WO2017077870A1 - 磁界検出装置及び磁界検出方法 - Google Patents

磁界検出装置及び磁界検出方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017077870A1
WO2017077870A1 PCT/JP2016/081102 JP2016081102W WO2017077870A1 WO 2017077870 A1 WO2017077870 A1 WO 2017077870A1 JP 2016081102 W JP2016081102 W JP 2016081102W WO 2017077870 A1 WO2017077870 A1 WO 2017077870A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic field
signal
field detection
output signal
detection
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/081102
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
圭 田邊
Original Assignee
Tdk株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tdk株式会社 filed Critical Tdk株式会社
Priority to US15/770,195 priority Critical patent/US11073576B2/en
Priority to CN201680064735.8A priority patent/CN108351390B/zh
Priority to JP2017548702A priority patent/JP6791162B2/ja
Priority to DE112016005046.1T priority patent/DE112016005046T5/de
Publication of WO2017077870A1 publication Critical patent/WO2017077870A1/ja

Links

Images

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
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/091—Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • 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
    • G01R33/025—Compensating stray fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • 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
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • 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
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • 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
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/095—Magnetoresistive devices extraordinary magnetoresistance sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic field detection device and a magnetic field detection method, and more particularly, to a magnetic field detection device and a magnetic field detection method for selectively detecting a detection magnetic field by canceling an environmental magnetic field superimposed on the detection magnetic field.
  • a magnetic field detection device that detects a weak magnetic field emitted from a human body or the like is strongly affected by an environmental magnetic field such as geomagnetism. For this reason, in this type of apparatus, it is essential to cancel the influence of the environmental magnetic field.
  • the magnetic field detection device described in Patent Document 1 is provided with a sensor for detecting an environmental magnetic field separately from a sensor for detecting a magnetic field to be measured, and driving a cancel coil based on the output signal. The environmental magnetic field is cancelled.
  • the magnetic field detection device described in Patent Document 2 is provided with a sensor for detecting an environmental magnetic field separately from a sensor for detecting a magnetic field to be measured, and by calculating a difference between these output signals. The components of the magnetic field to be detected are extracted.
  • each of the magnetic field detection devices described in Patent Documents 1 and 2 requires a separate sensor for detecting an environmental magnetic field, which increases the number of parts and makes it difficult to reduce costs. There was a problem.
  • an object of the present invention is to provide a magnetic field detection apparatus and a magnetic field detection method capable of selectively detecting a detection magnetic field without separately providing a sensor for detecting an environmental magnetic field.
  • a magnetic field detection apparatus includes a magnetic field detection unit that generates an output signal corresponding to a magnetic field, a first frequency component extracted from the output signal, and a first signal that generates a cancel signal based on the predetermined frequency component A signal generation unit; a first magnetic field generation unit that applies a first cancellation magnetic field to the magnetic field detection unit based on the cancellation signal; and an output signal of the magnetic field detection unit that is provided with the first cancellation magnetic field. And a second signal generation unit that generates a detection signal based on the second signal generation unit.
  • the cancel signal is generated based on the frequency component of the output signal, and the first cancel magnetic field is applied to the magnetic field detection unit using the cancel signal. Therefore, the sensor for detecting the environmental magnetic field is provided. There is no need to provide it separately. As a result, the number of parts is reduced, so that it is possible to realize downsizing and cost reduction.
  • the predetermined frequency component preferably includes a DC component. According to this, it becomes possible to measure the detected magnetic field with the geomagnetism canceled.
  • the first signal generation unit may include a low-pass filter, a band elimination filter, a high-pass filter, or a band-pass filter, and an A / D converter that converts the output signal into a digital signal;
  • a digital filter for processing the digital signal may be included.
  • the first magnetic field generator includes a first coil
  • the magnetic field detector is disposed on an inner diameter portion of the first coil. According to this, it becomes possible to cancel the environmental magnetic field more accurately.
  • the magnetic field detection apparatus further includes a second magnetic field generation unit that applies a second cancellation magnetic field to the magnetic field detection unit based on the output signal of the magnetic field detection unit to which the first cancellation magnetic field is applied. It is preferable to provide. According to this, it becomes possible to detect a magnetic field more accurately by so-called closed loop control.
  • the magnetic field detection unit includes a magnetic field detection element that converts the magnetic field into a potential difference, and a first amplification circuit that generates the output signal by amplifying the potential difference.
  • the magnetic field detection element and the second magnetic field generation circuit may be integrated on the same sensor chip, or the first magnetic field generation circuit may be further integrated on the sensor chip. .
  • the magnetic field detector further includes a second amplifier circuit that is provided separately from the first amplifier circuit and generates the detection signal by amplifying the potential difference. According to this, the load on each amplifier circuit is reduced, and the circuit constants can be set independently of each other.
  • the magnetic field detection method generates an output signal by detecting a combined magnetic field in which an environmental magnetic field is superimposed on a detected magnetic field, and extracts a cancel signal by extracting a frequency component corresponding to the environmental magnetic field from the output signal. And the component corresponding to the detected magnetic field is extracted from the output signal by canceling the environmental magnetic field based on the cancel signal.
  • the number of parts can be reduced, and the magnetic field detection device can be reduced in size and cost.
  • the present invention it is possible to selectively detect the detected magnetic field without separately providing a sensor for detecting the environmental magnetic field.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a magnetic field detection apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a specific configuration of the magnetic field detection device 100.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of the magnetic field detection element 11.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along the line XX shown in FIG.
  • FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a connection relationship between the magnetoresistive effect elements MR1 to MR4 and the operational amplifier 12.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a low-pass filter.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a band elimination filter.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a low-pass filter.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a high-pass filter.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a band-pass filter.
