JP2003121521A - Magnetism detecting circuit - Google Patents

Magnetism detecting circuit

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JP2003121521A
JP2003121521A JP2001319846A JP2001319846A JP2003121521A JP 2003121521 A JP2003121521 A JP 2003121521A JP 2001319846 A JP2001319846 A JP 2001319846A JP 2001319846 A JP2001319846 A JP 2001319846A JP 2003121521 A JP2003121521 A JP 2003121521A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetism detecting circuit that realizes the reduction of power consumption and the simplification of circuit configuration, without dropping detection sensitivity and uses for the magnetism detecting element of an orthogonal flux gate-type, suitable for turning into an IC. SOLUTION: The magnetism detecting circuit comprises a pulse-generating circuit 10 outputting a pulse signal for passing the excitation current of a pulse waveform through the magnetism detecting element, a detection circuit 11 for magnetic flux variation 11 has both integral characteristic and differential characteristic for regenerating the variation component of a magnetic field to be measured, based on a detection voltage detected from the magnetism detecting element, a sample-and-hold circuit (SH circuit) 12 for synchronous sampling of the output voltage of the magnetic variation detecting circuit 11, to then hold it to an output signal outputted by the pulse-generating circuit 10, and a smoothing circuit 13 for smoothing a voltage value held to output it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定磁場の磁気
を検出することが可能な、特に、直交フラックスゲート
型の磁気検出回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic flux detection circuit of the orthogonal flux gate type, which is capable of detecting the magnetism of a magnetic field to be measured.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、PDA(Personal Digital Assis
tant)に用いる電子コンパス、即ち方位センサ,車載ナ
ビゲーションシステムに用いるGPS装置の補完用方位
センサ,無人搬送車の自動走行システムに用いる車体の
姿勢制御用方位センサ,又は、高精度テレビの色ずれ補
正を目的としたアクティブ磁気シールド用地磁気センサ
など、被測定磁場の磁気(磁場の強さ及び方向)を検出
することが可能な高精度であり小型,低価格の磁気セン
サに対する需要が増大している。
2. Description of the Related Art In recent years, PDA (Personal Digital Assis)
electronic compass used for tant), that is, a direction sensor, a direction sensor for complementing a GPS device used for an in-vehicle navigation system, a direction sensor for attitude control of a vehicle body used for an automatic traveling system of an automated guided vehicle, or a color shift correction of a high-precision TV. Demand for high-precision, small-sized, low-cost magnetic sensors that can detect the magnetism of the magnetic field to be measured (magnetic field strength and direction), such as geomagnetic sensors for active magnetic shields, is increasing. .

【0003】従来のこの種の磁気センサとしては、ホー
ル素子,MR素子,MI素子,量子干渉素子(SQUI
D),平行又は直交フラックスゲート型素子等が用いら
れている。これらのうちホール素子は低感度であり、ま
たMR素子,MI素子等は、単体では磁場の方向検出が
できず複数個必要とするという難点があるのに対し、フ
ラックスゲート型素子は平行型,直交型のいずれにあっ
ても単体で磁場の強さ及び方向の検出が可能であるとい
う利点を有している。しかも検出出力の直線性,温度特
性,分解能にも優れており、特に検出精度の面で、より
高精度の検出が可能な直交フラックスゲート型素子が注
目されている。
As conventional magnetic sensors of this type, Hall elements, MR elements, MI elements, quantum interference elements (SQUI) are used.
D), parallel or orthogonal fluxgate type elements are used. Among these, the Hall element has a low sensitivity, and the MR element, the MI element, and the like have the drawback that they cannot detect the direction of the magnetic field by themselves and require a plurality of them. Any of the orthogonal types has the advantage that the strength and direction of the magnetic field can be detected by itself. Moreover, the linearity of detection output, temperature characteristics, and resolution are also excellent, and in particular, in terms of detection accuracy, an orthogonal fluxgate type element that can perform detection with higher accuracy is drawing attention.

【0004】図8は、直交フラックスゲート型素子の磁
気センサ(磁気検出素子)の構成を示す斜視図であり、
図中1は内部導体、2はコア、3は検出コイル、4は外
部導体、100は高周波電源を示している。内部導体1
は金属又はその他の導電性材料製であり、円柱形をなし
ている。また、外部導体4も金属又はその他の導電性材
料製であり、内径が内部導体1の直径よりも大きい円筒
形をなしている。内部導体1と外部導体4とは前者を内
側に、後者を外側にして相互の間に絶縁材料を介在させ
た状態で同軸的に配設され、内部導体1及び外部導体4
の、図中矢符にて示す磁気の検出方向の同じ側の一端部
同士は端板4aによって電気的に接続されている。
FIG. 8 is a perspective view showing the structure of a magnetic sensor (magnetic detecting element) of an orthogonal fluxgate type element.
In the figure, 1 is an inner conductor, 2 is a core, 3 is a detection coil, 4 is an outer conductor, and 100 is a high frequency power source. Inner conductor 1
Is made of metal or other conductive material and has a cylindrical shape. The outer conductor 4 is also made of metal or other conductive material, and has a cylindrical shape whose inner diameter is larger than the diameter of the inner conductor 1. The inner conductor 1 and the outer conductor 4 are coaxially arranged with the former inside and the latter outside with an insulating material interposed therebetween.
The one end portions on the same side in the magnetic detection direction indicated by the arrow in the figure are electrically connected by the end plate 4a.

【0005】内部導体1の他端は、外部導体4の他端か
ら所定長外方に突き出して位置せしめられている。これ
ら内部導体1の外周面、外部導体4の内、外周面及び端
板4aの内周面には絶縁材料を蒸着又はコーティングし
てある。そしてこの内部導体1と外部導体4との間に形
成されている円筒形をなす空間部内に、例えばパーマロ
イ(Ni−Fe合金)、センダスト(Fe−Al−Si
合金)、ソフトフェライト等の軟質磁性材料にて円筒形
に形成したコア2が嵌挿せしめられている。
The other end of the inner conductor 1 is positioned so as to project outward from the other end of the outer conductor 4 by a predetermined length. An insulating material is vapor-deposited or coated on the outer peripheral surface of the inner conductor 1, the outer peripheral surface of the outer conductor 4, and the inner peripheral surface of the end plate 4a. Then, for example, permalloy (Ni-Fe alloy), sendust (Fe-Al-Si) is provided in the cylindrical space formed between the inner conductor 1 and the outer conductor 4.
A core 2 formed in a cylindrical shape with a soft magnetic material such as an alloy) or soft ferrite is fitted and inserted.

【0006】コア2の一端は端板4aの内周面に接する
位置まで挿入され、また他端は外部導体4の他端から所
定長突き出されている。このコア2と内部導体1、外部
導体4との間は密接状態とする必要はなく、適宜の遊び
があって遊動可能な状態としてもよい。また、外部導体
4の外周には検出コイル3が所定方向に所定回数巻回さ
れている。
One end of the core 2 is inserted to a position in contact with the inner peripheral surface of the end plate 4a, and the other end is projected from the other end of the outer conductor 4 by a predetermined length. The core 2 and the inner conductor 1 and the outer conductor 4 do not need to be in close contact with each other, but may be in a movable state with appropriate play. The detection coil 3 is wound around the outer conductor 4 in a predetermined direction a predetermined number of times.

【0007】上述した如くの磁気センサにて、内部導体
1と外部導体4との他端部間に、高周波電源100から
励磁電流を通流してコア2を励磁し、前記検出コイル3
の出力に基づいて被測定磁場の磁気を検出する。
In the magnetic sensor as described above, an exciting current is passed from the high frequency power source 100 between the other ends of the inner conductor 1 and the outer conductor 4 to excite the core 2 and the detection coil 3
The magnetism of the magnetic field to be measured is detected based on the output of.

