DE112013002837T5

DE112013002837T5 - Magnetelement-Steuervorrichtung, Magnentelement-Steuerverfahren und magnetische Detektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013002837T5
Application number: DE112013002837.9T
Authority: DE
Inventors: c/o Fujikura Ltd. Oikawa Yasushi
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2015-02-19
Also published as: US20150077101A1; JP2013253920A; JP5364816B1; CN104335062A; US9239365B2; WO2013183773A1

Abstract

Die Magnetelement-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält eine Erregersignal-Erzeugungseinheit, die ein Wechselsignal erzeugt, eine Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit, die eine Zeitspanne zwischen Detektionssignalen einer positiven Spannung und einer negativen Spannung in Spannungsinformationen umwandelt, eine Einstellsignal-Erzeugungseinheit, die ein Offset-Signal erzeugt, das eine Offset-Komponente aufhebt, die auf ein Datensignal überlagert wird, das eine magnetische Feldstärke anzeigt, und eine Erregersignal-Einstelleinheit, die einen Wechselstrom, einen Rückkopplungsstrom und einen Offset-Strom jeweils aus dem Wechselsignal, dem Rückkopplungssignal und dem Offset-Signal erzeugt, den Rückkopplungsstrom und der Offsetstrom auf den Wechselstrom überlagert und einen Erregerstrom erzeugt, der an eine Erregerspule angelegt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungsschaltung und eine physikalische Quantitätsmessvorrichtung unter Verwendung der Signalverarbeitungsschaltung, und insbesondere eine Magnetelement-Steuervorrichtung, die ein Magnetelement vom zeitauflösenden Fluxgatetyp (nachfolgend als FG-Typ bezeichnet) steuert, ein Magnetelement-Steuerverfahren und eine magnetische Detektionsvorrichtung, die ein Magnetfeld unter Verwendung des Magnetelement-Steuerverfahrens detektiert.
Die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-130860 , eingereicht am 8. Juni 2012, wird beansprucht und deren Inhalt wird hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen haben FG-Magnetelemente eine hohe Empfindlichkeit zur Detektion eines Magnetfelds und sind zu einer Verringerung der Größe in der Lage, im Vergleich zu Hall-Elementen oder magnetoresistiven Elementen, die Magnetelemente sind, die ähnlichen Magnetismus detektieren, und werden somit in Azimut-Detektionsvorrichtungen, wie tragbaren elektronischen Vorrichtungen und dergleichen, verwendet.
11 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines zeitauflösenden FG-Magnetelements (für eine Magnetanteilstyp-Messung) darstellt. Wie in 11 dargestellt, ist das FG-Magnetelement so konfiguriert, dass eine Erregerwicklung und eine Detektionswicklung um die Umfangsfläche eines Magnetsubstanzkerns gewickelt sind, der aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet ist. Ein Bereich, um den die Erregerwicklung gewickelt ist, wird von einem Erregersignal als Erregerspule angetrieben, und ein Bereich, um den die Detektionswicklung gewickelt ist, gibt ein Detektionssignal als eine Detektionsspule aus.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Prinzip eines Magnetanteilsystems darstellt, in dem Magnetismus unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelements detektiert wird. TEIL (a) von 12 zeigt einen Erregerstrom, der an die Erregerspule des Magnetelements geliefert wird, in dem die vertikale Achse den Stromwert des Erregerstroms repräsentiert und die horizontale Achse die Zeit repräsentiert. TEIL (b) von 12 zeigt eine Magnetflussdichte eines Magnetfelds, das in dem Magnetsubstanzkern durch die Erregerspule des Magnetelements erzeugt wird, in dem die vertikale Achse eine Magnetflussdichte repräsentiert und in dem die horizontale Achse die Zeit repräsentiert. TEIL (c) von 12 zeigt den Spannungswert eines Impulses, der von der Detektionsspule des Magnetelements aufgrund einer induzierten elektromotorischen Kraft erzeugt wird, in dem die horizontale Achse die Zeit repräsentiert.
In 12, wird, da die Erregerspule angetrieben wird, ein Signal eines Erregerstroms Id (nachfolgend als ein Erregersignal bezeichnet) zwischen den Anschlüssen der Erregerspule angelegt, als das Erregersignal eines Wechselstroms mit einem konstanten Zyklus, das heißt, als das Erregersignal (das heißt, Dreieckswellen-Stromsignal) mit einer Dreieckswellenform, wie in TEIL (b) von 12.
Dadurch erzeugt in der Zeit (positive und negative Wechselzeitzone des Erregerstroms), in der sich die Richtung des Erregerstroms ändert, im Fall von TEIL (c) von 12, die Detektionsspule einen positiven und negativen Impuls (ein Aufnahmesignal, das heißt, ein PU-Signal) aufgrund einer induzierten elektromotorischen Kraft zu der Zeit t1 und der Zeit t2, und eine Spannung Vp (Aufnahmespannung) des Impulses wird auf ein Detektionssignal eingestellt. Das Detektionssignal wird kontinuierlich zwischen den Anschlüssen der Detektionsspule als ein Impuls mit Spannungen positiver und negativer Polarität entsprechend des Zyklus des Dreieckswellen-Stromsignals erzeugt.
Wenn ein stationäres Magnetfeld Hex (siehe 11), welches durch einen zylindrischen Raum führt, in dem die Erregerwicklung und die Detektionswicklung des Magnetsubstanzkerns ausgebildet sind, an das Magnetelement angelegt wird, fließt ein stationärer Strom, der dem stationären Magnetfeld entspricht, in der Erregerwicklung. Das heißt, der oben erwähnte stationäre Strom wird als ein Offset auf den Erregerstrom Id des Erregersignals, das an die Erregerwicklung angelegt wird, überlagert.
Als Ergebnis ändert sich der Ansteuerzustand der Erregerspule basierend auf dem wechselnden Erregersignal aufgrund des Offsets. Das heißt, der Zeitpunkt, zu dem sich die Stromrichtung des Erregerstroms Id ändert, schwankt in einem Fall, in dem das stationäre Magnetfeld Hex angelegt wird, und einem Fall, in dem das stationäre Magnetfeld Hex nicht angelegt wird.
In diesem Fall, wie in TEIL (c) von 12 gezeigt, wenn das stationäre Magnetfeld Hex in derselben Richtung wie der eines Magnetfeldes, das durch die Erregerspule erzeugt wird, angelegt wird (Hex > 0), verglichen mit dem Fall, in dem das stationäre Magnetfeld Hex nicht angelegt wird (Hex = 0) wird, wird ein Zeitwert t1 bei einem Zeitpunkt kleiner, bei der sich die Richtung der Strömung des Erregerstroms Id ändert, und ein Zeitwert t2 wird größer (Zeit Tm wird kürzer als T/2). Auf der anderen Seite, wenn das stationäre Magnetfeld Hex in einer entgegengesetzten Richtung zu der des Magnetfeldes, das durch die Erregerspule erzeugt wird, angelegt wird (Hex < 0), verglichen mit dem Fall, in dem das stationäre Magnetfeld Hex nicht angelegt wird, wird ein Zeitwert t1 zu einem Zeitpunkt größer, bei dem sich die Strömungsrichtung des Erregerstroms Id ändert, und ein Zeitwert t2 wird kleiner (Zeit Tp wird länger als T/2).
Dadurch variiert auch eine Magnetflussdichte φ im Magnetsubstanzkern, die sich mit einem Zeitpunkt ändert, zu dem sich die Strömungsrichtung des Erregerstroms Id ändert, entsprechend des stationären Stroms, der auf den Erregerstrom Id überlagert wird.
Wenn sich die Richtung eines Magnetflusses ändert, wird eine induzierte elektromotorische Kraft in der Detektionsspule in einer Richtung erzeugt, in der eine Änderung im Magnetfluss aufgehoben wird. Das heißt, ein Detektionssignal wird als ein Impuls einer negativen Spannung zu einem Zeitpunkt erzeugt, zu dem der Erregerstrom Id sich von positiv zu negativ ändert. Auf der anderen Seite wird ein Detektionssignal als ein Impuls positiver Spannung zu einem Zeitpunkt erzeugt, zu dem sich der Erregerstrom Id von negativ zu positiv ändert.
Daher wird in dem FG-Magnetelement, ein Zeitpunkt, zu dem das Detektionssignal ausgegeben wird, wenn das stationäre Magnetfeld Hex nicht angelegt wird, mit einem Zeitpunkt, zu dem das Detektionssignal ausgegeben wird, wenn das stationäre Magnetfeld Hex angelegt wird, verglichen, was erlaubt, die Stärke des stationären Magnetfeldes Hex indirekt zu messen. Das heißt, wenn das stationäre Magnetfeld Hex angelegt wird, fließt ein bestimmter stationärer Strom zu einer Antriebsspule. Daher wird ein konstanter Offset auf das Erregersignal überlagert und ein Zeitintervall zwischen gepulsten Detektionssignalen einer negativen Spannung und einer positiven Spannung verändert sich.
Daher messen magnetische Detektionsvorrichtungen, das FG-Magnetelement verwenden, die Feldstärke des stationären Magnetfeldes Hex, das von außen angelegt wird, durch Messen eines Zeitintervalls, zu dem die gepulsten Detektionssignale einer negativen Spannung und einer positiven Spannung erzeugt werden (siehe zum Beispiel Patentdokumente 1–3).
Hier wird der Maximalwert des Erregerstroms Id, der an die Erregerspule angelegt wird, auf einen Wert gesetzt, für den ein Magnetfeld erzeugt wird, das eine größere Sättigungsmagnetflussdichte als der Magnetsubstanzkern hat. Dadurch wird der Messungsmagnetfeldbereich des Magnetelements aus der Zeit eines Zyklus des Erregersignals und der Zeitänderung (nachfolgend als Erregungseffizienz bezeichnet) entsprechend dem aktuellen Wert des stationären Stroms als ein Offset aufgrund des Anlegens des stationären Magnetfeldes Hex bestimmt.
Das heißt, eine Zeitspanne vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t3 ist ein Zyklus des Erregersignals und eine Zyklusbreite ist die Zeit T. Wenn das stationäre Magnetfeld Hex nicht angelegt wird (Hex = 0), wird die Zeit von Zeitpunkt t1, zu dem ein Detektionssignal einer negativen Spannung (nachfolgend als ein erstes Detektionssignal bezeichnet) ausgegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt t2, zu dem ein Detektionssignal einer positiven Spannung (nachfolgend als ein zweites Detektionssignal bezeichnet) detektiert wird, gleich des Halbzyklus des Erregersignals und wird somit auf die Zeit T/2 gesetzt.
Zusätzlich, wenn das stationäre Magnetfeld Hex angelegt wird ändert sich, eine Zeitspanne (nachfolgend als Messzeitspanne bezeichnet) bis das erste Detektionssignal ausgegeben wird und dann das zweite Detektionssignal detektiert wird, bezüglich der Zeit T/2. Wie in 11 dargestellt, wenn die Magnetflussrichtung des stationären Magnetfelds Hex ein durchgezogener Pfeil (Hex > 0) ist, ist die Richtung die gleiche wie die Richtung eines Magnetflusses, der durch die Erregerspule erzeugt wird, und somit wird die Zeitspanne Tm kürzer als die Zeit T/2 (T0 > Tm). Andererseits, wenn die Magnetflussrichtung des stationären Magnetfelds Hex ein gestrichelter Pfeil (Hex < 0) ist, ist die Richtung entgegengesetzt zu der Richtung eines Magnetflusses, der durch die Erregerspule erzeugt wird und die Zeitspanne Tp wird länger als die Zeit T/2 (Tp > T0). Hier wird das Verhältnis von T0 = T/2 hergestellt.
13 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines zeitauflösenden FG-Magnetelements (für eine Magnetgleichgewichtstyp-Messung) darstellt. Wie in 13, im Gegensatz zu dem Magnetelement der 11, dargestellt, ist das FG-Magnetelement bei der Magnetgleichgewichtstyp-Messung so konfiguriert, dass eine Rückkopplungs(nachfolgend als FB bezeichnet)-Wicklungsspule um die Umfangsfläche des Magnetsubstanzkerns gewickelt ist, der aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet ist, zusätzlich zur Erregerwicklung und zur Detektionswicklung. Ein Bereich, um den die Erregerwicklung gewickelt ist, wird von einem Erregersignal als Erregerspule angetrieben, ein Bereich, um den die Detektionswicklung gewickelt ist, gibt ein Detektionssignal als eine Detektionsspule aus und ein Bereich, um den die Rückkopplungswicklung gewickelt ist, wird von einem Rückkopplungssignal als eine FB-Spule angetrieben.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Prinzip einer Magnetgleichgewichtstyp-Messung zeigt, in dem Magnetismus unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelements detektiert wird.
TEIL (a) von 14 zeigt einen Erregerstrom, der an die Erregerspule des Magnetelements zugeführt wird, in der die vertikale Achse einen Stromwert des Erregerstroms repräsentiert und die horizontale Achse die Zeit repräsentiert. Der Erregerstrom ist ein positiv und negativ wechselndes Signal begrenzt durch einen Referenzstromwert von 0A (null Ampere). TEIL (b) von 14 zeigt ein FB-Signal (das heißt, ein Rückkopplungssignal), das ein Strom ist, der an die FB-Spule des Magnetelements angelegt wird, in der die vertikale Achse einen Stromwert des FB-Signal repräsentiert und die horizontale Achse die Zeit repräsentiert. TEIL (c) von 14 zeigt einen Spannungswert eines Impulses, der von der Detektionsspule des Magnetelements, aufgrund einer induzierten elektromotorischen Kraft, erzeugt wird, in der die horizontale Achse die Zeit repräsentiert.
Wie in 14 gezeigt wird, im Falle der Magnetgleichgewichtstyp-Messung, ein magnetisches Feld, das das stationäre Magnetfeld Hex (stationäre Magnetfeld, welches durch den Magnetsubstanzkern führt) aufhebt, das an das Magnetelement angelegt wird, durch die obige FB-Spule erzeugt. Ein stationäres Magnetfeld, welches an das Magnetelement angelegt wird, wird von einem Stromwert gemessen, wenn das Magnetfeld, das das stationäre Magnetfeld aufhebt, in der FB-Spule erzeugt wird.
In einem Magnetgleichgewichtssystem, wird die obige FB-Spule in dem Magnetelement als eine Spule zusätzlich zur Erregerspule und zur Detektionsspule vorgesehen, die ein Magnetfeld erzeugt, das ein stationäres Magnetfeld in dem Magnetsubstanzkern aufhebt.
Nachstehend wird in dieser Beschreibung ein Verfahren, in dem ein stationäres Magnetfeld in dem Magnetsubstanzkern durch Anlegen eines FB-Signals aufgehoben wird und in dem ein Magnetfeld gemessen wird als FB-Steuerung einer FB-Spule bezeichnet.
Zusätzlich wird in dem Fall der Magnetgleichgewichtstyp-Messung, ähnlich zu dem Magnetanteilsystem, das zuvor beschrieben wurde, ein Zeitintervall zwischen den Impulsen, die in der Detektionsspule erzeugt werden, in der positiv und negativ abwechselnden Zeitzone des Erregersignals gemessen, welches an die Erregerspule angelegt wird. Das FB-Signal, welches an die FB-Spule angelegt wird, so dass die Zeit von dem Zeitpunkt t1, zu dem das gemessene Detektionssignal einer negativen Spannung ausgegeben wird, zu dem Zeitpunkt t2, zu dem das Detektionssignal einer positiven Spannung detektiert wird, gleich T/2 ist.
Beispielsweise wird in TEIL (c) von 14, wenn eine Zeitspanne zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 größer ist als T/2, das stationäre Magnetfeld Hex in negativer Richtung angelegt, wie in TEIL (a) von 14 gezeigt, und die Kurve der Erregersignals ändert sich wesentlich von Kurve L0 zu Kurve L2. Aus diesem Grund, da die Kurve L2 des Erregersignals zu einer Position der Kurve L0 zurückgebracht wird, in der die Zeitspanne zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 gleich T/2 ist, wird das FB-Signal von dem Stromwert von Linie FB2 in TEIL (b) von 14 an die FB-Spule angelegt.
Andererseits wenn in TEIL (c) von 14 die Zeitspanne zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 kleiner als T/2 ist, wird das stationäre Magnetfeld Hex in einer positiven Richtung angelegt, wie in TEIL (a) von 14 gezeigt, und die Kurve des Erregersignals ändert sich wesentlich von Kurve L0 zu Kurve L1. Aus diesem Grund, da Kurve L1 des Erregersignals zu der Position der Kurve L0 zurückgebracht wird, wird das FB-Signal von dem Stromwert der Linie FB1 in TEIL (b) von 14 an die FB-Spule angelegt.
Die Feldstärke des stationären Magnetfeldes, das auf das Magnetelement angelegt wird, wird von dem Stromwert des FB-Signals erlangt, das an die FB-Spule angelegt wird, so dass die Zeitspanne zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 gleich T/2 wird.
Als nächstes ist 15 ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer magnetischen Detektionsvorrichtung unter Verwendung einer Magnetelement-Steuervorrichtung in FB-Steuerung einer FB-Spule dargestellt. In 15 wird ein Magnetelement 300 durch eine Detektionsspule, eine Erregerspule und eine FB-Spule gebildet.
Eine Magnetelement-Steuervorrichtung 200 wird durch eine Magnetelementsteuereinheit 201, eine Taktsignal-Erzeugungseinheit 202 und eine Taktsignal-Einstelleinheit 203 gebildet.
Die Taktsignal-Erzeugungseinheit 202 erzeugt einen Takt vom Zyklus T und gibt den erzeugten Takt an die Taktsignal-Einstelleinheit 203 aus.
Die Taktsignal-Einstelleinheit 203 stellt den Signalpegel des zu liefernden Takts ein und gibt den eingestellten Takt an die Magnetelement-Steuereinheit 201 aus.
Die Magnetelement-Steuereinheit 201 enthält eine Detektionssignal-Verstärkungseinheit 2012, eine Detektionssignal-Vergleichseinheit 2013, eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 2014, eine Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 2015, eine Datensignal-Umwandlungseinheit 2016, eine Erregersignal-Einstelleinheit 2017 und eine Erregersignal-Erzeugungseinheit 2018. Die Erregersignal-Erzeugungseinheit 2018 erzeugt eine Dreieckswelle als das Erregersignal, das in TEIL (a) von 14 dargestellt ist, von dem Takt, der von der Taktsignal-Einstelleinheit 203 zugeführt wird.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 2017 stellt den Spannungspegel des Erregersignals ein, das von der Erregersignal-Erzeugungseinheit 2018 zugeführt wird, und liefert den eingestellten Spannungspegel als das Erregersignal an die Erregerspule.
Die Erregerspule erzeugt ein Magnetfeld entsprechend der Dreieckswelle innerhalb des Magnetsubstanzkerns des Magnetelements 300.
Die Detektionsspule erzeugt einen Impuls in der positiv und negativ wechselnden Zeitzone des Erregersignals in dem Magnetsubstanzkern.
Die Detektionssignal-Verstärkungseinheit 2012 verstärkt den Spannungspegel des Impulses, der von der Detektionsspule zugeführt wird, und gibt den verstärkten Spannungspegel als das Detektionssignal an die Detektionssignal-Vergleichseinheit 2013 aus.
Die Detektionssignal-Vergleichseinheit 2013 erlangt eine Differenz zwischen T/2 und der Zeitspanne des Impulses (Detektionssignal) zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2, und gibt die Differenz an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 2015 aus.
Die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 2015 erlangt den Stromwert des FB-Signals, der an die FB-Spule zugeführt wird, aus der gelieferten Differenz.
