【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば地磁気等を高感度に測定するのに用いられるフラックスゲート磁界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁界センサは、磁界を情報媒体とするセンシング技術の基本となる構成要素である。近年、磁界センサはシステムに組み込まれて使用される傾向にあり、磁界センサの小型化、低電力消費化、低価格化が重要な開発項目になっている。磁界センサに関してはこれまで多くの研究が行われてきたが、小型化に適した方式の磁界センサとしてフラックスゲート磁界センサがある。
従来のフラックスゲート磁界センサは、磁界検出部と、受信回路及び励振回路を備えた制御回路部から構成されている。磁界検出部は、例えばパーマロイ等の高透磁率材料からなる軟磁性体コアの周囲に、それぞれ励磁コイル及び検出コイルを巻回した構造を有し、検出コイルは、例えば、軟磁性体コアの右半分と左半分で逆方向に巻回された差動検出コイルとなっている。励磁コイルには、交番する励振電流が制御回路部の励振回路から供給されており、これにより生じる励振磁界は励振電流と相似した形状となる。励振電流は励振磁界が軟磁性体コアを飽和させるのに十分な値に設定されているため、軟磁性体コア内部の磁束密度は周期的に飽和する。
【０００３】
ここで、外部磁界（測定しようとする磁界）が存在しない場合、軟磁性体コア内部の磁束は励振磁界のみとなる。そして、差動検出コイルに発生する各誘導起電圧は、軟磁性体コアの右半分と左半分の各コイルの巻回方向が逆なので符号が反対となることから、検出コイルに発生する電圧はゼロとなる。
これに対して、外部磁界が存在する場合、軟磁性体コア内部の磁界は励振磁界に外部磁界の直流成分が重畳されたものとなるが、軟磁性体コアの右半分と左半分では外部磁界の直流成分の符号が逆になる。このことは、励振電流の下で、軟磁性体コアの右半分と左半分がそれぞれ飽和するのに必要な励振磁界に差が生じることを意味し、その結果、軟磁性体コアの右半分と左半分での磁束の時間変化に位相のずれが生じることになる。この位相のずれは外部磁界が大きいほど大きくなり、差動検出コイルで発生する誘導起電圧にも位相のずれが生じ、検出コイルには励振電流周波数の２倍の周波数で変化するパルス電圧信号が現れる。このパルス電圧信号を、制御回路部の受信回路の増幅器で増幅した後、例えば共振器に入力し励振電流周波数の２倍の周波数以外の周波数を有する信号を除去して、同期整流器にて励振電流周波数に同期した整流を行った後に計測信号として出力していた。
【０００４】
しかし、フラックスゲート磁界センサでは、励振回路から得られる励振電流の周波数と、共振器の共振周波数との間にある程度以上の誤差が生じると、正確な測定結果を得ることができないため、発振器、同期整流器、及び共振器は精度が高いものを使用する必要があった。また、各回路が複雑になり、かつ高精度部品あるいは複雑な調整工程が必要となるため、製造コストを増加させる要因となっていた。
このため、検出コイルに発生する励振電流周波数の２倍の周波数で変化する交番力電圧のピーク電圧を検知するピーク電圧検知手段を設けることにより、簡単な回路構成で高精度の検出を行うことが可能になり、更に、軟磁性体コアの磁界と磁束の関係がバルクコアのように理想的でない場合であっても、高精度の磁界検出を可能にするフラックスゲート磁界センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３３８２１０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁界検出部に使用する高透磁率材料からなる軟磁性体コアには磁気異方性が存在するため、従来のフラックスゲート磁界センサにはオフセット（外部磁界が存在しないときでもフラックスゲート磁界センサの出力がゼロにならずに生じるゼロ点のずれ）が存在していた。そこで、このオフセットを除去するために、調整回路を設けて、製造時にオフセット除去のための調整を各フラックスゲート磁界センサ毎に行っていた。
このため、フラックスゲート磁界センサの構成が複雑になって部品点数が増加すること、及びオフセット調整作業を行うことによって、フラックスゲート磁界センサの製造コストが増加するという問題が生じていた。更に、従来のフラックスゲート磁界センサでは入出力間にヒステリシスが存在するためセンサ出力が変化し、再現性のよい高精度の測定を行うことが困難であった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、極めて簡単な回路構成でオフセットの除去と信号の入出力間に存在するヒステリシスの大幅減少を可能にするフラックスゲート磁界センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係るフラックスゲート磁界センサは、測定しようとする外部磁界が通過する細長い磁性体と、前記細長い磁性体に対して交番電流及びパルス列のいずれか１つに直流バイアス電流を重畳した励磁電流を流す励磁手段と、前記細長い磁性体に巻回されて該細長い磁性体を通過する前記外部磁界に応じた検知信号を出力する検知コイルと、前記検知信号を処理して計測信号にする信号処理手段を備えたフラックスゲート磁界センサにおいて、
前記励磁手段に前記細長い磁性体に流れる前記励磁電流の方向を周期的に反転する切換回路を設けている。
【０００８】
細長い磁性体に、例えば、交番電流に直流バイアス電流を重畳した励磁電流を流すと、図６に示すように、細長い磁性体内には周方向に、交番電流に対応した交番磁界Ｈａ 及び直流バイアス電流に対応した静磁界Ｈｄ が重畳した励磁磁界（Ｈａ ＋Ｈｄ ）が発生する。更に、細長い磁性体内には、細長い磁性体の磁気異方性Ｋｕ が、例えば、細長い磁性体の周方向に対して角度αだけ傾いて存在している。
ここで、外部磁界Ｈｅ が細長い磁性体内を軸方向に通過する場合を考えると、細長い磁性体に発生する磁化Ｊｓ は、次式で求まる磁気エネルギーＥを最小化する方向を向く。なお、θはＪｓ が周方向となす角度である。
Ｅ＝−Ｈｅ Ｊｓ ｓｉｎθ−Ｈｅ Ｊｓ ｃｏｓθ＋Ｋｕ ｓｉｎ２ （α−θ）
【０００９】
