JPH09166437A

JPH09166437A - 磁気探知装置及び信号変換方法

Info

Publication number: JPH09166437A
Application number: JP7328691A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kurihara; 一夫栗原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気センサによって検出された信号をコンピ
ュータによる処理が容易な信号に変換する信号変換方法
を提供するとともに、コンピュータによる処理が容易な
信号を出力する磁気探知装置を提供する。【解決手段】本発明の磁気探知装置は、外部磁界の大
きさを複数の方向について検出し、各方向における外部
磁界の大きさを示す複数の信号を出力する磁気センサ
と、上記磁気センサから出力された複数の信号を、各方
向における外部磁界の大きさを示す各信号が時系列に配
された１つのアナログ信号に変換し出力する信号変換手
段とを備えている。この磁気探知装置では、磁気センサ
からの複数の信号が１つのアナログ信号にまとめられた
上で出力されるので、この磁気探知装置からの信号は、
コンピュータによって容易に処理することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部磁界に応じた
信号を出力する磁気探知装置及びその信号変換方法に関
するものであり、詳しくは、外部磁界に応じた信号を１
つのアナログ信号として出力する新規な磁気探知装置
と、外部磁界に応じた複数の信号を１つのアナログ信号
に変換する新規な信号変換方法とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】外部磁界を探知する磁気探知装置は、磁
場の検出器や測定器などの計測用から始まり、近年で
は、磁気式スイッチ、磁気式ロータリ・エンコーダ、地
磁気方位検出器など民生用に広く使用されている。

【０００３】具体的には、磁気探知装置は、例えば、以
下のようにカラー陰極線管のランディング補正に使用さ
れている。

【０００４】カラー陰極線管において、電子銃から出射
された電子ビームの軌道が地磁気等による外部磁界によ
って曲げられ、蛍光面上での電子ビーム到達位置、すな
わち電子ビームのランディングに変化が生じることがあ
る。特に高精細度陰極線管では、ランディングの変化に
対する余裕度が小さいために、外部磁界によるランディ
ングの変化が色純度の劣化等の問題を引き起こしてしま
うことがある。これを補正するために、通常、カラー陰
極線管には、ランディング補正コイルが取り付けられて
いる。そして、外部磁界の方位に応じて自動的に、ラン
ディング補正コイルにランディング補正に必要な最適電
流を流すことにより、電子ビームの軌道を制御して、ラ
ンディングの変化を防止するようにしている。ここで、
ランディング補正を行うには、外部磁界の方位を正確に
検出する必要があり、この検出のために磁気探知装置が
使用されている。このように、外部磁界の影響を補正す
る必要があるカラー陰極線管のような機器において、磁
気探知装置は非常に重要な装置となっている。

【０００５】また、磁気探知装置は、従来から用いられ
てきた磁石式の方位計、すなわち磁気コンパスの代替と
して、携帯型の方位計としても使用されている。

【０００６】ところで、通常、磁気探知装置は、外部磁
界の方位を求めるために、外部磁界の大きさを複数の方
向について検出し、各方向における外部磁界の大きさを
示す信号を出力する。

【０００７】すなわち、従来の磁気探知装置は、例え
ば、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向の外部磁界成分
を検出し、電圧レベルによってＸ軸方向の外部磁界の大
きさを示すアナログ信号ＶＸと、電圧レベルによってＹ
軸方向の外部磁界の大きさを示すアナログ信号ＶＹと、
これらのアナログ信号ＶＸ，ＶＹの基準となる基準電圧
Ｖ０とを出力するようになっている。

【０００８】具体的には、例えば、図１５に示すよう
な、いわゆるフラックスゲート型磁気センサを用いた磁
気探知装置では、フラックスゲート型磁気センサのセン
サ部１００によって互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向
の外部磁界成分を検出し、この検出された信号に対して
同期検波回路や積分回路等によって信号処理を施して、
電圧レベルによってＸ軸方向の外部磁界の大きさを示す
アナログ信号ＶＸと、電圧レベルによってＹ軸方向の外
部磁界の大きさを示すアナログ信号ＶＹとを出力すると
ともに、これらのアナログ信号ＶＸ，ＶＹの基準となる
基準電圧Ｖ０を出力する。

【０００９】また、例えば、図１６に示すような、いわ
ゆる磁気抵抗効果型磁気センサを用いた磁気探知装置で
は、磁気抵抗効果型磁気センサのセンサ部１１０によっ
て互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向の外部磁界成分を
検出し、この検出された信号に対して同期検波回路等に
よって信号処理を施して、電圧レベルによってＸ軸方向
の外部磁界の大きさを示すアナログ信号ＶＸと、電圧レ
ベルによってＹ軸方向の外部磁界の大きさを示すアナロ
グ信号ＶＹとを出力するとともに、これらのアナログ信
号ＶＸ，ＶＹの基準となる基準電圧Ｖ０を出力する。

【００１０】以上のような磁気探知装置から出力される
アナログ信号ＶＸ及びアナログ信号ＶＹは、外部磁界の
方位θによって変化する。すなわち、外部磁界の大きさ
をＨＥとすると、アナログ信号ＶＸと基準電圧Ｖ０の差
はＨＥ・ｓｉｎθに比例し、アナログ信号ＶＹと基準電
圧Ｖ０の差はＨＥ・ｃｏｓθに比例する。したがって、
横軸に外部磁界の方位θをとって、アナログ信号ＶＸ及
びアナログ信号ＶＹの電圧をプロットすると、図１７に
示すようになる。

【００１１】そして、アナログ信号ＶＸと基準電圧Ｖ０
の差がＨＥ・ｓｉｎθに比例し、アナログ信号ＶＹと基
準電圧Ｖ０の差がＨＥ・ｃｏｓθに比例することから、
アナログ信号ＶＸと基準電圧Ｖ０の差と、アナログ信号
ＶＹと基準電圧Ｖ０の差との比は、下記式（１−１）に
示すように、ｔａｎθで表される。

【００１２】（ＶＸ−Ｖ０）／（ＶＹ−Ｖ０）＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ ・・・（１−１）したがって、外部磁界の方位θは、下記式（１−２）で
表される。

【００１３】 θ＝ｔａｎ^-1｛（ＶＸ−Ｖ０）／（ＶＹ−Ｖ０）｝・・・（１−２）ただし、上記式（１−２）において、ＶＸ≧０のとき
は、０°≦θ≦１８０°であり、ＶＸ＜０のときは、１
８０°＜θ＜３６０°である。

【００１４】そして、通常、磁気探知装置から出力され
た３つのアナログ信号、すなわちアナログ信号ＶＸ、ア
ナログ信号ＶＹ及び基準電圧Ｖ０は、Ａ／Ｄコンバータ
によってデジタル信号へ変換された上でコンピュータに
入力され、コンピュータによって上記式（１−２）に示
したような演算が行われ、外部磁界の方位θが算出され
る。

【００１５】ところで、このような磁気探知装置は、３
つのアナログ信号、すなわちアナログ信号ＶＸ、アナロ
グ信号ＶＹ及び基準電圧Ｖ０を出力するので、これらの
信号をコンピュータで処理するために、Ａ／Ｄコンバー
タとコンピュータ入力端子とが３組も必要となる。した
がって、このような磁気探知装置では、磁気探知装置を
組み込んだ機器の低価格化を進めることが困難であっ
た。

【００１６】具体的には、例えば、カラー陰極線管のよ
うな機器に以上のような磁気探知装置を組み込む際は、
電子ビームの制御等のような他の処理に使用されている
Ａ／Ｄコンバータ内蔵型小型コンピュータを、外部磁界
の方位の算出にも用いることが好ましい。しかし、Ａ／
Ｄコンバータ内蔵型小型コンピュータを、電子ビームの
制御等のような他の処理と、磁気探知装置から出力され
た信号の処理とで兼用することは、コンピュータにかか
る負担が大きすぎるために難しい。そのため、磁気探知
装置を組み込んだカラー陰極線管のような機器では、磁
気探知装置から出力された信号の処理を専用に行うコン
ピュータが必要となっており、低価格化を進めることが
困難となっていた。

