JP3293835B2 - 常温および高透磁率コアを有する磁力計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は磁界の測定および量を定める装置および方法
の領域であり、好ましい実施例においてディジタル化さ
れた羅針盤等のような航行計器に有用な弱磁界磁力計に
関する。

発明の背景技術 弱磁界検出の種々の磁力計がその技術においてよく知
られている。その１つはKimなどによるU.S.特許No.4,58
1,775で教えられる。Kimの磁力計はその発振周波数が適
用された磁界の作用により変化する発振器であり、この
ためサンプリング率が速く動いている磁界のため制限さ
れる。Kimの磁力計の使用において、発振信号中心周り
の測定周波数変化、例えば50Khzの十分な分解能を得る
ために、150nT磁界分解能を得るにはゲートクロック5Mh
zに対して信号波形の300サイクルまで計数しなくてはな
らない。これはサンプル磁界変化の能力を50Hzについて
のみ制限する。さらに、多数のサイクルが測定されねば
ならないので、センサ回路は固有の低域通過フィルタに
なる。この制限は、60Hz電源線ノイズのような欲しくな
い高周波ノイズ成分を拒絶するため好ましいけれども、
より高い周波数事象をわざわざ測定するため、この周波
数検出構成で使用され得るという良くない技術である。

ディジタル化されたシステムにおいて、電源にマイク
ロプロセッサクロックのような電源からの偽のノイズを
拒絶するため遅い比較器が必要とされるので、磁力計技
術における周波数取り組みはまた固有に騒々しい。遅い
比較器は移動範囲を通してゆっくりと動くので、バルク
ハウゼン効果として技術に知られたことにより起こされ
る周波数変調（FM）に敏感である。これは回ってノイズ
になる。このFMはノイズフロアの底を略15nTに制限す
る。

このようなシステムは各発振器サイクルの両半分で作
動されねばならないので、周波数基準磁力計システムの
電力消費がまた比較的高い。典型的にこの技術を採用し
ている測定において、各正のサークルは帰還抵抗により
設定されるようにシュミットトリガーの正のヒステリシ
ス点にまで変化されねばならず、一方各負のサイクルは
同様に負のヒステリシス点にまで変化されねばならな
い。曲線のもとで領域が積分されるとき、単に１つの半
分が使用されるときより、より多くの電力が消費されこ
とが見られる。

正確で製作に比較的費用がかからず、通常の装置およ
び技術よりノイズが少なく、かつ固有の帯域幅制限がな
い、地球の磁界のような弱磁界を測定する装置および方
法が明らかに必要である。

発明の概要 本発明の目的は、高感度で非常に低ノイズ、かつDCか
ら数メガヘルツまで低または高強度磁界のサンプリング
を許容するサンプリング率を有する低コストで温度安定
性があり非常に低電力の磁力計を提供することにある。
高精度低ノイズ弱磁界測定を得る、使用の広い多様性に
適用されうる発明が必要であることは磁力計の技術に熟
練した者に明らかである。発明は比較的高サンプリング
率が要求されるところに特に効果的である。

発明の他の目的は、感度のよい軸線に沿って測定され
るように、磁界強度が誘導センサ要素を通して入力信号
電流の遅れ時間差を増殖することにより決定される高速
弱磁界磁力計を提供することにある。

好ましい実施例において、中央長軸線を有する細長い
高磁気透磁率物質のコアと、コアから電気的に絶縁さ
れ、コアの長軸線に沿ってコアに巻かれた電気的導電線
の多数回巻線とを備えた磁界強度の量を定めるセンサが
提供される。一実施例において、センサはさらに、中空
中央軸線を有する電気的に絶縁している細長い巻枠を備
え、多数回巻線が巻枠の外側に巻かれ、かつコアは巻枠
の中空中央軸線に沿って配置される。メトグラス（Metg
las）物質がコア物質の１つの適切な選択であり、巻線
は巻枠の一端で第１の端を、また巻枠の反対端で第２の
端を有するラッカーを塗られた銅線の単一長さを使用し
てコア上に設けられてもよい。