図７に示すように、交番電流と直流バイアス電流の両方の極性を正にして細長い磁性体に励磁電流を流すと、細長い磁性体内に発生する励磁磁界が交番電流の変化に応じて周期的に変化して、Ｊｓ は最初の半周期で（１）の方向に回転し、次の半周期で（２）の方向に回転する。そして、この周期は交番磁界Ｈａ の周波数と同一である。一方、検知コイルは細長い磁性体に巻回されているので、検知コイルには、Ｊｓ の軸方向成分Ｊｓ ｓｉｎθの時間微分に比例する検知信号の一例である誘起電圧Ｖ＋ が誘起される。そして、この電圧Ｖ＋ の周期も交番磁界Ｈａ と同じ周波数となる。
従って、交番磁界Ｈａ の周波数を参照信号として誘起電圧Ｖ＋ の同期整流を行うと、外部磁界Ｈｅ に対応した出力を得ることができる。
【００１０】
次に、図８に示すように、交番電流と直流バイアス電流の両方の極性を負にすると、すなわち励磁電流の方向を反転すると、Ｊｓ は最初の半周期で（１）の方向に回転し、次の半周期で（２）の方向に回転する。ここで、図９に示す直流バイアス電流のみの極性を負にした（直流バイアス電流の方向のみを反転した）場合と比較すると、Ｊｓ の回転方向は逆になり、検知コイルに誘導されるＪｓ の軸方向成分Ｊｓ ｓｉｎθの時間微分に比例する検知信号の一例である誘導電圧Ｖ− は電圧Ｖ＋ と同位相になる。
従って、交番磁界Ｈａ の周波数を参照信号として誘起電圧Ｖ− の同期整流を行うと、外部磁界Ｈｅ に対応した出力を得ることができる。なお、電圧Ｖ− を交番磁界Ｈａ の周波数を参照信号として同期整流して得られる出力電圧の極性、すなわち外部磁界Ｈｅ に対応した出力の極性は、励磁電流の極性、すなわち方向に関わらず同一になる。
【００１１】
ここで、外部磁界Ｈｅ が存在せず、細長い磁性体に流す励磁電流の方向を反転した場合の磁化の状態を図１０、図１１に示す。なお、励磁電流の極性が正の場合を図１０に、励磁電流の極性が負の場合を図１１にそれぞれ示す。細長い磁性体の磁気異方性Ｋｕ が、細長い磁性体の周方向に対して角度αだけ傾いているため、外部磁界Ｈｅ がゼロでもＪｓ はわずかに振動し、このため、オフセットが生じる。しかし、図１０、図１１では、Ｊｓ の回転に伴うＪｓ ｓｉｎθの時間部分として得られる検知コイルの誘導電圧Ｖ＋ とＶ− は、振幅が同一で位相が反転（逆位相）になっている。
【００１２】
以上のことから、図７に示す励磁電流の方向、すなわち極性を正とし、図８に示す励磁電流の極性を負とすると、外部磁界Ｈｅ が存在する場合に検知コイルに発生する各誘導電圧Ｖ＋ 、Ｖ− は、図１２に示す関係となる。
従って、各誘導電圧Ｖ＋ 、Ｖ− の和、あるいは平均を求めることにより、オフセットを打ち消すことができる。
【００１３】
本発明に係るフラックスゲート磁界センサにおいて、前記切換回路は、前記細長い磁性体の両端にそれぞれ接続され同時に入り切り動作を行って該細長い磁性体の一端側から他端側に前記励磁電流を流す２つのスイッチを有する第１のスイッチ群と、前記細長い磁性体の両端にそれぞれ接続され同時に入り切り動作を行って該細長い磁性体の他端側から一端側に前記励磁電流を流す２つのスイッチを有する第２のスイッチ群と、前記第１及び第２のスイッチ群の各入り切り動作を交互に行う動作切換部を有していることが好ましい。
このような構成とすることにより、動作切換部からの信号で第１のスイッチ群の各スイッチを共に入り状態とし、第２のスイッチ群の各スイッチを共に切り状態にすることにより、細長い磁性体の一端側から他端側に向けて励磁電流を流すことができる。また、動作切換部からの信号で第１のスイッチ群の各スイッチを共に切り状態とし、第２のスイッチ群の各スイッチを共に入り状態にすることにより、細長い磁性体の他端側から一端側に向けて励磁電流を流すことができる。そして、細長い磁性体に流れる励磁電流の方向を動作切換部の切換周期に一致させて変化させることにより、励磁電流の流れる方向を周期的に反転することができる。その結果、検知コイルの両端に、励磁電流の方向を反転させたときの各誘起電圧Ｖ＋ 、Ｖ− の平均値を出力することができる。
【００１４】
本発明に係るフラックスゲート磁界センサにおいて、前記信号処理手段の出力側には、前記交番電流と実質的に同期して整流を行う同期整流器が設けられていることが好ましい。
これによって、外部磁界に対応した出力信号のみを取り出すことができる。
【００１５】
本発明に係るフラックスゲート磁界センサにおいて、前記信号処理手段の入力側には、増幅回路を設けることができる。
入力側に増幅回路を設けることにより、検知信号が小さい場合でも信号を処理して計測信号にすることができる。ここで、増幅器には、例えば、検知コイルの両端に生じる誘起電圧が入力信号として入力される差動増幅器を使用することができる。
【００１６】
本発明に係るフラックスゲート磁界センサにおいて、前記細長い磁性体に無磁歪組成の非晶質磁性金属線を使用することが好ましい。
非晶質磁性金属線を使用することで細長い磁性体を小型化できると共に、励磁電流を細長い磁性体に直接流すことができる。また、無磁歪組成にすることにより、製造段階で細長い磁性体内に磁気異方性が生じにくいようにすることができる。ここで、無磁歪組成の非晶質磁性金属線には、例えば、コバルト基非晶質金属線を使用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係るフラックスゲート磁界センサの説明図である。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るフラックスゲート磁界センサ１０は、測定しようとする外部磁界が通過する細長い磁性体１１と、細長い磁性体１１に対して励磁電流を流す励磁手段１２と、細長い磁性体１１に巻回されて外部磁界に応じた検知信号を出力する検知コイル１３と、検知信号を処理して計測信号にする信号処理手段１４とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。
【００１８】
細長い磁性体１１には、無磁歪組成の非晶質磁性金属で形成した線、例えば、コバルト基非晶質金属線を使用することができる。無磁歪組成にすることにより、製造段階で細長い磁性体１１内に磁気異方性が生じ難いようにすることができる。なお、細長い磁性体１１としては線状に形成した磁性体以外に、例えば、中実又は中空の細い棒に形成した磁性体、短冊状に形成した磁性体を使用することができる。
励磁手段１２は、励磁電流を流す電流源１５と、細長い磁性体１１に流す励磁電流の方向を周期的に反転する切換回路１６を有している。電流源１５は、交番電流を形成する発振器１７と、直流バイアス電流を形成する直流電流部１８で構成することができる。これによって、交番電流に直流バイアス電流が重畳された励磁電流を形成して細長い磁性体１１に流すことができる。なお、細長い磁性体１１の電気抵抗と直流バイアス電流を調整して細長い磁性体１１での消費電力を小さくすることができれば、直流電流部１８には、例えば電池を使用することができる。
