JP2009047463A - Magnetism detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地磁気等の微弱な磁気を検知する磁気検出装置に関する。 The present invention relates to a magnetic detection device that detects weak magnetism such as geomagnetism.
特許文献1には、アモルファスワイヤ(感磁体)の周囲を巻回した検出コイルの電気出力を測定することにより、アモルファスワイヤに作用する磁気を測定することが開示されている。この特許文献1の技術では、アモルファスワイヤに通電する電流の遮断による立ち上がり時の電流変化により誘起される減衰振動電圧をサンプルホールド回路で検出する構成になっている。 Patent Document 1 discloses measuring magnetism acting on an amorphous wire by measuring an electrical output of a detection coil wound around the amorphous wire (magnetic sensor). The technique of Patent Document 1 is configured to detect a damped oscillation voltage induced by a current change at the start-up due to interruption of a current flowing through an amorphous wire by a sample hold circuit.
一方、マグネトーインピーダンス(MI素子)の周囲に検出コイルを巻回すると共に、更に、マグネトーインピーダンス素子の周囲に高磁界を付与するバイアスコイルを設け、磁気強度に応じて変化する検出コイルの電圧を測定することが公知である(公知技術1)。この公知技術1では、図2に符号aで示すように、MI素子は磁界強度が所定の領域(3〜5G(ガウス))で比例特性を有する為、この比例特性領域aで検出コイルの出力を検出するようにしたものである。 On the other hand, a detection coil is wound around the magneto-impedance (MI element), and a bias coil for applying a high magnetic field is provided around the magneto-impedance element to measure the voltage of the detection coil that changes according to the magnetic strength. It is known (Known technique 1). In the known technique 1, as indicated by a symbol a in FIG. 2, the MI element has a proportional characteristic in a predetermined region (3 to 5 G (Gauss)), so that the output of the detection coil is in this proportional property region a. Is to be detected.
しかし、特許文献1の技術では、アモルファスワイヤは感度特性が低いと共に、サンプルホールド回路が必要になる為、磁気検出回路が複雑になるという問題がある。 However, the technique of Patent Document 1 has a problem that the amorphous wire has low sensitivity characteristics and requires a sample-and-hold circuit, which complicates the magnetic detection circuit.
上述の公知技術1は、MI素子を利用している為磁気感度特性や感磁界方向等の制御性に優れるものの、図2に示すように、比例特性領域a(4G付近)になるように磁界強度を付与するコイル(以下「磁界コイル」という)が必要になるという問題がある。 Although the above-described known technique 1 uses an MI element and has excellent controllability such as magnetic sensitivity characteristics and direction of magnetic field, as shown in FIG. 2, a magnetic field is set so as to be in a proportional characteristic region a (near 4G). There is a problem that a coil for imparting strength (hereinafter referred to as “magnetic field coil”) is required.
本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、磁気感度特性に優れ且つ簡易な構成でMI素子の比例特性領域を利用して磁気を検出できる磁気検出装置を提供することにある。 The present invention has been made by paying attention to the above circumstances, and provides a magnetic detection device that can detect magnetism using the proportional characteristic region of the MI element with a simple configuration and excellent magnetic sensitivity characteristics.
請求項1に記載された発明は、直列に接続され且つ互いに平行に配置された複数のマグネトーインピーダンス素子と、複数のマグネトーインピーダンス素子全体の周囲に巻回したコイルと、コイルの電気出力を検出する出力検知部と、コイルに通電する通電部と、コイルの接続を通電部と出力検出部とに切り替えるスイッチ手段とを備え、通電部からコイルに通電してマグネトーインピーダンス素子に一時的に磁界を加えた後に、スイッチ手段によりコイルの接続を出力検出部に切り替えてコイルの電気出力を測定することにより、磁気を測定することを特徴とする。 The invention described in claim 1 detects a plurality of magneto-impedance elements connected in series and arranged in parallel to each other, a coil wound around the whole of the plurality of magneto-impedance elements, and an electrical output of the coil. An output detection unit, an energization unit for energizing the coil, and switch means for switching the connection of the coil between the energization unit and the output detection unit are energized from the energization unit to the coil to temporarily apply a magnetic field to the magneto-impedance element. After that, the magnetism is measured by switching the connection of the coil to the output detector by the switch means and measuring the electrical output of the coil.
