JP2548740Y2 - 磁気センサ及び電子式方位計 - Google Patents

磁気センサ及び電子式方位計

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JP2548740Y2
JP2548740Y2 JP2036692U JP2036692U JP2548740Y2 JP 2548740 Y2 JP2548740 Y2 JP 2548740Y2 JP 2036692 U JP2036692 U JP 2036692U JP 2036692 U JP2036692 U JP 2036692U JP 2548740 Y2 JP2548740 Y2 JP 2548740Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は磁気センサ及び電子式方
位計に関し、詳細には、磁気抵抗素子を利用した磁気セ
ンサ及びこの磁気センサを利用して地磁気の方位を算出
する電子式方位計に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子式方位計としては、種々のも
のが提案されているが、従来の電子式方位計において
は、その磁気検出素子としてホール素子や強磁性体等が
利用されている。このようなホール素子や強磁性体等を
磁気検出素子として利用すると、地磁気の検出感度方向
成分の大きさにより、地磁気の方向を検出することがで
きるが、ホール素子は、磁気検出感度が低い。そこで、
従来、磁束収束器を設けることにより、ホール素子の磁
気検出感度の低さを補うことにより、地磁気の検出を行
なって、方位を測定している。ところが、磁束収束器を
設けていたため、電子式方位計が大型化するという問題
があった。また、ホール素子や強磁性体は、いずれも消
費電力が大きいという問題があった。そこで、本出願人
は、先に、磁気検出素子として、磁気抵抗素子を使用し
た磁気センサを提案している(実願平2−93979
号)。この磁気センサにおいては、2個以上の磁気抵抗
素子をその磁気検出方向が互いに直交する方向に配置
し、この磁気抵抗素子に1個のバイアス磁界用コイルを
卷回している。そしてこのバイアス磁界用コイルは、バ
イアス電流が供給されることにより、各磁気抵抗素子の
磁気検出方向に対して45度傾いた向きのバイアス磁界
を発生する。この磁気センサにおいては、磁気抵抗素子
の磁気検出方向に対して45度傾いた向きのバイアス磁
界を印加した状態で、各磁気抵抗素子に対して定電圧を
印加し、各磁気抵抗素子の出力電圧の変化を検出するこ
とにより地磁気の大きさを検出することができる。
【0003】
【考案が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁気センサにあっては、磁気抵抗素子をその
磁気検出方向が互いに直交する方向に配置し、各磁気抵
抗素子の磁気検出方向に対して45度傾いた向きのバイ
アス磁界を印加して、磁気抵抗素子の出力電圧を計測す
ることにより地磁気の大きさを検出していたため、磁気
抵抗素子を利用して地磁気を検出するのに必要なバイア
ス磁界を印加するためには、その必要とするバイアス磁
界の√2倍(1.4142・・・倍)のバイアス磁界を
発生させる必要がある。その結果、バイアス磁界を発生
させるために必要なバイアス電流が大きくなり、消費電
力が多くなるという問題があった。そこで、本考案は、
少なくとも4個の磁気抵抗素子をブリッジ状に連結し、
また、各磁気抵抗素子に相互に直行する方向のバイアス
磁界用コイルを巻回して、磁気抵抗素子の磁気検出方向
と一致するバイアス磁界を印加することにより、バイア
ス磁界用コイルの発生するバイアス磁界を有効に利用し
て、充分なバイアス磁界を発生させるのに必要なバイア
ス電流を低減し、消費電流を低減することを目的として
いる。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の考案は、磁気センサが、隣接する磁
気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交する状態でブリ
ッジ状に結合された少なくとも4個の磁気抵抗素子と、
互いに直交するとともに、前記磁気抵抗素子の磁気検出
方向と一致する方向の磁界を発生する状態で前記磁気抵
抗素子に卷回された少なくとも2個のバイアス磁界用コ
イルと、を備えたことを特徴としている。請求項2記載
の考案は、電子式方位計が、隣接する磁気抵抗素子の磁
気検出方向が互いに直交する状態でブリッジ状に結合さ
れた少なくとも4個の磁気抵抗素子と、互いに直交する
とともに、前記磁気抵抗素子の磁気検出方向と一致する
方向の磁界を発生する状態で前記磁気抵抗素子に卷回さ
れた少なくとも2個のバイアス磁界用コイルと、を有し
た磁気センサと、前記磁気センサの各バイアス磁界用コ
イルにバイアス電流を導通させバイアス磁界を発生させ
るバイアス磁界用コイル駆動手段と、前記磁気センサの
磁気抵抗素子の結合部のうち相対向する2つの結合部間
に定電圧を印加する磁気センサ駆動手段と、前記磁気セ
ンサ駆動手段により定電圧の印加されている結合部間以
外の相対向する結合部間の電位差を検出する検出手段
と、前記検出手段が検出した電位差から方位を算出する
演算手段と、前記バイアス磁界用コイル駆動手段と前記
検出手段と前記演算手段とに対して動作タイミングを指
示する制御手段と、を備えたことを特徴としている。こ
の場合、前記バイアス磁界用コイル駆動手段が、例え
ば、請求項3に記載するように、前記1個のバイアス磁
界用コイルに対して互いに逆向きの2種類のバイアス電
流を導通させ、該1個のバイアス磁界用コイルにより互
いに逆向きの2種類のバイアス磁界を発生させるように
してもよい。
