JPH1164473A

JPH1164473A - 磁気センサ及び磁気方位センサ

Info

Publication number: JPH1164473A
Application number: JP24207597A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 崇志佐藤; Yasunari Yamanobe; 康徳山野邊
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】回路及びその調整部位の低減、動作安定性と
温度安定性の改善が図れる磁気センサと磁気方位センサ
を提供する。【解決手段】高周波電流が通電されるアモルファス磁
性体ワイヤ１とバイアス磁界を与えるコイル２から成る
磁気測定部３と、コイルに流す電流値を変化させて測定
磁界と同じ大きさで逆向きの磁界を発生させる電流値を
検出する検出手段を備える磁気センサで、上記検出手段
が、正弦波を通電する交流コイル21及び直流を通電する
直流コイル22と、上記ワイヤ１両端電圧からモニターさ
れるインピーダンスの正弦波と交流コイルの正弦波を位
相比較して検波を行う位相検波回路12と、位相検波出力
が０となるよう直流コイルへの電流を増幅する直流増幅
器13とで構成されることを特徴とし、磁気方位センサは
二又は三組の磁気センサを直交して配置し構成した磁気
方位測定部を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地磁気等の微弱磁
界を検出し、これ等微弱磁界の強さ、向き、方向を測定
するための磁気センサ及び磁気方位センサに係り、特
に、これ等センサにおける回路並びにその調整部位の低
減が図れ、かつ、動作安定性並びに温度安定性の改善が
図れる磁気センサ及び磁気方位センサの改良に関するも
のである。

【０００２】尚、以下の記述で磁界の強さは地磁気の場
合は全磁力、向きは一次元における方向を意味する。

【０００３】

【従来の技術】従来、例えば地磁気（数万ｎＴ、数十Ａ
／ｍ）を精度よく検出する磁気方位センサとして、フラ
ックスゲート型磁気センサが最もよく使われている。フ
ラックスゲート型磁気センサは、パーマロイ等の高透磁
率磁心の対称なＢ−Ｈ飽和特性が、外部磁界により変化
することを利用して磁界測定を行うもので、±１°の方
位測定精度を有する。しかし、地磁気検出用フラックス
ゲート型磁気センサは、原理的な理由により大型の磁心
を必要とし、センサ全体の寸法、形状を小さくすること
が不可能である。フラックスゲート型磁気センサ以外の
磁気センサとしては、半導体を用いたホール素子、磁性
体（以下、強磁性体のことを単に磁性体と称する）薄膜
を用いた磁気抵抗素子等がある。しかし、これ等は寸法
・形状は小さいものの、磁界に対する感度は、地磁気を
検出するには精度が一桁足りず、正確に地磁気の検出を
行えない欠点があった。

【０００４】この様な技術的背景の下、本発明者等は、
小型でかつ地磁気を検出するのに十分な精度を有する磁
気センサ並びに磁気方位センサ等を既に提案している
（特開平７−２４８３６５号公報参照）。

【０００５】すなわち、この磁気センサは、図９に示す
ように高周波電流が通電されるアモルファス磁性体ワイ
ヤａと、このアモルファス磁性体ワイヤａにバイアス磁
界を与えるコイルｂとで磁気測定部ｃの主要部が構成さ
れ、かつ、一対の磁気測定部ｃを互いに平行に配置して
構成されるものであった。

【０００６】尚、図９中、ｄは上記アモルファス磁性体
ワイヤａに高周波電流を通電するための高周波電源、ｅ
は抵抗、ｆは増幅器、ｇは検波器、ｈは低域フィルタ、
ｉは差動増幅器をそれぞれ示している。

【０００７】そして、この磁気センサにおいて、上記ア
モルファス磁性体ワイヤａの長手方向に高周波電源ｄに
より高周波電流を通電すると、アモルファス磁性体ワイ
ヤａにワイヤ両端電圧を生ずると共にアモルファス磁性
体ワイヤａの周囲に円周磁界Ｈ₀が発生する（図１０参
照）。このとき、アモルファス磁性体ワイヤａは磁性体
であるので、電流変化を阻止する自己誘導性を示す自己
インダクタンスＬを有する。ここで、アモルファス磁性
体ワイヤａの長手方向に外部磁界Ｈ_exをかけると、外部
磁界Ｈ_exの強さに応じた角度ψ（０°＜ψ＜９０°）だ
けアモルファス磁性体ワイヤａの磁化ベクトルＭが傾斜
する（図１０参照）。この結果、インダクタンスとして
働く円周方向の有効な磁化成分は、Ｍ・ｃｏｓψ（０＜
ｃｏｓψ＜１）となり、自己インダクタンスＬは減少す
ることになる。この自己インダクタンスＬの変化から、
アモルファス磁性体ワイヤａの長手方向にかけられた外
部磁界Ｈ_exの強さが検出でき、逆に自己インダクタンス
Ｌの変化は、アモルファス磁性体ワイヤａの長手方向に
高周波電流を通電したときのワイヤ両端電圧の変化から
求められる。

