JP2005024470A - 方位検出器及び方位検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】正しい方位検出を行うために、方位検出器を回転させて校正を行う繁雑さを解消すること。
【解決手段】磁気検出素子の導体線に流す磁気バイアス用の直流電流の方向を正逆切り替えて、直流電流のそれぞれの流れ方向における、導体線のインダクタンスの方位角θに対応する値の差を求める。２つの磁気検出素子の前記差の値の逆正接演算により方位角を求めることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】磁気検出素子の導体線に流す磁気バイアス用の直流電流の方向を正逆切り替えて、直流電流のそれぞれの流れ方向における、導体線のインダクタンスの方位角θに対応する値の差を求める。２つの磁気検出素子の前記差の値の逆正接演算により方位角を求めることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外部磁界の方位を検出する方位検出器及び方位検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地磁気などの外部磁界を検出して方位を知る方位検出器は、磁界の強さと方向を検出できる２つの磁気検出素子を９０°の角度差をもって水平面に配置した磁界検出器を備えている。磁界検出器の構成要素である磁気検出素子として、例えば棒状又は線状の磁性コアに導体線を巻回してコイルを形成したものが従来から知られている。この構成の磁気検出素子は比較的大型であり構造も複雑である。
近年小型かつ簡単な構造で磁気の検出感度も高い磁気検出器として、磁気インピーダンス効果を利用するものが広く用いられるようになってきた。
【０００３】
磁気インピーダンス効果を利用する従来技術の磁気検出器の例を図６及び図７を参照して説明する。図６は本従来技術の磁気検出器の回路図であり、磁気検出素子４０が「発振型」の検出回路５０に接続されている。図７は、図６の磁気検出素子４０の磁性コア４６の中央を通るＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。図６及び図７において、非磁性基板３０の上に帯状の軟磁性体の磁性膜４１及び４２から成る磁性コア４６が設けられている。磁性コア４６の磁性膜４１と４２との間を、導体線４３及び４４が絶縁膜８０Ａ、８０Ｂ及び８０Ｃによって互に電気的に絶縁されて貫通している。導体線４３の両端はそれぞれ電極端子３１、３２に接続されている。また導体線４４の両端はそれぞれ電極端子３３、３４に接続されている。
【０００４】
図６において、磁気検出素子４０の電極端子３３、３４を、抵抗３９が直列に接続された磁気バイアス用の直流電源２９に接続する。また電極端子３２、３１に、検出回路５０の発振回路６０のインバータ回路５１の入力端及び出力端をそれぞれ接続する。電極端子３２、３１にはコンデンサ５２、５４のそれぞれの一端が接続され、コンデンサ５２、５４のそれぞれの他端は回路グランドＧに接続されている。正の直流電圧（＋Ｖ）がインバータ回路５１の電源端子５３に印加されている。この発振回路６０はインダクタンスを有する導体線４３と組合わされてＬＣ発振器の一種であるコルピッツ形発振回路を構成しており、発振周波数は約１０ＭＨｚである。
【０００５】
インバータ回路５１の出力端５６は周波数変調信号を復調するＦＭ復調回路５７の入力端に接続されている。ＦＭ復調回路５７の出力は磁界検出回路５８に入力されている。
導体線４４に直流電源２９から磁気バイアス用の直流電流を流し、磁気検出素子４０を矢印１００で示す外部磁界中におくと、導体線４３のインダクタンスが外部磁界１００の強さに応じて変化する。導体線４３のインダクタンスの変化により発振回路６０の発振周波数が変化し、周波数変調信号（ＦＭ変調信号）が出力端子５６に出力される。このＦＭ変調信号をＦＭ復調回路５７により復調し、磁界検出回路５８によりレベル検出を行うことによって、外部磁界１００の強さを検出することができる。一般に外部磁界の強さの変化量と発振周波数の変化量とは比例する。
【０００６】
地磁気などの外部磁界の方位を検出する方位検出器を構成するには、図８に示すように、２つの磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂを同一面上で互に直角に配置する。２つの磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂは、図６に示す磁気検出素子４０と同じものである。磁気検出素子４０Ａは検出回路５０Ａに接続され、磁気検出素子４０Ｂは検出回路５０Ｂに接続されている。検出回路５０Ａ、５０Ｂは図６に示す検出回路５０と同じものである。検出回路５０Ａ、５０Ｂの各出力は、逆正接演算回路６１に入力され以下に説明する演算をする。
【０００７】
図８において、ｘ軸が磁気検出素子４０Ａの磁性コア４６Ａの長手方向に平行な方向の軸であり、ｙ軸が前記ｘ軸と所定の角度で交叉する方向の軸であるとした場合、磁気検出素子４０Ｂの磁性コア４６Ｂについてのｘ−ｙ直角座標を設定する。このｘ−ｙ座標において、ｙ軸との角度がθの方向の矢印Ｈで示す外部磁界（以下、外部磁界Ｈという）中にこの方位検出器を置くと、外部磁界Ｈのｘ軸方向のｘ成分は磁気検出素子４０Ａで検出され、外部磁界Ｈのｙ軸方向のｙ成分は磁気検出素子４０Ｂで検出される。磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂが検出する外部磁界Ｈのｘ成分Ｈｘ、ｙ成分Ｈｙは式（１）で表される。
【０００８】
【数１】
【０００９】
前記外部磁束の方向がｙ軸に対してθの角度をなす場合に、その角度θが図９に示すように変化するときの、検出回路５０Ａの発振回路６０Ａの発振周波数の変化量をＦＡ、検出回路５０Ｂの発振回路６０Ｂの発振周波数の変化量をＦＢとすると、ＦＡ、ＦＢは式（２）で表される。
【００１０】
【数２】
【００１１】
ｆａ、ｆｂはそれぞれ、外部磁界Ｈの角度θが図９に示すように０から２πまで変化するときの発振回路６０Ａ、６０Ｂの発振周波数を表す。ｆａｏ、ｆｂｏは発振周波数ｆａ、ｆｂが角度θの変化により変化するときの中心周波数を示す。
磁気検出素子４０Ａと４０Ｂの特性は全く同じではなく若干異なっている。また発振回路６０Ａと６０Ｂの特性も全く同じではなく若干異なっている。そのため通常中心周波数ｆａｏとｆｂｏは互に異なる。
式（２）に示すように、発振周波数ｆａ、ｆｂからそれぞれの中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏを差し引くと、発振周波数の変化量ＦＡ、ＦＢが得られる。発振周波数の変化量ＦＡは式（１）に示す外部磁界Ｈのｘ軸成分Ｈｘの変化量に比例し、変化量ＦＢは同ｙ軸成分Ｈｙに比例するので、比例定数をｋとすると、式（３）で表される周波数変調信号（ＦＭ変調信号）が得られる。
【００１２】
【数３】
【００１３】
式（３）のＦＭ変調信号ｋｓｉｎθをＦＭ復調回路５７Ａで復調し、ＦＭ変調信号ｋｃｏｓθをＦＭ復調回路５７Ｂで復調する。ＦＭ復調回路５７Ａから、レベルがｋｓｉｎθに比例する振幅変調信号ｍｓｉｎθ（ｍは比例定数）が出力される。またＦＭ復調回路５７Ｂから、レベルがｋｃｏｓθに比例する振幅変調信号ｍｃｏｓθが出力される。振幅変調信号ｍｓｉｎθ、ｍｃｏｓθを用いて、正接演算回路６１で式（４）に示す演算を行うと、正接ｔａｎθの値が、発振周波数ｆａ、ｆｂ、中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏの値から求められる。
【００１４】
【数４】
【００１５】
式（４）に対して式（５）に示す逆正接演算を行うと角度θを求めることができる。すなわち方位角θを知ることができる。
【００１６】
【数５】
【００１７】
前記従来例の磁気検出素子では、軟磁性体の磁性膜４１及び４２が温度依存性を有し、使用環境の温度変化によって透磁率などの磁気特性が変化する。また磁気特性の経時変化も無視できない。
検出回路５０Ａ、５０Ｂのそれぞれの発振回路６０Ａ、６０Ｂも温度依存性を有する。磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂ及び発振回路６０Ａ、６０Ｂの温度依存性によって、使用環境の温度が変わると、式（５）の中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏが変化する。中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏの変化に応じて、発振周波数ｆａ、ｆｂも変化する。中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏのそれぞれの変化率は同じではなく、磁気検出素子４０Ａと磁気検出素子４０Ｂとでは異なる。そのため式（５）の演算で得られる検出結果の角度θに誤差が生じる。
【００１８】
【特許文献１】
特許第３０９６４１３号公報
【特許文献２】
特許第３３６０５１９号公報
【特許文献３】
特開平５−２７３３１９号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
この誤差を防ぐために、従来の方位検出器では、方位測定を行う前に方位検出器の校正を行っている。校正は以下のようにして行う。
磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂ及び発振回路６０Ａ、６０Ｂを有する方位検出器は、工場出荷時の測定によってそれぞれの中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏが判っている。この中心周波数を基準中心周波数ｆａｒ、ｆｂｒとする。
工場出荷後の使用時において、図８のように磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂを組合わせた方位検出器を、ｘ−ｙ座標軸を含む水平面内で角度θが０から２πの範囲で回転させる。そのときの発振周波数ｆａ、ｆｂの変化は図９のそれぞれの正弦波形に示すようになる。磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂを１回転させることによって、発振回路５０Ａ、５０Ｂの現在の中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏが判る。検出された現在の中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏを、それぞれの基準中心周波数ｆａｒ、ｆｂｒを参照して補正する。すなわち現在の中心周波数ｆａｏと基準中心周波数ｆａｒとから、中心周波数ｆａｏの変化率を求め、発振周波数ｆａを補正する。