  • FIG. 10 is a circuit diagram illustrating another example of a specific configuration of the magnetic field detection device 100.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the magnetic field detection device 100 according to the first example.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view showing the appearance of the structure of the magnetic field detection device 100 according to the first example.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the magnetic field detection device 100 according to the second example.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a magnetic field detection device 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a circuit diagram illustrating an example of a specific configuration of the magnetic field detection device 200.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a magnetic field detection apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the magnetic field detection device 100.
  • the magnetic field detection apparatus 100 includes a magnetic field detection unit 10 that generates an output signal S1, a first signal generation unit 20 that receives the output signal S1, and a second signal generation. And a first magnetic field generation unit 40 and a second magnetic field generation unit 50 that apply a magnetic field to the magnetic field detection unit 10.
  • the magnetic field detection unit 10 is a circuit that changes the level of the output signal S1 according to the magnetic field, and detects a magnetic field (detection magnetic field) to be detected by being disposed in the vicinity of the detection target.
  • a magnetic field detection magnetic field
  • the magnetic field detection unit 10 detects a combined magnetic field in which the environmental magnetic field is superimposed on the detection magnetic field. For this reason, in order to extract only the component of the detection magnetic field from the combined magnetic field, it is necessary to cancel the environmental magnetic field.
  • a typical environmental magnetic field is geomagnetism.
  • the specific configuration of the magnetic field detection unit 10 is not particularly limited, as shown in FIG. 2, a magnetic field detection element 11 that outputs a differential signal and an operational amplifier that amplifies the differential signal output from the magnetic field detection element 11 (Amplifier circuit) 12 can be used.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of the magnetic field detection element 11
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along the line XX shown in FIG.
  • the magnetic field detection element 11 is composed of a sensor chip, and the substrate 13 constituting the sensor chip is provided with four magnetoresistance effect elements MR1 to MR4.
  • the magnetoresistive effect elements MR1 to MR4 it is preferable to use a spin valve type giant magnetoresistive effect element (GMR element) whose electric resistance changes according to the direction of the magnetic field.
  • GMR element giant magnetoresistive effect element
  • a magnetic body 15 is placed on the surface of the substrate 13 via an insulating layer 14 covering the magnetoresistive elements MR1 to MR4.
  • the magnetic body 15 is a block made of a high permeability material such as ferrite, and is disposed between the magnetoresistive elements MR1 and MR4 and the magnetoresistive elements MR2 and MR3 in plan view.
  • the magnetic body 15 plays a role of collecting the magnetic flux ⁇ in the vertical direction, and the magnetic flux ⁇ collected by the magnetic body 15 is distributed substantially evenly to the left and right. Therefore, the magnetic flux ⁇ in the vertical direction is given almost evenly to the magnetoresistive effect elements MR1 to MR4.
  • FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the connection relationship between the magnetoresistive elements MR1 to MR4 and the operational amplifier 12.
  • the magnetoresistive element MR1 is connected between the terminal electrodes E1 and E3, the magnetoresistive element MR2 is connected between the terminal electrodes E2 and E3, and the magnetoresistive element MR3 is connected to the terminal electrodes E1 and E4.
  • the magnetoresistive element MR4 is connected between the terminal electrodes E2 and E4.
  • a predetermined voltage is applied by the constant voltage source 16 between the terminal electrodes E1 and E2.
  • the terminal electrodes E3 and E4 are connected to the input terminal of the operational amplifier 12, whereby the potential difference between the terminal electrodes E3 and E4 is amplified, and the output signal S1 is generated.
  • the magnetoresistive elements MR1 and MR4 are disposed on one side (left side in FIG. 3) when viewed from the magnetic body 15 in a plan view, and the magnetoresistive elements MR2 and MR3 are disposed on the other side when viewed from the magnetic body 15 (see FIG. 3). Therefore, the magnetoresistive effect elements MR1 to MR4 form a differential bridge circuit and detect changes in the electrical resistance of the magnetoresistive effect elements MR1 to MR4 according to the magnetic flux density with high sensitivity. It becomes possible to do.
  • the output signal S ⁇ b> 1 generated by the magnetic field detection unit 10 is input to the first signal generation unit 20 and the second signal generation unit 30.
  • the first signal generator 20 is a circuit that extracts a predetermined frequency component from the output signal S1 and generates a cancel signal S2 based on the predetermined frequency component.
  • the predetermined frequency component is a frequency component different from the frequency component of the detected magnetic field, and is caused by the environmental magnetic field. Since the frequency component of the detected magnetic field is known for each application, a different frequency component is a component caused by the environmental magnetic field, and this is extracted by the first signal generation unit 20.
  • the frequency component of the detection magnetic field is about 100 Hz
  • the geomagnetism which is an environmental magnetic field, consists of frequency components of several Hz or less.
  • a cancel signal S2 corresponding to geomagnetism can be generated. Furthermore, in order to extract frequency components higher than the detected magnetic field emitted from a motor, etc., it is possible to cope with geomagnetism and motor noise by selectively removing the vicinity of the detected magnetic field frequency component using a band elimination filter or the like.
  • the cancel signal S2 can be generated.
  • the first signal generation unit 20 is a low-pass filter, and includes an operational amplifier 21, resistors 22 and 23, and a capacitor 24.
  • the resistor 22 is connected in series with the inverting input terminal ( ⁇ ) of the operational amplifier 21, and the resistor 23 and the capacitor 24 are connected in parallel between the output terminal of the operational amplifier and the inverting input terminal ( ⁇ ). It is connected to the.
  • the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 21 is grounded.
  • the cancel signal S2 is supplied to the first magnetic field generator 40.
  • the first magnetic field generator 40 is an element that applies a first cancel magnetic field to the magnetic field detector 10 based on the cancel signal S2, and a coil through which the cancel signal S2 flows can be used.
  • the low frequency component of the magnetic field applied to the magnetic field detection element 11, that is, the environmental magnetic field composed of the geomagnetism is canceled, and only the detection magnetic field is applied to the magnetic field detection element 11.
  • the output signal S1 substantially reflects only the detected magnetic field.
  • the canceling operation of the environmental magnetic field using the first magnetic field generation unit 40 is achieved by a feedback loop using the operational amplifier 21, a slight fluctuation depending on the response of the feedback loop and the gain of the operational amplifier 21 is output. It can remain in signal S1. It is preferable to appropriately set the circuit constant of the first signal generation unit 20 so that the frequency of such minute fluctuations does not overlap with the frequency band of the detection magnetic field.
  • the output signal S1 from which the influence of the environmental magnetic field has been removed in this way is supplied to the second signal generation unit 30.
  • the second signal generation unit 30 includes, for example, a resistor 31 and a voltage detection circuit 32 that measures a voltage at both ends thereof, and generates a detection signal S3 corresponding to the current flowing through the resistor 31.
  • the detection signal S3 is an output signal of the magnetic field detection device 100 according to the present embodiment, and is input to another device using the detection signal S3.
  • the output signal S1 is also supplied to the second magnetic field generator 50, and the second magnetic field generator 50 gives the second canceling magnetic field to the magnetic field detector 10 based on the output signal S1.