【０００８】図１１は、アモルファス磁性体ワイヤａの
長手方向に外部磁界Ｈ_ex（Ａ／ｍ）をかけ、高周波電源
ｄからの高周波電流をアモルファス磁性体ワイヤａの両
端に通電したときのワイヤ両端電圧（ｍＶｐ−ｐ）を測
定するための基本回路を示したものである。組成が（Ｆ
ｅ₆Ｃｏ₉₄）_72.5Ｓｉ_12.5Ｂ₁₅のアモルファス磁性体ワ
イヤａに、抵抗値１００Ωの抵抗ｅを直列に配置し、高
周波電流の周波数が３００ｋＨｚの場合の、外部磁界Ｈ
_ex（Ａ／ｍ）に対するワイヤ両端電圧（ｍＶｐ−ｐ）の
変化を図１２のグラフ図で示してある。

【０００９】図１２のグラフ図は、外部磁界Ｈ_ex±２０
０（Ａ／ｍ）付近において、ワイヤ両端電圧が最大値と
なり、外部磁界Ｈ_ex０を境界に左右対称になっている。
アモルファス磁性体ワイヤａの材質、形状、通電する高
周波電流の周波数等によってグラフ図の曲線の状態は異
なるが、いずれにおいても磁界０（Ａ／ｍ）における縦
座標軸を対称軸として、図１２の双峰型や図１３の山型
（図１２の場合と異なり上記アモルファス磁性体ワイヤ
に通電される高周波電流の周波数は７０ｋＨｚである）
のような対称型の曲線となる。図１２のグラフ図の曲線
状態では、ワイヤ両端電圧から外部磁界Ｈ_exの向きは分
からず、また、ワイヤ両端電圧が５５ｍＶｐ−ｐ以上の
場合は、外部磁界Ｈ_exの強さも多価となって決まらず、
外部磁界Ｈ_exを検出することができない。また、図１３
のグラフ図の曲線状態でも、ワイヤ両端電圧から外部磁
界Ｈ_exの向きを検出することができない。

【００１０】そこで、本発明者等が開発したこの磁気セ
ンサは、図９に示したようにアモルファス磁性体ワイヤ
ａと、このアモルファス磁性体ワイヤａにバイアス磁界
を与えるコイルｂとで磁気測定部ｃの主要部が構成さ
れ、かつ、二つの磁気測定部ｃが対をなして互いに平行
に配置して構成せしめたものである。

【００１１】そして、各アモルファス磁性体ワイヤａの
それぞれに高周波電流を通電し、また、対をなすコイル
ｂに強さが等しく向きが正反対のバイアス磁界を発生さ
せ、各アモルファス磁性体ワイヤａのワイヤ両端電圧の
差を検出して磁気測定部ｃの長手方向の外部磁界Ｈ_exの
強さと向きを求めるようにしている。

【００１２】すなわち、図１２において例えばバイアス
磁界をそれぞれ−５００Ａ／ｍ、＋５００Ａ／ｍとすれ
ば、＋２００Ａ／ｍ〜＋５００Ａ／ｍ、及び、−２００
Ａ／ｍ〜−５００Ａ／ｍの範囲の曲線が利用可能であ
り、一対のワイヤ両端電圧の差を求めれば、±３００Ａ
／ｍの範囲で外部磁界Ｈ_exの強さと向きを測定すること
ができる。

【００１３】図１４は、二成分センサの場合における磁
気方位センサの磁気方位測定部の構成図であり、作用説
明のためにｘ−ｙ座標軸も記載してある。この磁気方位
センサの磁気方位測定部は、上述した磁気センサにおけ
る磁気測定部の二組（二成分センサの場合）又は三組
（三成分センサの場合）を、互いに直交するように配置
して構成してある。図１４の場合、磁気方位センサの磁
気方位測定部は、磁気センサの磁気測定部ｃｘと磁気測
定部ｃｙを互いに直交するように配置して構成されてい
る。磁気測定部ｃｘの出力値がＸ、磁気測定部ｃｙの出
力値がＹであれば、磁界の強さＦ、図示してあるｘ軸か
らの偏りの角（偏角）θは、それぞれ下記の式（１）、
式（２）で示される。

