JPH0257991A - 広い温度範囲精度を有する磁束ゲート磁気計およぴ温度補償のため磁束ゲートを調節する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気計器、特に改良された磁束ゲート磁気計
器、および温度補償のため磁束ゲートを調節する方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

地磁場の方向検出には２つの基本系がある。

第１の系においては、磁性材料の針または類似のものが
磁化されて、一方の端では北方を向く極、他方の端では
南方を向く極を作っている。若し針が液体の中に浮遊さ
せられ−ば、それは地磁場に向（。しかしながら、その
ような検出器は、種々の姿勢において運動したり、可成
り酷い振動環境において動作する自動車には実用的でな
い。

第２の系においては、磁束ゲートと普通に称せられるユ
ニットが使用される。磁束ゲートは、２組の電気巻線を
持つ、通常トロイド状の高透磁性磁気鉄心でできている
。１次または駆動巻線として、知られている、そのよう
な１組の巻線は、トロイドの周りに巻付けられている。

交番電気信号がこの巻線に印加される。電気信号が交番
すると、それは磁気鉄心を飽和させたり、飽和でなくし
たりする。

鉄心が飽和していないと、地磁場は鉄心に突入し、鉄心
が飽和させられると、地磁場の大部分が押出される。通
常２次巻線または感知コイルと称せられる他の１つの巻
線をトロイドの上に設けることにより、地磁場の突入お
よび押出しが検知される。何故ならば、地磁場がトロイ
ド内で変化する毎に電圧パルスがこの巻線内に発生させ
られるからである。２次巻線は、１次駆動交番信号の効
果が打消されるように巻かれている。

２次コイル出力パルスの大きさは、地磁場の強さ、およ
び他磁場内のトロイドと２次コイルとの整列性に依存し
ている。地表面に関して２次巻線レベルを維持すること
により、パルスの大きさは較正されて、磁気の北から２
次巻線の偏位を示すようにできる。このことは方向情報
を与える。

この構造に関する１つの問題は、出力パルスの大きさが
、トロイドの温度によっても影響を受け、読みの精度に
影響を与えることである。この問題に答える２つの因子
がある： 、（１）温度により影響されるトロイド状磁気通路の不
連続性、および（２）温度変化によるトロイド状磁性材
料の磁気的性質の変化である。

磁気通路の不連続性は、トロイドの物理的構造に起因す
る。高周波またはパルスの利用に対しては、トロイドは
ボビン上にパーマロイのような高透磁率材料のテープを
巻付けることにより組立てられる。若しもテープの端が
同じ半径方向の線に整列させられないと、トロイド鉄心
の不連続性が起させられる。何故ならば磁気通路の断面
が一定でないからである。

トロイドは、テープの始および終位置かほゞ同じ半径線
上にあることにより作られる。このことは不連続性を減
らすが、それを完全に無くして、磁束がテープ層の間の
微小な空隙を通過するようにはできない。テープは普通
固く巻付けられてこの効果を小さくするようになってい
る；しかしながら、不連続性は未だ作られる。何故なら
ば、テープの透磁率は空気の数１０００倍だからである
。

これらの不連続性は、鉄心が飽和したり、またしなくな
る毎に、２次巻線にパルスを発生する。

何故ならば不連続性はトロコイド内に発生される磁束の
平衡を破るからである（鉄心はテープ端において先ず飽
和するであろう）。これらのパルスの効果は、１次また
は励磁信号の極性に依存して、地磁場から２次巻゛線に
発生されるパルスを増加させるか、減少させる。これら
のパルスの効果は、与えられた温度に対して平衡させる
か、較正させることはできるが、それらのパルスは温度
と共にその大きさを変えるので、広範囲の温度に亘って
操作されると、方向において５°を超す誤差を生じさせ
る。

テープも温度の変化により膨張および収縮して、不連続
性が温度と共に変化するようにする。

さらに、与えられた温度範囲に亘るパルスの大きさの変
化は、各特定の磁気鉄心に対して異なっている。これら
の変化は、−５５℃から＋７０℃の温度範囲に亘って方
向精度に±２°までの誤差を生じさせる。変化の大きさ
は、使用される磁性材料の型、および鉄心を巻くために
使用されるテープの厚さに依存するが、上記に与えられ
た値は、一般に広く利用できる最良材料に対して典型的
と考えられるものである。その結果、各鉄心は、高温お
よび低温において個々に試験され、それに従って較正さ
れねばならない。このことは時間を浪費し、製造方法の
価格を当然増加させる。

与えられた温度において磁束ゲート磁気計の鉄心を調節
するための１つの方法は、Ｇａｒｎｅｒ、　Ａ２２、１
９８１　（Ｐａｒｔ　Ｉ）に開示されている。この方法
は、はゾ対称正弦波出・力を得るため７に、２次巻線に
相対的にトロイド状鉄心を整列させることを含んでいる
。この方法においては、磁束ゲート磁気計の１次巻線は
、適当な周波数と振幅との方形波によって励磁され（第
１Ａ図）、鉄心は各サイクルを通して半分の行程に飽和
させられる（第１Ｂ図）。鉄心が飽和したり、飽和でな
くなるに従って、２次巻線に誘起されるパルスは、駆動
電圧の周波数の２倍となる（第１Ｃ図）。そのとき２次
巻線は、駆動周波数の２倍の周波数に同調して、パルス
列を正弦波に変換するが、その振幅はパルスの振幅に比
例し、その位相はパルスの位相が反転するききに反転す
る（第１Ｄ図）。

２次巻線は、適当な同調キャパシタにより駆動周波数の
第２高調波に同調させられる。２次巻線の中心線が南北
方向に向くように、磁束ゲートが位置させられていて、
発振器の周波数は、最大振幅の波形が得られるまで調節
される。そのとき、鉄心はケージコイル内で回転させら
れ、最も正弦曲線に近くなるようにされる。

