(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出コイルが巻回された導体へ通電することにより被測定磁場の磁束を変化させた場合における、前記検出コイルの出力に基づき、前記被測定磁場における磁気を検出するための直交フラックスゲート型の磁気検出回路において、
前記導体へ通流するパルス波形電流を生成するパルス生成回路を備えることを特徴とする磁気検出回路。
【請求項２】
前記検出コイルの出力に基づき、被測定磁場における磁束の変化を検出する磁束変化検出回路を備え、該磁束変化検出回路は、時定数が第１閾値以下で積分特性を有し、時定数が前記第１閾値とは異なる第２閾値以上で微分特性を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気検出回路。
【請求項３】
前記パルス生成回路が生成するパルス波形電流の出力時点に対して同期的に前記磁束変化検出回路の出力値のサンプリングを行い、サンプリングにより得られた値をホールドするためのサンプリングホールド回路を備えることを特徴とする請求項２に記載の磁気検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定磁場の磁気を検出することが可能な、特に、直交フラックスゲート型の磁気検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）に用いる電子コンパス、即ち方位センサ，車載ナビゲーションシステムに用いるＧＰＳ装置の補完用方位センサ，無人搬送車の自動走行システムに用いる車体の姿勢制御用方位センサ，又は、高精度テレビの色ずれ補正を目的としたアクティブ磁気シールド用地磁気センサなど、被測定磁場の磁気（磁場の強さ及び方向）を検出することが可能な高精度であり小型，低価格の磁気センサに対する需要が増大している。
【０００３】
従来のこの種の磁気センサとしては、ホール素子，ＭＲ素子，ＭＩ素子，量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ），平行又は直交フラックスゲート型素子等が用いられている。これらのうちホール素子は低感度であり、またＭＲ素子，ＭＩ素子等は、単体では磁場の方向検出ができず複数個必要とするという難点があるのに対し、フラックスゲート型素子は平行型，直交型のいずれにあっても単体で磁場の強さ及び方向の検出が可能であるという利点を有している。しかも検出出力の直線性，温度特性，分解能にも優れており、特に検出精度の面で、より高精度の検出が可能な直交フラックスゲート型素子が注目されている。
【０００４】
図８は、直交フラックスゲート型素子の磁気センサ（磁気検出素子）の構成を示す斜視図であり、図中１は内部導体、２はコア、３は検出コイル、４は外部導体、１００は高周波電源を示している。内部導体１は金属又はその他の導電性材料製であり、円柱形をなしている。また、外部導体４も金属又はその他の導電性材料製であり、内径が内部導体１の直径よりも大きい円筒形をなしている。内部導体１と外部導体４とは前者を内側に、後者を外側にして相互の間に絶縁材料を介在させた状態で同軸的に配設され、内部導体１及び外部導体４の、図中矢符にて示す磁気の検出方向の同じ側の一端部同士は端板４ａによって電気的に接続されている。
【０００５】
内部導体１の他端は、外部導体４の他端から所定長外方に突き出して位置せしめられている。これら内部導体１の外周面、外部導体４の内、外周面及び端板４ａの内周面には絶縁材料を蒸着又はコーティングしてある。そしてこの内部導体１と外部導体４との間に形成されている円筒形をなす空間部内に、例えばパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合金）、センダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金）、ソフトフェライト等の軟質磁性材料にて円筒形に形成したコア２が嵌挿せしめられている。