  • the second magnetic field generator 50 a coil through which the output signal S1 flows can be used. With such a configuration, so-called closed loop control is realized, so that the detected magnetic field can be detected with higher accuracy.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a low-pass filter.
  • the frequency bands f1 and f2 away from the frequency f0 of the detected magnetic field are noise components. I can say that.
  • the frequency bands f1 and f2 that are noises are hatched, and the vicinity of the frequency f0 of the detected magnetic field is shaded.
  • the magnetic field in the frequency band f1 is canceled by the first magnetic field generator 40 if a low-pass filter having a characteristic LPF that passes the frequency band f1 is used.
  • a low-pass filter having a characteristic LPF that passes the frequency band f1 is used.
  • the SN ratio becomes higher than that of the original output signal S1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a band elimination filter.
  • the frequency bands f1 and f2 away from the frequency f0 of the detected magnetic field are noise components.
  • FIG. 7B if a band elimination filter having a characteristic BEF that allows the frequency bands f1 and f2 to pass is used, the magnetic fields in the frequency bands f1 and f2 are canceled by the first magnetic field generator 40.
  • FIG. 7C since the frequency components f1 and f2 are removed from the output signal S1, the SN ratio is further increased as compared with the original output signal S1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a high-pass filter.
  • the output signal S1 has the frequency component shown in FIG. 8A, and the frequency band of the detected magnetic field is f10.
  • the frequency band f10 of the detection magnetic field is a band below the frequency f12, and includes a direct current component.
  • the frequency band f11 higher than the frequency f12 is a noise component.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an operation when the first signal generation unit 20 is a band-pass filter.
  • the output signal S1 has the frequency component shown in FIG. 9A, and the frequency band of the noise component is f13.
  • the other frequency bands f14 and f15 are frequency bands of the detection magnetic field. Note that a part of the detected magnetic field may be included in the frequency band f13.
  • the first magnetic field generator 40 cancels the environmental magnetic field such as the geomagnetism, so that only the detected magnetic field can be accurately detected.
  • the absolute value of the magnetic field strength applied to the magnetic field detection unit 10 becomes very small by canceling the environmental magnetic field, saturation of the magnetic field detection unit 10 can be prevented and highly sensitive detection can be performed.
  • the cancel operation is performed by extracting the frequency component corresponding to the environmental magnetic field, it is not necessary to use a plurality of magnetic field detectors 10, and the number of components can be reduced. Furthermore, in the present embodiment, since the closed loop control using the second magnetic field generator 50 is performed, the detected magnetic field can be detected more accurately.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of a specific configuration of the magnetic field detection apparatus 100.
  • another operational amplifier (amplifier circuit) 17 is added to the magnetic field detector 10.
  • the operational amplifier 12 and the operational amplifier 17 are provided in parallel, the output signal S1a generated by the operational amplifier 12 is input to the first signal generation unit 20, and the output signal S1b generated by the operational amplifier 17 is the second signal generation unit. 30.
  • the other points are the same as the circuit example shown in FIG.
  • circuit shown in FIG. 8 If the circuit shown in FIG. 8 is used, not only the load per operational amplifier is reduced, but also the elements included in the first signal generator 20 and the elements included in the second signal generator 30 are directly connected. Therefore, the circuit constant of the first signal generation unit 20 and the circuit constant of the second signal generation unit 30 can be set independently of each other, and the circuit design is facilitated.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the magnetic field detection device 100 according to the first example
  • FIG. 12 is a schematic perspective view showing the appearance thereof.
  • the sensor chip that constitutes the magnetic field detection element 11 and the coil that constitutes the first magnetic field generation unit 40 are mounted on the surface of the circuit board 18.
  • the sensor chip is disposed on the inner diameter portion of the coil that constitutes the first magnetic field generation unit 40, so that the cancellation magnetic field generated by the first magnetic field generation unit 40 is accurately and efficiently applied to the sensor chip. Given.
  • a coil constituting the second magnetic field generation unit 50 is embedded in the substrate 13 of the sensor chip.
  • the coils constituting the second magnetic field generation unit 50 are arranged so as to surround the magnetoresistive elements MR1 to MR4 in plan view, and the cancel magnetic field generated by the second magnetic field generation unit 50 is detected by the sensor. It is given accurately and efficiently to the chip.
  • the magnetoresistive effect elements MR1 to MR4 constituting the magnetic field detecting element 11 and the coil constituting the second magnetic field generating unit 50 are integrated on the same substrate 13, the number of parts can be further reduced. Moreover, since the coil which comprises the 1st magnetic field generation part 40 uses the large sized coil which surrounds a sensor chip, even if it is a case where an environmental magnetic field is strong, it becomes possible to cancel this enough. .
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the magnetic field detection device 100 according to the second example.
  • not only the coil constituting the second magnetic field generator 50 but also the coil constituting the first magnetic field generator 40 are integrated on the sensor chip. According to this, the number of parts can be further reduced, and a coil using a wire or the like is unnecessary, so that the size of the entire apparatus can be reduced.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a magnetic field detection device 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the magnetic field detection device 200.
  • the magnetic field detection device 200 has the magnetic field according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that the second magnetic field generator 50 is omitted. This is different from the detection device 100. Since the other points are the same as those of the magnetic field detection apparatus 100 according to the first embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the magnetic field detection apparatus 200 does not cancel the detection magnetic field because the second magnetic field generation unit 50 is omitted, but can generate the detection signal S3 by so-called open loop control. And according to this embodiment, it becomes possible to reduce a number of parts further than the magnetic field detection apparatus 100 by 1st Embodiment.
  • the first signal generation unit 20 is configured by a low-pass filter using an operational amplifier.
  • the configuration of the low-pass filter is not limited to this, and the low-pass filter using an integrator is used. It may be a low-pass filter using an A / D converter that converts the output signal S1 into a digital signal and a digital filter that processes the digital signal.
  • the first signal generator 20 does not have to be a low-pass filter, and may be a band elimination filter as described with reference to FIG. 7, or may be a high-pass filter as described with reference to FIG. There may be a band pass filter as described with reference to FIG.
  • Magnetic field detection part 11 Magnetic field detection element 12 Operational amplifier (1st amplifier circuit) 13 Substrate 14 Insulating layer 15 Magnetic body 16 Constant voltage source 17 Operational amplifier (second amplifier circuit) 18 circuit board 20 first signal generation unit 21 operational amplifier 22, 23 resistor 24 capacitor 30 second signal generation unit 31 resistor 32 voltage detection circuit 40 first magnetic field generation unit 50 second magnetic field generation unit 100, 200 magnetic field detection Devices E1 to E4 Terminal electrodes MR1 to MR4 Magnetoresistive element S1 Output signal S2 Cancel signal S3 Detection signal ⁇ Magnetic flux

