JPH0424574A - 磁気検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は可飽和型の磁気センサを用いた磁気検出装置に
係わり、特に、コアに巻装された検出コイルを正帰還回
路として組込んだ発振回路を磁気センサに対する励磁部
および検出部として用いた磁気検出装置に関する。

［従来の技術］ 近年、磁気を精度よく検出する磁気検出装置として、可
飽和型の磁気センサを用いた磁気検出装置が提唱されて
いる（特開平１〜３０８９８２号公報）。

第４図はこの可飽和型の磁気センサを用いた磁気検出装
置の概略構成を示すブロック図である。

図中１は交流の矩形波信号を出力する矩形波発生回路で
あり、この矩形波発生回路１から出力された矩形波信号
は次の微分回路２でもって、矩形波の立上りおよび立下
りタイミングに同期するトリガ波形状を有するパルス信
号に変換される。そして、この微分回路２から出力され
たトリガ波形状のパルス信号が交流励磁信号ｅ１として
、抵抗からなるインピーダンス素子３を介して磁気セン
サ４に印加される。この磁気センサ４は、例えば棒状に
形成された強磁性体のコア５に検出コイル６を巻装して
構成されている。磁気センサ４の検出コイル６の一端に
インピーダンス素子３を介して前記交流励磁信号ｅ１が
印加され、他端は接地されている。そして、この検出コ
イル６の端子電圧が磁気センサ４の検出信号ｅ。とじて
取出されて電圧検出回路７へ入力される。そして、この
電圧検出回路７からこの磁気検出装置にて検出された磁
界の強度に対応する出力電圧Ｖ。が得られる。

このような磁気検出装置において、矩形波発生回路１か
ら出力される矩形波信号の電圧を制御して検出コイル６
に流れる交流励磁信号の電流を増大してコア５を可飽和
域まで磁化する。したがって、この状態においては、こ
の検出コイル６の端子電圧で示される検出信号ｅ。の波
形における振幅は第５図に示すように一定となる。

そして、外部磁界がこの検出コイル６による飽和磁界と
交差しない状態においては、第５図の左側の検出信号ｅ
。Ａに示すように、波形の正側の波高値Ｖａと負側の波
高値−ｖｂは等しい。しかし、このような可飽和域まで
励磁されたコア５に外部磁界が接近して検出コイル６に
よる飽和磁界と交差すると、第５図の右側の検出信号ｅ
。Ｂに示すように、振幅値は変化しないが、正負の各波
高値Ｖａ　　−Ｖｂが変化する。そこで、この各波高値
Ｖａ　　−Ｖｂを検波器で検波して直流に変換して、加
算器で加算することによって、差電圧（Ｖａ−Ｖｂ）を
求める。そして、この差電圧（Ｖ　ａ　−ｖｂ）を出力
電圧Ｖ。とじて電圧検出回路７から出力すれば、この出
力電圧Ｖ。がこの磁気センサ４に加えられた外部磁界に
対応する。よって、この磁気検出装置で磁界強度を検出
できる。

このように可飽和型の磁気センサを用いることによって
、ホール素子や磁気抵抗素子を利用した磁気検出装置に
比較して、磁気検出感度を向上できると共に、周囲温度
変動等に起因する零点変動がｌＰ［定結果にほとんど影
響しないので測定精度を向上できる。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、第４図に示すように構成された磁気検出
装置においてもまだ次のような問題があった。

すなわち、前述したように、磁気センサ４の強磁性体で
形成されたコア５に巻装された検出コイル６に交流励磁
電流を流して、コア５を可飽和域まで磁化する必要があ
る。しかし、磁気センサ４から取出された検出信号ｅ。

における正負の各波高値Ｖａ、−Ｖｂを精度良く検出す
るために、インピーダンス素子３を介して磁気センサ４
に印加する交流励磁信号ｅ１をトリガ波形状のパルス信
号としている。したがって、このトリガ波形状のため検
出コイル６に流れる電流は高周波電流となる。よって、
このトリガ波形状のパルス信号でもってコア５を可飽和
域まで磁化するためには、例えば数１００ｒａ八程度の
励磁電流が必要である。そのためには、交流励磁信号ｅ
１の電圧を大幅に上昇させる必要がある。例えば、小型
の磁気センサ４においても、前記電圧は１５〜２５Ｖｐ
−ｐを必要とする。したがって、矩形波発生回路ｌにお
いても、１５〜２５　Ｖ　ｐ−ｐの波高値を有した矩形
波信号を出力する必要があるので、通常のＴＴＬ回路に
て使用される５ｖの直流電源の他に１５〜２５Ｖの高電
圧の直流電源が必要となる。その結果、回路構成が複雑
となり、装置全体が大型化するとともに、製造費が大幅
に上昇する問題がある。

