JPS6331060B2 - - Google Patents
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- JPS6331060B2 JPS6331060B2 JP8727481A JP8727481A JPS6331060B2 JP S6331060 B2 JPS6331060 B2 JP S6331060B2 JP 8727481 A JP8727481 A JP 8727481A JP 8727481 A JP8727481 A JP 8727481A JP S6331060 B2 JPS6331060 B2 JP S6331060B2
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- magnetic field
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- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 13
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/04—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using the flux-gate principle
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、磁界を計測する磁界計測装置に関
する。
する。
この種の装置の入力端に接続される磁気センサ
は、第１図に示すように計測する磁界中に置かれ
る部材１に励振巻線２及び出力巻線３を巻き付け
ており、第２図に実線で示す部材１のＢ−Ｈ特性
に従つた電圧E0を得る。一方、励振巻線２は、
内部抵抗として抵抗Ｒを有する信号源４に接続さ
れ、抵抗ｒ及びインダクタンスＬを有しており、
電流Ｉが流れる。信号源４の電圧が第３図ａに示
すように電圧±Ｅで変化する矩形波の号fDからな
るものとすると、出力巻線３には第１図に示すよ
うな電圧E0が誘起される。
は、第１図に示すように計測する磁界中に置かれ
る部材１に励振巻線２及び出力巻線３を巻き付け
ており、第２図に実線で示す部材１のＢ−Ｈ特性
に従つた電圧E0を得る。一方、励振巻線２は、
内部抵抗として抵抗Ｒを有する信号源４に接続さ
れ、抵抗ｒ及びインダクタンスＬを有しており、
電流Ｉが流れる。信号源４の電圧が第３図ａに示
すように電圧±Ｅで変化する矩形波の号fDからな
るものとすると、出力巻線３には第１図に示すよ
うな電圧E0が誘起される。
電流±Inにより部材１が正又は負に磁気的に飽
和するものとすると、飽和に至るまでの時間τ1及
びτ2はτ1＝τ2＝2InＬ／Emで与えられ、電流Ｉは第３ 図ｂに示すように時間τ1，τ2で±Ｅ／Ｌなる傾斜で 変化する。
和するものとすると、飽和に至るまでの時間τ1及
びτ2はτ1＝τ2＝2InＬ／Emで与えられ、電流Ｉは第３ 図ｂに示すように時間τ1，τ2で±Ｅ／Ｌなる傾斜で 変化する。
部材１が飽和すると、励磁巻線１のインダクタ
ンスＬはほぼ零になるので、電流Ｉは、第３図ｂ
に示すように±Ｅ／ｒ＋Ｒで表わされる電流Inaxと なり、電圧E0の極性が反転するまで継続する。
このような波形の電流Ｉが流れることにより、励
磁巻線２には第３図ｃに示すような波形の電圧Ei
が発生する。即ち、部材１が非飽和の領域での電
圧E0は、ほぼ励磁巻線２の電圧±Ｅに等しくな
る。一方、部材１が飽和した領域での電圧E0は
ほぼ±ｒ／ＲＥとなる。
ンスＬはほぼ零になるので、電流Ｉは、第３図ｂ
に示すように±Ｅ／ｒ＋Ｒで表わされる電流Inaxと なり、電圧E0の極性が反転するまで継続する。
このような波形の電流Ｉが流れることにより、励
磁巻線２には第３図ｃに示すような波形の電圧Ei
が発生する。即ち、部材１が非飽和の領域での電
圧E0は、ほぼ励磁巻線２の電圧±Ｅに等しくな
る。一方、部材１が飽和した領域での電圧E0は
ほぼ±ｒ／ＲＥとなる。
出力巻線３に発生する電圧E0は、部材１の線
形領域においては励磁巻線２の電圧Eiを時間微分
した値に比例するので、第３図ｄに示すように時
間τ1及びτ2のパルス幅をもつたパルスとなる。
形領域においては励磁巻線２の電圧Eiを時間微分