【００１４】Ｆ＝（Ｘ² ＋Ｙ²）^1/2 （１） θ ＝ｔａｎ^-1（Ｙ／Ｘ）（２）また、地磁気を対象とする三成分センサの場合は、図１
４のｘ−ｙ座標軸に対して鉛直下向きにｚ軸をとる。二
成分センサの場合と同様にして、磁気測定部ｃｘの出力
値がＸ、磁気測定部ｃｙの出力値がＹ、磁気測定部ｃｚ
の出力値がＺであれば、ｘ軸からの偏りの角（偏角）θ
は、上記式（２）で示され、全磁力Ｆ、水平面からの磁
場ベクトルの傾き（伏角）χは、下記の式（３）、式
（４）でそれぞれ示される。

【００１５】Ｆ＝（Ｘ² ＋Ｙ² ＋Ｚ²）^1/2 （３） χ ＝ｔａｎ^-1［Ｚ／（Ｘ² ＋Ｙ²）^1/2］（４）そして、二成分センサによる測定では式（１）、式
（２）を、地磁気を対象とする三成分センサによる測定
では式（２）、式（３）及び式（４）を計算して、それ
ぞれの磁界の強さＦとｘ軸からの偏角θ、全磁力Ｆとｘ
軸からの偏角θ及び水平面からの磁場ベクトルの伏角χ
を算出する。

【００１６】尚、地磁気を対象とする場合、北向きにｘ
軸、東向きにｙ軸、鉛直下向きにｚ軸をとり、偏角θは
北から東回りに測り、東偏を正に西偏を負にとる。ま
た、伏角χは水平面から下向きを正、上向きに負をと
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等
が開発した上記磁気センサ等のセンサ回路は、上述した
理由から、図９に示したように２本のアモルファス磁性
体ワイヤａを平行に配置し、これ等アモルファス磁性体
ワイヤａにそれぞれ逆方向のバイアス磁界を定常的に印
加することによって各アモルファス磁性体ワイヤａ間に
発生する電圧差を検出する構成を採っている。

【００１８】従って、アモルファス磁性体ワイヤａとコ
イルｂとでその主要部が構成される磁気測定部ｃを２つ
必要とする分、センサ回路が複雑となってコスト的に不
利となり、かつ、差動出力から出力を得るため、各磁気
測定部ｃの磁気感度が一致していない場合にその出力は
誤差となってしまうことから、その回避のための調整を
要する問題があった。

【００１９】また、各磁気測定部ｃの温度に対する特性
が一致していない場合には、大きな温度ドリフトを生じ
てしまう問題点を有していた。

【００２０】そこで、本発明者等は更に研究を継続し、
ついに上記問題点を解消した磁気センサ及び磁気方位セ
ンサを開発するに至った。

【００２１】すなわち、本発明者等が提案している磁気
センサは、高周波電流が通電される単一のアモルファス
磁性体ワイヤと、このアモルファス磁性体ワイヤにバイ
アス磁界を与えるコイルとでその主要部が構成される磁
気測定部を備えた磁気センサを前提とし、上記コイルに
流す直流電流の値を変化させて外部の測定磁界と同じ大
きさで逆向きの磁界を発生させる直流電流値を検出する
検出手段を設け、検出した直流電流値から磁気測定部の
長手方向の磁界の強さと向きを測定するようにしたこと
を特徴とし、また、本発明者等が提案している磁気方位
センサは上記磁気センサの二組又は三組を互いに直交す
るように配置して成るものであった。

【００２２】そして、これ等磁気センサ及び磁気方位セ
ンサは、以下のような測定原理に基づくものであった。
すなわち、アモルファス磁性体ワイヤのインピーダンス
をモニターしながらその周囲に配置されたコイルに直流
電流を加えて磁界を発生させる。このコイルから発生す
る磁界が外部の測定磁界を打ち消すように、外部磁界と
逆向きで大きさが同一の磁界がコイルにより加えられた
時、磁界とワイヤー両端電圧との関係がその材質、形
状、周波数等の設定により図１２の双峰型曲線の特性を
示すアモルファス磁性体ワイヤにおいてはそのインピー
ダンスは極小となり、また、磁界とワイヤー両端電圧と
の関係が図１３の山型曲線の特性を示すアモルファス磁
性体ワイヤにおいてはそのインピーダンスは極大とな
る。このときのコイルから発生される磁界は直流電流か
ら一義的に決まることから、コイルに流れる直流電流を
計測することにより外部の測定磁界の向きと大きさを知
ることができる。