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

【課題】環境磁界を検出するためのセンサを別途設けることなく、検出磁界を選択的に検出する。 【解決手段】磁界に応じた出力信号Ｓ１を生成する磁界検出部１０と、出力信号Ｓ１から所定の周波数成分を抽出し、所定の周波数成分に基づいてキャンセル信号Ｓ２を生成する第１の信号生成部２０と、キャンセル信号Ｓ１に基づいて磁界検出部１０にキャンセル磁界を与える第１の磁界発生部４０と、キャンセル磁界が与えられた磁界検出部１０の出力信号Ｓ１に基づいて検出信号Ｓ３を生成する第２の信号生成部３０とを備える。本発明によれば、出力信号の周波数成分に基づいてキャンセル信号を生成し、キャンセル信号を用いて磁界検出部に第１のキャンセル磁界を与えていることから、環境磁界を検出するためのセンサを別途設ける必要がない。これにより部品点数が削減されることから、小型化及び低コスト化を実現できる。

Description

磁界検出装置及び磁界検出方法
　本発明は磁界検出装置及び磁界検出方法に関し、特に、検出磁界に重畳した環境磁界をキャンセルすることによって、検出磁界を選択的に検出する磁界検出装置及び磁界検出方法に関する。
　人体などから発せられる微弱な磁界を検出する磁界検出装置は、地磁気などの環境磁界の影響を強く受ける。このため、この種の装置においては、環境磁界の影響をキャンセルすることが必須となる。
　特許文献１に記載された磁界検出装置は、測定対象となる磁界を検出するためのセンサとは別に環境磁界を検出するためのセンサを設け、その出力信号に基づいてキャンセルコイルを駆動することによって環境磁界をキャンセルしている。また、特許文献２に記載された磁界検出装置も、測定対象となる磁界を検出するためのセンサとは別に環境磁界を検出するためのセンサを設け、これらの出力信号の差分を算出することによって、検出すべき磁界の成分を抽出している。
特開２００９－２９７２２４号公報 特開２０１２－１５２５１５号公報
　しかしながら、特許文献１，２に記載された磁界検出装置は、いずれも環境磁界を検出するためのセンサを別途必要とするため、部品点数が多くなり、低コスト化を実現することが困難であるという問題があった。
　したがって、本発明は、環境磁界を検出するためのセンサを別途設けることなく、検出磁界を選択的に検出することが可能な磁界検出装置及び磁界検出方法を提供することを目的とする。
　本発明による磁界検出装置は、磁界に応じた出力信号を生成する磁界検出部と、前記出力信号から所定の周波数成分を抽出し、前記所定の周波数成分に基づいてキャンセル信号を生成する第１の信号生成部と、前記キャンセル信号に基づいて前記磁界検出部に第１のキャンセル磁界を与える第１の磁界発生部と、前記第１のキャンセル磁界が与えられた前記磁界検出部の前記出力信号に基づいて検出信号を生成する第２の信号生成部と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、出力信号の周波数成分に基づいてキャンセル信号を生成し、キャンセル信号を用いて磁界検出部に第１のキャンセル磁界を与えていることから、環境磁界を検出するためのセンサを別途設ける必要がない。これにより部品点数が削減されることから、小型化及び低コスト化を実現することが可能となる。
　本発明において、前記所定の周波数成分は直流成分を含むことが好ましい。これによれば、地磁気をキャンセルした状態で検出磁界の測定を行うことが可能となる。
　本発明において、前記第１の信号生成部は、ローパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタ、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタを含んでいても構わないし、前記出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記デジタル信号を処理するデジタルフィルタを含んでいても構わない。
　本発明において、前記第１の磁界発生部は第１のコイルを含み、前記磁界検出部は前記第１のコイルの内径部に配置されていることが好ましい。これによれば、環境磁界をより正確にキャンセルすることが可能となる。
　本発明による磁界検出装置は、前記第１のキャンセル磁界が与えられた前記磁界検出部の前記出力信号に基づいて、前記磁界検出部に第２のキャンセル磁界を与える第２の磁界発生部をさらに備えることが好ましい。これによれば、いわゆるクローズドループ制御によってより正確な磁界の検出を行うことが可能となる。
　ここで、前記磁界検出部は、前記磁界を電位差に変換する磁界検出素子と、前記電位差を増幅することによって前記出力信号を生成する第１の増幅回路とを含むことが好ましい。この場合、前記磁界検出素子と前記第２の磁界発生回路は、同一のセンサチップに集積されていても構わないし、前記センサチップに前記第１の磁界発生回路がさらに集積されていても構わない。
　本発明において、前記磁界検出部は、前記第１の増幅回路とは別に設けられ、前記電位差を増幅することによって前記検出信号を生成する第２の増幅回路をさらに含むことが好ましい。これによれば、各増幅回路の負荷が小さくなるとともに、回路定数を互いに独立して設定することが可能となる。
　また、本発明による磁界検出方法は、検出磁界に環境磁界が重畳した合成磁界を検出することによって出力信号を生成し、前記出力信号から前記環境磁界に対応する周波数成分を抽出することによってキャンセル信号を生成し、前記キャンセル信号に基づいて前記環境磁界をキャンセルすることによって、前記出力信号から前記検出磁界に対応する成分を抽出することを特徴とする。
　本発明においても、環境磁界を検出するためのセンサを別途用いる必要がないことから部品点数が削減され、磁界検出装置の小型化及び低コスト化を実現することが可能となる。
　本発明によれば、環境磁界を検出するためのセンサを別途設けることなく、検出磁界を選択的に検出することが可能となる。
図１は、本発明の第１の実施形態による磁界検出装置１００の構成を示すブロック図である。 図２は、磁界検出装置１００の具体的構成の一例を示す回路図である。 図３は、磁界検出素子１１の一例を示す略平面図である。 図４は、図３に示すＸ－Ｘ線に沿った略断面図である。 図５は、磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４とオペアンプ１２との接続関係を説明するための回路図である。 図６は、第１の信号生成部２０がローパスフィルタである場合の動作を示す図である。 図７は、第１の信号生成部２０がバンドエリミネーションフィルタである場合の動作を示す図である。 図８は、第１の信号生成部２０がハイパスフィルタである場合の動作を示す図である。 図９は、第１の信号生成部２０がバンドパスフィルタである場合の動作を示す図である。 図１０は、磁界検出装置１００の具体的構成の別の例を示す回路図である。 図１１は、第１例による磁界検出装置１００の構造を説明するための略断面図である。 図１２は、第１例による磁界検出装置１００の構造の外観を示す略斜視図である。 図１３は、第２例による磁界検出装置１００の構造を説明するための略断面図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態による磁界検出装置２００の構成を示すブロック図である。 図１５は、磁界検出装置２００の具体的構成の一例を示す回路図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態による磁界検出装置１００の構成を示すブロック図である。また、図２は、磁界検出装置１００の具体的構成の一例を示す回路図である。
　図１及び図２に示すように、本実施形態による磁界検出装置１００は、出力信号Ｓ１を生成する磁界検出部１０と、出力信号Ｓ１を受ける第１の信号生成部２０及び第２の信号生成部３０と、磁界検出部１０に磁界を与える第１の磁界発生部４０及び第２の磁界発生部５０とを備える。