Ｇａｒｎｅｒの方法は、当然、各半サイクルを通して半
行程に飽和点を中心に置き、２次巻線を駆動周波数の第
２高調波に同調させる付加的回路を必要とする。さらに
、２次巻線と同調キャパシタとの同調周波数が、発振器
により包含される周波数範囲内にあるか否かは、２次巻
線のターン数に依存し、異なった磁束ゲート構造に対し
ては異なった回路を必要とする。この方法は与えられた
温度においてテープ端不連続性をうまく処理するとして
も、広い温度範囲に亘る不連続性パルスの効果を充分に
補償し、あるいは温度変化に応じて２次巻線出力振幅を
変える鉄心の性質の変化の効果を打消すことはない。

本発明は、温度補償成分なしで、広い操作温度範囲に亘
り、地磁場の強さと方向とを精密に検出できる磁束ゲー
ト磁気計を提供する。

本発明は、温度変化と共に変動する磁気鉄心性質の変化
の効果を打消す。

本発明の目的に従って、本発明は磁束ゲート磁気計を提
供するが、その磁気計は、はシ一定の磁気通路の断面積
を持つ高透磁率磁気鉄心手段と、反対の極性の磁場を有
する鉄心手段を交番して飽和させたり、不飽和にさせた
りするように交番電圧を印加するために鉄心手段上に配
置された１次巻線手段と、磁束ゲートを作るための鉄心
手段と１次巻線手段との上に配置され、鉄心手段のこの
交番する飽和と不飽和とに応じて、鉄心飽和から不飽和
への転移毎に電圧パルスを内部に誘起させる２次巻線手
段と、１次巻線手段に交番電圧を供給するための入力手
段と、２次巻線手段内に誘起された電圧パルスを測定し
て、合計する出力回路手段と、磁束ゲートの与えられた
方位に対する測定されて合計された電圧パルスから外部
磁場の強さまたは方向を判定する手段とを有し、２次巻
線手段は、鉄心手段に相対的に整列させられて、鉄心手
段の軸線と、前記２次巻線手段の軸線とが外部磁場、例
えば他磁場内に配位されて、外部磁場の一部分が２次巻
線手段内を通過すると、１つの方向における鉄心の飽和
から不飽和への転移により２次巻線手段内に誘起される
電圧パルスが、反対方向における鉄心の飽和から不飽和
への転移により２次巻線手段内に誘起される電位パルス
にほり等しくなるようにされている。

さらに、本発明は、普通最大磁束密度または磁束飽和と
して定義されている磁束にまで鉄心手段を駆動するのに
必要とされるよりも２０倍以上も大きい飽和磁場の強さ
を作る手段を有すると都合がよい。

さらに本発明は、温度補償のため磁束ゲートを調節する
方法を提供するが、磁束ゲートははシー定の磁気通路断
面積の高透磁率磁気鉄心手段と、鉄心手段の上に配置さ
れた１次巻線手段と、鉄心手段と１次巻線手段とを取囲
む２次巻線手段とを有し、これを調節する方法は、反対
極性の磁場を有する鉄心手段を交番して飽和させたり、
不飽和にするために交番電圧源に１次巻線手段を接続し
、鉄心手段の軸線を外部磁場、例えば地磁場に維持して
外部磁場の一部分が２次巻線手段を通過するようにし、
２次巻線手段において鉄心飽和から不飽和への転移毎に
２次巻線手段内に誘起される電圧パルスを検出し、２次
巻線手段に相対的に鉄心手段を整列させて、１つの方向
における鉄心飽和から不飽和への転移により２次巻線手
段内に誘起されて検出された各パルスを、反対方向にお
ける鉄心飽和から不飽和への転移により２次巻線手段に
誘起されて検出された各パルスとはゾ等しくする段階か
ら成っている。

不飽和から飽和への鉄心の転移により誘起される電圧パ
ルスは、飽和から不飽和への鉄心の移行により誘起され
た電圧パルスの代わりに平衡にされて使用されるか、ま
たは両方のパルスは４つのパルスの間のほゞ等しい不平
衡を得るように回転させられた鉄心と共に使用されても
よい。

組入れられて、本明細書の一部分を構成する添付図面は
、本発明の実施形態を示し、記載と共に、本発明の詳細
な説明する。

本発明の付加的な利点は以下の記載において説明され、
その記載から部分において記載から明らかになり、本発
明の実用より学ばれるであろう。

本発明の利点は、特許請求の範囲に指摘された構造およ
び方法により実現され、得られるであろう。

〔実施例〕

以下図面により、本発明を実施例について説明する。

第２図によれば、本発明による１つの実施形態が符号２
０により示されている。磁束ゲート磁気計２０は、都合
よいことに、１次駆動変成器２２を有しており、この変
成器は、較正された磁束ゲート４０の１次巻線４４に交
番電圧を供給している。抵抗２４が１次巻線４４に直列
になっている。

１次駆動変成器２２は復調回路２６をも駆動するが、こ
の復調回路は較正された磁束ゲート４０の２次巻線４８
から出力信号を受ける。

復調回路２６の機能は、１次駆動変成器２２からの１次
駆動電圧が極性を変える毎に、２次巻線からの平衡化さ
れたパルスをゲートすることである。復調されたパルス
はそのとき増幅され、低域フィルタを通過させられて、
平滑なりＣ信号を作る。適当な復調回路の１つの実施例
は第３図に示されているが、これは１次駆動変成器２２
により駆動されるゲート変成器２７を有している。出力
信号は同調させられてほゞ正弦波を作り、同期または他
の適当な検出装置を駆動するように使用されてもよい。

典型的に、このＤＣ信号はそのときアナログ・デジタル
変換器２８を通過させられ、合成デジタル信号はコンピ
ュータ３０に与えられ、そこでデジタル信号により表わ
された情報が処理され、分析される。

