JP2006098412A - 動的に調整可能なバイアス設定を有する磁力計及びこれを組み込んだ電子式車両用コンパス - Google Patents
動的に調整可能なバイアス設定を有する磁力計及びこれを組み込んだ電子式車両用コンパス Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】磁界を検出するためのセンサと、バイアス回路と、プロセッサとを備える磁力計が提供される。センサは、検出された磁界に応答して及び加えられたバイアスに応答して変化する信号特性を有する出力信号を生成する。バイアス回路は、バイアス設定信号に応答してセンサを動的にバイアスする。プロセッサは、センサからの出力信号を受け取るように結合され、且つバイアス回路に結合される。プロセッサは、バイアス設定信号を生成するように動作可能であり、これによりセンサを動的にバイアスするようバイアス回路を制御して、出力信号の信号特性が比較的小さな目標範囲のレベル内に維持されるようにする。
【選択図】図3
Description
本発明の別の実施形態によれば、磁界の第1の成分を検出するための第1のセンサと、磁界の第2の成分を検出するための第2のセンサと、バイアス回路と、プロセッサとを備える磁力計が提供される。センサの各々は、検出された成分の磁界と加えられたバイアス電流とに応答して変化する周波数を有する出力信号を生成する。バイアス回路は、第1及び第2のセンサを動的にバイアスするようなバイアス電流を生成する。プロセッサは、センサから出力信号を受け取るように結合され、且つバイアス回路に結合される。プロセッサは、センサに加えられたバイアス電流を動的に変化させるようにバイアス回路を動作可能に制御して、出力信号の周波数が1つ又はそれ以上の目標周波数範囲内に維持されるようになる。プロセッサは、前記センサによって検出された磁界成分をセンサに加えられたバイアス電流の関数として求める。
動作時には、センサコアの合成磁界レベルをその基準レベルに近づけるように調整し、プロセスにおいては、測定されることになる磁界と車両の妨害磁界の組み合わせ又は合計の影響を少なくとも部分的にゼロにするか又は相殺するように調整されたバイアスレベルで第1のバイアス設定が行われる。センサコアの飽和状態を示す回路出力が読み出され、バイアス磁界及び結果として生じるセンサコアの飽和度をほぼ目標基準値にする第1の補正バイアス電流を予測するのに使用される。この値は、任意選択的にバイアス電流以外の単位で表される。第2のバイアス設定では、バイアス磁界を測定コアの基準磁界の方向が逆である別の基準磁界値の範囲にされる。コアの飽和状態を示す出力は、第1のバイアス読み出しで使用された方法と同じ方法で測定され、第2の補正バイアスが決定される。
第1及び第2の補正バイアス電流又は関連する値を用いて、測定コイル又は機能的表示に影響を与える合計外部磁界の軸方向整合成分を近似的に求める。
バイアス分散(SB)
初期動作点(P0-,P0+)(PWM期間内)
動作点における初期A/D値(ADP0-,ADP0+)
動作点における初期PWM値(PWMP0-,PWMP0+)
バイアス勾配の大きさ(MB)
である。
負のバイアスの読みに対して
PWM-=P0 -
及び、
正のバイアスの読みに対して
PWM+=P0 -+MB
である。
ADNULL -=AD-−ADP0-
及び
ADNULL +=AD+−ADP0+
である。
P0 -=PWM-+(ADNULL -*MB)
及び
P0 +=PWM+−(ADNULL +*MB)
である。
B=(P0 -+P0 +)−(PWMP0 -+PWMP0 +)
である。
3 磁気センサバイアス制御装置
4 センサ回路位相角度変換
6 バイアス回路
7 入力周波数源
8 任意選択的な検出素子選択装置
9 駆動回路
10 磁界センサ
11 位相検出器
12 位相比較器
15 進行方向指示装置
Claims (71)
- 磁界を検出し、該検出された磁界に応答して及び加えられたバイアスに応答して変化する信号特性を有する出力信号を生成するセンサと、
前記センサをバイアス設定信号に応答して動的にバイアスするバイアス回路と、
前記センサからの前記出力信号を受け取るように結合され、前記バイアス回路に結合されたプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサが、前記バイアス設定信号を生成するように動作可能であり、これにより前記センサを動的にバイアスするよう前記バイアス回路を制御して、前記出力信号の信号特性が比較的小さな目標範囲のレベル内に維持されるようになり、前記プロセッサが、前記センサによって検出される磁界成分を前記センサに適用されるバイアス設定の関数として求めることを特徴とする磁力計。 - 前記センサが、コア材料と前記コア材料の回りに巻かれた巻線を含み、前記センサのインダクタンスが前記検出された磁界に応答して変化することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記センサが、
