JPS60117166A - 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次元磁気センサ
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４アを有するトランジスタ２次元
磁気センサが開発され、これをエンコーダ、その他ベク
トル磁界の検知に利用する研究が進められている。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、（Ｅ）はエミｙｐ、（Ｂ）はベース、（Ｃｔ）　〜
（Ｃ４）はコレクタである。このセンサ（１）は、４つ
のコレクタ（Ｃｓ）〜（Ｃ４）をもつグレーナタイブの
ＮＰＮトランジスタである。エミッタ（Ｅ）から注入さ
れた電子（ｅ−）は、ベース（Ｂ）領域を拡散していく
。このとき、コレクタ（Ｃｓ　）ｓ　（Ｃｚ　）がエミ
ッタ（Ｅ）に対して対象に配芳されていると、ベース（
Ｂ）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（Ｃｒ）　−１：　（Ｃｔ　）に等シく配
分され、両コレクタ（、Ｃ１）ｔ　ＣＣｘ　）に電流差
はない。このことは、コレクタ（Ｃｓ）ｓ　（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”−
）はローレンツ力によってＸ方向にカを受け、破線に示
すように移動し、コレクタ（Ｃ２）の方によル多く到達
する。この結果、両コレクタ（Ｃｔ　）ｐ（Ｃ２）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の値を仰ることができ
る。

次に、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方向の成分に分解して、Ｈ２
とＨｙに分離して考えると、コレクタベア（Ｃ３）、（
Ｃ４）がＨ，２１−に比例した出力を出し、コレクタベ
ア（ＣＩ）−（Ｃ２）がＨｙに比例した出力を出ス。コ
レクタベア（Ｃｓ）、（Ｃ４）の出力をＣｘ、　：ルク
タペア（Ｃｔ　）、（Ｃ２）の出力Ｃｙとすると、磁場
の方位角θは、 θ＝＝　Ａｒｃｔａｎ　（Ｃｙ／Ｃｘ）　・・・・・・
ｆｉｌとなシ、磁界Ｈの大きさは、 ａ　＝＝　ｒ■　・・・・・・（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。同図において、（２）はセンサ駆動回路、’
（３１，（４１は電流−電圧変換器、（５）はＡ／Ｄ　
コンバータ、（６）ハマイクロコンピュータ、そして（
力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（Ｃ１〜Ｃａ　
）には磁界の大きさに比例した電流が流れる。そして、
各コレクタベア（Ｃ１ｔ　Ｃｔ　）ｙ　（Ｃ３１Ｃ４）
の電流差はそれぞれ電流−電圧変換器（３）、　（４）
で電圧に変換され、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Ｏニ
ア　７ピユータ（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
と及び大きさ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によって変イ
ヒし、例えばθ：４５°付近でＨ中（１，２（Ｑｅｒｓ
ｔｅｄ）まで精度があるのに対し、θキ０’、９０°近
辺ではＨ中１　（０ｅｒａｔｅｄ　）程度までしか精度
がないことがわかった。この事は以下の理由によシ説明
できる。

磁界の大きさＨが方位角θで磁気センサに印加されると
、Ｘ方向のコレクタベアはＨｗｓθの磁界を感じ、（Ｃ
ｘ）Ｘ方向のコレクタベアはＨｓｈθの磁界を感じる（
Ｃｙ）。ところが、磁気センサの検出感度力０．１　（
Ｏｅｒｇｔｅｄ）である場合には、Ｈａｘ−、、：０．
１で、かつ、Ｈｔｄｎθ２０．１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、Ｃｘとｃｙの値が等しいθ＝４５
°近辺ではａＳＳＣ２１５（Ｏｅｒａｔｅｄ）までベル
トに磁界が測定できるのに対し、θ＝ａｏ、ｉｏ　近辺
ではＨ８中１．０　（Ｏｅｒｓｔｅｄ）しかできない。

つまシ、従来の２次元磁気センナによる測定方法では、
磁界の方位角θが０°、　９０’に近づくＫつレテベク
トル磁界の検出感度が悪化している。

本発明は、このような状況に鑑みて発明されたものであ
り、磁界を検出できるようにした２次元磁気センナによ
るベクトル磁界の検知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
ンサのコレクタをエミッターベース領域を中心として同
心円状等間隔に１６個分割配置し、各直交する４対のコ
レクタベ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〜るコレクタベアの示す方位角θ
（Ｎ）を選択する。

そして、このときのコレクタベアの出力に基づいて磁界
の大きさＨ（Ｎ）をめ、さらに前記方位角＃（Ｎ）に当
該コレクタベアの軸の回転角α（Ｎ）を加算して磁界の
方位角をめる。

次に、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
平面組明図である。同図において、コレクタ（０１〜Ｃ
１６）はエミッタ（Ｅ）のまわシに同心円状に等間隔に
１６個配置されている。すなわち、各コレクタは２２．
５°ずつ均等に配置されている。

