JP2004301545A - 高分解能差動型磁気センサ及びその駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来困難であった微弱な磁場の微小な空間分布を検出可能なベースラインの微小な高分解能差動型磁気センサ及びその駆動回路を提供する。
【解決手段】一つの励磁コイル２内に２つの高感度な磁気インピーダンス素子１ａ、１ｂを並行に、素子の検出部の間隔を非常に接近させて配置した。
【選択図】 図３
【解決手段】一つの励磁コイル２内に２つの高感度な磁気インピーダンス素子１ａ、１ｂを並行に、素子の検出部の間隔を非常に接近させて配置した。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、微弱な磁場、磁気、磁界の微小な空間的差分を検出する高分解能差動型磁気センサとその駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来の技術による磁場の空間的な差分を検出する装置を示す。従来は、図に示す様に、磁気センサを２個並べ、それぞれの検出器で検出し、その検出信号を電気的またはＡＤコンバーターで取りこみ、ディジタルデータや数値データとしてその差を検出していた。空間的な差分を検出する場合、その空間分解能を決定するものは、２つのセンサの磁場感知部の中心間距離（以下、ベースライン）である。そのため、高分解能で差分磁場を検出しようとした場合は、磁気センサを出きるだけ近接して配置することが必要である。
【０００３】
従来、磁気センサとしては、フラックスゲート型磁気センサやホール素子が使われていたが、近接して並べてもセンサのサイズが大きく、微小な空間差分を検出することは困難であった。また、同様な磁場の分布でもその空間差分は、差分を取る間隔が狭くなるほど、つまり、空間分解能を高くするほどに、検出しなければならない差分磁場の大きさは小さくなる。そのため、さらに接近して並べるためにセンサを小型にすると、感度が足りず差分の検出が出来なかった。
【０００４】
最近では、高感度な磁気センサとして、磁気インピーダンス効果を利用した磁気インピーダンス素子がある。この磁気インピーダンス素子を磁気センサとして利用する場合は、一般に、バイアス磁界を磁気インピーダンス素子に加えるための励磁コイルが必要である。（例えば特許文献１、２参照）。この例では励磁コイルを２つの磁気インピーダンス素子に対して、正反対の磁場が加わるように個別に巻いている。このため、励磁コイルを巻いたセンサの形状は大きくなってしまい、２つ並べて差分磁場を検出する場合、ベースラインは数ｍｍとなり、高い空間分解能は得られなかった。
【０００５】
また、勾配磁界を検出するために、バイアス磁界の符号を切り替え可能な構造にした例もあるが、複数のコイルを使用するため小型化が困難であった（例えば特許文献３参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１８１２３９号公報 （第４頁 実施例４、及び第１０図）
【０００７】
【特許文献２】
特開平７−２４８３６５号公報 （第４頁、第１図）
【０００８】
【特許文献３】
特開平９−１３３７４２号公報 （第５頁、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来不可能であった、微弱な磁場の微小な磁気分布を検出することを可能とした高分解能差動型磁気センサ、及びその駆動装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述したように、高い空間分解能の差分磁場を検出するためには、小型で感度の良い磁気センサを近接して配置することが重要である。
【００１１】
本発明では、高感度な磁気インピーダンス素子を用いて、一つの励磁コイル内に２つの磁気インピーダンス素子を並行に、素子の検出部の間隔を非常に接近して配置し、微小な間隔の磁場差分を検出可能にした。
【００１２】
差分信号を検出するために、抵抗等によるバランス用素子を使い、磁場が空間的に一様な場合には信号が発生せず、磁場の差分のみを検出する様に接続したことを特徴とする。このため、電流源や増幅回路や検波器等の駆動回路は１つでも駆動を行なうことが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図３に本発明の高分解能差動型磁気センサの実施例に関する図を示す。
図３に示す様に、第１の磁気インピーダンス素子１ａと第２の磁気インピーダンス素子１ｂが互いに並行に、それぞれの一端が電気的に接続した状態で、同一の励磁コイル２の内部に配置されている。この第１の磁気インピーダンス素子１ａと第２の磁気インピーダンス素子１ｂのそれぞれの中心軸の間隔（以下、ベースライン）が、磁場の空間分布を検出した時の空間分解能に大きく寄与する。磁気インピーダンス素子１ａ、１ｂは、例えばアモルファスワイヤーを用いた時、その直径は数十μｍ〜数百μｍであり、前述のような配置にすることにより、１ｍｍ以下のベースラインが可能である。この高分解能差動型磁気センサは、２つの磁気インピーダンス素子が電気的に接続している共通端子４ａと、第１の磁気インピーダンス素子１ａの他の端子４ｂと、第２の磁気インピーダンス素子１ｂの他の端子４ｃを有している。
【００１４】
