JP2023120770A - 励磁回路、電流センサ及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流励磁電圧によって一対のフラックスゲートに生じる磁束間の差を抑制する。【解決手段】励磁回路２０は、第一フラックスゲートを構成する第一コイルに対して第一励磁電流を供給するオペアンプ２１と、第二フラックスゲートを構成する第二コイルに対して第二励磁電流を供給するオペアンプ２２とを備える。さらに励磁回路２０は、オペアンプ２１及び２２の入力信号を生成する信号生成回路２０１を備える。信号生成回路２０１は、オペアンプ２１の入力信号として、一対のフラックスゲート１０を励磁するための交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて反転電圧又は非反転電圧を生成するオペアンプ２３と、オペアンプ２２の入力信号として、交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて反転電圧又は非反転電圧を生成するオペアンプ２４とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、フラックスゲートを励磁する励磁回路、電流センサ及び測定装置に関する。

特許文献１には、第１コアに巻回された第１励磁コイルが反転入力端子と出力端子との間に接続される第１オペアンプと、第二コアに巻き回された第２励磁コイルが反転入力端子と出力端子との間に接続される第２オペアンプと、を備えるフラックスゲート型電流センサが開示されている。このような電流センサにおいては、第１コア及び第１励磁コイルが第１フラックスゲートを構成し、第２コア及び第２励磁コイルが第２フラックスゲートを構成する。

上記の電流センサにおいては、第１オペアンプの非反転入力端子と第２オペアンプの反転入力端子とが抵抗を介して互いに接続されている。そして第２オペアンプの非反転入力がグランド電位に規定された状態において第１オペアンプの非反転入力端子に交流励磁電圧が供給される。また、第１オペアンプ及び第２オペアンプにより構成される一対のオペアンプの出力信号が加算される。

特開２０１８－１７９６８９号公報

上記のような回路構成では、上記一対のオペアンプの一方のオペアンプに対する他方のオペアンプの動作遅延によって、第１励磁コイル及び第２励磁コイルにより構成される一対の励磁コイルに供給される励磁電流間に位相差が生ずる。

その結果、上記一対のオペアンプの出力信号同士を合成した合成信号には、交流励磁電圧によって第１フラックスゲート及び第２フラックスゲートにより構成される一対のフラックスゲートに生じる磁束同士が相殺されることなく残留した一部の磁束成分が励磁ノイズとして測定対象物に流れる電流の大きさを示す検出信号に重畳されてしまう。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、交流励磁電圧によって一対のフラックスゲートに生じる磁束間の差を抑制することを目的とする。

本発明のある態様において、測定対象物の物理量を検出するための一対のフラックスゲートを励磁する励磁回路は、第一フラックスゲートを構成する第一コイルに対して第一励磁電流を供給する第一オペアンプと、第二フラックスゲートを構成する第二コイルに対して第二励磁電流を供給する第二オペアンプと、を含む。さらに前記励磁回路は、前記第一オペアンプの入力信号及び前記第二オペアンプの入力信号を生成する信号生成回路を含む。前記信号生成回路は、前記第一オペアンプの入力信号として、前記一対のフラックスゲートを励磁するための交流励磁電圧に基づいて反転電圧又は非反転電圧を生成する第三オペアンプと、前記第二オペアンプの入力信号として、前記交流励磁電圧に基づいて反転電圧又は非反転電圧を生成する第四オペアンプと、を含む。

上記の態様によれば、一対のフラックスゲートを励磁する一対の励磁回路同士が独立して動作するように構成するとともにその一対の励磁回路同士のオペアンプを対称的な構成にした。これにより、励磁回路の双方は他方の励磁回路の影響によって信号の遅れを生じず、かつ励磁回路の双方においては励磁電流の遅延に影響を与えるオペアンプ同士が同等の動作をする。したがって、一対の励磁電流の位相差の基準値からのズレが抑制されるため、一対の励磁回路が独立して動作しない回路構成に比べて、一対のフラックスゲートに生じる磁束間の差を抑制することができる。

図１は、本発明の第一実施形態における励磁回路を備える測定装置の構成を示す図である。 図２は、第一実施形態における励磁回路の構成例を示す回路図である。 図３は、検波部の出力信号に含まれる励磁ノイズの一例を示す図である。 図４は、第二実施形態における励磁回路の構成を示す回路図である。 図５は、第三実施形態における電流センサの構成を示す図である。 図６は、検波部の出力信号に含まれる励磁ノイズの一例を示す図である。 図７は、電流センサを構成する励磁回路の第一変形例を示す回路図である。 図８は、電流センサを構成する励磁回路の第二変形例を示す回路図である。 図９Ａは、第四実施形態における信号供給部の構成例を示す回路図である。 図９Ｂは、信号供給部の構成の他の例を示す回路図である。 図１０は、測定装置の第一変形例を示す図である。 図１１は、測定装置の第二変形例を示す図である。 図１２は、測定装置の第三変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の各実施形態について説明する。

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態における励磁回路を備える測定装置の構成を示す図である。図２は、第一実施形態における励磁回路の構成を示す回路図である。

図１に示す測定装置１は、測定対象物２に生じる物理量を測定するための装置である。測定対象物２は、例えば、電流が流れる電路であり、電路としては、単相又は三相の電源ケーブルなどが挙げられる。また、測定対象物２の物理量としては、電流値、電圧値、磁束値又は電力値などが挙げられる。

第一実施形態における測定装置１は、測定対象物２を流れる電流の大きさを測定する。測定装置１は、電流センサ１００及び測定部２００を備える。

電流センサ１００は、測定対象物２の物理量を検出するためのフラックスゲート型電流センサである。第一実施形態における電流センサ１００は、一対のフラックスゲート１０と、励磁回路２０と、検出部３０と、を備える。

一対のフラックスゲート１０は、測定対象物２が挿通される一対の磁気コア１１と、一対の磁気コア１１に巻き回される一対の励磁コイル１２と、を備える。

第一実施形態において、一対のフラックスゲート１０は、第一フラックスゲートとしてのフラックスゲート１０１、及び第二フラックスゲートとしてのフラックスゲート１０２により構成される。

そして、一対の磁気コア１１は、第一コアとしての磁気コア１１１及び第二コアとしての磁気コア１１２により構成される。一対の励磁コイル１２は、第一コイルとしての励磁コイル１２１及び第二コイルとしての励磁コイル１２２により構成されている。

一対の磁気コア１１は、測定対象物２が挿通可能となるよう環状に形成される。ここにいう環状には、円形状、楕円形状、矩形状、及び多角形状などが含まれる。第一実施形態における磁気コア１１の各々は、円環状に形成されている。

励磁コイル１２の各々は、磁気コア１１の各々の全部を覆うように巻き回せれてもよく、磁気コア１１の各々の一部を覆うように巻き回されてもよい。また、一対の励磁コイル１２の巻線方向は、互いに同一方向でもよく、互いに異なる方向であってもよい。

第一実施形態における一対の励磁コイル１２については、磁気コア１１１の全体に巻き回された励磁コイル１２１の巻線方向と、磁気コア１１２の全体に巻き回される励磁コイル１２２の巻線方向と、が互いに同一方向である。また、励磁コイル１２１の巻き数と励磁コイル１２２の巻き数とが互いに同一である。

一対の磁気コア１１は、例えば、パーマロイのような鉄材により構成されてもよく、中空構造であってもよい。また、一対の磁気コア１１は、開閉可能な分割型に構成されてもよく、開閉不可能な貫通型（非分割型）に構成されてもよい。

図２に示す励磁回路２０は、測定対象物２の物理量を検出するための一対のフラックスゲート１０を励磁するための電気回路である。励磁回路２０は、一対のオペアンプ２１，２２と、信号生成回路２０１と、を含む。信号生成回路２０１は、少なくとも一対のオペアンプ２３，２４を含む。

オペアンプ２１及びオペアンプ２３は、第一励磁回路である励磁回路３０１を構成し、これらに対をなすオペアンプ２２及びオペアンプ２４は、第二励磁回路である励磁回路３０２を構成する。すなわち、励磁回路２０は、一対のフラックスゲート１０を励磁する一対の回路であって、オペアンプ２１乃至２４を対称的に有する一対の励磁回路３０１，３０２を備えている。

オペアンプ２１は、フラックスゲート１０１を構成する励磁コイル１２１に対して第一励磁電流である励磁電流Ｉ１を供給する第一オペアンプとして機能する。

オペアンプ２１における反転入力端子（－）と出力端子との間に延びる負帰還経路には、フラックスゲート１０１が配置される。

第一実施形態においては、オペアンプ２１の非反転入力端子（＋）にグランド電位Ｇが基準電位として接続されている。そしてオペアンプ２１の反転入力端子（－）には励磁コイル１２１の一端１２１ａが接続されるとともに、オペアンプ２１の出力端子には励磁コイル１２１の一端１２１ｂが接続されている。これにより、オペアンプ２１の出力端子から反転入力端子（－）へは励磁電流Ｉ１が流れる。

