WO2004061466A1

WO2004061466A1 - 磁気センサ

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Publication number: WO2004061466A1
Application number: PCT/JP2002/013676
Authority: WO
Inventors: Masahiko Sumigama
Original assignee: Masahiko Sumigama
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

　本発明は、磁気バイアスを重畳させる必要がなく、ヒステリシス現象が低減されるようにした、磁気インピーダンス方式の磁気センサを提供することを目的とする。この磁気センサは、強磁性体から成る磁気コアに巻回された励磁巻線から成る磁気検出部と、この磁気検出部のインダクタンス値と直列に、電流を磁気検出部側に流す極性方向のダイオードを介して接続された積分回路と、この積分回路に蓄積された電荷を、上記ダイオード及び磁気検出部を介してパルス駆動放電させる放電回路と、外部磁界の変化により変動する磁気検出部の磁気インピーダンス変化に対応して変化する積分回路の平均電圧を、磁気検出出力として出力する検出回路とを含んでいることを特徴とするものである。

Description

明細書磁気センサ技術分野

本発明は、磁気インピ一ダンス方式の磁気センサに関し、とくに高感度、低消費電力で小型化が容易な磁気センサに関する。

背景技術

従来、磁気—電気の変換を行なう磁気センサとしては、フラックスゲ —トセンサから始まって、半導体技術によるホ一ル素子、そして磁気抵抗効果による M R素子が知られている。

さらに、最近では、透磁率の高い強磁性体、例えばアモルファスワイャに直接に高周波電流を流して動作させるようにした磁気ィンピーダンス方式の磁気センサ回路も開発されている。

この磁気インピ一ダンス方式の磁気センサ回路は、小型化が可能であると共に、動作させるための基本動作回路も、第 1 6図に示すように簡単な構成により実現され、さらに磁気感度が高いことから、次世代のマィク口磁気センサとして期待されている。

ところで、上記磁気センサ回路 1は、第 1 6図に示すように、コンデンサ C 1と抵抗 R 1によって数 M H z以上の矩形波をィンパータ I C 1， I C 2により発振させて、インバータ I C 2が Hレベルから Lレベルに変化する際に、コンデンサ C 2と抵抗 R 2により微分パルス化して、負パルス成分を駆動回路 I C 3によつて電力増幅することにより、パルス電流を抵抗 R 3及び R 4を介して、アモルファスワイヤ 2に直接に加える。

ここで、外部磁界 H e Xを検出すると、アモルファスワイヤ 2のインピーダンスが変化するので、変化電圧成分がダイォード Dとコンデンサ C 3及び抵抗 R 4によリ検波整流され、その検波微小電圧が差動アンプ 3により増幅されるようになつている。

しかしながら、このように構成された磁気センサ回路 1においては、磁気センサとなるアモルファスワイヤ 2には、ハンダ付け材料と馴染まないシリコン原子がアモルファスに含まれていることから、ハンダ付けを確実に行なうためには、電極付けに特殊な工夫が必要であった。

また、電極付けの信頼性は、一般的な電子部品の電極付けと比較すると低く、しかも接続加工には高価な設備が必要であることから、電極付けに関して技術的には解決されたが、量産性については、加工コスト等の点で未だ問題が残っていた。

さらに、このような磁気センサ回路 1においては、その磁気感度特性、第 1 7図に示すように、ゼロ磁界中心の対称形状であることから、磁気感度特性を使用感度領域にシフトさせるためには、磁気バイアス H b、例えば検出磁界周波数成分以上の十分に安定した高 S /Nの直流電流をアモルファスワイヤに巻回したバイアス巻線に流すことにより、約 0 . 8 0 e程度の磁気バイアス H bを重畳させる必要があった。

また、このような磁気センサ回路 1を実用化するための重要な問題として、磁気センサの特性に関して、第 1 7図にて実線で示す磁気感度特性に対して、右（+ ) 側にシフトする際のヒステリシス特性及び左（一）側にシフトする際のヒステリシス特性（点線図示）によるヒステリシス現象が大きいので、アナログ的に磁界を検出するような場合には、このヒステリシス現象を解消するための防磁対策の磁気シールドとか、ヒステリシス軽減回路等の工夫を必要とするという問題があつた。

