JP2006250922A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】碍子等に流れる電流に基づく磁界を内・外ノイズの影響をよく排除して検出し碍子等の劣化を容易に検知できる電流センサを提供する。
【解決手段】機器や設備の表面に流れる電流を検出する当該機器や設備の表面に近接して使用されるセンサであり、２箇の磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）を並列配置で感磁方向を逆とし各磁気インピーダンス効果素子の出力を復調回路３ｍａ，３ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）で検波しその検波出力を演算差動増幅回路４０ｍ（ｍ＝１〜ｎ）で差動増幅するセンサユニットＣｍ（ｍ＝１〜ｎ）の出力端を加算器５０で一括してある。差動増幅に対し同相入力となる内部ノイズ（励磁電源回路や各復調回路のダイオード等の回路素子の温度変化等に起因して発生するノイズ）を打消し得、地磁気成分等の外部ノイズは場所による変化が殆どなく、本件電流センサの位置を変えても実質的に変化しないから容易に排除できる。
【選択図】図４−２

Description

本発明は電流センサに関し、電力用機器や設備の漏れ電流等を検出するのに利用でき、例えば、碍子の充電電流や漏れ電流を測定して碍子の劣化程度を判定するのに有用である。

碍子劣化を受電のままで検出する方法として、碍子の充電電流を測定しその測定値から碍子の劣化を判定することや、碍子表面の電位分布を測定しその測定値から碍子の劣化を判定することが知られている。
これらは、碍子が健全なときは充電電流値や表面電位分布が正常であるが、碍子が劣化するとその充電電流値や表面電位分布が異常となることを利用しており、次の方法が公知である（非特許文献１）。
新宮 行太，碍子とブッシング，オーム社昭和３２年，ｐ２５２〜２５８

（１）木柱や腕木に取付けたピン碍子では、交流用電流計の一端を接地し、他端を碍子のピンに接続することにより充電電流を測定でき、劣化碍子ではこの電流値が異常となるので、その測定結果からピン碍子の劣化を検出できる。
（２）火花間隙を隔てた両電極を碍子の両端にコンデンサを介して接続し、火花間隙の間隙調整によりその間隙に火花放電を発生させて碍子が分担している電圧の大小を測定する。劣化碍子では分担電圧が異常に小さくなるので、その測定結果から碍子の劣化を検知できる。
（３）碍子をコンデンサとみなし、碍子に適当なインダクタンスを分路することにより振動回路を構成し、インダクタンスの一端と碍子との接離により振動波を発生させこの振動波を測定する。この振動波は碍子の分担電圧と密接な関係があり、劣化碍子では、その分担電圧が異常に小さくなるので、その測定結果から碍子の劣化を検知できる。

しかしながら、前記何れの方法でも、碍子と電流計やインダクタンスとの接続が必要であり、これらの接続作業やインダクタンスの接離を鉄塔や電柱上の高所で、しかも活線下で行わなければならないので危険である。
特に、（１）の方法では、木柱や腕木に取付けられた碍子に適用できても、鉄塔上に取付けられた碍子には適用できない不具合もある。

導体に対し一定の位置に磁気センサを設けて導体電流を測定することは常套手段である。
すなわち、図８の（イ）において、ａを導体、ｓを導体から距離ｒを隔てた位置に配設した磁気センサとし、導体電流をＩ、磁気センサが感磁計測する磁界をＨとすると、２πｒＨ＝Ｉが成立し、計測磁界Ｈから導体電流を求めることができる。
近来、高感度・高精度の磁界センサとして、磁気インピーダンス効果素子を用いた磁気インピーダンス効果型磁気センサが開発され、磁気センサに磁気インピーダンス効果型磁気センサを使用して電流を測定することも提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
特開平２００２−２４３７６６号公報 特開平２００２−２８６７６４号公報 特開平２００４−１３２７９０号公報

