JP2020041945A - Magnetic field detection sensor - Google Patents
Magnetic field detection sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020041945A JP2020041945A JP2018170623A JP2018170623A JP2020041945A JP 2020041945 A JP2020041945 A JP 2020041945A JP 2018170623 A JP2018170623 A JP 2018170623A JP 2018170623 A JP2018170623 A JP 2018170623A JP 2020041945 A JP2020041945 A JP 2020041945A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- bias
- magnetic
- signal
- detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、磁気インピーダンス効果を利用する磁界検出センサに関する。 The present invention relates to a magnetic field detection sensor using a magnetic impedance effect.
一般的に、磁性体を利用している様々な電気部品等はヒステリシス特性を有している。すなわち、磁性体に印加される磁界Hと磁束密度Bとの関係を表すB−Hカーブにおいて、磁界Hが増大する方向に変化する場合の特性と、その反対に磁界Hが減少する方向に変化する場合の特性との間にヒステリシスに応じた違いが現れる。したがって、ヒステリシスを有する磁性体を利用する磁界検出センサ等においては、その検出結果にヒステリシスの影響が誤差として現れる。そのため、検出精度を上げるためにヒステリシスの影響を抑制する必要がある。 Generally, various electric components and the like using a magnetic material have hysteresis characteristics. That is, in the BH curve representing the relationship between the magnetic field H applied to the magnetic body and the magnetic flux density B, the characteristic when the magnetic field H changes in the increasing direction and the characteristic when the magnetic field H decreases in the reverse direction. And a characteristic corresponding to the hysteresis appears. Therefore, in a magnetic field detection sensor or the like using a magnetic material having hysteresis, the effect of hysteresis appears as an error in the detection result. Therefore, it is necessary to suppress the influence of hysteresis in order to increase the detection accuracy.
例えば、特許文献1の電流検出器は、複雑な動作を伴うことなく、簡易な構成でヒステリシスの影響を解消するための技術を示している。具体的には、被検出電流の導通時に発生する磁界の周回方向に沿って環状に配置され、一部にホール素子を配置するギャップが形成された磁性体コアと、この磁性体コアに設けられた消磁用コイルに対し、所定範囲内の周波数で所定の減衰特性を有した交流電流を印加することにより、磁性体コアに残留した磁束を消去する消磁回路を備えている。 For example, the current detector of Patent Document 1 shows a technique for eliminating the effect of hysteresis with a simple configuration without complicated operation. More specifically, a magnetic core is provided in the form of a magnetic core that is annularly arranged along the circumferential direction of the magnetic field generated when the detected current is conducted, and has a gap in which a Hall element is arranged in part, and a magnetic core. A degaussing circuit is provided that applies an alternating current having a predetermined attenuation characteristic at a frequency within a predetermined range to the degaussing coil, thereby eliminating magnetic flux remaining on the magnetic core.
また、特許文献2の電流センサは、導電部材が通されるコアの通し孔を大きくしても、ヒステリシスの増加を抑制可能にするための技術を示している。具体的には、板材を曲げ加工してコアを形成し、コアの両端部に対向配置された一対の対向片に突起部を半抜き加工により成形し、突起部間にホール素子を配置する。突起部を設けてコアギャップ断面積を小さくすることにより、パーミアンス係数が小さくなって、ヒステリシスが小さくなる。したがって、通し孔を大きくした場合のヒステリシスの増加分が相殺される。
Further, the current sensor disclosed in
また、特許文献3の磁気センサは、ヒステリシスの影響を受けずに外部磁界を正常に検出するための技術を示している。具体的には、電流制御部は、コイル磁界Hの強度を初期値から一方的に増加、または一方的に減少させるように電流を制御する。これにより、被測定磁界Hoを相殺し、あるいはその一部を打ち消すことができる。そして、電流制御部は、検出信号が入力されたとき、コイル磁界Hの強度を初期値に戻すように電流を制御する。また、特徴的な構成として、初期値が、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に飽和磁化を与える磁界の強度であることを示している。つまり、測定が完了するたびに、与えられるコイル磁界Hの強度が初期値に戻されるとともに、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子が磁化飽和され、電流制御の動作点は、常にヒステリシス曲線の線形性を有するルート部分のうち、一定のルート部分で行われる。 The magnetic sensor disclosed in Patent Document 3 discloses a technique for normally detecting an external magnetic field without being affected by hysteresis. Specifically, the current control unit controls the current so that the intensity of the coil magnetic field H unilaterally increases or unilaterally decreases from the initial value. As a result, the measured magnetic field Ho can be canceled or a part thereof can be canceled. Then, when the detection signal is input, the current control unit controls the current so that the strength of the coil magnetic field H returns to the initial value. Also, as a characteristic configuration, it is shown that the initial value is the intensity of a magnetic field that gives a saturation magnetization to the spin-valve magnetoresistive element. That is, each time the measurement is completed, the intensity of the applied coil magnetic field H is returned to the initial value, the magnetization of the spin-valve magnetoresistive element is saturated, and the operating point of the current control always shows the linearity of the hysteresis curve. It is performed in a certain route portion among the route portions that the user has.
ところで、アモルファス合金ワイヤなどの高透磁率合金磁性体においては、表皮効果の影響により、外部磁界に応じてインピーダンスが敏感に変化する。これが磁気インピーダンス効果である。磁気センサが、磁気インピーダンス効果を利用した磁気検出素子(MI素子)を備えた場合においても上記のようなヒステリシスの影響が現れるので、検出精度を上げるためにはヒステリシスの影響を抑制する必要がある。 Meanwhile, in a high-permeability alloy magnetic material such as an amorphous alloy wire, the impedance changes sensitively in response to an external magnetic field due to the skin effect. This is the magneto-impedance effect. Even when the magnetic sensor includes a magnetic detection element (MI element) utilizing the magnetic impedance effect, the above-described effect of the hysteresis appears. Therefore, to increase the detection accuracy, it is necessary to suppress the influence of the hysteresis. .
しかしながら、特許文献1の技術では専用の消磁回路およびコイルを付加する必要があるのでセンサが大型化するのは避けられない。また、特許文献2の技術では、突起部とホール素子の位置のばらつきによる誤差の発生が懸念される(特許文献2の段落「0053」参照)。また、特許文献3の技術では、磁界が初期値Hs以上の磁場環境下では計測不能であり、検出可能な範囲が狭いという問題がある。
However, in the technique of Patent Document 1, it is necessary to add a dedicated degaussing circuit and a coil, so that it is inevitable that the sensor becomes large. Further, in the technique of
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化や検出範囲の制限などの弊害を伴うことなくヒステリシスの影響を抑制し検出精度を上げることが可能な磁界検出センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetic field detection capable of suppressing the influence of hysteresis and increasing the detection accuracy without causing adverse effects such as an increase in size and a limitation of a detection range. It is to provide a sensor.