例えば磁気感度曲線にて、 0乃至 1 . 5 0 e付近までの感度範囲に検出感度中心を設定する場合、使用工具、例えばピンセット等から発生する帯磁磁界や一般的に使用されている各種磁石から発生する数十 O eの磁界環境下に一瞬でも曝すと、磁気感度曲線が左右にシフトするヒステリシス現象が発生して、検出電圧が + α Δ νから一 Δ νだけ変動してしまラ。

本発明は、以上の点に鑑み、磁気バイアスを重畳させる必要がなく、ヒステリシス現象が低減されるようにした、磁気インピーダンス方式の磁気センサを提供することを目的としている。発明の開示

上記目的は、本発明によれば、強磁性体から成る磁気コアに巻回された励磁巻線から成る磁気検出部と、この磁気検出部のィンダクタンス値と直列に、電流を磁気検出部側に流す極性方向のダイオードを介して接続された積分回路と、上記積分回路に蓄積された電荷を、.上記ダイォー' ド及び磁気検出部を介してパルス駆動放電させる放電回路と、外部磁界の変化により変動する磁気検出部の磁気インピーダンス変化に対応して変化する積分回路の平均電圧を、磁気検出出力として出力する検出回路と、を含んでいることを特徴とする、磁気センサにより達成される。本発明による磁気センサは、好ましくは、さらに、放電回路によるパルス駆動電流を制限する電流制限抵抗を備えており、上記積分回路が、電流制限抵抗の接続点の電位のマイナスピーク電位を積分する。

本発明による磁気センサは、好ましくは、上記励磁巻線が二重巻線として構成されており、上記放電回路が、励磁巻線の各巻線に対して交互にパルス駆動放電を繰り返して、磁気検出部の励磁方向を交互に反転させて放電させる。

上記構成によれば、放電回路によるパルス駆動放電により、駆動パルスが磁気検出部の励磁巻線に印加されることにより、磁気検出部が駆動される。そして、磁気検出部が積分回路に直列に接続されていることにより、積分回路の電圧が電圧降下する。

その際、この電圧降下が磁気検出部に作用する外部磁界の大きさに応じて大きくなることから、積分回路の平均電圧を検出回路により検出することにより、外部磁界を検出することができる。

この場合、地磁気環境範囲内のゼロ磁界を中心とした約 ± 0 . 5 0 e 程度の範囲内においては磁気バイアスを必要とせずに磁界検出を行なうことができる。

ここで、磁気検出部は従来の磁気インピーダンス方式の磁気センサのように電極を付けたアモルファスワイヤを使用しておらず、ァモルファスワイヤに巻回した巻線から励磁動作が行なわれ得るので、磁気センサの信頼性が向上すると共に、コストが低減され得ることになる。

また、放電.回路によるパルス駆動放電毎に、正確には各駆動パルスの間、磁気コアを構成する材料の磁気特性の飽和磁界まで励磁することになる。従って、ヒステリシス現象の発生を抑制することができるので、磁気シールドゃ回路工夫等による防磁対策が不要となリ、よリー層コス卜が低減され得る。 '

放電回路によるパルス駆動電流を制限する電流制限抵抗を備えており、上記積分回路が、電流制限抵抗の接続点の電位のマイナスピーク電位を積分する場合には、電流制限抵抗の抵抗値を変更することによって、感度傾斜調整を行なうことができる。

上記励磁巻線が二重巻線として構成されており、上記放電回路が、励磁巻線の各巻線に対して交互にパルス駆動放電を繰り返して、磁気検出部の励磁方向を交互に反転させて放電させる場合には、放電回路のパルス駆動放電によリ磁気コァに付与される磁界が交互に反転することにより、ヒステリシス現象がよリー層低減され得ることになる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明による磁気センサの第一の実施形態の構成を示す回路図である。第 2図（A ) は、第 1図の磁気センサ回路における磁気検出部の等価回路を、第 2図（B ) は、第 1図の磁気センサ回路における論理積回路の出力及び検出電圧を示すグラフである。