【００１７】また、従来の磁気探知装置には、複数の方
向における外部磁界の大きさを示す信号を、１つのデジ
タル信号として出力するタイプのものもある。

【００１８】このような磁気探知装置では、例えば、互
いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向の外部磁界成分を検出
し、図１８に示すように、発振周期Ｔｘ１によって＋Ｘ
軸方向の外部磁界の大きさを示すデジタル信号ＶＸ１
と、発振周期Ｔｘ２によって−Ｘ軸方向の外部磁界の大
きさを示すデジタル信号ＶＸ２と、発振周期Ｔｙ１によ
って＋Ｙ軸方向の外部磁界の大きさを示すデジタル信号
ＶＹ１と、発振周期Ｔｙ２によって−Ｙ軸方向の外部磁
界の大きさを示すデジタル信号ＶＹ２とが、セレクト信
号Ｓ１０及びセレクト信号Ｓ１１によって切り替えら
れ、これらの信号が時系列に並べられたデジタル信号Ｖ
ｄを出力する。そして、通常、このような磁気探知装置
から出力されたデジタル信号Ｖｄはコンピュータに入力
され、コンピュータによって演算が行われて外部磁界の
方位θが算出される。

【００１９】このような磁気探知装置では、磁気探知装
置から出力される信号はデジタル信号であるので、磁気
探知装置から出力される信号は、Ａ／Ｄコンバータを介
することなく、コンピュータに取り込むことができる。

【００２０】しかし、このような磁気探知装置を用いる
場合には、デジタル信号Ｖｄの発振周期Ｔｘ１，Ｔｘ
２，Ｔｙ１，Ｔｙ２から、Ｘ軸方向の外部磁界の大きさ
や、Ｙ軸方向の外部磁界の大きさを求める必要があるの
で、コンピュータは発振周期Ｔｘ１，Ｔｘ２，Ｔｙ１，
Ｔｙ２を求めるためのカウンタ機能を備える必要があ
る。したがって、このような磁気探知装置では、コンピ
ュータにかかる負担が大きくなってしまい、磁気探知装
置を組み込んだ機器の低価格化を進めることが困難であ
った。

【００２１】具体的には、例えば、カラー陰極線管のよ
うな機器に以上のような磁気探知装置を組み込む際は、
電子ビームの制御等のような他の処理に使用されている
小型コンピュータを、外部磁界の方位の算出にも用いる
ことが好ましい。しかし、小型コンピュータを、電子ビ
ームの制御等のような他の処理と、磁気探知装置から出
力された信号の処理とで兼用することは、コンピュータ
にかかる負担が大きすぎるために難しい。そのため、磁
気探知装置を組み込んだカラー陰極線管のような機器で
は、磁気探知装置から出力された信号の処理を専用に行
うコンピュータが必要となっており、低価格化を進める
ことが困難となっていた。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来知
られている磁気探知装置では、磁気探知装置から出力さ
れた信号の処理を専用に行うコンピュータが必要となっ
ており、低価格化を進めることが難しかった。

【００２３】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、コンピュータによる処理
が容易な信号を出力し、低価格化を進めることが可能な
磁気探知装置を提供することを目的としている。

【００２４】また、本発明は、磁気センサによって検出
された信号をコンピュータによる処理が容易な信号に変
換する信号変換方法を提供することも目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る磁気探知装置は、外部磁界
の大きさを複数の方向について検出し、各方向における
外部磁界の大きさを示す信号を出力する磁気センサと、
上記磁気センサから出力された信号を、各方向における
外部磁界の大きさを示す信号が時系列に配された１つの
アナログ信号に、セレクト信号を用いて変換し出力する
信号変換手段とを備えることを特徴とするものである。
この磁気探知装置では、例えば、信号変換手段にセレク
ト信号によって動作するバイラテラルスイッチを設け、
このバイラテラルスイッチを用いて磁気センサから出力
される信号を１つの信号に変換する。

【００２６】このような本発明の磁気探知装置からの信
号をコンピュータに入力する際には、磁気探知装置から
出力されたアナログ信号をＡ／Ｄコンバータによってデ
ジタル信号に変換した上でコンピュータに入力する。こ
こで、本発明の磁気探知装置では、磁気センサからの複
数の信号を信号変換手段によって１つのアナログ信号に
まとめた上で出力しているので、磁気探知装置からの信
号をコンピュータに入力するのに必要なＡ／Ｄコンバー
タとコンピュータ入力端子は１組だけでよく、磁気探知
装置からの信号を非常に容易にコンピュータに入力する
ことができる。また、この磁気探知装置から出力される
信号はアナログ信号であるため、コンピュータによる処
理が容易であり、磁気探知装置からの信号の処理を行う
コンピュータに、カウンタ機能のような負荷の大きな機
能を設けることなく、磁気探知装置からの信号の処理を
行うことが出来る。

【００２７】上記磁気探知装置において、磁気センサ
は、少なくとも、互いに逆向きの第１の方向と第２の方
向における外部磁界の大きさを検出することが好まし
い。そして、このとき、信号変換手段によって変換され
出力されるアナログ信号のうち、第１の方向に対応して
出力されるアナログ信号と、第２の方向に対応して出力
されるアナログ信号とが、基準電位に対して差動の関係
にあることが好ましい。

【００２８】このように、基準電位に対して差動の関係
にある２つの信号、すなわち第１の方向に対応したアナ
ログ信号と、第１の方向に対して逆向きの第２の方向に
対応したアナログ信号とを磁気探知装置から出力するこ
とにより、外部磁界がない状態である０点を容易に識別
することが可能となる。

【００２９】また、ある方向における外部磁界の大きさ
を示す信号として、このように基準電位に対して差動の
関係にある２つのアナログ信号を出力することにより、
その方向における外部磁界の大きさに応じた信号を、出
力バッファなどの要因によって決まるダイナミックレン
ジの２倍の出力として得ることができる。すなわち、あ
る方向における外部磁界の大きさを検出する際に、基準
電位に対して差動の関係にある２つのアナログ信号を用
いることにより、分解能を２倍にすることができる。

【００３０】なお、上記磁気探知装置において、磁気セ
ンサから出力される信号は、アナログ信号であっても、
デジタル信号であってもよい。そして、磁気センサから
出力される信号がデジタル信号である場合には、例え
ば、信号変換手段に積分回路を設け、磁気センサから出
力されるデジタル信号を、この積分回路を用いて積分す
ることによってアナログ信号に変換する。

【００３１】一方、本発明に掛かる信号変換方法は、磁
気センサによって検出された複数の方向における外部磁
界の大きさを示す信号を変換する信号変換方法であっ
て、磁気センサから出力された各方向における外部磁界
の大きさを示す信号を、各方向における外部磁界の大き
さを示す信号が時系列に配された１つのアナログ信号
に、セレクト信号を用いて変換することを特徴とするも
のである。ここで、磁気センサから出力される信号は、
例えば、バイラテラルスイッチを用いて１つの信号に変
換する。

【００３２】なお、上記信号変換方法において、磁気セ
ンサから出力される信号は、アナログ信号であっても、
デジタル信号であってもよい。そして、磁気センサから
出力される信号がデジタル信号である場合には、例え
ば、磁気センサから出力されるデジタル信号は、積分回
路を用いて積分することによってアナログ信号に変換す
る。

【００３３】このような本発明の信号変換方法によれ
ば、磁気センサからの出力が、コンピュータへの入力が
容易な１つのアナログ信号に変換される。したがって、
この信号変換方法を適用した磁気探知装置では、磁気探
知装置からの信号を非常に容易にコンピュータに取り込
むことが可能となる。また、本発明の信号変換方法によ
って変換された信号は、アナログ信号であるため、コン
ピュータによる処理が非常に容易である。したがって、
この信号変換方法を適用した磁気探知装置では、出力さ
れる信号が、コンピュータによる処理が容易な信号とな
り、磁気探知装置からの信号の処理を行うコンピュータ
にカウンタ機能のような負荷の大きな機能を設ける必要
が無くなる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。なお、本発明は以下の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、変更が可能であ
ることは言うまでもない。

【００３５】まず、本実施の形態に係る磁気探知装置に
用いられる磁気センサについて説明する。

【００３６】この磁気センサは、磁気誘導型磁気センサ
であり、図１に示すように、リボン状やワイヤー状に形
成された細長いアモルファス等からなる磁性体１と、こ
の磁性体１の長手方向に巻回された銅線等からなるコイ
ル２とから構成されるセンサ部３を備えている。ここ
で、磁性体１には、数ガウス程度の微弱な磁界で急峻な
透磁率変化を示す角形特性に優れた磁性材料が用いられ
る。

【００３７】このようなセンサ部３による外部磁界検出
の原理について、図２を参照しながら説明する。この図
２は、交流バイアス電流ｉ１、又は交流バイアス電流ｉ
１を反転させた交流バイアス電流ｉ２を、センサ部３に
供給したときの状態について、センサ部３のインダクタ
ンスＬの変化と対応させて示したものである。

