DE102017221394A1

DE102017221394A1 - Magnetfelderfassungssensor

Info

Publication number: DE102017221394A1
Application number: DE102017221394.9A
Authority: DE
Inventors: Junya TANIGAWA; Hiroki Sugiyama; Makoto Ishii; Takahiro SYOUDA
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2018-05-30
Also published as: JP2018091643A; US10371759B2; CN108152765A; US20180149714A1

Abstract

Ein Magnetfelderfassungssensor umfasst ein erstes Magnet-Impedanz-Element und ein zweites Magnet-Impedanz-Element, die jeweils ein magnetisches Material aufweisen, eine Vormagnetisierungsspule, die den Magnetkörper des ersten Magnet-Impedanz-Elements mit einem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt, eine Hochfrequenzschwingschaltung, die den Magnetkörpern des ersten Magnet-Impedanz-Elements und des zweiten Magnet-Impedanz-Elements einen Hochfrequenzstrom zuführt, eine AC-Vormagnetisierungsschaltung, die der Vormagnetisierungsspule einen AC-Vormagnetisierungsstrom zuführt, eine erste Erfassungsschaltung, die ein erstes Erfassungssignal erzeugt auf der Grundlage einer Impedanzänderung des ersten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand, in welchem es mit dem Vormagnetisierungsfeld und einem externen Magnetfeld beaufschlagt ist, und eine zweite Erfassungsschaltung, die ein zweites Erfassungssignal erzeugt auf der Grundlage einer Impedanzänderung des zweiten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand, in welchem es mit dem externen Magnetfeld aber nicht mit dem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
<Gebiet der Erfindung>
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetfelderfassungssensor, in welchem der Magnet-Impedanz-Effekt genutzt wird.
<Beschreibung des Stands der Technik>
Ein bekannter Magnetsensor, der ein Magnet-Impedanz-(MI-) Element unter Ausnutzung des Magnet-Impedanz-Effekts aufweist, ist beispielsweise in den Patentdokumenten 1 bis 3 offenbart. Beispielsweise ändert sich in einem Magnetkörper mit einer Legierung hoher Permeabilität, etwa in einem Draht mit amorpher Legierung, eine Impedanz in Abhängigkeit von einem äußeren Magnetfeld aufgrund des Einflusses des Oberflächeneffekts. Dies ist der Magnet-Impedanz-Effekt.
In der in dem Patentdokument 1 offenbarten Anordnung ist ein MI-Element in einer Colpitts-Schwingschaltung enthalten. Es wird ein AC-Vormagnetisierungsfeld auf das MI-Element ausgeübt, indem einer Spule, die um das MI-Element herumgewickelt ist, ein AC-Vormagnetisierungsstrom eingeprägt wird. Die Schwingschaltung gibt ein amplitudenmoduliertes Signal entsprechend einer Impedanzänderung des MI-Elements in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld und einem Vormagnetisierungsfeld aus. Eine Differenz der Größe des amplitudenmodulierten Signals entspricht einer Intensität des externen Magnetfeldes. Das amplitudenmodulierte Signal wird erfasst, und es wird eine DC-Komponente aus dem erfassten Signal entfernt. Anschließend vergleicht ein Komparator die resultierende erfasste Signalform mit einer Spannung, um ein Ausgangssignal mit einer digitalen Signalform zu erhalten, das pulsbreitenmoduliert ist. Das heißt, eine Intensität des externen Magnetfeldes wird auf der Grundlage einer Betragsänderung der Amplitude des Ausgangssignals der Schwingschaltung erhalten.
In der in der Patentschrift 2 offenbarten Anordnung wird ein hochfrequenter Sinusstrom, der von einer Schwingschaltung ausgegeben wird, an beide Enden eines Magnetkerns eines Dünnschicht-Magnet-Impedanz-Elements mittels einer Pufferschaltung angelegt. Eine Detektorschaltung erfasst eine Betragsänderung eines externen Magnetfeldes auf der Grundlage einer Betragsänderung des Hochfrequenzstroms, der sich entsprechend dem externen Magnetfeld ändert, das auf das Magnet-Impedanz-Element einwirkt. Es ist eine Hysterese-Auslöschschaltung zum Auslöschen einer Hysterese des Magnet-Impedanz-Elements vorgesehen. Eine Vormagnetisierungsspule wird mit Strom gespeist, um einen Arbeitspunkt des Magnet-Impedanz-Elements zu verschieben. Es wird eine Spule für negative Rückkopplung mit Strom entsprechend einem erfassten Magnetfeld gespeist.
In einem Magnetfelderfassungssensor, der in der Patentschrift 3 offenbart ist, wird ein Magnet-Impedanz-Element mit speziellem Aufbau verwendet. Das heißt, die Längsrichtung des Magnet-Impedanz-Elements stimmt mit der Magnetfelderfassungsrichtung überein, und das Magnet-Impedanz-Element ist so aufgebaut, dass es eine magnetische Anisotropie derart hat, dass eine Achse einer leichten Magnetisierung einer magnetischen Schicht mit der Längsrichtung übereinstimmt. Durch die Anpassung der Richtung der Magnetfelderfassungsrichtung und der Achse der leichten Magnetisierbarkeit der magnetischen Schicht können pyramidenförmige Magnet-Impedanz-Charakteristiken erreicht werden. Daher wird das Anwenden einer DC- oder AC-Beaufschlagung bis zu einem Grade, bei welchem die Neigung der Impedanzänderung steil wird, wie dies im Falle von M-förmigen Charakteristiken der Fall ist, unnötig. Da ferner die pyramidenförmigen Charakteristiken bzw. charakteristischen Verläufe eine kleinere Hysterese als die M-förmigen Charakteristiken zeigen, kann die Präzision bei der Erfassung verbessert werden. Da ferner die pyramidenförmigen Charakteristiken eine vorbestimmte Neigung über den gesamten Bereich hinweg aufweisen, kann ein breiterer Erfassungsbereich sichergestellt werden. Daher kann die Stromaufnahme reduziert werden, die Erfassungspräzision kann erhöht werden, und es kann ein größerer Erfassungsbereich erreicht werden.

[Patentdokument 1] JP-A-9-127218
[Patentdokument 2] JP-A-2000-180521
[Patentdokument 3] JP-A-2015-92144

Jedoch hat der Magnetfelderfassungssensor des Stands der Technik, in welchem der Magnet-Impedanz-Effekt eingesetzt wird, wie dies auch in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbart ist, die folgenden Probleme. (1) Der Erfassungsbereich des Magnetfeldes ist klein. (2) Da die Magnet-Impedanz-Charakteristik des Magnet-Impedanz-Elements der M-förmigen Charakteristik entspricht, kann im Falle der Verwendung der AC-Vormagnetisierung eine hochempfindliche Messung nicht erreicht werden, sofern nicht die AC-Vormagnetisierung bis zu einem Pegel hervorgerufen wird, bei welchem die Neigung der Impedanzänderung steil wird. Folglich wird die Stromaufnahme erhöht. (3) Das Magnet-Impedanz-Element mit der M-förmigen Charakteristik zeigt eine größere Hysterese als das Element mit der pyramidenförmigen Charakteristik. Somit wird die Präzision beim Erfassen beeinträchtigt.
Wenn andererseits das Magnet-Impedanz-Element mit der pyramidenförmigen Magnet-Impedanz-Charakteristik eingesetzt wird, wie dies in dem Patentdokument 3 offenbart Ist, kann bei den zuvor genannten Problemen (2) und (3) eine Verbesserung erreicht werden. Wenn jedoch das Magnetfeld unter Anwendung einer Schaltung erfasst wird, die so aufgebaut ist, wie in 1 der Patentschrift 3 gezeigt ist, erscheint ein erforderlicher Puls im Ausgangssignal einer Differenzierschaltung nicht, wie in 6(d) der Patentschrift 3 gezeigt ist, wenn die Größe eines externen Magnetfeldes groß wird. Somit kann die Phase des Pulses nicht erfasst werden und somit kann das Magnetfeld nicht detektiert werden. Folglich kann das zuvor genannte Problem (1) nicht gelöst werden.
ÜBERBLICK
Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen einen Magnetfelderfassungssensor bereit, in welchem eine Stromaufnahme reduziert, die Erfassungspräzision erhöht und ein Magnetfelderfassungsbereich erweitert ist.
In einem Aspekt (1) werden in einer oder mehreren Ausführungsformen ein Magnetfelderfassungssensor bereitgestellt mit einem ersten Magnet-Impedanz-Element und einem zweiten Magnet-Impedanz-Element, die jeweils ein magnetisches Material aufweisen, mit einer Vormagnetisierungsspule, die ein Vormagnetisierungsfeld auf einen Magnetkörper des ersten Magnet-Impedanz-Elements ausübt, mit einer Hochfrequenzschwingschaltung, die dem Magnetkörper des ersten Magnet-Impedanz-Elements und einem Magnetkörper des zweiten Magnet-Impedanz-Elements einen Hochfrequenzstrom zuleitet, mit einer AC-Vormagnetisierungsschaltung, die der Vormagnetisierungsspule einen AC-Vormagnetisierungsstrom zuleitet, mit einer ersten Erfassungsschaltung, die ein erstes Erfassungssignal auf der Grundlage einer Impedanzänderung des ersten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand erzeugt, in welchem dieses mit dem Vormagnetisierungsfeld und einem externen Magnetfeld beaufschlagt ist, mit einer zweiten Erfassungsschaltung, die ein zweites Erfassungssignal auf der Grundlage einer Impedanzänderung des zweiten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand erzeugt, in welchem dieses mit dem externen Magnetfeld und nicht mit dem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist, und mit einer Magnetfeldberechnungseinheit, die eine Größe und eine Richtung des externen Magnetfeldes auf der Grundlage des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals berechnet.
In einem Aspekt (2) erzeugt die erste Erfassungsschaltung ein elektrisches Signal, das sich entsprechend einem Änderungsbetrag der Impedanz ausgehend von einem Referenzpunkt ändert, der ein Extrempunkt der Impedanzcharakteristik des erstes Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand ist, in welchem es nicht mit dem externen Magnetfeld beaufschlagt ist, und die erste Erfassungsschaltung weist eine Amplitudenerfassungsschaltung auf, die Amplituden an jedem Höchstwert erfasst, an welchen sich ein Änderungsverhältnis der Spannung des elektrischen Signals von positiv nach negativ ändert, und umfasst eine Phasenerfassungsschaltung, die einen Zeitpunkt erfasst, an welchem die Spannung des elektrischen Signals den Referenzpunkt passiert.
In einem Aspekt (3) führt die Magnetfeldberechnungseinheit eine Gewichtung unter Anwendung eines Gewichts, das sich situationsgemäß ändert, an dem ersten Erfassungssignal und/oder dem zweiten Erfassungssignal aus, um die Größe des externen Magnetfeldes zu berechnen.
In einem Aspekt (4) berechnet die Magnetfeldberechnungseinheit die Größe und die Richtung des externen Magnetfelds unter Anwendung einer Kombination des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals, die unterschiedliche Erfassungscharakteristiken bzw. charakteristische Verläufe haben, und die Magnetfeldberechnungseinheit führt eine Korrektur der Polarität für jedes Gebiet und eine Offset-Korrektur an der Erfassungscharakteristik des ersten Erfassungssignals und/oder des zweiten Erfassungssignals derart aus, dass die mehreren Erfassungscharakteristiken aneinander ähnlich sind.
In einem Aspekt (5) führt die Magnetfeldberechnungseinheit eine Verstärkungsjustierung an der Erfassungscharakteristik des ersten Erfassungssignals und/oder des zweiten Erfassungssignals derart aus, dass ein nicht-lineares Gebiet, das einem kleinen Magnetfeld entspricht, näherungsweise einem linearen Gebiet entspricht.
Gemäß dem Aspekt (1) kann die Magnetfeldberechnungseinheit die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes unter Anwendung sowohl einer Impedanzänderungscharakteristik (erste Erfassungscharakteristik) des ersten Magnet-Impedanz-Elements in dem Zustand, in welchem es mit dem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist, und unter Änderung einer Impedanzänderungscharakteristik (zweite Erfassungscharakteristik) des zweiten Magnet-Impedanz-Elements in dem Zustand, in welchem es nicht mit dem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist, berechnen. Die erste und zweite Erfassungscharakteristik, wenn sie von unterschiedlicher Art sind, können jeweils in einem nichterfassbaren Zustand liegen oder können eine abnehmende Erfassungsgenauigkeit oder Empfindlichkeit haben in Abhängigkeit von einem Gebiet, das sich in Größe oder dergleichen des Magnetfeldes unterscheidet. Beispielsweise kann jedoch durch geeignetes Verwenden der ersten und zweiten Erfassungscharakteristik entsprechend einer Größe des Magnetfeldes eine hohe Detektiergenauigkeit über einen großen Bereich des Magnetfeldes sichergestellt werden.
Gemäß dem Aspekt (2) erzeugt die erste Erfassungsschaltung das elektrische Signal entsprechend zu dem Impedanzänderungsbetrag in Bezug auf den Referenzpunkt des ersten Magnet-Impedanz-Elements. Daher ist es nicht erforderlich, einen großen Vormagnetisierungsstrom zu erzeugen, um einen Arbeitspunkt in Bezug zu dem Referenzpunkt zu verschieben. Ferner kann ein hochgenaues Erfassungsergebnis beispielsweise in einem Gebiet mit relativ kleinem Magnetfeld erhalten werden, indem die Amplitudenerfassungsschaltung und/oder die Phasenerfassungsschaltung verwendet werden.
Gemäß dem Aspekt (3) kann im Falle der Berechnung einer Größe des Magnetfeldes unter Anwendung sowohl des ersten Erfassungssignals als auch des zweiten Erfassungssignals das Berechnungsergebnis optimiert werden, indem die zuvor beschriebene Gewichtung ausgeführt wird. Wenn beispielsweise die Gewichte für entsprechende Magnetfeldgebiete, die für einen Erfassungsvorgang unter Anwendung des ersten Erfassungssignals und für einen Erfassungsvorgang unter Anwendung des zweiten Erfassungssignals günstig sind, verwendet werden, kann ein Fehler des Berechnungsergebnisses über einen großen Magnetfeldbereich hinweg reduziert werden.
Gemäß dem Aspekt (4) können diese Erfassungscharakteristiken so korrigiert werden, dass sie in ihrer Form sehr ähnlich sind, selbst wenn die Erfassungscharakteristik des ersten Erfassungssignals und die Erfassungscharakteristik des zweiten Erfassungssignals sich in ihrer Form stark unterscheiden. Im Falle der Änderung der Gewichte der mehreren Erfassungscharakteristiken kann somit vermieden werden, dass numerische Werte des Berechnungsergebnisses in einem gewissen Gebiet diskontinuierlich werden, und somit kann der Vorgang der Änderung bzw. der Umschaltung in einfacher Weise ausgeführt werden.
Gemäß dem Aspekt (5) können die Erfassungscharakteristiken so korrigiert werden, dass sie als Ganzes linear sind, indem eine geeignete Verstärkungsjustierung in jedem Gebiet ausgeführt wird, selbst wenn sich in den Erfassungscharakteristiken ein nicht-linearer oder diskontinuierlicher Bereich in dem Gebiet, das einem kleinen Magnetfeld entspricht, ergibt. Daher kann die Erfassungsgenauigkeit über den großen Bereich hinweg verbessert werden.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ermöglicht ein Magnetfelderfassungssensor eine Reduzierung der Stromaufnahme, eine Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit und eine Ausweitung des Magnetfelderfassungsbereichs. Das heißt, es können erste und zweite Erfassungscharakteristiken unterschiedlicher Art einem nicht-detektierbaren Zustand entsprechen oder können zur Abnahme der Erfassungsgenauigkeit oder der Empfindlichkeit in Abhängigkeit von einem Gebiet führen, das sich in Größe oder dergleichen des Magnetfeldes unterscheidet. Beispielsweise kann dennoch durch geeignete Verwendung der ersten und zweiten Erfassungscharakteristik entsprechend einer Größe des Magnetfeldes eine hohe Detektiergenauigkeit über den großen Magnetfeldbereich erreicht werden. Durch die Erzeugung eines elektrischen Signals, das sich entsprechend einem Änderungsbetrag einer Impedanz in Bezug auf einen Referenzpunkt ändert, ist es ferner nicht erforderlich, dass ein Arbeitspunkt in Bezug auf den Referenzpunkt verschoben wird und es ist nicht erforderlich, dass ein hoher DC-Vormagnetlsierungsstrom fließt.
Im Vorhergehenden ist die Erfindung kurz erläutert. Ferner wird ein Modus zum Ausführen der Erfindung nachfolgend beschrieben (im Weiteren als eine „Ausführungsform“ bezeichnet), wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, um die Details der Erfindung weiter zu verdeutlichen.
Figurenliste