【0008】図9は、内部導体1及び外部導体4に接続
されて電流を通流すると共に、検出コイル3に接続され
て被測定磁場の磁気を検出するための、従来の磁気検出
回路の概略構成を示すブロック図であり、図10及び図
11は、前記磁気検出回路の一例を示す回路図である。
図中5は、セラミック発振子、水晶発振子等を用いる発
振・分周回路であり、例えば7kHzと14kHzとの
2種類の高周波電力(矩形波)が出力され、そのうち7
kHzの高周波(励磁信号:周波数f)は、励磁回路6
へ入力される。励磁回路6はコンデンサ(C)及び抵抗
素子(R)を用いた充放電回路などからなり、入力され
た高周波を略正弦波化して励磁電流として出力し、内部
導体1及び外部導体4へ印加される。また、発振・分周
回路5から出力される高周波電力のうち、14kHzの
高周波(検出用参照信号:周波数2f)は、位相検波器
(同期整流器:PSD)8へ付与されるようになってい
る。
FIG. 9 is a schematic diagram of a conventional magnetic detection circuit which is connected to the inner conductor 1 and the outer conductor 4 to allow a current to flow therethrough, and is also connected to the detection coil 3 to detect the magnetism of the magnetic field to be measured. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration, and FIGS. 10 and 11 are circuit diagrams showing an example of the magnetic detection circuit.
Reference numeral 5 in the figure denotes an oscillation / frequency dividing circuit using a ceramic oscillator, a crystal oscillator, or the like. For example, two types of high-frequency power (rectangular wave) of 7 kHz and 14 kHz are output.
The high frequency (excitation signal: frequency f) of kHz is applied to the excitation circuit 6
Is input to. The excitation circuit 6 is composed of a charging / discharging circuit using a capacitor (C) and a resistance element (R) and the like, converts the input high frequency into a substantially sine wave, outputs it as an exciting current, and applies it to the inner conductor 1 and the outer conductor 4. It Further, of the high frequency power output from the oscillating / dividing circuit 5, a high frequency of 14 kHz (reference signal for detection: frequency 2f) is applied to the phase detector (synchronous rectifier: PSD) 8. .

【0009】ここで、図9乃至図11に示す磁気検出回
路の場合、励磁電流の大きさ、即ち、コア2の磁化を飽
和させるために必要な電流(ピーク電流)Ipは、コア
2の材料の磁気特性(保磁力)及びコア2の形状(励磁
磁路長)により一義的に決定され、平均励磁電流は約
0.7Ipとなる。
Here, in the case of the magnetic detection circuits shown in FIGS. 9 to 11, the magnitude of the exciting current, that is, the current (peak current) Ip required to saturate the magnetization of the core 2 is the material of the core 2. Is uniquely determined by the magnetic characteristics (coercive force) and the shape of the core 2 (excitation magnetic path length), and the average excitation current is about 0.7 Ip.

【0010】一方、検出コイル3の検出電圧は、バンド
パスフィルタ(以下、BPF)7へ入力され、雑音を除
去され、位相検波器8へ入力されて検波された後、C,
R,オペアンプ等からなる整流・平滑回路9へ入力され
る。整流・平滑回路9は入力された検波信号を全波整流
化及び平滑化し、磁場の強さに対応し向きに応じた正又
は負の検出信号を出力する。
On the other hand, the detection voltage of the detection coil 3 is input to a bandpass filter (hereinafter referred to as BPF) 7, noise is removed, and input to a phase detector 8 to be detected, and then C,
The data is input to the rectification / smoothing circuit 9 including R and operational amplifiers. The rectifying / smoothing circuit 9 full-wave rectifies and smoothes the input detection signal, and outputs a positive or negative detection signal corresponding to the direction of the magnetic field strength.

【0011】図12は、直交フラックスゲート型の磁気
センサにて磁気の検出を行う際における励磁電流、コア
2の検出方向における磁化の程度、検出コイル3の出力
電圧、及び整流・平滑回路9にて全波整流された検波信
号夫々の波形図である。磁気センサを、その内部導体1
及びコア2の軸心線を外部磁界(被測定磁場)の方向と
平行になるように配置した場合、外部磁界の磁束はコア
2に引き寄せられてコア2内を通る磁路が形成される。
FIG. 12 shows the exciting current, the degree of magnetization in the detecting direction of the core 2, the output voltage of the detecting coil 3, and the rectifying / smoothing circuit 9 when the magnetism is detected by the orthogonal fluxgate type magnetic sensor. FIG. 7 is a waveform diagram of each of the detection signals that are full-wave rectified by the above method. Magnetic sensor with its inner conductor 1
When the axis of the core 2 is arranged to be parallel to the direction of the external magnetic field (magnetic field to be measured), the magnetic flux of the external magnetic field is attracted to the core 2 and a magnetic path passing through the core 2 is formed.

【0012】内部導体1に図12に示す如き正弦波の励
磁電流を通流したとき、コア2の周面は磁化され、ま
た、励磁電流が図12(a)に示す状態から増大して図
12(b)に示す如く最大値に達したとき、コア2の磁
化が飽和状態となり、外部磁界の磁束はコア2から離れ
て内部導体と平行となる。
When a sinusoidal exciting current as shown in FIG. 12 is passed through the inner conductor 1, the peripheral surface of the core 2 is magnetized, and the exciting current increases from the state shown in FIG. 12 (a). When the maximum value is reached as shown in FIG. 12 (b), the magnetization of the core 2 becomes saturated, and the magnetic flux of the external magnetic field is separated from the core 2 and becomes parallel to the internal conductor.

【0013】この間、コア2の検出方向の磁化の程度は
図12に示す如くに低下し、また検出コイル3の出力電
圧はコア2の検出方向の磁化の程度の低下率の大きい位
置で大きくなり、該磁化の程度が最小値に達したときに
0となる。
During this time, the degree of magnetization of the core 2 in the detection direction decreases as shown in FIG. 12, and the output voltage of the detection coil 3 increases at a position where the rate of decrease of the degree of magnetization of the core 2 in the detection direction is large. , Becomes 0 when the degree of magnetization reaches the minimum value.

【0014】励磁電流が最大値から減少していき、ゼロ
クロス点に達する過程で図12(c)に示す如く、再び
外部磁界の磁束はコア2内を通るようになる。励磁電流
の向きが逆になったとき、コア2の周面は周方向の逆向
きに磁化され、励磁電流が減少して負の最大値に達した
とき、コア2の磁化が再び飽和状態となり、外部磁界の
磁束はコア2の軸心線と平行になる。この間、検出コイ
ル3の出力はコア2の磁化の程度の増加率の大きい位置
で小さくなり、該磁化の程度が最大値に達したときに再
び0となる変化を繰り返す(図12(c)〜(e)参
照)。この結果、励磁電流の1周期の変化に対応して検
出コイル3の出力電圧は2周期分変化する。また、検出
コイル3の出力電圧が位相検波器8にて検波され、整流
・平滑回路9にて整流されることにより得られる信号
は、図12に示す如く、4周期分変化する。
As the exciting current decreases from the maximum value and reaches the zero cross point, the magnetic flux of the external magnetic field again passes through the core 2 as shown in FIG. 12 (c). When the direction of the exciting current is reversed, the peripheral surface of the core 2 is magnetized in the opposite direction of the circumferential direction, and when the exciting current decreases and reaches the maximum negative value, the magnetization of the core 2 is saturated again. The magnetic flux of the external magnetic field becomes parallel to the axis of the core 2. During this time, the output of the detection coil 3 decreases at a position where the rate of increase in the degree of magnetization of the core 2 is large, and changes to 0 again when the degree of magnetization reaches the maximum value (FIG. 12 (c)- (See (e)). As a result, the output voltage of the detection coil 3 changes by two cycles corresponding to the change of the excitation current by one cycle. The signal obtained by detecting the output voltage of the detection coil 3 by the phase detector 8 and rectifying it by the rectifying / smoothing circuit 9 changes by four cycles as shown in FIG.

【0015】上述した如く、内部導体1及び外部導体4
間に正弦波の励磁電流を通流し、コア2を周期的に周方
向に励磁することにより、コア2を通る外部磁界の磁束
が変化し、図12に示す如く検出コイル3から外部磁界
の強さに対応した出力電圧を得ることができる。
As described above, the inner conductor 1 and the outer conductor 4
By passing a sinusoidal excitation current between them and periodically exciting the core 2 in the circumferential direction, the magnetic flux of the external magnetic field passing through the core 2 changes, and as shown in FIG. It is possible to obtain an output voltage corresponding to that.