Hierbei liest die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 2015 den Stromwert, entsprechend der Differenz aus einer FB-Stromwerttabelle aus, die vorher geschrieben und in einer internen Speichereinheit gespeichert wird, und erlangt den Stromwert des FB-Signals.
Die FB-Stromwert-Tabelle ist eine Tabelle, die die Übereinstimmung der oben genannten Differenz zu einem Stromwert (digitaler Wert) zum Aufheben eines stationären Magnetfelds im dem Magnetsubstanzkern anzeigt.
Das Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 2014 führt eine D/A (Digital/Analog)-Umwandlung auf dem Stromwert des FB-Signals durch, das von der Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 2015 zugeführt wird, und gibt den erzeugten Strom als das FB-Signal an die FB-Spule aus. Zusätzlich gibt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 2014 den Stromwert des FB-Signals an die Datensignal-Umwandlungseinheit 2016 aus, das von der Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 2015 zugeführt wird.
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 2014 erhält die Feldstärke des stationären Magnetfeldes, das in dem Magnetsubstanzkern aufgehoben wird, das heißt, die Feldstärke des stationären Magnetfeldes Hex, das an das Magnetelement 300 angelegt wird, von dem Stromwert des zu liefernden FB-Signals. Hierbei liest die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 2014 die Magnetfeldstärke entsprechend dem Stromwert des FB-Signals, von einer Stromwert-Magnetfeld-Tabelle, die zuvor geschrieben und in einer internen Speichereinheit gespeichert wird, und erhält die Feldstärke des Magnetfelds, das an das Magnetelement 300 angelegt wird. Die Stromwert-Magnetfeld-Tabelle ist eine Tabelle, welche das Übereinstimmen des oben genannten Stromwerts des FB-Signals zu der Feldstärke des angelegten stationären Magnetfeldes Hex anzeigt.
Wenn Magnetismus des Magnetanteilsystems unter Verwendung des oben erwähnten zeitauflösenden FG-Magnetelements detektiert wird, wird ein messbarer Magnetfeldbereich durch die Feldstärke des Erregersignals und den Betrag des Magnetfeldes, der pro an die Spule angelegtem Strom erzeugt wird (nachfolgend als Erregungseffizienz bezeichnet), was durch das Material und die Struktur des Magnetsubstanzkerns des Magnetelements 300 verursacht wird.
Wenn Magnetismus vom Magnetgleichgewichtstyp unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelement detektiert wird, wird ein Magnetfeld innerhalb des Magnetsubstanzkerns in einem Gleichgewichtszustand gehalten, so dass das Detektionssignal mit einem konstanten Zeitintervall (T/2) ausgegeben wird, unabhängig von dem stationären Magnetfeld Hex, das an das Magnetelement 300 angelegt wird. Aus diesem Grund kann eine Beschränkung durch die Stromversorgungsspannung des gesamten Magnetelements 300 durchgeführt werden, das heißt, die Messung des Magnetfeldes, kann in einem Bereich durchgeführt werden, in dem der Stromwert des FB-Signals in der Lage ist geliefert zu werden.
Zusätzlich, wenn Magnetismus des Magnetanteilsystems unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelements detektiert wird, ändert sich ein Zeitintervall zu dem das Detektionssignal ausgegeben wird, abhängig vom Magnetfeld und somit wird die Linearität der magnetischen Empfindlichkeit direkt auf die Eigenschaften des Magnetelements 300 reflektiert.
Andererseits, wenn Magnetismus des Magnetgleichgewichtssystems unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelements detektiert wird, ist die Magnetfeldabhängigkeit der Erregungseffizienz kleiner als die Eigenschaften des Magnetelements und somit haben die Wellenform des Detektionssignals und die Stationarität eines Zeitintervalls, bei dem das Detektionssignal erzeugt wird, eine Tendenz beibehalten zu werden.
Aus diesem Grund wird, wenn ein Messobjekt an das Magnetelement angelegt wird, das ein Magnetfeld misst, das durch einen Strom von etwa einigen hundert A (Ampere) im gesamten Messstrombereich in einem Zustand erzeugt wird, wo die Linearität beibehalten wird, wurde Magnetismus-Detektion in dem Magnetgleichgewichtssystem im Vergleich zum Magnetanteilsystem hauptsächlich verwendet.
STAND DER TECHNIK DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE

[Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2008-292325
[Patentdokument 2] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2007-078423
[Patentdokument 3] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2007-078422

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wenn der Magnetismus durch das Magnetanteilsystem unter Verwendung des oben erwähnten zeitauflösenden FG-Magnetelements, wie zuvor angegeben, detektiert wird, wird der messbare Magnetfeldbereich durch das Erregersignal und die Erregungseffizienz des Magnetelements 300 beschränkt.
Aus diesem Grund, wenn das Magnetelement, das das Magnetanteilsystem ist, als ein Stromsensor mit einem maximalen Messstrom von etwa einigen hundert A angelegt wird, ist der Messbereich eines Magnetfeldes, das in der Lage ist, hochgenaue Ausgangslinearität zu erlangen, begrenzt, aufgrund der Einschränkung eines zulässigen Maximalstromwerts oder einer Stromversorgungsspannung, die zum Ansteuern des Magnetelements verwendet werden, zusätzlich zu der Abhängigkeit der Ausgangslinearität eines einzelnen Magnetelements von der Feldstärke des Magnetfeldes.
Zusätzlich wird, wenn sich die Wellenform des von der Detektionsspule erzeugten Detektionssignals abhängig von der Feldstärke des stationären Magnetfeldes Hex und der Temperatur des Magnetsubstanzkerns ändert, gibt es eine Korrelation zwischen dem Zeitdifferenzwert eines Anstiegs in der Wellenform des Detektionssignals und der Ausgabeveränderung des Detektionssignals. Aus diesem Grund verändert sich der Zeitveränderungswert der Ausgabe des Detektionssignals abhängig von der Feldstärke des Magnetfeldes, insbesondere während die Feldstärke des Magnetfelds zunimmt, der Zeitveränderungswert zunimmt, und es ist nicht möglich, ein Magnetfeld mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu detektieren.
Andererseits, wenn der Magnetismus von dem Magnetgleichgewichtssystem unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelements detektiert wird, wird das FB-Signal im Allgemeinen durch Stromsteuerung bei der FB-Steuerung einer FB-Spule durchgeführt.
Wie zuvor angegeben, selbst wenn es eine proportionale Beziehung zwischen dem Stromwert in einem FB-Steuersignal und der Feldstärke eines Magnetfeldes, das durch den Stromwert erzeugt wird, gibt, und sich der Widerstand der FB-Spule entsprechend einer Temperatur aufgrund der Differenz in dem Stromwert des FB-Signals ändert, wird der Stromwert des FB-Signals auf einem konstanten Strom gesteuert. Aus diesem Grund ist es in dem Magnetfeld hoher Feldstärke, in dem der Stromwert des FB-Signals ansteigt, auch möglich, die Empfindlichkeitslinearität des Magnetelements aufrechtzuerhalten.
Darüber hinaus, selbst wenn sich jeweils die Erregungseffizienz der Erregerspule und der FB-Spule mit der individuellen Abweichung der Eigenschaften des Magnetelements ändert, wird der Konvergenzzustand des Magnetfeld-Gleichgewichts zwischen dem Magnetfeld, das durch das FB-Signal erzeugt wird, und des stationären Magnetfelds Hex, das an das Magnetelement 300 angelegt wird, durch die Eigenschaften der Steuerschaltung begrenzt, die das FB-Signal ausgibt, und es wird kein Restfehler (Fehler) in der Konvergenz erzeugt.
Wenn ferner das Verhältnis der Erregungseffizienz der Erregerspule zur Erregungseffizienz der FB-Spule konstant gehalten wird, wird das magnetische Empfindlichkeitsverhältnis der Erregerspule zur FB-Spule nicht verändert und somit ändert sich auch nicht die Konvergenzzeit bis das auf dem FB-Signal basierende Magnetfeld und das stationäre Magnetfeld das Magnetfeld-Gleichgewicht erreichen.
Daher wird, wenn die Erregerspule und die FB-Spule in dem Magnetelement gleichzeitig durch ein Halbleiterverfahren oder dergleichen gebildet werden, ein Spulenwiderstandsverhältnis selbst in einem Fall aufrechterhalten, wo sich der jeweilige Widerstand der Erregerspule und die FB-Spule ändert. Somit tritt ein Restfehler in einem Gleichgewichtszustand nicht auf, der ein Index für die Konvergenz des Magnetfeld-Gleichgewichts ist, und die Zeit, den Gleichgewichtszustand zu erreichen ändert sich nicht.
Wenn jedoch Magnetismus unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelements durch das Magnetgleichgewichtssystem detektiert wird, wird das Magnetelement mit der FB-Spule versehen und somit eine Verringerung der Größe des Magnetelements eingeschränkt. Darüber hinaus, wenn das FB-Signal, um die FB-Spule anzutreiben, die Feldstärke eines Magnetfeldes steuert, das durch die FB-Spule basierend auf dem Stromwert erzeugt wird, ist es erforderlich, dass der Stromwert entsprechend der Feldstärke eines Magnetfeldes durch Steuern konstanten Stroms bestimmt wird. Aus diesem Grund muss eine Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung, die einen konstanten Strom steuert, montiert werden. Daher wird die Schaltungsgröße einer Steuereinheit, die einen Strom steuert, der an die FB-Spule angelegt wird, größer und auch der Verbrauchsstrom nimmt zu.
Zusätzlich schwankt zeitlich ein internes Referenzpotential, wenn ein konstanter Strom in der Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung erzeugt wird, in Verbindung mit einer Erhöhung des Stromwerts des FB-Signals und wird somit instabil. Daher schwankt der Stromwert eines auszugebenden konstanten Stroms.
Die vorliegende Erfindung wird angesichts solcher Umstände entwickelt und eine Aufgabe von ihr ist es, eine Magnetelement-Steuervorrichtung, ein Magnetelement-Steuerverfahren und eine magnetische Detektionsvorrichtung bereitzustellen, in dem Magnetismus eines Magnetgleichgewichtssystems, das ein zeitauflösendes FG-Magnetelement verwendet, unter Verwendung eines Magnetelements detektiert wird, das nur von eine Erregerspule und eine Detektionsspule gebildet wird, und das mit einer Offset-Einstellfunktion (die gleiche wie die des) für eine Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung versehen ist, die ein Erregersignal zur Stromsteuerung einer FB-Spule bereitstellt.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetelement-Steuervorrichtung bereitgestellt, die ein Fluxgate-Magnetelement steuert, wenn eine Feldstärke eines stationären Magnetfeldes, das an das Magnetelement aufweisend eine Erregerspule und eine Detektionsspule angelegt wird, unter Verwendung eines zeitauflösenden Magnetgleichgewichtssystems detektiert wird, aufweisend: eine Erregersignal-Erzeugungseinheit, die ein Wechselsignal erzeugt; eine Detektionssignal-Vergleichseinheit, die ein Detektionssignal einer positiven Spannung oder einer negativen Spannung detektiert, das durch eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt wird, wenn eine Stromrichtung des Wechselsignals umschaltet; eine Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit, die eine Zeitspanne zwischen den Detektionssignalen der positiven Spannung und der negativen Spannung in Spannungsinformationen umwandelt; eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit, die ein Rückkopplungssignal aus den Spannungsinformation erzeugt, das ein Magnetfeld erzeugt, welches das stationäre Magnetfeld aufhebt, welches an das Magnetelement angelegt wird; eine Datensignal-Umwandlungseinheit, die das Rückkopplungssignal als ein Datensignal ausgibt, das eine magnetische Feldstärke anzeigt; eine Einstellsignal-Erzeugungseinheit, die ein Offset-Signal (Signal als Gleichstrom-Einstellsignal) erzeugt, das eine Offset-Komponente aufhebt, die auf das Datensignal überlagert wird; und eine Erregersignal-Einstelleinheit, die einen Wechselstrom, einen Rückkopplungsstrom und einen Offset-Strom jeweils aus dem Wechselsignal, dem Rückkopplungssignal und dem Offset-Signal erzeugt, den Rückkopplungsstrom und den Offset-Strom auf den Wechselstrom überlagert, und einen Erregerstrom, der an die Erregerspule angelegt wird, erzeugt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in der Magnetelement-Steuervorrichtung des oben beschriebenen ersten Aspekts, das Offset-Signal so eingestellt, dass es eine Spannung hat, die die Offset-Komponente aufhebt, die eine Differenz zwischen einem Datensignal, das in einem Null-Magnetfeld gemessen wird, und einem Erwartungswert eines Datensignals auf einem Design im Null-Magnetfeld ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält in der Magnetelement-Steuervorrichtung des oben beschriebenen ersten oder zweiten Aspekts, die Erregersignal-Einstelleinheit einen Differenzverstärker, der so gestaltet ist, dass ein Anschluss der Erregerspule mit einem invertierenden Eingangsanschluss und mit einem Ausgangsanschluss verbunden ist, und eine Referenzspannung an einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss angelegt wird, und der Wechselstrom, der Rückkopplungsstrom und der Offset-Strom an den invertierenden Eingangsanschluss angelegt werden, und der Differenzverstärker einen Erregerstrom bewirkt, der durch Addieren des Wechselstroms, des Rückkopplungsstroms und des Offset-Stroms von dem Ausgangsanschluss zu der Erregerspule fließt.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Magnetelement-Steuervorrichtung nach dem oben beschriebenen dritten Aspekt ferner einen Temperatursensor und die Einstellsignal-Erzeugungseinheit führt eine Steuerung auf der Grundlage einer durch den Temperatursensor gemessenen Temperatur durch, so dass der Offset-Strom gleich zu einem Stromwert wird, der auf einen Anfangswert gesetzt wird, unabhängig von der Temperatur.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Magnetelement-Steuervorrichtung gemäß dem oben beschriebenen vierten Aspekt, die Erregersignal-Einstelleinheit so konfiguriert, dass sie das Wechselsignal mit einem Koeffizienten, der der Temperatur entspricht, multipliziert, um das Wechselsignal zu korrigieren, das Rückkopplungssignal nach der Korrektur auf das Wechselspannungssignal überlagert, und das überlagerte Signal als Erregersignal an die Erregerspule liefert.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Magnetelement-Steuervorrichtung gemäß dem oben beschriebenen vierten oder fünften Aspekt, die Erregersignal-Erzeugungseinheit so konfiguriert, dass sie einen Zyklus des Wechselstromsignals in Reaktion auf den Koeffizienten, welcher der Temperatur entspricht, einstellt, das Rückkopplungssignal nach der Einstellung auf das Wechselspannungssignal überlagert und das überlagerte Signal als Erregersignal an die Erregerspule liefert.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in der Magnetelement-Steuervorrichtung der oben beschriebenen ersten bis sechsten Aspekte, wenn ein Modus, in welchem eine Feldstärke eines Magnetfeldes detektiert wird, unter Verwendung eines zeitauflösenden Magnetanteilsystems ausgewählt wird, stellt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit einen Spannungswert des Rückkopplungssignals auf 0 V und liefert den Spannungswert zu der Erregersignal-Einstelleinheit, und die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit gibt die Zeitspanne als Messdaten des stationären Magnetfeldes aus.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Magnetelement-Steuervorrichtung des oben beschriebenen ersten bis siebten Aspekts ferner: eine Taktsignal-Erzeugungseinheit, die ein periodisches Taktsignal erzeugt; und eine Erregersignal-Erzeugungseinheit, die ein Dreieckswellensignal als das Wechselsignal mit dem Taktsignal synchronisiert erzeugt.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetelement-Steuerverfahren bereitgestellt zum Steuern eines Fluxgate-Magnetelements, wenn eine Feldstärke eines stationären Magnetfeldes, das auf das Magnetelement angelegt wird, das eine Erregerspule und eine Detektionsspule hat, unter Verwendung eines zeitauflösenden Magnetgleichgewichtssystems, detektiert wird, aufweisend: einen Erregersignal-Erzeugungsprozess zum Erzeugen eines Wechselsignals; einen Detektionssignal-Vergleichsprozess zum Detektieren eines Detektionssignal einer positiven Spannung oder einer negativen Spannung, das durch eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt wird, wenn sich eine Stromrichtung des zur Erregerspule fließenden Wechselsignals umschaltet; einen Rückkopplungssignal-Umwandlungsprozess zum Umwandeln einer Zeitspanne zwischen den Detektionssignalen der positiven Spannung und der negativen Spannung in Spannungsinformationen; ein Rückkopplungssignal-Einstellprozess zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals aus den Spannungsinformationen, das ein Magnetfeld erzeugt, welches das stationäre Magnetfeld aufhebt, welches an das Magnetelement angelegt wird; ein Datensignal-Umwandlungsprozess zum Ausgeben des Rückkopplungssignals als ein Datensignal, das eine magnetische Feldstärke anzeigt; ein Einstellsignal-Erzeugungsprozess zum Erzeugen eines Offset-Signals, das eine Offset-Komponente aufhebt, die auf das Datensignal überlagert wird; und einen Erregersignal-Einstellprozess zum Erzeugen eines Wechselstroms, eines Rückkopplungsstroms und eines Offset-Stroms jeweils aus dem Wechselsignal, dem Rückkopplungssignal und dem Offset-Signal, Überlagern des Rückkopplungsstroms und des Offset-Stroms auf den Wechselstrom, und Erzeugen eines Erregerstroms, der an die Erregerspule angelegt wird.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine magnetische Detektionsvorrichtung bereitgestellt, basierend auf einem Magnetgleichgewichtssystem, das eine Feldstärke eines stationären anzulegenden Magnetfeldes detektiert, aufweisend: ein Fluxgate-Magnetelement mit einer Erregerspule und einer Detektionsspule; eine Erregersignal-Erzeugungseinheit, die ein Wechselsignal erzeugt; eine Detektionssignal-Vergleichseinheit, die ein Detektionssignal einer positiven Spannung oder einer negativen Spannung erzeugt, das durch eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt wird, wenn ein Stromrichtung des Wechselsignals umschaltet; eine Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit, die eine Zeitspanne zwischen Detektionssignalen der positiven Spannung und der negativen Spannung in Spannungsinformationen umwandelt; eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit, die ein Rückkopplungssignal aus den Spannungsinformationen erzeugt, das ein Magnetfeld erzeugt, das das stationäre Magnetfeld, welches an das Magnetelement angelegt wird, aufhebt; eine Einstellungssignal-Erzeugungseinheit, die ein Offset-Signal erzeugt, das eine Offset-Komponente aufhebt, die auf das Datensignal überlagert wird; eine Erregersignal-Einstelleinheit, die jeweils einen Wechselstrom, einen Rückkopplungsstrom und einen Offset-Strom aus dem Wechselsignal, dem Rückkopplungssignal und dem Offset-Signal erzeugt, den Rückkopplungsstrom und den Offset-Strom auf den Wechselstrom überlagert, und einen Erregerstrom erzeugt, der an die Erregerspule angelegt wird; und eine Datensignal-Umwandlungseinheit, die das Rückkopplungssignal als ein Datensignal ausgibt, das eine magnetische Feldstärke anzeigt.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der oben beschriebenen Aspekte der vorliegenden Erfindung, da das Rückkopplungssignal des Spannungswerts zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das das stationäre Magnetfeld aufhebt, auf das Erregersignal überlagert wird, und das Rückkopplungssignal, wenn das stationäre Magnetfeld aufgehoben wird (magnetische Feldstärke auf 0 gesetzt wird), als Messdaten verwendet werden, die eine magnetische Feldstärke anzeigen, kann die magnetische Feldstärke eines Magnetgleichgewichtssystems unter Verwendung des Magnetelements gemessen werden (Magnetelement gebildet durch die Erregerspule und die Detektionsspule ohne eine FB-Spule), das die gleiche Struktur hat, wie die eines Magnetanteilsystems.
