JP7082590B2 - Magnetic field measuring device, magnetic field measuring method, and magnetic field measuring program - Google Patents

Magnetic field measuring device, magnetic field measuring method, and magnetic field measuring program Download PDF

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本発明は、磁場測定装置、磁場測定方法、および磁場測定プログラムに関する。 The present invention relates to a magnetic field measuring device, a magnetic field measuring method, and a magnetic field measuring program.

1つのTMR素子と3つの固定抵抗を用いてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力電圧に基づいて磁場発生コイルに電流を流すための電力を生成し、磁場発生コイルによってTMRモジュールに磁場を与える磁気センサが知られている。(例えば、特許文献1参照)。また、1つのTMR素子と3つの固定抵抗を用いてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力電圧に基づいてブリッジ回路に印加する電圧を制御する磁気センサが知られている。(例えば、特許文献2参照)。
特許文献1 特開2017-083173号公報
特許文献2 特開2017-096627号公報
A bridge circuit is constructed using one TMR element and three fixed resistors, power is generated to pass a current through the magnetic field generation coil based on the output voltage of the bridge circuit, and a magnetic field is applied to the TMR module by the magnetic field generation coil. Magnetic sensors are known. (See, for example, Patent Document 1). Further, there is known a magnetic sensor that constitutes a bridge circuit by using one TMR element and three fixed resistors and controls a voltage applied to the bridge circuit based on the output voltage of the bridge circuit. (See, for example, Patent Document 2).
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-0817373 Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-09626

従来の磁気センサでは、ブリッジ回路を構成する各抵抗値のバランスによっては、TMR素子の磁気動作点が磁気分解能の低下する磁気飽和領域にくる場合がある。しかしながら、例えば心磁測定等の生体磁場測定において、より微弱な磁場を測定できる磁場測定装置の実現が望まれている。 In the conventional magnetic sensor, the magnetic operating point of the TMR element may come to the magnetic saturation region where the magnetic resolution is lowered, depending on the balance of each resistance value constituting the bridge circuit. However, in biomagnetic field measurement such as magnetic field measurement, it is desired to realize a magnetic field measuring device capable of measuring a weaker magnetic field.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、磁場測定装置を提供する。磁場測定装置は、少なくとも1つの磁気抵抗素子を有するセンサ部を備えてよい。磁場測定装置は、基準電圧を出力する基準電圧発生部を備えてよい。磁場測定装置は、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部を備えてよい。磁場測定装置は、センサ部の出力電圧および基準電圧の差に応じて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部を備えてよい。磁場測定装置は、フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部を備えてよい。磁場測定装置は、センサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整する調整部を備えてよい。 In order to solve the above problems, in the first aspect of the present invention, a magnetic field measuring device is provided. The magnetic field measuring device may include a sensor unit having at least one magnetoresistive element. The magnetic field measuring device may include a reference voltage generating unit that outputs a reference voltage. The magnetic field measuring device may include a magnetic field generating unit that generates a magnetic field applied to the sensor unit. The magnetic field measuring device may include a feedback current generating unit that supplies a feedback current that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field to the sensor unit to the magnetic field generating unit according to the difference between the output voltage and the reference voltage of the sensor unit. .. The magnetic field measuring device may include a magnetic field measuring unit that outputs a measured value according to the feedback current. The magnetic field measuring device may include an adjusting unit that adjusts the reference voltage using the output voltage of the sensor unit.

調整部は、調整フェーズにおいて、基準電圧を調整し、磁場測定部は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生されるフィードバック電流に応じた測定値を出力してよい。 The adjusting unit may adjust the reference voltage in the adjusting phase, and the magnetic field measuring unit may output a measured value according to the feedback current generated for the magnetic field to be measured in the measuring phase.

基準電圧発生部は、少なくとも1つの可変抵抗を有し、調整部は、可変抵抗の抵抗値を変更して基準電圧を調整してよい。 The reference voltage generating unit has at least one variable resistance, and the adjusting unit may adjust the reference voltage by changing the resistance value of the variable resistance.

調整部は、フィードバック電流に基づいて基準電圧を調整してよい。 The adjusting unit may adjust the reference voltage based on the feedback current.

調整部は、センサ部に調整用磁場が入力されたことに応じて、測定値が調整用磁場に応じて予め定められた範囲内となるように基準電圧を調整してよい。 The adjusting unit may adjust the reference voltage so that the measured value is within a predetermined range according to the adjusting magnetic field in response to the input of the adjusting magnetic field to the sensor unit.

調整部は、フィードバック電流の分散値を低減させるように基準電圧を調整してよい。 The adjusting unit may adjust the reference voltage so as to reduce the dispersion value of the feedback current.

フィードバック電流を磁場発生部に供給するか否かを切り替える切替部を更に備え、調整部は、フィードバック電流を磁場発生部に供給していない状態におけるセンサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整してよい。 It also has a switching unit that switches whether to supply the feedback current to the magnetic field generation unit, and the adjustment unit adjusts the reference voltage using the output voltage of the sensor unit when the feedback current is not supplied to the magnetic field generation unit. It's okay.

調整部は、フィードバック電流を磁場発生部に供給していない状態において、センサ部に調整用磁場が入力されたことに応じて、センサ部の出力電圧および基準電圧の差が調整用磁場に応じて予め定められた範囲内となるように基準電圧を調整してよい。 In the state where the feedback current is not supplied to the magnetic field generation unit, the adjustment unit responds that the adjustment magnetic field is input to the sensor unit, and the difference between the output voltage and the reference voltage of the sensor unit depends on the adjustment magnetic field. The reference voltage may be adjusted so as to be within a predetermined range.

調整用電流を発生する調整用電流発生部を更に備え、切替部は、フィードバック電流を磁場発生部に供給しない場合に磁場発生部に調整用電流を供給し、調整部は、磁場発生部に調整用電流を供給している状態におけるセンサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整してよい。 It further includes an adjustment current generator that generates an adjustment current, and the switching unit supplies the adjustment current to the magnetic field generator when the feedback current is not supplied to the magnetic field generator, and the adjustment unit adjusts to the magnetic field generator. The reference voltage may be adjusted using the output voltage of the sensor unit while the current is being supplied.

調整部は、調整用電流に対するセンサ部の出力電圧および基準電圧の差の特性に基づいて基準電圧を調整してよい。 The adjusting unit may adjust the reference voltage based on the characteristics of the difference between the output voltage and the reference voltage of the sensor unit with respect to the adjusting current.

磁場測定部は、予め定められた期間における測定値を積算して出力してよい。 The magnetic field measuring unit may integrate and output the measured values in a predetermined period.

調整部は、磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、フィードバック電流発生部によって磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させる基準電圧を基準電圧発生部により発生させてよい。 Before the measurement of the magnetic field to be measured by the magnetic field measuring unit, the adjusting unit may generate a reference voltage by the reference voltage generating unit to generate a reset magnetic field that magnetically saturates the magnetic resistance element by the feedback current generating unit.

調整部は、磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、基準電圧発生部が有する可変抵抗の抵抗値を変更して、リセット磁場を発生させるリセット磁場発生電圧を基準電圧発生部により発生させ、リセット磁場発生電圧を発生させる可変抵抗の抵抗値に基づいて、基準電圧を調整してよい。 Before the measurement of the magnetic field to be measured by the magnetic field measuring unit, the adjusting unit changes the resistance value of the variable resistance of the reference voltage generating unit to generate the reset magnetic field generating voltage to generate the reset magnetic field by the reference voltage generating unit. The reference voltage may be adjusted based on the resistance value of the variable resistance that generates the reset magnetic field generated voltage.

調整部は、可変抵抗の抵抗値を、リセット磁場発生電圧をそれぞれ発生させる上方リセット磁場発生抵抗値および下方磁場発生抵抗値の範囲の1/2から1/4の抵抗値として、基準電圧を調整してよい。 The adjusting unit adjusts the reference voltage by setting the resistance value of the variable resistance as a resistance value of 1/2 to 1/4 of the range of the upper reset magnetic field generation resistance value and the lower magnetic field generation resistance value that generate the reset magnetic field generation voltage, respectively. You can do it.

センサ部の出力電圧の範囲よりも、基準電圧発生部の出力電圧の範囲の方が大きくてよい。 The range of the output voltage of the reference voltage generating unit may be larger than the range of the output voltage of the sensor unit.

磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、磁場発生部に磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させるリセット電流を供給するリセット電流発生部を更に備えてよい。 Prior to the measurement of the magnetic field to be measured by the magnetic field measuring unit, the magnetic field generating unit may further be provided with a reset current generating unit that supplies a reset current that generates a reset magnetic field that magnetically saturates the magnetic resistance element.

磁場測定部が出力する測定値の高周波成分を通過させるハイパスフィルタを更に備えてよい。 A high-pass filter for passing a high-frequency component of the measured value output by the magnetic field measuring unit may be further provided.

フィードバック電流発生部は、2つ以上のオペアンプを用いて構成されてよい。 The feedback current generating unit may be configured by using two or more operational amplifiers.

センサ部は、磁気抵抗素子に隣接して配置される磁気収束部を含み、フィードバック電流発生部は、磁気抵抗素子及び磁気収束部を取り巻くように形成されてよい。 The sensor unit includes a magnetic convergence unit arranged adjacent to the magnetoresistive element, and the feedback current generation unit may be formed so as to surround the magnetoresistive element and the magnetic convergence unit.

磁気抵抗素子は、基板上に、磁化自由層、非磁性層、および、磁化固定層がこの順で積層され、上面視で、磁化固定層の面積は磁化自由層の面積よりも小さく、磁化固定層の面積に基づいて感磁エリアが定められてよい。 In the magnetoresistive element, a magnetization free layer, a non-magnetic layer, and a magnetization fixing layer are laminated in this order on a substrate, and the area of the magnetization fixing layer is smaller than the area of the magnetization free layer in the top view, and the magnetization is fixed. The magnetizing area may be determined based on the area of the layer.

センサ部は、直列に接続された互いに逆極性の第1磁気抵抗素子および第2磁気抵抗素子を有し、第1磁気抵抗素子と第2磁気抵抗素子の間の電圧を出力してよい。 The sensor unit has a first magnetoresistive element and a second magnetoresistive element connected in series and having opposite polarities to each other, and may output a voltage between the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element.

本発明の第2の態様においては、磁場測定装置が磁場を測定する磁場測定方法を提供する。磁場測定方法は、磁場測定装置が、少なくとも1つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧および基準電圧発生部が出力する基準電圧の差に応じて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給することを備えてよい。磁場測定方法は、磁場測定装置が、フィードバック電流に応じた測定値を出力することを備えてよい。磁場測定方法は、磁場測定装置が、センサ部の出力電圧に基づいて基準電圧を調整することを備えてよい。 In the second aspect of the present invention, a magnetic field measuring device provides a magnetic field measuring method for measuring a magnetic field. In the magnetic field measuring method, the magnetic field measuring device reduces the input magnetic field to the sensor unit according to the difference between the output voltage of the sensor unit having at least one magnetic resistance element and the reference voltage output by the reference voltage generating unit. The feedback current that generates the above may be provided to supply the magnetic field generating unit that generates the magnetic field applied to the sensor unit. The magnetic field measuring method may include the magnetic field measuring device to output a measured value according to the feedback current. The magnetic field measuring method may include the magnetic field measuring device adjusting the reference voltage based on the output voltage of the sensor unit.

本発明の第3の態様においては、磁場測定プログラムを提供する。磁場測定プログラムは、コンピュータにより実行されてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、少なくとも1つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧および基準電圧発生部が出力する基準電圧の差に応じて、センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部として機能させてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部として機能させてよい。磁場測定プログラムは、コンピュータを、センサ部の出力電圧を用いて基準電圧を調整する調整部として機能させてよい。 In the third aspect of the present invention, a magnetic field measurement program is provided. The magnetic field measurement program may be executed by a computer. The magnetic field measurement program causes the computer to generate a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field to the sensor unit according to the difference between the output voltage of the sensor unit having at least one magnetic resistance element and the reference voltage output by the reference voltage generator unit. The feedback current to be generated may function as a feedback current generating unit that supplies the magnetic field generating unit that generates the magnetic field applied to the sensor unit. The magnetic field measurement program may allow the computer to function as a magnetic field measurement unit that outputs a measured value according to the feedback current. The magnetic field measurement program may allow the computer to function as a regulator that adjusts the reference voltage using the output voltage of the sensor.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. A subcombination of these feature groups can also be an invention.

本実施形態に係る磁場測定装置10の構成を示す。The configuration of the magnetic field measuring device 10 according to this embodiment is shown. 本実施形態に係る磁場測定装置10において、基準電圧発生部120が少なくとも1つの可変抵抗を有する例を示す。In the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment, an example in which the reference voltage generating unit 120 has at least one variable resistor is shown. 本実施形態に係る磁場測定装置10による、磁気動作点調整の第一例のフローを示す。The flow of the first example of the magnetic operating point adjustment by the magnetic field measuring apparatus 10 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る磁場測定装置10による、図3のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。The characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin before and after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 3 by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment are shown. 本実施形態に係る磁場測定装置10による、磁気動作点調整の第二例のフローを示す。The flow of the second example of the magnetic operating point adjustment by the magnetic field measuring apparatus 10 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る磁場測定装置10による、図5のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。The characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin before and after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 5 by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment are shown. 本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、切替部710を備えた磁場測定装置10の構成を示す。The configuration of the magnetic field measuring device 10 provided with the switching unit 710 according to the modification of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment is shown. 図7の磁場測定装置10による、磁気動作点調整の第三例のフローを示す。The flow of the third example of the magnetic operating point adjustment by the magnetic field measuring apparatus 10 of FIG. 7 is shown. 図7の磁場測定装置10による、図8のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。The characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin before and after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 8 by the magnetic field measuring device 10 of FIG. 7 are shown. 本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、切替部710および調整用電流発生部1010を備えた磁場測定装置10の構成を示す。The configuration of the magnetic field measuring device 10 including the switching unit 710 and the adjusting current generating unit 1010 according to the modified example of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment is shown. 図10の磁場測定装置10による、磁気動作点調整の第四例のフローを示す。The flow of the 4th example of the magnetic operating point adjustment by the magnetic field measuring apparatus 10 of FIG. 10 is shown. 図10の磁場測定装置10による、図11のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。The characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin before and after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 11 by the magnetic field measuring device 10 of FIG. 10 are shown. 図10の磁場測定装置10における調整部170が、電圧Vopen_adjustを算出するために用いる調整用電流Iadjustに対する電圧Vopenの特性を示す。The adjusting unit 170 in the magnetic field measuring device 10 of FIG. 10 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the adjusting current Iadjust used for calculating the voltage Vopen_adjust. 図10の磁場測定装置10における調整部170が、電圧Vopen_adjustを算出するために用いるdVopen/dIadjust特性を示す。The adjusting unit 170 in the magnetic field measuring device 10 of FIG. 10 shows the dVopen / dIadjust characteristic used for calculating the voltage Vopen_adjust. 本実施形態に係る磁場測定装置10により磁場を測定するためのフローを示す。The flow for measuring the magnetic field by the magnetic field measuring apparatus 10 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、切替部710およびリセット電流発生部1610を備えた磁場測定装置10の構成を示す。The configuration of the magnetic field measuring device 10 including the switching unit 710 and the reset current generating unit 1610 according to the modified example of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment is shown. 本実施形態に係る磁場測定装置10において、可変抵抗224の抵抗値を変化させたときの、電圧Vclosedの変化の様子を示す。In the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment, the state of the change of the voltage Vclosed when the resistance value of the variable resistance 224 is changed is shown. 本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、スイッチ1710およびハイパスフィルタ1720を備えた磁場測定装置10の構成を示す。The configuration of the magnetic field measuring device 10 provided with the switch 1710 and the high-pass filter 1720 according to the modified example of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment is shown. 本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、第3演算増幅器1910を備えた磁場測定装置10の構成を示す。The configuration of the magnetic field measuring device 10 provided with the third arithmetic amplifier 1910 according to the modification of the magnetic field measuring device 10 of this embodiment is shown. 本実施形態に係るセンサ部110の具体例を示す。A specific example of the sensor unit 110 according to this embodiment is shown. 本具体例に係るセンサ部110にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。The magnetic flux distribution when the feedback magnetic field is generated in the sensor unit 110 according to this specific example is shown. 本具体例に係るセンサ部110の構成の一例を示す。An example of the configuration of the sensor unit 110 according to this specific example is shown. 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。An example of a computer 2200 in which a plurality of aspects of the present invention may be embodied in whole or in part is shown.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

図1は、本実施形態に係る磁場測定装置10の構成を示す。磁場測定装置10は、センサ部110と、基準電圧発生部120と、フィードバック電流発生部130と、磁場発生部140と、演算部150とを備える。 FIG. 1 shows the configuration of the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. The magnetic field measuring device 10 includes a sensor unit 110, a reference voltage generating unit 120, a feedback current generating unit 130, a magnetic field generating unit 140, and a calculation unit 150.

