DE102015002123B4

DE102015002123B4 - Magnetfelderfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015002123B4
Application number: DE102015002123.0A
Authority: DE
Inventors: c/o Aichi Steel Corporation Yamamoto Michiharu; c/o Aichi Micro Intelligent Corpo Arakawa Hideo; c/o Aichi Steel Corporation Kawano Takeshi
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: JP2015155852A; US9500721B2; JP5811210B2; DE102015002123A1; US20150234017A1

Abstract

Magnetfelderfassungsvorrichtung miteinem Magnetimpedanzelement (1), das ausgebildet ist, zwei gedämpft oszillierende Wechselstromspannungen als Reaktion auf ein externes Magnetfeld um einen amorphen Draht (10) herum bei einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit eines Stromimpulses in dem Fall auszugeben, dass der Stromimpuls an besagten amorphen Draht (10) angelegt wird, undeiner Signalverarbeitungsvorrichtung (3), die ausgebildet ist, die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen zu verarbeiten, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, und ein Ausgabesignal auszugeben, bei derdas Ausgabesignal als Reaktion auf das externe Magnetfeld um besagten amorphen Draht (10) herum basierend auf den gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen ausgegeben wird, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dassbesagte Signalverarbeitungsvorrichtung (3) ein Hysteresekomponentenaufhebungsmittel aufweist, das ausgebildet ist, Hysteresekomponenten aufzuheben, die in den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des angelegten Stromimpulses enthalten sind, die in einem Fall, dass das Magnetfeld angelegt wird, durch die Hysterese der magnetischen Änderung, die durchläuft, erzeugt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetfelderfassungsvorrichtung, die geeignet ist, Stärken eines Gleichstrom- und eines Wechselstrommagnetfelds (eines magnetischen Gleich- und Wechselfelds) zu messen.
STAND DER TECHNIK
Ein herkömmlicher Magnetimpedanzsensor ist im Stande, hochempfindliche Magnetfelderfassung durchzufiihren, und wird daher als ein Sensor für eine Magnetfelderfassungsvorrichtung zum Erfassen von Geomagnetismus und anderem, bei präziser Magnetfeldmessung und zum Erfassen geringer magnetischer Schwankungen auf dem Gebiet der Physik und Chemie und dem industriellen Gebiet verwendet.
In den vergangenen Jahren sind aufgrund eines Bedarfs an präziser genauer magnetischer Messung und an Messung geringer Magnetfelder für Erdmagnetismus usw., wie zum Beispiel Erdbebenvorhersage oder dergleichen, höhere Anforderungen an die Empfindlichkeit und Genauigkeit von Magnetimpedanzsensoren gestellt worden.
Zum Realisieren einer Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine höhere Genauigkeit als die einer herkömmlichen Magnetfelderfassungsvorrichtung aufweist, ist es notwendig, die Nullpunktstabilität, die als die Grundlage von Aktionen dient, zu verbessern, und die Erfassungsempfindlichkeit für ein Halbleiterrauschen zu verbessern, das eine elektronische Schaltung zur Signalverarbeitung grundsätzlich aufweist.
Ein herkömmlicher Magnetimpedanzsensor (magnetischer Impedanzsensor/Magentoimpedanzsensor) weist eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Erfassen eines Magnetfelds anhand des Betrags einer gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung (Spannung einer gedämpften Wechselstromoszillation/Wechselspannungsoszillation), die bei einem Anstieg oder einem Abfall eines Stromimpulses (gepulsten Stroms/Impulsstroms) ausgegeben wird, der an ein Magnetimpedanzelement/Magnetoimpedanzelement angelegt wird, das einen amorphen Draht als ein magnetisch empfindliches/sensitives Material aufweist, und zur Signalverarbeitung auf (siehe Patentliteratur 1 ( WO 2005/ 008 268 A1 ) und Patentliteratur ( WO 2010/ 097 932 A1 ))
WO 2012/ 176 451 A1 und die nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlichte EP 2 725 375 A1 offenbaren eine Magnetfelderfassungsschaltung, bei der ein Magnetfeld durch ein Magnetismuserfassungselement erfasst wird, in dem eine Spule um ein magnetisches Material gewickelt ist, ein Mittel zum Anlegen eines Hochfrequenzpulses und eines verzögerten Pulses und ein Mittel zum Erfassen von Magnetflussvariationen in dem magnetischen Material unter Verwendung der Spule, die den Anstiegs- und Abfallflanken des verzögerten Pulses entsprechen.
US 2004 / 0 008 026 A1 offenbart eine Magnetfelderfassungsschaltung mit einer Magnetimpedanzvorrichtung, einer Erfassungsspule, die um die Impedanzvorrichtung gewickelt oder in deren Nähe vorgesehen ist, einer Schaltung zum Anlegen eines pulsförmigen Hochfrequenzstroms und einer Schaltung zum Erfassen einer Spannung, die in der Erfassungsspule in Erwiderung auf Anstiege und Abfälle des angelegten Stroms erzeugt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei dem oben erwähnten herkömmlichen Magnetimpedanzsensor wird, wenn der Stromimpuls an den amorphen Draht des Magnetimpedanzelements angelegt wird, wie in 1 gezeigt ist, die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung als Reaktion auf ein Magnetfeld um einen Ort, an dem der amorphe Draht platziert ist, an einen Ausgabeanschluss des amorphen Drahts ausgegeben. Diese Ausgabe entsteht bei einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit des angelegten Stromimpulses, wie in 2 gezeigt ist.
Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem der amorphe Draht in einem Magnetfeld einer bestimmten Richtung platziert ist, wenn ein Stromimpuls an diesen amorphen Draht angelegt wird, eine gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr in der Richtung des positiven Pols als Reaktion auf die Magnetfeldstärke bei der Anstiegszeit des Stromimpulses ausgegeben, und eine gedämpft oszillierende Wechselstromspannung -Vf wird in der Richtung des negativen Pols bei der Abfallzeit ausgegeben, wie in 2 gezeigt ist. Zu dieser Zeit erfasst der Magnetimpedanzsensor gemäß der herkömmlichen Technik das Magnetfeld durch Signalverarbeitung basierend auf der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung Vr oder -Vf bei einem Anstieg oder einem Abfall des Stromimpulses. Jedoch geht im Vergleich zu einem Fall von Signalverarbeitung basierend auf beiden gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen Vr und -Vf bei der Anstiegs- und Abfallzeit des Stromimpulses verarbeitete Information (Signalspannung) fast zur Hälfte verloren. Somit wird lediglich ein Teil der erfolgreich erlangten Ausgabe verwendet, und infolgedessen ist die Empfindlichkeit der Magnetfelderfassung gering.
Nach Anlegen eines derart überhöhten Magnetfelds, dass magnetische Sättigung an dem amorphen Draht des Magnetimpedanzelements auftritt, wird, selbst wenn das Magnetfeld auf null zurückgebracht wird, aufgrund eines Hysteresephänomens eine Versatzspannung (Offset-Spannung) als eine Hysteresekomponente in der Ausgabe erzeugt, und daher wird der Nullpunkt zum Schwanken gebracht. Somit besteht eine Befürchtung, dass das Phänomen, das Nullpunktsinstabilität genannt wird, erzeugt wird.
Zum Beispiel gibt, wenn der Stromimpuls, wie in 2(a) gezeigt ist, an den amorphen Draht in einer bestimmten Magnetfeldatmosphäre/-umgebung angelegt wird, und in einem Fall, in dem es keine magnetische Hysterese in dem amorphen Draht gibt, an den der Stromimpuls angelegt wird, das Magnetimpedanzelement die gedämpft oszillierende Spannung Vr bei der Anstiegszeit des Stromimpulses als Reaktion auf das Magnetfeld rundherum aus und gibt die gedämpft oszillierende Spannung -Vf bei der Abfallzeit des Stromimpulses aus, wie in 2(b) gezeigt ist. Grundsätzlich fallen die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr bei der Anstiegszeit des angelegten Stromimpulses und die gedämpft oszillierende Spannung -Vf bei der Abfallzeit des Stromimpulses in eine Beziehung wie in der folgenden mathematischen Formel 1. $| Vr | ≒ | - Vf |$
Jedoch wird nach Anlegen eines derart überhöhten Magnetfelds, dass magnetische Sättigung in einer bestimmten Polrichtung an dem amorphen Draht auftritt, eine Hysteresekomponente Vh davon erzeugt. Somit kann zum Beispiel die gedämpft oszillierende Ausgabe bei der Anstiegszeit des Stromimpulses Vr - Vh sein, und die Ausgabe bei der Abfallzeit des Stromimpulses kann - Vf - Vh sein, wie in 2(c) gezeigt ist.