【００１９】
切換回路１６は、細長い磁性体１１の両端にそれぞれ接続され同時に入り切り動作を行って細長い磁性体１１の一端側から他端側に励磁電流を流すスイッチ１９、２０を有する第１のスイッチ群２１と、細長い磁性体１１の両端にそれぞれ接続され同時に入り切り動作を行って細長い磁性体１１の他端側から一端側に励磁電流を流すスイッチ２２、２３を有する第２のスイッチ群２４を有している。ここで、各スイッチ１９、２０、２２、２３は、例えば外部信号で動作するアナログスイッチを使用することができる。更に、切換回路１６は、第１及び第２のスイッチ群２１、２４の各スイッチ１９、２０、２２、２３の外部信号入力端子に切換信号を入力する発振器２５及びインバータ２６を備えた動作切換部２７を有している。このような構成とすることにより、発振器２５の半周期毎に各スイッチ群２１、２４を交互に動作させることができる。
【００２０】
検知コイル１３は、細長い磁性体１１の外周側に、例えば、銅線を１００〜４００回巻回すことにより形成されている。このようにすることにより、細長い磁性体１１内を通過する磁束の変化に応じて、検知コイル１３の両端に電圧を誘起させることができる。
信号処理手段１４は、入力側に検知コイル１３の両端に発生した誘起電圧が入力信号として入力される増幅回路の一例である差動増幅器２８を有し、差動増幅器２８からの出力信号が入力され発振器２９からの信号を参照信号として同期整流を行う同期整流器３０を出力側に有している。このような構成とすることにより、検知コイル１３で発生した誘起電圧を増幅して同期整流器３０に入力することができる。ここで、発振器２９を、励磁手段１２の電流源１５に設けた発振器１７に同期して発振させることにより、交番磁界の周波数に同期した整流を行うことができ、外部磁界に対応した出力が出力端子３１から得ることができる。
【００２１】
次に、本発明の一実施の形態に係るフラックスゲート磁界センサ１０の使用方法について詳細に説明する。
励磁手段１２の電流源１５に設けた発振器１７により交番電流を発生させ、直流電流部１８で直流バイアス電流を発生させて励磁電流を形成し、細長い磁性体１１に切換回路１６を介して流す。また、切換回路１６の動作切換部２７に設けられた発振器２５から切換信号を発生させ、スイッチ１９、２０の外部信号入力端子に入力する。また、発振器２５から発生させた切換信号をインバータ２６を介してスイッチ２２、２３の外部信号入力端子に入力する。その結果、細長い磁性体１１には、切換信号の周期で反転する励磁電流が流れる。
【００２２】
次いで、フラックスゲート磁界センサ１０の細長い磁性体１１を測定しようとする外部磁界が存在する領域に設置すると、外部磁界が細長い磁性体１１内を通過する。このため、検知コイル１３には、外部磁界に応じた誘起電圧が発生し、この誘起電圧を差動増幅器２８に入力して増幅する。そして、差動増幅器２８からの出力信号を同期整流器３０に入力する。ここで、差動増幅器２８からの出力信号は、交番電流の周波数と同じ周波数で変化しているので、交番電流と同一の周波数の信号を参照信号として同期整流器３０で同期整流を行うと、出力端子３１から得られる計測信号は外部磁界に対応した出力となる。
【００２３】
【実施例】
細長い磁性体に、直径が１２０μｍ、長さが１５ｍｍのコバルト基非晶質金属線を使用して磁界検出部を構成し、図１に示すフラックスゲート磁界センサを作成した。
励磁手段の電流源に設けた発振器で振幅が３．５ｍＡで周波数が５８．４ｋＨｚの交番電流を発生させ、直流電流部で直流バイアス４ｍＡの電流を発生させる。また、切換回路の動作切換部に設けた発振器から周波数１．８２５ｋＨｚの切換信号を発生させる。更に、差動増幅器の増幅率を６９０倍に設定した。
このときコバルト基非晶質金属線に流れる励磁電流の波形を図２に示す。図２から、切換回路により、コバルト基非晶質金属線に流れる励磁電流の方向が周期的に反転されることが確認できる。
【００２４】
フラックスゲート磁界センサで−１９〜１９Ａ／ｍの範囲で変化する外部磁界を測定した際の外部磁界と出力信号の関係を図３に示す。感度は、原点近傍で、約５０ｍＶ／（Ａ／ｍ）、オフセットは１ｍＶ以下であった。
また、ヒステリシスの大きさを、外部磁界がゼロのときの出力電圧差の、フルスケール（外部磁界−１９Ａ／ｍ及び１９Ａ／ｍを与えたときの出力電圧差）に対する割合で定義すると、ヒステリシスは約０．５％と小さくなることが確認できた。
更に、径方向のシールド比が約１０００の円筒形磁気シールドの中に本フラックスゲート磁界センサを配置し、その出力信号をローパスフィルター（遮断周波数４．２Ｈｚ）を介して観測したときに得られる出力波形の時間変化を図４に示す。２０分間のドリフトは約３ｎＴであり、ゼロ点の安定性に関しても良好な結果が得られた。また、ＦＦＴにより求めた分解能は、０．１Ｈｚにおいて約２ｎＴ／（Ｈｚ）１／２ であった。
【００２５】
比較例として、前記実施例で使用したフラックスゲート磁界センサを用いて、切換回路に設けた一方のスイッチ群のみを入り状態にして、コバルト基非晶質金属線に流す励磁電流の方向を正又は負に固定したときに得られる外部磁界と出力信号の関係を求めた。その結果を、それぞれ図５（Ａ）、（Ｂ）に示す。
図５（Ａ）、（Ｂ）では、コバルト基非晶質金属線に内在する磁気異方性によって生じるオフセットが存在している。その値は、励磁電流が正のとき２８ｍＶ（０．５６Ａ／ｍに相当）、励磁電流が負のとき２５ｍＶ（０．５Ａ／ｍに相当）であった。
このことから、前記実施例のように、励磁電流の極性を周期的に変化させることにより、コバルト基非晶質金属線に内在する磁気異方性の影響で生じるオフセットを除去できることが確認された。
【００２６】
また、図５では、入出力間にヒステリシスが存在しており、その大きさは、励磁電流を正に固定したときは１．７％、負に固定したときは２．１％となる。一方、前記実施例では、ヒステリシスは約０．５％である。