同様にして現在の中心周波数ｆｂｏと基準中心周波数ｆｂｒとから中心周波数ｆｂｏの変化率を求めて、発振周波数ｆｂを補正する。補正された発振周波数ｆａ、ｆｂと現在の中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏを用いて式（５）の演算を行うことにより、正しい方位角θを検出することができる。以上のように従来の方位検出器では、方位測定の前に磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂを水平面内で１回転させて校正を行う必要があるので操作が極めて繁雑であった。
本発明は磁気検出素子を回転させることなく校正を行うことができる方位検出器を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の方位検出器は、所定角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、バイアス磁界生成用の第１の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第２の導体線を有する第１の磁気検出素子、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第１の直流電源、前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア、バイアス磁界生成用の直流電流を流す第３の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第４の導体線を有する第２の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子の第３の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第２の直流電源、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第２の導体線のそれぞれのインダクタンスの差を求める第１の演算部、前記第２の磁気検出素子の第３の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第４の導体線のそれぞれのインダクタンスの差を求める第２の演算部、及び前記第１及び第２の演算部の両出力の逆正接演算を行って前記外部磁界の方位を求める演算回路有する。
【００２１】
本発明によれば、磁気検出素子のバイアス磁界生成用の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えて反転させると、外部磁界による第２の導体線のインダクタンスの変化の方向が反転する。前記直流電流の方向を正逆反転させたときのそれぞれのインダクタンス値の差を求めると、外部磁界の強さの検出成分に対応するインダクタンス値が得られる。外部磁界中に２つの磁気検出素子を所定の角度で配置し、両磁気検出素子のそれぞれの第２の導体線の、外部磁界の強さの検出成分に対応するインダクタンス値を用いて逆正接演算を行うと、方位角を求めることができる。
【００２２】
本発明の他の観点の方位検出器は、所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア及びバイアス磁界生成用の第１の導体線を有する第１の磁気検出素子、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第１の直流電源、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第１の導体線のそれぞれのインピーダンスの差を検出する第１のインピーダンス差検出回路、前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア及びバイアス磁界生成用の直流電流を流す第２の導体線を有する第２の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第２の直流電源、前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第２の導体線のインピーダンスの差を検出する第２のインピーダンス差検出回路、及び前記第１及び第２のインピーダンス差検出回路の両出力の逆正接演算を行う演算回路を有する。
【００２３】
本発明によれば、磁気検出素子のバイアス磁界生成用の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えて反転させると、外部磁界による前記導体線のインピーダンスの変化の方向が反転する。前記直流電流の方向を正逆反転させたときのそれぞれのインピーダンス値の差を求めると、外部磁界の強さの検出成分に対応するインピーダンス値が得られる。外部磁界中に２つの磁気検出素子を所定の角度で配置し、両磁気検出素子のそれぞれの導体線の外部磁界の強さの検出成分に対応するインピーダンス値を用いて逆正接演算を行うと、方位角を求めることができる。
【００２４】
本発明の方位検出方法は、所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、及びバイアス磁界生成用の第１の導体線を有する第１の磁気検出素子、及び前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア及びバイアス磁界生成用の直流電流を流す第２の導体線を有する第２の磁気検出素子、を備える磁気検出器において、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したときの、前記第１の導体線のそれぞれのインピーダンスの差である第１のインピーダンス差を求めるステップ、前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したときの、前記第２の導体線のそれぞれのインピーダンスの差である第２のインピーダンス差を求めるステップ、及び前記第１及び第２のインピーダンス差のそれぞれの値を用いて逆正接演算を行うステップを有する。
【００２５】
本発明の他の観点の方位検出方法は、所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、バイアス磁界生成用の第１の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第２の導体線を有する第１の磁気検出素子、及び前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア、バイアス磁界生成用の直流電流を流す第３の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第４の導体線を有する第２の磁気検出素子、を備える磁気検出器において、前記第１の磁気検出素子の前記第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、前記第１の磁気検出素子の前記第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したとき、前記第１の磁気検出素子の前記第２の導体線のそれぞれのインダクタンスの差である第１のインダクタンス差を検出するステップ、前記第２の磁気検出素子の前記第３の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したとき、前記第２の磁気検出素子の前記第４の導体線のそれぞれのインダクタンスの差である第２のインダクタンス差を検出するステップ、及び前記第１のインダクタンス差と前記第２のインダクタンス差の値を用いて逆正接演算を行うステップを有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方位検出器の好適な実施の形態を図１から図５を参照して説明する。
《実施の形態１》
図１は本発明の実施の形態１の方位検出器の回路図であり、発振型の検出回路を有するものである。図２は図１の検出回路５Ａ、５Ｂに含まれるレベル差演算回路２Ａ、２Ｂの詳細な回路図である。図３及び図４は本発明の動作を説明するための波形図である。
【００２７】
図１において、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂは図８に示す従来技術のものと同じである。図１では磁気検出素子４０Ａと４０Ｂが互いに直角に配置されているが、磁気検出素子４０Ａと４０Ｂの配置角度は直角に限定されるものではなく直角以外の所定の角度であってもよい。ただし、本実施の形態では標準的な形態例として、磁気検出素子４０Ａと４０Ｂを互に直角に配置したものについて説明する。磁気検出素子４０Ａの電極端子３４Ａ、３３Ａに、切り替えスイッチ１０Ａの２つの可動接点１１Ａ、１２Ａがそれぞれ接続されている。切替スイッチ１０Ａでは、可動接点１１Ａと、２つの切替接点１７Ａ、１８Ａで１つの切替スイッチが構成され、可動接点１２Ａと２つの切替接点１９Ａ、２０Ａで他の１つの切替スイッチが構成されている。２つの切替スイッチは連動しており、可動接点１１Ａが切替接点１７Ａに接触しているとき、可動接点１２Ａは切替接点１９Ａに接触している。また、可動接点１１Ａが切替接点１８Ａに接しているとき、可動接点１１Ａは切替接点２０Ａに接している。切替接点１７Ａと２０Ａは共通に接続され、抵抗３９Ａを経て磁気バイアス用の直流電源２９Ａの正極に接続されている。切替接点１８Ａと１９Ａは共通に接続され、直流電源２９Ａの負極に接続されている。切替スイッチ１０Ａの切替動作によって磁気検出素子の導体線４４Ａを流れる直流電流の方向を正逆反転させることができる。
【００２８】
