JPS60117165A - ２次元磁気センサによるベクトル磁界の検知方法 - 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】 本発明は、複数のコレクタペアをもつ２次元磁気センナ
によるベクトル磁界の検知方法に関する。

近年、複数のコレクタペアを有するトランジスタ２次元
磁気センナが開発され、これをエンコーダ、その他ベク
トル磁界の検９ＩＩＫ利用する研究が進められて−る。

第１図はトランジスタ２次元磁気センサの平面説明図及
び第２図はその基本動作を示す断面説明図である。磁気
センサの概要をこれらの図に基づいて説明する。同図に
おいて、（Ｅｌはエミッタ、申）はベース、（Ｃ１）〜
（Ｃ４）は０ンクタである。このセンサ（１）は、４つ
のコレクタ（Ｃｔ−）〜（Ｃ４）をもつブレーナタイプ
のＮＰＮ）ランジスタである。工ばツタ（ト））ｄ−ら
注入された電子（ｅ−）は、ベース（Ｂｌ　領域を拡散
していく。このとき、コレクタ（ＣＩ）、（Ｃｔ）がエ
ミッタ（ト）に対して対象に配置されていると、ベース
（８１中の電子（ｅ−）は第２図の実線の示すように移
動し、コレクタ（Ｃ３）と（ｃｔ　）　Ｋ等しく配分さ
れ、両コレクタ（Ｃｚ）、（Ｃｔ）に電流差はない。こ
のことは、コレクタ（Ｃｓ）−（Ｃ４）の場合も同様で
ある。

ところが、磁界Ｈがｙ方向に存在すると、電子（ｅつは
ローレンツ力によってＸ方向に力を受け、磁界に示すよ
うに移動し、コレクタＣＣＩ　）の方によシ多く到達す
る。この結果、両コレクタ（Ｃ１）、（Ｃｔ）間に電流
差が生じる。この電流差は、磁界Ｈに比例するので、こ
の電流差を検出すれば磁界Ｈの値を知ることができる。

仄に′、ベクトル磁界の検出方法について説明する。磁
気センサの感じる磁界Ｈを２方回の成分に分解して、Ｈ
ｘとａｙに分離して考えると、コレクタベア（Ｃｓ）、
（Ｃ４）がＨｘに比例した出力を出し、コレクタペアＣ
Ｃ＋）、（、Ｃｔ）がＨｙに比例した出力を出す。

コレクタペア（Ｃｓ　）　、（”４　）の出力ｔ”　Ｃ
ｘｓコレクタペアＣＣ８）　、（Ｃｔ　）の出力ｃｙと
すると、磁場の方位角θは、。

θ＝　Ａｒｃｚａｎ　（Ｃｙ／ｃｚ）　’・・（１）と
なシ、磁界Ｈの大きさは、 Ｈ＝＝ｒ下？　・・・（２） でめられる。

前記磁気センサは、上述のような原理に基づき第６図に
示されるベクトル磁界の測定装置のセンサとして使用さ
れている。同図におりて、（２）はセンサ駆動回路、　
（３）　、　（４）は電流−電圧変換器、（５）はＡ／
Ｄコンバータ、（６）Ｆ１マイクロコンビ二一メ、ソし
て（７）は出力表示部である。磁気センサ（１）はセン
サ駆動回路（２）によシ駆動され、各コレクタ（ＣＩ〜
Ｃ４）には磁界の大きさに比例した電流が流れる。

そして、各コレクタペア（”１１　ＣＪ　＊　（Ｃｓ　
＊　Ｃ４）の電流差はそれぞれ電流−電圧変換器（３）
　、　（４）で電圧に変換すれ、　Ａ／Ｄコンバータ（
５）を介してマイクロコンピュータ（６）に取シ込まれ
る。マイクロコンピュータ（６）では、前記（１式及び
（２）式の演算処理をして、出力表示部（７）に磁界の
方位角θ及び大きさＨを表示させている。

ところが、上記の測定方法では、方位角θの指示値精度
を保つ磁界の大きさＨの最小値が方位角θによって変化
し、例えばθ中４５°付近でＨキ０．２　（０ｅｒｓｚ
ｅｄ）まで精度があるのに対し、θ−８＝邑９０゛近辺
ではＨ中１　（Ｏｅｒａｔｅｄ）程度までしか精度がな
いぐとがわかった。この事は以下の理由により説明でき
る。

磁界の大きさＨが方位角θで磁気センナに印加されるト
、ｘ方１ｆｆｌのコレクタベアはＨｅ’ｓθの磁界を感
じ−ＣＣｘ）、ｙ方向のコレクタペアはＨｓｉｎθの磁
界を感じるＣＣ’り。ところが、磁気センサの検出感度
がα１　（Ｏｅｒｓｔｅｄ）である場合には、Ｈｅ’ｌ
ｌθ≧０．１で、かつ、ＨＢｉｎθ≧０．１の関係がＨ
とθに要求される。この関係に基づいて、方位角θに対
する磁界の検出感度限界Ｈ８を示したものを第４図に示
す。