このことから、前記実施例のように、コバルト基非晶質金属線に流れる励磁電流の方向を周期的に変化させることにより、コバルト基非晶質金属線の消磁効果があり、その結果ヒステリシスを低減させることが確認された。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明のフラックスゲート磁界センサを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。例えば、細長い磁性体を励磁する際に、交番電流に直流バイアス電流を重畳した励磁電流を流したが、パルス列に直流バイアス電流を重畳した励磁電流を流して励磁することも可能である。また、細長い磁性体の材質として、無磁歪組成のコバルト基非晶質金属を使用したが、コバルト基以外の非晶質磁性金属、パーマロイ、スーパーマロイ、フェライト等の磁性体を使用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１〜５記載のフラックスゲート磁界センサにおいては、励磁手段に細長い磁性体に流れる励磁電流の方向を周期的に反転する切換回路を設けたので、細長い磁性体に内在する磁気異方性の影響によるオフセットが発生しない高性能なフラックスゲート磁界センサを構成でき、オフセットを除去する調整回路を不要にすることが可能になる。また、製造時に各フラックスゲート磁界センサ毎に行っていたオフセット除去のための調整作業を省くことが可能になる。その結果、フラックスゲート磁界センサの構成が簡単になって部品点数を減少させることができ、オフセット調整工程を省くことができ、フラックスゲート磁界センサの製造コストを大幅に低減させることが可能になる。
更に、本発明のフラックスゲート磁界センサを電圧計等の汎用計測器に組み込むことにより、容易に磁界計測機能を付加することができ、磁界計測を安価に、簡単に行うことができる。また、位置検出、近接ディテクタ、電流測定、車両検知、金属検知、セキュリティ、動体のトラッキング、磁気異常検出、過電流探傷、磁気イメージング等を有する各種システムに本フラックスゲート磁界センサを組み込むことによって、システムそのものの高性能化、低価格化や高機能化を達成でき、商品価値を向上させることができる。
【００２９】
特に、請求項２記載のフラックスゲート磁界センサにおいては、切換回路に、細長い磁性体の一端側から他端側に励磁電流を流す第１のスイッチ群と、細長い磁性体の他端側から一端側に励磁電流を流す第２のスイッチ群と、第１及び第２のスイッチ群の各入り切り動作を交互に行う動作切換部を有しているので、励磁電流の流れる方向を反転させた場合の各信号出力の平均を容易に求めることができ、簡単な回路構成で細長い磁性体に生じるオフセットを除去することが可能になる。その結果、フラックスゲート磁界センサの部品点数を減少させてフラックスゲート磁界センサの小型化、製造コストの減少が可能になる。
【００３０】
請求項３記載のフラックスゲート磁界センサにおいては、信号処理手段の出力側に、交番電流と実質的に同期して整流を行う同期整流器が設けられているので、外部磁界に対応する信号のみを出力することができ、外部磁界の強さを容易に知ることが可能になる。
【００３１】
請求項４記載のフラックスゲート磁界センサにおいては、信号処理手段の入力側に、増幅回路が設けられているので、検知信号が小さい場合でも信号を処理して計測信号にすることができ、精度のよい計測を安定して行うことが可能になる。更に、検知コイルを形成する際の細長い磁性体に巻回す回数を少なくすることができ、検知コイルの部分を小さくすることが可能になる。その結果、磁界検出部が小さくなってフラックスゲート磁界センサを小型化することが可能になる。
【００３２】
請求項５記載のフラックスゲート磁界センサにおいては、細長い磁性体に無磁歪組成の非晶質磁性金属線を使用するので、励磁電流を細長い磁性体に直接流すことができ、細長い磁性体を励磁する励磁コイルが不要になって磁界検出部が小さくなり、フラックスゲート磁界センサの小型化が達成されると共に、部品点数の減少が可能になる。その結果、フラックスゲート磁界センサの製造コストの減少が可能になる。
また、無磁歪組成のため細長い磁性体内に磁気異方性が生じ難いことに加えて、細長い磁性体に流す励磁電流の方向を周期的に反転することで細長い磁性体の消磁効果があり、入出力間に存在するヒステリシスを大幅に減少することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るフラックスゲート磁界センサの説明図である。
【図２】実施例におけるコバルト基非晶質金属線に流れる励磁電流の波形を示す説明図である。
【図３】実施例における外部磁界と出力信号の関係を示す説明図である。
【図４】実施例における出力信号の時間変動を示す説明図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ比較例における励磁電流の極性を正、及び負に固定したときの外部磁界と出力信号の関係を示す説明図である。
【図６】細長い磁性体に発生する磁界の関係を示す説明図である。
【図７】交番電流と直流バイアス電流の極性を共に正にした場合の細長い磁性体に発生する磁界の関係を示す説明図である。
【図８】交番電流と直流バイアス電流の極性を共に負にした場合の細長い磁性体に発生する磁界の関係を示す説明図である。
【図９】交番電流の極性を正、直流バイアス電流の極性を負にした場合の細長い磁性体に発生する磁界の関係を示す説明図である。
【図１０】外部磁界が存在せず、交番電流と直流バイアス電流の極性が共に正である場合の細長い磁性体に発生する磁界の関係を示す説明図である。
【図１１】外部磁界が存在せず、交番電流と直流バイアス電流の極性が共に負である場合の細長い磁性体に発生する磁界の関係を示す説明図である。
【図１２】励磁電流の方向を換えたときに、外部磁界に対応して検知コイルにそれぞれ発生する誘起電圧の特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：フラックスゲート磁界センサ、１１：細長い磁性体、１２：励磁手段、１３：検知コイル、１４：信号処理手段、１５：電流源、１６：切換回路、１７：発振器、１８：直流電流部、１９、２０：スイッチ、２１：第１のスイッチ群、２２、２３：スイッチ、２４：第２のスイッチ群、２５：発振器、２６：インバータ、２７：動作切換部、２８：差動増幅器、２９：発振器、３０：同期整流器、３１：出力端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluxgate magnetic field sensor used to measure, for example, geomagnetism with high sensitivity.