Die gedämpft oszillierende Wechselstromausgabe Vr bei der Anstiegszeit des angelegten Stromimpulses und die gedämpft oszillierende Ausgabe -Vf bei der Abfallzeit des Stromimpulses fallen in eine Beziehung wie in der folgenden mathematischen Formel 2. $| Vr - Vh | \neq | - Vf - Vh |$
Daher ist ein Absolutwert/Absolutbetrag der Ausgabe des Magnetimpedanzelements bei der Anstiegszeit des Stromimpulses nicht gleich der Ausgabe bei der Abfallzeit des Stromimpulses.
Nach Anlegen eines überhöhten Magnetfelds in der polaren Richtung entgegengesetzt zu der obigen Beschreibung ist infolge von Hysterese die Ausgabe bei der Anstiegszeit Vr + Vh, und die Ausgabe bei der Abfallzeit ist -Vf+ Vh, wie in 2(d) gezeigt ist.
Die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr bei der Anstiegszeit des Stromimpulses und die gedämpft oszillierende Spannung -Vf bei der Abfallzeit des Stromimpulses fallen in eine Beziehung wie in der folgenden mathematischen Formel 3. $| Vr + Vh | \neq | - Vf + Vh |$
Somit ist ein Absolutbetrag der Ausgabe des Magnetimpedanzelements bei der Anstiegszeit des Stromimpulses nicht gleich der Ausgabe bei der Abfallzeit des Stromimpulses.
Der herkömmliche Magnetimpedanzsensor verarbeitet ein Signal basierend auf der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung, die bei der Anstiegszeit oder der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben wird, und gibt ein externes Magnetfeldsignal als das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum aus.
Das heißt, es wird lediglich die Information eines Teils der Ausgaben des Magnetimpedanzelements verwendet, und es besteht eine geringe Befürchtung, dass ein Fehler beigemischt wird, der einem Versatz (Offset) des Absolutbetrags | Vh | der Hysteresekomponente zugeschrieben wird, wie oben beschrieben wurde, und es war keine Spur von Gegenmaßnahmen zum Lösen dieses Problems bekannt.
Das heißt, Beseitigung dieses Offset-Fehlers der Hysteresekomponente schränkt die Wirkung durch das Hysteresephänomen ein. Dies verbessert die Nullpunktstabilität und wird ein Schlüssel zum Verwirklichen einer Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine höhere Genauigkeit aufweist.
Verbesserung des Verhältnisses relativ zu einem Rauschen einer elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung, die den Magnetimpedanzsensor darstellt, durch eine Entwicklung, die Ausgaben des Magnetimpedanzelements als Spannungen größeren Betrags zu beziehen, ist ein anderer Schlüssel zum Verwirklichen einer Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine hohe Genauigkeit aufweist.
Ein Magnetimpedanzsensor der vorliegenden Erfindung wurde zum Lösen der oben erwähnten Probleme entworfen, und ein Ziel davon ist es, die Angabe eines Magnetimpedanzsensors zu ermöglichen, der eine höhere Genauigkeit aufweist, durch die ein Einfluss der Hysteresekomponente, das heißt der Fehlerkomponente von | Vh | eingeschränkt wird und die Nullpunktstabilität verbessert wird, und durch Beziehen einer Ausgabe eines Magnetimpedanzelements als eine Spannung von hohem Betrag und infolgedessen Erreichen höherer Empfindlichkeit wird das Verhältnis des Betrags eines erfassten magnetischen Signals relativ zu einem Rauschen einer elektronischen Schaltung verbessert.
Zum Lösen der oben erwähnten Probleme haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine erste technische Idee der vorliegenden Erfindung ins Auge gefasst, bei der Signalverarbeitung durch Verwenden von Ausgaben sowohl bei einer Anstiegszeit als auch bei einer Abfallzeit gedämpft oszillierender Wechselstromspannungen durchgeführt wird, die sowohl bei der Anstiegszeit als auch bei der Abfallzeit eines Stromimpulses in einem Fall ausgegeben werden, in dem der Stromimpuls an einen amorphen Draht angelegt wird, und ein Ausgabesignal als Reaktion auf das externe Magnetfeld basierend auf den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen ausgegeben wird. Ferner haben die Erfinder infolge intensiver Forschung und Entwicklung die vorliegende Erfindung erlangt, bei der durch Beziehen der Ausgabe des Magnetimpedanzelements als eine Spannung von größerem Betrag das Verhältnis des Betrags des erfassten Signals relativ zu einem Rauschen einer elektronischen Schaltung einer Signalverarbeitungsvorrichtung, die den Magnetimpedanzsensor darstellt, verbessert wird.
Zudem haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine zweite technische Idee der vorliegenden Erfindung ins Auge gefasst, bei der ein Berechnungsmittel für ein externes Magnetfeld, das in der Signalverarbeitungsvorrichtung vorgesehen ist, das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum durch Beziehen einer Summe von Absolutbeträgen der zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen berechnet, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des angelegten Stromimpulses ausgegeben werden, und haben die vorliegende Erfindung zum Erreichen des Ziels der Verbesserung des Verhältnisses der Ausgabe des Magnetimpedanzelements relativ zu dem Rauschen der elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung und der Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung erhalten, die eine höhere Empfindlichkeit aufweist.
Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine dritte technische Idee der vorliegenden Erfindung ins Auge gefasst, bei der ein Hysteresekomponentenaufhebungsmittel, das in der Signalverarbeitungsvorrichtung vorgesehen ist, Hysteresekomponenten aufhebt, die erzeugt werden, nachdem das Magnetfeld angelegt wird, das in den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen enthalten ist, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des angelegten Stromimpulses ausgegeben werden, und haben die vorliegende Erfindung zum Erreichen des Ziels der Verbesserung der Nullpunktstabilität durch Beseitigen des Offset-Fehlers und der Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung erhalten, die eine höhere Genauigkeit aufweist.
Eine Magnetfelderfassungsvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung des Aspekts der vorliegenden Erfindung, die den Aufbau gemäß Anspruch 1 aufweist, die das Magnetimpedanzelement zum Ausgeben zweier gedämpft oszillierender Wechselstromspannungen als Reaktion auf das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses im Fall, dass der Stromimpuls an den amorphen Draht angelegt wird, und die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Signalverarbeitung der zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, und zum Ausgeben des Ausgabesignals aufweist, bei der das Ausgabesignal als Reaktion auf das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum basierend auf den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen ausgegeben wird, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden. Daher kann das Verhältnis relativ zu dem Rauschen in der elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung, die den Magnetimpedanzsensor darstellt, durch Beziehen der Ausgabe des Magnetimpedanzelements als eine Spannung größeren Betrags als die der herkömmlichen Technik verbessert werden, und eine Wirkung der Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine hohe Genauigkeit aufweist, wird erzielt. Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung hebt selbst in einem Fall, in dem das Magnetfeld angelegt wird, das in den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen enthalten ist, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, das Hysteresekomponentenaufhebungsmittel, das in der Signalverarbeitungsvorrichtung vorgesehen ist, die erzeugten Hysteresekomponenten auf. Somit kann der Offset-Fehler beseitigt werden, so dass die Nullpunktstabilität verbessert wird und eine Wirkung einer Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine höhere Genauigkeit aufweist, erreicht wird. Damit kann dieser Offset-Fehler der Hysteresekomponente beseitigt werden. Dies verbessert die Nullpunktstabilität und erzielt die Wirkung einer Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine höhere Genauigkeit aufweist.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung, die den Aufbau gemäß Anspruch 2 aufweist, wird das Verhältnis relativ zu dem Rauschen in der elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung, die den Magnetimpedanzsensor darstellt, durch Beziehen der Ausgabe des Magnetimpedanzelements als eine Spannung größeren Betrags durch die Signalverarbeitungsvorrichtung verbessert, die das Ausgabesignal als Reaktion auf das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum basierend auf den gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen sowohl bei der Anstiegszeit als auch bei der Abfallzeit des Stromimpulses ausgibt, die zwischen zwei Elektroden des amorphen Drahts durch das Magnetimpedanzelement ausgegeben werden, wird eine Wirkung der Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung erzielt, die eine hohe Genauigkeit aufweist, und wird die Nullpunktstabilität durch Beseitigung des Offset-Fehlers verbessert, und wird die Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine höhere Genauigkeit aufweist, verwirklicht.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung, die den Aufbau gemäß Anspruch 3 aufweist, legt das Magnetimpedanzelement die beiden gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses an, die zwischen zwei Elektroden einer Erfassungsspule ausgegeben werden, die um den amorphen Draht herum gewickelt ist. Daher wird dieselbe Wirkung der Magnetfelderfassungsvorrichtung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung erzielt. Und die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die durch die Erfassungsspule ausgegeben werden, sind grundsätzlich höher als die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die zwischen den zwei Elektroden des amorphen Drahts ausgegeben werden. Somit kann die Ausgabe als eine Spannung größeren Betrags als die bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezogen werden, und eine Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine höhere Genauigkeit aufweist, wird verwirklicht.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung, die den Aufbau gemäß Anspruch 4 aufweist, weist die Signalverarbeitungsvorrichtung ein Berechnungsmittel für ein externes Magnetfeld zum Berechnen des externen Magnetfelds um den amorphen Draht herum durch Beziehen einer Summe von Absolutbeträgen der zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses auf.