前述した目的を達成するために、本発明に係る磁界検出センサは、下記(1)〜(5)を特徴としている。
(1) 磁気インピーダンス効果が生じる磁性材料および前記磁性材料にバイアス磁界を印加するバイアスコイルを含む磁気検出素子と、前記磁性材料に高周波電流を供給する高周波発振回路と、を有する磁界検出センサであって、
前記磁気検出素子における磁束密度が飽和するレベルよりも振幅が大きい交流バイアス磁界を発生するための交流バイアス電流を、前記バイアスコイルに供給する交流バイアス回路と、
前記交流バイアス電流の交流波形に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号のタイミングに従い、前記磁気検出素子の検出状態を反映した信号を検出する信号検出部と、
を備えることを特徴とする磁界検出センサ。
In order to achieve the above-mentioned object, a magnetic field detection sensor according to the present invention has the following features (1) to (5).
(1) A magnetic field detection sensor comprising: a magnetic material having a magnetic impedance effect; a magnetic detection element including a bias coil for applying a bias magnetic field to the magnetic material; and a high-frequency oscillation circuit for supplying a high-frequency current to the magnetic material. hand,
An AC bias circuit for supplying an AC bias current for generating an AC bias magnetic field having an amplitude larger than a level at which the magnetic flux density in the magnetic detection element is saturated to the bias coil,
A timing signal generator that generates a timing signal synchronized with the AC waveform of the AC bias current;
According to the timing of the timing signal, a signal detection unit that detects a signal reflecting the detection state of the magnetic detection element,
A magnetic field detection sensor comprising:
(2) 前記信号検出部が、前記タイミング信号のタイミングに従い、前記交流波形の所定区間における信号のピーク値を検出するピーク検出部を有する、
ことを特徴とする上記(1)に記載の磁界検出センサ。
(2) The signal detection unit includes a peak detection unit that detects a peak value of a signal in a predetermined section of the AC waveform according to a timing of the timing signal.
The magnetic field detection sensor according to the above (1), wherein:
(3) 前記磁気検出素子における感磁軸と、前記交流バイアス磁界の変化軸と、前記磁気検出素子における検出対象の外部磁場の変化軸とが同じ方向に揃えて配置され、
前記信号検出部は、前記外部磁場の方向と、前記交流バイアス磁界の方向とが一致するタイミングで、前記磁気検出素子の磁気検出状態を反映した信号を検出する、
ことを特徴とする上記(1)または(2)に記載の磁界検出センサ。
(3) the magnetic sensing axis of the magnetic sensing element, the axis of change of the AC bias magnetic field, and the axis of change of the external magnetic field to be detected in the magnetic sensing element are arranged in the same direction;
The signal detection unit detects a signal reflecting a magnetic detection state of the magnetic detection element at a timing when the direction of the external magnetic field and the direction of the AC bias magnetic field match.
The magnetic field detection sensor according to the above (1) or (2), wherein
(4) 前記信号検出部は、前記外部磁場および前記交流バイアス磁界が所定方向に対してプラス方向およびマイナス方向に現れる場合の、それぞれの方向の信号を個別に検出する複数のピーク検出部を有する、
ことを特徴とする上記(3)に記載の磁界検出センサ。
(4) The signal detection unit has a plurality of peak detection units that individually detect signals in the respective directions when the external magnetic field and the AC bias magnetic field appear in a plus direction and a minus direction with respect to a predetermined direction. ,
The magnetic field detection sensor according to the above (3), wherein:
(5) 前記磁気検出素子を含むブリッジ回路を構成し、前記磁気検出素子におけるインピーダンス変化を前記ブリッジ回路により前記信号として検出する、
ことを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の磁界検出センサ。
(5) A bridge circuit including the magnetic detection element is configured, and a change in impedance in the magnetic detection element is detected as the signal by the bridge circuit.
The magnetic field detection sensor according to any one of (1) to (4), wherein:
上記(1)の構成の磁界検出センサによれば、信号検出部が磁気検出素子の磁気検出状態を把握する際に、磁気検出素子におけるヒステリシス特性の影響を抑制できる。すなわち、交流バイアス電流により発生する交流バイアス磁界の影響で、外部磁界が印加されない状態でも、磁気検出素子は磁束密度が飽和する状態まで遷移するため、ヒステリシスの影響を受けにくくなる。更に、信号検出部がタイミング信号のタイミングに従って磁気検出素子の磁気検出状態を把握するので、外部磁界の変化の方向と、交流バイアス磁界の変化の方向とが揃うタイミングを特定できる。つまり、外部磁界の変化の方向と、交流バイアス磁界の変化の方向とが揃うタイミングで外部磁界を検出することにより、ヒステリシス特性における方向の違いの影響を避けることが可能になる。また、交流バイアス磁界を利用するので、プラス方向とマイナス方向の両方の外部磁界を検出可能になる。 According to the magnetic field detection sensor having the configuration (1), when the signal detection unit grasps the magnetic detection state of the magnetic detection element, it is possible to suppress the influence of the hysteresis characteristic of the magnetic detection element. That is, due to the effect of the AC bias magnetic field generated by the AC bias current, even when no external magnetic field is applied, the magnetic detection element transitions to a state where the magnetic flux density is saturated, and thus is less affected by hysteresis. Further, since the signal detection unit grasps the magnetic detection state of the magnetic detection element according to the timing of the timing signal, it is possible to specify the timing at which the direction of the change of the external magnetic field and the direction of the change of the AC bias magnetic field are aligned. That is, by detecting the external magnetic field at a timing when the direction of the change of the external magnetic field and the direction of the change of the AC bias magnetic field are aligned, it is possible to avoid the influence of the difference in the direction on the hysteresis characteristic. Further, since the AC bias magnetic field is used, both the positive and negative external magnetic fields can be detected.
上記(2)の構成の磁界検出センサによれば、ピーク検出部が検出するピーク値は、磁気検出素子に印加される交流バイアス磁界の変化の方向が切り替わる直前のタイミングにおける信号のレベルを表す。したがって、磁気検出素子のヒステリシス特性における方向の違いの影響が現れる前に必要な信号の情報を取得できる。また、ピーク検出部はタイミング信号のタイミングに従うので、外部磁界の変化の方向と、交流バイアス磁界の変化の方向とが揃っているタイミング、すなわち交流波形の所定区間における信号のピーク値を検出できる。 According to the magnetic field detection sensor having the configuration (2), the peak value detected by the peak detection unit indicates the signal level at the timing immediately before the direction of change of the AC bias magnetic field applied to the magnetic detection element is switched. Therefore, necessary signal information can be obtained before the influence of the difference in the direction on the hysteresis characteristic of the magnetic sensing element appears. Further, since the peak detector follows the timing of the timing signal, it can detect the timing when the direction of the change in the external magnetic field and the direction of the change in the AC bias magnetic field are aligned, that is, the peak value of the signal in a predetermined section of the AC waveform.