【００３８】センサ部３を用いて外部磁界Ｈｅｘを検出
する際は、コイル２に対して直流バイアス電流成分を含
んだ交流バイアス電流ｉ１を供給することにより、又
は、交流バイアス電流ｉ１を反転させた交流バイアス電
流ｉ２を供給することにより、センサ部３を長手方向に
磁化して、センサ部３の長手方向に直流バイアス磁界成
分を含んだ交流バイアス磁界を発生させる。ここで、コ
イル２に供給する交流バイアス電流ｉ１や交流バイアス
電流ｉ２は、センサ部３のインダクタンスＬが急峻な変
化を示す範囲を包括するように設定する。

【００３９】そして、図２に示すように、電流値がＩａ
からＩｂまで変化する交流バイアス電流ｉ１を供給した
とき、センサ部３のインダクタンスＬはＬｍａｘからＬ
ｍｉｎに変化する。このとき、外部磁界Ｈｅｘ＝０であ
るならば、交流バイアス電流ｉ１の立ち上がり時間ｔ１
は、ファラデーの法則によって下記式（２−１）のよう
に表される。

【００４０】

【数１】

【００４１】一方、このように交流バイアス電流ｉ１を
供給しているときに、外部磁界Ｈｅｘが加わると、セン
サ部３に流れる電流は、外部磁界Ｈｅｘ分だけシフトし
て、例えば、Ｉａ＋ＩｅｘからＩｂ＋Ｉｅｘまで変化す
るようになる。このとき、交流バイアス電流ｉ１は、Ｉ
ｅｘの分だけシフトすると共に、その応答波形が変化
し、立ち上がり時間や立ち下がり時間に変化が生じる。
具体的には、例えば、交流バイアス電流ｉ１の立ち上が
り時間ｔ１は、下記式（２−２）で表されるシフト時間
Δｔ１だけ変化する。

【００４２】

【数２】

【００４３】このように、交流バイアス電流ｉ１の立ち
上がり時間や立ち下がり時間は、外部磁界Ｈｅｘの変化
に応じて変化するので、交流バイアス電流ｉ１の立ち上
がり時間や立ち下がり時間のシフト量を検出することに
より、外部磁界Ｈｅｘの変化を検出することができる。

【００４４】また、交流バイアス電流ｉ１を反転させた
交流バイアス電流ｉ２、すなわち、図２に示すように、
電流値が−Ｉａから−Ｉｂまで変化するような交流バイ
アス電流ｉ２を供給したときも、センサ部３のインダク
タンスＬは、ＬｍａｘからＬｍｉｎへ変化する。このと
き、外部磁界Ｈｅｘ＝０であるならば、交流バイアス電
流ｉ２の立ち上がり時間ｔ２は、ファラデーの法則によ
って下記式（２−３）のように表され、上述の立ち上が
り時間ｔ１と同じとなる。

【００４５】

【数３】

【００４６】一方、このように交流バイアス電流ｉ２を
供給しているときに、外部磁界Ｈｅｘが加わると、セン
サ部３に流れる電流は、外部磁界Ｈｅｘ分だけシフトし
て、例えば、−Ｉａ＋Ｉｅｘから−Ｉｂ＋Ｉｅｘまで変
化するようになる。このとき、交流バイアス電流ｉ２
は、Ｉｅｘの分だけシフトすると共に、その応答波形が
変化し、立ち上がり時間や立ち下がり時間に変化が生じ
る。具体的には、例えば、交流バイアス電流ｉ２の立ち
上がり時間ｔ２は、下記式（２−４）で表されるシフト
時間Δｔ２だけ変化する。

【００４７】

【数４】

【００４８】このように、交流バイアス電流ｉ２の立ち
上がり時間や立ち下がり時間も、外部磁界Ｈｅｘの変化
に応じて変化するので、交流バイアス電流ｉ２の立ち上
がり時間や立ち下がり時間のシフト量を検出することに
より、外部磁界Ｈｅｘの変化を検出することができる。

【００４９】そして、交流バイアス電流ｉ１の立ち上が
り時間や立ち下がり時間のシフト量と、交流バイアス電
流ｉ２の立ち上がり時間や立ち下がり時間のシフト量と
は、互いに符号が逆で同じ大きさとなっており、差動の
関係にある。したがって、順方向に電流を流したときの
立ち上がり時間や立ち下がり時間と、逆方向に電流を流
したときの立ち上がり時間や立ち下がり時間とを測定
し、これらの差動を取ることにより、外部磁界Ｈｅｘの
変化に応じた信号を、一定の方向にだけ電流を流したと
きに比べて２倍の出力として取り出すことができる。ま
た、このように差動を取った場合、外部磁界Ｈｅｘ＝０
のときには、交流バイアス電流の立ち上がり時間や立ち
下がり時間が互いにキャンセルされるので、外部磁界Ｈ
ｅｘがない状態である０点を容易に認識することができ
る。

【００５０】そして、以上のようなセンサ部を備えた磁
気センサは、例えば、図３に示すような回路構成とされ
る。すなわち、磁気センサは、例えば、バイラテラルス
イッチ１０内に配されたセンサ部１１と、バイラテラル
スイッチ１０に接続された抵抗１２と、方形波発振電圧
Ｖｂを供給する発振電圧供給源１３と、抵抗１２の両端
から導出された配線に接続されたシュミットトリガ回路
１４と、シュミットトリガ回路１４からの出力と発振電
圧供給源１３からの発振電圧とを比較するロジック回路
１５とから構成される。

【００５１】ここで、センサ部１１は、上述したよう
に、リボン状やワイヤー状に形成された細長いアモルフ
ァス等からなる磁性体と、この磁性体の長手方向に巻回
された銅線等からなるコイルとから構成される。そし
て、このセンサ部１１は、スイッチＳＷ１、スイッチＳ
Ｗ２、スイッチＳＷ３及びスイッチＳＷ４を備えたバイ
ラテラルスイッチ１０内に配されており、センサ部１１
に流れる電流方向は、このバイラテラルスイッチ１０に
よって反転させることができるようになっている。そし
て、バイラテラルスイッチ１０に接続された抵抗１２
は、センサ部１１に対して直列となるように接続されて
おり、この抵抗１２とセンサ部１１とによって積分回路
が構成される。

【００５２】この積分回路の両端は、発振電圧供給源１
３に接続されており、この発振電圧供給源１３から積分
回路に方形波発振電圧Ｖｂが供給され、これにより、セ
ンサ部１１及び抵抗１２に積分電流が流れる。なお、発
振電圧供給源１３から供給される発振電圧は、方形波に
限られるものではなく、三角波等であってもよい。

【００５３】一方、抵抗１２の両端から導出された配線
に接続されたシュミットトリガ回路１４は、上述のよう
な積分電流が流れたときに抵抗１２に生じる発振電圧Ｖ
ｒを検出し、後述するように、この発振電圧Ｖｒの応答
波形に基づいた信号として、方形波発振電圧Ｖｓｏを出
力する。

【００５４】そして、このシュミットトリガ回路１４か
ら出力される方形波発振電圧Ｖｓｏは、ロジック回路１
５に供給される。また、ロジック回路１５には、発振電
圧供給源１３からの方形波発振電圧Ｖｂも供給される。
そして、ロジック回路１５は、シュミットトリガ回路１
４からの方形波発振電圧Ｖｓｏと、発振電圧供給源１３
からの方形波発振電圧Ｖｂとを比較して、後述するよう
に、積分電流が流れたときに抵抗１２に生じる発振電圧
Ｖｒの立ち上がり時間及び立ち下がり時間に対応したパ
ルス電圧信号Ｖｐを出力する。

【００５５】このような磁気センサの動作について、バ
イラテラルスイッチ１０によって一定の方向にだけセン
サ部１１に電流が流れるようにしたときの各部の電圧波
形のタイムチャートである図４を参照しながら説明す
る。

【００５６】まず、発振電圧供給源１３から、図４
（１）に示すように、方形波発振電圧Ｖｂがセンサ部１
１に供給され、これにより、センサ部１１と抵抗１２と
からなる積分回路に積分電流が流れる。このとき、抵抗
１２に生じる発振電圧Ｖｒ、すなわちシュミットトリガ
回路１４に供給される発振電圧Ｖｒの波形は、図４
（２）に示すように、図４（１）に示した方形波発振電
圧Ｖｂに対して、立ち上がり及び立ち下がり時に遅延が
生じた波形となる。この発振電圧Ｖｒの波形は、センサ
部１１に流れる電流の応答波形に対応するものであり、
したがって、この発振電圧Ｖｒの立ち上がり及び立ち下
がり時の遅延は、センサ部１１に加わる外部磁界Ｈｅｘ
の大きさに応じて変化する。

