(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の値に応じて変化する信号を出力するセンサ部と、
所定の基準電位を基準として前記センサ部の出力信号に応じて変化する単極性の検出電位を発生する検出電位発生手段と、
前記検出電位発生手段によって発生される検出電位と前記基準電位との差に応じた電流が流れる電流経路と、
前記電流経路に挿入された抵抗素子と、
外部より与えられる参照電位を基準として前記抵抗素子の両端間の電位差に応じて変化する単極性の測定信号を出力する測定信号出力手段と、
前記参照電位に基づいて前記基準電位を生成する基準電位生成手段と
を備えたことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記基準電位生成手段は、参照電位と基準電位との比を１以外の一定値にすることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記基準電位生成手段は、基準電位を参照電位と等しくすることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記参照電位は、前記測定信号出力手段より出力される測定信号をアナログ−デジタル変換するアナログ−デジタル変換器において使用される基準電圧源より与えられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記センサ部は、被測定対象としての被測定磁界の値に応じて変化する信号を出力する磁気センサ素子を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記磁気センサ素子は、フラックスゲート素子であることを特徴とする請求項５記載のセンサ装置。
【請求項７】
更に、被測定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対して逆極性となる帰還磁界を発生させる帰還コイルを備え、前記電流経路は、前記検出電位発生手段によって発生される検出電位と前記基準電位との差に応じた電流を前記帰還コイルに供給することを特徴とする請求項５または６記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記センサ部は、被測定対象としての被測定電流によって発生する被測定磁界の値に応じて変化する信号を出力する磁気センサ素子を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記磁気センサ素子は、フラックスゲート素子であることを特徴とする請求項８記載のセンサ装置。
【請求項１０】
更に、被測定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対して逆極性となる帰還磁界を発生させる帰還コイルを備え、前記電流経路は、前記検出電位発生手段によって発生される検出電位と前記基準電位との差に応じた電流を前記帰還コイルに供給することを特徴とする請求項８または９記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単極性の電源で動作し、単極性の測定信号を出力するセンサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題や資源エネルギー問題に関する社会的要請から、電気ハイブリッド自動車、燃料電池、太陽光発電等が実用化されてきている。これらの技術は、直流大電流を取り扱うため、直流大電流を測定するための電流センサ装置を必要とする点で共通している。そのため、安価で信頼性の高い直流大電流センサ装置の開発は社会的要請となっている。
【０００３】
一般に、直流大電流を非接触で測定する方法としては、電流が作る磁界を磁気センサ素子で検出する方法が採られる。従来、このための磁気センサ素子としてはホール素子が多く用いられていた。
【０００４】
