(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界の大きさに応じてインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子の周囲にコイル手段を巻回した磁気センサーと、
前記磁気インピーダンス素子に電流が印加され、外部磁界により変化した前記磁気インピーダンス素子のインピーダンスを前記コイル手段を構成する検出コイルの誘起電圧に基づく電圧信号として検出する検出回路と、
前記インピーダンス信号の検出に先立ち、前記コイル手段または前記磁気インピーダンス素子にヒステリシス補償用パルスを印加して、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号の検出を可能にするヒステリシス補償回路と
から成ることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ヒステリシス補償回路が、アモルファスワイヤによって構成された前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回された前記コイル手段を構成する前記検出コイルに、前記磁気インピーダンス素子に電流が印加されていない時にヒステリシス補償用パルスを印加するとともに、
前記検出回路としてのサンプルホールド回路によって、前記ヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号を、電流の印加タイミングに同期して前記検出コイルの誘起電圧に基づく電圧信号としてサンプルホールドすることにより検出する
ことを特徴とする磁気検出装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ヒステリシス補償回路が、アモルファスワイヤによって構成された前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回された前記コイル手段を構成する負帰還コイルに、電源投入に同期して負帰還電流に基づきヒステリシス補償用パルスを印加するとともに、
前記検出回路としてのサンプルホールド回路によって、前記ヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号を、前記磁気インピーダンス素子の電流の印加タイミングに同期して前記コイル手段を構成する検出コイルの誘起電圧に基づく電圧信号としてサンプルホールドすることにより検出する
ことを特徴とする磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部磁界の大きさに応じてインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子に電流が印加され、外部磁界により変化した前記磁気インピーダンス素子のインピーダンスを前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回したコイル手段の誘起電圧に基づく電圧信号として検出する磁気検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気検出器（特開平６−１７６９３０、特開２０００−１８０５２１）は、磁気インピーダンス素子が外部磁界に応じてそのインピーダンスが高感度で変化するので、このインピーダンス変化を信号変換回路によって検出するものであるが、前記磁気インピーダンス素子がヒステリシス特性を有するので、測定時あるいは非測定時にかかわらず前記磁気インピーダンス素子が外部磁界に暴露された履歴によって測定値に誤差が生ずる。
【０００３】
そこで従来の磁気センサ（特開２０００−１８０５２１）は、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシス特性による測定値の誤差を解消するため、図１０に示されるように薄膜より成る磁気インピーダンス素子Ｍを用いた磁気コアに負帰還コイルＮＣおよびバイアスコイルＢＣを巻回した磁気センサにおいて、前記磁気コアの両端に高周波電流を印加する発振回路Ｏと前記磁気コアとの間に介挿されインピーダンスのミスマッチングを調整するバッファ回路Ｂと、前記磁気インピーダンス素子に印加された外部磁界に応じて変化する高周波電流の変化量から外部磁界の磁気変化量を検出する検波回路Ｒと、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシスを解消するヒステリシスキャンセル回路Ｈとを備えるものであった。
【０００４】
また上記従来の磁気センサにおいては、大きい負の外部磁界が入った場合、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシスの影響により検出電圧が大きく変わってしまうことの対策として、一定周期で一定幅のパルスを作り出しトランジスタで前記磁気インピーダンス素子のバイアスコイルに印加していた。
