JP7445337B2 - 回転ディスク型磁場プローブ - Google Patents
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Description
非磁性回転ディスク、4N個の第1の軟強磁性セクタ、およびM個の第2の軟強磁性セクタ(第1の軟強磁性セクタと第2の軟強磁性セクタとの両方は、非磁性回転ディスク上に位置する。4N個の第1の軟強磁性セクタの円筒座標は、それぞれ、(r[r1,r2],α[Φ0,90°/N-Φ0],z[z0,z0+th1])、(r[r1,r2],α[Φ0+90°/N,2×90°/N-Φ0],z[z0,z0+th1])、(r[r1,r2],α[Φ0+(i-1)×90°/N,i×90°/N-Φ0],z[z0,z0+th1])、および(r[r1,r2],α[Φ0+(4N-1)×90°/N,4N×90°/N-Φ0],z[z0,z0+th1])であり、M個の第2の軟強磁性セクタの円筒座標は、それぞれ、(r[r3,r4],α[Φ1,360°/M-Φ1],z[z1,z1+th3])、(r[r3,r4],α[Φ1+360°/M,2×360°/M-Φ1],z[z1,z1+th3])、(r[r3,r4],α[Φ1+(i-1)×360°/M,i×360°/M-Φ1],z[z1,z1+th3])、および(r[r3,r4],α[Φ1+(M-1)×360°/M,M×360°/M-Φ1],z[z1,z1+th3])である)と、
円筒座標(r(r=(r1+r2)/2),α(α=0°&180°),z[(z=z0-th2)|(z=z0+th1+th2)])におけるY軸磁気抵抗センサと、
円筒座標(r(r=(r1+r2)/2),α(α=90°&270°),z[(z=z0-th2)|(z=z0+th1+th2)])におけるX軸磁気抵抗センサと、
円筒座標(r(r=(r3+r4)/2),α[(α=180°/M)|(α=3×180°/M)|...|(α=(2i-1)×180°/M)|...|(α=(2M-1)×360°/M)|(α=(M-1)×360°/M)],z[(z=z1-th4)|(z=z1+th3+th4)])におけるZ軸磁気抵抗センサと、
基準信号生成器と、を含み、4N/MとM/4Nの両方は、非整数である、回転ディスク型磁場プローブを提供する。
Claims (11)
- 非磁性回転ディスク、4N個の第1の軟強磁性セクタ、およびM個の第2の軟強磁性セクタであって、該第1の軟強磁性セクタと該第2の軟強磁性セクタとの両方は、該非磁性回転ディスク上に位置し、該4N個の第1の軟強磁性セクタの円筒座標は、それぞれ、(r[r1,r2],α[Φ0,90°/N-Φ0],z[z0,z0+th1])、(r[r1,r2],α[Φ0+90°/N,2×90°/N-Φ0],z[z0,z0+th1])、(r[r1,r2],α[Φ0+(i-1)×90°/N,i×90°/N-Φ0],z[z0,z0+th1])、および(r[r1,r2],α[Φ0+(4N-1)×90°/N,4N×90°/N-Φ0],z[z0,z0+th1])であり、該M個の第2の軟強磁性セクタの円筒座標は、それぞれ、(r[r3,r4],α[Φ1,360°/M-Φ1],z[z1,z1+th3])、(r[r3,r4],α[Φ1+360°/M,2×360°/M-Φ1],z[z1,z1+th3])、(r[r3,r4],α[Φ1+(i-1)×360°/M,i×360°/M-Φ1],z[z1,z1+th3])、および(r[r3,r4],α[Φ1+(M-1)×360°/M,M×360°/M-Φ1],z[z1,z1+th3])である、非磁性回転ディスク、4N個の第1の軟強磁性セクタ、およびM個の第2の軟強磁性セクタと、
円筒座標(r(r=(r1+r2)/2),α(α=0°&180°),z[(z=z0-th2)|(z=z0+th1+th2)])におけるY軸磁気抵抗センサと、
円筒座標(r(r=(r1+r2)/2),α(α=90°&270°),z[(z=z0-th2)|(z=z0+th1+th2)])におけるX軸磁気抵抗センサと、
円筒座標(r(r=(r3+r4)/2),α[(α=180°/M)|(α=3×180°/M)|...|(α=(2i-1)×180°/M)|...|(α=(2M-1)×360°/M)|(α=(M-1)×360°/M)],z[(z=z1-th4)|(z=z1+th3+th4)])におけるZ軸磁気抵抗センサと、
基準信号生成器と、
を備え、4N/MとM/4Nの両方は、非整数である、回転ディスク型磁場プローブであって、
動作時、該非磁性回転ディスクは、周波数fでZ軸を中心として回転し、外部磁場Hは、該第1の軟強磁性セクタによって4N×fの周波数を有する磁場感知成分HxおよびHyに変調され、該外部磁場Hは、該第2の軟強磁性セクタによってM×fの周波数を有する磁場感知成分Hzにさらに変調され、該3つの磁場感知成分Hx、Hy、およびHzは、それぞれ、該X軸、Y軸、およびZ軸磁気抵抗センサによって出力信号に変換され、該基準信号生成器は、それぞれ、4N×fの周波数を有する第1の基準信号、およびM×fの周波数を有する第2の基準信号を出力し、該第1の基準信号、該第2の基準信号、および測定信号は、3次元磁場信号の高い信号対雑音比を測定するように、外部処理回路によって、磁場値Hx、Hy、およびHzを出力するように復調される、回転ディスク型磁場プローブ。 - 前記非磁性回転ディスクは、4N個の第1の入射光穴、およびM個の第2の入射光穴を有し、該4N個の第1の入射光穴の円筒座標は、それぞれ、(r(r=re1),α(α=θ&θ+90°/N&θ+2×90°/N...&θ+(i-1)×90°/N...&θ+(4N-1)×90°/N),z[z0,z0+th1])であり、該M個の第2の入射光穴の円筒座標は、それぞれ、(r(r=re2),α(α=θ1&θ1+360°/M&θ1+2×360°/M...&θ1+(i-1)×360°/M...&θ1+(M-1)×360°/M),z[z0,z0+th1])であり、ただし、r1<re1、およびr1<re2であり、