センサ部110は、少なくとも1つの磁気抵抗素子を有する。本実施形態においては、一例として、センサ部110は、電源電圧VccとグランドGNDとの間に直列に接続された第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を有し、第1磁気抵抗素子112と第2磁気抵抗素子114の間の電圧を出力する例を示すが、これに代えて、センサ部110は、例えば、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の一方が固定抵抗で構成されたものであってもよく、少なくとも1つの磁気抵抗素子に入力された磁場に応じた電圧を出力する様々な態様を含む。 The sensor unit 110 has at least one magnetoresistive element. In the present embodiment, as an example, the sensor unit 110 has a first magnetic resistance element 112 and a second magnetic resistance element 114 connected in series between the power supply voltage Vcc and the ground GND, and has a first magnetic resistance. An example of outputting a voltage between the element 112 and the second magnetic resistance element 114 is shown. Instead, in the sensor unit 110, for example, one of the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 is fixed. It may be composed of resistors, and includes various aspects of outputting a voltage corresponding to a magnetic field input to at least one magnetic resistance element.

しかしながら、センサ部110を、直列に接続された互いに逆極性の第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を有し、第1磁気抵抗素子112と第2磁気抵抗素子114の間の電圧を出力する構成とすると、温度によるオフセットや感度などの特性変動の低減効果が得られるため、より好ましい。ここで、逆極性とは、同一方向の入力磁場に対して、磁気抵抗素子の抵抗の増減方向が逆であることをいう。 However, the sensor unit 110 has a first magnetoresistive element 112 and a second magnetoresistive element 114 of opposite polarities connected in series, and the voltage between the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114. Is more preferable because it is possible to obtain the effect of reducing characteristic fluctuations such as offset and sensitivity due to temperature. Here, the reverse polarity means that the increasing / decreasing direction of the resistance of the magnetoresistive element is opposite to the input magnetic field in the same direction.

第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114は、例えば、トンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto-Resistance)素子または巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magneto-Resistance)素子等であってよい。 The first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 may be, for example, a tunnel magnetoresistive (TMR) element or a giant magnetoresistive (GMR) element.

基準電圧発生部120は、基準電圧を出力する。基準電圧発生部120は、出力する基準電圧を調整可能に構成される。基準電圧発生部120は、調整された基準電圧をフィードバック電流発生部130に供給する。 The reference voltage generation unit 120 outputs a reference voltage. The reference voltage generation unit 120 is configured so that the output reference voltage can be adjusted. The reference voltage generation unit 120 supplies the adjusted reference voltage to the feedback current generation unit 130.

フィードバック電流発生部130は、センサ部110の出力電圧および基準電圧発生部120が出力する基準電圧の差に応じて、センサ部110への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場発生部140に供給する。本実施形態においては、一例として、フィードバック電流発生部130は、第1演算増幅器132を有し、第1演算増幅器132の2つの差動入力端子に、センサ部110の出力電圧および基準電圧発生部120の出力(即ち基準電圧)をそれぞれ接続する。そして、第1演算増幅器132は、センサ部110の出力電圧および基準電圧の差に応じたフィードバック電流を発生させ、これを磁場発生部140に供給する。ここで、センサ部110の出力電圧および基準電圧の差をVopenと定義する。 The feedback current generation unit 130 generates a feedback current that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field to the sensor unit 110 according to the difference between the output voltage of the sensor unit 110 and the reference voltage output by the reference voltage generation unit 120. Supply to unit 140. In the present embodiment, as an example, the feedback current generation unit 130 has a first operational amplifier 132, and the output voltage and reference voltage generation unit of the sensor unit 110 are connected to the two differential input terminals of the first operational amplifier 132. Each of the 120 outputs (ie, reference voltage) is connected. Then, the first operational amplifier 132 generates a feedback current according to the difference between the output voltage and the reference voltage of the sensor unit 110, and supplies this to the magnetic field generation unit 140. Here, the difference between the output voltage and the reference voltage of the sensor unit 110 is defined as Vopen.

磁場発生部140は、センサ部110に与えるフィードバック磁場を発生する。本実施形態においては、一例として、磁場発生部140はコイル142を有する。コイル142は、フィードバック電流発生部130からフィードバック電流が供給されると、供給されたフィードバック電流に基づいてセンサ部110が有する第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114に与えるフィードバック磁場を発生する。ここで、センサ部110(および基準電圧発生部120)は、コイル142に内包されるように位置してもよい。 The magnetic field generation unit 140 generates a feedback magnetic field applied to the sensor unit 110. In the present embodiment, as an example, the magnetic field generating unit 140 has a coil 142. When the feedback current is supplied from the feedback current generation unit 130, the coil 142 generates a feedback magnetic field applied to the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 of the sensor unit 110 based on the supplied feedback current. do. Here, the sensor unit 110 (and the reference voltage generation unit 120) may be positioned so as to be included in the coil 142.

演算部150は、電流電圧変換抵抗152と、第2演算増幅器154と、AD変換器156と、磁場測定部160と、調整部170とを有し、磁場測定装置10に係る各種演算を行う。 The calculation unit 150 includes a current-voltage conversion resistor 152, a second calculation amplifier 154, an AD converter 156, a magnetic field measurement unit 160, and an adjustment unit 170, and performs various calculations related to the magnetic field measurement device 10.

電流電圧変換抵抗152は、一端が磁場発生部140に接続され、他端が固定電圧1に接続されており、フィードバック電流を電圧に変換し、その両端にフィードバック電流に基づく電圧(フィードバック電流×電流電圧変換抵抗152の抵抗値)を発生させる。ここで、電流電圧変換抵抗152によって発生させた当該フィードバック電流に基づく電圧をVclosedと定義する。 One end of the current-voltage conversion resistance 152 is connected to the magnetic field generator 140 and the other end is connected to the fixed voltage 1. The resistance value of the voltage conversion resistor 152) is generated. Here, the voltage based on the feedback current generated by the current-voltage conversion resistance 152 is defined as Vclosed.

第2演算増幅器154は、差動入力端子に電流電圧変換抵抗152の両端をそれぞれ接続し、電流電圧変換抵抗152の両端の電圧、すなわち、電圧Vclosedに応じた電圧VAMPを出力する。 The second operational amplifier 154 connects both ends of the current-voltage conversion resistor 152 to the differential input terminal, and outputs the voltage across the current-voltage conversion resistor 152, that is, the voltage VAMP corresponding to the voltage Vclosed.

AD変換器156は、第2演算増幅器154に接続され、第2演算増幅器154によって出力される電圧Vclosedに応じたアナログの電圧値VAMPをデジタル値VADCへ変換する。 The AD converter 156 is connected to the second operational amplifier 154 and converts the analog voltage value VAMP corresponding to the voltage Vclosed output by the second operational amplifier 154 into the digital value VADC.

磁場測定部160は、測定フェーズにおいて、フィードバック電流に応じた測定値を出力する。本実施形態においては、一例として、磁場測定部160は、AD変換器156に接続され、AD変換器156によって変換された電圧Vclosedに応じたデジタル値VADCに基づいて測定値を出力する。 The magnetic field measurement unit 160 outputs a measured value according to the feedback current in the measurement phase. In the present embodiment, as an example, the magnetic field measuring unit 160 is connected to the AD converter 156 and outputs a measured value based on the digital value VADC corresponding to the voltage Vclosed converted by the AD converter 156.

調整部170は、調整フェーズにおいて、センサ部110の出力電圧を用いて基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。これについては後述する。なお、上述の説明では、磁場測定部160および調整部170が別々の機能部として構成されている場合を一例として示したが、磁場測定部160および調整部170は一体の機能部として構成されていてもよい。 In the adjustment phase, the adjustment unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generation unit 120 using the output voltage of the sensor unit 110. This will be described later. In the above description, the case where the magnetic field measuring unit 160 and the adjusting unit 170 are configured as separate functional units is shown as an example, but the magnetic field measuring unit 160 and the adjusting unit 170 are configured as an integrated functional unit. You may.

本実施形態に係る磁場測定装置10によれば、センサ部110に測定対象磁場が入力されると、測定対象磁場に応じたセンサ部110の出力電圧および基準電圧の差(すなわち電圧Vopen)に応じて、フィードバック電流発生部130がフィードバック電流を発生させ、これを磁場発生部140に供給する。そして、磁場発生部140が、供給されたフィードバック電流に応じて、センサ部110に入力された測定対象磁場を相殺させるフィードバック磁場を発生させる。そして、磁場測定部160は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値、具体的には、電圧Vclosedに応じたデジタル値VADCを出力する。ここで、この一連の制御をクローズドループ制御と定義する。なお、クローズドループ制御下においては、電圧Vopenの値は0となるように、すなわち、入力磁場を相殺するフィードバック磁場が発生するように制御される。 According to the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment, when the magnetic field to be measured is input to the sensor unit 110, it corresponds to the difference between the output voltage and the reference voltage of the sensor unit 110 according to the magnetic field to be measured (that is, voltage Vopen). Then, the feedback current generation unit 130 generates a feedback current and supplies it to the magnetic field generation unit 140. Then, the magnetic field generation unit 140 generates a feedback magnetic field that cancels the measurement target magnetic field input to the sensor unit 110 according to the supplied feedback current. Then, in the measurement phase, the magnetic field measuring unit 160 outputs a measured value corresponding to the feedback current generated with respect to the magnetic field to be measured, specifically, a digital value VADC corresponding to the voltage Vclosed. Here, this series of controls is defined as closed-loop control. Under closed-loop control, the value of the voltage Vopen is controlled to be 0, that is, a feedback magnetic field that cancels the input magnetic field is generated.

図2は、本実施形態に係る磁場測定装置10において、基準電圧発生部120が少なくとも1つの可変抵抗を有する例を示す。本図に示すように、基準電圧発生部120は、少なくとも1つの可変抵抗を有する。一例として、基準電圧発生部120は、電源電圧VccとグランドGNDとの間に直列に接続された固定抵抗222および可変抵抗224を有し、固定抵抗222と可変抵抗224の間の電圧を基準電圧として出力する構成としてよい。また、本図に示すように、センサ部110が有する第1磁気抵抗素子112、第2磁気抵抗素子114、基準電圧発生部120が有する固定抵抗222、および可変抵抗224とでブリッジ回路210を構成してよい。その他にも、基準電圧発生部120は、固定抵抗222を第2磁気抵抗素子114と同極性(第1磁気抵抗素子112と逆極性)の磁気抵抗素子とし、可変抵抗224を第1磁気抵抗素子112と同極性(第2磁気抵抗素子114と逆極性)の磁気抵抗素子と可変抵抗とを直列接続した構成としてもよい。基準電圧発生部120が可変抵抗を有する場合、調整部170は、当該可変抵抗の抵抗値を変更して基準電圧発生部120が出力する基準電圧(抵抗分圧としての基準電圧)を調整する。 FIG. 2 shows an example in which the reference voltage generating unit 120 has at least one variable resistor in the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. As shown in this figure, the reference voltage generator 120 has at least one variable resistor. As an example, the reference voltage generator 120 has a fixed resistance 222 and a variable resistance 224 connected in series between the power supply voltage Vcc and the ground GND, and the voltage between the fixed resistance 222 and the variable resistance 224 is used as a reference voltage. It may be configured to output as. Further, as shown in this figure, the bridge circuit 210 is composed of the first magnetoresistive element 112 of the sensor unit 110, the second magnetoresistive element 114, the fixed resistance 222 of the reference voltage generating unit 120, and the variable resistance 224. You can do it. In addition, in the reference voltage generation unit 120, the fixed resistance 222 is a magnetic resistance element having the same polarity as the second magnetic resistance element 114 (opposite to the first magnetic resistance element 112), and the variable resistance 224 is a first magnetic resistance element. A magnetic resistance element having the same polarity as 112 (opposite to the second magnetic resistance element 114) and a variable resistor may be connected in series. When the reference voltage generating unit 120 has a variable resistance, the adjusting unit 170 changes the resistance value of the variable resistance to adjust the reference voltage (reference voltage as the resistance dividing voltage) output by the reference voltage generating unit 120.

図3は、本実施形態に係る磁場測定装置10による、磁気動作点調整の第一例のフローを示す。磁気動作点は、本実施形態に係る磁場測定装置10を構成する磁気抵抗素子に入力する磁場の総和として定義する。ステップ310において、例えば測定者が、センサ部110に入力される入力磁場を、磁気動作点調整を行うために予め定められた値である調整用磁場にする。ここで、調整用磁場はセンサ部110が磁気検出し得る磁場範囲内において任意の値であってよい。以下においては、調整用磁場が0である場合について説明する。調整用磁場が0である場合、例えば測定者が、本実施形態に係る磁場測定装置10を、磁気シールドルームや持ち運び可能な磁気シールドボックス内に置くことによって、地磁気等の環境磁場をシールドしてセンサ部110に入力される入力磁場を0にする。 FIG. 3 shows a flow of a first example of magnetic operating point adjustment by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. The magnetic operating point is defined as the sum of the magnetic fields input to the magnetoresistive element constituting the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. In step 310, for example, the measurer sets the input magnetic field input to the sensor unit 110 to an adjustment magnetic field which is a predetermined value for adjusting the magnetic operating point. Here, the adjusting magnetic field may have an arbitrary value within the magnetic field range in which the sensor unit 110 can magnetically detect. In the following, a case where the adjusting magnetic field is 0 will be described. When the adjustment magnetic field is 0, for example, the measurer shields the environmental magnetic field such as geomagnetism by placing the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment in a magnetic shield room or a portable magnetic shield box. The input magnetic field input to the sensor unit 110 is set to 0.