【０００５】
さらに上記従来の磁気センサにおいては、上記公報にも記載があるようにヒステリシスパルスを印加することで出力が不安定になると考えられるが、パルス幅およびパルス振幅をオペアンプの周波数特性以上に設定することでオペアンプを含む回路がローパスフィルタとして機能し、ヒステリシスパルスの影響を受けないようにするものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の磁気センサにおいては、上記公報に記載された図面図１９が、ヒステリシスパルスによりリセット点まで磁界を加えるとそのとき高周波の振幅がほぼ最大になることを表している。
【０００７】
図１１を用いて時系列的に解析すると、図１１の（ｆ）  に示されるヒステリシスパルスが立ち上がっている４００ｎｓの期間においては、磁気インピーダンス素子の両端の高周波電圧の振幅は、図１１の（ｃ）  に示されるごとくほぼ最大値となる。
【０００８】
この結果、上記公報に記載された図面図２５における検出部は、高周波の振幅を直流に変換するため、図１１の（ｄ）  に示されるごとく測定した磁界に対応する直流信号に前記４００ｎｓの期間最大値となった高周波の振幅に対応するパルス状の電圧が重畳することになる。
【０００９】
ＡＭＰ部は上述したようにローパスフィルタの機能を持つため、出力信号は、このようなパルス状の波形にはならず、図１１の（ｅ）に示されるごとく高周波の増大分に対応する平均化された直流電圧が誤差分（ノイズ）として本来の信号成分としての計測信号に重畳する。
したがって上記従来の磁気センサは、上述したように誤差分の混入により、精度の悪化を招き、精度の高い測定ができないという問題があった。
【００１０】
そこで本発明者は、インピーダンス信号の検出中にヒステリシスパルスを印加する上述の従来装置における問題点を解消するために、インピーダンス信号の検出とヒステリシスパルスの印加のタイミングを異ならせて、インピーダンスの測定信号に誤差を与えないタイミングでヒステリシスパルスを前記コイル手段または磁気インピーダンス素子に印加する本発明の着目点に着目した。
【００１１】
本発明者は、上記着目点に基づき、外部磁界の大きさに応じてインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子に電流が印加され、外部磁界により変化した前記磁気インピーダンス素子のインピーダンスを前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回されたコイル手段の誘起電圧に基づく電圧信号として検出する磁気検出装置において、前記インピーダンス信号の検出に先立ち、前記コイル手段または前記磁気インピーダンス素子にヒステリシス補償用パルスを印加して、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号の検出を可能にして、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシスを補償するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシスに基づく誤差分の混入を防止することにより、精度の悪化を防止し、精度の高い測定を可能にするという目的を達成する本発明に到達した。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の磁気検出装置は、
外部磁界の大きさに応じてインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子の周囲にコイル手段を巻回した磁気センサーと、
前記磁気インピーダンス素子に電流が印加され、外部磁界により変化した前記磁気インピーダンス素子のインピーダンスを前記コイル手段を構成する検出コイルの誘起電圧に基づく電圧信号として検出する検出回路と、
前記インピーダンス信号の検出に先立ち、前記コイル手段または前記磁気インピーダンス素子にヒステリシス補償用パルスを印加して、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号の検出を可能にするヒステリシス補償回路と
から成るものである。
【００１３】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の磁気検出装置は、
前記第１発明において、
前記ヒステリシス補償回路が、アモルファスワイヤによって構成された前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回された前記コイル手段を構成する前記検出コイルに、前記磁気インピーダンス素子に電流が印加されていない時にヒステリシス補償用パルスを印加するとともに、