【0005】
【作用】請求項1記載の本考案によれば、磁気センサ
が、少なくとも4個の磁気抵抗素子と少なくとも2個の
バイアス磁界用コイルとで構成され、各磁気抵抗素子
は、隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交
する状態でブリッジ状に結合されている。また、各バイ
アス用コイルは、互いに直交するとともに、前記磁気抵
抗素子の磁気検出方向と一致する方向の磁界を発生する
状態で前記磁気抵抗素子に卷回されている。したがっ
て、バイアス磁界用コイルの発生する磁界は、有効に磁
気抵抗素子にバイアス磁界として作用し、バイアス磁界
を発生させるのに必要なバイアス電流を削減することが
できる。その結果、消費電力を低減することができる。
請求項2記載の考案によれば、電子式方位計が、磁気セ
ンサが、隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに
直交する状態でブリッジ状に結合された少なくとも4個
の磁気抵抗素子と、互いに直交するとともに、前記磁気
抵抗素子の磁気検出方向と一致する方向の磁界を発生す
る状態で前記磁気抵抗素子に卷回された少なくとも2個
のバイアス磁界用コイルと、を有しており、前記磁気セ
ンサの各バイアス磁界用コイルにバイアス磁界用コイル
駆動手段によりバイアス電流を導通させてバイアス磁界
を発生させる。この磁気センサの磁気抵抗素子の結合部
のうち相対向する2つの結合部間に磁気センサ駆動手段
により定電圧を印加し、この磁気センサ駆動手段により
定電圧の印加されている結合部間以外の相対向する結合
部間の電位差を検出手段により検出する。この検出手段
が検出した電位差から演算手段により方位を算出し、前
記バイアス磁界用コイル駆動手段と前記検出手段と前記
演算手段とに対して制御手段により動作タイミングを指
示する。したがって、バイアス磁界を有効に利用して、
バイアス電流を低減することができるとともに、ブリッ
ジ状に接続された磁気抵抗素子に、制御手段により動作
タイミングをとって、バイアス磁界を印加し、このバイ
アス磁界の方向と検出方向が一致する磁気抵抗素子の結
合部間の電位差を検出して、方位を算出しているので、
磁気抵抗素子の特性曲線の変化量の大きい領域で検出す
ることができ、消費電力の少ない磁気センサを小型・安
価で、かつ精度の高いものとすることができる。請求項
3記載の考案によれば、1個のバイアス磁界用コイルに
互いに逆向きの2種類のバイアス電流を導通させ、該1
個のバイアス磁界用コイルにより互いに逆向きの2種類
のバイアス磁界を発生させているので、磁気抵抗素子の
ヒステリシスによる誤差及びバイアス磁界の変動による
誤差を適切に是正することができ、検出精度をより一層
向上させることができる。
【0006】
【実施例】以下、本考案を実施例に基づいて具体的に説
明する。図1〜図15は、本考案に係る磁気センサ及び
電子式方位計の一実施例を示す図である。図1は、磁気
センサ1の平面図であり、磁気センサ1は、ガラスある
いはアルミナで形成された基板2上に4個の磁気抵抗素
子MR1、MR2、MR3、MR4及び4個のパッドP
1、P2、P3、P4が形成されている。
【0007】この磁気抵抗素子MR1、MR2、MR
3、MR4は、基板2上にパーマロイ等の強磁性体を真
空蒸着することにより形成されており、パッドP1、P
2、P3、P4は、基板2上に通常の配線用材料を真空
蒸着することにより形成されている。この磁気抵抗素子
MR1、MR2、MR3、MR4は、それぞれ相隣接す
る他の磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4と
90度の角度で結合されており、また、矢印Nは、測定
方向を示すが、この矢印Nに対して、各磁気抵抗素子M
R1、MR2、MR3、MR4の検出方向が45度の傾
きをもつよう形成されている。したがって、各磁気抵抗
素子MR1、MR2、MR3、MR4は、その検出方向
が、図1に各磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、M
R4の検出方向をH1、H2、H3、H4で示すよう
に、相隣接する他の磁気抵抗素子MR1、MR2、MR
3、MR4の検出方向と90度づつずれている。
【0008】これら各磁気抵抗素子MR1、MR2、M
R3、MR4は、図2に示すように、パッドP1、P
2、P3、P4により結合部K1、K2、K3、K4を
介してブリッジ状に接続されており、相対向する結合部
K1、K3間には、所定の定電圧Vが印加されている。
各磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4は、一
般に知られているように、磁界が作用することによりそ
の抵抗値が変化し、いま、各磁気抵抗素子MR1、MR
2、MR3、MR4にバラツキがなく、結合部K1、K
3間に定電圧Vが印加された状態で、磁界が作用してそ
の抵抗値が変化すると、結合部K2と結合部K4には、
所定の電位が発生する。すなわち、結合部K2の電位を
V1、結合部K4の電位をV2とすると、結合部K2と
結合部K4との間には、V1−V2の電位差VSが発生
する。
【0009】また、磁気センサ1には、2つのバイアス
コイルC1、C2(図3参照)が相互に直交するととも
に、バイアスコイルC1が、磁気抵抗素子MR1、MR
3の磁気検出方向と一致する向きに磁気抵抗素子MR
1、MR2、MR3、MR4に卷回され、バイアスコイ
ルC2が、磁気抵抗素子MR2、MR4の磁気検出方向
と一致する向きに磁気抵抗素子MR1、MR2、MR
3、MR4に卷回されている。まず、バイアスコイルC
1は、流される電流の向きにより図1に矢印B1及び逆
