图。本实施方式5的MR传感器100除了在实施方式1～4中说明的结构以外，还具备反馈电路。在图11中，例举了除了在实施方式4中说明的电路结构以外还设置了反馈电路的结构，但在其他实施方式的电路结构中也可以设置反馈电路。
反馈电路是将前置放大器103的输出作为向磁阻元件101施加的磁场而反馈到磁阻元件101的电路，具备反馈电阻1101和反馈线圈1102。
反馈线圈1102对每个磁阻传感器部105设置(图11中的反馈线圈1102-1～1102-4)，取得前置放大器103的输出和锁相放大器702的输入之间的信号，使用它产生磁场将其反馈给磁阻元件101。反馈电阻1101被配置在前置放大器103的输出和反馈线圈1102之间。在图11中，各反馈线圈1101并联连接，但也可以串联连接。
在由于升压变压器901的电感，置位/复位电路701输出的信号的相位偏移的情况下，也可以在反馈电路1102的后级、前置放大器103的后级、或者在升压变压器901自身中插入相位调整电路而对相位偏移进行调整。
通过设置反馈电路而将前置放大器103的输出反馈给磁阻元件101，能够抑制由于磁阻传感器部105位置的温度的不同或者由于测定对象物的温度造成的灵敏度波动的影响。例如在由于平面(空间)地配置磁阻传感器部105，每个磁阻传感器部105产生温度差的情况下是有效的。
<实施方式6>
在实施方式4～5中说明的升压变压器901如在实施方式4中说明的那样需要提高绕组阻抗。因此，作为升压变压器901的铁芯，需要使用数厘米以上的比较大的高透磁率的构件。当考虑到向图4所示的基板401进行安装时，难以在铁芯大的升压变压器901中卷绕1000匝以上的次级绕组。因此，在本发明的实施方式6中，说明在抑制升压变压器901的大小的同时提高放大率的结构。
图12是本实施方式6的MR传感器100的电路图。在本实施方式6中，在升压变压器901的次级侧设置与次级侧线圈一起形成共振电路的电容器1201。通过升压变压器901的次级侧电感和电容器1201，在交流信号产生器703的频率(或用于驱动磁阻传感器部105的交流电源的频率)下产生共振。由此，能够将放大率提高为升压变压器901的绕组比(初级绕组和次级绕组的匝数比)以上。
<实施方式7>
为了降低前置放大器103的噪声，在实施方式4～6中说明的升压变压器901是有效的，但有可能产生升压变压器901的大小(数厘米)比较大、相位调整繁杂、前置放大器103容易振荡等问题。因此，在本发明的实施方式7中，说明不使用升压变压器901地降低前置放大器103的噪声的结构。
图13是本实施方式7的MR传感器100的电路图。本实施方式7的MR传感器100除了在实施方式3中说明的结构以外，还具备附加的正反馈(Additional Positive Feedback：以后简称为APF)电路。APF电路具备APF电阻1301和APF线圈1302。对各磁阻传感器部105中的每一个设置一个APF线圈1302(图13的APF线圈1302-1～1302-4)。APF线圈1302产生向磁阻元件101施加的磁场。对每个APF线圈1302设置APF电阻1301，该APF电阻1301与各APF线圈1302串联连接。
APF线圈1302与磁阻传感器部105磁耦合，将磁阻传感器部105的输出作为向磁阻元件101施加的磁场，经由APF电阻1301反馈给磁阻元件101。通过设置APF电路，能够使磁阻传感器部105的磁场-电压的变换效率上升，由此实效地降低前置放大器103的噪声。也可以对各APF线圈1302只设置一个共用的APF电阻1301。
APF电阻1301产生热噪声，所以需要使其成为比磁阻传感器部105的两端电阻足够低的值。当APF电阻1301的电阻值变小(例如10Ω左右)时，需要增大APF线圈1302的电感构成为磁阻传感器部105的输出不短路的结构，因此需要使交流信号产生器703的频率下的APF线圈1302的阻抗变高。至少需要使APF线圈1302的阻抗比磁阻传感器部105的两端电阻大。
