(57)【要約】一体型磁界検出装置は、一体型導体によって第１方向にバイアスを受け且つ第１方向に垂直な方向の磁界成分に感応する少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む。磁界に対する検出装置の感度は、調節可能であり、且つバイアス電流のレベルに関連される。電流測定用途においては、２つの磁界検出装置が、測定されるべき電流を伝える導体に垂直な両側に装着される。携帯電流測定装置においては、２つの磁界センサがハウジングに装着される。そのハウジングは、測定されるべき電流を伝える導体に関して両磁界センサを定置する助けをする。
2005517937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界を検出するための一体型装置であって、
少なくとも第１磁界検出素子、第２磁界検出素子、及び出力終端領域を有する平坦磁界検出手段、並びに前記第１磁界検出素子及び前記第２磁界検出素子内の磁化方向を第１方向に設定するバイアス磁界を与えるバイアス電流を伝える導体を含み、
前記バイアス磁界は、前記第１磁界検出素子及び前記第２磁界検出素子内の磁化を初期調整させるのに十分であり、
前記装置は、前記第１方向に垂直な方向の磁界成分に対する感度レベルを有し、且つ該感度レベルが前記バイアス電流のレベルに関連された状態で、前記出力終端領域における出力を与えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記平坦磁界検出手段は、ホイートストンブリッジの４本の脚を形成する４つの磁気抵抗素子を含み、前記ホイートストンブリッジの対向する脚が電流を同一方向に流す、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記磁界検出素子は細長いストリップを含み、該ストリップは、該ストリップを通る電流の流れ方向を変えるように該ストリップに置かれた金属パターンを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記バイアス電流を伝える前記導体は少なくとも１巻きから成るコイルの形体を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
測定されるべき電流を伝える第２導体を更に含み、前記第２電流が前記バイアス磁界に垂直な磁界をつくり、且つ前記出力が測定されるべき前記電流レベルの表示となる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
請求項１の第２の装置と、
請求項１の前記装置を測定されるべき電流を伝える導体の第１側で支持し且つ前記第２の装置を前記導体の反対側に支持し、請求項１の前記装置及び前記第２の装置を共通面内に置くようにした手段と、
請求項１の前記一体型装置の出力と前記第２の装置の出力との組合せを決定し、該組合せが前記測定されるべき電流を表すようにした手段と、
を更に含む、装置。
【請求項７】
前記バイアス電流のレベルを変える手段を更に含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
請求項１の前記装置の前記出力と前記第２の装置の前記出力とが接続されて、請求項１の前記装置の前記出力と前記第２の装置の前記出力との間の差を表す出力を与える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
請求項１の前記装置を測定されるべき電流を伝える導体の第１側に支持し且つ前記第２の装置を前記導体の反対側に支持する前記手段が、請求項１の前記装置を支持する第１脚と前記第２の装置を支持する第２脚とを有するハウジングを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１の前記装置及び前記第２の装置を測定されるべき電流を伝える前記導体から等しく離間した状態に維持する非磁性変形可能弾性材料を更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記材料が前記第１脚と前記第２脚との間に配置され、請求項１の前記装置及び前記第２の装置を測定されるべき電流を伝える前記導体から等しく離間された状態に維持するのに十分な変形抵抗を与える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
