CN114076907B - 汽车用磁场检测器以及汽车用磁场测量系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种汽车用磁场检测器以及汽车用磁场测量系统。磁场检测器(12)具备对正交的三个轴方向上的磁场分量进行检测的x轴磁传感器(16x)、y轴磁传感器(16y)以及z轴磁传感器(16z)。各磁传感器(16x、16y、16z)具备：磁阻抗元件(42)，其具有与环境磁场相应的阻抗；输出电路(48)，其输出与磁阻抗元件(42)的阻抗相应的磁场检测值。磁场检测器(12)具备振荡器(14)，所述振荡器(14)向各磁传感器(16x、16y、16z)所具备的磁阻抗元件(42)而给予共用的驱动信号，各磁传感器(16x、16y、16z)根据驱动信号而从输出电路(48)输出磁场检测值。

Description

汽车用磁场检测器以及汽车用磁场测量系统

技术领域

本公开涉及一种汽车用磁场检测器以及汽车用磁场测量系统，尤其涉及一种对汽车搭载设备所释放出的磁场进行检测的技术。

背景技术

目前混合动力汽车、电动汽车等电动汽车被进行着广泛使用。在电动汽车上，搭载有行驶用的电动发电机、以及对电动发电机进行控制的电路。近年来，对车厢中的磁场给人体带来的影响等进行着研究，并以标准规格而对汽车上所搭载的电动发电机以及电路所释放出的磁场的上限值(磁场曝露量的上限值)进行了规定。作为标准规格，具有“电磁环境控制限值”(国标编号GB8702-2014)、“车辆电磁场相对于人体曝露的测量方法”(国标编号GB/T37130-2018)等。

在以下的专利文献1中，记载有对电子设备的磁场曝露量进行测量的磁场测量装置。在该磁场测量装置中，作为对磁场进行检测的磁传感器而使用了环状线圈。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-17425号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述的标准规格(GB/T37130-2018)中，在10Hz以上且400kHz以下的低频段规定了磁场强度的上限值。通常，在使用环状线圈来作为磁传感器的情况下，磁场的频率越低则检测值越减小，且环状线圈越大则检测值越增大。因此，为了针对低频段的磁场而获得足够的大小的检测值，从而需要增大环状线圈。因此，在使用环状线圈来作为磁传感器的情况下，存在减小对磁场进行检测的位置间隔较为困难的情况。

本公开的目的在于，使磁场检测器所具备的磁传感器小型化。

用于解决课题的方法

本公开为一种汽车用磁场检测器，其对汽车搭载设备的释放磁场进行检测，其特征在于，具备多个磁传感器，所述磁传感器对不同的方向上的磁场进行检测，各个所述磁传感器具备：磁阻抗元件，其具有与环境磁场相应的阻抗；输出电路，其输出与所述磁阻抗元件的阻抗相应的磁场检测值。

在一个实施方式中，具备振荡器，所述振荡器向多个所述磁传感器各自所具备的所述磁阻抗元件而给予共用的驱动信号，各个所述磁传感器根据所述驱动信号而从所述输出电路输出所述磁场检测值。

在一个实施方式中，具备接口电路，所述接口电路对被连接在所述汽车用磁场检测器上的信号测量装置的输入阻抗、和所述输出电路的输出阻抗进行整合。

在一个实施方式中，具备三个所述磁传感器，三个所述磁传感器对正交的三个轴方向上的磁场分量进行检测。

作为另外的方式，能够构成一种汽车用磁场测量系统，具备：所述汽车用磁场检测器；扫描装置，其在所述汽车搭载设备的周边使所述汽车用磁场检测器进行扫描；计算机，其针对所述汽车用磁场检测器所扫描的各位置，而基于由多个所述磁传感器所得到的多个所述磁场检测值来求取所述释放磁场的强度。

根据本公开，能够使磁场检测器所具备的磁传感器小型化。

附图说明

图1为表示第一实施方式所涉及的汽车用磁场测量装置的结构的图。

图2为表示磁传感器的结构的图。

图3为表示磁场检测器的安装例的图。

图4为表示第二实施方式所涉及的汽车用磁场测量系统的结构的图。

具体实施方式

参照各附图来对本公开的实施方式进行说明。对多个附图所示的相同的结构要素标注相同的符号并简化其说明。

在图1中，示出了本公开的第一实施方式所涉及的汽车用磁场测量装置1的结构。汽车用磁场测量装置1为，对正交的x轴、y轴以及z轴的各方向上的磁场分量进行测量，并通过将针对各方向分别测量出的磁场分量的测量值进行合成来对磁场的强度进行测量的装置。汽车用磁场测量装置1将汽车搭载设备所释放出的磁场(以下，称为释放磁场)设为测量对象。在汽车搭载设备中，具有逆变器、DC/DC变换器等的电路、电动发电机、蓄电池、电缆等。