【０００６】
コア２の一端は端板４ａの内周面に接する位置まで挿入され、また他端は外部導体４の他端から所定長突き出されている。このコア２と内部導体１、外部導体４との間は密接状態とする必要はなく、適宜の遊びがあって遊動可能な状態としてもよい。また、外部導体４の外周には検出コイル３が所定方向に所定回数巻回されている。
【０００７】
上述した如くの磁気センサにて、内部導体１と外部導体４との他端部間に、高周波電源１００から励磁電流を通流してコア２を励磁し、前記検出コイル３の出力に基づいて被測定磁場の磁気を検出する。
【０００８】
図９は、内部導体１及び外部導体４に接続されて電流を通流すると共に、検出コイル３に接続されて被測定磁場の磁気を検出するための、従来の磁気検出回路の概略構成を示すブロック図であり、図１０及び図１１は、前記磁気検出回路の一例を示す回路図である。図中５は、セラミック発振子、水晶発振子等を用いる発振・分周回路であり、例えば７ｋＨｚと１４ｋＨｚとの２種類の高周波電力（矩形波）が出力され、そのうち７ｋＨｚの高周波（励磁信号：周波数ｆ）は、励磁回路６へ入力される。励磁回路６はコンデンサ（Ｃ）及び抵抗素子（Ｒ）を用いた充放電回路などからなり、入力された高周波を略正弦波化して励磁電流として出力し、内部導体１及び外部導体４へ印加される。また、発振・分周回路５から出力される高周波電力のうち、１４ｋＨｚの高周波（検出用参照信号：周波数２ｆ）は、位相検波器（同期整流器：ＰＳＤ）８へ付与されるようになっている。
【０００９】
ここで、図９乃至図１１に示す磁気検出回路の場合、励磁電流の大きさ、即ち、コア２の磁化を飽和させるために必要な電流（ピーク電流）Ｉｐは、コア２の材料の磁気特性（保磁力）及びコア２の形状（励磁磁路長）により一義的に決定され、平均励磁電流は約０．７Ｉｐとなる。
【００１０】
一方、検出コイル３の検出電圧は、バンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦ）７へ入力され、雑音を除去され、位相検波器８へ入力されて検波された後、Ｃ，Ｒ，オペアンプ等からなる整流・平滑回路９へ入力される。整流・平滑回路９は入力された検波信号を全波整流化及び平滑化し、磁場の強さに対応し向きに応じた正又は負の検出信号を出力する。
【００１１】
図１２は、直交フラックスゲート型の磁気センサにて磁気の検出を行う際における励磁電流、コア２の検出方向における磁化の程度、検出コイル３の出力電圧、及び整流・平滑回路９にて全波整流された検波信号夫々の波形図である。磁気センサを、その内部導体１及びコア２の軸心線を外部磁界（被測定磁場）の方向と平行になるように配置した場合、外部磁界の磁束はコア２に引き寄せられてコア２内を通る磁路が形成される。
【００１２】
内部導体１に図１２に示す如き正弦波の励磁電流を通流したとき、コア２の周面は磁化され、また、励磁電流が図１２（ａ）に示す状態から増大して図１２（ｂ）に示す如く最大値に達したとき、コア２の磁化が飽和状態となり、外部磁界の磁束はコア２から離れて内部導体と平行となる。
【００１３】
この間、コア２の検出方向の磁化の程度は図１２に示す如くに低下し、また検出コイル３の出力電圧はコア２の検出方向の磁化の程度の低下率の大きい位置で大きくなり、該磁化の程度が最小値に達したときに０となる。
【００１４】
励磁電流が最大値から減少していき、ゼロクロス点に達する過程で図１２（ｃ）に示す如く、再び外部磁界の磁束はコア２内を通るようになる。励磁電流の向きが逆になったとき、コア２の周面は周方向の逆向きに磁化され、励磁電流が減少して負の最大値に達したとき、コア２の磁化が再び飽和状態となり、外部磁界の磁束はコア２の軸心線と平行になる。この間、検出コイル３の出力はコア２の磁化の程度の増加率の大きい位置で小さくなり、該磁化の程度が最大値に達したときに再び０となる変化を繰り返す（図１２（ｃ）〜（ｅ）参照）。この結果、励磁電流の１周期の変化に対応して検出コイル３の出力電圧は２周期分変化する。また、検出コイル３の出力電圧が位相検波器８にて検波され、整流・平滑回路９にて整流されることにより得られる信号は、図１２に示す如く、４周期分変化する。