【0016】なお、上記磁気検出回路には種々の有効な
工夫が施されている。例えば、第1に励磁回路6の場
合、発振・分周回路5から出力される電力の波形が矩形
波であるため、正弦波化する必要があり、基本波成分を
取り出すローパスフィルタを用いる。しかし、該ローパ
スフィルタの温度係数に基づく温度変化によってローパ
スフィルタのフィルタ特性が変化し、励磁信号の位相が
温度によって変化する。ところで、上記磁気検出回路は
位相検波器8を用いているため、励磁信号及び検出用参
照信号の位相変化が感度係数に比較的大きな影響を与え
る。即ち、励磁信号の位相変化に伴い感度係数が大きく
変化し、温度特性が悪化してしまう。従って、前記ロー
パスフィルタのカットオフ周波数を、基本波の周波数f
と3fとの中間に設定し、3f以上の周波数成分を大幅
にカットするローパスフィルタを用いることにより基本
波の大部分を通過させ、ローパスフィルタの温度変化に
よる影響を回避するようにしてある。
Incidentally, various effective measures have been taken to the magnetic detection circuit. For example, first, in the case of the excitation circuit 6, since the waveform of the electric power output from the oscillation / frequency division circuit 5 is a rectangular wave, it is necessary to make it a sine wave, and a low pass filter for extracting the fundamental wave component is used. However, the filter characteristic of the low-pass filter changes due to the temperature change based on the temperature coefficient of the low-pass filter, and the phase of the excitation signal changes depending on the temperature. By the way, since the magnetic detection circuit uses the phase detector 8, the phase change of the excitation signal and the detection reference signal has a relatively large influence on the sensitivity coefficient. That is, the sensitivity coefficient greatly changes as the phase of the excitation signal changes, and the temperature characteristics deteriorate. Therefore, the cutoff frequency of the low pass filter is set to the frequency f of the fundamental wave.
By setting a low-pass filter that is set in the middle of the range of 3 f and 3 f, and uses a low-pass filter that significantly cuts frequency components of 3 f and above, most of the fundamental wave is passed, and the influence of temperature change of the low-pass filter is avoided.

【0017】第2に、BPF7が備えるフィルタは、検
出電圧の周波数である2f近傍での位相特性が重要であ
る。即ち、周波数2fの近傍で周波数が変化した場合の
位相の変化の割合が大きい場合、フィルタの温度係数に
基づき温度変化に応じて検出電圧の位相が大きく変化し
てしまい、検出感度の温度係数が大きくなって温度特性
が悪化してしまう。従って、フィルタとして中心周波数
2f近傍での位相変化が比較的少ないものを用いる。よ
り具体的には、Qの高い1段フィルタを用いず、Qの低
いフィルタを2段にして用いる。また、1段目と2段目
とのフィルタの中心周波数をずらすことによっても同様
の効果を奏することができる。更に、スイッチドキャパ
シタフィルタを用いるのも有効である。
Secondly, the phase characteristic in the vicinity of 2f which is the frequency of the detection voltage is important for the filter provided in the BPF 7. That is, when the rate of change in the phase when the frequency changes near the frequency 2f is large, the phase of the detection voltage changes greatly according to the temperature change based on the temperature coefficient of the filter, and the temperature coefficient of detection sensitivity is It becomes large and the temperature characteristics deteriorate. Therefore, a filter having a relatively small phase change near the center frequency 2f is used as the filter. More specifically, a one-stage filter with a high Q is not used, but a filter with a low Q is used in two stages. Also, the same effect can be obtained by shifting the center frequencies of the filters in the first stage and the second stage. Furthermore, it is also effective to use a switched capacitor filter.

【0018】第3に、磁気センサを複数個用いて磁気検
出を行う場合などでは、磁気センサの特性が夫々異なる
ため、発振・分周回路5にてIC及びスイッチを用い、
夫々の磁気センサの特性に応じて検出用参照信号の位相
を最適化している。
Thirdly, when a plurality of magnetic sensors are used for magnetic detection, the characteristics of the magnetic sensors are different from each other. Therefore, an IC and a switch are used in the oscillation / frequency dividing circuit 5,
The phase of the detection reference signal is optimized according to the characteristics of each magnetic sensor.

【0019】第4に、整流・平滑回路9へ入力された検
波信号は、全波整流されるため周波数成分は4fが主と
なる。従って、平滑化する場合に4fを大幅にカットす
ることができるフィルタを用いている。また、望ましく
は4fに伝送零点を有するフィルタを用いる。
Fourthly, the detected signal input to the rectifying / smoothing circuit 9 is full-wave rectified, so that the frequency component is mainly 4f. Therefore, a filter that can significantly cut 4f when smoothing is used. Further, preferably, a filter having a transmission zero point at 4f is used.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】上述した図9乃至図1
1にて示した磁気検出回路の場合、被測定磁場の磁気
(磁場の強さ及び方向)を検出することが可能な他、比
較的小型化及び低価格化が可能である。しかし、PDA
等の携帯端末に搭載する場合などは、電池又は充電池か
ら供給される電力により駆動する必要があり、消費電力
の低減が課題として存在する。即ち、磁気検出回路での
電力消費のうち主たるものは励磁電流によるものであ
り、前述した如く、前記磁気検出回路では磁気センサが
決定された場合に平均励磁電流は約0.7Ipと決定さ
れ、消費電力の低減が図り難いという問題がある。
9 to 1 described above.
In the case of the magnetic detection circuit shown by 1, the magnetism of the magnetic field to be measured (the strength and direction of the magnetic field) can be detected, and the size and cost can be relatively reduced. But PDA
When it is mounted on a mobile terminal such as, it needs to be driven by electric power supplied from a battery or a rechargeable battery, and reduction of power consumption is an issue. That is, the main power consumption in the magnetic detection circuit is due to the exciting current. As described above, when the magnetic sensor is determined in the magnetic detecting circuit, the average exciting current is determined to be about 0.7 Ip. There is a problem that it is difficult to reduce power consumption.

【0021】また、励磁回路6にて充放電回路を用いる
場合に、該充放電回路のCR時定数を小さくすることに
より励磁電流の低減が可能であり、消費電力の低減を図
ることは可能であるが、これに伴い検出用参照信号に含
まれる周波数2fの成分が少なくなり、感度低下をきた
してしまう。
When a charging / discharging circuit is used in the exciting circuit 6, the exciting current can be reduced by reducing the CR time constant of the charging / discharging circuit, and the power consumption can be reduced. However, along with this, the component of the frequency 2f included in the reference signal for detection decreases, resulting in a decrease in sensitivity.

【0022】また、励磁信号と検出用参照信号との周波
数が異なるため、発振・分周回路が比較的複雑であると
いう問題がある。また、BPF7において中心周波数2
f近傍での安定化を図るため、大容量で精度の高いコン
デンサ及び抵抗素子が必要であり、フィルムコンデン
サ、金属皮膜抵抗素子等を用いているが、これらの電子
素子は容積も大きく、特に磁気検出回路のIC化を図る
ためには大きな障害となっている。同様に、充放電回路
に用いられるコンデンサ及び抵抗素子についてもその容
積の大きさがIC化の妨げとなっている。
Further, since the excitation signal and the detection reference signal have different frequencies, there is a problem that the oscillation / frequency dividing circuit is relatively complicated. Also, in the BPF 7, the center frequency 2
In order to stabilize in the vicinity of f, a large-capacity and high-accuracy capacitor and resistance element are required, and film capacitors, metal film resistance elements, etc. are used, but these electronic elements have a large volume and are especially magnetic. This is a major obstacle to realizing an IC detection circuit. Similarly, with respect to the capacitors and resistance elements used in the charge / discharge circuit, the size of the volume hinders their IC implementation.

