(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置された第１の磁気インピーダンス効果素子と第２の磁気インピーダンス効果素子と、
その第１の磁気インピーダンス効果素子と第２の磁気インピーダンス効果素子にそれぞれバイアス磁界を印加する第１の励磁コイルと第２の励磁コイルと、
前記第１の磁気インピーダンス効果素子と第２の磁気インピーダンス効果素子にそれぞれパルス電流を供給する第１の素子駆動回路と第２の素子駆動回路と、
前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルにそれぞれ電流を供給する第１のコイル駆動回路と第２のコイル駆動回路と、
前記第１の磁気インピーダンス効果素子と第２の磁気インピーダンス効果素子のそれぞれの両端パルス電圧を検出する検出回路と、
クロック信号を発生するクロック発生器を備え、
前記第１の磁気インピーダンス効果素子と第２の磁気インピーダンス効果素子にそれぞれ供給されるパルス電流と、前記前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルにそれぞれ供給される電流が、前記クロック発生器からのクロック信号に基づいて同期して断続的に通電されるように構成されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
請求項１記載において、前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルへの電流供給を開始してから所定の遅れ時間をもって前記第１の磁気インピーダンス効果素子と第２の磁気インピーダンス効果素子へのパルス電流の供給を開始するように遅延手段が設けられていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
請求項２記載において、前記遅延手段が前記第１の素子駆動回路と第２の素子駆動回路にそれぞれ設けられ、個別に遅れ時間が調整可能になっていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項４】
請求項３記載において、前記遅延手段が前記素子駆動回路のコンデンサと抵抗で構成されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１項記載において、前記第１ならびに第２の素子駆動回路と前記第１ならびに第２のコイル駆動回路が同一のクロック発生器から供給されるクロック信号に基づいて駆動され、前記遅れ時間が調整可能になっていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１項記載において、前記遅れ時間が、前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルへの電流供給を開始してからバイアス磁界強度がほぼ一定になるまでの時間であることを特徴とする磁気センサ。
【請求項７】
請求項６記載において、前記遅れ時間が１０ｎｓから１００ｎｓの範囲であることを特徴とする磁気センサ。
【請求項８】
請求項１記載において、前記第１ならびに第２の素子駆動回路の出力が電流出力型であることを特徴とする磁気センサ。
【請求項９】
請求項１記載において、前記第１ならびに第２の磁気インピーダンス効果素子がともにアモルファスワイヤであることを特徴とする磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気インピーダンス効果素子（以下、ＭＩ素子と略称する）を使用した磁気センサに係り、特に第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子を互いに平行に配置して、その第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子にそれぞれバイアス磁界を印加する第１の励磁コイルと第２の励磁コイルを備えた磁気センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気インピーダンス効果（以下、ＭＩ効果と略称する）は、高透磁率を有する磁性体に高周波電流を流した際の表皮効果により、その磁性体のインピーダンスが外部磁界によって変化する現象である。
【０００３】
図３はこのＭＩ効果を利用したＭＩ素子の原理図で、例えばアモルファスワイヤなどからなる高透磁率の線状磁性体１００に励磁コイル１０１を巻回して直列に接続し、これにパルス発振器１０２から発生したパルス列電流を流す。すると線状磁性体１００の両端部に接続されている端子１０３，１０３間のパルス電圧は外部磁界Ｈｅｘによって変化するから、前記電圧を測定することにより外部磁界Ｈｅｘの変化を検出することができ、この原理を例えば磁気センサなどに適用できる。
【０００４】
ところで線状磁性体１００を用いるとＭＩ効果は一般に外部磁界Ｈｅｘに対して対称の特性を有するから、磁気センサなどに適用する場合には直流バイアス磁界を印加する必要があり、そのために励磁コイル１０１が用いられる。この励磁コイル１０１に流すコイル電流が線状磁性体１００に流すワイヤ電流に対して左回りの場合と右回りの場合とでは互いに非対称のＭＩ効果として現れて（図４参照）、磁気センサへの適用が可能となる。