同様にして、磁気検出素子４０Ｂの電極端子３４Ｂ、３３Ｂに、切替スイッチ１０Ｂの可動接点１１Ｂ、１２Ｂがそれぞれ接続されている。切替スイッチ１０Ｂでは、可動接点１１Ｂと、２つの切替接点１７Ｂ、１８Ｂで１つの切替スイッチが構成され、可動接点１２Ｂと、２つの切替接点１９Ｂ、２０Ｂで他の１つの切替スイッチが構成されている。２つの切替スイッチは連動しており、可動接点１１Ｂが切替接点１７Ｂに接しているとき、可動接点１２Ｂは切替接点１９Ｂに接している。また可動接点１１Ｂが切替接点１８Ｂに接しているとき、可動接点１１Ｂは切替接点２０Ｂに接している。切替接点１７Ｂと２０Ｂは共通に接続され、抵抗３９Ｂを経て磁気バイアス用の直流電源２９Ｂの正極に接続されている。切替接点１８Ｂと１９Ｂは共通に接続され、直流電源２９Ｂの負極に接続されている。切替スイッチ１０Ｂの切替動作によって磁気検出素子４０Ｂの導体線４４Ｂを流れる直流電流の方向を正逆反転させることができる。
切替スイッチ１０Ａと１０Ｂは連動しており、図示を省略した制御部により、後で詳しく説明するように連動して動作をする。切替スイッチ１０Ａ、１０Ｂは具体的な装置では電子スイッチを用いて構成される。
【００２９】
磁気検出素子４０Ａの電極端子３２Ａ、３１Ａは、検出回路５Ａの発振回路６０Ａを構成するインバータ回路５１Ａの入力端及び出力端にそれぞれ接続されている。電極端子３２Ａ、３１Ａにはコンデンサ５２Ａ、５４Ａのそれぞれの一端が接続され、コンデンサ５２Ａ、５４Ａのそれぞれの他端は回路グランドＧに接続されている。正の直流電圧（＋Ｖ）がインバータ回路５１Ａの電源端子５３Ａに印加されている。この発振回路６０Ａはインダクタンスを有する導体線４３Ａと組合わされてＬＣ発振器の一種であるコルピッツ形発振回路を構成しており、発振周波数は約１０ＭＨｚである。
【００３０】
インバータ回路５１Ａの出力端５６ＡはＦＭ復調回路５７Ａの入力端に接続されている。ＦＭ復調回路５７Ａの出力はレベル差演算回路２Ａに入力されている。
同様にして磁気検出素子４０Ｂの電極端子３２Ｂ、３１Ｂは、検出回路５Ｂの発振回路６０Ｂを構成するインバータ回路５１Ｂの入力端及び出力端にそれぞれ接続されている。電極端子３２Ｂ、３１Ｂにはコンデンサ５２Ｂ、５４Ｂのそれぞれの一端が接続され、コンデンサ５２Ｂ、５４Ｂのそれぞれの他端は回路グランドＧに接続されている。正の直流電圧（＋Ｖ）がインバータ回路５１Ｂの電源端子５３Ｂに印加されている。この発振回路６０Ｂはインダクタンスを有する導体線４３Ｂと組合わされてＬＣ発振器の一種であるコルピッツ形発振回路を構成しており、発振周波数は約１０ＭＨｚである。
インバータ回路５１Ｂの出力端５６ＢはＦＭ復調回路５７Ｂの入力端に接続されている。ＦＭ復調回路５７Ｂの出力はレベル差演算回路２Ｂに入力されている。
【００３１】
レベル差演算回路２Ａ、２Ｂの回路図を図２に示す。レベル差演算回路２Ａと２Ｂとは実質的に同じ構成及び機能を有する。レベル差検出回路２Ａには、ＦＭ復調回路５７Ａで復調された信号が入力され、入力信号のレベルをレベル検出回路３Ａによって検出する。検出されたレベルは、ＡＤ変換されてメモリ４Ａに記憶される。同様にして、レベル差検出回路２Ｂには、ＦＭ復調回路５７Ｂで復調された信号が入力され、入力信号のレベルをレベル検出回路３Ｂによって検出する。検出されたレベルは、ＡＤ変換されてメモリ４Ｂに記憶される。メモリ４Ａ、４Ｂに記憶されたそれぞれのレベルのデータは後で詳しく説明するようにそれぞれの減算回路７Ａ、７Ｂに入力される。減算回路７Ａ、７Ｂの出力は正接演算と逆正接演算を行う正接演算回路６１に入力される。
【００３２】
本実施の形態の方位検出器の動作を図１から図４を参照して説明する。切替スイッチ１０Ａ、１０Ｂを図１に示す状態にして、可動接点１１Ａ、１２Ａをそれぞれ切替接点１７Ａ、１９Ａに接触させ、可動接点１１Ｂ、１２Ｂをそれぞれ、切替接点１７Ｂ、１９Ｂに接触させる。これにより導体線４４Ａ及び４４Ｂには、それぞれの矢印の方向に直流電流が流れる。
発振回路６０Ａは、導体線４３Ａのインダクタンス及びコンデンサ５２Ａ、５４Ａの各容量で定まる周波数で発振し、発振信号がＦＭ復調回路５７Ａに入力されている。
発振回路６０Ｂは、導体線４３Ｂのインダクタンス及びコンデンサ５２Ｂ、５４Ｂの各容量で定まる周波数で発振し、発振信号がＦＭ復調回路５７Ｂに入力されている。
【００３３】
図１において、ｘ軸が磁気検出素子４０Ａの磁性コア４６Ａの長手方向に平行であり、ｙ軸が磁気検出素子４０Ｂの磁性コア４６Ｂの長手方向に平行なｘ−ｙ直角座標を設定する。このｘ−ｙ座標において、ｙ軸との角度がθの方向の矢印Ｈで示す外部磁界（以下、外部磁界Ｈという）中にこの方位検出器を置くと、外部磁界Ｈのｘ成分は磁気検出素子４０Ａで検出され、外部磁界Ｈのｙ成分は磁気検出素子４０Ｂで検出される。磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂが検出する外部磁界Ｈのｘ成分Ｈｘ、ｙ成分Ｈｙは前記の式（１）で表される。外部磁界Ｈのｘ軸方向の成分Ｈｘの強さに応じて磁気検出素子４０Ａの導体線４３Ａのインダクタンス値が定まり、発振回路６０Ａの発振周波数が定まる。この発振周波数を「ｆａ（＋）」と表す。かっこに入れた正号「（＋）」は導体線４４Ａを流れる直流電流の方向が図１に示す矢印の方向と同じ向きであることを表している。直流電流が矢印の方向と逆向きに流れるときは負号「（−）」で表し、発振周波数を「ｆａ（−）」と表す。同様にして、外部磁界Ｈのｙ軸方向の成分Ｈｙの強さに応じて磁気検出素子４０Ｂの導体線４３Ｂのインダクタンス値が定まり、発振回路６０Ｂの発振周波数が定まる。磁気検出素子４０Ｂの導体線４４Ｂを矢印方向に直流電流が流れるとき、この発振周波数を「ｆｂ（＋）」と表す。直流電流が導体線４４Ｂを矢印と逆向きに流れるときの発振周波数を「ｆｂ（−）」と表す。
図１のｘ−ｙ座標において、角度θと、発振回路６０Ａの発振周波数ｆａ（＋）は図３の曲線ａ（＋）のように対応している。同様にして、角度θを発振回路６０Ｂの発振周波数ｆｂ（＋）は曲線ｂ（＋）のように対応している。
【００３４】
発振回路６０Ａの発振周波数ｆａ（＋）の出力はＦＭ復調回路５７Ａに入力されて復調され、レベルが周波数に応じて変化する検出信号が得られる。検出信号はレベル差演算回路２Ａに入力される。図２のレベル差演算回路２Ａにおいて、検出信号はレベル検出回路３Ａに入力され所望のレベルに増幅された後ＡＤ変換され、発振周波数ｆａ（＋）に比例する検出データＤａ（＋）が出力されメモリ４Ａに入力される。メモリ４Ａは検出データＤａ（＋）を記憶する。同様にして、発振回路６０Ｂの発振周波数ｆｂ（＋）に比例する検出データＤｂ（＋）がレベル検出回路３Ｂからメモリ４Ｂに印加される。メモリ４Ｂは検出データＤｂ（＋）を記憶する。
【００３５】
次に、図１の切替スイッチ１０Ａ、１０Ｂを切り替えて、可動接点１１Ａ、１２Ａをそれぞれ切替接点１８Ａ、２０Ａに接触させる。これにより磁気検出素子４０Ａの導体線４４Ａに矢印の方向と逆向きに直流電流が流れる。同様にして、切替スイッチ１０Ｂを切り替えることにより磁気検出素子４０Ｂの導体線４４Ｂに矢印と逆向きに直流電流が流れる。上記の操作により、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂのそれぞれの導体線４４Ａ、４４Ｂの直流電流の方向を逆向きにして、角度θを変化させると、発振回路６０Ａの発振周波数ｆａ（−）の変化は、図３の曲線ａ（−）で示すようになり、発振周波数ｆａ（＋）の変化とは逆位相となる。これは導体線４４Ａを流れる直流電流の方向を逆にしてバイアス磁界の方向を反転すると、外部磁界Ｈによる導体線４４Ａのインダクタンスの変化が元の逆になるからである。同様にして、発振回路６０Ｂの発振周波数ｆｂ（−）の変化は曲線ｂ（−）のようになる。発振回路６０Ａの発振周波数ｆａ（−）の発振出力は、ＦＭ復調回路５７Ａ、レベル検出回路３Ａを経て検出データＤａ（−）となり、メモリ４Ａに記憶される。同様にして、発振回路６０Ｂの発振周波数ｆｂ（−）の発振出力は、ＦＭ復調回路５７Ｂ及びレベル検出回路３Ｂを経て検出データＤｂ（−）となり、メモリ４Ｂに記憶される。検出データＤａ（−）及びＤｂ（−）は、それぞれ発振周波数ｆａ（−）、及びｆｂ（−）に比例している。
【００３６】
図４は、角度θと、検出データＤａ（＋）、Ｄａ（−）、Ｄｂ（＋）及びＤｂ（−）との関係を示す曲線であり、各曲線の形は、図３のそれぞれ対応する、曲線ａ（＋）、ａ（−）、ｂ（＋）、ｂ（−）と同じである。
図２に示すレベル差演算回路２Ａの減算回路７Ａに、メモリ４Ａから図４に示す検出データＤａ（＋）とＤａ（−）を入力し、減算演算を行う。検出データＤａ（＋）、Ｄａ（−）の曲線の波高値をｍとすると、減算結果は式（６）で表される。
【００３７】
【数６】
【００３８】
同様にして、レベル差演算回路２Ｂの減算回路７ｂにメモリ４Ｂから図４に示す検出データＤｂ（＋）とＤｂ（−）を入力し、減算演算を行う。検出データＤｂ（＋）及びＤｂ（−）の曲線の波高値をｎとすると、減算結果は式（７）で表される。
【００３９】
【数７】
【００４０】
式（６）及び式（７）の演算結果データ２ｍｓｉｎθ及び２ｎｃｏｓθを正接演算回路６１に入力して正接（ｔａｎθ）を求めると、式（８）に示すようになる。
【００４１】
【数８】
【００４２】
正接演算回路６１でさらに、式（８）の逆正接演算を行うと、式（９）に示すように角度θを求めることができる。角度θは図示を省略した表示装置に表示されるようにしてもよい。式（６）及び（７）の減算演算を行うことによって、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂの各導体線の固有のインダクタンスは相殺され、外部磁界Ｈの強さに対応するインダクタンスの変分のみが得られる。従って、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂ各導体線のインダクタンスが経時変化等によって変動したとしても、その変動は、減算演算によって相殺され、検出された方位に影響を与えることはない。
【００４３】
【数９】
【００４４】
本実施例の方位検出器では以上のように、方位の測定時に、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂの磁気バイアス用の直流電流の方向を切り替えるという簡単な操作によって、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂの相互の特性上の差異や発振回路６０Ａ、６０Ｂの相互の特性上の差異があっても、これらの差異の影響を受けずに方位角θを求めることができる。また発振回路６０Ａ、６０Ｂの発振周波数の中心周波数を求めるために方位検出器を１回転させる必要はない。方位の測定時のデータとして中心周波数を用いないので、中心周波数が工場出荷時の値から経時変化で変わっていたとしても、測定方位θに誤差を生じることはない。前記レベル差演算回路２Ａ、２Ｂでは、アナログ入力信号をＡＤ変換したデジタル信号を用いて処理を行っているが、レベル差演算回路２Ａ、２Ｂのレベル検出回路、メモリ、減算回路をアナログ対応の回路で構成してもよい。この場合メモリ４Ａ、４Ｂはコンデンサ等のレベル記憶素子を用いることができる。また減算回路７Ａ、７Ｂは、一般によく知られている比較回路を用いることができる。正接演算回路６１もアナログ要素により構成することが可能である。