1 ist eine Blockansicht, die ein Aufbaubeispiel eines Magnetfelderfassungssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2A und 2B sind perspektivische Ansichten, die Aufbaubeispiele zweier Arten von Magnet-Impedanz-Elementen darstellen.
3 ist ein Graph, der ein konkretes Beispiel einer Magnet-Erfassungscharakteristik des Magnet-Impedanz-Elements zeigt.
4 ist eine Vordeansicht, die ein Beispiel eines Anordnungsmodus und einer magnetempfindlichen Achse mehrerer der Magnet-Impedanz-Elemente und eine Richtung eines externen Magnetfeldes zeigt.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Korrelation zwischen einem Eingangsmagnetfeld und einem Ausgangssignal in dem Magnet-Impedanz-Element zeigt, das mit einer AC-Vormagnetisierung beaufschlagt wird.
6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Änderung von Hauptsignalen bzw. wesentlichen Signalen innerhalb des Magnetfelderfassungssensors zeigt.
7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Änderung der Hauptsignale zeigt, wenn das externe Magnetfeld hoch ist.
8 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Relation zwischen dem externen Magnetfeld und einer Funktionsweise einer Phasenerfassungsschaltung zeigt.
9 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Relation zwischen dem externen Magnetfeld und einer Amplitude zeigt, die von einer Amplitudenerfassungsschaltung erfasst wird.
10 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Relation zwischen dem externen Magnetfeld und einem Signal SG2B zeigt.
11 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Relation zwischen mehreren Arten von Erfassungscharakteristiken und Bereichen zeigt, die jeweils einen günstigen/ungünstigen Bereich repräsentieren.
12 ist ein Graph, der nebeneinander Anfangszustände zweier Arten von Erfassungscharakteristiken zeigt.
13 ist ein Graph, der ein Ergebnis der Korrektur von Verschiebungen der jeweiligen Charakteristiken, die in 12 gezeigt sind, und der Korrektur der Polarität eines Teilgebiets davon zeigt.
14 ist ein Graph, der nebeneinander die beiden in 13 dargestellten Charakteristiken zeigt, wobei ein Ergebnis der Umkehrung der Polarität einer Charakteristik gezeigt ist.
15 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Relation zwischen mehreren Charakteristiken und einer Gewichtung zeigt.
16 ist ein Graph, der eine Charakteristik vor und nach einer Stromumwandlung unter Anwendung des Gewichts zeigt.
17 ist ein Graph, der zwei Charakteristiken nebeneinander für den Fall zeigt, in welchem ein nicht-lineares Gebiet in der Nähe eines singulären Punkts auftritt.
18 ist ein Graph, der die beiden in 17 dargestellten Charakteristiken nebeneinander zeigt, wobei ein Ergebnis der Umkehrung der Polarität einer Charakteristik dargestellt ist.
19 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Relation zwischen den beiden in 18 dargestellten Charakteristiken und dem Gewicht bzw. der Gewichtung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Mit Verweis auf die Zeichnungen werden anschauliche Ausführungsformen beschrieben.
<Aufbaubeispiel eines Magnetfelderfassungssensors 200>
In 1 ist ein Aufbaubeispiel eines Magnetfelderfassungssensors 200 gemäß der Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Der in 1 dargestellte Magnetfelderfassungssensor 200 ist aus einer Ansteuereinheit 20 und einer Erfassungseinheit 30 aufgebaut. Obwohl Details später erläutert sind, ist anzumerken, dass jedes von zwei Magnet-Impedanz-Elementen 12A und 12B, die in der Ansteuereinheit 20 enthalten sind, einen Magnetkörper aufweist, der einen Magnet-Impedanz-Effekt hervorruft. Somit erfasst der Magnetfelderfassungssensor 200 ein externes Magnetfeld unter Anwendung der Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B.
Die in 1 dargestellte Ansteuereinheit 20 umfasst eine Schwingschaltung 21, Brückenschaltungen 22A und 22B und Signalverarbeitungseinheiten 23A und 23B. Eine Brückenschaltung 22A ist aus dem Magnet-Impedanz-Element 12A und drei Widerständen 24, 25 und 26 aufgebaut. In dem Magnet-Impedanz-Element 12A sind das eine Ende und das andere Ende in der Längsrichtung des Magnetkörpers mit der Brückenschaltung 22A verbunden. Die andere Brückenschaltung 22B unterscheidet sich von der Brückenschaltung 22A lediglich in einem Punkt, d.h., das Magnet-Impedanz-Element 12B ist anstelle des Magnet-Impedanz-Elements 12A vorgesehen.
Eine Vormagnetisierungsspule 14 ist um einen Umfang des Magnetkörpers des Magnet-Impedanz-Elements 12A herum angeordnet. Die Vormagnetisierungsspule 14 ist so vorgesehen, dass der Magnetkörper des Magnet-Impedanz-Elements 12A mit einem AC-Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt wird. In dieser Ausführungsform wird die Vormagnetisierungsspule 14 auch zur Erzeugung eines Magnetfeldes für negative Rückkopplung verwendet. Es wird ein AC-Vormagnetisierungssignal SG3 an ein Ende der Vormagnetisierungsspule 14 angelegt. Das andere Ende der Vormagnetisierungsspule 14 liegt auf Masse. Eine Signalform des AC-Vormagnetisierungssignals SG3 liegt etwa als ein Dreiecksignal vor, kann aber auch ein Sinussignal oder ein Rechtecksignal sein.
Die Vormagnetisierungsspule 14 ist nur in dem Magnet-Impedanz-Element 12A vorgesehen, nicht aber in dem anderen Magnet-Impedanz-Element 12B. Das heißt, ein Magnet-Impedanz-Element 12A arbeitet in einem Zustand, in welchem es mit dem AC-Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist, und das andere Magnet-Impedanz-Element 12B arbeitet in einem Zustand, in welchem es nicht mit dem AC-Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist.
Die Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B sind in den Brückenschaltungen 22A und 22B entsprechend als Widerstände enthalten. Die Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B, die in dieser Ausführungsform verwendet sind, zeigen jeweils eine Charakteristik bzw. einen charakteristischen Verlauf, in welchem eine Impedanz (DC-Widerstand) in einem Referenzzustand maximal wird, in welchem kein externes Magnetfeld einwirkt. Widerstandswerte der Widerstände 24, 25 und 26 sind so gewählt, dass die Brückenschaltungen 22A und 22B im Zustand maximaler Impedanz der Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B einen Gleichgewichtszustand einnehmen.
Anschlüsse 22a und 22b auf beiden Eingangsseiten jeweils der Brückenschaltungen 22A und 22B sind entsprechend mit einem Ausgang der Schwingschaltung 21 und Masse verbunden. Die Schwingschaltung 21 liefert eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz von beispielsweise ungefähr mehreren zehn MHz für jede der Brückenschaltungen 22A und 22B in Form eines Signals SG1. Eine Signalform des Signals SG1 ist eine Rechtecksignalform.
Anschlüsse 22c und 22d auf der Ausgangsseite der Brückenschaltung 22A sind mit Eingangsanschlüssen der Signalverarbeitungseinheit 23A verbunden. Anschlüsse 22c und 22d auf der Ausgangsseite der Brückenschaltung 22B sind mit Eingangsanschlüssen der Signalverarbeitungseinheit 23B verbunden.
Die beiden Signalverarbeitungseinheiten 23A und 23B haben den gleichen inneren Aufbau. Die Signalverarbeitungseinheiten weisen jeweils zwei Spitzenwert-Halte-Schaltungen (P/H) 27 und 28 und einen Instrumentenverstärker (INS) 29 auf.
Die Spitzenwert-Halte-Schaltungen 27 erfassen und halten Spitzenspannungen, die an den Anschlüssen 22c der Brückenschaltungen 22A und 22B entsprechend auftreten. Zwei Spitzenwert-Halte-Schaltungen 28 erfassen und halten Spitzenspannungen, die an den Anschlüssen 22d entsprechend der Brückenschaltungen 22A und 22B auftreten. Der Instrumentenverstärker 29 verstärkt eine Spannungsdifferenz zwischen der Spitzenspannung, die von der Spitzenwert-Halte-Schaltung 27 gespeichert wird, und der Spitzenspannung, die von der Spitzenwert-Halte-Schaltung 28 gespeichert wird, und gibt ein Signal SG2 oder SG2B aus.
Die Erfassungsschaltung 30 beinhaltet einen Verstärker (AMP) 31, eine Umschaltschaltung (SW) 32, eine Amplitudenerfassungsschaltung 33, eine Phasenerfassungsschaltung 34, einen Mikrocomputer 35, eine Umschaltschaltung 36 und einen Verstärker 37.
Die Amplitudenerfassungsschaltung 33 umfasst einen Tiefpassfilter (LPF) 33a, einen analogen Schalter 33c und eine Spitzenwert-Halte-Schaltung 33d. Die Phasenerfassungsschaltung 34 umfasst eine Differenzierschaltung 34a, einen Verstärker 34b, eine Differenzierschaltung 34c und einen Komparator (COMP) 34d.
Der Mikrocomputer 35 führt ein Programm aus, das darin im Voraus gespeichert ist, um diverse Steuerungsfunktionen auszuführen, um die Funktionsweise des Magnetfelderfassungssensors 200 zu verwirklichen. Beispielsweise erfasst der Mikrocomputer eine Größe und eine Richtung des externen Magnetfeldes, das auf der Grundlage eines Amplitudenerfassungssignals SG9 erfasst wird, das von der Amplitudenerfassungsschaltung 33 ausgegeben wird, auf der Grundlage eines Phasendifferenzerfassungssignals SG5, das von der Phasenerfassungsschaltung 34 ausgegeben wird, und auf der Grundlage des Ausgangssignals SG2B, das von der Signalverarbeitungseinheit 23B ausgegeben wird, und er gibt erfasste Information über das externe Magnetfeld als ein digitales Ausgangssignals SG10 aus. Der Mikrocomputer 35 gibt ein AC-Vormagnetisierungssignalform-Ausgangssignal SG11 als Dreieckssignal und ein AC-Vormagnetisierungssignalform-Ausgangssignal SG12 als ein Sinussignal aus.
Die AC-Vormagnetisierungssignalform-Ausgangssignale SG11 und SG12 werden über die Umschaltschaltung 36 und den Verstärker 37 der Ansteuereinheit 20 zugeleitet und als das AC-Vormagnetisierungssignal SG3 der Vormagnetisierungsspule 14 zugeführt.
<Aufbaubeispiel eines Magnet-Impedanz-Elements 12>
In 2A und 2B sind entsprechend Aufbaubeispiele zweier Arten von Magnet-Impedanz-Elementen 12 dargestellt. Wie in 2A gezeigt, umfasst das Magnet-Impedanz-Element 12 ein nicht-magnetisches Substrat 12a, eine magnetische Dünnschicht (Magnetschicht) 12b und Elektroden 12c und 12d.
Das nicht-magnetische Substrat 12a ist ein Substrat, das aus einem nicht-magnetischen Körper hergestellt ist, und es ist auf einer Leiterplatte 100 angeordnet. Das nicht-magnetische Substrat 12a ist beispielsweise aus Calciumtitanat, Oxidglas, Titanoxid oder Aluminiumoxid hergestellt und besitzt im Wesentlichen in der Ausführungsform eine Würfelform.