如以上那样，通过设置将磁阻传感器部105的输出作为向磁阻元件101施加的磁场反馈给磁阻元件101的APF电路，即使不设置升压变压器901，也能够实质地降低前置放大器103的噪声。由此，能够通过简易并且大小小的电路结构发挥与升压变压器901同等的效果。
<实施方式8>
图14是本发明的实施方式8的MR传感器100的电路图。本实施方式8的MR传感器100具备兼用在实施方式5～6中说明的反馈电路和在实施方式7中使用的APF电路的结构。如图14所示，将APF线圈1302兼用作反馈线圈1102，将APF阻抗1301兼用作反馈电阻1101，由此能够实现。但是，需要使反馈电路的连接目的地为磁阻传感器部105的输出和前置放大器103的输出的双方。
此外，如果从电路的安装面积等观点发出允许，则也可以不将APF线圈1302兼用作反馈线圈1102，而单独地设置这些线圈。对于APF电阻1301和反馈电阻1101也是同样的。
通过将APF电路和反馈电路设置在同一驱动电路内，能够通过更简易的电路结构降低系统噪声，并且抑制根据磁阻传感器部105的位置而不同的温度差或测定对象物的温度所造成的影响。
<实施方式9>
通过使用在实施方式1～8中说明的MR传感器100的结构能够降低系统噪声，得到能够测量生物磁场的程度的灵敏度。另一方面，如果MR传感器100成为高灵敏度，则容易检测出从汽车、电车等产生的外来的干扰磁场，因此可能难以只检测出生物磁场成分。因此，在本发明的实施方式9中，说明在采用在实施方式1～8中说明的MR传感器100的同时，能够高效地降低干扰磁场，并且高灵敏度地测量生物磁场的梯度仪的结构。
图15是表示实施方式9的梯度仪1500的结构的图。梯度仪1500具备传感器单元1501和1502、前置放大器1503。传感器单元1501和1502分别将多个在各实施方式1～8中的任意一个实施方式中说明的MR传感器100并联连接。在此，例举了分别并联连接了MR传感器100-1～100-4和100-5～100-8的结构，但MR传感器100的个数并不限于此。前置放大器1503对传感器单元1501和1502各自的输出的差分进行放大，并从输出端子1504输出。
传感器单元1501和1502被配置在空间上不同的位置。使用前置放大器1503对2个位置的传感器单元各自的输出进行放大，由此磁阻传感器部105成为2倍的个数，因此能够将从磁阻传感器部105的电阻产生的系统噪声降低为1/21/2。
在传感器单元1501中包含的直流电源102-1和在传感器单元1502中包含的直流电源102-2构成为极性相互相反。由此，各传感器单元的测定磁场方向相反，因此能够构成测量差分磁场的磁传感器，即梯度仪。
在图15中例举了有2个传感器单元的结构，但传感器单元的个数并不限于此。例如，可以将一个传感器单元配置在距离测定对象远的地方，将其测定结果反馈给用于检测生物磁场的多个传感器单元，构成消除干扰磁场的有源屏蔽。
本发明并不限于上述的实施方式，包含各种变形例子。为了容易理解地说明本发明而详细说明了上述实施方式，并不一定限于具备所说明的全部结构。另外，也可以将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构。另外，也可以向某实施方式的结构追加其他实施方式的结构。另外，还可以针对各实施方式的结构的一部分追加/删除/置换其他结构。
符号说明
100：MR传感器；101：磁阻元件；102：直流电源；103：前置放大器；104：输出端子；105：磁阻传感器部；401：基板；402：连接器部；501：放大器；701：置位/复位电路；702：锁相放大器；703：交流信号产生器；704：参照信号；901：升压变压器；1101：反馈电阻；1102：反馈线圈；1201：电容器；1301：APF电阻；1302：APF线圈；1500：梯度仪；1501～1502：传感器单元；1503：前置放大器；1504：输出端子。