した値に比例するので、第３図ｄに示すように時
間τ1及びτ2のパルス幅をもつたパルスとなる。
部材１に外部より直流磁界Hbが印加された場
合は、Ｂ−Ｈ曲線が第２図に点線で示すように右
方へシフトしたものとなり、第３図ｄに矢印で示
す方向に電圧E0のパルス幅が増大し、高調波成
分が増加する。
合は、Ｂ−Ｈ曲線が第２図に点線で示すように右
方へシフトしたものとなり、第３図ｄに矢印で示
す方向に電圧E0のパルス幅が増大し、高調波成
分が増加する。
第３図ｅは、電圧E0に含まれる第２次高調波
成分の信号e2fであり、第３図ｆは信号e2fを矩形
波に変換した信号fRである。そして、磁界の計測
は、信号fDと信号fRの波形から入力量に対する出
力量の割合を求めることにより行なわれるが、こ
のとき、信号fRの位相は信号fDに対して位相が一
定角度でずれていることが好ましい。
成分の信号e2fであり、第３図ｆは信号e2fを矩形
波に変換した信号fRである。そして、磁界の計測
は、信号fDと信号fRの波形から入力量に対する出
力量の割合を求めることにより行なわれるが、こ
のとき、信号fRの位相は信号fDに対して位相が一
定角度でずれていることが好ましい。
第４図は、従来の磁界計測装置のブロツク図で
ある。第４図において、５は第３図に示す電圧
E0を検出信号として入力し、その第２高調波成
分を選択増幅する増幅器で、いわゆるアクテイ
ブ・フイルタ、６は基準信号として信号f0を発生
する発振器、７は発振器６の信号f0を1/2に分周
して信号fDを発生する分周回路、８は発振器６の
信号f0を時間Td1だけ移相させる移相回路で、単
安定回路で構成される。９は検出信号であるアク
テイブ・フイルタ５の信号e2fと位相検波用の基
準信号である移相回路８の信号fRとを入力し、位
相検波をする位相検波回路、１０は信号e2f，fR間
の位相差に関係した値をもつ位相検波回路９の信
号を直流増幅した信号V0で出力する増幅器、１
１は分周回路７の信号fDを増幅し、励振巻線２へ
電流Ｉを抵抗Ｒを介して供給する励振回路であ
る。発振器６〜励振回路１１は第１図の信号源４
に対応する。
ある。第４図において、５は第３図に示す電圧
E0を検出信号として入力し、その第２高調波成
分を選択増幅する増幅器で、いわゆるアクテイ
ブ・フイルタ、６は基準信号として信号f0を発生
する発振器、７は発振器６の信号f0を1/2に分周
して信号fDを発生する分周回路、８は発振器６の
信号f0を時間Td1だけ移相させる移相回路で、単
安定回路で構成される。９は検出信号であるアク
テイブ・フイルタ５の信号e2fと位相検波用の基
準信号である移相回路８の信号fRとを入力し、位
相検波をする位相検波回路、１０は信号e2f，fR間
の位相差に関係した値をもつ位相検波回路９の信
号を直流増幅した信号V0で出力する増幅器、１
１は分周回路７の信号fDを増幅し、励振巻線２へ
電流Ｉを抵抗Ｒを介して供給する励振回路であ
る。発振器６〜励振回路１１は第１図の信号源４
に対応する。
第５図は第４図に示す磁界計測装置の動作を説
明する波形図である。発振器６の信号fROは第５
図ａに示すようにハイ及びローの期間がＴのパル
スからなり、分周回路７により分周され、第５図
ｃに示す信号fDとなる。信号fROは、位相検波のた
め移相回路８により時間Td1だけ移相され、信号
fRとなる。時間Td1及び時間Td1が信号fRのハイの
期間の1/2に等しくなるように移相回路８を設定
すると、信号fRは信号fROに対して90゜の位相差を
もつた直交信号として位相検波回路９に入力され
る。
明する波形図である。発振器６の信号fROは第５
図ａに示すようにハイ及びローの期間がＴのパル
スからなり、分周回路７により分周され、第５図
ｃに示す信号fDとなる。信号fROは、位相検波のた
め移相回路８により時間Td1だけ移相され、信号
fRとなる。時間Td1及び時間Td1が信号fRのハイの
期間の1/2に等しくなるように移相回路８を設定
すると、信号fRは信号fROに対して90゜の位相差を
もつた直交信号として位相検波回路９に入力され
る。
位相検波回路９は、このような位相の信号fRで
もつて検出された信号e2fの位相検波をし、その
結果を増幅器１０により直流増幅して信号V0を
得る。
もつて検出された信号e2fの位相検波をし、その
結果を増幅器１０により直流増幅して信号V0を