オペアンプ２２は、フラックスゲート１０２を構成する励磁コイル１２２に対して第二励磁電流である励磁電流Ｉ２を供給する第二オペアンプとして機能する。オペアンプ２２は、オペアンプ２１と同様の構成を有する。

オペアンプ２２における反転入力端子（－）と出力端子との間に延びる負帰還経路には、フラックスゲート１０２が配置される。

第一実施形態においては、オペアンプ２２の非反転入力端子（＋）にグランド電位Ｇが基準電位として接続されている。そしてオペアンプ２２の反転入力端子（－）には励磁コイル１２２の一端１２２ａが接続されとともに、オペアンプ２２の出力端子には励磁コイル１２２の一端１２２ｂが接続されている。これにより、オペアンプ２２の出力端子から反転入力端子（－）へは励磁電流Ｉ２が流れる。

信号生成回路２０１は、励磁電流Ｉ１によって作られる交流磁束Φ１と励磁電流Ｉ２によって作られる交流磁束Φ２との差を抑制するために、オペアンプ２１に入力される入力信号及びオペアンプ２２に入力される入力信号を生成する。

信号生成回路２０１は、位相調整回路２１０と、オペアンプ２３で構成されるボルテージフォロワ回路２２０とを備える。さらに信号生成回路２０１は、オペアンプ２４によって構成される反転増幅回路２４０を備える。反転増幅回路２４０は、利得調整抵抗２４１と、利得調整可変抵抗２４２とを備える。

位相調整回路２１０は、オペアンプ２１の入力信号の位相を調整可能な回路である。位相調整回路２１０は、例えばローパスフィルタにより構成される。位相調整回路２１０の入力端子は、励磁回路２０の入力端子Ｔ１に接続される。

第一実施形態における位相調整回路２１０は、一対のフラックスゲート１０を励磁するための交流励磁電圧Ｖｅｘを受け付けると、その交流励磁電圧Ｖｅｘの位相を調整する。位相調整回路２１０は、位相を調整した後の交流励磁電圧Ｖｅｘをオペアンプ２３の入力端子に出力する。

オペアンプ２３は、交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて当該交流励磁電圧Ｖｅｘの正負の極性が反転する反転電圧、又は当該交流励磁電圧Ｖｅｘの正負の極性が反転しない非反転電圧を生成する第三オペアンプとして機能する。オペアンプ２３は、生成した交流電圧をオペアンプ２１の入力信号として出力する。

第一実施形態におけるオペアンプ２３は、ボルテージフォロワ回路２２０を構成する。そのため、オペアンプ２３の非反転入力端子（＋）は、位相調整回路２１０の出力端子に接続され、オペアンプ２３における反転入力端子（－）及び出力端子が互いに接続されている。

そのため、オペアンプ２３は、自己の非反転入力端子（＋）から位相調整後の交流励磁電圧Ｖｅｘを受け付けると、その交流励磁電圧Ｖｅｘの正負の極性が反転しない非反転電圧を電流調整抵抗２３０に出力する。

電流調整抵抗２３０は、オペアンプ２１の反転入力端子（－）に入力される電流の大きさを調整するための抵抗素子である。電流調整抵抗２３０は、例えば一つの抵抗器又は複数の抵抗器により構成される。電流調整抵抗２３０の一端はオペアンプ２３の出力端子に接続され、他端はオペアンプ２１の反転入力端子（－）に接続されている。

オペアンプ２４は、交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて反転電圧又は非反転電圧を生成する第四オペアンプとして機能する。オペアンプ２４は、生成した電圧をオペアンプ２２の入力信号として出力する。

第一実施形態におけるオペアンプ２４は、反転増幅回路２４０を構成する。反転増幅回路２４０は、オペアンプ２４に加えて、反転増幅回路２４０自身の利得を調整するための利得調整抵抗２４１及び利得調整可変抵抗２４２を備える。

利得調整抵抗２４１は、一又は複数の固定抵抗器により構成され、利得調整可変抵抗２４２は、オペアンプ２２の入力信号の振幅を調整可能な可変抵抗素子であり、少なくとも一つの可変抵抗器により構成される。

反転増幅回路２４０において、利得調整抵抗２４１の一端が励磁回路２０の入力端子Ｔ１に接続されている。そしてオペアンプ２４の非反転入力端子（＋）にグランド電位Ｇが接続され、オペアンプ２４の反転入力端子（－）には利得調整抵抗２４１の他端が接続されている。そしてオペアンプ２４の出力端子と反転入力端子（－）との間には、利得調整可変抵抗２４２が接続されている。

そのため、反転増幅回路２４０においてオペアンプ２４は、自己の反転入力端子（－）から交流励磁電圧Ｖｅｘを受け付けると、その交流励磁電圧Ｖｅｘの正負の極性が反転した反転電圧を生成する。より詳細には、オペアンプ２４は、利得調整可変抵抗２４２の抵抗値を利得調整抵抗２４１の抵抗値で除した比率で交流励磁電圧Ｖｅｘの振幅を増幅した反転電圧を生成する。オペアンプ２４は、生成した反転電圧を電流調整抵抗２５０に出力する。

電流調整抵抗２５０は、オペアンプ２２の反転入力端子（－）に入力される電流の大きさを調整するための抵抗素子である。電流調整抵抗２５０は、例えば一つの抵抗器又は複数の抵抗器により構成される。電流調整抵抗２５０の一端はオペアンプ２４の出力端子に接続され、他端はオペアンプ２２の反転入力端子（－）に接続されている。

第一実施形態では電流調整抵抗２３０と電流調整抵抗２５０との両方が固定抵抗器により構成されているが、電流調整抵抗２３０及び電流調整抵抗２５０のうち少なくとも一つが可変抵抗器によって構成されてもよい。

続いて、図１を参照して、電流センサ１００を構成する検出部３０について説明する。

検出部３０は、オペアンプ２１の出力信号とオペアンプ２２の出力信号とに基づいて測定対象物２を流れる電流の大きさを検出する検出回路として機能する。

本実施形態における検出部３０は、励磁回路２０の入力端子Ｔ１に交流励磁電圧Ｖｅｘを供給する。この状態において検出部３０は、励磁回路２０の出力端子Ｔ２から出力される出力電圧Ｖｏ１及び出力端子Ｔ３から出力される出力電圧Ｖｏ２に基づいて測定対象物２を流れる測定対象電流Ｉｏｂの大きさを示す検出信号Ｖｄを生成する。

検出部３０は、信号供給部３１と、加算部３２と、フィルタ３３と、検波部３４とを備える。

信号供給部３１は、所定の周波数ｆを持つ交流励磁電圧Ｖｅｘを生成する。第一実施形態における信号供給部３１は、基本周波数がｆの正弦波又は三角波の交流励磁電圧Ｖｅｘを生成し、生成した交流励磁電圧Ｖｅｘを励磁回路２０の入力端子Ｔ１に供給する。すなわち、信号供給部３１は、励磁回路２０に交流励磁電圧Ｖｅｘを供給する供給回路として機能する。

また、信号供給部３１は、交流励磁電圧Ｖｅｘに同期した信号であって所定の周波数ｆを二倍した周波数を持つ同期信号Ｖｓｙを生成し、生成した同期信号Ｖｓｙを検波部３４に供給する。

加算部３２は、オペアンプ２１の出力信号としての出力電圧Ｖｏ１とオペアンプ２２の出力信号としての出力電圧Ｖｏ２とを加算する。これにより、加算部３２は、励磁コイル１２１に生じる誘起電圧Ｖ１と、励磁コイル１２２に生じる誘起電圧Ｖ２との差分を示す加算信号Ｖａｄｄを生成する。

加算信号Ｖａｄｄは、交流励磁電圧Ｖｅｘと誘起電圧Ｖ１との和電圧（Ｖｅｘ＋Ｖ１）から、交流励磁電圧Ｖｅｘと誘起電圧Ｖ２との和電圧｛－（Ｖｅｘ＋Ｖ２）｝を加算することにより得られる電圧値（Ｖ１－Ｖ２）を示す。

測定対象物２に測定対象電流Ｉｏｂが流れている状態において、測定対象物２の周囲に発生している磁界に起因した磁束Φ０が、励磁コイル１２１及び励磁コイル１２２の双方に同じ向きに発生する。励磁コイル１２１及び励磁コイル１２２の双方に生じる磁束は、上記の磁束Φ０の影響を受けて変化する。

例えば、図１に示す向きに、上記の磁束Φ０、交流磁束Φ１及び交流磁束Φ２が発生しているときには、磁気コア１１１では、交流磁束Φ１と磁束Φ０の向きが逆になることから、内部に発生しているトータルの合成磁束Φａは、次式により表すことができる。
Φａ＝Φ１－Φ０