前記磁界に応答して変化するセンサ特性を有する検出素子と、
駆動信号を受け取る入力を有する増幅器と、
を備え、
前記検出素子が前記増幅器の帰還ループ内に結合され、前記増幅器が前記センサ特性の変化に応答して少なくとも部分的に変化する信号特性を有する出力信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。 - 前記センサ特性が、前記検出素子のインダクタンスであることを特徴とする請求項3に記載の磁力計。
- 前記検出素子が、インダクタと、該インダクタと並列に結合されたキャパシタとを含むことを特徴とする請求項3に記載の磁力計。
- 前記駆動信号を生成する駆動回路を更に備え、前記プロセッサが、前記増幅器の入力に加えられた前記駆動信号を変化させるように前記駆動回路を制御することを特徴とする請求項3に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記出力信号の信号特性を前記目標範囲内に維持するように前記駆動信号のバイアス電流を変化させ、且つ前記プロセッサが、前記駆動回路のバイアス信号に基づく磁界強度を定めることを特徴とする請求項6に記載の磁力計。
- 前記信号特性が、前記出力信号の位相であることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記信号特性が、前記出力信号の周波数であることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記センサが、前記検出された磁界の強度の関数として変化するインダクタンスを有することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記センサによって検出された磁界成分を前記センサに適用されたバイアス設定と前記目標範囲の出力信号のレベルとの両方の関数として求めて、読み出し値の解像度を向上させることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記バイアス設定が、センサ応答の2つの目標範囲の各々において測定されることになる磁界をほぼバランスさせるよう機能することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記バイアス設定が、前記センサの出力信号を、目標応答値を達成することができる2つの異なる範囲のうちの一方の目標範囲内にするように選択されることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記バイアス設定が、前記センサの出力信号を、目標応答値を達成することができる2つの異なる範囲のうちの他方の目標範囲内にするように実質的に選択されることを特徴とする請求項13に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記出力信号応答を測定して、現在のバイアス設定と前記出力信号応答とに基づく目標応答値を得るのに必要とされるバイアスを決定することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記センサによって検出された磁界成分を少なくとも1つの目標応答値を達成することができる2つのバイアス設定の関数として求めることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記センサに適用されることになる前記バイアスをフィルタ処理するために、前記バイアス回路の出力に結合された複数極のフィルタを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記フィルタが、バイアス決定抵抗にも電流を供給する単一の増幅器を使用するように構成されることを特徴とする請求項17に記載の磁力計。
- 前記フィルタが、バターワース(Butterworth)互換性フィルタよりも大きい減衰係数を有することを特徴とする請求項17に記載の磁力計。
- 前記センサと前記プロセッサとの間に結合された位相弁別回路を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記位相弁別フィルタの入力に結合された複数極のフィルタを更に備えることを特徴とする請求項20に記載の磁力計。