次に、ステップ320において、調整部170は、センサ部110に予め定められた値である調整用磁場が入力されている状態における電圧Vclosedに基づくデジタル値VADCを取得する。 Next, in step 320, the adjusting unit 170 acquires a digital value VADC based on the voltage Vclosed in a state where the adjusting magnetic field, which is a predetermined value, is input to the sensor unit 110.

そして、ステップ330において、調整部170は、フィードバック電流に基づいて基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。本フローにおいて、調整部170は、センサ部110に調整用磁場が入力されたことに応じて、測定値、例えば、電圧Vclosedに基づくデジタル値VADCが、調整用磁場に応じて予め定められた値の範囲内となるように基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部170は、センサ部110に入力される調整用磁場が0である場合に、電圧Vclosedを0にすべく、例えば、電圧Vclosedに基づくデジタル値VADCが予め定められた閾値以下となるように、基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。なお、調整用磁場が0でない場合には、調整部170は、電圧Vclosedが調整用磁場の強度に応じた値となるように基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。なお、クローズドループにおいては電圧Vclosedと、電圧VAMPは一意に対応しており、等価な物理量として扱ってよい。 Then, in step 330, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 based on the feedback current. In this flow, in the adjusting unit 170, the measured value, for example, the digital value VADC based on the voltage Vclosed, is set to a predetermined value according to the adjusting magnetic field in response to the input of the adjusting magnetic field to the sensor unit 110. The reference voltage output by the reference voltage generation unit 120 is adjusted so as to be within the range of, and the process is terminated. As an example, the adjusting unit 170 sets the voltage Vclosed to 0 when the adjusting magnetic field input to the sensor unit 110 is 0, for example, setting the digital value VADC based on the voltage Vclosed to be equal to or less than a predetermined threshold value. The reference voltage output by the reference voltage generation unit 120 is adjusted so as to be. When the adjusting magnetic field is not 0, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 so that the voltage Vclosed becomes a value corresponding to the strength of the adjusting magnetic field. In the closed loop, the voltage Vclosed and the voltage VAMP uniquely correspond to each other and may be treated as equivalent physical quantities.

図4は、本実施形態に係る磁場測定装置10による、図3のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。曲線410は、図3のフローに基づく磁気動作点調整前におけるセンサ部110への入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。例えば、センサ部110への入力磁場Binが0の場合、センサ部110の出力電圧および基準電圧が理想的に同一の値であれば、Vopenの値は0となるはずである。しかしながら、センサ部110の出力電圧および基準電圧発生部120が出力する基準電圧は、例えば、センサ部110が有する第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114や基準電圧発生部120が有する固定抵抗222および可変抵抗224の素子形成プロセスのばらつき等に起因して必ずしも理想的に同一の値とはならない。その結果、入力磁場Binが0であっても電圧Vopenの値は0とはならず、例えば点420に示すようにある有限の値(「Vinitial」とする。)をとり得る。このときの磁気動作点は、点420である。 FIG. 4 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin before and after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 3 by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. The curve 410 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin to the sensor unit 110 before the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. For example, when the input magnetic field Bin to the sensor unit 110 is 0, the value of Vopen should be 0 if the output voltage and the reference voltage of the sensor unit 110 are ideally the same value. However, the output voltage of the sensor unit 110 and the reference voltage output by the reference voltage generation unit 120 are fixed, for example, of the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 of the sensor unit 110 and the reference voltage generation unit 120. The values of the resistors 222 and the variable resistors 224 are not necessarily the same ideally due to variations in the element forming process and the like. As a result, even if the input magnetic field Bin is 0, the value of the voltage Vopen does not become 0, and can take a finite value (referred to as “Vitial”) as shown at point 420, for example. The magnetic operating point at this time is point 420.

この状態において、クローズドループ制御が行われると、フィードバック電流発生部130は、電圧Vinitialに応じたフィードバック電流Ifeedback_initialを発生させ、これを磁場発生部140へ供給する。そして、磁場発生部140は、このフィードバック電流Ifeedback_initialに基づいて電圧Vopenを0にするようにフィードバック磁場Bfeedback_initialを発生させる。すなわち、フィードバック磁場Bfeedback_initialによって、電圧Vopenは0となり、磁気動作点は点420から点430に遷移する。この状態において、磁場測定装置10が測定対象磁場を測定すると、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114は、点430を磁気動作点として磁場の測定を行うこととなる。 In this state, when the closed loop control is performed, the feedback current generation unit 130 generates a feedback current Ifedback_initial corresponding to the voltage Vinyl, and supplies this to the magnetic field generation unit 140. Then, the magnetic field generation unit 140 generates a feedback magnetic field Bfeedback_initial so that the voltage Vopen becomes 0 based on this feedback current Ifedback_initial. That is, due to the feedback magnetic field Bfeedback_initial, the voltage Vopen becomes 0, and the magnetic operating point transitions from the point 420 to the point 430. In this state, when the magnetic field measuring device 10 measures the magnetic field to be measured, the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 measure the magnetic field with the point 430 as the magnetic operating point.

しかしながら、入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性は、センサ部110が有する第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気飽和特性に準じて、図4に示すように磁気飽和領域を有する。そして、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114は、磁気飽和領域またはこれに近い領域で動作させると、高い磁気感度(磁場Binに対する電圧Vopenの変化率)を得ることができず微弱な測定対象磁場を検出できなくなる。そこで、本実施形態における磁場測定装置10は、測定フェーズの前の調整フェーズにおいて、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を調整することによって、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を磁気感度の比較的高い、すなわち、高い磁気分解能を有する点で動作させることを可能とする。 However, the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin have a magnetic saturation region as shown in FIG. 4, according to the magnetic saturation characteristics of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 possessed by the sensor unit 110. When the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are operated in the magnetic saturation region or a region close to the magnetic saturation region, high magnetic sensitivity (rate of change of voltage Vopen with respect to the magnetic field Bin) cannot be obtained and is weak. It becomes impossible to detect the magnetic field to be measured. Therefore, the magnetic field measuring device 10 in the present embodiment adjusts the magnetic operating points of the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 in the adjustment phase before the measurement phase, thereby adjusting the first magnetic resistance element 112. And the second magnetic resistance element 114 can be operated at a point having a relatively high magnetic sensitivity, that is, a high magnetic resolution.

曲線440は、図3のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部110への入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。本実施形態に係る磁場測定装置10によれば、図3のフローに基づく磁気動作点調整により、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の動作点を点430から点450に遷移させることができる。この点450は、入力磁場Binが0の場合において電圧Vclosedが0、すなわち、フィードバック電流が0となる点であり、この点において第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。 Curve 440 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin to the sensor unit 110 after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. According to the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment, the operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are changed from the point 430 to the point 450 by adjusting the magnetic operating points based on the flow of FIG. be able to. This point 450 is a point where the voltage Vclosed is 0, that is, the feedback current is 0 when the input magnetic field Bin is 0, and when the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are operated at this point, The highest magnetic sensitivity can be obtained.

従来の1つのTMR素子と3つの固定抵抗から構成されるブリッジ回路を用いた磁気センサでは、TMR素子や固定抵抗の素子形成プロセスのばらつき等によって、TMR素子の磁気動作点が磁気感度の低下した磁気飽和領域内に位置することがあった。これに対して、本実施形態の磁場測定装置10によれば、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を磁気感度が比較的高い点に遷移させることができ、より微弱な測定対象磁場を信号として検出することが可能となる。 In the conventional magnetic sensor using a bridge circuit composed of one TMR element and three fixed resistors, the magnetic sensitivity of the magnetic operating point of the TMR element is lowered due to variations in the element forming process of the TMR element and the fixed resistance. It was sometimes located within the magnetic saturation region. On the other hand, according to the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment, the magnetic operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 can be transitioned to points having relatively high magnetic sensitivity. It is possible to detect a weak magnetic field to be measured as a signal.

図5は、本実施形態に係る磁場測定装置10による、磁気動作点調整の第二例のフローを示す。本フローによる磁気動作点調整は、図3のフローによる磁気動作点調整と異なり、センサ部110に入力する入力磁場Binを予め定められた値である調整用磁場にする必要がない。すなわち、例えば、測定者が磁場測定装置10をシールドルームや持ち運び可能なシールドボックス内に置いてセンサ部110に入力される入力磁場を0とすることを必要としない。ステップ510において、調整部170は、電圧Vclosedに基づくデジタル値VADCを取得する。なお、この時点でセンサ部110に入力される入力磁場は、上述のとおり予め定められた既知の値ではなく、未知の値である。 FIG. 5 shows a flow of a second example of magnetic operating point adjustment by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. The magnetic operating point adjustment by this flow is different from the magnetic operating point adjustment by the flow of FIG. 3, and it is not necessary to set the input magnetic field Bin input to the sensor unit 110 to the adjustment magnetic field which is a predetermined value. That is, for example, it is not necessary for the measurer to place the magnetic field measuring device 10 in a shield room or a portable shield box and set the input magnetic field input to the sensor unit 110 to zero. In step 510, the adjusting unit 170 acquires a digital value VADC based on the voltage Vclosed. The input magnetic field input to the sensor unit 110 at this point is not a predetermined known value as described above, but an unknown value.

次に、ステップ520において、調整部170は、ステップ510で取得した電圧Vclosedの分散値を算出する。ここで分散値とは、所定の期間において、電圧Vclosedがとりうる値のばらつきの大きさである。例えば、調整部170は、所定の期間における電圧Vclosedの値を取得してその平均値を算出し、各Vclosedの値と当該平均値の差を二乗してその平均をとることで電圧Vclosedの分散値を算出してよい。 Next, in step 520, the adjusting unit 170 calculates the dispersion value of the voltage Vclosed acquired in step 510. Here, the dispersion value is the magnitude of variation in the value that the voltage Vclosed can take in a predetermined period. For example, the adjusting unit 170 acquires the value of the voltage Vclosed in a predetermined period, calculates the average value thereof, squares the difference between the value of each Vclosed and the average value, and takes the average to distribute the voltage Vclosed. You may calculate the value.

そして、ステップ530において、調整部170は、電圧Vclosedの分散値を低減させるように基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部170は、ステップ520で算出した電圧Vclosedの分散値が最小となるように基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。なお、電圧Vclosedは、フィードバック電流が電流電圧変換抵抗152を介して電圧に変換されたものであるから、電圧Vclosedの分散値を最小にすることは、フィードバック電流の分散値を最小にすることに対応している。 Then, in step 530, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 so as to reduce the dispersion value of the voltage Vclosed, and ends the process. As an example, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 so that the dispersion value of the voltage Vclosed calculated in step 520 is minimized. Since the voltage Vclosed is the one in which the feedback current is converted into a voltage via the current-voltage conversion resistance 152, minimizing the dispersion value of the voltage Vclosed means minimizing the dispersion value of the feedback current. It corresponds.

図6は、本実施形態に係る磁場測定装置10による、図5のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。図4と同一の符号を付した部分については図4の説明と同様であるので記載を省略する。図4と異なる点は、センサ部110に入力される入力磁場Binが既知の値ではなく、ある有限の未知の値(「Bsignal」とする。)を有する点である。 FIG. 6 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin before and after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 5 by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. The parts with the same reference numerals as those in FIG. 4 are the same as those in FIG. 4, and the description thereof will be omitted. The difference from FIG. 4 is that the input magnetic field Bin input to the sensor unit 110 has a certain finite unknown value (referred to as “Bsignal”) instead of a known value.

この状態において、クローズドループ制御が行われると、フィードバック電流発生部130は、電圧Vinitialに応じたフィードバック電流Ifeedback_initialに加えて、磁場Bsignalを相殺するためのフィードバック電流Ifeedbackを発生し、これらを磁場発生部140へ供給する。そして、磁場発生部140は、これらフィードバック電流に基づいて、電圧Vopenを0にするようにフィードバック磁場Bfeedback_initialを発生させるとともに、磁場Bsignalを相殺するようにフィードバック磁場Bfeedbackを発生させる。この場合においても、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点は、図4と同様、点430となる。ここで、調整部170は、フィードバック電流に基づいて第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を調整すべく、基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整することとなるが、調整部170は、フィードバック電流をIfeedback_initialとIfeedbackとに区別することができない。 In this state, when the closed loop control is performed, the feedback current generation unit 130 generates a feedback current Ifedback for canceling the magnetic field Bsignal in addition to the feedback current Ifedback_initial according to the voltage Vinyl, and these are generated by the magnetic field generation unit. Supply to 140. Then, based on these feedback currents, the magnetic field generation unit 140 generates a feedback magnetic field Bfeedback_initial so as to make the voltage Vopen 0, and also generates a feedback magnetic field Bfeedback so as to cancel the magnetic field Bsignal. Also in this case, the magnetic operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are the points 430, as in FIG. Here, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 in order to adjust the magnetic operating points of the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 based on the feedback current. However, the adjusting unit 170 cannot distinguish the feedback current into Ifedback_initial and Ifedback.

そこで、本実施形態において、調整部170は、電圧Vclosedの分散値に基づいて基準電圧を調整する。一般的に、磁気抵抗素子は磁気飽和点に近づくほど磁気感度が低下するため、磁気感度に対する出力のゆらぎ(出力の不確定性)の比が大きくなる(すなわち磁気検出におけるシグナルノイズ比が低下する)特性を有する。そして、本実施形態において、フィードバック電流発生部130が発生するフィードバック電流は、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を有するセンサ部110の出力電圧に基づくものであるから、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気検出におけるシグナルノイズ比を反映している。例えば、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114が磁気飽和点に近づくほどシグナルノイズ比が低下するため、それに追随してフィードバック電流のゆらぎも大きくなる。したがって、フィードバック電流のゆらぎを低減させるように基準電圧を調整すれば、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を磁気飽和点から最も離れた点、すなわち、最も高い磁気感度を有する点へ遷移させることができる。この原理を利用して、調整部170は、フィードバック電流の分散値を反映した電圧Vclosedの分散値を低減させるように基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整し、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を比較的高い磁気感度を有する点へ遷移させる。 Therefore, in the present embodiment, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage based on the dispersion value of the voltage Vclosed. In general, the magnetic sensitivity of a magnetoresistive element decreases as it approaches the magnetic saturation point, so that the ratio of output fluctuation (output uncertainty) to magnetic sensitivity increases (that is, the signal noise ratio in magnetic detection decreases. ) Has characteristics. Further, in the present embodiment, the feedback current generated by the feedback current generation unit 130 is based on the output voltage of the sensor unit 110 having the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114, and therefore the first magnetism. It reflects the signal noise ratio in the magnetic detection of the resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114. For example, as the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 approach the magnetic saturation point, the signal noise ratio decreases, so that the fluctuation of the feedback current also increases accordingly. Therefore, if the reference voltage is adjusted so as to reduce the fluctuation of the feedback current, the magnetic operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are located farthest from the magnetic saturation point, that is, the highest magnetism. It is possible to make a transition to a point having sensitivity. Using this principle, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 so as to reduce the distributed value of the voltage Vclosed that reflects the dispersion value of the feedback current, and the first magnetic resistance element 112. And the magnetic operating point of the second magnetoresistive element 114 is transitioned to a point having a relatively high magnetic sensitivity.

曲線640は、図5のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部110への入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。本実施形態に係る磁場測定装置10によれば、図5のフローに基づく磁気動作点調整により、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を点430から点650に遷移させることができる。この点650は、電圧Vclosedの分散値が最小となる点、すなわち、フィードバック電流の分散値が最小となる点であり、この点において第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。 Curve 640 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin to the sensor unit 110 after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. According to the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment, the magnetic operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are changed from the points 430 to the points 650 by adjusting the magnetic operating points based on the flow of FIG. Can be made to. At this point 650, the dispersion value of the voltage Vclosed is minimized, that is, the dispersion value of the feedback current is minimized, and the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are operated at this point. And the highest magnetic sensitivity can be obtained.

