(57)【要約】【課題】 ３軸フラックスゲート型磁気検出装置および磁気検出方法を提供する。【解決手段】 本発明に係る磁気検出装置は、パルス信号を生成し駆動信号として出力する駆動パルス発生回路と、各等間隔で配される３つのフラックスゲートへ選択的に入力される駆動信号に基づいて発生された起電力に応じてアナログ値がそれぞれ出力される３軸フラックスゲート回路と、３つのフラックスゲートに応じて出力されたアナログ値に基づいて３つのデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、３つのデジタル値のうち隣接したデジタル値との線形性を有する線形デジタル値に基づいて方位角を算出する制御器と、を含む。これにより、簡単な演算過程を介して方位角を算出することができる。【選択図】   図３
2005156560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を生成し駆動信号として出力する駆動パルス発生回路と、
各等間隔で配される３つのフラックスゲートが備えられ、前記３つのフラックスゲートへ選択的に入力される前記駆動信号に基づいて発生した起電力に応じてアナログ値が出力される３軸フラックスゲート回路と、
前記３つのフラックスゲートに応じて出力された前記アナログ値を３つのデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
変換された前記３つのデジタル値を正規化し、正規化された前記３つのデジタル値のうち隣接したデジタル値との線形性を有する線形デジタル値に基づいて方位角を算出する制御器と、
を含むことを特徴とする、３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【請求項２】
前記線形デジタル値は、同一位相に配した３つのデジタル値のうち、大きさが中間であるデジタル値の集合であることを特徴とする、請求項１に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【請求項３】
磁場の変化がある場合、請求項１に記載の３軸フラックスゲート磁気検出装置の回転を介して初期に設定され正規化された基準電圧値が保存されるメモリをさらに含み、
前記制御器は、前記基準電圧値および前記線形デジタル値の比に基づいて前記方位角を算出することを特徴とする、請求項１に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【請求項４】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、
前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、
前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、の順番である場合、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項３に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数２】
2005156560.tif 000022
【請求項５】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、
前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、
前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、の順番である場合、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項３に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数３】
2005156560.tif 000023
【請求項６】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、
前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、
前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、の順番である場合、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項３に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数４】
2005156560.tif 000024
【請求項７】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、
前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、
前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、の順番である場合、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項３に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数５】
2005156560.tif 000025
【請求項８】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、
前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、
前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、の順番である場合、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項３に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数６】