【００２３】つまり、コイルに流す直流電流の値を変化
させ、アモルファス磁性体ワイヤのインピーダンスが極
小若しくは極大となるコイル電流から外部磁界が検出で
きる。この場合、１つの磁気測定部から方向を含め磁界
の大きさが決定できるため、差動出力をとる場合のよう
に磁気測定部を２つ配置する必要もない。また、アモル
ファス磁性体ワイヤのその周辺磁界が０のとき、そのイ
ンピーダンスが極小若しくは極大となる特性のみを利用
しているため、インピーダンスの磁界に対する変化量が
変化しても、その検出結果に影響を与えない利点も有し
ている。例えば、温度によってアモルファス磁性体ワイ
ヤの特性が変化し、その磁界に対するインピーダンスの
変化量が変わっても、０磁界でインピーダンスが極小若
しくは極大となるアモルファス磁性体ワイヤの特性は変
わらないため、インピーダンスが極小若しくは極大のと
きのコイルに流れる直流電流の値を測定することによ
り、外部磁界を正確に検出することが可能となる。

【００２４】ところで、磁界とワイヤー両端電圧との関
係がその材質、形状、周波数等の設定により図１２の双
峰型曲線の特性を示すアモルファス磁性体ワイヤと図１
３の山型曲線の特性を示すアモルファス磁性体ワイヤと
を比較した場合、本発明者等が提案した上記発明を適用
するに際し図１２の双峰型曲線の特性を示すアモルファ
ス磁性体ワイヤにおいてはその測定領域が略−４００Ａ
／ｍ〜略＋４００Ａ／ｍの範囲に限られてしまうため
（この範囲外においては０磁界のインピーダンスよりイ
ンピーダンスの値が低い磁界が存在することから、イン
ピーダンスの極小値より外部磁界を測定することができ
ないため）、図１３の山型曲線の特性を示すアモルファ
ス磁性体ワイヤを適用した方が有利である。

【００２５】本発明はこの様な技術的知見を基に完成さ
れたものであり、その課題とするところは、回路並びに
その調整部位の低減が図れ、かつ、動作安定性並びに温
度安定性の改善が図れた上記磁気センサ及び磁気方位セ
ンサを前提とし、その材質、形状、周波数等の設定によ
り図１３の山型曲線の特性を示すアモルファス磁性体ワ
イヤが適用された場合の上記検出手段の構成を特定した
磁気センサ及び磁気方位センサを提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、高周波電流が通電される単一のアモルファス
磁性体ワイヤとこのアモルファス磁性体ワイヤにバイア
ス磁界を与えるコイルとでその主要部が構成される磁気
測定部と、上記コイルに流す直流電流の値を変化させて
外部の測定磁界と同じ大きさで逆向きの磁界を発生させ
る直流電流値を検出する検出手段を備え、この検出手段
により検出された直流電流値から磁気測定部の長手方向
の磁界の強さと向きを測定するようにした磁気センサを
前提とし、上記検出手段が、正弦波電流が通電される交
流コイル並びに直流電流が通電される直流コイルと、上
記アモルファス磁性体ワイヤの両端電圧からモニターさ
れる高周波インピーダンスの正弦波信号と上記交流コイ
ルに通電される正弦波電流の正弦波とを位相比較して検
波を行う位相検波回路と、この位相検波回路からの位相
検波出力をもとに外部の測定磁界と同じ大きさで逆向き
の磁界を発生させるように上記直流コイルに通電する直
流電流を増幅する直流増幅器とでその主要部を構成する
ことを特徴とするものである。

【００２７】尚、アモルファス磁性体ワイヤにバイアス
磁界を与える上記交流コイルと直流コイルについては別
体の部材で構成し、かつ、交流コイルに正弦波電流を直
流コイルに直流電流をそれぞれ通電させる構成（請求項
２）を採ってもよいし、交流コイルと直流コイルを単一
の部材で構成し、かつ、この部材に正弦波電流と直流電
流を重畳させて通電する構成（請求項３）を採ってもよ
い。