上記(3)の構成の磁界検出センサによれば、磁気検出素子における感磁軸と、外部磁場の変化軸とを同じ方向に揃えることにより、外部磁場に対する検出感度を高めることができる。また、外部磁場の変化軸と、交流バイアス磁界の変化軸とを同じ方向に揃え、且つこれらの方向が一致するタイミングを信号検出部が把握することにより、ヒステリシス特性における方向の違いの影響を避けることが可能になる。 According to the magnetic field detection sensor having the above configuration (3), the detection sensitivity to the external magnetic field can be increased by aligning the magnetic sensing axis of the magnetic detection element and the change axis of the external magnetic field in the same direction. In addition, the change axis of the external magnetic field and the change axis of the AC bias magnetic field are aligned in the same direction, and the signal detection unit grasps the timing at which these directions match, thereby avoiding the influence of the difference in the direction on the hysteresis characteristics. It becomes possible.
上記(4)の構成の磁界検出センサによれば、プラス方向およびマイナス方向の両方の外部磁場の大きさを、複数のピーク検出部でそれぞれ検出できる。また、プラス方向およびマイナス方向のそれぞれの外部磁場と、交流バイアス磁界の変化の方向が揃うタイミングでそれぞれのピーク値を検出できる。 According to the magnetic field detection sensor having the configuration (4), the magnitudes of the external magnetic field in both the plus direction and the minus direction can be detected by the plurality of peak detection units. Further, each peak value can be detected at a timing when the external magnetic field in the plus direction and the negative direction and the change direction of the AC bias magnetic field are aligned.
上記(5)の構成の磁界検出センサによれば、外部磁場に応じて前記磁気検出素子のインピーダンスが変化する場合に、外部磁場に応じて高感度で変化する信号を前記ブリッジ回路から出力できる。 According to the magnetic field detection sensor having the configuration (5), when the impedance of the magnetic detection element changes according to the external magnetic field, a signal that changes with high sensitivity according to the external magnetic field can be output from the bridge circuit.
本発明の磁界検出センサによれば、ヒステリシスの影響を抑制できるので、検出精度を上げることが可能である。また、消磁回路が不要なので小型化が可能である。また、特別な磁性体コアを必要としないので、磁性体コアのヒステリシスを考慮する必要がない。また、外部磁場の検出範囲に影響を及ぼすことなくヒステリシスを抑制できるので、広い範囲に亘って外部磁場を検出できる。 According to the magnetic field detection sensor of the present invention, since the influence of hysteresis can be suppressed, it is possible to increase the detection accuracy. Further, since a degaussing circuit is not required, miniaturization is possible. Further, since no special magnetic core is required, it is not necessary to consider the hysteresis of the magnetic core. Further, since the hysteresis can be suppressed without affecting the detection range of the external magnetic field, the external magnetic field can be detected over a wide range.
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。 The present invention has been briefly described above. Further, details of the present invention will be further clarified by reading through embodiments for carrying out the invention described below (hereinafter, referred to as “embodiments”) with reference to the accompanying drawings. .
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<磁界検出センサの構成例>
本発明の実施形態における磁界検出センサ10の構成例を図1に示す。
<Configuration example of magnetic field detection sensor>
FIG. 1 shows a configuration example of the magnetic
図1に示した磁界検出センサ10は、外部磁場を検出するために磁気インピーダンス素子20を備えている。この磁気インピーダンス素子20は、磁気インピーダンス効果が生じる磁性材料により構成される磁性薄膜21を含んでいる。また、この磁性薄膜21に交流バイアス磁界を印加できるように、磁性薄膜21の周囲に巻き付けた状態でバイアスコイル22が配置されている。本実施形態では、特に磁性薄膜21のヒステリシスの影響を抑制するために交流バイアス磁界を利用している。
The magnetic
図1に示した構成においては、磁気インピーダンス素子20の磁性薄膜21は抵抗器13a、13b、13cと共にフルブリッジ回路13を構成している。つまり、磁性薄膜21の抵抗値の変動をフルブリッジ回路13で検出できるように構成されている。
In the configuration shown in FIG. 1, the magnetic
なお、本実施形態で採用している磁気インピーダンス素子20は、外部磁界が印加されない基準状態でインピーダンスが最大になる特性を有している。そして、磁気インピーダンス素子20のインピーダンスが最大になった状態でフルブリッジ回路13が平衡状態になるように、抵抗器13a、13b、および13cの各抵抗値を選定してある。
Note that the
フルブリッジ回路13の2つの入力端子の一方はバッファ12の出力と接続され、他方は接地されている。バッファ12の入力には発振器11が接続されている。発振器11は、例えば数十〜数百[MHz]程度の周波数の高周波電圧を、バッファ12を経由してフルブリッジ回路13に供給する。発振器11は、矩形波、正弦波、三角波などの波形の信号を出力できる。
One of the two input terminals of the
フルブリッジ回路13の2つの出力端子は、差動増幅器14の2つの差動入力端子14a、14bと接続されている。また、バイアスコイル22は一方の端子が増幅器(AMP)15の出力と接続され、他方の端子が接地されている。増幅器15は、交流バイアス信号SGCを増幅してバイアスコイル22に供給する。
Two output terminals of the
差動増幅器14の出力にはフィルタ16が接続されている。フィルタ16はローパスフィルタ(LPF)である。また、フィルタ16の出力には増幅器17が接続され、増幅器17の出力には更にフィルタ18が接続されている。フィルタ18もローパスフィルタである。フィルタ18の出力信号Vout1は、磁気インピーダンス素子20が検出した外部磁場の大きさを表す成分を含んでいる。
A
フィルタ18の出力には、2つのアナログスイッチ23、24の入力端子がそれぞれ接続されている。また、アナログスイッチ23の出力端子には、ピークホールド回路25の入力端子が接続され、アナログスイッチ24の出力端子にピークホールド回路26の入力端子が接続されている。