図６に本発明の別の実施例であるＵ字型に成形された高分解能差動型磁気センサを示す。
図６に示すように、Ｕ字型磁気インピーダンス素子１０は、Ｕ字型に成形され、１つの励磁コイル２の内部に配置されている。Ｕ字型磁気インピーダンス素子１０の両端はそれぞれ他の端子４ｂと他の端子４ｃに接続し、Ｕ字の湾曲部にあたる部分は共通端子４ａに接続している。
【００１５】
次に、この高分解能差動型磁気センサの駆動装置を図１にしたがって説明する。図１は本発明の一実施形態による駆動装置の全体構成図である。
【００１６】
バランス用素子として、第１の抵抗３ａが他の端子４ｂに、第２の抵抗３ｂが他の端子４ｃに接続し、第１の抵抗３ａと第２の抵抗３ｂの他の端子４ｄは電気的に接続している。共通端子４ａと他の端子４ｄは交流電源５に接続している。この交流電源５によって、第１の磁気インピーダンス素子１ａ、及び第２の磁気インピーダンス素子１ｂには、それぞれ電圧が生じる。その電圧は磁気インピーダンス効果によって、磁気インピーダンス素子の長軸方向の磁場の変化に伴って変化する。その変化は、概ね図４のようになる。ここで縦軸ｅｗは出力電圧、横軸Ｈｅｘはインピーダンス素子に鎖交する磁場である。このような特性を持っているので、前述のような接続において、第１の磁気インピーダンス素子１ａの他の端子４ｂと、第２の磁気インピーダンス素子１ｂの他の端子４ｃの間には、第１の磁気インピーダンス素子１ａに鎖交する磁場Ｈｅｘ１と第２の磁気インピーダンス素子１ｂに鎖交する磁場Ｈｅｘ２の差分に応じた電圧が発生する。この電圧を、検出手段６で検出する。検出手段６は、例えば図に示す様に、検波回路７と差動増幅器８で構成さる。Ｈｅｘ１とＨｅｘ２が等しい時には、理論的には電圧は生じない。このようにして、差分磁場を検出する。
【００１７】
バランス用素子の第１の抵抗３ａと第２の抵抗３ｂは、バランスをとるためにどちらか一方が可変抵抗であるか、それらが一個の可変抵抗９により構成されていることも可能である。一個の可変抵抗９により構成される場合は、図５に示す接続になる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、ベースラインを短くすることが可能となり、微弱な磁場の微小な空間差分を検出でき、しかも検出のための回路は１つで良いため、装置を小型化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高分解能差動型磁気センサ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の高分解能差動型磁気センサ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の高分解能差動型磁気センサの構成を示す図である。
【図４】磁気インピーダンス素子の特性を示す図である。
【図５】本発明のバランス用素子の一例を示す図である。
【図６】本発明の高分解能差動型磁気センサの別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ａ・・・第１の磁気インピーダンス素子
１ｂ・・・第２の磁気インピーダンス素子
２・・・励磁コイル
３ａ・・・第１の抵抗
３ｂ・・・第２の抵抗
５・・・交流電源
６・・・検出手段
７・・・検波回路
８・・・差動増幅器
９・・・可変抵抗
１０・・・Ｕ字型磁気インピーダンス素子
【発明の技術分野】
本発明は、微弱な磁場、磁気、磁界の微小な空間的差分を検出する高分解能差動型磁気センサとその駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来の技術による磁場の空間的な差分を検出する装置を示す。従来は、図に示す様に、磁気センサを２個並べ、それぞれの検出器で検出し、その検出信号を電気的またはＡＤコンバーターで取りこみ、ディジタルデータや数値データとしてその差を検出していた。空間的な差分を検出する場合、その空間分解能を決定するものは、２つのセンサの磁場感知部の中心間距離（以下、ベースライン）である。そのため、高分解能で差分磁場を検出しようとした場合は、磁気センサを出きるだけ近接して配置することが必要である。
【０００３】
従来、磁気センサとしては、フラックスゲート型磁気センサやホール素子が使われていたが、近接して並べてもセンサのサイズが大きく、微小な空間差分を検出することは困難であった。また、同様な磁場の分布でもその空間差分は、差分を取る間隔が狭くなるほど、つまり、空間分解能を高くするほどに、検出しなければならない差分磁場の大きさは小さくなる。そのため、さらに接近して並べるためにセンサを小型にすると、感度が足りず差分の検出が出来なかった。
【０００４】
最近では、高感度な磁気センサとして、磁気インピーダンス効果を利用した磁気インピーダンス素子がある。この磁気インピーダンス素子を磁気センサとして利用する場合は、一般に、バイアス磁界を磁気インピーダンス素子に加えるための励磁コイルが必要である。（例えば特許文献１、２参照）。この例では励磁コイルを２つの磁気インピーダンス素子に対して、正反対の磁場が加わるように個別に巻いている。このため、励磁コイルを巻いたセンサの形状は大きくなってしまい、２つ並べて差分磁場を検出する場合、ベースラインは数ｍｍとなり、高い空間分解能は得られなかった。
【０００５】