Claims (11)

1.一种磁阻传感器，其特征在于，具备：
多个磁阻传感器部，其具有连接了4个磁阻元件的桥电路；
放大电路，其对上述磁阻传感器部的输出进行放大，
将各个上述磁阻传感器部的输出相对于上述放大器电路的输入相互并联连接。
2.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其特征在于，
上述磁阻传感器在上述放大电路和各个上述磁阻传感器部各自的输出之间分别具备对各个上述磁阻传感器部的输出进行放大的第二放大电路。
3.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其特征在于，
上述磁阻传感器具备：
置位/复位电路，其产生使上述磁阻元件的磁化反转的置位脉冲和复位脉冲；
检波电路，其对根据由上述置位/复位电路产生的上述置位脉冲和复位脉冲上述磁阻传感器部输出的交流信号进行检波。
4.根据权利要求3所述的磁阻传感器，其特征在于，
上述磁阻传感器在上述磁阻传感器部的输出和上述放大电路之间具备使上述磁阻传感器部的输出电压升压的升压变压器，
将各个上述磁阻传感器部的输出相对于上述升压变压器相互并联连接。
5.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其特征在于，
上述磁阻传感器具备将上述放大电路的输出作为向上述磁阻元件施加的磁场，向上述磁阻元件反馈的反馈电路。
6.根据权利要求4所述的磁阻传感器，其特征在于，
上述磁阻传感器具备与上述升压变压器的次级侧线圈的电感形成共振电路的电容器。
7.根据权利要求3所述的磁阻传感器，其特征在于，
上述磁阻传感器具备将上述磁阻传感器部的输出作为向上述磁阻元件施加的磁场，向上述磁阻元件反馈的附加正反馈电路。
8.根据权利要求7所述的磁阻传感器，其特征在于，
上述附加正反馈电路具备产生上述磁场的线圈，
上述线圈的阻抗比上述磁阻传感器部的两端电阻大。
9.根据权利要求8所述的磁阻传感器，其特征在于，
上述磁阻传感器具备将上述放大电路的输出作为向上述磁阻元件施加的磁场，向上述磁阻元件反馈的反馈电路。
10.一种梯度仪，其特征在于，具备：
权利要求1所述的第一磁阻传感器和第二磁阻传感器；
第三放大电路，其对各个上述磁阻传感器的输出之间的差分进行放大。
11.根据权利要求10所述的梯度仪，其特征在于，具备：
第一直流电源，其向上述第一磁阻传感器施加直流电压；
第二直流电源，其向上述第二磁阻传感器施加直流电压，
将上述第一直流电源的极性和上述第二直流电源的极性设定为相反，
将上述第一磁阻传感器的输出和上述第二磁阻传感器的输出分别输入给上述第三放大电路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108414951A (zh) * 2018-03-13 2018-08-17 海宁嘉晨汽车电子技术有限公司 周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置
CN110998348A (zh) * 2017-06-02 2020-04-10 法国原子能及替代能源委员会 用于抑制具有隧道磁阻的磁阻传感器的低频噪声的系统和方法
CN112577531A (zh) * 2020-11-05 2021-03-30 北京麦格纳材科技有限公司 一种磁传感器芯片抗电磁干扰结构及其制备方法
CN115267290A (zh) * 2022-07-08 2022-11-01 珠海多创科技有限公司 阵列式电流传感器

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150212166A1 (en) * 2012-08-31 2015-07-30 Hitachi, Ltd. Magnetoresistive sensor and gradiometer
US9519034B2 (en) * 2014-05-15 2016-12-13 Everspin Technologies, Inc. Bipolar chopping for 1/F noise and offset reduction in magnetic field sensors
US9632150B2 (en) * 2015-04-27 2017-04-25 Everspin Technologies, Inc. Magnetic field sensor with increased field range
CN105301667A (zh) * 2015-10-14 2016-02-03 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 一种自校准地磁传感器电路
JP6471113B2 (ja) * 2016-03-03 2019-02-13 株式会社日立ハイテクノロジーズ 磁気抵抗センサ、磁気センサプローブ
FR3067125B1 (fr) * 2017-06-02 2019-07-12 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Systeme et procede de suppression du bruit basse frequence de capteurs magneto-resistifs
US10557873B2 (en) * 2017-07-19 2020-02-11 Allegro Microsystems, Llc Systems and methods for closed loop current sensing
JP6664568B1 (ja) * 2018-08-22 2020-03-13 旭化成エレクトロニクス株式会社 磁場計測装置、磁場計測方法、磁場計測プログラム
US10615887B1 (en) * 2018-09-24 2020-04-07 Seagate Technology Llc Mitigation of noise generated by random excitation of asymmetric oscillation modes
US10602940B1 (en) * 2018-11-20 2020-03-31 Genetesis, Inc. Systems, devices, software, and methods for diagnosis of cardiac ischemia and coronary artery disease
WO2020138170A1 (ja) 2018-12-26 2020-07-02 旭化成エレクトロニクス株式会社 磁場計測装置
US20210141116A1 (en) * 2019-11-13 2021-05-13 MAGO technology Co., Ltd. Detector for small metal object including geomagnetic sensors
EP3882646A1 (en) 2020-03-18 2021-09-22 TE Connectivity Germany GmbH Integrated magnetometer and method of detecting a magnetic field

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06180242A (ja) * 1992-12-11 1994-06-28 Nippon Furooseru Seizo Kk センサつき面積式流量計および流量計測方法
JP2007192722A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Lasertec Corp 位置検出装置
CN101089953A (zh) * 2006-06-13 2007-12-19 株式会社日立制作所 磁阻装置
JP2008170368A (ja) * 2007-01-15 2008-07-24 Mitsubishi Electric Corp 磁界検出装置および磁界検出装置の製造方法
CN101568847A (zh) * 2006-11-27 2009-10-28 Nxp股份有限公司 磁场传感器电路
WO2014033904A1 (ja) * 2012-08-31 2014-03-06 株式会社日立製作所 磁気抵抗センサ、グラジオメータ