外部磁界を検出する一体型装置であって、
第１、第２、第３、第４磁気抵抗素子、出力終端領域を有する磁界検出手段と、ただし前記磁気抵抗素子の各々は第１及び第２終端領域を有し、前記第１磁気抵抗素子の第１終端領域は前記第３磁気抵抗素子の第１終端領域に接続され、前記第１磁気抵抗素子の第２終端領域は前記第２磁気抵抗素子の第２終端領域に接続され、前記第３磁気抵抗素子の第２終端領域は前記第４磁気抵抗素子の第２終端領域に接続され、前記第２磁気抵抗素子の第１終端領域は前記第４磁気抵抗素子の第１終端領域に接続されており、
バイアス電流を伝える積分コイルと、ただし前記バイアス電流は磁界を第１方向に与え且つ前記第１、第２、第３、第４磁気抵抗素子における磁化の初期方向を前記第１方向に設立し、並びに
前記装置が前記第１方向に垂直な方向において磁界成分に対して感度レベルを有し且つ前記出力終端領域における出力を与え、前記感度レベルが前記バイアス電流のレベルに関連されるようにしたこと、
を含む外部磁界検出一体型装置。
【請求項１３】
前記磁気抵抗素子はヘリンボン形状を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記磁気抵抗素子は理髪店看板柱バイアスを更に含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の装置であって、
請求項１２の第２の装置と、
請求項１２の前記装置を測定されるべき電流を伝える導体の第１側で支持し且つ前記第２の装置を前記導体の反対側に支持し、請求項１２の前記装置及び前記第２の装置を共通面内に置くようにした手段と、並びに
請求項１２の前記装置の出力と前記第２の装置の出力との組合せを決定し、該組合せが前記測定されるべき電流を表すようにした手段と、
を更に含む装置。
【請求項１６】
前記平坦磁界検出手段は、ホイートストンブリッジの４本の脚を形成する４つの磁気抵抗素子を含み、前記ホイートストンブリッジの対向する脚が電流を同一方向に流す、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記磁界検出素子は細長いストリップを含み、該ストリップは、該ストリップを通る電流の流れ方向を変えるように該ストリップに置かれた金属パターンを有している、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
請求項１２の前記装置の前記出力と前記第２の装置の前記出力とが接続されて、請求項１２の前記装置の前記出力と前記第２の装置の前記出力との間の差を表す出力を与える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
請求項１２の前記装置の出力と前記第２の装置の出力との組合せを決定する前記手段は、プロセッサ手段を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
導体内の電流を測定する装置であって、
磁気抵抗検出素子、バイアス電流を伝える一体型導体、出力終端領域を有し、前記バイアス電流が前記磁気抵抗素子の磁化を第１方向に初期調整するようにした第１平坦磁界センサと、
磁気抵抗検出素子、バイアス電流を伝える一体型導体、出力終端領域を有し、前記バイアス電流が前記磁気抵抗素子の磁化を第２方向に初期調整するようにした第２平坦磁界センサと、
前記第１磁界センサを前記導体の第１側に定置し且つ前記第２磁界センサを前記導体の反対側に定置し、前記第１磁界センサ及び前記第２磁界センサを前記導体に垂直な共通面内に置くようにしたハウジングと、並びに
前記第１磁界センサの出力と前記第２磁界センサの出力との組合せを決定し、該組合せが前記測定されるべき電流を表すようにした手段と、
