JP3208924U - 電流測定システムに対する妨害排除 - Google Patents

Abstract

【課題】中断されない短絡／過電流検出を伴う孔内サンプリングされる電流測定システムを提供する。【解決手段】３つ以上の磁場センサ１３０２、１３０４、１３０６、１３０８と、センサの出力の各々に結合される選択モジュール１３１０、１３１２、１３１４と、選択モジュールを制御して、磁場センサのサブセットを、妨害事象のスケジューリングされた時間に選択し、妨害事象１３６０、１３６２に関連付けられる妨害を受けるようにスケジューリングされる選択されない磁場センサのセットが、妨害事象のスケジューリングされた時間に選択解除されるように動作可能な制御モジュール１３５０と、選択モジュールに結合される、連続的な測定モジュール１３３０と、受信される３つ以上の磁場センサの出力を処理して、電気導体内の電流を表す周期的な出力信号を発生させるように動作可能な、周期的な測定モジュール１３４０とを備える。【選択図】図１３

Description

関連出願の相互参照
[1]本出願は、以下の米国特許出願に対する優先権を主張するものであり、それらの米国特許出願の各々の全体の開示は、本明細書に参照により組み込まれている。
第６１／８７２，３５１号 Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｅｎｓｏｒ Ｉｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（導体内に埋め込まれる電流センサに対する正確度改善） ２０１３年８月３０日
第６１／８７６，１０４号 Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｅｎｓｏｒ Ｉｍｂｅｄｄｅｄ Ｉｎ Ｍｅｔａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（金属導体内に埋め込まれる電流センサ） ２０１３年９月１０日
[2]様々な実施形態は一般的には、スケジューリングされる妨害事象の全体を通して連続的に測定される電流に関係する。

[3]電流センサは、電気の消費量を決定するために広く使用され、電流によって動作させられるデバイスを制御している。電流センサはさらには、科学分析および実験のために使用される。大電流を測定することは、導体を囲む磁場を測定することにより行われ得る。しかしこれらの高電流センサは、大きなものになり得る。しばしばこれらの大電流センシングデバイスは、導体を磁気コアによって囲む。降圧変圧器が、高電流が生成する大きな信号を減衰させるために使用され得る。これらの降圧変圧器はさらには、反対の磁場を発生させて、低場センサの使用を可能とするために使用され得る。これらの降圧変圧器は、高価で大きく重いものであり得る。近隣の電気導体が、なおその上に、時には大電流を搬送する。これらの近隣の電流搬送導体はさらには、測定に干渉し得る磁場を発生させる。磁気コアおよび降圧変圧器によって、電流測定システムのサイズ、重量、およびコストは増大する。

本考案は、上記の課題を解決するものである。

[4]装置および関連付けられる方法は、３つ以上の磁場センサと、出力信号を、センサ信号の選択されるサブセットから形成し、一方で、出力信号を、センサ信号の選択されないサブセットから結合解除することを、あらかじめ決定された時間枠の間に、妨害信号がセンサ信号の選択されないセットで予想されるときに行うように構成される、過渡妨害選択モジュールとを有する孔内（ｉｎ−ｈｏｌｅ）電流測定システムに関係する。例解の例では、妨害生成動作が、センサの交番のサブセット上で実行され得るものであり、一方で、センサの妨害されないサブセットは、電気導体内の電流を測定する。例えば、センサの各々の選択されるサブセットは、電気導体内の孔の内部の電流フローに直交して据え付けられるように構成される軸上で調整され得る。一部の実施形態は有利には、あらかじめ決定された過渡妨害により中断されない状態で、連続的な電流測定値を提供し得る。

[5]一部の実施形態は、導体内の電流を、導体内の孔の内部の磁場強さを表す信号の奇数次空間微分関数に基づいて算出し得る。例解の実施形態では、奇数次空間微分関数は、１次より大きな孔内磁場の空間微分を表す出力信号を発生させ得る。３つ以上の磁場センサは、孔の中に挿入されるときに、孔の軸上で調整するように構成され得る。孔の中に挿入されるときに、センサは、電流フローの方向に直交する軸上で調整され得るものであり、電流フローの方向、および、調整される軸の両方に直交して方向設定される磁場に応答的であり得る。一部の実施形態は有利には、電気導体内の電流を指し示す精密な測定値を提供し、一方で、近隣の電気導体から生じる浮遊磁場（ｓｔｒａｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）を実質的に排除し得る。一部の実施形態は、導体内の高電流を測定することに対して、実質的に位置感受性が高くない（ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）ものであり得る。様々な実施形態は、近似的に、導体内に配置される孔の中心に配置される、２つ以上の磁場センシングデバイスを有し得る。磁場センシングデバイスの各々は、孔の内部の場所で特定の方向に沿って磁場を測定し得る。孔の中心の付近では、導体により搬送される電流から結果として生じる磁場は、測定される方向では小さいものであり得る。センサ場所での磁場が小さいことによって、高精度センサの使用が可能となり得る。一部の実施形態では、２つ以上のセンシングデバイスの対間の測定値差が、導体により搬送される電流を決定するために使用され得る。測定値差は、実質的に、浮遊磁場に対して感受性が高くないものであり得る。

[6]様々な実施形態が、１つまたは複数の利点を実現し得る。例えば一部の実施形態によって、非常に感受性が高い電流センサの使用が可能となり得る。一部の実施形態は、例えば異方性磁気抵抗センサのアレイを含み得る。そのようなセンシングデバイスは、単一のシリコンダイ上で製造され得る。この小さなダイは、比較的安価であり得る。小さなデバイスによって、近隣のバスバーが、互いに近接して配置されることが可能となり得る。小さなデバイスによって、設置および保守が容易になり得る。小さな測定デバイスによって、多くの異なるサイズおよびタイプの導体の測定が可能となり得る。測定正確度は、高精度デバイスが使用されることを可能とすることにより改善され得る。測定正確度は、浮遊磁場の排除により改善され得る。単一の単極供給電圧が、一部の実施形態で使用され得る。様々な実施形態が、低電力を使用して現実化され得る。様々な実施形態を使用する低コスト解決策が現実化され得る。センサを配置することに対する精度要件は、センサアレイが比較的位置感受性が高くないことを理由に、実質的に緩和され得る。必要とされるより多くのセンサがアレイ内にある場合、そのような冗長性によって、個々のセンサが故障する後でさえ、正確な測定が可能となり得る。

[7]様々な実施形態の詳細が、付随する図面および下記の説明で論述される。他の特徴的機能および利点が、説明および図面から、ならびに実用新案登録請求の範囲から明らかになろう。

[8]孔内電流センサを伴う電流搬送バスバーの概略図面を図示する図である。 [9]位置感受性が高くない、浮遊排除の孔内電流センサでの使用のための、例示的な４つのセンサデバイスのブロック線図を図示する図である。 [10]孔内センサのための孔を伴うバスバーの斜視図面を図示する図である。 [11]孔の内部の位置の関数としてのシミュレートされた磁場のグラフを図示する図である。 [12]孔内電流センシングシステムの例示的な実施形態のブロック線図を図示する図である。 [13]実験的な孔内電流測定システムの３次元有限要素シミュレーション結果を図示する図である。 [14]孔内バスバーの内部の電流および位置の関数としての磁場の実験的な測定結果を図示する図である。 [15]測定値と３次曲線当てはめとの間の残余誤差を図示する図である。 [16]孔内電流測定システムの例示的な差分解の実験的な結果を図示する図である。 [17]孔内電流測定システムの実験的なデータを収集するための実験的なセットアップの写真を図示する図である。 [18]導体内の孔の中に配置されるセンサのアレイを使用して電流を測定するための例示的なシステムを図示する図である。 [19]例示的な孔内電流測定システムのための例示的な信号処理回路の概略図を図示する図である。 [20]例示的な、過渡妨害に耐性のある、孔内電流測定システムのブロック線図を図示する図である。 [21]磁区をＡＭＲセンサ内で調整するための例示的なセット／リセット回路を図示する図である。 [22]セット／リセットおよびオフセット零調整能力を有する例示的なＡＭＲセンサシステムのブロック線図を図示する図である。 [23]セット／リセット選択およびＡＤＣサンプリングタイミングを示す例示的なタイミング線図を図示する図である。 [24]軸に沿ってパターニングされた４つのグラジオメータを伴う例示的なシリコン基板を図示する図である。 [25]セット／リセットおよびオフセットストラップを伴う例示的なＡＭＲセンサを図示する図である。 [26]コモンモードおよびディファレンシャルモードの両方のオフセット零調整の例示的なブロック線図を図示する図である。 [27]孔内電流測定システムを較正する例示的な方法のフローチャートを図示する図である。 [28]孔内電流測定デバイスを使用して導体内の電流を測定する例示的な方法のフローチャートを図示する図である。 [29]セット／リセット動作を実行し、一方で、連続的な電流測定信号を提供する例示的な方法のフローチャートを図示する図である。