一方、磁気コア１１２では、交流磁束Φ２と磁束Φ０の向きが同じになることから、内部に発生しているトータルの合成磁束Φｂは、交流磁束Φ１の向きを基準とすると、次式により表すことができる。
Φｂ＝－（Φ２＋Φ０）

このように、磁気コア１１１内の合成磁束Φａ及び磁気コア１１２内の合成磁束Φｂがともに変化することにより、励磁コイル１２１に生じる誘起電圧Ｖ１の振幅、及び励磁コイル１２２に生じる誘起電圧Ｖ２の振幅も変化する。このため、誘起電圧Ｖ１及び誘起電圧Ｖ２の差電圧を示す加算信号Ｖａｄｄ（＝Ｖ１－Ｖ２）は、交流励磁電圧Ｖｅｘの周波数ｆを２倍した検波周波数２ｆの信号成分が測定対象電流Ｉｏｂの振幅によって変調された振幅変調信号となっている。

フィルタ３３は、例えば、通過帯域が上記の検波周波数２ｆを含む狭帯域に規定されたバンドパスフィルタにより構成される。第一実施形態におけるフィルタ３３は、加算部３２からの加算信号Ｖａｄｄに含まれている検波周波数２ｆの信号成分を選択的に通過させる。これにより、誘起電圧Ｖ１と誘起電圧Ｖ２との差電圧の大きさを示す抽出信号Ｖｆを出力する。

抽出信号Ｖｆは、加算信号Ｖａｄｄに含まれている外来ノイズなどに起因した検波周波数２ｆ以外の周波数成分であるノイズ成分が除去されて、主として検波周波数２ｆの信号成分によって構成される。この種のノイズ成分が極めて小さく、ノイズ成分に伴う加算信号Ｖａｄｄへの影響を無視し得る場合は、フィルタ３３を省くことも可能である。

検波部３４は、フィルタ３３から出力された抽出信号Ｖｆを、信号供給部３１から出力された同期信号Ｖｓｙによって同期検波する。これにより、測定対象物２に流れる測定対象電流Ｉｏｂの電流値に比例して電圧値が変化する検出信号Ｖｄを出力する。

以上の構成が電流センサ１００についての説明である。続いて測定装置１を構成する測定部２００について説明する。

測定部２００は、電流センサ１００により検出される検出信号Ｖｄに基づいて測定対象物２の物理量を測定する。測定部２００は、例えば、オシロスコープ又はスペクトルアナライザなどにより構成される。

第一実施形態において測定部２００は、検出信号Ｖｄの電圧値に基づいて測定対象物２を流れる測定対象電流Ｉｏｂの電流値を演算する。測定部２００は、一例として処理部４０及び出力部５０を備える。

処理部４０は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータによって構成される。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processor Unit）などが挙げられる。

第一実施形態における処理部４０は、検波部３４から出力される検出信号Ｖｄの瞬時値を時系列に示す波形データに変換する。そして処理部４０は、変換した波形データに基づいて測定対象電流Ｉｏｂの波形を示す電流波形データを算出してその電流波形データをメモリに記憶する。

処理部４０は、メモリに記憶された電流波形データに基づいて測定対象電流Ｉｏｂの電流値、例えば、振幅、平均値又は実効値などを算出してその電流値をメモリに記憶する。このように、処理部４０は、測定対象電流Ｉｏｂの電流値を測定する。また、処理部４０は、測定対象電流Ｉｏｂの電流値又は電流波形データを示す結果情報を出力部５０に出力する。

出力部５０は、一例として、ＬＣＤなどのディスプレイ装置により構成される。そして出力部５０は、処理部４０から出力された結果情報に基づいて測定対象電流Ｉｏｂの電流値又は波形を表示画面に表示する。

出力部５０は、上記のディスプレイ装置に代えて、種々のインターフェース回路により構成されてもよい。例えば、出力部５０は、メディアインターフェース回路としてリムーバブルメディアに結果情報を記憶させたり、ネットワークインターフェース回路としてネットワーク経由で外部装置に結果情報を伝送させたりする構成を採用することもできる。

次に、第一実施形態における測定装置１の動作について説明する。ここでは、一対の磁気コア１１の各々において、図１に示すように、測定対象電流Ｉｏｂが流れている測定対象物２が挿通されているものとする。

電流センサ１００においては、上述のように、信号供給部３１が、位相調整回路２１０を介してボルテージフォロワ回路２２０を構成するオペアンプ２３の非反転入力端子（＋）に周波数ｆの交流励磁電圧Ｖｅｘを出力する。

これと共に、信号供給部３１は、上記の交流励磁電圧Ｖｅｘを、反転増幅回路２４０を構成するオペアンプ２４の反転入力端子（－）に出力する。さらに信号供給部３１は、検波周波数２ｆの同期信号Ｖｓｙを検波部３４に出力する。

このとき、位相調整回路２１０においては、励磁コイル１２１に供給される励磁電流Ｉ１と、励磁コイル１２２に供給される励磁電流Ｉ２との位相差が、基準値である１８０度となるように交流励磁電圧Ｖｅｘの位相角が調整される。この位相角は、例えば、実験又は試験を通じてあらかじめ定められている。

また、反転増幅回路２４０においては、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との振幅差がゼロとなるように利得調整可変抵抗２４２の抵抗値が調整される。この抵抗値は、例えば、実験又は試験を通じてあらかじめ定められている。

このような状態において、オペアンプ２３は、位相調整回路２１０によって位相角が調整された交流励磁電圧Ｖｅｘの非反転電圧を、電流調整抵抗２３０を介してオペアンプ２１の反転入力端子（－）に出力する。これと共にオペアンプ２４は、信号供給部３１から出力された交流励磁電圧Ｖｅｘの反転電圧を、電流調整抵抗２５０を介してオペアンプ２２の反転入力端子（－）に出力する。

そして、オペアンプ２１は、負帰還動作して出力電圧Ｖｏ１をオペアンプ２３からの非反転電圧に応じて変化させる。これにより、オペアンプ２１は、交流励磁電圧Ｖｅｘの電圧値に応じた電流値の励磁電流Ｉ１を励磁コイル１２１に供給する。

これと共に、オペアンプ２２は、負帰還動作して出力電圧Ｖｏ２をオペアンプ２３からの反転電圧に応じて変化させる。これにより、オペアンプ２２は、交流励磁電圧Ｖｅｘの電圧値に応じた電流値の励磁電流Ｉ２を励磁コイル１２２に対し、磁気コア１１２に生じる交流磁束Φ２の向きが磁気コア１１１に生じる交流磁束Φ１の向きと逆になるように供給する。

このとき、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２の双方の周波数は、交流励磁電圧Ｖｅｘの周波数ｆと同じである。また、上述のように、双方の位相差が第一実施形態の基準値の１８０度となるように、オペアンプ２３に入力される交流励磁電圧Ｖｅｘの位相角が位相調整回路２１０によって調整される。

これに加え、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との振幅差が無くなるように反転増幅回路２４０の利得調整可変抵抗２４２によって、オペアンプ２４から出力される反転電圧の振幅が調整される。

そのため、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２とは振幅がほぼ同一であり、双方の位相が１８０度反転している。このような励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２とが励磁コイル１２１及び励磁コイル１２２に供給されている状態では、上述したように、測定対象物２の測定対象電流Ｉｏｂに起因して各磁気コア１１１，１１２に同じ向きの磁束Φ０が発生する。

上記の磁束Φ０の影響を受けて、磁気コア１１１及び磁気コア１１２内に発生している合成磁束Φａ及び合成磁束Φｂが共に変化することにより、励磁コイル１２１及び励磁コイル１２２の両端に生じる誘起電圧Ｖ１及び誘起電圧Ｖ２の振幅もそれぞれ変化する。

そして加算部３２は、誘起電圧Ｖ１を含む出力電圧Ｖｏ１（＝Ｖｅｘ＋Ｖ１）と、誘起電圧Ｖ２を含む出力電圧Ｖｏ２（＝－（Ｖｅｘ＋Ｖ２））とを互いに加算する。これにより、誘起電圧Ｖ１と誘起電圧Ｖ２との差電圧を示すとともに検波周波数２ｆの信号成分で構成される加算信号Ｖａｄｄ（＝Ｖ１－Ｖ２）が生成される。

続いて、フィルタ３３は、上記の加算信号Ｖａｄｄに含まれているノイズ成分を除去した抽出信号Ｖｆを検波部３４に出力する。そして検波部３４は、抽出信号Ｖｆを同期信号Ｖｓｙで同期検波することにより、測定対象物２に流れる測定対象電流Ｉｏｂの電流値に比例して電圧値が変化する検出信号Ｖｄを出力する。