方向の矢印B3で示す方向のバイアス磁界を磁気抵抗素
子MR1、MR2、MR3、MR4に印加する。次に、
バイアスコイルC2は、流される電流の向きにより図1
に矢印B2及び逆方向の矢印B4で示す方向のバイアス
磁界を磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4に
印加する。すなわち、バイアスコイルC1により印加さ
れるバイアス磁界B1、B3の方向と各磁気抵抗素子M
R1、MR3の磁気検出方向とが、一致し、バイアスコ
イルC2により印加されるバイアス磁界B2、B4の方
向と磁気抵抗素子MR2、MR4の磁気検出方向とが一
致している。
【0010】図3は、上記図1及び図2の磁気センサ1
を利用した電子式方位計10のブロック構成図であり、
電子式方位計10は、素子駆動回路11、磁気抵抗素子
部12、作動増幅回路13、A/D変換回路14、レジ
スタ15、バイアスコイルC1、C2、コイル駆動回路
16、波形合成回路17、レジスタ18、CPU19、
表示部20、ROM21及びRAM22等を備えてい
る。
【0011】磁気抵抗素子部12は、上記ブリッジ状に
接続された磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR
4を総称したものであり、素子駆動回路(磁気センサ駆
動手段)11は、この磁気抵抗素子MR1、MR2、M
R3、MR4の形成された磁気センサ1の結合部K1、
K3に印加する所定の定電圧Vを供給する。磁気抵抗素
子部12は、その結合部K2及び結合部K4から検出電
圧V1、V2を作動増幅回路13に出力する。
【0012】作動増幅回路13は、通常の作動増幅回路
であり、磁気抵抗素子部12から入力される検出電圧V
1、V2の電位差VS(V1−V2)を増幅してA/D
変換回路14に出力する。A/D変換回路14は、電位
差VSをディジタル変換し、レジスタ15に出力する。
【0013】したがって、上記作動増幅回路13及びA
/D変換回路14は、全体として素子駆動回路11によ
り定電圧の印加されている結合部間(K1−K3間)以
外の相対向する結合部間(K2−K4間)の電位差VS
を検出する検出手段として機能する。
【0014】一方、バイアスコイル(バイアス磁界用コ
イル)C1、C2は、上述のように、磁気抵抗素子MR
1、MR2、MR3、MR4にバイアスコイルC1とバ
イアスコイルC2が互いに直交するとともに、バイアス
コイルC1によるバイアス磁界B1、B3の方向と磁気
抵抗素子MR1、MR3の磁気検出方向とが一致し、バ
イアスコイルC2によるバイアス磁界B2、B4の方向
と磁気抵抗素子MR2、MR4の磁気検出方向とが一致
するように卷回されており、各バイアスコイルC1、C
2には、それぞれコイル駆動回路16からバイアス電流
I1、I2が供給される。このバイアス電流I1、I2
は、各々電流の向きが反転し、バイアス電流I1、I2
の向きが反転することより、バイアスコイルC1、C2
は、それぞれ図1に示したように、逆方向のバイアス磁
界B1、B3及び逆方向のバイアス磁界B2、B4を磁
気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4に印加す
る。また、バイアス電流I1、I2は、交互に流される
とともに、その向きが反転する。したがって、図1に示
すように、バイアス磁界B1、B2、B3、B4が、B
1→B2→B3→B4の順に発生する。
【0015】コイル駆動回路16には、波形合成回路1
7からバイアス電流の向きと導通タイミング、すなわち
バイアス磁界B1、B2、B3、B4の向きを指示する
信号S1、S2、S3、S4が入力され、コイル駆動回
路16は、この信号S1、S2、S3、S4に基づいて
バイアス電流I1、I2のバイアスコイルC1、C2へ
の供給・停止を行ない、また、バイアス電流I1、I2
の向きの切り換えを行なう。したがって、コイル駆動回
路16は、磁気センサ1の各バイアスコイルC1、C2
に電流を導通させバイアス磁界を発生させるバイアス磁
界用コイル駆動手段として機能する。
【0016】波形合成回路17は、前記コイル駆動回路
16へ信号S1、S2、S3、S4を出力するととも
に、バイアス磁界B1、B2、B3、B4に対応するR
AM22の検出データX1、X2、Y1、Y2の格納領
域を示す領域信号A1、A0をレジスタ18に出力し、
またA/D変換回路14に信号S1、S2、S3、S4
に基づいてA/D変換のタイミングを指示する変換タイ
ミング信号Saを出力する。これに対して、A/D変換
回路14は、A/D変換中であることを示す変換中信号
Sbを波形合成回路17に出力する。さらに、波形合成
回路17は、CPU19に対してデータ書換処理の開始
を指示する割込み信号INTを出力し、CPU19は、
この割込み信号INTに基づいてRAM22のデータの
書換処理を開始する。したがって、波形合成回路17
は、バイアス磁界用コイル駆動手段としてのコイル駆動
回路16、検出手段としてのA/D変換回路14及び演
算手段としてのCPU19に動作タイミングを指示する
制御手段として機能する。
【0017】前記レジスタ15は、A/D変換回路14
からの電位差VSの検出データX1、X2、Y1、Y2
を一時記憶し、CPU19の要求に応じてCPU19に
電位差VSの検出データX1、X2、Y1、Y2を出力
する。
【0018】前記レジスタ18は、波形合成回路17か
らの領域信号A1、A0を一時記憶し、CPU19の要
求に応じてCPU19に領域信号A1、A0のデータを
出力する。
【0019】表示部20は、例えば、液晶表示装置等を
有し、CPU19から出力される種々のデータ、例え
ば、方位データD等を表示出力する。
【0020】ROM21は、電子式方位計としてのプロ
