JP4732705B2 - 磁界センサ - Google Patents

Description

本発明は、検出コイルが巻回された磁性体に電流を流して磁界を検出する直交フラックスゲート型の磁気センサに関し、特に磁性体の磁気異方性に基づく検出精度の低下を防止して微弱磁界を高感度且つ高安定に検出する磁気センサに関する。

一般に磁気センサは、研界を情報媒体とするセンシング技術の基本となる構成要素であり、アクティブ磁気シールド、磁気による異物検出、環境磁気アセスメント、磁気による交通量計測、磁気非破壊検査、磁気モーションキャプチャ等に利用されている。

従来、この種の背景技術として特開２００３−２１５２２０号公報に開示されているものがあり、これを図１１に従来の磁界センサの原理回路構成図として示す。同図において従来の磁気センサは、磁性ワイヤ１０１と磁性ワイヤ１０１に巻回された検出コイル２０１を持ち、磁性ワイヤ１０１に発振器４０１から出力される極性が交番する電流に直流電源５０１からのバイアス電流を重畳させる直交フラックスゲート磁界センサであって、前記バイアス電流を直列電源５０１から供給して第１のスイッチ６０１によりこのバイアス電流の極性を周期的に切り換えて感度の正負を反転し、その差を求めることによってオフセットがほぼ完全に除去された出力を得る回路構成とし、励磁電流を直流を含むパルス列とし、このパルス列の極性を周期的に反転させるように構成される。

前記構成に基づく従来の磁気センサは、細長い磁性体からなる磁性ワイヤ１０１に巻回された検出コイル２０１を持ち、前記細長い磁性体からなる磁性ワイヤ１０１に極性が交番する電流にバイアス電流を重畳させる直交フラックスゲートの磁界センサとし、前記バイアス電流の極性を切換えて感度の正負を反転できるようにしたことにより、感度は大きさを保ちその極性を反転するが、オフセットはその大きさを保ちながら極性も不変に保つ。これにより、直流バイアス電流を正に設定し励磁磁界Ｈexに対し得た出力と、次に励磁磁界Ｈexが変化しない内に直流バイアス電流の極性を反転させ、同じように得た出力の差を取ることにより、オフセットがほぼ完全に除去された出力を得るものである。
特開２００３−２１５２２０号公報

背景技術に係る従来の磁界センサは以上のように構成されていたことから、被検出磁界が存在しない場合であっても、励磁電流による励磁磁界が存在するときには検出コイル２０１に誘起電圧が現れ、磁界センサのオフセットを生じる原因となるばかりでなく、温度と共に変動すればドリフトを生じるという課題を有していた。

即ち、従来の磁界センサにおける検出コイルの誘起電圧説明図を図１２に示し、同図においてＫｕは磁気異方性の大きさ、Ｊｓはアモルファスワイヤの磁化、Ｈｄｃは励磁磁界の直流成分、Ｈａｃは交流成分を各々表している。ここで、Ｋｕ＝０或いは、このＫｕと外部磁界Ｈｄｃ＋Ｈａｃｓｉｎ（２πｆｔ）とのなす角α＝０でない時は、Ｊｓは被検出磁界Ｈｅｘ＝０であっても、円周方向から角θ傾き、励磁磁界が最大となる時には角θは最小、励磁磁界が最小となる時には角θは最大となって交流励磁の周期で図１２中に示す（１）及び（２）のように振動することとなる。

このように被検出磁界Ｈｅｘがない場合でも、励磁電流を流すと励磁磁界が磁性ワイヤ１０１の円周方向に発生するために、この磁性ワイヤ１０１内の磁化が交流電流と同じ周期で磁化容易軸方向と円周方向との間で振動する。この振動の結果、磁性ワイヤ１０１の長手方向に射影された磁化成分も周期的に変化し、検出コイル２０１に周期的に変動する磁束鎖交を与え、その時間微分が誘起電圧として検出コイル２０１の両端子間に現れる。