【０００５】
なお図４は非対称ＭＩ素子を説明するための図で、外部磁界とワイヤ両端パルス電圧との関係を示す特性図であって、図中の曲線は線状磁性体１００に流すワイヤ電流に対して励磁コイル１０１に流すコイル電流を左回りにした場合と右回りにした場合の特性曲線である。
【０００６】
図５は、従来の非対称ＭＩ素子の駆動回路図である。同図に示すように第１の線状磁性体１００ａと第２の線状磁性体１００ｂが互いに平行に配置され、第１の線状磁性体１００ａに対して直流バイアス磁界付加用の第１の励磁コイル１０１ａが巻回され、第２の線状磁性体１００ｂに対して第２の励磁コイル１０１ｂが巻回されている。第１の励磁コイル１０１ａと第２の励磁コイル１０１ｂに流すコイル電流の方向は、線状磁性体１００に流すワイヤ電流に対して一方が左回り、他方が右回りになるように、図に示すようにコイルの巻き方が互いに逆になっている。
【０００７】
図中の１０５はクロック発生器、１０６はクロック発生器１０５からのクロック信号に基づいて前記第１の線状磁性体１００ａと第２の線状磁性体１００ｂに対してそれぞれパルス電流を流す素子駆動回路、１０７は第１の線状磁性体１００ａと第２の線状磁性体１００ｂのそれぞれの端子出力をオペアンプ１０８により差動増幅して外部磁界Ｈｅｘに対して線形な出力を得るための検出回路である。
【０００８】
同図に示すように従来の駆動回路は、励磁コイル１０１ａ，１０１ｂを駆動するコイル駆動回路がクロック発生器１０５ならびに素子駆動回路１０６とは別個に独立して設けられ、常に励磁コイル１０１ａ，１０１ｂに通電して励磁状態を維持していた。
【０００９】
なおこれらの関連技術として、例えば応用磁気学会誌Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４−２，１９９７「アモルファスワイヤの非対称磁気−インピーダンス効果」、特開平７−１８１２３９号公報、特開平７−２４８３６５号公報などがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来の駆動回路は、ＭＩ素子（第１の線状磁性体１００ａと第２の線状磁性体１００ｂ）にバイアス磁界を印加するための第１の励磁コイル１０１ａと第２の励磁コイル１０１ｂに常に電流を流していたため、消費電力が大きく、ランニングコストが高くつくという欠点を有していた。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、消費電力が少なく、ランニングコストの低い磁気センサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、互いに平行に配置された例えばアモルファスワイヤなどの線状磁性体からなる第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子と、その第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子にそれぞれバイアス磁界を印加する第１の励磁コイルと第２の励磁コイルと、前記第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子にそれぞれパルス電流を供給する第１の素子駆動回路と第２の素子駆動回路と、前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルにそれぞれ電流を供給する例えばスイッチング素子を有する第１のコイル駆動回路と第２のコイル駆動回路と、前記第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子のそれぞれの両端パルス電圧を検出する例えばオペアンプなどを有する検出回路と、クロック信号を発生するクロック発生器を備えている。
【００１３】
そして前記第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子にそれぞれ供給されるパルス電流と、前記前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルにそれぞれ供給される電流が、前記クロック発生器からのクロック信号に基づいて同期して断続的に通電されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は前述のような構成になっており、第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子にそれぞれパルス電流を供給する度毎に、第１のコイル駆動回路と第２のコイル駆動回路による第１の励磁コイルと第２の励磁コイルへの電流の供給をオンオフするように構成されているため、消費電力が少なくなり、ランニングコストの低減が図れる。
【００１５】
次に本発明の実施の形態を図とともに説明する。図１は実施の形態にＭＩ素子の駆動回路図、図２はその駆動回路のタイミングチャートである。
【００１６】
図１に示すように第１の線状磁性体１ａと第２の線状磁性体１ｂが互いに平行にかつ一体に配置され、この線状磁性体１としては例えばＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系の合金組成からなる零磁歪アモルファスワイヤが好適である。