また、本発明者等によって、安定性に優れるインダクタンス変化型の磁気センサ素子、すなわちフラックスゲート素子を用いた磁気センサ装置や電流センサ装置も提案されている。ここで、フラックスゲート素子を用いた磁界の検出の原理について簡単に説明する。フラックスゲート素子は、磁芯入りコイルを有している。磁芯入りコイルは、コイル電流がある値より大きくなると磁芯が飽和するので、そのインダクタンスが減少する。ここで、インダクタンスが例えば半減するようなバイアス電流をコイルに流しておき、磁芯に外部から磁界を与えると、与えた磁界の方向および大きさに応じたインダクタンス変化が生じる。そのため、このインダクタンス変化から与えられた磁界を検出することができる。磁芯には、棒状磁芯またはドラム型磁芯が用いられている。
【０００５】
ところが、上記の磁芯入りコイルのインダクタンス変化は、外部磁界に対し直線性が悪い上に、かなり急峻である。このことは、磁気センサ装置や電流センサ装置のリニアリティを悪くすると共に、測定範囲を狭める。
【０００６】
この欠点を避けるための技術としては負帰還法がある。負帰還法は、被測定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対して逆極性となる帰還磁界を磁気センサ素子に加え、磁気センサ素子が常にゼロに近い磁界の中で動作するようにしたものである。帰還磁界は、磁界センサ素子の出力を電流に変換し、この電流を帰還磁界発生コイルに帰還電流として印加することで簡単に得ることができる。
【０００７】
上記の帰還電流の経路中に挿入した抵抗の両端間の電位差は帰還電流に比例している。帰還電流は被測定磁界と絶対値が等しい磁界を発生するので、前記電位差は被測定磁界に完全に比例している。従って、この電位差を検出することによって、被測定磁界を検出することができる。このようにしてリニアリティがよく、ゲイン変動のない磁気センサ装置または電流センサ装置を実現することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の負帰還法を採用した磁気センサ装置または電流センサ装置において、帰還電流の経路中に挿入した抵抗の両端間の電位差は、被測定磁界の向きの正逆に応じて極性が反転する。一般に、両極性信号を処理するには両極性電源を必要とする。しかし、両極性電源は、単極性電源に比べて高価である。そこで、装置の価格を下げるため、電源を単極性化することが多い。そのためには、帰還電流経路を一定の基準電位に保持し、被測定磁界に応じた検出信号が基準電位を基準として変化するようにして、検出信号を単極性化する方策が採られる。
【０００９】
ここで、図４を参照して、上述のように電源を単極性化した磁気センサ装置の構成の一例について説明する。この磁気センサ装置は、電源入力端１０１と、一端が電源入力端１０１に接続された抵抗１０２と、カソードが抵抗１０２の他端に接続され、アノードが接地されたツェナーダイオード１０３と、非反転入力端が抵抗１０２とツェナーダイオード１０３との接続点に接続されたオペアンプ１０４とを備えている。オペアンプ１０４の反転入力端は出力端に接続されている。電源入力端１０１には、電源電圧Ｖｄが印加されるようになっている。
【００１０】
磁気センサ装置は、更に、基準電圧入力端がオペアンプ１０４の出力端に接続された磁気センサ部１０５と、一端がオペアンプ１０４の出力端に接続された帰還コイル１０６と、非反転入力端が磁気センサ部１０５の出力端に接続されたオペアンプよりなる帰還増幅器１０７と、一端がオペアンプ１０４の出力端に接続され、他端が帰還増幅器１０７の非反転入力端に接続された抵抗１０８と、一端がオペアンプ１０４の出力端に接続され、他端が帰還増幅器１０７の反転入力端に接続された抵抗１０９と、一端が帰還増幅器１０７の反転入力端に接続され、他端が帰還増幅器１０７の出力端に接続された抵抗１１０と、一端が帰還増幅器１０７の出力端に接続され、他端が帰還コイル１０６の他端に接続された電流検出抵抗１１１とを備えている。なお、磁気センサ部１０５は、磁気センサ素子と、この磁気センサ素子を駆動する回路とを含んでいる。
【００１１】