【００４５】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２の方位検出器を図５を参照して説明する。
図５は本発明の実施の形態２の方位検出器の回路図である。図５において、磁気検出素子７０Ａ、７０Ｂは図１の磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂと異なっている。すなわち磁気検出素子７０Ａの磁性コア４６Ａを貫通する導体線は１つでありこれを導体線４５Ａとする。同様にして、磁気検出素子７０Ｂの磁性コア４６Ｂを１つの導体線４５Ｂが貫通している。導体線４５Ａの両端はそれぞれ電極端子３３Ａ、３４Ａに接続されている。電極端子３３Ａ、３４Ａは、図に示すものと同じ構成の切替スイッチ１０を経て直流電源２９Ａに接続されている。同様にして、磁気検出素子７０Ｂの導体線４５Ｂの両端はそれぞれ電極端子３３Ｂ及び３４Ｂに接続されている。電極端子３３Ｂ、３４Ｂは図１に示すものと同じ構成の切替スイッチ１０Ｂを経て直流電源２９Ｂに接続されている。
前記電極端子３３Ａ、３４Ａには、直流電流を阻止するためのそれぞれのコンデンサＣ１及びＣ２を介して高周波の定電流源である高周波電源７１Ａ（周波数は例えば１０ＭＨｚ）の両出力端が接続されている。前記電極端子３３Ａ、３４ＡにはさらにＡＭ検波回路７３Ａの両入力端がコンデンサＣ１及びＣ２を介して接続されている。ＡＭ検波回路７３Ａの出力端は、レベル差演算回路２Ａの入力端に接続されている。
【００４６】
同様にして、前記電極端子３３Ｂ、３４Ｂには、直流電流を阻止するためのそれぞれのコンデンサＣ１及びＣ２を介して高周波の定電流源である高周波電源７１Ｂ及びＡＭ検波回路７３Ｂが接続されている。ＡＭ検波回路７３Ｂの出力端はレベル差演算回路２Ｂの入力端に接続されている。レベル差演算回路２Ａ、２Ｂは図２に示すものと同じである。
レベル差演算回路２Ａ、２Ｂの出力端は正接演算回路６１の入力端に接続されている。本実施の形態の磁気検出回路は「アンプ型」と呼ばれている。
【００４７】
次に本実施の形態２の方位検出器の動作を説明する。図５において、切替スイッチ１０Ａの可動接点１１Ａ、１２Ａをそれぞれ切替接点１７Ａ、１９Ａに接触させて、磁気検出素子７０Ａの導体線４５Ａに矢印で示す方向の直流バイアス電流を流す。同様にして、切替スイッチ１０Ｂの可動接点１１Ｂ、１２Ｂをそれぞれ切替接点１７Ｂ、１９Ｂに接触させ、磁気検出素子７０Ｂの導体線４５Ｂに矢印で示す方向の電流を流す。導体線４５Ａには高周波電源７１Ａから高周波電流も供給される。外部磁界Ｈのｘ軸成分Ｈｘの変化によって、導体線４５Ａのインダクタンスが変化し、電極端子３３Ａと３４Ａとの間のインピーダンスが変化する。その結果ＡＭ検波回路７３Ａの入力レベルが変化し、ＡＭ検波出力も変化する。ＡＭ検波回路７３Ａの検波出力はレベル差演算回路２Ａに入力され、レベル検出回路３ＡによりＡＤ変換されて、図４に示す角度θに対応するデータＤａ（＋）と実質的に同じデータが出力されメモリ４Ａに記憶される。同様の動作により、レベル差演算回路２Ｂのレベル検出回路３ＢによりデータＤｂ（＋）が出力されメモリ４Ｂに記憶される。次に切替スイッチ１０Ａの可動接点１１Ａ、１２Ａを、それぞれ切替接点１８Ａ、２０Ａに切替えて、導体線４５Ａに矢印と逆方向の直流電流を流す。この状態において前記と同様にＡＭ検波回路７３Ａの検波出力をレベル差演算回路２Ａに入力し、レベル検出回路３Ａの出力のデータＤａ（−）と実質的に同じデータがメモリ４Ａに記憶される。同様にしてレベル差演算回路２Ｂにおいてレベル検出回路３ＢからデータＤｂ（−）が出力されメモリ４Ｂに記憶される。
【００４８】
次に、前記のデータＤａ（＋）とＤａ（−）をメモリ４Ａから読み出して減算回路７Ａに入力し減算演算をする。演算結果の出力は式（６）で表される。また前記のデータＤｂ（＋）とＤｂ（−）から式（７）に示す演算をする。レベル差演算回路２Ａ、２Ｂの出力に正接演算回路６１に入力され、式（８）に示す演算をする。更に式（９）に示す逆正接演算を行うことによって方向角θを検出することが出来る。
【００４９】
【発明の効果】
以上の各実施の形態で詳細に説明したように、本発明の方位検出器では方位の測定を行うとき、磁気バイアス用の直流電流の方向を正逆切り替える。直流バイアス電流の正逆切り替えたときのそれぞれの検出出力の差を求めることにより、方位角θに対する磁界強度のｘ軸成分及びｙ軸成分を求め逆正接演算を行うことによって、方位角θを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の方位検出器の回路図
【図２】本発明の実施の形態の１のレベル差演算回路２Ａ、２Ｂのブロック図
【図３】本発明の実施の形態１の方位検出器の動作を説明するための角度と周波数の関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１の方位検出器の動作を説明するための角度（θ）と検出データの関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態２の方位検出器の回路図
【図６】従来の方位センサに用いる磁気検出器の回路図
【図７】図７の磁性コア４６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図
【図８】従来の方位検出器の回路図
【図９】従来の方位検出器の動作を示す、角度（θ）と周波数の関係を示す図
【符号の説明】
２Ａ、２Ｂ 演算部、レベル差演算回路
２Ａ、２Ｂ、７３Ａ、７３Ｂ インピーダンス差検出回路
１０Ａ、１０Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ 直流電源
４０Ａ、４０Ｂ 磁気検出素子
４３Ａ、４３Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ 導体線
４６Ａ、４６Ｂ 磁性コア
５７Ａ、５７Ｂ 復調回路
６０Ａ、６０Ｂ ＬＣ発振回路
６１ 逆正接演算回路
【発明の属する技術分野】
本発明は外部磁界の方位を検出する方位検出器及び方位検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地磁気などの外部磁界を検出して方位を知る方位検出器は、磁界の強さと方向を検出できる２つの磁気検出素子を９０°の角度差をもって水平面に配置した磁界検出器を備えている。磁界検出器の構成要素である磁気検出素子として、例えば棒状又は線状の磁性コアに導体線を巻回してコイルを形成したものが従来から知られている。この構成の磁気検出素子は比較的大型であり構造も複雑である。
近年小型かつ簡単な構造で磁気の検出感度も高い磁気検出器として、磁気インピーダンス効果を利用するものが広く用いられるようになってきた。
【０００３】
磁気インピーダンス効果を利用する従来技術の磁気検出器の例を図６及び図７を参照して説明する。図６は本従来技術の磁気検出器の回路図であり、磁気検出素子４０が「発振型」の検出回路５０に接続されている。図７は、図６の磁気検出素子４０の磁性コア４６の中央を通るＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。図６及び図７において、非磁性基板３０の上に帯状の軟磁性体の磁性膜４１及び４２から成る磁性コア４６が設けられている。磁性コア４６の磁性膜４１と４２との間を、導体線４３及び４４が絶縁膜８０Ａ、８０Ｂ及び８０Ｃによって互に電気的に絶縁されて貫通している。導体線４３の両端はそれぞれ電極端子３１、３２に接続されている。また導体線４４の両端はそれぞれ電極端子３３、３４に接続されている。
【０００４】
図６において、磁気検出素子４０の電極端子３３、３４を、抵抗３９が直列に接続された磁気バイアス用の直流電源２９に接続する。また電極端子３２、３１に、検出回路５０の発振回路６０のインバータ回路５１の入力端及び出力端をそれぞれ接続する。電極端子３２、３１にはコンデンサ５２、５４のそれぞれの一端が接続され、コンデンサ５２、５４のそれぞれの他端は回路グランドＧに接続されている。正の直流電圧（＋Ｖ）がインバータ回路５１の電源端子５３に印加されている。この発振回路６０はインダクタンスを有する導体線４３と組合わされてＬＣ発振器の一種であるコルピッツ形発振回路を構成しており、発振周波数は約１０ＭＨｚである。
【０００５】
インバータ回路５１の出力端５６は周波数変調信号を復調するＦＭ復調回路５７の入力端に接続されている。ＦＭ復調回路５７の出力は磁界検出回路５８に入力されている。
導体線４４に直流電源２９から磁気バイアス用の直流電流を流し、磁気検出素子４０を矢印１００で示す外部磁界中におくと、導体線４３のインダクタンスが外部磁界１００の強さに応じて変化する。導体線４３のインダクタンスの変化により発振回路６０の発振周波数が変化し、周波数変調信号（ＦＭ変調信号）が出力端子５６に出力される。このＦＭ変調信号をＦＭ復調回路５７により復調し、磁界検出回路５８によりレベル検出を行うことによって、外部磁界１００の強さを検出することができる。一般に外部磁界の強さの変化量と発振周波数の変化量とは比例する。
【０００６】
地磁気などの外部磁界の方位を検出する方位検出器を構成するには、図８に示すように、２つの磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂを同一面上で互に直角に配置する。２つの磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂは、図６に示す磁気検出素子４０と同じものである。磁気検出素子４０Ａは検出回路５０Ａに接続され、磁気検出素子４０Ｂは検出回路５０Ｂに接続されている。検出回路５０Ａ、５０Ｂは図６に示す検出回路５０と同じものである。検出回路５０Ａ、５０Ｂの各出力は、逆正接演算回路６１に入力され以下に説明する演算をする。
【０００７】