第 3図は、第 2図（B ) の駆動パルスによる検出電圧の変化を詳細に示すグラフである。第 4図は、第 1図の磁気センサ回路における磁気感度特性を示すグラフである。第 5図は、第 1図の磁気センサ回路における論理積回路の出力電圧，検出電圧及び検出回路の出力電圧を示すグラフである。第 6図は、第 1図の磁気センサ回路における論理積回路 I C

6の等価回路図である。第 7図は、第 5図（C ) の詳細図である。第 8図は、第 1図の磁気センサ回路により磁性材料の亀裂を検出する場合を示す概略図である。第 9図は、第 1図の磁気センサ回路によリエンコーダを検出する場合を示す概略図である。第 1 0図は、第 1図の磁気センサ回路の変形例の構成を示す回路図である。第 1 1図は、第 1 0 図の磁気センサ回路における電流制限抵抗の抵抗値の変化による磁気感度特性の変化を示すグラフである。

第 1 2図は、本発明による磁気センサの第二の実施形態の構成を示す回路図である。第 1 3図は、第 1 2図の磁気センサ回路における磁気検出部の構成を示す概略図である。第 1 4図は、第 1 2図の磁気センサ回路におけるィンバータ論理回路，各論理積回路及ぴ各検出回路の出力電庄を示すグラフである。第 1 5図は、第 1 2図の磁気センサ回路における各論理積回路の構成例を示す回路図である。

第 1 6図は、従来の磁気センサ回路の一例の構成を示す回路図である。第 1 7図は、第 1 6図の磁気センサ回路による磁気感度特性とそのシフトによるヒステリシス現象を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の好適な実施形態を第 1図乃至第 1 2図を参照しながら、詳細に説明する。

第 1図は、本発明による磁気センサの第一の実施形態を示している。第 1図において、磁気センサ回路 1 0は、放電回路 1 1と、磁気検出部 1 2と、検出回路 1 3と、から構成されている。

上記放電回路 1 1は、第 1 6図に示した従来の磁気センサ回路 1と同様に、抵抗 R 1及びコンデンサ C 1により矩形波発振するインバータ I C 1， I C 2から成る発振回路 1 1 aを有しており、その発振信号の周波数は、検出周波数の 1 0倍以上に周波数が選択される。

例えば直流乃至数 1 0 0 H z成分の磁界検出のためには、通常数 1 0 K H zの発振信号周波数が選定される。

尚、上記発振回路 1 l aは、第 1図に示すように独立して設けられていてもよく、また他の安定した発振信号源（例えばマイコン回路等）を利用してもよい。

そして、発振回路 1 1 aのインバータ I G 2から出力される矩形波の発振信号は、インパ一タ論理回路 I C 4で波形整形された後、インバータ論理回路 I C 5及び論理積回路 I C 6の一方の入力端子に人力される。インパ一タ論理回路 I G 5の出力は、抵抗 R 5を介して論理積回路 I C 6の他方の入力端子に入力されると共に、コンデンサ G 4を介して接地される。

ここで、論理積回路 I C 6は、二つの入力が共に Hレベルのときのみ出力信号が Lレペルとなる。従って、インバ一タ論理回路 I C 4の出力が Lレベルから Hレペルに反転すると、論理積回路 I C 6の出力は、抵抗 R 5とコンデンサ C 4で決まる時定数の微分パルス幅の間のみ Hレぺルから Lレペルのパルス信号を出力して、磁気検出部 I 2を駆動する。また、論理積回路 I C 6は、パルス毎に、 Lレベルを出力して、磁気コア 1 2 aに対してパルス駆動放電を行ない、磁気コア 1 2 aを構成する材料の磁気特性の飽和磁界まで励磁することになる。これにより、ヒステリシス現象の発生を抑制することができる。なお、論理積回路 I C 6は、負荷となる磁気検出部 1 2を電流駆動することから、動作速度が速く、駆動電流容量が大きい標準論理 I Cシリーズとして、例えば 7 4 A C 0 0等の論理 I Cを使用することが望ましい。