前記検出回路としてのサンプルホールド回路によって、前記ヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号を、電流の印加タイミングに同期して前記検出コイルの誘起電圧に基づく電圧信号としてサンプルホールドすることにより検出する
ものである。
【００１４】
本発明（請求項３に記載の第３発明）の磁気検出装置は、
前記第１発明において、
前記ヒステリシス補償回路が、アモルファスワイヤによって構成された前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回された前記コイル手段を構成する負帰還コイルに、電源投入に同期して負帰還電流に基づきヒステリシス補償用パルスを印加するとともに、
前記検出回路としてのサンプルホールド回路によって、前記ヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号を、前記磁気インピーダンス素子の電流の印加タイミングに同期して前記コイル手段を構成する検出コイルの誘起電圧に基づく電圧信号としてサンプルホールドすることにより検出する
ものである。
【００１５】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明の磁気検出装置は、外部磁界の大きさに応じてインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子に電流が印加され、外部磁界により変化した前記磁気インピーダンス素子のインピーダンスを前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回された前記コイル手段を構成する検出コイルの誘起電圧に基づき電圧信号として検出回路によって検出されるものであるが、上述の前記インピーダンス信号の検出に先立ち、前記コイル手段または前記磁気インピーダンス素子にヒステリシス補償用パルスを印加して、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号の検出を可能にするので、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシスに基づく誤差分の混入を防止することによって、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシスを補償することにより、精度の悪化を防止し、精度の高い測定を可能にするという効果を奏する。
【００１６】
上記構成より成る第２発明の磁気検出装置は、前記第１発明において、前記ヒステリシス補償回路が、アモルファスワイヤによって構成された前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回された前記コイル手段を構成する前記検出コイルに、前記磁気インピーダンス素子に電流が印加されていない時にヒステリシス補償用パルスを印加するとともに、前記検出回路としてのサンプルホールド回路によって、前記ヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号を、電流の印加タイミングに同期して前記検出コイルの誘起電圧に基づく電圧信号としてサンプルホールドすることにより検出するので、前記アモルファスワイヤによる高感度な磁気測定を可能にするとともに、従来装置のように測定した磁界に対応する直流信号にヒステリシスキャンセルパルスを平均化した直流成分が重畳することを防止して、精度の高い測定を可能にするという効果を奏する。
【００１７】
上記構成より成る第３発明の磁気検出装置は、前記第１発明において、前記ヒステリシス補償回路が、アモルファスワイヤによって構成された前記磁気インピーダンス素子の周囲に巻回された前記コイル手段を構成する負帰還コイルに、電源投入に同期して負帰還電流に基づきヒステリシス補償用パルスを印加するとともに、前記検出回路としてのサンプルホールド回路によって、前記ヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号を、前記磁気インピーダンス素子の電流の印加タイミングに同期して前記コイル手段を構成する検出コイルの誘起電圧に基づく電圧信号としてサンプルホールドすることにより検出するので、前記アモルファスワイヤによる高感度な磁気測定を可能にし、前記負帰還コイルに負帰還電流を印加して前記磁気インピーダンス素子をゼロ磁界に保つとともに、従来装置のように測定した磁界に対応する直流信号にヒステリシスキャンセルパルスを平均化した直流成分が重畳することを防止して、精度の高い測定を可能にするという効果を奏する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