図８において、ｘ軸が磁気検出素子４０Ａの磁性コア４６Ａの長手方向に平行な方向の軸であり、ｙ軸が前記ｘ軸と所定の角度で交叉する方向の軸であるとした場合、磁気検出素子４０Ｂの磁性コア４６Ｂについてのｘ−ｙ直角座標を設定する。このｘ−ｙ座標において、ｙ軸との角度がθの方向の矢印Ｈで示す外部磁界（以下、外部磁界Ｈという）中にこの方位検出器を置くと、外部磁界Ｈのｘ軸方向のｘ成分は磁気検出素子４０Ａで検出され、外部磁界Ｈのｙ軸方向のｙ成分は磁気検出素子４０Ｂで検出される。磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂが検出する外部磁界Ｈのｘ成分Ｈｘ、ｙ成分Ｈｙは式（１）で表される。
【０００８】
【数１】
前記外部磁束の方向がｙ軸に対してθの角度をなす場合に、その角度θが図９に示すように変化するときの、検出回路５０Ａの発振回路６０Ａの発振周波数の変化量をＦＡ、検出回路５０Ｂの発振回路６０Ｂの発振周波数の変化量をＦＢとすると、ＦＡ、ＦＢは式（２）で表される。
【００１０】
【数２】
ｆａ、ｆｂはそれぞれ、外部磁界Ｈの角度θが図９に示すように０から２πまで変化するときの発振回路６０Ａ、６０Ｂの発振周波数を表す。ｆａｏ、ｆｂｏは発振周波数ｆａ、ｆｂが角度θの変化により変化するときの中心周波数を示す。
磁気検出素子４０Ａと４０Ｂの特性は全く同じではなく若干異なっている。また発振回路６０Ａと６０Ｂの特性も全く同じではなく若干異なっている。そのため通常中心周波数ｆａｏとｆｂｏは互に異なる。
式（２）に示すように、発振周波数ｆａ、ｆｂからそれぞれの中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏを差し引くと、発振周波数の変化量ＦＡ、ＦＢが得られる。発振周波数の変化量ＦＡは式（１）に示す外部磁界Ｈのｘ軸成分Ｈｘの変化量に比例し、変化量ＦＢは同ｙ軸成分Ｈｙに比例するので、比例定数をｋとすると、式（３）で表される周波数変調信号（ＦＭ変調信号）が得られる。
【００１２】
【数３】
式（３）のＦＭ変調信号ｋｓｉｎθをＦＭ復調回路５７Ａで復調し、ＦＭ変調信号ｋｃｏｓθをＦＭ復調回路５７Ｂで復調する。ＦＭ復調回路５７Ａから、レベルがｋｓｉｎθに比例する振幅変調信号ｍｓｉｎθ（ｍは比例定数）が出力される。またＦＭ復調回路５７Ｂから、レベルがｋｃｏｓθに比例する振幅変調信号ｍｃｏｓθが出力される。振幅変調信号ｍｓｉｎθ、ｍｃｏｓθを用いて、正接演算回路６１で式（４）に示す演算を行うと、正接ｔａｎθの値が、発振周波数ｆａ、ｆｂ、中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏの値から求められる。
【００１４】
【数４】
式（４）に対して式（５）に示す逆正接演算を行うと角度θを求めることができる。すなわち方位角θを知ることができる。
【００１６】
【数５】
前記従来例の磁気検出素子では、軟磁性体の磁性膜４１及び４２が温度依存性を有し、使用環境の温度変化によって透磁率などの磁気特性が変化する。また磁気特性の経時変化も無視できない。
検出回路５０Ａ、５０Ｂのそれぞれの発振回路６０Ａ、６０Ｂも温度依存性を有する。磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂ及び発振回路６０Ａ、６０Ｂの温度依存性によって、使用環境の温度が変わると、式（５）の中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏが変化する。中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏの変化に応じて、発振周波数ｆａ、ｆｂも変化する。中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏのそれぞれの変化率は同じではなく、磁気検出素子４０Ａと磁気検出素子４０Ｂとでは異なる。そのため式（５）の演算で得られる検出結果の角度θに誤差が生じる。
【００１８】
【特許文献１】
特許第３０９６４１３号公報
【特許文献２】
特許第３３６０５１９号公報
【特許文献３】
特開平５−２７３３１９号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
この誤差を防ぐために、従来の方位検出器では、方位測定を行う前に方位検出器の校正を行っている。校正は以下のようにして行う。
磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂ及び発振回路６０Ａ、６０Ｂを有する方位検出器は、工場出荷時の測定によってそれぞれの中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏが判っている。この中心周波数を基準中心周波数ｆａｒ、ｆｂｒとする。
工場出荷後の使用時において、図８のように磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂを組合わせた方位検出器を、ｘ−ｙ座標軸を含む水平面内で角度θが０から２πの範囲で回転させる。そのときの発振周波数ｆａ、ｆｂの変化は図９のそれぞれの正弦波形に示すようになる。磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂを１回転させることによって、発振回路５０Ａ、５０Ｂの現在の中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏが判る。検出された現在の中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏを、それぞれの基準中心周波数ｆａｒ、ｆｂｒを参照して補正する。すなわち現在の中心周波数ｆａｏと基準中心周波数ｆａｒとから、中心周波数ｆａｏの変化率を求め、発振周波数ｆａを補正する。
同様にして現在の中心周波数ｆｂｏと基準中心周波数ｆｂｒとから中心周波数ｆｂｏの変化率を求めて、発振周波数ｆｂを補正する。補正された発振周波数ｆａ、ｆｂと現在の中心周波数ｆａｏ、ｆｂｏを用いて式（５）の演算を行うことにより、正しい方位角θを検出することができる。以上のように従来の方位検出器では、方位測定の前に磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂを水平面内で１回転させて校正を行う必要があるので操作が極めて繁雑であった。
本発明は磁気検出素子を回転させることなく校正を行うことができる方位検出器を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の方位検出器は、所定角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、バイアス磁界生成用の第１の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第２の導体線を有する第１の磁気検出素子、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第１の直流電源、前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア、バイアス磁界生成用の直流電流を流す第３の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第４の導体線を有する第２の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子の第３の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第２の直流電源、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第２の導体線のそれぞれのインダクタンスの差を求める第１の演算部、前記第２の磁気検出素子の第３の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第４の導体線のそれぞれのインダクタンスの差を求める第２の演算部、及び前記第１及び第２の演算部の両出力の逆正接演算を行って前記外部磁界の方位を求める演算回路有する。
【００２１】
本発明によれば、磁気検出素子のバイアス磁界生成用の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えて反転させると、外部磁界による第２の導体線のインダクタンスの変化の方向が反転する。前記直流電流の方向を正逆反転させたときのそれぞれのインダクタンス値の差を求めると、外部磁界の強さの検出成分に対応するインダクタンス値が得られる。外部磁界中に２つの磁気検出素子を所定の角度で配置し、両磁気検出素子のそれぞれの第２の導体線の、外部磁界の強さの検出成分に対応するインダクタンス値を用いて逆正接演算を行うと、方位角を求めることができる。
【００２２】
本発明の他の観点の方位検出器は、所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア及びバイアス磁界生成用の第１の導体線を有する第１の磁気検出素子、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第１の直流電源、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第１の導体線のそれぞれのインピーダンスの差を検出する第１のインピーダンス差検出回路、前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア及びバイアス磁界生成用の直流電流を流す第２の導体線を有する第２の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第２の直流電源、前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第２の導体線のインピーダンスの差を検出する第２のインピーダンス差検出回路、及び前記第１及び第２のインピーダンス差検出回路の両出力の逆正接演算を行う演算回路を有する。
【００２３】
本発明によれば、磁気検出素子のバイアス磁界生成用の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えて反転させると、外部磁界による前記導体線のインピーダンスの変化の方向が反転する。前記直流電流の方向を正逆反転させたときのそれぞれのインピーダンス値の差を求めると、外部磁界の強さの検出成分に対応するインピーダンス値が得られる。外部磁界中に２つの磁気検出素子を所定の角度で配置し、両磁気検出素子のそれぞれの導体線の外部磁界の強さの検出成分に対応するインピーダンス値を用いて逆正接演算を行うと、方位角を求めることができる。