【0023】本発明は、上述したような事情に鑑みてな
されたものであり、磁気センサへ通流する電流をパルス
波形電流とすべく、発振・分周回路5に代えてパルス生
成回路を備えることにより、充放電回路などからなる励
磁回路6が不要であり、容積の大きいコンデンサ及び抵
抗素子を用いる必要がなく、更なる小型化を図ることが
できてIC化を実現できるとともに、より安価な磁気検
出回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and includes a pulse generation circuit in place of the oscillation / frequency dividing circuit 5 so that the current flowing to the magnetic sensor is a pulse waveform current. As a result, the excitation circuit 6 including a charge / discharge circuit is unnecessary, and it is not necessary to use a large-capacity capacitor and resistance element, and further miniaturization can be achieved, and an IC can be realized. It is an object to provide a magnetic detection circuit.

【0024】また、BPF7に代え、前記検出コイルの
出力に基づき、被測定磁場における磁束の変化を検出す
る磁束変化検出回路を備え、該磁束変化検出回路は、時
定数が第1閾値以下で積分特性を有し、時定数が前記第
1閾値とは異なる第2閾値以上で微分特性を有すること
により、BPF7にて用いていた容積の大きいコンデン
サ及び抵抗素子が不要となり、IC化を実現できるとと
もに、微分特性によりオフセットの除去ができゼロ点の
確保が可能であり、また、磁束変化検出回路の出力は前
記パルス生成回路が生成するパルス波形電流と略同一タ
イミングで変化し、分周回路が必要なくなり、より安価
な磁気検出回路を提供することを目的とする。
Further, instead of the BPF 7, a magnetic flux change detection circuit for detecting a change in magnetic flux in the magnetic field to be measured based on the output of the detection coil is provided, and the magnetic flux change detection circuit integrates with a time constant equal to or less than a first threshold value. By having the characteristic and having the differential characteristic with the time constant being equal to or larger than the second threshold different from the first threshold, the large-capacity capacitor and the resistance element used in the BPF 7 are not required, and the IC can be realized. , The offset can be removed by the differential characteristic and the zero point can be secured.The output of the magnetic flux change detection circuit changes at almost the same timing as the pulse waveform current generated by the pulse generation circuit, and a frequency divider circuit is required. The purpose is to provide a more inexpensive magnetic detection circuit.

【0025】また、前記パルス発生回路が生成するパル
ス波形電流の出力時点に対して同期的に前記磁束変化検
出回路の出力値のサンプリングを行い、サンプリングに
より得られた値をホールドするためのサンプリングホー
ルド回路を備えるにより、パルス波形電流のDuty比(オ
ン/オン+オフの時間比)を小さくした場合であって
も、検出感度を低下させることなく、また、Duty比をよ
り小さくすることによって消費電力を低減することがで
き、汎用性のより高い磁気検出回路を提供することを目
的とする。
A sampling hold for sampling the output value of the magnetic flux change detection circuit synchronously with the output time point of the pulse waveform current generated by the pulse generation circuit and holding the value obtained by sampling Even if the duty ratio (ON / ON + OFF time ratio) of the pulse waveform current is reduced by providing the circuit, the detection sensitivity will not be reduced and the duty ratio will be reduced to reduce power consumption. It is an object of the present invention to provide a magnetic detection circuit that can reduce the magnetic field and that is more versatile.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】第1発明に係る磁気検出
回路は、検出コイルが巻回された導体へ通電することに
より被測定磁場の磁束を変化させた場合における、前記
検出コイルの出力に基づき、前記被測定磁場における磁
気を検出するための磁気検出回路において、前記導体へ
通流するパルス波形電流を生成するパルス生成回路を備
えることを特徴とする。
A magnetic detection circuit according to a first aspect of the present invention provides an output of the detection coil when the magnetic flux of a magnetic field to be measured is changed by energizing a conductor around which the detection coil is wound. On the basis of the above, in the magnetic detection circuit for detecting the magnetism in the magnetic field to be measured, a pulse generation circuit for generating a pulse waveform current flowing to the conductor is provided.

【0027】第2発明に係る磁気検出回路は、第1発明
に係る磁気検出回路において、前記検出コイルの出力に
基づき、被測定磁場における磁束の変化を検出する磁束
変化検出回路を備え、該磁束変化検出回路は、時定数が
第1閾値以下で積分特性を有し、時定数が前記第1閾値
とは異なる第2閾値以上で微分特性を有することを特徴
とする。
A magnetic detection circuit according to a second aspect of the present invention is the magnetic detection circuit according to the first aspect, further comprising a magnetic flux change detection circuit for detecting a change in magnetic flux in the magnetic field to be measured based on the output of the detection coil. The change detection circuit is characterized in that it has an integration characteristic when the time constant is equal to or less than the first threshold value and has a differentiation characteristic when the time constant is equal to or more than a second threshold value different from the first threshold value.

【0028】第3発明に係る磁気検出回路は、第2発明
に係る磁気検出回路において、前記パルス発生回路が生
成するパルス波形電流の出力時点に対して同期的に前記
磁束変化検出回路の出力値のサンプリングを行い、サン
プリングにより得られた値をホールドするためのサンプ
リングホールド回路を備えることを特徴とする。
A magnetic detection circuit according to a third aspect of the present invention is the magnetic detection circuit according to the second aspect, wherein the output value of the magnetic flux change detection circuit is synchronized with the output time point of the pulse waveform current generated by the pulse generation circuit. Is sampled and a sampling hold circuit for holding the value obtained by sampling is provided.

【0029】第1発明に係る磁気検出回路による場合
は、パルス生成回路を備えることにより、構成の複雑な
発振・分周回路が不要であり、容積の大きなコンデンサ
及び抵抗素子を必要とする充放電回路等からなる励磁回
路が不要であり、更なる小型化によってIC化を図るこ
とが可能である磁気検出回路を実現することができる。
In the case of the magnetic detection circuit according to the first aspect of the present invention, since the pulse generation circuit is provided, an oscillation / frequency division circuit having a complicated structure is unnecessary, and a charging / discharging requiring a capacitor and a resistance element having a large volume. It is possible to realize a magnetic detection circuit that does not require an excitation circuit composed of a circuit and the like and can be made into an IC by further miniaturization.

【0030】第2発明に係る磁気検出回路による場合
は、第1発明に係る磁気検出回路において、BPFに代
えて、時定数に応じて積分特性及び微分特性を有する磁
束変化検出回路を備えることにより、BPFにて用いた
容積の大きなコンデンサ及び抵抗素子が不要となって小
型化、即ちIC化が可能となるとともに、微分特性によ
りオフセットの除去ができゼロ点の確保が可能であり、
更に、磁束変化検出回路の出力がパルス生成回路から出
力されるパルス波形電流と略同一タイミングで変化する
ため、分周回路が必要なくなり、簡易な回路構成となる
磁気検出回路を実現することができる。
In the case of the magnetic detection circuit according to the second invention, the magnetic detection circuit according to the first invention is provided with a magnetic flux change detection circuit having an integral characteristic and a differential characteristic according to a time constant, instead of the BPF. , The large-capacity capacitor and resistance element used in the BPF are not required, and miniaturization, that is, IC can be realized, and the offset can be removed by the differential characteristic, and the zero point can be secured.
Furthermore, since the output of the magnetic flux change detection circuit changes at substantially the same timing as the pulse waveform current output from the pulse generation circuit, the frequency division circuit is not required, and a magnetic detection circuit with a simple circuit configuration can be realized. .