磁気インピーダンス効果素子自体は、図２の（イ）に示すような感磁特性を呈し（Ｈexは軸方向磁界、Ｅoutは出力）、非線形・対称形であり、この特性を図２の（ニ）に示すような極性判別可能・線形とするために、例えばバイアス磁界と負帰還をかけることが知られ、磁気センサにこの極性判別可能・線形の磁気インピーダンス効果型磁気センサを使用して電流を測定することも提案されている（例えば、特許文献３）。
導体電流を測定するのに、２個の極性判別可能・線形の磁気インピーダンス効果型磁気センサを使用して電流を測定することも提案されている（例えば、特許文献１、２）。
図８の（ロ）において、ａは導体を示している。ｓ，ｓ’は導体から等距離ｒで、かつ相互間の角度が２θの位置に配設した極性判別可能な磁気インピーダンス効果素子を示し、導体を中心とする放射方向に対し角度θの方向を感磁方向とするように配向してある。
図８の（ロ）において、各磁気インピーダンス効果型磁気センサが感磁する磁界Ｈｙは絶対値が等しく、極性が逆であり、
│Ｈｙ│＝Ｉsinθ/2πr
で与えられる。
従って、両磁気センサの出力を差動増幅すれば、２│Ｈｙ│の検出出力が得られ、この検出値から導体電流Ｉを計測できる。

受電碍子等の表面に流れる漏洩電流は、電流がどのような経路で流れるのか不定である。
前記した電流測定法は、電流路と磁気インピーダンス効果型磁気センサとの相対的位置関係が既知であることを前提としており、受電碍子等の表面に流れる漏洩電流の検出・測定には適合しない。

本発明の目的は、碍子等の絶縁体の表面を流れる漏洩電流のような面上を流れる電流を内・外ノイズの影響をよく排除して検出して碍子等の劣化を容易に検知できる電流センサを提供することにある。

請求項１に係る電流センサは、機器や設備の表面に流れる電流を検出する当該機器や設備の表面に当接して使用されるセンサであり、２箇の磁気インピーダンス効果素子を並列配置で感磁方向を逆とし各磁気インピーダンス効果素子の出力を検波しその検波出力を差動増幅するセンサユニットの複数箇を基板上に設けたことを特徴とする。
請求項２に係る電流センサは、並列配置で感磁方向が逆の２個の各磁気インピーダンス効果素子を基板上に複数組有し、この複数組の各組の一方の磁気インピーダンス効果素子群及び他方の磁気インピーダンス効果素子群のそれぞれの総括出力を検波しその検波出力を差動増幅する検波・増幅回路を基板上に有することを特徴とする。
請求項３に係る電流センサは、請求項１または２の電流センサにおいて、磁気インピーダンス効果素子と検波・増幅回路を別の基板上に設けたことを特徴とする。
請求項４に係る電流センサは、請求項１〜３何れかの電流センサにおいて、並列配置で感磁方向が逆の２個の各磁気インピーダンス効果素子の向きを配置ごとに異ならせたことを特徴とする。
請求項５に係る電流センサは、請求項１〜４何れかの電流センサにおいて、磁気インピーダンス効果素子に代え、ホール素子または磁気抵抗素子を用いたことを特徴とする。
請求項６に係る電流センサは、請求項１〜５何れかの電流センサにおいて、差動増幅器の出力のオフセットを入力信号としてそのオフセットを打ち消すための補償用信号を発生させこの補償用信号を前記増幅器に前記オフセットを消去するための入力として加える補正回路を設けたことを特徴とする。
請求項７に係る電流センサは、請求項１〜５何れかの電流センサにおいて、差動増幅器の両入力端子間に、差動増幅器出力のオフセットを入力信号としてそのオフセットを打ち消すための補償用信号を発生させこの補償用信号を前記増幅器の両入力端子間に前記オフセットを消去するための入力として加える補正回路を設けたことを特徴とする。
請求項８に係る電流センサは、請求項６〜７何れかの電流センサにおいて、補正回路に、増幅器または差動増幅器出力のオフセットが所定値に達したときに補償用出力を発生する手段を付設したことを特徴とする。
請求項９に係る電流センサは、請求項８の電流センサにおいて、増幅器または差動増幅器出力のオフセットをｎ倍（ｎ＞１）して補正回路に入力する手段を付設したことを特徴とする。