Input terminals of two
マイクロコンピュータ(マイコン)27は、予め組み込まれたプログラムに従って動作し、この磁界検出センサ10の制御を実施する。具体的には、交流バイアス信号SGCをマイクロコンピュータ27が生成する。交流バイアス信号SGCの波形は三角波であり、交流バイアス信号SGCの周波数は発振器11が出力する信号に比べて遙かに低い。また、マイクロコンピュータ27は交流バイアス信号SGCの波形にタイミングが同期した区間決定信号SGDを生成する。この区間決定信号SGDは、ピークホールド回路25および26の制御入力端子に印加される。
The microcomputer (microcomputer) 27 operates according to a program incorporated in advance and controls the magnetic
マイクロコンピュータ27は、ピークホールド回路25が出力するA出力信号SGA、およびピークホールド回路26が出力するB出力信号SGBに基づいて、磁気インピーダンス素子20に加わった外部磁場の大きさを算出し把握する。
The
<磁界検出センサの動作の概要>
図1に示した磁気インピーダンス素子20は、磁性薄膜21に高周波のキャリア電流を印加することで、磁界に対してインピーダンスが変化するデバイスになる。したがって、発振器11が出力する高周波信号をバッファ12を介してフルブリッジ回路13に供給し、磁性薄膜21に高周波のキャリア電流を流す。
<Overview of the operation of the magnetic field detection sensor>
The
また、交流バイアス信号SGCを増幅器15を介してバイアスコイル22に供給する。したがって、バイアスコイル22が発生する交流バイアス磁界が定常的に磁性薄膜21に印加される。ここで、交流バイアス磁界の振幅は、磁性薄膜21の磁束密度が飽和するレベル以上とする。
Further, the AC bias signal SGC is supplied to the
磁気インピーダンス素子20を含むフルブリッジ回路13は、磁性薄膜21に印加される磁界に応じた磁性薄膜21のインピーダンス変化を、電圧として出力する。フルブリッジ回路13が出力する電圧は、差動増幅器14で増幅され、フィルタ16で高周波ノイズが除去される。更に、フィルタ16の出力電圧は増幅器17で増幅され、フィルタ18でノイズ除去されて出力信号Vout1になる。
The
フィルタ18から出力される出力信号Vout1に含まれる各信号成分を複数の区間に分けて個別に処理するために、マイクロコンピュータ27が出力する区間決定信号SGDを用いてアナログスイッチ23、24のオンオフ制御を実施する。具体的には、区間決定信号SGDの電圧が低レベルになるA読取区間T1(図5参照)では、アナログスイッチ23をオン、アナログスイッチ24をオフに制御し、区間決定信号SGDの電圧が高レベルになるB読取区間T2では、アナログスイッチ23をオフ、アナログスイッチ24をオンに制御する。これにより、交流バイアス信号SGCの波形に同期したタイミングで必要な信号成分をそれぞれ抽出できる。
In order to process each signal component included in the output signal Vout1 output from the
ピークホールド回路25は、アナログスイッチ23を介して入力される出力信号Vout1の電圧を上記のA読取区間T1のタイミングで監視し、この区間の最大値を検出する。ピークホールド回路26は、アナログスイッチ24を介して入力される出力信号Vout1の電圧を上記のB読取区間T2のタイミングで監視し、この区間の最大値を検出する。
The
マイクロコンピュータ27は、ピークホールド回路25がA読取区間T1で検出した最大値を表すA出力信号SGAと、ピークホールド回路26がB読取区間T2で検出した最大値を表すB出力信号SGBとをそれぞれアナログ/デジタル(A/D)変換して読み取る。使用するA/D変換器はマイクロコンピュータ27に内蔵してもよいし、外付けの回路にしてもよい。
The
マイクロコンピュータ27は、A出力信号SGA、およびB出力信号SGBのレベルに基づき、所定の演算処理を実施することにより、磁気インピーダンス素子20に印加された外部磁界の大きさを把握する。つまり、A読取区間T1で検出した出力信号Vout1の最大値と、B読取区間T2で検出した出力信号Vout1の最大値から外部磁界の大きさを算出する。
The
<B−Hカーブおよびインピーダンス特性>
磁気インピーダンス素子のB−Hカーブおよびインピーダンス特性の例を図2に示す。図2の上側に示したグラフは、磁性薄膜21における磁界Hと磁束密度Bとの関係を表し、下側に示したグラフは、外部磁界の大きさ[Oe]と磁性薄膜21のインピーダンスZとの関係を表している。
<BH curve and impedance characteristics>
FIG. 2 shows an example of the BH curve and the impedance characteristic of the magnetic impedance element. 2 shows the relationship between the magnetic field H and the magnetic flux density B in the magnetic
上側のグラフに示すように、磁気インピーダンス素子20においては磁界Hが非飽和領域A0の範囲では磁束密度Bは磁界Hに応じて大きく変化するが、飽和領域Ap、Anでは磁束密度Bはほぼ一定になる。また、ヒステリシスがあるので、磁界Hが増大する方向に変化するときには、増加時カーブCiに従って磁束密度Bが変化し、磁界Hが減少する方向に変化するときには、減少時カーブCdに従って磁束密度Bが変化する。
As shown in the upper graph, in the magneto-
下側に示したグラフにおいても、外部磁界が小さいヒステリシス区間Zhにおいてヒステリシスの大きな影響が現れている。すなわち、図2に示したα方向に外部磁界が増大する時のインピーダンスZの変化と、反対のβ方向に外部磁界が減少する時のインピーダンスZの変化との間に大きな違いが発生する。したがって、磁気インピーダンス素子20などを利用して外部磁界を検出する場合には、外部磁界の強さが同じであっても、異なる方向から外部磁界を印加すると異なるインピーダンス値が検出される。つまり、ヒステリシスが磁界検出時の精度悪化の原因になる。図1に示した磁界検出センサ10は、上記のようなヒステリシスの影響を低減するための機能を搭載している。
Also in the graph shown on the lower side, a large influence of the hysteresis appears in the hysteresis section Zh where the external magnetic field is small. That is, a large difference occurs between the change in the impedance Z when the external magnetic field increases in the α direction shown in FIG. 2 and the change in the impedance Z when the external magnetic field decreases in the opposite β direction. Therefore, when an external magnetic field is detected using the
<磁気インピーダンス素子の磁界とセンサ出力信号との関係>
図1に示したフルブリッジ回路13内の磁気インピーダンス素子20における入力磁界と出力信号との相関関係の例を図3に示す。図3において、インピーダンス特性41のグラフの横軸は、磁気インピーダンス素子2に加わる外部磁界H[A/m]の大きさおよび方向を表し、縦軸は磁気インピーダンス素子20のインピーダンスZ(直流抵抗値)[Ω]を表す。
<Relationship between magnetic field of magnetic impedance element and sensor output signal>
FIG. 3 shows an example of the correlation between the input magnetic field and the output signal in the magneto-
図3に示すように、インピーダンス特性41の基準点41rを中心として動作するように、バイアスコイル22に流れる交流電流によって交流バイアス磁界42が磁性薄膜21に印加される。図3の例では振幅Vpの大きさで波形が三角波の交流バイアス磁界42を印加する場合を想定している。したがって、基準点41rを中心としてプラス方向およびマイナス方向に、Vpの振幅で交流バイアス磁界42の方向が交互に変化する。
As shown in FIG. 3, an AC bias
そして、この交流バイアス磁界42の他に、検出対象の外部磁界が磁性薄膜21に印加される。したがって、図3に示すように外部磁界と交流バイアス磁界の和42P、42Nが磁性薄膜21に印加される。つまり、外部磁場がプラス方向の場合には交流バイアス磁界42の波形を外部磁場の大きさだけプラス方向にシフトした波形が外部磁界と交流バイアス磁界の和42Pとして磁性薄膜21に印加される。外部磁場がマイナス方向の場合には交流バイアス磁界42の波形を外部磁場の大きさだけマイナス方向にシフトした波形が外部磁界と交流バイアス磁界の和42Nとして磁性薄膜21に印加される。
Then, in addition to the AC bias