を含む電流測定装置。
【請求項２１】
前記第１磁界センサ及び前記第２磁界センサは、ホイートストンブリッジの４本の脚を形成する４つの蛇行型磁気抵抗素子を含み、前記ホイートストンブリッジの対向する脚が電流を同一方向に流す、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１磁界センサ及び前記第２磁界センサは、前記第１磁界センサの出力と前記第２磁界センサの出力との間の差を表す出力を与えるように接続される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記第１磁界センサ及び前記第２磁界センサにおける前記バイアス電流を変える手段を更に含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記ハウジングは、前記導体の両側で延びる第１脚及び第２脚を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１脚と前記第２脚との間に配置された非磁性変形可能弾性材料を更に含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
導体内の電流を測定する装置であって、
第１磁界センサと、
第２磁界センサと、
前記第１磁界センサを前記導体の第１側に定置し且つ前記第２磁界センサを前記導体の反対側に定置し、前記第１磁界センサ及び前記第２磁界センサを共通面内に置くようにしたハウジングと、並びに
前記第１磁界センサの出力と前記第２磁界センサの出力との組合せを決定し、該組合せが前記測定されるべき電流を表すようにした手段と、
を含む電流測定装置。
【請求項２７】
前記第１磁界センサ及び前記第２磁界センサはホール型素子である、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１磁界センサ及び前記第２磁界センサは磁気抵抗素子を含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
導体内の電流を測定する方法であって、
バイアス磁界を与える積分コイルを有する第１平坦磁気抵抗磁界センサを設ける工程、
バイアス磁界を与える積分コイルを有する第２平坦磁気抵抗磁界センサを設ける工程、
前記第１磁界センサを前記導体の第１側に定置し且つ前記第２磁界センサを前記導体の反対側に定置する工程、
前記積分コイルに電流を送る工程、
前記第１磁界センサ及び前記第２磁界センサの出力を決定する工程、及び
前記導体内の電流を計算する工程、を含む電流測定方法。
【請求項３０】
前記定置工程は、前記両磁界センサを前記導体に垂直な共通面内に定置する工程を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記導体内の電流を計算する工程は、計算用マイクロプロセッサを設ける工程を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記積分コイルに電流を送る工程は、前記積分コイルに電流をデューティ・サイクリングする工程を含む、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に磁界センサに関し、更に詳しくは、単一半導体ダイに形成され且つドメイン設定、較正、バイアス若しくはオフセット磁界の確立、フィードバック磁界の提供、センサ伝達特性の決定等の機能のための、又は磁界を必要とするその他の機能のための磁界を使用することを必要とする一体型（integrated）磁界センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
極めて小さい磁界検出素子は、パーマロイ（商標）のような材料の磁気抵抗フィルムのストリップを用いて作られる。そのフィルムの磁化は、フィルムに流れる電流に関して角度を形成し、フィルムの抵抗は、この角度と共に変化する。フィルムの磁化が電流に平行であるとき抵抗は最大になり、またそれが電流に垂直であるとき抵抗は最小値を有する。
