JPH095084A - Magnetic sensor - Google Patents
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- JPH095084A JPH095084A JP15300495A JP15300495A JPH095084A JP H095084 A JPH095084 A JP H095084A JP 15300495 A JP15300495 A JP 15300495A JP 15300495 A JP15300495 A JP 15300495A JP H095084 A JPH095084 A JP H095084A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、軟磁性材料からなる磁
芯に巻線を施してなるインダクタのインダクタンスの変
化に基づいて外部磁界を検出する磁気センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor for detecting an external magnetic field based on a change in inductance of an inductor formed by winding a magnetic core made of a soft magnetic material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】磁気センサは、外部磁界を検出するセン
サであり、地磁気方位センサや磁気ヘッド等に使用され
ている。このような磁気センサとしては、半導体のホー
ル効果を応用したものや、パーマロイ等の強磁性体の磁
気抵抗効果を応用したもの等が利用されている。しか
し、これらの磁気センサは、感度が著しく低く、例えば
地磁気のような微弱な磁気を検出するためには不十分で
あった。2. Description of the Related Art A magnetic sensor is a sensor for detecting an external magnetic field and is used in a geomagnetic direction sensor, a magnetic head and the like. As such a magnetic sensor, a sensor to which the Hall effect of a semiconductor is applied, a sensor to which a magnetoresistive effect of a ferromagnetic material such as Permalloy is applied, or the like is used. However, these magnetic sensors have remarkably low sensitivity and are insufficient for detecting weak magnetism such as geomagnetism.
【０００３】これに対して、近年、より高感度が期待で
きる磁気センサとして、軟磁性材料の磁気飽和近傍の部
分における透磁率の急変性を利用したもの、すなわち、
いわゆる可飽和リアクトルの原理を応用したものが開発
されている。On the other hand, in recent years, as a magnetic sensor which can be expected to have a higher sensitivity, a sensor using abrupt change of magnetic permeability in a portion near the magnetic saturation of a soft magnetic material, that is,
What applied what is called a saturable reactor principle is developed.
【０００４】この磁気センサは、図９に示すように、軟
磁性材料からなる磁芯１００に巻線１０１を施したオー
プン磁路型のインダクタ１０２に、直流バイアス電流Ｉ
DCを供給するための直流電源１０３を接続して構成され
る。ここで、磁芯１００の透磁率が外部磁界ＨEXT の大
きさによって変化するので、インダクタ１０２のインダ
クタンスは外部磁界ＨEXT の大きさによって変化する。
したがって、インダクタ１０２のインダクタンスを測定
することにより、外部磁界ＨEXT の大きさを検知するこ
とができることとなる。In this magnetic sensor, as shown in FIG. 9, a DC bias current I is applied to an open magnetic circuit type inductor 102 in which a winding 101 is formed on a magnetic core 100 made of a soft magnetic material.
It is configured by connecting a DC power supply 103 for supplying DC . Here, since the magnetic permeability of the magnetic core 100 changes depending on the magnitude of the external magnetic field H EXT , the inductance of the inductor 102 changes depending on the magnitude of the external magnetic field H EXT .
Therefore, by measuring the inductance of the inductor 102, the magnitude of the external magnetic field H EXT can be detected.
【０００５】ところで、このようなインダクタ１０２の
インダクタンスの直流重畳特性は、一般に、図１０に示
すようになる。すなわち、インダクタンスは、直流バイ
アス電流ＩDCを増やすにしたがって、図１０中Ａに示す
ように、磁芯１００の磁気飽和の直前付近から徐々に低
下し始め、その後、図１０中Ｂに示すように傾きが大き
くなり、最終的に、図１０中Ｃに示すように、再び傾斜
が緩くなって飽和状態に達する。参考として、実際に、
インダクタンスの直流重畳特性を測定した例を図１１に
示す。By the way, the DC superposition characteristic of the inductance of the inductor 102 is generally as shown in FIG. That is, as the DC bias current IDC is increased, the inductance gradually starts to decrease from immediately before the magnetic saturation of the magnetic core 100 as shown by A in FIG. 10, and then as shown by B in FIG. The inclination becomes large, and finally, as shown by C in FIG. 10, the inclination becomes gentle again and reaches a saturated state. As a reference,
FIG. 11 shows an example of measuring the DC superposition characteristic of the inductance.
