JP2590302B2 - 1軸差動型磁気測定器 - Google Patents

1軸差動型磁気測定器

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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、一方向の磁界の変化を差動的に検出する
1軸差動型磁気測定器に関する。
(ロ) 従来の技術 従来、この種の1軸差動型磁気測定器は、励磁コイル
を備えたリングコアの外側に磁気検出コイルが1方向に
リングコアを横断して巻回されて磁気検出器が形成さ
れ、この磁気検出器を2つ並設して構成され、2つの磁
気検出コイルの出力の差より1方向の磁界、例えば座標
空間におけるx軸方向の磁界の変化を検出するようにな
っている。
この1軸差動型磁気測定器において、両磁気検出コイ
ルは感度軸(例えばx軸方向)を一致させて設ける必要
がある。この感度軸が不一致でズレていると、片方の磁
気検出コイルにはy軸方向とz軸方向の磁界が作用する
ことになり、正確な磁気検出を行うことができない。こ
の感度軸を一致させるために、両磁気検出器を機械的に
調整することは極めて困難であった。
そこで、両磁気検出器とは別個のy軸方向とz軸方向
の磁気検出器を設け、感度軸のズレを電気的に補正する
ようにしていた。つまり、リングコアに励磁コイルと磁
気検出コイルを備えた磁気検出器をもう1つ設け、y軸
方向とz軸方向の磁界を検出し、この出力に基づいてx
軸方向の両磁気検出器の出力を補正していた。
しかし、これでは3つの磁気検出器を設けなければな
らず、部品点数が多く、構造が複雑になると共に、大型
になり、高価になるという問題があった。
(ハ) 目的 この発明は、斯かる点に鑑み、縦横に2つの磁気検出
コイルを有する2つのリングコアを直交方向に設け、2
つのリングコアで3軸方向の磁界を検出して感度軸の不
一致を補正する1軸差動型磁気測定器を提供することを
目的とするものである。
(ニ) 構成 この発明は、上述した目的を達成するために、x軸と
y軸とz軸を互いに直交する座標軸とする座標空間にお
けるxy平面とzx平面との関係のように互いに直交する2
平面に、第1のリングコア2aと第2のリングコア3aとが
その中心を通るx軸が一致するように設けられ、この両
リングコア2a、3aに励磁コイル2b、3bが巻回される一
方、第1のリングコア2aのx軸方向にリングコアの外側
を巻回するy軸方向の磁気検出コイル2yが設けられると
共に、第1のリングコア2aのy軸方向にリングコアの外
側を巻回するx軸方向の磁気検出コイル2xが設けられ、
前記第2のリングコア3aに、このリングコアのx軸方向
にリングコアの外側を巻回するz軸方向の磁気検出コイ
ル3zが設けられると共に、第2のリングコア3aのz軸方
向にリングコアの外側を巻回するx軸方向の磁気検出コ
イル3xが設けられて成り、x軸方向の両磁気検出コイル
2x、3xの出力が差動導出され、かつ、y軸方向とz軸方
向の磁気検出コイル2y、3zの出力が増幅率可変の増幅器
を介してx軸方向の磁気検出コイル3xに加算され、両磁
気検出コイル2x、3xにおける感度軸不一致の補正時に、
前記増幅器の増幅率が、前記差動導出出力が0になるよ
うに調整されるように構成した。
(ホ) 実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。
第1図乃至第4図に示すように、1は1軸差動型磁気
測定器であって、2つの磁気検出器2、3を備え、x軸
とy軸とz軸を座標軸とする座標空間におけるx軸方向
の磁界を検出するものである。
両磁気検出器2、3は、リングコア2a、3aに励磁コイ
ル2b、3bと2つの磁気検出コイル2x、2y及び3x、3zが設
けられて構成されている。2つのリングコア2a、3aは座
標空間におけるxy平面とzx平面との関係に設けられ、第
1のリングコア2aがxy平面上に、第2のリングコア3aが
zx平面上に配置されている。更に、両リングコア2a、3a
はこのリングコア2a、3aの中心を通るx軸が一致するよ
うに設けられ、且つ外周側面の一部が近接対峙するよう