Daher kann ein Informationsbetrag (Signalspannung) bezogen werden, der fast zweimal mehr als der des Magnetimpedanzsensors gemäß der herkömmlichen Technik ist. Somit wird das Verhältnis der Ausgabe des Magnetimpedanzelements relativ zu dem Rauschen der elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung verbessert, und eine empfindlichere Magnetfelderfassungsvorrichtung wird verwirklicht.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung, die den Aufbau gemäß Anspruch 6 aufweist, führt die Differenzberechnungsvorrichtung (Differentialberechnungsvorrichtung/Differentialoperationsvorrichtung), die die Signalverarbeitungsvorrichtung aufweist, jeweils Momentanwertabtastungen (Abtasten und Halten) der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses durch, die von dem Magnetimpedanzelement ausgegeben werden, berechnet die Differenz zwischen den zwei abgetasteten und gehaltenen Spannungen durch Beziehen im Wesentlichen einer Summe der zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, und verbessert das Verhältnis der Ausgabe des Magnetimpedanzelements relativ zu einem Rauschen einer elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung. Daher verwirklicht die Differenzberechnungsvorrichtung die Magnetfelderfassung mit hoher Empfindlichkeit, und selbst in einem Fall, dass ein derart überhöhtes Magnetfelds angelegt wird, dass magnetische Sättigung auftritt, werden Hysteresekomponenten, die aufgrund des überhöhten Magnetfelds erzeugt werden, aufgehoben und entfernt. Infolgedessen kann ein Offset-Fehler beseitigt werden, wird die Nullpunktstabilität verbessert, wird die Magnetfelderfassung mit höherer Genauigkeit ermöglicht, und wird eine Wirkung einer Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine derart hohe Genauigkeit aufweist, erzielt.
Weitere Merkmale und Vorteile folgen aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltbild, das einen Hauptabschnitt eines herkömmlichen Magnetimpedanzsensors zeigt;
2 ist ein Schaubild, das einen angelegten Stromimpuls eines amorphen Drahts in dem herkömmlichen Magnetimpedanzsensor und ausgegebene Schwingungs-/Kurvenverläufe (Wellenformen) unter verschiedenen Bedingungen zeigt;
3 ist ein Blockschaltbild, das einen Hauptabschnitt einer Magnetfelderfassungsvorrichtung einer ersten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und ein Schaubild, das einen angelegten Stromimpuls eines amorphen Drahts und einen ausgegeben Schwingungsverlauf zeigt;
4 ist ein Blockschaltbild, das einen Hauptabschnitt einer Magnetfelderfassungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Blockschaltbild, das einen Hauptabschnitt einer Magnetfelderfassungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Blockschaltbild, das einen Hauptabschnitt einer Magnetfelderfassungsvorrichtung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein genaues Schaltbild, das die Details einer Magnetfelderfassungsvorrichtung eines ersten Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Schaubild, das einen angelegten Stromimpuls eines amorphen Drahts bei dem ersten Beispiel und einen ausgegebenen Schwingungsverlauf zeigt;
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsfluss zeigt, der als die Grundlage der Signalverarbeitung in einem Mikrocomputer MC bei dem ersten Beispiel dient;
10 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem erfassten Magnetfeld und einer Ausgabe bei dem ersten Beispiel zeigt, und ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem erfassten Magnetfeld und einer Ausgabe bei dem herkömmlichen Magnetimpedanzsensor zeigt;
11 ist ein Schaubild, das ein Messbeispiel zeigt, bei dem ein magnetisches Rauschen, das von einer elektronischen Vorrichtung erzeugt wird, bei dem ersten Beispiel erfasst wird;
12 ist ein genaues Schaltbild, das die Details einer Magnetfelderfassungsvorrichtung eines zweiten Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Schaubild, das einen angelegten Stromimpuls eines amorphen Drahts bei dem zweiten Beispiel und einen ausgegebenen Schwingungsverlauf zeigt;
14 ist ein genaues Schaltbild, das die Details einer Magnetfelderfassungsvorrichtung eines ersten abgewandelten Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt; und
15 ist ein genaues Schaltbild, das die Details einer Magnetfelderfassungsvorrichtung eines zweiten abgewandelten Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die beste Art und Weise der vorliegenden Erfindung anhand von Ausführungsformen und Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Eine Magnetfelderfassungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform ist in einer derartigen Weise aufgebaut, dass, wie in 3(a) gezeigt ist, ein Stromimpuls an einen amorphen Draht eines Magnetimpedanzelements (Magnetoimpedanzelements) 1 durch eine Impulsoszillationsschaltung 2 angelegt wird, und basierend auf zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit des Stromimpulses von dem Magnetimpedanzelement ausgegeben werden, eine Signalverarbeitungsvorrichtung 3 ein externes Magnetfeldsignal als das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum ausgibt.
Zudem zeigt „Ausgeben des Ausgabesignals als Reaktion auf das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum basierend auf den gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen oder Schwingungsverläufen der Spannungen“ an, dass Signalverarbeitung in Abhängigkeit von Spitzenwerten (Scheitelwerten/Maximalwerten), momentanen Werten, durchschnittlichen Werten, effektiven Werten der zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses von dem Magnetimpedanzelement ausgegeben werden, oder Absolutbeträgen der obigen Werte und einem Spitze-zu-Spitze-Wert zwischen dem Spitzenwert der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung bei der Anstiegszeit des Stromimpulses und dem Spitzenwert der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung bei der Abfallzeit und desgleichen durchgeführt wird. Dadurch kann im Vergleich zu einem Fall, in dem die Ausgabespannung bei einer von der Anstiegszeit und der Abfallzeit wie bei dem herkömmlichen Beispiel verwendet wird, eine Ausgabe höheren Betrags erhalten werden, so dass eine Magnetfelderfassungsvorrichtung, die hohe Empfindlichkeit aufweist, ausgebildet werden kann.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform wird der Stromimpuls, der in 3(b) (i) gezeigt ist, an den amorphen Draht des Magnetimpedanzelements 1 durch die Impulsoszillationsschaltung 2 angelegt, und basierend auf den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses von dem Magnetimpedanzelement ausgegeben werden und in 3(b) (ii) gezeigt sind, gibt die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 das externe Magnetfeldsignal als das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum aus. Daher wird bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform die Magnetfeldinformation, die von dem Magnetimpedanzelement 1 ausgegeben wird, ohne Verlust verwendet, kann eine Ausgabe von hohem Betrag, wie oben beschrieben wurde, bezogen werden, und wird eine Wirkung einer Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung als ein Magnetimpedanzsensor erzielt, der eine hohe Empfindlichkeit und hohe Genauigkeit aufweist.
Zweite Ausführungsform
Eine Magnetfelderfassungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform ist in einer derartigen Weise ausgebildet, dass, wie in 4 gezeigt ist, da der Stromimpuls durch die Impulsoszillationsschaltung 2 an das Magnetimpedanzelement 1 angelegt wird, die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses zwischen zwei Elektroden eines amorphen Drahtes 10, der das Magnetimpedanzelement 1 darstellt, ausgegeben werden, und die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 Signale der ausgegebenen gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen verarbeitet und als das Signal für das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum ausgibt.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform gibt die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 basierend auf den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses von dem Abschnitt zwischen den zwei Elektroden des amorphen Drahts 10, der das Magnetimpedanzelement 1 darstellt, ausgegeben werden, das externe Magnetfeldsignal als das externe Magnetfeld um den amorphen Draht herum aus. Somit wird die Magnetfeldinformation, die von dem Magnetimpedanzelement ausgegeben wird, ohne Verlust verwendet. Daher wird bei der zweiten Ausführungsform aus dem oben beschriebenen Grund Magnetfelderfassung mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit ermöglicht, und eine Wirkung einer Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung als ein Magnetimpedanzsensor, der hohe Empfindlichkeit und hohe Genauigkeit aufweist, wird erzielt.