2005156560.tif 000026
【請求項９】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、
前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、
前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、の順番である場合、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項３に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数７】
2005156560.tif 000027
【請求項１０】
パルス信号を生成して駆動信号として出力する駆動パルス発生回路と、
各等間隔で配置される３つのフラックスゲートが備えられ、前記３つのフラックスゲートへ選択的に入力される前記駆動信号に基づいて発生した起電力に応じてアナログ値がそれぞれ出力される３軸フラックスゲート回路と、
前記３つのフラックスゲートに応じて出力された前記アナログ値を３つのデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
変換された前記３つのデジタル値のうち隣接したデジタル値との線形性を有する線形デジタル値に基づいて方位角を算出する制御器と、
を含むことを特徴とする、３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【請求項１１】
前記線形デジタル値は、同一位相に配した３つのデジタル値のうち大きさが中間であるデジタル値の集合であることを特徴とする、請求項１０に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【請求項１２】
磁場の変化がある場合、請求項１に記載の３軸フラックスゲート磁気検出装置の回転を介して初期に設定される所定区間別の基準電圧値が保存されるメモリをさらに含み、
前記制御器は、前記基準電圧値および前記線形デジタル値の比に基づいて前記方位角を算出することを特徴とする、請求項１０に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【請求項１３】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、
前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、
前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、の順番である場合、
前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が０°乃至６０°区間にある場合の基準電圧値を第１基準電圧値とすると、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１２に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数８】
2005156560.tif 000028
【請求項１４】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、
前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、
前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、の順番である場合、
前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が６０°乃至１２０°区間にある場合の基準電圧値を第２基準電圧値とすると、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１２に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数９】
2005156560.tif 000029
【請求項１５】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、
前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、
前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、の順番である場合、
前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が１２０°乃至１８０°区間にある場合の基準電圧値を第３基準電圧値とすると、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１２に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数１０】
2005156560.tif 000030
【請求項１６】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、
前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、
前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、の順番である場合、
前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が１８０°乃至２４０°区間にある場合の基準電圧値を第４基準電圧値とすると、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１２に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数１１】