本第１実施形態の磁気検出装置は、図１に示されるように外部磁界の大きさに応じてインピーダンスが変化するアモルファスワイヤによって構成された磁気インピーダンス素子１１の周囲にコイル手段としての検出コイル１２を巻回した磁気センサー１と、前記磁気インピーダンス素子１１にパルス電流が印加され、外部磁界により変化した前記磁気インピーダンス素子１１のインピーダンスを前記検出コイル１２の誘起電圧に基づく電圧信号として検出する検出回路４０と、前記インピーダンス信号の検出に先立ち、前記磁気インピーダンス素子１１にパルス電流が印加されていない時にヒステリシス補償用パルスを印加して、前記磁気インピーダンス素子のヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号の検出を可能にするヒステリシス補償回路７とから成るものである。
【００２０】
本第１実施形態における電子回路は、上述の回路に前記磁気インピーダンス素子１１にパルス電流を印加するパルス電源３と、前記ヒステリシス補償回路としての初期化励磁回路７に励磁タイミングおよび期間の信号を与えるタイマー回路５を具備する。
【００２１】
前記磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）１１は、導電性を有する磁性体であって、通常直径２０〜３０μｍ  で長さ数ｍｍのアモルファスワイヤ（線）、薄膜構造あるいはその他のものが採用され、本第１実施形態においては一例としてアモルファスワイヤを採用した。ＭＩ素子は前述のごとく外部の磁界に対応してそのインピーダンスが変化する。該ＭＩ素子は一般的には数１０ＭＨｚ  以上の高周波に対して磁気インピーダンス効果が高く現れる。本第１実施形態においてはＣ−ＭＯＳ  ロジック素子を利用して、１５ｎｓのパルス幅でパルス駆動することで近似的に高周波駆動している。以下に図２に示されるタイムチャート図を用いて動作を説明する。
【００２２】
パルス電源３は、マルチバイブレータ３１を原発振器としてその発振周波数で繰り返すＰ１、Ｐ２の二つのパルスを出力する。本第１実施形態においては該マルチバイブレータ３１の発振周波数は一例として１ＭＨｚに設定した。
【００２３】
第１のパルスＰ１は、前記マルチバイブレータの矩形波を微分器３３およびインバータ３４により波形整形して、図２の（ｅ）  のごとくパルス幅１５ｎｓのパルスを出力する。第２のパルスＰ２はマルチバイブレータの出力を遅延回路３２を通じた後微分回路３５およびインバータ３６により図２の（ｂ）のパルス幅１５ｎｓのパルスＰ２を出力する。
【００２４】
前記遅延回路３２は、Ｃ−ＭＯＳ  インバータを２つ直列接続することにより、４ｎｓ  の遅延時間を得ている。したがってパルスＰ２から見るとＰ１は４ｎｓ  先行していることになる。パルスＰ２はＭＩ素子に接続されているので図２の（ｂ）  のごときパルスが発生するとＭＩ素子に外部の磁界（周囲磁場）  で決定されるインピーダンスに対応した電流が流れる。
【００２５】
検出コイル１２は、図２の（ｃ）  のごとくＭＩ素子との電磁気的な結合によりＭＩ素子のインピーダンスに対応した電圧を誘起する。この検出コイル１２の（  ｄ）  の波形は減衰振動となるがこれは検出コイルのインダクタンスと浮遊容量および損失から決まるものである。ここで図２の（ｃ）  の波形においてＭＩ素子のインピーダンスすなわち外部の磁界に対応する最もふさわしい電圧はｐ点すなわち最大値である。
【００２６】
そこでＭＩ素子にパルスＰ２  が印加されるより以前に閉としていた検出回路４０としてのサンプルホールド回路４のアナログスイッチＳ１を前記検出コイル１２の誘起電圧の最大時点すなわち前記ｐ点の時刻で前記パルスＰ１に基づき開とする。これによりＭＩ素子のインピーダンスに対応するすなわち外部磁界の大きさに対応する測定信号をコンデンサＣにおいて記憶する。
【００２７】
この測定信号は、次回のパルスＰ２が印加されるまでサンプルホールド回路４で保持される図２の（ｄ）とともにアンプ６で所定の電圧に増幅されて出力される。なお前記パルスＰ１がＰ２より４ｎｓ  先行しているのは、スイッチＳ１の実際の開閉動作（図２の（ｆ））が、図２の（ｅ）の駆動パルスＰ１より４ｎｓ  遅れるためで、検出コイル１２の波形の最大値ｐ点の電圧をコンデンサＣにおいて記憶することにより、サンプルホールド回路４が検出コイル１２の電圧に十分追従して精度よく最大値を保持させることができる。
【００２８】
しかしながら、前記磁気インピーダンス素子１１としてのＭＩ素子にはわずかなヒステリシス現象があり前記図１の回路の出力信号は図４に示すごとく外部磁界が負から正へ大きく変化（矢印Ａ）するときと正から負へ変化（矢印Ｂ）  するときではヒステリシスループが発現し、磁界に対する感度はほぼ一定であるが零点移動（オフセット）  が現れる。すなわちＭＩ素子あるいはＭＩ素子を含んだ磁気測定装置が過去にいかなる磁界に曝されてきたかによって同じ磁界を測定しても指示値が異なるということが生じる。たとえば、実験結果を示す図５においてＨ１という外部磁界に対して出力電圧は、ａ  点、ｂ  点の二つの異なった値をとる。
【００２９】
初期化励磁回路７は、スイッチＳ３と電流調整用の抵抗Ｒ７から成り、励磁スイッチＳ３はタイマ回路５のパルス信号Ｐ３により所定の時刻に所定の期間前記検出コイル１２に電子回路の直流電源から電流を印加することによりＭＩ素子を初期化励磁する。