前記基準信号生成器は、第1の発光素子と、第2の発光素子と、第1の光検出器と、第2の光検出器と、第1の論理トリガ回路と、第2の論理トリガ回路とを備え、該第1の発光素子は、該第1の入射光穴の上方または下方に位置し、該第2の発光素子は、該第2の入射光穴の上方または下方に位置し、該第1の光検出器は、該第1の発光素子とは反対の該第1の入射光穴の他方の側に位置し、該第2の光検出器は、該第2の発光素子とは反対の該第2の入射光穴の他方の側に位置し、
動作時、該第1の入射光穴および該第2の入射光穴が該第1の発光素子および該第2の発光素子に直面するときに、前記非磁性回転ディスクは、前記周波数fで前記Z軸を中心として回転し、該第1の光検出器は、前記4N×fの周波数を有する前記第1の基準信号を出力するように該第1の論理トリガ回路をトリガし、該第2の光検出器は、前記M×fの周波数を有する前記第2の基準信号を出力するように該第2の論理トリガ回路をトリガする、請求項1記載の回転ディスク型磁場プローブ。 - 前記基準信号生成器は、アナログ角度変換器と、周波数逓倍器とを備え、
該アナログ角度変換器は、前記非磁性回転ディスクの前記回転を監視し、角度で変化する正弦または余弦周期信号を出力し、次いで、該周波数逓倍器によって、前記4N×fの周波数を有する前記第1の基準信号、および前記M×fの周波数を有する前記第2の基準信号を出力する、請求項1記載の回転ディスク型磁場プローブ。 - 前記第1の基準信号と前記第2の基準信号は共に、高レベル信号または低レベル信号であり、
前記第1の光検出器が前記第1の発光素子によって発せられた光を検出する前に、前記第1の論理トリガ回路のレベルは変わらないままであり、前記第1の光検出器が前記第1の発光素子によって発せられた該光を検出した後、前記第1の論理トリガ回路の該レベルは変換され、
前記第2の光検出器が前記第2の発光素子によって発せられた光を検出する前に、前記第2の論理トリガ回路のレベルは変わらないままであり、前記第2の光検出器が、前記第2の発光素子によって発せられた該光を検出した後、前記第2の論理トリガ回路の該レベルは変換される、請求項2記載の回転ディスク型磁場プローブ。 - 前記第1の光検出器、前記第2の光検出器、前記X軸磁気抵抗センサ、前記Y軸磁気抵抗センサ、および前記Z軸磁気抵抗センサは、同じ回路基板上に位置する、請求項2記載の回転ディスク型磁場プローブ。
- 前記X軸磁気抵抗センサ、前記Y軸磁気抵抗センサ、および前記Z軸磁気抵抗センサは全て、リニア・トンネル磁気抵抗センサである、請求項1記載の回転ディスク型磁場プローブ。
- 前記外部処理回路は、第1の位相ロック回路と、第2の位相ロック回路と、第3の位相ロック回路とを備え、
前記Y軸磁気抵抗センサの測定信号は、結合され、第1のコンデンサを介して該第1の位相ロック回路へ出力され、前記X軸磁気抵抗センサの測定信号は、結合され、第2のコンデンサを介して該第2の位相ロック回路へ出力され、前記Z軸磁気抵抗センサの測定信号は、結合され、第3のコンデンサを介して該第3の位相ロック回路へ出力され、該位相ロック回路は、ミキサと、ローパス・フィルタとをそれぞれ備え、該第1の位相ロック回路および該第2の位相ロック回路の該ローパス・フィルタのカットオフ周波数は共に、4N×fよりも低く、該第3の位相ロック回路の該ローパス・フィルタのカットオフ周波数は、M×fよりも低い、請求項6記載の回転ディスク型磁場プローブ。 - 前記外部処理回路は、前置増幅器をさらに備え、該前置増幅器は、前記コンデンサと前記位相ロック回路との間に配置される、請求項7記載の回転ディスク型磁場プローブ。
- 前記第1の基準信号は、前記第1の位相ロック回路および前記第2の位相ロック回路にそれぞれ接続され、前記第1の位相ロック回路は、前記外部磁場HのY軸磁場成分に対応するVy信号を出力し、前記第2の位相ロック回路は、前記外部磁場HのX軸磁場成分に対応するVx信号を出力し、
前記第2の基準信号は、前記第3の位相ロック回路に接続され、前記第3の位相ロック回路は、前記外部磁場HのZ軸磁場成分に対応するVz信号を出力する、請求項7または8記載の回転ディスク型磁場プローブ。 - 前記非磁性回転ディスクは、磁気シールド式モータによって回転するように駆動され、前記非磁性回転ディスクは、非磁性伝達シャフトを介して該磁気シールド式モータに接続され、該磁気シールド式モータの表面は、金属伝導層で覆われ、前記非磁性回転ディスクに近い前記磁気シールド式モータの片側は、磁気シールドのために軟強磁性金属層で覆われる、請求項1記載の回転ディスク型磁場プローブ。
- 前記第1の軟強磁性セクタ、前記第2の軟強磁性セクタ、および前記軟強磁性金属層は全て、軟強磁性合金材料で作製される、請求項10記載の回転ディスク型磁場プローブ。
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