JPH0989567A - 磁気方位センサ - Google Patents
磁気方位センサInfo
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- JPH0989567A JPH0989567A JP26938695A JP26938695A JPH0989567A JP H0989567 A JPH0989567 A JP H0989567A JP 26938695 A JP26938695 A JP 26938695A JP 26938695 A JP26938695 A JP 26938695A JP H0989567 A JPH0989567 A JP H0989567A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気センサのばらつきや温度変化及び経時変
化による誤差要因を除去し、周囲の環境変化に対し、安
定な高精度の磁気方位センサの提供。 【解決手段】 磁気センサ１を、モータ２とロータリー
エンコーダ３により、被検出平面６上で回転できるよう
に固定する。更に、最大値制御装置４をモータ駆動装置
５に接続した、モータ駆動装置５をモータ２に接続す
る。ある基準点からの磁気センサ１の回転角度は、ロー
タリーエンコーダ３で検出され、その出力は最大値制御
装置４に入力される。
化による誤差要因を除去し、周囲の環境変化に対し、安
定な高精度の磁気方位センサの提供。 【解決手段】 磁気センサ１を、モータ２とロータリー
エンコーダ３により、被検出平面６上で回転できるよう
に固定する。更に、最大値制御装置４をモータ駆動装置
５に接続した、モータ駆動装置５をモータ２に接続す
る。ある基準点からの磁気センサ１の回転角度は、ロー
タリーエンコーダ３で検出され、その出力は最大値制御
装置４に入力される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地磁気を検出して
方位角を検出する磁気方位センサに関し、特に、磁気セ
ンサのばらつきや周囲温度の変化、及び経時変化に対し
て安定な出力を得ることができる磁気方位センサに関す
る。
方位角を検出する磁気方位センサに関し、特に、磁気セ
ンサのばらつきや周囲温度の変化、及び経時変化に対し
て安定な出力を得ることができる磁気方位センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の磁気方位センサの一例として、磁
気センサを用いた磁気方位センサを示す。図２は、従来
の磁気センサの磁気抵抗素子の配置及びバイアス磁界の
方向を示す概略図である。
気センサを用いた磁気方位センサを示す。図２は、従来
の磁気センサの磁気抵抗素子の配置及びバイアス磁界の
方向を示す概略図である。
【０００３】図２において、二つの磁気抵抗素子１１，
１２は、直交配置され、直列に接続してある。入力端子
１３とＧＮＤ端子１４間に、所定の入力電圧ＶINを印加
し、出力端子１５から出力電圧Ｖoutを測定する。
１２は、直交配置され、直列に接続してある。入力端子
１３とＧＮＤ端子１４間に、所定の入力電圧ＶINを印加
し、出力端子１５から出力電圧Ｖoutを測定する。
【０００４】又、バイアス磁界発生手段１６により、磁
気抵抗素子１１，１２の磁気抵抗エレメントパターンに
対し、４５度方向から所定のバイアス磁界Ｈ1を印加し
ている。このバイアス磁界Ｈ1を印加した時の磁気抵抗
素子の出力電圧を基準として、前記出力電圧Ｖoutの大
きさ及び極性によって外部の磁気量及び磁気極性を検出
している。
気抵抗素子１１，１２の磁気抵抗エレメントパターンに
対し、４５度方向から所定のバイアス磁界Ｈ1を印加し
ている。このバイアス磁界Ｈ1を印加した時の磁気抵抗
素子の出力電圧を基準として、前記出力電圧Ｖoutの大
きさ及び極性によって外部の磁気量及び磁気極性を検出
している。
【０００５】更に、図３により原理を説明する。図３
は、磁気センサの出力を説明するための原理図である。
曲線ａは、磁気センサを１回転させた時の外部磁気（地
磁気）の変化を示すグラフであり、曲線ｂは、磁気セン
サを１回転させた時の磁気センサ出力電圧の変化を示す
グラフであり、曲線ｃは、磁界Ｈに対する磁気センサの
出力電圧の変化を示すグラフである。外部の磁気がな
く、所定の直流バイアス磁界Ｈ1を印加した時の磁気抵
抗素子の出力電圧をＶ1とする。ここで、地磁気の大き