そして、磁性薄膜21に印加される磁界、すなわち交流バイアス磁界42、外部磁界と交流バイアス磁界の和42P、42Nと、インピーダンス特性41とに従い、インピーダンスZが変化する。このインピーダンスZの変化を、例えば図1に示したフルブリッジ回路13を用いて、センサ出力信号43、43P、43Nとして取り出すことができる。
The impedance Z changes according to the magnetic field applied to the magnetic
図3において、センサ出力信号43、43P、および43Nは、それぞれ交流バイアス磁界42、外部磁界と交流バイアス磁界の和42P、および42Nに対応する。つまり、交流バイアス磁界42の変化と外部磁場とに応じて、センサ出力信号43、43P、43Nの状態が定まる。また、図3に示したセンサ出力信号43、43P、43Nにおいて、縦方向は信号の電位および振幅を表し、横方向は時間の変化を表している。
In FIG. 3, the sensor output signals 43, 43P, and 43N correspond to the AC bias
外部磁場がゼロの場合には、センサ出力信号43が出力される。つまり、基準点41rの抵抗値に対応する電位と、この点から振幅Vpに対応する電位差だけずれた電位V1までの間で交流バイアス磁界42の変化に伴って変化するようなセンサ出力信号43が得られる。
When the external magnetic field is zero, the
また、プラス方向の外部磁場が印加された場合には、基準点41rの電位から外部磁場の大きさだけシフトした電位を中心として、振幅Vpに対応する電位差だけ上下にずれた電位までの間で、交流バイアス磁界42の変化に伴って変化するようなセンサ出力信号43Pが得られる。また、マイナス方向の外部磁場が印加された場合には、基準点41rの電位から外部磁場の大きさだけシフトした電位を中心として、振幅Vpに対応する電位差だけ上下にずれた電位までの間で、交流バイアス磁界42の変化に伴って変化するようなセンサ出力信号43Nが得られる。
Further, when an external magnetic field in the positive direction is applied, a potential difference between the potential at the
図3に示すように、センサ出力信号43、43P、43Nの間には、外部磁場の大きさおよび方向の違いに応じた変化が現れる。したがって、このセンサ出力信号43P、43Nに基づいて、外部磁場の大きさおよび方向を特定することが可能である。但し、磁性薄膜21におけるヒステリシスの影響により、図2に示したα方向、β方向の違いに起因した検出誤差が発生する可能性がある。
As shown in FIG. 3, a change appears between the sensor output signals 43, 43P, and 43N according to the difference in the magnitude and direction of the external magnetic field. Therefore, the magnitude and direction of the external magnetic field can be specified based on the
そこで、本実施形態では、交流バイアス磁界42の変化と外部磁場の変化との方向を揃えるように、図3に示したピーク検出点Pa、Pbを定める。ここで、ピーク検出点Paは交流バイアス磁界42がプラス方向に向かって増大する(図2中の「α方向」に相当)区間におけるピーク(三角波の頂点)のタイミングを表す。また、ピーク検出点Pbは交流バイアス磁界42がマイナス方向に向かって絶対値が増大する(「α方向」に相当)区間におけるピーク(三角波の頂点)のタイミングを表す。
Therefore, in the present embodiment, the peak detection points Pa and Pb shown in FIG. 3 are determined so that the directions of the change of the AC bias
また、センサ出力信号43Pにおけるピーク検出点Paは、外部磁界と交流バイアス磁界の和42Pにおけるピーク検出点Paに相当する。同様に、センサ出力信号43Nにおけるピーク検出点Pbは、外部磁界と交流バイアス磁界の和42Nにおけるピーク検出点Pbに相当する。
The peak detection point Pa in the
例えば、図3に示した外部磁界と交流バイアス磁界の和42Pにおいて、ピーク検出点Paは交流バイアス磁界42がプラス方向に増大しながらピークに到達し、その方向が変化する直前のタイミングに相当する。したがって、外部磁場が0からプラス方向に変化した場合を想定すると、センサ出力信号43Pのピーク検出点Paのレベルを検出することは、外部磁場と交流バイアス磁界42が「α方向」に揃っている状態を意味する。
For example, in the
また、図3に示した外部磁界と交流バイアス磁界の和42Nにおいて、ピーク検出点Pbは交流バイアス磁界42の絶対値がマイナス方向に増大しながらピークに到達し、その方向が変化する直前のタイミングに相当する。したがって、外部磁場が0からマイナス方向に変化した場合を想定すると、センサ出力信号43Nのピーク検出点Pbのレベルを検出することは、外部磁場と交流バイアス磁界42が「α方向」に揃っている状態を意味する。
In addition, in the
つまり、外部磁場がプラス方向の場合はセンサ出力信号43Pのピーク検出点Paのレベルを検出し、外部磁場がマイナス方向の場合はセンサ出力信号43Nのピーク検出点Pbのレベルを検出する。これにより、外部磁場と交流バイアス磁界42の変化の方向が常に揃っている状態で検出できるので、ヒステリシスによる精度の悪化を抑制できる。
That is, when the external magnetic field is in the plus direction, the level of the peak detection point Pa of the
<交流バイアス磁界を使用しない場合の特性>
交流バイアス磁界を使用しない場合の磁気インピーダンス素子の磁界−出力電圧特性の例を図4に示す。例えば、図1に示した磁界検出センサ10において、バイアスコイル22に電流を流さない場合の出力信号Vout1は、図4に示すような特性になる。
つまり、図4に示すように磁界が比較的小さい領域では、電圧の変化が小さくなるだけでなく、磁界変化の方向に応じて電圧に違いが発生する。
<Characteristics when no AC bias magnetic field is used>
FIG. 4 shows an example of the magnetic field-output voltage characteristic of the magnetic impedance element when the AC bias magnetic field is not used. For example, in the magnetic
That is, as shown in FIG. 4, in a region where the magnetic field is relatively small, not only the change in the voltage becomes small, but also the voltage varies depending on the direction of the magnetic field change.
<各信号の時系列変化の例>
互いに外部磁場の条件が異なる状態における各信号の時系列変化を図5(a)〜図5(d)に示す。図5(a)、図5(b)、図5(c)、および図5(d)は、それぞれプラス方向の外部磁界が0、2、4および、6[Oe]の条件における交流バイアス信号SGC、区間決定信号SGD、出力信号Vout1の変化を表している。また、図5(a)〜図5(d)において、横軸は時間t、左側の縦軸は区間決定信号SGDの電圧[V]、右側の縦軸は交流バイアス信号SGCの電圧[V]を示している。
<Example of time series change of each signal>
FIGS. 5A to 5D show time-series changes of each signal in a state where the conditions of the external magnetic field are different from each other. 5 (a), 5 (b), 5 (c), and 5 (d) show AC bias signals under the conditions that the external magnetic field in the positive direction is 0, 2, 4, and 6 [Oe], respectively. 5 shows changes in the SGC, the section determination signal SGD, and the output signal Vout1. 5A to 5D, the horizontal axis represents time t, the left vertical axis represents the voltage [V] of the section determination signal SGD, and the right vertical axis represents the voltage [V] of the AC bias signal SGC. Is shown.
