JPH0473555B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 磁化可能な棒形状のコア２０と、該コア２０
上に設けられて補助交流磁場を発生するために交
流電流が通されるただ１つの巻線１９とを備えた
少なくとも１つのセンサを有しており、 前記補助交流磁場は、前記コア２０を飽和状態
になるまで交番的に２つの方向の各々で磁化して
被測定磁場とともに測定電圧U_n1を発生し、該測
定電圧U_n1の正および負の半波は、被測定磁場の
関数として互いに偏差し被測定磁場の大きさを表
わすために用いられる形式の、一定の磁場を時間
符号化測定のための磁力計において、 前記測定電圧U_n1はシユミツトトリガスイツチ
２５の入力側へ供給され、該シユミツトトリガス
イツチ２５は、互いに対称な切換閾値と、矩形波
電圧信号U_yである出力とを有しており、該矩形
波電圧信号U_yの衝撃係数は、コア２０において
検出される磁場の尺度であり、 さらに前記補助交流磁場を発生する手段が設け
られており、該手段は、可制御交流電流源１８を
介してコアに配設された巻線１９と接続され交流
電圧U_hを発生する三角波発生器１７を有してお
り、 さらに前記測定電圧U_n1を得るために巻線１９
の出力電圧信号U_nから前記交流電圧U_hを減算
し、前記シユミツトトリガスイツチ２５へ供給す
る前に前記測定電圧U_n1を増幅する手段１８，２
１が設けられており、前記巻線１９の一方の端部
は減算増幅器２１の一方の入力側と接続されてお
り、前記三角波発生器１７の一方の出力側は、前
記減算増幅器２１の他方の入力側と接続されてお
り、前記三角波発生器１７の他方の出力側および
前記巻線１９の他方の出力側は、共通の基準電圧
レベルにおかれており、さらに前記減算増幅器２
１の出力側は、前記シユミツトトリガスイツチ２
５の入力側と接続されていることを特徴とする、
一定の磁場の時間符号化測定のための磁力計。

２ 前記減算増幅器２１の出力側は、前記シユミ
ツトトリガ２５の入力側と接続されており、さら
に該シユミツトトリガ２５の出力側は、出力電圧
U_yの衝撃係数を求める評価回路１２と接続され
ている、請求の範囲第１項記載の磁力計。

３ 被測定磁場の強さおよび方向を求めるため
に、水平に配置され互いに90゜回転変位された２
つのセンサ１５が設けられており、該２つのセン
サのうち一方のセンサは磁場のＸ成分を検出し、
他方のセンサは磁場のＹ成分を検出するようにし
た、請求の範囲第１項記載の磁力計。

従来技術 本発明は、請求範囲第１項の所謂上位概念の記
載の時間符号化磁場測定用磁力計に関する。

***特許明細書第1623577号から、時間符号化
磁力計を用いて惑星磁場を測定することが既に知
られている。磁力計は、磁化可能な棒状のコアも
しくは鉄心とその上に巻装された２つの巻線とを
有するプローブもしくはゾンデを備えている。こ
のうち一方の巻線は、補助交流磁場を発生するの
に用いられる。その場合、該巻線は交流電圧を結
合されて、それによりコアは交番的に飽和状態に
磁化される。他方の巻線からは、被測定磁場を求
めるのに用いられる測定電圧が取出される。測定
電圧はRC素子で微分される。プローブの軸線の
方向に作用する被測定磁場により、微分された測
定電圧の極値が時間的に遷移し、その場合遷移の
大きさが測定磁場の強さの尺度となる。比較器を
用いて、この微分された測定電圧を、磁場の強さ
に対応するデイジタル値に変換することができ
る。しかしながら、この公知の技術には、RC素
子および比較器を用いることにより評価回路が比
較的高価となるという欠点がある。さらに、RC
素子により、評価すべき信号電圧が減衰し、測定
精度がRC素子の温度依存容量により悪影響を受
けるという欠点もある。