電流により発生する磁界（信号）を磁気インピーダンス効果センサにより測定して電流を検出するのに、磁気インピーダンス効果素子を並列配置で感磁方向を逆方向とし、その磁気インピーダンス効果素子の出力を検波して得られる信号を差動増幅しているから、差動増幅に対し同相入力となる内部ノイズ（励磁電源回路や各検波回路のダイオード等の回路素子の温度変化等に起因して発生するノイズ）を打消し得、また地磁気成分等の外部ノイズは場所による変化が殆どなく、本件電流センサの位置を変えても実質的に変化しないことから容易に排除できる。また、差動増幅器の出力がオフセットしようとしても、調整回路によりそのオフセットが自動的に消去され、電流センサの移動中、温度や浮遊キャパシタンスが変動しても、検出出力変動として現れない。
更に、並列配置で感磁方向が逆方向の磁気インピーダンス効果素子の軸方向を配置ごとに異ならせることにより被検出電流の方向に電流センサの向きを整合させなくても電流を測定できる。
従って、受電のままで本発明に係る電流センサを碍子に接触させることにより碍子の充電電流や表面電流（漏れ電流）を容易に高精度で測定できる。

図１は磁気インピーダンス効果素子を使用した磁気センサの基本的構成を示している。
図１において、１は磁気インピーダンス効果素子であり、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用される。かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波励磁電流を流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μ_θは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のアモルファス磁性ワイヤの軸方向に被検出磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と被検出磁界磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μ_θが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。この変動現象は磁気インダクタンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出波（信号波）で変調される現象ということができる。更に、上記通電電流の周波数がＭＨｚオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ＝（２ρ／wμ_θ）^１／２（μ_θは前記した通り円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμ_θにより変化し、このμθが前記した通り、被検出磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も被検出磁界で変動するようになる。この変動現象は磁気インピーダンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出波（信号波）で変調される現象ということができる。

図１において、２は磁気インピーダンス効果素子に高周波励磁電流を加えるための高周波電源、３は磁気インピーダンス効果素子の軸方向に作用する被検出磁界（信号波）で前記高周波励磁電流（搬送波）を変調させた被変調波を復調する復調回路、４は復調波を増幅する増幅回路、５は出力端、６は負帰還用コイル、７はバイアス磁界用コイルである。 磁気インピーダンス効果素子１には、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤの外、アモルファスリボン、アモルファススパッタ膜等も使用できる。

磁気インピーダンス効果素子１においては、前記した通り励磁電流に基づく円周方向磁束と被検出磁界による軸方向磁束との合成により、円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずらされるために、周方向透磁率μθが変化し、インダクタンスが変動され、この円周方向透磁率μ_θの高周波表皮効果の表皮深さの変化でインピーダンスが変動される。従って、被検出磁界の±により上記合成磁界による周方向ずれφも±φになるが、周方向の磁界の減少倍率cos(±φ)は変わらず、従ってμ_θの減少度は被検出磁界の方向の正負によっては変化されない。従って、被検出磁界−出力特性は、図２の（イ）のように被検出磁界をｘ軸に、出力をｙ軸にとると、ｙ軸に対してほぼ左右対称となる。この被検出磁界−出力特性は非線形である。非線形特性では、高感度の測定が困難である。そこで、負帰還用コイルで負帰還をかけて図２の（ロ）に示すように出力特性を直線化している。図２の（ロ）において、Δｗは、負帰還無しのときの利得Ａが非常に大きく帰還率βのみにより利得が定まるリニア範囲である。しかし、この出力特性では、被検出磁界の極性判別を行ない得ないので、バイアス用コイル７でバイアス磁界をかけ、図２の（ハ）に示すように極性判別可能としている。すなわち、図２の（ロ）の特性を、バイアス磁界によりｘ軸のマイナス方向に移動させ、被検出磁界の最大範囲−Ｈmax〜＋Ｈmaxを単斜め線領域の範囲内に納めている。更に、図２の（ニ）に示すように０点調整により原点を通る直線特性（勾配係数ｋは変わらない）としている。従って、図２の（ニ）において被検出磁界を＋Ｈeとすると出力が＋Ｅoとなり、被検出磁界を−Ｈeとすると出力が−Ｅoとなって被検出磁界を極性判別のもとで正確に測定できる。
図２の（ニ）から理解できる通り、磁気インピーダンス効果素子の感磁方向が逆になれば、出力が逆極性になる。