【００２８】また、請求項４に係る発明は、請求項１、
２又は３に係る磁気センサを複数組み合わせて構成され
る磁気方位センサに関する。

【００２９】すなわち、請求項４に係る発明は、磁界の
強さと方位を測定する磁気方位センサを前提とし、請求
項１、２又は３記載の磁気センサの二組又は三組を互い
に直交するように配置して構成された磁気方位測定部を
備え、各磁気センサにおける磁気測定部の長手方向の磁
界の強さと向きを測定しかつこれ等を合成して磁界の強
さ、方位を測定するようにしたことを特徴とするもので
ある。

【００３０】尚、本発明において適用されるアモルファ
ス磁性体ワイヤは、特開平７−２４８３６５号公報に記
載された磁気センサ等のワイヤと同様、ＣｏＳｉＢ系、
ＦｅＣｏＳｉＢ系、その他の組成の合金を溶融した後、
液体超急冷して断面が円形の線状としてある。更に、磁
歪定数λ_s、磁気異方性を調整するために張力アニール
を施したもので、アモルファス磁性体ワイヤの円周方向
に強い磁気異方性を有する。磁歪定数λ_sについていえ
ば、磁歪定数λ_sの絶対値が１０^-6より小さくなると、
後述するワイヤ両端電圧が小さくなり検出し難くなるの
で、−１０^-6＜λ_s≦０の範囲のものを使用することが
望ましい。また、アモルファス磁性体ワイヤの直径は、
３０μｍから１５０μｍの範囲が検出感度が大きくて好
ましく、長さは１ｍｍ程度以上から使用可能であるが、
出力の容易さから３ｍｍ以上が望ましい。

【００３１】また、アモルファス磁性体ワイヤの材質、
磁気センサの構造にもよるが、インピーダンスの変化を
効率的に取り出すためにアモルファス磁性体ワイヤに通
電する高周波電流の周波数ｆは、５０ｋＨｚ〜１０ＭＨ
ｚの範囲が望ましい（請求項５及び請求項６）。この範
囲以外では磁界に対する感度が著しく低下するからであ
る。

【００３２】この様に上記検出手段の構成が特定された
本発明に係る磁気センサ及び磁気方位センサによれば、
基本となる磁気センサについて２本のアモルファス磁性
体ワイヤを必要とした従来の磁気センサに較べてアモル
ファス磁性体ワイヤの本数を１本に低減でき、これによ
り磁気測定部を単一のアモルファス磁性体ワイヤと単一
のコイルにて構成させることができるため、部品点数の
低減とセンサの小型化が図れ、かつ、２回路分あったア
ナログ信号処理系統も一つになるためバランス調整が不
要となり、その分、回路構成における調整部位の低減が
図れる。

【００３３】また、アモルファス磁性体ワイヤの特性や
回路特性は温度によって変動するが、上述したように基
本となる磁気センサのアモルファス磁性体ワイヤの本数
が１本となり、かつ、アモルファス磁性体ワイヤの特性
が温度によって変化したとしても０磁界でインピーダン
スが極小若しくは極大となる特性は変わらないことか
ら、複雑な回路構成を採ることなく動作安定性と温度安
定性の改善が図れる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３５】図１は本発明に係る磁界センサの回路概念
図を示しており、この磁界センサは、高周波電源（高周
波発振器）４から高周波電流（正弦波）が通電される単
一のアモルファス磁性体ワイヤ１と、交流コイル２１並
びに直流コイル２２から成るコイル２とでその主要部が
構成される磁気測定部３を有しており、かつ、外部の測
定磁界と同じ大きさで逆向きの磁界を発生させる上記直
流コイル２２への直流電流値を検出するための検出手段
が設けられている。

【００３６】すなわち、この検出手段は、正弦波発振器
１０から正弦波電流が通電される交流コイル２１並びに
直流電流が通電される直流コイル２２と、上記アモルフ
ァス磁性体ワイヤ１の両端電圧から検波器８、低域フィ
ルタ（ＬＰＦ）９を介しモニターされる高周波インピー
ダンスの正弦波信号αと上記交流コイル２１に通電され
る正弦波電流の正弦波とを位相比較して検波を行うロッ
クインアンプ等の位相検波回路１２と、この位相検波回
路１２からの位相検波出力をもとに外部の測定磁界と同
じ大きさで逆向きの磁界を発生させるように上記直流コ
イル２２に通電する直流電流を増幅する直流増幅器１３
とでその主要部が構成されている。尚、上記交流コイル
２１並びに直流コイル２２は検出手段と磁気測定部の一
部の構成を兼ねている。