【００３０】
パルス電源３の各出力とタイマー回路５の出力Ｐ３の関係を図３に示す。パルス電源３の出力は、Ｐ１がＰ２に対して数（ｎｓ）先行している。Ｐ１およびＰ２のパルス幅は共に例えば１５ｎｓ程度で、パルスの繰り返し期間はたとえば約１μｓ  である。したがってＭＩ素子の初期化励磁は、前記１μｓ  の期間のほぼどのタイミングでも可能であるが、本第１実施形態においてはタイマ回路５を前記遅延回路３２に接続してトリガーとなる信号を得ているためパルスＰ１およびＰ２の繰り返しのほぼ中央の時刻すなわちパルスＰ１、Ｐ２が立ち上がる約０．５  μｓ  手前でタイマー５が作動するような設定としている。またタイマー５のパルス幅は、ＭＩ素子１１の磁気特性と巻回した検出コイル１２の過渡特性により決定されるが、ここでは一例として１００ｎｓ  の例を示した。
【００３１】
Ｐ１、Ｐ２およびタイマー５のパルスＰ３は、ともに同期関係にあるためつねにタイマー５のパルスのタイミングでＭＩ素子が初期化されてから磁界測定が行われるので、安定かつ高精度な測定を可能にすることができる。
【００３２】
すなわち図３において初期化励磁をするためのタイマー５のパルスＰ３が図３の（ａ）  のごとく正に立ち上がると初期化励磁回路７のスイッチＳ３が閉となる。これにより電源Ｖｄｄ  に接続されている初期化励磁回路７の抵抗Ｒ７を通じて初期化励磁のための電流が図３の（ｄ）  に示すごとく検知コイル１２に流れ込む。この電流は主としてコイルのインダクタンスと抵抗Ｒ７によりなる時定数で電流の立ち上がりが決まるので一次遅れになる。この最終値が、往路（下側の特性線）ＬＣと復路（上側の特性線）ＵＣの曲線にオフセットが生ずる図４に示されるヒステリシスループにおける一例として下側の特性線ＬＣを測定に用いるためにヒステリシスループよりも大なる負の磁界Ｈａを初期化励磁としてＭＩ素子に付与する。そしてパルスＰ３が終了すると、周囲磁場がゼロであれば図４のヒステリシスループの下側の特性線ＬＣ上のＱ点が動作点となりＭＩ素子の初期化が完了する。
【００３３】
したがって、１  μｓ  周期のＰ１、Ｐ２のパルスで磁界の測定が行われる毎直前０．５  μｓ  の時刻にこの初期化が実施されるのでヒステリシスの影響のない精度の高い測定が可能である。
【００３４】
本第１実施形態において、図６はヒステリシスの影響がなくなったことを確認するための実験例を示す。図６の横軸は試験のために外部から与えた正および負の磁界、そして縦軸は測定信号であるが、ヒステリシスループは見られずオフセット誤差が消滅していることが分かる。
【００３５】
上記従来の磁気センサーにおいては、ＭＩ素子を最大感度にするためにバイアスコイルに直流を常時流す必要があり、バッテリの消耗が早く不利であり、ヒステリシスキャンセルのための励磁はこのバイアスコイルを流用しており、励磁のための専用回路を備えているとともに、磁界の検出は薄膜コアとしてのＭＩ素子の両端の電圧降下から検出しており、検出コイルを備えていない。
【００３６】
本第１実施形態においては、ＭＩ素子としてのアモルファスワイヤが高感度であるため微弱な磁界の検出も可能にするとともに、感度が一様なためバイアスコイルは不要であり、余分な直流電流を流す必要がないとともに、検出コイルの一方の端子を任意の電圧に接続できるので単電源動作させるための部品が少なく設計が容易であり、初期化のためにヒステリシス補償用励磁電流を流すのに流用しているのでバイアスコイルあるいは専用の励磁コイルは不要であるという利点を有する。
【００３７】
また従来の磁気センサーにおいては、検出回路が、ダイオードによる整流回路であり、電圧の減衰を補償するため直流電流を流している。しかしながら温度変化に対してダイオードの直流電流の最適値は変化し、また非直線性は補償されず直流信号への変換精度が劣る。
【００３８】
本第１実施形態においては、アナログスイッチによるサンプルホールド回路によって検出回路を構成するものであるため、非直線特性がないので、信号の大小にかかわらず直流信号への変換精度が良く、かつ余分な直流電流を流したりそのための回路部品が不要であり、また温度変化に対する精度が良いという利点を有する。
【００３９】
さらに従来の磁気センサーは、高周波電流を連続して印加する計測時にヒステリシスキャンセルパルスを一定の繰り返しで印加するものであるため、上述したように計測信号に直流分としてのノイズが重畳して残る。
【００４０】
本第１実施形態においては、前記検出コイル１２に検出電流が印加されていない時にヒステリシス補償用パルスを印加するものであるため、計測信号にヒステリシス補償用パルスがノイズとして重畳しないという利点を有する。
【００４１】
また従来の磁気センサーにおいては、高周波発振回路としてＣ−ＭＯＳ  ＩＣ、発振子、ローパスフィルタから成るサイン波発振器から成るものであるが、本第１実施形態においては、Ｃ−ＭＯＳ  ロジックＩＣのみでパルス発振器を構成するものであるため、少ない安価な部品によって電圧および周波数の安定度が良好であるという利点を有する。