また、電圧検出回路７の出力電圧Ｖ。に検出信号ｅ。に
含まれるパルスに起因するパルス性の雑音が混入する懸
念があり、このパルス性雑音を除去するためのフィルタ
が新たに必要となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
磁気センサの検出コイルを共振回路の一部として用いた
発振回路でコアを飽和域まで励磁して、その発振回路の
出力信号の波形変化二でもって磁気センサに印加された
外部磁界を得ることによって、磁気センサに対する励磁
部と検出部とを共通の回路で実現でき、さらに磁気セン
サのコアを少ない消費電力で簡単に飽和でき、もって、
回路構成を簡素化でき、高い測定精度を維持したままで
装置全体の小型化および低製造費化を図ることができる
磁気検出装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解消するために、本発明の磁気検出装置にお
いては、強磁性体で形成されたコアに検出コイルを巻装
してなる磁気センサと、この磁気センサの検出コイルと
この検出コイルに並列接続されたコンデンとで形成され
る並列共振回路と、この並列共振回路と少なくともこの
並列共振回路および抵抗を正帰還回路とする増幅器とで
構成されるとともに発振電流でコアを飽和域まで励磁す
る発振回路と、この発振回路の出力信号の波形変化を検
出する波形変化検出回路とを備え、外部磁界が磁気セン
サに交差することに起因して生じる出力信号の波形変化
量から外部磁界強度を検出するようにしたものである。

［作　用コ このように構成された磁気検出装置によれば、磁気セン
サの検出コイルとこの検出コイルに並列接続されたコン
デンサとで形成された並列共振回路は発振回路の正帰還
回路を形成する。したがって、この発振回路が正常に発
振している状態においては、並列共振回路を構成する検
出コイルには並列共振回路の共振周波数を有した交流の
励磁電流が印加される。この励磁電流によって、磁気セ
ンサのコアは飽和域まで励磁される。なお、発振回路の
出力信号は、正帰還回路を有した増幅器によって、例え
ばＯＶ等の基準レベルを中心に正負の飽和電圧レベルま
で増幅されて安定している。

そして、この状態で外部磁界が磁気センサに交差すると
、交流磁界の和又は差となり、前述したように検出コイ
ルの両端の電圧レベルが外部磁界方向によって定まる正
又は負の方向にレベルが変化する。その結果、発振回路
の出力信号の信号レベルも正又は負の方向にレベル変化
する。前述したように、出力信号は正負の飽和電圧レベ
ルまで増幅されて安定しているので、正側の波形と負側
の波形とが対象でなくなる。

したがって、この出力信号の波形変化量を波形変化検出
回路で検出することによって、間接的に外部磁界を検出
できる。

このように、検出コイルを正帰還回路として組込んだ発
振回路と波形変化検出回路のみで外部磁界を精度良く測
定できる。

［実施例コ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の磁気検出装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。図中１１は磁気センサであり、この磁気セ
ンサ１１は、図示するように、例えば棒状に形成された
強磁性体のコア１２に検出コイル１３を巻装して構成さ
れている。そして、この磁気センサ１１の検出コイル１
３にコンデンサ１４が並列接続されている。しかして、
この検出コイル１３とコンデンサ１４とで並列共振回路
１５を形成する。この並列共振回路１５の一端は接地さ
れ、他端は差動増幅器１６の（＋）個入力端子に接続さ
れている。この差動増幅器１６の（−）個入力端子は接
地されている。差動増幅器１６の出力端子と（＋）個入
力端子との間には帰還抵抗１７が接続されている。

差動増幅器１６は、いわゆる２電源型の増幅器であり、
外部から直流の＋ＶＣ電源と−ｖｃ電源とが供給される
と起動し、（＋）個入力端子に入力された信号を接地電
位（０■）を基準レベルとして正極側および負極側に均
等に増幅する。このような回路において、帰還抵抗１７
と並列共振回路１５とはこの差動増幅器１６に対する正
帰還回路となる。その結果、並列共振回路１５．帰還抵
抗１７および差動増幅器１６は一種の発振回路１８を構
成する。

周知のように、発振回路１８の発振周波数は並列共振回
路１５の検出コイル１３のインダクタンスＬとコンデン
サ１２のキャバスタンスＣとを用いた（１）式で定まる
共振周波数ｆ。である。

ｆ　ｏ　＠　１　／　（２ｙｒ　ｖ’ＴＪ−で）　　　
　　　−（１）なお、実施例装置においては、検出コイ
ル］３の巻数Ｎは１００でインダクタンスＬは約２．１
６ｍ　Ｈであり、コンデンサ１４のキャパシタンスＣは
約３０００　ｐＦである。よって、共振周波数ｆ。は約
８２．５ｋ　Ｈｚとなる。

