JP7344517B2 - 磁気センサ及び生体磁気計測装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係る磁気センサ1の基本構成の一例を示す図である。図1に示すように、磁気センサ1は、センサヘッド100、駆動部200、ピックアップコイル300、及び情報処理部400を備える。
第2の実施形態では、第1の実施形態の情報処理部400の具体的な第1の構成例について説明する。ただし、第1の実施形態の情報処理部400の構成は、第2の実施形態で説明する具体的な構成に限定されない。以下の説明において、第1の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。ただし、説明の便宜上、第2の実施形態の磁気センサを「磁気センサ1A」と称し、第2の実施形態の情報処理部400を「情報処理部400A」と称する。
通電状態において、第1計測部410は、スイッチ411及びスイッチ413をオン状態に制御する。また、通電状態において、第2計測部420は、スイッチ423をオン状態に制御し、スイッチ424をオフ状態に制御する。これにより、通電状態において、第1電圧がコンデンサ412によって検出される。例えば、センサヘッド100がアモルファスワイヤであった場合、駆動部200は矩形パルス電流を発生して前記アモルファスワイヤを通電する。このとき、前記矩形パルス電流の立ち上がり時に生じる誘起電圧のピーク電圧(検出対象である外部磁界強度に応じて変化)を、適切なタイミングを以ってスイッチ411をオフ状態にすることで、第1電圧がコンデンサ412によって検出される。
第1ステップの後に、第1計測部410によってスイッチ411がオフ状態に制御された後にセンサヘッド100は非通電状態となる。第1計測部410は、スイッチ413をオン状態のままに制御する。また、第2計測部420は、スイッチ423をオフ状態に制御し、スイッチ424をオン状態に制御する。これにより、第2ステップでは、オペアンプ421の仮想接地(バーチャルグランド)の効果により、反転入力端子においてはオペアンプの低周波雑音成分が発生し、スイッチ413をオフとすることで、これをサンプリングする。このように、第2ステップにおいて、オペアンプ421の仮想接地の効果を利用してオペアンプ421の反転入力端子に発生するオペアンプ421の1/fノイズや製造ばらつきに起因するオフセット電圧などの低周波雑音成分が第3信号としてコンデンサ422で検出される。
第2ステップの後に、第1計測部410は、スイッチ413をオフ状態に制御し、その後にスイッチ411をオン状態に制御する。また、第2計測部420は、スイッチ423をオン状態に制御し、スイッチ424をオフ状態に制御する。これにより、第3ステップでは、コンデンサ412に蓄積されていた第1電圧に相当する電荷から第2電圧に相当する電荷とコンデンサ422で蓄積された低周波雑音成分に相当する電荷とが差し引かれ、残った電荷(第4信号)がコンデンサ425に転送されて、対応する出力電圧Voutを得る。
第3の実施形態では、第1の実施形態の情報処理部400の具体的な第2の構成例について説明する。ただし、第1の実施形態の情報処理部400の構成は、第3の実施形態で説明する具体的な構成に限定されない。以下の説明において、第1の実施形態及び第2の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。ただし、説明の便宜上、第3の実施形態の磁気センサを「磁気センサ1B」と称し、第3の実施形態の情報処理部400を「情報処理部400B」と称する。
図6(a)に示すように、時刻n-1において、センサヘッド100は通電状態となる。通電状態において、事前に第1計測部410は、スイッチ411及びスイッチ413をオン状態に制御する。また、第2計測部420は、スイッチ423をオン状態に制御し、スイッチ424をオフ状態に制御する。また、スイッチ500は、オフ状態である。これにより、第2計測部420によって発生するノイズの影響を受けずに、第1電圧がコンデンサ412によって検出される。例えば、センサヘッド100がアモルファスワイヤである場合、駆動部200は矩形パルス電流を発生して前記アモルファスワイヤを通電する。このとき、前記矩形パルス電流の立ち上がり時に生じる誘起電圧のピーク電圧(検出対象である外部磁界強度に応じて変化)を、適切なタイミングを以ってスイッチ411をオフ状態にすることで、第1電圧がコンデンサ412によって検出される。
図6(b)に示すように、時刻n-1/2において、第1計測部410によってスイッチ411がオフ状態に制御された後に、センサヘッド100が通電状態から非通電状態となる。第1計測部410は、スイッチ413をオン状態のままに制御する。また、第2計測部420は、スイッチ423をオフ状態に制御し、スイッチ424をオン状態に制御する。また、スイッチ500はオン状態に制御される。これにより、第2ステップでは、オペアンプ421の仮想接地の効果により、反転入力端子においてはオペアンプの低周波雑音成分が発生し、スイッチ413をオフとすることで、これをサンプリングする。このように、第2ステップにおいて、オペアンプ421の反転入力端子が仮想接地された状態である場合に、オペアンプ421の1/fノイズや製造ばらつきに起因するオフセット電圧などの低周波雑音成分が第3信号としてコンデンサ422で検出される。