　磁界検出部１０は、磁界に応じて出力信号Ｓ１のレベルを変化させる回路であり、検出対象物の近傍に配置されて検出すべき磁界（検出磁界）の検出を行う。但し、検出磁界には環境磁界が重畳しているため、磁界検出部１０は検出磁界に環境磁界が重畳した合成磁界を検出することになる。このため、合成磁界から検出磁界の成分だけを抽出するためには、環境磁界をキャンセルする必要がある。代表的な環境磁界は地磁気である。磁界検出部１０の具体的な構成については特に限定されないが、図２に示すように、差動信号を出力する磁界検出素子１１と、磁界検出素子１１から出力される差動信号を増幅するオペアンプ（増幅回路）１２によって構成することができる。
　図３は磁界検出素子１１の一例を示す略平面図であり、図４は図３に示すＸ－Ｘ線に沿った略断面図である。
　図３及び図４に示す例では磁界検出素子１１がセンサチップからなり、センサチップを構成する基板１３には４つの磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４が設けられている。磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４としては、磁界の向きに応じて電気抵抗が変化するスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いることが好ましい。磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４の磁化固定方向は、図３の矢印Ａが示す方向に全て揃えられている。
　基板１３の表面には、磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４を覆う絶縁層１４を介して磁性体１５が載置されている。磁性体１５は、フェライトなどの高透磁率材料からなるブロックであり、平面視で磁気抵抗効果素子ＭＲ１，ＭＲ４と磁気抵抗効果素子ＭＲ２，ＭＲ３との間に配置される。図４に示すように、磁性体１５は垂直方向の磁束φを集める役割を果たし、磁性体１５によって集磁された磁束φは、左右にほぼ均等に分配される。このため、垂直方向の磁束φは、磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４に対してほぼ均等に与えられる。
　図５は、磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４とオペアンプ１２との接続関係を説明するための回路図である。
　図５に示すように、磁気抵抗効果素子ＭＲ１は端子電極Ｅ１，Ｅ３間に接続され、磁気抵抗効果素子ＭＲ２は端子電極Ｅ２，Ｅ３間に接続され、磁気抵抗効果素子ＭＲ３は端子電極Ｅ１，Ｅ４間に接続され、磁気抵抗効果素子ＭＲ４は端子電極Ｅ２，Ｅ４間に接続されている。そして、端子電極Ｅ１，Ｅ２間には、定電圧源１６によって所定の電圧が印加される。また、端子電極Ｅ３，Ｅ４はオペアンプ１２の入力端子に接続され、これによって端子電極Ｅ３，Ｅ４間の電位差が増幅され、出力信号Ｓ１が生成される。
　そして、磁気抵抗効果素子ＭＲ１，ＭＲ４は平面視で磁性体１５からみて一方側（図３における左側）に配置され、磁気抵抗効果素子ＭＲ２，ＭＲ３は平面視で磁性体１５からみて他方側（図３における右側）に配置されていることから、磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４は差動ブリッジ回路を構成し、磁束密度に応じた磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４の電気抵抗の変化を高感度に検出することが可能となる。
　つまり、磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４は、全て同一の磁化固定方向を有していることから、垂直方向からの磁束が図４に示すように水平方向に曲げられると、左側に位置する磁気抵抗効果素子ＭＲ１，ＭＲ４の抵抗変化量と、右側に位置する磁気抵抗効果素子ＭＲ２，ＭＲ３の抵抗変化量との間には差が生じる。この差は、図５に示した差動ブリッジ回路によって２倍に増幅され、オペアンプ１２によって増幅される。
　図１に戻って、磁界検出部１０によって生成される出力信号Ｓ１は、第１の信号生成部２０及び第２の信号生成部３０に入力される。
　第１の信号生成部２０は、出力信号Ｓ１から所定の周波数成分を抽出し、所定の周波数成分に基づいてキャンセル信号Ｓ２を生成する回路である。ここで、所定の周波数成分とは、検出磁界の周波数成分とは異なる周波数成分であり、環境磁界に起因するものである。検出磁界の周波数成分はアプリケーションごとに既知であるため、これとは異なる周波数成分が環境磁界に起因する成分であり、これが第１の信号生成部２０によって抽出される。一例として、心拍に連動した検出磁界が検出対象である場合、検出磁界の周波数成分は１００Ｈｚ程度であるのに対し、環境磁界である地磁気は数Ｈｚ以下の周波数成分からなるため、ローパスフィルタなどを用いて出力信号Ｓ１に含まれる直流成分を抽出すれば、地磁気に対応したキャンセル信号Ｓ２を生成することができる。さらに、モータなどから発せられる検出磁界よりも高い周波数成分についても抽出するためには、バンドエリミネーションフィルタなどを用いて検出磁界の周波数成分近傍を選択的に除去すれば、地磁気とモータノイズに対応したキャンセル信号Ｓ２を生成することができる。
　図２に示す例では、第１の信号生成部２０がローパスフィルタであり、オペアンプ２１、抵抗２２，２３及びキャパシタ２４によって構成されている。図２に示すように、抵抗２２はオペアンプ２１の反転入力端子（－）に対して直列に接続され、抵抗２３及びキャパシタ２４は、オペアンプの出力端子と反転入力端子（－）との間に並列に接続されている。オペアンプ２１の非反転入力端子（＋）は接地される。かかる構成により、出力信号Ｓ１に含まれる低周波成分が抽出され、キャンセル信号Ｓ２として出力される。
　キャンセル信号Ｓ２は、第１の磁界発生部４０に供給される。第１の磁界発生部４０は、キャンセル信号Ｓ２に基づいて磁界検出部１０に第１のキャンセル磁界を与える素子であり、キャンセル信号Ｓ２が流れるコイルを用いることができる。かかる構成により、磁界検出素子１１に印加される磁界の低周波成分、つまり地磁気からなる環境磁界がキャンセルされ、磁界検出素子１１には検出磁界のみが印加されることになる。その結果、出力信号Ｓ１は実質的に検出磁界のみを反映したものとなる。
　但し、第１の磁界発生部４０を用いた環境磁界のキャンセル動作は、オペアンプ２１を用いたフィードバックループによって達成されるため、フィードバックループの応答性及びオペアンプ２１のゲインに依存した微少な変動は出力信号Ｓ１に残り得る。このような微少な変動の周波数は、検出磁界の周波数帯域と重複しないよう、第１の信号生成部２０の回路定数を適宜設定することが好ましい。
　このようにして環境磁界の影響が除去された出力信号Ｓ１は、第２の信号生成部３０に供給される。第２の信号生成部３０は、例えば抵抗３１及びその両端の電圧を測定する電圧検出回路３２からなり、抵抗３１に流れる電流に応じた検出信号Ｓ３を生成する。検出信号Ｓ３は、本実施形態による磁界検出装置１００の出力信号であり、これを利用する別の装置に入力される。
　さらに、出力信号Ｓ１は第２の磁界発生部５０にも供給され、第２の磁界発生部５０は、出力信号Ｓ１に基づいて磁界検出部１０に第２のキャンセル磁界を与える。第２の磁界発生部５０についても、出力信号Ｓ１が流れるコイルを用いることができる。かかる構成により、いわゆるクローズドループ制御が実現されることから、検出磁界をより高精度に検出することが可能となる。
　図６は、第１の信号生成部２０がローパスフィルタである場合の動作を示す図である。
　まず、出力信号Ｓ１が図６（ａ）に示す周波数成分を有しており、検出磁界の周波数がｆ０である場合、検出磁界の周波数ｆ０から離れた周波数帯域ｆ１，ｆ２はノイズ成分であると言える。図６においては、ノイズである周波数帯域ｆ１，ｆ２にハッチングが付され、検出磁界の周波数ｆ０の近傍には網掛けが付されている。
　そして、図６（ｂ）に示すように、周波数帯域ｆ１を通過させる特性ＬＰＦを有するローパスフィルタを用いれば、第１の磁界発生部４０によって周波数帯域ｆ１の磁界がキャンセルされる。その結果、図６（ｃ）に示すように、出力信号Ｓ１から周波数成分ｆ１が除去されるため、オリジナルの出力信号Ｓ１に比べてＳＮ比が高くなる。
　図７は、第１の信号生成部２０がバンドエリミネーションフィルタである場合の動作を示す図である。
