JP4853045B2 - フラックスゲートセンサの信号処理装置 - Google Patents
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Description
M.H.Acuna著,「Fluxgate magnetometers for outer planets exploration」IEEE Trans. Magn.,Vol.10,pp.519-523,1974 川上誠,硲武史著「小型磁気センサ」住友特殊金属技報,Vol.14,pp.109-112,2003 X.Qianl,X.Lil,Y.P.Xu and j.Fanl著,「Integrated driving and readout circuits for orthogonal fluXgate sensor」IEEE Trans. Magn.,pp.3715-3717,2005 I.Sasada著,「Symmetric response obtained with an orthogonal fluxgate operating in fundamental mode」IEEE Trans. Magn.,Vol.38,pp.3377-3379,2002
本発明は、上記問題点を解決するために、フラックスゲートセンサを利用して構成される装置の規模やコストを低減し、計測の精度や信頼性を向上させるフラックスゲートセンサの信号処理装置を提供することを目的とする。
(ただし、p=1,2,3,…)
但し、信号処理手段の動作タイミングは、調整手段によって、積算手段が生成する信号が最大となるように調整されている。つまり、積算手段及び減算手段は、同期検波に相当する処理を行うようにされている。
また、本発明のフラックスゲートセンサの信号処理装置によれば、同期検波に相当する処理が行われるように、調整手段による動作タイミングの調整が必要となるものの、同相成分をそのまま検出信号の振幅として用いることができるため、直交成分や振幅を求めるための構成を省略することができ、装置構成をより簡易なものとすることができる。
[第1実施形態]
図1は、本発明が適用された第1実施形態の方位センサ1の構成図である。
図1に示すように、方位センサ1は、直交した二つの磁界検出軸を有するフラックスゲートセンサ10と、フラックスゲートセンサ10を駆動すると共に、フラックスゲートセンサ10から出力される検出信号vox,voyを処理する信号処理部20とを備えている。
一方、信号処理部20は、周波数(以下「キャリア周波数」という)fcを有する基準信号CK、基準信号の2分の1の周波数(以下「駆動周波数」という)fdを有する駆動信号DCK、基準信号CKの4倍の周波数(以下「サンプリング周波数」という)fsを有するサンプリング信号SCKを生成する信号生成部21と、信号生成部21にて生成された駆動信号DCKに基づき、駆動周波数fdを有し且つ互いに相補的な波形を有する一対の励磁信号vd1,vd2を生成して、これら励磁信号vd1,vd2を抵抗R1,R2を介して駆動コイル12の両端に印加する駆動部23とを備えている。
Qp =S4p-3−S4p-2−S4p-1+S4p (2)
図1に戻り、積算器33は、基準信号CKに従って、直交検波器31にて生成された同相成分Ip ,直交成分Qp をそれぞれ(3)(4)式に則って加算して行き、基準信号CKに従って動作するN進カウンタ(図示せず)から出力される動作クロックの立上がり(又は立下がり)タイミングで、その加算結果である同相成分積算値IN,P ,直交成分積算値QN,P を振幅演算器35に供給する。
図4(a)は、被計測磁界Hxをパラメータとして、ベクトル(I2,P 、Q2,P )をプロットしたものである。このベクトル軌跡は原点を通る回帰直線L11上に分布しており、その回帰直線L11の傾きから検出信号voxの位相が−π/4であることがわかる。
以上説明したように、本実施形態の方位センサ1において、X軸処理部25及びY軸処理部27では、検出信号vox,voyのA/D変換及び復調を、TAD40を用いて構成された直交検波器31により行っている。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。
なお、本実施形態の方位センサ1aは、第1実施形態の方位センサ1とは、信号処理部20aの構成が一部異なっているだけであるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、構成の相違する部分を中心に説明する。
なお、位相調整器47は、基準信号CK及びサンプリング信号SCKを適宜遅延させることで、TAD40にて生成される平均値S2p-1,S2p、ひいては振幅データAxが最大となるように設定されている。なお、この位相調整器47での位相調整量(遅延量)をφdとする。
また、積算器33aで積算することにより、駆動信号DCKの周波数fdと同じ周波数を有するノイズ成分の影響が除去された同相成分積算値IN,P (即ち、振幅データAx)が得られる。
また、本実施形態の方位センサ1aでは、サンプリング信号SCK及び基準信号CKの位相を調整して、同期検波器31aにて生成される同相成分Ip がそのまま振幅データAx,Ayを表すようにされている。
[他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
Claims (2)
- 予め設定された周波数を有する励磁信号により励磁されたフラックスゲートセンサから出力される、検出すべき磁界の大きさに比例した強度を有し且つ前記励磁信号の2倍の周波数を有する検出信号を処理するフラックスゲートセンサの信号処理装置であって、
前記検出信号の2分の1周期に相当するタイミング毎に、前記検出信号を順次積分若しくは平均化した信号を生成する積算手段と、
前記積算手段にて生成される信号が最大となるように、前記信号処理手段の動作タイミングを調整する調整手段と、
前記積算手段にて生成された信号S1 ,S2 ,S3 ,S4 ,…を、次式に則って減算することにより、前記検出信号の同相成分Ip を該検出信号の振幅として、該検出信号の1周期毎に算出する減算手段と、
Ip =S2p-1−S2p
(ただし、p=1,2,3,…)
を備え、
前記積算手段は、
前記検出信号の信号レベルに応じた遅延時間で入力パルスを遅延させて出力する遅延ユニットが複数段縦続接続され、パルス信号を各遅延ユニットの遅延時間にて順次遅延しながら伝送させるパルス遅延回路と、
前記検出信号の2分の1周期に相当するタイミング毎に、前記パルス遅延回路内で前記パルス信号が通過した遅延ユニットの段数をカウントするカウント手段と、
を備え、該カウント手段によるカウント値を前記積分値又は平均値として求めることを特徴とするフラックスゲートセンサの信号処理装置。 - 前記減算手段にて算出された同相成分Ip を、予め設定された積算回数N(Nは2以上の偶数)だけ積算する第2積算手段を設け、
該第2積算手段での積算値を、前記検出信号の振幅とすることを特徴とする請求項1に記載のフラックスゲートセンサの信号処理装置。
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