上述の説明においては、フィードバック電流の分散値を反映した電圧Vclosedの分散値を低減させる手法を一例として説明したが、これに限定されるものではない。磁場測定装置10は、例えば、電圧Vclosedの分散値の代わりに、電圧Vclosedの信号振幅のピーク・トゥ・ピーク値を低減させるように基準電圧を調整してもよい。または、磁場測定装置10は、例えば、電圧Vclosedの時間軸での測定データをシグナルアナライザ(またはFFTアナライザなど)を用いて、電圧Vclosedの信号強度周波数依存性(例えば、電力密度の周波数依存性など。)をモニタしてよい。そして、この電圧Vclosedの信号強度周波数依存性は、磁気抵抗素子の出力のゆらぎの信号強度周波数依存性を表しているから、磁場測定装置10は、当該ゆらぎの信号強度周波数依存性のレベルを低減させるように、基準電圧を調整してもよい。なお、この周波数依存性を解析する手法はシグナルアナライザを用いず、マイコンなどのプロセッサでも実施可能である。 In the above description, a method of reducing the dispersion value of the voltage Vclosed that reflects the dispersion value of the feedback current has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The magnetic field measuring device 10 may adjust the reference voltage so as to reduce the peak-to-peak value of the signal amplitude of the voltage Vclosed, for example, instead of the dispersion value of the voltage Vclosed. Alternatively, the magnetic field measuring device 10 uses, for example, a signal analyzer (or FFT analyzer, etc.) to measure the measurement data of the voltage Vclosed on the time axis, and the signal intensity frequency dependence of the voltage Vclosed (for example, the frequency dependence of the power density, etc.). .) May be monitored. Since the signal intensity frequency dependence of this voltage Vclosed represents the signal intensity frequency dependence of the output fluctuation of the magnetic resistance element, the magnetic field measuring device 10 reduces the level of the signal intensity frequency dependence of the fluctuation. The reference voltage may be adjusted so as to cause. Note that this method for analyzing frequency dependence can be implemented with a processor such as a microcomputer without using a signal analyzer.

図7は、本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、切替部710を備えた磁場測定装置10の構成を示す。本図における磁場測定装置10は、図1の磁場測定装置10に加えて、切替部710を更に備える。切替部710は、フィードバック電流発生部130と磁場発生部140との間に設けられ、フィードバック電流発生部130が発生したフィードバック電流を磁場発生部140に供給するか否かを切り替えることができる。また、切替部710は、フィードバック電流を磁場発生部140に供給しない場合に、フィードバック電流発生部130の出力をAD変換器156に供給することができる。この場合、調整部170は、フィードバック電流を磁場発生部140に供給していない状態におけるセンサ部110の出力電圧を用いて基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。 FIG. 7 shows the configuration of the magnetic field measuring device 10 provided with the switching unit 710 according to the modified example of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment. The magnetic field measuring device 10 in this figure further includes a switching unit 710 in addition to the magnetic field measuring device 10 in FIG. The switching unit 710 is provided between the feedback current generation unit 130 and the magnetic field generation unit 140, and can switch whether or not to supply the feedback current generated by the feedback current generation unit 130 to the magnetic field generation unit 140. Further, the switching unit 710 can supply the output of the feedback current generation unit 130 to the AD converter 156 when the feedback current is not supplied to the magnetic field generation unit 140. In this case, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 by using the output voltage of the sensor unit 110 in a state where the feedback current is not supplied to the magnetic field generating unit 140.

図8は、図7の磁場測定装置10による、磁気動作点調整の第三例のフローを示す。ここで、クローズドループ制御を行わない状態をオープンループと定義する。ステップ810において、切替部710は、クローズドループ制御から、フィードバック電流を磁場発生部140に供給しない状態、すなわち、オープンループに切り替える。また、切替部710は、フィードバック電流発生部130の出力をAD変換器156に供給する。 FIG. 8 shows a flow of a third example of magnetic operating point adjustment by the magnetic field measuring device 10 of FIG. 7. Here, the state in which closed loop control is not performed is defined as an open loop. In step 810, the switching unit 710 switches from the closed loop control to a state in which the feedback current is not supplied to the magnetic field generating unit 140, that is, to an open loop. Further, the switching unit 710 supplies the output of the feedback current generation unit 130 to the AD converter 156.

ステップ820において、図3のステップ310と同様、例えば測定者が、センサ部110に入力される入力磁場を、磁気動作点調整を行うために予め定められた値である調整用磁場にする。なお、ここにおいても、調整用磁場は0であることが好ましい。以下においては、調整用磁場が0である場合について説明する。 In step 820, as in step 310 of FIG. 3, for example, the measurer sets the input magnetic field input to the sensor unit 110 to an adjustment magnetic field which is a predetermined value for adjusting the magnetic operating point. Also here, the adjustment magnetic field is preferably 0. In the following, a case where the adjusting magnetic field is 0 will be described.

次に、ステップ830において、調整部170は、センサ部110に予め定められた値である調整用磁場が入力されている状態における電圧Vopenの値を取得する。一例として、調整部170は、フィードバック電流発生部130の出力をAD変換器156によってデジタルへ変換することで、電圧Vopenに基づくデジタル値VADCを取得する。なお、オープンループにおいては電圧Vopenと、デジタル値VADCは一意に対応しており、等価な物理量として扱ってよい。 Next, in step 830, the adjusting unit 170 acquires the value of the voltage Vopen in a state where the adjusting magnetic field, which is a predetermined value, is input to the sensor unit 110. As an example, the adjusting unit 170 acquires a digital value VADC based on the voltage Vopen by converting the output of the feedback current generating unit 130 into digital by the AD converter 156. In the open loop, the voltage Vopen and the digital value VADC uniquely correspond to each other and may be treated as equivalent physical quantities.

そして、ステップ840において、調整部170は、フィードバック電流を磁場発生部140に供給していない状態において、センサ部110に調整用磁場が入力されたことに応じて、センサ部110の出力電圧および基準電圧発生部120が出力する基準電圧の差である電圧Vopenが調整用磁場に応じて定められた範囲内となるように基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部170は、センサ部110に入力される調整用磁場が0である場合に、電圧Vopenを0にすべく、例えば、電圧Vopenの絶対値が予め定められた閾値以下となるように、基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。 Then, in step 840, the adjusting unit 170 receives the adjustment magnetic field input to the sensor unit 110 in a state where the feedback current is not supplied to the magnetic field generating unit 140, and the output voltage and reference of the sensor unit 110. The process is terminated by adjusting the reference voltage output by the reference voltage generation unit 120 so that the voltage Vopen, which is the difference between the reference voltages output by the voltage generation unit 120, is within a range determined according to the adjustment magnetic field. As an example, the adjusting unit 170 sets the voltage Vopen to 0 when the adjusting magnetic field input to the sensor unit 110 is 0, for example, so that the absolute value of the voltage Vopen is equal to or less than a predetermined threshold value. In addition, the reference voltage output by the reference voltage generation unit 120 is adjusted.

図9は、図7の磁場測定装置10による、図8のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。図4と同一の符号を付した部分については図4の説明と同様であるので記載を省略する。図4と異なる点は、磁場測定装置10がオープンループ下で磁気動作点調整を行う点である。 FIG. 9 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin before and after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 8 by the magnetic field measuring device 10 of FIG. The parts with the same reference numerals as those in FIG. 4 are the same as those in FIG. 4, and the description thereof will be omitted. The difference from FIG. 4 is that the magnetic field measuring device 10 adjusts the magnetic operating point under an open loop.

切替部710が、クローズドループ制御からオープンループに切り替えると、フィードバック磁場Bfeedback_initialが発生しなくなるため、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点は、点430から点420に遷移する。この状態において、調整部170は、例えば、センサ部110に入力される入力磁場が0である場合に、電圧Vopenを0にすべく、基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。曲線940は、図8のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部110への入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。図7の磁場測定装置10によれば、図8のフローに基づく磁気動作点調整により、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を点420から点950に遷移させることができる。この点950は、入力磁場Binが0の場合において電圧Vopenが0となる点であり、図7の磁場測定装置10は、この状態でオープンループからクローズドループに切り替えて第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。 When the switching unit 710 switches from the closed loop control to the open loop, the feedback magnetic field Bfeedback_initial does not occur, so that the magnetic operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 shift from the point 430 to the point 420. do. In this state, for example, when the input magnetic field input to the sensor unit 110 is 0, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 in order to set the voltage Vopen to 0. Curve 940 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin to the sensor unit 110 after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. According to the magnetic field measuring device 10 of FIG. 7, the magnetic operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are changed from the points 420 to the points 950 by adjusting the magnetic operating points based on the flow of FIG. Can be done. This point 950 is a point where the voltage Vopen becomes 0 when the input magnetic field Bin is 0, and the magnetic field measuring device 10 of FIG. 7 switches from the open loop to the closed loop in this state and switches to the first magnetic resistance element 112 and The highest magnetic sensitivity can be obtained by operating the second magnetoresistive element 114.

図10は、本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、切替部710および調整用電流発生部1010を備えた磁場測定装置10の構成を示す。本図における磁場測定装置10は、図7の磁場測定装置10に加えて、調整用電流発生部1010を更に備える。調整用電流発生部1010は、調整用電流Iadjustを発生する。また、本図における磁場測定装置10の切替部710は、フィードバック電流を磁場発生部140に供給しない場合に、フィードバック電流発生部130の出力をAD変換器156に供給するとともに、磁場発生部140を調整用電流発生部1010に接続させて、磁場発生部140に調整用電流を供給することができる。この場合、調整部170は、磁場発生部140に調整用電流を供給している状態におけるセンサ部110の出力電圧を用いて基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。 FIG. 10 shows the configuration of the magnetic field measuring device 10 including the switching unit 710 and the adjusting current generating unit 1010 according to the modified example of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment. The magnetic field measuring device 10 in this figure further includes an adjusting current generating unit 1010 in addition to the magnetic field measuring device 10 in FIG. 7. The adjusting current generation unit 1010 generates the adjusting current Iadjust. Further, when the switching unit 710 of the magnetic field measuring device 10 in this figure does not supply the feedback current to the magnetic field generating unit 140, the output of the feedback current generating unit 130 is supplied to the AD converter 156 and the magnetic field generating unit 140 is supplied. The adjustment current can be supplied to the magnetic field generation unit 140 by connecting to the adjustment current generation unit 1010. In this case, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 by using the output voltage of the sensor unit 110 in a state where the adjusting current is supplied to the magnetic field generating unit 140.

図11は、図10の磁場測定装置10による、磁気動作点調整の第四例のフローを示す。ステップ1110において、切替部710は、ステップ810と同様に、クローズドループ制御からオープンループに切り替える。また、切替部710は、フィードバック電流発生部130の出力をAD変換器156に供給するとともに、磁場発生部140を調整用電流発生部1010に接続させて、磁場発生部140に調整用電流を供給する。 FIG. 11 shows a flow of a fourth example of magnetic operating point adjustment by the magnetic field measuring device 10 of FIG. In step 1110, the switching unit 710 switches from the closed loop control to the open loop in the same manner as in step 810. Further, the switching unit 710 supplies the output of the feedback current generation unit 130 to the AD converter 156, connects the magnetic field generation unit 140 to the adjustment current generation unit 1010, and supplies the adjustment current to the magnetic field generation unit 140. do.

ステップ1120において、調整部170は、調整用電流発生部1010が発生する調整用電流Iadjustの大きさを変化させながら電圧Vopenの値を取得していき、調整用電流Iadjustに対する電圧Vopenの特性(Vopen対Iadjust特性)を取得する。 In step 1120, the adjusting unit 170 acquires the value of the voltage Vopen while changing the magnitude of the adjusting current Iadjust generated by the adjusting current generating unit 1010, and the characteristic of the voltage Vopen with respect to the adjusting current Iadjust (Vopen). (Vs. Iadjust characteristic) is acquired.

ステップ1130において、調整部170は、ステップ1120において取得した調整用電流に対する電圧Vopenの特性から、電圧Vopen_adjustを算出する。電圧Vopen_adjustの算出法は、後述する。 In step 1130, the adjusting unit 170 calculates the voltage Vopen_adjust from the characteristics of the voltage Vopen with respect to the adjusting current acquired in step 1120. The calculation method of the voltage Vopen_adjust will be described later.

ステップ1140において、調整部170は、調整用電流に対するセンサ部110の出力電圧および基準電圧の差である電圧Vopenの特性に基づいて基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整して処理を終了する。一例として、調整部170は、電圧Vopenが、ステップ1130において算出した電圧Vopen_adjustとなるように基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。または、調整部170は、電圧Vopen_adjustが0となるように基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整してもよい。 In step 1140, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 based on the characteristics of the voltage Vopen, which is the difference between the output voltage of the sensor unit 110 and the reference voltage with respect to the adjusting current, and ends the process. do. As an example, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 so that the voltage Vopen becomes the voltage Vopen_adjust calculated in step 1130. Alternatively, the adjusting unit 170 may adjust the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 so that the voltage Vopen_adjust becomes 0.

図12は、図10の磁場測定装置10による、図11のフローに基づく磁気動作点調整前後における入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。図9と同一の符号を付した部分については図9の説明と同様であるので記載を省略する。図9と異なる点は、入力磁場Binが0ではなく、ある有限の値(「Bsignal」とする。)を有する点である。 FIG. 12 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin before and after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 11 by the magnetic field measuring device 10 of FIG. The parts with the same reference numerals as those in FIG. 9 are the same as those in FIG. 9, and the description thereof will be omitted. The difference from FIG. 9 is that the input magnetic field Bin is not 0 but has a certain finite value (referred to as “Bsignal”).

切替部710は、磁場発生部140がフィードバック電流に基づいてフィードバック磁場Bfeedback_initialおよびBfeedbackを発生させている状態において、クローズドループ制御からオープンループに切り替える。そうすると、フィードバック磁場Bfeedback_initialおよびBfeedbackが発生しなくなるため、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点は磁場Bsignalに基づいて点1210に遷移する。この状態において、調整部170は、図11のフローに基づく磁気動作点調整により基準電圧発生部120が出力する基準電圧を調整する。曲線1220は、図10の磁場測定装置10による、図11のフローに基づく磁気動作点調整後におけるセンサ部110への入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。図10の磁場測定装置10によれば、図11のフローに基づく磁気動作点調整により、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を点1210から点1230に遷移させることができる。この点1230は、電圧Vopen=Vopen_adjustとなる点であり、図10の磁場測定装置10は、この状態でオープンループからクローズドループに切り替えて第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を動作させると最も高い磁気感度を得ることができる。 The switching unit 710 switches from the closed loop control to the open loop in a state where the magnetic field generating unit 140 generates the feedback magnetic fields Bfeedback_initial and Bfeedback based on the feedback current. Then, since the feedback magnetic fields Bfeedback_initial and Bfeedback do not occur, the magnetic operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 transition to the point 1210 based on the magnetic field Bsignal. In this state, the adjusting unit 170 adjusts the reference voltage output by the reference voltage generating unit 120 by adjusting the magnetic operating point based on the flow of FIG. Curve 1220 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin to the sensor unit 110 after the magnetic operating point adjustment based on the flow of FIG. 11 by the magnetic field measuring device 10 of FIG. According to the magnetic field measuring device 10 of FIG. 10, the magnetic operating points of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 are changed from the points 1210 to the points 1230 by adjusting the magnetic operating points based on the flow of FIG. Can be done. This point 1230 is a point where the voltage Vopen = Vopen_adjust, and the magnetic field measuring device 10 in FIG. 10 switches from the open loop to the closed loop to operate the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 in this state. The highest magnetic sensitivity can be obtained.