2005156560.tif 000031
【請求項１７】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、
前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、
前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、の順番である場合、
前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が２４０°乃至３００°区間にある場合の基準電圧値を第５基準電圧値とすると、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１２に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数１２】
2005156560.tif 000032
【請求項１８】
前記３つのフラックスゲートが、
Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、
前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートと、
からなり、
デジタル値の大きさが、
前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、
前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、
前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、の順番である場合、
前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が３００°乃至３６０°区間にある場合の基準電圧値を第６基準電圧値とすると、
前記方位角は、前記線形デジタル値から次式に基づいて算出されることを特徴とする請求項１２に記載の３軸フラックスゲート型磁気検出装置。
【数１３】
2005156560.tif 000033
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラックスゲートを用いる磁気検出装置および磁気検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地磁気センサーとは、人が感じられない地磁気の強さおよび方向を測定する装置のことを意味する。特に、フラックスゲートを用いた地磁気センサーのことをフラックスゲートセンサーと呼ぶ。この地磁気センサーは、観測地点の地磁気を測定することによってその地点の方位が特定できる。そのため、自動車のナビゲーション装置、携帯電話、携帯用端末装置などに表示される地図情報の提供など、多様な用途で使用される。
【０００３】
一方、フラックスゲートセンサーのようなフラックスゲート型磁気検出装置は、パーマロイのような材料を磁心として使用し、駆動コイルにより励起磁場を加え、その磁心の磁気飽和および非線形磁気特性を用いて外部磁場に比例する２次高調波成分を測定することにより、外部磁場の大きさおよび方向が測定できる。
【０００４】
このようなフラックスゲートセンサーは１９３０年代の末に開発されたもので、他の形態の地磁気センサーと比較すると、感度がよく、経済的であり、相対的に小型化が可能な長所を持つ。また、電力消耗が少なく、出力信号の安定度も優れているため、微弱磁界の検出、地球の絶対方向計測と共に鉱脈探査、標的探知、そして人工衛星の姿勢制御および宇宙探査用など、その用途は民需用および軍事用にまで幅広く、現在も性能効能のための研究がなされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、従来のフラックスゲート磁気検出装置の構成を示したブロック図である。図１を参照すると、従来のフラックスゲート磁気検出装置１００は、駆動パルス発生回路１１０と、コイル駆動用電流増幅回路１２０と、２軸フラックスゲート回路１３０と、チョッピング回路１４０と、１次増幅回路１５０と、低周波フィルタ１６０と、２次増幅回路１７０と、Ａ/Ｄコンバーター１８０と、制御器１９１と、メモリ１９３とを含む。
【０００６】
駆動パルス発生回路１１０では、２軸フラックスゲート回路１３０を駆動させることのできる駆動パルスを生成した後、これを選択的にスイッチングしてコイル駆動用電流増幅回路１２０に印加する役割を持つ。コイル駆動用電流増幅回路１２０は、多数個の増幅器および反転器を用いて駆動パルス発生回路１１０を介して出力されたパルスについて位相が相互反対であるパルス信号および反転パルス信号を出力する。
【０００７】
２軸フラックスゲート回路１３０は、互いに直交しているＸ軸およびＹ軸フラックスゲートを含み、Ｘ軸およびＹ軸フラックスゲートにそれぞれ伝達されたパルス信号および反転パルス信号により駆動し、その駆動によって生じた起電力に対応する検出信号を出力する。Ｘ軸およびＹ軸フラックスゲートは、四角リング状の２つの磁性体コアがそれぞれ四角リングの長軸方向に設けられており、磁性体コアそれぞれには駆動コイルおよび検出コイルが捲線されている。駆動コイルに駆動パルスが印加されると、Ｘ軸およびＹ軸フラックスゲートに磁気が発生し、これによる誘導起電力を、検出コイルを介して検出する。
【０００８】
２軸フラックスゲート回路１３０から検出された信号は、チョッピング回路１４０内の多数個のスイッチ制御によりチョッピングされる。チョッピングされた信号は、1次増幅回路１５０にて差動増幅された後、低周波フィルタ１６０を介して一定範囲の信号のみをフィルタリングし、２次増幅回路１７０で最終的に増幅される。増幅された信号はＡ/Ｄコンバーター１８０においてデジタル電圧値に変換し出力される。
【０００９】