【００３７】そして、この磁気センサにおいては、上記
アモルファス磁性体ワイヤ１に高周波電源（高周波発振
器）４から高周波電流（正弦波）を通電し、かつ、上記
交流コイル２１に正弦波発振器１０から正弦波電流を通
電し、アモルファス磁性体ワイヤ１の高周波インピーダ
ンスを両端電圧からモニターすると正弦波信号αが得ら
れる。

【００３８】次に、この正弦波信号αと交流コイル２１
に通電される正弦波電流が位相検波回路１２に入力され
かつこの位相検波回路１２により正弦波信号αと上記正
弦波電流の正弦波を位相比較し検波が行われる。この検
波により外部磁界をその極性を含め検出することが可能
となる。次に、この位相検波回路１２からの位相検波出
力をもとにこの位相検波出力が０となるように上記直流
コイル２２に通電される直流電流が直流増幅器１３の作
用を受けて増幅される。すなわち、上記アモルファス磁
性体ワイヤ１の高周波インピーダンスが０磁界と同じに
なるためのコイル電流（直流電流値）が発生する負帰還
（ネガティブフィードバック）を与え、上記位相検波出
力が０（すなわちアモルファス磁性体ワイヤ１の高周波
インピーダンスが極大）になるまで収束させる。

【００３９】そして、位相検波出力が０（アモルファス
磁性体ワイヤ１の高周波インピーダンスが極大）に収束
された時点の直流電流値が上記直流増幅器１３からセン
サー出力（ＤＣ出力）される。このＤＣ出力は、センサ
外部の測定磁界と同じ大きさで逆向きの磁界が上記直流
コイル２２から発生した時点の直流電流値であり、この
ＤＣ出力から外部の測定磁界の向きと大きさを求めるこ
とが可能となる。

【００４０】そして、この磁気センサについて従来の磁
気センサと較べた場合の最大の利点は、磁気測定部を単
一のアモルファス磁性体ワイヤと単一のコイルにて構成
させることができる点と、アモルファス磁性体ワイヤの
特性が温度によって変化したとしても０磁界でインピー
ダンスが極大となる特性は変わらないことから複雑な回
路構成を採ることなく動作安定性と温度安定性の改善が
図れる点である。

【００４１】尚、この磁気センサにおいては、高周波イ
ンピーダンスの正弦波信号αがピーク（すなわち極大
値）の時点を検出して外部磁界を測定する方式を採用し
た関係上、図２に示す山型曲線の特性を有するアモルフ
ァス磁性体ワイヤが適用されている。具体的には、その
組成が（Ｆｅ₆Ｃｏ₉₄）_72.5Ｓｉ_12.5Ｂ₁₅、磁歪定数λ_s
＝−１０^-7、直径５０μｍ、有効長さ５ｍｍのアモルフ
ァス磁性体ワイヤを適用している。また、測定磁界と同
じ大きさで逆向きの磁界を発生させる直流コイル２２に
は、巻き数３００、コイル直径４ｍｍのものを適用し
た。

【００４２】また、アモルファス磁性体ワイヤ１には、
高周波電源（正弦波発振器）４から７０ｋＨｚ、８ｍＡ
の高周波電流（正弦波）を通電し、交流コイル２１に
は、正弦波発振器１０から１００Ｈｚ、±５０ｍＡの正
弦波電流を通電している。尚、交流コイル２１には、巻
き数３００、コイル直径３ｍｍのものを適用した。

【００４３】図３は、この磁気センサの具体的回路構成
例を示している。

【００４４】すなわち、この磁気センサは、高周波電流
（正弦波）が通電される単一のアモルファス磁性体ワイ
ヤ１と、交流コイル２１並びに直流コイル２２から成る
コイル２とでその主要部が構成される磁気測定部３を有
し、かつ、測定磁界と同じ大きさで逆向きの磁界を発生
させる上記直流コイル２２への直流電流値を検出するた
めの検出手段が設けられている。

【００４５】すなわち、この検出手段は、正弦波電流が
通電される交流コイル２１並びに直流電流が通電される
直流コイル２２と、アモルファス磁性体ワイヤ１の両端
電圧から検波器８、低域フィルタ（ＬＰＦ）９を介しモ
ニターされる高周波インピーダンスの正弦波信号αと上
記交流コイル２１に通電される正弦波電流の正弦波とを
位相比較して検波を行う位相検波回路１２と、この位相
検波回路１２からの位相検波出力をもとにこの位相検波
出力が０となるように直流コイル２２に通電する直流電
流を増幅する直流増幅器１３とでその主要部が構成され
ている。