グラム、例えば、方位演算処理プログラムや磁気センサ
1の検出した電位差VSの検出データX1、X2、Y
1、Y2の書換処理プログラム等を格納している。
【0021】RAM22は、図3に示すように領域区分
されており、領域X1、X2は、バイアスコイルC1に
よりバイアス磁界B1、B3を印加したときの電位差V
Sの検出データX1、X2を格納する領域、領域Y1、
Y2は、バイアスコイルC2によりバイアス磁界B2、
B4を印加したときの電位差VSの検出データY1、Y
2を格納する領域、領域Xは、バイアスコイルC1によ
りバイアス磁界B1、B3を印加したときの測定値の差
X(X1−X2)を格納する領域、領域Yは、バイアス
コイルC2によりバイアス磁界B2、B4を印加したと
きの測定値の差Y(Y1−Y2)を格納する領域、領域
Dは、CPU19が算出した方位データDを格納する領
域である。
【0022】CPU19は、ROM21内のプログラム
に従って電子式方位計10の各部を制御し、電位差VS
の検出を行なわせるとともに、検出した電位差VSの検
出データX1、X2、Y1、Y2から方位Dを算出す
る。また、CPU19は、この検出した電位差VSの検
出データX1、X2、Y1、Y2や算出した方位DをR
AM22に格納するとともに、表示部10に算出した方
位Dを表示出力させる。
【0023】次に、作用を説明する。電子式方位計10
は、その磁気センサ1に磁気抵抗素子MR1、MR2、
MR3、MR4が使用されており、その磁気抵抗素子M
R1、MR2、MR3、MR4がブリッジ状に結合され
ている。このブリッジ状に結合された磁気抵抗素子MR
1、MR2、MR3、MR4の相対向する結合部K1と
結合部K3との間に素子駆動回路11から駆動電圧Vを
印加し、磁気センサ1は、磁気抵抗素子MR1、MR
2、MR3、MR4の他の相対向する結合部K2と結合
部K4との電位を検出電位V1、V2として作動増幅回
路13に出力する。
【0024】一方、磁気センサ1には、バイアスコイル
C1、C2が相直交するとともに、各バイアスコイルC
1、C2によるバイアス磁界B1、B2、B3、B4の
方向が磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4の
磁気検出方向と一致する方向に卷回されており、バイア
スコイルC1、C2には、コイル駆動回路16からそれ
ぞれバイアス電流I1、I2が供給される。このバイア
ス電流I1、I2は、各々電流の向きが反転し、バイア
ス電流I1、I2の向きが反転することにより、バイア
スコイルC1、C2は、それぞれ図1に示したように、
逆方向のバイアス磁界B1、B3及びバイアス磁界B
2、B4を磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR
4に印加する。
【0025】ところで、磁気センサ1に使用されている
磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4は、その
基本特性が、図4のように示され、磁界の強さが、正側
及び負側に大きくなるに従って抵抗値が対象的に減少す
る。したがって、図4に示すように、地磁気による磁界
HEが磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4に
作用したとき、抵抗値の変化だけでは、磁気抵抗素子M
R1、MR2、MR3、MR4の検出方向に対して地磁
気による磁界HEの方向が正側であるのか、負側である
のかを判別することができない。また、この地磁気によ
る磁界HEによる磁気抵抗素子MR1、MR2、MR
3、MR4の抵抗値の変化量が小さいため、正確な地磁
気HEの変化量を検出することができず、方位の算出が
不正確となる。
【0026】そこで、本実施例では、磁気センサ1にバ
イアス磁界を印加し、磁気抵抗素子MR1、MR2、M
R3、MR4に対する地磁気による磁界HEの方向の判
別を可能とするとともに、磁界HEによる磁気抵抗素子
MR1、MR2、MR3、MR4の抵抗値の変化量を大
きくして、検出精度を向上させている。
【0027】すなわち、相直交する方向に配置されたバ
イアスコイルC1、C2に、反転するバイアス電流I
1、I2を供給し、各磁気抵抗素子MR1、MR2、M
R3、MR4にバイアス磁界B1、B2、B3、B4を
印加している。このバイアス磁界B1、B2、B3、B
4を磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4に印
加すると、図5に示すように、磁気抵抗素子MR1、M
R2、MR3、MR4の特性曲線の変化の大きい位置に
検出位置を設定することができるとともに、該特性曲線
上での地磁気による磁界HEの検出方向に対して、負側
のバイアス磁界−HBが印加されたときと、正側のバイ
アス磁界HBが印加されたときとでは、磁気抵抗素子M
R1、MR2、MR3、MR4の抵抗値の変化方向を逆
転させることができ、地磁気による磁界HEの変化を精
度よく検出することができるとともに、地磁気の磁界H
Eの方向を容易に検出することができる。
【0028】また、バイアス磁界B1、B2、B3、B
4を磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4の検
出方向と一致する方向に印加しているので、バイアスコ
イルC1、C2により発生するバイアス磁界B1、B
2、B3、B4を有効に利用することができ、バイアス
電流I1、I2を低減することができる。その結果、消
費電力を低減することができる。
【0029】さらに、磁気抵抗素子MR1、MR2、M
R3、MR4は、無限に大きな正側から無限に大きな負
側の磁界が印加された場合、図6に示すように、ヒステ