Deshalb ist es gemäß den Aspekten der vorliegenden Erfindung möglich, die Größe des verwendeten Magnetelements zu reduzieren, das in der magnetischen Detektionsvorrichtung verwendet wird. Deshalb ist es möglich, eine Verringerung in der Größe der magnetischen Detektionsvorrichtung zu realisieren und die Herstellungskosten durch eine Verringerung von dessen Größe zu reduzieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer magnetischen Detektionsvorrichtung zeigt, die durch eine Magnetelement-Steuervorrichtung 100 und ein Magnetelement 50 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Erregersignal-Einstelleinheit 1016 und einer Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 aus 1 darstellt.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Magnetelements 50 darstellt, das ein Fluxgate-Magnetelement ist.
4 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Betriebsprinzip des Fluxgate-Magnetelements darstellt.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines Magnetelement-Steuerprozesses (Erzeugungsprozess einer Rückkopplungsspannung basierend auf einem digitalen Wert) darstellt, der von der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines Magnetelement-Steuerprozesses (Erzeugungsprozess einer Rückkopplungsspannung basierend auf einem analogen Wert) darstellt, der von der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
7 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Magnetelement-Steuervorrichtung 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Magnetelement- Steuervorrichtung 100 gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines Magnetelement-Steuerprozesses (Erzeugungsprozess einer Rückkopplungsspannung basierend auf einem digitalen Wert) darstellt, der von einer Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführt wird.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel eines Magnetelement-Steuerprozesses (Erzeugungsprozess einer Rückkopplungsspannung basierend auf einem analogen Wert) darstellt, der von einer Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführt wird.
11 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines zeitauflösenden FG-Magnetelements (für eine Magnetanteilstyp-Messung) darstellt.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Prinzip darstellt, bei dem Magnetismus in einem Magnetgleichgewichtssystem unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelements detektiert wird.
13 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines zeitauflösenden FG-Magnetelements (für eine Magnetgleichgewichtstyp-Messung) darstellt.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Prinzip darstellt, bei dem Magnetismus in einem Magnetgleichgewichtssystem unter Verwendung des zeitauflösenden FG-Magnetelement detektiert wird.
15 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer magnetischen Detektionsvorrichtung darstellt, die eine Magnetelement-Steuervorrichtung bei der FB-Steuerung einer FB-Spule verwendet.
AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
<Erste Ausführungsform>
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer magnetischen Detektionsvorrichtung, die durch eine Magnetelement-Steuervorrichtung 100 und ein Magnetelement 50 gebildet wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Magnetelement-Steuervorrichtung 100 umfasst eine Magnetelement-Steuereinheit 101, eine Taktsignal-Erzeugungseinheit 102, eine Taktsignal-Einstelleinheit 103 und eine Datensignal-Bestimmungseinheit 104.
Wenn die Feldstärke eines stationären Magnetfeldes, das an das Fluxgate-Magnetelement 50 angelegt wird, das durch eine Detektionsspule 51 und eine Erregerspule 52 gebildet wird, unter Verwendung eines zeitauflösenden Magnetgleichgewichtssystems detektiert wird, steuert die Magnetelement-Steuervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Erregersignal, das an die Erregerspule 52 angelegt wird.
Die Magnetelement-Steuereinheit 101 umfasst eine Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011, eine Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012, eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013, ein Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014, eine Datensignal-Umwandlungseinheit 1015, eine Erregersignal-Einstelleinheit 1016, eine Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 und eine Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100.
Die Taktsignal-Erzeugungseinheit 102 wird von einem Oszillator gebildet, der ein Taktsignal mit einem vorbestimmten Zyklus erzeugt, und gibt ein erzeugtes Taktsignal an die Taktsignal-Einstelleinheit 103 aus.
Die Taktsignal-Einstelleinheit 103 verstärkt den Signalpegel eines zuzuführenden Taktsignals oder führt eine Verarbeitung, wie beispielsweise eine Änderung im Zyklus des Taktsignals, durch, und gibt ein Taktsignal eines Verarbeitungsergebnisses an die Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 aus.
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 bestimmt, ob der Spannungswert eines die Feldstärke eines Magnetfeldes anzeigenden Datensignals, welches von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 (später detailliert beschrieben) geliefert wird, in einem Datenbereich enthalten ist (vorgesehener Bereich von Ausgabedaten), der im Voraus gesetzt wird. Der obige Datenbereich wird vorab in eine interne Speichereinheit der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 geschrieben und gespeichert. Der Datenbereich bezieht sich auf einen Bereich eines Spannungswerts zum Bestimmen, ob ein Spannungswert, der ein Datensignal, das verstärkt und in die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 ausgegeben wird, in einem Bereich enthalten ist, in dem ein Magnetfeld und ein das Magnetfeld anzeigenden Spannungswerts in einer linearen Beziehung sind.
Wenn der Spannungswert des Datensignals nicht in dem Datenbereich enthalten ist, gibt die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 ein Fehlersignal aus, das ein Datensignal ist, welches einen Fehler an eine externe Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung anzeigt. Zusätzlich, wenn der Spannungswert des Datensignals in dem Datenbereich enthalten ist, gibt die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 ein Datensignal aus, das einen Spannungswert über einen Datensignal-Ausgangsanschluss an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung anzeigt.
In der Magnetelement-Steuereinheit 101, erzeugt die Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 ein Dreieckswellensignal als ein Wechselsignal, beispielsweise ein Wechselspannungssignal, das unter Verwendung von 0 V als Bezugspotential alterniert, auf der Basis eines Taktsignals, das von der Taktsignal-Einstelleinheit 103 geliefert wird.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 verstärkt das Dreieckswellensignal, das durch die Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 erzeugt wird, mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor, erzeugt ein Dreieckswellen-Stromsignal und legt das erzeugte Signal an die Erregerspule 52 an.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 addiert Komponenten eines Rückkopplungsstroms If und eines Offset-Stroms Ia, der ein später beschriebener Gleichstrom-Einstellstrom ist, zu dem Dreieckswellen-Stromsignal, das an die Erregerspule 52 angelegt wird.
2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Erregersignal-Einstellungseinheit 1016 und der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 aus 1 veranschaulicht. In 2 enthält die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 einen Differenzverstärker 2001 und die Widerstände 2002 und 2003. Hierbei ist der Widerstandswert des Widerstands 2002 ein Widerstandswert R, und der Widerstandswert des Widerstands 2003 ein Widerstandswert Rf. Der Widerstand 2002 ist zwischen dem Ausgangsanschluss der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 und dem (–) Anschluss (invertierender Eingangsanschluss) des Differenzverstärkers 2001 zwischengeschaltet und führt eine Spannungs-Strom-Umwandlung der Spannung des Dreieckswellen-Erregersignals durch, das von der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 ausgegeben wird, um dadurch einen Ansteuerstrom I zu erlangen. Der Widerstand 2003 ist zwischen dem Ausgangsanschluss der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 und dem (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001 zwischengeschaltet, führt eine Spannungs-Strom-Umwandlung auf der Spannung (Rückkopplungsspannung) eines Rückkopplungssignals durch, das von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 ausgegeben wird, um dadurch einen Rückkopplungsstrom If zu erlangen und gibt den Strom an den (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001 aus. Zusätzlich wird im Widerstand 2003 der Widerstandswert Rf so eingestellt, dass der Stromwert des Rückkopplungsstroms If dem Verschiebungsbetrag eines Magnetfelds entspricht, das durch die Rückkopplungsspannung angezeigt wird und hat einen Stromwert, der einen Erregerstrom Iex ändert.
Unterdessen wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Beschreibung dargestellt, in der das Rückkopplungssignal, das von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 ausgegeben wird, ein Spannungssteuersignal ist, aber das Rückkopplungssignal kann auch ein Stromsteuersignal sein. Alternativ kann das Rückkopplungssignal sowohl das Spannungssteuersignal als auch das Stromsteuersignal umfassen.
Darüber hinaus ist der (+) Anschluss (nicht-invertierender Eingangsanschluss) des Differenzverstärkers 2001 mit dem Ausgangsanschluss der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 verbunden. Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 ist eine Schaltung, die einen konstanten Strom ausgibt. Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 erzeugt ein Offset-Strom Ia als den konstanten Strom. Das heißt, die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 umfasst einen variablen Widerstand 1101, führt eine Strom-Spannungs-Umwandlung auf einer Offset-Spannung Va (Offset-Signal, das ein Gleichstrom-Einstellsignal ist) durch, die eine Gleichstrom-Einstellspannung ist, die von dem Eingangsanschluss zugeführt wird, die einen variablen Widerstand 1101 verwendet, der einen Widerstandswert Ra hat, und gibt das Resultat von dem Ausgangsanschluss zum (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001 als Offset-Strom Ia aus. Die Offset-Spannung Va wird von einer externen Stromversorgung (nicht dargestellt) durch einen Einstellspannungs-Eingangsanschluss zugeführt. Zusätzlich kann eine Stromversorgung, die die Offset-Spannung Va liefert, innerhalb der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 vorgesehen sein.
Außerdem ist der Differenzverstärker 2001 so aufgebaut, dass die Anschlüsse der Erregerspule 52 jeweils mit dem Ausgangsanschluss und dem (–) Anschluss des Verstärkers verbunden sind. Der Widerstandswert der Erregerspule 52 ist Rex, und Iex wird von dem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 2001, als der Erregerstrom des Dreieckswellen-Stromsignals angelegt.
Mit einer solchen Konfiguration ist der Erregerstrom Iex, der an die Erregerspule 52 fließt, das oben erwähnte Dreieckswellen-Stromsignal, und wird gleich zu einem Additionswert eines Ansteuerstroms I (Wechselstrom, der durch Ausführen einer Spannungs-Strom-Umwandlung auf dem Dreieckswellen-Spannungssignal erlangt wird), des Rückkopplungsstrom If und des Offset-Stroms Ia.
Der Offset-Strom Ia ist ein Strom, in den die von außen vorgegebene Offset-Spannung Va durch den variablen Widerstand 1101 umgewandelt wird. Die Offset-Spannung Va ist eine Spannung, die einen Offset (Offset-Komponente in Magnetfeldstärkedaten) aufhebt, der auf ein Datensignal überlagert wird, das durch die Herstellungsschwankungen des Magnetelements 50 erzeugt wird, und ein Schaltungselement, welches die Magnetelement-Steuereinheit 101, die Taktsignal-Erzeugungseinheit 102, die Taktsignal-Einstelleinheit 103 und die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 in der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 bildet.
Das heißt, wenn die magnetische Detektionsvorrichtung von einem magnetischen Abschirmungsgehäuse umhüllt wird, das ein stationäres Magnetfeld Hex "0" hat, falls das oben erwähnte Schaltungselement im Allgemeinen erzeugt wird wie entworfen, und ein Magnetfeld gemessen wird, hat das Datensignal ein numerischen Wert, der anzeigt, dass der Magnetismus "0" ist. Zusätzlich wird die Temperatur, wenn dieser Offset gemessen wird, auf Raumtemperatur eingestellt.
Jedoch, wie oben beschrieben, selbst wenn das stationäre Magnetfeld Hex aufgrund von Herstellungsschwankungen des Schaltungselements "0" ist, kann das Datensignal nicht einen Wert haben, der anzeigt, dass die magnetische Feldstärke "0" ist.
Das heißt, beim Entwurf der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 wird erwartet, dass die magnetische Feldstärke des Datensignals "0" ist, aber sie kann auch nicht "0" sein, was ein Erwartungswert aufgrund der Schwankungen der Merkmale des oben erwähnten Schaltungselements oder dergleichen ist. In diesem Fall wird in einem Zustand (Raumtemperatur), in dem das stationäre Magnetfeld Hex "0" ist, eine Korrekturverarbeitung zum Einstellen der Offset-Spannung Va auf eine Spannung ausgeführt, bei dem das Datensignal einen Wert hat, der "0" anzeigt. In diesem Fall ist der Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 konstant, aber sowohl die Offset-Spannung Va als auch der Widerstandswert Ra können eingestellt werden. Dadurch fließt der Offset-Strom Ia, der eine magnetische Feldstärke anzeigt, entsprechend dem Offset, der auf das Datensignal überlagert wird, zu dem (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001 aus 2. Der Rückkopplungsstrom If fließt, einschließlich eines Stroms, der den Offset-Strom Ia und somit den Rückkopplungsstrom If aufhebt, das heißt, die Rückkopplungsspannung wird durch den Offset-Strom Ia korrigiert, wodurch ermöglicht wird, dass der auf dem Datensignal überlagerte Offset aufgehoben wird.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Magnetelements 50 zeigt, welches ein Magnetelement des Fluxgate(FG)-Typs ist.
Das Magnetelement 50 ist so aufgebaut, dass zwei Arten von Wicklungen in Bezug auf einen Magnetsubstanzkern 53 gewickelt sind, und wird von der Detektionsspule 51, die von einem Wicklungstyp ausgebildet wird, und der Erregerspule 52, die von einem anderen Wicklungstyp ausgebildet wird, gebildet.
4 ist ein Diagramm, das ein Betriebsprinzip eines Fluxgate-Magnetelements darstellt. Hierbei ist TEIL (a) von 4 ein Diagramm, das die zeitliche Änderung eines an die Erregerspule 52 zugeführten Dreieckswellen-Stromsignals zeigt, in dem die vertikale Achse einen Stromwert (Dreieckswellen-Stromsignal) darstellt und die horizontale Achse die Zeit darstellt. In TEIL (a) von 4, ist das Dreieckswellen-Stromsignal, das an die Erregerspule 52 zugeführt wird, ein positiv und negativ alternierendes Signal das von 0 A begrenzt wird. Zusätzlich ist der Zyklus eines Erregersignals T und der Intervall der Änderung in einer Richtung, in der ein Strom fließt, wenn ein magnetisches Feld nicht an das Magnetelement 50 angelegt wird, das heißt, die Zeitspanne eines Intervalls, in dem ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal detektiert werden, T/2. TEIL (b) von 4 ist ein Diagramm, das die zeitliche Änderung der Detektionssignale (erstes Detektionssignal zur Zeit t1 und das zweite Detektionssignal zur Zeit t2), die in der Detektionsspule 51 aufgrund einer induzierten elektromotorischen Kraft erzeugt werden, wenn sich die Richtung eines Stroms der an die Erregerspule 52 fließt, basierend auf dem Dreieckswellen-Stromsignal von TEIL (a) von 4, das heißt, der (positiven oder negativen) Polarität einer Stromänderung verändert, wobei dessen vertikale Achse die Spannung repräsentiert und die horizontale Achse die Zeit repräsentiert. In diesem Fall wird die Referenzspannung von TEIL (b) von 4 auf 0 V eingestellt.
Hierbei zeigt TEIL (a) von 4, dass dadurch, dass das stationäre Magnetfeld (Hex) an das Magnetelement 50 angelegt wird, der Stromwert des Dreieckswellen-Stromsignals, das an die Erregerspule 52 angelegt wird, von 0 A eines Gleichstrom, der ein aufgebrachtes stationären Magnetfeld erzeugt, abweicht. Darüber hinaus ist gezeigt, dass der Wert einer Abweichung von 0 A des Dreieckswellen-Stromsignals aufgrund des stationären Magnetfelds (Hex) entspricht, und die Erzeugungszeitpunkte des ersten Detektionssignals (Zeitpunkt t1) und des zweiten Detektionssignals (Zeit t2) zeitlich abweichen.
Hierbei wird, wie aus TEIL (b) von 4 zu verstehen ist, wenn eine Differenz Td zwischen einer Zeitspanne Tw (= T0) zwischen dem Zeitpunkt t1 des ersten Detektionssignals und dem Zeitpunkt t2 des zweiten Detektionssignals (zwischen Detektionssignalen) und einer Zeit T/2, die 1/2 des Zyklus T der Dreieckswelle ist, 0 wird, das stationäre Magnetfeld (Hex) nicht an das Magnetelement 50 angelegt. Zusätzlich wird ein negatives stationäres Magnetfeld (Hex < 0) angelegt, wenn die Differenz Td positiv ist (wenn Tw gleich Tp ist), und ein positives stationäres Magnetfeld (Hex > 0) wird angelegt, wenn die Differenz Td negativ ist (wenn Tw gleich Tm ist).
Unter erneuter Bezugnahme auf 1, die Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011 verstärkt eine Spannung zwischen beiden Enden der Detektionsspule 51 des Magnetelements 50 abhängig von einem Verstärkungsgrad, der im Voraus eingestellt wird.
Die Detektionssignal-Vergleichseinrichtung 1012 vergleicht einen Spannungswert des verstärkten Detektionssignals, das von der Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011 geliefert wird, mit einem im Voraus eingestellten Schwellenwert-Spannungswert, und detektiert das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal (siehe TEIL (b) von 4).
Wie in 4 gezeigt, ist das erste Detektionssignal ein Impuls mit einer negativen Polarität (negative Spannung) und wird durch eine induzierte elektromotorische Kraft in einem Spannungsbereich erzeugt, in welchem die Polarität eines Stroms, der an die Erregerspule 52 angelegt wird, von positiv (positiver Strom) zu negativ (negativer Strom) ändert. Andererseits ist das zweite Detektionssignal ein Impuls mit einer positiven Polarität (positive Spannung) und wird durch eine induzierte elektromotorische Kraft in einem Strombereich erzeugt, in welchem sich die Polarität eines an die Erregerspule 52 angelegten Stroms von negativ (negativer Strom) zu positiv (positiver Strom) ändert.
Die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 erzeugt Spannungsinformationen (Informationen zum Bestimmen der Spannung eines später beschriebenen Rückkopplungssignals) entsprechend der Differenz Td, die durch die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 detektiert wird, und gibt die erzeugte Informationen als Messdaten an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 erzeugt eine Spannung entsprechend der Spannungsinformationen, die von der Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 geliefert werden, und liefert die Spannung als Rückkopplungssignal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 und die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015.
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 verstärkt die von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zugeführte Spannung (Rückkopplungssignal) abhängig vom im Voraus gesetzter Verstärkungsgrad, und gibt die verstärkte Spannung an die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 aus.
In der vorliegenden Ausführungsform kann, selbst wenn irgendeine aus einer Konfiguration, in der digitale Verarbeitung basierend auf einer arithmetischen Operation unter Verwendung eines digitalen Werts durchgeführt wird, und einer Konfiguration, bei der analogen Verarbeitung basierend auf einer arithmetischen Operation unter Verwendung eines analogen Werts durchgeführt wird, als eine Konfiguration verwendet wird, in der die Spannung des Rückkopplungssignals, das ein FB-Signal ist, erzeugt wird, die Magnetelement-Steuervorrichtung 100 ausgebildet werden. Nachstehend wird eine Konfiguration, in der die Spannung des Rückkopplungssignals unter Verwendung digitaler Verarbeitung erzeugt wird, und eine Konfiguration, in der die Rückkopplungsspannung unter Verwendung analoger Verarbeitung erzeugt wird, beschrieben.
Konfiguration, in der die Spannung des Rückkopplungssignals unter Verwendung digitaler Verarbeitung erzeugt wird.
Die Detektionssignal-Vergleichseinrichtung 1012 misst eine Zeitspanne vom ersten Detektionssignal bis zum zweiten Detektionssignal, erlangt eine Differenz Td (= Tw – (T/2)) zwischen einer Zeitspanne Tw (Tp, Tm oder dergleichen) und einer Zeit einer Hälfte des Zyklus T der Dreieckswelle, das heißt T/2, und gibt das Ergebnis an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 aus.