第４の特性図が示すように、Ｃ，とＣｒｙの値が等しい
θ＝４５°近辺ではＨ８中０．１５　（Ｏｅｒｓｔｅｄ
）までベクトル磁界が測定できるのに対し、θ＝８０°
、１′０゜近辺ではＨ８中１．０　（Ｏｅｒｓ−ｚｅｄ
）　Ｌかできない。

つまル、従来の２次元磁気センサによる測定方法では、
磁界の方位角θが０°、９０°に近づくにつれてベクト
ル磁界の検出感度が悪化している。

本発明は、このよう表状況に鑑みて発明されたものであ
〕、磁界の方位角に関係なく、高感度にベクトル磁界を
検出できるようにした２次元磁気センサによるベクトル
磁界の検仰方法を提供するものである。

本発明に係るベクトル磁界の検知方法は、２次元磁気セ
ンサのコレクタを工ばツタ−ペース領域を中心として同
心円状勢間隔ＫＬ６個分副分割配置４対の直交するコレ
クタペアを時分割で走査し、各直交するコレクタペアに
よる方位角を各々演算し、その得られた方位角θ（Ｎｌ
（Ｎ＝１〜４）のうち、３−五Ｚダ≦１０（ト）１≦５
６＝２５’に々るコレクタペアの示す方位角θ（へ）を
選択する。そして、このときのコレクタペアの出力に基
づいて磁界の大きさＨをめ、さらに前記方位角θ（財）
に当該コレクタペアの軸の回転角α（財）を加算して磁
界の方位角θをめる。

次に１本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第５図は、本発明の一実施例に係る２次元磁気センナの
平面説明図である。同図において、コレクタ（Ｃ８〜”
＋ｓ　）は工ばツタ（ト）ンのまわシに同心円状に等間
隔に１６個配置されて―る。すなわち、各コレクタは２
２．５ずつ均等に配置されて−る。従って、任意の磁界
方向に対しである特定の２対の直交するコレクタペアを
とると、そのコレクタペアによる直交建標系では、磁界
の方位角は必らず４ｆ±１１．２５’の領域にある。方
位角が３五７５≦θ≦５６．２５の範囲内においては、
第４図に示すように、検出感度は０．１８　（Ｏｅｒｓ
ｔｅｄ）と良い。この特長を生かして、４対の直交する
コレクタベアのうち５＆７５≦・１１０個）１≦５６．
２１の値を示すコレクタベアによる角度θ（Ｎｌをデー
タとして採用すれはよい。第４図において、図示の方向
に磁界Ｈがあるとすれば、コレクタベア（Ｃｓ、Ｃ１，
）と（Ｃｖ、Ｃｔｓ）の直交座標（Ｘ・ｙ）による方位
角θ■が採用され、１ この方位角θＮに前記コレクタベアの軸の回転角α（へ
）を加算する。このようＫすれｉｆ　Ｏ，１８（Ｏｅｒ
ｇｔｅｄ）の微小な磁界までベクトル磁界を検出できる
。

ところで、前記磁気センサは１６個のコレクタ（Ｃｚ〜
Ｃ８・）をもっておシ、その数は第１図のそれに比べて
４倍でワシ、従来方法と同様な駆動方法で常時電流を流
すと、コレクタ電流は相対的に１／４になる。つｉｐ、
第６図に示すように、コレクタ電流が小さいと感度が減
少する。シお、第６図にお−て、ＩＣは磁界がなφとき
に１個のコレクタに流れる電流である〇 そこで、本発明にお−ては、４組の直交するコレクタベ
ア（Ｃ！・Ｃｅ　”ｓ　ｒ　Ｃｔａ）・（Ｃｔ・”Ｉｏ
　−Ｃ・・Ｃｌ４）・（Ｃｓ　＊　ＣＨ−Ｃｔ　＋　Ｃ
＋ｓ　）及び（Ｃ４＋　Ｃ＋ｓ　−Ｃａ　＊　Ｃｔｓ　
）を順次スイッチングしながら駆動し、１組ずつ出力を
抽出して方位角を演算するようにしている。このように
して、各コレクタに供給する駆動電流を大きくしたこと
により、検出感度を高めてｉる。

次に、本実施例に係る検知方法を採用した測定装置を第
７図のブロック図及び第８図のフローチャートに基づｉ
て説明する。

第７図におφで、（２１、（ｓ）、　（ｓ）　、　（６
）　、　（７）は第６図のプロ）り図に示した同一符号
のものと同一であシ、αやは第５図に示した磁気センサ
、そして（２）はコレクタスキャナである。

