JP5991634B1 - 磁気検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
パルス電流を通電すると大きな出力電圧を得てセンサの感度を改善することができるが、パルスが通電した瞬間にグランド電極電位(以下、GND電極電位という。) が大きく変動して、回路に大きなノイズが生じる。集積回路(以下、ASICという。)の場合、電子部品を組み合わせたDiscrete型の回路の場合に比べて一層大きな問題となる。つまりワイヤのGND電極とコイルのGND電極など信号処理回路側のGND電極の電位が強く干渉して、その電極電位が揺らぎ、信号処理回路のノイズとなって大きな問題となる。
特許文献1は、ワイヤの磁気インピーダンスの変化を直接測定するインピーダンス測定型MIセンサで、励磁パルス周波数は数十MHzである。二つのMI素子にそれぞれ右巻きと左巻きのバイアス用コイルを取付け、両者の出力を逆極性とし、その間の中点電極をワイヤGND電極とし、両者の出力を差動サンプルホールド回路と差動増幅回路で検出するものである。パルス電流のGND電極の電位は、パルス通電の瞬間に大きなノイズに曝されるが、二つの素子のGND電極電位の差も大きなものとなる。発明者は、このタイプのセンサはASICが開発されたとの事実に接していないが、ASIC回路の場合信号処理後のノイズが著しく大きくなると推定される。
つまり素子のGND電極電位、ホールド回路のGND電極電位および増幅器のGND電極電位のノイズによる変動はすべて除去することができる回路構成を見出した。
また、出力電圧が十分大きい場合には、差動増幅回路の代わりに差動ADC回路としてもよい。
さらに、検出コイル抵抗が100Ω以上と大きな場合には、二つの検出コイル電圧はバッファー回路を介して差動サンプルホールド回路に入力することが望ましい。
ここで、バッファー回路とは、特許公報第5678358号に記載されている回路のことである。
本発明の磁気検出装置1は差動素子11と、差動素子11にパルス電流を供給するパルス発信回路部12、検波タイミング調整回路16、中立点電極114を基準電極とした差動式素子の異符号の二つの出力電圧を保存する差動サンプルホールド回路13、二つのホールド電圧の電位幅を検出する差動増幅回路14および中立点電極の電圧を電源電圧の中位レベルに制御安定化する中点電圧安定回路15からなる集積回路とから構成されている。
132b)を組み合わせた二つのホールド回路を対称に配置した差動サンプルホールド回路13において、中立点電極114の中立点電圧はパルス通電の瞬間に変動するが、差動サンプルホールド回路13の二つの出力電圧差は、差動増幅回路14に入力して両電圧の差、すなわちプラスコイル電極115とマイナスコイル電極116の間の電圧幅を検出することができるので、中立点電圧がパルス通電の瞬間に変動しても、その影響を受けにくいことを確認した。パルス通電の瞬間時の出力電圧変動が5mVから1mV以下になることを確認した。
また、本発明の磁気検出装置を使った電子コンパスにおいては、1Hzにおけるノイズ密度が6nTから3nTへと半減した。
本発明の磁気検出装置2は差動素子11と、差動素子11にパルス電流を供給するパルス発信回路部12、検波タイミング調整回路16と、中立点電極114を基準電極とした差動式素子の異符号の二つの出力電圧を保存する差動サンプルホールド回路13、二つのホールド電圧の電位幅を検出する差動ADC回路24および中立点電極の電圧を電源電圧の中位レベルに制御安定化する中点電圧回路15からなる集積回路とから構成されている。
差動素子11は、磁性ワイヤからなる感磁体110と感磁体の周囲に巻回された検出コイル113aおよび113bと二つのワイヤ電極111および112、二つのコイル電極115および116ならびに一つのコイル中立点電極114との合計5つの電極とからなる。
すなわち、差動素子11は中立点電極114を中心にして二つの検出コイル部113aと113bに分割されていて、それぞれの出力電極115と116と中立点電極114とでコイル電圧は検出される。二つの検出コイル部は外部磁界に対して同等な形で存在し、それらの出力電圧は同じ大きさで異符号となる。