Wenn die Differenz Td, die Zeitinformationen darstellt, von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 zugeführt wird, erzeugt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 Spannungsinformationen zur Erzeugung der Spannung des Rückkopplungssignals als ein FB-Signal aus der Differenz Td.
Hierbei wird eine Zeit-Spannungs-Informationstabelle, die die Entsprechung der Differenz Td zu den Spannungsinformationen eines digitalen Werts entsprechend der Differenz Td anzeigt, vorher geschrieben und in einer internen Speichereinheit der Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 gespeichert.
Die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 liest Spannungsinformationen entsprechend der gelieferten Differenz Td von der Zeit-Spannungs-Informationstabelle, die in der internen Speichereinheit gespeichert ist, und gibt das Ergebnis an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus. Beispielsweise sind die Spannungsinformationen Daten von einem digitalen Wert, der den Spannungswert des Rückkopplungssignals anzeigt. Darüber hinaus werden den Spannungsinformationen die Polarität der Differenz Td gegeben, das heißt, sie haben eine positive Polarität, wenn die Differenz Td positiv ist, und haben eine negative Polarität, wenn die Differenz Td negativ ist. Daher überlagert, wenn das stationäre Magnetfeld Hex mit einer positiven Polarität an das Magnetelement 50 angelegt wird, die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 den Rückkopplungsstrom If, der eine negative Polarität hat, als ein Rückkopplungssignal, auf den Ansteuerstrom I, der von dem Dreieckswellen-Spannungssignal erzeugt wird. Auf der anderen Seite, wenn das stationäre Magnetfeld Hex mit einer negativen Polarität daran angelegt wird, überlagert die Erregersignal-Einstelleinheit den Rückkopplungsstrom If mit einer positiven Polarität, als ein Rückkopplungssignal, auf den Ansteuerstrom I, der von dem Dreieckswellen-Spannungssignal erzeugt wird.
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 erzeugt ein Rückkopplungssignal von einem Spannungswert, der die Spannungsinformationen auf der Basis der Spannungsinformationen anzeigt, die von der Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 geliefert werden, und gibt das erzeugte Signal als ein FB-Signal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus.
Da hierbei die Spannungsinformationen ein digitaler Wert sind, enthält die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 beispielsweise einen D/A-Wandler, und gibt die Spannungsinformationen, die ein gelieferter digitaler Wert sind, in den D/A-Wandler ein, um dadurch eine Gleichspannung zu erlangen, und gibt das Ergebnis als Rückkopplungssignal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 überlagert den Rückkopplungsstrom If, der aus dem Rückkopplungssignal erzeugt wird, das ein von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geliefertes FB-Signal ist, und den von der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 gelieferten Offset-Strom Ia, auf den Ansteuerstrom I, der darin aus dem Dreieckswellen-Spannungssignal erzeugt wird, und legt die Resultierende als das Dreieckswellen-Stromsignal an die Erregerspule 52 an.
Zusätzlich ist, wenn der Rückkopplungsstrom If auf das Dreieckswellen-Stromsignal (Erregerstrom) überlagert wird, ein Zeitintervall zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 detektiert werden, in der Nähe von T/2 befindlich.
Aus diesem Grund, wenn die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 bereits den Rückkopplungsstrom If auf das Dreieckswellen-Stromsignal überlagert hat, zeigen die Ausgabezeitinformationen einen Stromwert einer Differenz zwischen dem Rückkopplungsstrom If, der zur Einstellung auf T/2 erforderlich ist, und dem Rückkopplungsstrom If, der momentan angelegt wird. Daher gibt, wenn ein Erregersignal angelegt wird, die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 die Differenz Td als Zeitinformationen an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 aus, die den oben erwähnten momentanen Wert der Differenz anzeigen.
Wenn die Differenz Td, die die Zeitinformationen, welche den Stromwert der Differenz anzeigen, geliefert wird, wie bereits erwähnt, liest die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 die Spannungsinformationen zur Erzeugung des Stromwertes entsprechend der Differenz Td von der Zeit-Spannungs-Informationstabelle, die in der internen Speichereinheit gespeichert ist, und gibt das Ergebnis an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 enthält eine Speichereinheit, integriert und speichert die Spannungsinformation in der Speichereinheit, erzeugt eine an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 ausgegebene Spannung des Rückkopplungssignals unter Verwendung der integrierten Spannungsinformationen und gibt die erzeugte Spannung an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus.
Hierbei bestimmt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013, ob die Spannungsinformationen entsprechend der Differenz Td in einem gesetzten Spannungsbereich enthalten sind, der im Voraus gesetzt wird.
Wenn die Spannungsinformationen nicht in dem eingestellten Spannungsbereich enthalten sind und ein stationäres, an das Magnetelement 50 angelegtes Magnetfeld aufgehoben wird, bestimmt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 die Informationen als eine Spannung bei der sich das magnetische Feld nicht ändert, selbst durch das Anlegen, das heißt, die keinen Einfluss auf die Aufhebung haben.
Das heißt, die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 bestimmt, dass die Zeitspanne zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal aufgrund eines Fehlers der Steuergenauigkeit bei einer Änderung einer Magnetfeldstärke im Wesentlichen T/2 ist. In diesem Fall verwirft die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 Spannungsinformationen, die innerhalb eines Fehlerbereichs fallen, ohne die Spannungsinformationen in den Zeitinformationen zu integrieren, bis kurz vor der internen Speichereinheit.
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 verstärkt die Spannungsinformationen, die von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zugeführt werden, abhängig von einem Verstärkungsgrad, der im Voraus gesetzt wird, und gibt das Ergebnis nach draußen.
Der Verstärkungsgrad in der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 wird auf einen Wert eingestellt, bei dem nur ein Bereich des Spannungswerts des Rückkopplungssignals in einem Bereich als Datensignal ausgegeben wird, der linear im Voraus gemessen werden kann. Das heißt, nur ein Bereich, in dem ein magnetisches Feld, das ein stationäres Magnetfeld aufhebt, und ein Rückkopplungssignal mit einem Spannungswert, der das Magnetfeld erzeugt, Linearität aufrechterhalten, entspricht einer verstärkten Spannung, und gemäß einem Verstärkungsgrad ist eine Spannung außerhalb des Bereichs gesättigt und wird so eingestellt, dass sie eine konstante Spannung ist. Das heißt, die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 verstärkt ein Rückkopplungssignal und gibt es aus, basierend auf einem Verstärkungsfaktor, der im Voraus gesetzt wird, um die Spannung eines Rückkopplungssignals zu sättigen, das außerhalb eines Spannungsbereichs des Rückkopplungssignals fällt, in dem der Spannungswert des Rückkopplungssignals und die magnetische Feldstärke, die durch den Spannungswert erzeugt werden, Linearität aufweisen.
Daher zeigt das Datensignal eine Magnetfeld-Spannung zum Erlangen der Feldstärke eines Magnetfeldes, das ein stationäres Magnetfeld aufhebt, das heißt, die Feldstärke des stationären Magnetfeldes. Eine Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung (nicht dargestellt), die außerhalb angeordnet ist, wandelt den Spannungswert der Magnetfeld-Spannung, die von dem Datensignal angezeigt wird, in die Feldstärke eines Magnetfeldes und gibt die umgewandelte Feldstärke eines Magnetfelds aus.
Hierbei wird eine Magnetfeldstärke-Tabelle, die den Spannungswert der Magnetfeld-Spannung anzeigt, die der Stärke des Magnetfeldes entspricht, das dem Spannungswert der Magnetfeld-Spannung entspricht, vorab geschrieben und in einer internen Speichereinheit der Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung gespeichert.
Die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung liest die Magnetfeldstärke entsprechend dem Spannungswert der Magnetfeld-Spannung, die das Datensignal anzeigt, das von der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 geliefert wird, aus der Magnetfeldstärke-Tabelle und zeigt die Resultierende als numerischen Wert der Stärke des stationären Magnetfeldes (Hex), beispielsweise auf einer Anzeigeeinheit, die in der Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung vorgesehen ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird die magnetische Detektionsvorrichtung durch die Magnetelement-Steuervorrichtung 100 und die oben erwähnte Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung (nicht gezeigt) gebildet.
Konfiguration, in der Rückkopplungssignalspannung unter Verwendung analoger Verarbeitung erzeugt wird
Die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 gibt das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 aus.
Die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 erzeugt einen Impuls mit einem Tastverhältnis als Spannungsinformationen auf der Basis eines Zyklus (Intervall zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2, d.h. Zeitspanne), in der das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal ausgegeben werden, und gibt den Impuls als Spannungsinformationen an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Das heißt, die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 erhält ein Tastverhältnis des Rückkopplungssignals, als die Spannungsinformationen, von der oben erwähnten Zeitspanne und gibt ein Rechtecksignal des Tastverhältnisses, das den Spannungswert des Rückkopplungssignals anzeigt, an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Wenn die Informationen von einem Rechtecksignal angezeigt werden, erzeugt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 eine Gleichspannung entsprechend des Tastverhältnisses unter Verwendung einer PWM(Pulsweitenmodulation)-Schaltung oder dergleichen und gibt die erzeugte Spannung als ein Rückkopplungssignal aus.
Wenn beispielsweise die Zeitspanne von dem ersten Detektionssignal bis zum zweiten Detektionssignal länger ist als die Zeitspanne von dem zweiten Detektionssignal bis zum ersten Detektionssignal ist, ist es erforderlich, dass ein stationäres Magnetfeld negativ ist. Aus diesem Grund erzeugt eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 ein Rückkopplungssignal einer Gleichspannung zur Erzeugung eines positiven Magnetfelds, durch das das stationäre Magnetfeld aufgehoben wird.
Wenn andererseits die Zeitspanne von dem zweiten Detektionssignal bis zum ersten Detektionssignal länger ist als die Zeitspanne von dem ersten Detektionssignal bis zum zweiten Detektionssignal, ist das stationäre Magnetfeld positiv, und somit erzeugt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 ein Rückkopplungssignal einer Gleichstromspannung, die ein negatives Magnetfeld erzeugt, durch das das stationäre Magnetfeld erzeugt wird.
Das heißt, wenn ein Impuls, der Spannungsinformationen darstellt, zugeführt wird, erzeugt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 ein Rückkopplungssignal eines Spannungswerts entsprechend des Tastverhältnisses des Impulses, und gibt das erzeugte Rückkopplungssignal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus.
Hierbei, wie zuvor beschrieben, wird die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 mit einer Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung versehen, die unter Verwendung des Differenzverstärkers 2001 und der Widerstände 2002 und 2003, die in 2 dargestellt sind, aufgebaut ist. In dieser Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung, gibt der Differenzverstärker 2001 das Dreieckswellen-Stromsignal von dem Ausgangsanschluss an die Erregerspule 52 aus, so dass eine Potentialdifferenz zwischen der Spannung (Referenzspannung Vref) des (+) Anschlusses und der Spannung des (–) Anschlusses auf null beibehalten wird.
Aus diesem Grund hat der Rückkopplungsstrom If, der zu dem (+) Anschluss des Differenzverstärkers 2001 geliefert wird, ein proportionales Verhältnis zu einem externen Magnetfeld. Der Rückkopplungsstrom If entsprechend zu dem Rückkopplungssignal wird auf den Ansteuerstrom I überlagert und der überlagerte Strom wird an die Erregerspule 52 angelegt. Dadurch wird ein Magnetfeld basierend auf dem Rückkopplungsstrom If erzeugt und ein Magnetfeld, das innerhalb des Magnetelements 50 an den Magnetsubstanzkern angelegt wird, wird so eingestellt, dass es konstant ist (so dass die Zeitspanne zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal bei T/2 konstant ist). Als Ergebnis ist es möglich, das Zeitintervall zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal konstant zu halten, ohne von einem externen stationären Magnetfeld abzuhängen.
Ähnlich zu dem Fall der digitalen Verarbeitung, überlagert die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 das Rückkopplungssignal, das von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geliefert wird, auf dem Dreieckswellen-Spannungssignal, das im Inneren der Steuerschaltung erzeugt wird und legt das Dreieckswellen-Spannungssignal auf dem das Rückkopplungssignal überlagert wird, als ein Erregersignal an die Erregerspule 52 an.
Die Operationen der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 sind die gleichen, wie die in der digitalen Verarbeitung, mit Ausnahme der Verstärkung eines analogen Werts, und daher wird hiervon keine Beschreibung angegeben.
Darüber hinaus wandelt die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung ein Datensignal eines analogen Werts, der von der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 geliefert wird, durch eine A/D (Analog/Digital)-Umwandlung in einen digitalen Wert, und erlangt eine Magnetfeldstärke ähnlich zu dem Betrieb, der bei der digitalen Verarbeitung beschrieben wurde.
Als nächstes wird die Magnetelement-Steuerverarbeitung der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 5 beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Magnetelement-Steuerverarbeitung (Erzeugungsverarbeitung einer Rückkopplungsspannung basierend auf einem digitalen Wert) zeigt, die gemäß der ersten Ausführungsform von der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 durchgeführt wird.
Schritt S11:
Ein Benutzer umschließt die magnetische Detektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform in einem magnetischen Abschirmungsgehäuse und erhält die Offset-Spannung Va, die einen Offset aufhebt, der auf ein Datensignal überlagert wird und den Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 (in diesem Fall misst ein Benutzer die Offset-Spannung Va und den Widerstandswert Ra wenn das Datensignal, das von der magnetischen Detektionseinrichtung ausgegeben wird, ein magnetisches Feld von "0" anzeigt, in der Umgebung eines Magnetfelds von "0" und Raumtemperatur).
Ein Benutzer steuert den Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 und gibt die Offset-Spannung Va von einer externen Stromversorgung (nicht dargestellt) durch den Einstellspannungs-Eingangsanschluss an die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 weiter.
Dadurch wandelt die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 die Offset-Spannung Va durch den variablen Widerstand 1101 in den Offset-Strom Ia.
Schritt S12:
Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 liefert den erzeugten Offset-Strom Ia zu dem (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 addiert den Ansteuerstrom I (Strom, der durch Ausführen der Spannungs-Strom-Umwandlung an dem Dreieckswellen-Spannungssignal durch den Widerstand 2002 erlangt wird), den Offset-Strom Ia (Strom, der einen Offset aufhebt, der von der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 zugeführt wird), und den Rückkopplungsstrom If (Strom, der durch Ausführen der Spannungs-Strom-Umwandlung auf der Rückkopplungsspannung durch den Widerstand 2003 erlangt wird), um ein Signal zu erhalten, und legt das erhaltene Signal als das Dreieckswellen-Stromsignal, das ein Erregerstrom ist, an die Erregerspule 52 an. Das heißt, ein periodischer Dreieckswellenstrom, der ein Erregerstrom ist, der durch Überlagern des Offset-Stroms Ia und des Rückkopplungsstroms If auf den Ansteuerstrom I erlangt wird, fließt zur Erregerspule 52.
Schritt S13:
Die Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011 verstärkt eine Spannung zwischen beiden Enden der Detektionsspule 51, und gibt die verstärkte Spannung an die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 aus.
Die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 subtrahiert T/2, die eine Referenzzeitspanne von der Zeitspanne Tw zwischen der Zeit t1, wenn das erste Detektionssignal detektiert wird, und der Zeit t2 ist, wenn das zweite Detektionssignal detektiert wird, und gibt die Differenz Td des Subtraktionsergebnisses, als gemessene Zeitinformationen, an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 aus.
Dadurch erhält die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 einen Spannungswert entsprechend der Differenz Td aus der Differenz Td, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 zugeführt wird, und gibt den erhaltenen Spannungswert als Spannungsinformationen an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Schritt S14:
Als nächstes erhält die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 einen Spannungswert entsprechend der Differenz Td aus der Differenz Td, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 zugeführt wird, und gibt den Spannungswert als Spannungsinformationen an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Wenn die Spannungsinformationen zugeführt werden, addiert die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 einen Spannungswert, der die Spannungsinformationen anzeigt, zu dem Spannungswert der unmittelbar vorangehenden Rückkopplungsspannung, die in einer internen Speichereinheit gespeichert ist, um einen Spannungswert zu erhalten, und setzt den erhaltenen Spannungswert als den Spannungswert einer neuen Rückkopplungsspannung.
Schritt S15:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 bestimmt, ob der erhaltene Spannungswert als der Spannungswert einer neuen Rückkopplungsspannung gleich oder niedriger als eine maximale Spannung (innerhalb eines bestimmten Bereichs) ist, die im Voraus gesetzt wird.
Die maximale Spannung wird so eingestellt, dass der erzeugte Rückkopplungsstrom If einen Stromwert hat, für den der Erregerstrom, der an die Erregerspule 52 angelegt wird, kleiner wird als der Sättigungsstrom der Erregerspule 52. Das heißt, der Erregerstrom, der der Strom ist, welcher durch Addieren des Rückkopplungsstroms If und des Spitzenstroms des Erregerstroms I erhalten wird, ist ein Strom Schwellenwertbereich (Bereich eines Spannungswert mit einer Polarität von – bis +), die den Bereich eines Strom spezifiziert, der nicht den Sättigungsstrom der Erregerspule 52 überschreitet. Aus diesem Grund wird der Rückkopplungsspannungsbereich der Rückkopplungsspannung auf den Bereich von Spannungswerten mit einem Stromwert eingestellt, für den der Rückkopplungsstrom If nicht einen Sättigungsstrom in dem Spitzenwert des Ansteuerstroms I überschreitet, wie beispielsweise in einem Strom, der zu der Erregerspule 52 fließt, wenn der Rückkopplungsspannungsbereich der Rückkopplungsspannung angelegt wird.
In diesem Fall, wenn die Rückkopplungsspannung in dem obigen Rückkopplungsspannungsbereich enthalten ist, fährt das Verfahren der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zu Schritt S16 fort. Wenn die Rückkopplungsspannung nicht in diesem Rückkopplungsspannungsbereich enthalten ist, fährt der Prozess zu Schritt S18 fort.
Zusätzlich führt, wenn bestimmt wird, dass die Rückkopplungsspannung in dem Rückkopplungsspannungsbereich enthalten ist, die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 eine Zählverarbeitung eines darin vorgesehenen Zählers durch, das heißt, sie erhöht einen Zählwert (addiert 1 zu einem Zählwert).
Schritt S16:
Als nächstes bestimmt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013, ob der Zählwert des darin bereitgestellten Zählers kleiner als ein Zähler-Schwellenwert ist, der vorab in der internen Speichereinheit geschrieben und gespeichert wird (in der internen Speichereinheit gesetzt).
In diesem Fall, wenn der Zählwert des Zählers kleiner als der Zähler-Schwellenwert ist, fährt das Verfahren der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zu Schritt S17 fort. Andererseits, wenn der Zählwert gleich oder größer als der Zähler-Schwellenwert ist, fährt der Prozess zu Schritt S18 fort.
Der obige Zähler-Schwellenwert ist ein Wert, der unter Berücksichtigung eines Falls ohne Konvergenz eingestellt wird, wenn die Rückkopplungsspannung erhalten wird. Deshalb wird, basierend auf dem Zähler-Schwellenwert, die Anzahl der Wiederholungen der Berechnung der Rückkopplungsspannung erlangt, die geeignet ist, die Magnetfeldstärke des stationären Magnetfeldes innerhalb eines Fehlerbereichs zu messen, durch Anlegen des konstanten stationären Magnetfelds an das Magnetelement 50, das heißt, in der Lage ist, die Rückkopplungsspannung zu berechnen, die das stationäre Magnetfeld aufhebt. Ein durch die Multiplikation erhaltener numerischer Wert, beispielsweise die Anzahl von Wiederholungen, mit jedem Vielfachen (irgendein Ganzzahlenwert, wie 2, 3 oder 4) auf der Basis der Anzahl von Wiederholungen, wird auf den Zähler-Schwellenwert eingestellt, und die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 schreibt und speichert die Resultierende in einer Speichereinheit, die darin vorgesehen ist.