【００４６】尚、図３中、４は高周波電源、５、７、１
１は増幅器、６は抵抗、１０は正弦波発振器である。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００４８】図３で示した本発明の磁気センサの磁気測
定部３の二組を互いに直交するように配置して、図４に
示すような磁気方位測定部１００を備えた磁気方位セン
サを製造した。尚、図４中、１と２は一方の磁気測定部
３を構成するアモルファス磁性体ワイヤとコイルを、ま
た、１’と２’は他方の磁気測定部３’を構成するアモ
ルファス磁性体ワイヤとコイルをそれぞれ示し、また、
１０１は基板、１０２は一方の磁気測定部の一部を構成
する電極を示している。

【００４９】また、磁気測定部が二組になったことに伴
い、図５に示すように追加された磁気センサの回路構成
が付加されている。尚、図５中、６’は抵抗、７’は増
幅器、８’は検波器、９’は低域フィルタ、１２’は位
相検波回路、１３’は直流増幅器、２１’は交流コイ
ル、２２’は直流コイルをそれぞれ示している。また、
図３と同一符号が付されたものは図３のそれと同一のも
のを示している。

【００５０】尚、この磁気方位センサにおいて上記アモ
ルファス磁性体ワイヤ１、１’には、組成が（Ｆｅ₆Ｃ
ｏ₉₄）_72.5Ｓｉ_12.5Ｂ₁₅で、磁歪定数λ_s＝−１０^-7、
直径５０μｍ、有効長さ５ｍｍのものがそれぞれ適用さ
れている。また、上記コイル２、２’を構成する交流コ
イル２１と交流コイル２１’には巻き数３００、コイル
直径３ｍｍのものが適用され、直流コイル２２と直流コ
イル２２’には巻き数３００、コイル直径４ｍｍのもの
が適用されている。また、抵抗６、６’の抵抗値は１０
０Ω、各アモルファス磁性体ワイヤ１、１’に通電する
高周波電流は７０ｋＨｚ、８ｍＡ、各交流コイル２１、
２１’に通電する正弦波電流は１００Ｈｚ、±５０ｍＡ
である。

【００５１】そして、この磁気方位センサを用いて磁気
方位を測定した。この結果を図６及び図７に示す。すな
わちｘ軸正方向からｙ軸正方向回りに測った角度を方位
角φとして、方位角φが０°〜３６０°の範囲における
磁気測定部３のＸ出力（Ｖ）、磁気測定部３’のＹ出力
（Ｖ）を測定した結果、図６に示すような方位角φに対
して位相差が９０°の二つの正弦曲線が得られた。図６
は磁気測定部３のＸ出力（Ｖ）、磁気測定部３’のＹ出
力（Ｖ）の方位角依存性を示している。

【００５２】また、各方位角φにおけるＸ出力、Ｙ出力
の値をマイクロコンピュータで演算して、これ等の比よ
りｔａｎθ及び方位出力の値を求めた。尚、方位出力
は、方位角φに対して１対１に対応して得られる回路中
の出力値を表している任意単位の数値である。

【００５３】この結果、得られた図７は方位出力の方位
角依存性を示している。図７のグラフ図は直線性がよ
く、特開平７−２４８３６５号公報に記載された磁気方
位センサと同様、方位精度±１°で磁気方位が測定でき
ることが分かる。

【００５４】次に、図８は、実施例に係る磁気方位セン
サと特開平７−２４８３６５号公報に記載された磁気方
位センサ（比較例）における温度と出力との関係を示し
たグラフ図である。すなわち、２０℃の値で規格化した
各センサにおけるセンサ出力の温度依存性を示したもの
である。

【００５５】そして、このグラフ図から、実施例に係る
磁気方位センサの温度安定性が著しく改善されているこ
とが確認される。

【００５６】

【発明の効果】請求項１〜６記載の発明に係る磁気セン
サ及び磁気方位センサによれば、基本となる磁気センサ
について２本のアモルファス磁性体ワイヤを必要とした
従来の磁気センサに較べてアモルファス磁性体ワイヤの
本数を１本に低減でき、これにより磁気測定部を単一の
アモルファス磁性体ワイヤと単一のコイルにて構成させ
ることができるため、部品点数の低減とセンサの小型化
が図れ、かつ、２回路分あったアナログ信号処理系統も
一つになるためバランス調整が不要となり、その分、回
路構成における調整部位の低減が図れる効果を有する。