【００１７】
前記第１の線状磁性体１ａに対して直流バイアス磁界印加用の第１の励磁コイル２ａが数十ターン巻回され、第２の線状磁性体１ｂに対して第２の励磁コイル２ｂが同様に数十ターン巻回されている。第１の励磁コイル２ａと第２の励磁コイル２ｂに流すコイル電流の方向は、線状磁性体１ａ，１ｂに流すワイヤ電流に対して一方が左回り、他方が右回りになるように構成されている。
【００１８】
図中の３はクロック発生器、４は分周器、５はアンドゲート、６ａはパルス列電流を前記第１の線状磁性体１ａへ流す第１の素子駆動回路、６ｂはパルス列電流を前記第２の線状磁性体１ｂへ流す第２の素子駆動回路である。
【００１９】
この素子駆動回路６は電流値が１０ｍＡ以上に設定された電流出力型のもので、その具体的手段として素子駆動回路６はデジタル回路のゲートに少なくとも線状磁性体１のインピーダンスの１０倍以上の抵抗Ｒを接続している。このように素子駆動回路６を電流出力型にした理由は、ＭＩ素子のインピーダンスが数Ωしかなく、通常の電圧出力型ではＭＩ素子の駆動が困難なためである。
【００２０】
７ａは前記第１の励磁コイル２ａへの通電をオンオフ制御するスイッチング素子を備えた第１のコイル駆動回路、７ｂは前記第２の励磁コイル２ｂへの通電をオンオフ制御するスイッチング素子を備えた第２のコイル駆動回路で、両方のコイル駆動回路７ａ，７ｂは前記分周器４の出力端に接続されている。８は第１の線状磁性体１ａと第２の線状磁性体１ｂのそれぞれの両端パルス電圧をオペアンプ９により差動増幅して、外部磁界Ｈｅｘに対して線形な出力を得るための検出回路である。
【００２１】
図２は、この非対称ＭＩ素子駆動回路図のタイミングチャートである。図中のＣＫは前記クロック発生器３によって発生されるクロックパルス波形、Ｑは分周器４の出力波形、ＡＮＤはアンドゲート５の出力波形、微分は素子駆動回路６中のコンデンサＣと抵抗Ｒによる微分波形、駆動パルスは素子駆動回路６により線状磁性体１に供給される駆動パルス波形、ｉはコイル駆動回路７により励磁コイルへ流れるコイル電流波形である。
【００２２】
図１に示されているように素子駆動回路６とコイル駆動回路７は、同一のクロック発生器３から供給されるクロック信号に基づいて駆動される回路構成になっている。そして図２に示されているように、コイル駆動回路７は常時励磁コイル２へ通電するのではなく、出力されるＭＩ素子駆動用の駆動パルスに対応して励磁コイル２へ断続的に通電するようにオンオフ制御されている。なお、励磁コイル２への通電が開始されて所定の遅れ時間ΔＴをもって駆動パルスが線状磁性体１（ＭＩ素子）に供給される。この遅れ時間ΔＴは１０ｎｓから１００ｎｓの間が適当で、この遅れ時間ΔＴは各素子駆動回路６ａ，６ｂのコンデンサＣと抵抗Ｒの時定数ＣＲによて個別に調整可能である。
【００２３】
励磁コイル２に電流を流すと図２のｉのように電流波形が徐々に立ち上がり、一定の磁場を発生するまでに若干時間がかかる。そのため前述の遅れ時間ΔＴが無いかあるいは短かすぎると、検出回路８は本来要求されているバアイス磁界強度に達しない時の値を含み、そのために検出精度が低下する。これを回避するため本実施の形態では、所定の遅れ時間ΔＴを設定し、励磁コイル２によるバアイス磁界強度が一定になった時点でＭＩ素子駆動用の駆動パルスを供給する構成になっている。
【００２４】
本発明のＭＩ素子駆動回路は、例えば磁界の強さ、向き、分布などを検出、測定する磁気センサや磁気方位センサなどの駆動回路に適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明は前述のような構成になっており、第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子にそれぞれ供給されるパルス電流と、第１の励磁コイルと第２の励磁コイルにそれぞれ供給される電流が、断続的に通電されるため、消費電力が少なく、ランニングコストの低減が図れる。
【００２６】
請求項２〜７記載の本発明は前述のような構成になっており、所定のバイアス磁界発生後に素子駆動パルスが印加されるので、測定精度の向上が図れ、信頼性の高い磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気インピーダンス効果素子の駆動回路図である。
【図２】その駆動回路のタイミングチャートである。
【図３】磁気インピーダンス効果素子の原理図である。
【図４】非対称磁気インピーダンス効果素子を説明するため外部磁界とワイヤ両端パルス電圧との関係を示す特性図である。
【図５】従来の磁気インピーダンス効果素子の駆動回路図である。
【符号の説明】
１ａ  第１の線状磁性体
１ｂ  第２の線状磁性体
２ａ  第１の励磁コイル
２ｂ  第２の励磁コイル
３  クロック発生器
４  分周器
５  アンドゲート
６ａ  第１の素子駆動回路
６ｂ  第２の素子駆動回路
７ａ  第１のコイル駆動回路
７ｂ  第２のコイル駆動回路
８  検出回路
９  オペアンプ
ΔＴ  遅れ時間
Ｃ  コンデンサ
Ｒ  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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