一実施例において、センサが電圧制御出力を有する駆
動回路を備えた磁力計に利用され、センサは、中央長軸
線を有する細長い高磁気透磁率物質のコアと、コアから
電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコアに巻かれ
た電気的導電線の多数回巻線とを備え、センサは巻線の
第１端により駆動回路の電圧制御出力に接続され、測定
回路は巻線の第２端に接続され、かつ測定時、予め選定
された基準電圧に到達するように第２端に電圧を適用さ
れる。駆動回路は、センサの出力の電圧が基準電圧に到
達するとき駆動をリセットするように使用され得るリセ
ットおよび比較器を有してもよく、それによりセンサ要
素の長軸線の方向におけるどんな磁界の強さにも比例し
たパルス幅を有するパルス列の出力を提供する。

発明の他の方面において、航行計器が３つの感知ユニ
ットを備えて設けられ、各感知ユニットは磁界強度の量
を定めるセンサを備え、センサは、中央長軸線を有する
細長い高磁気透磁率物質のコアと、コアから電気的に絶
縁され、コアの長軸線に沿ってコアに巻かれた電気的導
電線の多数回巻線とを備えており、３つの駆動回路が各
々電圧制御出力を有し、かつそれがセンサの１つの多数
回巻線の第１端に各々接続され、測定回路が各多数回巻
線の第２端に接続され、かつ測定時、予め選定された基
準電圧に到達するように巻線の各第２端に電圧を適用さ
れる。この計器において、３つのセンサのコアの中央長
軸線は相互に直角に配列される。他の実施例において、
２次元の測定で十分であるなら２つのセンサユニットが
これらの状況のために直角にされてもよい。

好ましい実施例において、上記航行計器は測定回路に
結合された処理および表示回路をさらに備え、測定回路
により報告された測定データを処理し、処理されたデー
タをユーザに表示するために適用される。航行計器は処
理され表示されたデータが方向を指示するディジタル羅
針盤であり得る。

発明の他の方面において、ディジタル羅針盤は、複数
の感知ユニットを備え、各感知ユニットは磁界強度の量
を定めるセンサを備え、センサは、中央長軸線を有する
細長い高磁気透磁率物質のコアと、コアから電気的に絶
縁され、コアの長軸線に沿ってコアに巻かれた電気的導
電線の多数回巻線とを備えており、複数の駆動回路が各
々電圧制御出力を有し、かつそれがセンサの１つの多数
回巻線の第１端に各々接続され、測定回路が各多数回巻
線の第２端に接続され、かつ測定時、予め選定された基
準電圧に到達するように巻線の各第２端に電圧を適用さ
れる。このディジタル羅針盤において、３つのセンサの
コアの中央長軸線は異なった方向に配列される。他の実
施例において、３つよりむしろ２つの軸線にセンサがあ
ってもよい。

他の方面において、本発明を実施する方法が提供され
る。

図面の簡単な説明 図１は本発明の実施例による誘導センサ要素の等大概
念図である。

図２は磁界を測定するため他の要素と共に図１のセン
サ要素の使用を図示している単純化された電気回路図で
ある。

図３は本発明の実施例によるセンサに有用なコア物質
の透磁率を表わす透磁率曲線である。

図４は本発明の実施例におけるセンサを駆動するため
に使用される電圧ステップ関数を示すグラフである。

図５は本発明の実施例によるセンサの電圧減衰関数を
示すグラフである。

図６は図５のグラフと似ているが、２つの異なった強
度の磁界によりもたらされた単一センサの基準電圧に対
する電圧減衰を示すグラフである。

図７は本発明の好ましい実施例によるセンサの駆動回
路図である。

図8A−8Cは図７の回路の２つの異なった入力周波数の
状態のもとで２つの異なった磁界で発生されたパルス幅
を示す方形波図である。

図９は本発明の実施例による感知回路を利用する計器
の要素を示すブロック図である。

図10は本発明の実施例による感知回路を利用する計器
を示し、複数のセンサが磁界の強度と同様に磁界の方向
に関してデータを提供するように配列されたブロック図
である。