リシス(なお、図6では、ヒステリシスを分りやすく表
示するため、実際のヒステリシスよりも極端に表示して
いる。)を有しているため、地磁気による磁界HEを検
出しているときには、磁界HEの増加するときと、減少
するときとでは、磁気抵抗素子MR1、MR2、MR
3、MR4の異なる特性曲線上を変化することとなり、
同じ磁界HEの値であっても異なった抵抗値を示す。そ
の結果、方位の検出を正確に行なうことができなくな
る。
【0030】そこで、本考案では、上述のように、磁気
センサ1にバイアス磁界を印加し、ヒステリシスによる
検出誤差を是正している。
【0031】すなわち、相直交する方向に配置されたバ
イアスコイルC1、C2に、反転するバイアス電流I
1、I2を供給し、各磁気抵抗素子MR1、MR2、M
R3、MR4にバイアス磁界B1、B2、B3、B4を
印加している。このバイアス磁界B1、B2、B3、B
4が印加されると、ヒステリシスを有した磁気抵抗素子
MR1、MR2、MR3、MR4の特性は、バイアス磁
界の方向に対応した特性曲線上を変化することとなり、
バイアス磁界B1、B2、B3、B4の方向に応じて磁
気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4の同一方向
の特性曲線に対応した検出結果を得ることができる。そ
の結果、ヒステリシスの影響を受けることなく、地磁気
による磁界HEの変化を正確に検出することができる。
【0032】このようにして磁気センサ1で検出した結
合部K1の電位V1と結合部K2の電位V2は、上述の
ように、作動増幅回路13に出力され、作動増幅回路1
3はこの両電位V1、V1の電位差VSを増幅してA/
D変換回路14に出力する。A/D変換回路14は、作
動増幅回路13から入力される電位差VSをディジタル
変換して、検出データX1、X2、Y1、Y2としてレ
ジスタ15に出力するが、この電位差VSのディジタル
変換を、波形合成回路17から入力される変換タイミン
グ信号Saに基づいて行っている。
【0033】すなわち、波形合成回路17は、図7に示
すように、変換タイミング信号SaをA/D変換回路1
4に出力し、A/D変換回路14は、変換タイミング信
号Saが入力されると、電位差VSのディジタル変換を
開始するとともに、変換中であることを示す変換中信号
Sbを波形合成回路17に出力する。A/D変換回路1
4は、ディジタル変換した検出データX1、X2、Y
1、Y2をレジスタ15に出力し、レジスタ15は、入
力される検出データX1、X2、Y1、Y2を一時格納
する。波形合成回路17は、A/D変換回路14から変
換中信号Sbの入力が無くなると、図7に示すように、
CPU19にデータ書換処理の開始を指示する割込み信
号INTを出力し、CPU19は、割込み信号INTが
入力されると、レジスタ15から検出データX1、X
2、Y1、Y2を読み取り、データ書換処理や方位の演
算処理を開始する。
【0034】また、波形合成回路17は、図7に示すよ
うに、コイル駆動回路16にバイアス磁界B1、B2、
B3、B4を発生させるための信号S1、S2、S3、
S4を出力し、コイル駆動回路16は、信号S1、S
2、S3、S4に基づいてバイアスコイルC1、C2へ
のバイアス電流I1、I2の供給・停止及びバイアス電
流I1、I2の向きの切り換えを行なう。そして、上記
変換タイミング信号Saをこの各信号S1、S2、S
3、S4の出力期間の中間あたりの安定したときに出力
する。したがって、上述のように、磁気抵抗素子MR
1、MR2、MR3、MR4にバイアス磁界B1、B
2、B3、B4が印加される。
【0035】さらに、波形合成回路17は、バイアス磁
界B1、B2、B3、B4への信号S1、S2、S3、
S4の出力タイミング、すなわちバイアス磁界B1、B
2、B3、B4の印加タイミングに応じて、RAM22
への検出データX1、X2、Y1、Y2の格納領域を示
す領域信号A1、A0をレジスタ18に出力し、レジス
タ18は、この領域信号A1、A0を一時格納する。レ
ジスタ18に格納された領域信号A1、A0は、CPU
19により読み取られる。この領域信号A1、A0は、
図7に示すように、領域信号A1と領域信号A0との組
合わせにより4つの領域X1、X2、Y1、Y2を指定
している。
【0036】上述のように、CPU19は、波形合成回
路17から割込み信号INTが入力されて、割込みがか
かると、図8に示すデータ書換処理を行なう。すなわ
ち、CPU19は、割込み信号INTにより割込みがか
かると、レジスタ18から領域信号A1、A0を読み出
し、領域信号A0が「0」かどうかチェックする(ステ
ップS1)。領域信号A0が「0」のときには、領域信
号A1が「0」かどうかチェックし(ステップS2)、
領域信号A1も「0」のときには、レジスタ15から読
み出した検出データを領域X1に書き込む(ステップS
3)。領域X1に書き込んだ検出データと領域X2に書
き込まれている検出データとの差を演算し、領域Xに書
き込む(ステップS4)。
【0037】また、ステップS2で領域信号A1が
「0」でないときには、レジスタ15の検出データを領
域X2に書き込み(ステップS5)、この領域X2に書
き込んだ検出データを領域X1に書き込まれている検出
データから減算して、その減算結果を領域Xに書き込む
(ステップS4)。
【0038】さらに、ステップS1で、領域信号A0が
「0」でないときには、領域信号A1が「0」かどうか
チェックし(ステップS6)、領域信号A1が「0」の
ときには、レジスタ15の検出データを領域Y1に書き
込む(ステップS7)。領域Y1に書き込んだ検出デー
タと領域Y2に書き込まれている検出データとの差を演
算し、領域Yに書き込む(ステップS8)。
【0039】また、ステップS6で、領域信号A1が