図5(a)に示すように、A読取区間T1は区間決定信号SGDが低レベルの区間であり、B読取区間T2は区間決定信号SGDが高レベルの区間である。また、区間決定信号SGDの各タイミングは交流バイアス信号SGCの波形と同期している。つまり、交流バイアス信号SGCの電圧がプラスの区間で区間決定信号SGDが低レベルになり、交流バイアス信号SGCの電圧がマイナスの区間で区間決定信号SGDが高レベルになる。 As shown in FIG. 5A, the A reading section T1 is a section where the section determination signal SGD is at a low level, and the B reading section T2 is a section where the section determination signal SGD is at a high level. Further, each timing of the section determination signal SGD is synchronized with the waveform of the AC bias signal SGC. That is, the section determination signal SGD becomes low level when the voltage of the AC bias signal SGC is positive, and the section determination signal SGD becomes high level when the voltage of the AC bias signal SGC is negative.
例えば図5(a)に示すように、A読取区間T1でピーク検出点Paに到達するまでの間は、交流バイアス信号SGCの電圧が時間経過と共に増加傾向で変化している。また、B読取区間T2でピーク検出点Pbに到達するまでの間も、交流バイアス信号SGCの電圧の絶対値が時間経過と共にマイナス方向に増加傾向で変化している。 For example, as shown in FIG. 5A, the voltage of the AC bias signal SGC changes in an increasing manner over time until the peak detection point Pa is reached in the A reading section T1. Further, even before reaching the peak detection point Pb in the B reading section T2, the absolute value of the voltage of the AC bias signal SGC changes in a negative direction with the passage of time.
つまり、ピーク検出点Paで検出される最大値は、磁界がプラス方向の領域で且つ図2に示したα方向に変化している状態における最大値である。また、ピーク検出点Pbで検出される最大値は、磁界がマイナス方向の領域で且つ図2に示したα方向に変化している状態における最大値である。 That is, the maximum value detected at the peak detection point Pa is the maximum value in a state where the magnetic field is in the positive direction region and changes in the α direction shown in FIG. Further, the maximum value detected at the peak detection point Pb is a maximum value in a state where the magnetic field is in the minus direction region and changes in the α direction shown in FIG.
図5(a)に示すように、外部磁界が0[Oe]の条件では、2つのピーク検出点Pa、Pbで検出される最大値は同等になる。また、プラス方向の外部磁界が印加されると、図5(b)〜図5(d)に示すように、2つのピーク検出点Pa、Pbで検出される最大値がそれぞれ変化する。したがって、2つのピーク検出点Pa、Pbで検出される最大値に基づいて、外部磁界の大きさを検出できる。出力信号Vout1における2つのピーク検出点Pa、Pbの最大値は、図1に示したA出力信号SGA、およびB出力信号SGBとして現れる。したがって、マイクロコンピュータ27はA出力信号SGA、およびB出力信号SGBに基づいて外部磁界の大きさを算出できる。
As shown in FIG. 5A, when the external magnetic field is 0 [Oe], the maximum values detected at the two peak detection points Pa and Pb are equal. Further, when an external magnetic field in the plus direction is applied, the maximum values detected at the two peak detection points Pa and Pb change as shown in FIGS. 5B to 5D. Therefore, the magnitude of the external magnetic field can be detected based on the maximum values detected at the two peak detection points Pa and Pb. The maximum values of the two peak detection points Pa and Pb in the output signal Vout1 appear as the A output signal SGA and the B output signal SGB shown in FIG. Therefore, the
<外部磁界とA出力およびB出力の電圧との関係>
磁気インピーダンス素子の外部磁界と「A出力」および「B出力」の電圧との関係の例を図6に示す。また、磁気インピーダンス素子の感磁軸、交流バイアス磁界の変化軸、および外部磁場方向の関係を図7に示す。
<Relationship between external magnetic field and voltage of A output and B output>
FIG. 6 shows an example of the relationship between the external magnetic field of the magneto-impedance element and the voltages of “A output” and “B output”. FIG. 7 shows the relationship among the magnetic sensing axis of the magnetic impedance element, the axis of change of the AC bias magnetic field, and the direction of the external magnetic field.
図6において、横軸は外部磁界、縦軸は電圧を表す。また、図6中の「A出力」および「B出力」は、それぞれ図1のA出力信号SGAおよびB出力信号SGBの電圧に相当する。 6, the horizontal axis represents the external magnetic field, and the vertical axis represents the voltage. Also, “A output” and “B output” in FIG. 6 correspond to the voltages of the A output signal SGA and the B output signal SGB in FIG. 1, respectively.
図1に示した磁界検出センサ10においては、図7に示すように、磁気インピーダンス素子20の感磁軸51と、バイアスコイル22が発生する交流バイアス磁界の変化軸52とが同じ軸方向に揃うように配置してある。更に、外部磁場方向53p、53nが感磁軸51および交流バイアス磁界の変化軸52と同じ方向に揃うように磁界検出センサ10の仕様を規定してある。また、交流バイアス磁界の変化軸52の「A方向」および「B方向」が、それぞれプラス方向の外部磁場方向53pおよびマイナス方向の外部磁場方向53nと一致するように仕様を規定してある。
In the magnetic
つまり、磁界検出センサ10は、磁気インピーダンス素子20に外部磁場方向53pに外部磁場が印加される場合に、「A方向」に向かって順方向に変化する交流バイアス磁界のタイミングで、プラス方向の外部磁場をA出力信号SGAで検出する。また、磁界検出センサ10は、磁気インピーダンス素子20に外部磁場方向53nに外部磁場が印加される場合に、「B方向」に向かって順方向に変化する交流バイアス磁界のタイミングで、マイナス方向の外部磁場をB出力信号SGBで検出する。
That is, when an external magnetic field is applied to the magneto-
例えば、外部磁場方向53pに、すなわちプラス方向の外部磁場が磁気インピーダンス素子20に印加されている状態で、且つ交流バイアス磁界がその変化軸52の「A方向」に変化しているタイミングでは、外部磁場と交流バイアス磁界の変化が同じ方向に揃っている。したがって、この場合は外部磁場と交流バイアス磁界との合成磁界が磁気インピーダンス素子20に印加される。この合成磁界に相当するレベルが、図6に示した「A出力」すなわちA出力信号SGAとして検出される。
For example, in a state where the external magnetic field in the external
また、外部磁場方向53pに、すなわちプラス方向の外部磁場が磁気インピーダンス素子20に印加されている状態で、交流バイアス磁界がその変化軸52の「B方向」に変化すると、外部磁場と交流バイアス磁界の変化が逆方向になるため、それらが互いに打ち消し合う。したがって、図6に示した「B出力」すなわちB出力信号SGBのレベルは「A出力」よりも低下する。
When the AC bias magnetic field changes in the “B direction” of the change axis 52 in the external
また、外部磁場方向53nに、すなわちマイナス方向の外部磁場が磁気インピーダンス素子20に印加されている状態で、且つ交流バイアス磁界がその変化軸52の「B方向」に変化しているタイミングでは、外部磁場と交流バイアス磁界の変化が同じ方向に揃っている。したがって、この場合は外部磁場と交流バイアス磁界との合成磁界が磁気インピーダンス素子20に印加される。
Further, in the external
また、外部磁場方向53nに、すなわちマイナス方向の外部磁場が磁気インピーダンス素子20に印加されている状態で、交流バイアス磁界がその変化軸52の「A方向」に変化すると、外部磁場と交流バイアス磁界の変化が逆方向になるため、それらが互いに打ち消し合う。
When the AC bias magnetic field changes in the “A direction” of the change axis 52 in the external
したがって、図6に示したように外部磁界がプラスの領域では、「A出力」のレベルは、「B出力」よりも大きくなる。また、外部磁界がマイナスの領域では、「A出力」のレベルは、「B出力」よりも小さくなる。そして、外部磁界の大小にかかわらず、図6に示した「A出力」、「B出力」の特性の中には、図4に示した特性のようなヒステリシスに起因する方向の違いの影響は現れていない。 Therefore, as shown in FIG. 6, in a region where the external magnetic field is positive, the level of “A output” is larger than “B output”. In a region where the external magnetic field is negative, the level of “A output” is smaller than that of “B output”. Regardless of the magnitude of the external magnetic field, among the characteristics of “A output” and “B output” shown in FIG. 6, the influence of the difference in the direction due to the hysteresis like the characteristic shown in FIG. Not appearing.