好ましい実施例の説明 本発明はその複数の面において、リアクタンスが適用
された磁界により影響され、かついかなる与えられた入
力駆動信号にも可変出力遅れを起こす誘導センサ要素を
使用している、新規な高感度、弱磁界磁力計装置を基本
とする。好ましい実施例において、この特徴は、指定時
の入力パルスが出力パルスを引き起こし、その幅、およ
び周波数ではなくてデューティサイクルがセンサ要素の
感応軸線に沿って外部に適用されたいかなる与えられた
磁界にも比例して単調に変化する方法論を可能にする。
その幅が変化するこのようなパルスは、パルス幅検出ま
たは簡単な容量積分器による積分のような、技術に熟練
した者に知られる幾つかの異なった方法で容易に測定さ
れ得る。正確に検定された出力パルス幅の測定は、直流
アナログ電圧レベルに変換され、それが続いて処理回路
により使用のためディジタル入力に変換され得る。

上述したように、磁界測定装置は、ディジタル羅針盤
の進路情報を提供する目的のため、または直線あるいは
角位置の目的のための地球磁界感知、または弱DC磁界を
測定するために多くの他の伝統的な困難および高価な使
用と同様に接近またはエンコーダ感知のいずれかによる
率感知のような、広い多様性の応用に使用され得る。

図１は磁界測定の回路に有用な本発明の実施例による
誘導センサ要素11の等大概念図である。センサ要素11は
電気的に導電線15のN1回の巻線を有する長さL1および直
径D1のプラスチック巻枠13を備える。高直流透磁率物質
の細長いコア17が巻枠13の中央軸線に沿って配置され
る。本発明の好ましい実施例において、コイルを横切る
電圧はコイル線15の端に結合により監視され、電圧の変
化は巻枠13の軸線の方向にいかなる磁界の強度であって
も指示として処理される。

好ましい実施例において、直径D1は略0.15インチ、L1
は略0.8インチである。この実施例における高透磁率コ
ア17は、長さが略0.60インチ、幅が略0.35インチ、厚さ
が略.001インチの寸法に形成されたアライドシグナルコ
ーポレーション製のNo.2705Mメトグラス（Metglas）の
小片である。この実施例における電線は41ゲージラッカ
ー絶縁銅磁石線であり、プラスチック巻枠に1400回巻か
れる。これらの寸法および物質が便利であり、かつ発明
の限定に必要ではないことは技術に熟練した者に明らか
である。発明の精神と範囲内で使用され得る他の多くの
物質および幾何学形状がある。

図２は磁界強度を測定するため他の要素と共に感知コ
イルの使用を図示している単純化された電気回路図であ
る。図２において、電圧源19、スイッチ21、電流源23お
よびセンサ11が直流かつループに配線される。これは、
センサ要素の一側が電圧源の一側に接続され、センサ要
素の他側が電流源およびスイッチを直列に通して電圧源
の反対側に戻るように配線されることである。

図２の回路において、スイッチ21の閉成はセンサ11に
ステップ関数を供給する。スイッチ21閉成の瞬間に、回
路はセンサ11のリアクタンスのため開回路であるように
見え、電圧源の全電圧が必然的にセンサ要素11を横切っ
て現れる。時間が過ぎるとセンサ要素の見せかけの抵抗
が減少し、定常状態ではセンサは短絡回路のように見
え、巻枠の巻線を形成する電線の長さに関して固有の巻
線の定常状態抵抗による、センサを横切る非常に小さな
電圧降下を表示する。センサ要素の本質は、センサ要素
を横切る電圧減衰の時定数がセンサ要素の長さに沿うど
のような磁界でもその強さの関数であることである。

代わりの実施例において、抵抗器がセンサ要素と直列
に設置され、抵抗器を横切る電圧がセンサ要素を横切る
電圧の代わりに測定される。この代替例において、スイ
ッチが閉成された瞬間に電圧変化がゼロからあり、電圧
はセンサ要素を横切る電圧降下がゼロに到達する時に、
全電圧が抵抗器を横切って現れるまで上昇する。この代
替例における抵抗器を横切って増加する電圧の時定数
は、センサ要素の長軸線に沿っていかなる磁界であって
もその強度の単調な関数である。

突然のステップ関数は、信号が図２の回路に提供され
得るただ１つの方法であることが技術に熟練した者に明
らかである。ステップ関数の場合、ステップは周期的に
繰り返され、それ故、入力は略矩形波であるが、必須的
に波形のいかなる他の種類も使用され得る。