「0」でないときには、レジスタ15の検出データを領
域Y2に書き込み(ステップS9)、この領域Y2に書
き込んだ検出データを領域Y1に書き込まれている検出
データから減算して、その減算結果を領域Yに書き込む
(ステップS8)。
【0040】CPU19は、1回割込み信号INTが入
力される毎にレジスタ15から1つの検出データを読み
込み、上記RAM22への書換処理を行なう。上記ステ
ップS4及びステップS8で、検出データX1、X2及
び検出データY1、Y2の差を演算しているのは、以下
の理由による。
【0041】すなわち、図9に示すように、バイアスコ
イルC1によりバイアス磁界B1を印加したときには、
磁気抵抗素子MR1、MR3の抵抗値は、方位θに対し
て実線r11に示すように変化し、磁気抵抗素子MR2、
MR4の抵抗値は、実線r12に示すように変化する。ま
た、バイアスコイルC1によりバイアス磁界B3を印加
したときには、磁気抵抗素子MR1、MR3の抵抗値
は、破線r31で示すように変化し、磁気抵抗素子MR
2、MR4の抵抗値は、破線r32で示すように変化す
る。さらに、バイアスコイルC2によりバイアス磁界B
2を印加したときは、図10に示すように、磁気抵抗素
子MR1、MR3の抵抗値は、実線r21で示すように変
化し、磁気抵抗素子MR2、MR4の抵抗値は、実線r
42で示すように変化する。また、バイアスコイルC2に
よりバイアス磁界B4を印加したときには、磁気抵抗素
子MR1、MR3の抵抗値は、破線r41で示すように変
化し、磁気抵抗素子MR2、MR4の抵抗値は、破線r
32で示すように変化する。これら各磁気抵抗素子MR
1、MR2、MR3、MR4の抵抗値の変化によって結
合部K2と結合部K4とに電位V1、V2が発生して、
電位差VSが生じる。したがって、バイアスコイルC1
によるバイアス磁界B1、B3を印加したときの電位差
VSの検出データX1、X2は、図11に示すように変
化し、バイアスコイルC2によるバイアス磁界B2、B
4を印加したときの電位差VSの検出データY1、Y2
は、図12に示すように変化する。
【0042】さらに、CPU19は、図8のステップS
4及びステップS8においてバイアスコイルC1による
バイアス磁界B1、B3を印加したときの電位差VSの
検出データX1、X2の差X(X1−X2)及びバイア
スコイルC2によるバイアス磁界B2、B4を印加した
ときの電位差VSの検出データY1、Y2の差Y(Y1
−Y2)を演算しているが、これは、図11及び図12
に示すように、逆方向にバイアス磁界B1、B2、B
3、B4を印加したときの各電位差VSの検出データX
1、X2、Y1、Y2自体の値よりも、差X、Yの方が
地磁気の変化に対して出力を大きくすることができ、検
出感度を向上させることができるからである。さらに、
各磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4の抵抗
値に誤差があるときには、各バイアスコイルC1による
バイアス磁界B1、B3を印加したときの電位差VSの
検出データGX1、GX2は、図13に示すように、磁
気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4の抵抗値に
誤差がないときの検出データX1、X2に対して、ずれ
るが、抵抗値に誤差があるときの検出データGX1、G
X2の差GX(GX1−GX2)は、抵抗値に誤差がな
いときの検出データX1、X2の差X(X1−X2)と
同じ値となる。これは、バイアスコイルC2によるバイ
アス磁界B2、B4を印加したときの電位差VSの検出
データY1、Y2の差Y(Y1−Y2)についても同様
である。したがって、検出データX1、X2の差X及び
検出データY1、Y2の差Yを演算することにより、磁
気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4の抵抗値の
誤差が打ち消され、検出精度を向上させることができ
る。
【0043】上記書換処理が完了すると、CPUは割込
み処理から抜け、方位の算出処理や表示部20への表示
出力処理等を行なう。この方位の算出処理は、図14の
フローチャートに従って行なわれる。すなわち、CPU
19は、電位差VSの検出データX1、X2、Y1、Y
2をRAM22の各領域X1、X2、Y1、Y2に格納
し、検出データX1、X2及び検出データY1、Y2の
差を演算すると、割込み処理から抜け出し、図14に示
す方位の算出処理及び表示処理を行なう。
【0044】CPU19は、まず、RAM22から差X
及び差Yを読み出し、次式により方位Dを算出する(ス
テップP1)。 D=tan-1(Y/X)………(1) ところが、tan-1(Y/X)の値は、図15(横軸θ
は実際に電子式方位計10が向けられている方位)に示
すように、その値だけでは、0度から360度のどの値
であるかが判別しない。そこで、本実施例では、表1に
示すように、X、Yの値の大きさに基づいて方位を判別
している。
【0045】すなわち、図14に示すように、まず、差
Xが負かどうかチェックし(ステップP2)、差Xが負
のときには、表1からも分るように、ステップP1で算
出した方位に180度を加算した値を方位として採用し
て、RAM22のD領域に格納する(ステップP3)。
このRAM22に格納した方位を表示部20を駆動し
て、表示部20に表示出力させる(ステップP4)。ま
た、ステップP2で差Xが負でないときには、差Yが負
かどうかチェックし(ステップP5)、差Yが負のとき
には、表1からも分るように、ステップP1で算出した
方位に360度を加算した値を方位として算出して、R
AM22のD領域に格納する(ステップP6)。この算
出した方位を表示部20に表示出力させる(ステップP