【００１５】
上述した如く、内部導体１及び外部導体４間に正弦波の励磁電流を通流し、コア２を周期的に周方向に励磁することにより、コア２を通る外部磁界の磁束が変化し、図１２に示す如く検出コイル３から外部磁界の強さに対応した出力電圧を得ることができる。
【００１６】
なお、上記磁気検出回路には種々の有効な工夫が施されている。例えば、第１に励磁回路６の場合、発振・分周回路５から出力される電力の波形が矩形波であるため、正弦波化する必要があり、基本波成分を取り出すローパスフィルタを用いる。しかし、該ローパスフィルタの温度係数に基づく温度変化によってローパスフィルタのフィルタ特性が変化し、励磁信号の位相が温度によって変化する。ところで、上記磁気検出回路は位相検波器８を用いているため、励磁信号及び検出用参照信号の位相変化が感度係数に比較的大きな影響を与える。即ち、励磁信号の位相変化に伴い感度係数が大きく変化し、温度特性が悪化してしまう。従って、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を、基本波の周波数ｆと３ｆとの中間に設定し、３ｆ以上の周波数成分を大幅にカットするローパスフィルタを用いることにより基本波の大部分を通過させ、ローパスフィルタの温度変化による影響を回避するようにしてある。
【００１７】
第２に、ＢＰＦ７が備えるフィルタは、検出電圧の周波数である２ｆ近傍での位相特性が重要である。即ち、周波数２ｆの近傍で周波数が変化した場合の位相の変化の割合が大きい場合、フィルタの温度係数に基づき温度変化に応じて検出電圧の位相が大きく変化してしまい、検出感度の温度係数が大きくなって温度特性が悪化してしまう。従って、フィルタとして中心周波数２ｆ近傍での位相変化が比較的少ないものを用いる。より具体的には、Ｑの高い１段フィルタを用いず、Ｑの低いフィルタを２段にして用いる。また、１段目と２段目とのフィルタの中心周波数をずらすことによっても同様の効果を奏することができる。更に、スイッチドキャパシタフィルタを用いるのも有効である。
【００１８】
第３に、磁気センサを複数個用いて磁気検出を行う場合などでは、磁気センサの特性が夫々異なるため、発振・分周回路５にてＩＣ及びスイッチを用い、夫々の磁気センサの特性に応じて検出用参照信号の位相を最適化している。
【００１９】
第４に、整流・平滑回路９へ入力された検波信号は、全波整流されるため周波数成分は４ｆが主となる。従って、平滑化する場合に４ｆを大幅にカットすることができるフィルタを用いている。また、望ましくは４ｆに伝送零点を有するフィルタを用いる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図９乃至図１１にて示した磁気検出回路の場合、被測定磁場の磁気（磁場の強さ及び方向）を検出することが可能な他、比較的小型化及び低価格化が可能である。しかし、ＰＤＡ等の携帯端末に搭載する場合などは、電池又は充電池から供給される電力により駆動する必要があり、消費電力の低減が課題として存在する。即ち、磁気検出回路での電力消費のうち主たるものは励磁電流によるものであり、前述した如く、前記磁気検出回路では磁気センサが決定された場合に平均励磁電流は約０．７Ｉｐと決定され、消費電力の低減が図り難いという問題がある。
【００２１】
また、励磁回路６にて充放電回路を用いる場合に、該充放電回路のＣＲ時定数を小さくすることにより励磁電流の低減が可能であり、消費電力の低減を図ることは可能であるが、これに伴い検出用参照信号に含まれる周波数２ｆの成分が少なくなり、感度低下をきたしてしまう。
【００２２】
また、励磁信号と検出用参照信号との周波数が異なるため、発振・分周回路が比較的複雑であるという問題がある。また、ＢＰＦ７において中心周波数２ｆ近傍での安定化を図るため、大容量で精度の高いコンデンサ及び抵抗素子が必要であり、フィルムコンデンサ、金属皮膜抵抗素子等を用いているが、これらの電子素子は容積も大きく、特に磁気検出回路のＩＣ化を図るためには大きな障害となっている。同様に、充放電回路に用いられるコンデンサ及び抵抗素子についてもその容積の大きさがＩＣ化の妨げとなっている。