図３はここに述べられた発明の実施例に使用されるメ
トグラス物質のような高透磁率物質の典型的な透磁率曲
線である。メトグラスコア物質の透磁率が適用された磁
界Ｈの単調関数であるので、センサのインダクタンスは
外部に適用された磁界に直接比例する。

図４は、図２の回路において、スイッチ21閉成の結果
として瞬間的な電流を示す単純なグラフである。ステッ
プ関数電流（図３）がセンサコイルに適用されるとき、
そのe^-kt減衰が外部に適用された磁界に比例する電圧が
コイルを横切って発生する。電圧減衰曲線の全般的な形
は図５として示される。初期適用電圧（V₀）から任意な
基準電圧（V_ref）へ減衰のため、センサコイルを横切る
電圧に要求される時間（tau）はセンサコイルのインダ
クタンスにより決定されるので時定数により決定され
る。このインダクタンスはセンサの高透磁率コアのイン
ダクタンスにより主に支配される。

図５に示された時間tauはセンサコイルの軸線に沿っ
た磁界強度Ｈの異なった値に従う時定数の異なった値で
異なるであろう。この測定可能な電圧変化の時間間隔に
おける差は温度が安定であり、かつ適用された磁界に対
して比例的に変化する。

図２の回路におけるセンサコイルを横切る電圧は次の
数式で表わされる： 式１ ｖ（ｔ）＝Ldi/dt＋Ri 図１のスイッチ21閉成により提供されるようにステップ
関数の特定の場合においてｉについて式１を解くと以下
のｉに関する解を生じる： 式３ ｉ＝1/R（１−e^-Yt）＋ce^-Yt センサ内の電流の時定数が単純にL/Rに等しいことが見
られるので、磁界の小さな変化として、Ｌ＝μ₀n²V（dB
/dH） ここにμ_０は自由空間の透磁率、ｎはセンサの巻回数、
Ｖはコア物質の体積、dB/dHは任意の特定点におけるＢ
対Ｈ曲線の傾斜である。

μ（Ｈ）＝dB/dHを代入すると、 Ｌ＝μ₀n²Vμ（Ｈ） 図３のμ（Ｈ）対Ｈの曲線を参照すると、曲線の右また
は左の半分の直線部分に沿ってμ（Ｈ）＝kHである。換
言すれば、μ（Ｈ）はＨの直線関数であり、かつｋは曲
線のその部分の傾斜である。

そこで、図３の曲線のこれらの直線部分に沿って時定数
は以下となる。

μ₀n²VkH/R 数学的派生から見られるように、誘導センサ要素の時
定数は、測定されるべき外部適用磁界であるＨの直線関
数である。明確に述べられたように、センサまたは抵抗
器を横切るいかなる与えられた基準電圧に到達するに要
する時間も、我々が測定しようとしかつ温度が安定して
いる適用磁界の直線関数である。

図６は図５に似たグラフであるが、２つの異なった適
用磁界強度H1およびH2の状態のもとでセンサ要素を横切
る電圧減衰を表す。磁界強度H1の影響のもとで、基準電
圧に到達する時間はtau1であり、磁界強度H2の影響のも
とでは基準電圧に到達する時間はtau2である。

図７は本発明の実施例の全般的な電気回路図であり、
その中でトリガーされたフリップフロップ回路25が大き
さVccの繰り返し方形波でセンサ11を駆動する。入力ト
リガーの立ち上り端がＤフリップフロップに入力される
とき、VccがＱ（ピン５）に出力される。センサ11を横
切って最初に現れる電圧が減衰するとき、センサ要素11
のＱから遠い側の点27における電圧が、抵抗器R2の結果
として接地電位からVccに向かって立ち上がる。

予め設定されたトリップ点値を有する比較器29が点27
にピン２により接続される。点27で（比較器のピン２
で）電圧が予め設定されたトリップ点値に到達すると、
比較器は射撃低下し、ライン31の機能によりＤフリップ
フロップをクリアしかつ出力Ｑを低下させる。