【００５７】そして、シュミットトリガ回路１４は、図
４（２）に示した発振電圧Ｖｒを、立ち上がり時にシュ
ミット電圧ＶｓＨでコンパレートすると共に、立ち下が
り時にシュミット電圧ＶｓＬでコンパレートし、図４
（３）に示すように波形整形された方形波発振電圧Ｖｓ
ｏを出力する。ここで、シュミット電圧ＶｓＬ，ＶｓＨ
は、センサ部１１に流れる電流の立ち上がり時及び立ち
下がり時におけるセンサ部１１のインダクタンスＬのＬ
ｍａｘからＬｍｉｎへの変化を包括するように設定して
おく。

【００５８】そして、ロジック回路１５は、図４（１）
に示したような発振電圧供給源１３から供給される方形
波発振電圧Ｖｂと、図４（３）に示したようなシュミッ
トトリガ回路１４から供給される方形波発振電圧Ｖｓｏ
との位相を比較し、図４（４）に示すようなパルス電圧
信号Ｖｐを出力する。ここで、パルス電圧信号Ｖｐのパ
ルス幅は、センサ部１１と抵抗１２とからなる積分回路
に積分電流が流れたときに抵抗１２に生じる発振電圧Ｖ
ｒの立ち上がり時間又は立ち下がり時間を示している。

【００５９】そして、上述したように発振電圧Ｖｒの波
形はセンサ部１１に流れる電流の応答波形に対応してい
るので、ロジック回路１５から出力されるパルス電圧信
号Ｖｐのパルス幅は、センサ部１１に流れる電流の立ち
上がり時間又は立ち下がり時間を示している。そして、
センサ部１１に流れる電流の立ち上がり時間及び立ち下
がり時間は、上述したように外部磁界Ｈｅｘの大きさに
依存しているので、このパルス電圧信号Ｖｐは、センサ
部１１に加わっている外部磁界Ｈｅｘの大きさを示して
いる。すなわち、この磁気センサは、外部磁界の大きさ
に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号であるパ
ルス電圧信号ｖｐを、外部磁界Ｈｅｘの大きさを示す信
号として出力する。

【００６０】ところで、このような磁気センサにおい
て、磁気センサによって検出される外部磁界Ｈｅｘは、
センサ部１１の長手方向の成分だけある。したがって、
磁気センサから出力されるパルス電圧信号Ｖｐのパルス
幅変化量Δｔｓは、センサ部１１の長手方向に生じる磁
界と、外部磁界Ｈｅｘとが成す角度θに依存しており、
係数をαとすると、下記式（２−５）で表される。

【００６１】 Δｔｓ＝−α・Ｈｅｘ・ｃｏｓθ ・・・（２−５）すなわち、外部磁界Ｈｅｘが一定のとき、図５に示すよ
うに、パルス電圧信号Ｖｐのパルス幅変化量Δｔｓは、
センサ部１１の長手方向に生じる磁界と、外部磁界Ｈｅ
ｘとが成す角度θに依存して変化する。なお、図５で
は、センサ部１１の長手方向に生じる磁界の向きと、外
部磁界Ｈｅｘの向きとが同じときの方位を０°としてい
る。

【００６２】このように、磁気センサから出力されるパ
ルス電圧信号Ｖｐのパルス幅変化量Δｔｓは、外部磁界
Ｈｅｘの方位情報を含んでいるので、後述するように、
磁気センサに複数のセンサ部を設けて、それぞれのセン
サ部で異なる方向の外部磁界成分を検出することによ
り、外部磁界の方位を検出することが可能となる。

【００６３】なお、この磁気センサは、バイラテラルス
イッチ１０を備えており、上述したように、バイラテラ
ルスイッチ１０によってセンサ部１１に流れる電流方向
を反転させることができるようになっている。すなわ
ち、図３において、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ４
がオンで、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３がオフの
とき、図３の矢印Ａの向きに電流が流れ、また、スイッ
チＳＷ１及びスイッチＳＷ４がオフで、スイッチＳＷ２
及びスイッチＳＷ３がＯＮのとき、図３の矢印Ｂの向き
に電流が流れる。そして、バイラテラルスイッチ１０に
よってセンサ部１１に流れる電流方向を反転させて外部
磁界Ｈｅｘを検出することにより、一定の方向にだけ電
流を流したときに比べて約２倍の出力を得ることが可能
となり、また、外部磁界Ｈｅｘがない状態である０点を
容易に認識することが可能となる。

【００６４】つぎに、以上のような磁気センサを用いた
本実施の形態に係る磁気探知装置について説明する。

【００６５】本実施の形態に係る磁気探知装置は、外部
磁界の大きさを検出する磁気センサと、磁気センサから
の信号を１つのアナログ信号に変換して出力する信号変
換手段とを備えている。そこで、まず、本実施の形態に
係る磁気探知装置の磁気センサについて説明する。

【００６６】この磁気センサは、外部磁界の大きさを２
方向について検出し、各方向における外部磁界の大きさ
を示す信号を出力するものであり、図６に示すように、
Ｘ軸方向に配された第１のセンサ部１１ｘと、Ｘ軸方向
に直交するＹ軸方向に配された第２のセンサ部１１ｙと
を備えている。そして、この磁気センサには、第１の入
力端子２１から、バイラテラルスイッチの動作を制御す
るための第１のセレクト信号Ｓ０が入力され、同様に、
第２の入力端子２２から、バイラテラルスイッチの動作
を制御するための第２のセレクト信号Ｓ１が入力され
る。また、この磁気センサの出力端子２３からは、外部
磁界の大きさに応じてパルス幅が変化するパルス電圧信
号Ｖｐが出力される。

【００６７】この磁気センサの回路構成を図７に示す。
図７に示すように、この磁気センサは、互いに直交する
２つのセンサ部１１ｘ，１１ｙと、これらのセンサ部１
１ｘ，１１ｙに流れる電流を制御する８つのスイッチｓ
ａ１，ｓａ２，ｓａ３，ｓａ４，ｓａ５，ｓａ６，ｓａ
７，ｓａ８を有するバイラテラルスイッチ２４とを備え
ており、この他は図３に示した磁気センサと同様な回路
構成とされる。

【００６８】ここで、バイラテラルスイッチ２４は、第
１の入力端子２１及び第２の入力端子２２から入力され
る第１のセレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ１
により、各スイッチが切り替わるようになっている。

【００６９】そして、バイラテラルスイッチ２４のスイ
ッチｓａ１及びスイッチｓａ４がオンで他のスイッチが
オフのとき、第１のセンサ部１１ｘに対して矢印Ｘ１の
向きに電流が流れ、スイッチｓａ２及びスイッチｓａ３
がオンで他のスイッチがオフのとき、第１のセンサ部１
１ｘに対して矢印Ｘ２の向きに電流が流れる。また、バ
イラテラルスイッチ２４のスイッチｓａ５及びスイッチ
ｓａ８がオンで他のスイッチがオフのとき、第２のセン
サ部１１ｙに対して矢印Ｙ１の向きに電流が流れ、スイ
ッチｓａ６及びスイッチｓａ７がオンで他のスイッチが
オフのとき、第２のセンサ部１１ｙに対して矢印Ｙ２の
向きに電流が流れる。なお、以下の説明では、矢印Ｘ１
の方向を順方向、矢印Ｘ２の方向を逆方向と呼び、同様
に、矢印Ｙ１の方向を順方向、矢印Ｙ２の方向を逆方向
と呼ぶこととする。

【００７０】このような磁気センサから出力される信号
について、図８のタイムチャートを参照しながら説明す
る。

【００７１】図８（１）は、バイラテラルスイッチ２４
の切り替えを行うために第１の入力端子２１から入力さ
れる第１のセレクト信号Ｓ０の電圧波形を示しており、
図８（２）は、バイラテラルスイッチ２４の切り替えを
行うために第２の入力端子２２から入力される第２のセ
レクト信号Ｓ１の電圧波形を示している。この図８
（１）及び図８（２）に示すように、バイラテラルスイ
ッチ２４の切り替えを行うための信号である第１のセレ
クト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ１は、２ビット
のデジタル信号である。

【００７２】そして、このような第１のセレクト信号Ｓ
０及び第２のセレクト信号Ｓ１によってバイラテラルス
イッチ２４の各スイッチが切り替わり、図８の範囲Ｈ１
の部分では、第１のセンサ部１１ｘに電流が順方向に流
れ、図８の範囲Ｈ２の部分では、第１のセンサ部１１ｘ
に電流が逆方向に流れ、図８の範囲Ｈ３の部分では、第
２のセンサ部１１ｙに電流が順方向に流れ、図８の範囲
Ｈ４の部分では、第２のセンサ部１１ｙに電流が逆方向
に流れる。