上記磁気インピーダンス効果素子としては、遷移金属と非金属の合金で非金属が１０〜３０原子％組成のもの、特に遷移金属と非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％を占め、遷移金属がＦｅとＣｏで非金属がＢとＳｉであるかまたは遷移金属がＦｅで非金属がＢとＳｉである組成のものを使用することができ、例えば、組成Ｃｏ_７０．５Ｂ_１５Ｓｉ_１０Ｆｅ_４．５、長さ２０００μｍ〜６０００μｍ、外径３０μｍ〜５０μｍφのものを使用できる。

上記において、高周波励磁電流には、例えば連続正弦波、パルス波、三角波等の通常の高周波を使用でき、高周波励磁電流源としては、例えばハートレー発振回路、コルピッツ発振回路、コレクタ同調発振回路、ベース同調発振回路のような通常の発振回路の外、水晶発振器の矩形波出力を直流分カットコンデンサを経て積分回路で積分しこの積分出力の三角波を増幅回路で増幅する三角波発生器、ＣＭＯＳ−ＩＣを発振部として使用した三角波発生器等を使用できる。

上記の復調回路としては、例えば被変調波を演算増幅回路で半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成、被変調波をダイオードで半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成等を使用できる。
また、被変調波（周波数ｆｓ）に同調させた周波数ｆｓの方形波を被変調波に乗算して信号波をサンプリングする同調検波を使用することができる。
上記の実施例では、被変調波の復調によって被検出磁界を取り出しているが、これに限定されず、磁気インピーダンス効果素子に作用する被検出磁界（信号波）で変調された高周波励磁電流波（搬送波）から被検出磁界を検波し得るもので適宜の検波手段を使用できる。

前記負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルは磁気インピーダンス効果素子に巻き付けることができる。また、図３に示すように磁気インピーダンス効果素子とループ磁気回路を構成する鉄芯に負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルを巻き付けることもできる。 図３の（イ）は鉄芯付き磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す側面図、図３の（ロ）は同じく底面図、図３の（ハ）は図３の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図３において、１００は基板チップであり、例えばセラミックス板を使用できる。１０１は基板片の片面に設けた電極であり、磁気インピーダンス効果素子接続用突部１０２を備えている。この電極は導電ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。１ｘは電極１０１，１０１の突部１０２，１０２間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、前記した通り零磁歪乃至負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。１０３はＣ型鉄芯、６ｘはＣ型鉄芯に巻装した負帰還用コイル、７ｘは同じくバイアス磁界用コイルであり、磁気インピーダンス効果素子１ｘとＣ型鉄芯１０３とでループ磁気回路を構成するように、Ｃ型鉄芯１０３の両端を基板片１００の他面に接着剤等で固定してある。鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。

図４−１は請求項１に係る電流センサの一実施形態における磁気インピーダンス効果素子の配置状態を示し、図４−２は同実施形態の回路図を示している。
図４−１において、１ｍａ，１ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）は互いに並列配置の磁気インピーダンス効果素子の組であり、感磁方向を互いに逆方向とし、配置ごとに磁気インピーダンス効果素子の軸方向の向きを異ならしめてある。
図４−１に示す例では、磁気インピーダンス効果素子の組数を４組（ｍ＝１〜４）とし、ｍ＝１の組を基準として他の組の磁気インピーダンス効果素子の向きを＋４５°、９０°、１３５°の向きとしてある。
図４−２において、Ｃｍ（ｍ＝１〜ｎ）は一組の磁気インピーダンス効果素子に対するセンサユニットを示し、各磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）の出力端に復調回路３ｍａ，３ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）を接続し、これら復調回路の出力端を演算差動増幅回路４０ｍに接続し、この増幅回路４０ｍ（ｍ＝１〜ｎ）の出力を各磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）に各負帰還用コイル６ｍａ，６ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）を経て負帰還させ、各磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）にその感磁方向に応じ＋Ｖｃｃによりバイアス磁界用コイル７ｍａ，７ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）を介してバイアス磁界をかけている。
図４−２に示す実施例では、ｎ箇のセンサユニットＣｍ（ｍ＝１〜ｎ）の差動増幅回路４０ｍ（ｍ＝１〜ｎ）の出力端を加算器５０等により総括して検出端とし、全センサユニット（ｍ＝１〜ｎ）に共通の励磁用電源回路２を接続している。