Dritte Ausführungsform
Eine Magnetfelderfassungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform ist in einer derartigen Weise ausgebildet, dass, wie in 5 gezeigt ist, die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses zwischen zwei Elektroden einer Nachweis-/Erfassungsspule 11 ausgegeben werden, die um den amorphen Draht 10 herum gewickelt/gewunden ist, der das Magnetimpedanzelement 1 darstellt, und basierend auf den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses von der Erfassungsspule 11 ausgegeben werden, die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 ein externes Magnetfeldsignal als das externe Magnetfeld um den amorphen Draht 10 herum ausgibt.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung der dritten Ausführungsform gibt die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 basierend auf den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses zwischen den zwei Elektroden der Erfassungsspule 11, die um den amorphen Draht 10 herum gewickelt ist, ausgegeben werden, das externe Magnetfeldsignal als das externe Magnetfeld um den amorphen Draht 10 herum aus. Somit wird die ausgegebene Information des Magnetimpedanzelements ohne Verlust verwendet. Daher wird bei der dritten Ausführungsform aus dem oben beschriebenen Grund die Magnetfelderfassung mit höherer Empfindlichkeit und höherer Genauigkeit als jene der obigen zweiten Ausführungsform ermöglicht, und eine Wirkung der Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung als ein Magnetimpedanzsensor, der eine hohe Empfindlichkeit und hohe Genauigkeit aufweist, wird erzielt.
Vierte Ausführungsform
Eine Magnetfelderfassungsvorrichtung einer vierten Ausführungsform ist in einer derartigen Weise ausgebildet, dass, wie in 6 gezeigt ist, gemäß der dritten Ausführungsform die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 zwei Abtast-Halte-Schaltungen/Momentanwertabtastschaltungen 31, 32 zum jeweiligen Abtasten und Halten der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses, die von der Erfassungsspule 11 des Magnetimpedanzelements 1 ausgegeben werden, und eine Differenzberechnungsvorrichtung/Differentialoperationsvorrichtung 33 als ein Berechnungsmittel für ein externes Magnetfeld zum Berechnen einer Differenz zwischen den zwei abgetasteten und gehaltenen Spannungen und ein Hysteresekomponentenaufhebungsmittel aufweist.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung der vierten Ausführungsform wird durch Beziehen einer Summe der zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses durch die zwei Abtast-Halte-Schaltungen 31, 32 ausgegeben werden, die jeweils die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses, die von der Erfassungsspule 11 des Magnetimpedanzelements 1 ausgegeben werden, abtasten und halten, und durch die Differenzberechnungsvorrichtung 33, die die Differenz zwischen den zwei abgetasteten und gehaltenen Spannungen in der Signalverarbeitungsvorrichtung 3 berechnet, das Verhältnis der Ausgabe des Magnetimpedanzelements 1 relativ zu einem Rauschen einer elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung 3 verbessert, und die Magnetfelderfassung mit hoher Empfindlichkeit verwirklicht, und selbst in einem Fall, dass ein derart überhöhtes Magnetfeld angelegt wird, dass magnetische Sättigung auftritt, werden Hysteresekomponenten, die aufgrund des überhöhten Magnetfelds erzeugt werden und in den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen enthalten sind, die von der Erfassungsspule 11 bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, aufgehoben und entfernt. Infolgedessen kann bei der vierten Ausführungsform ein Offset-Fehler beseitigt werden, wird die Nullpunktstabilität verbessert, wird die Magnetfelderfassung mit höherer Genauigkeit ermöglicht, und wird eine Wirkung einer Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung erzielt, die eine derart hohe Genauigkeit aufweist.
Erstes Beispiel
Eine Magnetfelderfassungsvorrichtung eines ersten Beispiels basiert auf der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, bei der Berechnungsverarbeitung/Operationsvorbereitung unter Verwendung eines Mikrocomputers als die Signalverarbeitungsvorrichtung durchgeführt wird, wie in 7 gezeigt ist. Durch Anzeigen einer magnetischen Schwankung in Zeitfolge wird eine Magnetfelderfassungsvorrichtung verwirklicht, die hohe Empfindlichkeit und hohe Genauigkeit aufweist.
Das Magnetimpedanzelement 1 weist einen amorphen Draht 10 auf, der in dem zu erfassenden externen Magnetfeld angeordnet ist, wie in 7 gezeigt ist, ein Ende dessen mit der Masse/Erde verbunden ist, und, wenn der Stromimpuls, wie in 8(a) gezeigt ist, an das andere Ende des amorphen Drahts 10 durch die Impulsoszillationsschaltung 2, die später beschrieben wird, angelegt wird, werden Ausgabesignale, die die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses aufweisen, von einem Ausgabeanschluss des anderen Endes an dem amorphen Draht 10 ausgegeben, wie in 8(b) gezeigt ist.
Wie in 7 gezeigt ist, stellt die Impulsoszillationsschaltung 2 eine Kippstufe/ein Flipflop/einen Multivibrator dar, die eine logische integrierte Schaltung (einen Logik-IC) aufweist, in der logische Schaltungen I1 und 12, ein Widerstand r1, der mit einem Eingabe- und einem Ausgabeanschluss (Eingangs- und Ausgangsanschluss) der logischen Schaltung I1 des Logik-ICs verbunden ist, und ein Kondensator C1 enthalten sind, von dem ein Eingabeanschluss mit dem Eingabeanschluss der logischen Schaltung 11 des Logik-ICs verbunden ist und von dem ein anderer Anschluss mit dem Ausgabeanschluss der logischen Schaltung 12 verbunden ist, und der Ausgabeanschluss der logischen Schaltung 12 ist mit dem anderen Ende verbunden, das als ein Ausgabeanschluss des amorphen Drahts 10 dient, und der Stromimpuls, der in 8(a) gezeigt ist, wird mit einer vorherbestimmten Periode/Dauer ausgegeben.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 weist einen Mikrocomputer MC auf, der einen Analog-zu-Digital-Umwandler (A/D-Umwandler) AD, bei dem einer von den Eingabeanschlüssen mit dem anderen Ende verbunden ist, das als der Ausgabeanschluss des amorphen Drahts 10 dient, und der andere Eingabeanschluss geerdet (mit der Masse verbunden) ist, eine zentrale Verarbeitungseinheit CPU, die mit einem Ausgabeanschluss des A/D-Umwandlers AD zur Berechnung unter Verwendung der Ausgabesignale, wie später beschrieben wird, verbunden ist, in denen die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen enthalten sind, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des angelegten Stromimpulses ausgegeben werden, einen Speicher M, der mit der zentralen Verarbeitungseinheit CPU verbunden ist, und ein Display/eine Anzeige D aufweist, das/die mit der zentralen Verarbeitungseinheit CPU verbunden ist, das/die als eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der magnetischen Schwankung/Änderung in Zeitfolge dient.
In dem Speicher M des Mikrocomputers MC ist ein Programm zum Berechnen und Signalverarbeiten der Ausgabesignale gespeichert, in denen die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des angelegten Stromimpulses ausgegeben werden, enthalten sind, wie später beschrieben wird, und die Ausgabespannungen des Magnetimpedanzelements werden durch den A/D-Umwandler AD in digitale Größen umgewandelt und in dem Speicher M gespeichert.
Das heißt, die Signalverarbeitung in dem Mikrocomputer MC wird in Übereinstimmung mit einem Flussdiagramm, das in 9 gezeigt ist, durchgeführt.
Sobald die Verarbeitung gestartet wird, werden zunächst in Schritt 101 die Ausgabesignale des Magnetimpedanzelements 1, die die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen aufweisen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des angelegten Stromimpulses ausgegeben werden, eingegeben und in dem Speicher M als Daten gespeichert.
In Schritt 102 wird eine gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit durch ein später beschriebenes Verfahren extrahiert, in Schritt 103 wird eine gedämpft oszillierende Wechselstromspannung -Vf - Vh bei der Abfallzeit extrahiert, und in Schritt 104 wird der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung -Vf-Vh bei der Abfallzeit das Minuszeichen gegeben, so dass Vf + Vh erhalten wird.