特に、直流バイアスが極性を反転する時は大きな磁化反転を誘起し、スパイク状の過渡電圧が生じることとなる。これまでの従来技術では、被検出磁化Ｈｅｘの情報をもった誘起電圧と、前記被検出磁化Ｈｅｘが０の時に生じる誘起電圧及びスパイク状の電圧とを分離できないという課題を有していた。これによって、検出コイル２０１の後段に高利得増幅器を接続した場合には、この高利得増幅器を飽和させるのみならずオフセットを発生させ、且つドリフトの増加さらにはスイッチング雑音が生じる等の問題点が有った。

本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、簡略な構成で微弱磁界を高精度に検出できる磁界センサを提供することを目的とする。

本発明に係る磁界センサは、所定長さの磁性体からなる磁心と、当該磁心に巻回される検出コイルとを備え、前記磁心に励磁電流を流して前記検出コイルに誘起される誘起電圧により微小磁界を検出する直交フラックスゲートに基づく磁界センサにおいて、前記磁心が、２本の磁性体を平行状態で配設され、当該２本の磁性体における一端側の端部同士を直列接続して形成され、前記検出コイルが、前記２本の各磁性体に各々巻回して形成され、前記２本の磁性体に各々巻回される検出コイルが、励磁電流による励磁磁界によって発生する誘起電圧を相殺するように各々極性を逆にして直列接続して形成され、前記磁心には交流電流の振幅の大きさより大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、前記検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在せず、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を相殺し、前記磁心に印加される被検出磁界が存在し、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに当該被検出磁界で誘起される誘起電圧を出力するものである。

このように本発明においては、検出コイルが巻回される磁心に交流電流の振幅の大きさ
より大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、この磁心に印加される被検出磁界が存在しないときに検出コイルに発生する誘起電圧を相殺し、且つ前記被検出磁界が存在するときに検出コイルに発生する被検出磁界で誘起される誘起電圧を出力するようにしているので、真の検出対象である微弱磁界を磁心及び検出コイルの特性・構成に依存して発生する不用な誘起電圧の影響を受けることなく検出できることとなり、検出精度を向上させ、且つより安定した検出が実行できる。
また、本発明においては、検出コイルが各々巻回された磁性体を２本平行に配設し、２本の検出コイルが励磁電流による励磁磁界のないときに発生する誘起電圧を相殺するように接続されることから、平行に配設された各磁性体の鎖交する磁束が同一条件で均等に透過されることとなり、励磁電流による励磁磁界によって発生する誘起電圧を極力抑制して高精度且つ高安定な検出ができる。

本発明に係る磁界センサは、所定長さの磁性体からなる磁心と、当該磁心に巻回される検出コイルとを備え、前記磁心に励磁電流を流して前記検出コイルに誘起される誘起電圧により微小磁界を検出する直交フラックスゲートに基づく磁界センサにおいて、前記磁心が、所定長さの磁性体を略Ｕ字状に屈曲形成し、当該略Ｕ字状の磁性体の平行部分に各々検出コイルを巻回され、前記磁性体の平行部分に各々巻回される検出コイルが、励磁電流による励磁磁界によって発生する誘起電圧を相殺するように各々極性を逆にして直列接続して形成され、前記磁心には交流電流の振幅の大きさより大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、前記検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在せず、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を相殺し、前記磁心に印加される被検出磁界が存在し、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに当該被検出磁界で誘起される誘起電圧を出力するものである。
このように本発明においては、検出コイルが巻回される磁心に交流電流の振幅の大きさより大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、この磁心
に印加される被検出磁界が存在しないときに検出コイルに発生する誘起電圧を相殺し、且つ前記被検出磁界が存在するときに検出コイルに発生する被検出磁界で誘起される誘起電圧を出力するようにしているので、真の検出対象である微弱磁界を磁心及び検出コイルの特性・構成に依存して発生する不用な誘起電圧の影響を受けることなく検出できることとなり、検出精度を向上させ、且つより安定した検出が実行できる。
また、本発明においては、所定長さの磁性体を略Ｕ字状に屈曲して磁心を形成し、このＵ字状の磁性体の平行部分に検出コイルを各々巻回しているので、より磁気異方性の特性が近似する一対の磁性体で形成できることから、励磁磁界のないときに発生する誘起電圧をより確実に相殺できることとなり、高精度且つ高安定な検出ができる。

