JP2002071772A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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する。 【解決手段】 磁気センサ部５は、被測定磁界に応じた
信号を帰還増幅器７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。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、帰還電流
は帰還コイル６に供給される。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は差動増幅器１４に
入力される。差動増幅器１４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測定信号を
出力する。基準電圧Ｖｐは、オペアンプ２１によって参
照電圧Ｖrefに基づいて生成される。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
の高精度、高安定の基準電圧が用いられる。

Description

【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１
０５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１１
１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１
１２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１１
５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１１
８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１
１９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Ｖ
ｐ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１１
４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１１２，１１３，１１５，１
１９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１１
４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２
３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２
１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１
１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５
９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１
８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２
２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Ｖ
ｐ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Ｖ
ｐ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Ｖre
f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Ｖ
ｄの変動の影響を全く受けない。その結果、参照電圧Ｖ
refに基づいて生成される基準電圧Ｖｐも、電源電圧Ｖ
ｄ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１２，１３，１５，１
９の抵抗値のバランスが完全でなくとも、差動増幅器１
４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２．５
Ｖ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２２，２
３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Ｖ
ref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Ｖ
ｐ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４
２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１
０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。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G017 AA02 AA04 AB08 AC07 AD42 BA02 BA05 BA11 2G025 AA16 AB01 AC01 2G035 AB01 AC02 AD56 AD65 AD66

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【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。