第４図に示された磁束ゲート４０の都合のよい実施態様
は、磁気鉄心４２．１次巻線４４および２次巻線４８か
ら成っている。

磁束ゲート４０の磁気鉄心４２は高透磁率ミュー材料で
できている。本発明の目的のために、磁気鉄心は透磁率
５，０００以上であると都合がよい。第５図によれば、
本発明を使用するのに適した商用に利用できる１つの磁
気鉄心は、ステンレス鋼ボビン５２の内側に巻かれたＭ
ａｇｎｅｔｉｃｓ、　Ｉｎｃ。

により製造された５ｑｕａｒｅ　Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ　
８０のような超薄形磁気テープ５０から成っている。テ
ープ５０の厚さは０．００１インチ以下がら数１．００
０分の１インチまでに変わることができる。ボビンは典
型的に、セラミック　ケーシングに囲まれて、第４図の
トロイド状鉄心４２のようなトロイドを形成している。

磁気テープ５０はテープ始点位置５４と、テープ終点位
置５６とを侍っている。鉄心の磁気通路断面は、巻付け
られたテープの各層間の空隙の存在により可変である。

実際に、磁気テープ５０は、第５図に図面をはっきりさ
せるため弛く巻かれているように示されていて、それよ
りも固く巻かれているけれども、やほゞ微小の空隙がま
だ残っている。幾つかの鉄心においては、テープの始点
および終点位置５４および５６は同じ半径線になく、磁
気通路断面の変化を増している。

磁束ゲート４０は、第６図における例によって示される
ように鉄心４２の上に巻かれた第１の１次巻線４４を持
っている。１次巻線４４の機能は、鉄心４２に交番電流
を加えて、鉄心を互いに反対の極性を有する磁気飽和に
したり飽和から外すようにすることである。

磁束ゲート４０は磁気鉄心上に２次巻線を持っている。

２次巻線の機能は、磁気鉄心の交番する飽和および不飽
和により２次巻線手段内に誘起される電圧パルスを感知
することである。第７図に示されるように、２次巻線は
、トロイド状鉄心４２の周りにらせん状にまきつけられ
たコイル４６で、鉄心の一方の半分の上では巻回方向は
時計方向で、他方の半分の上では巻回方向は反時計方向
である。１次巻線４４はコイル４６の巻回方向を良好に
示すように削除されている。本発明の都合のよい実施形
態においては、２次巻線に予め巻かれたケージコイル４
８で、第４図に示されるように、鉄心４２および１次巻
線４４の上にはめられている。

１次巻線４４により発生される磁束は、トロイド４２の
周りを進行し、その効果は２次巻線内において打消され
る。何故ならば、ケージコイル４８は完全なトロイドを
囲んでいるか（第４図）、または２次巻線１４の２つの
半部が互いに反対方向に巻付けられているからである（
第７図）。このすべてのことは、磁束ゲートを設計する
技術においては容易に理解されるものである。

本発明は、磁気鉄心飽和が駆動電圧波形の半サイクル毎
の半行程を通して生じ、２次巻線が駆動周波数の第２高
調波に同調させられるという条件を無くすことにより、
異なった温度における鉄心不連続性効果を変えることに
関して、先行技術の磁束ゲート磁気計の問題を克服して
いる。磁気鉄心は、検出される最適正弦波信号に基かず
に、駆動電圧の１サイクル内に２次巻線において観察さ
れる１次または２次出力パルスの各々の間に得られる最
良対称性に基いて、２次巻線に相対的に整列させられる
。このことは、−層精密な調節技術であるばかりでなく
、簡単な磁気計回路を使用することとなり、−層小さい
低価格の装置となる。

温度調節に対する磁束ゲート４０の調節は、第８図によ
り詳細に説明する。

第８Ａ図は、磁束ゲート４０が例えば方形波により励磁
されたときに、磁束ゲートの１次巻線に生じる層形的電
圧波形を示す。１次駆動は方形波、正弦波あるいはその
変形であってもよい。点６０において、磁気鉄心４２は
飽和し始め、点６２において全く飽和させられる。第８
Ｂ図は、１次巻線４４に直列な抵抗２４により制限され
る飽和電流による１次巻線４４内の対応する電流波形を
示す。第８Ｃ図は、磁束ゲートに加えられる外部磁場（
すなわち、地磁場）がないとしたとき、例えば２次巻線
４８に発生される典型的な不連続のパルス６４を示す。

これらの不連続のパルスは、鉄心の構造に起因する不平
衡磁束により発生され、２次巻線により感知される。パ
ルス６４の振幅は、例えばケージコイル４８内で磁気鉄
心４２を回転させることにより、または磁気テープ始ま
たは終端位置５４および５６についての２次巻線コイル
４６の物理的配置によっても変えられる。

第８Ｄ図は、磁気鉄心内に不連続性がないとして、外部
磁場（すなわち、地磁場）の突入および脱出により、例
えば２次巻線に発生させられる典型的なパルスを示す。

１次巻線４４に加わる駆動電圧が方向を変えられて、磁
気鉄心４２が飽和しなくなって、地磁場の突入を可能に
すると、パルス６６が発生させられる。磁気鉄心４２が
逆極性において飽和させられ、地磁場の大部分を鉄心か
ら押出すと、パルス６８が発生される。

不連続のパルス６４と、地磁場パルス６６および６８と
は別々に生じるものではなく、ｍ８ｃおよび８Ｄ図にお
いて別々に示されて、それらが第８Ｅ図に示されるよう
に実際の出力波形を与えるように組合うようになるかを
説明している。パルスの極性は、コイル巻回方向だけに
依存している。

第８Ｅ図のパルスを発生させるためには、磁束ゲート４
０の１次巻線４４は、適当な交番電圧源に接続されねば
ならない。磁束ゲート４０の出力パルスを平衡化すると
、鉄心の軸線は水平面内に維持されることが都合よい。

