JP2002277521A - 磁気インピーダンス効果素子の駆動回路 - Google Patents

磁気インピーダンス効果素子の駆動回路

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JP2002277521A
JP2002277521A JP2001074400A JP2001074400A JP2002277521A JP 2002277521 A JP2002277521 A JP 2002277521A JP 2001074400 A JP2001074400 A JP 2001074400A JP 2001074400 A JP2001074400 A JP 2001074400A JP 2002277521 A JP2002277521 A JP 2002277521A
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magnetic field
impedance
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circuit
impedance effect
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Kazumi Toyoda
一実 豊田
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Uchihashi Estec Co Ltd
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Uchihashi Estec Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気インピーダンス効果素子を用いて外部磁界
を検出する磁界検出装置において、負帰還磁界発生コイ
ルに負帰還をかけて検出出力特性をリニアにする場合、
負帰還磁界発生コイルのインダクタンス変動があって
も、外部磁界を安定に検出できる磁気インピーダンス効
果素子の駆動回路を提供する。 【解決手段】外部磁界Hexの印加によりインピーダン
ス変化を生じる磁気インピーダンス効果素子4でその外
部磁界を検出する回路において、磁気インピーダンス効
果素子4に負帰還磁界を印加する負帰還磁界発生コイル
7と外部磁界検出出力端61との間に、負帰還率が上記
コイル7のインダクタンス変化の影響を受けないように
インピーダンス補正回路8を挿入した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁界検出に使用する
磁気インピーダンス効果素子の駆動回路に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】アモルファス合金ワイヤとして、自発磁
化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交
互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃
至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが開発されてい
る。
【0003】かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス
磁性ワイヤに高周波電流を通電したときに発生するワイ
ヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤ
の横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方
向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起
因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部
の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のア
モルファスワイヤに外部磁界を作用させると、上記通電
による円周方向磁束と外部磁束との合成により、上記円
周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向
が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ
難くなり、上記周方向透磁率μθが変化する。すなわ
ち、外部磁界が作用したときの前記磁束の周方向からの
ずれをφとすれば、周方向磁束がcosφ倍減少され、こ
の回転磁化により前記μθが減少される。従って、この
μθの減少により、上記インダクタンス電圧分が減少さ
れるようになる。
【0004】更に、上記通電電流の周波数がMHzオ−ダ
になると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ=
(2ρ/wμθ)1/2(μθは前記した通り、円周方
向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数)がμθにより
変化し、このμθが前記した通り、外部磁界によって変
化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も外
部磁界で変動するようになる。
【0005】そこで、外部磁界による上記インダクタン
ス電圧分と抵抗電圧分の双方、すなわち、ワイヤ両端間
出力電圧の変動(この外部磁界による出力電圧の変動は
磁気インピーダンス効果と称されている)から外部磁界
を検出することが提案されている(特開平7−1812
39号)。
【0006】上記磁気インピーダンス効果素子を用いた
磁界検出装置は、図5に示すように、基本的に、磁気イ
ンピーダンス効果素子4’、磁気インピーダンス効果素
子4’に高周波電流またはパルス電流を通電するための
発振回路部1’、磁気インピーダンス効果素子4’に加