磁気検出部 1 2は、磁気コア 1 2 aと、この磁気コア 1 2 aに巻回された励磁巻線 1 2 bと、から構成されている。上記磁気コア 1 2 aは、強磁性体、高い磁気感度特性を必要とする場合には、例えば透磁率が数万以上の強磁性体、例えばパーマロイ材、あるいはュニチカ社のァモルファスワイヤ材ゃァライド · シグナル社（米国）のアモルファスリポン材（型番 2 7 1 4 ) が好適であり、また広範囲の磁気感度特性を必要とする場合には、透磁率数千程度の軟フェライト材、あるいはァライド · シグナル社（米国）の商用トランス用のアモルファスリポン材（型番 2 6 0 4 ) が好適である。

ここで、磁気検出部 1 2の外部磁気一検出電圧の過渡応答特性動作を、第 2図（A ) の等価回路にょリ説明する。磁気検出部 1 2の磁気コア 1 2 aが外部磁気を受けると、透磁率が低下することによリ、結果としてコイルインダクタンス Lが低下し、 L Z Rの時定数が小さくなる。従つて、放電回路 1 1により時刻 t 1から所定時間 T w後の時刻 t 2までパルス駆動放電が行なわれると、検出電圧は、第 2図（B ) に示すように, 時定数 L Z Rで決まる過渡特性の曲線に従って電圧降下する。その際、外部磁気がある場合には、外部磁気がないとき（実線図示）と比較して. 点線で示すようにより大きく電庄降下することになる。

詳細には、第 3図にて、外部磁界を検出していないときのインダクタンス L 0の L 0/R過渡特性曲線を実線で、また最大に外部磁界を受けたどきのインダクタンス L 1の L 1ZR過渡特性曲線を点線で示すと、過渡特性が時間 t 1から L 1ZRの時定数時間に相当する時間 t 2付近で最大の検出電圧差（V 1— V2) となる。

また、このときの磁気感度特性は、第 4図に示すように、磁気検出部 1 2の励磁巻線 1 2 bに対する電流の方向により、実線または点線で示すように表わされる。なお、この実線及び点線による磁気感度特性は、磁気 0を中心とした対称特性となる。上記検出回路 1 3は、ダイオード Dと、積分コンデンサ C 5，充電制御抵抗 R 6から成る積分回路 1 4と、トランジスタ T rと、から構成されている。ダイオード Dは、その一端が、磁気検出部 1 2の放電回路 1 1とは反対側に対して直列に、磁気検出部 1 2側に電流を流す極性方向で接続されている。

上記積分回路 1 4は、ダイオード Dの他端とロジック I Cの電源よりもノイズ成分の少ない電源ライン + V cとの間に接続された充電制御抵抗 R 6と、ダイオード Dの他端とアース間に接続された積分コンデンサ C 5と、から構成されている。これにより、積分コンデンサ C 5が、前述した放電回路 1 1によるパルス駆動放電の間のパルス通電ィンターパル間隔 T bの間に、充電制御抵抗 R 6を介して充電される。

従って、積分回路 1 4は、論理積回路 I C 6の出力信号（第 5図（A ) 参照）に基づいて、第 5図（B) に示すように、上記検出出力の第 3 図にて時間 t 2における最も低い電圧値が間欠的に印加され、積分コンデンサ C 5により積分を行なう。

ここで、放電回路 1 1の論理積回路 I C 6の内部には、第 6図に示すように、 MO S構造の半導体スィッチ SWa， SWbが内蔵されており、磁気検出部 1 2をパルス駆動放電する際には、第 6図（B) の等価回路に示すように、半導体スィッチ SWaが開放され、半導体スィッチ S W bが閉じることにより、積分回路 1 4の積分コンデンサ C 5に蓄積された電荷が、ダイオード D及び磁気検出部 1 2を介してアースに逃がされ、パルス駆動放電が行なわれる。