汽车用磁场测量装置1具备磁场检测器12、信号测量装置20以及计算机24。磁场检测器12被配置在汽车搭载设备的附近处。磁场检测器12具备对x轴方向、y轴方向以及z轴方向各方向的磁场分量进行检测的x轴磁传感器16x、y轴磁传感器16y以及z轴磁传感器16z(以下，有时会称为磁传感器16x、16y、16z。)。此外，磁场检测器12具备振荡器14。振荡器14向各磁传感器16x、16y、16z输出用于使各个磁传感器16x、16y、16z进行工作的驱动信号。

磁场检测器12还具备x分量接口电路18x、y分量接口电路18y以及z分量接口电路18z(以下，有时会称为接口电路18x、18y、18z)。各接口电路18x、18y、18z对各磁传感器16x、16y、16z的输出阻抗、和被连接在磁场检测器12上的信号测量装置20的输入阻抗进行整合。

信号测量装置20具备x分量频率解析器22x、y分量频率解析器22y以及z分量频率解析器22z(以下，有时会称为频率解析器22x、22y、22z)。各频率解析器22x、22y、22z对从各磁传感器16x、16y、16z经由各接口电路18x、18y、18z而输出的磁场检测信号实施傅里叶变换处理，从而针对由标准规格所规定的频段内的各频率来求取x轴方向、y轴方向以及z轴方向上的各磁场分量的测量值。

计算机24针对每个频率而各自合成从x分量频率解析器22x、y分量频率解析器22y以及z分量频率解析器22z分别输出的测量值，从而针对各频率来求取汽车搭载设备的释放磁场的强度。

对汽车用磁场测量装置1进行具体说明。在图2中示出了磁传感器16的结构。磁传感器16被作为x轴磁传感器16x、y轴磁传感器16y以及z轴磁传感器16z来使用。磁传感器16具备磁阻抗元件42、输出线圈44以及检测电路46。磁阻抗元件42为，阻抗会相对于产生表皮效应那样的高频电流或脉冲电流来根据特定方向的环境磁场H的变化而发生变化的元件。在本实施方式中，作为磁阻抗元件42而使用了由非晶态合金丝等线状的磁性体所形成的磁阻抗元件。这种磁阻抗元件具有与长度方向的环境磁场H相应的阻抗。

在磁传感器16被作为x轴磁传感器16x来使用的情况下，磁传感器16以使磁阻抗元件42的长度方向在x轴方向上一致的姿态来进行配置。同样地，在磁传感器16被作为y轴磁传感器16y或z轴磁传感器16z来使用的情况下，磁传感器16以使磁阻抗元件42的长度方向在y轴方向或z轴方向上一致的姿态来进行配置。

在磁阻抗元件42的周围设置有卷绕导线而形成的输出线圈44。输出线圈44的两端被连接在检测电路46上。输出线圈44以及检测电路46构成输出与环境磁场H相应的磁场检测值的输出电路48。

磁阻抗元件42的两端被连接在从振荡器14被拉出的一对信号供给线40上。振荡器14将脉冲波形周期性地重复的脉冲电压作为驱动信号而施加在磁阻抗元件42上。磁阻抗元件42的阻抗根据环境磁场H的变化而发生变化。因此，在磁阻抗元件42中流通有与环境磁场H相应的电流，在输出线圈44中产生有与环境磁场H相应的大小的感应电动势。由此，从输出线圈44向检测电路46而输出有包含基于环境磁场H的振幅调制分量在内的检测信号。检测电路46从检测信号中提取出振幅调制分量，并从磁传感器16输出作为该振幅调制分量的磁场检测信号(磁场检测值)。

返回至图1，继续对汽车用磁场测量装置1进行说明。x分量接口电路18x对x轴磁传感器16x的输出电路48的输出阻抗和x分量频率解析器22x的输入阻抗进行整合。例如，x分量接口电路18x使从x分量频率解析器22x向x分量接口电路18x侧进行观察时的阻抗与x分量频率解析器22x的输入阻抗的复共轭近似或一致。同样地，接口电路18y以及18z分别对磁传感器16y以及16z的输出电路48的输出阻抗、和频率解析器22y以及22z的输入阻抗进行整合。由此，从各磁传感器16x、16y、16z向各频率解析器22x、22y、22z而传输有足够的大小的磁场检测信号。各接口电路18x、18y、18z也可以包括对直流分量或不必要的频率分量进行抑制或去除的滤波电路。此外，各接口电路18x、18y、18z也可以包括将磁场检测信号放大的放大电路。