得る。
従来の磁界計測装置は、以上のように構成され
ていたので、高い測定精度を得るためには発振器
及びアクテイブ・フイルタは勿論、移相回路も各
種の変動要因に対して高安定であることが必要で
ある。しかし、移相回路は、抵抗及びコンデンサ
からなる積分要素を含み、それらの定数の温度及
び時間的な変化と共に電源電圧の変動により、移
相量を相当変化させる傾向があるため、装置の精
度及び安定度を高くできない欠点があつた。
ていたので、高い測定精度を得るためには発振器
及びアクテイブ・フイルタは勿論、移相回路も各
種の変動要因に対して高安定であることが必要で
ある。しかし、移相回路は、抵抗及びコンデンサ
からなる積分要素を含み、それらの定数の温度及
び時間的な変化と共に電源電圧の変動により、移
相量を相当変化させる傾向があるため、装置の精
度及び安定度を高くできない欠点があつた。
この発明は、上記のような従来装置の欠点を除
去するためになされたもので、各種の変動要因に
対して動作を安定にすることができ、移相に関し
ては反復的な調整作業を必要としない磁界計測装
置を提供することを目的とする。
去するためになされたもので、各種の変動要因に
対して動作を安定にすることができ、移相に関し
ては反復的な調整作業を必要としない磁界計測装
置を提供することを目的とする。
以下、この発明の一実施例について図を参照し
て説明する。第６図はこの発明のブロツク図であ
る。１２はJKフリツプフロツプ回路あるいは他
の適当なフリツプフロツプ回路により構成され、
信号f0を1/2に分周する分周回路、１３は分周回
路１２のＱ出力、即ち信号fRをＪ、Ｋ端子に入力
し、信号f0をCK端子に入力し、信号fDを出力す
るフリツプ・フロツプであり、その他の部分は第
４図と同一符号の部分よりなる。
て説明する。第６図はこの発明のブロツク図であ
る。１２はJKフリツプフロツプ回路あるいは他
の適当なフリツプフロツプ回路により構成され、
信号f0を1/2に分周する分周回路、１３は分周回
路１２のＱ出力、即ち信号fRをＪ、Ｋ端子に入力
し、信号f0をCK端子に入力し、信号fDを出力す
るフリツプ・フロツプであり、その他の部分は第
４図と同一符号の部分よりなる。
第７図の波形図について動作を説明する。発振
器６の信号f0が第７図ａに示すような波形を有す
ると、分周回路１２は、信号f0を分周するので、
第７図ｂに示すような波形の信号fRを出力する。
フリツプ・フロツプ１３はバイナリ接続されてい
るため、信号fRがハイのときに信号f0が入力され
ると、周知のようにその状態を反転させ、第７図
ｃに示すような波形の信号fDを出力する。このよ
うな動作により、信号fDと信号fRとの位相を互に
所定角度ずらすことができる。このとき第７図に
示す波形から明らかなように、分周回路１２は信
号f0を単に1/2に分周した信号fRを出力するもの
であり、JKフリツプフロツプ回路１３は、分周
回路１２からの信号fRを1/2に分周すると共に、
信号fRに対して位相をずらした信号fDを出力する
ものである。つまり、分周回路１２及びJKフリ
ツプフロツプ回路１３の接続を工夫することによ
り、実質的に、第４図の移相回路８を省略しなが
ら移相を行なうことができる構成となつている。
器６の信号f0が第７図ａに示すような波形を有す
ると、分周回路１２は、信号f0を分周するので、
第７図ｂに示すような波形の信号fRを出力する。
フリツプ・フロツプ１３はバイナリ接続されてい
るため、信号fRがハイのときに信号f0が入力され
ると、周知のようにその状態を反転させ、第７図
ｃに示すような波形の信号fDを出力する。このよ
うな動作により、信号fDと信号fRとの位相を互に
所定角度ずらすことができる。このとき第７図に
示す波形から明らかなように、分周回路１２は信
号f0を単に1/2に分周した信号fRを出力するもの
であり、JKフリツプフロツプ回路１３は、分周
回路１２からの信号fRを1/2に分周すると共に、
信号fRに対して位相をずらした信号fDを出力する
ものである。つまり、分周回路１２及びJKフリ
ツプフロツプ回路１３の接続を工夫することによ
り、実質的に、第４図の移相回路８を省略しなが
ら移相を行なうことができる構成となつている。
第８図はこの発明の他の実施例を示すブロツク
図であり、第６図に示す回路を部分的に変更した