なお、「A出力(A出力信号SGA)」と「B出力(B出力信号SGB)」の間に図6に示したような大小関係があるので、マイクロコンピュータ27はA出力信号SGAとB出力信号SGBのレベルを比較することにより、外部磁界の方向を特定可能である。すなわち、「SGA>SGB」の条件を満たす場合は外部磁界がプラス方向であると認識でき、「SGA<SGB」の条件を満たす場合は外部磁界がマイナス方向であると認識できる。したがって、例えば外部磁界の方向を認識し、「SGA≧SGB」の場合はA出力信号SGAに基づいて外部磁界の大きさを算出し、「SGA<SGB」の場合はB出力信号SGBに基づいて外部磁界の大きさを算出するように制御してもよい。
Since there is a magnitude relationship between “A output (A output signal SGA)” and “B output (B output signal SGB)” as shown in FIG. 6, the
なお、外部磁界が比較的大きい場合は、磁気インピーダンス素子20に印加される合成磁界の変化範囲が図2に示したインピーダンスZの特性の頂点(0[Oe])を通過せず、図3の外部磁界と交流バイアス磁界の和42P、42Nのような範囲で合成磁界が変化する。しかし、磁界検出センサ10は外部磁界と交流バイアス磁界の変化が同じ方向に揃っている状態でのみ、すなわちピーク検出点Pa、Pbのインピーダンスに相当するレベルを検出するので、インピーダンスZの特性の頂点を利用しなくても、検出範囲が狭い範囲に制限されることはない。
When the external magnetic field is relatively large, the change range of the combined magnetic field applied to the
<磁界検出センサ10の利点>
上述のように、磁界検出センサ10は消磁回路を用いることなくヒステリシスの影響を低減できるので、小型化が可能である。また、特別なコアを用いる必要がないので、そのコアのヒステリシスの影響を考慮する必要がない。また、ヒステリシスの影響を低減するために磁気インピーダンス素子20の検出範囲を制限する必要がないので、広い範囲に亘って磁界を検出できる。
<Advantages of the magnetic
As described above, the magnetic
ここで、上述した本発明の実施形態に係る磁界検出センサの特徴をそれぞれ以下[1]〜[5]に簡潔に纏めて列記する。
[1] 磁気インピーダンス効果が生じる磁性材料(磁性薄膜21)および前記磁性材料にバイアス磁界を印加するバイアスコイル(22)を含む磁気検出素子(磁気インピーダンス素子20)と、前記磁性材料に高周波電流を供給する高周波発振回路(発振器11)と、を有する磁界検出センサであって、
前記磁気検出素子における磁束密度が飽和するレベルよりも振幅(Vp)が大きい交流バイアス磁界を発生するための交流バイアス電流を、前記バイアスコイルに供給する交流バイアス回路(増幅器15)と、
前記交流バイアス電流の交流波形に同期したタイミング信号(区間決定信号SGD)を生成するタイミング信号生成部(マイクロコンピュータ27)と、
前記タイミング信号のタイミングに従い、前記磁気検出素子の検出状態を反映した信号を検出する信号検出部(アナログスイッチ23、24、ピークホールド回路25、26)と、
を備えることを特徴とする磁界検出センサ(10)。
Here, the features of the magnetic field detection sensor according to the embodiment of the present invention described above will be briefly summarized and listed below in [1] to [5].
[1] A magnetic detecting element (magnetic impedance element 20) including a magnetic material (magnetic thin film 21) that produces a magnetic impedance effect and a bias coil (22) for applying a bias magnetic field to the magnetic material, and a high-frequency current applied to the magnetic material. A high-frequency oscillation circuit (oscillator 11) for supplying the magnetic field detection sensor,
An AC bias circuit (amplifier 15) for supplying an AC bias current for generating an AC bias magnetic field having an amplitude (Vp) larger than a level at which the magnetic flux density in the magnetic detection element is saturated to the bias coil;
A timing signal generator (microcomputer 27) for generating a timing signal (section determination signal SGD) synchronized with the AC waveform of the AC bias current;
A signal detection unit (analog switches 23 and 24,
A magnetic field detection sensor (10), comprising:
[2] 前記信号検出部が、前記タイミング信号のタイミングに従い、前記交流波形の所定区間における信号のピーク値を検出するピーク検出部(ピークホールド回路25、26)を有する、
ことを特徴とする上記[1]に記載の磁界検出センサ。
[2] The signal detection unit includes a peak detection unit (
The magnetic field detection sensor according to the above [1], wherein:
[3] 前記磁気検出素子における感磁軸(51)と、前記交流バイアス磁界の変化軸(52)と、前記磁気検出素子における検出対象の外部磁場の変化軸(外部磁場方向53p、53n)とが同じ方向に揃えて配置され、
前記信号検出部は、前記外部磁場の方向と、前記交流バイアス磁界の方向とが一致するタイミング(ピーク検出点Pa、Pb)で、前記磁気検出素子の磁気検出状態を反映した信号(A出力信号SGA、B出力信号SGB)を検出する、
ことを特徴とする上記[1]または[2]に記載の磁界検出センサ。
[3] The magnetic sensing axis (51) of the magnetic detection element, the change axis (52) of the AC bias magnetic field, and the change axis of the external magnetic field to be detected by the magnetic detection element (external
The signal detection unit is configured to output a signal (A output signal) reflecting the magnetic detection state of the magnetic detection element at a timing (peak detection points Pa and Pb) at which the direction of the external magnetic field matches the direction of the AC bias magnetic field. SGA, B output signal SGB).