[0002]
[Prior art]
A magnetic field sensor is a basic component of a sensing technology using a magnetic field as an information medium. In recent years, magnetic field sensors have tended to be incorporated into systems and used, and miniaturization, low power consumption, and low price of magnetic field sensors have become important development items. Much research has been conducted on magnetic field sensors, but there is a fluxgate magnetic field sensor as a magnetic field sensor suitable for miniaturization.
A conventional fluxgate magnetic field sensor includes a magnetic field detection unit, and a control circuit unit including a reception circuit and an excitation circuit. The magnetic field detection unit has a structure in which an excitation coil and a detection coil are wound around a soft magnetic core made of a material having high magnetic permeability such as permalloy, for example. The differential detection coil is wound in the opposite direction on the half and the left half. An alternating excitation current is supplied to the excitation coil from an excitation circuit of the control circuit unit, and an excitation magnetic field generated by the excitation current has a shape similar to the excitation current. Since the excitation current is set to a value sufficient for the excitation magnetic field to saturate the soft magnetic core, the magnetic flux density inside the soft magnetic core is periodically saturated.
[0003]
Here, when there is no external magnetic field (magnetic field to be measured), the magnetic flux inside the soft magnetic core is only the excitation magnetic field. The induced electromotive voltages generated in the differential detection coil have opposite signs because the winding directions of the right and left halves of the soft magnetic material core are opposite, so that the voltage generated in the detection coil is It becomes zero.
On the other hand, when an external magnetic field is present, the magnetic field inside the soft magnetic core is a magnetic field in which the DC component of the external magnetic field is superimposed on the excitation magnetic field. The sign of the DC component is reversed. This means that under the excitation current, the excitation magnetic field required to saturate the right and left halves of the soft magnetic core, respectively, is different, and as a result, the right halves of the soft magnetic core are different from the right halves. A phase shift occurs in the time change of the magnetic flux in the left half. This phase shift increases as the external magnetic field increases, and the induced electromotive voltage generated in the differential detection coil also shifts in phase. The detection coil receives a pulse voltage signal that changes at twice the frequency of the excitation current frequency. appear. After the pulse voltage signal is amplified by the amplifier of the receiving circuit of the control circuit unit, a signal having a frequency other than twice the excitation current frequency, for example, input to the resonator and removed, is removed by the synchronous rectifier. After performing the rectification synchronized with the frequency, it was output as a measurement signal.
[0004]
However, in the flux gate magnetic field sensor, if an error of a certain degree or more occurs between the frequency of the excitation current obtained from the excitation circuit and the resonance frequency of the resonator, accurate measurement results cannot be obtained. Rectifiers and resonators had to be used with high precision. Further, each circuit becomes complicated, and high-precision parts or complicated adjustment steps are required, which has been a factor of increasing the manufacturing cost.
Therefore, by providing the peak voltage detecting means for detecting the peak voltage of the alternating voltage that changes at twice the frequency of the exciting current generated in the detection coil, highly accurate detection can be performed with a simple circuit configuration. Further, a fluxgate magnetic field sensor has been proposed which enables high-accuracy magnetic field detection even when the relationship between the magnetic field and the magnetic flux of the soft magnetic core is not ideal as in the bulk core (for example, And Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-338210 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the magnetic flux anisotropy exists in the soft magnetic core made of a high magnetic permeability material used for the magnetic field detection unit, so that the conventional flux gate magnetic field sensor has an offset (the flux gate magnetic field sensor does not have an external magnetic field). (A shift of the zero point that occurs without the output of the zero). Therefore, in order to remove the offset, an adjustment circuit is provided, and adjustment for removing the offset is performed for each flux gate magnetic field sensor at the time of manufacturing.
For this reason, there has been a problem that the configuration of the fluxgate magnetic field sensor becomes complicated and the number of parts increases, and that the offset adjustment operation increases the manufacturing cost of the fluxgate magnetic field sensor. Further, in the conventional flux gate magnetic field sensor, the hysteresis exists between the input and output, so that the sensor output changes, and it has been difficult to perform highly accurate measurement with high reproducibility.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a fluxgate magnetic field sensor that can remove offset and greatly reduce hysteresis existing between input and output of signals with an extremely simple circuit configuration. I do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A fluxgate magnetic field sensor according to the present invention, which meets the above object, has an elongated magnetic body through which an external magnetic field to be measured passes, and a DC bias current superimposed on one of an alternating current and a pulse train with respect to the elongated magnetic body. Exciting means for flowing the exciting current, a detection coil wound around the elongated magnetic body and outputting a detection signal in accordance with the external magnetic field passing through the elongated magnetic body, and processing the detection signal into a measurement signal. A flux gate magnetic field sensor having a signal processing means
The exciting means includes a switching circuit for periodically inverting the direction of the exciting current flowing through the elongated magnetic body.
[0008]
When, for example, an exciting current in which a DC bias current is superimposed on an alternating current is passed through the elongated magnetic body, as shown in FIG. 6, an alternating magnetic field H corresponding to the alternating current is formed in the elongated magnetic body in the circumferential direction. a And the static magnetic field H corresponding to the DC bias current d Is superimposed on the excitation magnetic field (H a + H d ) Occurs. Further, the magnetic anisotropy K of the elongated magnetic material is contained in the elongated magnetic material. u However, for example, it exists at an angle α with respect to the circumferential direction of the elongated magnetic body.
Here, the external magnetic field H e Considering the case where the magnetic flux passes through the elongated magnetic body in the axial direction, the magnetization J generated in the elongated magnetic body s Is directed to minimize the magnetic energy E obtained by the following equation. Θ is J s Is the angle formed by the circumferential direction.