また、勾配磁界を検出するために、バイアス磁界の符号を切り替え可能な構造にした例もあるが、複数のコイルを使用するため小型化が困難であった（例えば特許文献３参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１８１２３９号公報 （第４頁 実施例４、及び第１０図）
【０００７】
【特許文献２】
特開平７−２４８３６５号公報 （第４頁、第１図）
【０００８】
【特許文献３】
特開平９−１３３７４２号公報 （第５頁、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来不可能であった、微弱な磁場の微小な磁気分布を検出することを可能とした高分解能差動型磁気センサ、及びその駆動装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述したように、高い空間分解能の差分磁場を検出するためには、小型で感度の良い磁気センサを近接して配置することが重要である。
【００１１】
本発明では、高感度な磁気インピーダンス素子を用いて、一つの励磁コイル内に２つの磁気インピーダンス素子を並行に、素子の検出部の間隔を非常に接近して配置し、微小な間隔の磁場差分を検出可能にした。
【００１２】
差分信号を検出するために、抵抗等によるバランス用素子を使い、磁場が空間的に一様な場合には信号が発生せず、磁場の差分のみを検出する様に接続したことを特徴とする。このため、電流源や増幅回路や検波器等の駆動回路は１つでも駆動を行なうことが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図３に本発明の高分解能差動型磁気センサの実施例に関する図を示す。
図３に示す様に、第１の磁気インピーダンス素子１ａと第２の磁気インピーダンス素子１ｂが互いに並行に、それぞれの一端が電気的に接続した状態で、同一の励磁コイル２の内部に配置されている。この第１の磁気インピーダンス素子１ａと第２の磁気インピーダンス素子１ｂのそれぞれの中心軸の間隔（以下、ベースライン）が、磁場の空間分布を検出した時の空間分解能に大きく寄与する。磁気インピーダンス素子１ａ、１ｂは、例えばアモルファスワイヤーを用いた時、その直径は数十μｍ〜数百μｍであり、前述のような配置にすることにより、１ｍｍ以下のベースラインが可能である。この高分解能差動型磁気センサは、２つの磁気インピーダンス素子が電気的に接続している共通端子４ａと、第１の磁気インピーダンス素子１ａの他の端子４ｂと、第２の磁気インピーダンス素子１ｂの他の端子４ｃを有している。
【００１４】
図６に本発明の別の実施例であるＵ字型に成形された高分解能差動型磁気センサを示す。
図６に示すように、Ｕ字型磁気インピーダンス素子１０は、Ｕ字型に成形され、１つの励磁コイル２の内部に配置されている。Ｕ字型磁気インピーダンス素子１０の両端はそれぞれ他の端子４ｂと他の端子４ｃに接続し、Ｕ字の湾曲部にあたる部分は共通端子４ａに接続している。
【００１５】
次に、この高分解能差動型磁気センサの駆動装置を図１にしたがって説明する。図１は本発明の一実施形態による駆動装置の全体構成図である。
【００１６】
バランス用素子として、第１の抵抗３ａが他の端子４ｂに、第２の抵抗３ｂが他の端子４ｃに接続し、第１の抵抗３ａと第２の抵抗３ｂの他の端子４ｄは電気的に接続している。共通端子４ａと他の端子４ｄは交流電源５に接続している。この交流電源５によって、第１の磁気インピーダンス素子１ａ、及び第２の磁気インピーダンス素子１ｂには、それぞれ電圧が生じる。その電圧は磁気インピーダンス効果によって、磁気インピーダンス素子の長軸方向の磁場の変化に伴って変化する。その変化は、概ね図４のようになる。ここで縦軸ｅｗは出力電圧、横軸Ｈｅｘはインピーダンス素子に鎖交する磁場である。このような特性を持っているので、前述のような接続において、第１の磁気インピーダンス素子１ａの他の端子４ｂと、第２の磁気インピーダンス素子１ｂの他の端子４ｃの間には、第１の磁気インピーダンス素子１ａに鎖交する磁場Ｈｅｘ１と第２の磁気インピーダンス素子１ｂに鎖交する磁場Ｈｅｘ２の差分に応じた電圧が発生する。この電圧を、検出手段６で検出する。検出手段６は、例えば図に示す様に、検波回路７と差動増幅器８で構成さる。Ｈｅｘ１とＨｅｘ２が等しい時には、理論的には電圧は生じない。このようにして、差分磁場を検出する。
【００１７】
バランス用素子の第１の抵抗３ａと第２の抵抗３ｂは、バランスをとるためにどちらか一方が可変抵抗であるか、それらが一個の可変抵抗９により構成されていることも可能である。一個の可変抵抗９により構成される場合は、図５に示す接続になる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、ベースラインを短くすることが可能となり、微弱な磁場の微小な空間差分を検出でき、しかも検出のための回路は１つで良いため、装置を小型化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高分解能差動型磁気センサ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の高分解能差動型磁気センサ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の高分解能差動型磁気センサの構成を示す図である。