x分量频率解析器22x、y分量频率解析器22y以及z分量频率解析器22z可以为频谱分析器。x轴磁传感器16x经由x分量接口电路18x而向x分量频率解析器22x输出磁场检测信号。x分量频率解析器22x通过对磁场检测信号实施傅里叶变换处理，从而针对由标准规格所规定的频段(以下，称为标准频带)内的各频率来求取x轴方向磁场分量的测量值，并将之输出至计算机24。通过同样的工作，y分量频率解析器22y以及z分量频率解析器22z针对标准频带内的各频率来求取y轴方向磁场分量以及z轴方向磁场分量的测量值，并将之输出至计算机24。

计算机24针对标准频带内的各频率而将x轴方向磁场分量的测量值、y轴方向磁场分量的测量值、以及z轴方向磁场分量的测量值进行合成。即，计算机24对x轴方向磁场分量的测量值的平方、y轴方向磁场分量的测量值的平方、以及z轴方向磁场分量的测量值的平方进行加法总计，并基于加法总计值的平方根来求取磁场的强度。计算机24也可以针对标准频带内的各频率而在自身所具备的显示器26上对磁场的强度进行显示。例如，计算机24也可以在显示器26上对横轴选取频率且纵轴选取释放磁场的强度的释放磁场的频谱进行显示。用户也可以参照显示器26来对释放磁场的强度是否符合与磁场曝露量有关的标准规格进行判断。

此外，计算机24也可以对针对标准频带内的各频率所求取出的x轴方向、y轴方向以及z轴方向上的各磁场分量的测量值进行存储，还可以在显示器26上对这些测量值进行显示。通过将各轴方向的磁场分量的测量值显示在显示器26上，从而使得用户对磁场向哪个方向被放射出进行掌握较为容易。

在使用了磁阻抗元件42的磁传感器中，由于对于相同的强度的磁场的检测值因磁场的频率而不同，因此有时会导致磁场检测信号的值中产生频率偏差。在这种情况下，计算机24也可以执行如下的这种频率补偿处理。计算机24预先对用于进行频率补偿处理的校正信息进行存储。校正信息为，针对标准频带内的各频率，而将校正系数和x轴方向、y轴方向以及z轴方向上的各磁场分量的测量值建立对应关系的信息。校正系数为，通过将其与x轴方向、y轴方向以及z轴方向上的各磁场分量的测量值相乘，从而可获得频率偏差被补偿的值的系数。校正系数可以通过实验或模拟来进行求取。

计算机24参照校正信息，针对标准频带内的各频率而取得与x轴方向磁场分量被建立了对应关系的校正系数，并将校正系数与从x分量频率解析器22x所输出的测量值相乘。由此，计算机24对频率偏差被补偿了的x轴方向磁场分量的测量值进行求取。计算机24通过同样的处理来求取频率偏差被补偿了的y轴方向磁场分量的测量值以及z轴方向磁场分量的测量值。

在本实施方式所涉及的汽车用磁场测量装置1中，在磁场检测器12中使用了磁阻抗元件42。在对于相同的频率的磁场而获得相同的级别的测量值的情况下，磁阻抗元件42与环状线圈等传感器用线圈相比而较为小型。因此，根据本实施方式所涉及的磁场检测器12，与使用传感器用线圈的情况相比，能够减小对释放磁场进行测量的位置间隔。并且，磁场检测器12较为小型，从而使得狭小的空间内的释放磁场的测量较为容易。

此外，在本实施方式所涉及的磁场检测器12中，向x轴磁传感器16x、y轴磁传感器16y以及z轴磁传感器16z给予了共用的驱动信号。在假如在各磁传感器16x、16y、16z中单独地设置有振荡器，而各振荡器的工作并不同步的情况下，有时会产生如下那样的问题。即，在从各磁传感器16x、16y、16z所输出的磁场检测信号中，有时会作为误差分量而含有拍频分量。拍频为基于对于各磁传感器16x、16y、16z的驱动信号的相互的频率差异而产生的频率。拍频分量因从各磁传感器16x、16y、16z所发出的噪声电磁波的相互干扰而产生。在本实施方式中，由于向各磁传感器16x、16y、16z给予了共用的驱动信号，因此抑制了从各磁传感器16x、16y、16z所输出的磁场检测信号中所含有的拍频分量。