- 前記センサが共振センサであり、前記磁力計が更に、前記共振センサに結合された、励振信号を供給するための励振回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記励振回路が、前記励振信号の振幅を制限して前記励振信号に対する前記共振センサの応答の大幅な飽和を回避することを特徴とする請求項22に記載の磁力計。
- 前記共振センサに適用する前に前記励振信号をフィルタ処理するフィルタを更に備え、前記フィルタが前記励振信号をほぼ正弦波にすることを特徴とする請求項22に記載の磁力計。
- 前記フィルタが複数極フィルタであることを特徴とする請求項24に記載の磁力計。
- 前記共振センサを駆動するための増幅器を更に備え、前記増幅器の出力が前記励振回路の入力に結合されることを特徴とする請求項22に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記励振信号の位相に対する前記センサの出力信号の位相シフトを測定することによって、前記センサによって検出された前記磁界成分を求めることを特徴とする請求項22に記載の磁力計。
- 前記励振信号の周波数が、前記共振センサの動作のための公称中心点における前記共振センサの共振周波数にほぼ等しいことを特徴とする請求項27に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記センサの出力信号の周波数を測定することによって、前記センサによって検出された前記磁界成分を求めることを特徴とする請求項27に記載の磁力計。
- 前記励振信号が公称上前記共振センサの出力信号と同位相であることを特徴とする請求項27に記載の磁力計。
- 前記励振信号が前記共振センサの出力信号に対して公称上一定の位相を有することを特徴とする請求項29に記載の磁力計。
- 増幅器を更に備え、前記励振信号と前記バイアス回路から供給されたバイアス信号とが、前記増幅器によって線形的に加算された後、前記共振センサに適用されることを特徴とする請求項22に記載の磁力計。
- 増幅器を更に備え、前記バイアス回路がDCバイアス電流を供給することによって前記センサをバイアスし、前記増幅器が、前記DCバイアス電流と前記励振信号の両方を駆動することを特徴とする請求項22に記載の磁力計。
- 前記共振センサが、コアと該コアの回りに巻かれたコイルとを有する検出素子を含み、前記バイアス回路がDCバイアス電流を供給することによって前記センサをバイアスし、前記DCバイアス電流と前記励振信号の両方が前記コイルに供給されることを特徴とする請求項22に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記センサを動的にバイアスするように前記バイアス回路を制御して、前記出力信号の信号特性が2つの目標範囲の1つに維持されることを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記プロセッサは、前記出力信号の信号特性が2つの目標範囲の何れにおいて含まれるかをバイアス設定対出力信号特性グラフの勾配の符号に基づいて決定することを特徴とする請求項35に記載の磁力計。
- 前記バイアス回路によって前記センサをバイアスすることができる全範囲が、前記2つの目標範囲の両方に含まれる出力信号特性を有するように前記センサをバイアスするのに必要とされる範囲に加えて、測定されることになる外部磁界強度を検出するために必要とされる範囲の両方にほぼわたることを特徴とする請求項35に記載の磁力計。
- 前記バイアス回路が、前記センサに対してバイアス電流を設定するためのパルス幅変調ディジタル−アナログコンバータを含み、前記ディジタル−アナログコンバータが、実質的に増分解像度より高い精度を有することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記センサからの測定値をフィルタ処理して、AC電源ラインを通って流れる電流によって生成される周期的に変化する磁界を除外することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記センサからの前回の読み出し値に基づく前記バイアス設定信号を前記センサからの測定値として使用することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、目標応答を決定することができる前記バイアス設定を見つけるために検索シーケンスを開始することを特徴とする請求項1に記載の磁力計。
- 磁界の第1の成分を検出するための第1のセンサと、
前記磁界の第2の成分を検出するための第2のセンサと、
を備える磁力計において、
前記センサの各々が、前記検出された成分の磁界と加えられたバイアス電流とに応答して変化する周波数を有する出力信号を生成し、