本発明に係る磁界センサは必要に応じて、磁心が、断面円形状の磁性体で形成されるものである。このように本発明においては、磁心を形成する磁性体の断面を円形状とすることにより、磁性体の外周を均等に磁化させ、部分的な磁気ヒステリシスの残留を防止して、検出精度を向上させることができる。

本発明に係る磁界センサは、所定長さの磁性体からなる磁心と、当該磁心に巻回される複数の検出コイルとを備え、前記磁心に励磁電流を流して前記検出コイルに誘起される誘起電圧により微小磁界を検出する直交フラックスゲートに基づく磁界センサにおいて、前記磁心が、２本の磁性体を平行状態で配設され、当該２本の磁性体における一端側の端部同士を直列接続して形成され、前記検出コイルが、前記２本の各磁性体に極性を異ならせて各々巻回して形成され、前記磁心には交流電流の振幅の大きさより大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、前記複数の検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在せず、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を各々出力し、減算器は、当該各誘起電圧に対応した信号に基づいて各直流の誘起電圧の差分を求め、前記複数の検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在し、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を各々出力し、前記減算器は、当該被検出磁界で誘起される各誘起電圧に対応した信号に基づいて各直流の誘起電圧の差分を求め、前記減算器は、前記磁心に印加される被検出磁界が存在しない場合に求めた各直流の誘起電圧の差分と、前記磁心に印加される被検出磁界が存在する場合に求めた各直流の誘起電圧の差分とに基づき、前記被検出磁界の値を直流出力として検出するものである。

このように本発明においては、検出コイルが巻回される磁心に交流電流の振幅の大きさ
より大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、この磁心に印加される被検出磁界が存在しないときに検出コイルに発生する前記励磁電流による各誘起電圧に対応した信号に基づいて各直流の誘起電圧の差分を求め、且つ前記被検出磁界が存在するときに検出コイルに発生する被検出磁界で誘起される各誘起電圧に対応する信号に基づいて各直流の誘起電圧の差分を求め、磁心に印加される被検出磁界が存在しない場合に求めた各直流の誘起電圧の差分と、前記磁心に印加される被検出磁界が存在する場合に求めた各直流の誘起電圧の差分とに基づき、前記被検出磁界の値を直流出力として検出しているので、真の検出対象である微弱磁界を磁心及び検出コイルの特性・構成に依存して発生する不用な誘起電圧の影響を受けることなく検出できることとなり、検出精度を向上させ、且つより安定した検出が実行できる。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る磁界センサを図１ないし図５に基づいて説明する。この図１は本実施形態に係る磁界センサの回路構成図、図２は図１における磁界センサの被検出磁界が存在しない場合の各磁界ベクトル態様図、図３は図２における磁界センサの誘起電圧相殺タイミングチャート、図４は図１における磁界センサの被検出磁界が存在する場合の各磁界ベクトル態様図、図５は図４における磁界センサの誘起電圧相殺タイミングチャートを示す。

前記各図において本実施形態に係る磁界センサは、所定長さからなる２本の磁性体１１、１２を平行に配設され、この磁性体１１、１２を電線１３にて直列に接続して形成される磁心１と、この磁心１の各磁性体１１、１２に極性を異ならせて巻回される検出コイル２１、２２からなり、この検出コイル２１、２２を直列に接続してこの直列接続の各端を出力端子２３、２４とする検出出力部２と、前記磁性体１１、１２の直列回路に直列に接続され、この磁性体１１、１２に対して交流電流ＡＣを直流電流ＤＣでバイアスされた励磁電流ｉを供給する電源部３とを備える構成である。