このことは、例えば軸テーブルのようなレベル表面に鉄
心４２の軸線を置くことにより行われる。

２次巻線の軸線は（例えば第４図に矢印で示されている
ように）、外部参照により決定されるように、地磁場の
水平成分の方向に平行に位置させられる。しかしながら
、２次巻線手段の整列は、ほゞ零の２次出力電圧パルス
を発生する方位から、最大２次出力電圧パルスを発生す
る方位への外部磁場内の磁束ゲートのどんな方位におい
ても差支えない。そのとき２次巻線における出力パルス
は、例えばピーク検出器により観′察される。

本発明の都合のよい実施形態においては、磁気鉄心４２
は２次巻線４８内で回転させられて、磁気鉄心が両方向
において飽和から外されるときに生じる不連続性と地磁
場との組合わされた出力パルス対７０および７２の振幅
かはゾ等しくなるようにされる。この調節は、例えば、
パルス７０および７２の下にある面積を測定するか、ま
たはピーク検出器により１つのパルスを他のパルスに重
畳することにより決定される。磁束ゲートはそのとき、
出力パルスがほゞ零になるまで、直立軸の周りで９０°
回転させられる。さらに鉄心は、若し必要ならば、２つ
の出力パルスが、得られる最小値になるまで、２次コイ
ル内で回転させられる。

磁束ゲート４０のパルスが平衡化された後に、２次巻線
４８は接着材により磁気鉄心４２に関して整列して固定
される。

２次巻線４８を整列させ、パルス７０および７２がほゞ
等しくなる（５％最最大幅で充分である）ことにより２
つの成果がある。先ず、テープ端不連続性は回転させら
れて、不連続のパルス６４は最小値に減らされる。第２
に、第８Ｃ図で判るように、不連続のパルス６４は、正
および負の飽和に対して反対の極性を持っているが、第
８Ｄ図においては、２つの地磁場パルス６６は同じ極性
である。出力パルス７０および７２を等しくすることに
より、不連続のパルス６４の小さい変化の効果ははゾ打
消される。何故ならば、若し不連続のパルス６４が大き
くなると、それは正パルス６６に加わって、次の正の地
磁場パルス６６からこれに等く差引くからである。両方
のパルスが出力において合計されるので、正味の成果は
２つのパルスの組合わされた値において変化がない。不
連続のパルスの振幅は温度の変化と共にまだ変わるが、
磁気鉄心の２次巻線とのこの整列は、温度の変化の効果
が有効に減らされることを保証する。

都合のよい実施形態においては、正の出力パルス対７０
および７２だけが検出されて、測定されている。このこ
とは、幾つかの磁気鉄心に対しては、正の出力パルス対
７０および７２と、負の出力パルス対７４および７６と
が、２次巻線内の鉄心の同じ位置について両者で（正お
よび負の飽和に対して）平衡化されないからである。こ
のことは、広い温度範囲に亘って精度を少し減少させる
。

正および負のパルスという用語は本発明の記載の便宜上
に一使われたものである。パルスの極性は、２次巻線の
導線を逆にすることにより逆にしてもよい。

さらに、パルス７４および７６の発生は、温度による鉄
心の磁気的性質の変化のために温度が変化するので、１
次巻線駆動電圧の開閉に関して変化する。このことは、
若しゲートが磁気計信号検出回路内で使用されておれば
、適切な時にゲートを与えることをさらに困難にする。

それでも、負の出力パルス対７４および７６は磁束４０
において使用してもよい。しばしば２次巻線は、１次巻
線駆動周波数において同調する回路を駆動するように使
用される。このことは、正弦波出力を与えるもので、そ
れは直接に復調されるか、方向ジャイロ安定または同期
出力のために使用される。これらの型の利用に対して、
正および負の出力パルス対の両方を使用することは望ま
しい。このようにして、本発明の他の実施形態において
は、磁気鉄心４２は２次巻線と整列させられて、正の出
力パルス対７０および７２の間、また負の出力パルス対
７４および７６の間に対称性を得るようにしている。こ
の実施形態においては、鉄心不連続の位置は、例えばす
べてのパルスをできるだけ小さくかつ等しくすることに
より決定される。

２次巻１４８が磁気鉄心４２に関して整列して固定され
ると、磁束ゲート４０は通常の方法で較正される。第２
図の磁束ゲート磁気計２０の部分として、較正された磁
束ゲート４０は非磁束ターンテーブル３２の上に置かれ
て、鉄心４２の軸線を水平面に維持すると都合がよい。

磁束ゲートは、振子、ジンバルその他の装置により支持
されて、所望の条件においてレベル環境を与える。

第９図に示されるようなりＣ信号出力は、較正された磁
束ゲート４０が磁気鉄心４２の直立軸の周りに３６０°
回転されると、磁束ゲート磁気計２０により作られる。

図面から判るように、復調されたＤＣ電圧信号は、水平
面内にある２次巻線の軸線が磁気北極に平行であるとき
最大正値となる。曲線の傾斜は、磁束ゲートが東方向に
回転卒せられると負になり、西方向に回転させられると
正となる。２次コイル導線が逆向にされ＼ば、この極性
は逆になる。

この信号の振幅は、地磁場の強さに比例する。

そこで地磁場の強さは、既知の場の強さ振幅を参照する
ことにより較正される。

第１０図は、高透磁率（ミュー）テープ材料（Ｍａｇｎ
ｅｔｉｃｓ、　Ｉｎｃ、により製造された０、００２’
厚さの５ｑｕａｒｅ　Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ　８０　）の
磁気テープ鉄心に対するＤＣヒステリシス曲線を示す。

Ｂｍ（普通に最大磁束密度または磁束飽和として定義さ
れている）を得るのに必要な磁化力は０．１６エルステ
ツドであろう。この点において、磁気鉄心は通常飽和し
ていると考えられる。しかしながら、第１０図から判る
ように、０．０８エルスデツトの付加的増加はは一′８
２ガウス（ΔＢ）の磁束密度（Ｂ）の増加を起こす。