わる外部磁界Hexによる磁気インピーダンス効果素子
両端間のインピ−ダンス変化に基づく変調波を復調して
外部磁界を検波する検波部5’、検出特性をリニアにす
るための負帰還用コイル7’とから構成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図5において、外部磁
界をHex、検出出力をEo、負帰還をかけないない場
合の検出感度をα、負帰還率をβとすれば、負帰還理論
により、αβ≫1に設定して
【数1】Eo=Hex/β (1) が成立する。而るに、従来では、検出出力Eoを負帰還
磁界発生コイル7’に直接帰還させており、負帰還磁界
発生コイル7’のインダクタンスをL、負帰還磁界発生
コイル7’の入力端側からみた抵抗をRとすると、上記
負帰還率βは
【数2】 β=L/(L+R) (2) であり、R》Lとして
【数3】 β=L/R (3) とされている。しかしながら、負帰還磁界発生コイル
7’のインダクタンスLは厳密には、リニア特性ではな
く、周波数により変動するため、負帰還率βがそれだけ
不安定化され、出力の安定検出に妨げとなることがあ
る。
【0008】本発明の目的は、磁気インピーダンス効果
素子を用いて外部磁界を検出する磁界検出装置におい
て、負帰還磁界発生コイルに負帰還をかけて検出出力特
性をリニアにする場合、負帰還磁界発生コイルのインダ
クタンス変動があっても、外部磁界を安定に検出できる
磁気インピーダンス効果素子の駆動回路を提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気インピ
ーダンス効果素子の駆動回路は、外部磁界の印加により
インピーダンス変化を生じる磁気インピーダンス効果素
子でその外部磁界を検出する回路において、磁気インピ
ーダンス効果素子に負帰還磁界を印加する負帰還磁界発
生コイルと外部磁界検出出力端との間に、負帰還率が上
記コイルのインダクタンス変化の影響を受けないように
インピーダンス補正回路を挿入したことを特徴とする構
成であり、インピーダンス補正回路には演算増幅器、例
えば電圧フォロワを有する回路やフォトカプラを有する
回路等を使用できる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図1は本発明に係る磁気
インピーダンス効果素子の駆動回路を用いた磁界検出装
置の基本的な回路構成の一例を示している。図1におい
て、1は高周波励磁電流発生部である。4は外部磁界検
出素子としての磁気インピーダンス効果素子であり、外
部磁界の印加によりインピーダンス変化を生じ(磁気イ
ンピーダンス効果)るものであり、通常、零磁歪乃至は
負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、ス
パッタ膜等が使用される。Hexは外部磁界を示してい
る。5は磁気インピーダンス効果素子4の出力波から磁
気インピーダンス効果による出力分を取り出すための検
波回路である。61は出力検出端であり、Eoは出力を
示している。7は負帰還磁界発生コイルである。8は検
出端61と負帰還磁界発生コイル7との間に挿入したイ
ンピーダンス補正回路であり、通常、演算増幅器が使用
され、その入力インピーダンスは無限大であり、利得を
Gとすると、その出力はGEoで与えられる。
【0011】上記において、負帰還磁界発生コイル7の
インダクタンスをL、抵抗値をrとすると、負帰還率β
【数4】 β=GL/(L+r) (4) で与えられ、L》rとすることにより
【数5】 β=G (5) が成立する。また、演算増幅器8の入力インピーダンス
が無限大であるため、演算増幅器8が検出端61と負帰
還磁界発生コイル7との間のバッフアとして作用する。
したがって、検出出力Eoと外部磁界Hexとの間には
【数6】 Eo=G−1・Hex (6) の関係が成立し、負帰還磁界発生コイル7のインダクタ
ンスLが変動しても、この影響を受けることなく出力で
き、負帰還によるリニア特性と相俟って、安定な検出が
可能となる。
【0012】上記インピーダンス補正回路の演算増幅器
としては、図2の(イ)に示すように、正相増幅回路を
使用することができ、この場合の利得Gは
【数7】 G=1+(R2/R1) (7) であり、出力は
【数8】 Eo=〔1+(R2/R1)〕−1Hex (8) で与えられる。
【0013】上記R2を0とした電圧フォロワを使用
し、
【数9】 Eo=Hex (9) とすることもできる。
【0014】上記演算増幅器としては、図2の(ロ)に
示すような逆相増幅回路を使用することもでき、この場
合の入力インピーダンスは、逆相入力端子の抵抗値R1
で与えられ、この抵抗値が負帰還磁界発生コイル7の入
力インピーダンスに対し、充分に大きくされる。この場
合の利得Gは
【数10】 G=R1/R2 (10) で与えられ、出力Eoは
【数11】 Eo=(R2/R1)Hex (11) で与えられる。
【0015】上記インピーダンス補正回路には、出力検
出端と負帰還磁界発生コイルとの間の信号伝達を電気的
接続手段によらずに行い得るものの使用も可能であり、
フォトカプラやアイソレーションアンプも使用できる。
【0016】本発明に係る磁気インピーダンス効果素子
の駆動回路を用いた磁界検出装置により外部磁界を検出
するには、上記磁界検出装置の磁気インピーダンス効果
素子を外部磁界Hexの作用場に曝し、磁気インピーダン
ス効果素子4に励磁電流を通電する。而して、外部磁界
の磁気インピーダンス効果素子軸方向成分Hexのために
磁化回転が発生し、前記したμθが低下する。 そし
て、表皮効果が強く現れる高周波のもとでの磁気インピ
ーダンス効果素子のインピ−ダンスが、(wμθ)1/
に比例するから、前記Hexの増大に伴うμθの減少に
より出力Eoが変化していく。この出力Eoは磁気インピ
ーダンス効果素子のインピ−ダンス変化に基づくもので
あるから、磁気インピーダンス効果素子の通電電流の振
幅変調波として現れる。そこで検波回路5で復調し出力
信号を取出して出力Eoを得る。
【0017】この出力Eoは、式6、8、9、11等に