磁気センサ装置は、更に、一端が抵抗１１１の一端に接続された抵抗１１２と、一端が抵抗１１１の他端に接続された抵抗１１３と、反転入力端が抵抗１１２の他端に接続され、非反転入力端が抵抗１１３の他端に接続されたオペアンプよりなる差動増幅器１１４と、一端が差動増幅器１１４の反転入力端に接続され、他端が差動増幅器１１４の出力端に接続された抵抗１１５と、差動増幅器１１４の出力端に接続された測定信号出力端１１６とを備えている。
【００１２】
磁気センサ装置は、更に、参照電圧入力端１１７と、非反転入力端が参照電圧入力端１１７に接続され、反転入力端が出力端に接続されたオペアンプ１１８と、一端がオペアンプ１１８の出力端に接続され、他端が差動増幅器１１４の非反転入力端に接続された抵抗１１９とを備えている。
【００１３】
オペアンプ１０４、帰還増幅器１０７、差動増幅器１１４およびオペアンプ１１８の各電源入力端は電源入力端１０１に接続され、各接地端は接地されている。
【００１４】
次に、図４に示した磁気センサ装置の作用について説明する。この磁気センサ装置では、電源入力端１０１に電源電圧Ｖｄが印加され、この電源電圧Ｖｄによって各回路部分が動作している。すなわち、各回路部分は単極性電源によって駆動されている。
【００１５】
抵抗１０２とツェナーダイオード１０３は、電源電圧Ｖｄを用いて、両者の接続点において基準電圧Ｖｐを発生させる。オペアンプ１０４はボルテージフォロワを構成しており、オペアンプ１０４の出力端の電位は基準電圧Ｖｐと等しい。基準電圧Ｖｐは、磁気センサ部１０５の基準電圧入力端と、帰還コイル１０６、抵抗１０８，１０９の各一端に印加される。
【００１６】
また、参照電圧入力端１１７には参照電圧Ｖｒｅｆが印加される。オペアンプ１１８はボルテージフォロワを構成しており、オペアンプ１１８の出力端の電位は参照電圧Ｖｒｅｆと等しい。参照電圧Ｖｒｅｆは、抵抗１１９を介して差動増幅器１１４の非反転入力端に印加される。
【００１７】
磁気センサ部１０５は、その出力端より、被測定磁界に応じた信号を、帰還増幅器１０７の非反転入力端に対して出力する。帰還増幅器１０７は、基準電圧Ｖｐを基準として被測定磁界に応じて変化する出力電圧を生成する。被測定磁界がゼロのときには帰還増幅器１０７の出力電圧は基準電圧Ｖｐと等しい。
【００１８】
帰還増幅器１０７から抵抗１１１を経て帰還コイル１０６に至るまで帰還電流経路が形成されている。この帰還電流経路では、帰還増幅器１０７の出力電圧と基準電圧Ｖｐとの差に応じて帰還電流が発生し、この帰還電流が帰還コイル１０６に供給される。この帰還電流は、帰還増幅器１０７の出力電圧が基準電圧Ｖｐより大きいか小さいかに応じて正逆両方向に流れる。帰還電流経路に挿入された抵抗１１１の両端間に発生した電圧（電位差）は、コモンモード電圧としての基準電圧Ｖｐに重畳されて、差動増幅器１１４に入力される。差動増幅器１１４は、被測定磁界に対応すると共に、コモンモード電圧Ｖｐが除去された信号を出力する。差動増幅器１１４の非反転入力端には、抵抗１１９を介して参照電圧Ｖｒｅｆが印加されている。従って、差動増幅器１１４の出力信号、すなわち測定信号出力端１１６より出力される測定信号は、参照電圧Ｖｒｅｆを基準として被測定磁界に応じて変化する単極性の信号となる。
【００１９】
ここで、抵抗１１２，１１３，１１５，１１９の抵抗値を、それぞれＲｉ１，Ｒｉ２，Ｒｆ１，Ｒｆ２とする。差動増幅器１１４のコモンモード抑圧比は、Ｒｉ１＝Ｒｉ２且つＲｆ１＝Ｒｆ２のとき最大になり、このバランスが崩れると大幅に悪化する。しかし、一般に抵抗器の抵抗値の精度は±１％程度である。従って、差動増幅器１１４において、コモンモード電圧Ｖｐを完全に抑圧することは困難である。
【００２０】
そこで、従来は、基準電圧Ｖｐを一定値に固定した上で、抵抗値Ｒｉ１，Ｒｉ２，Ｒｆ１，Ｒｆ２のうちの一つを調整したり、参照電圧Ｖｒｅｆを調整したりして、差動増幅器１１４の出力を規定値になるようにしていた。しかしながら、この方法では、電源電圧Ｖｄの変動に伴って基準電圧Ｖｐが変動した場合には、それに伴う差動増幅器１１４の出力信号の変動分を除去することができない。この問題を避ける方法としては、例えば、基準電圧Ｖｐを定電圧回路等によって固定する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、定電圧回路分だけ装置の価格の上昇をもたらすばかりではなく、温度変化等の他の要因による定電圧回路の出力変動等、新たな基準電圧の変動要因を取り込むことになる。