[30]様々な図面内の類似の参照記号は、類似の要素を指示する。

[31]理解を助けるように、本文書は、以下のように編成されている。最初に、孔内磁場センサを使用して、電気導体内の電流を測定するための技法が、図１〜６を参照して説明されることになる。次いで、孔内磁場センサの使用による浮遊磁場の排除が、図７〜１０を参照して説明されることになる。次いで、孔内電流測定システムの例示的な実施形態が、図１１〜１２を参照して説明されることになる。連続的な電流測定を行い、一方で、過渡妨害動作を磁場センサのサブセット上で実行することが可能であるということが、図１３〜１６を参照して説明されることになる。最後に、精密な電流測定は、磁場センサを単一の半導体基板上に精密に配置することにより容易にされる。単一のＩＣ実装形態の例示的な実施形態が、図１７〜１９を参照して説明されることになる。

[32]図１は、孔内電流センサを伴う電流搬送バスバーの概略図面を図示する。図１ではバスバー１００は、孔１１０の内部に電流センシングシステム１０５を有する。バスバー１００は、高電流を搬送し得る。バスバーは、銅で作製され得る。一部の実施形態ではバスバーは、アルミニウムで作製され得る。バスバー１００は、電流フローの方向で長さ１１５を有する。長さ１１５の端部で示されるのは、バスバーを電流搬送導体に据え付けるための孔１２０である。バスバー１００は、幅１２５および深さ１３０を有する。孔１１０は、全体の深さ１３０を横切る。電流センシングシステム１０５は、回路ボード１３５およびセンサ突出部１４０を有し得る。センサ突出部上に、センサアレイ１４５があり得る。図示される実施形態では、２つのセンサ出力１５０、１５５が示される。センサアレイ１４５は、実質的に、バスバーの上部表面１６０と下部表面１６５との間の中途に配置される。孔１１０は、実質的にバスバーの幅の中央に形作られ、センサアレイ１４５は、実質的に孔１１０の中央に配置される。センサアレイは、磁場が非常に適度であるような方式で配置され得るものであり、その磁場は、バスバー内の長手方向の電流フローから結果として生じるものである。そのような孔の中心での磁場は、非常に感受性が高い磁場センサの使用を、大きなバスバー電流を測定することに対しても可能とするのに十分に小さいものであり得る。

[33]図２は、位置感受性が高くない、浮遊排除の孔内電流センサでの使用のための、例示的な４つのセンサデバイスのブロック線図を図示する。図２では、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ２０５のアレイ２００が図示される。アレイ２００は、例えば単一のシリコン基板上に製作され得る。一部の実施形態では、別々のセンサが、回路ボード上で互いに近隣に位置設定され得る。各々のＡＭＲセンサ２０５は、互いに精密に分離され得る。分離によって、孔１１０の内部のわずかに異なる位置で磁場を測定する各々のセンサが結果として生じ得る。同じ基板上に製作されているＡＭＲセンサ２０５は、磁場に同様に応答し得る。センサ応答が良好に均一であることによって、センサ較正が単純化し得る。センサ間隔は、非常に精密であり得るものであり、そのことによって、センサ間隔変動から結果として生じる誤差は最小になり得る。センサは、互いに、小さな距離の範囲内で配置され得る。そのような近い分離によって、センサ２０５は、孔１１０の低磁場領域内にすべてが配置されることが可能となり得る。センサは低場位置に配置され得るので、オフセットストラップ内の電流は、アレイの予想される最大場に対応するようにサイズ設定され得る。一部の実施形態では、センサ上に入射する磁場は、追加的な電流搬送導体をセンサに近接して設けることにより、さらに減少され得る。導体により搬送される電流は、あらかじめ決定され、開ループ方式で確立され得る。一部の実施形態では電流は、閉ループ方式で決定され得る。例示的な実施形態では場センサ測定値は、このフィードバック機構により０にされ得る。一部の実施形態では各々の電流センサは、センサと同じダイ上に集積されるオフセットストラップを有し得る。オフセットストラップは、センサ上に入射する磁場を低減または零調整する目的で電流を搬送し得る。

[34]図３は、孔内センサのための孔を伴うバスバーの斜視図面を図示する。図３では例示的なバスバー３００は、例示的な孔内電流測定システムでの使用のための円形孔３０５を含む。ｘ軸３１０は、バスバー３００の幅３１５と調整される孔３０５の直径を画定する。ｙ軸は、バスバー３００の長さに沿って方向設定されることになる。場センサ２０５は、ｘ軸３１０に沿って位置設定され、ｚ方向に方向設定される磁場を検出するように調整され得る。ｚ方向は、バスバー３００の厚さと調整されることになる。磁場センサ２０５は、ｘ軸３１０に沿って位置設定され得るものであり、そのｘ軸３１０は、孔３０５の深さの中程に配置されるように図示される。

[35]図４は、孔の内部の位置の関数としてのシミュレートされた磁場のグラフを図示する。図４ではグラフ４００は、磁場センサ２０５が配置されるｘ軸３１０に沿った場所を表すｘ軸４０５を有する。グラフ４００は、磁場センサ２０５により測定される磁場強さを指示するｙ軸４１０を有する。関数４１５は、センサ場所と、測定される場強さとの間の関数関係性を指示する。関数４１５は、センサのｘ場所と、測定磁場強さとの間の３次関係性を指示する。この関係性は、孔の幾何学性から結果として生じ得る。様々な孔の幾何学性が、例えば異なる関数関係性を生成し得る。一部の実施形態ではセンサは、ｚ方向とは異なる方向で磁場を測定するように調整され得る。例えば、ｙ方向磁場が測定され得る。

[36]図５は、孔内電流センシングシステムの例示的な実施形態のブロック線図を図示する。図５は、多重の磁場センサを使用して、電流フローを正確に測定するシステム５００を図示する。磁場センサは、電流フローの方向に対して横手の線に沿って、および、電流を搬送する導体内の孔の内部に分散させられ得る。図示されるシステム５００は、４つの磁場センサ５０５、５１０、５１５、５２０を含む。３つの差動アンプ５２５、５３０、５３５が、センサの近隣の対の信号間の差を計算する。差信号は次いで、ＡＤＣ５４０、５４５、５５０によりデジタル化され、信号処理ユニット５５５に送出される。ハイスピードアンプ５６５は、ＡＤＣ５４０、５４５、５５０を迂回して、急速な電流変化への高速応答を提供する。そのような高速応答は、例えば短絡事象を報告するために使用され得る。一部の実施形態ではハイスピードアンプ５６５は、１マイクロ秒ものわずかな間に電流変化に応答し得る。信号処理ユニット５５５は、センサ位置に対する測定される磁場強さのモデリングされる関数関係性の所望されるモデリング項に対する係数を計算する。一部の実施形態では、計算される係数は、例えば多項式モデルの最高次項である。最高次項に対する係数は、孔の内部の実際のセンサアレイ位置に対して実質的に不変であり得る。一部の実施形態では、２つ以上の項係数が計算され得る。計算される項係数は、電流インジケータとしての使用のために組み合わされ得る。計算される項係数は、例えば、浮遊場への組み合わされる応答を最小にするように組み合わされ得る。

[37]孔の内部でのセンサ調整変動によって、関数モデルの座標変換が結果として生じ得る。座標変換によって、モデリング項係数の一部に対する変化が結果として生じ得る。モデリング項係数の一部は、座標変換に対して不変であり得る。不変項を使用して電流を測定することによって、調整に対する感受性が低減し得る。係数の一部は、例えば浮遊場に対して、より感受性が高くない場合がある。実質的に浮遊不変の係数を使用することによって、例えば、近辺の導体に対する感受性が低減し得る。モデリング項係数を計算するための多くの異なる方途が存在する。図示される実施形態では、近隣のセンサ間の信号差が、多項式の次数を１次だけ低減するために使用される。他の実施形態は、センサ信号自体を使用し、近隣のセンサ間の差を使用しない場合がある。次式の４項多項式モデルを使用することが可能である。