次に、前記構成に基づく本実施形態の動作について説明する。まず、微弱磁界である被検出磁界Ｈｅｘが存在しない場合において、前記励磁電流ｉを磁性体１１、１２の直列回路に供給すると図２に示すような各磁界ベクトル態様となる。

同図において、Ｈｅｘｃは前記励磁電流ｉにより誘起される励磁磁界の方向、Ｋｕは仮定された一軸磁気異方性の大きさ、両側矢頭の線分はその容易軸方向、Ｊｓは磁性体１１、１２の磁化方向を示す。この磁化ＪｓはこのＫｕの方向と平行に向くのが最もエネルギー状態が低い、つまり平行になろうとするものである。これらの磁界方向態様は１８０度対称性がある。

前記検出コイル２１、２２の巻線の方向は、磁性線である磁性体１１、１２に流れる励磁電流ｉの方向に磁性体１１、１２端面から見込めば、右方は反時計方向、左方は時計方向にある。
被検出磁界Ｈｅｘ＝０の時は、磁化Ｊｓの磁性線方向の方向成分Ｊｓｏは磁性体１１、１２で各々逆向きである。この方向成分Ｊｓｏの大きさが磁性体１１、１２の中の磁性体１１、１２の軸方向磁束成分を表す。そして、これらの極性はいずれも、励磁電流ｉと同一方向であることが解る。このように、図示の方向に誘起電圧を観測すると図３のようになる。

前記図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、検出コイル２１からは誘起電圧Ｖ1が誘起され、検出コイル２２からは誘起電圧Ｖ2が誘起されることとなる。前記磁心１の磁性体１１、１２の特性及び検出コイル２１、２２の巻回条件が一致していると、検出コイル２１、２２を直列に接続することにより加算され、出力端子２３、２４からは前記誘起電圧Ｖ1、Ｖ2が各々相殺されて出力が「０」となる（図３（Ｃ）を参照）。

また、微弱磁界である被検出磁界Ｈｅｘが存在する場合において、前記励磁電流ｉを磁性体１１、１２の直列回路に供給すると図４に示すような各磁界ベクトル態様となる。同図において被検出磁界Ｈｅｘが印加されて磁性体１１、１２に透過すると、この被検出磁界Ｈｅｘの影響を磁性体１１、１２の各磁化Ｊｓが受けることとなる。また、この磁性体１１、１２の軸方向（長手方向）をＺ軸とした場合に前記磁化ＪｓのＺ軸方向における磁化成分がJs21、Js22である
磁性体１１においては、被検出磁界Ｈｅｘと励磁磁界Ｈｅｘｃとが略直角であり、この略直角の範囲外に一軸磁気異方性の大きさＫｕが位置することから、励磁磁界Ｈｅｘｃに対して小さい角度θ1で変化する。他方、磁性体１２においては被検出磁界Ｈｅｘと励磁磁界Ｈｅｘｃとが略直角であり、この略直角の範囲内に一軸磁気異方性の大きさＫｕが位置することから、励磁磁界Ｈｅｘｃに対して大きい角度θ2（θ2＞θ1）で変化する。

この磁化Ｊｓの変化する角度θ1と角度θ2との差異により、図５に示すように検出コイル２１からは前記角度θ1に応じた誘起電圧Ｖ1が出力され（同図（Ａ）を参照）、検出コイル２２からは前記角度θ2に応じた誘起電圧Ｖ2が出力される（同図（Ｂ）を参照）。これらの各誘起電圧Ｖ1、Ｖ2は検出コイル２１、２２が直列接続されていることから加算されて同図（Ｃ）のような加算結果として出力端子２３、２４より出力されることとなる。