さをＨ2とすると、地磁気中で磁気センサが１回転した
時に、磁気センサにかかる外部磁界は、Ｈ2ｓｉｎθで
表される。よって、磁気抵抗素子に印加される全磁界
は、Ｈ1＋Ｈ2ｓｉｎθとなり、磁界（Ｈ1＋Ｈ2）時の磁
気抵抗素子の出力電圧をＶ2とおくと、磁気抵抗素子の
出力電圧Ｖout’は、下式で表される。 Ｖout’＝Ｖ1＋（Ｖ2−Ｖ1）ｓｉｎωｔ ・・・・・・・・・・・・・・・・
は、磁気センサの出力を説明するための原理図である。
曲線ａは、磁気センサを１回転させた時の外部磁気（地
磁気）の変化を示すグラフであり、曲線ｂは、磁気セン
サを１回転させた時の磁気センサ出力電圧の変化を示す
グラフであり、曲線ｃは、磁界Ｈに対する磁気センサの
出力電圧の変化を示すグラフである。外部の磁気がな
く、所定の直流バイアス磁界Ｈ1を印加した時の磁気抵
抗素子の出力電圧をＶ1とする。ここで、地磁気の大き
さをＨ2とすると、地磁気中で磁気センサが１回転した
時に、磁気センサにかかる外部磁界は、Ｈ2ｓｉｎθで
表される。よって、磁気抵抗素子に印加される全磁界
は、Ｈ1＋Ｈ2ｓｉｎθとなり、磁界（Ｈ1＋Ｈ2）時の磁
気抵抗素子の出力電圧をＶ2とおくと、磁気抵抗素子の
出力電圧Ｖout’は、下式で表される。 Ｖout’＝Ｖ1＋（Ｖ2−Ｖ1）ｓｉｎωｔ ・・・・・・・・・・・・・・・・
【０００６】従って、初期状態（外部磁界０）磁気抵抗
素子の出力電圧Ｖ1を基準とすれば、数式の第２項
（Ｖ2−Ｖ1）ｓｉｎωｔによって、外部磁界の大きさ及
び極性を判別することが可能となる。
素子の出力電圧Ｖ1を基準とすれば、数式の第２項
（Ｖ2−Ｖ1）ｓｉｎωｔによって、外部磁界の大きさ及
び極性を判別することが可能となる。
【０００７】更に、磁気方位センサとするため、磁気セ
ンサを２個使用した例を図４に示す。磁気センサＡ及び
磁気センサＢは、互いに９０度の角度で配置されてお
り、磁気センサＡの出力をＶ’A、磁気センサＢの出力
をＶ’Bとすると、地磁気の方向に対する磁気方位セン
サの角度θは、下記の式で表される。 θ＝ｔａｎ-1（Ｖ’B／Ｖ’A） ・・・・・・・・・・・・・・・・・
ンサを２個使用した例を図４に示す。磁気センサＡ及び
磁気センサＢは、互いに９０度の角度で配置されてお
り、磁気センサＡの出力をＶ’A、磁気センサＢの出力
をＶ’Bとすると、地磁気の方向に対する磁気方位セン
サの角度θは、下記の式で表される。 θ＝ｔａｎ-1（Ｖ’B／Ｖ’A） ・・・・・・・・・・・・・・・・・
【０００８】従って、磁気センサＡ及び磁気センサＢの
出力を式に代入すれば、磁気方位が明かとなる。通
常、前記磁気抵抗素子の出力電圧Ｖ1，Ｖ2は、予め測定
しておくことで、磁気抵抗素子の出力電圧から方位角を
測定できる。
出力を式に代入すれば、磁気方位が明かとなる。通
常、前記磁気抵抗素子の出力電圧Ｖ1，Ｖ2は、予め測定
しておくことで、磁気抵抗素子の出力電圧から方位角を
測定できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、磁気
抵抗素子の抵抗値は、ばらつきや温度特性を持っている
ため、磁気抵抗素子のオフセット出力電圧Ｖ0（バイア
ス磁界０の時の磁気抵抗素子出力電圧）が変化する。
又、経時変化によっても同様である。
抵抗素子の抵抗値は、ばらつきや温度特性を持っている
ため、磁気抵抗素子のオフセット出力電圧Ｖ0（バイア
ス磁界０の時の磁気抵抗素子出力電圧）が変化する。
又、経時変化によっても同様である。
【００１０】この変化は、数式において、磁気抵抗素
子の出力電圧Ｖ1及びＶ2両方に寄与し、磁気抵抗素子の
オフセット出力電圧の変化量を△Ｖとするなら、磁気抵
抗素子出力電圧Ｖout’は、下式で表される。 Ｖout’＝（Ｖ1＋△Ｖ）＋［（Ｖ2＋△Ｖ）−（Ｖ1＋△Ｖ）］ｓｉｎωｔ ＝（Ｖ1＋△Ｖ）＋（Ｖ2−Ｖ1）ｓｉｎωｔ ・・・・・・・・・・
子の出力電圧Ｖ1及びＶ2両方に寄与し、磁気抵抗素子の
オフセット出力電圧の変化量を△Ｖとするなら、磁気抵
抗素子出力電圧Ｖout’は、下式で表される。 Ｖout’＝（Ｖ1＋△Ｖ）＋［（Ｖ2＋△Ｖ）−（Ｖ1＋△Ｖ）］ｓｉｎωｔ ＝（Ｖ1＋△Ｖ）＋（Ｖ2−Ｖ1）ｓｉｎωｔ ・・・・・・・・・・
【００１１】数式から明かなように、磁気センサの外
部磁界０における基準電圧に誤差が生じ、これが磁気セ
ンサのオフセット出力誤差となって現れてしまう欠点を
有している。又、前記磁気抵抗素子のオフセット出力電
圧の温度変化及び経時変化は、変化極性が正及び負の両