磁気センサαｐはセンサ駆動回路（２）によシ駆動され
、コレクタスキャナ（２）によりＮ−（Ｎ’＝１）チャ
ンネルが開かれる。例えば、第１のチャンネルをコレク
タベア（Ｃ，、Ｃ，シＣ，，Ｃ工）トスれば、これらの
コレクタベアのみに電流が流され、その出力は、電流−
電圧変換器（３）を介してんのコンバータ（５）に供給
され、デジタル値に変換され′ｆｃ後、マイクロコンピ
ュータ（６）に取シ込まれる。マイクロコンピユー　７
　（６）　テは、第１チヤンネルにおける磁界の方位角
θ（１）及び大きさＨ（１）を前記（０式及び（２）式
忙基づいて演算し、記憶する０ このような手順を、第２チヤンネル（ＣＨ＋　Ｃ１６−
Ｃｏ　＊　Ｃ１４）％第３チャンネル（ｃ、、ｃｍ−Ｃ
ｙ＋Ｃ□）、そして第４チヤンネル（Ｃ４ｓＣｓｔ　Ｃ
４ｓＣｓｔ）　ｔで〈シ返す０このようにして、各チャ
ンネルの磁界の大きさＨ輪及び方位角θ（１’４　（Ｎ
　＝　１〜４）をめて記憶する０そして、方位角θＮの
うち、３３．７５≦ｌ＃（Ｎｉｌ≦５６．２ザを示すθ
（Ｎ）を選択すると共に、ＨＨを選択する。

次に１この方位角θ（財）Ｋそのコレクタベアの軸の回
転角α（財）を加算し、これを磁界の方位角θとする。

磁界の大きさＨは前記Ｈ□をそのまま採用する〇 この工うにしてめられた磁界の大きさＨ及び方位角θを
出力表示５（７）に表示する。

本発明は以上説明したとおり、４対の直交座標を設けて
方位角を各々演算し、その方位角θ斡）が’３３：；７
　ｒ≦１θＮＪＩ≦５・６．２５　になる方位角を選択
するようにして−るため、感度α１８　（Ｏｅｒａｔｅ
ｄ）でらル、測定不能々角度領域も表〈なっている。従
来友法が、Ｈ＝　１．０　（Ｏａｒｓｔａｄ）以下で、
１θ−９０°１く？、１θ−１８０°１〈ザ、及び１０
１＜５’の領域で測定不能となっていた事と比較すれば
、本発明の効果に紘著しφものがあると鱒える。

ｔた、全てのコレクタに同時に電流を供給した、　場合
にその感度が０４　ｍＶ／Ｇａｕｓｓであるとすれば、
本発明によれば１．４　”／Ｇａ□３と＆５倍感度が同
上し、また、その回路構成も前記の場合よシも簡単にな
るとφう利点かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトランジスタ２次元磁気センナ、の平面
説明図、第２図はその基本動作を示す断面説明図、第３
図は前記磁気センサによるベクトル磁界の測定装置のブ
ロック図、第４図は方位角に対する磁界の検出感度限界
を示す特性図、第５１社本発明の一実施例に係る２次元
磁気センサの平面説明図、第６図はコレクタ電流による
感度の相違を示した特性図、第７図は本発明の一実施例
に係る検知方法を採用したベクトル磁界の測定装置のブ
ロック図、第８図は前記測定装置の動作を示したフロー
チャートである０ （１）・・・従来の２次元磁気センサ、（２）・・・セ
ンサ駆動回路、（３）・・・電流−電圧変換器、（５）
・・・んΦコン７（−タ、（６）・・・マイクロコンピ
ュータ、（７）・・・出力表示部、亀Ｆ・・本発明の２
次元磁気センサ、（２）・・・コレクタスキャナ。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 第１ｒＭ　第２ｆ！Ｉ 第５茜− 第　６ｒＭ 石嶽禾衾度 第８図 手続補正書（自発ン 特許庁長官殿　昭和５９年４月１３８ １、事件の表示 特願昭５８−２２４５６５号 ２、発明の名称 ２次元磁気センナによるベクトル磁界の検知方法基　称
　（４１２）日本鋼管株式会社 ４、代理人 「図面の簡単な説明」の各欄並びＥｌ１両７、補正の内
容 （１１明細書第４頁第２行〜第３行「各コレクタ・・・
・・・流れる。」を、「各コレクタペア（Ｃｔ、Ｃ５）
−ＣＣｓＩＣ４）の電流差は磁界の大きさに比例する。 」と補正する。 （２＋　明細書第１１頁第６行ｒ　（３１Ｊをｒ　１３
１．　（４）　Ｊと補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２次元磁気センサのコレクタをエミッターベース領域を
   中心として同心状等間隔に１６個分割配置し、４対の直
   交するコレクタペアを時分割で走査し、各直交するコレ
   クタペアによる方位角を各々演算し、その得られた方位
   角θ（Ｎ）（Ｎ＝１〜４）のうち、ｓｓ、ｙ、ｆ’≦１
   θ■１≦５６．２５グになるコレクタペアの方位角θ（
   へ）を選択し、その選択掻れた方位角θ■に基づいて磁
   界の方位角をめるようにし大２次元磁気センサによるベ
   クトル磁界の検知方法。