E = -H e J s sin θ-H e J s cosθ + K u sin 2 (Α-θ)
[0009]
As shown in FIG. 7, when the polarity of both the alternating current and the DC bias current is made positive and the exciting current flows through the elongated magnetic body, the exciting magnetic field generated in the elongated magnetic body periodically changes in accordance with the change in the alternating current. Change, J s Rotates in the direction of (1) in the first half cycle, and rotates in the direction of (2) in the next half cycle. And this cycle is the alternating magnetic field H a And the same frequency. On the other hand, since the detection coil is wound around an elongated magnetic body, s Axial component J of s An induced voltage V which is an example of a detection signal proportional to the time derivative of sin θ + Is induced. And this voltage V + The period of the alternating magnetic field H a And the same frequency.
Therefore, the alternating magnetic field H a Of the induced voltage V using the frequency of + Of the external magnetic field H e Can be obtained.
[0010]
Next, as shown in FIG. 8, when the polarity of both the alternating current and the DC bias current is made negative, that is, when the direction of the exciting current is reversed, J s Rotates in the direction of (1) in the first half cycle, and rotates in the direction of (2) in the next half cycle. Here, when compared with the case where the polarity of only the DC bias current shown in FIG. 9 is made negative (only the direction of the DC bias current is inverted), J s Is rotated in the opposite direction, and the J s Axial component J of s Induction voltage V which is an example of a detection signal proportional to the time derivative of sin θ − Is the voltage V + And the same phase.
Therefore, the alternating magnetic field H a Of the induced voltage V using the frequency of − Of the external magnetic field H e Can be obtained. Note that the voltage V − The alternating magnetic field H a Of the output voltage obtained by synchronous rectification using the frequency of e Are the same regardless of the polarity of the exciting current, that is, the direction.
[0011]
Here, the external magnetic field H e 10 and 11 show the state of magnetization in the case where the direction of the exciting current flowing through the elongated magnetic body is reversed without the presence of the magnetic field. FIG. 10 shows a case where the polarity of the exciting current is positive, and FIG. 11 shows a case where the polarity of the exciting current is negative. Magnetic anisotropy K of an elongated magnetic material u Are inclined by an angle α with respect to the circumferential direction of the elongated magnetic body, so that the external magnetic field H e Is zero, but J s Vibrates slightly, which causes an offset. However, in FIGS. 10 and 11, J s J accompanying rotation of s Induction voltage V of the detection coil obtained as the time part of sin θ + And V − Have the same amplitude and inverted phases (opposite phases).
[0012]
From the above, assuming that the direction of the exciting current shown in FIG. 7, that is, the polarity is positive and the polarity of the exciting current shown in FIG. e Induced voltage V generated in the detection coil when + , V − Has the relationship shown in FIG.
Therefore, each induced voltage V + , V − By calculating the sum or the average of the offsets, the offset can be canceled.
[0013]
In the fluxgate magnetic field sensor according to the present invention, the switching circuit is connected to both ends of the elongate magnetic body and performs an on / off operation at the same time to flow the exciting current from one end to the other end of the elongate magnetic body. A second switch group including a first switch group having a switch and two switches connected to both ends of the elongated magnetic body and simultaneously performing on / off operations to flow the exciting current from the other end to the one end side of the elongated magnetic body; , And an operation switching unit that alternately performs the on / off operation of the first and second switch groups.
With such a configuration, the switches of the first switch group are set to the on state and the switches of the second switch group are both set to the off state by the signal from the operation switching unit. An exciting current can flow from one end to the other. In addition, the switches of the first switch group are both turned off by signals from the operation switching unit, and the switches of the second switch group are both set to the on state. The excitation current can flow toward. Then, by changing the direction of the exciting current flowing in the elongated magnetic body in accordance with the switching cycle of the operation switching section, the direction of the exciting current flowing can be periodically reversed. As a result, each induced voltage V when the direction of the exciting current is reversed is applied to both ends of the detection coil. + , V − Can be output.
[0014]
In the flux gate magnetic field sensor according to the present invention, it is preferable that a synchronous rectifier that performs rectification substantially in synchronization with the alternating current is provided on an output side of the signal processing unit.
Thus, only an output signal corresponding to the external magnetic field can be extracted.
[0015]
In the fluxgate magnetic field sensor according to the present invention, an amplifier circuit may be provided on an input side of the signal processing unit.
By providing an amplifier circuit on the input side, even if the detection signal is small, the signal can be processed into a measurement signal. Here, as the amplifier, for example, a differential amplifier to which an induced voltage generated at both ends of the detection coil is input as an input signal can be used.
[0016]
In the fluxgate magnetic field sensor according to the present invention, it is preferable that an amorphous magnetic metal wire having a magnetostrictive composition is used for the elongated magnetic body.
By using the amorphous magnetic metal wire, the elongated magnetic body can be reduced in size, and the exciting current can be passed directly to the elongated magnetic body. In addition, by using a non-magnetostrictive composition, it is possible to prevent magnetic anisotropy from being easily generated in the elongated magnetic body in the manufacturing stage. Here, for example, a cobalt-based amorphous metal wire can be used as the amorphous magnetic metal wire having a magnetostrictive composition.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a fluxgate magnetic field sensor according to one embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a fluxgate magnetic field sensor 10 according to an embodiment of the present invention includes an elongated magnetic body 11 through which an external magnetic field to be measured passes, and an excitation current flowing through the elongated magnetic body 11. Means 12, a detection coil 13 wound around the elongated magnetic body 11 and outputting a detection signal corresponding to an external magnetic field, and signal processing means 14 for processing the detection signal to generate a measurement signal. Hereinafter, these will be described in detail.
[0018]
As the elongated magnetic body 11, a wire formed of an amorphous magnetic metal having a magnetostrictive composition, for example, a cobalt-based amorphous metal wire can be used. By using a non-magnetostrictive composition, it is possible to prevent magnetic anisotropy from being easily generated in the elongated magnetic body 11 at the manufacturing stage. In addition to the magnetic material formed in a linear shape, for example, a magnetic material formed in a solid or hollow thin rod or a magnetic material formed in a strip shape can be used as the elongated magnetic material 11.