【００７３】また、図８（３）は、磁気センサ内で発振
電圧供給源１３から第１のセンサ部１１ｘ及び第２のセ
ンサ部１１ｙに供給される方形波発振電圧Ｖｂの電圧波
形を示しており、図８（４）は、磁気センサの出力端子
２３から出力されるパルス電圧信号Ｖｐの電圧波形を示
している。

【００７４】図８（４）に示したパルス電圧信号Ｖｐに
おいて、第１のパルス幅Ｔ１は、第１の磁気センサ１１
ｘに順方向に流れる電流を供給したときに、第１の磁気
センサ１１ｘに生じる発振電圧Ｖｒの立ち上がり時間を
示しており、第２のパルス幅Ｔ２は、第１の磁気センサ
１１ｘに順方向に流れる電流を供給したときに、第１の
磁気センサ１１ｘに生じる発振電圧Ｖｒの立ち下がり時
間を示している。また、第３のパルス幅Ｔ３は、第１の
磁気センサ１１ｘに逆方向に流れる電流を供給したとき
に、第１の磁気センサ１１ｘに生じる発振電圧Ｖｒの立
ち上がり時間を示しており、第４のパルス幅Ｔ４は、第
１の磁気センサ１１ｘに逆方向に流れる電流を供給した
ときに、第１の磁気センサ１１ｘに生じる発振電圧Ｖｒ
の立ち下がり時間を示している。

【００７５】また、図８（４）に示したパルス電圧信号
Ｖｐにおいて、第５のパルス幅Ｔ５は、第２の磁気セン
サ１１ｙに順方向に流れる電流を供給したときに、第２
の磁気センサ１１ｙに生じる発振電圧Ｖｒの立ち上がり
時間を示しており、第６のパルス幅Ｔ６は、第２の磁気
センサ１１ｙに順方向に流れる電流を供給したときに、
第２の磁気センサ１１ｙに生じる発振電圧Ｖｒの立ち下
がり時間を示している。また、第７のパルス幅Ｔ７は、
第２の磁気センサ１１ｙに逆方向に流れる電流を供給し
たときに、第２の磁気センサ１１ｙに生じる発振電圧Ｖ
ｒの立ち上がり時間を示しており、第８のパルス幅Ｔ８
は、第２の磁気センサ１１ｙに逆方向に流れる電流を供
給したときに、第２の磁気センサ１１ｙに生じる発振電
圧Ｖｒの立ち下がり時間を示している。

【００７６】なお、このような第１乃至第８のパルス幅
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８と、
外部磁界の方位θとの関係は、Ｔｘ＝Ｔ１＋Ｔ２Ｔｘ’＝Ｔ３＋Ｔ４Ｔｙ＝Ｔ５＋Ｔ６Ｔｙ’＝Ｔ７＋Ｔ８とおくと、下記式（２−６）で表される。

【００７７】 θ＝ｔａｎ^-1｛（Ｔｙ’−Ｔｙ）／（Ｔｘ’−Ｔｘ）｝・・・（２−６）ただし、上記式（２−６）において、０≦（Ｔｙ’−Ｔ
ｙ）のときは、０≦θ≦１８０°であり、（Ｔｙ’−Ｔ
ｙ）＜０のときは、１８０°＜θ＜３６０°である。

【００７８】つぎに、以上のような磁気センサからの信
号を１つのアナログ信号に変換して出力する信号変換手
段について説明する。

【００７９】この信号変換手段は、磁気センサから出力
された信号を、各方向における外部磁界の大きさを示す
信号が時系列に配された１つのアナログ信号に、第１の
セレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ１を用いて
変換し出力するものであり、図９に示すように、入力端
子３１に接続された抵抗Ｒａと、抵抗Ｒａに接続された
バイラテラルスイッチ３２と、バイラテラルスイッチ３
２内に配された４つのコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ
４と、バイラテラルスイッチ３２に接続されたバッファ
回路３３と、バッファ回路３３に接続された交流増幅回
路３４とを備えている。そして、この信号変換手段に
は、入力端子３１から磁気センサの出力、すなわちパル
ス電圧信号Ｖｐが入力されるとともに、交流増幅回路３
４の出力端子３５から、後述するように、磁気センサか
らの出力を１つのアナログ信号にまとめた信号が出力さ
れる。

【００８０】ここで、バイラテラルスイッチ３２は、８
つのスイッチｓｂ１，ｓｂ２，ｓｂ３，ｓｂ４，ｓｂ
５，ｓｂ６，ｓｂ７，ｓｂ８を備えており、また、この
バイラテラルスイッチ３２からは、第１の入力端子３６
及び第２の入力端子３７が導出されている。そして、第
１の入力端子３６から、バイラテラルスイッチ３２の各
スイッチの動作を制御するための第１のセレクト信号Ｓ
０が入力され、同様に、第２の入力端子３７から、バイ
ラテラルスイッチ３２の各スイッチの動作を制御するた
めの第２のセレクト信号Ｓ１が入力されるようになって
いる。

【００８１】ここで、信号変換手段のバイラテラルスイ
ッチ３２に入力される第１のセレクト信号Ｓ０及び第２
のセレクト信号Ｓ１は、磁気センサのバイラテラルスイ
ッチ２４の動作を制御するために用いた第１のセレクト
信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ１と同じ信号であ
り、これにより、信号変換手段のバイラテラルスイッチ
３２は、磁気センサのバイラテラルスイッチ２４の切り
替えと同期して切り替わることとなる。

【００８２】すなわち、信号変換手段のバイラテラルス
イッチ３２は、磁気センサの第１のセンサ部１１ｘに対
して、順方向に流れる電流が供給されているときには、
スイッチｓｂ１及びスイッチｓｂ２がオン、他のスイッ
チがオフとされ、逆方向に流れる電流が供給されている
ときには、スイッチｓｂ３及びスイッチｓｂ４がオン、
他のスイッチがオフとされる。また、磁気センサの第２
のセンサ部１１ｙに対して、順方向に流れる電流が供給
されているときには、スイッチｓｂ５及びスイッチｓｂ
６がオン、他のスイッチがオフとされ、逆方向に流れる
電流が供給されているときには、スイッチｓｂ７及びス
イッチｓｂ８がオン、他のスイッチがオフとされる。

【００８３】このとき、第１のセンサ部１１ｘに対して
順方向に電流を流したときに得られるパルス電圧信号Ｖ
ｐは、抵抗ＲａとコンデンサＣ１によって積分されて、
アナログ信号に変換され、また、第１のセンサ部１１ｘ
に対して逆方向に電流を流したときに得られるパルス電
圧信号Ｖｐは、抵抗ＲａとコンデンサＣ２によって積分
され、アナログ信号に変換される。同様に、第２のセン
サ部１１ｙに対して順方向に電流を流したときに得られ
るパルス電圧信号Ｖｐは、抵抗ＲａとコンデンサＣ３に
よって積分されて、アナログ信号に変換され、また、第
２のセンサ部１１ｙに対して逆方向に電流を流したとき
に得られるパルス電圧信号Ｖｐは、抵抗Ｒａとコンデン
サＣ４によって積分され、アナログ信号に変換される。

【００８４】このように、バイラテラルスイッチ３２を
第１のセレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ１に
よって切り替えるとともに、磁気センサからのパルス電
圧信号Ｖｐを抵抗Ｒａ及びコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ
３，Ｃ４を用いて積分することにより、第１のセンサ部
１１ｘに対して順方向に電流を流したときに得られるパ
ルス電圧信号Ｖｐがアナログ信号に変換された信号と、
第１のセンサ部１１ｘに対して逆方向に電流を流したと
きに得られるパルス電圧信号Ｖｐがアナログ信号に変換
された信号と、第２のセンサ１１ｙに対して順方向に電
流を流したときに得られるパルス電圧信号Ｖｐがアナロ
グ信号に変換された信号と、第２のセンサ部１１ｙに対
して逆方向に電流を流したときに得られるパルス電圧信
号Ｖｐがアナログ信号に変換された信号とが、この順に
時系列に配された１つのアナログ信号、すなわち、各方
向における外部磁界の大きさを示す信号が時系列に配さ
れた１つのアナログ信号が得られる。

【００８５】そして、このように得られたアナログ信号
は、バッファ回路３３を介して、交流増幅器３４に入力
され、この交流増幅器３４によって増幅された上で出力
端子３５から出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。