【００４２】
さらに従来の磁気センサーにおいては、ＭＩ素子の駆動をバッファ回路によって行うため、トランジスタの温度特性を補償する回路を必要とし、部品が多量になり、回路構成が複雑になるのに対して、本第１実施形態においては、ロジックＩＣのみで直接駆動するものであるため、バッファ回路が不要であり、電圧安定度が高く、温度変化に左右されないとともに、部品が少量になり、回路構成がシンプルになるという利点を有する。
【００４３】
（第２実施形態）
本第２実施形態の磁気検出装置は、図７に示されるようにヒステリシス補償回路７が、アモルファスワイヤによって構成された前記磁気インピーダンス素子１１の周囲に巻回された前記コイル手段としての負帰還コイル１３に、電源投入に同期して負帰還電流に基づきヒステリシス補償用パルスを印加するとともに、検出回路４０としてのサンプルホールド回路４４によって、前記ヒステリシス特性の一方の特性における前記インピーダンス信号を、前記磁気インピーダンス素子１１の電流の印加タイミングに同期して前記コイル手段としての検出コイル１２の誘起電圧に基づく電圧信号としてサンプルホールドすることにより検出する点が、前記第１実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明し、同一部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
本第２実施形態の磁気検出装置は、上述した第１実施形態の磁気検出装置よりさらに高精度の測定装置を実現すべく構成されている。前記磁気インピーダンス素子１１としてのＭＩ素子のインピーダンス変化から電圧に変換した信号を前記ＭＩ素子に巻回した第２のコイルである負帰還コイル１３に電流負帰還することでＭＩ素子の内部の磁界を打ち消し、外部磁界の大きさにかかわらずつねにＭＩ素子の内部の磁界を零に保ちながら磁気測定するものである。またＭＩ素子の内部磁界を零に保つための帰還電流は外部磁場の大きさに正確に対応するため帰還電流を電圧に変換すれば磁場の測定信号とすることができる。ＭＩ素子をつねに磁界零に保つということはＭＩ素子をつねに一点で動作させることでありＭＩ素子の非直線性の問題がなくなるので非常に高い直線性が期待できる。
【００４５】
図７に示される回路において、検出コイル１２に誘起された電圧は、サンプルホールド回路４４において記憶される。サンプルホールド回路４４の二つの抵抗は、本電子回路を単極電源で動作させるための第一の基準電位を発生するものである。増幅回路６６は、４  個のオペレーショナルアンプＯＰ１  〜ＯＰ４  を含む回路から成り、ＯＰ１  〜ＯＰ３  は計装アンプ回路を構成している。該計装アンプの機能は、電子回路が単極電源で動作するための第２  の基準電位を発生するとともに該基準電位をベースに前記サンプルホールド４４の信号を高倍率で増幅して出力することである。
【００４６】
また、ＯＰ４は、増幅されたＯＰ２  の出力を前記負帰還コイル３に電流を通じるための電位がＶｄｄ／２  となる第３の基準電位発生器である。測定信号は、電流負帰還の源流となるＯＰ２  の出力端子ｃ点から電圧として取り出すことができる。
【００４７】
しかしながら本第２磁気検出装置が計測を行わない休止期間すなわち電源が投入されていない時に、運搬したりあるいは放置しておく間に大きな外部磁界に曝されると、ＭＩ素子のヒステリシス効果が発現し電源を投入した後の動作点すなわち零点は以前に計測を実施したときとは必ずしも同じとはならず、オフセット誤差を生じることになる。そこで本第２実施形態におけるＭＩ素子の初期化励磁回路の重要性について説明する。
【００４８】
本第２の実施形態において、前記第１実施形態におけるタイマー回路５や初期化励磁回路７の機能は、タイミングコンデンサＤとＯＰ２  およびＯＰ４  からなる負帰還回路の一部を利用して実現している。
【００４９】
次にタイマー回路と初期化励磁回路の構成と動作について説明する。ＯＰ４  の回路は前記したごとく第３  の基準電位発生器であるがこの基準電位はＯＰ４  の正極入力端子に接続されている二つの抵抗器Ｒ１５  、Ｒ１６  によってＶｄｄ／２  となるべく設定されている。タイミングコンデンサＤは、電源の正の電極と前記二つの抵抗Ｒ１５  、Ｒ１６  の接続点との間に挿入されておりコンデンサＤの値を適切に選ぶことにより所望の１次遅れ時定数を設定することができる。
【００５０】
図８において、（Ａ）  のごとく電源スイッチＳＢが投入された直後を考える。ＯＰ４  の正極入力端子ａ  点は（Ｂ）  に示すごとくタイミングコンデンサＤによって瞬時に正の電源電圧Ｖｄｄ  まで上昇し、その後抵抗Ｒ１５  、Ｒ１６  およびコンデンサＤによる時定数でＶｄｄ／２  に向かって減衰する。このときＯＰ４  の出力端子ｂ  点は図８の（Ｃ）  のごとく所定の期間出力電圧が飽和して一定値を保つが、やがて入力電圧の減衰とともにＶｄｄ／２  へ移行する。このタイミングコンデンサＤと抵抗Ｒ１５  、Ｒ１６  およびＯＰ４  からなる回路が、前記タイマ５の機能を実現している。