4)。さらに、ステップP5で、差Yの値が負でないと
きには、表1からも分るように、ステップP1で算出し
た方位をそのまま方位として採用し、RAM22の領域
Dに格納して、その方位Dを表示部20に表示出力させ
る(ステップP4)。
【表1】
【0046】このように、磁気センサ1が、少なくとも
4個の磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4
と、少なくとも2個のバイアスコイルC1、C2で形成
されるとともに、4個の磁気抵抗素子MR1、MR2、
MR3、MR4が、隣接する磁気抵抗素子MR1、MR
2、MR3、MR4の磁気検出方向が互いに直交する状
態でブリッジ状に結合されており、2個のバイアスコイ
ルC1、C2が、互いに直交するとともに、その発生す
るバイアス磁界B1、B2、B3、B4が磁気抵抗素子
MR1、MR2、MR3、MR4の検出方向と一致する
状態で前記磁気抵抗素子に卷回されているので、バイア
ス磁界B1、B2、B3、B4により磁気抵抗素子MR
1、MR2、MR3、MR4の特性曲線の変化量の大き
い領域で検出することができ、磁気センサ1を小型・安
価で、かつ精度の高いものとすることができるととも
に、バイアスコイルC1、C2の発生するバイアス磁界
B1、B2、B3、B4を有効に利用することができ、
バイアス電流を低減して、消費電力を低減することがで
きる。
【0047】また、電子式方位計を、この磁気センサ1
を利用し、この磁気センサ1の磁気抵抗素子MR1、M
R2、MR3、MR4の結合部K1、K2、K3、K4
のうち相対向する2つの結合部K1、K3間に定電圧V
を印加する。そして、磁気センサ1の各バイアスコイル
C1、C2に電流I1、I2を導通させてバイアス磁界
B1、B2、B3、B4を発生させ、前記定電圧Vの印
加されている結合部K1、K3間以外の相対向する結合
部K2、K4間の電位差VSを検出する。この検出した
電位差VSから方位を算出し、これらバイアスコイルC
1、C2への電流導通タイミングや検出タイミング及び
方位の算出タイミングを調整しているので、ブリッジ状
に接続された磁気抵抗素子に、制御手段により動作タイ
ミングをとって、バイアス磁界を印加し、このバイアス
磁界B1、B2、B3、B4の印加された磁気抵抗素子
MR1、MR2、MR3、MR4の結合部K2、K4間
の電位差VSを検出して、方位を算出することができ、
磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4の特性曲
線の変化量の大きい領域で検出することができる。その
結果、磁気センサ1を小型・安価で、かつ精度の高いも
のとすることができる。
【0048】さらに、1個のバイアスコイルC1、C2
に互いに逆向きの2種類のバイアス電流I1、I2を導
通させ、該1個のバイアスコイルC1、C2により互い
に逆向きの2種類のバイアス磁界B1、B2、B3、B
4を発生させているので、磁気抵抗素子MR1、MR
2、MR3、MR4のヒステリシスによる誤差を適切に
是正することができ、検出精度をより一層向上させるこ
とができる。
【0049】なお、上記実施例においては、磁気センサ
1を4つの磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR
4で構成しているが、これに限るものではなく、4つ以
上の磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4を直
列あるいは並列にブリッジを形成するように接続して、
構成してもよい。また、本考案の磁気センサや電子式方
位計は、方位計専用装置に限るものではなく、電子腕時
計や高度計等に組み込むこともでき、また、自動車や航
空機のナビゲーション装置に適用することもできる。
【0050】
【考案の効果】請求項1記載の考案によれば、磁気セン
サが、少なくとも4個の磁気抵抗素子と少なくとも2個
のバイアス磁界用コイルとで構成され、各磁気抵抗素子
が、隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交
する状態でブリッジ状に結合されているとともに、各バ
イアス用コイルが、互いに直交するとともに、前記磁気
抵抗素子の磁気検出方向と一致する方向の磁界を発生す
る状態で前記磁気抵抗素子に卷回されているので、バイ
アス磁界用コイルの発生する磁界を、有効に磁気抵抗素
子にバイアス磁界として作用させることができ、バイア
ス磁界を発生させるのに必要なバイアス電流を削減する
ことができる。その結果、消費電力を低減することがで
きる。
【0051】請求項2記載の考案によれば、電子式方位
計が、磁気センサが、隣接する磁気抵抗素子の磁気検出
方向が互いに直交する状態でブリッジ状に結合された少
なくとも4個の磁気抵抗素子と、互いに直交するととも
に、前記磁気抵抗素子の磁気検出方向と一致する方向の
磁界を発生する状態で前記磁気抵抗素子に卷回された少
なくとも2個のバイアス磁界用コイルと、を有してお
り、前記磁気センサの各バイアス磁界用コイルにバイア
ス磁界用コイル駆動手段によりバイアス電流を導通させ
てバイアス磁界を発生させる。そして、この磁気センサ
の磁気抵抗素子の結合部のうち相対向する2つの結合部
間に磁気センサ駆動手段により定電圧を印加し、この磁
気センサ駆動手段により定電圧の印加されている結合部
間以外の相対向する結合部間の電位差を検出手段により
検出する。この検出手段が検出した電位差から演算手段
により方位を算出し、前記バイアス磁界用コイル駆動手
段と前記検出手段と前記演算手段とに対して制御手段に
より動作タイミングを指示するので、バイアス磁界を有
効に利用して、バイアス電流を低減することができると