　図７（ａ）に示す例においても、検出磁界の周波数ｆ０から離れた周波数帯域ｆ１，ｆ２はノイズ成分である。そして、図７（ｂ）に示すように、周波数帯域ｆ１，ｆ２を通過させる特性ＢＥＦを有するバンドエリミネーションフィルタを用いれば、第１の磁界発生部４０によって周波数帯域ｆ１，ｆ２の磁界がキャンセルされる。その結果、図７（ｃ）に示すように、出力信号Ｓ１から周波数成分ｆ１，ｆ２が除去されるため、オリジナルの出力信号Ｓ１に比べてＳＮ比がよりいっそう高くなる。
　図８は、第１の信号生成部２０がハイパスフィルタである場合の動作を示す図である。
　本例では、出力信号Ｓ１が図８（ａ）に示す周波数成分を有しており、検出磁界の周波数帯域がｆ１０である。検出磁界の周波数帯域ｆ１０は、周波数ｆ１２以下の帯域であり、直流成分を含んでいる。この場合、周波数ｆ１２よりも高い周波数帯域ｆ１１はノイズ成分である。
　そして、図８（ｂ）に示すように、周波数帯域ｆ１１を通過させる特性ＨＰＦを有するハイパスフィルタを用いれば、第１の磁界発生部４０によって周波数帯域ｆ１１の磁界がキャンセルされる。その結果、図８（ｃ）に示すように、出力信号Ｓ１から周波数成分ｆ１１が除去されるため、オリジナルの出力信号Ｓ１に比べてＳＮ比が高くなる。本例は、検出磁界の周波数帯域ｆ１０が直流成分又は低周波である場合や、環境磁界の周波数が検出磁界の周波数よりも高い場合に有効である。
　図９は、第１の信号生成部２０がバンドパスフィルタである場合の動作を示す図である。
　本例では、出力信号Ｓ１が図９（ａ）に示す周波数成分を有しており、ノイズ成分の周波数帯域がｆ１３である。その他の周波数帯域ｆ１４，ｆ１５は、検出磁界の周波数帯域である。尚、周波数帯域ｆ１３に検出磁界の一部が含まれていても構わない。
　そして、図９（ｂ）に示すように、周波数帯域ｆ１３を通過させる特性ＢＰＦを有するバンドパスフィルタを用いれば、第１の磁界発生部４０によって周波数帯域ｆ１３の磁界がキャンセルされる。その結果、図９（ｃ）に示すように、出力信号Ｓ１から周波数成分ｆ１３が除去される。ここで、周波数帯域ｆ１３に検出磁界の一部が含まれている場合には、第１の磁界発生部４０によって検出磁界の一部も除去されてしまうが、周波数帯域ｆ１３に含まれるノイズ成分が強い場合には、結果的にＳＮ比が高められる。本例は、ハムノイズのようにノイズ成分の周波数帯域があらかじめ判明している場合に有効である。
　このように、本実施形態による磁界検出装置１００を用いれば、第１の磁界発生部４０によって地磁気などの環境磁界がキャンセルされることから、検出磁界のみを正確に検出することが可能となる。また、環境磁界がキャンセルされることにより、磁界検出部１０に加わる磁界強度の絶対値が非常に小さくなることから、磁界検出部１０の飽和が防止され、高感度な検出を行うことができる。
　しかも、環境磁界に対応する周波数成分を抽出することによってキャンセル動作を行っていることから、複数の磁界検出部１０を用いる必要が無く、部品点数を削減することが可能となる。さらに、本実施形態においては、第２の磁界発生部５０を用いたクローズドループ制御を行っていることから、検出磁界をより正確に検出することも可能となる。
　図１０は、磁界検出装置１００の具体的構成の別の例を示す回路図である。
　図１０に示す例では、磁界検出部１０にもう一つのオペアンプ（増幅回路）１７が追加されている。オペアンプ１２とオペアンプ１７は並列に設けられており、オペアンプ１２によって生成される出力信号Ｓ１ａは第１の信号生成部２０に入力され、オペアンプ１７によって生成される出力信号Ｓ１ｂは第２の信号生成部３０に入力される。その他の点については、図２に示した回路例と同一である。
　図８に示す回路を用いれば、オペアンプの１個あたりの負荷が低減されるだけでなく、第１の信号生成部２０に含まれる素子と第２の信号生成部３０に含まれる素子が直接接続されることが無いため、第１の信号生成部２０の回路定数と第２の信号生成部３０の回路定数を互いに独立に設定することが可能となり、回路設計が容易となる。
　次に、本実施形態による磁界検出装置１００の構造について説明する。
　図１１は第１例による磁界検出装置１００の構造を説明するための略断面図であり、図１２はその外観を示す略斜視図である。
　図１１及び図１２に示す例では、回路基板１８の表面に磁界検出素子１１を構成するセンサチップ及び第１の磁界発生部４０を構成するコイルが搭載されている。センサチップは、第１の磁界発生部４０を構成するコイルの内径部に配置されており、これにより第１の磁界発生部４０によって生成されるキャンセル磁界は、センサチップに対して正確且つ効率よく与えられる。
　また、センサチップの基板１３には、第２の磁界発生部５０を構成するコイルが埋め込まれている。第２の磁界発生部５０を構成するコイルは、平面視で磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４を取り囲むように配置されており、これにより第２の磁界発生部５０によって生成されるキャンセル磁界は、センサチップに対して正確且つ効率よく与えられる。
　このように、磁界検出素子１１を構成する磁気抵抗効果素子ＭＲ１～ＭＲ４と、第２の磁界発生部５０を構成するコイルを同一の基板１３に集積すれば、部品点数をさらに削減することができる。また、第１の磁界発生部４０を構成するコイルについては、センサチップを取り囲む大型のコイルを用いていることから、環境磁界が強い場合であってもこれを十分にキャンセルすることが可能となる。
　図１３は、第２例による磁界検出装置１００の構造を説明するための略断面図である。
　図１３に示す例では、第２の磁界発生部５０を構成するコイルだけでなく、第１の磁界発生部４０を構成するコイルについても、センサチップ上に集積されている。これによれば、部品点数をさらに削減することが可能となるとともに、ワイヤなどを用いたコイルが不要であることから、装置全体のサイズを小型化することが可能となる。
　図１４は、本発明の第２の実施形態による磁界検出装置２００の構成を示すブロック図である。また、図１５は、磁界検出装置２００の具体的構成の一例を示す回路図である。
　図１４及び図１５に示すように、本実施形態による磁界検出装置２００は、第２の磁界発生部５０が省略されている点において、図１及び図２に示した第１の実施形態による磁界検出装置１００と相違する。その他の点については第１の実施形態による磁界検出装置１００と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態による磁界検出装置２００は、第２の磁界発生部５０が省略されているため検出磁界はキャンセルされないが、いわゆるオープンループ制御によって検出信号Ｓ３を生成することができる。そして、本実施形態によれば、第１の実施形態による磁界検出装置１００よりもさらに部品点数を削減することが可能となる。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
　例えば、上記実施形態では、オペアンプを用いたローパスフィルタによって第１の信号生成部２０を構成しているが、ローパスフィルタの構成についてはこれに限定されるものではなく、積分器を用いたローパスフィルタであっても構わないし、出力信号Ｓ１をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、デジタル信号を処理するデジタルフィルタを用いたローパスフィルタであっても構わない。
　また、第１の信号生成部２０がローパスフィルタである必要はなく、図７を用いて説明したようにバンドエリミネーションフィルタであっても構わないし、図８を用いて説明したようにハイパスフィルタであっても構わないし、図９を用いて説明したようにバンドパスフィルタであっても構わない。
１０　　　磁界検出部
１１　　　磁界検出素子
１２　　　オペアンプ（第１の増幅回路）
１３　　　基板
１４　　　絶縁層
１５　　　磁性体
１６　　　定電圧源
１７　　　オペアンプ（第２の増幅回路）
１８　　　回路基板
２０　　　第１の信号生成部
２１　　　オペアンプ
２２，２３　　抵抗
２４　　　キャパシタ
３０　　　第２の信号生成部
３１　　　抵抗
３２　　　電圧検出回路
４０　　　第１の磁界発生部
５０　　　第２の磁界発生部
１００，２００　　磁界検出装置
Ｅ１～Ｅ４　　端子電極
ＭＲ１～ＭＲ４　　磁気抵抗効果素子
Ｓ１　　　出力信号
Ｓ２　　　キャンセル信号
Ｓ３　　　検出信号
φ　　　　磁束