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4616281A (en) * 1982-03-10 1986-10-07 Copal Company Limited Displacement detecting apparatus comprising magnetoresistive elements
US5378885A (en) * 1991-10-29 1995-01-03 Mars Incorporated Unshielded magnetoresistive head with multiple pairs of sensing elements
US5491475A (en) * 1993-03-19 1996-02-13 Honeywell Inc. Magnetometer vehicle detector
JP3220278B2 (ja) * 1993-04-20 2001-10-22 カヤバ工業株式会社 位置検出装置
DE19625058A1 (de) * 1996-06-22 1998-01-02 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehrate
JPH10232242A (ja) 1997-02-19 1998-09-02 Mitsubishi Electric Corp 検出装置
WO1999018567A1 (fr) * 1997-10-07 1999-04-15 Sony Corporation Dispositif d'enregistrement/lecture magnetiques
DE19834153A1 (de) * 1998-07-29 2000-02-10 Lust Antriebstechnik Gmbh Verfahren zur Auswertung von Signalen magnetoresistiver Sensoren
US6542000B1 (en) * 1999-07-30 2003-04-01 Iowa State University Research Foundation, Inc. Nonvolatile programmable logic devices
US6376933B1 (en) * 1999-12-31 2002-04-23 Honeywell International Inc. Magneto-resistive signal isolator
JP3692961B2 (ja) * 2001-04-13 2005-09-07 ソニー株式会社 磁気記録データ再生装置及び方法
JP2002311064A (ja) * 2001-04-19 2002-10-23 Daito Communication Apparatus Co Ltd 通電検出方法およびその装置
JP2003194598A (ja) * 2001-12-25 2003-07-09 Tokai Rika Co Ltd センサの異常検出方法及びセンサの異常検出装置
US7112793B2 (en) * 2004-01-05 2006-09-26 Laser Technology, Inc. One-chip compass implemented using magnetoresistive (MR) sensor temperature compensation and magnetic cross-term reduction techniques
JP5067650B2 (ja) * 2006-01-06 2012-11-07 日本電気株式会社 半導体記憶装置
JP2008008883A (ja) * 2006-06-02 2008-01-17 Denso Corp 磁気センサ及びセンサ
JP2008021524A (ja) * 2006-07-12 2008-01-31 Tokai Rika Co Ltd 非接触スイッチ
JP4194110B2 (ja) * 2007-03-12 2008-12-10 オムロン株式会社 磁気カプラ素子および磁気結合型アイソレータ
IT1402178B1 (it) * 2010-09-09 2013-08-28 St Microelectronics Srl Circuito di lettura a compensazione automatica dell'offset per un sensore di campo magnetico e relativo metodo di lettura a compensazione automatica dell'offset
JP2013036862A (ja) * 2011-08-09 2013-02-21 Alps Electric Co Ltd 磁気検出装置とその製造方法
TWI409488B (zh) * 2011-09-29 2013-09-21 Voltafield Technology Corp 磁阻感測元件與磁阻感測裝置
WO2018145003A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-09 Boston Scientific Scimed Inc. Electromagnetic navigation system with magneto-resistive sensors and application-specific integrated circuits

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06180242A (ja) * 1992-12-11 1994-06-28 Nippon Furooseru Seizo Kk センサつき面積式流量計および流量計測方法
JP2007192722A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Lasertec Corp 位置検出装置
CN101089953A (zh) * 2006-06-13 2007-12-19 株式会社日立制作所 磁阻装置
CN101568847A (zh) * 2006-11-27 2009-10-28 Nxp股份有限公司 磁场传感器电路
JP2008170368A (ja) * 2007-01-15 2008-07-24 Mitsubishi Electric Corp 磁界検出装置および磁界検出装置の製造方法
WO2014033904A1 (ja) * 2012-08-31 2014-03-06 株式会社日立製作所 磁気抵抗センサ、グラジオメータ

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.F.HE ET AL.: "Highly sensitive anisotropic magnetoresistance magnetometer for Eddy-current nondestructive evaluation", 《REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS》 *
D.F.HE ET.AL.: "An anisotropic magneto resistive sensor with set/reset field", 《REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110998348A (zh) * 2017-06-02 2020-04-10 法国原子能及替代能源委员会 用于抑制具有隧道磁阻的磁阻传感器的低频噪声的系统和方法
CN110998348B (zh) * 2017-06-02 2022-11-15 法国原子能及替代能源委员会 用于抑制具有隧道磁阻的磁阻传感器的低频噪声的系统和方法
CN108414951A (zh) * 2018-03-13 2018-08-17 海宁嘉晨汽车电子技术有限公司 周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置
CN108414951B (zh) * 2018-03-13 2023-06-30 武汉嘉晨电子技术有限公司 周期性调制磁传感器灵敏度降低器件噪声的方法及装置
CN112577531A (zh) * 2020-11-05 2021-03-30 北京麦格纳材科技有限公司 一种磁传感器芯片抗电磁干扰结构及其制备方法
CN115267290A (zh) * 2022-07-08 2022-11-01 珠海多创科技有限公司 阵列式电流传感器

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US20170168123A1 (en) 2017-06-15

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