よって、この共振回路１８は周波数ｆ。を有する出力信
号ａを出力端子１９がら出力すると共に、並列共振回路
１５の検出コイル１３にも周波数ｆｏを有する共振電流
が流れる。そして、この共振電流が磁気センサ１１のコ
ア１２を励磁するが、その電流値はコア１２が飽和域ま
で励磁される値になるように、共振回路１８を構成する
各電子回路の回路定数が設定されている。したがって、
コア１２は常時飽和域まで励磁されている。

発振回路１８の出力端子１９から出力された出力信号ａ
は次の抵抗２０とコンデンサ２１とからなる波形変化検
出回路としてのローパスフィルタ（以下ＬＰＦと略記す
る）２２へ入力される。このＬＰＦ２２は大きな時定数
を有しており、入力された出力信号ａの直流成分のみを
検出する。

ＬＦＰ２２の出力信号は波形変化量信号すとして出力端
子２３へ出力される。

次に、このように構成された磁気検出装置の動作を第２
図のタイムチャートを用いて説明する。

まず磁気センサ１１に外部磁界Ｈが接近していない状態
の時刻ｔ。にて装置の電源を投入すると、図示しない電
源回路から差動増幅器１６に＋Ｖ。。

−ＶＣの電源が供給され、この差動増幅器１６は起動す
る。前述したように帰還抵抗１７と並列共振回路１５が
正帰還回路を形成するので、発振回路１８が発振動作を
開始する。その結果、並列共振回路１５の一方を構成す
る検出コイル１３に発振電流が流れるが、この発振電流
が励磁電流として磁気センサ１１のコア１２を飽和域ま
で励磁する。並列共振回路１５の端子電圧ｄおよび出力
端子１９の出力信号ａは、図示するように共振周波数ｆ
。（周期Ｔ）を有する周期波形となる。

この場合、差動増幅器１６は並列共振回路１５の端子電
圧ｄを、（−）副入力端子に印加されているＯＶの基準
電圧を中心に正負の飽和電圧レベルまで増幅して安定し
ているので、図示するように、正弦波の上下端部分が平
坦になり、正負の各波高値が等しく、かつ一定な矩形波
形となる。したがって、周期Ｔを有する出力信号ａの正
側波形ノパルス幅Ｔ　Ａと負側波形のパルス幅ＴＢとは
等しい（ＴＡ−ＴＢ）。この出力信号ａは大きい時定数
を有したＬＰＦ２２で直流に変換されて、波形変化量信
号すとして出力端子２３へ出力されるが、この波形変化
量信号すはＯＶである。

この状態で、時刻ｔ、にて、磁気センサ１１の飽和状態
のコア１２に直流の外部磁界子Ｈ２が交差すると、磁気
センサ１１の端子電圧、すなわち並列共振回路１５の端
子電圧ｄの振幅値は変化しないが、全体の信号レベルが
図示するように例えば正方向へ移動する。その結果、差
動増幅器１６の（＋）副入力端子に印加されている端子
電圧ｄの波形の正側部分が負側部分より多くなるので、
発振回路１８の出力信号ａの正負の各波高値は変化しな
いが、正側波形のパルス幅ＴＡが負側波形のパルス幅Ｔ
８より大きくなる（ＴＡ＞ＴＢ）。

その結果、ＬＰＦ２２から出力される波形変化量信号す
は０■から＋Ｅａに変化する。この電圧（十Ｅａ）値は
外部磁界子Ｈ２に対応した値である。

また、時刻ｔ２にて、逆極性の外部磁界−Ｈ３が磁気セ
ンサ１１の飽和状態のコア１２に交差すると、磁気セン
サ１１の端子電圧ｄの信号レベルが図示するように負方
向へ移動する。その結果、差動増幅器１６の（＋）副入
力端子に印加されている端子電圧ｄの波形の正側部分が
負側部分より少なくなるので、発振回路１８の出力信号
ａにおける正側波形のパルス幅ＴＡが負側波形のパルス
幅ＴＢより小さくなる（ＴＡ　＜ＴＢ　）。その結果、
ＬＰＦ２２から出力される波形変化量信号すはＥｂへ変
化する。この電圧（−Ｅｂ）は外部磁界Ｈ９に対応した
値である。

このように、磁気センサ１１のコア１２の交差する外部
磁界Ｈを波形変化量信号すの電圧値として間接的に測定
することが可能である。

第３図は他の基準磁気測定装置でもって予め正確に７Ｉ
ｐｊ定されている外部磁界Ｈ（ガウス）と実施例装置の
出力端子２３から出力された波形変化量信号すの電圧（
ボルト）との関係を示す図である。

図示するように、外部磁界Ｈに比例した正確な出力特性
が得られることが確認できた。さらに、外部磁界Ｈに対
して数ボルトの比較的大きい出力電圧が得られる。

このように構成された磁気検出装置であれば、第１図に
示すように、差動増幅器１６と安価な電子部品素子であ
る帰還抵抗１７とコンデンサ１４とで構成された発振回
路１８のみでもって磁気センサ１１に対する励磁部と検
出部を兼用している。