方あり得るため、補正することが不可能である。
部磁界０における基準電圧に誤差が生じ、これが磁気セ
ンサのオフセット出力誤差となって現れてしまう欠点を
有している。又、前記磁気抵抗素子のオフセット出力電
圧の温度変化及び経時変化は、変化極性が正及び負の両
方あり得るため、補正することが不可能である。
【００１２】従って、この誤差を含んだ状態で、式の
計算を行えば、方位計算に誤差が生じてしまい、正確な
方位計算を求めることが不可能となる。
計算を行えば、方位計算に誤差が生じてしまい、正確な
方位計算を求めることが不可能となる。
【００１３】又、磁気抵抗素子の磁気に対する感度（抵
抗変化率）も一定ではなく、地磁気の大きさＨ2につい
ても、環境によっては一様ではないので、正確に方位を
測定するのが困難である。
抗変化率）も一定ではなく、地磁気の大きさＨ2につい
ても、環境によっては一様ではないので、正確に方位を
測定するのが困難である。
【００１４】本発明は、この磁気センサのばらつきや温
度変化及び経時変化による誤差要因を除去し、周囲の環
境変化に対し、安定な高精度の磁気方位センサを提供す
ることを目的としている。
度変化及び経時変化による誤差要因を除去し、周囲の環
境変化に対し、安定な高精度の磁気方位センサを提供す
ることを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、被検出平面内
で１回転させた時に出力が１周期となるように構成され
た磁気センサと、この磁気センサを被検出平面内で回転
させるための回転手段と、この回転手段のある基準点か
らの角度を知るための角度測定手段とからなり、前記の
磁気センサと回転手段は、磁気センサの出力が前記被検
出平面内で最大又は最小となる方向に向くための制御手
段を有し、前記角度測定手段により、ある基準点からの
回転角を測定することによって、その基準点と被検出平
面内で磁気の最大又は最小となる方向のなす角度を検出
することを特徴とする磁気方位センサである。
で１回転させた時に出力が１周期となるように構成され
た磁気センサと、この磁気センサを被検出平面内で回転
させるための回転手段と、この回転手段のある基準点か
らの角度を知るための角度測定手段とからなり、前記の
磁気センサと回転手段は、磁気センサの出力が前記被検
出平面内で最大又は最小となる方向に向くための制御手
段を有し、前記角度測定手段により、ある基準点からの
回転角を測定することによって、その基準点と被検出平
面内で磁気の最大又は最小となる方向のなす角度を検出
することを特徴とする磁気方位センサである。
【００１６】（作用）本発明によれば、磁気センサは、
磁気が最大（最小）の方向を検出するためだけに用いる
ため、磁気センサのオフセット電圧や感度のばらつきや
外部環境による変化の影響を受けない。又、地磁気の大
きさによらず、磁気の最大（最小）の点を基準とした絶
対角度が検出できるから、地磁気のばらつきや外部環境
に影響されない高精度な磁気方位センサが得られる。
磁気が最大（最小）の方向を検出するためだけに用いる
ため、磁気センサのオフセット電圧や感度のばらつきや
外部環境による変化の影響を受けない。又、地磁気の大
きさによらず、磁気の最大（最小）の点を基準とした絶
対角度が検出できるから、地磁気のばらつきや外部環境
に影響されない高精度な磁気方位センサが得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。
づいて説明する。
【００１８】図１は、本発明の一実施例の磁気方位セン
サの構成を示す斜視図である。図１において、磁気セン
サ１は、モータ２とロータリーエンコーダ３からなる回
転手段で、しかも、被検出平面６上で回転できるように
固定されている。ここで、ある基準点位置からの磁気セ
ンサ１の回転角度は、ロータリーエンコーダ３により検
出される。磁気センサ１の出力は、最大値制御装置４に
入力されている。最大値制御装置４は、モータ駆動装置
５に接続され、モータ駆動装置５は、モータ２に接続さ
れている。
サの構成を示す斜視図である。図１において、磁気セン
サ１は、モータ２とロータリーエンコーダ３からなる回
転手段で、しかも、被検出平面６上で回転できるように
固定されている。ここで、ある基準点位置からの磁気セ
ンサ１の回転角度は、ロータリーエンコーダ３により検
出される。磁気センサ１の出力は、最大値制御装置４に
入力されている。最大値制御装置４は、モータ駆動装置