ここで、積分コンデンサ C 5の充電電圧の変化は、第 7図に示す充電カーブで表わされ、積分コンデンサ C 5と充電制御抵抗 R 6により決まる充電カーブ定数は、ィンターパル時間 T bで最大検出電圧以上の充電定数となるように設定される。そして、積分コンデンサ C 5にホールドされた検出電圧は、パルス駆動放電毎に、電位 V nにホールドされ、 Λ ルス駆動放電によリ放電する。

前述した例においては、 2 O K H zの発振周波数の条件のもとでは、積分コンデンサ C 5は、例えば漏洩電流が少なくかつ温度安定性に優れたフィルムコンデンサが使用され、その容量は 0 . に選定され、また充電制御抵抗 R 6の抵抗値は 5 0 0 Κ Ω乃至 1 Μ Ωに選定される。積分コンデンサ C 5の充電電圧は、トランジスタ T r及び抵抗 R 7から成る同相アンプによりインピーダンス変換され、低インピ一ダンスの検出信号（第 5図（C ) 参照）として出力端子 V o u tから出力されるなお、充電制御抵抗 R 6と積分コンデンサ C 5で決まる積分時定数を大きくすると、検出信号の電圧が低くなると共に、パルス駆動放電インターバルのリップル分も少なくなる。また、上記積分時定数を小さくすると、検出信号の電圧が高くなるが、リップル分も大きくなリ、ローパスフィルタ特性を有することになる。

ここで、第 7図に示す積分コンデンサ C 5の充電カーブにおいて、磁気検出部 1 2の等価定数としての巻線内部抵抗 R d c (第 2図（A ) 及び第 6図（B ) 参照）が上述した設計条件においても数 Ωと小さく、また磁気検出部 1 2の磁気ィンピ一ダンス成分 R Lが数 1 0 0 Ωと大きい _£ 従って、パルス駆動放電時には、第 7図に示される時間 T bの最大電位 V+Pから V' n+ 1の差電圧分が放電されることになる。このとき、放電力一ブ時定数 L / Rの抵抗成分 Rは、大半が磁気ィンピーダンス成分 RLとなるので、パルス駆動電流 iは、磁気インピーダンス成分 RL で決まることになる。

ところで、このような構成の磁気検出部 1 2のインダクタンス Lは、励磁巻線 12 bの巻線径，巻線幅及び巻線数、そして磁気コア 1 2 aの透磁率，断面積及び長さで決まる。従って、上記検出電圧差を大きくするためには、磁気検出部 1 2のインダクタンス Lとパルス駆動電流 iそしてパルス駆動放電時間 Twの三要素を適宜に選定すればよい。

例えば、回路の動作電圧が 5 Vの場合、磁気コア 1 2 aを、ュニチカ社のコバルト系アモルファスワイヤ（径 1 20 長さ 1 0mm) を三本使用して構成する。また、励磁巻線 1 2 bとして、 1 mm径のポビンに巻線幅 8 mmで 1 50回巻回する。

このような構成の磁気検出部 1 2を使用して、パルス駆動電流 iの電流供給源となる積分コンデンサ C 5を 0. 0 1 F, 積分定数を決める充電制御抵抗 R7を 500 とし、発振周波数 20 kH zに設定すると、駆動パルス時間幅が 1 5 O n秒の条件のもとで、動作電圧 5 V時に、最大検出差（V I— V2) が約 I Vとなる。

第 3図のパルス通電時間 Twは、最大検出電圧差（V 1— V 2 ) となる時間に選定され、上記定数条件では、パルス通電時間 Twは、約 1 0 0乃至 1 50 n秒となる。

なお、上述した各 I C即ちィンバータ I C 1 , I C 2、ィンバータ論理回路 I C 4， I G 5、論理積回路 I C 6は、それぞれ消費電力が少ない C— MO S構造の標準論理 I Cである 74HCシリ一ズ等により構成され得るので、動作電圧幅が 2乃至 5 Vで選択することができる。