このことは、鉄心の透磁率（８２１０，０８）が、透磁
率はｖｌの空気よりもまだ遥かに大きいことを示してい
る。鉄心が空気より大きい透磁率を持っているので、幾
らかの地磁場をまだ引付けており、これは残留磁束とい
われている。磁気材料の透磁率は温度変化と共に少し変
化するので、残留磁束の量も温度と共に変化する。

第１１図は、パーマロイ８０の磁気テープに対する温度
変化とΔＨの典型的変化とを示している。

ΔＨは磁気鉄心のヒステリシスループの方形の尺度で、
Ｈｓ−Ｈ，に等しい（第１０図参照）。

Ｂ　とＨとは高透磁率磁性材料変成器の設計Ｓ　　　　
　Ｓ に使用される既知の点であり、Ｂ飽和およびＨ飽和とし
て示される。それらは、ＨがΔＨを決定する１つの点で
あるというだけの理由で本説明において重要である。Ｂ
１はＢＳの半分であり、この点がＨｔを決定する。ΔＨ
は低温においては増加し、ヒステリシス　ループの方形
は減少し、上記のΔＢは増加する。このことは、鉄心が
通常飽和と考えられている状態にあるとき、その中にさ
らに多くの残留磁束が残れるようにする。地磁場により
発生されるパルスの振幅は、地磁場が磁気鉄心に戻ると
きには、鉄心が飽和していないときの鉄心における最大
磁束密度から残留磁束を差引いたものに比例する。残留
磁束は温度変化と共に変わるので、２次巻線パルス振幅
も温度変化と共に変わる。

本発明の都合のよい実施形態においては、上記の磁束ゲ
ート磁気計２０は、磁束ゲート４０の磁気鉄心４２内に
、磁気鉄心４２を飽和させるのに必要な磁場力（Ｈ）の
２０倍以上の飽和磁化力を作ることのできる駆動変成器
２２を有している。

１０Ｈより大きい飽和磁場力を作ることは出力パルス振
幅に対する温度変化の効果を減少させることが実験で判
定されている。この高い飽和磁場力は異なった鉄心組立
体の間の出力レベルの変動をも減少させ、このことは較
正を簡単にする。しかしながら、鉄心温度変動効果を殆
んど打消すためには、飽和磁場力を少なくとも２０Ｈに
することがよい。

ＨをＨの４０倍に増加することにより、駆動Ｓ 電、圧は±１５％の範囲に変動させても、２次巻線出力
電圧振幅には殆んど影響を与えないことも判った。この
ことは駆動変成器を密接に調整するという条件を無くし
ている。これらの大きさの磁場力は、パーマロイ８０の
ような高透磁率材料を使用すれば、Ｈに対して僅かに０
．１６エルステラドだけを必要とするので、容易に到達
することができる。

本発明の磁束ゲートまたは磁束ゲート磁気計が実際に使
用されるときばかりでなく、磁束ゲート鉄心が先ず２次
巻線手段に相対的に整列させられて、上述の方法に従っ
て出力パルスを平衡化させようとするときにも、高い飽
和磁場力を作ることが望ましいことも判った。

磁束ゲート鉄心が先ず２次巻線手段に相対的に整列させ
られて、上述の方法に従って出力パルスを平衡化しよう
とするときに、高い飽和磁場力を作ることが望ましいこ
とも判っている。そのような飽和磁場力は、磁束ゲート
または磁束ゲート磁気計が実際に使用されるときに作ら
れる程には高くなくてもよい。しかしながら、最適効果
のために実際に使用されていると同じ飽和磁場力が整列
の間に使用されると都合がよい。

本発明を使用して試験された最終磁束ゲート組立体は、
２４０ターンと、平均鉄心長２．フインチからなる１次
巻線コイルを持っている。飽和磁場力４０ＸＯ，１６Ｈ
すなわち６，４Ｈ（エルステッド）を作るために１次巻
線に加えられるべき必要な飽和電流（１）は、次の方程
式により計算することができる。

このようにして、１エステルテツドの尺度として２，０
２アンペア・ターン／インチを使用すると、飽和電流Ｉ
　は、この磁束ゲートに対しては０．１４５Ａとなる。

本発明による磁気計は、１つ以上の磁束ゲート組立体か
ら成っていてもよい。磁気計または磁束ゲート検出器は
、しばしば９０°離して整列させられた２つの組立体、
または１２０°離して整列させられた３つの組立体から
成っている。本発明は、コイルの数あるいはそれらの整
列に関係なく利用される。

２．３軸磁束ゲートは、出力パルス７０および７２を等
しくする方法に従って調節された。各軸は、それぞれ長
手、横、および直立軸を表わすように使用された。その
とき、磁気計は温度範囲一５５°〜７０℃に亘って試験
された。１次駆動電圧は、±１０％変動することが許さ
れた。磁束ゲートの２次巻線出力電圧から計算された磁
気方向の変動は、試験されたすべての条件に対して０．
５゛の精度であった。方向はコンパスの周り（３６０＠
）で１％５°毎に試験された。これらの成果を得るため
に、如何なる種類の温度補償成分も必要なかった。

第２図の磁気計は、非磁性３軸テーブルを使用してコン
パス　ローズ上で較正された。較正は、磁気計出力読み
をＤｅｖｅｌｃｏ　ｌａｂ標準磁気計読みと同時に取る
ことにより行われた。磁気計に対する較正定数は、その
とき標準としてＤｅｖｅｌｃｏ　ｔａｂ標準標準音使用
し、連立方程式を解くことにより較正された。これらの
較正定数はコンピュータ　メモリに記憶された。

幾つかの方向に対する磁気計の出力の、同じ方向に対す
るＤｅｖｃｌｃｏ　ｔａｂ標準出力に対する比較は、較
正の後に行われた。２つの磁気計の間の平均差違はどの
方向においても０．０８４°で、最大０．１８°であっ
た。さらに良好な較正は、精密な傾斜計付３軸磁気付テ
ーブルを使用し、Ｄｅｖｅｌｃｏ　ｔａｂ標準磁気計を
使用する代わりに地磁場を計算することができると思わ
れる。