本発明の目的は評価回路を簡略化することにあ
る。

発明の利点 請求範囲第１項の所謂特徴部分に記載に構成を
有する本発明の磁力計によれば、測定電圧は、
RC素子による減衰を伴うことなく、閾値スイツ
チにより直接パルス幅変調された矩形信号に変換
され、その場合回路出力端に現れる矩形信号の衝
撃係数と被測定磁場との間には線形関係が存在す
るという利点を有する。別の利点として、閾値ス
イツチを使用することにより、測定電圧が顕著な
極値を有する必要はなく、それによりさらに、プ
ローブのコアの形態および特性に関する要件には
大きな公差が有されることが挙げられる。

請求の範囲従属請求項に記載の構成は、請求の
範囲第１項に記載の構成の有利な発展態様および
改良を可能にするものである。特に、閾値スイツ
チを、互いに対称の切換閾値を有するシユミツト
トリガから構成するのが有利である。補助交番磁
場を発生するためおよびプローブで測定電圧を発
生するために、該コアに配設された唯一つの巻線
を使用すれば特に簡単な構成が実現可能である。
この場合、補助交番磁場を発生するために、３角
波発生器が、該３角波発生器の電圧により制御さ
れる後置接続された電源を介して巻線に接続さ
れ、その場合３角波発生器の１つの端子ならびに
巻線の一方の端は基準電位に結合される。巻線に
誘起される測定電圧を増幅するために、巻線の基
準電圧に結合されていない方の端を減算増幅器の
一方の入力端に接続し、そして３角波発生器の基
準電位に結合されていない方の出力端を該減算増
幅器の他方の入力端に接続する。減算増幅器の出
力端はシユミツトトリガの入力端に接続する。

図 面 本発明の実施例は図面に示してあり、以下詳細
に説明する。図面中、第１図は磁力計を備えた電
子コンパスにより地球磁場を測定することによつ
て走行方向が求められる車輛を示す頂面図、第２
図はプローブもしくはゾンデにより検出される磁
場成分の測定のための磁力計の回路構成を示す回
路略図、そして第３図は第２図に示した回路のい
ろいろな回路点における電圧信号変化を示す信号
波形図である。

実施例の説明 第１図には、自動車輛が頂面図で示されておつ
て参照数字１０で表してある。走行方向を求める
ために、車輛１０には電子コンパスが装備されて
おり、該電子コンパスは磁力計１１と評価回路１
２とから構成されている。磁力計１１は、車輛１
０の屋根の下側でほぼ車輛の中心に配設されてお
つて、ケーブル１３を介し、車輛１０の操従室に
設けられている評価回路１２に接続されている。
コンピユータを備えている評価回路１２は、光学
表示装置１４に接続されており、該表示装置１４
は運転者に対し現在走行方向または必要に応じ、
予め入力されている目標値に達するために取らな
ければならない方向を指示する。磁力計１１は、
車輛１０の縦軸線に対する地球磁場の方向の測定
に用いられる。この目的で、磁力計１１には２つ
の水平位に配置されて互いに90゜変位されている
プローブ（探子）が設けられており、そのうちの
１つが第２図に示してある。

２つのプローブのうちの１つはＸ軸上に位置
し、したがつて車輛１０の縦軸線の方向に位置し
ているが、他方のプローブは該Ｘ軸を横切りＹ軸
の方向に位置している。。地球磁場Heのベクトル
はＸ軸に対して角度を形成する。この角度を求
めるために、磁力計１１の２つのプローブもしく
はゾンデにおいてそれぞれ地球磁場HeのＸ成分
およびＹ成分が測定され、対応の測定値は、評価
回路１２に供給され、該評価回路においてそれ自
体公知の仕方でコンピユータにより角度が算出
され且つまた車輛方向もしくは予め入力されてい
る目標に対する方向から走行方向の偏差を決定す
ることができる。