本発明者らは、直列に接続し且つ平行に配置したマグネトーインピーダンス素子においては、一時的に所定の磁界強度を与えると、図2に示すような、磁界強度に対する抵抗値を示す曲線Aがそのまま平行移動する曲線Bとなるヒステリシスを生じることを発見した。 In the magneto-impedance elements connected in series and arranged in parallel, the inventors of the present invention have a curve A indicating a resistance value with respect to the magnetic field strength as shown in FIG. It has been found that a hysteresis is generated that results in a curve B that translates.
従って、図2に示すように、マグネトーインピーダンス素子における磁界強度と抵抗値との関係では、比例特性を示す領域aは、例えば、4G(ガウス)±0.3Gの範囲であったが、ヒステリシスを生じさせることにより、磁界強度と抵抗値との関係の曲線Aが平行移動し、比例特性を示す領域aを4Gよりも低い領域(0±0.3G)とすることができた。 Accordingly, as shown in FIG. 2, in the relationship between the magnetic field strength and the resistance value in the magneto-impedance element, the region a showing the proportional characteristic is, for example, in the range of 4G (Gauss) ± 0.3G, but the hysteresis is reduced. As a result, the curve A of the relationship between the magnetic field strength and the resistance value moved in parallel, and the region a showing the proportional characteristic could be made a region lower than 4G (0 ± 0.3G).
更に、このような現象は、単にマグネトーインピーダンス素子に一時的な磁界をかけるのではなく、直列に接続した複数のマグネトーインピーダンス素子を平行に配置した場合に生じることが分かった。 Furthermore, it has been found that such a phenomenon occurs when a plurality of magneto-impedance elements connected in series are arranged in parallel, instead of simply applying a temporary magnetic field to the magneto-impedance elements.
従って、請求項1に記載された発明によれば、公知技術1のようなバイアスコイルを設けることなく、低い磁界強度の領域でも、マグネトーインピーダンス素子の磁界強度と抵抗値との関係において比例特性領域を利用して磁気強度を測定できる。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, the proportional characteristic region can be obtained in the relationship between the magnetic field strength and the resistance value of the magneto-impedance element even in the low magnetic field strength region without providing the bias coil as in the known technique 1. Can be used to measure the magnetic strength.
しかも、コイルの接続をスイッチ手段により通電部と出力検知部とに切り替えることにより、マグネトーインピーダンス素子に一時的に磁界をかけて電気出力を測定できるので、簡易な構成(回路)とすることができる。 In addition, by switching the connection of the coil between the energization unit and the output detection unit by the switch means, the magnetic output can be temporarily applied to the magneto-impedance element to measure the electrical output, so that a simple configuration (circuit) can be obtained. .
以下に、添付図面の図1〜図3を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の構成を示す回路図であり、図2は本実施の形態におけるマグネトーインピーダンス素子に一時的に磁界を印加した場合のヒステリシスを説明したグラフであり、図3は隣り合うマグネトーインピーダンス素子間の間隔Sを一定にしてマグネトーインピーダンス素子の幅Wを変えたときの、ヒステリシスの度合い(比例特性領域の磁気軸中央部の磁界強度)を示すグラフである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3 of the accompanying drawings. FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a magnetic detection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph illustrating hysteresis when a magnetic field is temporarily applied to a magneto-impedance element according to the present embodiment. FIG. 3 is a graph showing the degree of hysteresis (magnetic field strength at the center of the magnetic axis in the proportional characteristic region) when the width W of the magneto-impedance element is changed while the interval S between adjacent magneto-impedance elements is constant. is there.
本実施の形態に係る磁気検出装置1は、携帯電話に搭載される方位計として用いられるものであり、地磁気の強度を検知して方位を測定するものである。 The magnetic detection device 1 according to the present embodiment is used as an azimuth meter mounted on a mobile phone, and measures the azimuth by detecting the intensity of geomagnetism.