に設けられている。
各励磁コイル2b、3bは、各リングコア2a、3aを巻回し
て交流電源2c、3cが接続されており、リングコア2a、3a
に磁束を励起させるようになっている。
各磁気検出コイル2x、2y、3x、3zは、各リングコア2
a、3aの外側にこのリングコア2a、3aのほぼ中心を通っ
て直径方向に巻回されている。そして、第1の磁気検出
器2における第1の磁気検出コイル2xはy軸方向に巻回
され、yz平面に直角なx軸方向の磁界を検出するように
なっており、このx軸方向が感度軸となっている。ま
た、第2の磁気検出コイル2yはx軸方向に巻回され、y
軸方向の磁界を検出するようになっている。
一方、第2の磁気検出器3における第1の磁気検出コ
イル3xはz軸方向に巻回され、yz平面に直角なx軸方向
の磁界を検出するようになっており、このx軸方向が感
度軸となっている。また、第2の磁気検出コイル3zはx
軸方向に巻回され、z軸方向の磁界を検出するようにな
っている。
更に、各磁気検出コイル2x、2y、3x、3zの両端は図示
しない信号処理回路に接続され、両第1の磁気検出コイ
ル2x、3xの出力の差よりx軸方向の磁界の変化を検出す
るように構成されている。そして、両第2の磁気検出コ
イル2y、3zの出力が第2の磁気検出器3の第1の磁気検
出コイル3xの出力に加算されて、両第1の磁気検出コイ
ル2x、3xの感度軸(x軸方向)の不一致を補正するよう
に構成されている。
次に、この1軸差動型磁気測定器の測定動作について
説明する。
先ず、両磁気検出器2、3において、第1の磁気検出
コイル2x、3xの感度軸が一致している場合、第2の磁気
検出器3における第1の磁気検出コイル3xのy軸方向及
びz軸方向の磁界に対する応答出力は零である。従っ
て、両第1の磁気検出コイル2x、3xの出力を差動的に検
出し、出力が零の時、磁界の変化がなく、この変化が生
じると、その変化量に対応した信号を出力することにな
る。
つぎに、この磁気検出器2、3において、感度軸が一
致せずに、ズレている場合について説明する。第5図
に、第1の磁気検出器2の第1の磁気検出コイル2xと、
第2の磁気検出器3の第1の磁気検出コイル3xの感度軸
がズレた場合を示している。第5図において、2xは第1
の磁気検出コイル2xの感度軸を、3xは第1の磁気検出コ
イル3xの感度軸をそれぞれ示している。ここでは、第1
の磁気検出器2の第1の磁気検出コイル2xの感度軸を基
準にして(x軸方向とする)第2の磁気検出器3の第1
の磁気検出コイル3xの感度軸が、y軸方向にθ、z軸方
向にφだけ、ズレている場合を示している。
次に、この実施例磁気測定器の感度軸ズレの補正につ
いて説明する。
今、第1の磁気検出コイル2xの感度軸を基準にして、
均一磁界Hx、Hy、Hzが加えられているとすると、第1の
磁気検出コイル2x、3xの応答出力Vx2、Vx3は Vx2=Axx2Hx Vx3=Axx3Hx+Axy3Hy+Axz3Hx となる。Vx3の第2項、第3項は感度軸がズレているこ
とによる応答であり、第2項はy軸方向、第3項はz軸
方向へそれぞれズレたために発生するものである。
第1の磁気検出コイル2x、3xの差動出力ΔVは、 ΔV=Vx2−Vx3 =(Axx2−Axx3)Hx-Axy3Hy−Axz3Hz となる。均一磁界ではΔV=0となるように調整する必
要があり、感度軸のズレがなければAxy3Hy・Axz3Hzはい
ずれも0であり、Vx2=Vx3となるように、電子回路の例
えば利得を調整することにより、ΔV=0とできる。し
かし感度軸のズレがあると、Axy3Hy、Axz3Hzが0となら
ないので、ΔV=0とできない。
そこで、この実施例磁気測定器では、y軸方向磁界を
検出する第2の磁気検出コイル2y、z軸方向磁界を検出
する第2の磁気検出コイル3zの出力を、第1の磁気検出
コイル3xの出力に加算して、傾きθ、φ(ズレ)を補正
する。
均一磁界Hx、Hy、Hzに対する第2の磁気検出コイル2
y、3zの応答出力vy2、Vz3は、 vy2=Ayx2Hx+Ayy2Hy+Ayz2Hz vz3=Azx3Hx+Azy3Hy+Azz3Hz となる。ここでAyx2Hxは、磁気検出コイル2yが、x軸方