図４−１〜図４−２において、磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂの軸方向に作用する磁界Ｈに対し磁気インピーダンス効果素子１ｍａと磁気インピーダンス効果素子１ｍｂの感磁方向が逆であり、これらの各素子１ｍａ，１ｍｂの出力の同調回路３ｍａ，３ｍｂによる復調波（信号波）が差動増幅されるから、演算差動増幅回路４０ｍの出力Ｅｍはｋ〔Ｈ−（−Ｈ）〕となり(ｋは図２の（ハ）における勾配係数）、
Ｅｍ＝２ｋＨ
で与えられる。

図４−１〜図４−２において、検出しようとする電流に基づく磁界の方向が磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂの感磁方向と同方向のＨｍであるとすると、磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂに基づく検出出力２ｋＨｍが最大になるが、他の磁気インピーダンス効果素子１ｘａ，１ｘｂ（ｘ≠ｍ）にも前記磁界Ｈｍに対するその磁気インピーダンス効果素子１ｘａ，１ｘｂ（ｘ≠ｍ）の軸方向成分（感磁方向成分）Ｈｘ（ｘ≠ｍ）による検出出力Ｅｘが発生する。
すなわち、磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂと他の磁気インピーダンス効果素子１ｘａ，１ｘｂ（ｘ≠ｍ）との間の角度をｘとすると、磁気インピーダンス効果素子１ｘａ，１ｘｂ（ｘ≠ｍ）の軸方向成分（感磁方向成分）Ｈｘ（ｘ≠ｍ）は、Ｈｘ＝Ｈｍcosｘで与えられ、このＨｘにより検出出力Ｅｘ＝２ｋＨｍcosｘが発生する。
従って、総括検出出力Ｅｔは
Ｅｔ＝２ｋＨｍ＋Σ２ｋＨｍcosｘ
で与えられ、cosｘが負になる向きの磁気インピーダンス効果素子は総括検出出力Ｅｔを減じるようになる。
しかしながら、並列配置で感磁方向が逆の磁気インピーダンス効果素子の組数ｎや磁気インピーダンス効果素子の組の配置ごとの向きｘの調整により、前記総括検出出力Ｅｔを充分に大きくでき、被検出電流の方向が未知でも充分にその電流を検出できる。

前記のセンサユニットにおいて、励磁電源回路２や各検波回路３ｍａ、３ｍｂのダイオード等の回路素子の温度変化等に起因して発生するノイズは差動増幅回路４０ｍに対し同相入力となるから打消し得る。
また、地磁気成分等の外部ノイズは場所による変化が殆どないから、本電流センサを碍子から充分に離隔して実質的に碍子電流に基づく磁界Ｈｍが実質的に０の位置で前記の総括出力Ｅoutを測定すれば、その測定値が実質的に外部ノイズによる出力となり、外部ノイズの影響も排除できる（外部ノイズによる出力のもとで、図２の（ニ）の零点調整を行う）。

図５は請求項２に係る電流センサの一実施形態を示す回路図であり、前記図４−１に示すような並列配置で感磁方向が逆方向の磁気インピーダンス効果素子１ｍａ，１ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ）のうち、一方の磁気インピーダンス効果素子群１１ａ〜１ｎａ及び他方の磁気インピーダンス効果素子群１１ｂ〜１ｎｂのそれぞれの総括出力端にそれぞれ復調回路３ａ，３ｂを接続し、両復調回路３ａ，３ｂの出力端を演算差動増幅回路４に接続し、その増幅出力を各磁気インピーダンス効果素子群１１ａ〜１ｎａ、１１ｂ〜１ｎｂに各負帰還用コイル６１ａ〜６ｎａ、６１ｂ〜６ｎｂを経て負帰還させ、各磁気インピーダンス効果素子群１１ａ〜１ｎａ，１１ｂ〜１ｎｂにその感磁方向に応じた極性で＋Ｖｃｃ電源によりバイアス磁界用コイル７１ａ〜７ｎａ、７１ｂ〜７ｎｂを介してバイアスをかけてある。２は励磁用電源回路である。