【０００３】
磁界検出素子は、限定はされないが、磁気信号若しくは電力隔離、固体状態コンパス（例えば、自動車、電流測定装置）、署名探知（例えば、金属探知）、及び偏差探知（例えば、位置探知）を含む多くの用途に用いられる。
【０００４】
固体状態コンパスは、個人的な物品（例えば、時計）に用いられる。位置探知は、患者の身体内カテーテルのような医療装置の位置を検出するために用いられる。これら及びその他の用途は、小型であり且つ過去の装置よりも電力を必要としない磁気検出素子に対する要求を引き起こした。
【０００５】
本発明は、磁界検出装置に関し、電流検出及び測定用途における使用に関する。様々な磁界検出技術は、電流測定のために用いられてきた。電流検出は、ホール効果変換器を用いて達成される。一装置においては、測定されるべき電流を伝えるコイルを有する電磁石が磁界を発生する。ホール素子は、電流に比例した磁界を検出するように用いられる。磁極片は、ホール素子が配置される磁界を集中させるように用いられる。ホール素子は、アナログ出力又はデジタル出力を与えるように設計される。
【０００６】
別の装置においては、測定されるべき電流は、空隙を有する軟鉄磁心に巻かれたコイルを通過する。ホール素子は、電流によって発生された磁界を検出するように空隙内に置かれる。この技術は、測定されるべき電流によって作られた磁界に対向する鉄磁心に調節可能既知電流を伝える第２補償コイルを置くことによって、改良される。次いで、ホール素子は、測定された電流を伝えるコイルからの磁界が補償コイルからの磁界によってゼロにされたときの状態を検出する。各コイルの巻き数は、既知の電流を、測定されるべき電流に関連付けるように用いられる。上述した方法の欠点は、電流測定装置が測定されるべき電流を伝える回路内に挿入されるべきことを、それらの方法が要求することである。
【０００７】
非接触クランプオン電流測定装置は、測定装置を挿入するために回路を遮断する必要無しに電流伝達導体内のＤＣ及びＡＣライン電流を測定する便利な手段を与える。導体内非接触電流測定の現在の方法は、変成器状形体の電流伝達導体を包囲又はほぼ包囲するように形成された鉄又はその他の第一鉄型磁性材料の使用からしばしば成る。これらの現在の方法は、時には「電流クランプ」又は「クランプオン電流プローブ」として言及されるが、電線及びその他の電導体内のＡＣ電流を測定する際に広く用いられる。
【０００８】
これらの装置は、例えば、１ミリアンペア毎アンペア又は１ミリボルト毎アンペアを与えるべき計測用従来比について設計された変成器として形成された閉鎖若しくはほぼ閉鎖磁気回路で導体を包囲することによって、ＡＣ電流を迅速測定する手段を与える。これらのクランプオン電流プローブは、計器に読み取られるか又は電圧抵抗ミリアンペア計に電線を介して取り付けられる。電子ディスプレは、電流値を表示するように用いられる。磁気材料の使用及び電流伝達導体を包囲するようにこれら材料に対する要請は、いくつかの欠点を有する。
【０００９】
電流を測定する第２の共通の非接触方法は、ホール効果を利用する。磁界領域に置かれたホール素子は、磁界に比例した出力電圧を与える。一公知電流変換器は、トロイダル・コアのギャアップに配置されたホール効果素子を使用する。測定されるべき電流を伝達する導体は、トロイダル・コアを通過するように構成される。ホール効果素子は、導体内電流によるトロイダル・コアのＭＭＦの誘導から生じる磁束を直接に測定する。ホール効果素子は、電線及びその他の導体内のＡＣ及びＤＣ非接触電流測定のためにしばしば利用され、ＡＣクランプオン（clamp-on）電流プローブの製造業者及び販売業者から入手できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
磁気抵抗センサを利用し且つ測定されるべき回路への電気的接続を必要とする特定の電流測定装置もまたは、公知である。例えば、一つの装置においては、センサが回路盤の一方の面に装着され、永久磁石が回路盤の同じ側でセンサの反対縁付近に装着されて、センサの初期磁気整合及びバイアスのための磁界を与える。測定されるべき電流を伝えるコイルは、回路盤の他側でセンサに対向して装着される。低電流測定用途のためにコイルは電線の多巻きとなり、高電流測定用途のためにコイルはＵ端に作られた電気的接続を持ったＵ字形状重導体から成る。