【0031】第3発明に係る磁気検出回路による場合
は、第2発明に係る磁気検出回路において、サンプリン
グホールド回路を備えることにより、パルス波形電流の
Duty比を小さくした場合であっても検出感度が低下する
ことなく、Duty比を更に小さくすることによって消費電
力を低減することができる磁気検出回路を実現すること
ができる。
In the case of the magnetic detection circuit according to the third invention, the magnetic detection circuit according to the second invention is provided with a sampling hold circuit so that the pulse waveform current
Even if the duty ratio is reduced, the detection sensitivity does not decrease, and by further reducing the duty ratio, it is possible to realize a magnetic detection circuit that can reduce power consumption.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づいて詳述する。図1は本発明に係る磁気
検出回路の概略構成を示す模式図であり、図2は前記磁
気検出回路の一例を示す回路図である。図1中10はパ
ルス生成回路であり、該パルス生成回路10にて生成さ
れたパルス信号は、パルス波形の励磁電流として、図8
にて示した如くの内部導体1及び外部導体4に印加さ
れ、コア2を励磁する。なお、図2ではパルス生成回路
10を省略しているが、これは公知の回路を用いて構成
することができる。また、本実施の形態では、パルス生
成回路10は、オン時間T1、オフ時間T2としてDuty
比が1〜2%のパルスを生成して出力する。なお、Duty
比は少なくとも10%以下であることが望ましく、後述
する磁束変化検出回路11の時定数設定の制約上、より
完全な磁束変化の再現のたいめには1〜2%以下である
ことが望ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the drawings showing the embodiments thereof. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a magnetic detection circuit according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the magnetic detection circuit. Reference numeral 10 in FIG. 1 denotes a pulse generation circuit, and the pulse signal generated by the pulse generation circuit 10 is used as an excitation current of a pulse waveform as shown in FIG.
The core 2 is excited by being applied to the inner conductor 1 and the outer conductor 4 as shown in FIG. Although the pulse generation circuit 10 is omitted in FIG. 2, it can be configured using a known circuit. In addition, in the present embodiment, the pulse generation circuit 10 sets the Duty as the on-time T1 and the off-time T2.
A pulse having a ratio of 1 to 2% is generated and output. In addition, Duty
The ratio is preferably at least 10% or less, and is preferably 1 to 2% or less for more complete reproduction of the magnetic flux change due to the restriction of the time constant setting of the magnetic flux change detection circuit 11 described later.

【0033】また図1,2中14は、パルス生成回路1
0から出力されたパルス信号に基づき、コア2を励磁す
べくピーク電流がIpとなる励磁電流を生成するための
励磁パルス電流生成回路である。該励磁パルス電流生成
回路14は、パルス生成回路10から出力されたパルス
信号が入力されるベース端子を有するトランジスタ14
1を備え、該トランジスタ141のコレクタ端子には、
抵抗素子143を介して正の定電圧源142が接続され
ている。前記コレクタ端子及び抵抗素子143の共通接
点と、負の定電圧源144との間にはコンデンサ145
が介装されており、前記負の定電圧源144及びコンデ
ンサ145の共通接点と、抵抗素子146を介した前記
トランジスタ141のエミッタ端子とが、励磁パルス電
流生成回路14の出力端子をなしている。
Reference numeral 14 in FIGS. 1 and 2 denotes a pulse generation circuit 1.
It is an excitation pulse current generation circuit for generating an excitation current having a peak current of Ip to excite the core 2 based on the pulse signal output from 0. The excitation pulse current generation circuit 14 includes a transistor 14 having a base terminal to which the pulse signal output from the pulse generation circuit 10 is input.
1, and the collector terminal of the transistor 141 is
A positive constant voltage source 142 is connected via the resistance element 143. A capacitor 145 is provided between the collector terminal and the common contact of the resistance element 143 and the negative constant voltage source 144.
The common contact of the negative constant voltage source 144 and the capacitor 145 and the emitter terminal of the transistor 141 via the resistance element 146 form the output terminal of the excitation pulse current generation circuit 14. .

【0034】一方、検出コイル3の検出電圧は、磁束変
化検出回路11へ入力され、被測定磁場の変化分が再生
され、電圧として出力される。磁束変化検出回路11
は、前記検出電圧が入力される2つの入力端子のうち一
方の入力端子はオペアンプ111の非反転入力端子に接
続され、他方の入力端子との間には抵抗素子112が介
装されている。前記オペアンプ111の反転入力端子及
び出力端子間には、並列接続された抵抗素子113及び
コンデンサ114が接続されて負帰還がかけられてお
り、反転入力端子及び前記他方の入力端子間には直列接
続された抵抗素子115及びコンデンサ116が介装さ
れている。また、オペアンプ111の出力端子は、抵抗
素子117を介して磁束変化検出回路11の一方の出力
端子をなし、前記他方の入力端子は、磁束変化検出回路
11の他方の出力端子をなすとともに磁気検出回路の一
方の出力端子をなしている。なお、磁束変化検出回路1
1において、抵抗素子113及びコンデンサ114は、
励磁電流のパルス幅の1/2〜1倍程度の時定数(第1
閾値)以下では積分特性を有するように予め設定されて
おり、また、抵抗素子115及びコンデンサ116は、
励磁電流のパルス幅の50〜100倍程度の時定数(第
2閾値)以上では微分特性を有するように予め設定され
ている。なお、この時定数はパルス信号のDuty比を考慮
し、適宜選択することが好ましい。
On the other hand, the detection voltage of the detection coil 3 is input to the magnetic flux change detection circuit 11, the change of the magnetic field to be measured is reproduced and output as a voltage. Magnetic flux change detection circuit 11
One of the two input terminals to which the detection voltage is input is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 111, and the resistance element 112 is interposed between the other input terminal. A resistor element 113 and a capacitor 114, which are connected in parallel, are connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 111 for negative feedback, and a series connection is made between the inverting input terminal and the other input terminal. The resistor element 115 and the capacitor 116 are interposed. The output terminal of the operational amplifier 111 forms one output terminal of the magnetic flux change detection circuit 11 via the resistance element 117, and the other input terminal forms the other output terminal of the magnetic flux change detection circuit 11 and detects the magnetic field. It constitutes one output terminal of the circuit. The magnetic flux change detection circuit 1
1, the resistance element 113 and the capacitor 114 are
A time constant of about 1/2 to 1 times the pulse width of the exciting current (first
Threshold value) or less, it is preset so as to have an integration characteristic, and the resistance element 115 and the capacitor 116 are
It is preset to have a differential characteristic at a time constant (second threshold value) of about 50 to 100 times the pulse width of the exciting current. In addition, it is preferable that the time constant is appropriately selected in consideration of the duty ratio of the pulse signal.

【0035】前記パルス生成回路10から出力されたパ
ルス信号は、励磁パルス電流生成回路14を経て励磁電
流となるとともに、サンプリングホールド回路(図中、
SH回路)12へ入力され、磁束変化検出回路11にて
再生された磁場の変化分に対応した電圧値がサンプリン
グされ、所定期間ホールドされる。該サンプリングホー
ルド回路12は、前記パルス信号が入力されるベース端
子を有するトランジスタ121を備え、該トランジスタ
121のコレクタ端子は磁束変化検出回路11の一方の
出力端子と接続されている。また、トランジスタ121
のエミッタ端子はサンプリングホールド回路12の一方
の出力端子をなすとともに、磁束変化検出回路11の他
方の出力端子との間にコンデンサ122が介装されてい
る。前記コンデンサ122と、前記磁束変化検出回路1
1の他方の出力端子との共通接点は、サンプリングホー
ルド回路12の他方の出力端子をなしている。
The pulse signal output from the pulse generating circuit 10 becomes an exciting current through the exciting pulse current generating circuit 14, and a sampling hold circuit (in the figure,
The voltage value corresponding to the change in the magnetic field reproduced by the magnetic flux change detection circuit 11 is sampled and held for a predetermined period. The sampling and holding circuit 12 includes a transistor 121 having a base terminal to which the pulse signal is input, and the collector terminal of the transistor 121 is connected to one output terminal of the magnetic flux change detection circuit 11. In addition, the transistor 121
The emitter terminal serves as one output terminal of the sampling and holding circuit 12, and a capacitor 122 is interposed between the emitter terminal and the other output terminal of the magnetic flux change detection circuit 11. The capacitor 122 and the magnetic flux change detection circuit 1
The common contact with the other output terminal of 1 constitutes the other output terminal of the sampling and holding circuit 12.