【００２４】
本発明の方位検出方法は、所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、及びバイアス磁界生成用の第１の導体線を有する第１の磁気検出素子、及び前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア及びバイアス磁界生成用の直流電流を流す第２の導体線を有する第２の磁気検出素子、を備える磁気検出器において、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したときの、前記第１の導体線のそれぞれのインピーダンスの差である第１のインピーダンス差を求めるステップ、前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したときの、前記第２の導体線のそれぞれのインピーダンスの差である第２のインピーダンス差を求めるステップ、及び前記第１及び第２のインピーダンス差のそれぞれの値を用いて逆正接演算を行うステップを有する。
【００２５】
本発明の他の観点の方位検出方法は、所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、バイアス磁界生成用の第１の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第２の導体線を有する第１の磁気検出素子、及び前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア、バイアス磁界生成用の直流電流を流す第３の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第４の導体線を有する第２の磁気検出素子、を備える磁気検出器において、前記第１の磁気検出素子の前記第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、前記第１の磁気検出素子の前記第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したとき、前記第１の磁気検出素子の前記第２の導体線のそれぞれのインダクタンスの差である第１のインダクタンス差を検出するステップ、前記第２の磁気検出素子の前記第３の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したとき、前記第２の磁気検出素子の前記第４の導体線のそれぞれのインダクタンスの差である第２のインダクタンス差を検出するステップ、及び前記第１のインダクタンス差と前記第２のインダクタンス差の値を用いて逆正接演算を行うステップを有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方位検出器の好適な実施の形態を図１から図５を参照して説明する。
《実施の形態１》
図１は本発明の実施の形態１の方位検出器の回路図であり、発振型の検出回路を有するものである。図２は図１の検出回路５Ａ、５Ｂに含まれるレベル差演算回路２Ａ、２Ｂの詳細な回路図である。図３及び図４は本発明の動作を説明するための波形図である。
【００２７】
図１において、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂは図８に示す従来技術のものと同じである。図１では磁気検出素子４０Ａと４０Ｂが互いに直角に配置されているが、磁気検出素子４０Ａと４０Ｂの配置角度は直角に限定されるものではなく直角以外の所定の角度であってもよい。ただし、本実施の形態では標準的な形態例として、磁気検出素子４０Ａと４０Ｂを互に直角に配置したものについて説明する。磁気検出素子４０Ａの電極端子３４Ａ、３３Ａに、切り替えスイッチ１０Ａの２つの可動接点１１Ａ、１２Ａがそれぞれ接続されている。切替スイッチ１０Ａでは、可動接点１１Ａと、２つの切替接点１７Ａ、１８Ａで１つの切替スイッチが構成され、可動接点１２Ａと２つの切替接点１９Ａ、２０Ａで他の１つの切替スイッチが構成されている。２つの切替スイッチは連動しており、可動接点１１Ａが切替接点１７Ａに接触しているとき、可動接点１２Ａは切替接点１９Ａに接触している。また、可動接点１１Ａが切替接点１８Ａに接しているとき、可動接点１１Ａは切替接点２０Ａに接している。切替接点１７Ａと２０Ａは共通に接続され、抵抗３９Ａを経て磁気バイアス用の直流電源２９Ａの正極に接続されている。切替接点１８Ａと１９Ａは共通に接続され、直流電源２９Ａの負極に接続されている。切替スイッチ１０Ａの切替動作によって磁気検出素子の導体線４４Ａを流れる直流電流の方向を正逆反転させることができる。
【００２８】
同様にして、磁気検出素子４０Ｂの電極端子３４Ｂ、３３Ｂに、切替スイッチ１０Ｂの可動接点１１Ｂ、１２Ｂがそれぞれ接続されている。切替スイッチ１０Ｂでは、可動接点１１Ｂと、２つの切替接点１７Ｂ、１８Ｂで１つの切替スイッチが構成され、可動接点１２Ｂと、２つの切替接点１９Ｂ、２０Ｂで他の１つの切替スイッチが構成されている。２つの切替スイッチは連動しており、可動接点１１Ｂが切替接点１７Ｂに接しているとき、可動接点１２Ｂは切替接点１９Ｂに接している。また可動接点１１Ｂが切替接点１８Ｂに接しているとき、可動接点１１Ｂは切替接点２０Ｂに接している。切替接点１７Ｂと２０Ｂは共通に接続され、抵抗３９Ｂを経て磁気バイアス用の直流電源２９Ｂの正極に接続されている。切替接点１８Ｂと１９Ｂは共通に接続され、直流電源２９Ｂの負極に接続されている。切替スイッチ１０Ｂの切替動作によって磁気検出素子４０Ｂの導体線４４Ｂを流れる直流電流の方向を正逆反転させることができる。
切替スイッチ１０Ａと１０Ｂは連動しており、図示を省略した制御部により、後で詳しく説明するように連動して動作をする。切替スイッチ１０Ａ、１０Ｂは具体的な装置では電子スイッチを用いて構成される。
【００２９】
磁気検出素子４０Ａの電極端子３２Ａ、３１Ａは、検出回路５Ａの発振回路６０Ａを構成するインバータ回路５１Ａの入力端及び出力端にそれぞれ接続されている。電極端子３２Ａ、３１Ａにはコンデンサ５２Ａ、５４Ａのそれぞれの一端が接続され、コンデンサ５２Ａ、５４Ａのそれぞれの他端は回路グランドＧに接続されている。正の直流電圧（＋Ｖ）がインバータ回路５１Ａの電源端子５３Ａに印加されている。この発振回路６０Ａはインダクタンスを有する導体線４３Ａと組合わされてＬＣ発振器の一種であるコルピッツ形発振回路を構成しており、発振周波数は約１０ＭＨｚである。
【００３０】
インバータ回路５１Ａの出力端５６ＡはＦＭ復調回路５７Ａの入力端に接続されている。ＦＭ復調回路５７Ａの出力はレベル差演算回路２Ａに入力されている。
同様にして磁気検出素子４０Ｂの電極端子３２Ｂ、３１Ｂは、検出回路５Ｂの発振回路６０Ｂを構成するインバータ回路５１Ｂの入力端及び出力端にそれぞれ接続されている。電極端子３２Ｂ、３１Ｂにはコンデンサ５２Ｂ、５４Ｂのそれぞれの一端が接続され、コンデンサ５２Ｂ、５４Ｂのそれぞれの他端は回路グランドＧに接続されている。正の直流電圧（＋Ｖ）がインバータ回路５１Ｂの電源端子５３Ｂに印加されている。この発振回路６０Ｂはインダクタンスを有する導体線４３Ｂと組合わされてＬＣ発振器の一種であるコルピッツ形発振回路を構成しており、発振周波数は約１０ＭＨｚである。
インバータ回路５１Ｂの出力端５６ＢはＦＭ復調回路５７Ｂの入力端に接続されている。ＦＭ復調回路５７Ｂの出力はレベル差演算回路２Ｂに入力されている。
【００３１】
レベル差演算回路２Ａ、２Ｂの回路図を図２に示す。レベル差演算回路２Ａと２Ｂとは実質的に同じ構成及び機能を有する。レベル差検出回路２Ａには、ＦＭ復調回路５７Ａで復調された信号が入力され、入力信号のレベルをレベル検出回路３Ａによって検出する。検出されたレベルは、ＡＤ変換されてメモリ４Ａに記憶される。同様にして、レベル差検出回路２Ｂには、ＦＭ復調回路５７Ｂで復調された信号が入力され、入力信号のレベルをレベル検出回路３Ｂによって検出する。検出されたレベルは、ＡＤ変換されてメモリ４Ｂに記憶される。メモリ４Ａ、４Ｂに記憶されたそれぞれのレベルのデータは後で詳しく説明するようにそれぞれの減算回路７Ａ、７Ｂに入力される。減算回路７Ａ、７Ｂの出力は正接演算と逆正接演算を行う正接演算回路６１に入力される。
【００３２】
本実施の形態の方位検出器の動作を図１から図４を参照して説明する。切替スイッチ１０Ａ、１０Ｂを図１に示す状態にして、可動接点１１Ａ、１２Ａをそれぞれ切替接点１７Ａ、１９Ａに接触させ、可動接点１１Ｂ、１２Ｂをそれぞれ、切替接点１７Ｂ、１９Ｂに接触させる。これにより導体線４４Ａ及び４４Ｂには、それぞれの矢印の方向に直流電流が流れる。
発振回路６０Ａは、導体線４３Ａのインダクタンス及びコンデンサ５２Ａ、５４Ａの各容量で定まる周波数で発振し、発振信号がＦＭ復調回路５７Ａに入力されている。
発振回路６０Ｂは、導体線４３Ｂのインダクタンス及びコンデンサ５２Ｂ、５４Ｂの各容量で定まる周波数で発振し、発振信号がＦＭ復調回路５７Ｂに入力されている。
【００３３】
図１において、ｘ軸が磁気検出素子４０Ａの磁性コア４６Ａの長手方向に平行であり、ｙ軸が磁気検出素子４０Ｂの磁性コア４６Ｂの長手方向に平行なｘ−ｙ直角座標を設定する。このｘ−ｙ座標において、ｙ軸との角度がθの方向の矢印Ｈで示す外部磁界（以下、外部磁界Ｈという）中にこの方位検出器を置くと、外部磁界Ｈのｘ成分は磁気検出素子４０Ａで検出され、外部磁界Ｈのｙ成分は磁気検出素子４０Ｂで検出される。磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂが検出する外部磁界Ｈのｘ成分Ｈｘ、ｙ成分Ｈｙは前記の式（１）で表される。外部磁界Ｈのｘ軸方向の成分Ｈｘの強さに応じて磁気検出素子４０Ａの導体線４３Ａのインダクタンス値が定まり、発振回路６０Ａの発振周波数が定まる。この発振周波数を「ｆａ（＋）」と表す。かっこに入れた正号「（＋）」は導体線４４Ａを流れる直流電流の方向が図１に示す矢印の方向と同じ向きであることを表している。直流電流が矢印の方向と逆向きに流れるときは負号「（−）」で表し、発振周波数を「ｆａ（−）」と表す。同様にして、外部磁界Ｈのｙ軸方向の成分Ｈｙの強さに応じて磁気検出素子４０Ｂの導体線４３Ｂのインダクタンス値が定まり、発振回路６０Ｂの発振周波数が定まる。磁気検出素子４０Ｂの導体線４４Ｂを矢印方向に直流電流が流れるとき、この発振周波数を「ｆｂ（＋）」と表す。直流電流が導体線４４Ｂを矢印と逆向きに流れるときの発振周波数を「ｆｂ（−）」と表す。