本発明の磁気検出装置は、従来の電子回路を用いたGSRセンサに比べて、センサノイズが、磁気換算したノイズの標準偏差で2mGから0.5mGに低減した。また、1Hzにおけるノイズ密度が6nTから3nTへと半減した。
差動素子11と、差動素子11にパルス電流を供給するパルス発信回路部12、検波タイミング調整回路16、バッファー回路31を介して中立点電極114を基準電極とした差動素子11の異符号の二つの出力電圧を保存する差動サンプルホールド回路13、二つのホールド電圧の電位幅を検出する差動増幅回路32、検出電圧をデジタル変換するADC33および中立点電極の電圧を電源電圧の中位レベルに制御安定化する中点電圧安定回路34からなる集積回路とである。
すなわち、差動素子11は中立点電極114を中心にして二つの検出コイル部113a、113bに分割されていて、それぞれの出力電極115と116と中立点電極114とでコイル電圧は検出される。二つの検出コイル部113a、113bは外部磁界に対して同等な形で存在し、それらの出力電圧は同じ大きさで異符号となる。
本回路において、中立点電圧がパルス通電の瞬間に変動しても、その影響を受けにくいことを確認した。パルス通電の瞬間時の出力電圧変動が5mVから1mV以下になることを確認した。
11:差動素子、110:感磁体、111:ワイヤ入力電極、112:ワイヤGND電極、113a、113b:検出コイル部、114:中立点電極、115:プラスコイル電極、116:マイナスコイル電極
12:パルス発振回路部
13:差動サンプルホールド回路、131a、131b:電子スイッチ、132a、132b:コンデンサ
14:差動増幅回路
15:中点電圧安定回路
16:検波タイミング調整回路
17:VDD電源
18:アースGND、181:パルス回路GND、182:信号処理GND
2:実施例2の回路図(実施例1と異なる符号のみ)
24:差動ADC回路
3:実施例3の回路図(実施例1と異なる符号のみ)
31:バッファー回路
32:差動増幅回路
33:ADC回路
34:中点電圧安定回路
4:従来の回路図
41:素子(シングル素子)、410:感磁体、411:検出コイル
42:パルス発信回路部
43:サンプルホールド回路
44:増幅器
47:VDD電源
48:アースGND
481:パルス回路GND、482:信号処理GND
Claims (3)
- 磁性ワイヤからなる感磁体と前記感磁体の周囲に巻回された検出コイルと二つのワイヤ電極、二つのコイル電極と一つのコイル中立点電極の合計5つの電極とからなる差動素子と、前記感磁体へ供給するパルス電流を発信するパルス発信回路部、検波タイミング調整回路、前記コイル中立点電極を基準電極とする前記差動素子の異符号の二つの出力電圧を保存する差動サンプルホールド回路、二つのホールド電圧の電位幅を検出する差動増幅回路および前記中立点電極の電圧を電源電圧の中位レベルに制御安定化する中点電圧安定回路からなる集積回路とから構成されていることを特徴とする磁気検出装置。
- 磁性ワイヤからなる感磁体と前記感磁体の周囲に巻回された検出コイルと二つのワイヤ電極、二つのコイル電極と一つのコイル中立点電極の合計5つの電極とからなる差動素子と、前記感磁体へ供給するパルス電流を発信するパルス発信回路部、検波タイミング調整回路、前記コイル中立点電極を基準電極とする前記差動素子の異符号の二つの出力電圧を保存する差動サンプルホールド回路、二つのホールド電圧の電位幅を検出する差動ADC回路および前記中立点電極の電圧を電源電圧の中位レベルに制御安定化する中点電圧安定回路からなる集積回路とから構成されていることを特徴とする磁気検出装置。
- 請求項1または請求項2において、前記差動素子と前記差動サンプルホールド回路の間にバッファー回路を設けることを特徴とする磁気検出装置。
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