構成を有する。図において、１４は信号f0を1/2
に分周するＪ−Ｋ型のフリツプ・フロツプで、
Ｊ、Ｋ端子をプラス電源に接続しており、信号fR
がハイのときは信号f0によりバイナリ動作をす
る。１５は信号f0を反転してフリツプ・フロツ
プ、１３のCK端子に供給するインバータである。
このような構成によると、信号f0がネガテイブ・
ゴーイング・エツジで信号fRが立上り、この信号
fRをフリツプ・フロツプ１３がサンプリングする
形式となるので、信号f0，fRの極性の対応が第７
図と異なるが、位相変化点は互に一致している。
図であり、第６図に示す回路を部分的に変更した
構成を有する。図において、１４は信号f0を1/2
に分周するＪ−Ｋ型のフリツプ・フロツプで、
Ｊ、Ｋ端子をプラス電源に接続しており、信号fR
がハイのときは信号f0によりバイナリ動作をす
る。１５は信号f0を反転してフリツプ・フロツ
プ、１３のCK端子に供給するインバータである。
このような構成によると、信号f0がネガテイブ・
ゴーイング・エツジで信号fRが立上り、この信号
fRをフリツプ・フロツプ１３がサンプリングする
形式となるので、信号f0，fRの極性の対応が第７
図と異なるが、位相変化点は互に一致している。
第９図はこの発明の第３の実施例を示す回路図
である。図示のように、第３の実施例は、アクテ
イブ・フイルタ５、位相検波回路９及び増幅器１
０と同一構成のアクテイブ・フイルタ１６、位相
検波回路１７及び増幅器１８を備え、その他が第
６図に示す第１の実施例と同一構成にある。
である。図示のように、第３の実施例は、アクテ
イブ・フイルタ５、位相検波回路９及び増幅器１
０と同一構成のアクテイブ・フイルタ１６、位相
検波回路１７及び増幅器１８を備え、その他が第
６図に示す第１の実施例と同一構成にある。
このような回路に接続される磁気センサは、図
示のように円環状の磁芯１９と、磁芯１９に巻き
回され、抵抗Ｒを介して励振回路１１から信号fD
が供給される巻線２０と、磁芯１９を包み込むよ
うに巻き回された出力巻線２１と、磁芯１９を包
み込むように巻き回されると共に出力巻線２１と
直交する出力巻線２２とを有する。出力巻線２１
は、一端が接地され、他端がアクテイブ・フイル
タ５に接続される。出力巻線２２は、一端が接地
され、他端がアクテイブ・フイルタ１６に接続さ
れる。
示のように円環状の磁芯１９と、磁芯１９に巻き
回され、抵抗Ｒを介して励振回路１１から信号fD
が供給される巻線２０と、磁芯１９を包み込むよ
うに巻き回された出力巻線２１と、磁芯１９を包
み込むように巻き回されると共に出力巻線２１と
直交する出力巻線２２とを有する。出力巻線２１
は、一端が接地され、他端がアクテイブ・フイル
タ５に接続される。出力巻線２２は、一端が接地
され、他端がアクテイブ・フイルタ１６に接続さ
れる。
動作において、角度θをなして磁界Ｈに磁気セ
ンサが置かれると、出力巻線２１，２２に対する
有効磁界は、Ｈ＜sinθ、Ｈ＜cosθとなり、増幅器
１０，１８の出力V0，U0は、V0＝KHsinθ、U0
＝KHcosθ（Ｋは定数）となる。従つて、V0／U0＝ sinθ／cosθ＝tanθとなり、θ＝tan-1V0／U0となる。
ンサが置かれると、出力巻線２１，２２に対する
有効磁界は、Ｈ＜sinθ、Ｈ＜cosθとなり、増幅器
１０，１８の出力V0，U0は、V0＝KHsinθ、U0
＝KHcosθ（Ｋは定数）となる。従つて、V0／U0＝ sinθ／cosθ＝tanθとなり、θ＝tan-1V0／U0となる。
角度θは、例えば磁界に変化をもたらす自動車
等の移動体の存在方向を示すものとし利用でき、
微弱な地磁気等を長期にわたつて高精度に測定す
るのに利用できる。
等の移動体の存在方向を示すものとし利用でき、
微弱な地磁気等を長期にわたつて高精度に測定す
るのに利用できる。
以上のように、この発明によれば、分周回路及
びJKフリツプフロツプ回路のようなデジタル回
路の接続により、分周動作と共に移相動作を行な
うことができる構成としたので、安定な動作が得
られ、磁界計測の精度を高めることができる。
びJKフリツプフロツプ回路のようなデジタル回
路の接続により、分周動作と共に移相動作を行な
うことができる構成としたので、安定な動作が得
られ、磁界計測の精度を高めることができる。
第１図は磁気センサの概要構成を説明する図、
第２図は第１図に示す磁芯の磁気特性のグラフ、