前記第1及び第2のセンサを動的にバイアスするようなバイアス電流を生成するバイアス回路と、
前記センサから前記出力信号を受け取るように結合され、前記バイアス回路に結合されたプロセッサと、
が設けられ、
前記プロセッサが、前記センサに加えられた前記バイアス電流を動的に変化させるように前記バイアス回路を動作可能に制御して、前記出力信号の周波数が1つ又はそれ以上の目標周波数範囲内に維持されるようになり、前記プロセッサが前記センサによって検出された前記磁界成分を前記センサに加えられた前記バイアス電流の関数として求めることを特徴とする磁力計。 - 前記第1及び第2のセンサが、前記検出された磁界の強度の関数として変化するインダクタンスを有することを特徴とする請求項42に記載の磁力計。
- 前記第1及び第2のセンサがそれぞれ、前記磁界に応答して変化するセンサ特性を有する検出素子を備え、前記センサが更に、駆動信号を受け取るための入力を有する増幅器を含み、前記検出素子が、前記増幅器の帰還ループ内に選択的に結合されており、前記増幅器が前記出力信号を生成し、該信号の信号特性が、前記選択された検出素子のセンサ特性の変動に応答して少なくとも部分的に変化することを特徴とする請求項42に記載の磁力計。
- 前記センサ特性が、前記検出素子のインダクタンスであることを特徴とする請求項44に記載の磁力計。
- 前記検出素子の各々が、インダクタと、該インダクタと並列に結合されたキャパシタとを含むことを特徴とする請求項44に記載の磁力計。
- 前記駆動信号を生成するための駆動回路を更に備え、前記プロセッサが、前記増幅器入力に加えられた前記駆動信号を変化させるように前記駆動回路を制御することを特徴とする請求項44に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記出力信号の信号特性を前記目標範囲内に維持するように前記駆動信号のバイアス電流を変化させ、且つ前記プロセッサが、前記駆動信号のバイアス信号に基づく磁界強度を定めることを特徴とする請求項47に記載の磁力計。
- 前記信号特性が前記出力信号の位相であることを特徴とする請求項44に記載の磁力計。
- 前記信号特性が前記出力信号の周波数であることを特徴とする請求項44に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記バイアス回路によって生成されたバイアス電流の極性を交互に反転させることを特徴とする請求項42に記載の磁力計。
- 磁界の第1の成分を検出するための第1の磁界センサと、
前記第1の成分に直交する前記磁界の第2の成分を検出するための第2の磁界センサと、
を備える車両用電子コンパスにおいて、
前記センサの各々が、前記検出された成分の磁界の両方と加えられたバイアス電流とに応答して変化する特性を有する出力信号を生成し、
前記の第1及び第2のセンサを動的にバイアスするようにバイアス電流を生成するバイアス回路と、
前記センサから出力信号を受け取るように結合され、前記バイアス回路に結合された処理回路と、
が設けられ、
前記プロセッサが、前記センサに加えられた前記バイアス電流を動的に変化させるように前記バイアス回路を動作可能に制御して、前記出力信号の特性が、1つ又はそれ以上の目標範囲に維持されるようになり、前記処理回路が、車両の進行方向を前記センサに加えられた前記バイアス電流の関数として計算し、
前記電子コンパスが更に、
前記処理回路に結合された、前記車両の進行方向を指示するための進行方向指示装置を備えることを特徴とする車両用電子コンパス。 - 前記処理回路が、前記バイアス回路によって生成された前記バイアス電流の極性を交互に反転させることを特徴とする請求項52に記載の電子コンパス。
- 前記特性が、前記出力信号の周波数であることを特徴とする請求項52に記載の磁力計。
- 前記プロセッサが、前記センサによって検出された前記磁界成分を前記センサに適用されたバイアス設定と前記目標範囲の出力信号のレベルとの両方の関数として求めて、読み出し値の解像度を向上させることを特徴とする請求項52に記載の電子コンパス。
- 前記信号特性が、前記出力信号の位相であることを特徴とする請求項52に記載の電子コンパス。
- 予め定められた周波数を有する基準信号を生成するための信号発生器と、
予め定められた周波数の前記基準信号と組み合わされた前記バイアス回路によって確立されたDCバイアス電流レベルを有する駆動信号を生成するために、前記信号発生器及び前記バイアス回路に結合された駆動回路と、
を更に備え、
前記駆動信号が前記第1及び第2の磁界センサの選択された1つに加えられ、