Schritt S17:
Als nächstes bestimmt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013, ob der Absolutwert des Spannungswerts der Spannungsinformationen, die aus der Differenz Td erhalten werden, kleiner als ein Spannungs-Schwellenwert ist, der im Voraus gesetzt wird.
In diesem Fall, wenn der Spannungswert der Spannungsinformationen, die aus der Differenz Td erhalten werden, den Spannungs-Schwellenwert oder höher überschreiten, fährt der Prozess der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zu Schritt S19 fort. Andererseits, wenn sich der Spannungswert der Spannungsinformation innerhalb des Spannungs-Schwellenwerts (oder niedriger) befindet, schreitet der Prozess zu Schritt S20 fort.
Hierbei wird, selbst wenn der Spannungs-Schwellenwert auf eine vorhandene Rückkopplungsspannung addiert wird, bestimmt, ob der Spannungs-Schwellenwert ein Spannungswert ist, der eine magnetische Feldstärke, die einen Messfehler überschreitet, ändert. Daher bestimmt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 einen Spannungswert kleiner als den Spannungs-Schwellenwert, ein Spannungswert zu sein, der nur eine magnetische Feldstärke innerhalb eines Fehlers in der Messung ändert, und führt nicht die Verarbeitung des Addierens des Spannungswerts, der die Spannungsinformationen anzeigt, auf die Rückkopplungsspannung aus, die in einer internen Speichereinheit integriert ist. Darüber hinaus wird der Spannungs-Schwellenwert durch Versuche oder dergleichen erhalten, und wird vorab in eine interne Speichereinheit der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geschrieben und in ihr gespeichert.
Schritt S18:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 deaktiviert das stationäre Magnetfeld, das momentan an das Magnetelement 50 angelegt wird, gemessen zu werden, und gibt ein Fehlersignal an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung durch die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 aus.
Dadurch, dass das Fehlersignal zugeführt wird, bewirkt die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung, dass ihre eigene Anzeigeeinheit eine Benachrichtigung ausgibt, die anzeigt, dass das stationäre, momentan an das Magnetelement 50 angelegte Magnetfeld deaktiviert ist gemessen zu werden.
Schritt S19:
Als nächstes schreibt und speichert die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 eine neu erhaltene Rückkopplungsspannung in eine interne Speichereinheit, als eine unmittelbar vorangehende Rückkopplungsspannung.
Darüber hinaus erzeugt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 eine Spannung entsprechend dem Spannungswert der neu erhaltenen Rückkopplungsspannung, und gibt die erzeugte Spannung als ein FB-Signal (Rückkopplungssignal) an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus. In diesem Fall, wenn der Spannungswert der Rückkopplungsspannung nicht erhalten wird, gibt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 kontinuierlich den Spannungswert einer unmittelbar vorhergehenden Rückkopplungsspannung an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus.
Als nächstes erzeugt die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 ein Dreieckswellen-Spannungssignal von einer Dreieckswelle, die von der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 geliefert wird.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 erzeugt den Ansteuerstrom I aus dem erzeugten Dreieckswellen-Spannungssignal, addiert den Rückkopplungsstrom If basierend auf der Rückkopplungsspannung, die von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geliefert wird, und dem Offset-Strom Ia, der von der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 geliefert wird, erzeugt ein Dreieckswellen-Stromsignal, das ein Erregersignal ist, und legt das erzeugte Signal an die Erregerspule 52 an. Danach kehrt der Prozess der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 zurück zu Schritt S13.
Schritt S20:
Als nächstes liest die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 den Spannungswert der Rückkopplungsspannung, die in der internen Speichereinheit gespeichert ist, und gibt den ausgelesenen Spannungswert an die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 aus.
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 verstärkt den Spannungswert der von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 gelieferten Rückkopplungsspannung basierend auf dem im Voraus gesetzten Verstärkungsfaktor und gibt den verstärkten Spannungswert als ein Datensignal an die Datensignal-Bestimmungseinheit aus.
Schritt S21:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 bestimmt, ob der Spannungswert, der das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal anzeigt, in dem in der internen Speichereinheit gespeicherten Datenbereich enthalten ist. In diesem Fall, wenn der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, in dem Datenbereich enthalten ist, kehrt der Prozess der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 zu Schritt S22 fort. Andererseits, wenn der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, nicht in dem Datenbereich enthalten ist, fährt der Prozess der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 zu Schritt S23 fort.
Schritt S22:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 gibt das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung aus.
Wie zuvor erwähnt, liest die Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung, eine magnetische Feldstärke entsprechend dem Spannungswert, der das von der Magnetelement-Steuereinrichtung 130 zugeführte Datensignal anzeigt, von der Magnetfeldstärke-Tabelle aus, die in dem internen Speicher gespeichert ist, und veranlasst eine Anzeigeeinheit, die Resultierende der Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung anzuzeigen.
Schritt S23:
Als nächstes verwirft die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal und gibt ein Fehlersignal an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung aus.
Wie zuvor angegeben, wenn das Fehlersignal von der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 geliefert wird, veranlasst die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung eine Anzeigeeinheit der Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung, eine Benachrichtigung anzuzeigen, die angibt dass das angelegte stationäre magnetische Feld deaktiviert ist gemessen zu werden.
Als nächstes wird eine andere Magnetelement-Steuerverarbeitung der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 6 beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Magnetelement-Steuerverarbeitung (Verarbeitung zur Erzeugung einer Rückkopplungsspannung auf der Basis eines analogen Werts), die durch die Magnetelement-Steuervorrichtung 130 ausgeführt wird, gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Schritte S11 und S12 von 6 sind jeweils die gleichen wie die Schritte S11 und S12 von 5.
Schritt S11:
Ein Benutzer umschließt die magnetische Detektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform in einem magnetischen Abschirmungsgehäuse, und erhält die Offset-Spannung Va zum Aufheben eines Offsets, der auf ein Datensignal überlagert wird und den Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101. Ein Benutzer steuert den Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 und gibt die Offset-Spannung Va von einer Stromversorgung (nicht gezeigt) über einen Einstellspannungs-Eingangsanschluss an die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 ein. Dadurch wandelt die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 durch den variablen Widerstand 1101 die Offset-Spannung Va in den Offset-Strom Ia.
Schritt S12:
Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 liefert den erzeugten Offset-Strom Ia an den (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 addiert den Ansteuerstrom I (Strom, der aus einem Dreieckswellen-Spannungssignal erzeugt wird), den Offset-Strom Ia und den Rückkopplungsstrom If, um einen Strom zu erhalten, und legt den erlangten Strom an die Erregerspule 52 an, als das Dreieckswellen-Stromsignal, das ein Ansteuerstrom ist. Das heißt, ein periodischer Dreieckswellenstrom fließt zur Erregerspule 52.
Schritt S33:
Die Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011 verstärkt eine Spannung zwischen beiden Enden der Detektionsspule 51 und gibt die verstärkte Spannung an die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 aus.
Die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 gibt das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal, die detektiert werden, als Zeitinformationen an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 aus.
Schritt S34:
Wenn das Detektionssignal geliefert wird, erzeugt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 eine Folge von Impulsen (nachfolgend als Impulsfolge bezeichnet) mit einem Tastverhältnis als Spannungsinformationen auf der Basis einer Zeitspanne (Zeitinformation), die ein Zeitintervall angibt, wann das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal ausgegeben werden, und gibt die Impulsfolge mit einem Tastverhältnis als Spannungsinformationen an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Schritt S35:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 erzeugt eine Gleichstromspannung (Rückkopplungsspannung) unter Verwendung einer PWM-Schaltung oder dergleichen, durch die gelieferte Impulsfolge mit einem Tastverhältnis, und gibt die erzeugte Spannung als Rückkopplungssignal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 und die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 aus.
Das heißt, wenn ein Impuls, der Spannungsinformationen entspricht, geliefert wird, erzeugt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 ein Rückkopplungssignal von einem Spannungswert entsprechend dem Tastverhältnis des Impulses, und gibt das erzeugte Rückkopplungssignal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 und die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 aus.
Hierbei ist die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 mit einer Spannungs-zu-Strom-Umwandlungsschaltung versehen, die konfiguriert ist, beispielsweise einen Operationsverstärker zu verwenden. In der Spannungs-zu-Strom-Umwandlungsschaltung, da ein Verstärker mit einer Operationsverstärkerfunktion verwendet wird, und der Verstärker so funktioniert, dass eine Potentialdifferenz zwischen einer positiven Eingabe und einer negativen Eingabe auf null beibehalten wird, hat ein Stromsignal von der Ausgabe des Verstärkers zur positiven Eingabe dazu eine proportionale Beziehung zu einem externen Magnetfeld. Indem ein Signal proportional zu dem Stromsignal als Rückkopplungssignal an die Erregerspule 52 geliefert wird, wird ein Magnetfeld basierend auf dem Rückkopplungssignal erzeugt und ein Magnetfeld, das zu einem Magnetsubstanzkern in dem Magnetelement 50 angelegt wird, so eingestellt, dass es konstant wird. Als Ergebnis ist es möglich, das Zeitintervall zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal konstant zu halten ohne von einem externen stationären Magnetfeld abzuhängen.
Schritt S36:
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 addiert den Rückkopplungsstrom If, der durch Ausführen der Spannungs-Strom-Umwandlung auf der Rückkopplungsspannung von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 erlangt wird, den Ansteuerstrom I, der durch Ausführen der Spannungs-Strom-Umwandlung auf dem Dreieckswellen-Spannungssignal von der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 erlangt wird, und den Offset-Strom Ia, der von der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 zugeführt wird, und erzeugt ein Erregersignal, das ein Dreieckswellen-Stromsignal ist, um das erzeugte Signal an die Erregerspule 52 anzulegen.
Schritt S37:
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 verstärkt den Spannungswert des von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 gelieferten Rückkopplungssignals basierend auf einen im Voraus gesetzten Verstärkungsfaktor und gibt den verstärkten Spannungswert als ein Datensignal an die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 aus.
Schritt S38:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 bestimmt, ob der Spannungswert, der das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal anzeigt, in dem Datenbereich enthalten ist, der von zwei Schwellenwertspannungen spezifiziert ist, die in einer internen Bestimmungsschaltung gesetzt werden. In diesem Fall, wenn der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, in dem Datenbereich enthalten ist, fährt der Prozess der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 zu Schritt S39 fort. Andererseits, wenn der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, nicht in dem Datenbereich enthalten ist, fährt der Prozess der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 zu Schritt S40 fort.
Schritt S39:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 gibt das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung aus.
Wie zuvor erwähnt, wandelt die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung die Spannung des Datensignals durch die A/D-Umwandlung in einen digitalen Wert, liest unter Verwendung des umgewandelten digitalen Werts eine magnetische Feldstärke entsprechend dem Spannungswert, der das von der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gelieferte Datensignal anzeigt, aus der Magnetfeldstärke-Tabelle aus, die in der internen Speichereinheit gespeichert ist, und veranlasst eine Anzeigeeinheit der Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung, die ausgelesene Magnetfeldstärke anzuzeigen.
Schritt S40:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 verwirft das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal und gibt ein Fehlersignal an die externe magnetische Feldstärke-Bestimmungsvorrichtung aus.
Wie zuvor angegeben, wenn das Fehlersignal von der Magnetelement-Steuereinrichtung 130 geliefert wird, veranlasst die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung eine Anzeigeeinheit der Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung, eine Benachrichtigung anzuzeigen, dass das angelegte stationäre Magnetfeld deaktiviert ist gemessen zu werden.
Mit der oben genannten Konfiguration ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, da das Rückkopplungssignal auf ein Erregersignal überlagert wird und das Erregersignal an die Erregerspule 52 angelegt wird, ein Magnetelement zu verwenden, das im allgemeinen in einem Magnetanteilsystem verwendet wird, und eine magnetische Detektionsvorrichtung mit verringerten Kosten und verringerter Größe auszubilden, im Vergleich zu einem Magnetelement, das mit einer FB-Spule versehen ist, bei der Messung einer magnetischen Feldstärke basierend auf einem zeitaufgelösten Magnetgleichgewichtssystem vom Stand der Technik, durch die Kombination der Magnetelement-Steuervorrichtung und der Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung.
Hierbei, indem nicht nur die Größe des Magnetelements verringert wird, sondern auch die Anzahl der Windungen der Erregerspule oder der Detektionsspule vergrößert wird, unter Verwendung des Bereichs der FB-Spule, wenn die Größe des Magnetelements die gleiche ist, wie die des Magnetgleichgewichtssystems, ist es aufgrund einer Erhöhung der Erregungseffizienz möglich, den Messbereich des stationären Magnetfeldes zu verbreitern oder das S/N(Signal/Rauschen)-Verhältnis des Detektionssignals in der Detektionsspule zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, obwohl ein Magnetelement, das im allgemeinen in einem Magnetanteilsystem verwendet wird, verwendet wird, ist es möglich, den Feldstärkebereich eines stationären Magnetfeldes, das auf das Magnetelement angelegt wird, zu erweitern, im Vergleich zu einem Fall, in dem Magnetismus durch das Magnetanteilsystem detektiert wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, da das Rückkopplungssignal als ein FB-Signal auf das Dreieckswellen-Spannungssignal überlagert wird, verglichen mit einem Fall, wo ein FB-Signal als ein Strom an eine FB-Spule des Standes der Technik angewendet wird, eine Zeitvariation in der Referenzspannung eines Differenzsignals zu stabilisieren, wenn ein konstanter Strom (FB-Signal) erzeugt wird, und eine Zeitvariation in dem auszugebenden Datensignal zu unterdrücken.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Offset-Strom Ia, der ein Offset aufhebt, welches auf Ausgabedaten eines Datensignals überlagert wird, an den (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001 der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 zugeführt. Daher kann eine Offset-Einstellung durch eine einfache Schaltung ausgeführt werden, und somit ist es möglich, die Größe der Schaltung zu verringern, um einen Offset durchzuführen, um eine Verringerung der Größe einer Schaltung zu realisieren, und um den Stromverbrauch zu reduzieren.
Ferner wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da die absoluten Werte des Rückkopplungsstroms If und des Offset-Stroms Ia einander gleichen und beide Ströme gleichzeitig in einem Zustand angelegt werden, in dem die Ströme in entgegengesetzte Richtungen fließen, keine Stromerhöhung in der Gesamtheit einer Steuerschaltung erzeugt. Daher zeigt sich ein Effekt, bei dem der Offset eines Ausgabewerts (Ausgabedaten eines Datensignals) eingestellt werden kann (Offset-Komponenten, die auf ein Datensignal überlagert werden, können abgebrochen werden), ohne den Stromverbrauch der gesamten Steuerschaltung zu erhöhen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Offset, der aufgrund der Herstellungsschwankungen eines die Magnetelement-Steuervorrichtung 100 bildenden Schaltungselements auf ein Datensignal überlagert ist, leicht aufgehoben werden, selbst nach der Fertigstellung der der Magnetelement-Steuervorrichtung, durch Eingeben der Offset-Spannung Va von außen. Dadurch ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Energieverbrauch zu reduzieren und ein hochgenaues Datensignal zu liefern.
Wenn gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 eine Dreieckswelle erzeugt, um einen nicht-linearen Bereich zu vermeiden (nachstehend als Übergangsverzerrung bezeichnet), in der Umgebung eines Bezugspotentials, das durch die Eigenschaften eines Operationsverstärkers verursacht wird, der zur Erzeugung verwendet wird, kann ein Zeitintervall zwischen den Detektionssignalen (erstes Erkennungssignal und zweites Detektionssignal) korrigiert werden, indem das Referenzpotential der FB-Steuerung auf ein Potential eingestellt werden, das sich von dem Bezugspotential der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 oder dergleichen unterscheidet.
Um zum Beispiel ein FB-Signal von magnetischem Gleichgewicht genau zu bestimmen, wird ein Dreieckswellen-Spannungssignal im Voraus mit einem Offset versehen, und das Referenzpotential so eingestellt, dass es den Bereich einer Dreieckswelle, die keine Übergangsverzerrung aufweist, schneidet.
<Zweite Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Magnetelement-Steuervorrichtung 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Magnetelement-Steuervorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Die gleichen Komponenten wie diejenigen der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 der 1, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen und Zeichen bezeichnet. In 7 umfasst die Magnetelement-Steuervorrichtung 110 eine Magnetelement-Steuereinheit 111, eine Taktsignal-Erzeugungseinheit 102, eine Taktsignal-Einstelleinheit 103 und eine Datensignal-Bestimmungseinheit 104. Außerdem enthält die Magnetelement-Steuereinheit 111 eine Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011, eine Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012, eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013, eine Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014, eine Datensignal-Umwandlungseinheit 1015, eine Erregersignal-Einstelleinheit 1016, eine Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017, einen Temperatursensor 1018 und eine Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100.
Nachstehend werden Komponenten und Operationen beschrieben, die sich von jenen der Magnetelement-Steuervorrichtung 100 der 1 unterscheiden.
Der Temperatursensor 1018 misst die Temperatur des Magnetelements 50 und gibt Temperaturdaten aus, die die gemessene Temperatur der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015, der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 und der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1100 anzeigen.
Dadurch wird eine Spannungsinformations-Korrekturtabelle, die die Entsprechung einer Temperatur zu einem Spannungsinformations-Korrekturkoeffizienten zum Korrigieren eines Einflusses aufgrund der Temperatur von Spannungsinformation anzeigt, die von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geliefert werden, zuvor geschrieben und in einer internen Speichereinheit der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gespeichert werden.
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 liest einen Spannungsinformations-Korrekturkoeffizienten entsprechend der von dem Temperatursensor 1018 gelieferten Temperaturdaten aus der Spannungsinformations-Korrekturtabelle.
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 multipliziert die Spannungsinformationen, die von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geliefert werden mit dem ausgelesenen Spannungsinformations-Korrekturkoeffizienten, um multiplizierte Spannungsinformationen als ein Datensignal zu erzeugen.
Eine Spannungswert-Korrekturtabelle, die die Temperatur entsprechend einem Spannungswert-Korrekturkoeffizienten zum Korrigieren eines Einflusses aufgrund der Temperatur auf den Spannungswert eines Erregersignals, das durch Überlagern eines Rückkopplungssignals auf ein Dreieckswellen-Spannungssignal erzeugt wird, wird vorab in eine interne Speichereinheit der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 geschrieben und in diese gespeichert.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 liest den Spannungswert-Korrekturkoeffizienten entsprechend zu den Temperaturdaten, die von dem Temperatursensor 1018 geliefert werden, aus der Spannungswert-Korrekturtabelle.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 multipliziert die Spannung des Erregersignals, das von der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 erzeugt wird, mit dem ausgelesenen Spannungswert-Korrekturkoeffizienten, um das multiplizierte Erregersignal an die Erregerspule 52 anzulegen.