図１のｘ−ｙ座標において、角度θと、発振回路６０Ａの発振周波数ｆａ（＋）は図３の曲線ａ（＋）のように対応している。同様にして、角度θを発振回路６０Ｂの発振周波数ｆｂ（＋）は曲線ｂ（＋）のように対応している。
【００３４】
発振回路６０Ａの発振周波数ｆａ（＋）の出力はＦＭ復調回路５７Ａに入力されて復調され、レベルが周波数に応じて変化する検出信号が得られる。検出信号はレベル差演算回路２Ａに入力される。図２のレベル差演算回路２Ａにおいて、検出信号はレベル検出回路３Ａに入力され所望のレベルに増幅された後ＡＤ変換され、発振周波数ｆａ（＋）に比例する検出データＤａ（＋）が出力されメモリ４Ａに入力される。メモリ４Ａは検出データＤａ（＋）を記憶する。同様にして、発振回路６０Ｂの発振周波数ｆｂ（＋）に比例する検出データＤｂ（＋）がレベル検出回路３Ｂからメモリ４Ｂに印加される。メモリ４Ｂは検出データＤｂ（＋）を記憶する。
【００３５】
次に、図１の切替スイッチ１０Ａ、１０Ｂを切り替えて、可動接点１１Ａ、１２Ａをそれぞれ切替接点１８Ａ、２０Ａに接触させる。これにより磁気検出素子４０Ａの導体線４４Ａに矢印の方向と逆向きに直流電流が流れる。同様にして、切替スイッチ１０Ｂを切り替えることにより磁気検出素子４０Ｂの導体線４４Ｂに矢印と逆向きに直流電流が流れる。上記の操作により、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂのそれぞれの導体線４４Ａ、４４Ｂの直流電流の方向を逆向きにして、角度θを変化させると、発振回路６０Ａの発振周波数ｆａ（−）の変化は、図３の曲線ａ（−）で示すようになり、発振周波数ｆａ（＋）の変化とは逆位相となる。これは導体線４４Ａを流れる直流電流の方向を逆にしてバイアス磁界の方向を反転すると、外部磁界Ｈによる導体線４４Ａのインダクタンスの変化が元の逆になるからである。同様にして、発振回路６０Ｂの発振周波数ｆｂ（−）の変化は曲線ｂ（−）のようになる。発振回路６０Ａの発振周波数ｆａ（−）の発振出力は、ＦＭ復調回路５７Ａ、レベル検出回路３Ａを経て検出データＤａ（−）となり、メモリ４Ａに記憶される。同様にして、発振回路６０Ｂの発振周波数ｆｂ（−）の発振出力は、ＦＭ復調回路５７Ｂ及びレベル検出回路３Ｂを経て検出データＤｂ（−）となり、メモリ４Ｂに記憶される。検出データＤａ（−）及びＤｂ（−）は、それぞれ発振周波数ｆａ（−）、及びｆｂ（−）に比例している。
【００３６】
図４は、角度θと、検出データＤａ（＋）、Ｄａ（−）、Ｄｂ（＋）及びＤｂ（−）との関係を示す曲線であり、各曲線の形は、図３のそれぞれ対応する、曲線ａ（＋）、ａ（−）、ｂ（＋）、ｂ（−）と同じである。
図２に示すレベル差演算回路２Ａの減算回路７Ａに、メモリ４Ａから図４に示す検出データＤａ（＋）とＤａ（−）を入力し、減算演算を行う。検出データＤａ（＋）、Ｄａ（−）の曲線の波高値をｍとすると、減算結果は式（６）で表される。
【００３７】
【数６】
同様にして、レベル差演算回路２Ｂの減算回路７ｂにメモリ４Ｂから図４に示す検出データＤｂ（＋）とＤｂ（−）を入力し、減算演算を行う。検出データＤｂ（＋）及びＤｂ（−）の曲線の波高値をｎとすると、減算結果は式（７）で表される。
【００３９】
【数７】
式（６）及び式（７）の演算結果データ２ｍｓｉｎθ及び２ｎｃｏｓθを正接演算回路６１に入力して正接（ｔａｎθ）を求めると、式（８）に示すようになる。
【００４１】
【数８】
正接演算回路６１でさらに、式（８）の逆正接演算を行うと、式（９）に示すように角度θを求めることができる。角度θは図示を省略した表示装置に表示されるようにしてもよい。式（６）及び（７）の減算演算を行うことによって、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂの各導体線の固有のインダクタンスは相殺され、外部磁界Ｈの強さに対応するインダクタンスの変分のみが得られる。従って、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂ各導体線のインダクタンスが経時変化等によって変動したとしても、その変動は、減算演算によって相殺され、検出された方位に影響を与えることはない。
【００４３】
【数９】
本実施例の方位検出器では以上のように、方位の測定時に、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂの磁気バイアス用の直流電流の方向を切り替えるという簡単な操作によって、磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂの相互の特性上の差異や発振回路６０Ａ、６０Ｂの相互の特性上の差異があっても、これらの差異の影響を受けずに方位角θを求めることができる。また発振回路６０Ａ、６０Ｂの発振周波数の中心周波数を求めるために方位検出器を１回転させる必要はない。方位の測定時のデータとして中心周波数を用いないので、中心周波数が工場出荷時の値から経時変化で変わっていたとしても、測定方位θに誤差を生じることはない。前記レベル差演算回路２Ａ、２Ｂでは、アナログ入力信号をＡＤ変換したデジタル信号を用いて処理を行っているが、レベル差演算回路２Ａ、２Ｂのレベル検出回路、メモリ、減算回路をアナログ対応の回路で構成してもよい。この場合メモリ４Ａ、４Ｂはコンデンサ等のレベル記憶素子を用いることができる。また減算回路７Ａ、７Ｂは、一般によく知られている比較回路を用いることができる。正接演算回路６１もアナログ要素により構成することが可能である。
【００４５】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２の方位検出器を図５を参照して説明する。
図５は本発明の実施の形態２の方位検出器の回路図である。図５において、磁気検出素子７０Ａ、７０Ｂは図１の磁気検出素子４０Ａ、４０Ｂと異なっている。すなわち磁気検出素子７０Ａの磁性コア４６Ａを貫通する導体線は１つでありこれを導体線４５Ａとする。同様にして、磁気検出素子７０Ｂの磁性コア４６Ｂを１つの導体線４５Ｂが貫通している。導体線４５Ａの両端はそれぞれ電極端子３３Ａ、３４Ａに接続されている。電極端子３３Ａ、３４Ａは、図に示すものと同じ構成の切替スイッチ１０を経て直流電源２９Ａに接続されている。同様にして、磁気検出素子７０Ｂの導体線４５Ｂの両端はそれぞれ電極端子３３Ｂ及び３４Ｂに接続されている。電極端子３３Ｂ、３４Ｂは図１に示すものと同じ構成の切替スイッチ１０Ｂを経て直流電源２９Ｂに接続されている。
前記電極端子３３Ａ、３４Ａには、直流電流を阻止するためのそれぞれのコンデンサＣ１及びＣ２を介して高周波の定電流源である高周波電源７１Ａ（周波数は例えば１０ＭＨｚ）の両出力端が接続されている。前記電極端子３３Ａ、３４ＡにはさらにＡＭ検波回路７３Ａの両入力端がコンデンサＣ１及びＣ２を介して接続されている。ＡＭ検波回路７３Ａの出力端は、レベル差演算回路２Ａの入力端に接続されている。
【００４６】
同様にして、前記電極端子３３Ｂ、３４Ｂには、直流電流を阻止するためのそれぞれのコンデンサＣ１及びＣ２を介して高周波の定電流源である高周波電源７１Ｂ及びＡＭ検波回路７３Ｂが接続されている。ＡＭ検波回路７３Ｂの出力端はレベル差演算回路２Ｂの入力端に接続されている。レベル差演算回路２Ａ、２Ｂは図２に示すものと同じである。
レベル差演算回路２Ａ、２Ｂの出力端は正接演算回路６１の入力端に接続されている。本実施の形態の磁気検出回路は「アンプ型」と呼ばれている。
【００４７】
次に本実施の形態２の方位検出器の動作を説明する。図５において、切替スイッチ１０Ａの可動接点１１Ａ、１２Ａをそれぞれ切替接点１７Ａ、１９Ａに接触させて、磁気検出素子７０Ａの導体線４５Ａに矢印で示す方向の直流バイアス電流を流す。同様にして、切替スイッチ１０Ｂの可動接点１１Ｂ、１２Ｂをそれぞれ切替接点１７Ｂ、１９Ｂに接触させ、磁気検出素子７０Ｂの導体線４５Ｂに矢印で示す方向の電流を流す。導体線４５Ａには高周波電源７１Ａから高周波電流も供給される。外部磁界Ｈのｘ軸成分Ｈｘの変化によって、導体線４５Ａのインダクタンスが変化し、電極端子３３Ａと３４Ａとの間のインピーダンスが変化する。その結果ＡＭ検波回路７３Ａの入力レベルが変化し、ＡＭ検波出力も変化する。ＡＭ検波回路７３Ａの検波出力はレベル差演算回路２Ａに入力され、レベル検出回路３ＡによりＡＤ変換されて、図４に示す角度θに対応するデータＤａ（＋）と実質的に同じデータが出力されメモリ４Ａに記憶される。同様の動作により、レベル差演算回路２Ｂのレベル検出回路３ＢによりデータＤｂ（＋）が出力されメモリ４Ｂに記憶される。次に切替スイッチ１０Ａの可動接点１１Ａ、１２Ａを、それぞれ切替接点１８Ａ、２０Ａに切替えて、導体線４５Ａに矢印と逆方向の直流電流を流す。この状態において前記と同様にＡＭ検波回路７３Ａの検波出力をレベル差演算回路２Ａに入力し、レベル検出回路３Ａの出力のデータＤａ（−）と実質的に同じデータがメモリ４Ａに記憶される。同様にしてレベル差演算回路２Ｂにおいてレベル検出回路３ＢからデータＤｂ（−）が出力されメモリ４Ｂに記憶される。
【００４８】
次に、前記のデータＤａ（＋）とＤａ（−）をメモリ４Ａから読み出して減算回路７Ａに入力し減算演算をする。演算結果の出力は式（６）で表される。また前記のデータＤｂ（＋）とＤｂ（−）から式（７）に示す演算をする。レベル差演算回路２Ａ、２Ｂの出力に正接演算回路６１に入力され、式（８）に示す演算をする。更に式（９）に示す逆正接演算を行うことによって方向角θを検出することが出来る。
【００４９】
【発明の効果】
以上の各実施の形態で詳細に説明したように、本発明の方位検出器では方位の測定を行うとき、磁気バイアス用の直流電流の方向を正逆切り替える。直流バイアス電流の正逆切り替えたときのそれぞれの検出出力の差を求めることにより、方位角θに対する磁界強度のｘ軸成分及びｙ軸成分を求め逆正接演算を行うことによって、方位角θを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の方位検出器の回路図
【図２】本発明の実施の形態の１のレベル差演算回路２Ａ、２Ｂのブロック図
【図３】本発明の実施の形態１の方位検出器の動作を説明するための角度と周波数の関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１の方位検出器の動作を説明するための角度（θ）と検出データの関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態２の方位検出器の回路図