【００２１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、単極性の電源で動作して単極性の測定信号を出力すると共に、簡単な構成で電源電圧の変動に伴う測定信号の変動を抑制できるようにしたセンサ装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明のセンサ装置は、
被測定対象の値に応じて変化する信号を出力するセンサ部と、
所定の基準電位を基準としてセンサ部の出力信号に応じて変化する単極性の検出電位を発生する検出電位発生手段と、
検出電位発生手段によって発生される検出電位と基準電位との差に応じた電流が流れる電流経路と、
電流経路に挿入された抵抗素子と、
外部より与えられる参照電位を基準として抵抗素子の両端間の電位差に応じて変化する単極性の測定信号を出力する測定信号出力手段と、
参照電位に基づいて基準電位を生成する基準電位生成手段と
を備えたものである。
【００２３】
本発明のセンサ装置では、センサ部より、被測定対象の値に応じて変化する信号が出力され、検出電位発生手段によって、所定の基準電位を基準としてセンサ部の出力信号に応じて変化する単極性の検出電位が発生され、この検出電位と基準電位との差に応じた電流が、電流経路に挿入された抵抗素子に流れる。そして、測定信号出力手段によって、外部より与えられる参照電位を基準として抵抗素子の両端間の電位差に応じて変化する単極性の測定信号が出力される。基準電位は、基準電位生成手段によって、参照電位に基づいて生成される。
【００２４】
本発明のセンサ装置において、基準電位生成手段は、参照電位と基準電位との比を１以外の一定値にしてもよい。
【００２５】
また、本発明のセンサ装置において、基準電位生成手段は、基準電位を参照電位と等しくしてもよい。
【００２６】
また、本発明のセンサ装置において、参照電位は、測定信号出力手段より出力される測定信号をアナログ−デジタル変換するアナログ−デジタル変換器において使用される基準電圧源より与えられるものでもよい。
【００２７】
また、本発明のセンサ装置において、センサ部は、被測定対象としての被測定磁界の値に応じて変化する信号を出力する磁気センサ素子を含んでいてもよい。この場合、磁気センサ素子は、フラックスゲート素子であってもよい。また、センサ装置は、更に、被測定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対して逆極性となる帰還磁界を発生させる帰還コイルを備え、電流経路は、検出電位発生手段によって発生される検出電位と基準電位との差に応じた電流を帰還コイルに供給するものであってもよい。
【００２８】
また、本発明のセンサ装置において、センサ部は、被測定対象としての被測定電流によって発生する被測定磁界の値に応じて変化する信号を出力する磁気センサ素子を含んでいてもよい。この場合、磁気センサ素子は、フラックスゲート素子であってもよい。また、センサ装置は、更に、被測定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対して逆極性となる帰還磁界を発生させる帰還コイルを備え、電流経路は、検出電位発生手段によって発生される検出電位と基準電位との差に応じた電流を帰還コイルに供給するものであってもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置としての磁気センサ装置の構成を示す回路図である。この磁気センサ装置１は、電源入力端２と、参照電圧入力端１７と、非反転入力端が参照電圧入力端１７に接続され、反転入力端が出力端に接続されたオペアンプ１８とを備えている。電源入力端２には、電源電圧Ｖｄが印加されるようになっている。参照電圧入力端１７には、外部より参照電圧が与えられるようになっている。