【００８６】このような信号変換手段から出力される信
号、すなわち本実施の形態に係る磁気探知装置から出力
される出力信号Ｖｏｕｔについて、図１０のタイムチャ
ートを参照しながら説明する。

【００８７】ここで、図１０（１）は、第１のセレクト
信号Ｓ０の電圧波形を示しており、図１０（２）は、第
２のセレクト信号Ｓ１の電圧波形を示している。これら
第１のセレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ１
は、上述したように、バイラテラルスイッチ３２を切り
替えるための信号であり、２ビットのデジタル信号であ
る。また、図１０（３）は、磁気探知装置からの出力信
号Ｖｏｕｔの電圧波形を示している。

【００８８】図１０（３）に示すように、磁気探知装置
からの出力信号Ｖｏｕｔは、基準電位Ｖ０を中心に大き
さが変化するアナログ信号である。そして、このアナロ
グ信号において、図１０の範囲Ｈ５の部分の電圧値Ｖ１
は、第１のセンサ部１１ｘによって検出された＋Ｘ軸方
向の外部磁界の大きさを示しており、図１０の範囲Ｈ６
の部分の電圧値Ｖ２は、第１のセンサ部１１ｘによって
検出された−Ｘ軸方向の外部磁界の大きさを示してお
り、図１０の範囲Ｈ７の部分の電圧値Ｖ３は、第２のセ
ンサ部１１ｙによって検出された＋Ｙ軸方向の外部磁界
の大きさを示しており、図１０の範囲Ｈ８の部分の電圧
値Ｖ４は、第２のセンサ部１１ｙによって検出された−
Ｙ軸方向の外部磁界の大きさを示している。

【００８９】ここで、磁気センサのセンサ部１１ｘ，１
１ｙに流れる電流が互いに反転しているときの出力は、
基準電位Ｖ０を中心とした差動出力となる。したがっ
て、電圧値Ｖ１及び電圧値Ｖ２により、Ｘ軸方向の外部
磁界の大きさについて、外部磁界がない状態である０点
を容易に認識できるとともに、出力信号Ｖｏｕｔをダイ
ナミックレンジの２倍の出力として取り出すことが出来
る。同様に、電圧値Ｖ３及び電圧値Ｖ４により、Ｙ軸方
向の外部磁界の大きさについて、外部磁界がない状態で
ある０点を容易に認識できるとともに、出力信号Ｖｏｕ
ｔをダイナミックレンジの２倍の出力として取り出すこ
とが出来る。

【００９０】なお、このような磁気探知装置からの出力
信号Ｖｏｕｔに基づいて外部磁界の方位θを求める際
は、例えば、出力信号ＶｏｕｔをＡ／Ｄコンバータによ
ってデジタル信号に変換した上でコンピュータに入力し
て、コンピュータによって下記式（２−７）に示すよう
な演算を行えばよい。

【００９１】 θ＝ｔａｎ^-1｛（Ｖ４−Ｖ３）／（Ｖ２−Ｖ１）｝・・・（２−７）ただし、上記式（２−７）において、０≦（Ｖ４−Ｖ
３）のときは、０≦θ≦１８０°であり、（Ｖ２−Ｖ
１）＜０のときは、１８０°＜θ＜３６０°である。

【００９２】以上のような本実施の形態に係る磁気探知
装置では、磁気センサからの信号を信号変換手段によっ
て１つのアナログ信号にまとめた上で出力しているの
で、磁気探知装置からの信号をコンピュータに入力する
のに必要なＡ／Ｄコンバータとコンピュータ入力端子は
１組だけでよい。したがって、この磁気探知装置からの
出力信号Ｖｏｕｔは、非常に容易にコンピュータに入力
することができる。また、この磁気探知装置からの出力
信号Ｖｏｕｔはアナログ信号であり、コンピュータによ
る処理が非常に容易である。

【００９３】なお、このような磁気探知装置から出力信
号Ｖｏｕｔをコンピュータに取り込んで外部磁界の方位
θを求める際には、出力信号Ｖｏｕｔから、時系列に配
された４つの電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４をコンピュ
ータ内で判別しなければならない。そして、これらを判
別するためには、磁気センサのバイラテラルスイッチ２
４や、信号変換手段のバイラテラルスイッチ３２の切り
替えに使用される信号、すなわち第１のセレクト信号Ｓ
０及び第２のセレクト信号Ｓ１が必要である。

【００９４】そこで、磁気探知装置から出力信号Ｖｏｕ
ｔをコンピュータに取り込む際には、例えば、第１のセ
レクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ１を、当該コ
ンピュータから出力するようにする。すなわち、コンピ
ュータから第１のセレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト
信号Ｓ１を出力して、これらの信号を磁気探知装置に入
力してバイラテラルスイッチ２４，３２の切り替えに使
用するとともに、これらの信号をコンピュータ内におい
て各電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の判別に使用するよ
うにする。

【００９５】また、逆に、磁気探知装置から第１のセレ
クト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ１を出力し、こ
れらの信号をコンピュータに入力するようにしてもよ
い。すなわち、磁気探知装置から、出力信号Ｖｏｕｔと
ともに第１のセレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号
Ｓ１を出力して、これらの信号をコンピュータに入力
し、コンピュータ内において、磁気探知装置から入力さ
れた第１のセレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信号Ｓ
１を用いて各電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の判別する
ようにしてもよい。

【００９６】ところで、上記磁気探知装置では、磁気セ
ンサとして磁気誘導型磁気センサを用いたが、本発明に
係る磁気探知装置において、磁気センサの種類は特に限
定されるものではない。すなわち、本発明に係る磁気探
知装置では、例えば、磁気センサとして、フラックスゲ
ート型磁気センサや磁気抵抗効果型磁気センサ等も使用
可能である。

【００９７】そこで、以下、フラックスゲート型磁気セ
ンサを用いた磁気探知装置、及び磁気抵抗効果型磁気セ
ンサを用いた磁気探知装置について説明する。

【００９８】図１１に示すように、フラックスゲート型
磁気センサのセンサ部５０は、外部磁界によってヒステ
リシス曲線がシフトする特殊な高透磁率材料からなる環
状の磁気コア５１に、励磁用コイル５２及び検出用コイ
ル５３を巻回して構成される。

【００９９】このセンサ部５０で外部磁界を検出する際
には、磁気コア５１が過飽和状態にまで励磁されるよう
な高周波電流を励磁用コイル５２に流しておく。このと
き、外部からの磁界が磁気コア５１に作用していなけれ
ば、検出用コイル５３の左右のコイル５３ａ，５３ｂか
らの出力は同じ出力波形となる。そして、検出用コイル
５３の左右のコイル５３ａ，５３ｂは逆相に接続されて
いるので、検出用コイル５３の左側のコイル５３ａから
の出力と、検出用コイル５３の右側のコイル５３ｂから
の出力とが互いに打ち消し合って検出用コイル５３全体
からは何も出力されないこととなる。

【０１００】一方、例えば、励磁用コイル５２によって
右回りの磁束Ｂ１が磁気コア５１内に発生しているとき
に、図１１中のＮからＳに至る方向に外部磁界Ｈｅｘが
加わると、外部磁界Ｈｅｘがバイアス磁界として作用し
て、磁気コア５１の右側が早く飽和し、逆に磁気コア５
１の左側が遅れて飽和する。そして、検出用コイル５３
の左右のコイル５３ａ，５３ｂは逆相に接続されている
ので、検出用コイル５３の左側のコイル５３ａからの出
力と、検出用コイル５３の右側のコイル５３ｂからの出
力との差分が、外部磁界Ｈｅｘの大きさに対応して出力
されることとなる。

【０１０１】以上のようなセンサ部を有するフラックス
ゲート型磁気センサを使用した磁気探知装置の一構成例
を図１２に示す。

【０１０２】ここで、フラックスゲート型磁気センサ
は、Ｘ軸方向の外部磁界と、Ｙ軸方向の外部磁界とを検
出するために、検出用コイルの巻回方向が互いに直行し
た１組のセンサ部を備えている。すなわち、このフラッ
クスゲート型磁気センサは、センサ部６０に、Ｘ軸方向
の外部磁界検出用の第１の検出用コイル６０ａと、Ｙ軸
方向の外部磁界検出用の第２の検出用コイル６０ｂとを
備えている。