Die magnetische Dünnschicht 12b ist eine Magnetschicht mit Metall einer hohen Permeabilität, ist auf einer Oberfläche des nicht-magnetischen Substrats 12a gegenüberliegend zu einer Oberfläche angeordnet, auf der die gedruckte Leiterplatte 100 angeordnet ist, und hat eine Mäander-Form (Serpentinenform) in der Draufsicht, wie in 2A gezeigt ist. Genauer gesagt, die magnetische Dünnschicht 12b hat die Form einer Rechteckwelle, wobei sich deren Anstieg und der Abfall in der Längsrichtung des nicht-magnetischen Substrats 12a erstrecken, das die im Wesentlichen würfelartige Form hat.
Die magnetische Dünnschicht 12b ist so aufgebaut, dass sie eine magnetische Anisotropie derart hat, dass eine Richtung der leicht magnetisierbaren Achse zu der Längsrichtung der magnetischen Dünnschicht 12b auf der Schichtoberfläche ausgerichtet ist, und die Richtung der Achse der leichten Magnetisierbarkeit der magnetischen Dünnschicht 12b ist zu der Längsrichtung des nicht-magnetischen Substrats 12a als Ganzes ausgerichtet.
Die Elektroden 12c und 12d sind auf der Oberfläche des nicht-magnetischen Substrats 12a entsprechend an beiden Enden der magnetischen Dünnschicht 12b vorgesehen. Die Elektroden 12c und 12d sind mit jeweiligen Elektroden 100a und 100b, die an der Leiterplatte 100 vorgesehen sind, über Verbindungsdrähte entsprechend verbunden. Die Elektroden 100a und 100b, die auf der Leiterplatte 100 vorgesehen sind, sind mit den Anschlüssen 22a und 22c der in 1 dargestellten Brückenschaltung 22 verbunden.
Die gedruckte Leiterplatte 100 hat ferner ein Kerbe 100c auf jeder Seite des Magnet-Impedanz-Elements 12 entlang der Breitenrichtung derart, dass dazwischen das Magnet-Impedanz-Element 12 liegt, wie in 2A gezeigt ist. Die Kerben 100c erstrecken sich von einem Ende der gedruckten Leiterplatte 100 bis in die Nähe des Mittelpunkts der gedruckten Leiterplatte 100.
Die Vormagnetisierungsspule 14 ist um den Umfang des Magnet-Impedanz-Elements 12 mittels der Kerben 100c der gedruckten Leiterplatte 100 gewickelt. Die Richtung der Spulenachse der Vormagnetisierungsspule 14 stimmt daher mit der Längsrichtung des nicht-magnetischen Substrats 12a überein, und daher stimmt die Magnetfelderfassungsrichtung mit der Längsrichtung des Magnet-Impedanz-Elements 12 überein. Da die Richtung der leicht magnetisierbaren Achse mit der Längsrichtung des nicht-magnetischen Substrats 12a übereinstimmt, wie zuvor beschrieben ist, kann man sagen, dass die magnetische Dünnschicht 12b mit einer magnetischen Anisotropie derart versehen ist, dass eine Achse der leichten Magnetisierbarkeit dieser Schicht mit der Magnetfelderfassungsrichtung übereinstimmt.
Wie in 2B dargestellt ist, kann die magnetische Dünnschicht 12b auf einer Rückseite des nicht-magnetischen Substrats 12a vorgesehen sein, d.h. auf einer Oberfläche, auf der die gedruckte Leiterplatte 100 angeordnet ist. Bei einem derartigen Aufbau sind die Elektroden 12c und 12d an beiden Enden der magnetischen Dünnschicht 12b auf der hinteren Oberfläche des nicht-magnetischen Substrats 12a entsprechend vorgesehen. Die Elektroden 100a und 100b auf der gedruckten Leiterplatte 100 sind ebenfalls auf der Rückseite des nicht-magnetischen Substrats 12a vorgesehen. Beide Aufbauten der 2A und 2B können als der Aufbau des Magnet-Impedanz-Elements 12 des in 1 dargestellten Magnetfelderfassungssensors 200 verwendet werden.
Ein Magnet-Impedanz-Element 12A, das in dem in 1 dargestellten Magnetfelderfassungssensor 200 verwendet ist, weist die Vormagnetisierungsspule 14 auf, wie die Magnet-Impedanz-Elemente 12, die in 2A und 2B dargestellt sind. Jedoch ist das andere Magnet-Impedanz-Element 12B nicht mit der Vormagnetisierungsspule 14 versehen, da die Vormagnetisierungsspule nicht erforderlich ist.
<Charakteristiken der Magnet-Erfassung des Magnet-Impedanz-Elements 12>
3 zeigt ein konkretes Beispiel eines charakteristischen Magneterfassungsverlaufs bzw. einer Magneterfassungscharakteristik der Magnet-Erfassung des Magnet-Impedanz-Elements 12. In 3 repräsentiert eine Abszisse eine Größe und eine Richtung [Oe] des externen Magnetfeldes H und eine Ordinate repräsentiert eine Impedanz (DC-Widerstand) [Ω] zwischen beiden Enden in der Längsrichtung der magnetischen Dünnschicht 12b.
Wie in 3 dargestellt ist, wird die Impedanz des Magnet-Impedanz-Elements 12 maximal, wenn die Größe des externen Magnetfeldes Null ist, und wird proportional zu der Größe des externen Magnetfeldes kleiner, wenn das externe Magnetfeld mit positiver Richtung oder negativer Richtung erzeugt wird, und somit einen pyramidenförmigen charakteristischen Verläufe bzw. Charakteristik zeigt. Auf diese Weise können sich die Charakteristiken der Magnet-Impedanz-Elemente 12, 12A und 12B deutlich von den Charakteristiken des allgemeinen Magnet-Impedanz-Elements mit der M-förmigen Charakteristik unterscheiden, wie sie in den Patentschriften 1 und 2 offenbart ist.
Durch Verwenden der Magnet-Impedanz-Elemente 12, 12A und 12B mit der pyramidenförmigen Charakteristik wird eine Steigung der Impedanzänderung in Bezug auf die Änderung des externen Magnetfeldes ausreichend groß, selbst wenn die Impedanz in der Nähe eines Referenzpunktes liegt, der ein Extremwert ist (in diesem Falle ein Spitzenwert), wie in 3 dargestellt ist. Daher kann das externe Magnetfeld mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden, ohne dass ein Arbeitspunkt an eine Position verschoben wird, die von dem Referenzpunkt abweicht, oder ohne dass ein hoher Vormagnetisierungsstrom fließt.
<Art der Anordnung, magnetempfindliche Achse, Richtung des externen Magnetfeldes>
4 zeigt ein Beispiel einer Art einer Anordnung und eine magnetempfindliche Achse der mehreren Magnet-Impedanz-Elemente 12, 12A und 12B und eine Richtung eines externen Magnetfeldes.
Zwei Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B, die in dem in 1 dargestellten Magnetfelderfassungssensor 200 vorgesehen sind, sind beispielsweise entlang der gleichen Achse (Y-Achse) nahe aneinander angeordnet, wie in 4 dargestellt ist. Ferner sind die Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B so nebeneinander angeordnet, dass die Längsrichtungen der magnetischen Dünnschichten 12b übereinstimmen, wie in 4 gezeigt ist.
Daher ist in dem in 4 dargestellten Beispiel die magnetempfindliche Achse jedes der beiden Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B parallel zu der X-Achse. Die Impedanzen der Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B ändern sich daher in einer Weise, wie dies in 3 dargestellt ist, gemäß dem externen Magnetfeld in der positiven oder negativen Richtung der X-Achse.
<Grundlegendes Wirkungsprinzip im Falle der Verwendung eines einzelnen Magnet-Impedanz-Elements 12A>
5 zeigt ein Beispiel einer Korrelation zwischen einem Eingangsmagnetfeld und einem Ausgangssignal in dem Magnet-Impedanz-Element 12A. In einem Graphen der Impedanzcharakteristik 41, der in 5 dargestellt ist, repräsentiert eine Abszisse eine Größe und eine Richtung [A/m] des Eingangsmagnetfeldes H, das auf das Magnet-Impedanz-Element 12A einwirkt, und eine Ordinate repräsentiert eine Impedanz Z (AC-Widerstandswert) [Ω] zwischen beiden Enden in der Längsrichtung der magnetischen Dünnschicht 12b des Magnet-Impedanz-Elements 12A.
Im Falle der Verwendung des anderen Magnet-Impedanz-Elements 12B, das in 1 dargestellt ist, kann der Mikrocomputer 35 die Größe des externen Magnetfeldes unter Anwendung des Signals SG2B erfassen, das durch direktes Umwandeln einer Änderung der in 3 dargestellten Impedanz in eine Spannung erhalten wird, da die AC-Vormagnetisierung nicht ausgeübt wird.
Ein AC-Vormagnetisierungsfeld 42, das durch den durch die Vormagnetisierungsspule 14 fließenden Strom hervorgerufen wird, wirkt auf die magnetische Dünnschicht 12b ein, so dass das Magnet-Impedanz-Element 12A mit einem Referenzpunkt 41r der in 5 dargestellten Impedanzcharakteristik 41 als Zentrum arbeitet. Das in 5 dargestellte Beispiel ergibt sich unter der Annahme, dass das AC-Vormagnetisierungsfeld 42 eine Dreiecksform mit einer Amplitude Vp hat. Das AC-Vormagnetisierungsfeld 42 ändert sich somit mit der Amplitude Vp abwechselnd in der positiven Richtung und der negativen Richtung, wobei der Referenzpunkt 41r als Mittelpunkt dient.
Zusätzlich zu dem AC-Vormagnetisierungsfeld 42 wird das externe Magnetfeld als Zielobjekt der Erfassung an die magnetische Dünnschicht 12b angelegt. Summen 42P, 42N, 42N2, und dergleichen, des externen Magnetfeldes und des AC-Vormagnetisierungsfeldes wirken daher auf die magnetische Dünnschicht 12b ein, wie in 5 dargestellt ist. Das heißt, wenn die Polarität des externen Magnetfeldes positiv ist, wirkt die Magnetfeldsignalform, die die Signalform des AC-Vormagnetisierungsfeldes 42 in die positive Richtung der Größe des externen Magnetfeldes verschiebt, auf die magnetische Dünnschicht 12b als die Summe 42P aus dem externen Magnetfeld und dem AC-Vormagnetisierungsfeld ein. Wenn die Polarität des externen Magnetfeldes negativ ist, wirkt die Magnetsignalform, die die Signalform des AC-Vormagnetisierungsfeldes 42 um die Größe des externen Magnetfeldes in die negative Richtung verschiebt, auf die magnetische Dünnschicht 12b als Summe 42N oder 42N2 des externen Magnetfeldes und des AC-Vormagnetisierungsfeldes ein.
Die Impedanz Z ändert sich entsprechend der Impedanzcharakteristik 41 und entsprechend dem Magnetfeld, das auf die magnetische Dünnschicht 12b einwirkt, d.h. das AC-Vormagnetisierungsfeld 42 und die Summen 42P, 42N und 42N2 des externen Magnetfeldes und des AC-Vormagnetisierungsfeldes. Die Änderung der Impedanz Z kann als Sensorausgangssignale 43, 43P, 43N und 43N2 unter Anwendung von beispielsweise der in 1 dargestellten Brückenschaltung 22A ausgegeben werden.
In 5 entsprechen die Sensorausgangssignale 43, 43P, 43N und 43N2 dem AC-Vormagnetisierungsfeld 42 und den Summen 42P, 42N und 42N2 des externen Magnetfeldes und des AC-Vormagnetisierungsfeldes. Das heißt, Zustände der Sensorausgangssignale 43, 43P, 43N und 43N2 werden auf der Grundlage des externen Magnetfeldes und der Änderung des AC-Vormagnetisierungsfeldes 42 ermittelt. In den in 5 dargestellten Sensorausgangssignalen 43, 43P, 43N und 43N2 repräsentiert eine vertikale Richtung eine Spannung und eine Amplitude des Signals und eine Querrichtung repräsentiert die Zeit t.
Das Sensorsignal 43 wird ausgegeben, wenn das externe Magnetfeld Null ist. Das heißt, das Sensorausgangssignal 43 wird so erhalten, dass es sich entsprechend der Änderung des AC-Vormagnetisierungsfeldes 42 zwischen einer Spannung Vr, die einem Widerstandswert des Referenzpunktes 41r entspricht, und einer Spannung V1 ändert, die zu der Spannung Vr um die Spannung entsprechend der Amplitude Vp verschoben ist.