本発明に係る電流センサにおいては、複数組の並列配置で感磁方向が逆方向の磁気インピーダンス効果素子群、復調回路、演算差動増幅回路、励磁電流源回路、演算差動増幅回路や励磁電流源回路やバイアス磁界用コイルに対する＋Ｖｃｃ電源を同一の基板上に搭載することができる。
また、複数組の並列配置で感磁方向が逆方向の磁気インピーダンス効果素子群を搭載する基板と、復調回路、演算差動増幅回路、励磁電流源回路、演算差動増幅回路や励磁電流源回路やバイアス磁界用コイルに対する＋Ｖｃｃ電源を搭載する基板とを別体とし、両基板間を可撓性電線で連結することもできる。
特に、受電中の碍子に流れる電流を検出する場合は、後者の構成とし、複数組の並列配置で感磁方向が逆方向の磁気インピーダンス効果素子群を搭載した基板を絶縁竿の先端に取付け、磁気インピーダンス効果素子群による碍子表面のスキャンニングを絶縁竿を取手として行うことが安全である。

上記電流センサの走行中、周囲温度の変動が顕著であったり、浮遊キャパシタンスの変動が顕著であると、差動増幅器の出力にオフセット変動が生じ検出出力が不安定化する。
図６−１ａ及び図６−１bは請求項６に係る電流センサを示し、図４−２及び図５に示した電流センサに対し、差動増幅器の出力のオフセット変動を抑制して検出出力の安定化を図っている。
図６−１ａ及び図６−１bにおいて、４００は出力補正回路を示し、他の構成は図４−２及び図５に示した電流センサに同じである。出力補正回路４００は、演算作動増幅器４の出力のオフセットを入力信号としてそのオフセットを打ち消すための補償用信号を発生させこの補償用信号を前記作動増幅器に前記オフセットを消去するための入力として作動増幅器４のオフセット調整端子に加え、前記オフセットを消去するものである。

図６−２は出力補正回路の一例を示し、演算差動増幅器の差出力と入力とを比較してオフセットを検出し、オフセットが正（負）であると、電子ボリュームのスイッチＳＷ_−１、ＳＷ_−２、……（ＳＷ_＋１、ＳＷ_＋２、……）が制御ＩＣで順次にオン・オフされて負（正）の出力電圧が演算差動増幅器のオフセット調整端子に送入されて増幅器出力のオフセットが減じられ、その増幅器出力のオフセットが０になると、その時のスイッチ状態が保持される。
演算差動増幅器の出力のオフセットを所定の範囲、例えば−１ｖ〜＋１ｖの範囲に納めるようにしてもよく、この場合、増幅器出力のオフセットが−１ｖまたは＋１ｖを越えると、電子ボリュームが操作される。
更に、ゲインが１以上、例えば２倍のバッファを制御ＩＣに組み込んで±０．５ｖを越えると電子ボリュームが操作されるようにして演算差動増幅器の出力のオフセットを−０．５ｖ〜＋０．５ｖの範囲に納めるようにすることもできる。

図７−１ａ及び図７−１bは請求項７に係る電流センサを示し、図４−２及び図５に示した電流センサに対し、演算差動増幅器４の両入力端子間に出力補正回路４００を接続し、演算差動増幅器４の出力のオフセットを入力信号としてそのオフセットを打ち消すための補償用信号を発生させこの補償用信号を前記増幅器の両入力端子間に前記オフセットを消去するための入力として加えている。

図７−２の（イ）はその出力補正回路の一例を示し、差動増幅器の出力と差動増幅器の差入力とを比較してオフセットを検出し、そのオフセットを図７−２の（ロ）に示すボリューム操作により０にすることを、そのオフセット値を入力信号として制御ＩＣで電子ボリュームのスイッチＳＷ_−０、ＳＷ_−１、ＳＷ_−２、……、ＳＷ_−０、ＳＷ_＋１、ＳＷ_＋２、……を操作させることにより行うものである。
前記と同様に演算差動増幅器の出力のオフセットを所定の範囲、例えば−１ｖ〜＋１ｖの範囲に納めるようにしてもよく、この場合は、増幅器出力のオフセットが−１ｖまたは＋１ｖを越えると、電子ボリュームが操作される。この場合、ゲインが１以上、例えば２倍のバッファを制御ＩＣに組み込んで±０．５ｖを越えると電子ボリュームが操作されるようにして演算差動増幅器の出力のオフセットを−０．５ｖ〜＋０．５ｖの範囲に納めるようにすることもできる。