在图3中，示意性地示出了磁场检测器12的安装例。磁场检测器12具有，在长方形的第一xy基板60、yz基板62以及第二xy基板64上固定有构成磁场检测器12的电子零件的结构。yz基板62以使所述电子零件的短边方向在z轴方向上一致、且长边方向在y轴方向上一致的姿态来进行配置。第一xy基板60以及第二xy基板64以分别使所述电子零件的短边方向在x轴方向上一致、且长边方向在y轴方向上一致的姿态来进行配置。第一xy基板60以及第二xy基板64以在各自的上边之间夹着yz基板62的方式而对置。

在第一xy基板60上固定有x轴磁传感器16x以及x分量接口电路18x。在第二xy基板64上固定有y轴磁传感器16y以及y分量接口电路18y，在yz基板62上固定有z轴磁传感器16z以及z分量接口电路18z。磁传感器16x、16y以及16z以使磁阻抗元件的长度方向分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向上一致的姿态而被固定在各基板上。

另外，在第一xy基板60上，除了固定有x轴磁传感器16x以及x分量接口电路18x之外，还可以固定有y轴磁传感器16y以及y分量接口电路18y。在这种情况下，第二xy基板64也可以不被使用。同样地，在第二xy基板64上，除了固定有y轴磁传感器16y以及y分量接口电路18y之外，还可以固定有x轴磁传感器16x以及x分量接口电路18x。在这种情况下，第一xy基板60也可以不被使用。此外，在yz基板62上，除了固定有z轴磁传感器16z以及z分量接口电路18z之外，还可以固定有y轴磁传感器16y以及y分量接口电路18y。在这种情况下，第二xy基板64也可以不被使用。

在上述内容中，示出了使用实施傅里叶变换处理的频率解析器22x、22y以及22z来作为信号测量装置20的实施方式。也可以与这样的实施傅里叶变换处理的频率解析器一并、或代替实施傅里叶变换处理的频率解析器，而使用对各轴方向上的磁场分量的时间波形进行显示的示波器等时间解析器。通过使用时间解析器，还可以实施各轴方向上的磁场分量的相位的测量。

此外，在上述内容中，示出了针对正交的三个轴的各方向来测量磁场分量的实施方式。在对平面内的磁场分量进行测量的情况下，也可以采用针对正交的两个轴的各方向来测量磁场分量的结构。在这种情况下，使用对两个轴方向的磁场分量进行检测的两个磁场传感器，且使用对于两个磁传感器的接口电路以及频率解析器。

第一实施方式所涉及的磁场测量装置1也可以被搭载在汽车上。在这种情况下，汽车的控制单元作为计算机24进行工作。被搭载在汽车上的磁场测量装置1也可以被用于释放磁场的控制。磁场检测器12例如被配置在加速踏板的周边、座椅、地板等处。在控制单元中，从信号测量装置20而输出有各频率下的测量值。控制单元基于从信号测量装置20所输出的测量值来对释放磁场的强度进行求取。控制单元在释放磁场的强度超过了被预先确定的基准值的情况下，对汽车上所搭载的逆变器、DC/DC变换器等的电路进行控制，以抑制释放磁场。

此外，磁场检测器12也可以作为电流传感器来使用。例如，磁场检测器12被配置在电路中所包括的导线、或对多个电路间进行连接的导线的附近处。在汽车上，搭载有基于磁场检测器12输出的磁场检测信号来对流过导线的电流进行测量的测量器。通过磁场检测器12以及测量器，从而构成了汽车搭载用的电流测量装置。

测量器预先对将电流测量值和磁场检测信号的大小建立了对应关系的测量信息进行存储。测量器可以对针对x轴方向上的磁场分量、y轴方向上的磁场分量以及z轴方向上的磁场分量各自的磁场检测信号的平方进行加法总计，并基于该加法总计值的平方根来求取磁场检测信号的大小。测量器参照测量信息而取得与磁场检测信号的大小相对应的电流测量值。

汽车的控制单元也可以基于由测量器所测量出的电流来对电路进行控制。在将磁场检测器12作为电流传感器来使用的情况下，可以在与导线非接触的状态下对电流进行检测。因此，即使在导线被绝缘体覆盖着的情况下也无需将绝缘体剥离，从而使得测量较为容易。

在图4中，示出了第二实施方式所涉及的汽车用磁场测量系统2的结构。该系统为，在汽车搭载设备72的周边使磁场检测器12进行扫描的同时对磁场进行测量，从而对汽车搭载设备72的释放磁场的空间分布进行测量的系统。汽车搭载设备72既可以为被搭载在汽车上的状态，也可以为从汽车上被卸下的状态。在任意一种状态下，汽车搭载设备72中都被供给有电源电力，并从汽车搭载设备72释放有与汽车的行驶时同样的磁场。