【００３０】
磁気センサ装置１は、更に、非反転入力端がオペアンプ１８の出力端に接続されたオペアンプ２１と、一端がオペアンプ２１の反転入力端に接続され、他端が出力端に接続された抵抗２２と、一端がオペアンプ２１の反転入力端に接続され、他端が接地された抵抗２３とを備えている。オペアンプ２１は、基準電圧Ｖｐを生成するようになっている。
【００３１】
磁気センサ装置１は、更に、基準電圧入力端がオペアンプ２１の出力端に接続された磁気センサ部５と、この磁気センサ部５の近傍に配置されると共に、一端がオペアンプ２１の出力端に接続された帰還コイル６と、非反転入力端が磁気センサ部５の出力端に接続されたオペアンプよりなる帰還増幅器７と、一端がオペアンプ２１の出力端に接続され、他端が帰還増幅器７の非反転入力端に接続された抵抗８と、一端がオペアンプ２１の出力端に接続され、他端が帰還増幅器７の反転入力端に接続された抵抗９と、一端が帰還増幅器７の反転入力端に接続され、他端が帰還増幅器７の出力端に接続された抵抗１０と、一端が帰還増幅器７の出力端に接続され、他端が帰還コイル６の他端に接続された電流検出抵抗１１とを備えている。
【００３２】
磁気センサ装置１は、更に、一端が抵抗１１の一端に接続された抵抗１２と、一端が抵抗１１の他端に接続された抵抗１３と、反転入力端が抵抗１２の他端に接続され、非反転入力端が抵抗１３の他端に接続されたオペアンプよりなる差動増幅器１４と、一端が差動増幅器１４の反転入力端に接続され、他端が差動増幅器１４の出力端に接続された抵抗１５と、一端がオペアンプ１８の出力端に接続され、他端が差動増幅器１４の非反転入力端に接続された抵抗１９と、差動増幅器１４の出力端に接続された測定信号出力端１６とを備えている。
【００３３】
オペアンプ２１、帰還増幅器７、差動増幅器１４およびオペアンプ１８の各電源入力端は電源入力端２に接続され、各接地端は接地されている。
【００３４】
磁気センサ装置１の測定信号出力端１６より出力される測定信号は、この測定信号をアナログ−デジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換と言う。）するＡ／Ｄ変換器３１に入力されるようになっている。このＡ／Ｄ変換器３１より出力されるデジタルの測定信号は、例えば、このデジタルの測定信号を処理するＣＰＵ（中央処理装置）３３に入力されるようになっている。Ａ／Ｄ変換器３１には、基準電圧源３２より、精度と安定度の高い基準電圧が供給されるようになっている。なお、基準電圧源３２は、Ａ／Ｄ変換器３１に内蔵されていてもよいし、Ａ／Ｄ変換器３１の外部に設けられていてもよい。基準電圧源３２としては、例えばバンドギャップ型基準電圧発生回路が用いられる。
【００３５】
磁気センサ装置１の参照電圧入力端１７には、参照電圧Ｖｒｅｆとして、基準電圧源３２より発生されるＡ／Ｄ変換器３１用の基準電圧が印加されるようになっている。
【００３６】
本実施の形態において、磁気センサ部５は、本発明におけるセンサ部に対応し、被測定対象としての被測定磁界の値に応じて変化する信号を出力する。また、帰還増幅器７は本発明における検出電位発生手段に対応し、抵抗１１は本発明における抵抗素子に対応し、差動増幅器１４は本発明における測定信号出力手段に対応し、オペアンプ２１は本発明における基準電位生成手段に対応する。
【００３７】
図２は、図１における磁気センサ部５の構成の一例を示す回路図である。この例における磁気センサ部５は、磁気センサ素子として、インダクタンス変化型の磁気センサ素子、すなわちフラックスゲート素子を有している。このフラックスゲート素子は、磁芯５１と、この磁芯５１に巻回されたセンサコイル５２とを含んでいる。磁気センサ部５は、更に、一端がセンサコイル５２の一端に接続されたコンデンサ５３と、コンデンサ５３の他端に接続された励振回路５４と、一端がセンサコイル５２の他端に接続され、他端が磁気センサ部５の基準電圧入力端に接続されたインダクタンス素子５５とを有している。インダクタンス素子５５は、センサコイル５２のインダクタンス値の変化を検出するためのものであり、例えばコイルよりなる。なお、図２では、励振回路５４の電源および接地端子は図示していない。