従って、本実施形態による磁気センサ回路 1 0の主要回路部となる放電回路 1 1 , 検出回路 1 3の合計平均消費電流は、例えば発振周波数 2 O K H z , 動作電圧 5 Vの条件のもとでは、 Ι Ο Ο ^ Α以下となり、超低電流で動作し得るという効果がある。これにより、例えば電池駆動式の小電流回路用の磁気センサ回路が構成され得ることになる。

本発明実施形態による磁気センサ回路 1 0は、以上のように構成されており、放電回路 1 1からのパルス駆動信号が、磁気検出部 1 2に印加され、磁気検出部 1 2がパルス駆動される。他方、積分回路 1 4には、電源ライン + V cから定電圧が印加されることにより、充電制御抵抗 R 6を介して、積分コンデンサ C 5に充電されており、積分回路 1 4の積分電圧は、検出回路 1 3のトランジスタ T r及び抵抗 R 7から成る出力アンプにより増幅され、出力端子 V 0 u tから検出電圧として出力される。

そして、外部磁界がない場合には、第 2図（B ) 及び第 3図にて実線で示すように、電圧降下が比較的小さいが、外部磁界がある場合には、第 2図（B ) 及び第 3図にて点線で示すように、電圧降下が比較的大きくなる。従って、検出回路 1 3の出力端子 V o u tからの出力は、外部磁界の大きさに対応して、第 4図に示すように変化することになる。ここで、第 4図の磁気感度特性によれば、地磁気環境範固内のゼロ磁界を中心とした約 ± 0 . 5 0 e以内での磁界検出は、従来の磁気センサでは必要であった磁気バイアス H bが不要である。

また、磁気検出部 1 2を構成する磁気コア 1 2 aは、アモルファスヮィャを使用する場合、 1 2 Ο μ πι径のものから、線引きで細くした例えば 2 0 m径まで使用可能であることから、励磁巻線 1 2 bとして有機溶剤で被膜が溶けて自己溶着する被膜導線を使用すれば、巻線ポビンを省略することも可能である。

上述した実施形態においては、磁気検出部 1 2を構成する磁気コア 1 2 aは、高透磁率のアモルファスワイヤ材が使用されているが、これに限らず、高透磁率のァモルファスリポン材を使用することも可能である。その際、第 8図に示すように、磁性材料 1 5の亀裂 1 5 aにおける磁気回路 1 6による磁気の漏れを検出するピンポィント磁気検出のためには、線径を選択できるアモルファスワイヤ材が好適であり、また第 9図に示すように、エンコーダ 1 7の磁気検出のためには、例えば 2 0 ^ m 厚と薄く且つ幅を自由に選択することができるアモルファスリポン材が好適であリ、外部磁界ノイズに強い U字型に曲げた閉磁路を容易に構成することができる。

さらに、磁気センサ回路 1 0においては、パルス駆動放電毎に磁気コァ 1 2 aを、材料が有する磁気特性の飽和限界まで励磁するようになつているので、必然的にヒステリシス現象が少ない。なお、この場合でも、磁気センサ回路 1 0の磁気検出部 1 2を数 K O e程度の強磁界下に曝すと、 ± 1乃至 2 %程度のヒステリシス現象が発生する。

第 1 0図は、上述した磁気センサ回路 1 0の変形例を示している。第 1 0図において、磁気センサ回路 2 0は、第 1図に示した磁気センサ回路 1 0とほぼ同様の構成であり、以下の点でのみ異なる構成になっている。即ち、磁気センサ回路 2 0においては、磁気検出部 1 2とダイォード Dとの間と、前述した電源ライン + V cとの間に電流制限抵抗 R 8が接続されている。