Danach werden in Schritt 105 die Daten der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit und die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vf+ Vh bei der Abfallzeit, deren Vorzeichen umgekehrt worden ist, zusammenaddiert, die Hysteresekomponente -Vh und die Hysteresekomponente +Vh werden aufgehoben, und Vr + Vf wird erhalten, und in Schritt 106 wird nach Aufhebung von Vh auf der Anzeige D Vr + Vf angezeigt, und die Verarbeitung wird beendet.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung des ersten Beispiels mit dem obigen Aufbau werden, wenn der Stromimpuls, der in 8(a) gezeigt ist, an den amorphen Draht 10 durch die Impulsoszillationsschaltung 2 angelegt wird, die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit und die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung -Vf- Vh bei der Abfallzeit als Reaktion auf das Magnetfeld um den amorphen Draht 10 herum, die in 8(b) gezeigt sind, zwischen den zwei Elektroden des amorphen Drahts 10 erzeugt.
Eine Impulsspannung (ein Spannungsimpuls) Vp, die an den amorphen Draht 10 durch die Impulsoszillationsschaltung 2 angelegt wird, wird mit der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit überlagert. Hier gibt -Vh die oben beschriebene Hysteresekomponente an.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung 3, die den Mikrocomputer MC aufweist, wandelt die Ausgabespannungen des Magnetimpedanzelements, die die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr - Vh + Vp bei der Anstiegszeit, bei der die Impulsspannung Vp überlagert ist, und die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung -Vf- Vh bei der Abfallzeit aufweisen, durch den A/D-Umwandler AD in digitale Größen um und speichert sie in dem Speicher M.
Danach wird die überlagerte Impulsspannung Vp entfernt, so dass die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit extrahiert wird, und, da die Polarität von -Vf zu der von Vr umgekehrt wird (positiv zu negativ), wird der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung (-Vf-Vh) bei der Abfallzeit das Minuszeichen gegeben, so dass Vf+ Vh erhalten wird, wie in der folgenden mathematischen Formel 4 gezeigt ist. $- (- Vf - Vh) = Vf + Vh$
Danach werden die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit und die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vf+ Vh bei der Abfallzeit, deren Vorzeichen umgekehrt wird, zusammenaddiert, wie unten in Formel 5 gezeigt ist.
Zudem ist die unten dargestellte Formel 5 gleich der Berechnung einer Summe von Absolutbeträgen der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung bei der Anstiegszeit des Stromimpulses und der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung bei der Abfallzeit des Stromimpulses. $(Vr - Vh) + (Vf + Vh) = Vr + Vf$
Die Summe Vr + Vf, die durch die Addition erhalten wird, wird auf einem Bildschirm der Anzeige D angezeigt.
Wie oben beschrieben wurde, können, wenn die Impulsoszillationsschaltung 2 wiederholt den Stromimpuls bei einer vorherbestimmten Periode anlegt, die magnetischen Signale, die in Zeitreihe oder chronologischer Reihenfolge erfasst werden, in einem Diagramm als zeitlicher Übergang angezeigt werden.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung des ersten Beispiels, die die oben beschriebenen Berechnungen/Operationen anwendet, werden durch den Mikrocomputer MC zum Verwirklichen einer Wirkung als das Hysteresekomponentenaufhebungsmittel, das, wie oben beschrieben wurde, unter Verwendung der zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen funktioniert, selbst in einem Fall, dass durch Anlegen eines derart überhöhten Magnetfelds, dass magnetische Sättigung auftritt, die Hysteresekomponenten erzeugt werden, was in einem Fall, in dem lediglich eine von den gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen erfasst wird, wie bei dem herkömmlichen Beispiel, eine Genauigkeitsabnahme verursacht, die Hysteresekomponenten aufgehoben und entfernt, und der Offset-Fehler kann beseitigt werden. Somit wird die Nullpunktstabilität verbessert, und eine Wirkung der Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung, die höhere Genauigkeit aufweist, wird erzielt.
Das heißt, bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung des ersten Beispiels kann durch Verwenden der magnetischen Information sowohl der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit als auch der gedämpft oszillierenden Spannung -Vf- Vh bei der Abfallzeit ein Einfluss der Absolutbeträge | Vh | der Hysteresekomponenten, die nach Anlegen eines derart überhöhten Magnetfelds erzeugt werden, dass magnetische Sättigung auftritt, ausgeschlossen werden. Infolgedessen kann die Nullpunktstabilität verbessert werden, und eine Wirkung der Ermöglichung, eine Magnetfelderfassungsvorrichtung zu verwirklichen, die hohe Genauigkeit aufweist, bei der der Betrag des Signals relativ zu dem Rauschen der elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung (SN-Verhältnis/Signal-zu-Rausch-Verhältnis) beinahe auf das Doppelte verbessert wird, wird erzielt.
Das heißt, wie in 10(a) gezeigt ist, war es möglich, eine vorteilhafte lineare Kennlinie für das Magnetfeld des Bereichs zu erhalten, in dem die Ausgabe relativ zu dem Magnetfeld in etwa ± 4 µT (Mikrotesla) ist.
Währenddessen tritt in einem Bereich über dem Bereich von ± 4 µT magnetische Sättigung in dem amorphen Draht 10 auf. Jedoch wird selbst bei Rückkehr von dem gesättigten Bereich ein Hysteresephänomen eingeschränkt, und es wird kein Offset gefunden. Wenn das angelegte Magnetfeld null wird, wird die Ausgabe null V, und der Nullpunkt wird nicht veranlasst, zu schwanken.
Dagegen tritt bei der herkömmlichen Magnetfelderfassungsvorrichtung zur Signalverarbeitung basierend auf der gedämpften Oszillation bei einer von der Anstiegszeit und der Abfallzeit, wie in 10(b) gezeigt ist, magnetische Sättigung in dem amorphen Draht in dem Bereich oberhalb des Bereichs von ± 4 µT auf, und bei Rückkehr zu dem Bereich von ± 4 µT wird durch die Hysterese der magnetischen Änderung, die dann durchlaufen wird, die Ausgabe bei dem Nullmagnetfeld einer von zwei Werten p und q, und ein Instabilitätsphänomen des Nullpunkts tritt auf. Dadurch wird die Magnetfelderfassungsvorrichtung des ersten Beispiels zum Lösen des ersten technischen Problems zur Verbesserung der Nullpunktstabilität erhalten.
Im Hinblick auf eine Änderung der Ausgabespannungen relativ zu dem Betrag des Magnetfelds, das heißt die Erfassungsempfindlichkeit, die durch jeweilige lineare Gradienten oder Steigungen in 10(a) und 10(b) ausgedrückt wird, war eine Kennlinie des ersten Beispiels, die in 10(a) gezeigt ist, in etwa 1,8-mal höher in der Empfindlichkeit als eine Kennlinie des herkömmlichen Stands der Technik der Signalverarbeitung basierend auf der gedämpften Oszillation bei einer von der Anstiegszeit und der Abfallzeit, die in 10(b) gezeigt ist.
Daher konnte das Verhältnis des erfassten magnetischen Signals relativ zu dem Halbleiterrauschen der elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung 3 um den Faktor 1,8 verbessert werden.
Daher wird die Lösung des zweiten technischen Problems, das Verhältnis des Betrags des erfassten magnetischen Signals relativ zu dem Rauschen der elektronischen Schaltung der Signalverarbeitungsvorrichtung 3 zu erhöhen, erreicht.
Wie oben beschrieben wurde, konnte die Effektivität der Magnetfelderfassungsvorrichtung des ersten Beispiels bestätigt werden.
Ein Messbeispiel, bei dem ein magnetisches Rauschen, das durch eine elektronische Vorrichtung erzeugt wird, von der Magnetfelderfassungsvorrichtung des ersten Beispiels erfasst wird, ist in 11 mit der horizontalen Zeitachse (Sekunden) und der vertikalen Magnetfeldachse (nT) gezeigt. In etwa 40 nT (Nanotesla) des magnetischen Rauschens der elektronischen Vorrichtung konnten erfasst werden.
Zweites Beispiel
Eine Magnetfelderfassungsvorrichtung eines zweiten Beispiels basiert auf der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform, bei denen, wie in 12 gezeigt ist, das Magnetimpedanzelement 1 die Erfassungsspule 11 aufweist, die um den amorphen Draht 10 herum gewickelt ist, und die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 die zwei Abtast-Halte-Schaltungen 31, 32 zum jeweiligen Abtasten und Halten der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses, der an den amorphen Draht 10 angelegt wird, und die Differenzberechnungsvorrichtung 33 als das Berechnungsmittel für das externe Magnetfeld und das Hysteresekomponentenaufhebungsmittel zum Berechnen der Differenz zwischen den zwei abgetasteten und gehaltenen Spannungen aufweist.