【００３８】
磁気センサ部５は、更に、一端がセンサコイル５２とインダクタンス素子５５との接続点に接続されたコンデンサ５６と、一端がコンデンサ５６の他端に接続され、他端が磁気センサ部５の基準電圧入力端に接続された抵抗５７とを有している。コンデンサ５６と抵抗５７は、インダクタンス素子５５の両端に発生する電圧を微分する微分回路を構成している。
【００３９】
磁気センサ部５は、更に、入力端がコンデンサ５６と抵抗５７との接続点に接続された正ピークホールド回路５８と、入力端がコンデンサ５６と抵抗５７との接続点に接続された負ピークホールド回路５９と、各入力端がそれぞれ正ピークホールド回路５８の出力端と負ピークホールド回路５９の出力端に接続された加算回路６０とを有している。正ピークホールド回路５８は、微分回路の出力信号の正のピーク値をホールドし、負ピークホールド回路５９は、微分回路の出力信号の負のピーク値をホールドする。加算回路６０は、正ピークホールド回路５８の出力信号と負ピークホールド回路５９の出力信号とを加算して、磁気センサ部５の出力端より出力する。
【００４０】
図２に示した磁気センサ部５では、励振回路５４によって、磁気センサ部５に印加される電源電圧Ｖｄに基づいて励振電流が生成される。この励振電流は、センサコイル５２およびインダクタンス素子５５を流れる。励振電流は、ピーク時には磁芯５１が飽和領域に入るような交流電流とする。なお、本出願において、磁芯の飽和領域とは、磁界の絶対値が、磁芯の透磁率が最大透磁率となるときの磁界の絶対値より大きい領域をいう。励振電流のピーク値付近で磁芯５１が飽和領域に達すると、センサコイル５２のインダクタンス値が急減するため、励振電流は急増する。励振電流の波形を２回微分すれば、急増した部分の電流波形に相似な逆位相の出力を検出することができる。
【００４１】
励振電流はインダクタンス素子５５および微分回路で２回微分され、微分回路より、励振電流の正負の各ピーク値を表す、互いに逆極性のスパイク状電圧信号が出力される。この正負のスパイク状電圧信号の各ピーク値は、正ピークホールド回路５８および負ピークホールド回路５９によってホールドされ、加算回路６０によって加算されて、被測定磁界に対応した出力信号として磁気センサ部５の出力端より出力される。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置１の作用について説明する。この磁気センサ装置では、電源入力端２に電源電圧Ｖｄが印加され、この電源電圧Ｖｄによって各回路部分が動作している。すなわち、各回路部分は単極性電源によって駆動されている。
【００４３】
また、参照電圧入力端１７には、参照電圧Ｖｒｅｆとして、基準電圧源３２より発生されるＡ／Ｄ変換器３１用の基準電圧が印加される。オペアンプ１８はボルテージフォロワを構成しており、オペアンプ１８の出力端の電位は参照電圧Ｖｒｅｆと等しい。オペアンプ１８の出力端より出力される参照電圧Ｖｒｅｆは、抵抗１９を介して差動増幅器１４の非反転入力端に印加されると共に、オペアンプ２１の非反転入力端に印加される。参照電圧Ｖｒｅｆは、本発明における参照電位に対応する。
【００４４】
オペアンプ２１は、参照電圧Ｖｒｅｆを所定の増幅度Ｇで増幅して基準電圧Ｖｐを生成する。抵抗２２の抵抗値をＲ１とし、抵抗２３の抵抗値をＲ２とすると、オペアンプ２１の増幅度Ｇは、１＋Ｒ１／Ｒ２となる。オペアンプ２１の出力端より出力される基準電圧Ｖｐは、磁気センサ部５の基準電圧入力端と、帰還コイル６、抵抗８，９の各一端に印加される。基準電圧Ｖｐは、本発明における基準電位に対応する。
【００４５】
磁気センサ部５は、その出力端より、被測定磁界に応じた信号を、帰還増幅器７の非反転入力端に対して出力する。帰還増幅器７は、基準電圧Ｖｐを基準として被測定磁界に応じて変化する出力電圧を生成する。被測定磁界がゼロのときには帰還増幅器７の出力電圧は基準電圧Ｖｐと等しい。帰還増幅器７の出力電圧は、本発明における検出電位に対応する。
【００４６】