【００１１】
この装置においては、電流センサの感度は、磁気強度及び位置によって決まる。磁石の整合特性は、電流センサの精度及び線形性に関して大きな効果を有する。この種の装置の同一間隔及び整合を達成するために、磁石を、例えば、膠付けによって取り付けできないことがセンサの精度及び線形性に影響を及ぼす。従って、電流が測定されるべき導体を包囲する第一鉄材料の使用、又は磁束密度を増加させる第一鉄材料の使用を要求せず且つ電流測定範囲の広い自由度を与える電流測定装置の要請が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１観点において、一体型導体（integral conductor）によって第１方向にバイアスを受け且つ第１方向に垂直な方向の磁界成分に敏感な少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む一体型磁界検出装置を提供することによって、これら及びその他の要請を解決している。磁界に対する装置の感度は調節可能であり、バイアス電流のレベルに関連される。第２観点においては、２つの磁界検出装置が、測定されるべき電流を伝える導体のいずれかの側で且つそれに垂直に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の原理に基づく磁界検出装置が図面に示され且つ総体的に１０で示される。図１は、本発明に基づく磁界センサについての一体型回路配置を示す。磁界検出装置１０は、集積回路技術を用いて半導体基板１２に形成される。４つの磁気抵抗素子１４、１６、１８、２０は、図示するようにホイートストンブリッジ形体に相互接続される。対向磁気抵抗素子１４、２０は同一方向に電流を流すように向けられ、又、対向磁気抵抗素子１６、１８は同一方向に電流を流すように向けられる。電圧が２２と２４との間に加えられ、ブリッジの出力が２６、２８で取り出される。
【００１４】
バイアス磁界導体、コイル又は電流ストラップ３０が、パッド３２とパッド３４との間に接続される。導体３０は、パッド３２からパッド３４まで時計方向に延びる螺旋形体になっている。導体３０は、磁気抵抗素子１４、１８上を通過するセグメント３６と、磁気抵抗素子１６、２０上を通過するセグメント３８とを含む。電圧はパッド３２とパッド３４との間に加えられて電流３１を導体３０に送る。導体３０のセグメント３６における電流は、素子１４、１８において左から右に磁界又はバイアス磁界を作る。セグメント３８における電流は、素子１６、２０において左から右にバイアス磁界を作る。
【００１５】
使用の際には、検出装置１０は、初期磁化のバイアス磁界又は方向に垂直な方向の磁界成分に感応する。図２ａを参照すれば、素子１４における電流の方向が４０として示される。バイアス磁界４２に垂直な方向の磁界成分が無い場合には、電流方向４０とバイアス磁界方向４２との間に約４５度の角度がある。バイアス磁界４２に垂直な方向の磁界成分４４が与えられたとき、磁化の方向は方向４２ａへ回転され、そして、角度θ１が電流の方向４０と磁化の方向４２ａとの間に形成される。
【００１６】
図２ｂを参照すれば、素子１６における電流の方向が４６として示される。バイアス磁界４２に垂直な方向の磁界成分が無い場合には、電流方向４６とバイアス磁界方向４２との間に約１３５度の角度がある。バイアス磁界４２に垂直な方向の磁界成分４４が与えられたとき、磁化の方向は方向４２ｂへ回転され、そして、角度θ２が電流の方向４６と磁化の方向４２ｂとの間に形成される。
【００１７】
バイアス磁界４２が十分な強度であるとき、磁気抵抗素子１４、１６、１８、２０の磁化は、バイアス磁界と同じ方向に整合する。印加磁界成分が与えられたとき、図２ａにおいて、方向４２ａへの素子１４における磁化４２の回転量、及び図２ｂにおいて、方向４２ｂへの素子１６における磁化４２の回転量は、磁気成分４４の強度ばかりではなく、バイアス磁界４２の強度によっても決まる。