図13は、図10の磁場測定装置10における調整部170が、電圧Vopen_adjustを算出するために用いる調整用電流Iadjustに対する電圧Vopenの特性を示す。調整部170は、図11のステップ1120により、例えば曲線1320に示すような調整用電流Iadjustに対する電圧Vopen特性を取得する。そして、調整部170は、曲線1320に基づいて電圧Vopen_adjustを算出する。一例として、調整部170は、曲線1320から、電圧Vopenが最大となる電圧Vopen_maxおよび電圧Vopenが最小となる電圧Vopen_minを取得し、電圧Vopen_maxとVopen_minの平均値を電圧Vopen_adjustとして算出する。 FIG. 13 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the adjusting current Iadjust used by the adjusting unit 170 in the magnetic field measuring device 10 of FIG. 10 to calculate the voltage Vopen_adjust. The adjusting unit 170 acquires the voltage Vopen characteristic with respect to the adjusting current Iadjust as shown in, for example, the curve 1320 by step 1120 of FIG. Then, the adjusting unit 170 calculates the voltage Vopen_adjust based on the curve 1320. As an example, the adjusting unit 170 acquires the voltage Vopen_max at which the voltage Vopen is maximum and the voltage Vopen_min at which the voltage Vopen is minimum from the curve 1320, and calculates the average value of the voltage Vopen_max and Vopen_min as the voltage Vopen_adjust.

図14は、図10の磁場測定装置10における調整部170が、電圧Vopen_adjustを算出するために用いるdVopen/dIadjustの特性を示す。調整部170は、曲線1320を調整用電流Iadjustで微分することで、例えば曲線1410に示すような、調整用電流Iadjustに対するdVopen/dIadjustの特性を得る。そして、調整部は、dVopen/dIadjustが最大となる点1420における電圧Vopenを電圧Vopen_adjustとして算出する。 FIG. 14 shows the characteristics of dVopen / dIadjust used by the adjusting unit 170 in the magnetic field measuring device 10 of FIG. 10 to calculate the voltage Vopen_adjust. The adjusting unit 170 differentiates the curve 1320 by the adjusting current Iadjust to obtain the characteristics of dVopen / dIadjust with respect to the adjusting current Iadjust, for example, as shown in the curve 1410. Then, the adjusting unit calculates the voltage Vopen at the point 1420 where dVopen / dIadjust is maximized as the voltage Vopen_adjust.

図15は、本実施形態に係る磁場測定装置10により磁場を測定するためのフローを示す。ステップ1510において、磁場測定装置10は、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を磁気リセットする。一例として、調整部170が、磁場測定部160による測定対象磁場の測定前に、フィードバック電流発生部130によって第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を磁気飽和させるリセット磁場を発生させる基準電圧を基準電圧発生部120により発生させ、その後、基準電圧を元の値に調整して、磁場発生部140によるリセット磁場の発生を停止する。このように第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114に対して、磁気飽和させるリセット磁場を与えたのち、その磁場を取り去る一連の動作を磁気リセットと定義する。 FIG. 15 shows a flow for measuring a magnetic field by the magnetic field measuring device 10 according to the present embodiment. In step 1510, the magnetic field measuring device 10 magnetically resets the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114. As an example, a reference in which the adjusting unit 170 generates a reset magnetic field that magnetically saturates the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 by the feedback current generation unit 130 before the measurement target magnetic field is measured by the magnetic field measurement unit 160. The voltage is generated by the reference voltage generation unit 120, and then the reference voltage is adjusted to the original value to stop the generation of the reset magnetic field by the magnetic field generation unit 140. A series of operations for applying a magnetically saturated reset magnetic field to the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 and then removing the magnetic field is defined as magnetic reset.

一般的に、磁気抵抗素子は、入力する磁気の履歴によって磁区内の磁化が様々な方向を向き得るが、磁気リセットを行うことによって、磁区内の磁化を一旦揃えることができる。このため、磁場測定装置10が磁場を測定する際に、磁区内の磁化の方向を毎回同じ条件として測定することができ、これによって測定誤差を小さくすることができる。上述の磁気リセット動作は、例えば、磁場測定装置10の電源をオンにした際、意図せぬ磁場を磁場測定装置10が検出した際、前回磁気リセットを行ってから予め定められた期間経過した際、および前回磁気リセットを行ってから予め定められた回数磁場を測定した際、等に実行することができる。 In general, in a magnetic resistance element, the magnetization in the magnetic domain can be oriented in various directions depending on the history of the input magnetism, but by performing a magnetic reset, the magnetization in the magnetic domain can be once aligned. Therefore, when the magnetic field measuring device 10 measures the magnetic field, the direction of magnetization in the magnetic domain can be measured under the same conditions each time, whereby the measurement error can be reduced. The above-mentioned magnetic reset operation is performed, for example, when the power of the magnetic field measuring device 10 is turned on, when the magnetic field measuring device 10 detects an unintended magnetic field, or when a predetermined period has elapsed since the previous magnetic reset was performed. , And when the magnetic field is measured a predetermined number of times since the last magnetic reset, etc., it can be executed.

次に、ステップ1520において、調整部170は、図3、図5、図8、および図11の少なくともいずれかのフローに基づいて、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を調整する。 Next, in step 1520, the adjusting unit 170 magnetically operates the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 based on at least one of the flows of FIGS. 3, 5, 8, and 11. Adjust the points.

次に、ステップ1530において、磁場測定部160は、測定対象磁場を測定する。そして、ステップ1540において、磁場測定装置10は、磁場の測定回数が予め定められた回数n(ただし、nは1以上の整数)以上となったか否かを判定する。判定の結果、磁場の測定回数が予め定められた回数n未満であった場合、磁場測定装置10は、処理をステップ1530へ戻して処理を継続する。一方、判定の結果、磁場の測定回数が予め定められた回数n以上であった場合、磁場測定装置10は、処理をステップ1550へ進め、ステップ1550において、磁場測定部160は、n回の測定値を積算する等して、予め定められた期間における測定値を積算して出力し、処理を終了する。本実施形態によれば、磁場測定部160が、n回の測定値を積算して出力することにより、より高精度な出力を得ることができる。 Next, in step 1530, the magnetic field measuring unit 160 measures the magnetic field to be measured. Then, in step 1540, the magnetic field measuring device 10 determines whether or not the number of times the magnetic field is measured has become a predetermined number of times n (where n is an integer of 1 or more). As a result of the determination, when the number of times the magnetic field is measured is less than the predetermined number of times n, the magnetic field measuring device 10 returns the process to step 1530 and continues the process. On the other hand, as a result of the determination, when the number of measurements of the magnetic field is n or more, the magnetic field measuring device 10 advances the process to step 1550, and in step 1550, the magnetic field measuring unit 160 measures n times. The measured values in a predetermined period are integrated and output by accumulating the values, and the process is terminated. According to the present embodiment, the magnetic field measuring unit 160 can obtain a more accurate output by integrating and outputting the measured values n times.

なお、上述の説明において、磁場測定装置10は、ステップ1540において、測定回数が予め定められた回数n未満であった場合に処理をステップ1530へ戻す例について説明したが、これに代えて、図15の点線で示すように、処理をステップ1520へ戻してもよい。すなわち、磁場測定装置10は、磁場測定部160によって磁場測定を行う度に調整部170によって毎回、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の磁気動作点を調整してもよい。調整部170によって毎回磁気動作点を調整することで、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114をより磁気感度の高い磁気動作点で動作させることができる。 In the above description, the magnetic field measuring device 10 has described an example in which the process is returned to step 1530 when the number of measurements is less than the predetermined number of times n in step 1540. The process may be returned to step 1520, as indicated by the dotted line 15. That is, the magnetic field measuring device 10 may adjust the magnetic operating points of the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 each time by the adjusting unit 170 each time the magnetic field measuring unit 160 measures the magnetic field. By adjusting the magnetic operating point each time by the adjusting unit 170, the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114 can be operated at the magnetic operating point having higher magnetic sensitivity.

図16は、本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、切替部710およびリセット電流発生部1610を備えた磁場測定装置10の構成を示す。本図における磁場測定装置10は、図7の磁場測定装置10に加えて、リセット電流発生部1610を更に備える。リセット電流発生部1610は、磁場測定部160による測定対象磁場の測定前に、磁場発生部140に第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を磁気飽和させるリセット磁場を発生させるリセット電流を供給する。図15のフローにおけるステップ1510において、調整部170により第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を磁気リセットする例を示したが、本図に示すように、リセット電流発生部1610を更に設け、当該リセット電流発生部1610により供給されるリセット電流に基づいてリセット磁場を発生させて第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114を磁気リセットしてもよい。また、図10に示されるように、磁場測定装置10が調整用電流発生部1010を有する場合には、当該調整用電流発生部1010によってリセット電流発生部1610の機能を実現してもよい。また、リセット磁場は、磁場測定装置10が基準電圧発生部120に可変抵抗224を有している場合に、可変抵抗224の抵抗値を変更することで発生させることもできる。例えば、図2の実施形態のように、基準電圧発生部120が固定抵抗222と可変抵抗224とを有し、可変抵抗224の抵抗値を調整してリセット磁場を発生させる場合は、リセット電流発生部1610を用いる必要がないため、系を単純化することができる。ここで、リセット磁場を発生させるための基準電圧とするために、センサ部110の出力電圧の範囲より、基準電圧発生部120の出力電圧の範囲が大きいほうが好ましい。なお、出力電圧の範囲とは、出力電圧が取り得る最大の値と、出力電圧が取り得る最小の値との差分で定義される。 FIG. 16 shows the configuration of the magnetic field measuring device 10 including the switching unit 710 and the reset current generating unit 1610 according to the modified example of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment. The magnetic field measuring device 10 in this figure further includes a reset current generating unit 1610 in addition to the magnetic field measuring device 10 in FIG. 7. The reset current generation unit 1610 generates a reset current that magnetically saturates the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 in the magnetic field generation unit 140 before the magnetic field measurement unit 160 measures the measurement target magnetic field. Supply. In step 1510 in the flow of FIG. 15, an example of magnetically resetting the first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 by the adjusting unit 170 has been shown, but as shown in this figure, the reset current generating unit 1610 is further added. The first magnetic resistance element 112 and the second magnetic resistance element 114 may be magnetically reset by generating a reset magnetic field based on the reset current supplied by the reset current generation unit 1610. Further, as shown in FIG. 10, when the magnetic field measuring device 10 has the adjusting current generating unit 1010, the function of the reset current generating unit 1610 may be realized by the adjusting current generating unit 1010. Further, the reset magnetic field can also be generated by changing the resistance value of the variable resistance 224 when the magnetic field measuring device 10 has the variable resistance 224 in the reference voltage generating unit 120. For example, as in the embodiment of FIG. 2, when the reference voltage generating unit 120 has a fixed resistance 222 and a variable resistance 224 and the resistance value of the variable resistance 224 is adjusted to generate a reset magnetic field, a reset current is generated. Since it is not necessary to use the part 1610, the system can be simplified. Here, in order to use the reference voltage for generating the reset magnetic field, it is preferable that the range of the output voltage of the reference voltage generating unit 120 is larger than the range of the output voltage of the sensor unit 110. The range of the output voltage is defined by the difference between the maximum value that the output voltage can take and the minimum value that the output voltage can take.

図17は、図2の実施形態において、可変抵抗224の抵抗値を変化させたときの、電圧Vclosedの変化の様子を示した図である。電圧Vclosedは、可変抵抗値がRsat,loおよびRsat,upの間においては変化が小さいが、可変抵抗値がRsat,lo以下またはRsat,up以上では非常に大きくまたは小さくなり、例えば、磁場測定部160の出力値(電圧VclosedのAD値)がオーバーフローをおこす(出力の上限、または下限に張り付く)。すなわち、可変抵抗値がRsat,loおよびRsat,upの間においては、磁場測定装置10のクローズドループは正常に動作しているが、可変抵抗値がRsat,lo以下またはRsat,up以上では、磁気抵抗素子が磁気飽和し、フィードバック磁場によるセンサ部110への入力磁場の打消しが正常にできないため、磁場測定装置10は、クローズドループとして動作しない。したがって、可変抵抗値をRsat,lo以下またはRsat,up以上にすることで磁気抵抗素子の磁気リセットを行うことができる。ここで、Rsat,upを上方リセット磁場発生抵抗値とし、この時の基準電圧発生部120の出力電圧を上方リセット磁場発生電圧とする。また、Rsat,loを下方リセット磁場発生抵抗値とし、この時の基準電圧発生部120の出力電圧を下方リセット磁場発生電圧とする。 FIG. 17 is a diagram showing a state of change in voltage Vclosed when the resistance value of the variable resistor 224 is changed in the embodiment of FIG. 2. The voltage Vclosed has a small change when the variable resistance value is between Rsat, lo and Rsat, up, but becomes very large or small when the variable resistance value is Rsat, lo or less or Rsat, up or more. The output value of 160 (AD value of voltage Vclosed) causes an overflow (sticks to the upper or lower limit of the output). That is, when the variable resistance value is between Rsat, lo and Rsat, up, the closed loop of the magnetic field measuring device 10 operates normally, but when the variable resistance value is Rsat, lo or less or Rsat, up or more, it is magnetic. The magnetic field measuring device 10 does not operate as a closed loop because the resistance element is magnetically saturated and the input magnetic field to the sensor unit 110 cannot be normally canceled by the feedback magnetic field. Therefore, the magnetic reset of the magnetoresistive element can be performed by setting the variable resistance value to Rsat, lo or less or Rsat, up or more. Here, Rsat and up are defined as the upward reset magnetic field generation resistance value, and the output voltage of the reference voltage generating unit 120 at this time is defined as the upward reset magnetic field generation voltage. Further, Rsat and lo are set to the downward reset magnetic field generation resistance value, and the output voltage of the reference voltage generating unit 120 at this time is set to the downward reset magnetic field generating voltage.