このような構成の磁気センサ回路 2 0によれば、前述した磁気センサ回路 1 0と同様に作用すると共に、電流制限抵抗 R 8が備えられていることにより、放電回路 1 1によるパルス駆動放電の際に、駆動 I Cである I C 6と同じ高い電位からのパルス駆動放電が発生することになるので、パルス駆動電流 iが増大する。従って、パルス駆動電流 iは、磁気ィンピーダンス成分 R Lと電流制限抵抗 R 8の合計抵抗値によリ制御されることになリ、検出電圧 Vnは、（パルス躯動電流 i X磁気抵抗インピーダンス RL) となる。

このようにして、磁気センサ回路 20の磁気感度特性は、電流制限抵抗 R8として数 1 00 乃至数の抵抗を選択することにより、第 1 1図に示すように、例えば実線で示した抵抗値 2 の場合の磁気感度特性に対して、抵抗値を 6. 8 とすると、第 1 1図にて点線で示すように、約— 0. 50 eの使用中心における AV/AO eの傾斜が増大し、また抵抗値 470 Ωとすると、第 1 1図にて鎖線で示すように、約 — 0. 50 eの使用中心付近における Δν/ΔΟ eの傾斜が減少する。これによリ、電流制限抵抗 R 8の抵抗値を変化させることにより、磁気感度特性の使用中心における感度傾斜を調整することができる。

さらに、パルス駆動電流 iが増大することによって、検出電圧も増大することになる。従って、磁気センサ回路 20においては、積分回路 1 4の積分時定数は、磁気センサ回路 1 0の場合よりも大きくなるように、例えば積分コンデンサ C 5が 0. 0 1 ^F, 充電制御抵抗 R6が数 1 0 ΙίΩに選定される。これにより、検出電圧（V 1—V 2 ) が大きくなるので、図示しない後段のフィルタ回路にて、パルス躯動インタ一パルの高域成分のみが減衰され、ノイズの少ない検出電圧が得られることになり、検出精度が向上するこどになる。

第 1 2図は、本発明による磁気センサの第二の実施形態を示している _£ 第 1 2図において、磁気センサ回路 30は、ヒステリシス現象の対策を強化するように構成されており、第 1図に示した磁気センサ回路 1 0と比較して以下の点でのみ異なる構成になっている。

即ち、磁気センサ回路 30においては、磁気検出部 1 2は、その励磁巻線 1 2 bが二重に構成されている。即ち励磁巻線 1 2 bに加えて、もう一つの励磁巻線 1 2 b 1が追加されている。この励磁巻線 1 2 b 1は. 第 1 3図に示すように、磁気コア 1 2 aに対して励磁巻線 12 bと同じ巻線数でかつ逆向きに巻回されており、双方の励磁巻線 1 2 b， 1 2 b 1間の静電結合が少ない分別巻きになっている。そして、各励磁巻線 1 2 b 1に対しても、放電回路 1 1は論理積回路 I C 6 aを備え、また検出回路 1 3は、ダイオード D a, 積分回路 1 4 a及びトランジスタ T r aを備えている。

論理積回路 I C 6 aは、一方の入力端子に、インバ一タ論理回路 I C 5の出力が直接に入力されると共に、他方の入力端子には、インバ一タ論理回路 I G 4の出力が、抵抗 R 5 aを介して入力されると共に、コンデンサ C 4 aを介して接地される。ダイオード D aは、磁気検出部 1 2 の他方の励磁巻線 1 2 b 1と積分回路 1 4 aとの間に、磁気検出部 1 2 に向かって電流を流すような極性方向で接続されている。

また、積分回路 14 aは、積分コンデンサ C 5 a, 充電制限抵抗. R 6 aから構成されており、トランジスタ T r aは、抵抗 R7 aを備えており、同相アンプを構成している。