Wenn das externe Magnetfeld mit positiver Polarität anliegt, wird das Sensorausgangssignal 43P erhalten, das sich entsprechend der Änderung des AC-Vormagnetisierungsfeldes 42 zwischen Spannungen ändert, die um diejenige Spannung nach oben und nach unten verschoben sind, die der Amplitude Vp entsprechen, wobei eine Spannung VrP als Mittelpunkt vorliegt, die um die Größe des externen Magnetfeldes in Bezug zu der Spannung Vr des Referenzpunktes 41r verschoben ist. Wenn das externe Magnetfeld mit negativer Polarität anliegt, wird das Sensorausgangssignal 43N erhalten, das sich entsprechend der Änderung des AC-Vormagnetisierungsfeldes 42 zwischen Spannungen ändert, die um die Spannung entsprechend zu der auf eine Spannung VrN zentrierte Amplitude Vp verschoben sind, die durch die Größe des externen Magnetfeldes in Bezug auf die Spannung Vr des Referenzpunktes 41 r verschoben ist.
Individuelle Änderungen entsprechend der Änderung der Größe und der Richtung des externen Magnetfeldes ergeben sich aus den Sensorausgangssignalen 43, 43P und 43N, wie in 5 dargestellt ist. Die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes können daher auf der Grundlage der Sensorausgangssignale 43P und 43N angegeben werden.
Wenn die Größe des externen Magnetfeldes kleiner als die Amplitude Vp des AC-Vormagnetisierungsfeldes 42 ist, wird das Sensorausgangssignal 43N2 entsprechend einer Änderung des Magnetfeldes 42N2 erhalten. In diesem Falle tritt ein Scheitelpunkt Px1 oder Px2, an welchem sich die Änderungsrichtung der Spannung des Sensorausgangssignals 43N2 ändert, an einem Zeitpunkt auf, an welchem das Magnetfeld 42N2 den Referenzpunkt (das Magnetfeld ist gleich Null) 41 r durchläuft. Zeitpunkte, an denen die Scheitelpunkte Px1 und Px2 auftreten, ändern sich entsprechend der Größe des externen Magnetfeldes. Die Größe des externen Magnetfeldes kann daher beispielsweise durch Messen einer Phasendifferenz zwischen den Scheitelpunkten Px1 und Px2 berechnet werden.
<Beispiel der Änderung von wesentlichen Signalen in dem Magnetfelderfassungssensor 200>
6 zeigt ein Beispiel der Änderung der wesentlichen Signale in dem Magnetfelderfassungssensor 200. In jedem in 6 dargestellten Signal repräsentiert eine Abszisse eine gemeinsame Zeit t und eine Ordinate repräsentiert eine Spannung.
Eine Signalform des AC-Vormagnetisierungssignals SG3, das der Vormagnetisierungsspule 14 zugeleitet ist, ist eine Dreiecksform, wie in 6 dargestellt ist. Das AC-Vormagnetisierungssignal SG3 wird auf der Grundlage eines Signals SG01 mit Rechtecksignalform, die aus dem Mikrocomputer 35 ausgegeben wird, erzeugt.
Wenn beispielsweise das Signal SG01 von einer niedrigen Spannung VL auf eine hohe Spannung VH zum Zeitpunkt t11 ansteigt, beginnt eine Spannung des AC-Vormagnetisierungssignals SG3 mit einer konstanten Steigung kleiner zu werden und behält diesen abnehmenden Zustand bei, bis das Signal SG01 von der hohen Spannung VH auf die niedrige Spannung VL zum Zeitpunkt t12 abfällt. Zum Zeitpunkt t12 beginnt ein Anstieg der Spannung des AC-Vormagnetisierungssignals SG3 mit konstanter Steigung und dieser zunehmende Zustand wird beibehalten, bis das Signal SG01 zum Zeitpunkt t13 von der niedrigen Spannung VL auf die hohe Spannung VH ansteigt. Das Dreieckssignal wird erzeugt, indem diese Vorgänge wiederholt werden.
Signale SG2-A, SG2-B und SG2-C, die in 6 dargestellt sind, entsprechen jeweils einem Ausgang der Brückenschaltung 22A, beispielsweise einer Signalform des Signals SG2, das von der Signalverarbeitungseinheit 23A in 1 ausgegeben wird. Signale SG4-A, SG4-B und SG4-C entsprechen jeweils einem Ausgangssignal der Differenzierschaltung, beispielsweise einer Signalform des Signals SG4, das aus der Differenzierschaltung 34c in 1 ausgegeben wird. Die Signale SG2-A und SG4-A repräsentieren jeweils einen Zustand, in welchem das externe Magnetfeld gleich Null ist. Die Signale SG2-B und SG4-B repräsentieren jeweils einen Fall, in welchem das externe Magnetfeld positive Polarität hat. Die Signale SG2-C und SG4-C repräsentieren jeweils einen Fall, in welchem das externe Magnetfeld negative Polarität hat.
Die Signalform des in 6 gezeigten Signals SG2-A ändert sich in gleicher Weise wie das in 5 dargestellte Sensorausgangssignal 43. Das heißt, das Signal SG2-A nimmt eine niedrige Spannung VL2 entsprechend dem Referenzpunkt 41r jeweils zu den Zeitpunkten t22, t24 und dergleichen an, an denen die Spannung des AC-Vormagnetisierungssignals SG3 Null wird. Das Signal SG2-A ändert sich auf eine Spannung, die höher als VL2 ist, entsprechend der Spannungsänderung des Vormagnetisierungssignals SG3 während einer Zeitdauer, die nicht den zuvor genannten Zeitpunkten entspricht. Die Signalform des Signals SG2-A wird daher zu einem Dreieckssignal, wobei jedoch eine Periode davon der Hälfte der Periode des Vormagnetisierungssignals SG3 entspricht.
<Der Fall, in welchem das externe Magnetfeld gleich Null ist>
In dem Signal SG2-A sind die Amplituden A1 und A2 gleich. Die Amplitude A1 repräsentiert eine Amplitude eines Scheitelpunkts, an welchem die Spannung des Vormagnetisierungssignals SG3 von ansteigendem Verhalten zum abfallenden Verhalten an jedem der Zeitpunkte t21, t25, t29, und dergleichen umschwenkt. Die Amplitude A2 repräsentiert eine Amplitude eines Scheitelpunkts, an welchem die Spannung des Vormagnetisierungssignals SG3 vom abfallenden Verhalten zum ansteigenden Verhalten jeweils an den Zeitpunkten t23, t27, und dergleichen umschwenkt.
In der Signalform des in 6 gezeigten Signals SG4-A tritt ein Puls mit negativer Polarität Pn mit einer kleinen zeitlichen Breite an einem Scheitelpunkt auf, an welchem sich die Spannung des Signals SG2-A vom ansteigenden Verlauf in den abfallenden Verlauf jeweils zu den Zeitpunkten t21, t23, t25, und dergleichen ändert. Ferner tritt in der Signalform des Signals SG4-A ein Puls mit positiver Polarität Pp mit einer kleinen zeitlichen Breite an einem Scheitelpunkt auf, an welchem sich die Spannung des Signals SG2-A vom abfallenden Verhalten zum ansteigenden Verhalten jeweils an den Zeitpunkten t22, t24, t26, und dergleichen ändert.
Beispielsweise beträgt in der Signalform des Signals SG4-A eine Zeitdauer T zwischen zwei benachbarten Pulsen mit positiver Polarität Pp gleich der Hälfte einer Periode bzw. Zeitdauer T0 des Signals SG01 und ist konstant. Dies gilt auch für den Puls mit negativer Polarität Pn. Unter der Annahme, dass eine Frequenz des Signals SG01 gleich f0 ist, ergibt sich die Periode T0 durch das Reziproke der Frequenz, d.h. (1/f0).
<Der Fall, in welchem das externe Magnetfeld mit positiver Polarität ansteht>
In dem Signal SG2-B sind Amplituden A1B und A2B unterschiedlich. Die Amplitude A1B repräsentiert eine Amplitude eines Scheitelpunkts, an welchem sich die Spannung des Vormagnetisierungssignals SG3 vom ansteigenden Verhalten in das abfallende Verhalten zum Zeitpunkt t55 während einer einzelnen Periode T0 des Signals SG01 ändert. Die Amplitude A2B repräsentiert eine Amplitude eines Scheitelpunkts, an welchem sich die Spannung des Vormagnetisierungssignals SG3 zum Zeitpunkt t57 vom abfallenden Verhalten zum ansteigenden Verhalten ändert.
Das Signal SG2-B wird von dem externen Magnetfeld mit positiver Polarität, das auf die magnetische Dünnschicht 12b einwirkt, beeinflusst. Daher ist die Amplitude A1B größer als die Amplitude A1 in dem Falle, dass das externe Magnetfeld gleich Null ist, während die Amplitude A2B kleiner als die Amplitude A2 in dem Falle ist, dass das externe Magnetfeld gleich Null ist. Anders ausgedrückt, da Änderungen der Amplituden A1 B und A2B die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes angeben, können die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes unter Anwendung der Amplitude A1B und/oder A2B berechnet werden.
In der Signalform des in 6 dargestellten Signals SG4-B tritt ein Puls mit negativer Polarität Pn mit einer kleinen zeitlichen Breite an einem Scheitelpunkt auf, an welchem sich die Spannung des Signals SG2-B vom ansteigenden Verlauf in den abfallenden Verlauf jeweils zu Zeitpunkten t51, t53, t55, und dergleichen ändert. Ferner tritt in der Signalform des Signals SG4-B ein Puls mit positiver Polarität Pp mit kleiner zeitlicher Breite an einem Scheitelpunkt auf, an welchem sich die Spannung des Signals SG2-B vom abfallenden Verlauf in den ansteigenden Verlauf jeweils zu Zeitpunkten t52, t54, t56, und dergleichen ändert.
Ein Zeitpunkt des Pulses mit positiver Polarität Pp in der Signalform dieses Signals SG4-B ist im Vergleich zu demjenigen des Signals SG4-A verschoben. Anders ausgedrückt, das externe Magnetfeld beeinflusst eine Phase des Pulses Pp, d.h. einen Zeitpunkt, an welchem dieses Signal den Referenzpunkt 41r der Impedanzcharakteristik des Magnet-Impedanz-Elements 12A durchläuft. Beispielsweise ist die Zeitdauer T zwischen dem Puls Pp zum Zeitpunkt t54, an welchem ein Anstieg der Spannung dieses Signals SG4-B beginnt, und dem Puls Pp zum Zeitpunkt t56, an welchem ein nächster Anstieg der Spannung dieses Signals SG4-B beginnt, größer als die Zeitdauer des Signals SG4-A.
Anders ausgedrückt, die Zeitdauer T zwischen den zwei benachbarten Pulsen mit positiver Polarität Pp gibt die Phasendifferenz jedes Pulses Pp wieder, die durch den Einfluss des externen Magnetfeldes hervorgerufen wird. Die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes können daher durch Erfassung der Zeitdauer T oder der Phasendifferenz jedes Pulses Pp berechnet werden.
<Der Fall, in welchem das externe Magnetfeld mit negativer Polarität ansteht>
In dem Signal SG2-C sind Amplituden A1C und A2C unterschiedlich. Die Amplitude A1C repräsentiert eine Amplitude eines Scheitelpunkts, an welchem sich die Spannung des Vormagnetisierungssignals SG3 vom ansteigenden Verlauf zum abfallenden Verlauf zu einem Zeitpunkt t75 während einer einzelnen Periode T0 des Signals SG01 ändert. Die Amplitude A2C repräsentiert eine Amplitude eines Scheitelpunkts, an welchem sich zum Zeitpunkt t77 die Spannung des Vormagnetisierungssignals SG3 vom abfallenden Verlauf zum ansteigenden Verlauf ändert.
Das Signal SG2-C wird von dem externen Magnetfeld mit negativer Polarität, das auf die magnetische Dünnschicht 12b einwirkt, beeinflusst. Daher ist die Amplitude A1C kleiner als die Amplitude A1 im Falle, dass das externe Magnetfeld gleich Null ist, während die Amplitude A2C größer als die Amplitude A2 in dem Falle ist, dass das externe Magnetfeld gleich Null ist. Anders ausgedrückt, da die Änderung jeweils der Amplituden A1C und A2C die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes wiedergibt, können die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes unter Anwendung der Amplituden A1C und/oder A2C berechnet werden.