第３図は磁気計測装置の各部の波形図、第４図は
従来の磁界計測装置のブロツク図、第５図は第４
図に示す装置の動作の波形図、第６図はこの発明
の実施例による磁界計測装置のブロツク図、第７
図は第６図に示す装置の動作の波形図、第８図及
び第９図はこの発明の他の実施例による磁界計測
装置のブロツク図である。 ５……アクテイブ・フイルタ、６……発振器、
７，１２……分周回路、９，１７……位相検波回
路、１０，１８……増幅器、１１……励振回路、
１３，１４……フリツプ・フロツプ。なお、図
中、同一符号は同一部分を示す。
第２図は第１図に示す磁芯の磁気特性のグラフ、
第３図は磁気計測装置の各部の波形図、第４図は
従来の磁界計測装置のブロツク図、第５図は第４
図に示す装置の動作の波形図、第６図はこの発明
の実施例による磁界計測装置のブロツク図、第７
図は第６図に示す装置の動作の波形図、第８図及
び第９図はこの発明の他の実施例による磁界計測
装置のブロツク図である。 ５……アクテイブ・フイルタ、６……発振器、
７，１２……分周回路、９，１７……位相検波回
路、１０，１８……増幅器、１１……励振回路、
１３，１４……フリツプ・フロツプ。なお、図
中、同一符号は同一部分を示す。
Claims (1)
- １ 可飽和特性を示し、励磁巻線及び少くとも一
つの出力巻線が巻回された磁心と、上記励磁巻線
に対する基準信号を発生する発振器と、上記基準
信号を入力し、該基準信号の一方のエツジにより
反転出力動作を行なう分周回路と、上記分周回路
からの出力信号をＪ、Ｋ端子に共通に入力し、上
記基準信号の他方のエツジにより反転出力動作を
行なうJKフリツプフロツプ回路と、上記分周回
路からの出力信号を入力し、該出力信号を基準位
相信号とすることにより上記出力巻線から得られ
る信号の位相検波を行なう位相検波回路とを備え
た磁界計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8727481A JPS57199969A (en) | 1981-06-03 | 1981-06-03 | Magnetic field measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8727481A JPS57199969A (en) | 1981-06-03 | 1981-06-03 | Magnetic field measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57199969A JPS57199969A (en) | 1982-12-08 |
| JPS6331060B2 true JPS6331060B2 (ja) | 1988-06-22 |
Family
ID=13910185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8727481A Granted JPS57199969A (en) | 1981-06-03 | 1981-06-03 | Magnetic field measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57199969A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991013366A1 (en) * | 1990-02-28 | 1991-09-05 | Nippon Kokan Kk | Method and apparatus for magnetic detection |
| ES2070702B1 (es) * | 1992-12-31 | 1997-03-01 | Alcatel Standard Electrica | Dispositivo sensor de campo magnetico. |
-
1981
- 1981-06-03 JP JP8727481A patent/JPS57199969A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57199969A (en) | 1982-12-08 |
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