制御器１９１は、メモリ１９３に保存されたＸ軸およびＹ軸のそれぞれの最大値および最小値を使用する。Ｘ軸バイアス値はＸ軸の最大値とＸ軸の最小値との平均値である。また、Ｘ軸のスケール値はＸ軸の最大値とＸ軸の最小値との差を２で割った値である。Ｘ軸フラックスゲートで出力されたデジタル電圧値は、Ｘ軸のバイアス値を差し引いた後、スケール値で割って正規化された値を得る。Ｙ軸の正規化された値は、Ｘ軸と同一な前述の過程を繰り返して得ることができる。一方、図２はＸ軸およびＹ軸フラックスゲートから出力されたデジタル電圧値を正規化したグラフである。正規化されたＸ軸フラックスゲートからの出力値及びＹ軸フラックスゲートからの出力値は、それぞれｃｏｓ関数、ｓｉｎ関数で表される。ここで、図２中の２０１は正規化されたＸ軸フラックスゲートからの出力値を示し、２０２は正規化されたＹ軸フラックスゲートからの出力値を示す。
【００１０】
そして、補正されたデジタル電圧値を用いて現状態の方位角を演算することにより、現在の方位角を把握することができる。
【００１１】
補正されたデジタル電圧値を用いて方位角を演算する方法には、tan-1関数を用いて使用されることが多い。即ち、制御器１９１は測定されたＸ軸およびＹ軸フラックスゲート電圧値を正規化した後、これにより理想のｃｏｓ関数値であるｃｏｓψおよびｓｉｎ関数値であるｓｉｎψを次式に代入して方位角を演算する
【００１２】
【数１】
2005156560.tif 000003
尚、ψは方位角であり、ｃｏｓψおよびｓｉｎψは補正されたＸ軸およびＹ軸フラックスゲートからのデジタル出力値である。
【００１３】
前述の方法を用いる場合、出力値が全て正数である１四分面ではtan-1値をとって方位角を求め、Ｘ軸値は負数でありＹ軸値は正数である２四分面と、Ｘ軸及びＹ軸の値のすべてが負数である３四分面ではtan-1値で得られた角度に１８０°を加えて方位角を求め、そしてＸ軸値は正数でありＹ軸値は負数である４四分面ではtan-1値で得られた角度に３６０°を加えて方位角を求めることができる。
【００１４】
しかし、前述のような方位角の演算方法の場合、計算過程が複雑になり制御器に負担がかかる恐れがある。また、その矯正過程で必要とする振幅や、オフセット値を演算するためデジタル電圧値の最大値及び最小値をメモリにすぐに保存しなければならない。従って、メモリが浪費されてしまう。さらに、前述の方位角の演算方法の場合、デジタル電圧値の線形部分、非線形部分を全て使用するので、０°、９０°、１８０°、２７０°において誤差が発生する恐れがある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、３軸フラックスゲートを用いて算出されたデジタル電圧値のうち線形的な部分のみを用いて方位角を簡単に演算することのできる、３軸フラックスゲート型磁気検出装置および磁気検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するために、本発明１は、パルス信号を生成し駆動信号として出力する駆動パルス発生回路と、各等間隔で配される３つのフラックスゲートが備えられ、前記３つのフラックスゲートへ選択的に入力される前記駆動信号に基づいて発生した起電力に応じてアナログ値が出力される３軸フラックスゲート回路と、前記３つのフラックスゲートに応じて出力された前記アナログ値を３つのデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、変換された前記３つのデジタル値を正規化し、正規化された前記３つのデジタル値のうち隣接したデジタル値との線形性を有する線形デジタル値に基づいて方位角を算出する制御器と、を含む３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。本発明によると、３軸フラックスゲート型磁気検出装置および磁気検出方法は、簡単な演算過程のみを行なうことで過度な演算過程から制御器を守ることができると共に、方位角演算にてデジタル電圧値の線形である領域のみを用いるのでその誤差を小さくすることができる。さらに、誤差が小さくなるにつれ方位角の反復性能が向上されると同時に、矯正のために保存すべき値が基準電圧値に限定されることによってメモリをより効果よく運用できる長所を持つ。
【００１７】
本発明２は、前記発明１において、前記線形デジタル値が、同一位相に配した３つのデジタル値のうち、大きさが中間であるデジタル値の集合であることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００１８】
本発明３は、前記発明１において、磁場の変化がある場合、請求項１に記載の３軸フラックスゲート磁気検出装置の回転を介して初期に設定され正規化された基準電圧値が保存されるメモリをさらに含み、前記制御器は、前記基準電圧値および前記線形デジタル値の比に基づいて前記方位角を算出することを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００１９】
本発明４は、前記発明３において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが、前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、前記第３フラックスゲートに対応する値を正規亜化した第３デジタル値、の順番である場合、前記方位角が
【００２０】
【数２】
2005156560.tif 000004
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００２１】
本発明５は、前記発明３において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、の順番である場合、前記方位角が
【００２２】
【数３】
2005156560.tif 000005
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００２３】
本発明６は、前記発明３において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、の順番である場合、前記方位角が