帰還増幅器７から抵抗１１を経て帰還コイル６に至るまで帰還電流経路が形成されている。この帰還電流経路では、帰還増幅器７の出力電圧と基準電圧Ｖｐとの差に応じて帰還電流が発生し、この帰還電流が帰還コイル６に供給される。この帰還電流は、帰還増幅器７の出力電圧が基準電圧Ｖｐより大きいか小さいかに応じて正逆両方向に流れる。帰還コイル６は、帰還電流に応じて、被測定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対して逆極性となる帰還磁界を発生する。
【００４７】
帰還電流経路に挿入された抵抗１１の両端間に発生した電圧（電位差）は、コモンモード電圧としての基準電圧Ｖｐに重畳されて、差動増幅器１４に入力される。差動増幅器１４は、被測定磁界に対応すると共に、コモンモード電圧Ｖｐが除去された信号を出力する。差動増幅器１４の非反転入力端には、抵抗１９を介して参照電圧Ｖｒｅｆが印加されている。従って、差動増幅器１４の出力信号、すなわち信号出力端１６より出力される測定信号は、参照電圧Ｖｒｅｆを基準として被測定磁界に応じて変化する単極性の信号となる。
【００４８】
本実施の形態では、オペアンプ２１によって、電源電圧Ｖｄに依らずに、外部より与えられる参照電圧Ｖｒｅｆに基づいて基準電圧Ｖｐを生成している。参照電圧Ｖｒｅｆには、基準電圧源３２より発生されるＡ／Ｄ変換器３１用の基準電圧が用いられている。一般に、Ａ／Ｄ変換器で用いられる基準電圧の精度と安定度は非常に高い。従って、本実施の形態における参照電圧Ｖｒｅｆは、磁気センサ装置１に供給される電源電圧Ｖｄとは独立した、精度と安定度の高い電圧であり、電源電圧Ｖｄの変動の影響を全く受けない。その結果、参照電圧Ｖｒｅｆに基づいて生成される基準電圧Ｖｐも、電源電圧Ｖｄの変動の影響を受けない、精度と安定度の高い電圧となる。従って、本実施の形態では、差動増幅器１４のコモンモード抑圧比を決定する抵抗１２，１３，１５，１９の抵抗値のバランスが完全でなくとも、差動増幅器１４より出力される測定信号が、電源電圧Ｖｄの変動に伴って変動することはない。
【００４９】
ところで、本実施の形態において、オペアンプ２１は、参照電圧Ｖｒｅｆと基準電圧Ｖｐとの比を１以外の一定値にしてもよいし、基準電圧Ｖｐを参照電圧Ｖｒｅｆと等しくしてもよい。
【００５０】
なお、基準電圧Ｖｐは帰還増幅器７の動作のゼロ点を決定する。一般に、参照電圧Ｖｒｅｆは２．５Ｖのことが多く、電源電圧Ｖｄの最小値は８Ｖ程度のことが多い。そのため、参照電圧Ｖｒｅｆを２．５Ｖ、電源電圧Ｖｄを８Ｖとした場合には、基準電圧Ｖｐを参照電圧Ｖｒｅｆと等しくすると、帰還増幅器７の動作のゼロ点が２．５Ｖとなり、帰還増幅器７の低圧側の動作範囲が減少する。従って、基準電圧Ｖｐは、電源電圧Ｖｄの１／２程度、すなわち４Ｖ程度にしたほうがよい。本実施の形態では、一例として、オペアンプ２１によって、２．５Ｖの参照電圧Ｖｒｅｆを１．６倍に増幅して、４Ｖの基準電圧Ｖｐを生成する。この場合、図４に示した磁気センサ装置に比べて、新たに増えるのは抵抗２２，２３だけであり、磁気センサ装置１の価格の上昇はほとんどない。
【００５１】
基準電圧Ｖｐを参照電圧Ｖｒｅｆと等しくする場合には、Ｒ１＝０、Ｒ２＝∞とすればよいので、抵抗２２，２３も不要となり、図４に示した磁気センサ装置に比べて、磁気センサ装置１の価格の上昇は全くなくなる。なお、この場合には、オペアンプ２１はボルテージフォロワを構成する。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態に係る磁気センサ装置１によれば、単極性の電源で動作して単極性の測定信号を出力できると共に、簡単な構成で電源電圧の変動に伴う測定信号の変動を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施の形態において、参照電圧Ｖｒｅｆと基準電圧Ｖｐとの比を１以外の一定値にする場合には、帰還増幅器７の動作のゼロ点を適当な電位に設定することが可能になる。
【００５４】
また、本実施の形態において、基準電圧Ｖｐを参照電圧Ｖｒｅｆと等しくする場合には、磁気センサ装置１の構成をより簡単にすることが可能になる。