【００５１】
一方ＯＰ２  の出力端子Ｃ  点は、その入力端子以前の回路に遅れ要素がないため（Ｄ）  のごとく電源スイッチが投入されると瞬時にＶｄｄ／２  に静定する。この結果電源投入直後に負帰還コイル３  には図８の（Ｅ）  に示すごとくｂ点からｃ点へ負帰還コイル３および抵抗Ｒ５、Ｒ６を通じて電流が流れる。これにより前記図４の負の初期化励磁ＨａをＭＩ素子に付与し、動作点を下側の特性線ＬＣ上Ｑ点に移行させることができる。かかる特性線ＬＣ上において、図８の（Ｆ）  および（Ｇ）  に示されるＰ１、Ｐ２によって磁界測定を行うものである。
【００５２】
本第２実施形態においては、前記負帰還によりＭＩ素子を常にゼロ磁界に保つためつまり動作点が移動しないため、ヒステリシスの影響が現れない。したがって測定中は初期化励磁を行う必要がなく、また最少の部品点数で高精度の磁界測定ができるとともに、その他第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５３】
本第２実施形態における効果を確認する実験を実施した。初期化励磁回路を用いた場合と用いない場合について、それぞれ同一条件で５０回の電源投入直後の信号の指示値を頻度でまとめた。その結果を図９の（ａ）  、（ｂ）  に示す。これより初期化励磁を用いた場合（ｂ）  においては、用いない場合（ａ）  よりも指示値すなわちオフセットのばらつきの幅が１／６に減少する結果が得られた。以上から明らかなように本第２実施形態が、精度の高い磁気計測を実現するものである。
【００５４】
また本第２実施形態においては、初期化励磁のコイルの役割を負帰還コイルが兼ねているので、負帰還用のアンプ回路（ＯＰ２、ＯＰ４）は初期化励磁に必要な電流容量を十分満たすため、これを兼用させることで部品数を減らし、回路構成をシンプルにするという利点を有する。
【００５５】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００５６】
上述の実施形態においては、磁気センサーに対する電流の印加について、一例として前記磁気インピーダンス素子に直接印加する例について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、前記磁気インピーダンス素子に巻回されたコイル手段に電流を印加して、間接的に磁気インピーダンス素子の動作を実現する実施形態を採用する技術的な余地がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出装置を示す回路図である。
【図２】本第１実施形態のパルス電源、磁気インピーダンス素子、検出コイルにおける波形を示すタイムチャート図である。
【図３】本第１実施形態における磁気インピーダンス素子の印加パルスおよび初期化パルスの関係を示すタイムチャート図である。
【図４】本第１実施形態における磁気インピーダンス素子のヒステリシスループの測定時に利用する特性線を説明するための線図である。
【図５】本第１実施形態における磁気インピーダンス素子のヒステリシス補償を行う前の実験によって得られたヒステリシスループを示す線図である。
【図６】本第１実施形態における磁気インピーダンス素子のヒステリシス補償を行った場合の実験によって得られたヒステリシスループを示す線図である。
【図７】本発明の第２実施形態の磁気検出装置を示す回路図である。
【図８】本第２実施形態の磁気検出装置における回路上の各点の波形を示すタイムチャート図である。
【図９】本第２実施形態の磁気検出装置における電源投入直後の初期化励磁を用いた場合と用いない場合の指示値のバラツキの実験結果を示す線図である。
【図１０】従来の磁気センサーを示すブロック回路図である。
【図１１】従来の磁気センサーにおける回路上の各部の波形を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１  磁気センサー
１１  磁気インピーダンス素子
１２  検出コイル
４０  検出回路
７  ヒステリシス補償回路
【図１】
0003572457.tif 000002
【図２】
0003572457.tif 000003
【図３】
0003572457.tif 000004
【図４】
0003572457.tif 000005
【図５】
0003572457.tif 000006
【図６】
0003572457.tif 000007
【図７】
0003572457.tif 000008
【図８】
0003572457.tif 000009
【図９】
0003572457.tif 000010
【図１０】
0003572457.tif 000011
【図１１】
0003572457.tif 000012