【００２４】
【数４】
2005156560.tif 000006
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００２５】
本発明７は、前記発明３において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、の順番である場合、前記方位角が
【００２６】
【数５】
2005156560.tif 000007
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００２７】
本発明８は、前記発明３において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、の順番である場合、前記方位角が
【００２８】
【数６】
2005156560.tif 000008
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００２９】
本発明９は、前記発明３において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが前記第１フラックスゲートに対応する値を正規化した第１デジタル値、前記第３フラックスゲートに対応する値を正規化した第３デジタル値、前記第２フラックスゲートに対応する値を正規化した第２デジタル値、の順番である場合、前記方位角が
【００３０】
【数７】
2005156560.tif 000009
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００３１】
また、前記課題を解決するために、本発明１０は、パルス信号を生成して駆動信号として出力する駆動パルス発生回路と、各等間隔で配置される３つのフラックスゲートが備えられ、前記３つのフラックスゲートへ選択的に入力される前記駆動信号に基づいて発生した起電力に応じてアナログ値がそれぞれ出力される３軸フラックスゲート回路と、前記３つのフラックスゲートに応じて出力された前記アナログ値を３つのデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、変換された前記３つのデジタル値のうち隣接したデジタル値との線形性を有する線形デジタル値に基づいて方位角を算出する制御器と、を含む３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。本発明によると、３軸フラックスゲート型磁気検出装置および磁気検出方法は、簡単な演算過程のみを行なうことで過度な演算過程から制御器を守ることができると共に、方位角演算にてデジタル電圧値の線形である領域のみを用いるのでその誤差を小さくすることができる。さらに、誤差が小さくなるにつれ方位角の反復性能が向上されると同時に、矯正のために保存すべき値が基準電圧値に限定されることによってメモリをより効果よく運用できる長所を持つ。
【００３２】
本発明１１は、前記発明１０において、前記線形デジタル値が、同一位相に配した３つのデジタル値のうち大きさが中間であるデジタル値の集合である３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００３３】
本発明１２は、前記発明１０において、磁場の変化がある場合、請求項１に記載の３軸フラックスゲート磁気検出装置の回転を介して初期に設定される所定区間別の基準電圧値が保存されるメモリをさらに含み、前記制御器は、前記基準電圧値および前記線形デジタル値の比に基づいて前記方位角を算出することを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００３４】
本発明１３は、前記発明１２において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、の順番である場合、前記メモリに保存された基準サイズ値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が０°乃至６０°区間にある場合に適用される基準サイズ値を第１基準サイズ値とすると、前記方位角は
【００３５】
【数８】
2005156560.tif 000010
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００３６】
本発明１４は、前記発明１２において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、の順番である場合、前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が６０°乃至１２０°区間にある場合の基準電圧値を第２基準電圧値とすると、前記方位角は
【００３７】
【数９】
2005156560.tif 000011
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００３８】
本発明１５は、前記発明１２において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが、前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、の順番である場合、前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が１２０°乃至１８０°区間にある場合の基準電圧値を第３基準電圧値とすると、前記方位角は
【００３９】
【数１０】
2005156560.tif 000012
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００４０】