ｚ＝ｄｘ^３＋ｃｘ^２＋ｂｘ＋ａ
[38]このモデルの係数は、割り当てられる座標系に対する孔の内部のセンサの位置を知っているならば決定され得る。座標系の０は、バスバー内の孔の中心が０の場所であるように選定され得る。４つのセンサを使用するならば、最高次係数は、次式の一連の方程式を解くことにより取得され得る。

[39]上記の方程式系に対する解は、単に、行列を逆元にし、逆元にされた行列を、４つの磁場測定値（ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３、ｚ_４）と乗算することにより解かれ得る。ｄ係数はここでは、３次係数を表す。Δを係数（ａ、ｂ、ｃ、およびｄ）へのスケーリング項と想定するならば、次式を見出す。

ｄ＝−０．１６７ｚ_１＋０．５ｚ_２−０．５ｚ_３＋０．１６７ｚ_４
[40]５つ以上の磁場センサを使用するとすれば、それでもなお、単に、測定されるデータを回帰処理して、３次関数に対する係数を取得することにより、３次係数を取得することが可能である。以下の方程式系が、５センサシステムを表すことになる。

[41]上記の方程式系に対する解は、単に、測定結果（ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３、ｚ_４、ｚ_５）を回帰行列と乗算することにより解かれ得る。回帰行列は、単に、係数アレイ（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を乗算するＡ行列を使用して取得され得る。回帰は、以下のように実行される。

[42]ｄ係数はここでは、やはり３次係数を表す。ここでＡ^Ｔは、Ａ行列の転置を表す。上記の演算を実行するとき、ｄ係数のみが必要とされる。上記の例に対して、以下のｄ係数が、以下の方程式を使用して見出される。

ｄ＝−０．０８３ｚ_１＋０．１６７ｚ_２−０．１６７ｚ_４＋０．０８３ｚ_５
[43]興味深いことに、第３の（中央の）センサ（ｚ３）は、回帰結果では使用されない。そして、６つの均一に隔置されるセンサを使用することによって、次式が結果として生じる。

ｄ＝−０．０４６ｚ_１＋０．０６５ｚ_２＋０．０３７ｚ_３−０．０３７ｚ_４−０．０６５ｚ_５＋０．０４６ｚ_６
[44]図６は、実験的な孔内電流測定システムの３次元有限要素シミュレーション結果を図示する。図６ではグラフ６００は、システムに対する２次係数が、バスバー内の電流に対する良好な（線形）相関を示すということを示す。この２次係数は、近隣のセンサ間の差が入力として使用される、図５のシステムを表し得る。そのようなシステムでは、示されることになるように、２次係数は、上記で説明されたようにセンサ出力自体を入力として使用して取得される解の３次係数に関係付けられる。さらには図６に示されるのは、２次当てはめから、その実際の電流への間の差を図示するグラフ６０５である。これは、２次係数を電流の測定量として使用する際の誤差を表し得る。

[45]図７は、孔内バスバーの内部の電流および位置の関数としての磁場の実験的な測定結果を図示する。図７ではグラフ７００は、磁場センサのｘ場所を指示するｘ軸７０５を有する。グラフ７００はさらには、磁場の測定値を指示するｙ軸７１０を有する。各々の線７１５は、導体内を流れる電流の異なる値に対応する。電流が増大するにつれて、場測定値の傾きは増大する。グラフ７２０は、磁場センサのｘ場所を指示するｘ軸７２５を有する。グラフ７２０はさらには、測定磁場を指示するｙ軸７３０を有する。やはり各々の線７３５は、導体内を流れる電流の値に対応する。グラフ７２０は、グラフ７２０では浮遊導体が大電流（例えば、２０アンペア）を搬送しているという理由で、グラフ７００とは異なる。浮遊導体は、その電流が測定されている導体のすぐ近隣に配置される。グラフ７２０は実質的には、近隣の導体内を流れる２０アンペアの電流の結果として、ｙ軸方向で平行移動させられる。ｘ場所に対する磁場測定値の関数依存性は、別様であって、実質的には浮遊電流に対して不変である。このグラフは、高次関数係数を使用して電流を測定することが、浮遊排除の測定量を提供し得るということを指示する。

[46]図８は、測定値と３次曲線当てはめとの間の残余誤差を図示する。図８ではグラフ８００は、線７１５の各々に対する３次曲線当てはめと、線７１５に対する３次関数当てはめとの間の残余差を指示する。線７１５は、近隣の導体内を流れる電流がない、測定される磁場データを表す。図８ではグラフ８０５は、線７３５の各々に対する３次曲線当てはめと、線７３５に対する３次関数当てはめとの間の残余差を指示する。線７３５は、中で流れる２０アンペアの電流、および近隣の導体を伴う、測定される磁場データを表す。残余誤差は、次の最も低い次数の多項式項とは無相関である観がある。したがって、使用される多項式モデルは、システムを良好にモデリングするのに充分であり得る。

[47]図９は、孔内電流測定システムの例示的な差分解の実験的な結果を図示する。図９ではグラフ９００は、近隣の磁場センサ間の差の２次係数と電流フローとの間の関係性を図示する。さらには図９ではグラフ９０５は、２次関数係数当てはめにより予測される電流と、導体内を流れる実際の電流との間の誤差を図示する。図１０は、孔内電流測定システムの実験的なデータを収集するための実験的なセットアップの写真を図示する。

[48]図１１は、導体内の孔の中に配置されるセンサのアレイを使用して電流を測定するための例示的なシステムを図示する。この図では、電流を測定するための例示的なシステム１１００は、孔１１１５の中のセンサアレイ１１１０位置を伴うバスバー１１０５を含む。システム１１００は、センサアレイ１１１０の磁場測定値を表す信号を受信するように構成される信号プロセッサ１１２０を有する。様々な実施形態は、異なるタイプのプロセッサを使用し得る。例えば一部の実施形態は、マイクロコントローラを使用し得る。一部の実施形態では、ＦＰＧＡが使用され得る。一部の実施形態は、例えばＰＬＤを用い得る。信号プロセッサ１１２０は、不揮発性メモリ１１２５に接続される。信号プロセッサは、バスバー１１０５内を流れる電流を表す信号を算出するための命令を実行するためのマイクロプロセッサ１１４５を有する。不揮発性メモリ１１２５は、プログラムメモリ場所１１３０およびデータメモリ場所１１３５の両方を内包する。プログラムメモリ場所１１３０は、マイクロプロセッサ１１２０により実行される命令を記憶し得る。信号プロセッサ１１２０は、センサアレイ１１１０から受信されるデータを処理し、バスバー１１０５内の電流を指し示す測定値を生成し得る。測定データは、データメモリ１１３５でログをとられ得る。測定データは、ユーザによるコンピュータディスプレイ１１４０上での観視のために表示され得る。一部の実施形態では警報が、例えば測定値が、あらかじめ決定されたしきい値を上回る場合に発せられ得る。

[49]ｚ方向での磁場が、ｘ位置との３次依存を有するということが認められている。３次多項式は４つの係数を有する。一連の４つのセンサは、磁場をｚ方向で、４つの近隣のｘ場所で測定し得る。３次係数を決定するために、厳密なｘ場所ではなく、単に、近隣のｘ場所間の相対的なｘオフセットを知る必要がある。３次係数は実質的には、センサの厳密なｘ場所に対して感受性が高くない。このことを、知られていないｘオフセットで３次多項式を単純化することにより認めることが可能である。

ｚ＝ｄ（ｘ−ｘ_０）^３＋ｃ（ｘ−ｘ_０）^２＋ｂ（ｘ−ｘ_０）＋ａ
[50]単純化して、次式となる。

[51]上記の方程式からわかるように、３次係数は、オフセット項（ｘ_０）への依存性を有さない。したがって、３次係数を４つのセンサの測定から取得することが可能であるならば、電流の測定量を取得することが可能である。３次係数の測定量を取得するための１つの方途は、方程式を、次式の方程式の微分を使用することにより単純化することである。

[52]２つの近隣のセンサの測定値間の差をとることは、測定値の微分をとることに近い。

[53]ここでΔは単に、近隣のセンサ間のｘ距離である。したがって単に、元の３次係数の測定量を取得するために、上記の差分方程式の２次係数を取得する必要がある。２つの近隣の差分方程式が次式であるということに留意されたい。