このような構成の磁気センサ回路 30によれば、第 14図（A) に示すように、インバータ論理回路 I C 4に入力されるパルス信号に基づいて、このパルス信号の Lレベルから Hレベルの立上リのタイミングで励磁巻線 1 2 bに対する駆動パルスを発生させるだけでなく、 Hレベルからレベルの立下リのタイミングで励磁巻線 1 2 b 1に対する駆動パルスを発生させることにより、第 14図（B) 及び（D) に示すように、論理積回路 I C 6 , I C 6 aが交互に駆動パルスを出力することによリ、パルス駆動放電が行なわれ、磁気検出部 1 2の二つの励磁巻線 1 2 b , 1 2 b 1が交互に励磁される。従って、検出回路 1 3のトランジスタ T r , T r aからの出力電圧 V a， Vbは、第 14図（C) ，（E) に示すようになる。これにより、磁気検出部 1 2は、各励磁巻線 1 2 b， 1 2 b 1により、それぞれ第 4図の実線及び点線の磁気感度特性で磁気検出を行なうことになるので、ヒステリシス現象の発生がよリー層低減されることになる _c 尚、論理積回路 I C 6， I C 6 aの出力端子は、他方が駆動パルスを出力したときの誘導パルスが印加され、また非駆動時には低インピーダンスでブルアップされた状態になって、駆動巻線側の二次誘導負荷となるので、駆動時以外は高インピーダンスとなるように、例えば第 1 5図に示すように、正論理積 I C 3 1とオープンコレクタのィンバ一タ I C 3 2 (例えば 7 4 A C 0 5 ) を組合せた構成が好適である。産業上の利用可能性

以上述べたように、本発明によれば、放電回路によるパルス駆動放電により、駆動パルスが磁気検出^の励磁巻線に印加されることにより、磁気センサが駆動される。そして、磁気検出部が積分回路に直列に接続されていることにより、積分回路の電圧が電圧降下する。その際、この電圧降下が磁気検出部に作用する外部磁界の大きさに応じて大きくなる- ことから、積分回路の平均電圧を検出回路により検出することにより、外部磁界を検出することができる。この場合、地磁気環境範囲内のゼロ磁界を中心とした約土 0 . 5 0 e程度の範囲内においては磁気バイアスを必要とせずに磁界検出を行なうことができる。

ここで、磁気検出部は従来の磁気インピーダンス方式の磁気センサのように電極を付けたアモルファスワイヤを使用しておらず、ァモルファスワイヤに巻回した巻線から励磁動作が行なわれ得るので、磁気センサ回路の信頼性が向上すると共に、コストが低減され得ることになる。また、放電回路によるパルス駆動放電毎に、正確には各駆動パルスの聞、磁気コァを構成する材料の磁気特性の飽和磁界まで励磁することになる。従って、ヒステリシス現象の発生を抑制することができるので、磁気シールドや回路工夫等による防磁対策が不要となり、よリー層コス卜が低減され得る。

このようにして、本発明によれば、磁気バイアスを重畳させる必要がなく、ヒステリシス現象が低減されるようにした、極めて優れた磁気ィンピーダンス方式の磁気センサが提供され得る。

Claims

請求の範囲

1 . 強磁性体から成る磁気コアに巻回された励磁巻線から成る磁気検出部と、

この磁気検出部のインダクタンス値と直列に、電流を磁気検出部側に流す極性方向のダイォ一ドを介して接続された積分回路と、

上記積分回路に蓄積された電荷を、上記ダイォード及び磁気検出部を介してパルス駆動放電させる放電回路と、

外部磁界の変化により変動する磁気検出部の磁気インピーダンス変化に対応して変化する積分回路の平均電圧を、磁気検出出力として出力する検出回路と、

を含んでいることを特徴とする磁気センサ。

2 . 上記の構成に加えて、上記放電回路によるパルス駆動電流を制限する電流制限抵抗を備えており、 ·

上記積分回路が、電流制限抵抗の接続点の電位のマイナスピーク電位を積分することを特徴とする、請求の範囲第 1項に記載の磁気センサ。

3 . 上記励磁巻線が二重巻線として構成されており、

上記放電回路が、励磁巻線の各巻線に対して交互にパルス駆動放電を繰り返して、上記磁気検出部の励磁方向を交互に反転させて放電させることを特徴とする、請求の範囲第 1項または第 2項に記載の磁気センサ。