【０１０３】そして、このフラックスゲート型磁気セン
サで外部磁界を検出する際は、発振器６１から交流バイ
アス電流ドライバ６２を介して励磁用コイル６０ｃに発
振電流を供給し、このときに、第１の検出用コイル６０
ａに発生した電圧を、発振器６１からの発振電圧を用い
て同期検波回路６３ａによって同期検波した上で、積分
回路６４ａによって積分して出力する。これにより、電
圧レベルによって＋Ｘ軸方向の外部磁界の大きさを示す
第１のアナログ信号Ｖａ１と、電圧レベルによって−Ｘ
軸方向の外部磁界の大きさを示す第２のアナログ信号Ｖ
ａ２とが、フラックスゲート型磁気センサから出力され
る。同様に、発振器６１から交流バイアス電流ドライバ
６２を介して励磁用コイル６０ｃに発振電流を供給した
ときに、第２の検出用コイル６０ｂに発生した電圧を、
発振器６１からの発振電圧を用いて同期検波回路６３ｂ
によって同期検波した上で、積分回路６４ｂによって積
分して出力する。これにより、電圧レベルによって＋Ｙ
軸方向の外部磁界の大きさを示す第３のアナログ信号Ｖ
ａ３と、電圧レベルによって−Ｙ軸方向の外部磁界の大
きさを示す第４のアナログ信号Ｖａ４とが、フラックス
ゲート型磁気センサから出力される。

【０１０４】そして、このようなフラックスゲート型磁
気センサからの出力は、信号変換手段に入力される。こ
こで、信号変換手段は、フラックスゲート型磁気センサ
からの出力が入力されるバイラテラルスイッチ６５と、
バイラテラルスイッチ６５に接続されたバッファ回路６
６と、バッファ回路６６に接続された交流増幅回路６７
とを備えている。なお、上述の磁気誘導型磁気センサを
用いた磁気探知装置では、磁気誘導型磁気センサからの
出力がデジタル信号なので、信号変換手段に積分回路を
設けたが、フラックスゲート型磁気センサを用いた磁気
探知装置では、フラックスゲート型磁気センサからの出
力がアナログ信号なので、信号変換手段は積分回路を備
えている必要はない。

【０１０５】この信号変換手段のバイラテラルスイッチ
６５は、第１のセレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信
号Ｓ１によって切り替えが行われる４つのスイッチｓｃ
１，ｓｃ２，ｓｃ３，ｓｃ４を備えている。そして、こ
れらのスイッチを切り替えることにより、フラックスゲ
ート型磁気センサから出力された第１のアナログ信号Ｖ
ａ１、第２のアナログ信号Ｖａ２、第３のアナログ信号
Ｖａ３及び第４のアナログ信号Ｖａ４が、この順に時系
列に配された１つのアナログ信号にまとめられる。そし
て、このようにまとめられた１つのアナログ信号、すな
わち、各方向における外部磁界の大きさを示す信号が時
系列に配された１つのアナログ信号は、バッファ回路６
６を介して交流増幅器６７に入力され、この交流増幅器
６７によって増幅された上で出力端子から出力信号Ｖｏ
ｕｔとして出力される。

【０１０６】このような磁気探知装置においても、磁気
誘導型磁気センサを用いた磁気探知装置と同様に、磁気
センサからの信号を信号変換手段によって１つのアナロ
グ信号にまとめた上で出力しているので、磁気探知装置
からの信号をコンピュータに入力するのに必要なＡ／Ｄ
コンバータとコンピュータ入力端子は１組だけでよい。
したがって、この磁気探知装置からの出力信号Ｖｏｕｔ
は、非常に容易にコンピュータに入力することができ
る。また、この磁気探知装置からの出力信号Ｖｏｕｔは
アナログ信号であり、コンピュータによる処理が非常に
容易である。

【０１０７】つぎに、磁気抵抗効果型磁気センサを用い
た磁気探知装置について説明する。

【０１０８】磁気抵抗効果型磁気センサのセンサ部は、
磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果を利用して外部磁界を
検出するものであり、図１３に示すように、このセンサ
部７０は、４つの磁気抵抗効果素子７１，７２，７３，
７４が互いに直交するように形成されたセンサチップ７
５と、センサチップ７５が内部に配される空心コイル７
６とから構成される。このようなセンサ部に使用される
磁気抵抗効果素子は、Ｎｉ合金等からなる強磁性薄膜の
磁気抵抗効果を応用した磁電変換素子であり、印加され
た磁界の強さに応じて、その抵抗値が変化する特性を持
っている。

【０１０９】そして、このセンサ部７０で外部磁界を検
出する際は、空心コイル７６に交流バイアス電流を流
し、これにより、各磁気抵抗素子７１，７２，７３，７
４に対して４５°方向の交流バイアス磁界を印加する。

【０１１０】このとき、外部磁界がバイアス磁界として
センサチップ７５に作用しない限り、各磁気抵抗効果素
子７１，７２，７３，７４の抵抗値は全て同じ値にな
り、磁気抵抗効果素子７１及び磁気抵抗効果素子７２か
ら導出された端子７７と、磁気抵抗効果素子７３及び磁
気抵抗効果素子７４から導出された端子７８との間の電
位差はゼロとなる。そして、外部磁界がバイアス磁界と
してセンサチップ７５に作用すると、各磁気抵抗素子７
１，７２，７３，７４に印加されているバイアス磁界の
方向が変化し、各磁気抵抗効果素子７１，７２，７３，
７４の抵抗値が変化する。その結果、端子７７と端子７
８との間に電位差が生じて、端子７７及び端子７８から
交流の差動電圧が出力される。すなわち、磁気抵抗効果
型磁気センサのセンサ部７０からは、外部磁界Ｈｅｘの
大きさに対応した信号として、交流の差動電圧が出力さ
れることとなる。

【０１１１】以上のようなセンサ部を有する磁気抵抗効
果型磁気センサを使用した磁気探知装置の一構成例を図
１４に示す。

【０１１２】ここで、磁気抵抗効果型磁気センサは、Ｘ
軸方向の外部磁界と、Ｙ軸方向の外部磁界とを検出する
ために、空心コイルの巻回方向が互いに直行した１組の
センサ部を備えている。すなわち、この磁気抵抗効果型
磁気センサのセンサ部８０は、Ｘ軸方向の外部磁界検出
用の第１のセンサチップと、Ｙ軸方向の外部磁界検出用
の第２のセンサチップとを備えている。

【０１１３】そして、この磁気抵抗効果型磁気センサで
外部磁界を検出する際は、センサ部８０の空心コイルに
対して発振器８１から交流バイアス電流ドライバ８２を
介して発振電流を供給し、このときに、センサ部８０の
第１のセンサチップから出力された差動電圧の差動をと
った出力Ｖｓ１を、発振器８１からの発振電圧を用いて
同期検波回路８３ａによって同期検波した上で出力す
る。これにより、電圧レベルによって＋Ｘ軸方向の外部
磁界の大きさを示す第１のアナログ信号Ｖａ５と、電圧
レベルによって−Ｘ軸方向の外部磁界の大きさを示す第
２のアナログ信号Ｖａ６とが、磁気抵抗効果型磁気セン
サから出力される。同様に、センサ部８０の空心コイル
に対して発振器８１から交流バイアス電流ドライバ８２
を介して発振電流を供給し、このときに、センサ部８０
の第２のセンサチップから出力された差動電圧の差動を
とった出力Ｖｓ２を、発振器８１からの発振電圧を用い
て同期検波回路８３ｂによって同期検波した上で出力す
る。これにより、電圧レベルによって＋Ｙ軸方向の外部
磁界の大きさを示す第３のアナログ信号Ｖａ７と、電圧
レベルによって−Ｙ軸方向の外部磁界の大きさを示す第
４のアナログ信号Ｖａ８とが、磁気抵抗効果型磁気セン
サから出力される。

【０１１４】そして、このような磁気抵抗効果型磁気セ
ンサからの出力は、信号変換手段に入力される。ここ
で、信号変換手段は、磁気抵抗効果型磁気センサからの
出力が入力されるバイラテラルスイッチ８４と、バイラ
テラルスイッチ８４に接続されたバッファ回路８５と、
バッファ回路８５に接続された交流増幅回路８６とを備
えている。なお、上述の磁気誘導型磁気センサを用いた
磁気探知装置では、磁気誘導型磁気センサからの出力が
デジタル信号なので、信号変換手段に積分回路を設けた
が、磁気抵抗効果型磁気センサを用いた磁気探知装置で
は、磁気抵抗効果型磁気センサからの出力がアナログ信
号なので、信号変換手段は積分回路を備えている必要は
ない。