Zusätzlich wird eine Zyklus-Korrekturtabelle, die die Temperatur entsprechend zu einem Zyklus-Korrekturkoeffizienten zum Korrigieren eines Einflusses aufgrund der Temperatur des Zyklus des Erregersignals anzeigt, vorab geschrieben und in einer internen Speichereinheit der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 gespeichert.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 liest den Zyklus-Korrekturkoeffizienten entsprechend den Temperaturdaten, die von dem Temperatursensor 1018 geliefert werden, aus der Zyklus-Korrekturtabelle.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 korrigiert den Zyklus einer Dreieckswelle, die von der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 geliefert wird, unter Verwendung des ausgelesenen Zyklus-Korrekturkoeffizienten, und erzeugt ein Dreieckswellen-Spannungssignal von der Dreieckswelle des Korrekturergebnisses.
Ferner kann die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 in Synchronisation mit einem Taktsignal, das von der Taktsignal-Einstelleinheit 103 ausgegeben wird ein Rückkopplungssignal auf das Dreieckswellen-Spannungssignal addieren und überlagern, um ein Signal zu erhalten, und kann durch D/A-Umwandlung des erhaltenen Signals ein Erregersignal erzeugen.
Hierbei wird ein Messzyklus mit beliebiger Zeitspanne in Synchronisation mit dem Taktsignal erzeugt, wobei eine Periode, in der Messverarbeitung durch Anlegen des Erregersignals an die Erregerspule 52 ausgeführt wird, und eine Periode, in der die Messung durch Anhalten des Anlegens des Erregersignals an die Erregerspule 52 nicht ausgeführt wird, abwechselnd bereitgestellt werden, und die Erregerspule 52 intermittierend betrieben wird.
Dadurch wird die Wärmeerzeugung in dem Magnetelement 50 selbst unterdrückt und Temperaturveränderungen verringert, wodurch ermöglicht wird, eine magnetische Feldstärke mit einem höheren Grad an Genauigkeit zu messen.
Ferner werden Erregerspulen aus einer Vielzahl von Magnetelementen in einer Reihenfolge unter Verwendung der Funktion eines intermittierenden Betriebs angesteuert und somit kann ein stationäres Magnetfeld durch eine Magnetelement-Steuervorrichtung und eine Vielzahl von Magnetelementen gemessen werden.
Zum Beispiel werden Magnetelemente verwendet, so dass die jeweiligen Messachsen von drei Magnetelementen, das heißt, drei Achsen, eine x-Achse, eine Y-Achse und eine z-Achse, miteinander im rechten Winkel sind. Die bereitgestellten Magnetelemente können bei der Steuerung von Magnetelementen verwendet werden, die an anderen Achsen bereitgestellt sind, die die magnetische Feldstärke und die Richtung des Magnetfeldes in einem dreidimensionalen Raum messen.
Zusätzlich werden in der zweiten Ausführungsform, wie oben beschrieben, Spannungsinformations-, Offset-Informations- und Temperaturkompensation eines Erregersignals ausgeführt.
Wenn die Temperaturkompensation eines Erregersignals in der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 nicht durchgeführt wird, ändert sich der Widerstandswert der Erregerspule 52 aufgrund einer Änderung der Temperatur der Erregerspule 52 und der Wert eines aufgrund des Erregersignals fließenden Stroms schwankt. Zusätzlich kann der Zyklus oder Spitzenwert (beispielsweise Spitzenwert des Dreieckswellen-Spannungssignals) des Erregersignals aufgrund der Temperatureigenschaften einer Schaltung, die die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 bildet, schwanken.
Da in einem Fall der FB-Steuerung, eine Veränderung der Temperatur, die durch eine Temperaturmessung für eine einzige Rückkopplungszeit eines FB-Signals detektiert wird, ausreichend langsam ist, gibt es wenig Einfluss auf die Konvergenz, wenn ein FB-Signal, das ein stationäres, an das Magnetelement 50 angelegtes Magnetfeld aufhebt, erzeugt wird.
Wie jedoch oben beschrieben, ändert sich ein Strom (Erregerstrom), der aufgrund eines Erregersignals zur Erregerspule 52 fließt, mit einer Schwankung im Widerstandswert der Erregerspule 52 verbunden mit einer Temperaturveränderung und die magnetische Empfindlichkeit eines stationären Magnetfelds, das an das Magnetelement 50 angelegt wird, schwankt.
Zusätzlich können Spannungsinformationen, die einer Schwankung der magnetischen Empfindlichkeit entsprechen, und eine Zeitspanne zwischen Detektionssignalen (erstes Detektionssignal und zweites Detektionssignal), die von der Detektionsspule 51 ausgegeben wird, durch eine Temperaturkompensation in der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 korrigiert werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine Temperaturabhängigkeit der magnetischen Empfindlichkeit zu realisieren, die die gleiche ist, wie die des Erregersignals der Stromsteuerung.
Jedoch kann die gemessene Differenz Td selbst aufgrund einer Änderung (wie beispielsweise einer Vergrößerung der Breite einer Signals) in der Signalwellenformen der Detektionssignale (erstes Detektionssignal und zweites Detektionssignal) schwanken. Aus diesem Grund, um die gemessene Zeitspanne zu korrigieren, wie in der vorliegenden Ausführungsform, ist die Temperaturkompensation des Zyklus des Erregersignals beim Unterdrücken einer Schwankung der magnetischen Empfindlichkeit effektiv.
Zusätzlich zur Korrektur des Zyklus des Erregersignals, wie in der vorliegenden Ausführungsform, ist in der Einstellungssignal-Erzeugungseinheit 1100 die Korrektur des variablen Widerstands 1101 und der Offset-Spannung Va in der Einstellungssignal-Erzeugungseinheit 1100 in Verbindung mit einem Änderung der Temperatur auch wirksam zum Kompensieren der Differenz Td.
Das heißt, in der Umgebung eines Nullmagnetfeldes und bei Raumtemperatur, wird ein auf ein Datensignal überlagerter Offset aufgehoben und der Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 und der Spannungswert der Offset-Spannung Va werden in einem Zustand, wo ein von dem Datensignal angezeigtes magnetisches Feld auf "0" gesetzt wird, gemessen. Der Widerstandswert Ra und die Offset-Spannung Va werden in diesem Fall Einstellwerte der Magnetelement-Steuervorrichtung, in welcher der variable Widerstand 1101 montiert ist.
Außerdem wird die Widerstandswert-Änderungsrate (beispielsweise pro 1°C) der Temperatureinheit des Widerstandswerts Ra des variablen Widerstands 1101, durch Erhöhen oder Verringern einer Temperatur von der Raumtemperatur, erlangt. Eine Widerstandswert-Änderungsraten-Tabelle, in welcher die Temperatur und die Widerstandswert-Änderungsrate in der Temperatur miteinander verbundenen sind, wird in eine interne Speichereinheit der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 geschrieben und gespeichert. Zusätzlich werden auch der Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 und der Spannungswert der Offset-Spannung Va in einem Zustand, in dem ein von dem gemessenen Datensignal angezeigtes magnetisches Feld auf "0" gesetzt wird, als Bezugswerte in die interne Speichereinheit geschrieben und gespeichert.
Dadurch liest bei Inbetriebnahme der Magnetelement-Steuervorrichtung 110, die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 die Widerstandswert-Änderungsrate entsprechend einer Temperatur aus, die von Temperaturdaten angezeigt wird, die von dem Temperatursensor 1019 und dem Widerstandswert Ra des Referenzwert geliefert werden, und zwar aus der Widerstandswert-Änderungsraten-Tabelle, die in der internen Speichereinheit gespeichert ist. Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 teilt den ausgelesenen Widerstandswert Ra des Referenzwerts durch die ausgelesene Widerstandswert-Änderungsrate, und setzt dieses Teilungsergebnis zu dem Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 in einer vorliegenden Temperatur. Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 stellt den Widerstandswert Ra des Referenzwerts des variablen Widerstands 1101 zu dem Widerstandswert Ra, der der erlangten vorliegenden erhaltenen Temperatur entspricht. Als Ergebnis kann der Widerstandswert Ra, der entsprechend einer Temperaturänderung verändert wird, auf den Widerstandswert Ra eingestellt werden, der als Bezugswert gesetzt wird und die Einstellungssignal-Erzeugungseinheit 1100 kann immer den anfänglich gesetzten Offset-Strom Ia an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 liefern, unabhängig von einer Änderung der Temperatur.
Darüber hinaus kann ein DC/DC-Wandler in der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 bereitgestellt werden und der DC/DC-Konverter kann konfiguriert sein, den Spannungswert der Offset-Spannung Va einzustellen, die von einer externen Energieversorgung geliefert wird, in Reaktion auf die obige Widerstandswert-Änderungsrate, so dass der Stromwert des Anfangswerts des anfänglich gesetzten Offset-Stroms Ia, sich unabhängig von der Temperatur ändert.
In der zweiten Ausführungsform, wie im Fall der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, kann die Verarbeitung durch die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 durch Rechenoperationsverarbeitung unter Verwendung eines digitalen Werts durchgeführt werden, d.h. es können Spannungsinformationen eines digitalen Werts, der den Spannungswert des Rückkopplungssignals anzeigt, als das Rückkopplungssignal von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 zugeführt werden.
In diesem Fall gibt die Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 unter Verwendung eines digitalen Werts eine Dreieckswelle an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus.
Mit solch einer Konfiguration, wie in der ersten Ausführungsform der Fall, kann die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 in Synchronisation mit einem Taktsignal, das von der Taktsignal-Einstelleinheit 103 ausgegeben wird, ein Rückkopplungssignal auf das Dreieckswellen-Spannungssignal addieren und überlagern, um ein Signal zu erhalten und kann ein Erregersignal durch Ausführen einer D/A-Umwandlung auf das erlangte Signal erzeugen.
Hierbei wird ein Messzyklus mit irgendeiner Zeitspanne in Synchronisation mit dem Taktsignal erzeugt, wobei eine Periode, in der die Messverarbeitung durch Anlegen des Erregersignals an die Erregerspule 52 ausgeführt wird, und eine Periode, in der Messung durch Anhalten der Anwendung des Erregersignals an die Erregerspule 52 nicht ausgeführt wird, abwechselnd bereitgestellt werden und die Erregerspule 52 intermittierend betrieben wird.
Dadurch wird die Erzeugung von Wärme in dem Magnetelement 50 selbst unterdrückt und Veränderungen in der Temperatur verringert, wodurch einer magnetischen Feldstärke erlaubt wird, mit einem höheren Grad an Genauigkeit gemessen zu werden.
Zusätzlich kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Offset, der aufgrund der Herstellungsabweichungen eines die Magnetelement-Steuervorrichtung 100 bildenden Schaltungselements auf einem Datensignal überlagert wird, leicht aufgehoben werden, indem die Offset-Spannung Va von außen gegeben wird. Dadurch ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein hochgenaues Datensignal zu liefern.
Ferner, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist, werden Erregerspulen aus einer Vielzahl von Magnetelementen in der Reihenfolge, unter Verwendung der Funktion eines intermittierenden Betriebs, angesteuert und somit kann ein stationäres Magnetfeld durch eine Magnetelement-Steuervorrichtung und einer Vielzahl von Magnetelementen gemessen werden.
Beispielsweise sind Magnetelemente so bereitgestellt, dass die jeweiligen Messachsen von drei Magnetelementen, das heißt, drei Achsen, eine x-Achse, eine Y-Achse und eine z-Achse, im rechten Winkel zueinander sind. Die bereitgestellten Magnetelemente können bei der Steuerung von Magnetelementen verwendet werden, die an anderen Achsen bereitgestellt sind, die die magnetische Feldstärke und die Richtung des Magnetfeldes in einem dreidimensionalen Raum messen.
<Dritte Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß einer dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Komponenten, die zu denjenigen der Magnetelement-Steuervorrichtung 110 der 7 gleich sind, die in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, sind mit den denselben Bezugszeichen und Zeichen bezeichnet. In 8 enthält die Magnetelement-Steuervorrichtung 130 eine Magnetelement-Steuereinheit 131, eine Taktsignal-Erzeugungseinheit 102, eine Taktsignal-Einstelleinheit 103 und eine Datensignal-Bestimmungseinheit 104.
Die Magnetelement-Steuereinheit 131 enthält eine Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011, eine Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012, eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013, eine Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014, eine Datensignal-Umwandlungseinheit 1015, eine Erregersignal-Einstelleinheit 1016, eine Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017, einen Temperatursensor 1019, einen ersten Analogschalter 1021 und einen zweiten Analogschalter 1022.
Nachstehend werden nur die Komponenten und Operationen, die sich von jenen der Magnetelement-Steuervorrichtung 110 der 6 unterscheiden, beschrieben.
Die Konfiguration der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen der zweiten Ausführungsform dadurch, dass sie irgendeiner aus einer Magnetfeldmessung einer Magnetgleichgewichtstyp-Messvorrichtung und einer Magnetfeldmessung einer Magnetanteiltyp-Messvorrichtung entspricht.
Das heißt, im dritten Ausführungsbeispiel kann die Konfiguration der Magnetfeldmessung einer Magnetgleichgewichtstyp-Messvorrichtung in der zweiten Ausführungsform beliebig ausgewählt und von einem Benutzer zu der Konfiguration einer Magnetfeldmessung einer Magnetanteilstyp-Messvorrichtung umgeschaltet werden. Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, in dem die Verarbeitung zur Erzeugung einer Rückkopplungsspannung unter Verwendung eines digitalen Werts ausgeführt wird, aber das gleiche gilt für einen Fall, in dem die Erzeugung der Rückkopplungsspannung unter Verwendung einer analogen Verarbeitung ausgeführt wird.
In 8, wird das Schalten ausgeführt, bei dem der erste Analogschalter 1021 und der zweite Analogschalter 1022 als Messvorrichtung vom Magnetgleichgewichtstyp konfiguriert ist, oder als eine Messeinrichtung vom Magnetanteilstyp konfiguriert ist.
Das heißt, wenn erkannt wird, dass ein Wechselschalter (nicht gezeigt) der Magnetelement-Steuereinrichtung 130 in einem Zustand ist, der die Steuerung der Magnetgleichgewichtstyp-Messvorrichtungs-Konfiguration anzeigt, setzt die Magnetelement-Steuereinheit 131 den ersten Analogschalter 1021 in einen elektrisch leitenden Zustand (EIN), und setzt den zweiten Analogschalter 1022 in einen elektrischen nicht-leitenden Zustand (AUS).
Dadurch wird in der Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 die Differenz Td, die eine Zeit angibt, an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 ausgegeben und eine Messverarbeitung eines Magnetfelds ähnlich zu der der zweiten Ausführungsform, durchgeführt.
Andererseits, wenn detektiert wird, dass ein Wechselschalter (nicht dargestellt) der Magnetelement-Steuereinrichtung 130 in einem Zustand ist, der eine Steuerung der Magnetanteilstyp-Konfiguration anzeigt, setzt die Magnetelement-Steuereinheit 131 den ersten Analogschalter 1021 in einen elektrisch nicht-leitenden Zustand (AUS), und setzt den zweiten Analogschalter 1022 in einen elektrisch leitenden Zustand (EIN).
Dadurch, nachdem Spannungsinformationen entsprechend der Differenz Td, die eine Zeit angeben, erlangt werden, gibt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 diese Spannungsinformationen nicht an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus, sondern gibt die Informationen an die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 aus.
Wenn sich der obige Wechselschalter in einem Zustand befindet, der eine Steuerung der Magnetanteilstyp-Konfiguration anzeigt, gibt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 einen Spannungswert aus, der eine Magnetfeldstärke auf der Basis der Differenz Td anzeigt, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 geliefert wird.
Hierbei wird eine Magnetanteilstyp-Spannungstabelle, die die Entsprechung der Differenz Td zu dem Spannungswert anzeigt, welcher eine magnetische Feldstärke anzeigt, die der Differenz Td entspricht, vorab geschrieben und in einer internen Speichereinheit der Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 gespeichert.
Die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 liest den Spannungswert entsprechend der Differenz Td, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 geliefert wird, aus der Magnetanteiltyp-Spannungstabelle, verstärkt den Spannungswert basierend auf einem Verstärkungsfaktor, der entsprechend einem Fall eines Magnetanteilsystems gesetzt wird, und gibt das Ergebnis an die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 aus. Ähnlich dem Verstärkungsfaktor im Falle eines Magnetanteilstyp-Systems, wird der Verstärkungsfaktor im Falle eines Magnetanteilstyp-Systems auch auf einen Wert eingestellt, der als einen Begrenzer zum Extrahieren nur eines Bereichs dient, in dem der Spannungswert und die magnetische Feldstärke in einer linearen Beziehung sind.
Daher verstärkt in dem Fall der Magnetgleichgewichtstyp-Konfiguration die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 die Spannungsinformationen, die von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geliefert werden, basierend auf einem Verstärkungsfaktor, der so gesetzt wird, dass er dem Fall eines Magnetgleichgewichtssystems entspricht und gibt die verstärkten Spannungsinformationen als Spannungswert eines Datensignals an die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 aus.
Zusätzlich bestimmt im Fall des Magnetanteilstyp-Systems, ähnlich dem Magnetgleichgewichtssystem, die Datensignal-Bestimmungseinheit 104, ob die lineare Beziehung, die im Voraus gesetzt wird, sich innerhalb eines beibehaltenen Bereichs befindet.
Als nächstes wird eine Magnetelement-Steuerverarbeitung der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Magnetelement-Steuerverarbeitung (Erzeugungsverarbeitung einer Rückkopplungsspannung auf der Grundlage eines digitalen Werts), die von der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird, darstellt. Die Schritte S11 und S12 in 9 sind jeweils die gleichen wie die Schritte S11 und S12 in 5.
Schritt S11:
Ein Benutzer umschließt die magnetische Detektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform in einem magnetischen Abschirmungsgehäuse und erlangt die Offset-Spannung Va zum Aufheben eines Offsets, das auf ein Datensignal überlagert wird und den Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101.
Ein Benutzer steuert den Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 und gibt die Offset-Spannung Va von einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) durch den Einstellspannungs-Eingabeanschluss an die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100.
Schritt S12:
Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 wandelt die Offset-Spannung Va durch den variablen Widerstand 1101 in den Offset-Strom Ia um.
Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 liefert den erzeugten Offset-Strom Ia an den (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 addiert den Ansteuerstrom I (Strom, der durch Ausführen der Spannungs-Strom-Umwandlung an dem Dreieckswellen-Spannungssignal durch den Widerstand 2002 erlangt wird), den Offset-Strom Ia (Strom, der einen Offset aufhebt, der von der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 geliefert wird), und den Rückkopplungsstrom If (Strom, der durch Ausführen einer Spannungs-Strom-Umwandlung auf der Rückkopplungsspannung durch den Widerstand 2003 erlangt wird), um einen Strom zu erhalten und legt den erhaltenen Strom als das Dreieckswellen-Stromsignal, das ein Erregerstrom ist, an die Erregerspule 52 an. Das heißt, ein periodischer Dreieckswellenstrom, der durch Überlagern des Offset-Stroms Ia und des Rückkopplungsstrom If auf den Ansteuerstrom I erlangt wird, fließt zu der Erregerspule 52.
Schritt S13:
Die Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011 verstärkt eine Spannung zwischen beiden Enden der Detektionsspule 51 und gibt die verstärkte Spannung an die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 aus.
Die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 subtrahiert T/2, die eine Referenzzeitspanne von der Zeitspanne Tw zwischen der Zeit t1 ist, wenn das erste Detektionssignal detektiert wird, und der Zeit t2, wenn das zweite Detektionssignal detektiert wird, ist, und gibt die Differenz Td des Subtraktionsergebnisses als gemessene Zeitinformation an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 aus.