【００２３】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、磁気センサへ通流する電流をパルス波形電流とすべく、発振・分周回路５に代えてパルス生成回路を備えることにより、充放電回路などからなる励磁回路６が不要であり、容積の大きいコンデンサ及び抵抗素子を用いる必要がなく、更なる小型化を図ることができてＩＣ化を実現できるとともに、より安価な磁気検出回路を提供することを目的とする。
【００２４】
また、ＢＰＦ７に代え、前記検出コイルの出力に基づき、被測定磁場における磁束の変化を検出する磁束変化検出回路を備え、該磁束変化検出回路は、時定数が第１閾値以下で積分特性を有し、時定数が前記第１閾値とは異なる第２閾値以上で微分特性を有することにより、ＢＰＦ７にて用いていた容積の大きいコンデンサ及び抵抗素子が不要となり、ＩＣ化を実現できるとともに、微分特性によりオフセットの除去ができゼロ点の確保が可能であり、また、磁束変化検出回路の出力は前記パルス生成回路が生成するパルス波形電流と略同一タイミングで変化し、分周回路が必要なくなり、より安価な磁気検出回路を提供することを目的とする。
【００２５】
また、前記パルス発生回路が生成するパルス波形電流の出力時点に対して同期的に前記磁束変化検出回路の出力値のサンプリングを行い、サンプリングにより得られた値をホールドするためのサンプリングホールド回路を備えるにより、パルス波形電流のDuty比（オン／オン＋オフの時間比）を小さくした場合であっても、検出感度を低下させることなく、また、Duty比をより小さくすることによって消費電力を低減することができ、汎用性のより高い磁気検出回路を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る磁気検出回路は、検出コイルが巻回された導体へ通電することにより被測定磁場の磁束を変化させた場合における、前記検出コイルの出力に基づき、前記被測定磁場における磁気を検出するための直交フラックスゲート型の磁気検出回路において、前記導体へ通流するパルス波形電流を生成するパルス生成回路を備えることを特徴とする。
【００２７】
第２発明に係る磁気検出回路は、第１発明に係る磁気検出回路において、前記検出コイルの出力に基づき、被測定磁場における磁束の変化を検出する磁束変化検出回路を備え、該磁束変化検出回路は、時定数が第１閾値以下で積分特性を有し、時定数が前記第１閾値とは異なる第２閾値以上で微分特性を有することを特徴とする。
【００２８】
第３発明に係る磁気検出回路は、第２発明に係る磁気検出回路において、前記パルス生成回路が生成するパルス波形電流の出力時点に対して同期的に前記磁束変化検出回路の出力値のサンプリングを行い、サンプリングにより得られた値をホールドするためのサンプリングホールド回路を備えることを特徴とする。
【００２９】
第１発明に係る磁気検出回路による場合は、パルス生成回路を備えることにより、構成の複雑な発振・分周回路が不要であり、容積の大きなコンデンサ及び抵抗素子を必要とする充放電回路等からなる励磁回路が不要であり、更なる小型化によってＩＣ化を図ることが可能である磁気検出回路を実現することができる。
【００３０】
第２発明に係る磁気検出回路による場合は、第１発明に係る磁気検出回路において、ＢＰＦに代えて、時定数に応じて積分特性及び微分特性を有する磁束変化検出回路を備えることにより、ＢＰＦにて用いた容積の大きなコンデンサ及び抵抗素子が不要となって小型化、即ちＩＣ化が可能となるとともに、微分特性によりオフセットの除去ができゼロ点の確保が可能であり、更に、磁束変化検出回路の出力がパルス生成回路から出力されるパルス波形電流と略同一タイミングで変化するため、分周回路が必要なくなり、簡易な回路構成となる磁気検出回路を実現することができる。