図6(c)に示すように、時刻nにおいて、第1計測部410は、スイッチ413をオフ状態に制御した後にスイッチ411をオン状態に制御する。また、第2計測部420は、スイッチ423をオン状態に制御し、スイッチ424をオフ状態に制御する。また、スイッチ500はオン状態のままである。これにより、コンデンサ412に蓄積されていた第1電圧に相当する電荷から第2電圧に相当する電荷とコンデンサ422で蓄積された低周波雑音成分に相当する電荷とが差し引かれ、残った電荷(第4信号)がコンデンサ425に転送されて増幅される。
第4の実施形態では、第1の実施形態の情報処理部400の具体的な第3の構成例について説明する。ただし、第1の実施形態の情報処理部400の構成は、第4の実施形態で説明する具体的な構成に限定されない。以下の説明において、第1の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。ただし、説明の便宜上、第4の実施形態の磁気センサを「磁気センサ1C」と称し、第4の実施形態の情報処理部400を「情報処理部400C」と称する。
第5の実施形態では、第1の実施形態の情報処理部400の具体的な第4の構成例について説明する。ただし、第1の実施形態の情報処理部400の構成は、第5の実施形態で説明する具体的な構成に限定されない。以下の説明において、第1の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。ただし、説明の便宜上、第5の実施形態の磁気センサを「磁気センサ1D」と称し、第5の実施形態の情報処理部400を「情報処理部400D」と称する。
100 センサヘッド
200 駆動部
300 ピックアップコイル
400,400A,400B,400C,400D 情報処理部
410 第1計測部
420 第2計測部
600 増幅回路
610 AD変換器
620 計測部
630 DA変換器
Claims (7)
- 磁性材料を有するセンサヘッドと、
前記センサヘッドに通電する駆動部と、
前記センサヘッドに近接したピックアップコイルと、
前記ピックアップコイルに通電することでバイアス磁界を発生させ、且つ、前記ピックアップコイルに生じる電圧に応じた信号を検出する情報処理部と、
を備え、
前記情報処理部は、前記センサヘッドが通電されている通電状態の場合に前記ピックアップコイルに生じる電圧に応じた第1信号と、前記センサヘッドが通電されていない非通電状態の場合に前記ピックアップコイルに生じる電圧に応じた第2信号との差分を示す差分信号を生成する、
磁気センサ。 - 前記情報処理部は、
増幅回路を備え、前記増幅回路の入力端子が仮想接地の効果を利用して前記入力端子に発生する電圧に応じた第3信号を検出し、前記第1信号から前記第2信号と前記第3信号とを差し引くことで第4信号を生成し、前記第4信号を前記増幅回路で増幅させる、
請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記情報処理部は、
前記通電状態の場合に前記第1信号を検出し、前記非通電状態の場合に前記第2信号を検出し、前記第1信号と前記第2信号とを差分を示す前記差分信号を生成する第1計測部と、
前記増幅回路の出力信号に応じた電流を前記ピックアップコイルに帰還させ、前記非通電状態の場合において前記第3信号を検出して前記前記差分信号と前記第3信号との差分を示す前記第4信号を生成する第2計測部と、
を備える請求項2に記載の磁気センサ。 - 前記情報処理部は、
前記第1計測部が前記第1信号を検出する際には、前記第1計測部と前記第2計測部との間の電気的な接続を遮断するスイッチを更に備える、
請求項3に記載の磁気センサ。 - 前記情報処理部は、
前記ピックアップコイルに発生した電圧を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路からの出力信号をデジタル信号に変換するAD変換器と、
前記通電状態の場合に前記AD変換器から出力される第1デジタル信号と、前記非通電状態の場合に前記AD変換器から出力される第2デジタル信号と、を検出し、前記第1デジタル信号と前記第2デジタル信号との差分を示す前記差分信号を生成する計測部と、 前記計測部で生成された前記差分信号をアナログ信号に変換し、前記アナログ信号を前記ピックアップコイルに帰還させるDA変換器と、
を備える、
請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記センサヘッドは、アモルファスワイヤである、
請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気センサ。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の磁気センサと、
前記磁気センサからの出力信号を用いて生体が発する磁気を測定する生体磁気計測部と、
を備える生体磁気計測装置。
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