Schritt S24:
Die Magnetelement-Steuereinheit 131 detektiert entweder einen Zustand (einen Magnetgleichgewichtssystem-Modus) der Rückkopplungssteuerung, der anzeigt, dass der Wechselschalter die Magnetelement-Steuervorrichtung 130 als Magnetgleichgewichtstyp-Konfiguration verwendet oder einen Zustand (Magnetanteilsystem-Modus) ohne Rückkopplungssteuerung, der anzeigt, dass der Wechselschalter, die Magnetelement-Steuervorrichtung 130 als Magnetanteilstyp-Konfiguration verwendet.
Wenn der Wechselschalter ein Magnetgleichgewichtssystem-Modus ist, fährt der Prozess der Magnetelement-Steuereinheit 131 zu Schritt S25 fort. Andererseits, wenn der Wechselschalter ein Magnetanteilsystem-Modus ist, schreitet der Prozess zu Schritt S26 fort.
Schritt S25:
Wenn der Wechselschalter ein Magnetgleichgewichts-Modus ist, setzt die Magnetelement-Steuereinheit 131 den ersten Analogschalter 1021 in einen elektrisch leitenden Zustand, und setzt den zweiten Analogschalter 1022 in einen elektrischen nicht-leitenden Zustand.
Dadurch erlangt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 einen Spannungswert entsprechend der Differenz Td aus der Differenz Td, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 geliefert wird und gibt den erhaltenen Spannungswert als Spannungsinformation an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Schritt S14:
Die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 erlangt einen Spannungswert entsprechend der Differenz Td aus der Differenz Td, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 zugeführt wird, und gibt den Spannungswert als Spannungsinformationen an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Wenn die Spannungsinformationen geliefert werden, addiert die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 einen Spannungswert, der die Spannungsinformationen zu dem Spannungswert der unmittelbar vorangehenden Rückkopplungsspannung anzeigt, die in einer Speichereinheit der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geschrieben ist, um einen Spannungswert zu erlangen und setzt den erlangten Spannungswert als die neue Rückkopplungsspannung.
Schritt S15:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 bestimmt, ob der Spannungswert der neuen Rückkopplungsspannung des erhaltenen Spannungswerts gleich oder niedriger als eine maximale Spannung (in einem bestimmten Bereich) ist, die im Voraus gesetzt wird.
Die maximale Spannung wird so gesetzt, dass der erzeugte Rückkopplungsstrom If einen Stromwert hat, für den der an die Erregerspule 52 angelegte Erregerstrom kleiner wird als der Sättigungsstrom der Erregerspule 52. Das heißt, der Erregerstrom, der der Additionsstrom des Rückkopplungsstroms If ist, und der Spitzenstrom des Erregerstroms I sind ein Strom-Schwellenwertbereich (Bereich eines Spannungswerts mit einer Polarität von – zu +) zum Spezifizieren des Bereichs eines Stroms, der den Sättigungsstrom der Erregerspule 52 nicht überschreitet. Aus diesem Grund wird der Rückkopplungsspannungsbereich der Rückkopplungsspannung auf den Bereich eines Spannungswerts gesetzt, der einen Stromwert hat, für den der Rückkopplungsstrom If einen Sättigungsstrom in dem Spitzenwert des Ansteuerstroms I nicht überschreitet, beispielsweise in einem Strom, der zu der Erregerspule 52 fließt, wenn angelegt.
In diesem Fall, wenn die Rückkopplungsspannung in dem Rückkopplungs-Spannungsbereich enthalten ist, fährt das Verfahren der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zu Schritt S16 fort. Wenn die Rückkopplungsspannung nicht in dem Rückkopplungsspannungsbereich enthalten ist, schreitet der Prozess zu Schritt S18 fort.
Zusätzlich, wenn bestimmt wird, dass die Rückkopplungsspannung in dem Rückkopplungsspannungsbereich enthalten ist, führt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 eine Zählverarbeitung eines Zählers aus, der darin vorgesehen ist, das heißt, erhöht einen Zählwert (addiert 1 zu einem Zählwert).
Schritt S16:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 bestimmt, ob der Zählwert des Zählers, der darin vorgesehen ist, kleiner als ein Zähler-Schwellenwert ist, der vorab in die interne Speichereinheit geschrieben und gespeichert wird (in der internen Speichereinheit gesetzt wird).
In diesem Fall, wenn der Zählwert des Zählers kleiner als der Zähler-Schwellenwert ist, fährt der Prozess der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zu Schritt S17 fort. Andererseits, wenn der Zählwert gleich oder größer als der Zähler-Schwellenwert ist, fährt der Prozess zu Schritt S18 fort.
Der obige Zähler-Schwellenwert ist ein Wert, der unter Berücksichtigung eines Falls ohne Konvergenz gesetzt wird, wenn die Rückkopplungsspannung erlangt wird. Deshalb ist, bezogen auf den Zähler-Schwellenwert, die Anzahl der Wiederholungen der Berechnung der Rückkopplungsspannung, die zur Messung der magnetischen Feldstärke des stationären Magnetfeldes innerhalb eines Fehlerbereichs durch Anwendung des konstanten stationären Magnetfeldes an das Magnetelement 50 in der Lage ist, das heißt, in der Lage ist, die Rückkopplungsspannung zu berechnen, die das stationäre Magnetfeld aufhebt, erlangt wird. Ein numerischer Wert, der durch Multiplikation beispielsweise der Anzahl der Wiederholungen mit irgendeinem Vielfachen (irgendein numerischer Wert wie 2) auf der Grundlage der Anzahl der Wiederholungen erlangt wird, wird als Zähler-Schwellenwert gesetzt und die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 schreibt und speichert das numerische Ergebnis in eine Speichereinheit, die darin vorgesehen ist.
Schritt S17:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 bestimmt, ob der Absolutwert des Spannungswerts der Spannungsinformationen, die aus der Differenz Td erlangt werden, kleiner als ein Spannungs-Schwellenwert ist, der im Voraus gesetzt wird.
In diesem Fall, wenn der Spannungswert der Spannungsinformationen, die aus der Differenz Td erhalten werden, einen Spannungs-Schwellenwert überschreitet, fährt der Prozess der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zu Schritt S19 fort. Andererseits, wenn der Spannungswert der Spannungsinformationen innerhalb des Spannungs-Schwellenwerts (oder niedriger) ist, schreitet der Prozess zu Schritt S20 fort.
Hierbei wird, selbst wenn der Spannungs-Schwellenwert auf eine momentane Rückkopplungsspannung addiert wird, bestimmt, ob der Spannungs-Schwellenwert ein Spannungswert zur Änderung einer magnetischen Feldstärke von mehr als einem Messfehler ist. Daher bestimmt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013, dass ein Spannungswert, der kleiner ist als der Spannungs-Schwellenwert, ein Spannungswert für die Änderung nur einer magnetischen Feldstärke innerhalb eines Fehlers bei der Messung ist und führt nicht die Verarbeitung der Addition des Spannungswerts aus, der die Spannungsinformationen zu der Rückkopplungsspannung, die in einer internen Speichereinheit integriert sind, anzeigt. Darüber hinaus wird der Spannungs-Schwellenwert durch ein Experiment oder dergleichen erlangt und wird vorab in einer internen Speichereinheit der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geschrieben und gespeichert.
Schritt S18:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 deaktiviert, dass das stationäre Magnetfeld, das momentan an das Magnetelement 50 angelegt wird, gemessen wird, und gibt durch die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 ein Fehlersignal an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung aus.
Dadurch, dass das Fehlersignal zugeführt wird, bewirkt die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung, dass eine Anzeigeeinheit der Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung eine Benachrichtigung anzeigt, die angibt, dass das stationäre Magnetfeld, das gegenwärtig an das Magnetelement 50 angelegt wird, deaktiviert ist gemessen zu werden.
Schritt S19:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 schreibt und speichert eine neu erhaltene Rückkopplungsspannung in eine interne Speichereinheit als eine unmittelbar vorhergehenden Rückkopplungsspannung.
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 erzeugt eine Spannung entsprechend dem Spannungswert der neu erhaltenen Rückkopplungsspannung und gibt die erzeugte Spannung als ein FB-Signal (Rückkopplungssignal) an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus. In diesem Fall, wenn der Spannungswert der Rückkopplungsspannung nicht erlangt wird, gibt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 kontinuierlich den Spannungswert einer unmittelbar vorhergehenden Rückkopplungsspannung an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 erzeugt den Ansteuerstrom I aus dem erzeugten Dreieckswellenspannungssignal, addiert den Rückkopplungsstrom If basierend auf der Rückkopplungsspannung, die von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geliefert wird, und dem Offset-Strom Ia, der von der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 erzeugt wird, und erzeugt ein Dreieckswellen-Stromsignal, das ein Erregersignal ist, um das erzeugte Signal an die Erregerspule 52 anzulegen. Danach kehrt der Prozess zu der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 zu Schritt S11 zurück.
Schritt S20:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 liest den Spannungswert der Rückkopplungsspannung, der in der internen Speichereinheit gespeichert ist und gibt den ausgelesenen Spannungswert an die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 aus.
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 verstärkt den Spannungswert der Rückkopplungsspannung von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 basierend auf einem Verstärkungsfaktor, der im Voraus gesetzt wird und gibt den verstärkten Spannungswert als ein Datensignal an die Datensignal-Bestimmungseinheit aus.
Schritt S21:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 bestimmt, ob der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 geliefert wird, in dem Datenbereich enthalten ist, der in der internen Speichereinheit gespeichert ist. In diesem Fall, wenn der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, in dem Datenbereich enthalten ist, fährt der Prozess der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 zu Schritt S22 fort. Andererseits, wenn der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, nicht in dem Datenbereich enthalten ist, fährt der Prozess der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 zu Schritt S23 fort.
Schritt S22:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 gibt das Datensignal, welches von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 geliefert wird, an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung aus.
Wie zuvor erwähnt, liest die Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung, eine magnetische Feldstärke entsprechend dem Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, das von der Magnetelement-Steuereinrichtung 130 zugeführt wird, aus der Magnetfeldstärke-Tabelle aus, die in dem internen Speicher gespeichert ist, und veranlasst eine Anzeigeeinheit, das Ergebnis an die Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung anzuzeigen.
Schritt S23:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 verwirft das Datensignal, das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 zugeführt wird, und gibt ein Fehlersignal an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung aus.
Wie zuvor angegeben, wenn das Fehlersignal von der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 zugeführt wird, veranlasst die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung eine Anzeigeeinheit der Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung, eine Benachrichtigung anzuzeigen, dass das aufgebrachte stationäre magnetische Feld deaktiviert davon ist, gemessen zu werden.
Schritt S26:
Wenn der Wechselschalter in einem Magnetproportionalmodus ist, setzt die Magnetelement-Steuereinheit 131 den ersten Analogschalter 1021 in einen elektrisch nicht-leitenden Zustand und setzt den zweiten Analogschalter 1022 in einen elektrischen leitenden Zustand.
Dadurch, da der obige Wechselschalter konfiguriert ist, eine Steuerung basierend auf dem Magnetanteilsystem durchzuführen, gibt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 einen Spannungswert aus, der eine magnetische Feldstärke an die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015, basierend auf der Differenz Td, die von der Detektionssignal-Vergleichseinrichtung 1012 geliefert wird, anzeigt.
Schritt S27:
Die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 erlangt einen Spannungswert, der eine Magnetfeldstärke auf der Basis der Differenz Td anzeigt, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 geliefert wird und gibt den erhaltenen Spannungswert an die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 aus. Das Verfahren der Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 fährt zu Schritt S20 fort.
Die Detektion der magnetischen Feldstärke basierend auf dem Magnetanteilsystem ist die gleiche wie die in dem Fall eines Beispiels des Standes der Technik, das zuvor beschrieben wurde.
Als nächstes wird eine andere Magnetelement-Steuerverarbeitung der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8 und 10 beschrieben. 10 ist ein Flussdiagramm, welches ein Operationsbeispiel einer Magnetelement-Steuerverarbeitung (Erzeugungsverarbeitung einer Rückkopplungsspannung basierend auf einem analogen Wert) darstellt, die durch die Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird. Die Schritte S11 und S12 in 10 sind jeweils die gleichen wie die Schritte S11 und S12 in 5.
Schritt S11:
Ein Benutzer umschließt die magnetische Detektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform in einem magnetischen Abschirmungsgehäuse und erlangt die Offset-Spannung Va, die einen Offset aufhebt, der auf ein Datensignal überlagert ist, und den Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101.
Ein Benutzer steuert den Widerstandswert Ra des variablen Widerstands 1101 und gibt die Offset-Spannung Va von einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) durch die Einstellspannungs-Eingabeanschluss an die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 ein.
Schritt S12:
Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 wandelt die Offset-Spannung Va durch den variablen Widerstand 1101 in den Offset-Strom Ia.
Die Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 liefert den erzeugten Offset-Strom Ia zu dem (–) Anschluss des Differenzverstärkers 2001.
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 addiert den Ansteuerstrom I (Strom, der durch Ausführen der Spannungs-Strom-Umwandlung an dem Dreieckswellen-Spannungssignal durch den Widerstand 2002 erlangt wird), den Offset-Strom Ia (Strom, der einen Offset aufhebt, der von der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 zugeführt wird), und den Rückkopplungsstrom If (Strom, der durch Ausführen der Spannungs-Strom-Umwandlung auf der Rückkopplungsspannung durch den Widerstand 2003 erlangt wird), um einen Strom zu erlangen und legt den erhaltenen Strom als das Dreieckswellen-Stromsignal, welches ein Erregerstrom ist, an die Erregerspule 52 an. Das heißt, ein periodischer Dreieckswellenstrom, der ein durch Überlagerung des Offset-Stroms Ia und des Rückkopplungsstrom If auf der Ansteuerstrom I erlangter Erregerstrom ist, fließt zu der Erregerspule 52.
Schritt S31:
Die Magnetelement-Steuereinheit 131 detektiert entweder einen Zustand (Magnetgleichgewichtssystem-Modus), der anzeigt, dass der Wechselschalter die Magnetelement-Steuervorrichtung 130 als das Magnetgleichgewichtssystem verwendet, oder einen Zustand (Magnetanteilsystemmodus), der anzeigt, dass der Wechselschalter, die Magnetelement-Steuervorrichtung 130 als das Magnetanteilsystem verwendet.
Wenn der Wechselschalter in einem Magnetgleichgewichtssystem-Modus ist, fährt der Prozess der Magnetelement-Steuereinheit 131 zu Schritt S32 fort. Andererseits, wenn der Wechselschalter in einem Magnetanteilsystemmodus ist, schreitet der Prozess zu Schritt S41 fort.
Schritt S32:
Wenn der Wechselschalter ein Magnetgleichgewichts-Modus ist, setzt die Magnetelement-Steuereinheit 131 den ersten Analogschalter 1021 in einen elektrisch leitenden Zustand und setzt den zweiten Analogschalter 1022 in einen elektrisch nicht-leitenden Zustand.
Dadurch enthält die Magnetelement-Steuervorrichtung 130 eine Konfiguration, in der eine magnetische Feldstärke basierend auf dem Magnetgleichgewichtssystem bestimmt wird.
Schritt S33:
Die Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011 verstärkt eine Spannung zwischen beiden Enden der Detektionsspule 51 und gibt die verstärkte Spannung an die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 aus.
Die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 gibt das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal, die detektiert werden, als Zeitinformationen an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 aus.
Schritt S34:
Wenn das Detektionssignal geliefert wird, erzeugt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 eine Folge von Impulsen (nachfolgend als Impulsfolge bezeichnet) mit einem Tastverhältnis als Spannungsinformationen auf der Basis eines Zyklus (Zeitinformationen), in dem das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal ausgegeben werden und gibt die Impulsfolge mit einem Tastverhältnis als Spannungsinformation an die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 aus.
Schritt S35:
Die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 erzeugt eine Gleichstromspannung unter Verwendung einer PWM-Schaltung oder dergleichen, durch die gelieferte Impulsfolge mit einem Tastverhältnis und gibt die erzeugte Spannung als Rückkopplungssignal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 aus.
Das heißt, wenn ein Impuls, der Spannungsinformationen entspricht, geliefert wird, erzeugt die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 ein Rückkopplungssignal von einem Spannungswert entsprechend dem Tastverhältnis des Impulses und gibt das erzeugte Rückkopplungssignal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 und die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 aus.
Hierbei ist die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 mit einer Spannungs-zu-Strom-Umwandlungsschaltung versehen, die konfiguriert ist, beispielsweise einen Operationsverstärker zu verwenden. In der Spannungs-zu-Strom-Umwandlungsschaltung, da ein Verstärker mit einer Operationsverstärkerfunktion verwendet wird, und der Verstärker so funktioniert, dass eine Potentialdifferenz zwischen einer positiven Eingabe und einer negativen Eingabe auf null beibehalten wird, hat ein Stromsignal von der Ausgabe des Verstärkers zur positiven Eingabe dazu eine proportionale Beziehung zu einem externen Magnetfeld. Indem ein Signal proportional zu dem Stromsignal als Rückkopplungssignal an die Erregerspule 52 geliefert wird, wird ein Magnetfeld basierend auf dem Rückkopplungssignal erzeugt und ein Magnetfeld, das zu einem Magnetsubstanzkern in dem Magnetelement 50 angelegt wird, so eingestellt, dass es konstant wird. Als Ergebnis ist es möglich, das Zeitintervall zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal konstant zu halten ohne von einem externen stationären Magnetfeld abzuhängen.
Schritt S36:
Die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 erzeugt den Ansteuerstrom I aus dem erzeugten Dreieckswellen-Spannungssignal, addiert den Rückkopplungsstrom If, der auf der Rückkopplungsspannung basiert, die von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 geliefert wird, und den Offset-Strom Ia, der von der Einstellsignal-Erzeugungseinheit 1100 erzeugt wird, und erzeugt ein Dreieckswellen-Stromsignal, das ein Erregersignal ist, um das erzeugte Signal an die Erregerspule 52 anzulegen.
Schritt S37:
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 verstärkt den Spannungswert des von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 gelieferten Rückkopplungssignals basierend auf einen im Voraus gesetzten Verstärkungsfaktor und gibt den verstärkten Spannungswert als ein Datensignal an die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 aus.
Schritt S38:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 bestimmt, ob der Spannungswert, der das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal anzeigt, in dem Datenbereich enthalten ist, der von zwei Schwellenwertspannungen spezifiziert ist, die in einer internen Bestimmungsschaltung gesetzt werden. Falls der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, in dem Datenbereich enthalten ist, fährt der Prozess der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 zu Schritt S39 fort. Andererseits, wenn der Spannungswert, der das Datensignal anzeigt, nicht in dem Datenbereich enthalten ist, fährt der Prozess der Datensignal-Bestimmungseinheit 104 zu Schritt S40 fort.
Schritt S39:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 gibt das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal an die externe Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung aus.
Wie zuvor erwähnt, wandelt die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung die Spannung des Datensignals durch die A/D-Umwandlung in einen digitalen Wert, liest unter Verwendung des umgewandelten digitalen Werts eine magnetische Feldstärke entsprechend dem Spannungswert, der das von der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 gelieferte Datensignal anzeigt, aus der Magnetfeldstärke-Tabelle aus, die in der internen Speichereinheit gespeichert ist, und veranlasst eine Anzeigeeinheit der Magnetfeldstärke-Bestimmungseinrichtung, die Resultierende anzuzeigen.
Schritt S40:
Die Datensignal-Bestimmungseinheit 104 verwirft das von der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 gelieferte Datensignal und gibt ein Fehlersignal an die externe magnetische Feldstärke-Bestimmungsvorrichtung aus.