磁場測定装置10は、クローズドループとして動作する電圧Vclosedの出力範囲(クローズドループ動作出力範囲)をVclosed,sat_upからVclosed,sat_loと設定しておいたとき、基準電圧発生部120の可変抵抗224を変化させながら電圧Vclosedを測定し、この出力範囲を越えた抵抗値をそれぞれRsat,upおよびRsat,loとして検出してよい。そして、調整部170は、これら上方リセット磁場発生抵抗値Rsat,upまたは下方リセット磁場発生抵抗値Rsat,loに基づいて、磁気抵抗素子の磁気動作点を調整してよい。調整部170は、例えば、磁気抵抗素子が理論的に高い磁気分解能を有する磁気動作点となるように可変抵抗224を調整してよい。磁気抵抗素子の磁気分解能は、磁気抵抗素子へ入力される磁場が0となる点が高い。そして、そのような磁気抵抗素子(1素子)の抵抗は、磁場に対する抵抗変化範囲の低抵抗側からおよそ1/2~1/4分移動した抵抗値である。そこで、可変抵抗224の抵抗値を、リセット磁場発生電圧をそれぞれ発生させる上方リセット磁場発生抵抗値Rsat,upおよび下方リセット磁場発生抵抗値Rsat,loの範囲の1/2~1/4(例えば、1/4以上1/2以下)の抵抗値としてよい。例えば、磁気抵抗素子が2つの場合、磁場に対する対称な抵抗変化曲線の重ね合わせのため、可変抵抗224の抵抗値を、上方リセット磁場発生抵抗値Rsat,upおよび下方リセット磁場発生抵抗値Rsat,loの中間値(1/2)としてよい。また、例えば、磁気抵抗素子が1つの場合、可変抵抗224の抵抗値を、上方リセット磁場発生抵抗値Rsat,upおよび下方リセット磁場発生抵抗値Rsat,loの範囲の1/2~1/4(例えば、1/4以上1/2以下)の抵抗値としてよい。磁場測定装置10は、このように可変抵抗224を変化させて、磁気抵抗素子の磁気動作点を調整できるので、磁気抵抗素子を高い磁気分解能を有する点で動作させることができる。換言すれば、調整部170は、磁場測定部160による測定対象磁場の測定前に、基準電圧発生部120が有する可変抵抗224の抵抗値を変更して、リセット磁場を発生させるリセット磁場発生電圧(上方リセット磁場発生電圧および下方リセット磁場発生電圧)を基準電圧発生部120に発生させ、当該リセット磁場発生電圧を発生させる可変抵抗224の抵抗値に基づいて、基準電圧を調整する。すなわち、磁場測定装置10は、可変抵抗224の抵抗値を、上方リセット磁場発生抵抗値Rsat,upおよび下方リセット磁場発生抵抗値Rsat,loを検出するように電圧Vclosedを測定しつつ変更し、検出された上方リセット磁場発生抵抗値Rsat,upおよび下方リセット磁場発生抵抗値Rsat,loに基づいて、基準電圧発生部120の発生電圧を調整する。この際、磁場測定装置10は、はじめに上方リセット磁場発生抵抗値Rsat,upを検出するように可変抵抗224の抵抗値を変更してもよいし、はじめに下方リセット磁場発生抵抗値Rsat,loを検出するように可変抵抗224の抵抗値を変更してもよい。また、あらかじめ磁気抵抗素子のMR比(MR比=Rsat,up/Rsat,lo)が分かっている場合には、磁場測定装置10は、上方リセット磁場発生抵抗値Rsat,upおよび下方リセット磁場発生抵抗値Rsat,loのいずれか一方を検出した後、既知のMR比に基づいて基準電圧発生部120の発生電圧を調整してもよい。 The magnetic field measuring device 10 changes the variable resistance 224 of the reference voltage generating unit 120 when the output range of the voltage Vclosed operating as a closed loop (closed loop operation output range) is set from Vclosed, sat_up to Vclosed, sat_lo. The voltage Vclosed may be measured while allowing the voltage Vclosed to be measured, and the resistance values exceeding this output range may be detected as Rsat, up and Rsat, lo, respectively. Then, the adjusting unit 170 may adjust the magnetic operating point of the magnetoresistive element based on the upper reset magnetic field generation resistance value Rsat, up or the lower reset magnetic field generation resistance value Rsat, lo. The adjusting unit 170 may adjust the variable resistance 224 so that the magnetoresistive element becomes a magnetic operating point having theoretically high magnetic resolution, for example. The magnetic resolution of the magnetoresistive element is high in that the magnetic field input to the magnetoresistive element is zero. The resistance of such a magnetoresistive element (1 element) is a resistance value moved by about 1/2 to 1/4 from the low resistance side of the resistance change range with respect to the magnetic field. Therefore, the resistance value of the variable resistance 224 is ½ to 1/4 of the range of the upper reset magnetic field generation resistance values Rsat, up and the lower reset magnetic field generation resistance values Rsat, lo that generate the reset magnetic field generation voltage, respectively (for example,). The resistance value may be 1/4 or more and 1/2 or less). For example, when there are two magnetic resistance elements, the resistance value of the variable resistance 224 is set to the upper reset magnetic field generation resistance value Rsat, up and the lower reset magnetic field generation resistance value Rsat, lo in order to superimpose the symmetric resistance change curve with respect to the magnetic field. It may be an intermediate value (1/2) of. Further, for example, when there is one magnetic resistance element, the resistance value of the variable resistance 224 is set to 1/2 to 1/4 of the range of the upper reset magnetic field generation resistance value Rsat, up and the lower reset magnetic field generation resistance value Rsat, lo ( For example, the resistance value may be 1/4 or more and 1/2 or less). Since the magnetic field measuring device 10 can adjust the magnetic operating point of the magnetoresistive element by changing the variable resistance 224 in this way, the magnetoresistive element can be operated at a point having high magnetic resolution. In other words, the adjusting unit 170 changes the resistance value of the variable resistance 224 of the reference voltage generating unit 120 before measuring the measurement target magnetic field by the magnetic field measuring unit 160 to generate a reset magnetic field generation voltage ( The upper reset magnetic field generation voltage and the lower reset magnetic field generation voltage) are generated in the reference voltage generation unit 120, and the reference voltage is adjusted based on the resistance value of the variable resistance 224 that generates the reset magnetic field generation voltage. That is, the magnetic field measuring device 10 changes and detects the resistance value of the variable resistance 224 while measuring the voltage Vclosed so as to detect the upper reset magnetic field generation resistance value Rsat, up and the lower reset magnetic field generation resistance value Rsat, lo. The generated voltage of the reference voltage generation unit 120 is adjusted based on the upward reset magnetic field generation resistance values Rsat, up and the downward reset magnetic field generation resistance values Rsat, lo. At this time, the magnetic field measuring device 10 may first change the resistance value of the variable resistance 224 so as to detect the upper reset magnetic field generation resistance values Rsat, up, and first detect the lower reset magnetic field generation resistance values Rsat, lo. The resistance value of the variable resistance 224 may be changed so as to be used. When the MR ratio (MR ratio = Rsat, up / Rsat, lo) of the magnetic resistance element is known in advance, the magnetic field measuring device 10 has an upper reset magnetic field generation resistance value Rsat, up and a lower reset magnetic field generation resistance. After detecting either one of the values Rsat and lo, the generated voltage of the reference voltage generating unit 120 may be adjusted based on the known MR ratio.

図18は、本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、スイッチ1810およびハイパスフィルタ1820を備えた磁場測定装置10の構成を示す。本図における磁場測定装置10は、図1の磁場測定装置10に加えて、スイッチ1810およびハイパスフィルタ1820を備える。スイッチ1810は、第2演算増幅器154とAD変換器156との間に設けられ、第2演算増幅器154の出力電圧VAMPを直接AD変換器156に供給するか、第2演算増幅器の出力をハイパスフィルタ1820を介してAD変換器156に供給するかを切り替える。ハイパスフィルタ1820は、第2演算増幅器154の出力電圧VAMPの高周波成分を通過させ、AD変換器156に供給する。 FIG. 18 shows the configuration of the magnetic field measuring device 10 including the switch 1810 and the high-pass filter 1820 according to the modified example of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment. The magnetic field measuring device 10 in this figure includes a switch 1810 and a high-pass filter 1820 in addition to the magnetic field measuring device 10 of FIG. The switch 1810 is provided between the second operational amplifier 154 and the AD converter 156, and either directly supplies the output voltage VAMP of the second operational amplifier 154 to the AD converter 156, or outputs the output of the second operational amplifier as a high-pass filter. It switches whether to supply to the AD converter 156 via 1820. The high-pass filter 1820 passes the high-frequency component of the output voltage VAMP of the second operational amplifier 154 and supplies it to the AD converter 156.

本図における磁場測定装置10は、スイッチ1810を切り替えることで、調整フェーズにおいて、第2演算増幅器154の出力電圧VAMPをハイパスフィルタ1820を介さずに直接AD変換器156に供給し、測定フェーズにおいて、第2演算増幅器154の出力電圧VAMPをハイパスフィルタ1820を介してAD変換器156に供給する。これにより、測定フェーズにおいて測定対象とする磁場が交流成分である場合に、必要のない直流成分を遮断することができ、磁場測定部160が測定対象磁場の測定をより高精度に行うことができる。 By switching the switch 1810, the magnetic field measuring device 10 in the figure directly supplies the output voltage VAMP of the second operational amplifier 154 to the AD converter 156 without going through the high-pass filter 1820 in the adjustment phase, and in the measurement phase, The output voltage VAMP of the second operational amplifier 154 is supplied to the AD converter 156 via the high-pass filter 1820. As a result, when the magnetic field to be measured in the measurement phase is an AC component, unnecessary DC components can be blocked, and the magnetic field measuring unit 160 can measure the magnetic field to be measured with higher accuracy. ..

図19は、本実施形態の磁場測定装置10の変形例に係る、第3演算増幅器1910を備えた磁場測定装置10の構成を示す。本図における磁場測定装置10は、図1の磁場測定装置10に加えて、第3演算増幅器1910を更に備え、フィードバック電流発生部130が、2つ以上の演算増幅器を用いて構成される。第3演算増幅器1910は、差動入力端子の一方が第1演算増幅器132の出力に接続され、他方が固定電圧源1920に接続されている。本図におけるフィードバック電流発生部130は、第1演算増幅器132によってセンサ部110の出力電圧および基準電圧との差である電圧Vopenを出力し、第3演算増幅器1910によって当該電圧Vopenと、固定電圧2との差に基づいて、フィードバック電流を発生させて良い。ここで、固定電圧1と固定電圧2は同電圧で設定されてもよい。 FIG. 19 shows a configuration of a magnetic field measuring device 10 provided with a third arithmetic amplifier 1910 according to a modified example of the magnetic field measuring device 10 of the present embodiment. The magnetic field measuring device 10 in this figure further includes a third arithmetic amplifier 1910 in addition to the magnetic field measuring apparatus 10 of FIG. 1, and the feedback current generating unit 130 is configured by using two or more arithmetic amplifiers. In the third operational amplifier 1910, one of the differential input terminals is connected to the output of the first operational amplifier 132, and the other is connected to the fixed voltage source 1920. The feedback current generation unit 130 in this figure outputs a voltage Vopen which is a difference between the output voltage and the reference voltage of the sensor unit 110 by the first operational amplifier 132, and the voltage Vopen and the fixed voltage 2 by the third operational amplifier 1910. A feedback current may be generated based on the difference between. Here, the fixed voltage 1 and the fixed voltage 2 may be set at the same voltage.

図20は、本実施形態に係るセンサ部110の具体例を示す。センサ部110は、磁気抵抗素子2010と、磁気抵抗素子2010の両端に配置された磁気収束板2020および2030(磁気収束板2020および磁気収束板2030を「磁気収束部」と総称する。)と、を有する。なお、ここで、磁気抵抗素子2010は、例えば、第1磁気抵抗素子112および第2磁気抵抗素子114の少なくとも1つであってよい。磁気収束板2020および2030は、磁気抵抗素子2010を間に挟むように、磁気抵抗素子2010の両端に配置されている。すなわち、センサ部110は、磁気抵抗素子2010に隣接して配置される磁気収束部を含む。本図において、磁気収束板2020は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子2010の負側に設けられ、磁気収束板2030は、感磁軸に沿って磁気抵抗素子2010の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗素子2010を形成する磁化固定層で固定された磁化の方向に沿っていてよい。また、感磁軸の負側から正側に向かって磁場が入力されると、磁気抵抗素子2010の抵抗は増加または減少してよい。磁気収束板2020および2030は、例えばパーマロイ等の透磁率の高い材料により形成される。そして、センサ部110が本具体例に示すように構成される場合、コイル142は、磁気抵抗素子2010と、磁気抵抗素子2010の両端に配置された磁気収束板2020および2030との断面を取り囲むように巻かれている。すなわち、フィードバック電流発生部130は、磁気抵抗素子2010及び磁気収束部を取り巻くように形成される。また、センサ部110は、複数の磁気抵抗素子2010を有する場合、磁気抵抗素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を複数有してもよい。その場合、磁気抵抗素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を1つのコイルで取り囲むようにコイル142が巻かれてもよい。 FIG. 20 shows a specific example of the sensor unit 110 according to the present embodiment. The sensor unit 110 includes a magnetoresistive element 2010, and magnetic convergent plates 2020 and 2030 arranged at both ends of the magnetoresistive element 2010 (the magnetic convergent plate 2020 and the magnetic convergent plate 2030 are collectively referred to as a “magnetic convergent unit”). Has. Here, the magnetoresistive element 2010 may be, for example, at least one of the first magnetoresistive element 112 and the second magnetoresistive element 114. The magnetic focusing plates 2020 and 2030 are arranged at both ends of the magnetoresistive element 2010 so as to sandwich the magnetoresistive element 2010 in between. That is, the sensor unit 110 includes a magnetic convergence unit arranged adjacent to the magnetoresistive element 2010. In this figure, the magnetic focusing plate 2020 is provided on the negative side of the magnetoresistive element 2010 along the magnetic sensing axis, and the magnetic focusing plate 2030 is provided on the positive side of the magnetoresistive element 2010 along the magnetic sensing axis. There is. Here, the magnetically sensitive axis may be along the direction of magnetization fixed by the magnetization fixing layer forming the magnetoresistive element 2010. Further, when a magnetic field is input from the negative side of the magnetic sensing shaft toward the positive side, the resistance of the magnetoresistive element 2010 may increase or decrease. The magnetic focusing plates 2020 and 2030 are formed of a material having a high magnetic permeability such as permalloy. When the sensor unit 110 is configured as shown in this specific example, the coil 142 surrounds the cross section of the magnetoresistive element 2010 and the magnetic focusing plates 2020 and 2030 arranged at both ends of the magnetoresistive element 2010. It is wrapped in. That is, the feedback current generation unit 130 is formed so as to surround the magnetoresistive element 2010 and the magnetic convergence unit. When the sensor unit 110 has a plurality of magnetoresistive elements 2010, the sensor unit 110 may have a plurality of sets including the magnetoresistive element and the magnetic focusing plates arranged at both ends thereof. In that case, the coil 142 may be wound so as to surround the set including the magnetoresistive element and the magnetic focusing plates arranged at both ends thereof with one coil.

このようなセンサ部110において、感磁軸の負側から正側に磁場が入力されると、透磁率の高い材料で形成された磁気収束板2020および2030が磁化されることにより、本図において破線で示すような磁束の分布が発生する。すると、磁気収束板2020および2030が磁化されることにより発生する磁束は、二つの磁気収束板2020および2030の間に挟まれた磁気抵抗素子2010の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗素子2010の位置における磁束密度は、磁気収束板2020および2030を配置することによって大幅に増加させることができる。また、本具体例のように、磁気収束板2020および2030に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗素子2010を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。 In such a sensor unit 110, when a magnetic field is input from the negative side to the positive side of the magnetic field axis, the magnetic focusing plates 2020 and 2030 made of a material having a high magnetic permeability are magnetized, whereby in this figure, A magnetic flux distribution as shown by the broken line occurs. Then, the magnetic flux generated by magnetizing the magnetic focusing plates 2020 and 2030 passes through the position of the magnetoresistive element 2010 sandwiched between the two magnetic focusing plates 2020 and 2030. Therefore, the magnetic flux density at the position of the magnetoresistive element 2010 can be significantly increased by arranging the magnetic focusing plates 2020 and 2030. Further, as in this specific example, the sampling point in space is clarified by sampling the spatial distribution of the magnetic field using the magnetoresistive element 2010 arranged at a narrow position sandwiched between the magnetic focusing plates 2020 and 2030. be able to.

