JP2007017369A - 拡張差分型フラックスゲートセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばす。
【解決手段】レーストラック形状のコア１と、コア１にトロイダル状に巻回された励起コイル２と、コア１にピッチＬで交互に逆方向に巻回された差分巻線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからなる差分磁場検出コイル３と、コア１に均一な分布で一方向に巻回された共通磁場検出コイル４と、差分磁場検出コイル３からの差分磁場検出信号Ｂにフィードバック信号Ｄを負帰還する第１のフィードバック回路５と、共通磁場検出コイル４からの共通磁場検出信号Ｅにフィードバック信号Ｆを負帰還する第２のフィードバック回路６とを具備する。
【効果】ベースライン長はピッチＬとなり、磁場を検出できる領域の長さは「（２×Ｎ−１）×Ｌ」になる。つまり、磁場を検出できる領域の長さをベースライン長の「２×Ｎ−１」倍、最低でも３倍、に伸ばすことが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡張差分型フラックスゲートセンサに関し、さらに詳しくは、ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る拡張差分型フラックスゲートセンサに関する。

従来、レーストラック形状のコアと、コアにトロイダル状に巻回した励起コイルと、コアの直線部に間隔を空けて互いに逆方向に巻回された２個の差分巻線からなる差分磁場検出コイルと、２つの差分巻線の間に巻回された１個の共通巻線からなる共通磁場検出コイルと、差分磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第１のフィードバック回路と、共通磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第２のフィードバック回路とを具備した差分型フラックスゲートセンサが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

P.Ripka, K.Draxler and P.Kaspar "RACE-TRACK FLUXGATE GRADIOMETER" ELECTRONICS LETTERS 24th June 1993 Vol.29 No.13 pp.1193-1194

上記従来の差分型フラックスゲートセンサでは、差分巻線の間隔（以下、ベースライン長という）が、磁場を検出できる領域の長さを規定している。
しかし、外部磁場の影響を排除するためにベースライン長を小さく保つ必要があり、磁場を検出できる領域の長さがせいぜい数ｃｍに制限される問題点があった。換言すれば、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすためにベースライン長を大きくすると、外部磁場の影響を受けやすくなる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る拡張差分型フラックスゲートセンサを提供することにある。

第１の観点では、本発明は、コアと、前記コアに巻回された励起コイルと、前記コアにピッチＬで交互に逆方向に巻回された２×Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の差分巻線からなる差分磁場検出コイルと、前記コアに一方向に巻回された１個以上の共通巻線からなる共通磁場検出コイルと、前記差分磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第１のフィードバック回路と、前記共通磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第２のフィードバック回路とを具備したことを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサを提供する。
上記第１の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサでは、ベースライン長すなわち逆方向に巻回された隣接する差分巻線の間隔は、ピッチＬとなる。一方、磁場を検出できる領域の長さは、両端の差分巻線の間隔であり、「（２×Ｎ−１）×Ｌ」となる。つまり、磁場を検出できる領域の長さを、ベースライン長の「２×Ｎ−１」倍、最低でも３倍、に伸ばすことが出来る。すなわち、ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサにおいて、前記コアが、「（２×Ｎ−１）×Ｌ」より長い２つの平行な直線部を有するレーストラック形状であることを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサを提供する。
上記第２の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサでは、コアが「（２×Ｎ−１）×Ｌ」より長い２つの平行な直線部を有するレーストラック形状であるため、それら２つの直線部を取り巻くように２×Ｎ個の差分巻線を好適に巻回できる。

第３の観点では、本発明は、前記第２の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサにおいて、前記共通磁場検出コイルが、前記コアの直線部に均一に分布して巻回された１個の共通巻線からなることを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサを提供する。
上記第３の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサでは、共通磁場検出コイルがコアの直線部に均一に分布して巻回されているため、全ての差分巻線に共通してかかっている共通磁場を効率よく検出することが出来る。

本発明の拡張差分型フラックスゲートセンサによれば、磁場を検出できる領域の長さを、ベースライン長の３倍以上に伸ばすことが出来る。すなわち、ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る拡張差分型フラックスゲートセンサ１０を示す構成図である。
この拡張差分型フラックスゲートセンサ１０は、長さ３×Ｌ以上の２つの平行な直線部を有するレーストラック形状のコア１と、コア１にトロイダル状に巻回された励起コイル２と、コア１の２つの直線部を取り巻くようにピッチＬで交互に逆方向に巻回された４個の差分巻線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからなる差分磁場検出コイル３と、コア１の２つの直線部を取り巻くように均一な分布で一方向に巻回された１個の共通巻線からなる共通磁場検出コイル４と、差分磁場検出コイル３からの差分磁場検出信号Ｂにフィードバック信号Ｄを負帰還する第１のフィードバック回路５と、共通磁場検出コイル４からの共通磁場検出信号Ｅにフィードバック信号Ｆを負帰還する第２のフィードバック回路６とを具備している。

第１のフィードバック回路５は、差分磁場検出信号Ｂとフィードバック信号Ｄの和信号から交流成分を取り出すキャパシタンス５１と、交流成分を増幅する増幅器５２と、信号成分を取り出す検波器５３と、低周波成分を取り出すローパスフィルタ５４と、低周波成分を積分する積分器５５と、積分器５５の出力電圧をフィードバック信号Ｄに変換してフィードバックする電圧−電流変換器５６とを具備している。
ここで、電圧−電流変換器５６は、フィードバックがないときの差分磁場検出信号Ｂの大きさを差分巻線数２×Ｎで割った値に対応する強さを持ち且つ差分磁場検出信号Ｂを発生させた磁気と逆向きの磁気を各差分巻線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで発生させる大きさのフィードバック信号Ｄを発生するものとする。