Bei dem oben beschriebenen Magnetimpedanzelement 1, das in dem zu erfassenden externen Magnetfeld angeordnet ist, wie in 12 gezeigt ist, das den amorphen Draht 10 aufweist, bei dem ein Ende geerdet ist, werden, wenn der Stromimpuls, der in 13(a) gezeigt ist, an den Ausgabeanschluss des amorphen Drahts 10 durch die Impulsoszillationsschaltung angelegt wird, die später beschrieben wird, die Ausgabesignale, die die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die in 13(b) gezeigt sind, bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses aufweisen, von dem Ausgabeanschluss der Erfassungsspule 11 ausgegeben.
Die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses werden zwischen zwei Elektroden der Erfassungsspule 11 ausgegeben, die um den amorphen Draht 10 herum gewickelt ist, der das Magnetimpedanzelement 1 darstellt, und basierend auf den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die mit hoher Empfindlichkeit bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, ist die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 ausgebildet, ein Ausgabesignal als das Magnetfeld um den amorphen Draht 10 herum auszugeben.
Wie in 12 gezeigt ist, weist die Impulsoszillationsschaltung 2 die Kippstufe auf, die den Logik-IC aufweist, der die Logikschaltungen 11 und 12, den Widerstand r1, der mit dem Eingabeanschluss der Logikschaltung 12 und dem Ausgabeanschluss der Logikschaltung 11 des Logik-ICs verbunden ist, und den Kondensator C1 aufweist, der mit dem Eingabeanschluss der Logikschaltung 11 des Logik-ICs und dem Ausgabeanschluss der Logikschaltung 12 verbunden ist. Ein Ausgabeanschluss der Kippstufe, das heißt der Impulsoszillationsschaltung 2 ist mit dem amorphen Draht 10 so verbunden, dass er zum Anlegen des Stromimpulses der zeitlichen Breite T an den amorphen Draht 10 ausgebildet ist.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 weist die erste Abtast-Halte-Schaltung 31, die einen ersten analogen Schalter SW1 mit einem Eingabeanschluss n, der mit einem Anschluss der Erfassungsspule 11 verbunden ist, deren anderer Anschluss geerdet ist, und einen ersten Haltekondensator Chi, der zwischen einem Ausgabeanschluss m des ersten analogen Schalters SW1 und der Erde verbunden/geschaltet ist, zum Abtasten und Halten der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung bei der Anstiegszeit des angelegten Stromimpulses von der Erfassungsspule 11 bei einem vorherbestimmten Zeitpunkt in Abstimmung (synchron) mit der Impulsoszillationsschaltung 2 aufweist, die zweite Abtast-Halte-Schaltung 32, die einen zweiten analogen Schalter SW2 mit einem Eingabeanschluss s, der mit dem Anschluss der Erfassungsspule 11 verbunden ist, mit dem der Eingabeanschluss n des ersten analogen Schalters SW1 verbunden ist, und einen zweiten Haltekondensator Ch2, der zwischen einem Ausgabeanschluss t des zweiten analogen Schalters SW2 und der Erde verbunden/geschaltet ist, zum Abtasten und Halten der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung bei der Abfallzeit des Stromimpulses bei einem vorherbestimmten Zeitpunkt in Abstimmung (synchron) mit der Impulsoszillationsschaltung 2 aufweist, die Differenzberechnungsvorrichtung 33, die einen Differenzverstärker (Differentialverstärker) A aufweist, bei dem ein plusseitiger Eingabeanschluss mit dem ersten Haltekondensator Ch1 verbunden ist, ein minusseitiger Eingabeanschluss mit dem zweiten Haltekondensator Ch2 verbunden ist, und die Differenz zwischen einer Spannung des ersten Haltekondensators als Reaktion auf die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung bei der Anstiegszeit des Stromimpulses und einer Spannung des zweiten Haltekondensators als Reaktion auf die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung bei der Abfallzeit des Stromimpulses berechnet wird, und eine Zeitgeberschaltung 34 auf, die mit einem Ausgabeanschluss der Impulsoszillationsschaltung 2 zum Ausgeben von Steuerungssignalen an die Steuerungsanschlüsse u, v des ersten und zweiten analogen Schalters SW1 und SW2 zum Öffnen und Schließen des ersten analogen Schalters SW1 und des zweiten analogen Schalters SW2 zu den jeweils vorherbestimmten Zeitpunkten in Abstimmung mit dem Stromimpuls, der von der Impulsoszillationsschaltung 2 ausgegeben wird, verbunden ist.
Das heißt, die Zeitgeberschaltung 34 weist einen Kondensator C2, bei dem ein Ende (Kontakt) mit dem Ausgabeanschluss der Impulsoszillationsschaltung 2 verbunden ist, und einen Widerstand r2 auf, der mit dem anderen Ende des Kondensators C2, einem Eingabeende eines Logik-ICs 13 und einer Schaltungsleistungsquelle Q verbunden ist, die so ausgebildet sind, dass das Öffnungs-/Schließsteuerungssignal für den ersten analogen Schalter SW1 ausgegeben wird, und weist ebenso einen Kondensator C3, bei dem ein Ende mit einem Ausgabeanschluss eines Logik-ICs 14 verbunden ist, der mit dem Ausgabeanschluss der Impulsoszillationsschaltung 2 verbunden ist, und ein Widerstand r3 auf, der mit dem anderen Ende des Kondensators C3, einem Eingabeende eines Logik-ICs 15 und der Schaltungsleistungsquelle Q verbunden ist, die so ausgebildet sind, dass das Öffnungs-/Schließsteuerungssignal für den zweiten analogen Schalter SW2 ausgegeben wird.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung des zweiten Beispiels, die den oben beschriebenen Aufbau aufweist, werden, wenn der Stromimpuls, der in 13(a) gezeigt ist, an den amorphen Draht 10 des Magnetimpedanzelements 1, das in einem beliebigen Magnetfeld platziert ist, mit einer vorherbestimmten Periode angelegt wird, die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen Vr - Vh und -Vf- Vh, die als Reaktion auf ein Ansteigen und Abfallen des angelegten Stromimpulses wie in 13(b) ansteigen und abfallen, in der Erfassungsspule 11 erzeugt.
Die Zeitgeberschaltung 34 legt die Öffnungs-/Schließsteuerungssignale an den ersten analogen Schalter SW1 und den zweiten analogen Schalter SW2 zu vorherbestimmten Zeitpunkten in Abstimmung (synchron) mit dem Stromimpuls an, der von der Impulsoszillationsschaltung 2 angelegt wird.
Das heißt, durch Einschalten des ersten analogen Schalters SW1 der ersten Abtast-Halte-Schaltung 31 für eine vorherbestimmte Zeitspanne, die durch den Kondensator C2 und den Widerstand r2 bestimmt wird, bei der Anstiegszeit, wenn der Stromimpuls an den amorphen Draht 10 angelegt wird, und anschließendes Wiederausschalten des Schalters wird die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit abgetastet und in dem ersten Haltekondensator Ch1 als eine Gleichstromspannung gehalten.
Durch Einschalten des zweiten analogen Schalters SW2 der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 32 für eine vorherbestimmte Zeitspanne, die durch den Kondensator C3 und den Widerstand r3 bestimmt wird, wenn der Stromimpuls abfällt, und anschließendes Wiederausschalten des Schalters wird die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung -Vf- Vh bei der Abfallzeit abgetastet und in dem zweiten Haltekondensator Ch2 als eine Gleichstromspannung gehalten.
Wie oben beschrieben wurde, halten/speichern der erste und zweite Haltekondensator Ch1 und Ch2 der ersten und zweiten Abtast-Halte-Schaltung 31, 32 jeweils die magnetischen Signale Vr - Vh und -Vf-Vh, die als die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit dienen.
Die zwei Abtast-Halte-Schaltungen 31, 32 sind mit zwei Eingabeanschlüssen des Differenzverstärkers A verbunden, die voneinander verschiedene Polaritäten aufweisen, und der Differenzverstärker A führt eine Verstärkung durch und gibt das magnetische Signal aus.
Die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung Vr - Vh bei der Anstiegszeit wird an den nicht-invertierenden Eingabeanschluss des Differenzverstärkers A eingegeben, und die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung -Vf- Vh bei der Abfallzeit wird an den invertierenden Eingabeanschluss eingegeben.