Claims (11)

  1. 　磁界に応じた出力信号を生成する磁界検出部と、
    　前記出力信号から所定の周波数成分を抽出し、前記所定の周波数成分に基づいてキャンセル信号を生成する第１の信号生成部と、
    　前記キャンセル信号に基づいて前記磁界検出部に第１のキャンセル磁界を与える第１の磁界発生部と、
    　前記第１のキャンセル磁界が与えられた前記磁界検出部の前記出力信号に基づいて検出信号を生成する第２の信号生成部と、を備えることを特徴とする磁界検出装置。
  2. 　前記所定の周波数成分は、直流成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁界検出装置。
  3. 　前記第１の信号生成部は、ローパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタ、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁界検出装置。
  4. 　前記第１の信号生成部は、前記出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記デジタル信号を処理するデジタルフィルタを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁界検出装置。
  5. 　前記第１の磁界発生部は第１のコイルを含み、前記磁界検出部は前記第１のコイルの内径部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁界検出装置。
  6. 　前記第１のキャンセル磁界が与えられた前記磁界検出部の前記出力信号に基づいて、前記磁界検出部に第２のキャンセル磁界を与える第２の磁界発生部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁界検出装置。
  7. 　前記磁界検出部は、前記磁界を電位差に変換する磁界検出素子と、前記電位差を増幅することによって前記出力信号を生成する第１の増幅回路とを含むことを特徴とする請求項６に記載の磁界検出装置。
  8. 　前記磁界検出素子と前記第２の磁界発生回路は、同一のセンサチップに集積されていることを特徴とする請求項７に記載の磁界検出装置。
  9. 　前記センサチップには、前記第１の磁界発生回路がさらに集積されていることを特徴とする請求項８に記載の磁界検出装置。
  10. 　前記磁界検出部は、前記第１の増幅回路とは別に設けられ、前記電位差を増幅することによって前記検出信号を生成する第２の増幅回路をさらに含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の磁界検出装置。
  11. 　検出磁界に環境磁界が重畳した合成磁界を検出することによって出力信号を生成し、
    　前記出力信号から前記環境磁界に対応する周波数成分を抽出することによってキャンセル信号を生成し、
    　前記キャンセル信号に基づいて前記環境磁界をキャンセルすることによって、前記出力信号から前記検出磁界に対応する成分を抽出する、ことを特徴とする磁界検出方法。
PCT/JP2016/081102 2015-11-04 2016-10-20 磁界検出装置及び磁界検出方法 WO2017077870A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/770,195 US11073576B2 (en) 2015-11-04 2016-10-20 Magnetic field detection device and magnetic field detection method
CN201680064735.8A CN108351390B (zh) 2015-11-04 2016-10-20 磁场检测装置及磁场检测方法
JP2017548702A JP6791162B2 (ja) 2015-11-04 2016-10-20 磁界検出装置及び磁界検出方法
DE112016005046.1T DE112016005046T5 (de) 2015-11-04 2016-10-20 Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung und Magnetfeld-Erfassungsverfahren

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-216285 2015-11-04
JP2015216285 2015-11-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017077870A1 true WO2017077870A1 (ja) 2017-05-11