【００３１】
第３発明に係る磁気検出回路による場合は、第２発明に係る磁気検出回路において、サンプリングホールド回路を備えることにより、パルス波形電流のDuty比を小さくした場合であっても検出感度が低下することなく、Duty比を更に小さくすることによって消費電力を低減することができる磁気検出回路を実現することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る磁気検出回路の概略構成を示す模式図であり、図２は前記磁気検出回路の一例を示す回路図である。図１中１０はパルス生成回路であり、該パルス生成回路１０にて生成されたパルス信号は、パルス波形の励磁電流として、図８にて示した如くの内部導体１及び外部導体４に印加され、コア２を励磁する。なお、図２ではパルス生成回路１０を省略しているが、これは公知の回路を用いて構成することができる。また、本実施の形態では、パルス生成回路１０は、オン時間Ｔ１、オフ時間Ｔ２としてDuty比が１〜２％のパルスを生成して出力する。なお、Duty比は少なくとも１０％以下であることが望ましく、後述する磁束変化検出回路１１の時定数設定の制約上、より完全な磁束変化の再現のたいめには１〜２％以下であることが望ましい。
【００３３】
また図１，２中１４は、パルス生成回路１０から出力されたパルス信号に基づき、コア２を励磁すべくピーク電流がＩｐとなる励磁電流を生成するための励磁パルス電流生成回路である。該励磁パルス電流生成回路１４は、パルス生成回路１０から出力されたパルス信号が入力されるベース端子を有するトランジスタ１４１を備え、該トランジスタ１４１のコレクタ端子には、抵抗素子１４３を介して正の定電圧源１４２が接続されている。前記コレクタ端子及び抵抗素子１４３の共通接点と、負の定電圧源１４４との間にはコンデンサ１４５が介装されており、前記負の定電圧源１４４及びコンデンサ１４５の共通接点と、抵抗素子１４６を介した前記トランジスタ１４１のエミッタ端子とが、励磁パルス電流生成回路１４の出力端子をなしている。
【００３４】
一方、検出コイル３の検出電圧は、磁束変化検出回路１１へ入力され、被測定磁場の変化分が再生され、電圧として出力される。磁束変化検出回路１１は、前記検出電圧が入力される２つの入力端子のうち一方の入力端子はオペアンプ１１１の非反転入力端子に接続され、他方の入力端子との間には抵抗素子１１２が介装されている。前記オペアンプ１１１の反転入力端子及び出力端子間には、並列接続された抵抗素子１１３及びコンデンサ１１４が接続されて負帰還がかけられており、反転入力端子及び前記他方の入力端子間には直列接続された抵抗素子１１５及びコンデンサ１１６が介装されている。また、オペアンプ１１１の出力端子は、抵抗素子１１７を介して磁束変化検出回路１１の一方の出力端子をなし、前記他方の入力端子は、磁束変化検出回路１１の他方の出力端子をなすとともに磁気検出回路の一方の出力端子をなしている。なお、磁束変化検出回路１１において、抵抗素子１１３及びコンデンサ１１４は、励磁電流のパルス幅の１／２〜１倍程度の時定数（第１閾値）以下では積分特性を有するように予め設定されており、また、抵抗素子１１５及びコンデンサ１１６は、励磁電流のパルス幅の５０〜１００倍程度の時定数（第２閾値）以上では微分特性を有するように予め設定されている。なお、この時定数はパルス信号のDuty比を考慮し、適宜選択することが好ましい。
【００３５】
前記パルス生成回路１０から出力されたパルス信号は、励磁パルス電流生成回路１４を経て励磁電流となるとともに、サンプリングホールド回路（図中、ＳＨ回路）１２へ入力され、磁束変化検出回路１１にて再生された磁場の変化分に対応した電圧値がサンプリングされ、所定期間ホールドされる。該サンプリングホールド回路１２は、前記パルス信号が入力されるベース端子を有するトランジスタ１２１を備え、該トランジスタ１２１のコレクタ端子は磁束変化検出回路１１の一方の出力端子と接続されている。また、トランジスタ１２１のエミッタ端子はサンプリングホールド回路１２の一方の出力端子をなすとともに、磁束変化検出回路１１の他方の出力端子との間にコンデンサ１２２が介装されている。前記コンデンサ１２２と、前記磁束変化検出回路１１の他方の出力端子との共通接点は、サンプリングホールド回路１２の他方の出力端子をなしている。