前記処理回路は、前記出力信号の位相を前記基準信号の位相と比較して、位相オフセットが前記目標範囲にあるかどうかを判定することを特徴とする請求項56に記載の電子コンパス。 - 前記方向指示装置が表示装置であることを特徴とする請求項52に記載の電子コンパス。
- 前記第1及び第2の磁界センサの各々が誘導検出素子を含み、該検出素子が前記出力信号を出力する増幅器に結合されていることを特徴とする請求項52に記載の電子コンパス。
- 各検出素子が、前記増幅器の個別の帰還ループに結合されていることを特徴とする請求項59に記載の電子コンパス。
- 各検出素子が、インダクタと、該インダクタと並列に結合されたキャパシタとを含むことを特徴とする請求項59に記載の電子コンパス。
- 各検出素子が、前記増幅器の個別の帰還ループに結合されることを特徴とする請求項61に記載の電子コンパス。
- 前記処理回路に結合されたセンサ選択回路と、
第1及び第2のスイッチと、
を更に含み、
前記第1のスイッチが、前記第1の磁界センサの検出素子を前記増幅器に対して選択的に結合と減結合とを行うために、前記第1の磁界センサの検出素子と直列に結合されており、前記第2のスイッチが、前記第2の磁界センサの検出素子を前記増幅器に対して選択的に結合と減結合とを行うために、前記第2の磁界センサの検出素子と直列に結合されていることを特徴とする請求項62に記載の電子コンパス。 - 磁界成分強度を求めるための方法であって、
検出された磁界成分の強度に応答し且つ適用されたバイアス設定に応答して変化する信号特性を有する出力信号を生成する磁界センサを準備する段階と、
前記出力信号の信号特性が目標範囲内に維持されるように前記センサのバイアス設定を動的に変化させる段階と、
前記検出された磁界成分の強度を前記センサのバイアス設定の関数として求める段階と、
を含む方法。 - 前記バイアス設定が、前記センサに加えられたバイアス電流であることを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 前記信号特性が、前記出力信号の周波数であることを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 前記信号特性が、前記出力信号の位相であることを特徴とする請求項64に記載の方法。
- 磁界成分を検出するため、磁界レベルの第1の範囲全体にわたり実質的に線形に変化する特性を有する出力信号を磁界レベルの第2の範囲全体にわたって変化する前記検出された磁界成分に応答して生成するセンサと、
任意の外部の磁界と加算されて前記センサによって合成磁界が検出されるようにする、強度が選択的に変化する磁界を生成するための磁界生成機構と、
前記センサから出力信号を受け取るように結合され、且つ前記磁界生成機構に結合されたプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサが前記磁界生成機構を制御するように動作可能であり、生成された磁界の磁界強度を選択し、これにより前記第2の範囲を前記第1の範囲内に動的にシフト及び/又は維持し、前記プロセッサが更に、前記センサによって検出された前記磁界成分を前記センサから受け取られた前記出力信号に応答して求めるよう動作可能であることを特徴とする磁力計。 - 請求項68に記載の磁力計を備える車両用電子コンパスであって、該電子コンパスが更に、
他のセンサによって検出される前記第1の成分に直交する前記磁界の第2の成分を検出するための第2のセンサと、
車両の進行方向を前記磁力計によって求められた磁界成分の関数として計算するための処理回路と、
前記車両の進行方向を示すための前記処理回路に結合された進行方向指示装置と、
を備える電子コンパス。 - 磁界を検出し、該検出された磁界に応答して及び加えられたバイアスに応答して変化する信号特性を有する出力信号を生成するセンサと、
ディジタル−アナログコンバータを含む、前記センサを調整可能にバイアスするバイアス回路と、
前記センサから前記出力信号を受け取るように結合された読み出し装置を含む処理回路と、
を備え、
前記処理回路が、前記センサによって検出された磁界成分を前記センサから前記出力信号の少なくとも1つの読み出し値を取得することによって測定し、前記出力信号を読み出す解像度が前記ディジタル−アナログコンバータと前記読み出し装置の両方の関数であることを特徴とする磁力計。 - 前記ディジタル−アナログコンバータが、前記センサのバイアス電流を設定するためのパルス幅変調ディジタル−アナログコンバータであり、前記ディジタル−アナログコンバータが、増分解像度より実質的に高い精度を有することを特徴とする請求項70に記載の磁力計。
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