Die Polarität von -Vf wird zu der von Vr umgekehrt. Jedoch wird, wenn der Differenzverstärker A Differenzverstärkung durchführt, die Polarität umgekehrt und Verstärkung durchgeführt, wie in der folgenden mathematischen Formel 6 gezeigt ist.
Zudem ist (Vr + Vf) in der mathematischen Formel 6 gleich der Berechnung der Summe der Absolutbeträge der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung bei der Anstiegszeit des Stromimpulses und der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung bei der Abfallzeit des Stromimpulses. $K \times {Vr - Vh - (- Vf - Vh)} = K \times (Vr + Vf)$

K: Verstärkungsgrad/-faktor des Differenzverstärkers A

Das obige Berechnungsergebnis wird bezogen. Da die Beträge der magnetischen Signale Vr und Vf einander beinahe gleich sind, wird Addition zum Vorsehen des beinahe doppelten Betrags des Eingabesignals/Eingangssignals durchgeführt.
Das heißt, bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung des zweiten Beispiels hebt der Differenzverstärker A, der die Wirkung des Hysteresekomponentenaufhebungsmittels aufweist, die Hysteresekomponenten Vh, die in den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen enthalten sind, die von der Erfassungsspule 11 bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, und nach Anlegen eines derart überhöhten Magnetfelds, dass magnetische Sättigung auftritt, erzeugt werden, durch die zwei Abtast-Halte-Schaltungen 31, 32, die jeweils die gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses, der von dem Magnetimpedanzelement 1 ausgegeben wird, abtasten und speichern, und durch die Differenzberechnungsvorrichtung 33, die die Differenz zwischen den zwei abgetasteten und gehaltenen Spannungen berechnet, auf. Infolgedessen kann der Offset-Fehler beseitigt werden. Somit wird die Nullpunktstabilität verbessert, die Magnetfelderfassung mit höherer Genauigkeit ermöglicht und eine Wirkung der Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung erzielt, die eine derart hohe Genauigkeit aufweist.
Bei dem zweiten Beispiel wird der Betrag der Signale, die an den Differenzverstärker A eingegeben werden, zum Vorsehen hoher Empfindlichkeit beinahe auf das Doppelte erhöht, und eine Wirkung der Verbesserung des Verhältnisses zwischen dem Signal und dem Rauschen relativ zu dem Halbleitrauschen der elektronischen Schaltung, die als die Verarbeitungsvorrichtung dient, auf beinahe das Doppelte wird erzielt.
Ferner wird, da die magnetischen Signale von der Erfassungsspule 11 bei dem zweiten Beispiel ausgegeben werden, Vr nicht mit der Impulsspannung Vp wie bei dem oben beschriebenen ersten Beispiel überlagert. Somit werden durch Verwenden der einfachen Abtast-Halte-Schaltungen 31, 32 und des Differenzverstärkers A die Hysteresekomponenten Vh eingeschränkt, und die Nullpunktstabilität wird verbessert, während Vr mit beinahe zweimal so hoher Empfindlichkeit extrahiert werden kann, und ein Effekt der Verwirklichung einer kostengünstigen Magnetfelderfassungsvorrichtung, die hohe Genauigkeit aufweist, erreicht wird.
Bei der Magnetfelderfassungsvorrichtung des zweiten Beispiels gibt die Signalverarbeitungsvorrichtung 3 basierend auf den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses zwischen den zwei Elektroden der Erfassungsspule 11, die um den amorphen Draht 10 herum gewickelt ist, ausgegeben werden, das externe Magnetfeldsignal als das externe Magnetfeld um den amorphen Draht 10 herum aus. Somit wird die ausgegebene Information des Magnetimpedanzelements voll genutzt. Daher wird die Magnetfelderfassung mit höherer Empfindlichkeit und höherer Genauigkeit ermöglicht, und eine Wirkung einer Verwirklichung einer Magnetfelderfassungsvorrichtung als ein Magnetimpedanzsensor, der hohe Empfindlichkeit und hohe Genauigkeit aufweist, wird erzielt.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart werden, werden als einige Ausführungsformen zum Erläutern der vorliegenden Erfindung angenommen. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch diese Ausführungsformen beschränkt werden sollte, und beliebige Abwandlungen und Hinzufügungen möglich sind, soweit sie nicht über die technische Idee oder das technische Prinzip basierend auf Beschreibungen des Umfangs der Patentansprüche hinausgehen.
Zum Beispiel ist es möglich, ein erstes abgewandeltes Beispiel anzuwenden, bei dem die Wirkung des Hysteresekomponentenaufhebungsmittels nicht durch Verwendung des Differenzverstärkers A, der in 12 gezeigt ist, sondern durch Kombinieren einer Verstärkerschaltung, die einen Operationsverstärker OP1 und Widerstände r11, r12 aufweist, und einer Verstärkungsschaltung verwirklicht werden, die einen Operationsverstärker OP2 und Widerstände r21, r22, r23 aufweist, wie in 14 gezeigt ist, und die Wirkungen des fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Das heißt, in 14 ist das magnetische Signal Vr - Vh, das von der ersten Abtast-Halte-Schaltung 31 gehalten wird, mit einem polaritätsinvertierenden/vorzeicheninventierenden Verstärker mit einem Verstärkungsgrad von -1 verbunden, der den Widerstand r11, der als ein Eingabewiderstand/Eingangswiderstand dient, den Widerstand r12 und den Operationsverstärker OP1 aufweist. Hier gilt r11 = r12.
Dadurch wird eine Ausgabe des polaritätsinvertierenden Verstärkers (-1) x (Vr - Vh) und wird durch einen polaritätsinvertierenden Additionsverstärker mit einem Verstärkungsfaktor von -K verstärkt, der den Widerstand r22, der als ein Additionseingabewiderstand dient, der mit der Ausgabe verbunden ist, die Widerstände r21 und r23 und den Operationsverstärker OP2 aufweist, und somit an einen Ausgabeanschluss des Additionsverstärkers als - K x (-1) x (Vr - Vh) ausgegeben, was K x (Vr - Vh) ist. Hier gilt K = r23 / r22 = r23 / r21.
Das magnetische Signal -Vf- Vh, das von der zweiten Abtast-Halte-Schaltung 32 gehalten wird, ist mit dem Widerstand r21 verbunden, der als ein anderer Additionseingabewiderstand dient, wird durch den polaritätsinvertierenden Additionsverstärker verstärkt, der den Verstärkungsfaktor - K aufweist, und an den Ausgabeanschluss als - K x (-Vf- Vh) ausgegeben, was K x (Vf + Vh) ist.
Daher wird die Summe, die durch Addition von K x (Vr - Vh) und K x (Vf+ Vh) erhalten wird, die K x (Vr - Vh) + K x (Vf+ Vh) = K x (Vr + Vf) ist, an den Ausgabeanschluss des polaritätsinvertierenden Additionsverstärkers ausgegeben, und die Hysteresekomponenten Vh werden gelöscht. Somit werden sowohl die Wirkung des Hysteresekomponentenaufhebungsmittels als auch des oben beschriebenen Differenzverstärkers verwirklicht, so dass die Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden können.
Bei dem obigen ersten abgewandelten Beispiel wird die Anzahl der benötigten Teile wie zum Beispiel der ICs, die als Operationsverstärker dienen, und der Widerstände erhöht. Da jedoch gewöhnliche Operationsverstärker kostengünstig und dennoch höchst genau sind, können die Operationsverstärker zu niedrigeren Kosten eingebaut werden als der Differenzverstärker (Instrumentenverstärker), der höchst genau aber auch teuer ist. Somit gibt es einen Vorteil bei der Kostenreduzierung.
Es ist möglich, ein zweites abgewandeltes Beispiel anzuwenden, bei dem durch Verwenden einer allgemein bekannten Spannungsverdopplungsgleichrichterschaltung, wie in 15 gezeigt ist, die Wirkung des Berechnungsmittels für das externe Magnetfeld und des Hysteresekomponentenaufhebungsmittels durch Berechnen des Spitze-zu-Spitze-Werts zwischen dem Spitzenwert der erfassten Spannung Vr bei der Anstiegszeit des Stromimpulses und dem Spitzenwert der erfassten Spannung -Vf bei der Abfallzeit des Stromimpulses in jedem Fall der 2(b) bis 2(d) verwirklicht werden, und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, ein drittes abgewandeltes Beispiel anzuwenden, bei dem dieselben Berechnungen/Vorgänge und Wirkungen wie bei den oben beschriebenen Beispielen durch Aufnehmen der Ausgaben der Erfassungsspule in den Computer unter Verwendung des A/D-Umwandlers und Beziehen des Spitze-zu-Spitze-Werts unter Verwendung von Software erreicht werden.