本発明に係る電流センサにより、碍子に流れる電流を測定しその測定結果が異常であるときに碍子劣化と判定して碍子劣化を検出することができる。
また、地中埋設金属の電食原因となる電気鉄道の迷走電流の測定にも利用できる。
更に、金属パイプに流した電流の密度分布が金属パイプ内面に発生した亀裂、減肉のために変化し、その電流に基づく磁界の分布に変化を生じることから、その磁界分布の変化を測定して金属パイプ内面の亀裂、減肉の程度を判定するのにも利用できる。

磁気インピーダンス効果素子を使用した磁気センサの回路構成を示す図面である。 磁気インピーダンス効果素子を使用した磁気センサの出力特性を示す図面である。 磁気インピーダンス効果素子を使用した磁気センサの素子ユニットを示す図面である 請求項１に係る電流センサの磁気インピーダンス効果素子の配置例を示す回路図である。 請求項１に係る電流センサの回路構成を示す図面である。 請求項２に係る電流センサの回路構成を示す図面である。 請求項６に係る電流センサの一実施例を示す図面である。 請求項６に係る電流センサの別実施例を示す図面である。 図６−１ａ及び図６−１ｂに示す電流センサにおける出力補正回路４００の一例を示す図面である。 請求項７に係る電流センサの一実施例を示す図面である。 請求項７に係る電流センサの別実施例を示す図面である。 図７−１ａ及び図７−１ｂに示す電流センサにおける出力補正回路４００の一例を示す図面である。 従来の電流センサの説明に用いた図面である。

符号の説明

１ｍａ（ｍ＝１〜ｎ） 磁気インピーダンス効果素子
１ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ） 磁気インピーダンス効果素子
２ 高周波励磁電流源
３ｍａ（ｍ＝１〜ｎ） 復調回路
３ｍｂ（ｍ＝１〜ｎ） 復調回路
４ 演算差動増幅回路
４ｍ（ｍ＝１〜ｎ） 演算差動増幅回路
４００
出力補正回路
Ｃｍ（ｍ＝１〜ｎ） センサユニット

Claims (9)

1. 機器や設備の表面に流れる電流を検出する当該機器や設備の表面に当接して使用されるセンサであり、２箇の磁気インピーダンス効果素子を並列配置で感磁方向を逆として各磁気インピーダンス効果素子の出力を検波しその検波出力を差動増幅器で増幅するセンサユニットの複数箇を基板上に設けたことを特徴とする電流センサ。
2. 並列配置で感磁方向が逆の２個の各磁気インピーダンス効果素子を基板上に複数組有し、この複数組の各組の一方の磁気インピーダンス効果素子群及び他方の磁気インピーダンス効果素子群のそれぞれの総括出力を検波しその検波出力を差動増幅器で増幅する検波・増幅回路を基板上に有することを特徴とする電流センサ。
3. 磁気インピーダンス効果素子と検波・増幅回路を別の基板上に設けたことを特徴とする請求項１または２記載の電流センサ。
4. 並列配置で感磁方向が逆の２個の各磁気インピーダンス効果素子の向きを配置ごとに異ならせたことを特徴とする請求項１〜３何れか記載の電流センサ。
5. 磁気インピーダンス効果素子に代え、ホール素子または磁気抵抗素子を用いたことを特徴とする請求項１〜４何れか記載の電流センサ。
6. 差動増幅器の出力のオフセットを入力信号としてそのオフセットを打ち消すための補償用信号を発生させこの補償用信号を前記増幅器に前記オフセットを消去するための入力として加える補正回路を設けたことを特徴とする請求項１〜５何れか記載の電流センサ。
7. 差動増幅器の両入力端子間に、差動増幅器出力のオフセットを入力信号としてそのオフセットを打ち消すための補償用信号を発生させこの補償用信号を前記増幅器の両入力端子間に前記オフセットを消去するための入力として加える補正回路を設けたことを特徴とする請求項１〜５何れか記載の電流センサ。
8. 補正回路に、増幅器または差動増幅器出力のオフセットが所定値に達したときに補償用出力を発生する手段を付設したことを特徴とする請求項６〜７何れか記載の電流センサ。
9. 増幅器または差動増幅器出力のオフセットをｎ倍（ｎ＞１）して補正回路に入力する手段を付設したことを特徴とする請求項８記載の電流センサ。

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