Wie zuvor angegeben, wenn das Fehlersignal von der Magnetelement-Steuereinrichtung 130 geliefert wird, veranlasst die Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung eine Anzeigeeinheit der Magnetfeldstärke-Bestimmungsvorrichtung, eine Benachrichtigung anzuzeigen, dass das angelegte stationäre Magnetfeld deaktiviert ist gemessen zu werden.
Schritt S41:
Wenn der Wechselschalter in einem Magnetanteilsmodus ist, setzt die Magnetelement-Steuereinheit 131 den ersten Analogschalter 1021 in einen elektrisch nicht-leitenden Zustand und setzt den zweiten Analogschalter 1022 in einen elektrisch leitenden Zustand.
Dadurch, da der obige Wechselschalter konfiguriert ist, eine Steuerung basierend auf dem Magnetanteilsystem durchzuführen, gibt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 einen Spannungswert aus, der eine magnetische Feldstärke an die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 anzeigt, basierend auf der Differenz Td, die von der Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 zugeführt wird.
Schritt S42:
Die Detektionssignal-Verstärkungseinheit 1011 verstärkt eine Spannung zwischen beiden Enden der Detektionsspule 51 und gibt die verstärkte Spannung an die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 aus.
Die Detektionssignal-Vergleichseinheit 1012 gibt das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal, die detektiert werden, als Zeitinformationen an die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 aus.
Schritt S43:
Wenn das Detektionssignal geliefert wird, erzeugt die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit 1014 eine Folge von Impulsen (nachfolgend als Impulsfolge bezeichnet) mit einem Tastverhältnis als Spannungsinformationen auf der Basis eines Zyklus (Zeitinformationen), in dem das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal ausgegeben werden und gibt die Impulsfolge mit einem Tastverhältnis als Spannungsinformationen an die Datensignal-Umwandlungseinheit aus.
Die Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 erzeugt eine Gleichstromspannung unter Verwendung einer PWM-Schaltung oder dergleichen, durch die zugeführte Impulsfolge mit einem Tastverhältnis und setzt die erzeugte Spannung als Messspannung. Der Prozess der Datensignal-Umwandlungseinheit 1015 fährt zu Schritt S37 fort. In Schritt S37 wird der Prozess, wie zuvor beschrieben, unter Verwendung der Messspannung als Rückkopplungssignal ausgeführt.
In der oben erwähnten dritten Ausführungsform werden die elektrisch leitenden Zustände des ersten Analogschalters 1021 und des zweiten Analogschalters 1022 gesteuert, wodurch der Magnetelement-Steuervorrichtung 130 durch Umschalten zwischen irgendeiner Konfiguration zur Magnetfeldmessung basierend auf dem Magnetgleichgewichtssystem und der Konfiguration der Magnetfeldmessung basierend auf dem Magnetanteilsystem erlaubt wird, verwendet zu werden.
In der dritten Ausführungsform, setzt die Magnetelement-Steuereinheit 131 den ersten Analogschalter 1021 so, dass er in einem elektrisch nicht-leitenden Zustand ist, und setzt den zweiten Analogschalter 1022 so, dass er in einen elektrischen leitenden Zustand ist. Dadurch, ohne Überlagerung des Rückkopplungssignals auf das Dreieckswellen-Spannungssignal, das heißt, ohne Überlagerung des Rückkopplungssignals, das ein an das Magnetelement 50 angelegtes stationäres Magnetfeld aufhebt, auf das Erregersignal, wird eine Konfiguration, bei der eine Spannung, die ein stationäres Magnetfeld aufhebt, direkt umgewandelt wird, als eine Messspannung in eine magnetische Feldstärke durch einen einfachen Schaltkreis realisiert.
Im Falle der Magnetfeldmessung basierend auf dem Magnetanteilsystem wird eine gute Linearität zwischen dem Magnetfeld und der gemessenen Spannung unter Berücksichtigung der Messung eines zu messenden stationären Magnetfelds erlangt, entsprechend zu einem Messmagnetfeldbereich, der durch den Erregerstrom und die Erregungseffizienz begrenzt ist. Da es ferner nicht erforderlich ist ein FB-Signal zu erzeugen, wenn ein stationäres Magnetfeld innerhalb dem Messmagnetfeldbereich in dem Magnetanteilsystem gemessen wird, ist es möglich, einen Stromverbrauch zu unterdrücken.
Zusätzlich wird in Falle der Magnetfeldmessung basierend auf dem Magnetanteilsystem das Bezugspotential der Erregersignal-Einstelleinheit 1016, die beispielsweise eine Ausgabesignal-Erzeugungsschaltung ist, auf ein Potential eingestellt, das sich von dem Bezugspotential der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 unterscheidet, um Übergangsverzerrung zu vermeiden, die durch die Eigenschaften eines Operationsverstärkers verursacht werden, der in der Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 verwendet wird. Dadurch wird die Zeitzone der Übergangsverzerrung für eine Erregerdreieckswelle relativ bewegt und somit überlappen sich die Erzeugungs-Zeitzone der Übergangsverzerrung und die Erzeugungs-Zeitzone des Detektionssignals einander nicht in einem gewünschten Magnetfeldbereich. Daher wird eine Linearität mit guter Empfindlichkeit erlangt.
Andererseits, wenn ein Magnetfeld in einem großen Messmagnetfeldbereich, das heißt, einem Bereich mit einer Magnetfeldstärke größer als die eines Messmagnetfeldbereichs des Magnetanteilsystems gemessen wird, ist es notwendig, ein Magnetfeld unter Verwendung des Magnetgleichgewichtssystems zu messen, wie es bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform der Fall ist. Linearität zwischen dem Magnetfeld und dem Rückkopplungssignal kann unter Verwendung des Magnetgleichgewichtssystems in einem großen Bereich einer Magnetfeldstärke erlangt werden.
Wie im Fall der ersten Ausführungsform und der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform, kann die Verarbeitung bis zur Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 durch eine arithmetische Operationsverarbeitung unter Verwendung eines digitalen Wertes ausgeführt werden, d.h. Spannungsinformationen eines digitalen Werts, der den Spannungswert des Rückkopplungssignals anzeigt, kann als Rückkopplungssignal von der Rückkopplungssignal-Einstelleinheit 1013 zu der Erregersignal-Einstelleinheit 1016 zugeführt werden.
In diesem Fall gibt die Erregersignal-Erzeugungseinheit 1017 ein Dreieckswellensignal an die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 unter Verwendung eines digitalen Werts aus.
Mit einer solchen Konfiguration, wie es bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist, kann die Erregersignal-Einstelleinheit 1016 ein Rückkopplungssignal auf das Dreieckswellen-Spannungssignal synchron zu einem Taktsignal addieren und überlagern, das von einer Taktsignal-Einstelleinheit 103 ausgegeben wird, um ein Signal zu erlangen, und kann ein Erregersignal durch Ausführen einer D/A-Umwandlung auf dem erlangten Signal ausführen.
Hierbei wird ein Messzyklus mit irgendeiner Zeitspanne erzeugt in Synchronisation zum Taktsignal, wobei eine Periode, in der Messverarbeitung durch Anlegen des Erregersignals an die Erregerspule 52 ausgeführt wird, und eine Periode, in die Messung nicht durch Anhalten der Anwendung des Erregersignals an die Erregerspule 52 ausgeführt wird, werden abwechselnd bereitgestellt, und die Erregerspule 52 wird intermittierend betrieben.
Dadurch wird die Erzeugung von Wärme in dem Magnetelement 50 selbst unterdrückt und eine Änderung der Temperatur verringert, wodurch eine zu messende magnetische Feldstärke mit einem höheren Grad an Genauigkeit gemessen werden kann. Zusätzlich ist es möglich, eine Verringerung des durchschnittlichen Stromverbrauchs zu erzielen.
Ferner, wie es bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist, werden die Erregerspulen aus einer Vielzahl von Magnetelementen in der Reihenfolge unter Verwendung der Funktion eines intermittierenden Betriebs angesteuert und somit kann ein stationäres Magnetfeld durch eine Magnetelement-Steuervorrichtung und einer Vielzahl von Magnetelementen gemessen werden.
Beispielsweise sind Magnetelemente bereitgestellt, so dass die jeweiligen Messachsen der drei Magnetelemente, das heißt, drei Achsen eine x-Achse, eine Y-Achse und eine z-Achse im rechten Winkel zueinander stehen, und somit bei der Steuerung der Magnetelemente anderer Achsen verwendet werden können, die die magnetische Feldstärke und die Richtung des Magnetfeldes in einem dreidimensionalen Raum messen.
Zusätzlich können Programme zur Realisierung jeder Funktion (arithmetische Operationsverarbeitung zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals basierend auf einem digitalen Wert) der Magnetelement-Steuereinheit 101 aus 1, der Magnetelement-Steuereinheit 111 aus 7 und der Magnetelement-Steuereinheit 131 aus 8 in einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet und somit kann die Verarbeitung einer Magnetelementsteuerung ausgeführt werden, indem ein Computersystem veranlasst wird, die in diesem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Programme zu lesen und auszuführen. Unterdessen umfasst der Begriff "Computersystem", wie hierin verwendet, ein Betriebssystem oder Hardware, wie Peripheriegeräte.
Darüber hinaus enthält das "Computersystem" auch eine Umgebung, welche eine Homepage bereitstellt (oder eine Anzeigeumgebung), wenn ein WWW-System verwendet wird.
Zusätzlich bezieht sich der Begriff "computerlesbares Aufzeichnungsmedium" auf eine flexible Scheibe, eine magneto-optische Scheibe, ein ROM, ein tragbares Medium, wie ein CD-ROM und eine Speichervorrichtung, wie eine in dem Computersystem eingebaute Festplatte. Ferner umfasst das "computerlesbare Aufzeichnungsmedium" Aufzeichnungsmedien, die dynamisch ein Programm während einer kurzen Zeitspanne halten, wie Netzwerke, wie das Internet oder Kommunikationsleitungen, wenn ein Programm über Kommunikationsleitungen wie beispielsweise eine Telefonleitung übertragen wird, und Aufzeichnungsmedien, die ein Programm für eine bestimmte Zeitspanne halten, wie ein flüchtiger Speicher in einem Computersystem, das in diesem Falle als ein Server oder ein Client dient. Zusätzlich kann das oben erwähnte Programm ein Programm sein, das zur Realisierung eines Teils der vorstehend genannten Funktionen verwendet wird und in der Lage sein, die zuvor genannten Funktionen durch Kombination von Programmen, die zuvor in dem Computersystem aufgezeichnet werden, zu realisieren.
Wie oben erwähnt, wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, aber spezifische Konfigurationen sind nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und können Entwürfe und Konfigurationen enthalten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

50: Magnetelement
51: Detektionsspule
52: Erregerspule
100, 110, 130: Magnetelement-Steuergerät
101, 111, 131: Magnetelement-Steuereinheit
102: Taktsignal-Erzeugungseinheit
103: Taktsignal-Einstelleinheit
104: Datensignal-Bestimmungseinheit
1011: Detektionssignal-Verstärkungseinheit
1012: Detektionssignal-Vergleichseinheit
1013: Rückkopplungssignal-Einstelleinheit
1014: Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit
1015: Datensignal-Umwandlungseinheit
1016: Erregersignal-Einstelleinheit
1017: Erregersignal-Erzeugungseinheit
1018: Temperatursensor
1100: Einstellung-Signalerzeugungseinheit
1101: variabler Widerstand
2001: Differenzverstärker
2002, 2003: Widerstand

Claims

Magnetelement-Steuerungsvorrichtung, die ein Fluxgatetyp-Magnetelement steuert, wenn eine Stärke eines stationären Magnetfeldes, das auf das Magnetelement, die eine Erregerspule und eine Detektionsspule hat, angelegt wird, unter Verwendung eines zeitauflösenden Magnetgleichgewichtssystems detektiert wird, umfassend: eine Erregersignal-Erzeugungseinheit, die ein Wechselsignal erzeugt; eine Detektionssignal-Vergleichseinheit, die ein Detektionssignal einer positiven Spannung oder einer negativen Spannung detektiert, das durch eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt wird, wenn eine Stromrichtung des Wechselsignals umschaltet; eine Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit, die eine Zeitspanne zwischen Detektionssignalen der positiven Spannung und der negativen Spannung in Spannungsinformationen umwandelt; eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit, die ein Rückkopplungssignal aus den Spannungsinformationen erzeugt, welches ein Magnetfeld erzeugt, das das stationäre Magnetfeld aufhebt, das an das Magnetelement angelegt wird; eine Datensignal-Umwandlungseinheit, die das Rückkopplungssignal als ein Datensignal ausgibt, das eine Magnetfeldstärke anzeigt; eine Einstellsignal-Erzeugungseinheit, die ein Offset-Signal erzeugt, das eine Offset-Komponente aufhebt, die auf das Datensignal überlagert ist; und eine Erregersignal-Einstelleinheit, die einen Wechselstrom, einen Rückkopplungsstrom und einen Offset-Strom jeweils aus dem Wechselsignal, dem Rückkopplungssignal und dem Offset-Signal erzeugt, den Rückkopplungsstrom und den Offset-Strom auf den Wechselstrom überlagert und einen Erregerstrom erzeugt, der an die Erregerspule angelegt wird.
Die Magnetelement-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Offset-Signal auf eine Spannung gesetzt wird, die die Offset-Komponente aufhebt, welche eine Differenz zwischen einem in einem Null-Magnetfeld gemessenen Datensignal und einem Erwartungswert eines Datensignals eines Entwurfs in dem Null-Magnetfeld ist.
Die Magnetelement-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erregersignal-Einstelleinheit einen Differenzverstärker enthält, der so konfiguriert ist, dass ein Anschluss der Erregerspule mit einem invertierenden Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss verbunden ist, und eine Referenzspannung an einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss angelegt wird, und der Wechselstrom, der Rückkopplungsstrom und der Offset-Strom, an den invertierenden Eingangsanschluss angelegt werden, und der Differenzverstärker konfiguriert ist, einen Erregerstrom zu veranlassen, der durch Addition des Wechselstroms, des Rückkopplungsstroms und des Offset-Stroms erlangt wird, von dem Ausgangsanschluss zu der Erregerspule zu fließen.
Die Magnetelement-Steuervorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Temperatursensor, wobei die Einstellsignal-Erzeugungseinheit so konfiguriert ist, dass sie eine Steuerung auf der Grundlage einer durch den Temperatursensor gemessenen Temperatur ausführt, so dass der Offset-Strom gleich einem Stromwert wird, der unabhängig von der Temperatur auf einen Anfangswert gesetzt wird.
Die Magnetelement-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Erregersignal-Einstelleinheit konfiguriert ist, das Wechselsignal mit einem Koeffizienten entsprechend der Temperatur zu multiplizieren, um das Wechselsignal zu korrigieren, das Rückkopplungssignal nach der Korrektur auf das Wechselspannungssignal zu überlagern und das überlagerte Signal als das Erregersignal an die Erregerspule zu liefern.
Das Magnetelement-Steuervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Erregersignal-Erzeugungseinheit konfiguriert ist, einen Zyklus des Wechselstromsignals als Antwort auf den Koeffizienten, der der Temperatur entspricht, einzustellen, nach der Einstellung das Rückkopplungssignal auf das Wechselspannungssignal zu überlagern, und das überlagerte Signal als das Erregersignal an die Erregerspule zu liefern.
Die Magnetelement-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenn ein Modus, in welchem eine Stärke eines magnetischen Feldes detektiert wird, ausgewählt ist, der ein zeitauflösendes Magnetanteilsystem verwendet, die Rückkopplungssignal-Einstelleinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Spannungswert des Rückkopplungssignals auf 0 V setzt und den Spannungswert an die Erregersignal-Einstelleinheit liefert, und die Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit die Zeitspanne als Messdaten des stationären Magnetfeldes ausgibt.
Die Magnetelement-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: eine Taktsignal-Erzeugungseinheit, die ein periodisches Taktsignal erzeugt; und eine Erregersignal-Erzeugungseinheit, die ein Dreieckswellensignal als das Wechselsignal mit dem Taktsignal synchronisiert erzeugt.
Magnetelement-Steuerverfahren zum Steuern eines Fluxgatetyp-Magnetelements, wenn eine Stärke eines stationären Magnetfeldes, das an das Magnetelement, welche eine Erregerspule und eine Detektionsspule hat, angelegt wird, unter Verwendung eines zeitauflösenden Magnetgleichgewichtssystems detektiert wird, umfassend: ein Erregersignal-Erzeugungsprozess zum Erzeugen eines Wechselsignals; ein Detektionssignal-Vergleichsprozess zum Detektieren eines Detektionssignals einer positiven Spannung oder einer negativen Spannung, das durch eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt wird, wenn eine Stromrichtung des Wechselsignals, das an die Erregerspule fließt, umschaltet; ein Rückkopplungssignal-Umwandlungsprozess zur Umwandlung einer Zeitspanne zwischen Detektionssignalen der positiven Spannung und der negativen Spannung in Spannungsinformationen; ein Rückkopplungssignal-Einstellprozess zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals aus den Spannungsinformationen, das ein Magnetfeld erzeugt, welches das stationäre Magnetfeld aufhebt, welches an das Magnetelement angelegt wird; ein Datensignal-Umwandlungsprozess zum Ausgeben des Rückkopplungssignals als ein Datensignal, das eine Magnetfeldstärke anzeigt; ein Einstellsignal-Erzeugungsprozess zum Erzeugen eines Offset-Signals, das eine Offset-Komponente aufhebt, die auf das Datensignal überlagert wird; und ein Erregersignal-Einstellprozess zum Erzeugen eines Wechselstroms, eines Rückkopplungsstroms und eines Offset-Stroms jeweils aus dem Wechselsignal, dem Rückkopplungssignal und dem Offset-Signal, Überlagern des Rückkopplungsstroms und des Offset-Stroms auf den Wechselstrom und Erzeugen eines Erregerstroms, der an die Erregerspule angelegt wird.
Magnetische Detektionsvorrichtung, basierend auf einem Magnetgleichgewichtssystem, das eine Stärke eines anzulegenden stationären Magnetfeldes detektiert, umfassend: ein Fluxgatetyp-Magnetelement, das eine Erregerspule und eine Detektionsspule hat; eine Erregersignal-Erzeugungseinheit, die ein Wechselsignal erzeugt; eine Detektionssignal-Vergleichseinheit, die ein Detektionssignal einer positiven Spannung oder einer negativen Spannung, das durch eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt wird, detektiert, wenn eine Stromrichtung des Wechselsignals umschaltet; eine Rückkopplungssignal-Umwandlungseinheit, die eine Zeitspanne zwischen Detektionssignalen der positiven Spannung und der negativen Spannung in Spannungsinformationen umwandelt; eine Rückkopplungssignal-Einstelleinheit, die ein Rückkopplungssignal aus den Spannungsinformationen erzeugt, das ein Magnetfeld erzeugt, welches das stationäre Magnetfeld aufhebt, das an das Magnetelement angelegt wird; eine Einstellsignal-Erzeugungseinheit, die ein Offset-Signal erzeugt, das eine Offset-Komponente erzeugt, die auf das Datensignal überlagert wird; eine Erregersignal-Einstelleinheit, die einen Wechselstrom, einen Rückkopplungsstrom und einen Offset-Strom jeweils aus dem Wechselsignal, dem Rückkopplungssignal und dem Offset-Signal erzeugt, den Rückkopplungsstrom und den Offset-Strom auf den Wechselstrom überlagert und einen Erregerstrom erzeugt, der an die Erregerspule angelegt wird; und eine Datensignal-Umwandlungseinheit, die das Rückkopplungssignal als ein Datensignal ausgibt, das eine Magnetfeldstärke anzeigt.