本発明１６は、前記発明１２において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが、前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、の順番である場合、前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が１８０°乃至２４０°区間にある場合の基準電圧値を第４基準電圧値とすると、前記方位角は
【００４１】
【数１１】
2005156560.tif 000013
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００４２】
本発明１７は、前記発明１２において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが、前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、の順番である場合、前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が２４０°乃至３００°区間にある場合の基準電圧値を第５基準電圧値とすると、前記方位角は
【００４３】
【数１２】
2005156560.tif 000014
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００４４】
本発明１８は、前記発明１２において、前記３つのフラックスゲートが、Ｘ軸上の第１フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸上の第２フラックスゲートと、前記Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸上の第３フラックスゲートとからなり、デジタル値の大きさが、前記第１フラックスゲートに対応する第１デジタル値、前記第３フラックスゲートに対応する第３デジタル値、前記第２フラックスゲートに対応する第２デジタル値、の順番である場合、前記メモリに保存された基準電圧値のうち、前記第１、第２、および第３デジタル値が３００°乃至３６０°区間にある場合の基準電圧値を第６基準電圧値とすると、前記方位角は
【００４５】
【数１３】
2005156560.tif 000015
の数式に基づいて算出されることを特徴とする３軸フラックスゲート型磁気検出装置を提供する。
【００４６】
これらにより、３軸フラックスゲート型磁気検出装置および磁気検出方法は、簡単な演算過程のみを行なうことで過度な演算過程から制御器を守ることができると共に、方位角演算にてデジタル電圧値の線形である領域のみを用いるのでその誤差を小さくすることができる。また、誤差が小さくなるにつれ方位角の反復性能が向上されると同時に、矯正のために保存すべき値が基準電圧値に限定されることによってメモリを効率よく使用できる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によると、簡単な演算過程のみを行なうことで過度な演算過程から制御器を守ることができると共に、方位角演算にてデジタル電圧値の線形である領域のみを用いるためその誤差を小さくすることができる。さらに、誤差が小さくなるにつれ方位角の反復性能が向上されると同時に、矯正のために保存すべき値が基準電圧値に限定されることによってメモリをより効果よく運用できる長所を持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳述する。
＜実施例＞
図３は本発明に係る３軸フラックスゲートを用いた磁気検出装置３００のブロック図であり、図４は図３の磁気検出装置３００内の３軸フラックスゲート回路３３０を詳細に示したブロック図である。
【００４９】
本発明に係る磁気検出装置３００は、駆動パルス発生回路３１０と、コイル駆動用電流増幅回路３２０と、３軸フラックスゲート回路３３０と、チョッピング回路３４０と、１次増幅回路３５０と、低周波フィルタ３６０と、２次増幅回路３７０と、Ａ／Ｄコンバーター３８０と、制御器３９１と、メモリ３９３とを含む。以下、図１で説明した内容と同一な内容は除く。
（３軸フラックスゲート）
本発明に係る３軸フラックスゲート回路３３０は、Ｘ軸（以下、第１軸と称する）上の第１フラックスゲート３３１と、Ｘ軸から反時計回りに１２０°回転した軸（以下、第２軸と称する）上の第２フラックスゲート３３３と、Ｘ軸から反時計回りに２４０°回転した軸（以下、第３軸と称する）上の第３フラックスゲート３３５のいずれか１つのフラックスゲートに、選択的に伝達されたパルス信号およびパルス反転信号により駆動され、その駆動により生じた起電力に応じて選択された駆動軸に対応されるアナログ電圧値を出力する。アナログ電圧値は、チョッピング回路３４０と、１次増幅回路３５０と、低周波フィルタ３６０と、２次増幅回路３７０とを通り、Ａ／Ｄコンバーター３８０にてデジタル電圧値に変換される。変換されたデジタル電圧値は制御器３９１に出力される。
【００５０】
図４に示したように、３軸フラックスゲート回路３３０内の各フラックスゲート３３１、３３３、３３５は、四角形状の磁性体コア３３１−１，３３３−１、３３５−１と、各磁性体コア３３１−１，３３３−１，３３５−１に捲線された駆動コイル３３１−２、３３３−２、３３５−２と、検出コイル３３１−３，３３３−３、３３５−３とから構成されている。
（制御器）
制御器３９１は、第１フラックスゲート３３１に対応されるデジタル電圧値（以下、第１電圧値と称する、第１デジタル値に相当）と、第２フラックスゲート３３３に対応されるデジタル電圧値（以下、第２電圧値と称する、第２デジタル値に相当）と、第３フラックスゲート３３５に対応されるデジタル電圧値（以下、第３電圧値と称する、第３デジタル値に相当）とがそれぞれ入力される。
【００５１】
さらに、メモリ３９３は磁場の変化がある場合、フラックスゲート磁気検出装置３００が回転して算出される基準電圧値を保存する。前記基準電圧値とは、フラックスゲート磁気検出装置３００を使用する前に基準値を提供するために算出される値であって、フラックスゲート磁気検出装置３００の回転を介して算出される。
（デジタル電圧値）