測定装置１においては、このようにして電流センサ１００から出力される検出信号Ｖｄが処理部４０に入力される。そして処理部４０は、検出信号Ｖｄをその瞬時値を示す波形データに変換し、変換した波形データに基づいて測定対象電流Ｉｏｂの電流波形データを算出してメモリに記憶する。

さらに処理部４０は、メモリに記憶した電流波形データに基づいて測定対象電流Ｉｏｂの電流値を算出してメモリに記憶する。これと共に処理部４０は、算出した測定対象電流Ｉｏｂの電流値及び波形を示す測定結果情報を出力部５０に出力する。

そしてディスプレイ装置で構成された出力部５０は、処理部４０から出力された測定結果情報を表示画面上に表示する。これにより、電流センサ１００を備えた測定装置１による測定対象電流Ｉｏｂの測定が完了する。

次に、本実施形態の励磁回路２０によって生成される励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２について説明する。

図３は、第一実施形態における励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差を説明するためのタイムチャートである。ここでは、励磁回路２０のモデルを作成して理想的な条件でシミュレーションを実施した結果が示されている。

図３には、第一実施形態の励磁回路２０によって生成される励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２とを加算した合成信号（Ｉ１＋Ｉ２）が実線により示されている。これに加え、比較対象として特開２０１８－１７９６８９号公報に開示された回路構成によって各励磁コイルに供給される電流同士を加算した合成信号が破線により示されている。

励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差が基準値の１８０度から離れるほど、合成信号（Ｉ１＋Ｉ２）の振幅が大きくなる。ここでの基準値の１８０度は、交流磁束Φ１と交流磁束Φ２とが完全に相殺される理想状態のときの励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差のことである。また、基準値は、励磁コイル１２１が励磁コイル１２２に対して同じ向きに巻き回されているので１８０度になるが、励磁コイル１２１が励磁コイル１２２に対して逆向きに巻き回されるときは０度になる。

図２に示したボルテージフォロワ回路２２０の前段に配置された位相調整回路２１０により、図３に示すように、比較対象の回路構成に比べて、第一実施形態における合成信号（Ｉ１＋Ｉ２）の振幅が小さくなっている。このように、励磁回路２０に位相調整回路２１０を配置することにより、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差を１８０度に近づけることが可能となる。これにより、励磁ノイズを低減することができる。

次に、第一実施形態による作用効果について説明する。

第一実施形態において励磁回路２０は、測定対象物２の物理量を検出するための一対のフラックスゲート１０を励磁する。この励磁回路２０は、オペアンプ２１（第一オペアンプ）と、オペアンプ２２（第二オペアンプ）と、信号生成回路２０１と、を備える。

そして、オペアンプ２１は、フラックスゲート１０１（第一フラックスゲート）を構成する励磁コイル１２１（第一コイル）に対して第一励磁電流である励磁電流Ｉ１を供給する。オペアンプ２２は、フラックスゲート１０２（第二フラックスゲート）を構成する励磁コイル１２２（第二コイル）に対して第二励磁電流である励磁電流Ｉ２を供給する。このように一対のフラックスゲート１０をそれぞれ一対のオペアンプ２１，２２の帰還経路に配置することにより、応答性の高い検出を実現することができる。

信号生成回路２０１は、オペアンプ２１の入力信号及びオペアンプ２２の入力信号を生成する。信号生成回路２０１は、オペアンプ２３（第三オペアンプ）とオペアンプ２４（第四オペアンプ）とを含む。

そして、オペアンプ２３は、オペアンプ２１の入力信号として、前記一対のフラックスゲートを励磁するための交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて当該交流励磁電圧Ｖｅｘの反転電圧又は非反転電圧を生成する。オペアンプ２４は、オペアンプ２２の入力信号として、交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて当該交流励磁電圧Ｖｅｘの反転電圧又は非反転電圧を生成する。

この構成によれば、一対のフラックスゲート１０１，１０２を励磁する一対の回路であって、オペアンプ２１，２３を有する励磁回路３０１、及びオペアンプ２２，２４を有する励磁回路３０２により構成される一対の励磁回路３０１，３０２同士が独立して動作する。

つまり、一対の励磁回路３０１，３０２は、双方の励磁回路が他方の励磁回路の出力を待ったり、双方の励磁回路が他方の励磁回路の出力信号を用いて負帰還したりしないように構成されている。これにより、各励磁回路は他方の励磁回路の影響による信号の遅れが抑えられるので、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差の基準値からのズレが抑制される。

さらに、上記構成によれば、一対の励磁回路３０１，３０２同士のオペアンプ２１，２３，２２，２４が対称的な構成である。具体的には、励磁回路３０１を構成するオペアンプ２１，２３と、励磁回路３０２を構成するオペアンプ２２，２４と、が対称的に構成されている。

つまり、双方の励磁回路３０１，３０２のオペアンプの個数を合わせ、かつ、双方の違いが反転増幅と非反転増幅の違い、固定抵抗と可変抵抗の違い、又は位相調整回路の有無に抑えられている。このため、励磁回路３００，３０１の双方で励磁電流の遅延に影響を与えるオペアンプが互いに同等の動作、つまりほぼ等しい動作をするので、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差の基準値からのズレが抑制される。これにより、交流励磁電圧Ｖｅｘによって一対のフラックスゲート１０に生じる交流磁束Φ１及び交流磁束Φ２間の差を抑制することができる。

したがって、一対のフラックスゲート１０に生じる交流磁束Φ１及び交流磁束Φ２間の差に起因する励磁ノイズの測定対象物２の信号成分への重畳を抑制することができる。

また、第一実施形態における信号生成回路２０１は、オペアンプ２１の入力信号の位相を調整可能な位相調整回路２１０をさらに含む。そしてオペアンプ２３は、交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて当該交流励磁電圧Ｖｅｘの非反転電圧を生成し、オペアンプ２４は、交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて当該交流励磁電圧Ｖｅｘの反転電圧を生成する。

この構成によれば、非反転電圧を生成するオペアンプ２３と位相調整回路２１０とを組み合わせることにより、信号生成回路２０１の構成を簡素にしつつ、励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差を基準値の１８０度に近づけることができる。また、上記の構成は、反転電圧を生成するオペアンプ２４と位相調整回路２１０とを組み合わせる構成に比べて簡素な構成であるため、励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差を基準値に近づける作業負担を軽減することができる。

また、第一実施形態における位相調整回路２１０は、交流励磁電圧Ｖｅｘを出力する回路として機能する信号供給部３１と、オペアンプ２３の非反転入力端子（＋）との間に接続される。

この構成によれば、位相調整回路２１０は、オペアンプ２３とオペアンプ２１との間に接続される場合に比べてオペアンプ２３とオペアンプ２１との間に流れる電流の影響を受けることがない。それゆえ、位相調整回路２１０の採用に伴うノイズを低減することができる。また、励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差を基準値に近づける調整をする作業を容易に実施できる。

また、第一実施形態において、交流励磁電圧Ｖｅｘの反転電圧を生成するオペアンプ２４における反転入力端子（－）と出力端子との間には、オペアンプ２２の入力電圧の振幅を調整可能な可変抵抗として利得調整可変抵抗２４２が接続される。

この構成によれば、利得調整可変抵抗２４２を用いることにより、信号生成回路２０１の配置に伴う励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の振幅差を低減することができる。

これに加え、励磁回路２０は、励磁電流Ｉ１の生成において励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差を基準値に近づける調整をするとともに励磁電流Ｉ２の生成において励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の振幅同士を近づける調整をする回路構成となるため、その位相差と振幅を独立して調整することが可能となる。これにより、一方の励磁電流Ｉ１又はＩ２の生成において励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差と振幅差とを纏めて小さくして調整を行う構成に比べて、調整に要する作業時間を短縮しつつ作業量を軽減することができる。

第一実施形態における一対のフラックスゲート１０は、測定対象物２の周方向に沿って配置されるとともに、励磁コイル１２１は、励磁コイル１２２に対して同じ向きに巻き回される。そして上述のとおり、オペアンプ２３は、交流励磁電圧Ｖｅｘの非反転電圧をオペアンプ２１の非反転入力端子（－）に供給し、オペアンプ２４は、交流励磁電圧Ｖｅｘの反転電圧をオペアンプ２２の非反転入力端子（－）に供給する。

この構成によれば、電流センサ１００の検出部３０において測定対象物２の測定対象電流Ｉｏｂを示す検出信号Ｖｄを生成するために、オペアンプ２１の出力信号とオペアンプ２２の出力信号とを加算する加算部３２を用いることが可能となる。

加算部３２の回路構成は、オペアンプ２１の出力電圧Ｖｏ１とオペアンプ２２の出力電圧Ｖｏ２との差分を算出する減算回路に比べて簡素な回路構成にすることができる。したがって、電流センサ１００の検出部３０の回路構成を簡素にすることが可能となる。