In der Signalform des in 6 dargestellten Signals SG4-C tritt ein Puls mit negativer Polarität Pn mit einer kleinen zeitlichen Breite an einem Scheitelpunkt auf, an welchem sich jeweils an Zeitpunkten t71, t73, t75, usw. die Spannung des Signals SG2-C vom ansteigenden Verlauf zum abfallenden Verlauf ändert. Ferner tritt in der Signalform des Signals SG4-C ein Puls mit positiver Polarität Pp mit kleiner zeitlicher Breite an einem Scheitelpunkt auf, an welchem sich jeweils an Zeitpunkten t72, t74, t76, usw. die Spannung des Signals SG2-C vom abfallenden Verlauf zum ansteigenden Verlauf ändert.
Ein Zeitpunkt des Pulses mit positiver Polarität Pp in der Signalform dieses Signals SG4-C ist im Vergleich zu demjenigen des Signals SG4-A verschoben. Anders ausgedrückt, das externe Magnetfeld beeinflusst eine Phase des Pulses Pp, d.h. einen Zeitpunkt bzw. einen Zeitverlauf, an welchem die Summe der magnetischen Felder den Referenzpunkt 41r der Impedanzcharakteristik des Magnet-Impedanz-Elements 12A passiert. Beispielsweise ist die Zeitdauer T zwischen dem Puls Pp zum Zeitpunkt t74, an welchem ein Anstieg der Spannung des Signals SG4-C beginnt, und dem Puls Pp zum Zeitpunkt t76, an welchem ein weiterer Anstieg der Spannung des Signals SG4-C beginnt, kleiner als die Zeitdauer im Falle des Signals SG4-A.
Anders ausgedrückt, die Zeitdauer T zwischen zwei benachbarten Pulsen positiver Polarität Pp gibt die Phasendifferenz jedes Pulses Pp wieder, die durch den Einfluss des externen Magnetfeldes hervorgerufen wird. Die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes können daher durch Erfassung der Zeitdauer T oder der Phasendifferenz jedes Pulses Pp berechnet werden.
<Beispiel einer Änderung von wesentlichen Signalen, wenn das externe Magnetfeld groß ist>
7 zeigt ein Beispiel von Änderungen der wesentlichen Signale, wenn das externe Magnetfeld groß ist. In jedem in 7 dargestellten Signal repräsentiert eine Abszisse die gemeinsame Zeit t und eine Ordinate repräsentiert eine Spannung. Die Signale SG01, SG3, SG2-A und SG4-A, die in 7 dargestellt sind, sind gleich zu den in 6 dargestellten Signalen.
Signale SG2-A, SG2-D und SG2-E, die in 7 dargestellt sind, entsprechen jeweils einem Ausgangssignal der Brückenschaltung 22A, beispielsweise einer Signalform des Signals SG2, das von der Signalverarbeitungseinheit 23A in 1 ausgegeben wird. Signale SG4-A, SG4-D und SG4-E entsprechen jeweils einem Ausgangssignal der Differenzierschaltung, beispielsweise einer Signalform des Signals SG4, das von der Differenzierschaltung 34c in 1 ausgegeben wird.
Die Signale SG2-A und SG4-A repräsentieren jeweils einen Zustand, in welchem das externe Magnetfeld gleich Null ist. Die Signale SG2-D und SG4-D repräsentieren jeweils einen Fall, in welchem das externe Magnetfeld positive Polarität hat und die Größe bzw. der Betrag größer als die Amplitude Vp der AC-Vormagnetisierung ist. Die Signale SG2-E und SG4-E repräsentieren jeweils einen Fall, in welchem das externe Magnetfeld negative Polarität hat und die Größe bzw. der Betrag größer als die Amplitude Vp der AC-Vormagnetisierung ist.
Da in dem in 7 dargestellten Beispiel das externe Magnetfeld größer als die Amplitude Vp ist, haben die Signale SG2-D und SG2-E jeweils eine Signalform, die im Wesentlichen gleich zu jener des Vormagnetisierungssignals SG3 ist. Eine Phase des Pulses positiver Polarität Pp, der in dem Signal SG4-D auftritt, wird daher konstant, und eine Zeitdauer T zwischen zwei benachbarten Pulsen Pp wird ebenfalls konstant. In ähnlicher Weise wird eine Phase eines Pulses positiver Polarität Pp, der in dem Signal SG4-E auftritt, konstant, oder eine Zeitdauer T zwischen zwei benachbarten Pulsen Pp wird ebenfalls konstant.
Daher kann in dem in 7 dargestellten Zustand das externe Magnetfeld nicht aus der Phase oder der Zeitdauer des Pulses in dem Signal SG4-D oder SG4-E erfasst werden. Anders ausgedrückt, eine Änderung der Phase des Pulses Pp kann nur erfasst werden, wenn die Größe des externen Magnetfeldes kleiner als die Amplitude Vp der AC-Vormagnetisierung ist, wie dies für die Signale SG4-B und SG4-C der Fall ist, die in 6 dargestellt sind.
Da selbst in dem in 7 dargestellten Zustand die Amplituden A1D und A2D des Signals SG2-D jeweils die Größe des externen magnetischen Feldes wiedergeben, können jedoch die Größe und die Richtung des externen Magnetfelder auf der Grundlage der Amplitude A1D und/oder A2D erfasst werden. Da in ähnlicher Weise die Amplituden A1E und A2E des Signals SG2-E jeweils die Größe des externen Magnetfeldes wiedergeben, können die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes auf der Grundlage der Amplitude A1E und/oder A2E erfasst werden.
<Funktion der Erfassungseinheit 30>
Das von dem Instrumentenverstärker 29 der Ansteuereinheit 20 ausgegebene Signal SG2 wird dem Verstärker 31 in der Erfassungseinheit 30, die in 1 dargestellt ist, zugeleitet. Wenn das externe Magnetfeld gleich Null ist, zeigt das Signal SG2 eine Dreiecksform wie das Signal SG2-A, das in 6 dargestellt ist. Wenn das externe Magnetfeld die positive Polarität und die negative Polarität hat, hat das Signal SG2 Signalformen wie jene der Signale SG2-B und SG2-C, wie in 6 dargestellt ist. Wenn die Größe des externen Magnetfeldes gleich oder größer als die Amplitude Vp des Vormagnetisierungssignals ist, hat das Signal SG2 eine Signalform wie diejenige des Signals SG2-D oder SG2-E, die in 7 dargestellt sind. Das Signal SG2 wird von dem Verstärker 31 verstärkt und selektiv der Amplitudenerfassungsschaltung 33 und/oder der Phasenerfassungsschaltung 34 über den Schaltvorgang der Umschaltschaltung 32 zugeführt.
<Funktion der Amplitudenerfassungsschaltung 33>
In der Amplitudenerfassungsschaltung 33 wird ein Signal mit einer Signalform, die im Wesentlichen gleich zu derjenigen des Signals SG2-A, SG2-B oder SG2-C ist, die in 6 dargestellt sind, einem Eingang des Tiefpassfilters (LPF) 33a zugeleitet. Der Tiefpassfilter 33a führt eine Integration an dem Eingangssignal aus, um Hochfrequenzkomponenten zu entfernen. Wenn somit beispielsweise ein Dreieckssignal eingespeist wird, gibt der Tiefpassfilter 33a ein Signal SG6 mit einer Signalform aus, die einer Sinuswelle angenähert ist.
Der analoge Schalter 33c wird durch ein Ein-Aus-Signal SG8, das aus dem Vormagnetisierungssignal SG3 des Mikrocomputers 35 erzeugt wird, gesteuert. Das von dem Tiefpassfilter 33a ausgegebene Signal SG6 wird über den analogen Schalter 33c der Spitzenwert-Halte-Schaltung 33d zugeleitet.
Die Spitzenwert-Halte-Schaltung 33d kann einen Spannungshöchstwert eines Signals SG7, das von dem analogen Schalter 33c ausgegeben wird, erfassen und halten. Folglich können beispielsweise Spannungen, die den Amplituden A1B, A2B, A1C und A2C der Signale SG2-B und SG2-C entsprechen, die in 6 dargestellt sind, jeweils als das Amplitudenerfassungssignal SG9 ausgegeben werden.
<Funktion der Phasenerfassungsschaltung 34>
In der Phasenerfassungsschaltung 34 wird aus der Umschaltschaltung 32 ein Signal mit einer Signalform, die im Wesentlichen äquivalent zu jener des Signals SG2-A, SG2-B oder SG2-C ist, die in 6 dargestellt sind, der Differenzierschaltung 34a zugeleitet. In der Phasenerfassungsschaltung 34 wird das eingespeiste Signal durch die Differenzierschaltung 34a differenziert, von dem Verstärker 34b verstärkt und erneut durch die nächste Differenzierschaltung 34c differenziert, wodurch das Signal SG4 erzeugt wird.
Somit wird wie bei den Signalen SG4-B und SG4-C, die in 6 dargestellt sind, ein Puls mit negativer Polarität Pn zum Zeitpunkt jedes Scheitelpunkts erzeugt, an welchem sich die Spannung des Signals SG2-B oder SG2-C vom ansteigenden Verlauf zum abfallenden Verlauf ändert. In ähnlicher Weise wird ein Puls mit positiver Polarität Pp zum Zeitpunkt (Zeitpunkt des Durchlaufens des Referenzpunkts 41 r) jedes Scheitelpunkts erzeugt, an welchem sich die Spannung des Signals SG2-B oder SG2-C vom ansteigenden Verlauf zum abfallenden Verlauf ändert.
Der Komparator (COMP) 34d vergleicht die Spannung des von der Differenzierschaltung 34c ausgegebenen Signals SG4 mit einem Schwellenwert und gibt das Vergleichsergebnis als ein binäres Signal aus. Das binäre Signal ist das Phasendifferenzerfassungssignal SG5, das in genauer Weise einen Zeitpunkt jedes Pulses mit positiver Polarität Pp repräsentiert.
<Grundlegende Funktionsweise des Mikrocomputers 35>
Der Mikrocomputer 35 kann eine Spannung des Amplitudenerfassungssignals SG9 messen, das von der Amplitudenerfassungsschaltung 33 ausgegeben wird, wodurch beispielsweise die Amplitude A1B und/oder A2B erfasst wird, die in 6 gezeigt sind, und kann die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes auf der Grundlage des erhaltenen Ergebnisses berechnen. Des Weiteren kann der Mikrocomputer 35 beispielsweise eine Länge jeder Zeitdauer T, die in 6 dargestellt ist, auf der Grundlage eines Zeitverlaufs des Phasendifferenzerfassungssignals SG5, das aus der Phasenerfassungsschaltung 34 ausgegeben wird, messen und kann die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes auf der Grundlage des gemessenen Ergebnisses berechnen.
Ferner kann der Mikrocomputer 35 eine Spannung des aus der Signalverarbeitungseinheit 23B ausgegebenen Signals SG2B abtasten und die abgetastete Spannung in ein digitales Signal umwandeln, um den Spannungswert zu ermitteln. Diese Spannung entspricht einer Änderung der Impedanz, wie in 3 dargestellt ist, und somit kann die Größe des externen Magnetfeldes aus dem Spannungswert berechnet werden.
<Beziehung zwischen dem externen Magnetfeld und der Funktionsweise der Phasenerfassungsschaltung 34>
8 zeigt eine Beziehung zwischen dem externen Magnetfeld und einer Funktionsweise der Phasenerfassungsschaltung 34. Charakteristik bzw. charakteristischer Verlauf C71, die in 8 dargestellt ist, repräsentiert ein Beispiel von Erfassungscharakteristiken der Phasenerfassungsschaltung 34 in der Erfassungseinheit 30. In 8 repräsentiert eine Abszisse eine Größe und eine Richtung [A/m] des externen Magnetfeldes H und eine Ordinate repräsentiert eine Länge der Zeitdauer T (siehe 6 und 7) des Pulses mit positiver Polarität Pp in dem Signal SG4 oder SG5 der Phasenerfassungsschaltung 34.