５に接続され、モータ駆動装置５は、モータ２に接続さ
れている。
【００１９】図２は、図１の実施例における磁気センサ
１の構成を示す概略図である。この磁気センサは、外部
磁界に対して１回転した時に、１周期の出力を持てばよ
く、その他の例としては、フラックスゲート方式の磁気
センサが知られている。
１の構成を示す概略図である。この磁気センサは、外部
磁界に対して１回転した時に、１周期の出力を持てばよ
く、その他の例としては、フラックスゲート方式の磁気
センサが知られている。
【００２０】磁気センサは、図２に示すように、第１の
磁気抵抗素子１１と、それと直交するように配置された
第２の磁気抵抗素子１２が直列接続されており、入力端
子１３とＧＮＤ端子１４間に入力電圧ＶiNが印加されて
いる。
磁気抵抗素子１１と、それと直交するように配置された
第２の磁気抵抗素子１２が直列接続されており、入力端
子１３とＧＮＤ端子１４間に入力電圧ＶiNが印加されて
いる。
【００２１】この直交配置した磁気抵抗素子１１，１２
に対して、４５度の方向から所定のバイアス印加手段１
６により、バイアス磁界Ｈ1を印加し、出力端子１５よ
り出力電圧Ｖoutを検出している。
に対して、４５度の方向から所定のバイアス印加手段１
６により、バイアス磁界Ｈ1を印加し、出力端子１５よ
り出力電圧Ｖoutを検出している。
【００２２】図２の磁気センサの出力を図３を用いて説
明する。ここで、地磁気等の外部磁気Ｈ2、磁気センサ
に印加しているバイアス磁界Ｈ1と地磁気Ｈ2のなす角度
をθとすると、地磁気中で磁気センサが１回転した時
に、磁気センサにかかる外部磁界は、曲線ａで示すよう
に、Ｈ2ｓｉｎθで表される。よって、磁気抵抗素子に
印加される全磁界は、Ｈ1＋Ｈ2ｓｉｎθで表される。こ
こで、磁気センサの磁界に対する出力電圧Ｖoutは、曲
線ｃで表されることにより、この磁気センサが地磁気Ｈ
2に対して１回転した時の出力は、曲線ｂで示されるよ
うに、θ＝３６０度で１周期の出力電圧特性を有する。
明する。ここで、地磁気等の外部磁気Ｈ2、磁気センサ
に印加しているバイアス磁界Ｈ1と地磁気Ｈ2のなす角度
をθとすると、地磁気中で磁気センサが１回転した時
に、磁気センサにかかる外部磁界は、曲線ａで示すよう
に、Ｈ2ｓｉｎθで表される。よって、磁気抵抗素子に
印加される全磁界は、Ｈ1＋Ｈ2ｓｉｎθで表される。こ
こで、磁気センサの磁界に対する出力電圧Ｖoutは、曲
線ｃで表されることにより、この磁気センサが地磁気Ｈ
2に対して１回転した時の出力は、曲線ｂで示されるよ
うに、θ＝３６０度で１周期の出力電圧特性を有する。
【００２３】図１の最大値制御装置４は、磁気センサ１
の出力を検出し、磁気センサ１の出力が最大（又は最
小）となる方向にモータ駆動装置５を介してモータ２を
回転させ、磁気センサ１の出力が最大（又は最小）とな
る点で静止するように構成される。例えば、コンピュー
タ等の演算処理で、この処理を行ってもよいし、アナロ
グ演算回路でフィードバック制御してもよい。この制御
を被測定物の動作速度より高速で制御すれば、磁気セン
サ１は、常時、出力最大点で静止している状態となる。
の出力を検出し、磁気センサ１の出力が最大（又は最
小）となる方向にモータ駆動装置５を介してモータ２を
回転させ、磁気センサ１の出力が最大（又は最小）とな
る点で静止するように構成される。例えば、コンピュー
タ等の演算処理で、この処理を行ってもよいし、アナロ
グ演算回路でフィードバック制御してもよい。この制御
を被測定物の動作速度より高速で制御すれば、磁気セン
サ１は、常時、出力最大点で静止している状態となる。
【００２４】磁気センサ１の出力が最大（又は最小）と
なる点と、ある基準点（被測定物の方向）とのなす角度
は、ロータリーエンコーダ３で検出される。地磁気Ｈ2
の最大（又は最小）となる方向と被測定物の角度を知る
ことにより、被測定物の方位を知ることができる。
なる点と、ある基準点（被測定物の方向）とのなす角度
は、ロータリーエンコーダ３で検出される。地磁気Ｈ2
の最大（又は最小）となる方向と被測定物の角度を知る
ことにより、被測定物の方位を知ることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の磁気方
位センサにおいては、磁気抵抗素子等の磁気センサの出
力の絶対値を用いず、出力の最大、又は最小となる点を
追従して方位を測定するから、磁気センサの出力のばら