また、第一実施形態における電流センサ１００は、上記の励磁回路２０と、オペアンプ２１の出力電圧Ｖｏ１とオペアンプ２２の出力電圧Ｖｏ２とに基づいて測定対象物２を流れる測定対象電流Ｉｏｂの大きさを検出する検出回路としての検出部３０と、を含む。

例えば、検出部３０は、オペアンプ２１の出力電圧Ｖｏ１とオペアンプ２２の出力電圧Ｖｏ２との加算信号Ｖａｄｄを、交流励磁電圧Ｖｅｘの周波数ｆを二倍した検波周波数２ｆの同期信号Ｖｓｙで同期検波する。これにより、測定対象電流Ｉｏｂの大きさを示す検出信号Ｖｄを取得することができる。

この構成によれば、励磁回路２０により励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差を基準値に近づけることができるので、検出信号Ｖｄにおける位相差の基準値からのズレに起因する励磁ノイズを低減することができる。

また、第一実施形態における測定装置１は、上記の電流センサ１００と、電流センサ１００により検出される検出信号Ｖｄに基づいて測定対象物２の物理量を測定する測定部２００と、を含む。

この構成によれば、図３の破線で示した比較対象に比べて、検出信号Ｖｄに重畳される励磁ノイズが小さいので、測定対象物２の物理量についての測定精度を向上させることができる。

次に、他の実施形態について説明する。以下では第一実施形態と同じ構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

（第二実施形態）
図４は、第二実施形態における励磁回路２０Ａの回路構成を示す回路図である。励磁回路２０Ａは、図２に示した励磁回路２０に対応し、励磁回路２０に代えて測定装置１の電流センサ１００に備えられる。励磁回路２０Ａは、図２に示した一対の励磁回路３０１，３０２に対応する一対の励磁回路３０１Ａ，３０２Ａを備えている。

第二実施形態の励磁回路２０Ａは、第一実施形態の励磁回路２０に比べてオペアンプ２１及びオペアンプ２２の接続構成が異なる。これに伴って励磁回路２０Ａは、図２に示した励磁回路２０を構成する二つの電流調整抵抗２３０及び電流調整抵抗２５０に代えて一つの電流調整抵抗２６０を備えている。その他の構成については、図２に示した励磁回路２０と同じ構成である。

励磁回路２０Ａにおいては、オペアンプ２３の出力端子がオペアンプ２１の非反転入力端子（＋）に接続されるとともに、オペアンプ２４の出力端子がオペアンプ２２の非反転入力端子（＋）に接続されている。さらに、オペアンプ２１の反転入力端子（－）とオペアンプ２２の反転入力端子（－）との間には電流調整抵抗２６０が接続されている。

電流調整抵抗２６０は、一対の励磁コイル１２の各々に流れる励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２の振幅を調整するための抵抗素子である。電流調整抵抗２６０は、一つの抵抗器又は複数の抵抗器により構成される。

第二実施形態のようにオペアンプ２１及びオペアンプ２２の接続構成を採用することによって、一つの電流調整抵抗２６０を用いるだけで励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２の双方を同一の電流値に設定することができる。

それゆえ、第一実施形態の励磁回路２０に比べて励磁回路２０Ａの構成を簡素にすることができる。また、一つの電流調整抵抗２６０の抵抗値を変更するだけで励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２の双方の電流値を同一の値にしつつ調整することができる。

例えば、第一実施形態の励磁回路２０では電流調整抵抗２３０及び電流調整抵抗２５０として同じ種類の抵抗素子を使用したとしても、個々の抵抗素子のバラツキにより励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の振幅差が生じ得る。これに対し、第二実施形態では励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２の双方の電流値が同一の値となるため、振幅差を発生させることなく双方の電流値を調整することができる。

続いて、第二実施形態による作用効果について説明する。

第二実施形態における励磁回路２０Ａは、第一実施形態と同様、オペアンプ２１とオペアンプ２２と信号生成回路２０１とを備える。信号生成回路２０１は、オペアンプ２３とオペアンプ２４とを備える。これにより、第一実施形態と同様、交流励磁電圧Ｖｅｘによって一対のフラックスゲート１０に生じる磁束間の差を抑制することができる。

また、第二実施形態では、オペアンプ２３及びオペアンプ２４の出力端子につながるインピーダンスが第一実施形態と比べて高くなるため、消費電力を低減することができる。

また、第二実施形態における信号生成回路２０１は、第一実施形態と同様、オペアンプ２１の入力信号の位相を調整可能な位相調整回路２１０をさらに含む。そしてオペアンプ２３は、交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて当該交流励磁電圧Ｖｅｘの非反転電圧を生成し、オペアンプ２４は、交流励磁電圧Ｖｅｘに基づいて当該交流励磁電圧Ｖｅｘの反転電圧を生成する。

さらに、一対のフラックスゲート１０は、測定対象物２の周方向に沿って配置され、その励磁コイル１２１は、励磁コイル１２２に対して同じ向きに巻き回される。そしてオペアンプ２１の非反転入力端子（＋）は、オペアンプ２３の出力端子に接続されるとともに、オペアンプ２２の非反転入力端子（＋）は、オペアンプ２４の出力端子に接続される。オペアンプ２１及びオペアンプ２２の反転入力端子（－）間は、抵抗素子を構成する電流調整抵抗２６０を介して接続される、

この構成によれば、第一実施形態の励磁回路２０に比べて、励磁回路２０Ａの回路構成を簡素にし、かつ、電流調整抵抗２６０の抵抗値を変更することにより容易に励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２を同じ電流値のまま調整することができる。

（第三実施形態）
図５は、第三実施形態における測定装置１Ｂの構成を示す図である。

測定装置１Ｂにおいては、一対の励磁コイル１２Ｂの各々の巻線方向が互いに異なり、かつ、一対の励磁コイル１２Ｂに接続される回路構成が互いに同一である点が、第一実施形態及び第二実施形態とは異なる。

測定装置１Ｂは、第一実施形態における測定装置１の電流センサ１００に代えて電流センサ１００Ｂを備えている。電流センサ１００Ｂは、図２又は図４に示した励磁回路２０又は２０Ａに代えて励磁回路２０Ｂを備えるとともに、図１に示した検出部３０の加算部３２に代えて減算部３２Ｂを備えている。

電流センサ１００Ｂは、図１に示した一対のフラックスゲート１０に代えて一対のフラックスゲート１０Ｂを備えている。一対のフラックスゲート１０Ｂは、図１に示した一対の磁気コア１１と、巻線方向が互いに異なる一対の励磁コイル１２Ｂと、を有する。

一対の励磁コイル１２Ｂは、図１に示した励磁コイル１２１と、励磁コイル１２１に対して巻き数が同じであって巻線方向が逆方向である励磁コイル１２３と、により構成される。

励磁回路２０Ｂは、第一実施形態における位相調整回路２１０及びボルテージフォロワ回路２２０に代えて反転増幅回路２２０Ｂを備えている。他の構成については、図２に示した構成と同一である。励磁回路２０Ｂは、図２に示した一対の励磁回路３０１，３０２に対応する一対の励磁回路３０１Ｂ，３０２Ｂを備えている。

反転増幅回路２２０Ｂは、反転増幅回路２４０と同様の回路構成を有し、図２に示したオペアンプ２３に対応するオペアンプ２３Ｂと、利得調整抵抗２２１と、利得調整抵抗２２２と、を備えている。すなわち、反転増幅回路２２０Ｂは、オペアンプ２３Ｂを含む第一増幅回路を構成し、反転増幅回路２４０は、オペアンプ２４を含む第二増幅回路を構成する。そして反転増幅回路２２０Ｂ及び反転増幅回路２４０は、互いに同じ回路構成を有する。

反転増幅回路２２０Ｂにおいて、その入力端子Ｔ１には利得調整抵抗２２１の一端が接続されている。そしてオペアンプ２３Ｂの非反転入力端子（＋）にグランド電位Ｇが接続され、オペアンプ２３Ｂの反転入力端子（－）には利得調整抵抗２２１の他端が接続されている。また、オペアンプ２３Ｂの出力端子と反転入力端子（－）との間には利得調整抵抗２２２が接続されている。

このように励磁回路２０Ｂにおいては、オペアンプ２１、反転増幅回路２２０Ｂ及び電流調整抵抗２３０を有する第一励磁回路と、オペアンプ２２、反転増幅回路２４０及び電流調整抵抗２５０を有する第二励磁回路と、が対称となる構成である。

したがって、位相調整回路２１０を配置しなくても、一対の励磁コイル１２Ｂの各々に供給される励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差の基準値からのズレを抑えることができる。したがって、励磁回路２０Ｂの製造コスト及びサイズを低減しつつ、励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２の位相差の基準値からのズレを抑制することができる。