（本発明の第２の実施形態）
図６及び図７に基づいて本実施形態に係る磁界センサを説明する。この図６は本実施形態に係る磁界センサの全体回路構成図、図７は図６に記載の磁界センサにおける誘起電圧相殺タイミングチャートを示す。
前記各図において本実施形態に係る磁界センサは、前記図１記載の第１の実施形態に係る磁界センサと同様に磁性体１１、１２からなる磁心１と、検出コイル２１、２２からなる検出出力部２と、電源部３とを備え、前記検出出力部２の検出コイル２１、２２が直列接続されることなく各々出力端子２３ａ・２３ｂ、２４ａ・２４ｂを有し、この各出力端子２３ａ・２３ｂ、２４ａ・２４ｂに増幅器４１、４２及び包絡線演算部５１、５２を接続し、この包絡線演算部５１、５２の各出力の差分を求める減算器６を接続する構成である。

次に、前記構成に基づく本実施形態の動作について説明する。まず、前記第１の実施形態と同様に被検出磁界Ｈｅｘが存在する場合及び存在しない場合のいずれも検出コイル２１、２２から誘起電圧Ｖ1、Ｖ2が出力されることとなる（図７（Ａ）、（Ｂ）を参照）。

この出力された誘起電圧Ｖ1、Ｖ2が増幅器４１、４２に入力されて所定の増幅率で増幅され、この増幅された誘起電圧Ｖ1、Ｖ2を包絡線演算部５１、５２が半波整流して各々包絡線の各直流の誘起電圧Ｖ1d、Ｖ2d演算する（図７（Ｃ）（Ｄ）を参照）。この直流の誘起電圧Ｖ1d、Ｖ2dが減算器６により差分が求められ、減算器６は、磁心１に印加される被検出磁界Ｈｅｘが存在しない場合に求めた各直流の誘起電圧Ｖ1d、Ｖ2dの差分と、磁心１に印加される被検出磁界Ｈｅｘが存在する場合に求めた各直流の誘起電圧Ｖ1d、Ｖ2dの差分とに基づき、被検出磁界Ｈｅｘの値を直流出力として検出できることとなる。

なお、前記各実施形態においては、検出コイル２１、２２を直列接続することなく、各出力端子２３ａ・２３ｂ、２４ａ・２４ｂから増幅器４１、４２、包絡線演算部５１、５２、減算器６から直流出力で得る構成としたが、前記第１の実施形態と同様に検出コイル２１、２２を直列接続し、この直列回路の端子から出力される交流出力を励磁電流ｉの交流励磁周波数に同期した同期整流（位相検波）を行うことにより被検出磁界Ｈｅｘを検出する構成とすることもできる。

（本発明の第３の実施形態）
図８ないし図１０に基づいて本実施形態に係る磁界センサを説明する。この図８は、本実施形態に係る磁界センサの回路構成図、図９は図８に記載する磁界センサにおける誘起電圧の出力波形図、図１０は図８に記載する磁界センサにおける出力誘起電圧の雑音特性図を示す。

前記各図において本実施形態に係る磁界センサは、１本の磁性体１０を二つに均等に屈曲して平行な直線部分１０ａ、１０ｂを有するＵ字形状からなる磁心１と、この磁心１の直線部分１０ａ、１０ｂに逆方向に各々巻回される検出コイル２１、２２を直列に接続して形成される検出出力部２と、前記磁心１の磁性体１０に励磁電流ｉを直接供給する電源部３とを備える構成である。

前記磁心１は、断面円形状のＣｏ基アモルファス磁性ワイヤで磁性体１０を形成し、この磁性体１０の直線部分１０ａ、１０ｂにグラスパイプ１０ｃ、１０ｄが装着される構成である。前記検出出力部２の検出コイル２１、２２は、直線部分１０ａ、１０ｂにグラスパイプ１０ｃ、１０ｄを介して巻回される構成である。前記電源部３は、交流電流ＡＣにこの交流電流ＡＣより十分大きな電流値の直流電流ＤＣを重畳して励磁電流ｉを生成して出力する構成である。