本発明により作られた単一３軸磁束ゲート磁気計は、２
３°および一３５℃において１２．５Ｈおよび３７．５
Ｈにより試験された。これＳ らの試験の結果は次表に示されている。

％誤差 このようにして、飽和電流を１２．５Ｈから３７、　５
Ｈに増すことにより、２．７３％精度の改善が得られた
。残りの２．２７％の誤差は主としてこのユニットにお
いて平衡化されていない出力パルスによるものであった
。

本発明は、地磁場の大きさと方向とを測定するために設
計されたものであるが、地磁場の公知の強さを割引くこ
とにより、他の磁場を測定するために使用することがで
きる。

従って、本発明はそのさらに広い様相において、特殊な
詳細、および図示され記載された例には限定されない。

従って、添付特許請求の範囲およびそれらの等価となる
ものがあれば、本発明はそのような変形を含むものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ〜ＩＤ図は、先行技術の磁束ゲート磁気計に印加
され、これにより発生される理想化された波形を示し、 第２図は、本発明による磁束ゲート磁気計の接続図であ
り、 第３図は、本発明の１つの様相による復調回路の接続図
であり、 第４図は、本発明による磁束ゲートの実施形態の組立図
であり、 第５図は、典型的なテープ鉄心の内部を鉄心の軸線に直
角に取った断面図であり、 第６図は、通常の磁気テープ鉄心上に巻付けられた典型
的な１次巻線の斜視図であり、第７図は、通常の磁気テ
ープ鉄心上に巻付けられた典型的な２次巻線の平面図で
あり、第８Ａ〜８Ｅ図は、典型的なトロイド状磁束ゲー
トに印加される波形と、これにより発生される出力パル
ス信号を示し、 第９図は、磁束ゲート磁気計の異なった配位に対する第
２図に示された磁束ゲート磁気計の出力曲線図を示し、 第１０図は５ｑｕａｒｅ　Ｐｅｒａ＋ａｌｌｏｙ　８０
を有する磁気テープ鉄心に対するＤＣヒステリシス曲線
を示すグラフであり、 第１１図は、５ｑｕａｒｅ　Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ　８０
に対する温度変化によるＨの典型的な変動を示すグラフ
である。 ２０・・・磁束ゲート磁気計、２２・・・１次駆動変成
器、２４・・・抵抗、２６・・・復調回路、２８・・・
Ａ／Ｄ変換器、３０・・・コンピュータ、３２・・・タ
ーンテーブル、４０・・・磁束ゲート、４２・・・トロ
イド鉄心、４４・・・１次巻線、４６・・・コイル、４
８・・・ケージコイル、５０・・・磁気テープ、５２・
・・ボビン、５４・・・始点位置、５６・・・終点位置
。 囚＝の浄占（内：Ｑ：に変更なし） ４１ｔ末扶杯ｔ ＦＩＧ、　　５ 「ＩＧ　６ ＦＩＧ、　　７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁束ゲート磁気計において ほぼ一定の磁気通路の断面積を持つ高透磁率磁気鉄心手
   段と、 反対の極性の磁場を有する前記鉄心手段を交番して飽和
   させたり、不飽和にさせたりするように交番電圧を印加
   するために前記鉄心手段上に配置された１次巻線手段と
   、 磁束ゲートを作るために前記鉄心手段と１次巻線手段と
   の上に配置されて、前記交番する飽和と不飽和とに応じ
   て、鉄心飽和から不飽和への転移毎に電圧パルスを内部
   に誘起させる２次巻線手段と、 １次巻線手段に交番電圧を供給するための入力手段と、 前記２次巻線手段内に誘起された電圧パルスを測定して
   合計するための出力回路手段と、前記磁束ゲートの与え
   られた方位に対する測定されて合計された電圧パルスか
   ら前記外部磁場の強さまたは方向を判定する手段とを有
   し、 前記２次巻線手段は前記鉄心手段に相対的に整列させら
   れて、前記鉄心手段の軸線と前記２次巻線手段の軸線と
   が外部磁場内に配位されて、外部磁場の一部分が２次巻
   線を通過すると、１つの方向における鉄心飽和から不飽
   和への転移により前記２次巻線手段に誘起された電圧パ
   ルスが、反対方向における鉄心飽和から不飽和への転移
   により前記２次巻線手段に誘起された電圧パルスに等し
   くなるようにされていることを特徴とする磁束ゲート磁
   気計。 ２、磁束ゲート磁気計において、 ほゞ一定の磁気通路断面積を持つ高透磁率磁気鉄心手段
   と、 反対の極性の磁場を有する前記鉄心手段を交番して飽和
   させたり、不飽和にさせたりするように交番電圧を印加
   するために、前記鉄心手段上に配置された１次巻線手段
   と、 磁束ゲートを作るために前記鉄心手段と前記１次巻線手
   段との上に配置され、前記鉄心手段の前記交番する飽和
   および不飽和に応じて、 鉄心飽和から不飽和への転移毎に内部に電圧パルスを誘
   起し、鉄心不飽和から飽和への転移毎に反対極性の電圧
   パルスを誘起する２次巻線手段と、前記１次巻線手段に
   交番電圧を供給する入力手段と、 前記２次巻線手段に誘起された電圧パルスを出力信号に
   変換する出力回路手段と、 前記磁束ゲートの与えられた方位に対する前記出力信号
   から前記磁場磁場の強さと方向とを判定する手段とを有
   し、 前記２次巻線手段は前記鉄心手段に相対的に整列させら
   れて、前記鉄心手段の軸線と前記２次巻線手段の軸線と
   が外場磁場内に配位され、外部磁場の一部分が２次巻線
   手段を通過すると、２つの方向における鉄心飽和から不
   飽和への転移により前記２次巻線手段内に誘起された電
   圧の間、および両方向における鉄心不飽和から飽和への