第三実施形態における減算部３２Ｂは、オペアンプ２１の出力電圧Ｖｏ１とオペアンプ２２の出力電圧Ｖｏ２との差分を算出する。出力電圧Ｖｏ１は、交流励磁電圧Ｖｅｘと誘起電圧Ｖ１との和（Ｖｅｘ＋Ｖ１）であり、出力電圧Ｖｏ２は、交流励磁電圧Ｖｅｘと誘起電圧Ｖ２との差（Ｖｅｘ－Ｖ２）である。

それゆえ、出力電圧Ｖｏ１と出力電圧Ｖｏ２との差分を示す減算信号Ｖｓｕｂは、次式のように表すことができる。
Ｖｓｕｂ＝Ｖｅｘ＋Ｖ１－（Ｖｅｘ－Ｖ２）＝Ｖ１－Ｖ２

このように、減算信号Ｖｓｕｂは、第一実施形態及び第二実施形態における加算信号Ｖａｄｄと同様、誘起電圧Ｖ１と誘起電圧Ｖ２との差電圧を示す。減算部３２Ｂは、算出した減算信号Ｖｓｕｂを、フィルタ３３を介して検波部３４に出力する。

そして第一実施形態及び第二実施形態と同様、検波部３４は、フィルタ３３から出力された抽出信号Ｖｆを、信号供給部３１から出力された同期信号Ｖｓｙによって同期検波する。これにより、測定対象物２に流れる測定対象電流Ｉｏｂの電流値に比例して電圧値が変化する検出信号Ｖｄを出力する。

図６は、第三実施形態における励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差の基準値からのズレを説明するためのタイムチャートである。ここでは、図５に示した励磁回路２０Ｂのモデルを作成して理想的な条件でシミュレーションを実施した結果が示されている。

図６には、第三実施形態の励磁回路２０Ｂによって生成される励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との差分を示す合成信号（Ｉ１－Ｉ２）が実線により示されている。これに加え、比較対象として第一実施形態の励磁回路２０によって生成される励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との差分を示す合成信号が破線により示されている。励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差が基準値０度から離れるにつれて合成信号の振幅が大きくなる。

図５に示したように、励磁回路２０Ｂにおいては、励磁電流Ｉ１を生成する第一励磁回路と、励磁電流Ｉ２を生成する第二励磁回路と、が互いに同じ回路構成を有する。これにより、図６に示すように、第一実施形態における励磁回路２０に比べて、合成信号（Ｉ１－Ｉ２）の振幅が小さくなっている。

このように励磁回路２０Ｂ内の二つの系統を対称に構成することにより、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２との位相差を０度に近づけることが可能となる。よって、励磁ノイズを低減することができる。

続いて、第三実施形態による作用効果について説明する。

第三実施形態において、一対のフラックスゲート１０Ｂは、測定対象物２の周方向に沿って配置され、励磁コイル１２１は、励磁コイル１２３に対して逆向きに巻き回されている。そして、オペアンプ２１の反転入力端子（－）が電流調整抵抗２３０（第一抵抗素子）を介してオペアンプ２３Ｂ（第三オペアンプ）の出力端子に接続されるとともにオペアンプ２１の非反転入力端子（＋）がグランド電位Ｇに接続される。

さらに、オペアンプ２２の反転入力端子（－）が電流調整抵抗２５０（第二抵抗素子）を介してオペアンプ２４の出力端子に接続されるとともにオペアンプ２２の非反転入力端子（＋）がグランド電位Ｇに接続される。グランド電位Ｇは、電流センサ１００の基準電位である。

この構成によれば、オペアンプ２１及びオペアンプ２３Ｂの接続構成と、オペアンプ２２及びオペアンプ２４Ｂの接続構成と、が互いに対称となり得るため、励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差の基準値からのズレを抑制することができる。これにより、交流励磁電圧Ｖｅｘによって一対のフラックスゲート１０Ｂに生じる交流磁束Φ１及び交流磁束Φ２間の差を抑制することができる。

また、信号生成回路２０１にオペアンプ２３Ｂ及びオペアンプ２４を配置することにより、オペアンプ２１及びオペアンプ２２の各反転入力端子（－）に供給される電流を減少させることができる。それゆえ、電流調整抵抗２３０及び電流調整抵抗２５０での発熱及び電力損失を低減することができる。

また、第三実施形態において、オペアンプ２３Ｂを含む反転増幅回路２２０Ｂ（第一増幅回路）とオペアンプ２４を含む反転増幅回路２４０（第二増幅回路）とは、互いに同じ回路構成を有する。これにより、第一実施形態及び第二実施形態に比べて、励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２間の位相差の基準値からのズレを抑制することができる。

次に、第三実施形態における励磁回路２０Ｂの変形例について図７及び図８を参照して説明する。

図７は、第一変形例における励磁回路２０Ｃの構成を示す回路図である。励磁回路２０Ｃは、図５に示した励磁回路２０Ｂに対応し、一対の励磁回路３０１Ｂ，３０２Ｂに対応する一対の励磁回路３０１Ｃ，３０２Ｃを備えている。

第一変形例における励磁回路２０Ｃは、反転増幅回路２２０Ｂ及び反転増幅回路２４０に代えて、非反転増幅回路２２０Ｃ及び非反転増幅回路２４０Ｃを備えている。

非反転増幅回路２２０Ｃは、オペアンプ２３Ｃと、利得調整抵抗２２３と、利得調整抵抗２２４と、を備えている。非反転増幅回路２４０Ｃは、オペアンプ２４Ｃと、利得調整抵抗２４３と、利得調整可変抵抗２４４と、を備えている。

本変形例において、非反転増幅回路２２０Ｃは、オペアンプ２３Ｃを含む第一増幅回路を構成し、非反転増幅回路２４０Ｃは、オペアンプ２４Ｃを含む第二増幅回路を構成する。そして非反転増幅回路２２０Ｃ及び非反転増幅回路２４０Ｃは、第三実施形態と同様、互いに同じ回路構成を有する。

非反転増幅回路２２０Ｃにおいては、励磁回路２０Ｃの入力端子Ｔ１がオペアンプ２３Ｃの非反転入力端子（＋）に接続され、オペアンプ２３Ｃにおける反転入力端子（－）と出力端子との間に利得調整抵抗２２３が接続されている。さらに、オペアンプ２３Ｃの反転入力端子（－）とグランド電位Ｇとの間に利得調整抵抗２２４が接続されている。

非反転増幅回路２４０Ｃにおいては、励磁回路２０Ｃの入力端子Ｔ１がオペアンプ２４Ｃの非反転入力端子（＋）に接続され、オペアンプ２４Ｃにおける反転入力端子（－）と出力端子との間に利得調整抵抗２４３が接続されている。さらにオペアンプ２４Ｃの反転入力端子（－）とグランド電位Ｇとの間に利得調整可変抵抗２４４が接続されている。

このように、非反転増幅回路２２０Ｃ及び非反転増幅回路２４０Ｃを備える励磁回路２０Ｃであっても、図５に示した励磁回路２０Ｂと同様、交流磁束Φ１及び交流磁束Φ２間の差を抑制することができる。

図８は、第二変形例における励磁回路２０Ｄの構成を示す回路図である。励磁回路２０Ｄは、図５に示した励磁回路２０Ｂに対応し、一対の励磁回路３０１Ｂ，３０２Ｂに対応する一対の励磁回路３０１Ｄ，３０２Ｄを備えている。

第二変形例における励磁回路２０Ｄは、反転増幅回路２２０Ｂ及び反転増幅回路２４０に代えて、ボルテージフォロワ回路２２０Ｄ及びボルテージフォロワ回路２４０Ｄを備えている。

ボルテージフォロワ回路２２０Ｄ及びボルテージフォロワ回路２４０Ｄは、それぞれ、図２に示したオペアンプ２３に対応するオペアンプ２３Ｄと、図２に示したオペアンプ２４に対応するオペアンプ２４Ｄと、を備えている。

本変形例において、ボルテージフォロワ回路２２０Ｄは、オペアンプ２３Ｄを含む第一増幅回路を構成し、ボルテージフォロワ回路２４０Ｄは、オペアンプ２４Ｄを含む第二増幅回路を構成する。そしてボルテージフォロワ回路２２０Ｄ及びボルテージフォロワ回路２４０Ｄは、互いに同じ回路構成を有する。

ボルテージフォロワ回路２２０Ｄにおいては、励磁回路２０Ｄの入力端子Ｔ１がオペアンプ２３Ｄの非反転入力端子（＋）に接続され、オペアンプ２３Ｄにおける反転入力端子（－）と出力端子とが互いに接続されている。