この磁気検出装置1は、マグネトーインピーダンス素子部3と、マグネトーインピーダンス素子部3の周囲に巻回したコイル5と、コイルの電気出力を検出する出力検知部7と、コイル5に通電する通電部9と、コイル5の接続を通電部9と出力検出部7とに切り替えるスイッチ手段11とから構成されている。これらの各構成要素は、ICチップ上にオンチップで形成されている。
The magnetic detection device 1 includes a magneto-impedance element unit 3, a
マグネトーインピーダンス素子部3は、本実施の形態では、2本のマグネトーインピーダンス素子13を並列に配置して、結合部14により互いに直列に接続しており、全体として略U字形状を成している。マグネトーインピーダンス素子13の幅Wは約40μmであり、2本のマグネトーインピーダンス素子13、13間の間隔Sは約20μである。
In the present embodiment, the magneto-impedance element section 3 has two magneto-
マグネトーインピーダンス素子13は、高周波電流やパルス波を通電したときに、外部磁界を受けるとインピーダンスが大きく変化するものであり、本実施の形態では一端が高周波電流を供給する電流回路12に接続されている。
The magneto-
マグネトーインピーダンス素子13の幅Wと、マグネトーインピーダンス素子13、13間の間隔Sとの関係については、後述する。
The relationship between the width W of the magneto-
コイル5はマグネトーインピーダンス素子部3の周囲に巻いてあり、一端部5aはグランド電極に接続してあり、他端部5bにはスイッチ手段11が設けてあり、スイッチ手段11の切り替えにより、通電部9に接続されて通電し又は出力検出部7に接続されてコイルの電気出力(電圧)を測定するようになっている。
The
スイッチ手段11は、スイッチ制御部15に接続されており、例えば、磁気検出装置を駆動する駆動信号を受けると、一時的に通電部9にスイッチ手段11を接続し、次に出力検出部7に接続するようになっている。
The
出力検出部7は、コンデンサ17と電圧増幅器19とを有しており、コイル15の誘起電圧がコンデンサ17に印加され、電圧増幅器19はコイルが検出した電圧を直流電圧に変換することにより、マグネトーインピーダンス素子部3が受ける外部磁界の大きさに対応する電圧を出力する。これにより、外部磁気によるマグネトーインピーダンス素子13の抵抗変化を、コイル15に生じた誘起電圧の変化として測定することができる。
The
次に、本実施の形態に係る磁気検出装置1の使用方法及び作用効果を説明する。本実施の形態に係る磁気検出装置1において、地磁気を検出するときには、電流回路12からマグネトーインピーダンス素子部3に高周波電流が供給される。
Next, a method of using the magnetic detection device 1 according to the present embodiment and its operation and effects will be described. In the magnetic detection device 1 according to the present embodiment, when detecting geomagnetism, a high-frequency current is supplied from the
マグネトーインピーダンス素子13は、地磁気を受けると、その磁気強度に対応して抵抗が変化するので、それに対応してマグネトーインピーダンス素子部3の周囲に巻かれたコイル5の電圧が変化する。
When the magneto-
一方、スイッチ制御部15では、コイル5の電圧を出力検出部7で検出する前に、一度スイッチ手段11を通電部9に接続して、一時的にコイル5に通電してマグネトーインピーダンス素子部3に例えば10Gの強さの磁界を付与した後、スイッチ手段11を出力検出部7に接続して、コイル5の電圧を検出する。
On the other hand, in the
コイル5の電圧を出力検出部7で検出する前に、一時的にコイル5に通電して、マグネトーインピーダンス素子部3に一時的に強磁界を付与すると、図2に示すように、マグネトーインピーダンス素子部3では、磁界強度Gに対する抵抗値Rを示す特性曲線Aが、そのまま、磁界強度Gが低い方(磁界強度に対する感度が高い方)に平行移動する曲線Bとなるヒステリシスを生じる。尚、図2に示す例では、コイル5にはインピーダンス素子部3の磁界強度が10Gとなるように通電している。
Before the voltage of the
従って、マグネトーインピーダンス素子13における磁界強度Gと抵抗値Rとの関係では、曲線Aで比例特性を示す領域aは、ヒステリシスによる曲線Bでは磁界強度が低い位置にある為、低い磁界強度において比例特性を示すことになる。換言すれば、本発明によればマグネトーインピーダンス素子13の磁気感度を高めることができる。
Accordingly, in the relationship between the magnetic field strength G and the resistance value R in the magneto-
また、従来の公知技術1のように、磁界強度Gに対する抵抗値Rを示す特性曲線Aの比例特性領域aで検出する為に、測定中にマグネトーインピーダンス素子13に磁界(4G)を付与する為の磁界コイルを設ける必要がないので、構成が簡易である。
Further, in order to detect in the proportional characteristic region a of the characteristic curve A indicating the resistance value R with respect to the magnetic field strength G as in the conventional known technique 1, the magnetic field (4G) is applied to the magneto-
ここで、図2に示すマグネトーインピーダンス素子部3のヒステリシスにおける、マグネトーインピーダンス素子13の幅Wと間隔Sとの関係について説明する。
Here, the relationship between the width W of the magneto-
マグネトーインピーダンス素子部3に磁界を付与すると磁界強度と抵抗との関係を示す特性曲線Aはヒステリシスを生じて平行移動するが、その平行移動する量はマグネトーインピーダンス素子の幅Wと間隔Sとにより異なることが分かった。 When a magnetic field is applied to the magneto-impedance element section 3, the characteristic curve A indicating the relationship between the magnetic field strength and the resistance is translated with hysteresis, but the amount of translation varies depending on the width W and the spacing S of the magneto-impedance elements. I understood that.