【図４】磁気インピーダンス素子の特性を示す図である。
【図５】本発明のバランス用素子の一例を示す図である。
【図６】本発明の高分解能差動型磁気センサの別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ａ・・・第１の磁気インピーダンス素子
１ｂ・・・第２の磁気インピーダンス素子
２・・・励磁コイル
３ａ・・・第１の抵抗
３ｂ・・・第２の抵抗
５・・・交流電源
６・・・検出手段
７・・・検波回路
８・・・差動増幅器
９・・・可変抵抗
１０・・・Ｕ字型磁気インピーダンス素子
Claims (6)
- 並列に配置された、少なくとも２つの磁気インピーダンス素子と、該磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を加える励磁手段とを備え、前記それぞれの磁気インピーダンス素子の一端が電気的に接続していることを特徴とする高分解能差動型磁気センサ。
- 請求項１記載の高分解能差動型磁気センサにおいて、前記磁気インピーダンス素子の他の端がそれぞれ一方の端に接続されたバランス用素子と、該バランス用素子および前記磁気インピーダンス素子に電流を加える交流電源と、それぞれの磁気インピーダンス素子とバランス用素子の接続している点の間に生じる信号を検出する様に接続された検出手段を備えることを特徴とする高分解能差動型磁気センサの駆動装置。
- Ｕ字型に成形された磁気インピーダンス素子と、該磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を加える１つの励磁手段とを備え、前記Ｕ字に成形された磁気インピーダンス素子のＵ型の部分に端子を有していることを特徴とする高分解能差動型磁気センサ。
- 請求項３記載の高分解能差動型磁気センサにおいて、前記磁気インピーダンス素子の両端がそれぞれ一方の端に接続されたバランス用素子と、該バランス用素子および磁気インピーダンス素子に電流を加える交流電源と、それぞれの磁気インピーダンス素子とバランス用素子の接続している点の間に生じる信号を検出する様に接続された検出手段を備えることを特徴とする高分解能差動型磁気センサの駆動装置。
- 前記磁気インピーダンス素子が、アモルファス磁性線、アモルファス磁性膜などの、磁気インピーダンス効果を有する素子であることを特徴とする、請求項１または２に記載の高分解能差動型磁気センサ。
- 前記磁気インピーダンス素子が、アモルファス磁性線、アモルファス磁性膜などの、磁気インピーダンス効果を有する素子であることを特徴とする、請求項３または４に記載の高分解能差動型磁気センサの駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003091895A JP2004301545A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 高分解能差動型磁気センサ及びその駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003091895A JP2004301545A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 高分解能差動型磁気センサ及びその駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004301545A true JP2004301545A (ja) | 2004-10-28 |
Family
ID=33405150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003091895A Pending JP2004301545A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 高分解能差動型磁気センサ及びその駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004301545A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10509080B2 (en) | 2015-03-27 | 2019-12-17 | Aichi Steel Corporation | Differential type magnetic sensor |
-
2003
- 2003-03-28 JP JP2003091895A patent/JP2004301545A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10509080B2 (en) | 2015-03-27 | 2019-12-17 | Aichi Steel Corporation | Differential type magnetic sensor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date: 20051109 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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