【図６】従来の方位センサに用いる磁気検出器の回路図
【図７】図７の磁性コア４６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図
【図８】従来の方位検出器の回路図
【図９】従来の方位検出器の動作を示す、角度（θ）と周波数の関係を示す図
【符号の説明】
２Ａ、２Ｂ 演算部、レベル差演算回路
２Ａ、２Ｂ、７３Ａ、７３Ｂ インピーダンス差検出回路
１０Ａ、１０Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ 直流電源
４０Ａ、４０Ｂ 磁気検出素子
４３Ａ、４３Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ 導体線
４６Ａ、４６Ｂ 磁性コア
５７Ａ、５７Ｂ 復調回路
６０Ａ、６０Ｂ ＬＣ発振回路
６１ 逆正接演算回路
Claims (6)
- 所定角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、バイアス磁界生成用の第１の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第２の導体線を有する第１の磁気検出素子、
前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第１の直流電源、
前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア、バイアス磁界生成用の直流電流を流す第３の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第４の導体線を有する第２の磁気検出素子、
前記第２の磁気検出素子の第３の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第２の直流電源、
前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第２の導体線のそれぞれのインダクタンスの差を求める第１の演算部、
前記第２の磁気検出素子の第３の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第４の導体線のそれぞれのインダクタンスの差を求める第２の演算部、及び
前記第１及び第２の演算部の両出力の逆正接演算を行って前記外部磁界の方位を求める演算回路を有する方位検出器。 - 前記第１の検出素子の第２の導体線に接続された第１のＬＣ発振回路、
前記第１のＬＣ発振回路の発振周波数に対応するレベルを有する出力信号を得る第１の復調回路、
前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第１の復調回路のそれぞれの出力信号の差を求める第１のレベル差演算回路、
前記第２の磁気検出素子の第４の導体線に接続された第２のＬＣ発信回路、
前記第２のＬＣ発信回路の発振周波数に対応するレベルを有する出力信号を得る第２の復調回路、
前記第２の磁気検出素子の第３の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第２の復調回路のそれぞれの出力信号の差を求める第２のレベル差演算回路、及び
前記第１及び第２のレベル差演算回路の両出力の逆正接演算を行う演算回路を更に有する請求項１記載の方位検出器。 - 所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア及びバイアス磁界生成用の第１の導体線を有する第１の磁気検出素子、
前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第１の直流電源、
前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第１の導体線のそれぞれのインピーダンスの差を検出する第１のインピーダンス差検出回路、
前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア及びバイアス磁界生成用の直流電流を流す第２の導体線を有する第２の磁気検出素子、
前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、直流電流を正逆任意の方向に切り替えて流すように構成した第２の直流電源、
前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第２の導体線のインピーダンスの差を検出する第２のインピーダンス差検出回路、及び
前記第１及び第２のインピーダンス差検出回路の両出力の逆正接演算を行う演算回路を有する方位検出器。 - 前記第１の磁気検出素子の前記第１の導体線に高周波の定電流を流す第１の高周波電源、
前記第１の磁気検出素子の前記第１の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第１の導体線の両端に生じるそれぞれの高周波電圧の差を求める第１のインピーダンス差検出回路、
前記第２の磁気検出素子の前記第２の導体線に高周波の定電流を流す第２の高周波電源、及び
前記第２の磁気検出素子の前記第２の導体線に流す直流電流の方向を正逆切り替えたときの、前記第２の導体線の両端に生じるそれぞれの高周波電圧の差を求める第２のインピーダンス差検出回路を更に有する請求項３記載の方位検出器。 - 所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、及びバイアス磁界生成用の第１の導体線を有する第１の磁気検出素子、及び
前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア及びバイアス磁界生成用の直流電流を流す第２の導体線を有する第２の磁気検出素子、
を備える磁気検出器において、
前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、
前記第１の磁気検出素子の第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したときの、前記第１の導体線のそれぞれのインピーダンスの差である第１のインピーダンス差を求めるステップ、
前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、
前記第２の磁気検出素子の第２の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したときの、前記第２の導体線のそれぞれのインピーダンスの差である第２のインピーダンス差を求めるステップ、及び
前記第１及び第２のインピーダンス差のそれぞれの値を用いて逆正接演算を行うステップ
を有する方位検出方法。 - 所定の角度で交差するｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ座標における外部磁界のｘ成分を検出するための、第１の磁性コア、バイアス磁界生成用の第１の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第２の導体線を有する第１の磁気検出素子、及び
前記外部磁界の前記ｘ−ｙ座標におけるｙ成分を検出するための、第２の磁性コア、バイアス磁界生成用の直流電流を流す第３の導体線及び外部磁界に応じてインダクタンスが変化する第４の導体線を有する第２の磁気検出素子、
を備える磁気検出器において、
前記第１の磁気検出素子の前記第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流すステップ、
前記第１の磁気検出素子の前記第１の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したとき、前記第１の磁気検出素子の前記第２の導体線のそれぞれのインダクタンスの差である第１のインダクタンス差を検出するステップ、
前記第２の磁気検出素子の前記第３の導体線に、バイアス磁界生成用の直流電流を正方向及び逆方向に切り替えて流したとき、前記第２の磁気検出素子の前記第４の導体線のそれぞれのインダクタンスの差である第２のインダクタンス差を検出するステップ、及び
前記第１のインダクタンス差と前記第２のインダクタンス差の値を用いて逆正接演算を行うステップを有する方位検出方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003192386A JP2005024470A (ja) | 2003-07-04 | 2003-07-04 | 方位検出器及び方位検出方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003192386A JP2005024470A (ja) | 2003-07-04 | 2003-07-04 | 方位検出器及び方位検出方法 |
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| JP2005024470A true JP2005024470A (ja) | 2005-01-27 |
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| JP2003192386A Pending JP2005024470A (ja) | 2003-07-04 | 2003-07-04 | 方位検出器及び方位検出方法 |
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| JP (1) | JP2005024470A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105628010A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-06-01 | 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 | 终端指南针的校准方法及系统 |
| CN111693911A (zh) * | 2019-03-11 | 2020-09-22 | Tdk株式会社 | 磁传感器装置 |
-
2003
- 2003-07-04 JP JP2003192386A patent/JP2005024470A/ja active Pending
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