ボルテージフォロワ回路２４０Ｄにおいては、励磁回路２０Ｄの入力端子Ｔ１がオペアンプ２４Ｄの非反転入力端子（＋）に接続され、オペアンプ２４Ｄにおける反転入力端子（－）と出力端子とが互いに接続されている。

（第四実施形態）
次に、第四実施形態における測定装置１を構成する信号供給部３１について図９Ａ及び図９Ｂを参照して説明する。他の構成については、第一実施形態又は第二実施形態と同様の構成であるため、同一符号を付して重複する説明を省略する。

図９Ａは、第四実施形態における信号供給部３１の構成の一例を示す回路図である。第四実施形態における信号供給部３１は、励磁回路２０乃至２０Ｄのうち、一例として励磁回路２０に交流励磁電圧Ｖｅｘを供給する。

信号供給部３１は、発振回路３１１と、ローパスフィルタ３１２と、バンドパスフィルタ３１３と、増幅回路３１４と、を備える。

発振回路３１１は、クロック信号を発生する。発振回路３１１は、発生したクロック信号をローパスフィルタ３１２に出力する。

ローパスフィルタ３１２は、発振回路３１１から出力されたクロック信号の高周波成分を減衰させるとともに低周波成分を通過させる。ローパスフィルタ３１２は、クロック信号に対して低周波成分を通過させるフィルタ処理が施されたＬＰ信号をバンドパスフィルタ３１３に出力する。

バンドパスフィルタ３１３は、ローパスフィルタ３１２から出力されるＬＰ信号の特定の周波数成分を通過させる。バンドパスフィルタ３１３は、ＬＰ信号に対して特定の周波数成分を通過させるフィルタ処理が施された正弦波信号を増幅回路３１４に出力する。

増幅回路３１４は、バンドパスフィルタ３１３から出力される正弦波信号を増幅し、増幅した正弦波信号を交流励磁電圧Ｖｅｘとして励磁回路２０に供給する。

第四実施形態によれば、信号供給部３１にローパスフィルタ３１２を配置することにより、オペアンプ２１乃至２４の各々の入力端子に対する高周波成分の入力を抑制することができる。これにより、高周波成分に対してオペアンプ２１乃至２４が追従しきれない場合には、オペアンプ２１乃至２４の出力信号に生じるスパイク状のノイズを低減することができる。

このように、ローパスフィルタ３１２が設けられていない信号供給部に比べて、入力信号の高周波成分に対するオペアンプ２１乃至２４の追従不足に起因する励磁電流Ｉ１及び励磁電流Ｉ２に含まれるスパイク状のノイズを低減することができる。

図９Ｂは、第四実施形態における信号供給部３１の他の例を示す回路図である。

本例において信号供給部３１は、三角波の交流励磁電圧Ｖｅｘを励磁回路２０に供給する。信号供給部３１は、図９Ａに示したバンドパスフィルタ３１３及び増幅回路３１４に代えて積分増幅回路３１５を備えている。

積分増幅回路３１５は、ローパスフィルタ３１２から出力されるＬＰ信号を積分して増幅する。積分増幅回路３１５は、積分して増幅した三角波信号を交流励磁電圧Ｖｅｘとして励磁回路２０に供給する。

本例においても、信号供給部３１にローパスフィルタ３１２を配置することにより、図９Ａに示した信号供給部３１と同様、オペアンプ２１乃至２４の各々の入力端子に対する高周波成分の入力を抑制することができる。これにより、高周波成分に対してオペアンプ２１乃至２４が追従しきれない場合には、オペアンプ２１乃至２４の出力信号に生じるスパイク状のノイズを低減することができる。

次に、第一実施形態及び第二実施形態における測定装置１の変形例について図１０乃至図１２を参照して説明する。

（第一変形例）
図１０は、第一変形例における測定装置１Ｅの構成を示す図である。

測定装置１Ｅは、図１に示した電流センサ１００に対応する電流センサ１００Ｅを備えており、誘起電圧Ｖ１と誘起電圧Ｖ２との差電圧を検出するための手法が第一実施形態乃至第三実施形態とは異なる。

電流センサ１００Ｅは、図１に示した電流センサ１００の検出部３０に代えて、検出部３０Ｅを備えている。検出部３０Ｅは、図１に示した信号供給部３１、フィルタ３３及び検波部３４と、検出コイル３２１と、増幅部３２２と、を備えている。

検出コイル３２１は、磁気コア１１１及び磁気コア１１２に亘って所定の巻回数で巻回されている。この構成により、検出コイル３２１は、その端子３２１ａと端子３２１ｂとの間に、誘起電圧Ｖ１と誘起電圧Ｖ２との差電圧（Ｖ１－Ｖ２）となる誘起電圧Ｖ３を発生させる。

増幅部３２２は、検出コイル３２１の両端子３２１ａ及び３２１ｂ間の誘起電圧Ｖ３を所定のレベルに増幅する。増幅部３２２は、増幅した信号であって誘起電圧Ｖ１と誘起電圧Ｖ２との差電圧を示す増幅信号Ｖａｐ（＝Ｖ１－Ｖ２）をフィルタ３３に出力する。

上記した実施形態と同様、フィルタ３３は、増幅信号Ｖａｐに含まれている検波周波数２ｆを選択的に通過させることにより、誘起電圧Ｖ１と誘起電圧Ｖ２との差電圧を示す抽出信号Ｖｆを出力する。検波部３４は、抽出信号Ｖｆを、信号供給部３１から出力される同期信号Ｖｓｙで同期検波することにより、測定対象物２に流れる測定対象電流Ｉｏｂの電流値を示す検出信号Ｖｄを出力する。

電流センサ１００Ｅを備えた測定装置１Ｅにおいても、図１に示した測定装置１と同様、励磁コイル１２１に流れる励磁電流Ｉ１と、励磁コイル１２２に流れる励磁電流Ｉ２との間の基準となる位相差１８０度からのズレを小さくすることができる。したがって、検出信号Ｖｄの励磁ノイズを抑制することができる。

なお、本変形例は、第三実施形態における測定装置１Ｂの構成並びに測定装置１Ｂの第一変形例及び第二変形例の構成に対しても適用することができる。

（第二変形例）
上記実施形態における一対の磁気コア１１は、測定対象物２が挿通される状態において測定対象物２に測定対象電流Ｉｏｂが流れることによって測定対象物２の周囲に発生する不図示の磁界内に配設される構成である。しかしながら、このような構成に限定されるものではない。

図１１は、第二変形例における電流センサ１００Ｆの構成を示す図である。

第二変形例の電流センサ１００Ｆにおいて、図１に示した一対のフラックスゲート１０に対応する一対のフラックスゲート１０Ｆとは異なるコア１３が別途設けられている点が上記実施形態とは異なる。

コア１３は、環状に形成され、環状の一部にギャップＧＰが形成されているコアである。一対のフラックスゲート１０Ｆは、コア１３のギャップＧＰ内に配設される。一対のフラックスゲート１０Ｆは、励磁コイル１２４が巻き回された磁気コア１１４と、励磁コイル１２５が巻き回された磁気コア１１５と、により構成される。

本例では磁気コア１１４及び磁気コア１１５の各々は柱状に形成されているが、これに代えて環状に形成されてもよい。また、コア１３に二つのギャップを形成して、磁気コア１１４及び磁気コア１１５を別々のギャップ内に配設する構成であってもよい。

電流センサ１００Ｆにおいては、コア１３に測定対象物２が挿通される。この状態では測定対象電流Ｉｏｂが流れることによって測定対象物２の周囲に発生する不図示の磁界内にコア１３が配設されている。

測定対象物２の周囲に発生する磁界に起因してコア１３内に磁束が生じる。この磁束はギャップＧＰも通過することから、このギャップＧＰ内に配設された磁気コア１１４及び磁気コア１１５にも磁束が生じる。

また、電流センサ１００は、測定対象物２がコア１３に挿通されない形態でも、測定対象電流Ｉｏｂが流れることによって測定対象物２の周囲に発生する不図示の磁界内に磁気コア１１４及び磁気コア１１５が配設される構成となっている。

なお、本変形例ではギャップＧＰ内に磁気コア１１４及び磁気コア１１５が配設されたコア１３に測定対象物２を挿通させる構成以外の構成要素は、上記した実施形態のいずれかの構成要素と同一である。それゆえ、図１１においては、同一の構成要素については図示せず、また説明についても省略する。

このような電流センサ１００Ｆの構成であっても、上記した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、本変形例は、上記実施形態の各構成に対して適用することができる。

（第三変形例）
図１２は、第三変形例における測定装置１Ｇの構成を示す図である。測定装置１Ｇは、ゼロフラックス型の電流センサ１００Ｇを備えている。

電流センサ１００Ｇは、図１に示した電流センサ１００の構成に加えて、一対のメインコア９１，９２と、帰還巻線９３と、駆動部９４と、検出抵抗９５と、増幅部９６とを備えている。