次に、前記構成に基づく本実施形態に係る磁界センサの動作について説明する。まず、電源部３から励磁電流ｉを磁性体１０に供給すると、磁心１に流れる励磁電流ｉが励磁磁界を発生させる。この励磁磁界が検出コイル２１、２２と鎖交して検出コイル２１、２２に誘起電圧Ｖ1、Ｖ2を各々発生（図８中に実線矢印方向）させることとなるが、検出コイル２１と検出コイル２２とは相互に逆向きに巻回されていることから、各誘起電圧Ｖ1、Ｖ2が相互に打消し合って相殺されることとなる。

他方、外部に被検出磁界Ｈｅｘが存在し、この被検出磁界Ｈｅｘが磁性体１１、１２に透過するとこの被検出磁界Ｈｅｘで誘起される誘起電圧Ｖ1H、Ｖ2Hを各々発生（図８中に破線矢印方向）させることとなり、各誘起電圧V1H、V2Hが加算されて出力することとなるが、この出力には被検出磁界Ｈｅｘが存在しない（Ｈex＝０）ときの誘起電圧を含ませることなく微弱磁界の被検出磁界Ｈｅｘを高精度に検出できることとなる。

さらに、本実施形態に係る磁界センサの動作を前記図１２をも参照して詳細に説明する。この図１２に示した関係で被検出磁界Ｈｅｘ＝０の時に生じる誘起電圧Ｖ1、Ｖ2はほぼ同等であるために引き算でほぼキャンセルできる。図９に簡易磁気シールド内での外部磁界を低減して誘起電圧を調べた結果を示す。同図（Ａ）は、検出コイル２１、２２を接続することなく分離し、一方の検出コイル２１から出力される誘起電圧Ｖ1を観測したものである。同図（Ｂ）はＶ1＋Ｖ2となるように結線して観測したものである。この観測において励磁電流ｉは、５０ｋＨｚの交流電流に１ｋＨｚの振幅の大きな矩形波電流が重畳されており、バイアスする直流電流ＤＣがスイッチングされた場合を示している。正弦波様の誘起電圧の大幅な低減は、図１２で説明した被検出磁界Ｈｅｘ＝０の時の誘起電圧がキャンセルできていることが解る。また、スパイク状電圧の低減はバイアス切替えに伴う過渡現象の抑制効果を示している。

次に、被検出磁界Ｈｅｘに対する応答は、検出コイル２１、２２の接続関係によってキャンセルされないことを説明する。この被検出磁界Ｈｅｘに対する感度の正・負は、バイアスされる直流電流ＤＣの向きと１対１対応であることは、前記従来技術において既に知られている。Ｕ字状に曲げられた磁心１の検出コイル２１、２２が施された直線部分１０ａ、１０ｂに平行な被検出磁界Ｈｅｘに対して磁気感度を持つので、被検出磁界Ｈｅｘの方向は直線部分１０ａ、１０ｂと平行なものに限定する。被検出磁界Ｈｅｘの向きが、検出コイル２１、２２を巻回された右方の直線部分１０ａでバイアスの直流電流ＤＣの向きと同一であれば左方の直線部分１０ｂでは正反対となる。

従って、右方の直線部分１０ａで感度が正であれば、左方の直線部分１０ｂで感度は負となる。

これによって、検出コイル２１、２２を各々極性に逆にして直列に結線することによって一個の検出コイル２１（又は２２）の場合の２倍の出力を得ることができる。即ち、磁界センサとしての動作に悪影響を及ぼす不要な磁束鎖交の影響は、キャンセルされることとなり被検出磁界Ｈｅｘに起因する有用な磁束変化のみを２倍の感度で検出することができることとなる。