【０１１５】この信号変換手段のバイラテラルスイッチ
８４は、第１のセレクト信号Ｓ０及び第２のセレクト信
号Ｓ１によって切り替えが行われる４つのスイッチｓｄ
１，ｓｄ２，ｓｄ３，ｓｄ４を備えている。そして、こ
れらのスイッチを切り替えることにより、フラックスゲ
ート型磁気センサから出力された第１のアナログ信号Ｖ
ａ５、第２のアナログ信号Ｖａ６、第３のアナログ信号
Ｖａ７及び第４のアナログ信号Ｖａ８が、この順に時系
列に配された１つのアナログ信号にまとめられる。そし
て、このようにまとめられた１つのアナログ信号、すな
わち、各方向における外部磁界の大きさを示す信号が時
系列に配された１つのアナログ信号は、バッファ回路８
５を介して交流増幅器８６に入力され、この交流増幅器
８６によって増幅された上で出力端子から出力信号Ｖｏ
ｕｔとして出力される。

【０１１６】このような磁気探知装置においても、磁気
誘導型磁気センサを用いた磁気探知装置と同様に、磁気
センサからの信号を信号変換手段によって１つのアナロ
グ信号にまとめた上で出力しているので、磁気探知装置
からの信号をコンピュータに入力するのに必要なＡ／Ｄ
コンバータとコンピュータ入力端子が１組だけでよく、
磁気探知装置からの出力信号Ｖｏｕｔを非常に容易にコ
ンピュータに入力することができる。また、この磁気探
知装置においても、磁気探知装置からの出力信号Ｖｏｕ
ｔはアナログ信号であるため、コンピュータによる処理
は非常に容易である。

【０１１７】なお、以上の説明では、磁気探知装置の磁
気センサに２つのセンサ部を設けて、平面内における外
部磁界の方向を検出するようにしたが、磁気センサに３
つ以上のセンサ部を設けるようにしてもよいことは言う
までもない。すなわち、例えば、立体空間内での外部磁
界の方向を検出したいときには、互いに直行する３つの
センサ部を磁気センサに設ければ良い。

【０１１８】また、本発明の用途としては、主に地磁気
方位検出用の磁気探知装置が挙げられるが、本発明は地
磁気方位検出用の磁気探知装置に限定されるものではな
い。すなわち、本発明は、コンピュータによる処理を必
要とする磁気探知装置に対して広く有効であり、多くの
用途の磁気探知装置に適用可能である。

【０１１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、磁気センサからの複数の信号が１つのアナロ
グ信号にまとめられた上で磁気探知装置から出力される
ので、磁気探知装置からの信号のコンピュータへの入力
が非常に容易になる。

【０１２０】また、本発明では、磁気探知装置から出力
される信号がアナログ信号となるため、磁気探知装置か
らの信号をコンピュータによって容易に処理できるよう
になる。したがって、本発明によれば、磁気探知装置か
らの信号の処理を行うコンピュータに、カウンタ機能の
ような負荷の大きな機能を設ける必要が無くなる。

【０１２１】そして、本発明を適用した磁気探知装置か
ら出力される信号は、コンピュータによる処理が容易で
あり、コンピュータに掛かる負担が軽い。したがって、
本発明によれば、例えば、カラー陰極線管のような機器
に磁気探知装置を組み込む際に、電子ビームの制御等の
ような他の処理に使用されている小型コンピュータを、
外部磁界の方位の算出にも用いることが可能となる。し
たがって、本発明によれば、磁気探知装置を組み込んだ
機器の低価格化を進めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気誘導型磁気センサのセンサ部の一例を示す
模式図である。

【図２】磁気誘導型磁気センサのセンサ部による外部磁
界検出の原理を説明するための図である。

【図３】磁気センサの一構成例を示す回路図である。

【図４】図３に示した磁気センサの各部における電圧波
形のタイムチャートを示す図である。

【図５】パルス電圧信号Ｖｐのパルス幅変化量Δｔｓ
と、外部磁界Ｈｅｘとの関係を示す図である。

【図６】本発明を適用した磁気探知装置に使用される磁
気センサの一例を示す模式図である。

【図７】本発明を適用した磁気探知装置に使用される磁
気センサの一構成例を示す回路図である。

【図８】図７に示した磁気センサからの出力を説明する
ためのタイムチャートを示す図である。

【図９】本発明を適用した磁気探知装置の信号変換手段
の一構成例を示す回路図である。

【図１０】図９に示した信号変換手段からの出力を説明
するためのタイムチャートを示す図である。

【図１１】フラックスゲート型磁気センサのセンサ部の
一例を示す模式図である。

【図１２】フラックスゲート型磁気センサを用いた磁気
探知装置の一構成例を示すブロック図である。

【図１３】磁気抵抗効果型磁気センサのセンサ部の一例
を示す模式図である。

【図１４】磁気抵抗効果型磁気センサを用いた磁気探知
装置の一構成例を示すブロック図である。

【図１５】従来の磁気探知装置の一構成例を示すブロッ
ク図である。

【図１６】従来の磁気探知装置の他の構成例を示すブロ
ック図である。

【図１７】従来の磁気探知装置からの出力と外部磁界の
方位との関係を示す図である。

【図１８】外部磁界の大きさを示す信号をデジタル信号
として出力する従来の磁気探知装置からのデジタル信号
出力の電圧波形のタイムチャートを示す図である。

【符号の説明】

１磁性体２コイル３センサ部１０バイラテラルスイッチ１１，１１ｘ，１１ｙセンサ部１２抵抗１３発振電圧供給源１４シュミットトリガ回路１５ロジック回路２１第１の入力端子２２第２の入力端子２３出力端子２４バイラテラルスイッチ３１入力端子３２バイラテラルスイッチ３３バッファ回路３４交流増幅回路３５出力端子Ｒａ抵抗Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４コンデンサＳ０第１のセレクト信号Ｓ１第２のセレクト信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部磁界の大きさを複数の方向について
検出し、各方向における外部磁界の大きさを示す信号を
出力する磁気センサと、上記磁気センサから出力された信号を、各方向における
外部磁界の大きさを示す信号が時系列に配された１つの
アナログ信号に、セレクト信号を用いて変換し出力する
信号変換手段とを備えることを特徴とする磁気探知装
置。
【請求項２】前記セレクト信号が、デジタル信号であ
ることを特徴とする請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項３】前記信号変換手段が、前記セレクト信号
によって動作するバイラテラルスイッチを備えており、このバイラテラルスイッチを用いて、前記磁気センサか
ら出力される信号を１つの信号に変換することを特徴と
する請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項４】前記セレクト信号が、外部回路から入力
されることを特徴とする請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項５】前記セレクト信号を、外部回路に出力す
ることを特徴とする請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項６】前記磁気センサが、少なくとも、互いに
逆向きの第１の方向と第２の方向における外部磁界の大
きさを検出し、前記信号変換手段によって変換され出力されるアナログ
信号のうち、第１の方向に対応して出力されるアナログ
信号と、第２の方向に対応して出力されるアナログ信号
とが、基準電位に対して差動の関係にあることを特徴と
する請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項７】前記磁気センサから出力される信号が、
デジタル信号であることを特徴とする請求項１記載の磁
気探知装置。
【請求項８】前記信号変換手段が積分回路を備えてお
り、前記デジタル信号を、上記積分回路を用いて積分するこ
とによってアナログ信号に変換することを特徴とする請
求項７記載の磁気探知装置。
【請求項９】前記信号変換手段から出力されたアナロ
グ信号を増幅する交流増幅器を備えていることを特徴と
する請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項１０】磁気センサによって検出された複数の
方向における外部磁界の大きさを示す信号を変換する信
号変換方法であって、磁気センサから出力された各方向における外部磁界の大
きさを示す信号を、各方向における外部磁界の大きさを
示す信号が時系列に配された１つのアナログ信号に、セ
レクト信号を用いて変換することを特徴とする信号変換
方法。
【請求項１１】前記セレクト信号が、デジタル信号で
あることを特徴とする請求項１０記載の信号変換方法。
【請求項１２】前記磁気センサから出力される信号
を、バイラテラルスイッチを用いて１つの信号に変換す
ることを特徴とする請求項１０記載の信号変換方法。
【請求項１３】前記セレクト信号を、外部回路から入
力することを特徴とする請求項１０記載の信号変換方
法。
【請求項１４】前記セレクト信号を、外部回路に出力
することを特徴とする請求項１０記載の信号変換方法。
【請求項１５】前記磁気センサから出力される信号
が、デジタル信号であることを特徴とする請求項１０記
載の信号変換方法。
【請求項１６】前記磁気センサから出力される信号
を、積分回路を用いて積分することによってアナログ信
号に変換することを特徴とする請求項１５記載の信号変
換方法。
【請求項１７】前記信号変換手段から出力されたアナ
ログ信号を交流増幅器によって増幅することを特徴とす
る請求項１０記載の信号変換方法。