【0036】前記サンプリングホールド回路12にてホ
ールドされた電圧値は、平滑回路13にて平滑化される
ことにより、被測定磁場の向き及び強さに対応した信号
が出力される。平滑回路13は、前記サンプリングホー
ルド回路12の一方の出力端子に接続される非反転入力
端子を有するオペアンプ131を備え、該オペアンプ1
31の反転入力端子及び出力端子間には可変抵抗素子1
32が接続されて負帰還がかけられている。また、可変
抵抗素子133に直列接続された抵抗素子134,13
5は、その抵抗素子134,135の共通接点がオペア
ンプ131の反転入力端子に接続されている。また、抵
抗素子135における前記共通接点と逆の端子には、サ
ンプリングホールド回路12の他方の出力端子が接続さ
れ、平滑回路13の一方の出力端子をなしている。ま
た、オペアンプ131の出力端子は抵抗素子136を介
して平滑回路13の他方の出力端子をなしており、両出
力端子間にはコンデンサ137が介装されている。
The voltage value held by the sampling and holding circuit 12 is smoothed by the smoothing circuit 13 to output a signal corresponding to the direction and strength of the magnetic field to be measured. The smoothing circuit 13 includes an operational amplifier 131 having a non-inverting input terminal connected to one output terminal of the sampling and holding circuit 12, and the operational amplifier 1
Variable resistance element 1 is provided between the inverting input terminal and the output terminal of 31.
32 is connected and negative feedback is applied. Further, the resistance elements 134, 13 connected in series to the variable resistance element 133
5, the common contact of the resistance elements 134 and 135 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 131. Further, the other output terminal of the sampling and holding circuit 12 is connected to a terminal of the resistance element 135 opposite to the common contact, and forms one output terminal of the smoothing circuit 13. Further, the output terminal of the operational amplifier 131 serves as the other output terminal of the smoothing circuit 13 via the resistance element 136, and the capacitor 137 is interposed between both output terminals.

【0037】次に、上述した回路構成をなす本実施の形
態に係る磁気検出回路を用いて被測定磁場の磁気検出を
行う場合について説明する。図3は、直交フラックスゲ
ート型の磁気センサを用いた場合の、励磁電流、被測定
磁場の磁束、検出コイル3の出力電圧、磁束変化検出回
路11の出力電圧、及びサンプリングホールド回路12
の出力電圧夫々の波形図である。
Next, a case will be described in which the magnetic field of the magnetic field to be measured is detected by using the magnetic field detection circuit having the above-described circuit configuration according to the present embodiment. FIG. 3 shows the excitation current, the magnetic flux of the magnetic field to be measured, the output voltage of the detection coil 3, the output voltage of the magnetic flux change detection circuit 11, and the sampling and holding circuit 12 when the orthogonal flux gate type magnetic sensor is used.
3 is a waveform diagram of each output voltage of FIG.

【0038】内部導体1に、図3に示す如き単極矩形の
パルス波形の励磁電流を通流した場合、励磁電流がオン
のときにコア2の周面は磁化されて直後に飽和状態とな
り、被測定磁場の磁束はコア2から離れ、コア2内を通
る被測定磁場による磁束は図3に示す如く0になる。時
間T1経過後、励磁電流がオフとなったとき、コア2内
には、被測定磁場による磁束が形成され、励磁電流のオ
フから時間T2経過までこの状態が維持される。その後
引き続いて、時間T1のオンと、時間T2のオフからな
るパルス波形の励磁電流が通流され、これに伴い、被測
定磁場により形成されるコア2内の磁束は、励磁電流と
は逆の時間T1のオフと、時間T2のオンからなる矩形
のパルス波形をなす変化を繰り返す。
When an exciting current having a single-pole rectangular pulse waveform as shown in FIG. 3 is passed through the inner conductor 1, the peripheral surface of the core 2 is magnetized when the exciting current is on, and is saturated immediately after that. The magnetic flux of the measured magnetic field separates from the core 2, and the magnetic flux of the measured magnetic field passing through the core 2 becomes zero as shown in FIG. When the exciting current is turned off after the lapse of time T1, a magnetic flux due to the magnetic field to be measured is formed in the core 2, and this state is maintained from the turning off of the exciting current to the lapse of time T2. After that, subsequently, an exciting current having a pulse waveform, which is turned on at time T1 and turned off at time T2, is passed through, and along with this, the magnetic flux in the core 2 formed by the magnetic field to be measured is opposite to the exciting current. The change that forms the rectangular pulse waveform, which consists of turning off at time T1 and turning on at time T2, is repeated.

【0039】この間、検出コイル3の出力電圧は、コア
2の磁化の程度の増加率が最大のときに最大値、減少率
が最大のときに最小値をとり、その間はゼロ点へ収束し
ていくという変化を繰り返す。
During this period, the output voltage of the detection coil 3 takes a maximum value when the rate of increase in the degree of magnetization of the core 2 is maximum, and a minimum value when the rate of decrease is maximum, and converges to a zero point during that time. The change of going is repeated.

【0040】また、磁束変化検出回路11の出力電圧
は、励磁電流がオン状態である時間T1の間、その積分
特性により検出コイル3の出力電圧値が累積されて図3
に示す如くの波形をなす。また、励磁電流がオフ状態で
ある時間T2の間は、その積分特性により出力電圧は低
下し、更にその微分特性によりゼロ点を超過して低下し
た後に再びゼロ点へ収束していき(オフセットの除去、
及びゼロ点の確保)、図3に示す如くの波形をなす。
Further, the output voltage of the magnetic flux change detection circuit 11 accumulates the output voltage value of the detection coil 3 due to its integral characteristic during the time T1 when the exciting current is in the ON state.
The waveform is as shown in. Also, during the time T2 when the exciting current is in the off state, the output voltage decreases due to its integral characteristic, and further falls below the zero point due to its differential characteristic and then converges to the zero point again (offset Removal,
, And ensuring the zero point), the waveform is as shown in FIG.

【0041】また、サンプリングホールド回路12で
は、パルス生成回路10から入力されたパルス信号に略
同期して磁束変化検出回路11から入力された電圧値を
サンプリングする。従って、時間T1の間、磁束変化検
出回路11から出力される電圧値をサンプリングし、そ
の後時間T2の間はサンプリングした電圧値をホールド
することにより、その出力電圧は図3に示す如くの波形
をなす。従って、パルス生成回路10からパルス信号が
出力されてない状態であっても、検出コイル3から出力
されて磁束変化検出回路11にて再生された電圧値がホ
ールドされているため、平滑回路13を経て出力される
信号による感度低下は生じず、パルス信号のDuty比を小
さくすることができ、励磁電流の低減、即ち、消費電力
の低減を図ることができる。
The sampling and holding circuit 12 samples the voltage value input from the magnetic flux change detection circuit 11 substantially in synchronization with the pulse signal input from the pulse generation circuit 10. Therefore, by sampling the voltage value output from the magnetic flux change detection circuit 11 during the time T1, and then holding the sampled voltage value during the time T2, the output voltage has a waveform as shown in FIG. Eggplant Therefore, even when the pulse signal is not output from the pulse generation circuit 10, the voltage value output from the detection coil 3 and reproduced by the magnetic flux change detection circuit 11 is held, so that the smoothing circuit 13 is operated. The sensitivity of the output signal does not decrease, the duty ratio of the pulse signal can be reduced, and the exciting current, that is, the power consumption can be reduced.

【0042】なお、本実施の形態では、パルス生成回路
10にて生成するパルス信号として周期がT1+T2の
一定なものについて説明しているが、これに限られるも
のではなく、例えば、被測定磁場の磁気を検出すべき命
令が発生した場合に、一又は所定数のパルス信号を生成
し、該パルス信号に基づく磁気の検出が終了するか更な
る命令が発生するまでの間はパルス信号を生成しなくて
もよい。
In the present embodiment, the pulse signal generated by the pulse generation circuit 10 has a constant cycle of T1 + T2, but the pulse signal is not limited to this and, for example, the magnetic field to be measured is measured. When a command to detect magnetism is generated, one or a predetermined number of pulse signals are generated, and the pulse signal is generated until the detection of magnetism based on the pulse signal is completed or another command is generated. You don't have to.