図21は、本具体例に係るセンサ部110にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。図21においては、図20と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本具体例に係るセンサ部110において、コイル142にフィードバック電流が供給されると、コイル142がフィードバック磁場を発生させることにより、本図において一点鎖線で示すような磁束の分布が発生する。このフィードバック磁場により発生する磁束は、磁気抵抗素子2010に入力され磁気収束板2020および2030によって磁気増幅された磁場の空間分布をキャンセルするように空間分布する。このため、センサ部110は、本具体例に示すように磁気抵抗素子2010の両端に磁気収束板2020および2030が配置されている場合には、磁気抵抗素子2010の位置における磁場分布をフィードバック磁場によって正確にキャンセルすることができるため、入力磁場と出力電圧との間の線形性が高いセンサを実現することができる。 FIG. 21 shows the magnetic flux distribution when a feedback magnetic field is generated in the sensor unit 110 according to this specific example. In FIG. 21, members having the same functions and configurations as those in FIG. 20 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. In the sensor unit 110 according to this specific example, when a feedback current is supplied to the coil 142, the coil 142 generates a feedback magnetic field, so that a magnetic flux distribution as shown by the alternate long and short dash line in this figure is generated. The magnetic flux generated by this feedback magnetic field is spatially distributed so as to cancel the spatial distribution of the magnetic field that is input to the magnetoresistive element 2010 and magnetically amplified by the magnetic focusing plates 2020 and 2030. Therefore, when the magnetic focusing plates 2020 and 2030 are arranged at both ends of the magnetic resistance element 2010 as shown in this specific example, the sensor unit 110 uses a feedback magnetic field to change the magnetic field distribution at the position of the magnetic resistance element 2010. Since it can be canceled accurately, it is possible to realize a sensor having high linearity between the input magnetic field and the output voltage.

図22は、本具体例に係るセンサ部110の構成の一例を示す。図22においては、図20と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図において、磁気抵抗素子2010は、磁化自由層2110および磁化固定層2120を有する。一般に、磁気抵抗素子2010は、絶縁体の薄膜層を二つの強磁性体層で挟み込んだ構造である。磁化自由層2110は、二つの強磁性体層のうち、磁化方向が外部磁界に応じて変化する層である。また、磁化固定層2120は、二つの強磁性体層のうち、磁化方向が外部磁界に対して変化しない層である。一例として、磁気抵抗素子2010は、基板上に、磁化自由層2110、非磁性層、および、磁化固定層2120がこの順で積層されている。 FIG. 22 shows an example of the configuration of the sensor unit 110 according to this specific example. In FIG. 22, members having the same functions and configurations as those in FIG. 20 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. In this figure, the magnetoresistive element 2010 has a magnetization free layer 2110 and a magnetization fixed layer 2120. Generally, the magnetoresistive element 2010 has a structure in which a thin film layer of an insulator is sandwiched between two ferromagnetic layers. The magnetization free layer 2110 is a layer in which the magnetization direction changes according to an external magnetic field among the two ferromagnetic layers. Further, the magnetization fixed layer 2120 is a layer among the two ferromagnetic layers whose magnetization direction does not change with respect to an external magnetic field. As an example, in the magnetoresistive element 2010, a magnetization free layer 2110, a non-magnetic layer, and a magnetization fixed layer 2120 are laminated in this order on a substrate.

本具体例において、磁気抵抗素子2010は、磁化自由層2110が下部に配置され、磁化自由層2110の上部に絶縁体の薄膜層(図示せず)を介して磁化固定層2120が配置される、いわゆるボトムフリー構造の磁気抵抗素子である。ボトムフリー構造の磁気抵抗素子は、磁化自由層2110を比較的広い面積で形成することができるため、高い磁気感度を得ることができる。なお、磁気抵抗素子2010において、上面視で、磁化固定層2120の面積は磁化自由層2110の面積よりも小さく、磁化固定層2120の面積に基づいて感磁エリアが定められる。 In this specific example, in the magnetoresistive element 2010, the magnetization free layer 2110 is arranged at the lower part, and the magnetization fixed layer 2120 is arranged at the upper part of the magnetization free layer 2110 via a thin film layer (not shown) of an insulator. It is a so-called bottom-free structure magnetoresistive element. In the magnetoresistive element having a bottom-free structure, the magnetization free layer 2110 can be formed in a relatively wide area, so that high magnetic sensitivity can be obtained. In the magnetoresistive element 2010, the area of the magnetized fixed layer 2120 is smaller than the area of the magnetized free layer 2110 in the top view, and the magnetic sensing area is determined based on the area of the magnetized fixed layer 2120.

また、本具体例において、センサ部110は、磁気抵抗素子2010の上部に絶縁層(図示せず)を介して磁気収束板2020および2030が、磁気抵抗素子2010を中央に挟むようにその両端に配置されている。これにより、磁気抵抗素子2010は、磁気収束板2020および2030に挟まれた狭い空間に配置される。 Further, in this specific example, in the sensor unit 110, the magnetic focusing plates 2020 and 2030 are placed on both ends of the magnetoresistive element 2010 via an insulating layer (not shown) so as to sandwich the magnetoresistive element 2010 in the center. Have been placed. As a result, the magnetoresistive element 2010 is arranged in a narrow space sandwiched between the magnetic focusing plates 2020 and 2030.

ここで、本図において、磁化自由層2110における感磁軸方向に沿った長さを磁化自由層長さL_Freeと定義する。また、磁化自由層2110における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁化自由層幅W_Freeと定義する。また、磁化固定層2120における感磁軸方向に沿った長さを磁化固定層長さL_Pinと定義する。また、磁化固定層2120における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁化固定層幅W_Pinと定義する。また、磁気収束板の外側の一端から磁化自由層の外側の一端までの感磁軸方向に沿った長さ(本図において、磁気収束板2020の左端から右端までの感磁軸方向に沿った長さ、および、磁気収束板2030の右端から左端までの感磁軸方向に沿った長さ)を磁気収束板長さL_FCと定義する。また、磁気収束板における上面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁気収束板幅W_FCと定義する。また、磁気収束板における側面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った長さを磁気収束板厚さT_FCと定義する。また、二つの磁気収束板2020および2030の感磁軸方向に沿った間隔(本図において、磁気収束板2020の右端から磁気収束板2030の左端までの感磁軸方向に沿った長さ)を磁気収束板間隔G_FCと定義する。また、磁化自由層2110の厚み方向の中心から磁気収束板の底面までの、側面視で感磁軸方向に垂直な軸に沿った間隔を磁気収束板高さH_FCと定義する。 Here, in this figure, the length of the magnetized free layer 2110 along the magnetic field axis direction is defined as the magnetized free layer length L_Free. Further, the length along the axis perpendicular to the magnetic field axis direction in the top view of the magnetization free layer 2110 is defined as the magnetization free layer width W_Free. Further, the length of the magnetized fixed layer 2120 along the magnetic field axis direction is defined as the magnetized fixed layer length L_Pin. Further, the length of the magnetization fixed layer 2120 along the axis perpendicular to the magnetic field axis direction in the top view is defined as the magnetization fixed layer width W_Pin. Further, the length along the magnetic field axis direction from the outer end of the magnetic convergence plate to the outer end of the magnetization free layer (in this figure, along the magnetic axis direction from the left end to the right end of the magnetic convergence plate 2020). The length and the length along the magnetic field axis direction from the right end to the left end of the magnetic convergence plate 2030) are defined as the magnetic convergence plate length L_FC. Further, the length along the axis perpendicular to the magnetic sensing axis direction in the top view of the magnetic focusing plate is defined as the magnetic focusing plate width W_FC. Further, the length of the magnetic converging plate along the axis perpendicular to the magnetic field axis direction in the side view is defined as the magnetic converging plate thickness T_FC. Further, the distance between the two magnetic convergence plates 2020 and 2030 along the magnetic axis direction (the length along the magnetic axis direction from the right end of the magnetic convergence plate 2020 to the left end of the magnetic convergence plate 2030 in this figure) is set. It is defined as the magnetic converging plate spacing G_FC. Further, the distance along the axis perpendicular to the magnetic sensing axis direction in the side view from the center of the magnetization free layer 2110 in the thickness direction to the bottom surface of the magnetic convergence plate is defined as the magnetic convergence plate height H_FC.

本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および/またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび/またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)および/またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。 Various embodiments of the present invention may be described with reference to flowcharts and block diagrams, wherein the block is (1) a stage of the process in which the operation is performed or (2) a device having a role of performing the operation. May represent a section of. Specific stages and sections are implemented by dedicated circuits, programmable circuits supplied with computer-readable instructions stored on computer-readable media, and / or processors supplied with computer-readable instructions stored on computer-readable media. It's okay. Dedicated circuits may include digital and / or analog hardware circuits, and may include integrated circuits (ICs) and / or discrete circuits. Programmable circuits are memory elements such as logical AND, logical OR, logical XOR, logical NAND, logical NOR, and other logical operations, flip-flops, registers, field programmable gate arrays (FPGAs), programmable logic arrays (PLAs), and the like. May include reconfigurable hardware circuits, including, etc.

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。 The computer readable medium may include any tangible device capable of storing instructions executed by the appropriate device, so that the computer readable medium having the instructions stored therein is specified in a flow chart or block diagram. It will be equipped with a product that contains instructions that can be executed to create means for performing the operation. Examples of computer-readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer-readable media include floppy (registered trademark) disks, diskettes, hard disks, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), erasable programmable read-only memory (EPROM or flash memory), Electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), static random access memory (SRAM), compact disc read-only memory (CD-ROM), digital versatile disc (DVD), Blu-ray (RTM) disc, memory stick, integrated A circuit card or the like may be included.

コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。 Computer-readable instructions are assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine-dependent instructions, microcode, firmware instructions, state-setting data, or object-oriented programming such as Smalltalk, JAVA®, C ++, etc. Includes either source code or object code written in any combination of one or more programming languages, including languages, and traditional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages. good.

コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。 Computer-readable instructions are used locally or to a local area network (LAN), wide area network (WAN) such as the Internet, to a general purpose computer, a special purpose computer, or the processor or programmable circuit of another programmable data processing device. ) May execute computer-readable instructions to create means for performing the operations specified in the flowchart or block diagram. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers, and the like.

図23は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。コンピュータ2200にインストールされたプログラムは、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、および/またはコンピュータ2200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ2200に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU2212によって実行されてよい。 FIG. 23 shows an example of a computer 2200 in which a plurality of embodiments of the present invention may be embodied in whole or in part. The program installed on the computer 2200 can cause the computer 2200 to function as an operation associated with the device according to an embodiment of the present invention or as one or more sections of the device, or the operation or the one or more. Sections can be run and / or the computer 2200 can be run a process according to an embodiment of the invention or a stage of such process. Such a program may be run by the CPU 2212 to cause the computer 2200 to perform certain operations associated with some or all of the blocks of the flowcharts and block diagrams described herein.

本実施形態によるコンピュータ2200は、CPU2212、RAM2214、グラフィックコントローラ2216、およびディスプレイデバイス2218を含み、それらはホストコントローラ2210によって相互に接続されている。コンピュータ2200はまた、通信インターフェイス2222、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226、およびICカードドライブのような入/出力ユニットを含み、それらは入/出力コントローラ2220を介してホストコントローラ2210に接続されている。コンピュータはまた、ROM2230およびキーボード2242のようなレガシの入/出力ユニットを含み、それらは入/出力チップ2240を介して入/出力コントローラ2220に接続されている。 The computer 2200 according to this embodiment includes a CPU 2212, a RAM 2214, a graphic controller 2216, and a display device 2218, which are interconnected by a host controller 2210. The computer 2200 also includes input / output units such as a communication interface 2222, a hard disk drive 2224, a DVD-ROM drive 2226, and an IC card drive, which are connected to the host controller 2210 via the input / output controller 2220. There is. The computer also includes legacy input / output units such as the ROM 2230 and keyboard 2242, which are connected to the input / output controller 2220 via an input / output chip 2240.

CPU2212は、ROM2230およびRAM2214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ2216は、RAM2214内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU2212によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス2218上に表示されるようにする。 The CPU 2212 operates according to a program stored in the ROM 2230 and the RAM 2214, thereby controlling each unit. The graphic controller 2216 acquires the image data generated by the CPU 2212 in a frame buffer or the like provided in the RAM 2214 or itself so that the image data is displayed on the display device 2218.

通信インターフェイス2222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ2224は、コンピュータ2200内のCPU2212によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVD-ROMドライブ2226は、プログラムまたはデータをDVD-ROM2201から読み取り、ハードディスクドライブ2224にRAM2214を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、および/またはプログラムおよびデータをICカードに書き込む。 The communication interface 2222 communicates with other electronic devices via the network. The hard disk drive 2224 stores programs and data used by the CPU 2212 in the computer 2200. The DVD-ROM drive 2226 reads the program or data from the DVD-ROM 2201 and provides the program or data to the hard disk drive 2224 via the RAM 2214. The IC card drive reads programs and data from the IC card and / or writes programs and data to the IC card.

ROM2230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ2200によって実行されるブートプログラム等、および/またはコンピュータ2200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入/出力チップ2240はまた、様々な入/出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入/出力コントローラ2220に接続してよい。 The ROM 2230 contains a boot program or the like executed by the computer 2200 at the time of activation, and / or a program depending on the hardware of the computer 2200. The input / output chip 2240 may also connect various input / output units to the input / output controller 2220 via a parallel port, serial port, keyboard port, mouse port, and the like.

プログラムが、DVD-ROM2201またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ2224、RAM2214、またはROM2230にインストールされ、CPU2212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ2200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ2200の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。 The program is provided by a computer-readable medium such as a DVD-ROM 2201 or an IC card. The program is read from a computer-readable medium, installed on a hard disk drive 2224, RAM2214, or ROM2230, which is also an example of a computer-readable medium, and executed by the CPU 2212. The information processing described in these programs is read by the computer 2200 and provides a link between the program and the various types of hardware resources described above. The device or method may be configured to implement the manipulation or processing of information in accordance with the use of computer 2200.

例えば、通信がコンピュータ2200および外部デバイス間で実行される場合、CPU2212は、RAM2214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス2222に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス2222は、CPU2212の制御下、RAM2214、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROM2201、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。 For example, when communication is executed between the computer 2200 and an external device, the CPU 2212 executes a communication program loaded in the RAM 2214, and performs communication processing on the communication interface 2222 based on the processing described in the communication program. You may order. Under the control of the CPU 2212, the communication interface 2222 reads and reads transmission data stored in a transmission buffer processing area provided in a recording medium such as a RAM 2214, a hard disk drive 2224, a DVD-ROM 2201, or an IC card. The data is transmitted to the network, or the received data received from the network is written to the reception buffer processing area provided on the recording medium.

また、CPU2212は、ハードディスクドライブ2224、DVD-ROMドライブ2226(DVD-ROM2201)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM2214に読み取られるようにし、RAM2214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU2212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。 Further, the CPU 2212 makes the RAM 2214 read all or necessary parts of the file or the database stored in the external recording medium such as the hard disk drive 2224, the DVD-ROM drive 2226 (DVD-ROM2201), and the IC card. Various types of processing may be performed on the data on the RAM 2214. The CPU 2212 then writes back the processed data to an external recording medium.