【００３６】
前記サンプリングホールド回路１２にてホールドされた電圧値は、平滑回路１３にて平滑化されることにより、被測定磁場の向き及び強さに対応した信号が出力される。平滑回路１３は、前記サンプリングホールド回路１２の一方の出力端子に接続される非反転入力端子を有するオペアンプ１３１を備え、該オペアンプ１３１の反転入力端子及び出力端子間には可変抵抗素子１３２が接続されて負帰還がかけられている。また、可変抵抗素子１３３に直列接続された抵抗素子１３４，１３５は、その抵抗素子１３４，１３５の共通接点がオペアンプ１３１の反転入力端子に接続されている。また、抵抗素子１３５における前記共通接点と逆の端子には、サンプリングホールド回路１２の他方の出力端子が接続され、平滑回路１３の一方の出力端子をなしている。また、オペアンプ１３１の出力端子は抵抗素子１３６を介して平滑回路１３の他方の出力端子をなしており、両出力端子間にはコンデンサ１３７が介装されている。
【００３７】
次に、上述した回路構成をなす本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて被測定磁場の磁気検出を行う場合について説明する。図３は、直交フラックスゲート型の磁気センサを用いた場合の、励磁電流、被測定磁場の磁束、検出コイル３の出力電圧、磁束変化検出回路１１の出力電圧、及びサンプリングホールド回路１２の出力電圧夫々の波形図である。
【００３８】
内部導体１に、図３に示す如き単極矩形のパルス波形の励磁電流を通流した場合、励磁電流がオンのときにコア２の周面は磁化されて直後に飽和状態となり、被測定磁場の磁束はコア２から離れ、コア２内を通る被測定磁場による磁束は図３に示す如く０になる。時間Ｔ１経過後、励磁電流がオフとなったとき、コア２内には、被測定磁場による磁束が形成され、励磁電流のオフから時間Ｔ２経過までこの状態が維持される。その後引き続いて、時間Ｔ１のオンと、時間Ｔ２のオフからなるパルス波形の励磁電流が通流され、これに伴い、被測定磁場により形成されるコア２内の磁束は、励磁電流とは逆の時間Ｔ１のオフと、時間Ｔ２のオンからなる矩形のパルス波形をなす変化を繰り返す。
【００３９】
この間、検出コイル３の出力電圧は、コア２の磁化の程度の増加率が最大のときに最大値、減少率が最大のときに最小値をとり、その間はゼロ点へ収束していくという変化を繰り返す。
【００４０】
また、磁束変化検出回路１１の出力電圧は、励磁電流がオン状態である時間Ｔ１の間、その積分特性により検出コイル３の出力電圧値が累積されて図３に示す如くの波形をなす。また、励磁電流がオフ状態である時間Ｔ２の間は、その積分特性により出力電圧は低下し、更にその微分特性によりゼロ点を超過して低下した後に再びゼロ点へ収束していき（オフセットの除去、及びゼロ点の確保）、図３に示す如くの波形をなす。
【００４１】
また、サンプリングホールド回路１２では、パルス生成回路１０から入力されたパルス信号に略同期して磁束変化検出回路１１から入力された電圧値をサンプリングする。従って、時間Ｔ１の間、磁束変化検出回路１１から出力される電圧値をサンプリングし、その後時間Ｔ２の間はサンプリングした電圧値をホールドすることにより、その出力電圧は図３に示す如くの波形をなす。従って、パルス生成回路１０からパルス信号が出力されてない状態であっても、検出コイル３から出力されて磁束変化検出回路１１にて再生された電圧値がホールドされているため、平滑回路１３を経て出力される信号による感度低下は生じず、パルス信号のDuty比を小さくすることができ、励磁電流の低減、即ち、消費電力の低減を図ることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、パルス生成回路１０にて生成するパルス信号として周期がＴ１＋Ｔ２の一定なものについて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、被測定磁場の磁気を検出すべき命令が発生した場合に、一又は所定数のパルス信号を生成し、該パルス信号に基づく磁気の検出が終了するか更なる命令が発生するまでの間はパルス信号を生成しなくてもよい。