向へのズレのために発生する成分であり、Ayz2Hzは同じ
くz軸方向へのズレのために発生する成分である。ま
た、Azx3Hxは磁気検出コイル3zがx軸方向へのズレのた
めに発生する成分であり、Azy3Hyは同じくy軸方向への
ズレのために発生する成分である。
これら、第2の磁気検出コイル2y、3zの応答出力を、
第1の磁気検出コイル3xに加算した場合の、第1の磁気
検出コイル2x、3xの差動出力ΔVは、 ΔV=Vx2−Vx3+Vy2+Vy3 =(Axx2−Axx3+Ayx2−Azx3)Hx+ (−Axy3+Ayy2+Azy3)Hy+ (−Axz3+Ayz2+Azz3)Hy となる。
ここで、 Axx2−Axx3+Ayx2+Azx3=0 −Axy3+Ayy2+Azy3=0 −Axz3+Ayz2+Azz3=0 となるように、補正を行うならばΔV=0となる。
つまり、均一磁界に対する応答をなくすことができ
る。
なお、補正は、第1及び第2の磁気検出コイル3x、2
y、3zの出力を増幅する増幅器の増幅率を調整すること
により行われる。
すなわち、感度軸がズレているための均一磁界Hx、H
y、Hzによる第1及び第2の磁気検出コイル3x、2y、3z
に発生する成分(応答)は、1軸方向の均一磁界のみを
作用させた状態で、ΔV=0となるように前記磁気検出
コイル3x、2y、3zに接続する各増幅器の増幅率を調整す
ることにより行われる。この各増幅器の増幅率の調整
は、上式が1次式であることから、次の手順でもって各
軸独立に行える。
x軸方向の均一磁界Hzのみを作用させる。これは、
第1の磁気検出コイル2xを地磁気に直交するように1軸
差動型磁界測定器1を配置する事でなされる。
この状態では、x軸方向の均一磁界Hxに直交するy軸
方向とz軸方向の均一磁界Hy、Hzがないので、第1及び
第2の磁気検出コイル3x、2y、3zの出力は、感度軸がズ
レているため均一磁界Hxにより発生する成分(上式の第
1項)のみで、均一磁界Hy、Hzにより発生する成分(上
式の第2項、第3項)はない。
この状態で1軸差動型磁気測定器1をx軸回りに回転
させても第1の磁気検出コイル2x、3xの差出力ΔV=0
となるように、第1の磁気検出コイル3xに接続する増幅
器の増幅率、ならびに、第1の磁気検出コイル3xの出力
に加算される第2の磁気検出コイル2y、3zの出力をそれ
ぞれに接続する増幅器の増幅率を調整する。
次に、y軸方向の均一磁界Hyのみを作用させる。こ
れは、第2の磁気検出コイル2yを地磁気に直交するよう
に1軸差動型磁気測定器1を配置する事でなされる。
この状態では、y軸方向の均一磁界Hyに直交するx軸
方向とz軸方向の均一磁界Hx、Hzがないので、第1及び
第2の磁気検出コイル3x、2y、3zの出力は、感度軸がズ
レているため均一磁界Hyにより発生する成分(上式の第
2項)のみで、均一磁界Hx、Hzにより発生する成分(上
式の第1項、第3項)はない。
この状態で1軸差動型磁気測定器1をy軸回りに回転
させても第1の磁気検出コイル2x、3xの差出力ΔV=0
となるように、第1の磁気検出コイル3xに接続する増幅
器の増幅率、ならびに、第1の磁気検出コイル3xの出力
に加算される第2の磁気検出コイル2y、3zの出力をそれ
ぞれに接続する増幅器の増幅率を調整する。この場合、
第2の磁気検出コイル2y、3zの出力をそれぞれに接続す
る増幅器の増幅率を調整し、それでΔV=0とならない
際に第1の磁気検出コイル3xに接続する増幅器の増幅率
を調整する。
さにら、z軸方向の均一磁界Hzのみを作用させる。
これは、第2の磁気検出コイル3zを地磁気に直交するよ
うに1軸差動型磁気測定器1を配置する事でなされる。
この状態では、z軸方向の均一磁界Hzに直交するx軸
方向とy軸方向の均一磁界Hx、Hyがないので、第1及び
第2の磁気検出コイル3x、2y、3zの出力は、感度軸がズ
レているため均一磁界Hzにより発生する成分(上式の第
3項)のみで、均一磁界Hx、Hzにより発生する成分(上
式の第1項、第2項)はない。
この状態で1軸差動型磁気測定器1をz軸回りに回転