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU2212は、RAM2214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM2214に対しライトバックする。また、CPU2212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU2212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。 Various types of information such as various types of programs, data, tables, and databases may be stored in recording media and processed. The CPU 2212 describes various types of operations, information processing, conditional judgment, conditional branching, unconditional branching, and information retrieval described in various parts of the present disclosure with respect to the data read from the RAM 2214. Various types of processing may be performed, including / replacement, etc., and the results are written back to RAM 2214. Further, the CPU 2212 may search for information in a file, a database, or the like in the recording medium. For example, when a plurality of entries each having an attribute value of the first attribute associated with the attribute value of the second attribute are stored in the recording medium, the CPU 2212 specifies the attribute value of the first attribute. Search for an entry that matches the condition from the plurality of entries, read the attribute value of the second attribute stored in the entry, and associate it with the first attribute that satisfies the predetermined condition. The attribute value of the second attribute obtained may be acquired.

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ2200上またはコンピュータ2200近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ2200に提供する。 The program or software module described above may be stored on or near a computer 2200 on a computer-readable medium. Also, a recording medium such as a hard disk or RAM provided within a dedicated communication network or a server system connected to the Internet can be used as a computer readable medium, thereby providing the program to the computer 2200 over the network. do.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.

10 磁場測定装置
110 センサ部
112 第1磁気抵抗素子
114 第2磁気抵抗素子
120 基準電圧発生部
130 フィードバック電流発生部
132 第1演算増幅器
140 磁場発生部
142 コイル
150 演算部
152 電流電圧変換抵抗
154 第2演算増幅器
156 AD変換器
160 磁場測定部
170 調整部
222 固定抵抗
224 可変抵抗
710 切替部
1010 調整用電流発生部
1610 リセット電流発生部
1810 スイッチ
1820 ハイパスフィルタ
1910 第3演算増幅器
2010 磁気抵抗素子
2020、2030 磁気収束板
2110 磁化自由層
2120 磁化固定層
2200 コンピュータ
2201 DVD-ROM
2210 ホストコントローラ
2212 CPU
2214 RAM
2216 グラフィックコントローラ
2218 ディスプレイデバイス
2220 入/出力コントローラ
2222 通信インターフェイス
2224 ハードディスクドライブ
2226 DVD-ROMドライブ
2230 ROM
2240 入/出力チップ
2242 キーボード
10 Magnetic field measuring device 110 Sensor unit 112 First magnetic resistance element 114 Second magnetic resistance element 120 Reference voltage generation unit 130 Feedback current generation unit 132 First arithmetic amplifier 140 Magnetic field generator 142 Coil 150 Calculation unit 152 Current-voltage conversion resistance 154th 2 Arithmetic amplifier 156 AD converter 160 Magnetic field measurement unit 170 Adjustment unit 222 Fixed resistance 224 Variable resistance 710 Switching unit 1010 Adjustment current generation unit 1610 Reset current generation unit 1810 Switch 1820 High pass filter 1910 Third arithmetic amplifier 2010 Magnetic resistance element 2020, 2030 Magnetic Convergence Plate 2110 Magnetic Free Layer 2120 Magnetization Fixed Layer 2200 Computer 2201 DVD-ROM
2210 Host controller 2212 CPU
2214 RAM
2216 Graphic controller 2218 Display device 2220 I / O controller 2222 Communication interface 2224 Hard disk drive 2226 DVD-ROM drive 2230 ROM
2240 Input / Output Chip 2242 Keyboard

Claims (23)

少なくとも1つの磁気抵抗素子を有するセンサ部と、
基準電圧を出力する基準電圧発生部と、
前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部と、
前記センサ部の出力電圧および前記基準電圧の差に応じて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を前記磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部と、
前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部と、
前記フィードバック電流に基づいて前記基準電圧を調整する調整部と、
を備える磁場測定装置。
A sensor unit having at least one magnetoresistive element,
The reference voltage generator that outputs the reference voltage and
A magnetic field generating unit that generates a magnetic field applied to the sensor unit,
A feedback current generating unit that supplies a feedback current that generates a feedback magnetic field that reduces an input magnetic field to the sensor unit to the magnetic field generating unit according to the difference between the output voltage of the sensor unit and the reference voltage.
A magnetic field measuring unit that outputs a measured value according to the feedback current, and
An adjusting unit that adjusts the reference voltage based on the feedback current ,
A magnetic field measuring device.
前記調整部は、調整フェーズにおいて、前記基準電圧を調整し、
前記磁場測定部は、測定フェーズにおいて、測定対象磁場に対して発生される前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する請求項1に記載の磁場測定装置。
The adjusting unit adjusts the reference voltage in the adjusting phase.
The magnetic field measuring device according to claim 1, wherein the magnetic field measuring unit outputs a measured value corresponding to the feedback current generated for the magnetic field to be measured in the measurement phase.
前記基準電圧発生部は、少なくとも1つの可変抵抗を有し、
前記調整部は、前記可変抵抗の抵抗値を変更して前記基準電圧を調整する請求項1または2に記載の磁場測定装置。
The reference voltage generator has at least one variable resistor.
The magnetic field measuring device according to claim 1 or 2, wherein the adjusting unit adjusts the reference voltage by changing the resistance value of the variable resistance.
前記磁場発生部に一端が接続された電流電圧変換抵抗をさらに備え、Further equipped with a current-voltage conversion resistance having one end connected to the magnetic field generating portion,
前記調整部は、前記電流電圧変換抵抗により前記フィードバック電流を電圧に変換した値を用いて前記基準電圧を調整する、請求項1から3のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the adjusting unit adjusts the reference voltage using a value obtained by converting the feedback current into a voltage by the current-voltage conversion resistance.
前記調整部は、前記センサ部に調整用磁場が入力されたことに応じて、前記測定値が前記調整用磁場に応じて予め定められた範囲内となるように前記基準電圧を調整する請求項1からのいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The adjusting unit adjusts the reference voltage so that the measured value is within a predetermined range according to the adjusting magnetic field in response to the input of the adjusting magnetic field to the sensor unit. The magnetic field measuring device according to any one of 1 to 4. 前記調整部は、前記フィードバック電流の分散値を低減させるように前記基準電圧を調整する請求項1からのいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the adjusting unit adjusts the reference voltage so as to reduce the dispersion value of the feedback current. 前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給するか否かを切り替える切替部を更に備え、
前記調整部は、前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給していない状態における前記センサ部の出力電圧を用いて前記基準電圧を調整することもできる請求項1からのいずれか一項に記載の磁場測定装置。
Further, a switching unit for switching whether or not to supply the feedback current to the magnetic field generation unit is provided.
The one according to any one of claims 1 to 6 , wherein the adjusting unit can adjust the reference voltage by using the output voltage of the sensor unit in a state where the feedback current is not supplied to the magnetic field generating unit. Magnetic field measuring device.
前記調整部は、前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給していない状態において、前記センサ部に調整用磁場が入力されたことに応じて、前記センサ部の出力電圧および前記基準電圧の差が前記調整用磁場に応じて予め定められた範囲内となるように前記基準電圧を調整することもできる請求項7に記載の磁場測定装置。 In the state where the feedback current is not supplied to the magnetic field generating unit, the adjusting unit has a difference between the output voltage of the sensor unit and the reference voltage according to the input of the adjusting magnetic field to the sensor unit. The magnetic field measuring device according to claim 7, wherein the reference voltage can be adjusted so as to be within a predetermined range according to the adjusting magnetic field. 調整用電流を発生する調整用電流発生部を更に備え、
前記切替部は、前記フィードバック電流を前記磁場発生部に供給しない場合に前記磁場発生部に前記調整用電流を供給し、
前記調整部は、前記磁場発生部に前記調整用電流を供給している状態における前記センサ部の出力電圧を用いて前記基準電圧を調整することもできる請求項7に記載の磁場測定装置。
Further equipped with an adjustment current generator that generates an adjustment current,
When the feedback current is not supplied to the magnetic field generation unit, the switching unit supplies the adjustment current to the magnetic field generation unit.
The magnetic field measuring device according to claim 7, wherein the adjusting unit can adjust the reference voltage by using the output voltage of the sensor unit in a state where the adjusting current is supplied to the magnetic field generating unit.
前記調整部は、前記調整用電流に対する前記センサ部の出力電圧および前記基準電圧の差の特性に基づいて前記基準電圧を調整することもできる請求項9に記載の磁場測定装置。 The magnetic field measuring device according to claim 9, wherein the adjusting unit can adjust the reference voltage based on the characteristics of the difference between the output voltage of the sensor unit and the reference voltage with respect to the adjusting current. 前記磁場測定部は、予め定められた期間における測定値を積算して出力する請求項1から10のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 10, wherein the magnetic field measuring unit integrates and outputs measured values in a predetermined period. 前記調整部は、前記磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、前記フィードバック電流発生部によって前記磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させる前記基準電圧を前記基準電圧発生部により発生させる請求項1から11のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The adjusting unit generates the reference voltage by the reference voltage generating unit to generate a reset magnetic field that magnetically saturates the magnetic resistance element by the feedback current generating unit before the measurement of the magnetic field to be measured by the magnetic field measuring unit. Item 12. The magnetic field measuring device according to any one of Items 1 to 11. 前記調整部は、前記磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、前記基準電圧発生部が有する可変抵抗の抵抗値を変更して、前記リセット磁場を発生させるリセット磁場発生電圧を前記基準電圧発生部により発生させ、前記リセット磁場発生電圧を発生させる前記可変抵抗の抵抗値に基づいて、前記基準電圧を調整する請求項12に記載の磁場測定装置。 Before the measurement of the measurement target magnetic field by the magnetic field measuring unit, the adjusting unit changes the resistance value of the variable resistance of the reference voltage generating unit to generate the reset magnetic field generating voltage for generating the reset magnetic field. The magnetic field measuring device according to claim 12, wherein the reference voltage is adjusted based on the resistance value of the variable resistance that is generated by the unit and generates the reset magnetic field generation voltage. 前記調整部は、前記可変抵抗の抵抗値を、前記リセット磁場発生電圧をそれぞれ発生させる上方リセット磁場発生抵抗値および下方磁場発生抵抗値の範囲の1/2から1/4の抵抗値として、前記基準電圧を調整する請求項13に記載の磁場測定装置。 The adjusting unit sets the resistance value of the variable resistance as a resistance value of 1/2 to 1/4 of the range of the upper reset magnetic field generation resistance value and the lower magnetic field generation resistance value that generate the reset magnetic field generation voltage, respectively. The magnetic field measuring device according to claim 13, wherein the reference voltage is adjusted. 前記センサ部の出力電圧の範囲よりも、前記基準電圧発生部の出力電圧の範囲の方が大きい、請求項12から14のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 12 to 14, wherein the range of the output voltage of the reference voltage generating unit is larger than the range of the output voltage of the sensor unit. 前記磁場測定部による測定対象磁場の測定前に、前記磁場発生部に前記磁気抵抗素子を磁気飽和させるリセット磁場を発生させるリセット電流を供給するリセット電流発生部を更に備える請求項1から15のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 Any of claims 1 to 15, further comprising a reset current generating unit that supplies a reset current that generates a reset magnetic field that magnetically saturates the magnetic resistance element to the magnetic field generating unit before the measurement of the magnetic field to be measured by the magnetic field measuring unit. The magnetic field measuring device according to item 1. 前記磁場測定部が出力する測定値の高周波成分を通過させるハイパスフィルタを更に備える請求項1から16のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 16, further comprising a high-pass filter for passing a high-frequency component of a measured value output by the magnetic field measuring unit. 前記フィードバック電流発生部は、2つ以上の演算増幅器を用いて構成される請求項1から17のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 17, wherein the feedback current generating unit is configured by using two or more operational amplifiers. 前記センサ部は、前記磁気抵抗素子に隣接して配置される磁気収束部を含み、前記フィードバック電流発生部は、前記磁気抵抗素子及び前記磁気収束部を取り巻くように形成される、請求項1から18のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 The sensor unit includes a magnetic convergence unit arranged adjacent to the magnetoresistive element, and the feedback current generation unit is formed so as to surround the magnetoresistive element and the magnetic convergence unit, according to claim 1. 18. The magnetic field measuring device according to any one of 18. 前記磁気抵抗素子は、基板上に、磁化自由層、非磁性層、および、磁化固定層がこの順で積層され、上面視で、前記磁化固定層の面積は前記磁化自由層の面積よりも小さく、前記磁化固定層の面積に基づいて感磁エリアが定められる、請求項1から19のいずれか一項に記載の磁場測定装置。 In the magnetic resistance element, a magnetized free layer, a non-magnetic layer, and a magnetized fixed layer are laminated in this order on a substrate, and the area of the magnetized fixed layer is smaller than the area of the magnetized free layer in top view. The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 19, wherein the magnetically sensitive area is determined based on the area of the magnetized fixed layer. 前記センサ部は、直列に接続された互いに逆極性の第1磁気抵抗素子および第2磁気抵抗素子を有し、
前記第1磁気抵抗素子と前記第2磁気抵抗素子の間の電圧を出力する請求項1から20のいずれか一項に記載の磁場測定装置。
The sensor unit has a first magnetoresistive element and a second magnetoresistive element having opposite polarities connected in series.
The magnetic field measuring device according to any one of claims 1 to 20, which outputs a voltage between the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element.
磁場測定装置が磁場を測定する磁場測定方法であって、
前記磁場測定装置が、少なくとも1つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧および基準電圧発生部が出力する基準電圧の差に応じて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給することと、
前記磁場測定装置が、前記フィードバック電流に応じた測定値を出力することと、
前記磁場測定装置が、前記フィードバック電流に基づいて前記基準電圧を調整することと、
を備える磁場測定方法。
A magnetic field measuring device is a magnetic field measuring method that measures a magnetic field.
The magnetic field measuring device generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field to the sensor unit according to the difference between the output voltage of the sensor unit having at least one magnetic resistance element and the reference voltage output by the reference voltage generating unit. Supplying the feedback current to the magnetic field generating section that generates the magnetic field applied to the sensor section,
The magnetic field measuring device outputs a measured value according to the feedback current, and
The magnetic field measuring device adjusts the reference voltage based on the feedback current .
A magnetic field measurement method.
コンピュータにより実行されて、前記コンピュータを、
少なくとも1つの磁気抵抗素子を有するセンサ部の出力電圧および基準電圧発生部が出力する基準電圧の差に応じて、前記センサ部への入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を、前記センサ部に与える磁場を発生する磁場発生部に供給するフィードバック電流発生部と、
前記フィードバック電流に応じた測定値を出力する磁場測定部と、
前記フィードバック電流に基づいて前記基準電圧を調整する調整部と、
して機能させる磁場測定プログラム。
Performed by a computer, said computer,
The sensor uses a feedback current that generates a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field to the sensor unit according to the difference between the output voltage of the sensor unit having at least one magnetic resistance element and the reference voltage output by the reference voltage generating unit. A feedback current generator that supplies the magnetic field that is applied to the unit, and a feedback current generator that generates the magnetic field.
A magnetic field measuring unit that outputs a measured value according to the feedback current, and
An adjusting unit that adjusts the reference voltage based on the feedback current ,
A magnetic field measurement program that works.
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