図５は、図４の各フラックスゲートから算出されるデジタル電圧値の波形図である。４０１は第１フラックスゲート３３１に対応されるデジタル電圧値の波形（実線）であり、４０２は第２フラックスゲート３３３に対応されるデジタル電圧値の波形（点線）であり、４０３は第３フラックスゲート３３５に対応されるデジタル電圧値の波形（一点鎖線）である。本図面では、規準化されていない状態のデジタル電圧値が示されているが、デジタル電圧値として図示している１００、２００は一実施形態に過ぎない。
【００５２】
３軸フラックスゲート回路３３０内の各フラックスゲート３３１−１、３３３−１、３３５−１は各々１２０°間隔で配置されるので、図５に示すように各波形は１２０°位相差を生じる。
【００５３】
制御器３９１は、入力された３つのデジタル電圧値の大きさを比較する役割を持つ。比較の結果、３つの値のうち、中間の電圧値を有するデジタル値を各区間別に選択する。ここで、図５の場合は、区間は６０°間隔としている。各区間別における中間の値のデジタル電圧値を、以下では線形電圧値と称する。
【００５４】
本発明では、３軸フラックスゲート型磁気検出装置および磁気検出方法は、簡単な演算過程のみを行なうことで過度な演算過程から制御器を守ることができると共に、方位角演算にてデジタル電圧値の線形である領域のみを用いるのでその誤差を小さくすることができる。
【００５５】
図６は、図５の波形図のうち線形的に増加及び減少している部分を示した波形図であり、これは三角波形に該当する。
【００５６】
説明の便宜上、図６では０°から３６０°までのみを示している。０°〜３６０°の区間は、６０°づつ区分している。即ち、０°〜６０°、６０°〜１２０°、１２０°〜１８０°、１８０°〜２４０°、２４０°〜３００°、３００°〜３６０°と区分している。０°〜６０°区間における線形電圧値は第２電圧値であり、６０°〜１２０°区間における線形電圧値は第１電圧値であり、１２０°〜１８０°区間における線形電圧値は第３電圧値であり、１８０°〜２４０°区間における線形電圧値は第２電圧値であり、２４０°〜３００°区間における線形電圧値は第１電圧値であり、３００°〜３６０°区間における線形電圧値は第３電圧値である。このような区間において各々選択されるデジタル電圧値は、前述のように制御器３９１で各デジタル電圧値の大きさを比較した結果、中間の電圧値に対応するデジタル電圧値を意味する。
【００５７】
図７は、図６の波形図の一部であって、本発明に係る方位角を算出する方法を説明するための図である。前述のように初期フラックスゲート磁気検出装置３００の回転を介して算出されメモリ３９３に保存された基準電圧値をｈ、そして、各位相におけるデジタル電圧値のうち選択されたデジタル電圧値である線形電圧値をｘに示している。ただし、ｈ、ｘサイズの基準は同一である。
（方位角の計算方法）
制御器３９１により各区間別における線形電圧値が選択されると、制御器３９１は選択された線形電圧値と予め保存している基準電圧値に基づいて方位角を演算する。
【００５８】
方位角を演算するための数式は区間別に異なりる。この数式の区別は各デジタル電圧値の大きさに依存する。
【００５９】
まず、各々のフラックスゲートに対応されるデジタル電圧値である第１電圧値（第１デジタル値に相当）、第２電圧値（第２デジタル値に相当）、第３電圧値（第３デジタル値に相当）を、区間ごとに大きい順番に並べてみる。例えば、並べた結果が第１電圧値、第２電圧値、第３電圧値の順であるとする。すると、制御器３９１は、この順番を有する位相区間においては次の数２に基づいて方位角を演算する。ここで、本発明の実施例に示した図面では、０°〜６０°の位相区間では電圧はこの順番を有している。
【００６０】
【数１４】
2005156560.tif 000016
また、大きい順番で並べた結果が第２電圧値、第１電圧値、第３電圧値の順であるとする。この場合、制御器３９１は、この順番を有する位相区間においては次の数３に基づいて方位角を演算する。ここで、本発明の実施例に示した図面では、６０°〜１２０°の位相区間では電圧はこの順番を有している。
【００６１】
【数１５】
2005156560.tif 000017
また、大きい順番で並べた結果が第２電圧値、第３電圧値、第１電圧値であるとする。この場合、制御器３９１は、この順番を有する位相区間においては次の数４に基づいて方位角を演算する。ここで、本発明の実施例に示した図面では、１２０°〜１８０°の位相区間では電圧はこの順番を有している。
【００６２】
【数１６】
2005156560.tif 000018
また、大きい順番で並べた結果が第３電圧値、第２電圧値、第１電圧値の順であるとする。この場合、制御器３９１は、この順番を有する位相区間においては次の数５に基づいて方位角を演算する。ここで、本発明の実施例に示した図面では、１８０°〜２４０°の位相区間では電圧はこの順番を有している。
【００６３】
【数１７】
2005156560.tif 000019
また、大きい順番で並べた結果が第３電圧値、第１電圧値、第２電圧値の順であるとする。この場合、制御器３９１は、この順番を有する位相区間においては次の数６に基づいて方位角を演算する。ここで、本発明の実施例に示した図面では、２４０°〜３００°の位相区間では電圧はこの順番を有している。
【００６４】
【数１８】
2005156560.tif 000020
また、大きい順番で並べた結果が第１電圧値、第３電圧値、第２電圧値の順であるとする。この場合、制御器３９１は、この順番を有する位相区間においては次の数７に基づいて方位角を演算する。ここで、本発明の実施例に示した図面では、３００°〜３６０°の位相区間では電圧はこの順番を有している。
【００６５】
【数１９】
2005156560.tif 000021
前述の（２）乃至（７）式は、各電圧値および基準電圧値の比例式に基づいて算出されたものである。即ち、[線形電圧値：基準電圧値＝方位角：（０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°、３６０°のうちの区間によって適用される角度）]の比例式に従って算出されたものである。