In der Charakteristik C71 beträgt die Zeitdauer T, die in einem Zustand erfasst wird, in welchem das externe Magnetfeld gleich Null ist, (1/(2·f0)), wie in 8 dargestellt ist. Die Frequenz f0 ist eine Grundfrequenz des Signals SG01. Die erfasste Zeitdauer T erhöht sich proportional linear gemäß der Änderung der Größe des externen Magnetfeldes H in einem Bereich des externen Magnetfeldes H von -Vp < H < +Vp. Vp repräsentiert die Amplitude des AC-Vormagnetisierungsfeldes. Die erfasste Zeitdauer T ist konstant, d.h., T = (1/f0) in einem Bereich des externen Magnetfeldes H, der nicht größer als -Vp oder nicht kleiner als +Vp ist.
Anders ausgedrückt, der Mikrocomputer 35 kann die Größe und Richtung des externen Magnetfeldes H auf der Grundlage einer Berechnungsformel, die der Charakteristik C71 entspricht, und der Zeitdauer T des Phasendifferenzerfassungssignals SG5, das von der Phasenerfassungsschaltung 34 ausgegeben wird, berechnen, sofern das externe Magnetfeld H im Bereich vom -Vp < H < +Vp liegt.
Aus der in 8 dargestellten Charakteristik C71 kann die Richtung des externen Magnetfeldes H als die positive Richtung bestimmt werden, wenn die erfasste Zeitdauer T größer als (1/(2·f0)) ist, und kann als die negative Richtung ermittelt werden, wenn die erfasste Zeitdauer T kleiner als (1/(2·f0)) ist.
In dem Bereich des externen Magnetfeldes H, in welchem es nicht größer als -Vp oder nicht kleiner als +Vp ist, kann jedoch das externe Magnetfeld H aus der erfassten Zeitdauer T nicht berechnet werden. Der Mikrocomputer 35 berechnet daher die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes H unter Anwendung des Amplitudenerfassungssignals SG9, das aus der Amplitudenerfassungsschaltung 33 ausgegeben wird, im Bereich des externen Magnetfeldes H, in welchem es nicht größer als -Vp oder nicht kleiner als +Vp ist.
<Beziehung zwischen dem externen Magnetfeld und der von der Amplitudenerfassungsschaltung 33 erfassten Amplitude>
9 zeigt eine Beziehung zwischen dem externen Magnetfeld und einer von der Amplitudenerfassungsschaltung 33 erfassten Amplitude. Charakteristiken C81 und C82, die in 9 dargestellt sind, repräsentieren Charakteristiken bzw. charakteristische Verläufe bezüglich der Erfassung der Amplitudenerfassungsschaltung 33. Die Charakteristiken C81 und C82 entsprechen den in 6 dargestellten Amplituden A1 und A2 in dem Amplitudenerfassungssignal SG9, das aus der Amplitudenerfassungsschaltung 33 ausgegeben wird.
Die Amplitude A1 repräsentiert eine Spannung [V] der Amplitude des Signals SG2 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Signal SG01 ansteigt. Die Amplitude A2 repräsentiert eine Spannung [V] der Amplitude des Signals SG2 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Signal SG01 abnimmt. In 9 repräsentiert eine Abszisse eine Größe und eine Richtung [A/m] des externen Magnetfeldes H und eine Ordinate repräsentiert Spannungen der Amplituden A1 und A2.
Wie in 9 dargestellt ist, wird in der Charakteristik C81 die Spannung der Amplitude A1 minimal, wenn die Größe des externen Magnetfeldes H auf Seite der negativen Polarität 2Vp beträgt, und die Spannung der Amplitude A1 nimmt zu, wenn die Größe des externen Magnetfeldes H sich von diesem Referenzpunkt entfernt.
In der Charakteristik C82 wird die Spannung der Amplitude A2 minimal, wenn die Größe des externen Magnetfeldes H auf Seite der positiven Polarität 2Vp beträgt, und die Spannung der Amplitude A2 nimmt zu, wenn die Größe des externen Magnetfeldes H sich von diesem Referenzpunkt entfernt.
Daher kann die Größe des externen Magnetfeldes H beispielsweise auf der Grundlage einer Information aus der Charakteristik C81 und/oder C82, die in 9 dargestellt sind, und der Spannung der Amplitude A1 oder A2 des Amplitudenerfassungssignals SG9 berechnet werden, das von der Amplitudenerfassungsschaltung 33 ausgegeben wird. Da die Charakteristiken C81 und C82 sich voneinander unterscheiden, kann die Richtung (positive oder negative Polarität) des externen Magnetfeldes H angegeben werden, indem beispielsweise die Größe der Spannung zwischen den Amplituden A1 und A2 verglichen wird.
<Beziehung zwischen dem externen Magnetfeld und dem Signal SG2B>
10 zeigt eine Beziehung zwischen dem externen Magnetfeld und dem Signal SG2B. In der in 10 dargestellten Erfassungscharakteristik C101 repräsentiert eine Abszisse eine Größe und eine Richtung [A/m] des Magnetfeldes H und eine Ordinate repräsentiert eine Spannung [V] des Signals SG2B.
Eine Impedanz (DC-Widerstand) der magnetischen Dünnschicht 12b des Magnet-Impedanz-Elements 12B ändert sich entsprechend mit dem in 3 dargestellten Magnetfeld. Eine Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen 22c und 22d der Brückenschaltung 22B wird daher minimal, wenn das Magnetfeld H gleich Null ist, und steigt rasch entsprechend mit der Größe des Magnetfeldes an, wenn das Magnetfeld H erzeugt wird. Die Spannung gibt die Änderung in der Richtung des Magnetfeldes H nicht wieder. Dabei ändert sich die Spannung des Signals SG1, das aus der Schwingschaltung 21 ausgegeben wird, mit kurzer Periode, und somit ändert sich die tatsächliche Ausgangsspannung der Brückenschaltung 22B ebenfalls mit kurzer Periode. Da jedoch die Spitzenwert-Halte-Schaltungen 27 und 28 in der Signalverarbeitungseinheit 23B jeweils eine Spitzenspannung speichern, tritt die Spannung des Signals SG1 lediglich zur Zeit einer hohen Spannung in dem Signal SG2B auf.
<Beziehung zwischen dem Unterschied im Erfassungsverfahren und einem günstigen/ungünstigem Bereich>
11 zeigt eine Beziehung zwischen den Erfassungscharakteristiken C71, C81, C82 und C101, die in 8 bis 10 gezeigt sind, und Bereichen AR111, AR112 und AR113, die jeweils einen günstigen/ungünstigen Bereich für die Erfassungscharakteristiken repräsentieren. In 11 repräsentiert eine Abszisse das Magnetfeld H [A/m] und eine Ordinate repräsentiert eine Spannung [V] des Signals.
Wie jeweils für die Erfassungscharakteristiken C71, C81 und C82, die dem Ausgangssignal des Magnet-Impedanz-Elements 12A entsprechen, an das das AC-Vormagnetisierungsfeld mittels der Vormagnetisierungsspule 14 angelegt ist, kann die Änderung des externen Magnetfeldes H mit hoher Empfindlichkeit bei relativ kleinem externen Magnetfeld H erfasst werden. Bezüglich der Erfassungscharakteristik C71 auf der Grundlage der Phasendifferenzerfassung gilt, dass die Änderung des externen Magnetfeldes H nicht erfasst werden kann, wenn das externe Magnetfeld H größer als die Amplitude Vp der AC-Vormagnetisierung ist.
Wenn andererseits die Erfassungscharakteristik C101, die dem Fall einer direkten Auslese des Ausgangssignals des Magnet-Impedanz-Elements 12B entspricht, auf das das AC-Vormagnetisierungsfeld nicht einwirkt, verwendet wird, ist es schwierig, in präziser Weise die Größe des externen Magnetfeldes H in einem Gebiet mit kleinem externen Magnetfeld H zu erfassen, da eine Steigung der Spannungsänderung zu groß ist. In einem Gebiet mit großem externen Magnetfeld H kann jedoch die Größe des externen Magnetfeldes H mit hoher Empfindlichkeit unter Verwendung der Erfassungscharakteristik C101 erfasst werden.
Folglich ist der Bereich AR113 mit kleinem externen Magnetfeld H ein günstiger Bereich jeweils für die Erfassungscharakteristiken C71, C81 und C82, enthält aber einen ungünstigen Bereich für die Erfassungscharakteristik C101. Die Bereiche AR111 und AR112 sind in einem Zustand mit großem externen Magnetfeld H jeweils ein günstiger Bereich für die Erfassungscharakteristik C101, enthalten aber einen ungünstigen Bereich für die Erfassungscharakteristiken C71, C81 und C82.
<Konkretes Beispiel der Verwendung des Magnetfelderfassungssensors 200>
Der in 1 dargestellte Magnetfelderfassungssensor 200 kann als eine allgemeine Magnet-Erfassungseinrichtung, etwa als ein Richtungssensor, ein Drehmomentsensor, ein Drehwinkelsensor oder ein Stromsensor, verwendet werden.
Wenn beispielsweise der Magnetfelderfassungssensor 200 als ein Stromsensor zur Erfassung eines DC-Stroms verwendet wird, der durch eine zu vermessende elektrische Leitung eines Kabelbaums fließt, dann wird der Stromsensor so betrachtet, dass er in der nachfolgenden Weise aufgebaut ist und eine allgemeine Konfiguration repräsentiert.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist ein magnetischer Kern so angeordnet, dass er den Umfang der zu messenden Elektroleitung umschließt, und der Magnetfelderfassungssensor 200 ist in einem Spalt des magnetischen Kerns angeordnet. In diesem Falle kann der Magnetfelderfassungssensor 200 eine Größe und eine Richtung [A/m] eines Magnetfeldes H erfassen, das proportional zur Größe [A] des DC-Stroms I ist, der durch die zu messende Elektroleitung fließt. Das heißt, die Größe und die Richtung des DC-Stroms I, der durch die zu messende Elektroleitung fließt, kann mittels des Magnetfelderfassungssensors 200 erfasst werden.
Es sei beispielsweise angenommen, dass die zu messende Elektroleitung eine Hauptleitung eines Kabelbaums ist, der in einem Fahrzeug montiert ist, so dass der maximale Stromwert mehrere hundert Amperes betragen kann. Der Stromsensor, der für eine derartige Anwendung verwendet wird, muss in der Lage sein, in präziser Weise den Strom in einem breiten Bereich von kleinen bis zu großen Strömen zu messen.
Wenn beispielsweise der Stromsensor so aufgebaut ist, wie zuvor beschrieben ist, wird der in 1 dargestellte Magnetfelderfassungssensor 200 eingesetzt, und es werden mindestens zwei der Erfassungscharakteristiken C71, C81, C82 und C101, die in 11 dargestellt sind, kombiniert, um das Erfassungsergebnis zu optimieren.
In diesem Falle können als ein konkretes Beispiel die folgenden zwei Arten von Erfassungsverfahren kombiniert und verwendet werden. (1) Unter Verwendung des Erfassungsverfahrens, das die in 10 dargestellte Erfassungscharakteristik C101 hat, wird ein Strom Id [A], der einem erfassten Magnetfeld H entspricht, ermittelt. (2) Unter Verwendung des Erfassungsverfahrens unter Nutzung einer Differenz zwischen der Erfassungscharakteristik C81 und der Charakteristik C82, die in 9 dargestellt sind, d.h. eine Amplitude (A1-A2), wird ein Strom lac [A], der einem erfassten Magnetfeld H entspricht, ermittelt.
Um ein optimales Messergebnis unter Kombination von beispielsweise den Verfahren (1) und (2) zu erreichen, werden die Ströme Id und Iac entsprechend unter Anwendung zweier Koeffizienten w1 und w2 gewichtet, die in der folgenden Tabelle 1 dargestellt sind, und es wird ein Stromwert I [A] gemäß der folgenden Formel berechnet. $I = w 1 \cdot Id + w 2 \cdot Iac .$
[TABELLE 1]