示すように、磁気インピーダンス効果素子で検出しよう
とする外部磁界Hexに対しリニアであり、かつ、周波
数等に影響されることなく安定であるから、外部磁界を
容易に高精度で検出できる。
【0018】上記の磁界検出装置において、磁気インピ
ーダンス効果素子の励磁電流のソ−スには、周囲温度に
よる影響が少ない圧電効果型発振器(圧電効果を利用し
た発振器であり、代表的なものは水晶発振器であるが、
セラミックス発振器も使用可能である)を用いることが
有利であり、その発振器の矩形発振出力を積分して得ら
れる三角波を励磁電流として使用することが好ましい。
その理由は、矩形波のままで使用すると、電流値変化の
無い水平部の期間では磁気インピーダンス効果素子の磁
壁振動の駆動力が零となり、正弦高周波とは異なる磁気
的挙動が起るようになり、常に電流変化がある三角波で
使用する方が適確に磁気インピ−ダンス効果を発現させ
得るからである。
【0019】上記三角波には、水平部をほとんど含まず
立上り傾斜部と立ち下がり傾斜部との繰返しからなるも
のであれば全て含まれ、いわゆるノコギリ波も含まれ
る。
【0020】上記検波回路には、ダイオ−ドを使用した
復調回路を用いることもできるが、ダイオ−ドの不安定
な温度特性のために周囲温度によっても信号出力(外部
磁界検出値)の変動が生じるので、理想ダイオ−ドを用
いた復調回路を使用することが望ましい。
【0021】また、上記復調信号が通常6×10−4
/A/m程度であり極めて小さいので、その信号を制御回
路や表示器の出力として使用する場合、増幅器で増幅す
ることが望ましい。
【0022】図3は本発明に係る磁気インピーダンス効
果素子の駆動回路を用いた磁界検出回路の一例を示して
いる。図3において、OSCは水晶発振器であり、その
発振出力は矩形波である。Cは直流分カット用コンデン
サ、2は積分回路であり、矩形波を三角波に形成してい
る。3は三角波増幅回路、31は増幅入力調節器であ
る。4は磁気インピーダンス効果素子である。5は検波
器としてのショットキ−バリアダイオ−ド、61は信号
出力端である。7は磁気インピーダンス効果素子4に電
磁的にカップリングさせた負帰還磁界発生コイル、8は
インピーダンス補正回路としての演算増幅器である。
【0023】図4は磁界検出回路の別例を示している。
図4において、1は矩形波発振回路であり、低電力のC
MOS−ICを発振部とし、発振周波数の安定化のため
に水晶発振子Pを並設してある。2は三角波形成用積分
回路、3は増幅回路である。4は磁気インピーダンス効
果素子である。5は検波回路であり、ショットキ−バリ
アダイオ−ドと演算増幅器とを組み合わせてなる反転型
理想ダイオオ−ドを使用して周囲温度による復調出力の
変動を防止している。51は復調信号のピ−クホ−ルド
回路、6は出力信号増幅器、62は0点調節器、61は
信号出力端である。7は磁気インピーダンス効果素子4
に電磁的にカップリングさせたコイル、8はインピーダ
ンス補正回路としての演算増幅器である。
【0024】
【発明の効果】本発明に係る磁気インピーダンス効果素
子の駆動回路によれば、磁気インピーダンス効果素子を
用いて外部磁界を検出する磁界検出装置において、負帰
還磁界発生コイルに負帰還をかけて検出出力特性をリニ
アにする場合、負帰還磁界発生コイルのインダクタンス
変動があっても、そのインダクタンス変動の検出出力へ
の影響を排除でき、外部磁界を容易に高精度にて検出で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る磁界インピーダンス効果素子の駆
動回路を使用した磁界検出装置を示す回路図である。
【図2】本発明において使用するインピーダンス補正回
路の異なる例を示す回路図である。
【図3】本発明に係る磁界インピーダンス効果素子の駆
動回路を使用した磁界検出装置の一例を示す図面であ
る。
【図4】本発明に係る磁界インピーダンス効果素子の駆
動回路を使用した磁界検出装置の一例を示す図面であ
る。
【図5】従来例を示す図面である。
【符号の説明】
1 励磁電流発生部 4 磁気インピーダンス効果素子 5 検波回路部 61 検出端 7 負帰還磁界発生コイル 8 インピーダンス補正回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 43/00 G01R 33/06 R

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部磁界の印加によりインピーダンス変化
    を生じる磁気インピーダンス効果素子でその外部磁界を
    検出する回路において、磁気インピーダンス効果素子に
    負帰還磁界を印加する負帰還磁界発生コイルと外部磁界
    出力検出端との間に、負帰還率が上記コイルのインダク
    タンス変化の影響を受けないようにインピーダンス補正
    回路を挿入したことを特徴とする磁気インピーダンス効
    果素子の駆動回路。
  2. 【請求項2】インピーダンス補正回路が演算増幅器を有
    する回路である請求項1記載の磁界検出装置。
  3. 【請求項3】演算増幅器が電圧フォロワである請求項2
    記載の磁気インピーダンス効果素子の駆動回路。
JP2001074400A 2001-03-15 2001-03-15 磁気インピーダンス効果素子の駆動回路 Withdrawn JP2002277521A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208147A (ja) * 2005-01-27 2006-08-10 Uchihashi Estec Co Ltd 磁界検出回路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208147A (ja) * 2005-01-27 2006-08-10 Uchihashi Estec Co Ltd 磁界検出回路

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