したがって、第４図に示した、矩形波発生回路１゜微分
回路２．電圧検出回路７等を必要とする従来の磁気検出
装置に比較して、回路構成を大幅に簡素化できる。その
結果、装置全体を小型・軽量に形成でき、かつ製造費を
大幅に低減できる。

また、磁気センサ１１のコア１２を飽和域まで励磁する
ために検出コイル１３に印加する交流励磁電流は発振回
路１８の正弦波形を有する発振電流である。この発振電
流は比較的簡単に所要の電流値が得られる。また、従来
装置にようにパルス波形にする必要がない。よって、差
動増幅器１６の負荷電流が軽減され、差動増幅器１６の
消費電力が低減される。

また、第３図に示したように、微小な外部磁界Ｈに対し
ても高い・検出感度が得られるので、ＬＰＦ２２から出
力される波形変化量信号すを別途増幅器を用いて増幅す
る必要がない。

さらに、−旦、第３図に示すように、外部磁界Ｈと出力
電圧すとの対応関係を校正値として測定しておけば、そ
の後は無調整で未知の外部磁界に対するｉ’Ｔｌ＋Ｉ定
を容易に実施できる。

また、電磁誘導効果等を利用した単純なピックアップコ
イルを用いた従来の磁気検出装置においては、その測定
原理から時間的に変化する磁界しか測定できなかったが
、可飽和された磁気センサ１１を用いることによって、
直流磁界から高周波磁界まで広い周波数範囲に亘って磁
界を精度良く測定できる。

また、本発明においては、発振回路１８の出力信号ａの
波形が外部磁界Ｈに起因して変形する波形変化量をｎ［
定して、その変形量いから外部磁界強度を検出している
。したがって、波形そのものは温度等の外部環境条件に
影響されにくいので、特に発振回路１８に対して温度補
償対策を講する必要がない。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例においては、Ｓ極またはＮ極の直流外部磁界
子Ｈ２，−Ｈ３をｔｐｊ定する場合について説明したが
、上述したように交流の外部磁界も測定できることは勿
論である。

さらに、実施例装置においては、発振回路１８の出力信
号ａの波形変化を検出する波形変化検出回路として、ロ
ーパスフィルタ２２を用いたが、例えば、出力信号ａを
信号分別器で正側波形成分と負側波形成分とに分割して
、それぞれの波形のパルス幅ＴＡ、Ｔ、を別々のカウン
タで直接１１定して、その差（ＴＡ　　ＴＢ）をデジタ
ルの波形変化量信号として出力することも可能である。

この場合、その差（ＴＡ　　ＴＢ）が外部磁界Ｈに対応
することになる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の磁気検出装置によれば、磁
気センサの検出コイルを共振回路の一部として用いた発
振回路でコアを飽和域まで励磁して、その発振回路の出
力信号の波形変化量でもって磁気センサに印加された外
部磁界を検出している。したがって、磁気センサに対す
る励磁部と検出部とを共通の回路で実現でき、さらに磁
気センサのコアを少ない消費電力で簡単に飽和できる。

その結果、回路構成を簡素化でき、高い１（ＩＩＩ定精
度を維持したままで装置全体の小型化および低製造費化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる磁気検出装置の概略
構成を示すブロック図、第２図は同実施例装置の動作を
示すタイムチャート、第３図は同実施例装置における外
部磁界と出力電圧との関係を示す図、第４図は従来の磁
気検出装置の概略構成を示すブロック図、第５図は同従
来装置の動作を示すタイムチャートである。 １１・・・磁気センサ、１２・・・コア、１３・・検出
コイル、１４・・・コンデンサ、１５・・・並列共振回
路、１６・・・差動増幅器、１７・・帰還抵抗、１８・
・・発振回路、２２・・・ローパスフィルタ（波形変化
検出回路）、ａ・・・出力信号、ｂ・・・波形変化量信
号、ｄ・・・端子電圧、 Ｈ・・・外部磁界。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強磁性体で形成されたコアに検出コイルを巻装してなる
   磁気センサと、この磁気センサの検出コイルとこの検出
   コイルに並列接続されたコンデンとで形成される並列共
   振回路と、この並列共振回路と少なくともこの並列共振
   回路および抵抗を正帰還回路とする増幅器とで構成され
   るとともに発振電流で前記コアを飽和域まで励磁する発
   振回路と、この発振回路の出力信号の波形変化を検出す
   る波形変化検出回路とを備え、外部磁界が前記磁気セン
   サに交差することに起因して生じる前記出力信号の波形
   変化量から前記外部磁界強度を検出するようにした磁気
   検出装置。