第２のフィードバック回路６は、共通磁場検出信号Ｅとフィードバック信号Ｆの和信号から交流成分を取り出すキャパシタンス６１と、交流成分を増幅する増幅器６２と、信号成分を取り出す検波器６３と、低周波成分を取り出すローパスフィルタ６４と、低周波成分を積分する積分器６５と、積分器６５の出力電圧をフィードバック信号Ｆに変換してフィードバックする電圧−電流変換器６６とを具備している。
ここで、電圧−電流変換器６６は、フィードバックがないときの共通磁場検出信号Ｅの大きさに対応する強さを持ち且つ共通磁場検出信号Ｅを発生させた磁気と逆向きの磁気を共通磁場検出コイル４で発生させる大きさのフィードバック信号Ｆを発生するものとする。

図２に示すように、近傍にある磁気源からの微弱磁場αが第１差分巻線３ａだけにかかり、遠い距離にある磁気源からの外部磁場βがかかっているものとする。また、α≪βとする。

図３に示すように、第２のフィードバック回路６の出力は、外部磁場βに応じた信号となる。また、フィードバック信号Ｆは、外部磁場βと同じ強さで且つ逆向きのフィードバック磁場ｆを発生させる。この結果、フィードバック磁場ｆで外部磁場βが打ち消され、コア１のＢ−Ｈカーブ上の動作点を固定できる。また、増幅器６２の入力を線形性の良いゼロ近傍に維持できる。

他方、フィードバック磁場ｆで外部磁場βが打ち消され、第１差分巻線３ａだけに微弱磁場αがかかるから、第１のフィードバック回路５の出力は、微弱磁場αに応じた信号となる。また、フィードバック信号Ｄは、第１差分巻線３ａで強さα／４で且つ微弱磁場αと逆向きのフィードバック磁場ａを発生させ，第２差分巻線３ｂで強さα／４で且つ微弱磁場αと同向きのフィードバック磁場ｂを発生させ，第３差分巻線３ｃで強さα／４で且つ微弱磁場αと逆向きのフィードバック磁場ｃを発生させ，第４差分巻線３ｄで強さα／４で且つ微弱磁場αと同向きのフィードバック磁場ｄを発生させる。これにより、第１差分巻線３ａでは強さ３α／４で且つ微弱磁場αと同向きの磁場“α−ａ”が時計方向巻の巻線で検出されて起電力は３α／４相当となり，第２差分巻線３ｂでは強さα／４で且つ微弱磁場αと同向きの磁場ｂが反時計方向巻の巻線で検出されて起電力は−α／４相当となり，第３差分巻線３ｃでは強さα／４で且つ微弱磁場αと逆向きの磁場ｃが時計方向巻の巻線で検出されて起電力は−α／４相当となり，第４差分巻線３ｄでは強さα／４で且つ微弱磁場αと同向きの磁場ｄが反時計方向巻の巻線で検出されて起電力は−α／４相当となり、合計された差分磁場信号Ｂはゼロになり、増幅器５２の入力を線形性の良いゼロ近傍に維持できる。

実施例１に係る拡張差分型フラックスゲートセンサ１０によれば、次の効果が得られる。
（Ａ）磁場を検出できる領域の長さをベースライン長Ｌの３倍に伸ばすことが出来る。すなわち、ベースライン長Ｌを小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る。
（Ｂ）コアが３×Ｌより長い２つの平行な直線部を有するレーストラック形状であるため、それら２つの直線部を取り巻くように４個の差分巻線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを好適に巻回できる。
（Ｃ）共通磁場検出コイル４がコア１の直線部に均一に分布して巻回されているため、全ての差分巻線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに共通してかかっている共通磁場を効率よく検出することが出来る。

図４に示すように、４個の差分巻線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの間に、共通巻線４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ同方向に巻回し、直列接続して、共通磁場検出コイル４としてもよい。

差分巻線数は４個に限定されず、６個，８個，１０個，…としてもよい。

本発明の拡張差分型フラックスゲートセンサは、磁気センサとして利用できる。

実施例１に係る拡張差分型フラックスゲートセンサを示す構成説明図である。 実施例１に係る拡張差分型フラックスゲートセンサにかかる磁場を示す説明図である。 実施例１に係る拡張差分型フラックスゲートセンサから発生する磁場を示す説明図である。 実施例２に係る拡張差分型フラックスゲートセンサを示す構成説明図である。

符号の説明

１ コア
２ 励磁コイル
３ 差分磁場検出コイル
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 差分巻線
４ 共通磁場検出コイル
４ａ，４ｂ，４ｃ 共通巻線
５ 第１のフィードバック回路
６ 第２のフィードバック回路
１０ 拡張差分型フラックスゲートセンサ

Claims (3)

1. コアと、前記コアに巻回された励起コイルと、前記コアにピッチＬで交互に逆方向に巻回された２×Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の差分巻線からなる差分磁場検出コイルと、前記コアに一方向に巻回された１個以上の共通巻線からなる共通磁場検出コイルと、前記差分磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第１のフィードバック回路と、前記共通磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第２のフィードバック回路とを具備したことを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサ。
2. 請求項１に記載の拡張差分型フラックスゲートセンサにおいて、前記コアが、「（２×Ｎ−１）×Ｌ」より長い２つの平行な直線部を有するレーストラック形状であることを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサ。
3. 請求項２に記載の拡張差分型フラックスゲートセンサにおいて、前記共通磁場検出コイルが、前記コアの直線部に均一に分布して巻回された１個の共通巻線からなることを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサ。

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