つきや、環境による出力の変化の影響を受けず、正確に
被測定物の方位の測定をすることができる。よって、周
囲の環境変化に対して、安定な、高精度の磁気方位セン
サを提供することが可能となり、この工業的価値は大で
ある。
位センサにおいては、磁気抵抗素子等の磁気センサの出
力の絶対値を用いず、出力の最大、又は最小となる点を
追従して方位を測定するから、磁気センサの出力のばら
つきや、環境による出力の変化の影響を受けず、正確に
被測定物の方位の測定をすることができる。よって、周
囲の環境変化に対して、安定な、高精度の磁気方位セン
サを提供することが可能となり、この工業的価値は大で
ある。
【図１】本発明の一実施例における磁気方位センサの構
成を示す斜視図。
成を示す斜視図。
【図２】磁気方位センサ内の磁気センサの構成を示す概
略図。
略図。
【図３】磁気方位センサの出力を説明するための原理
図。
図。
【図４】従来の磁気方位センサにおける磁気センサの配
置を示す概略図。
置を示す概略図。
１ 磁気センサ ２ モータ ３ ロータリーエンコーダ ４ 最大値制御装置 ５ モータ駆動装置 ６ 被検出平面 １１ （第１の）磁気抵抗素子 １２ （第２の）磁気抵抗素子 １３ 入力端子 １４ ＧＮＤ端子 １５ 出力端子 １６ バイアス磁界発生手段 ａ，ｂ，ｃ 曲線 Ｈ1 （直流）バイアス磁界 Ｈ2 地磁気（の大きさ） ＶIN 入力電圧 Ｖ1，Ｖ2，Ｖout 出力電圧
Claims (1)
- 【請求項１】 被検出平面内で１回転させた時に出力が
１周期となるように構成された磁気センサと、この磁気
センサを被検出平面内で回転させるための回転手段と、
この回転手段のある基準点からの角度を知るための角度
測定手段とからなり、前記の磁気センサと回転手段は、
磁気センサの出力が前記被検出平面内で最大又は最小と
なる方向に向くための制御手段を有し、前記角度測定手
段により、ある基準点からの回転角を測定することによ
って、その基準点と被検出平面内で磁気の最大又は最小
となる方向のなす角度を検出することを特徴とする磁気
方位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26938695A JPH0989567A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 磁気方位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26938695A JPH0989567A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 磁気方位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989567A true JPH0989567A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17471691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26938695A Withdrawn JPH0989567A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 磁気方位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989567A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111123367A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-08 | 重庆大学 | 一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统及方法 |
-
1995
- 1995-09-21 JP JP26938695A patent/JPH0989567A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111123367A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-08 | 重庆大学 | 一种基于水下磁扰动信号的双基定位探测系统及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20041108 |