[54]上記の３つの差分方程式を組み合わせることが、次式を生む。

[55]今や３次係数がこの様式で取得されたので、その係数は、導体の内部の電流の測定基準として使用され得る。さらには、上記の解を単純化する場合、その解は、逆行列方法により取得される解と等しいということがわかるということに留意されたい。

ｄΔ^２＝−０．１６７ｚ_１＋０．５ｚ_２−０．５ｚ_３＋０．１６７ｚ_４
[56]図１２は、例示的な孔内電流測定システムのための例示的な信号処理回路の概略図を図示する。図１２では例示的な信号処理回路１２００は、４つの近隣の磁場センサからの受信入力を実行し得る。各々の磁場センサは、電圧を入力ノード１２０５、１２１０、１２１５、１２２０に提供し得る。オペアンプ１２２５が、信号処理回路１２００内で使用され得る。この信号処理回路に対する伝達関数は、次式であり得る。

Ｖ_ｏｕｔ＝−０．３３３ｚ_１＋ｚ_２−ｚ_３＋０．３３３ｚ_４
[57]図１３は、例示的な、過渡妨害に耐性のある、孔内電流測定システムのブロック線図を図示する。図１３実施形態では、例示的な孔内電流測定システム１３００は、４つの別個のＡＭＲセンサ１３０２、１３０４、１３０６、１３０８を含む。４つのＡＭＲセンサ１３０２、１３０４、１３０６、および１３０８は、２つの対にグループ化され、第１の対は、センサ１３０２および１３０４を含む。第２の対は、センサ１３０６、１３０８を含む。３つの差動アンプ１３１０、１３１２、１３１４は、それらの入力ノードが、ＡＭＲセンサの２つの出力ノードの２つに接続される。第１および第２のＡＭＲセンサ１３０２、１３０４の出力は、第１の差動アンプ１３１０に接続する。第２および第３のＡＭＲセンサ１３０４、１３０６の出力は、第２の差動アンプ１３１２に接続する。そして、第３および第４のＡＭＲセンサ１３０６、１３０８の出力は、第３の差動アンプ１３１４に接続する。このようにして、第１および第３の差動アンプは、ＡＭＲセンサの相互排他的な対に接続される。

[58]孔内電流測定システム１３００は、周期的な高正確度出力１３２０および高速出力１３２２を発生させる。ハイスピードアナログスイッチ１３３０は、第１の差動アンプ１３１０、または第３の差動アンプ１３１４の出力のいずれかを、高速出力ノード１３２２に接続する。第１の差動アンプと第３の差動アンプとの間のこの選択によって、高速出力ノード１３２２は、これらの差動アンプの１つにより常に駆動されることが可能となる。例えば第１のＡＭＲセンサ１３０２が過渡妨害に遭遇しているならば、ハイスピードアナログスイッチ１３３０はひいては、妨害されない第３および第４のＡＭＲセンサの出力に接続される、第３の差動アンプ１３１４の出力を選択し得る。他方で第３のＡＭＲセンサが過渡妨害に遭遇しているならば、ハイスピードアナログスイッチ１３３０はひいては、妨害されない第１および第２のＡＭＲセンサの出力に接続される、第１の差動アンプ１３１０の出力を選択し得る。

[59]高速出力１３２２は、第１および第３の差動アンプの１つのみに影響を与える過渡妨害の全体を通して、電気導体内の電流を表す信号を提供し得る。高速出力は、しきい値検出回路に接続され得る。しきい値検出回路は、例えば高速出力信号が、あらかじめ決定されたしきい値を上回る場合に、短絡事象を報告し得る。一部の実施形態では回路遮断器が、そのようなあらかじめ決定されたしきい値が上回られる場合に作動させられ得る（開放され得る）。近隣のＡＭＲセンサ間の差は、近似的に、電気導体内を流れる電流に比例し得る。そして、第３のＡＭＲセンサと第４のＡＭＲセンサとの間の差は、例えば、電流への応答において、第１のＡＭＲセンサと第２のＡＭＲセンサとの間の差と近似的に等しくあり得る。近隣のＡＭＲセンサの対間の差は近似的に等しくあり得るが、小さな差が生起し得る。しかしこれらの差は、高速出力信号のシステム目的に対しては重要でない場合がある。

[60]差動アンプのすべての３つの出力が、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１３４０に接続されて示される。ＡＤＣ１３４０は、例えば、すべての３つの信号を変換するための３つの入力チャネルを有し得る。ＡＤＣ１３４０は、入力チャネルのすべての３つを並列で変換し得る。一部の実施形態ではＡＤＣ１３４０は、３つの差動アンプ出力の各々を順次的に変換し得る。アナログ多重化器が、３つのチャネルの各々を通してシーケンス処理して、３つの差動アンプ出力の３つのデジタル表現を取得する場合がある。ＡＤＣ１３４０は、３つの入力チャネルを同時にサンプリングする、３つのサンプルアンドホールド回路を有し得る。同時サンプリングによって、サンプリングされる信号がすべて同じサンプリング時間を表すということが確実になり得る。ＡＤＣ１３４０の出力は、マイクロプロセッサ１３５０に接続される。マイクロプロセッサ１３５０は、算出を実行して、差動アンプの出力信号のデジタル表現を、電気導体内の電流を表す信号に変換し得る。例えばマイクロプロセッサ１３５０は、上記の説明で説明された算出の一部を実行し得る。

[61]マイクロプロセッサ１３５０はさらには、ＡＭＲセンサ内の磁区の調整のセッティングおよびリセッティングをスケジューリングし得る。ＡＭＲセンサの磁区のセッティングおよびリセッティングによって、例えばホイートストンブリッジ配置構成のオフセットの決定が可能となり得る。ＡＭＲセンサ内の磁区のセッティングおよびリセッティングは、磁区を容易軸に平行に調整し得る。一部の実施形態では、ＡＲＭセンサの磁区を周期的に調整することによって、磁場の精密なセンサ測定が容易になり得る。ＡＭＲセンサは、ＡＭＲセンサの容易軸に対して実質的に直交する方向でＡＭＲセンサのまさに上方および／または下方を通っているセット／リセット導体を有し得る。セット／リセットストラップが、ＡＭＲセンサの上方および下方の両方を通る場合、ＡＭＲセンサの上方を通る導体の内部の電流フローは、適正なセット／リセット動作のために、ＡＭＲストラップの下方を通る導体の内部での中の電流フローに反平行でなければならない。電流フローは、セット動作に対しては１つの方向で、および、リセット動作では反対の方向でのものであり得る。磁場方向は、荷電粒子のフローにより生じる磁場で使用される右手の法則により規定されることになる。

[62]図１４は、磁区をＡＭＲセンサ内で調整するための例示的なセット／リセット回路を図示する。図１４の図示では、例示的なセット／リセット回路１４００は、セット／リセットストラップ１４１０と、インバータ１４１５の出力との間に接続されるキャパシタ１４０５を含む。制御信号１４２０がハイであるとき、トランジスタ１４２５が、キャパシタのインバータ側を負電源１４３０に接続する。キャパシタのセット／リセット側は、導電性セット／リセットストラップ１４１５を通して接地に接続される。このようにしてキャパシタ１４０５は、その端子の両端間で（図で指示されるような−５ボルト負電源に対して）５ボルト差で充電されることになる。制御信号１４２０がローに移行するとき、トランジスタ１４３５が、キャパシタ１４０５のインバータ側を正電源１４４０（この事例では＋５ボルト）に接続する。容量のセット／リセット側は、瞬時に１０ボルトとなり、そのことにより、セット／リセットストラップ１４１５の両端間で１０ボルト差を提供する。セット／リセットストラップ１４１５は典型的には、低抵抗金属のものであり、したがってキャパシタ１４０５は、セット／リセットストラップ１４１５を通してすぐに放電させられることになる。しかしこの放電事象自体は、セット／リセットストラップ１４１５内に大電流を生出し得る。大電流は大きな場を発生させ得るものであり、その場は、ＡＭＲセンサの磁区を容易軸と平行に調整するのに充分なものである。放電が完了するとき、キャパシタ１４０５は、その端子の両端間で−５ボルト差を有することになる。このことは、キャパシタ１４０５に、反対に方向設定される放電の準備をさせるものであり、その放電は、第１の放電事象から結果として生じたものに対して反平行に調整される磁場区を結果として生じさせ得るものである。図１３は、２つの別個のセット／リセットモジュール１３６０、１３６２を図示する。第１のセット／リセットモジュール１３６０は、第３および第４のＡＭＲセンサ１３０６、１３０８に対するセット／リセット動作を実行する。第２のセット／リセットモジュール１３６２は、第１および第２のＡＭＲセンサ１３０２、１３０４に対するセット／リセット動作を実行する。したがって、第１のセット／リセットモジュール１３６０が第３および第４のＡＭＲセンサ１３０６、１３０８上で動作している間に、第１の差動アンプ１３１０が、妨害されない第１および第２のＡＭＲセンサ１３０２、１３０４から出力を受信しているということが可能である。次いで、第２のセット／リセットモジュール１３６２が第１および第２のＡＭＲセンサ１３０２、１３０４上で動作しているとき、第３の差動アンプ１３１４が、妨害されない第３および第４のＡＭＲセンサ１３０６、１３０８から出力を受信しているということが可能である。マイクロプロセッサ１３５０は、適切な選択信号をハイスピードアナログスイッチ１３３０に送出して、適切な妨害されない信号を高速出力１３２２に接続し得る。