The exciting means 12 has a current source 15 for flowing an exciting current, and a switching circuit 16 for periodically inverting the direction of the exciting current flowing in the elongated magnetic body 11. The current source 15 can be composed of an oscillator 17 for forming an alternating current and a DC current section 18 for forming a DC bias current. As a result, an exciting current in which a DC bias current is superimposed on the alternating current can be formed and can flow through the elongated magnetic body 11. If the electric resistance and the DC bias current of the elongated magnetic body 11 can be adjusted to reduce the power consumption of the elongated magnetic body 11, for example, a battery can be used as the DC current unit 18.
[0019]
The switching circuit 16 includes a first switch group 21 having switches 19 and 20 connected to both ends of the elongated magnetic body 11 and simultaneously performing on / off operations to flow an exciting current from one end to the other end of the elongated magnetic body 11. And a second switch group 24 having switches 22 and 23 connected to both ends of the elongated magnetic body 11 to perform an on / off operation at the same time and to flow an exciting current from the other end to the one end of the elongated magnetic body 11. . Here, as each of the switches 19, 20, 22, and 23, for example, an analog switch operated by an external signal can be used. Further, the switching circuit 16 includes an operation switching unit including an oscillator 25 for inputting a switching signal to an external signal input terminal of each of the switches 19, 20, 22, and 23 of the first and second switch groups 21 and 24, and an inverter 26. 27. With such a configuration, the switch groups 21 and 24 can be operated alternately every half cycle of the oscillator 25.
[0020]
The detection coil 13 is formed by winding a copper wire, for example, 100 to 400 times around the elongated magnetic body 11. In this manner, a voltage can be induced at both ends of the detection coil 13 in accordance with a change in magnetic flux passing through the elongated magnetic body 11.
The signal processing means 14 has a differential amplifier 28 which is an example of an amplifier circuit to which an induced voltage generated at both ends of the detection coil 13 is input as an input signal on an input side, and an output signal from the differential amplifier 28 is input. On the output side, there is provided a synchronous rectifier 30 for performing synchronous rectification using the signal from the oscillator 29 as a reference signal. With such a configuration, the induced voltage generated in the detection coil 13 can be amplified and input to the synchronous rectifier 30. Here, by oscillating the oscillator 29 in synchronization with the oscillator 17 provided in the current source 15 of the exciting means 12, rectification synchronized with the frequency of the alternating magnetic field can be performed, and the output corresponding to the external magnetic field is output. It can be obtained from the terminal 31.
[0021]
Next, a method of using the fluxgate magnetic field sensor 10 according to one embodiment of the present invention will be described in detail.
An alternating current is generated by an oscillator 17 provided in a current source 15 of the exciting means 12, a DC bias current is generated in a DC current section 18, an exciting current is formed, and the exciting current flows through the switching circuit 16 through the elongated magnetic body 11. Further, a switching signal is generated from an oscillator 25 provided in the operation switching section 27 of the switching circuit 16 and input to external signal input terminals of the switches 19 and 20. The switching signal generated by the oscillator 25 is input to the external signal input terminals of the switches 22 and 23 via the inverter 26. As a result, an exciting current that reverses at the cycle of the switching signal flows through the elongated magnetic body 11.
[0022]
Next, when the elongated magnetic body 11 of the fluxgate magnetic field sensor 10 is installed in a region where an external magnetic field to be measured exists, the external magnetic field passes through the elongated magnetic body 11. For this reason, an induced voltage corresponding to the external magnetic field is generated in the detection coil 13, and the induced voltage is input to the differential amplifier 28 and amplified. Then, the output signal from the differential amplifier 28 is input to the synchronous rectifier 30. Here, since the output signal from the differential amplifier 28 changes at the same frequency as the frequency of the alternating current, if the synchronous rectifier 30 performs synchronous rectification using the signal of the same frequency as the alternating current as a reference signal, The measurement signal obtained from the terminal 31 is an output corresponding to the external magnetic field.
[0023]
【Example】
A magnetic field detection unit was formed using a cobalt-based amorphous metal wire having a diameter of 120 μm and a length of 15 mm as a thin and long magnetic body, and a fluxgate magnetic field sensor shown in FIG. 1 was produced.
An oscillator provided in the current source of the excitation means generates an alternating current having an amplitude of 3.5 mA and a frequency of 58.4 kHz, and a DC current section generates a current of 4 mA in DC bias. Further, a switching signal having a frequency of 1.825 kHz is generated from an oscillator provided in the operation switching section of the switching circuit. Further, the amplification factor of the differential amplifier was set to 690 times.
FIG. 2 shows the waveform of the exciting current flowing through the cobalt-based amorphous metal wire at this time. From FIG. 2, it can be confirmed that the direction of the exciting current flowing through the cobalt-based amorphous metal wire is periodically inverted by the switching circuit.
[0024]
FIG. 3 shows the relationship between the external magnetic field and the output signal when measuring the external magnetic field varying in the range of −19 to 19 A / m with the flux gate magnetic field sensor. The sensitivity was about 50 mV / (A / m) near the origin, and the offset was 1 mV or less.
When the magnitude of the hysteresis is defined by the ratio of the output voltage difference when the external magnetic field is zero to the full scale (the output voltage difference when the external magnetic field is −19 A / m and 19 A / m), the hysteresis is It was confirmed that it was as small as about 0.5%.
Further, the fluxgate magnetic field sensor is disposed in a cylindrical magnetic shield having a radial shield ratio of about 1000, and the output obtained when the output signal is observed through a low-pass filter (cutoff frequency 4.2 Hz). FIG. 4 shows the time change of the waveform. The drift for 20 minutes was about 3 nT, and good results were obtained with respect to the stability of the zero point. The resolution obtained by FFT is about 2 nT / (Hz) at 0.1 Hz. 1/2 Met.
[0025]
As a comparative example, using the flux gate magnetic field sensor used in the above embodiment, only one of the switches provided in the switching circuit was turned on, and the direction of the exciting current flowing through the cobalt-based amorphous metal wire was positive or negative. The relationship between the output signal and the external magnetic field obtained when it was fixed to a negative value was determined. The results are shown in FIGS. 5A and 5B, respectively.
5A and 5B, there is an offset caused by the magnetic anisotropy inherent in the cobalt-based amorphous metal wire. The value was 28 mV (corresponding to 0.56 A / m) when the exciting current was positive, and 25 mV (corresponding to 0.5 A / m) when the exciting current was negative.
From this, it was confirmed that the offset caused by the influence of the magnetic anisotropy inherent in the cobalt-based amorphous metal wire can be removed by periodically changing the polarity of the excitation current as in the above-described example. .