【００４３】
図４乃至図７に、本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験を行った結果をグラフにて示す。図４は、パラメータとしてパルス信号のパルス幅を６μＳ、励磁電流のピーク値Ｉｐを４５０ｍＡ、電源電圧を６Ｖ（±３Ｖ）と選択した場合における、３〜１４ｋＨｚと変化させたパルス信号の周波数に対する消費電流、及び被測定磁場の磁束密度を０．５ガウスとしたときの検出感度を示す対数グラフである。図示する如く、消費電流（図中単位はｍＡ）は周波数の増大にともなって増加するが、１０数ｍＡ〜４０ｍＡ程度、即ち０．０２Ｉｐ〜０．０８Ｉｐ程度であり、従来の平均励磁電流０．７Ｉｐと比較して格段に低消費電流化が図れていることがわかる。また、検出感度は、周波数の変化に殆ど依存せず、良好な結果が得られた。
【００４４】
図５は、パルス幅、周波数、電源電圧、及び被測定磁場の磁束密度に関するパラメータを同条件とし、励磁電流のピーク値Ｉｐを２５０ｍＡとした場合における、パルス信号の周波数に対する消費電流、及び検出感度を示す対数グラフである。図示する如く、図４にて示した実験結果と略同様に検出感度は周波数の変化に殆ど依存しないという結果が得られた。また、消費電流は、図４に示した実験結果より更に低減され、８ｍＡ〜２０ｍＡ程度となる実験結果が得られ、従来に比して優れた特性を有する磁気検出回路であることがわかる。
【００４５】
図６は、パラメータとしてパルス信号のパルス幅を６μＳ、励磁電流のピーク値Ｉｐを４５０ｍＡ、パルス信号の周波数を１３．８ｋＨｚ、電源電圧を６Ｖ（±３Ｖ）、磁気検出回路全体の消費電流を４０ｍＡとした場合における、変化させた被測定磁場に対する出力電圧の関係を示す対数グラフである。なお、図中実線及び破線は、被測定磁場の向き（Ｎ極，Ｓ極）反転させて実験を行った場合のＮ極，Ｓ極夫々での特性を示しており、実線はＮ極、破線はＳ極での特性を示している。図示する如く、被測定磁場の変化に対して磁気検出回路からの出力電圧は直線性に優れた特性を有していることがわかる。
【００４６】
図７は、パルス幅及び電源電圧に関するパラメータを同条件とし、励磁電流のピーク値Ｉｐを２５０ｍＡ、パルス信号の周波数を３ｋＨｚ、磁気検出回路全体の消費電流を８ｍＡとした場合における、変化させた被測定磁場に対する出力電圧の関係を示す対数グラフである。図示する如く、図６にて示した実験結果と略同様に、被測定磁場の変化に対して磁気検出回路からの出力電圧は直線性に優れた特性を有していることがわかる。また、本実験では磁気検出回路全体の消費電流を８ｍＡとしているが、一般の磁気センサのうち特に消費電流が少ないといわれるホール素子の消費電流は１０ｍＡ程度であり、ホール素子と比較した場合であっても遜色がないことがわかる。
【００４７】
本実施に係る磁気検出回路によれば、磁気センサへ通流する電流をパルス波形電流とすべく、発振・分周回路に代えてパルス生成回路１０を備えるため、充放電回路などからなる励磁回路が不要であり、容積の大きいコンデンサ及び抵抗素子を用いる必要がなく、更なる小型化を図ることができてＩＣ化を実現できるとともに、生産コストをより低減することができる。
【００４８】
また、ＢＰＦに代え、検出コイルの出力に基づき、被測定磁場における磁束の変化を検出する磁束変化検出回路を備え、該磁束変化検出回路は、時定数が所定の第１閾値以下で積分特性を有し、時定数が所定の第２閾値以上で微分特性を有することにより、ＢＰＦにて用いていた容積の大きいコンデンサ及び抵抗素子が不要となり、ＩＣ化を実現できるとともに、微分特性によりオフセットの除去ができゼロ点の確保が可能であり、また、磁束変化検出回路の出力は前記パルス生成回路が生成するパルス波形電流と略同タイミングで変化し、分周回路が必要なくなり、生産コストをより低減することができる。