上述の実施の形態と同様にコイル5に電流を流してマグネトーインピーダンス素子13に10Gを印加した後に、マグネトーインピーダンス素子13の磁気検知特性について調べる実験を行った。この実験においては、間隔Sを20μmで一定とし、マグネトーインピーダンス素子13の幅Wを種々変更して、比例特性領域aの磁気中央点E(4G)が0となる点を測定した。その結果は、図3に示すように、Wが約40μmのときに比例特性領域aの磁気中央点Eが0となった。また、図3から明らかなように、Wが20μmからその幅を増やしていくほど、比例特性領域aの磁気中央点Eは0に近づいていくので、少なくとも、W/S>1であれば、マグネトーインピーダンス素子の磁気検知精度が高まるのは明らかであり、好ましくは、W/S≧2である。
Similarly to the above-described embodiment, an experiment was conducted to investigate the magnetic detection characteristics of the magneto-
また、マグネトーインピーダンス素子部3に印加するバイアス磁界の大きさによっても異なるが、コイル5により一時的に印加する磁界は5G以上が好ましく、10Gであれば、比例特性領域aの磁気中央点Eが0となるので、地磁気等の弱い磁気を検知するのには充分であった。
Further, although depending on the magnitude of the bias magnetic field applied to the magneto-impedance element unit 3, the magnetic field temporarily applied by the
本発明は、上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、本発明に係る磁気検出装置は、地磁気を検出することに限らず、磁極が移動するものの位置を検知する位置検知装置として用いるものであっても良い。 For example, the magnetic detection device according to the present invention is not limited to detecting geomagnetism, but may be used as a position detection device that detects the position of the magnetic pole moving.
マグネトーインピーダンス素子部は、2本のマグネトーインピーダンス素子で略U字に形成することに限らず、3本又は4本等を平行に配置して各々直列に接続するものであっても良い。 The magneto-impedance element portion is not limited to being formed in a substantially U shape by two magneto-impedance elements, but may be three or four arranged in parallel and connected in series.
1 磁気検出装置
3 マグネトーインピーダンス素子部
5 コイル
7 出力検出部
9 通電部
11 スイッチ手段
13 マグネトーインピーダンス素子
W マグネトーインピーダンス素子の幅
S マグネトーインピーダンス素子間の間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic detection apparatus 3 Magneto
Claims (1)
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---|---|---|---|
JP2007211639A JP2009047463A (en) | 2007-08-15 | 2007-08-15 | Magnetism detector |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007211639A JP2009047463A (en) | 2007-08-15 | 2007-08-15 | Magnetism detector |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103405231A (en) * | 2013-07-24 | 2013-11-27 | 南京医科大学 | Magnetic sensor based system and method for acquiring weak biomagnetic signals |
-
2007
- 2007-08-15 JP JP2007211639A patent/JP2009047463A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103405231A (en) * | 2013-07-24 | 2013-11-27 | 南京医科大学 | Magnetic sensor based system and method for acquiring weak biomagnetic signals |
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