図７の回路において、入力トリガー関数の周期は、比
較器のピン２の電圧が測定されることが期待される磁界
強度Ｈの最高値のための基準電圧に到達するどんな期待
される時間よりも長くなるように慎重に選定される。比
較器が各時間射撃し、ピン２の電圧が予め設定されたト
リップ値に到達してフリップフロップをリセットし、そ
してこの時間が入力トリガー関数の周期より短いので、
Ｑにおける出力は大きさVccの方形波となり、そのパル
ス幅はセンサ要素11の軸線に沿った任意の磁界の強度に
より決定される。この出力パルス列はライン23に現れ、
磁界強度の関数としてパルス幅を測定する適当な回路に
接続され得る。

この特別な回路の利点は１つの出力パルスのため一度
だけ、または得られるべき十分な分解能に必要な多くの
回数同様にゲートされ得ることである。もし回路がクロ
ック信号でゲートされるなら、パルス列を出力し、その
各パルス幅は外部適用磁界の強度により決定される。勿
論、その周波数が所望された速いまたは遅いクロックで
ゲートされることが出来、それにより速いクロックで高
サンプリング率を得、または遅いゲートクロックを有す
るより少ないパルスで電力を節約して高い分解能を得る
ことができる。

図8Aから8Dは２つの異なったゲートクロック周波数の
入力列の結果として生成される幾つかの出力パルス列、
および測定されるべき磁界の２つの異なった値を示す。

図8Aおよび図8Bについては、外部磁界強度H1が共通で
あるが、図8Aの駆動信号クロック周波数１が図8Bのクロ
ック周波数よりも遅い。結果は出力パルスがクロック周
波数と独立に一定幅であるこである。図8Cおよび図8Dは
図8A及び図8Bに使用されたものと同じクロック周波数で
あるが異なった磁界強度の図示を繰り返す。入力パルス
幅が出力パルス幅より長いことのみが必要であり、それ
を計算により予め設定し、およびもし必要なら経験的に
調整することは簡単なことである。

本発明の実施例による磁界強度測定装置の技術には多
くの用途がある。図７のライン23の出力パルス列は、例
えば適用された磁界に比例する速い動きのDC電圧信号を
生成するため単純な電圧積分器に供給されることが出
来、高精度低ノイズ磁界測定を提供する。代わりにパル
ス幅はどのようなアナログ−ディジタル変換器も必要と
することなくマイクロプロセッサにより計数および使用
のタイミング体系の任意の多様性で直接測定され得る。

高速磁気符号化応用のため、ゲートされたクロックが
特に有用であり、なぜならパルス幅のトリップレベルが
設定でき、基準ワンショットがクロック信号により発生
され、測定される可変磁界がある閾値に到達したか否か
の高速決定のためアンド（AND）ゲートに供給される。
現在の磁界強度閾値が到達されたとき、アンドゲートは
磁界強度が閾値レベルに留まるかぎりパルスの流れを出
力する。反対にアンドゲートは磁界が閾値以下のとき何
も出力しない。本発明の実施例による独特なセンサを有
する装置から出力パルス列を使用するここに記述された
目的を達成する回路は、経験なく性質の知られた回路か
ら熟練した者により提供され得、それ故ここでは詳細に
表さない。

異なる目的のため比較器トリップ点とクロック周波数
を戦略的に選択することにより、速度の多様性、感度、
分解能および電力消費がどんな与えられたセンサコイル
およびコア幾何学でも達成され得る。例として、ここに
記述され、かつプレシジョンナビゲーション（Precisio
n Navigation）社により作られた回路を有する本発明の
実施例によるセンサを使用する電力消費は、遅い30Hz駆
動信号を使用することにより、３ボルトで90マイクロア
ンペア以下である。地球磁界はこの低電力作動モードに
おいて十分な分解能で効果的に測定された。

ここに教えられた新技術の非常に有利な特徴はセンサ
幾何学が特別な回路パラメタを補うように設けられ得る
ことであり、それによっていかなる特別な磁気感知応用
にも最適遂行の磁力計を注文生産できる。他の利点はノ
イズフロアが極めて低いことである。これは磁力計が常
に充電または減衰モードのいずれか一つまたは他方で作
動するからであり、二つの混合は無い。これは事実上、
透磁率曲線を通してコア物質の推移が常に一方向であ
り、かつ信号の任意の一周期およびクロックパルス中常
に一定の方法でなされるので、良く知られたバルクハウ
ゼン効果からのノイズの寄与を最小限にする。