第２図には、磁力計１１の回路構成が示されて
いる。即ち、Ｙ軸の方向に位置するプローブ１５
を備えた回路部分が詳細に示してあり、以下これ
について詳細に説明する。なお、Ｘ軸の方向に位
置するプローブのための同じ構成の回路部分は、
図示を簡略にするために回路ブロツク１６として
破線で示すに留めた。２つの回路部分は、３角波
電圧発生器１７から給電され、その出力端に、第
３図に示すように500mVの振幅と周波数ｆ＝1k
Hzの補助交番電圧U_hが現れる。３角波発生器１
７の出力端は、電圧制御電源１８の入力端に接続
されており、一方の端子はアース電位に結合され
ている。電源１８の出力端は巻線１９に接続され
ており、該巻線１９は、プローブ１５の高い透磁
率を有する棒状の鉄心２０上に装着されている。
巻線１９はまた、その一端をアース電位に結合さ
れている。巻線１９の他端は、さらに、減算増幅
器２１の正の入力端に接続されており、そして該
減算増幅器２１の負入力端は、３角波発生器１７
のアースに接続されていない方の出力端に接続さ
れている。減算増幅器２１の出力端は、閾値スイ
ツチの入力端に接続されている。該閾値スイツチ
は、互いに対称的な切換閾値を有するシユミツト
トリガ２５から構成されている。該シユミツトト
リガは、演算増幅器２２を備えており、該演算増
幅器の負の入力端は減算増幅器２１の出力端に接
続されており、そして正の入力端は、抵抗器２３
と２４からなる分圧器のタツプに接続されてい
る。なお該抵抗器２３および２４は演算増幅器２
２の出力端とアース電位との間に設けられてい
る。回路ブロツク１６は、Ｘ方向に位置するプロ
ーブ（図示せず）に対し同様に、電圧制御電源１
８、減算増幅器２１およびシユミツトトリガ２５
を対応の回路構成で備えている。この回路装置の
出力端２６および２７は、ケーブル１３を介し評
価回路１２，１４（第１図）に接続される。

次に、磁力計１１の動作態様について、第３図
に示した電圧曲線を用い詳細に説明する。３角波
発生器１７の出力端に現れる補助交流電圧U_hは、
第３図において、時間軸t₁を基準に表されてい
る。この補助電圧は、次のような仕方で電源１８
を制御する。即ち、その出力端に接続されている
巻線１９に対応の３角波形の補助交流電流が流れ
て、磁化可能なプローブ１５の鉄心もしくはコア
２０に補助交番磁場が発生するように制御する。
この補助交番磁場により、コア２０は交番的に、
即ち交互に変わる方向において飽和状態にまで磁
化される。コア２０にはさらに、地球磁場He（第
１図）のＹ軸成分が通るので、２つの磁場はコア
２０内で重畳する。この場合、地球磁場HeのＹ
成分がプローブ１５で測定すべき磁場であり、こ
の磁場はコア２０を１つの方向にだけ通りそれに
よりコア２０を磁化方向において早目に飽和領域
にする。これに対して、反対方向の磁化方向にお
ける飽和は遅れる。被測定磁場および交流で発生
する補助交番磁場は、印加される磁化電流駆動電
圧と共に巻線１９に測定電圧U_nを発生する。こ
の測定電圧は第３図において時間軸t₂を基準に示
されている。そこで、減算増幅器２１により、３
角波発生器１７の補助交流電圧U_hが測定電圧U_n
から減算されて、その結果該減算増幅器２１の出
力端には、時間軸t₃上に示されている増幅された
測定電圧U_n1が現れ、この測定電圧U_n1は全磁場
により巻線１９に誘起された電圧に対応する。巻
線１９における測定電圧U_nもしくは減算増幅器
２１の出力端に現れる増幅された測定電圧U_n1の
正および負の半波は、被測定磁場に依存して互い
に偏差する。この偏差の大きさが、プローブ１５
で測定される磁場の大きさに対する尺度となり、
したがつて地球磁場HeのＹ成分に対する尺度と
なる。正の半波と負の半波との間のこの偏差を検
出するために、減算増幅器２１の出力端に現れる
増幅された測定電圧U_n1はシユミツトトリガ２５
の入力端に印加される。このようにして、出力端
２６に発生される矩形の出力電圧U_y（時間軸t₃に
対して示されている）が評価回路１２（第１図）
に供給され、そこでパルス電圧の衝撃係数、即ち
負の振幅の持続時間T₂に対する正の振幅の持続
期間T₁の比が、地球磁場H_eのＹ成分の大きさに
対する尺度となる。この場合、衝撃係数T₁／
（T₁／T₂）はコンピユータ、好ましくは評価回路
１２に設けられているマイクロコンピユータによ
つて求められてさらに処理されたり或いは記憶さ
れる。