【００１８】
初期磁化整合に必要なレベルを超える磁界４２の強度は、下方磁界については感度が高く、即ち、磁界範囲が、高いバイアス磁界に対してのものよりも低い点で、検出装置１０の感度に影響を及ぼさない。このようにして、本発明の原理によれば、バイアス磁界４２の強度は、装置１０の感度又は磁界範囲を調節するために可変レベルで作動される。
【００１９】
磁界検出装置は、電流測定用途を含めて様々な用途に使用される。例えば、測定されるべき電流を伝える導体は、測定されるべき電流が磁界成分４４の方向において磁界成分を与えるように、配置される。導体は、装置１０の一体部分として形成されるか、又は装置１０から分離されてもよい。導体はコイルに形成される。磁界検出装置を用いた電流測定回路の別の例が図３に示されている。図３は、電流がページ（紙面）内に流れ且つ円５０によって示された磁界を作る状態で、電流伝達導体４８を含む。磁界を更に表す追加の同心円は簡明化のために示されていない。
【００２０】
図１の回路は、半導体上に形成されていると仮定され、センサＡ及びセンサＢにおいて示されているように、一括化されている。センサＡは、パッド３２、３４への接続を与えるピン３２ａ、３４ａと、２２、２４への接続を与えるピン２２ａ、２４ａと、２６、２８への接続を与える接続部２６ａ、２８ａとを含む。センサＢは、パッド３２、３４への接続を与えるピン３２ｂ、３４ｂと、２２、２４への接続を与えるピン２２ｂ、２４ｂと、２６、２８への接続を与える接続部２６ｂ、２８ｂとを含む。電源５２がセンサＡのピン２２ａ及びセンサＢのピン２２ｂに接続される。センサＡのピン２４ａ及びセンサＢのピン２４ｂは、アースに接続される。導体、コイル、又はストラップ３０への電流は、電圧分割器５５並びにセンサＡのピン３２ａ及びセンサＢのピン３２ｂに接続されたスイッチ５６を介して電圧源５４から与えられる。
【００２１】
電圧源５４及び電圧分圧器５５の機能は、もちろんマイクロプロセッサ７４において又はその他の手段によって実施される。センサＡのコイル３０における電流５７ａによって与えられるバイアス磁界の方向は矢印３３で示され、又、センサＢのコイル３０における電流５７ｂによって与えられるバイアス磁界の方向は矢印３５で示される。センサＡの出力は、出力６０を有する増幅器５８への入力であるピン２６ａ及びピン２８ａにおいて入手できる。センサＢの出力は、出力６４を有する増幅器６２への入力であるピン２６ｂ及びピン２８ｂにおいて入手できる。
【００２２】
出力６０及び出力６４は、出力６８を有する増幅器６６への入力である。導体４８における所定電流に対する特定値の磁界５０については、センサＡの出力２６ａ、２８ａが特定の極性を有し、又、センサＢの出力２６ｂ、２８ｂは反対の極性を有する。センサＡの出力及びセンサＢの出力は、減算されるように接続されて、その結果がセンサＡ又はセンサＢの大きさの２倍信号となる。増幅器６６の出力６８はＡＤ変換器又はＡ／Ｄ７０に入力され、又、Ａ／Ｄ７０のデジタル出力７２はマイクロプロセッサ７４に入力される。電圧分圧器５５及びスイッチ５６は、マイクロプロセッサ７４によって制御される。
【００２３】
マイクロプロセッサ７４は、好ましくはＰＩＣ１２Ｃ５８のような低電力、低性能プロセッサである。ＰＩＣ１２Ｃ５８は、デジタル信号７２を周期的に受け且つ導体４８の電流を現すディスプレ７６に信号又は計数を与えるためにアルゴリズムを用いるように適切にプログラムを組まれている。センサＡにおける磁界強度ＨＡは、次の式によって与えられる。即ち、
ＨＡ＝ＨＳ＋［（２πＩ）／（１０Ｒ）］
ここで、ＨＳは浮遊磁界（エルステッド（Ｏｅ））、Ｉは導体４８内の電流（アンペア）、Ｒは導体４８の中心からセンサＡまでの距離（ｃｍ）である。
【００２４】
同様に、センサＢにおける磁界強度ＨＢは次の式で与えられる。即ち、
ＨＢ＝ＨＳ−［（２πＩ）／（１０Ｒ）］
ブリッジ供給電圧５２をＶＣＣと仮定すれば、センサＡの２６ａ、２８ａにおける電圧出力ＶＡＯは、次の式で与えられる。即ち、
ＶＡＯ＝ＶＣＣＳＡＨＡ＋ＶＯＡ 