Family

ID=58661980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/081102 WO2017077870A1 (ja) 2015-11-04 2016-10-20 磁界検出装置及び磁界検出方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11073576B2 (ja)
JP (1) JP6791162B2 (ja)
CN (1) CN108351390B (ja)
DE (1) DE112016005046T5 (ja)
WO (1) WO2017077870A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018190261A1 (ja) * 2017-04-12 2018-10-18 Tdk株式会社 磁気センサ
JP2019144222A (ja) * 2018-02-21 2019-08-29 Tdk株式会社 磁気センサ
JP2019219294A (ja) * 2018-06-20 2019-12-26 Tdk株式会社 磁気センサ
JP2020041869A (ja) * 2018-09-08 2020-03-19 Tdk株式会社 磁気センサ
WO2021100252A1 (ja) 2019-11-22 2021-05-27 Tdk株式会社 磁気センサ
WO2021241174A1 (ja) * 2020-05-28 2021-12-02 Tdk株式会社 磁場検出装置及び磁場検出装置アレイ
JP2022014223A (ja) * 2020-07-06 2022-01-19 株式会社東芝 磁気センサ、センサモジュール及び診断装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6699139B2 (ja) * 2015-11-20 2020-05-27 Tdk株式会社 磁界センサ及びこれを備える磁界検出装置
DE102018111011A1 (de) * 2018-05-08 2019-11-14 Infineon Technologies Ag Magnetfeldsensorvorrichtung
JP6897702B2 (ja) * 2019-03-20 2021-07-07 Tdk株式会社 磁場検出装置および磁場検出方法
JP2020159846A (ja) * 2019-03-26 2020-10-01 株式会社イシダ 物品移動検知装置および物品移動検知方法
CN111665396B (zh) * 2020-03-05 2023-04-07 深圳市环境监测中心站（深圳市有机物测试与环境设备检测中心） 信号处理方法、装置和电磁场监测探头

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04357481A (ja) * 1991-05-13 1992-12-10 Hoxan Corp スクイドを用いた磁気雑音除去装置
JP2002521696A (ja) * 1998-07-29 2002-07-16 ルスト・アントリープステヒニク・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング 磁気抵抗センサの信号を評価する方法及びこの方法を実施する装置
WO2011043193A1 (ja) * 2009-10-05 2011-04-14 アルプス・グリーンデバイス株式会社 磁気平衡式電流センサ
JP2012049200A (ja) * 2010-08-24 2012-03-08 Takenaka Komuten Co Ltd 磁気シールドシステム
JP2015087228A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 Tdk株式会社 磁界検出装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08179020A (ja) * 1994-12-22 1996-07-12 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 磁気補正回路及びそれを用いた画像表示装置
JP5500785B2 (ja) * 2008-05-14 2014-05-21 新科實業有限公司 磁気センサ
JP5107147B2 (ja) 2008-06-12 2012-12-26 住友重機械工業株式会社 生体磁気計測装置及び脳磁計
JP5492389B2 (ja) * 2008-06-16 2014-05-14 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 磁場センサー装置
JP5541179B2 (ja) 2011-01-28 2014-07-09 コニカミノルタ株式会社 磁気センサおよびそれを用いる生体磁気計測装置
CN102353911B (zh) * 2011-08-31 2013-08-21 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于扰动补偿的环境场下高灵敏度磁测量装置及实现方法
CN103760505B (zh) * 2014-02-14 2017-06-06 太原理工大学 一种双差式低噪声微弱磁信号采集处理装置
JP6597369B2 (ja) * 2015-03-12 2019-10-30 Ｔｄｋ株式会社 磁気センサ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04357481A (ja) * 1991-05-13 1992-12-10 Hoxan Corp スクイドを用いた磁気雑音除去装置
JP2002521696A (ja) * 1998-07-29 2002-07-16 ルスト・アントリープステヒニク・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング 磁気抵抗センサの信号を評価する方法及びこの方法を実施する装置
WO2011043193A1 (ja) * 2009-10-05 2011-04-14 アルプス・グリーンデバイス株式会社 磁気平衡式電流センサ
JP2012049200A (ja) * 2010-08-24 2012-03-08 Takenaka Komuten Co Ltd 磁気シールドシステム
JP2015087228A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 Tdk株式会社 磁界検出装置

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11199593B2 (en) 2017-04-12 2021-12-14 Tdk Corporation Magnetic sensor
WO2018190261A1 (ja) * 2017-04-12 2018-10-18 Tdk株式会社 磁気センサ
JP2019144222A (ja) * 2018-02-21 2019-08-29 Tdk株式会社 磁気センサ
JP7119695B2 (ja) 2018-02-21 2022-08-17 Tdk株式会社 磁気センサ
JP7119633B2 (ja) 2018-06-20 2022-08-17 Tdk株式会社 磁気センサ
JP2019219294A (ja) * 2018-06-20 2019-12-26 Tdk株式会社 磁気センサ
JP2020041869A (ja) * 2018-09-08 2020-03-19 Tdk株式会社 磁気センサ
JP7286932B2 (ja) 2018-09-08 2023-06-06 Tdk株式会社 磁気センサ
WO2021100252A1 (ja) 2019-11-22 2021-05-27 Tdk株式会社 磁気センサ
EP4064374A4 (en) * 2019-11-22 2023-12-13 TDK Corporation MAGNETIC SENSOR
WO2021241174A1 (ja) * 2020-05-28 2021-12-02 Tdk株式会社 磁場検出装置及び磁場検出装置アレイ
JP2022014223A (ja) * 2020-07-06 2022-01-19 株式会社東芝 磁気センサ、センサモジュール及び診断装置
JP7488136B2 (ja) 2020-07-06 2024-05-21 株式会社東芝 磁気センサ、センサモジュール及び診断装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11073576B2 (en) 2021-07-27
JP6791162B2 (ja) 2020-11-25
JPWO2017077870A1 (ja) 2018-08-16
US20180321332A1 (en) 2018-11-08
CN108351390B (zh) 2021-08-27
CN108351390A (zh) 2018-07-31
DE112016005046T5 (de) 2018-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017077870A1 (ja) 磁界検出装置及び磁界検出方法
US10782323B2 (en) Wideband contactless magnetoresistive-rogowski current sensing
US8253414B2 (en) Integrated circuit including a magnetic field sensitive element and a coil
US6642705B2 (en) Electric current sensor
US9383392B2 (en) Current sensor
JP5437918B2 (ja) 磁界補償
JP2004132790A (ja) 電流センサ
WO2018190261A1 (ja) 磁気センサ
JP2018146314A (ja) 磁気センサ、磁気センサ装置
JP2001066329A (ja) 電流検出回路
JP2017062122A (ja) 磁界検出装置
JP2020522696A (ja) 磁気抵抗センサの低周波雑音を抑制するためのシステムおよび方法
JP3962784B2 (ja) 電流プローブ
JP2017181424A (ja) ミクロショック検出センサ
CN110687339B (zh) 电流传感器
JP2000055998A (ja) 磁気センサ装置および電流センサ装置
KR20210091268A (ko) 저 노이즈 및 고 대역폭을 갖는 자기 센서
JP2007033222A (ja) 電流センサ
JP2020041945A (ja) 磁界検出センサ
KR102527257B1 (ko) 차량 배터리 전류 감지 시스템
JP2023060609A (ja) 磁気センサ
WO2022255354A1 (ja) 磁気計測装置
JP7286932B2 (ja) 磁気センサ
RU2737030C1 (ru) Петлескоп для исследования тонких магнитных пленок
JP7119695B2 (ja) 磁気センサ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16861934

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017548702

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15770195

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112016005046

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16861934

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1