The magnetic field detection sensor according to the above [1] or [2], wherein:
[4] 前記信号検出部は、前記外部磁場および前記交流バイアス磁界が所定方向に対してプラス方向およびマイナス方向に現れる場合の、それぞれの方向の信号を個別に検出する複数のピーク検出部(ピークホールド回路25、26)を有する、
ことを特徴とする上記[3]に記載の磁界検出センサ。
[4] The signal detection unit includes a plurality of peak detection units (peaks) that individually detect signals in each direction when the external magnetic field and the AC bias magnetic field appear in a plus direction and a minus direction with respect to a predetermined direction. Hold
The magnetic field detection sensor according to the above [3], wherein:
[5] 前記磁気検出素子を含むブリッジ回路(フルブリッジ回路13)を構成し、前記磁気検出素子におけるインピーダンス変化を前記ブリッジ回路により前記信号(出力信号Vout1)として検出する、
ことを特徴とする上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の磁界検出センサ。
[5] A bridge circuit (full bridge circuit 13) including the magnetic detection element is configured, and a change in impedance in the magnetic detection element is detected as the signal (output signal Vout1) by the bridge circuit.
The magnetic field detection sensor according to any one of the above [1] to [4].
10 磁界検出センサ
11 発振器
12 バッファ
13 フルブリッジ回路
13a,13b,13c 抵抗器
14 差動増幅器
15,17 増幅器
16,18 フィルタ
20 磁気インピーダンス素子
21 磁性薄膜
22 バイアスコイル
23,24 アナログスイッチ
25,26 ピークホールド回路
27 マイクロコンピュータ
41 インピーダンス特性
41r 基準点
42 交流バイアス磁界
42P,42N 外部磁界と交流バイアス磁界の和
43,43P,43N センサ出力信号
51 感磁軸
52 交流バイアス磁界の変化軸
53p,53n 外部磁場方向
Pa,Pb ピーク検出点
A0 非飽和領域
Ap,An 飽和領域
Ci 増加時カーブ
Cd 減少時カーブ
SGA A出力信号
SGB B出力信号
SGC 交流バイアス信号
SGD 区間決定信号
T1 A読取区間
T2 B読取区間
Vout1 出力信号
Z インピーダンス
Zh ヒステリシス区間
Claims (5)
前記磁気検出素子における磁束密度が飽和するレベルよりも振幅が大きい交流バイアス磁界を発生するための交流バイアス電流を、前記バイアスコイルに供給する交流バイアス回路と、
前記交流バイアス電流の交流波形に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号のタイミングに従い、前記磁気検出素子の検出状態を反映した信号を検出する信号検出部と、
を備えることを特徴とする磁界検出センサ。 A magnetic detection element including a magnetic material in which a magnetic impedance effect is generated and a bias coil for applying a bias magnetic field to the magnetic material, and a high-frequency oscillation circuit for supplying a high-frequency current to the magnetic material,
An AC bias circuit for supplying an AC bias current for generating an AC bias magnetic field having an amplitude larger than a level at which the magnetic flux density in the magnetic detection element is saturated to the bias coil,
A timing signal generator that generates a timing signal synchronized with the AC waveform of the AC bias current;
According to the timing of the timing signal, a signal detection unit that detects a signal reflecting the detection state of the magnetic detection element,
A magnetic field detection sensor comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の磁界検出センサ。 The signal detection unit has a peak detection unit that detects a peak value of a signal in a predetermined section of the AC waveform according to the timing of the timing signal.
The magnetic field detection sensor according to claim 1, wherein:
前記信号検出部は、前記外部磁場の方向と、前記交流バイアス磁界の方向とが一致するタイミングで、前記磁気検出素子の磁気検出状態を反映した信号を検出する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁界検出センサ。 The magnetic sensing axis in the magnetic detection element, the change axis of the AC bias magnetic field, and the change axis of the external magnetic field to be detected in the magnetic detection element are arranged in the same direction,
The signal detection unit detects a signal reflecting a magnetic detection state of the magnetic detection element at a timing when the direction of the external magnetic field and the direction of the AC bias magnetic field match.
The magnetic field detection sensor according to claim 1 or 2, wherein:
ことを特徴とする請求項3に記載の磁界検出センサ。 The signal detection unit, when the external magnetic field and the AC bias magnetic field appear in a plus direction and a minus direction with respect to a predetermined direction, has a plurality of peak detection units that individually detect signals in each direction,
The magnetic field detection sensor according to claim 3, wherein:
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の磁界検出センサ。 A bridge circuit including the magnetic detection element is configured, and an impedance change in the magnetic detection element is detected as the signal by the bridge circuit.
The magnetic field detection sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018170623A JP2020041945A (en) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Magnetic field detection sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018170623A JP2020041945A (en) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Magnetic field detection sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020041945A true JP2020041945A (en) | 2020-03-19 |
Family
ID=69799358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018170623A Pending JP2020041945A (en) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Magnetic field detection sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020041945A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111505548A (en) * | 2020-03-27 | 2020-08-07 | 北京华航海鹰新技术开发有限责任公司 | Method for measuring annular magnetic hysteresis loop of amorphous wire |
-
2018
- 2018-09-12 JP JP2018170623A patent/JP2020041945A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111505548A (en) * | 2020-03-27 | 2020-08-07 | 北京华航海鹰新技术开发有限责任公司 | Method for measuring annular magnetic hysteresis loop of amorphous wire |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4757260B2 (en) | Continuous calibration magnetic field sensor | |
JP6791162B2 (en) | Magnetic field detection device and magnetic field detection method | |
JP2923307B2 (en) | Current sensor | |
JPS60104263A (en) | Detector measuring parameter | |
WO2013183773A1 (en) | Magnetic element control device, magnetic element control method and magnetic detection device | |
JP2000055999A (en) | Magnetic sensor device and current sensor device | |
WO2018190261A1 (en) | Magnetic sensor | |
JP6958538B2 (en) | Magnetic field detector and magnetic field detection method | |
JP2007271599A (en) | Offset correction program and electronic compass | |
JP2020041945A (en) | Magnetic field detection sensor | |
JP2000055998A (en) | Magnetic sensor device and current sensor device | |
US9372217B2 (en) | Cable detector | |
JP2007033222A (en) | Current sensor | |
JP2001324520A (en) | Impedance detection circuit, impedance detection device, and impedance detection method | |
JP2019219294A (en) | Magnetic sensor | |
JP2000056000A (en) | Magnetic sensor device and current sensor device | |
JP2013096848A (en) | Current sensor | |
US10371759B2 (en) | Magnetic field detection sensor | |
JP2002006016A (en) | Magnetic sensor | |
JP7119695B2 (en) | magnetic sensor | |
JP2021025820A (en) | Magnetic field detection sensor | |
JP7286932B2 (en) | magnetic sensor | |
JPH0933257A (en) | Magnetic direction sensor | |
US10481217B2 (en) | Magnetic field sensor | |
JP2000162294A (en) | Magnetic field sensor |