   転移により前記２次巻線手段内に誘起された電圧の間に
   はほゞ対称性があることを特徴とする磁束ゲート磁気計
   。 ３、磁束ゲート磁気計において、 ほゞ一定の磁気通路の断面積を持つ高透磁率磁気鉄心手
   段と、 反対の極性の磁場を有する前記鉄心手段を交番して飽和
   させたり、不飽和にさせたりするように交番電圧を印加
   するために、前記鉄心手段上に配置された１次巻線手段
   と、 磁束ゲートを作るために前記鉄心手段と前記１次巻線手
   段との上に配置され、前記鉄心手段の交番する飽和およ
   び不飽和に応じて、鉄心不飽和から飽和への転移毎に内
   部に電圧パルスを誘起させる２次巻線手段と、 前記１次巻線手段に交番電圧を供給するための入力手段
   と、 前記２次巻線手段内に誘起された電圧パルスを測定して
   合計するための出力回路手段と、前記磁束ゲートの与え
   られた配位に対する前記の測定されて合計された電圧パ
   ルスから前記磁場の強さまたは方向を判定する手段とを
   有し、前記２次巻線手段は、前記鉄心手段に相対的に整
   列させられて、前記鉄心手段の軸線と前記２次巻線手段
   の軸線とが外部磁場内に配位され、外部磁場の一部分が
   ２次巻線手段を通過すると、１つの方向における鉄心不
   飽和から飽和への転移により前記２次巻線手段内に誘起
   される電圧パルスが、反対方向における鉄心不飽和から
   飽和への転移により前記２次巻線手段内に誘起される電
   圧パルスに等しくなるようにされていることを特徴とす
   る磁束ゲート磁気計。 ４、前記鉄心手段を駆動して磁束飽和とするに必要な強
   さの２０倍以上の飽和磁場力を作る手段をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の磁束ゲー
   ト磁気計。５、前記鉄心手段を駆動して磁束飽和とする
   のに必要な強さの少なくとも４０倍の飽和磁場力を作る
   手段をさらに有することを特徴とする請求項１、２また
   は３記載の磁束ゲート磁気計。 ６、ほゞ一定の磁気通路の断面積を持つ高透磁率磁気鉄
   心手段と、前記鉄心手段上に配置された１次巻線手段と
   、前記鉄心手段および１次巻線手段を包囲する２次巻線
   手段とを有する磁束ゲートを温度補償のために調節する
   方法において、前記１次巻線手段を交番電圧源に接続し
   て、互いに反対向きの極性を有する前記鉄心手段を交番
   して飽和および不飽和にする段階と、 前記鉄心手段の軸線を外部磁場内に維持して、外部磁場
   の一部分が２次巻線手段を通過するようにする段階と、 前記２次巻線手段において、鉄心飽和から不飽和への転
   移毎に前記２次巻線手段内に誘起される電圧パルスを検
   出する段階と、 前記鉄心手段を、前記２次巻線手段に相対的に整列させ
   て、１つの方向における鉄心飽和から不飽和への転移に
   よって前記２次巻線手段内に誘起されて検出された前記
   各パルスを、反対方向における鉄心飽和から不飽和への
   転移により前記２次巻線手段内に誘起されて検出された
   前記各パルスと等しくする段階とを含むことを特徴とす
   る、磁束ゲートを温度補償するための調節方法。 ７、前記鉄心手段は前記２次巻線手段に相対的に整列さ
   せられて、１つの方向における鉄心飽和から不飽和への
   転移により前記２次巻線手段内に誘起されて前記検出さ
   れたパルスの振幅が、反対方向における鉄心飽和から不
   飽和への転移により前記２次手段内に誘起されて検出さ
   れたパルスの振幅の５％以内にあるようにすることを特
   徴とする請求項６記載の方法。 ８、ほぼ一定の磁気通路の断面積を持つ高透磁率磁気鉄
   心手段と、前記鉄心手段上に配置された１次巻線手段と
   、前記鉄心手段および１次巻線手段を包囲する２次巻線
   手段とを有する磁束ゲートを温度補償のために調節する
   方法において、前記１次巻線手段を交番電圧源に接続し
   て、互いに反対向きの極性を有する前記鉄心手段を交番
   して飽和および不飽和にする段階と、 前記鉄心手段の軸線を外部磁場内に維持して、外部磁場
   の一部分が２次巻線手段を通過するようにする段階と、 前記２次巻線手段において、鉄心飽和から不飽和への転
   移毎に前記２次巻線手段内に誘起される電圧パルスを検
   出する段階と、 前記鉄心手段を、前記２次巻線手段に相対的に整列させ
   て、１つの方法における鉄心不飽和から飽和への転移に
   より前記２次巻線手段内に誘起されて検出された前記各
   第２のパルスが、反対方向における鉄心不飽和から飽和
   への転移により前記２次巻線手段内に誘起されて検出さ
   れた前記各パルスにほゞ等しくなるようにする段階とを
   含むことを特徴とする磁束ゲートを温度補償するための
   調節方法。 ９、前記鉄心手段が前記２次巻線手段に相対的に整列さ
   せられて、１つの方向における鉄心不飽和から飽和への
   転移により前記２次巻線手段内に誘起されて検出された
   前記パルスの振幅が、反対方向における鉄心不飽和から
   飽和への転移に前記２次巻線内に誘起されて検出された
   前記パルスの振幅の５％以内にあるようにすることを特
   徴とする請求項８記載の方法。 １０、ほゞ一定の磁気通路の断面積を持つ高透磁率磁気
   鉄心手段と、前記鉄心手段上に配置された１次巻線手段
   と、前記鉄心手段および１次巻線手段を包囲する２次巻
   線手段とを有する磁束ゲートを温度補償するための調節