ここに教えられた技術はまた、高透磁率物質が現わす
かも知れない残留ヒステリシスにより起こされるノイズ
も最小限にし、それによりコア物質のＢ対Ｈ曲線にそれ
自身明示し、逆の方法により物質の消磁中古典的ループ
曲線経路を起こす［Loeb John WileyおよびSonsによる
電気磁気学の基礎第３版242ページ］、保磁力の効果に
より起こされるいかなるあいまいさも除去する。加え
て、比較器の全機能が電圧レベル検出器の機能であるの
で、早い比較器が注入ノイズなく使用され得る。これは
速い推移を許容し、シュミットトリガーのヒステリシス
電圧レベルにより起こされるいかなるあいまいさからも
実質的にFMノイズを減少する。

従来技術における他のノイズ源および非線形応答はメ
トグラスの透磁率がまた周波数の関数であることであ
る。幾つかの従来技術装置は適用された異なる磁界強度
で周波数を変化させるので、センサの透磁率は周波数シ
フト単独で直接結果として変化している。ここに述べた
発明は、実際の応用において常に固定のままであるクロ
ック信号による固定周波数で常に作動する。

記述した改良の結果として、本発明の実施例における
システムのノイズフロアは十分に１ナノテスラ以下で測
定され、さらに１ピコテスラ範囲である発展の可能性が
あるかもしれない。１ドル以下の構成要素で実施される
けれども、装置の感度は研究所程度の基準磁力計に合致
することが得られた。

高透磁率メトグラス物質または等価な物質の物性が、
述べられたようにこの発明が効くことを可能にする鍵で
ある。メトグラス物質の高透磁率なしに、パルス幅の変
化は現れずまたは測定可能でなく、弱い地球磁界および
それと同様な他の磁界は、鉄のようなこれら他のコア物
質の磁気領域のいかなるバルクハウゼン配列でも起こす
ことが出来ない。加えて、メトグラス物質により現わさ
れた低ヒステリシスはまた、透磁率曲線の直線範囲内で
発明が作動することを可能にし、保磁力により起こされ
る取り留めのない効果を回避するため、コアを飽和に駆
動することによる装置の作動を必要としない。これはこ
の発明に先立つ飽和可能なコア装置に基づいた磁力計発
明の殆どすべての場合である。

議論されるべき本アプローチの他の面はステップ関数
駆動信号であり、それは既に記載されたように、センサ
コア物質の作動点を透磁率曲線の好ましい作動範囲に偏
倚する普通のDCバイアスを含む。これは最適作動感度を
提供するのみならず、また回路内のセンサコイルを電気
的に逆転することがエレクトロニクスの構成により見る
ことができ、それは順および逆の読みを得ることが出
来、もし互いから引算されるなら、センサの温度、年数
または製造欠陥によるドリフトと無関係な読みの値を提
供するであろう。発明者はサイクル毎の差動積分器であ
る作動回路技術を使用し、それはボルトメータまたはア
ナログ−ディジタル変換器への入力のためゼロドリフト
修正DC電圧を出力する。この差動積分器は実際に順およ
び逆方向のバイアスをし、二つの間の電圧差を集計し、
その値が積分されたDC電圧に寄与する。

本発明の実施例におけるもう一つの極めて有利な特徴
は温度によるセンサの作動における認識され得るドリフ
トがないことである。キュリー点より低い温度の重要な
様式における温度で変化する回路パラメタのみが巻線に
使用された銅線の直列抵抗である。この周囲による時定
数変化が一定のままであり、なぜなら、電線の抵抗が上
下に動くとき、コイルのインダクタンスもまた抵抗変化
の跡をたどる方法で上下に動く。これは全ての時定数を
与えられた磁界について同じ値に保つ。励磁信号の入力
が比較器のレール値でステップ関数であるので、センサ
コアへのDCバイアス構成要素は温度上一定であり、他の
従来技術磁力計回路に使用される他の偏倚体系のようで
なくドリフトしない。これは温度安定磁力計を創造す
る。