さらに、本実施形態においては、検出コイル２１、２２で誘起される誘起電圧を増幅する高利得増幅器を後段に設けた場合に、この高利得増幅器の飽和を回避できるので磁界センサを高感度・低雑音にすることができ、オフセットの要因となる被検出磁界Ｈｅｘ＝０の時の誘起電圧を抑制できるので高安定化が図れる。このような作用効果を、図９及び図１０に試験データに基づく各特性図として示す。この図９は簡易磁気シールド内で外部磁界を低減して誘起電圧を調べた出力波形図である。同図（Ａ）において、磁性体を分離し、この磁性体に各々検出コイルを巻回し、この検出コイルから出力される誘起電圧Ｖ1（又はＶ2）を同図（Ａ）にその波形図として示す。また同図（Ｂ）において、平行に配設された磁性体に各々検出コイルを巻回し、この検出コイルを極性を逆にして直列接続し、この各検出コイルからの誘起電圧（Ｖ1＋Ｖ2）を同図（Ｂ）にその波形図として示す。この（Ａ）、（Ｂ）の各出力波形を比較すると明らかに、雑音電圧レベル及びスパイク状電圧の影響が減衰されていることが解る。

前記図１０（Ａ）、（Ｂ）は、約１ｍＶ／１ｎＴの高感度にしたときの雑音特性、また、図９（Ｂ）に示すようにドリフトは４時間の観測において０．５ｎＴ以下である。このように本実施形態によって高感度・高安定な磁界センサが実現できることとなる。

（本発明の他の実施形態）
本発明の他の実施形態に係る磁界センサの磁心は、薄板状の磁性体（例えばアモルファス磁性薄帯等）を円筒状にロール形成し、このロール形成された磁性体の円筒体に導電線を挿通し、この円筒体及び導電線の間に充填材（例えば、エポキシ樹脂等）を充填して構成することもできる。

また、他の実施形態に係る磁界センサの磁心は、導電線（例えば、円柱状の銅線等）の周囲を磁性体（例えば、パーマロイ等）を鍍金して形成することもできる。この磁性体の鍍金以外に、予めパーマロイ等の磁性体を中空円柱状に成形して導電線と一体化して磁心を形成することもできる。

さらに、本発明の他の実施形態に係る磁界センサは、細長い強磁性体とそれに巻回された１つの検出コイルからなる磁心偶数個を互いに平行に（便宜上Ｚ軸に平行とする）配置し、前記磁性体には共通の励磁電流を流し、この磁心を２つのグループに分け、一方のグループの前記磁性体にはＺ軸の正方向に励磁電流を流し、他方のグループの前記磁性体にはＺ軸の負方向に励磁電流を流し、周期的スイッチングによりバイパス電流の極性を周期的に切替える構成とすることもできる。この細長い磁性体は、アモルファス磁性ワイヤを用いることができる。この細長い磁性体は、大きさや磁気的な性質が対をなすように２つのグループに振分けることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る磁界センサの回路構成図である。 図１における磁界センサの被検出磁界が存在しない場合の各磁界ベクトル態様図である。 図２における磁界センサの誘起電圧相殺タイミングチャートである。 図１における磁界センサの被検出磁界が存在する場合の各磁界ベクトル態様図である。 図４における磁界センサの誘起電圧相殺タイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る磁界センサの全体回路構成図である。 図６に記載の磁界センサにおける誘起電圧相殺タイミングチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る磁界センサの回路構成図である。 図８に記載する磁界センサにおける誘起電圧の出力波形図である。 図１０の上の図は従来の磁界センサの雑音特性です．下の図が今回のものです．縦軸は共にnT/√Hzで、1 Hz当たりの雑音出力の実効値です．横軸は周波数です． 図８に記載する磁界センサにおける出力誘起電圧の雑音特性図である。 従来の磁界センサの原理回路構成図である。 従来の磁界センサにおける検出コイルの誘起電圧説明図である。