   方法において、前記１次巻線手段を交番電圧源に接続し
   、互いに相対の極性の磁場を有する前記鉄心手段を交番
   して飽和および不飽和にする段階と、 前記鉄心手段の軸線を外部磁場内に維持して、外部磁場
   の一部分が２次巻線手段を通過するようにする段階と、 前記２次巻線手段において、鉄心飽和から不飽和への転
   移毎に前記２次巻線手段内に誘起される電圧パルスを検
   出する段階と、 前記２次巻線手段において、鉄心不飽和から飽和への転
   移毎に前記２次巻線手段内に誘起される反対極性の電圧
   パルスを検出する段階と、 前記鉄心手段を前記２次巻線手段と相対的に整列させ、
   両方向における鉄心飽和から不飽和への転移により前記
   ２次巻線手段内に誘起されて検出された前記各パルスの
   間、および両方向における鉄心不飽和から飽和への転移
   により前記２次巻線手段内に誘起された検出された前記
   各パルスの間の対称性を得るようにする段階とを含むこ
   とを特徴とする磁束ゲートを温度補償するための調節方
   法。 １１、前記鉄心手段が前記２次巻線手段に相対的に整列
   させられて、前記２次巻線手段において検出される正の
   出力が、負の出力にほゞ等しいようにすることを特徴と
   する請求項１０記載の方法。 １２、磁束ゲートにおいて、 ほゞ一定の磁気通路の断面積を持つ高透磁率磁気鉄心手
   段と、 前記鉄心手段上に配置されて、反対極性の磁場を有する
   前記鉄心手段を交番して飽和および不飽和にするように
   交番電圧を印加するための１次巻線手段と、 前記鉄心手段および前記１次巻線手段上に配置されて、
   前記鉄心手段の交番する飽和および不飽和に応じて、鉄
   心飽和から不飽和への転移毎に内部に電圧パルスを誘起
   する２次巻線手段とを有し、前記２次巻線手段は前記鉄
   心手段と相対的に整列させられて、前記鉄心手段の軸線
   と前記２次巻線手段の軸線とが外部磁場内に配位され、
   外部磁場の一部分が２次巻線手段を通過するようになる
   と、１つの方向における鉄心飽和から不飽和への転移に
   より前記２次巻線手段内に誘起された電圧パルスが、反
   対方向における鉄心飽和から不飽和への転移により前記
   ２次巻線手段内に誘起された電圧パルスにほゞ等しくな
   るようにすることを特徴する磁束ゲート。 １３、磁束飽和ゲートにおいて、 ほゞ一定の磁気通路の断面積を持つ高透磁率磁気鉄心手
   段と、 前記鉄心手段上に配置されて、反対極性の磁場を有する
   前記鉄心手段を交番して飽和および不飽和にするように
   交番電圧を印加するための１次巻線手段と、 前記鉄心手段および前記１次巻線手段上に配置されて、
   前記交番する飽和および不飽和に応じて、鉄心不飽和か
   ら飽和への転移毎に、電圧パルスを、また鉄心不飽和か
   ら飽和への転移毎に反対の極性の電圧パルスを前記２次
   巻線手段内に誘起させる２次巻線手段とを有し、 前記２次巻線手段は、前記鉄心手段に相対的に整列させ
   られて、前記鉄心手段の軸線と２次巻線手段の軸線とが
   外部磁場内に配位され、外部磁場の一部分が２次巻線手
   段を通過すると、両方向における鉄心飽和から不飽和へ
   の転移により前記２次巻線手段内に誘起される電圧パル
   スの間、および両方向における鉄心不飽和から飽和への
   転移により前記２次巻線手段内に誘起される電圧パルス
   の間に対称性があるようにすることを特徴とする磁束ゲ
   ート。 １４、磁束ゲートにおいて、 ほゞ一定の磁気通路の断面積を持つ高透磁率鉄心手段と
   、 前記鉄心手段上に配置されて、反対極性を有する前記鉄
   心手段を交番して飽和および不飽和にするように交番電
   圧を印加する１次巻線手段と、前記鉄心手段および前記
   １次巻線手段上に配置されて、前記鉄心の交番する飽和
   および不飽和に応じて、鉄心不飽和から飽和への転移毎
   に電圧パルスを内部に誘起させる２次巻線手段とを有し
   、前記２次巻線手段は前記鉄心手段に相互的に整列させ
   られて、前記鉄心手段の軸線と前記２次巻線手段の軸線
   とが外部磁場内に配位され、外部磁場の一部分が２次巻
   線手段を通過すると、１つの方向における鉄心不飽和か
   ら飽和への転移により前記２次巻線手段内に誘起される
   電圧パルスが、反対方向における鉄心不飽和から飽和へ
   の転移により前記２次巻線手段内に誘起される電圧パル
   スにほゞ等しくなるようにされていることを特徴とする
   磁束ゲート。 １５、前記鉄心手段を磁束飽和に駆動するのに必要な強
   さの２０倍以上の飽和磁場力を作るための手段をさらに
   有することを特徴とする、請求項１２、１３または１４
   記載の磁束ゲート。 １６、前記鉄心手段を磁束飽和に駆動するのに必要な強
   さの少なくとも４０倍の飽和磁場力を作るための手段を
   さらに有することを特徴とする請求項１２、１３または
   １４記載の磁束ゲート。 １７、前記鉄心手段を前記２次巻線手段に相対的に整列
   させるが、前記鉄心手段を磁束飽和に駆動するのに必要
   な強さの２０倍以上の飽和磁場力を作る段階をさらに含
   むことを特徴とする請求項６、８または１０記載の方法
   。 １８、前記鉄心手段を前記２次巻線手段に相対的に整列
   させるが、前記鉄心手段を磁束飽和に駆動するのに必要
   な強さの少なくとも４０倍の飽和磁場力を作る段階をさ
   らに含むことを特徴とする請求項６、８または１０記載
   の方法。