[63]そのようなセット／リセット事象の間。セット／リセット動作が適用されるＡＭＲセンサは、一時的にセット／リセット事象により妨害され得る。そのような妨害されるＡＭＲセンサの出力信号は、セット／リセット動作の間にＡＭＲセンサ上に入射する磁場を正確に反映しない場合がある。マイクロプロセッサ１３５は、そのような動作の間に、高速出力への接続のために、セット／リセット事象を経ていないＡＭＲ信号を選択し得る。このようにしてセット／リセット動作は、ＡＭＲセンサのサブセット上で、他のセンサが、導体内の電流フローにより誘導される磁場を測定することを可能としながら実行され得る。

[64]図１５は、セット／リセットおよびオフセット零調整能力を有する例示的なＡＭＲセンサシステムのブロック線図を図示する。図１５の図示では、例示的なＡＭＲセンサシステム１５００は、ＡＭＲ磁場センサ１５０５を含む。コントローラ１５１０は、ＡＭＲ磁場センサ１５０５のセット／リセット動作のタイミングを制御し得る。磁場センサ１５０５は、零調整ストラップを有し得る。零調整ストラップは、セット／リセットストラップと同じであり得るものであり、または、それは異なるストラップであり得る。零調整ストラップは、例えば、ミスマッチのブリッジ要素に起因するホイートストンブリッジのオフセットに対して補正するために使用され得る。オフセットは、センサを名目上０条件に保つ閉ループセンサ動作で使用され得る。磁場がセンサ上に入射する場合、閉ループ動作が、電流をオフセットストラップ内で発生させ得るものであり、その電流は、大きさで外部場に等しく、ただし外部磁場と反対の極性で磁場を発生させる。オフセットストラップ内のこの電流は、外部場の大きさおよび方向に対応する。このようにして、オフセットストラップ内の電流が、ＡＭＲセンサ上に入射する外部磁場の測定量となる。

[65]ＡＭＲセンサが、薄いファイル（例えば、パーマロイ）の磁区を調整するためにセット／リセット動作を経ている間は、オフセット零調整動作は使用不能にされ得る。アナログスイッチ１５１０によって、コントローラは、測定および閉ループオフセット零調整を、セット／リセット動作の間に使用不能にすることが可能となり得る。セット／リセット動作の間に、ＡＭＲセンサの出力を、出力に応答的である回路網から切断することが、これらの応答的な回路がセット／リセット動作の間にでたらめに挙動することを防止する。そのような防止によって、他の回路網への共通接続（例えば、電源線、その他）への過渡妨害は最小になり得る。図示される実施形態では、積分器１５２０およびローパスフィルタ１５２５が、閉ループ零調整経路内にあり得る。

[66]図１６は、セット／リセット選択およびＡＤＣサンプリングタイミングを示す例示的なタイミング線図を図示する。図１６の図示では、例示的なタイミング線図１６００が、セット動作のセットタイミング１６１０、および、リセット動作のリセットタイミング１６１５に関する、アナログスイッチ１５１５動作のスイッチタイミング１６０５を示す。スイッチタイミング１６０５は、アナログスイッチが、ＡＭＲセンサの出力を、出力に応答的な回路網から切断するときの時間を表す。さらには図１６で図示されるのは、セット動作のセットタイミング１６１０、および、リセット動作のリセットタイミング１６１５に関する、ＡＤＣサンプリングタイミング１６２０である。ＡＤＣサンプリング時間は、回路網が、ＡＭＲセンサ信号のサンプリングを実行する前に落ち着くことを可能とするように、セットまたはリセット動作の完了の、ある時間期間の後に始まる。ＡＤＣサンプリングは、サンプリング動作が、セットおよびリセット動作に関連付けられる過渡妨害により妨害されないように、何らかの後続のセットまたはリセット動作が始まれば、完了する。

[67]図１７は、軸に沿ってパターニングされた３つのグラジオメータを伴う例示的なシリコン基板を図示する。図示される実施形態では、例示的な孔内電流測定システム１７００が、単一の半導体基板１７０５上で図示される。基板上には、３つの別個のグラジオメータ１７１０、１７１５、１７２０がある。各々のグラジオメータは、２つの別々のＡＭＲセンシングブリッジを有する。３つのグラジオメータ１７１０、１７１２、および１７１４は、共通軸１７２５上で調整される。一番左のグラジオメータ１７１０は、２つの別々に配置されるＡＭＲブリッジセンサ１７１１、１７１２を有する。中心のグラジオメータ１７１５は、２つの別々に配置されるＡＭＲブリッジセンサ１７１６、１７１７を有する。一番右のグラジオメータ１７２０は、２つの別々に配置されるＡＭＲブリッジセンサ１７２１、１７２２を有する。半導体基板はさらには、ＡＭＲブリッジセンサの対のコモンモード磁場を測定するための２つの追加的なＡＭＲブリッジセンサを有する。一番左のコモンモードブリッジセンサ１７３０は、ＡＭＲブリッジセンサ１７１１および１７１５のコモンモード磁場を測定する。一番右のコモンモードブリッジセンサ１７３５は、ＡＭＲブリッジセンサ１７１５および１７２２のコモンモード磁場を測定する。各々のグラジオメータに対応するＡＭＲブリッジセンサの出力は、差動アンプの入力ノードに接続され得る。図示される実施形態では各々のグラジオメータは、その最も付近の近隣のグラジオメータと相互に組み合わされる。一部の実施形態では、そのような相互の組み合わせによって、有利には、グラジオメータに関連付けられるＡＭＲブリッジセンサの出力信号間のより大きな差が可能となり得る。

[68]図１８は、セット／リセットおよびオフセットストラップを伴う例示的なＡＭＲセンサを図示する。図１８の図示では、単一のＡＭＲブリッジセンサ１８００が、４つのＡＭＲブリッジ要素１８０２、１８０４、１８０６、１８０８を有するように図示される。各々のＡＭＲブリッジ要素は、高導電率材料の斜めのランナを有する。そのような斜めのランナは、より低い導電率のＡＭＲ薄膜内の電流フローを、ランナの方向に直交する方向に方向設定し得る。一部の実施形態では容易軸は、ＡＭＲ薄膜の長手方向の軸に平行である。そのような実施形態ではランナは、ＡＭＲ薄膜内の電流を、容易軸に関して近似的に４５度の方向に方向設定する。このことによって、ＡＭＲ薄膜は、動作の高感受性領域で動作することが可能となり得る。ランナの斜めの調整は、時には「バーバーポール」配置構成と称される。４つのＡＭＲブリッジ要素の各々の容易軸は、各々のブリッジ要素に対する薄膜が同時に堆積させられ得たのと同じ方向に調整され得る。堆積動作は、ＡＭＲ材料の薄層の容易軸の向きを設定する強い磁場の存在のもとに実行され得た。

[69]図１９は、コモンモードおよびディファレンシャルモードの両方のオフセット零調整の例示的なブロック線図を図示する。図１９の図示は、コモンモードフィードバックアンプ１９０５およびディファレンシャルモードフィードバック演算器１９１０の両方を含む例示的なブロック線図１９００を示す。コモンモードＡＭＲブリッジセンサ１９１５は、２つの近隣のＡＭＲブリッジセンサに対するコモンモード磁場を検出し得る。１つのそのようなブリッジセンサ１９２０が、図で図示される。ディファレンシャルモードフィードバック演算器１９２０は、上記で説明された零調整動作を実行し得る。このようにして、ディファレンシャルモード演算器の出力は、グラジオメータの２つのＡＭＲブリッジセンサ間の差を指し示すものであり得る。