同じような仕方で、回路ブロツク１６におい
て、地球磁場HeのＸ成分が求められて、出力端
２７を介して地球磁場のＸ成分に対応する衝撃係
数を有するパルス幅変調された矩形波電圧の形態
で評価回路１２（第１図）に供給される。求めよ
うとする地球磁場が正確に走行方向にある場合、
即ちＸ軸の方向かまたはそれを横切る方向即ちＹ
軸の方向にある場合には、１つのプローブだけで
磁場が測定される。他方のプローブもしくはゾン
デでは、磁場の成分は零である。したがつて、こ
の後者のプローブにおいては、正確に同じ正およ
び負の半波を有する測定電圧が発生され、したが
つてそれに関連の出力電圧U_yもしくはU_xの衝撃
係数は50％に等しい。

第２図に示した回路を実現するに当つて、３角
波発生器１７として電圧制御電源１８を、そして
減算増幅器２１およびシユミツトトリガ２５とし
て、安定化された直流電圧が供給される演算増幅
器を用いることができる。なお、給電電圧も導体
もしくはケーブル１３を介して供給することがで
きる。また、本発明の範囲内で、磁力計１１の互
いに90゜回転変位された２つのプローブに対して、
唯一つの電圧制御電源１８ならびに減算増幅器２
１および唯一つのシユミツトトリガ２５を設ける
ことができる。その場合には、電源１８の出力な
らびに減算増幅器２１のプラス入力端は固定の時
間間隔で一方のプローブから他方のプローブに切
換しなければならない。同様にまた、減算増幅器
２１の出力を切換により１つの共通のシユミツト
トリガに印加することも可能である。何れの場合
にも、磁力計１１から評価回路１２に対し唯一つ
の信号導体が必要とされるだけであるが、この信
号導体は磁力計１１に同期して切換しなければな
らない。さらに本発明の範囲内で、磁力計１１を
評価回路１２および表示装置１３と共に空間的に
１つの電子コンパスに組立てることが可能であ
る。他方また２つのプローブを車輛の適当な場
所、例えば後部窓の下側に、他の電子系と分離し
て配設することも可能である。また、電子コンパ
スを唯一つのプローブもしくはゾンデ１５で駆動
することもできる。この場合には、地球磁場の方
向、即ちＮ極の方向は、水平位に配置された磁化
可能なコア２０を有するゾンデ１５を、被測定磁
場が最大測定値となるまで回転することにより求
められる。さらに、本発明による磁力計は、測定
中方向および強さが変らない直流または低周波数
の交番磁場である限りにおいて、一般に磁場の測
定に用いることができる。この場合には、矩形電
圧の衝撃係数を決定するためにシユミツトトリガ
２５に後置接続されている評価段および必要に応
じ表示装置を磁力計として一体化することができ
る。

発明の効果 減算増幅器２１において巻線１９の出力電圧信
号U_nから三角波発生器１７の出力交流電圧U_hを
減算するようにした本発明による構成により、障
害となるコイル電圧のオーム成分が測定結果に作
用を及ぼすことなく、地球磁場の影響を評価でき
るという優れた効果が得られる。つまりコイル１
９における誘起電圧は、誘起された電圧と、巻線
１９のオーム抵抗により合成されているが、この
ようなコイルのオーム成分は、評価にとつて障害
となる。したがつて本発明による構成により、巻
線抵抗の電圧降下による歪みを取り除くことがで
き、２つの機能を兼ね備えるただ１つの巻線しか
設けられていない形式のセンサにおいて、障害と
なるコイルのオーム成分が測定結果に作用を及ぼ
すことはない。さらにこの減算により、巻線に誘
起される測定電圧が増幅され大きな差電圧が生じ
るので、たとえ地球磁場による影響が僅かであつ
てもなお、地球磁場測定に十分利用可能な差電圧
を得ることができる。