【００５５】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るセンサ装置としての電流センサ装置の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電流センサ装置は、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置を用いて構成されている。
【００５６】
本実施の形態に係る電流センサ装置４１は、被測定対象としての被測定電流が通過する導電部４２を囲うように設けられ、一部にギャップを有する磁気ヨーク４３を備えている。そして、磁気ヨーク４３のギャップ内に、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置における磁気センサ部５が配置されている。
【００５７】
本実施の形態の電流センサ装置では、導電部４２を図３における紙面に垂直な方向に流れる被測定電流によって発生する磁束が、磁気ヨーク４３によって収束され、磁気ヨーク４３を通過する。その結果、磁気ヨーク４３のギャップ内に、被測定磁界が発生する。磁気ヨーク４３のギャップ内に配置された磁気センサ部５は、被測定電流によって発生する被測定磁界の値に応じて変化する信号を出力する。これにより、被測定電流が非接触で測定される。
【００５８】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、磁気センサ部は、フラックスゲート素子を含むものに限らず、ホール素子等の他の磁気センサ素子を含むものであってもよい。また、本発明は、磁気センサ装置および電流センサ装置に限らず、他のセンサ装置にも適用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし１０のいずれかに記載のセンサ装置によれば、電源電圧によらずに、外部より与えられる参照電位に基づいて基準電位を生成するようにしたので、単極性の電源で動作して単極性の測定信号を出力することができると共に、簡単な構成で電源電圧の変動に伴う測定信号の変動を抑制することができるという効果を奏する。
【００６１】
また、請求項２記載のセンサ装置によれば、基準電位生成手段が参照電位と基準電位との比を１以外の一定値にするようにしたので、検出電位発生手段の動作のゼロ点を適当な電位に設定することが可能になるという効果を奏する。
【００６２】
また、請求項３記載のセンサ装置によれば、基準電位生成手段が基準電位を参照電位と等しくするようにしたので、センサ装置の構成をより簡単にすることが可能になるという効果を奏する。
【００６３】
また、請求項４記載のセンサ装置によれば、参照電位が、測定信号出力手段より出力される測定信号をアナログ−デジタル変換するアナログ−デジタル変換器において使用される基準電圧源より与えられるようにしたので、基準電位の精度と安定度を特に高めることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置としての磁気センサ装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１における磁気センサ部の構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るセンサ装置としての電流センサ装置の構成を示す回路図である。
【図４】電源を単極性化した磁気センサ装置の構成の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…磁気センサ装置、２…電源入力端、５…磁気センサ部、６…帰還コイル、７…帰還増幅器、１１…電流検出抵抗、１４…差動増幅器、１６…測定信号出力端、１７…参照電圧入力端、１８…オペアンプ、２１…オペアンプ、３１…Ａ／Ｄ変換器、３２…基準電圧源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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