メインコア９１及び９２の各々は、断面凹字形を呈し、かつ平面視形状が同一の環状体にそれぞれ磁性材料を用いて形成されている。この構成により、メインコア９１及び９２の各々は、互いに凹部同士が対向する状態で付き合わされた状態において、不図示の環状の中空部が内部に形成された一つの環状コアに構成されている。また、中空部内には、励磁コイル１２１が巻回された磁気コア１１１と、励磁コイル１２２が巻回された磁気コア１１２とが重ねられた状態で収容されている。

帰還巻線９３は、一対のメインコア９１，９２で構成された環状コアの外周面に巻回されている。駆動部９４は、検波部３４から出力される検出信号Ｖｄに基づいて駆動電流Ｉｄを生成して帰還巻線９３の一端に供給する。

また、駆動部９４は、検波部３４から出力される検出信号Ｖｄの振幅を低下させる（ゼロに近づける）ように、駆動電流Ｉｄの振幅を制御する。これにより、駆動電流Ｉｄが帰還巻線９３を流れることによって一対のメインコア９１，９２で構成される環状コアに発生する磁束で、測定対象物２に測定対象電流Ｉｏｂが流れることによってこの環状コアに発生する磁束が打ち消される。

検出抵抗９５は、帰還巻線９３の他端とグランド電位Ｇとの間に接続され、駆動電流Ｉｄを電圧信号Ｖｄ１に変換する。増幅部９６は、変換した電圧信号Ｖｄ１を電圧信号Ｖｄ２に増幅して処理部４０に出力する。出力される電圧信号Ｖｄ２は、測定対象物２に流れる測定対象電流Ｉｏｂの電流値に比例して電圧値が変化する信号である。

電流センサ１００Ｇであっても、上記した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、電流センサ１００Ｇによれば、一対のメインコア９１，９２で構成される環状コア内に生じる磁束をほぼゼロに維持できることから、電流値の大きな測定対象電流Ｉｏｂについても磁気飽和を回避しつつ測定することが可能となる。

なお、本変形例は、第三実施形態における測定装置１Ｂの構成、並びに測定装置１Ｂの第一変形例及び第二変形例の構成についても適用することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２の電流値を同一にするとともに一対の励磁コイル１２の巻き数を同一にしたが、交流励磁電圧Ｖｅｘによって一対の励磁コイル１２に生じる誘起電圧Ｖ１及び誘起電圧Ｖ２が同一の大きさとなればよく、これに限られるものではない。

例えば、励磁電流Ｉ１と励磁電流Ｉ２の電流値が異なるようにしてもよく、この場合、励磁コイル１２１の巻き数に対する励磁コイル１２２の巻き数の比率は、励磁電流Ｉ１に対する励磁電流Ｉ２の比率の逆数に定められる。

また、位相調整回路２１０をなくしたり、利得調整可変抵抗２４２又は２４４を固定抵抗器から可変抵抗器に置き換えたりしてもよい。

１、１Ｂ、１Ｅ、１Ｇ 測定装置
２ 測定対象物
１００、１００Ｂ、１００Ｅ～１００Ｇ 電流センサ
２００ 測定部
１０ 一対のフラックスゲート
１１ 一対の磁気コア
１０１ フラックスゲート（第一フラックスゲート）
１０２ フラックスゲート（第二フラックスゲート）
１１１ 磁気コア
１１２ 磁気コア
１２１ 励磁コイル（第一コイル）
１２２ 励磁コイル（第二コイル）
２０、２０Ａ～２０Ｄ 励磁回路
２１ オペアンプ（第一オペアンプ）
２２ オペアンプ（第二オペアンプ）
２３、２３Ｂ～２３Ｄ オペアンプ（第三オペアンプ）
２４、２４Ｃ、２４Ｄ オペアンプ（第四オペアンプ）
２１０ 位相調整回路
２２０、２２０Ｄ ボルテージフォロワ回路（第一増幅回路）
２２０Ｂ 反転増幅回路（第一増幅回路）
２２０Ｃ 非反転増幅回路（第一増幅回路） ２３０ 電流調整抵抗（第一抵抗素子）
２４０ 反転増幅回路（第二増幅回路）
２４０Ｃ 非反転増幅回路（第二増幅回路）
２４０Ｄ ボルテージフォロワ回路（第二増幅回路）
２４２ 利得調整可変抵抗（可変抵抗素子）
２５０ 電流調整抵抗（第二抵抗素子）
２６０ 電流調整抵抗（抵抗素子）
３０、３０Ｅ 検出部（検出回路）
３０１，３０２、３０１Ａ～３０１Ｄ，３０２Ａ～３０２Ｄ 一対の励磁回路
３１１ 発振回路
３１２ ローパスフィルタ
Ｉｏｂ 測定対象電流（物理量）
Ｉ１ 励磁電流（第一励磁電流）
Ｉ２ 励磁電流（第二励磁電流）
Ｇ グランド電位（基準電位）

Claims (11)

1. 測定対象物の物理量を検出するための一対のフラックスゲートを励磁する励磁回路であって、
   第一フラックスゲートを構成する第一コイルに対して第一励磁電流を供給する第一オペアンプと、
   第二フラックスゲートを構成する第二コイルに対して第二励磁電流を供給する第二オペアンプと、
   前記第一オペアンプの入力信号及び前記第二オペアンプの入力信号を生成する信号生成回路と、を備え、
   前記信号生成回路は、
   前記第一オペアンプの入力信号として、前記一対のフラックスゲートを励磁するための交流励磁電圧に基づいて反転電圧又は非反転電圧を生成する第三オペアンプと、
   前記第二オペアンプの入力信号として、前記交流励磁電圧に基づいて反転電圧又は非反転電圧を生成する第四オペアンプと、を含む、
   励磁回路。
2. 請求項１に記載の励磁回路であって、
   前記信号生成回路は、前記第一オペアンプの入力信号の位相を調整可能な位相調整回路をさらに含み、
   前記第三オペアンプは、前記交流励磁電圧に基づいて前記非反転電圧を生成し、
   前記第四オペアンプは、前記交流励磁電圧に基づいて前記反転電圧を生成する、
   励磁回路。
3. 請求項２に記載の励磁回路であって、
   前記位相調整回路は、前記交流励磁電圧を出力する回路と前記第三オペアンプの非反転入力端子との間に接続される、
   励磁回路。
4. 請求項２又は請求項３に記載の励磁回路であって、
   前記第四オペアンプにおける反転入力端子と出力端子との間には、前記第二オペアンプの入力信号の振幅を調整可能な可変抵抗素子が接続される、
   励磁回路。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の励磁回路であって、
   前記一対のフラックスゲートは、前記測定対象物の周方向に沿って配置され、
   前記第一コイルは、前記第二コイルに対して同じ向きに巻き回される、
   励磁回路。
6. 請求項５に記載の励磁回路であって、
   前記第一オペアンプの非反転入力端子は、前記第三オペアンプの出力端子に接続され、
   前記第二オペアンプの非反転入力端子は、前記第四オペアンプの出力端子に接続され、
   前記第一オペアンプ及び前記第二オペアンプの反転入力端子間は、抵抗素子を介して接続される、
   励磁回路。
7. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の励磁回路であって、
   前記一対のフラックスゲートは、前記測定対象物の周方向に沿って配置され、
   前記第一コイルは、前記第二コイルに対して逆向きに巻き回され、
   前記第一オペアンプの反転入力端子が第一抵抗素子を介して前記第三オペアンプの出力端子に接続されるとともに前記第一オペアンプの非反転入力端子が基準電位に接続され、
   前記第二オペアンプの反転入力端子が第二抵抗素子を介して前記第四オペアンプの出力端子に接続されるとともに前記第二オペアンプの非反転入力端子が前記基準電位に接続される、
   励磁回路。
8. 請求項７に記載の励磁回路であって、
   前記第三オペアンプを含む第一増幅回路と前記第四オペアンプを含む第二増幅回路とは、互いに同じ回路構成を有する、
   励磁回路。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の励磁回路と、
   前記第一オペアンプの出力信号と前記第二オペアンプの出力信号とに基づいて前記測定対象物を流れる電流の大きさを検出する検出回路と、
   を含む電流センサ。
10. 請求項９に記載の電流センサであって、
    前記励磁回路に前記交流励磁電圧を供給する供給回路をさらに含み、
    前記供給回路は、
    前記交流励磁電圧を生成するためのクロック信号を発生する発振回路と、
    前記発振回路から出力される前記クロック信号の低周波成分を通過させるローパスフィルタと、を有する、
    電流センサ。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の電流センサと、
    前記電流センサにより検出される検出信号に基づいて前記測定対象物の物理量を測定する測定部と、
    を含む測定装置。

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