させても第1の磁気検出コイル2x、3xの差出力ΔV=0
となるように、第1の磁気検出コイル3xに接続する増幅
器の増幅率、ならびに、第1の磁気検出コイル3xの出力
に加算される第2の磁気検出コイル2y、3zの出力をそれ
ぞれに接続する増幅器の増幅率を調整する。この場合、
上記と同様に第2の磁気検出コイル2y、3zの出力をそ
れぞれに接続する増幅器の増幅率を調整し、それでΔV
=0とならない際に第1の磁気検出コイル3xに接続する
増幅器の増幅率を調整する。
上記で第1の磁気検出コイル3xに接続する増幅
器の増幅率を調整した場合には、上記〜の手順を繰
り返してΔV=0となるように、第1及び第2の磁気検
出コイル3x、2y、3zの出力を増幅する各増幅器の増幅率
を再調整する。
なお、この〜の感度軸の不一致の補正手法は、従
来の技術に記載したy軸方向とz軸方向の磁気検出器を
設け電気的に補正する場合にも用いられている周知の手
法である。
以上の手法による第1及び第2の磁気検出コイル3x、
2y、3zの出力を増幅する各増幅器の増幅率の調整の完了
により、その1軸差動型磁気測定器の両第1の磁気検出
コイル2x、3xの感度軸(x軸方向)が一致した状態とみ
なすことができ、この状態でx軸方向の磁界Hxの変化を
正確に検出できる。
尚、両リングコア2a、3aの配置は実施例に限られず、
直交する2平面(xy平面とzx平面)の関係に配置されれ
ばよい。
(ヘ) 効果 以上のように、この発明の1軸差動型磁気測定器によ
れば、2つのリングコアのそれぞれに直交する2つの磁
気検出コイルを巻回し、x軸方向の検出磁界の他、y軸
方向とz軸方向の磁界も検出するようにしたために、感
度軸の不一致を確実に補正することができる。特に、従
来のようにy軸及びz軸方向の磁界を検出する個別の磁
気検出器を設ける必要がないので、部品点数を少なくす
ることができると共に、構造が簡素になり、小型にする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の一実施例を示し、第1図は1軸差動型
磁気測定器の概略斜視図、第2図は同概略平面図、第3
図は同概略側面図、第4図は磁気検出器の概略平面図、
第5図は感度軸のズレを示す座標空間の説明図である。 1:1軸差動型磁気測定器 2、3……磁気検出器 2a、3a:リングコア 2b、3b:励磁コイル 2x、3x:第1の磁気検出コイル 2y、3z:第2の磁気検出コイル

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】x軸とy軸とz軸を互いに直交する座標軸
    とする座標空間におけるxy平面とzx平面との関係のよう
    に互いに直交する2平面に、第1のリングコア2aと第2
    のリングコア3aとがその中心を通るx軸が一致するよう
    に設けられ、この両リングコア2a、3aに励磁コイル2b、
    3bが巻回される一方、第1のリングコア2aのx軸方向に
    リングコアの外側を巻回するy軸方向の磁気検出コイル
    2yが設けられると共に、第1のリングコア2aのy軸方向
    にリングコアの外側を巻回するx軸方向の磁気検出コイ
    ル2xが設けられ、前記第2のリングコア3aに、このリン
    グコアのx軸方向にリングコアの外側を巻回するz軸方
    向の磁気検出コイル3zが設けられると共に、第2のリン
    グコア3aのz軸方向にリングコアの外側を巻回するx軸
    方向の磁気検出コイル3xが設けられて成り、x軸方向の
    両磁気検出コイル2x、3xの出力が差動導出され、かつ、
    y軸方向とz軸方向の磁気検出コイル2y、3zの出力が増
    幅率可変の増幅器を介してx軸方向の磁気検出コイル3x
    に加算され、両磁気検出コイル2x、3xにおける感度軸不
    一致の補正時に、前記増幅器の増幅率が、前記差動導出
    出力が0になるように調整されるものであることを特徴
    とする1軸差動型磁気測定器。
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