【００５７】また、アモルファス磁性体ワイヤの特性や
回路特性は温度によって変動するが、基本となる磁気セ
ンサのアモルファス磁性体ワイヤの本数が１本となり、
かつ、アモルファス磁性体ワイヤの特性が温度によって
変化したとしても０磁界でインピーダンスが極小若しく
は極大となる特性は変わらないことから、複雑な回路構
成を採ることなく動作安定性と温度安定性の改善が図れ
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気センサの回路概念図。

【図２】上記磁気センサのバイアス磁界とアモルファス
磁性体ワイヤ両端電圧との関係を示すグラフ図。

【図３】本発明に係る磁気センサの回路構成例を示すブ
ロック図。

【図４】実施例に係る磁気方位センサの磁気方位測定部
の概略斜視図。

【図５】実施例に係る磁気方位センサの回路構成例を示
すブロック図。

【図６】実施例に係る磁気方位センサの実施例で得られ
た磁気測定部のＸ、Ｙ出力の方位角依存性を示すグラフ
図。

【図７】実施例に係る磁気方位センサの実施例で得られ
た方位出力の方位角依存性を示すグラフ図。

【図８】実施例と比較例に係る磁気方位センサの温度と
センサ出力との関係を示したグラフ図。

【図９】従来例に係る磁気センサの回路構成例を示すブ
ロック図。

【図１０】アモルファス磁性体ワイヤに高周波電流を通
電した際の特性を説明するための説明図。

【図１１】従来例に係る磁気センサにおいてアモルファ
ス磁性体ワイヤの長手方向に外部磁界をかけ両端に高周
波電流を通電したときのワイヤ両端電圧を測定するため
の基本的回路の構成例を示すブロック図。

【図１２】図１１の測定回路を用いて測定した外部磁界
とアモルファス磁性体ワイヤ両端電圧との関係を示した
グラフ図。

【図１３】図１１の測定回路を用いかつアモルファス磁
性体ワイヤへ通電する高周波電流の周波数が７０ｋＨｚ
の場合における測定した外部磁界とアモルファス磁性体
ワイヤ両端電圧との関係を示したグラフ図。

【図１４】従来例に係る磁気方位センサの回路構成例を
示すブロック図。

【符号の説明】

１アモルファス磁性体ワイヤ２コイル３磁気測定部４高周波電源（正弦波発振器）８検波器９低域フィルタ（ＬＰＦ）１０正弦波発振器１２位相検波回路１３直流増幅器２１交流コイル２２直流コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波電流が通電される単一のアモルファ
ス磁性体ワイヤとこのアモルファス磁性体ワイヤにバイ
アス磁界を与えるコイルとでその主要部が構成される磁
気測定部と、上記コイルに流す直流電流の値を変化させ
て外部の測定磁界と同じ大きさで逆向きの磁界を発生さ
せる直流電流値を検出する検出手段を備え、この検出手
段により検出された直流電流値から磁気測定部の長手方
向の磁界の強さと向きを測定するようにした磁気センサ
において、上記検出手段が、正弦波電流が通電される交流コイル並
びに直流電流が通電される直流コイルと、上記アモルフ
ァス磁性体ワイヤの両端電圧からモニターされる高周波
インピーダンスの正弦波信号と上記交流コイルに通電さ
れる正弦波電流の正弦波とを位相比較して検波を行う位
相検波回路と、この位相検波回路からの位相検波出力を
もとに外部の測定磁界と同じ大きさで逆向きの磁界を発
生させるように上記直流コイルに通電する直流電流を増
幅する直流増幅器とでその主要部を構成することを特徴
とする磁気センサ。
【請求項２】上記交流コイルと直流コイルが別体の部材
により構成されていることを特徴とする請求項１記載の
磁気センサ。
【請求項３】上記交流コイルと直流コイルが単一の部材
により構成されていることを特徴とする請求項１記載の
磁気センサ。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の磁気センサの二
組又は三組を互いに直交するように配置して構成された
磁気方位測定部を備え、各磁気センサにおける磁気測定
部の長手方向の磁界の強さと向きを測定しかつこれ等を
合成して磁界の強さ、方位を測定するようにしたことを
特徴とする磁気方位センサ。
【請求項５】上記アモルファス磁性体ワイヤに通電され
る高周波電流の周波数が５０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚである
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁気セン
サ。
【請求項６】上記アモルファス磁性体ワイヤに通電され
る高周波電流の周波数が５０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚである
ことを特徴とする請求項４記載の磁気方位センサ。