【００６６】
３軸フラックスゲート型磁気検出装置および磁気検出方法は、簡単な演算過程のみを行なうことで過度な演算過程から制御器を守ることができると共に、方位角演算にてデジタル電圧値の線形である領域のみを用いるのでその誤差を小さくすることができる。さらには、誤差が小さくなるにつれ方位角の反復性能が向上されると同時に、矯正のために保存すべき値が基準電圧値に限定されることによってメモリをより効果よく運用できる。
（磁気検出方法）
図８および図９は、本発明の実施形態に係る３軸フラックスゲートを用いた磁気検出方法を説明するための流れ図である。
【００６７】
まず、矯正作業を行なって基準電圧値を算出し、算出された基準電圧値は制御器３９１の制御によりメモリ３９３に保存される（Ｓ５０１）。そして、フラックスゲート磁気検出装置３００を具備したユーザーが動くことで、地磁気が変化し、この変化した地磁気を感知したフラックスゲート磁気検出装置３００内の３軸フラックスゲート回路３３０からは、それぞれのアナログ電圧値が出力され、所定の過程を通してアナログ電圧値がデジタル電圧値に変換され制御器３９１に出力される（Ｓ５０２）。
【００６８】
すると、制御器３９１は、出力されたデジタル電圧値の大きさをそれぞれ比較する。本実施形態では比較方法を次のように開示しているが、本発明はこの方法には限定されない。
【００６９】
まず、制御器３９１は、第１電圧値と第２電圧値とを比較する（Ｓ５０３）。Ｓ５０３において比較した結果、第２電圧値が第１電圧値より大きい場合はＡステップに進む。また、Ｓ５０３において比較した結果、第１電圧値が第２電圧値より大きい場合は、制御器３９１は第２電圧値と第３電圧値とを比較する（Ｓ５０４）。Ｓ５０４において比較した結果、第２電圧値が第３電圧値より大きい場合は、制御器３９１は前記（２）式を用いて方位角を算出する（Ｓ５０５，５０９）。
【００７０】
一方、Ｓ５０４において比較した結果、第３電圧値が第２電圧値より大きい場合は、制御器３９１は第１電圧値と第３電圧値とを比較する（Ｓ５０６）。Ｓ５０６において比較した結果、第１電圧値が第３電圧値より大きい場合は、制御器３９１は（７）式を用いて方位角を算出する（Ｓ５０７，Ｓ５０９）。Ｓ５０６において比較した結果、第３電圧値が第１電圧値より大きい場合は、制御器３９１は（６）式を用いて方位角を算出する（Ｓ５０８、５０９）。
【００７１】
次に、Ａステップに進む場合について説明する。Ａステップに進む場合、即ち、Ｓ５０３において比較した結果、第２電圧値が第１電圧値より大きい場合は、制御器３９１は第１電圧値と第３電圧値とを比較する（Ｓ５１０）。Ｓ５１０において比較した結果、第１電圧値が第３電圧値より大きい場合は、制御器３９１は（３）式を用いて方位角を算出する（Ｓ５１１，５１９）。Ｓ５１０において比較した結果、第３電圧値が第１電圧値より大きい場合は、制御器３９１は第２電圧値と第３電圧値とを比較する（Ｓ５１２）。Ｓ５１２において比較した結果、第２電圧値が第３電圧値より大きい場合は、制御器３９１は（４）式を用いて方位角を算出する（Ｓ５１３，５１９）。Ｓ５１２において比較した結果、第３電圧値が第２電圧値より大きい場合は、制御器３９１は（５）式を用いて方位角を算出する（Ｓ５１４，５１９）。
【００７２】
前記実施形態において、デジタル電圧値を正規化した後に方位角を演算したが、実施形態によってはデジタル電圧値が正規化せずに方位角を演算することもできる。この場合、前記実施形態と異なるのが、前記実施形態では正規化により１つの基準電圧値を算出しているが、正規化しなかった場合には角の区間別に応じて基準電圧値を算出する。。
【００７３】
従って、本発明によると、３軸フラックスゲート型磁気検出装置および磁気検出方法は、簡単な演算過程のみを行なうことで過度な演算過程から制御器を守ることができると共に、方位角演算にてデジタル電圧値の線形である領域のみを用いるのでその誤差を小さくすることができる。さらに、誤差が小さくなるにつれ方位角の反復性能が向上されると同時に、矯正のために保存すべき値が基準電圧値に限定されることによってメモリをより効果よく運用できる長所を持つ。
【００７４】
以上、図面を参照して本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は車のナビゲーション装置、携帯電話、携帯用端末装置などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】従来のフラックスゲートを用いた磁気検出装置のブロック図。
【図２】図１の磁気検出装置から算出されたデジタル電圧値の波形図。
【図３】本発明の実施形態に係る３軸フラックスゲートを用いた磁気検出装置のブロック図。
【図４】図３の磁気検出装置内の３軸フラックスゲート回路を詳細に示したブロック図。
【図５】図４の各フラックスゲートから算出されるデジタル電圧値の波形図。
【図６】図５の波形図のうち線形的に増加及び減少している部分を選択して示した波形図。
【図７】図６の波形図の一部であって、本発明に係る方位角を算出する方法の説明図。
【図８】本発明の実施形態に係る３軸フラックスゲートを用いた磁気検出方法の流れ図。
【図９】本発明の実施形態に係る３軸フラックスゲートを用いた磁気検出方法の流れ図。
【符号の説明】
【００７７】
３３０      ３軸フラックスゲート回路
３８０      Ａ／Ｄコンバーター
３９１      制御器
３９３      メモリ
【図１】
2005156560.tif 000034
【図２】
2005156560.tif 000035
【図３】
2005156560.tif 000036
【図４】
2005156560.tif 000037
【図５】
2005156560.tif 000038
【図６】
2005156560.tif 000039
【図７】
2005156560.tif 000040
【図８】
2005156560.tif 000041
【図９】
2005156560.tif 000042