図７に参照で記述された好ましい実施例において、磁
力計は以下の構成である：プラスチック巻枠の直径0.
15"、全長0.8";アライドシグナル会社の2705Mのメト
グラスは0.600"x0.35"0.001"の寸法に切られ、上記項
の巻枠の中心に置かれ、利用可能な1400回の41ゲージ
ラッカー絶縁銅マグネット線であって、それはユニット
の中心に上記項のコアを有する上記項の巻枠にほと
んど層巻される。

電気結線は図７に示されるセンサコイルに作られる。
この実施例におけるＤフリップフロップ25はナショナル
セミコンダクター会社のような多くの製造者からの利用
可能なAC74である。アナログ比較器はいずれの比較器で
もよいが、この例に使用されるものはテキサスインスツ
リュメントからのモデルTLC3702である。Vccはほとんど
いずれの電圧でもよく、通常の電圧３ボルトが本発明の
実験的結合において優先的に使用された。Ｄフリップフ
ロップへの入力におけるプルダウン抵抗R6は通常100Kオ
ームであるけれども、特別な値は装置の効果的な作動に
重大でない。センサコイルに直列な抵抗R1およびR2は透
磁率曲線の作動の好ましい領域にセンサのバイアスを選
択し、この例ではそれぞれ330オームである。比較器基
準電圧バイアス抵抗R3、R4およびR5は68Kオーム（R
3）、10Kオーム（R4）および22Kオーム（R5）である。

図９は本発明の実施例による感知回路33を利用する計
器における要素を示すブロック図である。感知回路33は
図７に示される回路の構成であってもよく、センサ要素
を駆動および測定する幾つかの要素が異なっているがこ
の技術において知られた回路から引用されてもよい。図
９の測定において、感知回路35への入力の遅らせられた
出力が処理回路37により受けられ、磁界情報を生じるよ
うに処理され、そして磁界情報がされに表示装置39に表
示されるように処理される。信号感知要素を利用するこ
の種の測定は磁界の方向が知られている応用に使用さ
れ、磁界強度の測定が必要とされる。

図10は本発明の実施例による感知回路43、45および47
を利用する計器41の要素を示すブロック図であり、その
中に複数のセンサが磁界強度と同様に磁界方向のデータ
を提供するように異なる方向に軸線を有するように配列
される。一実施例において、センサは互いに直角（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）に配列されてもよく、適当なアルゴリズムが処
理回路49により採用され、表示装置51に表示データを提
供する。この構成は例えばディジタル羅針盤として利用
される。