符号の説明

１ 磁心
２ 検出出力部
３ 電源部
６ 減算器
１０、１１、１２ 磁性体
１０ａ、１０ｂ 直線部分
１０ｃ、１０ｄ グラスパイプ
２１、２２ 検出コイル
２３、２４、２３ａ・２３ｂ、２４ａ・２４ｂ 出力端子
４１、４２ 増幅器
５１、５２ 包絡線演算部
１０１ 磁性ワイヤ
２０１ 検出コイル
４０１ 発振器
５０１ 直流電源
６０１ スイッチ
ｉ 励磁電流
Ｖ1、Ｖ2、Ｖ1H、Ｖ2H 誘起電圧（V1H, V2Hの図示はありません）
Ｖ1d、Ｖ2d 直流の誘起電圧

Claims (4)

1. 所定長さの磁性体からなる磁心と、当該磁心に巻回される検出コイルとを備え、前記磁心に励磁電流を流して前記検出コイルに誘起される誘起電圧により微小磁界を検出する直交フラックスゲートに基づく磁界センサにおいて、
   前記磁心が、２本の磁性体を平行状態で配設され、当該２本の磁性体における一端側の端部同士を直列接続して形成され、
   前記検出コイルが、前記２本の各磁性体に各々巻回して形成され、
   前記２本の磁性体に各々巻回される検出コイルが、励磁電流による励磁磁界によって発生する誘起電圧を相殺するように各々極性を逆にして直列接続して形成され、
   前記磁心には交流電流の振幅の大きさより大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、
   前記検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在せず、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を相殺し、前記磁心に印加される被検出磁界が存在し、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに当該被検出磁界で誘起される誘起電圧を出力することを
   特徴とする磁界センサ。
2. 所定長さの磁性体からなる磁心と、当該磁心に巻回される検出コイルとを備え、前記磁心に励磁電流を流して前記検出コイルに誘起される誘起電圧により微小磁界を検出する直交フラックスゲートに基づく磁界センサにおいて、
   前記磁心が、所定長さの磁性体を略Ｕ字状に屈曲形成し、当該略Ｕ字状の磁性体の平行部分に各々検出コイルを巻回され、
   前記磁性体の平行部分に各々巻回される検出コイルが、励磁電流による励磁磁界によって発生する誘起電圧を相殺するように各々極性を逆にして直列接続して形成され、
   前記磁心には交流電流の振幅の大きさより大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、
   前記検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在せず、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を相殺し、前記磁心に印加される被検出磁界が存在し、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに当該被検出磁界で誘起される誘起電圧を出力することを
   特徴とする磁界センサ。
3. 前記請求項１又は２に記載の磁界センサにおいて、
   前記磁心が、断面円形状の磁性体で形成されることを
   特徴とする磁界センサ。
4. 所定長さの磁性体からなる磁心と、当該磁心に巻回される複数の検出コイルとを備え、前記磁心に励磁電流を流して前記検出コイルに誘起される誘起電圧により微小磁界を検出する直交フラックスゲートに基づく磁界センサにおいて、
   前記磁心が、２本の磁性体を平行状態で配設され、当該２本の磁性体における一端側の端部同士を直列接続して形成され、
   前記検出コイルが、前記２本の各磁性体に極性を異ならせて各々巻回して形成され、
   前記磁心には交流電流の振幅の大きさより大きい電流値の直流電流で当該交流電流をバイアスされた励磁電流を流し、
   前記複数の検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在せず、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を各々出力し、減算器は、当該各誘起電圧に対応した信号に基づいて各直流の誘起電圧の差分を求め、
   前記複数の検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在し、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を各々出力し、前記減算器は、当該被検出磁界で誘起される各誘起電圧に対応した信号に基づいて各直流の誘起電圧の差分を求め、
   前記減算器は、前記磁心に印加される被検出磁界が存在しない場合に求めた各直流の誘起電圧の差分と、前記磁心に印加される被検出磁界が存在する場合に求めた各直流の誘起電圧の差分とに基づき、前記被検出磁界の値を直流出力として検出することを
   特徴とする磁界センサ。

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