従って、任意の磁界方向に対しである特定の２対の直交
するコレクタベアをとると、そのコレクタベアによる直
交座標系では、磁界の方位角は必らず４５±１１．２５
’の領域にある。方位角θが３五７５°≦０≦５６．２
５’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　（Ｏｅｒｓｔｅｄ）と良い。この特長を
生かして４対の直交するコレクタペアのうち３３．７５
≦１０（Ｎ月≦５６．２５°の値を示すコレクタペアに
よる角度をデータとして採用すればよい。第４図におい
ては、図示の方向に磁界Ｈがあるとすれば、コレクタペ
ア（Ｃ３、ＣＩり　ト。

（Ｃ７ＩＣＩ５）の直交座標（ｘ、ｙ　）ｆｃｊる方位
角θ（Ｎ）が採用され、この方位角θに前記コレクタペ
アの軸の回転角α（Ｎ）を加算する。このようにすれば
０．１８　（Ｏｅｒａｔｅｄ）の微小な磁界までベクト
ル磁界を検出できる。

次に、本実施例に係る検知方法を採用した一定装置を第
６図のブロック図に基づいて説明する。

同図において、αυは第５図に示した磁気センサ、（＋
３はセンサ駆動回路、賭は８チヤンネルの電流−電圧変
換器、（１９は８チヤンネルのＡ／Ｄコンノ（−タ、Ｂ
＠ｕ−ｒ’ｔクロコンピユータ、セしてａｎは出力表示
部である。

磁気センサＵυはセンサ駆動回路（ｌのにより駆動され
、各コレクタ（Ｃｓ−Ｃ１６）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（Ｃｒ−Ｃ
ｓ）、（Ｃ２＋　Ｃｌ０）ｌ　（Ｃ３１ＣａｔＬ　（Ｃ
ａｐ　Ｃ１！’）（Ｃｓ、’Ｃｒｓ　）　、（Ｃ１ｌ、
Ｃ１４）、（Ｃｔ−Ｃｌｓ　）及び（Ｃ８゜Ｃｌａ　）
の電流差は、箆流−電圧変換器（１３１で電圧に変換さ
れる。そして、Ａ／Ｄ変換器（ＩＱを介してマイクロコ
ンピュータθ匂に取シ込まれる。マイクロコンピュータ
（１６）内では、コレクタペア（Ｃｔ　−Ｃ９−Ｃ５ν
　Ｃ１３）Ｘ（Ｃａｔ　ＣＩＯ−ＣＣｌ０−Ｃ）％　（
Ｃａｔ　ＣＩｌ　−Ｃ７＋　Ｃ１ｓ　）及び（Ｃ４１Ｃ
ｔｚ−Ｃ＋＋＋　Ｃｔｓ　）の出力に対する角度を前記
（１）式に基づいてそれぞれ算出し、そして、算出角θ
（Ｎ）が３３．７５≦１０（Ｎ）１≦５６．２５になる
ものを採用する。このめられた方位角θ（Ｎ）に、採用
されたコレクタペアの軸の回転角α（Ｎ）を加算し、そ
れ（θ（Ｎ）＋α（Ｎ））を磁界の方位角６として出力
する。さらに、磁界の大きさＨも前記（２）式に基づい
て算出し、それを出力する。出力表示部ｌ［ηでば、マ
イクロコンピュータ１１ｆｉ）でめられた磁界の方位角
θ及び大きさＵを表示する。

本発明は以上説明したとおシ、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（Ｎ）が６６．７げ
≦１０（Ｎ）Ｉ≦　ｓ６：ｚ５°になる方位角を選択す
るようにしているため、感度は０．１８（０ｅｒｓｔｅ
ｄ　）であシ、測定不能な角度領域もなくナラティる。

従来方法が、Ｈ＝　１．０　（Ｏｅｒｓｔｅｄ）以下で
、１θ−９０°１〈５ａ、１θ−１８０’　Ｉ＜５ａ、
及び１θ１く５°の領域で測定不能となっていた事と比
較すれば、本発明の効果は著しいものがあるといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトランジスタ２次元磁気センサの平面説
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５図は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
ク用である。 ａυ・・・２次元磁気センサ、Ｃ２・・・センサ駆動回
路、αト・電流−電圧変換器（８チヤンネル）、Ｃ９・
・・Ａロコンバータ（８チヤンネル）、α［９−・マイ
クロコンピュータ、（１７１・・・出力表示部。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 第３図 １ 第４図 校 ｏ　３ｏ　ｅｏ　−ｃｉ。 か嫡（θ０） １、事件の表示 特許ｆｌｉ３５８−２２４３６４ 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３、補
正をする者 事イ′１との関係　特許　出願人 名　称 （氏名、（４１２）　日本鋼管株式会社６、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄及び図面７、補正の
内容 （１）　ＢＡ細書第４頁第３行〜第４行「各コレクタ・
・・・・・・・・・・・流れる。」を、［各コレクタベ
ア（Ｃ１゜Ｃｔ　）　、（Ｃｓ　、Ｃ４）の電流差は磁
界の太き芒に比例する。」と補正する。 （２）図面の第１図を別紙補正回通のとおり補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、各直交す
   る４対の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６代（Ｎ＝１〜４）のうち、３ｇ、’７
   ５°≦１０（Ｎ）１≦５，６：２５°。 になるコレクタペアの方位角θ（Ｎ）を選択し、その選
   択された方位角θ（Ｎ）に基づいて磁界の方位角をめる
   ようにした２次元磁気センサによるベクトル磁界の検知
   方法。