Gewichteter Koeffizient Gemessenes Magnetfeld

Niedrig Hoch

w1 Klein Groß

w2 Groß Klein
In dem Beispiel der Tabelle 1 sind den zwei Koeffizienten w1 und w2 in einem Gebiet mit niedriger Betrag des zu messenden externen Magnetfeldes entsprechend ein kleines Gewicht und ein großes Gewicht zugeordnet. Im Gegensatz dazu sind den beiden Koeffizienten w1 und w2 in einem Gebiet mit hohem Betrag des zu messenden externen Magnetfeldes entsprechend ein großes Gewicht und ein kleines Gewicht zugeordnet.
Wenn die Berechnung der Formel (1) beispielsweise in dem in 11 dargestellten Bereich AR113 ausgeführt wird, kann das Gewicht bzw. die Gewichtung des Stroms Id, der die Erfassungscharakteristik C101 wiedergibt, klein gemacht werden und das Gewicht bzw. die Gewichtung des Stroms lac, der die Differenz (A1 - A2) der Erfassungscharakteristiken C81 und C82 wiedergibt, kann groß gemacht werden. Ferner kann beispielsweise in den Bereichen AR111 und AR 112, die in 11 dargestellt sind, das Gewicht des Stroms Id, der die Erfassungscharakteristik C101 wiedergibt, groß gewählt werden und das Gewicht des Stroms Iac, der die Differenz (A1 - A2) der Erfassungscharakteristiken C81 und C82 repräsentiert, kann klein gemacht werden. Da die großen Gewichte den jeweiligen Gebieten zugeordnet sind, die für die Erfassungsverfahren günstig sind, kann auf diese Weise ein Erfassungsfehler des Stromwertes I innerhalb eines weiten Bereichs reduziert werden.
<Korrekturbearbeitung einer Erfassungscharakteristik>
Wenn die mehreren Arten von Erfassungscharakteristiken unter Anwendung der Gewichtung usw. in geeigneter Weise eingesetzt werden, tritt beispielsweise ein diskontinuierlicher Punkt oder ein nicht-linearer Bereich mit hoher Wahrscheinlichkeit beispielsweise an einer Position auf, an der die mehreren Arten von Erfassungscharakteristiken sich abrupt ändern, und somit kann ein in dem Messergebnis enthaltender Fehler ansteigen. Um einen Fehler zu reduzieren, der beispielsweise aufgrund des Einflusses der abrupten Änderung der mehreren Arten von Erfassungscharakteristiken erzeugt wird, ist es erforderlich, Formen und dergleichen der mehreren Arten von Erfassungscharakteristiken im Voraus auf einen zueinander ähnlichen Zustand zu bringen. Es wird ein konkretes Beispiel einer derartigen Anpassung beschrieben.
<Charakteristik bzw. charakteristischer Verlauf im ursprünglichen Zustand>
12 zeigt ursprüngliche Zustände bzw. Anfangszustände zweier Arten von Erfassungscharakteristiken C121 und C122, die nebeneinander angeordnet sind. Die in 12 dargestellte Erfassungscharakteristik C121 wird aus dem Signal SG2B berechnet, das die Charakteristik bzw. den charakteristischen Verlauf des Magnet-Impedanz-Elements 12B wiedergibt. Die in 12 dargestellte Erfassungscharakteristik C122 wird aus der Amplitude (A1-A2) berechnet, die durch die Amplitudenerfassungsschaltung 33 auf der Grundlage des Signals SG2 erfasst wird, das die Charakteristik des Magnet-Impedanz-Elements 12A wiedergibt.
In 12 repräsentiert ein Abszisse einen Stromwert I [A], eine Ordinate auf der linken Seite repräsentiert eine Ausgangsspannung [V] der Erfassungscharakteristik C121, und eine Ordinate auf der rechten Seite repräsentiert eine Ausgangsspannung [V] der Erfassungscharakteristik C122.
Wie in 12 dargestellt ist, unterscheiden sich die beiden Erfassungscharakteristiken C121 und C122 in ihrer Form und dergleichen ganz wesentlich. Bei der Erfassungscharakteristik C121 wird die Spannung an einem Punkt C121a, an welchem der Strom gleich Null ist, minimal, wird aber nicht Null. In der Erfassungscharakteristik C122 gibt es singuläre Punkte in der Nähe des Wertes Null des Stroms. Das heißt, der singuläre Punkt am linken Ende der Charakteristik C122(P), der ein Stromgebiet auf positiver Seite repräsentiert, liegt weit von dem singulären Punkt an dem rechten Ende der Charakteristik C122(N) entfernt, der ein Stromgebiet auf der negativen Seite repräsentiert, und somit ist die Erfassungscharakteristik C122 diskontinuierlich bzw. unzusammenhängend.
<Korrektur der jeweiligen Charakteristiken>
Daher wird die folgende Korrekturverarbeitung an den beiden Erfassungscharakteristiken C121 und C122, die in 12 gezeigt sind, ausgeführt.
(1) Bei der Erfassungscharakteristik C121 wird ein Gebiet auf negativer Seite C121b des Stroms mit einem Koeffizienten „-1“ multipliziert. (2) Bei der Erfassungscharakteristik C121 wird eine Verschiebespannung bzw. Offsetspannung zum Verschieben der Spannung des minimalen Punkts C121a auf 0 [V] der gesamten Erfassungscharakteristik C121 hinzuaddiert (oder davon subtrahiert). (3) Bei der Erfassungscharakteristik C122 wird eine Verschiebespannung bzw. Offsetspannung zum Verschieben der Spannung des singulären Punkts am linken Ende der Charakteristik C122(P) des Stromgebiets auf der positiven Seite zu 0 [V] der gesamten Charakteristik C122(P) hinzuaddiert (oder davon subtrahiert). (4) Bei der Erfassungscharakteristik C122 wird eine Verschiebespannung bzw. Offsetspannung zum Verschieben der Spannung des singulären Punkts an dem rechten Ende der Charakteristik C122(N) des Stromgebiets auf der negativen Seite nach 0 [V] der Charakteristik C122(N) als Ganzes hinzuaddiert (oder davon subtrahiert).
Erfassungscharakteristiken C131 und C132, die in 13 gezeigt sind, werden als Ergebnis der Korrekturverarbeitung (1) bis (4) erhalten. Die Erfassungscharakteristiken C131 und C132 entsprechend den in 12 gezeigten Erfassungscharakteristiken C121 und C122. In 13 repräsentiert eine Abszisse einen Stromwert I [A], eine Ordinate auf der linken Seite repräsentiert eine Ausgangsspannung [V] der Erfassungscharakteristik C131, und eine Ordinate auf der rechten Seite repräsentiert eine Ausgangsspannung [V] der Erfassungscharakteristik C132.
Nachfolgend wird eine Erfassungscharakteristik C132, die in 13 gezeigt ist, als Ganzes mit einem Koeffizienten „-1“ derart multipliziert, dass die Erfassungscharakteristik korrigiert wird, um die Polarität der Spannung umzukehren. Es werden sodann Erfassungscharakteristiken C141 und C142, die in 14 dargestellt sind, als ein Ergebnis dieser Korrekturverarbeitung erhalten. Die Erfassungscharakteristiken C141 und C142 entsprechen den in 13 dargestellten Erfassungscharakteristiken C131 und C132. In 14 repräsentiert eine Abszisse einen Stromwert I [A], eine Ordinate auf der linken Seite repräsentiert eine Ausgangsspannung [V] der Erfassungscharakteristik C141 und eine Ordinate auf der rechten Seite repräsentiert eine Ausgangsspannung [V] der Erfassungscharakteristik C142.
Zu beachten ist, dass die beiden in 14 dargestellten Erfassungscharakteristiken C141 und C142 ähnliche Formen und Eigenschaften aufweisen. Daher ist es relativ einfach, die Erfassungscharakteristiken C141 und C142 in geeigneter Weise anzuwenden.
<Gewichtung von Charakteristiken>
Im Falle des Ausführens der zuvor beschriebenen Gewichtung kann beispielsweise ein Gewicht w3, das sich linear und kontinuierlich entsprechend einer Größe des Stroms ändert, angewendet werden, etwa die in 15 dargestellte Charakteristik C153. Selbstverständlich kann auch eine Gewichtung angewendet werden, in der eine nicht-lineare Änderung vorhanden ist.
In 15 repräsentiert eine Abszisse einen Stromwert I [A], eine Ordinate auf der linken Seite repräsentiert Ausgangsspannung [V] von Erfassungscharakteristiken C151 und C152, und eine Ordinate auf der rechten Seite repräsentiert das Gewicht bzw. die Gewichtung w3. Die Gewichtung w3 ist in diesem Falle ein Wert im Bereich von „0“ bis „1“. Die Erfassungscharakteristiken C151 und C152 entsprechen den in 14 dargestellten Erfassungscharakteristiken C141 und C142.
Im Fall der Anwendung der in 15 dargestellten Gewichtung w3 wird ein Stromwert I [A] gemäß der folgenden Umwandlungsformel berechnet. $I = w 3 \cdot Id + (1 - w 3) \cdot Iac . \cdot K$
Id repräsentiert einen Erfassungsstromwert, der einer Ausgangsspannung der Erfassungscharakteristik C151 entspricht, lac repräsentiert einen Erfassungsstromwert, der einer Ausgangsspannung der Erfassungscharakteristik C152 entspricht, und K repräsentiert einen Koeffizienten zum Kompensieren eines Unterschieds zwischen den Werten Id und Iac.
Bei Ausführung der Berechnung der Formel (2) können Erfassungscharakteristiken mit einem linearen Verlauf in Bezug auf die Änderung des zu messenden Stroms I, etwa wie die Erfassungscharakteristik C164, die in 16 dargestellt ist, erhalten werden. Die in 16 dargestellten Erfassungscharakteristiken C161, C162 und C163 entsprechen den in 15 dargestellten Erfassungscharakteristiken C151, C152 und C153. In 16 repräsentiert eine Abszisse einen Stromwert I [A], eine Ordinate auf der linken Seite repräsentiert Ausgangsspannungen [V] der Erfassungscharakteristiken C161 und C162 und eine Ordinate auf der rechten Seite repräsentiert die Gewichtung w3.
In der in 12 dargestellten Erfassungscharakteristik C122 liegen die singulären Punkte in der Nähe des Nullwertes des Stroms. Der singuläre Punkt an dem linken Ende der Charakteristik C122(P), der das Stromgebiet auf der positiven Seite repräsentiert, ist weit von dem singulären Punkt an dem rechten Ende der Charakteristik C122(N) entfernt, die das Stromgebiet auf der negativen Seite repräsentiert, und somit ist die Erfassungscharakteristik C122 diskontinuierlich. Selbst wenn die Offset-bzw. Verschiebungs-Einstellung jeweils an den Charakteristiken C122(P) und C122(N) durchgeführt wird, wie dies zuvor beschrieben ist, werden diese Charakteristiken tatsächlich nicht korrigiert, um die geeignete Form wie die in 13 dargestellte Charakteristik C132 zu erhalten.
Wenn die Offset-Einstellung jeweils an den in 12 dargestellten Charakteristiken C122(P) und C122(N) ausgeführt wird, werden diese Charakteristiken so korrigiert, dass sie eine Form wie die in 17 dargestellte Charakteristik C172 haben. Erfassungscharakteristik C171 und die in 17 dargestellte Erfassungscharakteristik C172 entsprechen den in 13 dargestellten Erfassungscharakteristiken C131 und C132. Bei der Erfassungscharakteristik C172 tritt in der Nähe des Nullpunktes des Stroms ein nicht-lineares Gebiet C172a auf.
Wenn die in 17 dargestellte Erfassungscharakteristik C172 insgesamt mit einem Koeffizienten „-1“ multipliziert wird, wird als Ergebnis der Multiplikation die in 18 dargestellte Charakteristik C182 erhalten. Eine Erfassungscharakteristik C181 und die Erfassungscharakteristik C182, die in 18 dargestellt sind, entsprechen den in 17 dargestellten Erfassungscharakteristiken C171 und C172. Bei der Erfassungscharakteristik C182 tritt in der Nähe des Nullpunktes des Stroms ein nicht-lineares Gebiet C182a auf.
Wenn die in 18 dargestellten Charakteristiken C181 und C182 mit dem Gewicht w3 der in 19 dargestellten Charakteristik C193 gewichtet und der Stromumwandlung gemäß der Formel (2) unterzogen werden, wird die in 19 dargestellte Charakteristik C194 erhalten. Erfassungscharakteristiken C191 und C192, die in 19 dargestellt sind, entsprechen den in 18 dargestellten Erfassungscharakteristiken C181 und C182.
Die in 19 dargestellte Charakteristik C194 ist insgesamt linear, es tritt aber in der Nähe des Nullpunktes des Stroms ein nicht-lineares Gebiet C194a auf. Somit wird eine Verstärkungseinstellung an dem nicht-linearen Gebiet C194a der Charakteristik C194 vorgenommen. Das Gebiet C194a der Charakteristik C194 wird so korrigiert, dass es als Folge der Justierung linear ist, und somit kann die Erfassungscharakteristik C164 mit insgesamt linearen Eigenschaften erhalten werden, wie in 16 dargestellt ist.
Der in 1 dargestellte Magnetfelderfassungssensor 200 enthält sowohl das Magnet-Impedanz-Element 12A, das mit dem AC-Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist, als auch das Magnet-Impedanz-Element 12B, das nicht mit dem AC-Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist, und somit kann ein Messergebnis mit hoher Genauigkeit über einen weiten Magnetfeldbereich erhalten werden. Anders ausgedrückt, im Falle der Erfassung des externen Magnetfeldes auf der Grundlage des durch das Magnet-Impedanz-Element 12A beeinflussten Signals SG2 kann die Erfassung mit hoher Empfindlichkeit in einem Bereich eines relativ kleinen Magnetfeldes erreicht werden. Somit kann die gesamte Erfassungsgenauigkeit verbessert werden, indem die Gewichtung im Bereich eines kleinen Magnetfelds erhöht wird. Auch im Falle der Erfassung des externen Magnetfeldes auf der Grundlage des durch das Magnet-Impedanz-Element 12B beeinflussten Signals SG2B kann die Erfassung mit hoher Empfindlichkeit im Bereich eines relativ kleinen Magnetfeldes erreicht werden. Somit kann die gesamte Erfassungsgenauigkeit verbessert werden, Indem das Gewicht bzw. die Gewichtung in dem Gebiet mit kleinem Magnetfeld erhöht wird.
Durch die Verwendung der Magnet-Impedanz-Elemente 12A und 12B mit der pyramidenförmigen Impedanzcharakteristik, wie sie in 3 dargestellt ist, ist es nicht erforderlich, einen hohen DC-Vormagnetisierungsstrom einzuprägen, um den Arbeitspunkt zu verschieben, und somit kann die Stromaufnahme reduziert werden.
Im Weiteren werden die Merkmale der Ausführungsform des Magnetfelderfassungssensors gemäß der Erfindung kurz zusammengefasst und nachfolgend unter [1] bis [5] aufgelistet.