ここに述べられた発明の実施例の形状および詳細にお
いて、多くの代替が発明の精神および範囲から離れるこ
となく成され、種々の実施例において、ここに教えてい
る発明の要素が多くの種類の測定および機能に適用され
得ることは技術に熟練した者に明らかである。多くのか
かる代替がすでに上述された。他にも多くある。例え
ば、記述された実施例に使用された特定のメトグラスよ
りも他の物質が他の実施例に有用であるかもしれない。
センサ構成要素の寸法の広い範囲が十分に使用され得
る。発明の実施例が置かれ得る、例えば航行装置（既に
述べられた）のような多くの応用が同様にある。例え
ば、センサがセンサの長軸線に沿って横たわるいかなる
磁界成分にも感応するので、異なった角度の２つの異な
ったセンサが平面の磁界方向を決定でき、３つの異なっ
たセンサが互いに知られた角度（デカルト解析の直角）
に物理的に配列され、かつ適当な回路に接続され、適用
された磁界の強さと３次元方向の両方を測定してもよ
い。磁界の極性も同様に決定され得る。このような変化
が発明の精神と範囲内に含まれ、発明の範囲は以下の請
求の範囲によってのみ制限されることが意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭58−130276（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭45−37750（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧制御された出力を有する駆動回路と、 中央に長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコア、
   およびコアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿っ
   てコア上に巻回された電気的導電線の多数回巻線を備
   え、巻線の第１端を駆動回路の電圧制御された出力に接
   続されたセンサと、 巻線の第２端に接続され、第２端の電圧が予め選定され
   た基準電圧に到達する時間を測定するように適用された
   測定回路と を備えた磁力計。
2. 【請求項２】中央の中央軸線を有し、多数回巻線が巻枠
   の外側に巻回され、コアが巻枠の中空の中央軸線に沿っ
   て配置される電気的に絶縁性の細長い巻枠要素をさらに
   備えている請求項１の磁力計。
3. 【請求項３】コアがメトグラス物質の細長い小片を備え
   た請求項１の磁力計。
4. 【請求項４】多数回巻線が巻枠の一端に第１端を、巻枠
   の反対端に第２端を有するラッカーを塗られた銅線の単
   一長から形成される請求項１の磁力計。
5. 【請求項５】電圧制御された出力およびリセットを有す
   る駆動回路と、 中央に長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコア、
   およびコアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿っ
   てコア上に巻回された電気的導電線の多数回巻線を備
   え、巻線の第１端を駆動回路の電圧制御された出力に接
   続されたセンサと、 電圧基準を有し、入力が巻線の第２端に接続され、出力
   が駆動回路のリセットに接続された比較回路とを備え、 駆動回路がセンサに電圧を供給し、比較器入力の電圧が
   基準電圧に等しくなるとき、比較器出力が射撃して駆動
   回路をリセットする磁力計。
6. 【請求項６】中空の中央軸線を有し、多数回巻線が巻枠
   の外側に巻回され、コアが巻枠の中空の中央軸線に沿っ
   て配置される電気的に絶縁性の細長い巻枠要素をさらに
   備えている請求項５の磁力計。
7. 【請求項７】コアがメトグラス物質の細長い小片を備え
   た請求項５の磁力計。
8. 【請求項８】多数回巻線が巻枠の一端に第１端を、巻枠
   の反対端に第２端を有するラッカーを塗られた銅線の単
   一長から形成される請求項５の磁力計。
9. 【請求項９】駆動回路がクロック信号により駆動される
   フリップフロップ回路を備える請求項５の磁力計。
10. 【請求項１０】フリップフロップ回路の出力が出力パル
    スのパルス幅を測定するように適用された測定回路に接
    続された請求項５の磁力計。
11. 【請求項１１】各感知ユニットが磁界強度の量を定める
    センサを備え、センサが中央に長軸線を有する細長い高
    磁気透磁率物質のコア、およびコアから電気的に絶縁さ
    れ、コアの長軸線に沿ってコア上に巻回された電気的導
    電線の多数回巻線を備えた３つの感知ユニットと、 各々電圧制御された出力を有し、各々一つのセンサの多
    数回巻線の第１端に接続された３つの駆動回路と、 各多数回巻線の第２端に接続され、各巻線の第２端の電
    圧が予め選定された基準電圧に到達する時間を測定する
    ように適用された測定回路とを備え、 ３つのセンサのコアの中央長軸線が互いに直角に配列さ
    れる航行計器。
12. 【請求項１２】測定回路に接続され、測定回路により報
    告された測定データを処理し、処理されたデータをユー
    ザに表示するように適用された処理および表示回路をさ
    らに備えた請求項11の航行計器。
13. 【請求項１３】航行計器がディジタル羅針盤を備え、処
    理されたデータが指示方向を表示される請求項12の航行
    計器。
14. 【請求項１４】各感知ユニットが磁界強度の量を定める
    センサを備え、センサが中央に長軸線を有する細長い高
    磁気透磁率物質のコア、およびコアから電気的に絶縁さ
    れ、コアの長軸線に沿ってコア上に巻回された電気的導
    電線の多数回巻線を備えた複数の感知ユニットと、 各々電圧制御された出力を有し、各々一つのセンサの多
    数回巻線の第１端に接続された複数の駆動回路と、 各多数回巻線の第２端に接続され、各巻線の第２端の電
    圧が予め選定された基準電圧に到達する時間を測定する
    ように適用された測定回路とを備え、 ３つのセンサのコアの中央長軸線が異なる方向に配列さ
    れるディジタル羅針盤。
15. 【請求項１５】（ａ）高磁気透磁率物質を備え中央軸線
    を有する細長いコアに電気的導電線のコイルを巻き、 （ｂ）コイルの第１端に知られた電気入力でコイルを駆
    動し、 （ｃ）コイルの第２端で電気的特徴を測定し、 （ｄ）中央軸線の方向に沿う磁界の強度に関する情報を
    提供するため測定された電気的な特徴を処理する 段階を備えた磁界強度を測定する方法。