【００４９】
また、前記パルス発生回路が生成するパルス波形電流の出力時期に略同期して前記磁束変化検出回路の出力値のサンプリングを行い、サンプリングにより得られた値をホールドするためのサンプリングホールド回路を備えるにより、パルス波形電流のDuty比を小さくした場合であっても、検出感度を低下させることなく、また、Duty比をより小さくすることによって消費電力を低減することができ、汎用性をより高めることができる。
【００５０】
【発明の効果】
第１発明に係る磁気検出回路によれば、構成の複雑な発振・分周回路が不要であり、容積の大きなコンデンサ及び抵抗素子を必要とする充放電回路等からなる励磁回路が不要であり、更なる小型化によってＩＣ化を図ることが可能である磁気検出回路を実現することができる。
【００５１】
第２発明に係る磁気検出回路によれば、従来ＢＰＦにて用いた容積の大きなコンデンサ及び抵抗素子が不要となって小型化、即ちＩＣ化が可能となるとともに、微分特性によりオフセットの除去ができゼロ点の確保が可能であり、更に、磁束変化検出回路の出力がパルス生成回路から出力されるパルス波形電流と略同タイミングで変化するため、分周回路が必要なくなり、簡易な回路構成となる磁気検出回路を実現することができる。
【００５２】
第３発明に係る磁気検出回路によれば、パルス波形電流のDuty比を小さくした場合であっても検出感度が低下することなく、Duty比を更に小さくすることによって消費電力を低減することができる磁気検出回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気検出回路の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す磁気検出回路の一例を示す回路図である。
【図３】直交フラックスゲート型の磁気センサを用いた場合の、励磁電流、被測定磁場の磁束、検出コイルの出力電圧、磁束変化検出回路の出力電圧、及びサンプリングホールド回路の出力電圧夫々の波形図である。
【図４】本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験を行った結果を示すグラフである。
【図５】本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験を行った結果を示すグラフである。
【図６】本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験を行った結果を示すグラフである。
【図７】本実施の形態に係る磁気検出回路を用いて実験を行った結果を示すグラフである。
【図８】直交フラックスゲート型素子の磁気センサ（磁気検出素子）の構成を示す斜視図である。
【図９】内部導体及び外部導体に接続されて電流を通流すると共に、検出コイルに接続されて被測定磁場の磁気を検出するための、従来の磁気検出回路の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す磁気検出回路の一例を示す回路図である。
【図１１】図９に示す磁気検出回路の一例を示す回路図である。
【図１２】直交フラックスゲート型の磁気センサにて磁気の検出を行う際に励磁電流、コアの検出方向における磁化の程度、検出コイルの出力電圧、及び整流・平滑回路にて全波整流された検波信号夫々の波形図である。
【符号の説明】
１０  パルス生成回路
１１  磁束変化検出回路
１２  サンプリングホールド回路（ＳＨ回路）
１３  平滑回路
１４  励磁パルス電流生成回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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