【0043】図4乃至図7に、本実施の形態に係る磁気
検出回路を用いて実験を行った結果をグラフにて示す。
図4は、パラメータとしてパルス信号のパルス幅を6μ
S、励磁電流のピーク値Ipを450mA、電源電圧を
6V(±3V)と選択した場合における、3〜14kH
zと変化させたパルス信号の周波数に対する消費電流、
及び被測定磁場の磁束密度を0.5ガウスとしたときの
検出感度を示す対数グラフである。図示する如く、消費
電流(図中単位はmA)は周波数の増大にともなって増
加するが、10数mA〜40mA程度、即ち0.02I
p〜0.08Ip程度であり、従来の平均励磁電流0.
7Ipと比較して格段に低消費電流化が図れていること
がわかる。また、検出感度は、周波数の変化に殆ど依存
せず、良好な結果が得られた。
4 to 7 are graphs showing the results of experiments conducted using the magnetic detection circuit according to the present embodiment.
In Fig. 4, the pulse width of the pulse signal is 6μ as a parameter.
S, peak value Ip of exciting current is 450 mA, and power supply voltage is 6 V (± 3 V), 3 to 14 kH
z and the consumption current with respect to the changed frequency of the pulse signal,
3 is a logarithmic graph showing the detection sensitivity when the magnetic flux density of the measured magnetic field is 0.5 gauss. As shown in the figure, the consumption current (in the figure, the unit is mA) increases as the frequency increases, but it is about 10 to 40 mA, that is, 0.02I.
p-0.08 Ip, which is a conventional average excitation current of 0.
It can be seen that the current consumption is remarkably reduced as compared with 7 Ip. In addition, the detection sensitivity hardly depends on the change in frequency, and good results were obtained.

【0044】図5は、パルス幅、周波数、電源電圧、及
び被測定磁場の磁束密度に関するパラメータを同条件と
し、励磁電流のピーク値Ipを250mAとした場合に
おける、パルス信号の周波数に対する消費電流、及び検
出感度を示す対数グラフである。図示する如く、図4に
て示した実験結果と略同様に検出感度は周波数の変化に
殆ど依存しないという結果が得られた。また、消費電流
は、図4に示した実験結果より更に低減され、8mA〜
20mA程度となる実験結果が得られ、従来に比して優
れた特性を有する磁気検出回路であることがわかる。
FIG. 5 shows the current consumption with respect to the frequency of the pulse signal when the pulse width, the frequency, the power supply voltage, and the parameters relating to the magnetic flux density of the magnetic field to be measured have the same conditions, and the peak value Ip of the exciting current is 250 mA. 2 is a logarithmic graph showing the detection sensitivity. As shown in the figure, similar to the experimental result shown in FIG. 4, the result that the detection sensitivity hardly depends on the frequency change was obtained. Moreover, the current consumption is further reduced from the experimental result shown in FIG.
An experimental result of about 20 mA is obtained, which shows that the magnetic detection circuit has excellent characteristics as compared with the conventional one.

【0045】図6は、パラメータとしてパルス信号のパ
ルス幅を6μS、励磁電流のピーク値Ipを450m
A、パルス信号の周波数を13.8kHz、電源電圧を
6V(±3V)、磁気検出回路全体の消費電流を40m
Aとした場合における、変化させた被測定磁場に対する
出力電圧の関係を示す対数グラフである。なお、図中実
線及び破線は、被測定磁場の向き(N極,S極)反転さ
せて実験を行った場合のN極,S極夫々での特性を示し
ており、実線はN極、破線はS極での特性を示してい
る。図示する如く、被測定磁場の変化に対して磁気検出
回路からの出力電圧は直線性に優れた特性を有している
ことがわかる。
In FIG. 6, the pulse width of the pulse signal is 6 μS and the peak value Ip of the exciting current is 450 m as parameters.
A, the frequency of the pulse signal is 13.8 kHz, the power supply voltage is 6 V (± 3 V), the current consumption of the entire magnetic detection circuit is 40 m.
6 is a logarithmic graph showing the relationship between the output voltage and the changed magnetic field to be measured when A is set. The solid line and the broken line in the figure show the characteristics of the N pole and the S pole, respectively, when the experiment was performed by reversing the direction (N pole, S pole) of the magnetic field to be measured, and the solid line shows the N pole and the broken line. Indicates the characteristics at the S pole. As shown in the figure, it can be seen that the output voltage from the magnetic detection circuit has excellent linearity with respect to changes in the magnetic field to be measured.

【0046】図7は、パルス幅及び電源電圧に関するパ
ラメータを同条件とし、励磁電流のピーク値Ipを25
0mA、パルス信号の周波数を3kHz、磁気検出回路
全体の消費電流を8mAとした場合における、変化させ
た被測定磁場に対する出力電圧の関係を示す対数グラフ
である。図示する如く、図6にて示した実験結果と略同
様に、被測定磁場の変化に対して磁気検出回路からの出
力電圧は直線性に優れた特性を有していることがわか
る。また、本実験では磁気検出回路全体の消費電流を8
mAとしているが、一般の磁気センサのうち特に消費電
流が少ないといわれるホール素子の消費電流は10mA
程度であり、ホール素子と比較した場合であっても遜色
がないことがわかる。
In FIG. 7, the parameters relating to the pulse width and the power supply voltage are the same, and the peak value Ip of the exciting current is 25.
6 is a logarithmic graph showing the relationship of the output voltage with respect to the changed magnetic field under measurement when 0 mA, the frequency of the pulse signal is 3 kHz, and the current consumption of the entire magnetic detection circuit is 8 mA. As shown in the figure, similar to the experimental result shown in FIG. 6, it can be seen that the output voltage from the magnetic detection circuit has characteristics of excellent linearity with respect to changes in the magnetic field to be measured. Also, in this experiment, the current consumption of the entire magnetic detection circuit was set to 8
Although the current is set to mA, the current consumption of the Hall element, which is said to have a particularly low current consumption among general magnetic sensors, is 10 mA.
It is about the same level, and it is clear that it is comparable to the Hall element.

【0047】本実施に係る磁気検出回路によれば、磁気
センサへ通流する電流をパルス波形電流とすべく、発振
・分周回路に代えてパルス生成回路10を備えるため、
充放電回路などからなる励磁回路が不要であり、容積の
大きいコンデンサ及び抵抗素子を用いる必要がなく、更
なる小型化を図ることができてIC化を実現できるとと
もに、生産コストをより低減することができる。
According to the magnetic detection circuit of this embodiment, the pulse generation circuit 10 is provided in place of the oscillation / frequency dividing circuit so that the current flowing to the magnetic sensor is a pulse waveform current.
An excitation circuit such as a charging / discharging circuit is not required, there is no need to use a large-capacity capacitor and resistance element, further downsizing can be achieved, and an IC can be realized, and the production cost can be further reduced. You can

【0048】また、BPFに代え、検出コイルの出力に
基づき、被測定磁場における磁束の変化を検出する磁束
変化検出回路を備え、該磁束変化検出回路は、時定数が
所定の第1閾値以下で積分特性を有し、時定数が所定の
第2閾値以上で微分特性を有することにより、BPFに
て用いていた容積の大きいコンデンサ及び抵抗素子が不
要となり、IC化を実現できるとともに、微分特性によ
りオフセットの除去ができゼロ点の確保が可能であり、
また、磁束変化検出回路の出力は前記パルス生成回路が
生成するパルス波形電流と略同タイミングで変化し、分
周回路が必要なくなり、生産コストをより低減すること
ができる。
Further, instead of the BPF, a magnetic flux change detection circuit for detecting a change in magnetic flux in the magnetic field to be measured is provided based on the output of the detection coil, and the magnetic flux change detection circuit has a time constant of a predetermined first threshold value or less. By having the integral characteristic and the differential characteristic when the time constant is equal to or more than the predetermined second threshold value, the large-capacity capacitor and resistance element used in the BPF are not required, and it is possible to realize an IC, and the differential characteristic The offset can be removed and the zero point can be secured.
Further, the output of the magnetic flux change detection circuit changes at substantially the same timing as the pulse waveform current generated by the pulse generation circuit, which eliminates the need for a frequency dividing circuit and further reduces the production cost.