ともに、ブリッジ状に接続された磁気抵抗素子に、制御
手段により動作タイミングをとって、バイアス磁界を印
加し、このバイアス磁界の方向と検出方向が一致する磁
気抵抗素子の結合部間の電位差を検出して、方位を算出
することができ、磁気抵抗素子の特性曲線の変化量の大
きい領域で検出することができる。その結果、消費電力
を低減させることができるとともに、磁気センサを小型
・安価で、かつ精度の高いものとすることができる。
【0052】請求項3記載の考案によれば、1個のバイ
アス磁界用コイルに互いに逆向きの2種類のバイアス電
流を導通させ、該1個のバイアス磁界用コイルにより互
いに逆向きの2種類のバイアス磁界を発生させているの
で、磁気抵抗素子のヒステリシスによる誤差及びバイア
ス磁界の変動による誤差を適切に是正することができ、
検出精度をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例に係る磁気センサの構成図。
【図2】図2の磁気センサの回路構成図。
【図3】本考案の一実施例に係る電子式方位計の回路ブ
ロック図。
【図4】バイアス磁界を印加しないときの磁気抵抗素子
の出力特性図。
【図5】バイアス磁界を印加したときの磁気抵抗素子の
出力特性図。
【図6】磁気抵抗素子のヒステリシスの様子を示す図。
【図7】図3の各部の出力信号のタイミング図。
【図8】図3のCPUによる検出データ書込処理を示す
フローチャート。
【図9】バイアスコイルC1によりバイアス磁界B1、
B3を印加したときの各磁気抵抗素子MR1、MR2、
MR3、MR4の抵抗値と方位との関係を示す図。
【図10】バイアスコイルC2によりバイアス磁界B
2、B4を印加したときの各磁気抵抗素子MR1、MR
2、MR3、MR4の抵抗値と方位との関係を示す図。
【図11】バイアスコイルC1によりバイアス磁界B
1、B3を印加したときの検出データX1、X2と方位
との関係を示す図。
【図12】バイアスコイルC2によりバイアス磁界B
2、B4を印加したときの検出データY1、Y2と方位
との関係を示す図。
【図13】磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR
4に抵抗値のずれがあるときの誤差を補正する処理の説
明図。
【図14】CPUによる方位算出処理を示すフローチャ
ート。
【図15】arctan-1Y/Xと方位との関係を示す
図。
【符号の説明】
1 磁気センサ MR1、MR2、MR3、MR4 磁気抵抗素子 P1、P2、P3、P4 パッド B1、B2、B3、B4 バイアス磁界 K1、K2、K3、K4 結合部 10 電子式方位計 11 素子駆動回路 12 磁気抵抗素子部 13 差動増幅回路 14 A/D変換回路 15、18 レジスタ 16 コイル駆動回路 17 波形合成回路 19 CPU 20 表示部 21 ROM 22 RAM
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−126577(JP,A) 特開 平5−126578(JP,A) 特開 平4−38420(JP,A) 特開 平5−172921(JP,A) 特開 平5−180656(JP,A) 特開 平5−223573(JP,A) 特開 平5−248868(JP,A) 特開 平5−248869(JP,A) 実開 昭57−92112(JP,U) 実開 昭57−164411(JP,U) 実開 平4−51680(JP,U) 実公 昭56−47528(JP,Y2) 実公 昭62−34253(JP,Y2)

Claims (3)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が
    互いに直交する状態でブリッジ状に結合された少なくと
    も4個の磁気抵抗素子と、 互いに直交するとともに、前記磁気抵抗素子の磁気検出
    方向と一致する方向の磁界を発生する状態で前記磁気抵
    抗素子に卷回された少なくとも2個のバイアス磁界用コ
    イルと、 を備えたことを特徴とする磁気センサ。
  2. 【請求項2】 隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が
    互いに直交する状態でブリッジ状に結合された少なくと
    も4個の磁気抵抗素子と、 互いに直交するとともに、前記磁気抵抗素子の磁気検出
    方向と一致する方向の磁界を発生する状態で前記磁気抵
    抗素子に卷回された少なくとも2個のバイアス磁界用コ
    イルと、を有した磁気センサと、 前記磁気センサの各バイアス磁界用コイルにバイアス電
    流を導通させバイアス磁界を発生させるバイアス磁界用
    コイル駆動手段と、 前記磁気センサの磁気抵抗素子の結合部のうち相対向す
    る2つの結合部間に定電圧を印加する磁気センサ駆動手
    段と、 前記磁気センサ駆動手段により定電圧の印加されている
    結合部間以外の相対向する結合部間の電位差を検出する
    検出手段と、 前記検出手段が検出した電位差から方位を算出する演算
    手段と、 前記バイアス磁界用コイル駆動手段と前記検出手段と前
    記演算手段とに対して動作タイミングを指示する制御手
    段と、 を備えたことを特徴とする電子式方位計。
  3. 【請求項3】 前記バイアス磁界用コイル駆動手段が、
    前記1個のバイアス磁界用コイルに対して互いに逆向き
    の2種類のバイアス電流を導通させ、該1個のバイアス
    磁界用コイルにより互いに逆向きの2種類のバイアス磁
    界を発生させることを特徴とする請求項2記載の電子方
    位計。
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