[70]図２０は、孔内電流測定システムを較正する例示的な方法のフローチャートを図示する。図２０実施形態では、孔内測定システムを較正する方法２０００が説明される。方法２０００は、図１１でのマイクロプロセッサ１１４５の観点から図示される。例示的な方法２０００は、プロセッサ１１４５が、原電流測定値を０に初期化することによって始まる（２００５）。次いでプロセッサ１１４５は、プロセッサ１１４５が基にして算出することになる項数Ｎを、第１の項を表す１に初期化する（２０１０）。プロセッサ１１４５は次いで、上記で説明されたようにあらかじめ算出され得た第Ｎの係数を索出する（２０１５）。例えば、あらかじめ算出された係数は、電気導体内の足場の内部のセンサの位置に基づいて算出され得る。係数を算出するために選択される座標系は、電気導体の上部表面から電気導体の下部表面まで測定されるような、０座標が孔の中心に配置されるものであり得る。一部の実施形態では０場所は、あらかじめの算出に対して無関係である場合がある。例えば、使用されるモデルが３次テイラー級数であり、４つのセンサが孔内測定デバイスに対して使用される場合、３次項は０座標場所に非依存的であり得る。第Ｎのものを索出した後、プロセッサ１１４５は次いで、第Ｎの磁場センサに対応する出力信号を受信する（２０２０）。プロセッサ１１４５は次いで、第Ｎのモデル項を、索出された第Ｎの係数、および、第Ｎのセンサ信号の積を決定することにより算出する（２０２５）。プロセッサ１１４５は次いで、算出された第Ｎの項を、原電流測定値合計に加算する（２０３０）。プロセッサ１１４５は次いで、すべての項が算出され、原電流測定値合計に加算されたかどうかを決定する（２０３５）。すべての項が算出されたならば、プロセッサ１１４５は、孔内電流測定システムが中に常駐する電気導体内を流れる電流の真の測定値を受信する（２０４０）。実際の測定値は、例えば、較正ステーションで使用される精密実験室用機器により決定され得る。プロセッサ１１４５は次いで、原電流測定値合計を、測定されている実際の電流と関係付ける較正係数Ｋを算出する（２０４５）。プロセッサ１１４５は次いで、較正係数をデータ記憶機構に記憶する（２０５０）。較正係数は後で、孔内電流測定デバイスのランタイム動作の間に使用され得る。ステップ２０３５に戻り、プロセッサ１１４５が、さらに多くのモデル項が依然として必要とされると決定するならば、プロセッサ１１４５は、項計数Ｎをインクリメントすることになる（２０５５）。次いでプロセッサ１１４５は、ステップ２０１５に戻ることになる。

[71]一部の実施形態では、多項式モデルを、磁場センサの軸に沿った磁場プロファイルに対して使用する場合、偶数次項のみが必要とされ、および／または、使用され得る。電気導体が、孔の中心を通り、電気導体の上部表面および下部表面の両方に平行な面に関する鏡面対称性を有する場合、センサ軸に沿った磁場プロファイルの奇数次挙動のみを予想することが可能である。奇数項のみのモデルは、ここに与えられるようなものであり得る。

ｚ＝ｄｘ^３＋ｂｘ
[72]センサ測定値に対する係数関係性を決定するための回帰行列をセットアップすることが、下記で与えられ得る。

[73]次いで回帰が再び、以下のように実行され得る。

[74]ｄ係数はここでは、やはり３次係数を表す。ここでＡ^Ｔは、やはりＡ行列の転置を表す。上記の例に対して、ｂおよびｄの両方の係数が見出され、取得されるｄ係数は、厳密に、それが、上記で説明されたような偶数および奇数の両方のモデル項を使用していたように、センサ測定値に関係付けられる。

ｂ＝０．０４２ｚ_１−１．１２５ｚ_２＋１．１２５ｚ_３−０．０４２ｚ_４
ｄ＝−０．０８３ｚ_１＋０．１６７ｚ_２−０．１６７ｚ_３＋０．０８３ｚ_４
[75]図２１は、孔内電流測定デバイスを使用して導体内の電流を測定する例示的な方法のフローチャートを図示する。図２１実施形態では、孔内測定システムを使用してランタイム電流測定を実行する方法２１００が説明される。方法２１００は、図１１でのマイクロプロセッサ１１４５の観点から図示される。プロセッサ１１４５は、例示的な方法を、第１の測定の時間を初期化することにより始める（２１０５）。次いでプロセッサ１１４５は、Ｎ個の磁場センサの出力から信号を受信する（２１１０）。プロセッサ１１４５は次いで、Ｎ個の磁場センサに対応する係数を索出する（２１１５）。これらの係数は、例えば、上記で説明されたようにあらかじめ決定され得たものである。プロセッサ１１４５は次いで、それぞれの係数、および、センサ出力値の積を合計することにより、原電流測定値を算出する（２１２０）。プロセッサ１１４５は次いで、較正係数をメモリから索出する（２１２５）。較正係数は、温度に依存的であり得る。一部の実施形態では較正係数は、温度に非依存的であり得る。例えば較正係数は、図２０を参照した上記のような方法により決定され得る。プロセッサ１１４５は次いで、索出された較正係数を、算出された原電流測定値と乗算することにより、測定された電流を算出する（２１３０）。次いでプロセッサ１１４５は、算出された測定された電流をディスプレイドライバに、ディスプレイデバイス上でのディスプレイのために送出する（２１３５）。プロセッサ１１４５は次いで、測定された電流をタイムスタンプとともにデータ記憶機構に記憶する（２１４０）。プロセッサ１１４５は次いで、さらに多くの電流測定値が取得される必要があるかどうかを決定する（２１４５）。さらに多くの電流測定値が必要とされるならば、プロセッサ１１４５は、来るべき測定値に対してタイムスタンプを更新し（２１５０）、２１１０動作に戻る。これ以上の電流測定値が必要とされないならば、方法は終結する。

[76]図２２は、セット／リセット動作を実行し、一方で、連続的な電流測定信号を提供する例示的な方法のフローチャートを図示する。図２２実施形態では、セット／リセット動作をＡＭＲセンサの対上で実行し、一方で同時に、ＡＭＲセンサの別の対の出力を、連続的な電流測定のために使用するための方法２２００が説明される。方法２２００は、図１１でのマイクロプロセッサ１１４５の観点から図示される。方法は、プロセッサ１１４５が、タイムスタンプ、および、セット／リセット動作が実行されることになるＡＭＲセンサの対の両方を初期化することによって始まる（２２０５）。プロセッサ１１４５は次いで、その間はＡＭＲセンサの対が使用不能にされることになるデルタ時間枠長を索出することになる（２２１０）。プロセッサ１１４５は次いで、信号を高速アナログ多重化器に送出して、セット／リセット動作により妨害されないことになるセンサの対を選択する（２２１５）。選択される対は次いで、連続的な電流測定値を、他の対のセット／リセット動作の間に提供し得る。プロセッサ１１４５は次いで、信号を送出して、セット／リセット動作が実行されることになるセンサの出力を使用不能にする（２２２０）。センサ出力を使用不能にすることにより、それらの出力を通常は受信する回路網は、セット／リセット動作により妨害され得ない。プロセッサ１１４５は次いで、セット／リセットモジュールに対するコマンドを送出して、セットまたはリセット動作を、動作を要するセンサの対上で実行する（２２２５）。プロセッサ１１４５は次いで、妨害に対する時間枠が過ぎたかどうかを決定する（２２３０）。妨害に対するあらかじめ決定された時間枠が完了していない、または過ぎていないならば、プロセッサはこのステップにとどまり、妨害が落ち着くのを待つ。それに対して、時間枠が過ぎたならば、プロセッサ１１４５は次いで、信号を送出して、セットまたはリセット動作が実行されたセンサの出力を再び使用可能にする（２２３５）。プロセッサ１１４５は次いで、電流のランタイム測定を、センサの２つの対のすべての４つのセンサを使用して実行する（２２４０）。そのような動作は、例えば、図２１を参照したランタイム方法２１００で説明されたものに類するものであり得る。プロセッサ１１４５は次いで、セット／リセットパラメータをトグルするものであり、そのことによって、前の動作がセット動作だったならば、来るべき動作はリセット動作となり、その逆も同様である（２２４５）。プロセッサ１１４５は次いで、センサが、セット動作およびリセット動作の両方を完了したかどうかを決定する（２２５０）。センサがまだ、セット動作およびリセット動作の両方がそのセンサ上で実行されなければならないならば、プロセッサ１１４５はステップ２２２０に戻る。それに対してセンサが、セット動作およびリセット動作の両方が実行されたならば、プロセッサ１１４５は、次のセットまたはリセット動作を受けることになるセンサの対をトグルする（２２５５）。このようにして、センサの交番の対が、連続的な電流測定を実行するために選択され得るものであり、一方で、他方の対は、セット／リセット動作を受けている。