汽车用磁场测量系统2具备磁场检测器12、扫描装置70、信号测量装置20、计算机24以及摄像机74。在扫描装置70中，例如使用了机械臂。扫描装置70通过计算机24的控制而在汽车搭载设备72的周边使磁场检测器12进行扫描，并且向计算机24输出磁场检测器12的位置信息。磁场检测器12在汽车搭载设备72的周边的各位置处，向信号测量装置20输出针对x轴方向、y轴方向以及z轴方向中的每个方向的磁场检测信号。信号测量装置20基于各磁场检测信号来求取测量对象的频率下的x轴方向磁场分量、y轴方向磁场分量、以及z轴方向磁场分量的各自的测量值，并将之输出至计算机24。摄像机74对汽车搭载设备72的图像进行拍摄，并将图像数据输出至计算机24。

计算机24基于从扫描装置70所输出的位置信息、和从信号测量装置20所输出的各测量值，来求取汽车搭载设备72的周边的各位置处的释放磁场的强度(以下，称为释放磁场分布)。计算机24也可以将表示释放磁场分布的信息保存在自身所具备的存储器、或外部的存储器中。此外，计算机24也可以基于释放磁场分布和图像数据而生成释放磁场图像数据，并在显示器26上对基于释放磁场图像数据所得到的图像进行显示。释放磁场图像数据为，在表示汽车搭载设备72的图像上的各位置处，通过色彩或数值等来表示释放磁场的强度的图像数据。

在汽车用磁场测量系统2中，在磁场检测器12中使用了磁阻抗元件。在对于相同的频率的磁场而获得相同的级别的测量值的情况下，磁阻抗元件与传感器用线圈相比而较为小型。因此，与使用传感器用线圈的情况相比，能够以较小的位置间隔来求取释放磁场分布。

Claims (5)

1.一种汽车用磁场测量装置，具备磁场检测器，其特征在于，

所述磁场检测器具备多个磁传感器，多个所述磁传感器分别对x轴方向、y轴方向以及z轴方向上的磁场进行检测，

所述磁场检测器具有在长方形的第一xy基板、yz基板以及第二xy基板上固定有各所述磁传感器的结构，

所述yz基板以使短边方向在z轴方向上一致、且长边方向在y轴方向上一致的姿态来进行配置，

所述第一xy基板以及所述第二xy基板以分别使短边方向在x轴方向上一致、且长边方向在y轴方向上一致的姿态来进行配置，

所述第一xy基板以及所述第二xy基板以在各自的上边之间夹着所述yz基板的方式而对置，

各个所述磁传感器具备：

磁阻抗元件，其具有与环境磁场相应的阻抗；

输出电路，其输出与所述磁阻抗元件的阻抗相应的磁场检测值，

所述汽车用磁场测量装置还具备：

频率解析器，其以对应于各所述方向的方式而被设置，并对从所述述磁传感器被输出的磁场检测信号实施处理，从而针对规定的频段内的各频率来求取x轴方向、y轴方向以及z轴方向上的磁场的测量值；

计算机，其以求出作为对频率偏差进行补偿的对象的、所述x轴方向、所述y轴方向以及所述z轴方向的磁场的测量值的方式而被构成，并预先对校正信息进行存储，

所述汽车用磁场测量装置对汽车搭载设备的释放磁场进行测量。

2.如权利要求1所述的汽车用磁场测量装置，其特征在于，

具备振荡器，所述振荡器向多个所述磁传感器各自所具备的所述磁阻抗元件而给予共用的驱动信号，

各个所述磁传感器根据所述驱动信号而从所述输出电路输出磁场检测信号。

3.如权利要求1或权利要求2所述的汽车用磁场测量装置，其特征在于，

具备接口电路，所述接口电路对所述频率解析器的输入阻抗、和所述输出电路的输出阻抗进行整合。

4.如权利要求1或权利要求2所述的汽车用磁场测量装置，其特征在于，

具备三个所述磁传感器，三个所述磁传感器对正交的三个轴方向上的磁场分量进行检测。

5.一种汽车用磁场测量系统，其特征在于，具备：

权利要求1至权利要求3中的任意一项所述的汽车用磁场测量装置；

扫描装置，其在所述汽车搭载设备的周边使多个所述磁传感器进行扫描，

所述计算机针对多个所述磁传感器所扫描的各位置，而基于针对多个所述磁传感器而被求取出的针对多个方向的磁场的所述测量值来求取所述释放磁场的强度。