Bei dem oben beschriebenen zweiten Beispiel, wird das Beispiel beschrieben, bei dem die Magnetfelderfassung mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit durch Beziehen der Differenz zwischen der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung der Erfassungsspule bei der Anstiegszeit des Stromimpulses und der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung der Erfassungsspule bei der Abfallzeit des Stromimpulses unter Verwendung des Differenzverstärkers A ermöglicht wird, und die Hysteresekomponenten Vh aufgehoben werden, der Offsetfehler beseitigt wird, und Verbesserung der Nullpunktstabilität erreicht wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Beispiel beschränkt. Zum Beispiel ist es möglich, ein viertes abgewandeltes Beispiel, bei dem dieselben Berechnungen und Wirkungen wie bei dem zweiten Beispiel durch Umkehren und Umwandeln des Vorzeichens der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung der Erfassungsspule bei der Abfallzeit des Stromimpulses und Addieren zu der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannung der Erfassungsspule bei der Anstiegszeit des Stromimpulses erreicht werden, ein fünftes abgewandeltes Beispiel, bei dem nur die Magnetfelderfassung mit hoher Empfindlichkeit durch Verwenden beider gedämpft oszillierender Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses bei der Signalverarbeitung in der Signalverarbeitungsvorrichtung ermöglicht wird, und ein sechstes abgewandeltes Beispiel anzuwenden, bei dem der Offset-Fehler durch Verwenden und Aufheben der Hysteresekomponenten beseitigt wird und lediglich die Nullpunktstabilität verbessert wird.
Ferner wird bei dem oben beschriebenen ersten Beispiel das Beispiel beschrieben, bei dem die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungswellenformen/-schwingungsverläufe verwendet werden, die von dem Magnetimpedanzelement bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Beispiel beschränkt. Es ist möglich, ein siebtes abgewandeltes Beispiel anzuwenden, bei dem der Impulsspannungsschwingungsverlauf Vp von dem gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungsschwingungsverlauf (Vr - Vh + Vp) bei der Anstiegszeit des Stromimpulses durch Verwenden des Impulsspannungsschwingungsverlaufs Vp, der als die gedämpft oszillierende Wechselstromspannung dient, zwischen dem gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungsschwingungsverlauf (Vr - Vh + Vp) bei der Anstiegszeit des Stromimpulses und dem gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungsschwingungsverlauf (- Vf- Vh) bei der Abfallzeit in 8 entfernt wird, und die Magnetfelderfassung mit hoher Genauigkeit durch Verwenden der Impulsspannung Vp durchgeführt wird.
Es ist ebenfalls möglich, ein achtes abgewandeltes Beispiel anzuwenden, bei dem die Magnetfelderfassung mit hoher Empfindlichkeit anhand beider gedämpft oszillierender Wechselstromspannungen, die zwischen den zwei Elektroden des amorphen Drahts bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, und der gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen durchgeführt wird, die zwischen den zwei Elektroden der Erfassungsspule, die um den amorphen Draht herum gewickelt ist, ausgegeben werden.
Bei den oben beschriebenen Beispielen wird das Beispiel, bei dem keine Schaltungen oder Vorrichtungen mit der Differenzberechnungsvorrichtung 33 zu verbinden sind, die als die Signalverarbeitungsschaltung dient, als ein Beispiel beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt. In einem Fall, in dem eine Vergleichsschaltung zusätzlich mit dem Ausgabeanschluss der Differenzberechnungsvorrichtung 33 verbunden ist, und ein magnetisches Rauschen, das ein Ausgabesignal ist, das von dem Ausgabeanschluss der Signalverarbeitungsschaltung ausgegeben wird, einen Betrag größer als eine Referenzspannung aufweist, ist es möglich, einen Aspekt anzuwenden, bei dem ein Informationsvermittlungsmittel zum Vermitteln von Information, während eine Leuchtdiode (LED), die mit dem Ausgabeanschluss der Vergleichsschaltung verbunden ist, Licht ausstrahlt oder eine Anzeigevorrichtung zum ständigen Anzeigen von Erfassungsergebnissen fremder Substanzen und Untersuchungsergebnissen auf einem Display verwendet wird, wenn eine Untersuchung durchgeführt wird, oder wenn es notwendig ist.
Bei den oben beschriebenen Beispielen wird das Beispiel, bei dem hinsichtlich der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der analogen Schalter der Abtast-Halte-Schaltungen die analogen Schalter durch die zwei Öffnungs-/Schließsteuerungssignale in einer festen Phasenbeziehung mit dem Stromimpuls, der an den amorphen Draht 10 angelegt wird, durch die einzelne Impulsoszillationsschaltung 2 und die Zeitgeberschaltung 34 geschlossen werden, als ein Beispiel beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Beispiel beschränkt. Es ist möglich, derartige Öffnungs- und Schließzeitpunkte anzuwenden, dass die analogen Schalter der Abtast-Halte-Schaltungen durch zwei Impulsoszillationsschaltungen 2 oder zwei Zeitgeberschaltungen früher oder geringfügig später als der Stromimpuls, der an den amorphen Draht 10 angelegt wird, geschlossen werden.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise für eine höchst genaue Magnetfelderfassungsvorrichtung auf dem Gebiet der Physik und Chemie, der Erfassung schwacher Magnetfelder und dergleichen verwendet.
Es wird ausdrücklich erklärt, dass alle Merkmale die in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbart sind, dazu gedacht sind, getrennt und unabhängig voneinander zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung und ebenso zum Zwecke des Beschränkens der beanspruchten Erfindung, unabhängig von der Zusammenstellung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen, offenbart zu werden. Es wird ausdrücklich erklärt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Gesamtheiten jeden möglichen Zwischenwert und jede Zwischengesamtheit zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung und ebenso zum Zwecke des Beschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren.

Claims

Magnetfelderfassungsvorrichtung mit einem Magnetimpedanzelement (1), das ausgebildet ist, zwei gedämpft oszillierende Wechselstromspannungen als Reaktion auf ein externes Magnetfeld um einen amorphen Draht (10) herum bei einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit eines Stromimpulses in dem Fall auszugeben, dass der Stromimpuls an besagten amorphen Draht (10) angelegt wird, und einer Signalverarbeitungsvorrichtung (3), die ausgebildet ist, die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen zu verarbeiten, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, und ein Ausgabesignal auszugeben, bei der das Ausgabesignal als Reaktion auf das externe Magnetfeld um besagten amorphen Draht (10) herum basierend auf den gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen ausgegeben wird, die bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses ausgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Signalverarbeitungsvorrichtung (3) ein Hysteresekomponentenaufhebungsmittel aufweist, das ausgebildet ist, Hysteresekomponenten aufzuheben, die in den zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des angelegten Stromimpulses enthalten sind, die in einem Fall, dass das Magnetfeld angelegt wird, durch die Hysterese der magnetischen Änderung, die durchläuft, erzeugt werden.
Magnetfelderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der besagtes Magnetimpedanzelement (1) derart ausgebildet ist, dass die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses zwischen zwei Elektroden besagten amorphen Drahts (10) ausgegeben werden.
Magnetfelderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der besagtes Magnetimpedanzelement (1) derart ausgebildet ist, dass die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses zwischen zwei Elektroden einer Erfassungsspule (11) ausgegeben werden, die um besagten amorphen Draht (10) herum gewickelt ist.
Magnetfelderfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der besagte Signalverarbeitungsvorrichtung ein Berechnungsmittel für ein externes Magnetfeld aufweist, das ausgebildet ist, das externe Magnetfeld um besagten amorphen Draht (10) herum durch Beziehen einer Summe von Absolutbeträgen der zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses zu berechnen.
Magnetfelderfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromimpuls einen Stromimpuls aufweist, der in einem Bereich gleicher Polarität variiert.
Magnetfelderfassungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der besagte Signalverarbeitungsvorrichtung (3) ein Berechnungsmittel aufweist, das ausgebildet ist, jeweils die zwei gedämpft oszillierenden Wechselstromspannungen bei der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Stromimpulses abzutasten und zu halten, und die Differenz zwischen den zwei abgetasteten und gehaltenen Spannungen zu berechnen.