[77]一部の実施形態では、例えば、上記で説明された例示的な方法２０００、２１００、および２２００でプロセッサ１１４５により受信される磁場センサの出力信号は、磁場強さおよび／または極性を表す信号であり得る。一部の実施形態では、磁場センサの出力信号は、磁場の勾配を表し得る。例えば一部の例示的な磁場センサは、場センシングデバイスの対の空間を離れて有し得る。一部のそのような磁場センサの出力は、例えば、場センシングデバイスの対の各々の間の差を表し得る。

[78]様々な実施形態が図を参照して説明されたが、他の実施形態が可能である。例えば、様々な孔の形状が使用され得る。各々の孔の形状によって、孔位置と磁場測定値との間の異なる関数関係性が結果として生じ得る。一部の実施形態では、導体を完全に貫通しない孔であり得る、空洞が使用され得る。一部の実施形態では、正方形孔が使用され得る。一部の実施形態ではセンサアレイは、孔方向、または左右の横手方向、または両方のいずれかで、意図的に孔の内部で中心から外れて配置され得る。一部の実施形態では、センサの数は５以上であり得る。例えば例示的な実施形態では、１６個の磁場センサが使用され得る。一部の実施形態ではセンサは、すべてが１つのシリコンダイ上で製造され得る。一部の実施形態では、各々のセンサは離散的であり得る。センサは、回路ボード上に据え付けられ得る。様々な実施形態では、マイクロコントローラが信号処理を実行し得る。一部の実施形態では信号処理は、アナログ回路網を使用して実行され得る。一部の実施形態は、センサアレイを孔の内部で中心位置調整し得る中心位置調整固定具を含み得る。

[79]他の実施形態は、電流センサの付近に配置される温度センサを含み得る。温度センサは、電流センサの温度感受性に対して補償するために使用され得る。一部の実施形態では、フィードバック電流の変動が、温度上昇を引き起こす場合がある。上記で示された算出および方程式は、例えば算術ユニットによって完全に実行され、または、ルックアップテーブルによって助力され得る。一部の実施形態は、較正機能を含み得る。例えばセンサ出力が、孔の近傍で電流導体の厳密な寸法に依存的であるならば、それらの寸法は、キャリパによってユーザにより測定され、信号プロセッサインターフェイスに入れられ得る。信号プロセッサは、例えば、センサの正しい出力を、これらの入れられた値に基づいて算出し得る。

[80]様々な例示的な実施形態は、実質的に連続的な電流測定値を提供し、一方で同時に、センサの単一のサブセット上での周期的な妨害生成動作を可能とするために、センサの２つのサブセットを含み得る。例えば例示的な電流測定システムは、２つのサブセットを有し得るものであり、各々のサブセットは、２つの磁場センサを含む。３つ、４つ、または任意の合理的な数のセンサを内包するサブセットが可能であり得る。一部の実施形態では、サブセットは互いに対して相互排他的であり得る。一部の実施形態では、サブセットは重複している場合がある。例えば電流測定システムは、各々が４つのセンサの３つの重複するグループに分けられる６つのセンサを含み得る。例えば妨害生成動作が、２つのセンサ上で実行され得るものであり、一方で４つのセンサの相補的なグループが、精密な電流測定値を提供する。別の例では５つのセンサが、４つのセンサの５つの重複するグループに分けられ得る。上記で説明された係数決定が、次いで、適切な係数を、センサの各々のサブセットによる使用のために決定し得る。例示的な実施形態では電流測定システムは、各々が４つのセンサの２つの相互排他的なサブセットを含み得る。各々のグループは、例えば、他のグループと相互に組み合わされ得る。大きな数のセンサ（例えば、４以上）を伴うセンサグループは有利には、センサの相補的なサブセットに影響を与える過渡妨害事象の間でさえ、電流を精密に測定し得る。

[81]実施形態の一部の態様は、コンピュータシステムとして実装され得る。例えば様々な実装形態は、デジタルおよび／もしくはアナログ回路網、コンピュータハードウェア、他のセンサ（例えば、温度センサ）、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを含み得る。装置要素は、プログラマブルプロセッサによる実行のために、情報担体で、例えば、機械可読記憶デバイスで有形に具現化されるコンピュータプログラム製品で実装され得るものであり、方法は、命令のプログラムを実行して、入力データを基に動作し、出力を発生させることにより、様々な実施形態の機能を実行する、プログラマブルプロセッサにより実行され得る。一部の実施形態は有利には、プログラマブルシステム上で実行可能である、１つまたは複数のコンピュータプログラムで実装され得るものであり、そのプログラマブルシステムは、データおよび命令をデータ記憶システムから受信することと、データおよび命令をそのデータ記憶システムに送信することとを行うために結合される少なくとも１つのプログラマブルプロセッサ、少なくとも１つの入力デバイス、ならびに／または、少なくとも１つの出力デバイスを含むものである。コンピュータプログラムは、直接または間接的にコンピュータで、ある活動を実行する、または、ある結果を成し遂げるために使用され得る命令のセットである。コンピュータプログラムは、コンパイラ型またはインタプリタ型の言語を含む、任意の形式のプログラミング言語で書き表され得るものであり、そのコンピュータプログラムは、スタンドアローンプログラムとして、または、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくは、コンピューティング環境での使用に適した他のユニットとしてということを含めて、任意の形式で配備され得る。

[82]命令のプログラムの実行のための適したプロセッサは、例としてであって、制限としてではないが、任意の種類のコンピュータの単一のプロセッサ、または、多重のプロセッサの１つを含み得る、汎用および専用の両方のマイクロプロセッサを含む。一般的にはプロセッサは、命令およびデータを、読み出し専用メモリまたはランダムアクセスメモリまたは両方から受信することになる。コンピュータの本質的な要素は、命令を実行するためのプロセッサ、ならびに、命令およびデータを記憶するための１つまたは複数のメモリである。コンピュータプログラム命令およびデータを有形に具現化するのに適した記憶デバイスは、例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス；内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク；光磁気ディスク；ならびに、ＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む、すべての形式の不揮発性メモリを含む。プロセッサおよびメモリは、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）により補完され、または、それらのＡＳＩＣに組み込まれ得る。一部の実施形態では、プロセッサおよび構成物は、例えばＦＰＧＡなどのハードウェアプログラマブルデバイスにより補完され、または、それらのデバイスに組み込まれ得る。

[83]一部の実装形態では各々のシステムは、同じもしくは同様の情報によってプログラムされ、ならびに／または、揮発性および／もしくは不揮発性メモリに記憶される実質的に同一の情報によって初期化され得る。例えば１つのデータインターフェイスは、デスクトップコンピュータまたはサーバなどの適切なホストデバイスに結合されるときに、自動構成、自動ダウンロード、および／または自動更新機能を実行するように構成され得る。

[84]一部の実装形態では、１つまたは複数のユーザインターフェイス機能は、特定の機能を実行するように構成されて特注であり得る。例示的な実施形態は、グラフィカルユーザインターフェイスおよび／またはインターネットブラウザを含むコンピュータシステムで実装され得る。ユーザとの対話を考慮に入れるために、一部の実装形態は、ユーザに情報を表示するためのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタなどのディスプレイデバイス、ユーザが使って入力をコンピュータに提供することが可能である、キーボード、および、マウスまたはトラックボールなどのポインティングデバイスを有するコンピュータ上で実装され得る。