[0026]
In FIG. 5, there is a hysteresis between the input and output, and the magnitude is 1.7% when the excitation current is fixed at positive and 2.1% when the excitation current is fixed at negative. On the other hand, in the above embodiment, the hysteresis is about 0.5%.
From this, as in the above embodiment, by periodically changing the direction of the excitation current flowing through the cobalt-based amorphous metal wire, there is a demagnetizing effect of the cobalt-based amorphous metal wire, and as a result, the hysteresis is reduced. It was confirmed that it was reduced.
[0027]
As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be changed without changing the gist of the invention. The configuration of the fluxgate magnetic field sensor of the present invention by combining some or all of the forms and modifications is also included in the scope of the present invention. For example, when exciting an elongated magnetic body, an excitation current in which a DC bias current is superimposed on an alternating current is supplied. However, an excitation current in which a DC bias current is superimposed on a pulse train may be supplied to excite. Further, as the material of the elongated magnetic material, a cobalt-based amorphous metal having a magnetostrictive composition was used, but an amorphous magnetic metal other than a cobalt-based material, a magnetic material such as permalloy, supermalloy, or ferrite can also be used. .
[0028]
【The invention's effect】
In the fluxgate magnetic field sensor according to any one of claims 1 to 5, the switching means for periodically inverting the direction of the exciting current flowing through the elongated magnetic body is provided in the exciting means, so that the magnetic anisotropy inherent in the elongated magnetic body is reduced. A high-performance fluxgate magnetic field sensor that does not generate an offset due to the influence can be configured, and an adjustment circuit for removing the offset can be eliminated. Further, it is possible to omit the adjustment work for removing the offset which is performed for each flux gate magnetic field sensor at the time of manufacturing. As a result, the configuration of the fluxgate magnetic field sensor is simplified, the number of components can be reduced, the offset adjustment step can be omitted, and the manufacturing cost of the fluxgate magnetic field sensor can be greatly reduced.
Further, by incorporating the fluxgate magnetic field sensor of the present invention into a general-purpose measuring instrument such as a voltmeter, a magnetic field measuring function can be easily added, and magnetic field measurement can be performed easily at low cost. In addition, by incorporating this fluxgate magnetic field sensor into various systems including position detection, proximity detector, current measurement, vehicle detection, metal detection, security, moving object tracking, magnetic abnormality detection, overcurrent flaw detection, magnetic imaging, etc. It can achieve high performance, low price, and high functionality, and can improve product value.
[0029]
In particular, in the flux gate magnetic field sensor according to claim 2, a first switch group for flowing an exciting current from one end side of the elongated magnetic body to the other end side of the switching circuit, and one end side of the elongated magnetic body from the other end side. Has a second switch group for supplying an exciting current to the switch and an operation switching unit for alternately performing the on / off operation of each of the first and second switch groups. The average of the signal output can be easily obtained, and the offset generated in the elongated magnetic body can be removed with a simple circuit configuration. As a result, the number of components of the fluxgate magnetic field sensor can be reduced, and the size of the fluxgate magnetic field sensor can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
[0030]
In the flux gate magnetic field sensor according to the third aspect, since a synchronous rectifier that performs rectification substantially in synchronization with the alternating current is provided on the output side of the signal processing means, only the signal corresponding to the external magnetic field is output. And the intensity of the external magnetic field can be easily known.
[0031]
In the flux gate magnetic field sensor according to the fourth aspect, since the amplifier circuit is provided on the input side of the signal processing means, even if the detection signal is small, the signal can be processed into a measurement signal, and the accuracy can be improved. Good measurement can be performed stably. Further, the number of windings around the elongated magnetic body when forming the detection coil can be reduced, and the size of the detection coil can be reduced. As a result, the size of the magnetic field detector is reduced, and the size of the fluxgate magnetic field sensor can be reduced.
[0032]
In the fluxgate magnetic field sensor according to the fifth aspect, since an amorphous magnetic metal wire having a non-magnetostrictive composition is used for the elongated magnetic body, an exciting current can be directly passed through the elongated magnetic body to excite the elongated magnetic body. Excitation coils are not required, and the magnetic field detection unit is reduced, so that the size of the fluxgate magnetic field sensor can be reduced and the number of components can be reduced. As a result, the manufacturing cost of the fluxgate magnetic field sensor can be reduced.
In addition to the fact that magnetic anisotropy hardly occurs in the elongated magnetic body due to the non-magnetostrictive composition, there is a demagnetizing effect of the elongated magnetic body by periodically reversing the direction of the excitation current flowing through the elongated magnetic body. It is possible to greatly reduce the hysteresis existing between the outputs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a fluxgate magnetic field sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a waveform of an exciting current flowing through a cobalt-based amorphous metal wire in an example.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between an external magnetic field and an output signal in the example.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a time variation of an output signal in the embodiment.
FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams showing the relationship between an external magnetic field and an output signal when the polarity of an exciting current is fixed to positive and negative in a comparative example, respectively.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship of a magnetic field generated in an elongated magnetic body.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnetic field generated in an elongated magnetic body when the polarity of the alternating current and the polarity of the DC bias current are both positive.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnetic field generated in an elongated magnetic body when the polarity of the alternating current and the polarity of the DC bias current are both negative.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between magnetic fields generated in an elongated magnetic body when the polarity of the alternating current is positive and the polarity of the DC bias current is negative.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a relationship between magnetic fields generated in an elongated magnetic body when an external magnetic field does not exist and the alternating current and the DC bias current are both positive in polarity.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a relationship between magnetic fields generated in an elongated magnetic body when an external magnetic field does not exist and the polarities of the alternating current and the DC bias current are both negative.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing characteristics of induced voltages generated in the detection coils corresponding to an external magnetic field when the direction of the exciting current is changed.
[Explanation of symbols]
10: flux gate magnetic field sensor, 11: elongated magnetic body, 12: excitation means, 13: detection coil, 14: signal processing means, 15: current source, 16: switching circuit, 17: oscillator, 18: DC current section, 19 , 20: switch, 21: first switch group, 22, 23: switch, 24: second switch group, 25: oscillator, 26: inverter, 27: operation switching section, 28: differential amplifier, 29: oscillator , 30: synchronous rectifier, 31: output terminal