[1] Ein Magnetfelderfassungssensor mit:
- einem ersten Magnet-Impedanz-Element (Magnet-Impedanz-Element 12A) und einem zweiten Magnet-Impedanz-Element (Magnet-Impedanz-Element 12B), die jeweils ein magnetisches Material aufweisen;
- einer Vormagnetisierungsspule (14), die einen Magnetkörper des ersten Magnet-Impedanz-Elements mit einem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt;
- einer Hochfrequenzschwingschaltung (Schwingschaltung 21), die dem Magnetkörper des ersten Magnet-Impedanz-Elements und einem Magnetkörper des zweiten Magnet-Impedanz-Elements einen Hochfrequenzstrom zuführt;
- einer AC-Vormagnetisierungsschaltung (Verstärker 37), die der Vormagnetisierungsspule einen AC-Vormagnetisierungsstrom zuführt;
- einer ersten Erfassungsschaltung (Signalverarbeitungseinheit 23A), die ein erstes Erfassungssignal erzeugt auf der Grundlage einer Impedanzänderung des ersten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand, in welchem es mit dem Vormagnetisierungsfeld und einem externen Magnetfeld beaufschlagt ist;
- einer zweiten Erfassungsschaltung (Signalverarbeitungseinheit 23B), die ein zweites Erfassungssignal erzeugt auf der Grundlage einer Impedanzänderung des zweiten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand, in welchem es mit dem externen Magnetfeld beaufschlagt aber nicht mit dem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist; und
- einer Magnetfeldberechnungseinheit (Mikrocomputer 35), die eine Größe und eine Richtung des externen Magnetfeldes auf der Grundlage des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals berechnet.
[2] Der in [1] beschriebene Magnetfelderfassungssensor, wobei die erste Erfassungsschaltung ein elektrisches Signal (SG2) erzeugt, das sich gemäß einem Änderungsbetrag der Impedanz ändert ausgehend von einem Referenzpunkt, der eine Extremwertposition der Impedanzcharakteristik des ersten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand ist, in welchem es nicht mit dem externen Magnetfeld beaufschlagt ist, und wobei die erste Erfassungsschaltung mindestens eine Amplitudenerfassungsschaltung (33), die Amplituden an jedem Spitzenwert, an welchem sich ein Änderungsverhältnis der Spannung des elektrischen Signals zwischen positiv und negativ ändert, und eine Phasenerfassungsschaltung (34) aufweist, die einen Zeitpunkt erfasst, an welchem die Spannung des elektrischen Signals den Referenzpunkt passiert.
[3] Der in [1] beschriebene Magnetfelderfassungssensor, wobei die Magnetfeldberechnungseinheit eine Gewichtung (siehe Tabelle 1 und 15) unter Anwendung eines Gewichts, das sich entsprechend einer Situation ändert, an dem ersten Erfassungssignal und/oder dem zweiten Erfassungssignal vornimmt, um die Größe des externen Magnetfeldes zu berechnen.
[4] Der in [1] beschriebene Magnetfelderfassungssensor, wobei die Magnetfeldberechnungseinheit die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes unter Anwendung einer Kombination des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals, die unterschiedliche Erfassungscharakteristiken haben, berechnet, und wobei die Magnetfeldberechnungseinheit eine Polaritätskorrektur für jedes Gebiet und eine Offset-Korrektur an der Erfassungscharakteristik des ersten Erfassungssignals und/oder des zweiten Erfassungssignals so ausführt, dass die mehreren Erfassungscharakteristiken sich ähnlich sind (siehe 12 bis 14).
[5] Der in [4] beschriebene Magnetfelderfassungssensor, wobei die Magnetfeldberechnungseinheit eine Verstärkungsjustierung an der Erfassungscharakteristik des ersten Erfassungssignals und/oder des zweiten Erfassungssignals derart ausführt, dass ein nicht-lineares Gebiet (C194a), das einem kleinen Magnetfeld entspricht, näherungsweise einem linearen Gebiet entspricht.

Bezugszeichenliste

12, 12A, 12B: Magnet-Impedanz-Element
12a: nicht-magnetisches Substrat
12b: magnetische Dünnschicht
12c, 12d: Elektrode
14: Vormagnetisierungsspule
20: Ansteuereinheit
21: Schwingschaltung
22A, 22B: Brückenschaltung
23A, 23B: Signalverarbeitungseinheit
24, 25, 26: Widerstand
27,28: Spitzenwert-Halte-Schaltung
29: Instrumentenverstärker
30: Erfassungseinheit
31, 34b: Verstärker
32: Umschaltschaltung
33: Amplitudenerfassungsschaltung
33a: Tiefpassfilter
33c: analoger Schalter
33d: Spitzenwert-Halte-Schaltung
34: Phasenerfassungsschaltung
34a, 34c: Differenzierschaltung
34d: Komparator
35: Mikrocomputer
36: Umschaltschaltung
37: Verstärker
41: Impedanzcharakteristik
41 r: Referenzpunkt
42: AC-Vormagnetisierungsfeld
42P, 42N: Summe aus externem Magnetfeld und AC-Vormagnetisierungsfeld
43, 43P, 43N: Sensorausgangssignal
100: gedruckte Leiterplatte
100a, 100b: Elektrode
100c: Kerbe
200: Magnetfelderfassungssensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 9127218 A [0005]
JP 2000180521 A [0005]
JP 201592144 A [0005]

Claims

Ein Magnetfelderfassungssensor, mit: einem ersten Magnet-Impedanz-Element und einem zweiten Magnet-Impedanz-Element, die jeweils ein magnetisches Material aufweisen; einer Vormagnetisierungsspule, die einen Magnetkörper des ersten Magnet-Impedanz-Elements mit einem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt; einer Hochfrequenzschwingschaltung, die dem Magnetkörper des ersten Magnet-Impedanz-Elements und einem Magnetkörper des zweiten Magnet-Impedanz-Elements einen Hochfrequenzstrom zuführt; einer AC-Vormagnetisierungsschaltung, die der Vormagnetisierungsspule einen AC-Vormagnetisierungsstrom zuführt; einer ersten Erfassungsschaltung, die ein erstes Erfassungssignal erzeugt auf der Grundlage einer Impedanzänderung des ersten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand, in welchem es mit dem Vormagnetisierungsfeld und einem externen Magnetfeld beaufschlagt ist; einer zweiten Erfassungsschaltung, die ein zweites Erfassungssignal erzeugt auf der Grundlage einer Impedanzänderung des zweiten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand, in welchem es mit dem externen Magnetfeld aber nicht mit dem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist; und einer Magnetfeldberechnungseinheit, die eine Größe und eine Richtung des externen Magnetfeldes auf der Grundlage des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals berechnet.
Der Magnetfelderfassungssensor nach Anspruch 1, wobei die erste Erfassungsschaltung ein elektrisches Signal erzeugt, das sich ändert entsprechend einer Betragsänderung der Impedanz in Bezug auf einen Referenzpunkt, der eine Extremwertposition der Impedanzcharakteristik des ersten Magnet-Impedanz-Elements in einem Zustand ist, in welchem es nicht mit dem externen Magnetfeld beaufschlagt ist, und wobei die erste Erfassungsschaltung eine Amplitudenerfassungsschaltung, die Amplituden an jedem Spitzenwert, an welchem sich ein Änderungsverhältnis der Spannung des elektrischen Signals zwischen positiv und negativ ändert, oder eine Phasenerfassungsschaltung aufweist, die einen Zeitpunkt erfasst, an welchem die Spannung des elektrischen Signals den Referenzpunkt passiert.
Der Magnetfelderfassungssensor nach Anspruch 1, wobei die Magnetfeldberechnungseinheit eine Gewichtung unter Anwendung eines Gewichts, das sich entsprechend einer Situation ändert, an dem ersten Erfassungssignal und/oder dem zweiten Erfassungssignal ausführt, um die Größe des externen Magnetfeldes zu berechnen.
Der Magnetfelderfassungssensor nach Anspruch1, wobei die Magnetfeldberechnungseinheit die Größe und die Richtung des externen Magnetfeldes unter Anwendung einer Kombination des ersten Erfassungssignals und des zweiten Erfassungssignals, die unterschiedliche Erfassungscharakteristiken haben, berechnet, und wobei die Magnetfeldberechnungseinheit eine Polaritätskorrektur für jedes Gebiet und eine Offset-Korrektur an der Erfassungscharakteristik des ersten Erfassungssignals und/oder des zweiten Erfassungssignals derart ausführt, dass die mehreren Erfassungscharakteristiken einander ähnlich sind.
Der Magnetfelderfassungssensor nach Anspruch 4, wobei die Magnetfeldberechnungseinheit eine Verstärkungsjustierung an der Erfassungscharakteristik des ersten Erfassungssignals und/oder des zweiten Erfassungssignals derart ausführt, dass ein nicht-lineares Gebiet, das einem kleinen Magnetfeld entspricht, näherungsweise einem linearen Gebiet entspricht.