[85]様々な実装形態ではシステムは、適した通信方法、機器、および技法を使用して通信し得る。例えばシステムは、メッセージが、直接送信元から受信機に、専用物理リンク（例えば、光ファイバリンク、ポイントツーポイント配線、デイジーチェーン）を介して移送される、ポイントツーポイント通信を使用して、互換デバイス（例えば、データをシステムに、および／または、システムから転送する能力のあるデバイス）と通信し得る。システムの構成要素は、通信ネットワーク上で、パケットベースのメッセージを含む、アナログまたはデジタルデータ通信の、任意の形式または媒体により情報を交換し得る。通信ネットワークの例は、例えば、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、ＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）、ＭＡＮ（メトロポリタンエリアネットワーク）、ワイヤレスおよび／または光ネットワーク、ならびに、インターネットを形成するコンピュータおよびネットワークを含む。他の実装形態は、通信ネットワークにより一体に結合されるすべての、または実質的にすべてのデバイスにブロードキャストすることにより、例えば、無指向性無線周波数（ＲＦ）信号を使用することにより、メッセージを移送し得る。さらに他の実装形態は、指向性（すなわち、狭ビーム）アンテナを使用して送信されるＲＦ信号、または、随意には集束光学部品とともに使用され得る赤外線信号などの、高い指向性により特徴付けられるメッセージを移送し得る。さらに他の実装形態が、適切なインターフェイスおよびプロトコルを使用して可能であり、それらのインターフェイスおよびプロトコルは、例としてであって、制限的であることは意図されないが、ＵＳＢ２．０、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ、ＡＴＡ／ＩＤＥ、ＲＳ−２３２、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４８５、８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＩｒＤＡ、ＦＤＤＩ（ファイバ分散データインターフェイス）、トークンリングネットワーク、または、周波数、時間、もしくはコード分割に基づく多重化技法などである。一部の実装形態は随意には、データ完全性のための誤り検査訂正（ＥＣＣ）、または、暗号化（例えば、ＷＥＰ）およびパスワード保護などのセキュリティ対策などの、特徴的機能を組み込み得る。

[86]いくつかの実装形態が説明された。それでも、様々な修正が行われ得るということが理解されよう。例えば、開示される技法のステップが、異なるシーケンスで実行される場合に、または、開示されるシステムの構成要素が、異なる様式で組み合わされる場合に、または、構成要素が他の構成要素によって補完される場合に、有利な結果が実現されることがある。したがって他の実装形態が、企図され、または、以下の実用新案登録請求の範囲の範囲内にある。

Claims (15)

1. 中断されない短絡／過電流検出を伴う孔内サンプリングされる電流測定システムであって、
   電気導体１１０５内の孔１１１５の中に挿入されるように構成される３つ以上の磁場センサ１３０２、１３０４、１３０６、１３０８であって、各々のセンサが、出力での信号を、前記センサの場所での磁場強さに応答して発生させるように動作可能である、磁場センサと、
   前記センサのそれぞれの場所の各々での前記磁場強さを表す、前記センサのそれぞれの信号の各々を受信するために、前記センサの出力の各々に結合される選択モジュール１３３０と、
   前記選択モジュールを制御して、前記磁場センサのサブセットを、あらかじめ決定された妨害事象のスケジューリングされた時間に選択することと、前記あらかじめ決定された妨害事象１３６０、１３６２に関連付けられる妨害を受けるようにスケジューリングされる前記選択されない磁場センサのセットが、前記あらかじめ決定された妨害事象の前記スケジューリングされた時間に選択解除されることを引き起こすこととを行うように動作可能な制御モジュール１３５０と、
   前記磁場センサの前記選択されるサブセットに関連付けられる前記信号を処理して、前記電気導体内の電流を表す連続的な出力信号１３２２を発生させるために、前記選択器モジュールに結合される、連続的な測定モジュール１３３０と、
   前記３つ以上のセンサのそれぞれの場所の各々での前記磁場強さを表す、前記３つ以上のセンサのそれぞれの信号の各々を受信するために、前記３つ以上の磁場センサの出力の各々に結合され、前記受信される３つ以上の磁場センサの出力を処理して、前記電気導体内の前記電流を表す周期的な出力信号を発生させるように動作可能な、周期的な測定モジュール１３４０と
   を備える、孔内サンプリングされる電流測定システム。
2. 前記連続的な出力信号が、あらかじめ決定された電流しきい値を上回る場合に、警報信号を発生させる短絡検出器をさらに備える、請求項６に記載の孔内電流測定システム。
3. 前記磁場センサの３つ以上のもののセットが、前記電気導体内の前記孔の中に挿入されるときに、軸上で調整され、前記軸が、前記調整される軸の少なくとも構成要素によって、前記導体内の前記電流の方向に直交して据え付けられるように構成される、請求項１に記載の孔内サンプリングされる電流測定システム。
4. 前記３つ以上の磁場センサの各々が、前記電気導体内の前記孔の中に挿入されるときに、磁気感受性の方向が、調整される軸、および、電流フローの方向の両方に直交して調整される、請求項２に記載の孔内サンプリングされる電流測定システム。
5. 前記３つ以上の磁場センサの各々が、パーマロイの薄膜を有する異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサを備え、パーマロイの前記薄膜の磁区を、容易軸に平行に調整するためのＡＭＲセット／リセット（ＳＲ）モジュールをさらに備え、前記予想される妨害信号が、パーマロイの前記薄膜の前記磁区を、ＡＭＲセンサの容易軸に平行に調整するための、セットパルス１６１０またはリセットパルス１６１５のいずれかを含む、請求項１に記載の孔内サンプリングされる電流測定システム。
6. 中断されない短絡／過電流検出を伴う孔内電流測定システムであって、
   電気導体１１０５内の孔１１１５の中に挿入されるように構成される３つ以上の磁場センサ１３０２、１３０４、１３０６、１３０８であって、各々のセンサが、出力での信号を、前記センサの場所での磁場強さに応答して発生させるように動作可能である、磁場センサと、
   前記センサの場所での前記磁場強さを表す、前記センサのそれぞれの信号の各々を受信するために、前記センサの出力の各々に結合される選択モジュール１３３０と、
   前記選択モジュールを制御して、前記磁場センサのサブセットを、あらかじめ決定された妨害事象１３６０、１３６２のスケジューリングされた時間に選択することと、前記あらかじめ決定された妨害事象に関連付けられる妨害を受けるようにスケジューリングされる前記選択されない磁場センサのセットが、前記あらかじめ決定された妨害事象の前記スケジューリングされた時間に選択解除されることを引き起こすこととを行うように動作可能な制御モジュール１３５０と、
   前記磁場センサの前記選択されるサブセットに関連付けられる前記信号を処理して、前記電気導体内の電流を表す連続的な出力信号１３２２を発生させるために、前記選択器モジュールに結合される、連続的な測定モジュール１３３０と
   を備える、孔内電流測定システム。
7. 前記連続的な出力信号が、あらかじめ決定された電流しきい値を上回る場合に、警報信号を発生させる短絡検出器をさらに備える、請求項６に記載の孔内電流測定システム。
8. センサ信号の前記選択されるサブセットが２つのセンサ信号からなり、前記発生させられる連続的な出力信号が、前記選択されるサブセットの前記２つのセンサの前記２つの信号間の差に基づく、請求項６に記載の孔内電流測定システム。
9. 前記磁場センサの３つ以上のもののセットが、前記電気導体内の前記孔の中に挿入されるときに、軸上で調整され、前記軸が、前記調整される軸の少なくとも構成要素によって、前記導体の電流フローの方向に直交して据え付けられるように構成される、請求項６に記載の孔内電流測定システム。
10. 前記３つ以上の前記磁場センサの各々が、前記電気導体内の前記孔の中に挿入されるときに、感受性の方向が、前記調整される軸、および、電流フローの前記方向の両方に直交して調整される、請求項９に記載の孔内電流測定システム。
11. 前記３つ以上の磁場センサの各々が、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサを備える、請求項６に記載の孔内電流測定システム。
12. 前記ＡＭＲセンサの各々が、パーマロイの薄膜を備える、請求項１１に記載の孔内電流測定システム。
13. 前記あらかじめ決定された妨害事象が、パーマロイの前記薄膜の磁区を、ＡＭＲセンサの容易軸に平行に調整するための、セットパルス１６１０またはリセットパルス１６１５のいずれかを含む、請求項１２に記載の孔内電流測定システム。
14. 前記３つ以上のセンサのそれぞれの場所の各々での前記磁場強さを表す、前記３つ以上のセンサのそれぞれの信号の各々を受信するために、前記３つ以上の磁場センサの出力の各々に結合され、前記受信される３つ以上の磁場センサの出力を処理して、前記電気導体内の前記電流を表す周期的な出力信号を発生させるように動作可能な、周期的な測定モジュール１３４０
    をさらに備える、請求項６に記載の孔内電流測定システム。
15. 前記発生させられる第２の測定量が、前記調整される軸に沿った測定場所での前記信号の奇数次空間微分である、請求項１４に記載の孔内電流測定システム。