ここで、ＳＡはセンサＡの感度（ｍＶ／Ｖ／Ｏｅ）、ＶＯＡはセンサＡのオフセット（ボルト）である。
【００２５】
センサＢの２６ｂ、２８ｂにおける電圧出力ＶＢＯは、次の式で与えられる。即ち、  ＶＢＯ＝ＶＣＣＳＢＨＢ＋ＶＯＢ 
ここで、ＳＢはセンサＢの感度（ｍＶ／Ｖ／Ｏｅ）、ＶＯＢはセンサＢのオフセット（ボルト）である。
【００２６】
感度Ｓは次の式で与えられる。
Ｓ＝０．９（ΔＲ／Ｒ）／［１／（Ｈｂｉａｓ＋ＨＳ）］
＝ＯＲ（ΔＲ／Ｒ）［１／（ＣＩｂｉａｓ＋ＨＳ）］
ここで、ΔＲ／Ｒはパーマロイ・フィルムによって決定され、約０．０３の値が標準的である。Ｈｂｉａｓは、バイアス電流によって誘導される磁界強度である。Ｈｂｉａｓ＝ＣＩｂｉａｓである。Ｃは、コイル設計によって決定されるコイル定数であり、標準値は
約０．０２Ｏｅ／ｍＡである。ＨＳは材料及び素子形状によって決定されるパーマロイ素子の異方性磁界であり、標準値は５−１０Ｏｅの範囲内にある。
【００２７】
ＳＡ＝ＳＢと仮定すれば、増幅器６６の出力６８は次の式で与えられる。
Ｖｓｙｓｔｅｍ  ｏｕｔｐｕｔ＝Ｍ（ＶＡＯ−ＶＢＯ）
＝Ｍ［ＶＣＣＳ（４πＩ）／（１０Ｒ）＋ＶＯＡ−ＶＯＢ］
ここで、Ｍは増幅器５８、６２、６６の増幅に関連された増幅定数である。
【００２８】
本発明の原理によれば、センサＡ及びセンサＢの感度は、感度を低下させる電流を増加させながら、電流５７の調節によって変えられる。図３の電流測定回路の基本動作が説明されたので、多くの変更が説明され、理解されるであろう。
【００２９】
図３の回路は、様々な要請を満たすように利用されてもよい。例えば、センサＡ及びセンサＢは、導体４８がセンサＡとセンサＢとの間に配置された状態で、印刷回路基板（ＰＷＢ）上の固定位置にあってもよい。センサＡ及びセンサＢは、ＰＷＢに垂直に装着されるか、或いはＰＷＢに平行に装着されてもよい。導体４８は、ＰＷＢに平行であるか、或いはＰＷＢを貫通してもよい。図３は、導体４８のいずれかの側に垂直に配置され且つ導体４８に整列されたセンサＡ及びセンサＢを示す。
【００３０】
この形体においては、センサＡ及びセンサＢは、垂直又は「ｙ」方向の磁界成分に感応するだけである。しかし、他の配置も用いられる。例えば、センサＡ及びセンサＢは、導体４８の下に配置されてもよい。この場合、検出された「ｙ」成分は減少され、この減少は垂直（「ｙ」成分）及び水平（「ｘ」成分）を周知の手段によって分解することによって、電流計算において考慮される必要がある。最高精度を達成するために且つ計算を単純化するために、センサＡの面及びセンサＢの面が測定されるべき電流を伝える導体と垂直関係に維持されること、それらが導体から等しい距離に配置されこと、並びにそれらが導体を貫通する線上に配置されることが重要である。
【００３１】
図３の回路を構造体に組み込んだ電流測定装置８０が、図４に示される。装置８０は、非導電性モールド成形材料から作られ、下端部８２を有するハウジングと、第１脚８４と、第２脚８６とを含む。これらは、測定されるべき電流を伝える導体４８の両側に延びるＣ形状クランプを形成する。装置８０は２つの磁界検出装置１０を装着して、装置１０が電流伝達導体４８の両側に配置されるようにする制御された離間関係にある。材料８８は、それらの間の空間を占め、例えば、膠付けによって脚８４の内面及び脚８６の内面に固定される。材料８８は、導体４８が脚８４と脚８６との間で中心に位置するように、装置８０が位置決めされたとき、抵抗を与える非磁性弾性スポンジ状材料である。
【００３２】
材料８８は、それが磁性体ではない限り、金属、例えば、真鍮でもよい。材料８８は、変形可能である必要があるが、しかし、導体４８が脚８４と脚８６との間で、好ましくは導体４８の寸法範囲に対して、適正に中心に位置するように十分な抵抗を与える。材料８８は、種々の寸法の導体４８を収容するように意図され、材料の性質に基づいて導体４８を中心位置に置くことを助けるスリット８９を含む。マイクロプロセッサ７４、関連回路、及びディスプレ７６は、装置８０を保持する手段として用いられてもよい装置８０の下方部分８２に収容されてもよい。