【0049】また、前記パルス発生回路が生成するパル
ス波形電流の出力時期に略同期して前記磁束変化検出回
路の出力値のサンプリングを行い、サンプリングにより
得られた値をホールドするためのサンプリングホールド
回路を備えるにより、パルス波形電流のDuty比を小さく
した場合であっても、検出感度を低下させることなく、
また、Duty比をより小さくすることによって消費電力を
低減することができ、汎用性をより高めることができ
る。
A sampling and holding circuit for sampling the output value of the magnetic flux change detection circuit in synchronism with the output timing of the pulse waveform current generated by the pulse generation circuit and holding the value obtained by sampling. By including, even when the duty ratio of the pulse waveform current is reduced, without lowering the detection sensitivity,
Further, the power consumption can be reduced and the versatility can be further enhanced by reducing the duty ratio.

【0050】[0050]

【発明の効果】第1発明に係る磁気検出回路によれば、
構成の複雑な発振・分周回路が不要であり、容積の大き
なコンデンサ及び抵抗素子を必要とする充放電回路等か
らなる励磁回路が不要であり、更なる小型化によってI
C化を図ることが可能である磁気検出回路を実現するこ
とができる。
According to the magnetic detection circuit of the first invention,
It does not require an oscillation and frequency dividing circuit with a complicated configuration, and does not require an excitation circuit such as a charge and discharge circuit that requires a large volume capacitor and resistance element.
It is possible to realize a magnetic detection circuit that can achieve C conversion.

【0051】第2発明に係る磁気検出回路によれば、従
来BPFにて用いた容積の大きなコンデンサ及び抵抗素
子が不要となって小型化、即ちIC化が可能となるとと
もに、微分特性によりオフセットの除去ができゼロ点の
確保が可能であり、更に、磁束変化検出回路の出力がパ
ルス生成回路から出力されるパルス波形電流と略同タイ
ミングで変化するため、分周回路が必要なくなり、簡易
な回路構成となる磁気検出回路を実現することができ
る。
According to the magnetic detection circuit of the second aspect of the present invention, the large-capacity capacitor and resistance element used in the conventional BPF are not required, which enables miniaturization, that is, IC, and the offset characteristic due to the differential characteristic. It can be removed and the zero point can be secured. Furthermore, since the output of the magnetic flux change detection circuit changes at almost the same timing as the pulse waveform current output from the pulse generation circuit, a frequency divider circuit is not required and a simple circuit A magnetic detection circuit having the configuration can be realized.

【0052】第3発明に係る磁気検出回路によれば、パ
ルス波形電流のDuty比を小さくした場合であっても検出
感度が低下することなく、Duty比を更に小さくすること
によって消費電力を低減することができる磁気検出回路
を実現することができる。
According to the magnetic detection circuit of the third aspect of the present invention, even if the duty ratio of the pulse waveform current is reduced, the detection sensitivity does not decrease, and the duty ratio is further reduced to reduce power consumption. It is possible to realize a magnetic detection circuit capable of performing the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る磁気検出回路の概略構成を示す模
式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a magnetic detection circuit according to the present invention.

【図2】図1に示す磁気検出回路の一例を示す回路図で
ある。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a magnetic detection circuit shown in FIG.

【図3】直交フラックスゲート型の磁気センサを用いた
場合の、励磁電流、被測定磁場の磁束、検出コイルの出
力電圧、磁束変化検出回路の出力電圧、及びサンプリン
グホールド回路の出力電圧夫々の波形図である。
FIG. 3 shows waveforms of an exciting current, a magnetic flux of a magnetic field to be measured, an output voltage of a detection coil, an output voltage of a magnetic flux change detection circuit, and an output voltage of a sampling hold circuit when an orthogonal fluxgate magnetic sensor is used. It is a figure.

【図4】本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験
を行った結果を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a result of an experiment performed using the magnetic detection circuit according to the present embodiment.

【図5】本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験
を行った結果を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a result of an experiment using the magnetic detection circuit according to the present embodiment.

【図6】本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験
を行った結果を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a result of an experiment using the magnetic detection circuit according to the present embodiment.

【図7】本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験
を行った結果を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a result of an experiment performed using the magnetic detection circuit according to the present embodiment.

【図8】直交フラックスゲート型素子の磁気センサ(磁
気検出素子)の構成を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a magnetic sensor (magnetic detection element) of an orthogonal fluxgate type element.

【図9】内部導体及び外部導体に接続されて電流を通流
すると共に、検出コイルに接続されて被測定磁場の磁気
を検出するための、従来の磁気検出回路の概略構成を示
すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional magnetic detection circuit that is connected to an inner conductor and an outer conductor to allow a current to flow therethrough, and is also connected to a detection coil to detect the magnetism of a magnetic field to be measured. is there.

【図10】図9に示す磁気検出回路の一例を示す回路図
である。
10 is a circuit diagram showing an example of the magnetic detection circuit shown in FIG.

【図11】図9に示す磁気検出回路の一例を示す回路図
である。
11 is a circuit diagram showing an example of the magnetic detection circuit shown in FIG.

【図12】直交フラックスゲート型の磁気センサにて磁
気の検出を行う際に励磁電流、コアの検出方向における
磁化の程度、検出コイルの出力電圧、及び整流・平滑回
路にて全波整流された検波信号夫々の波形図である。
FIG. 12 is an excitation current, a degree of magnetization in a detection direction of a core, an output voltage of a detection coil, and full-wave rectification by a rectification / smoothing circuit when magnetism is detected by an orthogonal fluxgate magnetic sensor. It is a wave form diagram of each detection signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 パルス生成回路 11 磁束変化検出回路 12 サンプリングホールド回路(SH回路) 13 平滑回路 14 励磁パルス電流生成回路 10 pulse generation circuit 11 Magnetic flux change detection circuit 12 Sampling and holding circuit (SH circuit) 13 Smoothing circuit 14 Excitation pulse current generation circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検出コイルが巻回された導体へ通電する
ことにより被測定磁場の磁束を変化させた場合におけ
る、前記検出コイルの出力に基づき、前記被測定磁場に
おける磁気を検出するための磁気検出回路において、前
記導体へ通流するパルス波形電流を生成するパルス生成
回路を備えることを特徴とする磁気検出回路。
1. A magnetic field for detecting magnetism in the magnetic field to be measured based on the output of the detection coil when the magnetic flux of the magnetic field to be measured is changed by energizing a conductor around which the detection coil is wound. The magnetic detection circuit, wherein the detection circuit includes a pulse generation circuit that generates a pulse waveform current flowing to the conductor.
【請求項2】 前記検出コイルの出力に基づき、被測定
磁場における磁束の変化を検出する磁束変化検出回路を
備え、該磁束変化検出回路は、時定数が第1閾値以下で
積分特性を有し、時定数が前記第1閾値とは異なる第2
閾値以上で微分特性を有することを特徴とする請求項1
に記載の磁気検出回路。
2. A magnetic flux change detection circuit for detecting a change in magnetic flux in a magnetic field to be measured based on the output of the detection coil, wherein the magnetic flux change detection circuit has an integral characteristic with a time constant equal to or less than a first threshold value. , A second whose time constant is different from the first threshold
A differential characteristic is provided at a threshold value or more.
Magnetic detection circuit according to.
【請求項3】 前記パルス発生回路が生成するパルス波
形電流の出力時点に対して同期的に前記磁束変化検出回
路の出力値のサンプリングを行い、サンプリングにより
得られた値をホールドするためのサンプリングホールド
回路を備えることを特徴とする請求項2に記載の磁気検
出回路。
3. A sampling hold for sampling the output value of the magnetic flux change detection circuit in synchronism with the output time point of the pulse waveform current generated by the pulse generation circuit and holding the value obtained by sampling. The magnetic detection circuit according to claim 2, further comprising a circuit.
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