【００３３】
図３の回路においては、増幅器６６の出力６８はセンサＡ及びセンサＢの出力における差を表す。このように接続されたとき、両センサＡ及びセンサＢがアース磁界を検出するので、アース磁界のような望ましくない又は浮遊磁界の効果が取り除かれる。いくつかの用途においては、センサＡ及びセンサＢを異なって接続することが望ましいこともある。
【００３４】
マイクロプロセッサ７４は、バイアス導体又はストラップ３０に電流を動作周期（duty cycle）するように適切にプログラムを組み込まれる。デューティーサイクルは、電力が装置１０内で殆ど消散されないと言う利点を与える。考慮は、５ミリアンペア（ａｍ）毎ガウスのストラップが５０ガウスの磁界強度を与えるように２５０ｍＡを必要とすることを含む。磁気抵抗効果の反応は非常に早い。帯域幅は通常、１−５ＭＨｚの範囲にある。図３の回路は、電流の広範囲、例えば、ミリアンペアの範囲から１０００アンペアまでを測定するように用いられてもよい。
【００３５】
更に、マイクロプロセッサ７４は、送信のためにストラップ３０の電流を変調するように適切にプログラムを組まれてもよい。この用途においては、ストラップ３０に置かれた高周波ＡＣ信号は、センサ・データの無線送信に用いられ得る、即ちＡＭ無線変調に類似した「和及び差」信号を出力が発生するようにする。これらのセンサは高帯域幅を有しているので、５−１０ＭＨｚ範囲内にある信号が達成されなければならない。ストラップを変調することは、信号を高周波に移動することによって、システムがＤＣオフセット及び低周波ノイズを避けるようにする。変調は、市場の電力線電流測定の場合においては、例えば、５０／６０Ｈｚの信号の「エンベロープ」を検出することによってなされる。
【００３６】
装置１０は、利点を与える蛇行又はヘリンボーン（herringbone;矢筈模様）型磁気抵抗素子の事例を用いて記載されてきた。例えば、ヘリンボーン型センサの処理は、他の型の特定磁界センサに要求されるものよりも単純である。更に、いくつかの用途において有利であるヘリンボーン・センサの固有のインピーダンスは、高くなる。このようなヘリンボーン素子を含むが、本発明の他の素子を含まない磁界センサの一例は、ハネウエル・インターナショナルによって製造されているようなＨＭＣ１５０１である。しかし、本発明の原理は他の形式の磁気抵抗素子にも適用できる。例えば、本発明は、短絡バーを形成するようにストリップに載せられた金属のパターンを有するパーマロイの細長いストリップからなる磁気抵抗素子に適用できる。この技術は、「理髪店看板柱バイアス（barber pole biasing）」として言及される。
【００３７】
装置１０は、４脚ホイートストンブリッジ構成に関して記載されてきたが、単一電源を利用した又は２つの電源を利用した２要素ブリッジが、他の変更構成ばかりではなく用いられてもよいことを理解されたい。したがって、ここに開示された本発明はその精神又は総括的特性から逸脱せずに他の特別な形体（そのうちのいくつかの形体が表示された）において実施されてもよいので、ここに記載された実施例はすべての点において例示であり、限定ではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、上述した記載よりはむしろ添付特許請求の範囲によって指示されるべきであり、特許請求の範囲の意味及び均等範囲内にあるすべての変更がそれらのなかに包摂されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の原理に基づく磁界検出装置の上平面図である。
【図２】図２ａ及び図２ｂは、ホイートストンブリッジの２本の脚における磁化方向と電流流れ方向との間の角度の図式表示である。
【図３】本発明の原理に基づく電流測定装置の概略構成図である。
【図４】図３の概略構成図に基づく電流測定装置の平面図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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