【０００６】これらの図１０及び図１１から分かるよう
に、上述のような磁気センサでは、インダクタンスの変
化が大きくなるように直流バイアス電流ＩDCを流して、
図１０のＢに示した部分を用いて磁界を検出するように
することにより、感度を高めることができる。そこで、
このような磁気センサでは、図９に示したように、直流
電源１０３からインダクタ１０２に直流バイアス電流Ｉ
DCを供給しながら、インダクタ１０２のインダクタンス
を測定することにより、外部磁界ＨEXT の検出を行う。As can be seen from FIGS. 10 and 11, in the magnetic sensor as described above, the DC bias current I DC is caused to flow so that the change of the inductance becomes large,
Sensitivity can be increased by detecting the magnetic field using the portion shown in FIG. 10B. Therefore,
In such a magnetic sensor, as shown in FIG. 9, the DC bias current I is applied from the DC power supply 103 to the inductor 102.
The external magnetic field H EXT is detected by measuring the inductance of the inductor 102 while supplying DC .
【０００７】このような原理に基づく磁気センサを、実
際に外部磁界の大きさを電気的出力として得られるよう
にしたものを図１２に示す。この磁気センサは、軟磁性
材料からなる磁芯１１０に巻線１１１を施したオープン
磁路型のインダクタ１１２と、定電流化用抵抗１１３
と、交流電源１１４と、直流電源１１５とが直列に接続
されるとともに、インダクタ１１２の両端から出力端子
１１６，１１７が導出されて構成される。ここで、イン
ダクタ１１２と一方の出力端子１１６との間には、出力
から直流成分を除去するために、コンデンサ１１８が配
される。FIG. 12 shows a magnetic sensor based on such a principle in which the magnitude of an external magnetic field is actually obtained as an electrical output. In this magnetic sensor, an open magnetic circuit type inductor 112 in which a winding 111 is formed on a magnetic core 110 made of a soft magnetic material, and a constant current conversion resistor 113 are provided.
The AC power supply 114 and the DC power supply 115 are connected in series, and the output terminals 116 and 117 are derived from both ends of the inductor 112. Here, a capacitor 118 is arranged between the inductor 112 and the one output terminal 116 in order to remove a DC component from the output.
【０００８】そして、外部磁界ＨEXT を検出する際に
は、交流電源１１４からの交流電流ＩACと、直流電源１
１５からの直流バイアス電流ＩDCとを重畳した、図１２
の（Ａ）に示すような電流を、インダクタ１１２に流
す。ここで、直流バイアス電流ＩDCは、上述したように
インダクタンスの変化が大きくなるような適当なレベル
とする。このとき、外部磁界ＨEXT の大きさによって、
インダクタ１１２のインダクタンスが変化するので、出
力端子１１６，１１７から出力される出力電圧の波形
は、外部磁界ＨEXT の大きさによって、図１３のａやｂ
に示すように変化する。When detecting the external magnetic field H EXT , the AC current I AC from the AC power supply 114 and the DC power supply 1
By superimposing a DC bias current I DC from 15, 12
An electric current as shown in (A) of FIG. Here, the DC bias current IDC is set to an appropriate level such that the change in inductance becomes large as described above. At this time, depending on the magnitude of the external magnetic field H EXT ,
Since the inductance of the inductor 112 changes, the waveform of the output voltage output from the output terminals 116 and 117 is a or b in FIG. 13 depending on the magnitude of the external magnetic field H EXT .
It changes as shown in.
【０００９】このような磁気センサを用いて、実際に、
外部磁界と出力電圧の関係を、直流バイアス電流ＩDCの
値を変えて測定した例を図１４に示す。ここで、交流電
流ＩACは、３０ｋＨｚ、４ｍＡとし、直流バイアス電流
ＩDCは、図１４中に示す通りとした。この図１４に示し
た例では、のとき、すなわち直流バイアス電流ＩDCが
１２ｍＡのときに、外部磁界の変化量に対する出力電圧
の変化量が大きくなり、最も高感度となることが分か
る。Using such a magnetic sensor,
FIG. 14 shows an example in which the relationship between the external magnetic field and the output voltage was measured by changing the value of the DC bias current I DC . Here, the alternating current I AC was 30 kHz and 4 mA, and the direct current bias current I DC was as shown in FIG. In the example shown in FIG. 14, it can be seen that when, that is, when the DC bias current I DC is 12 mA, the amount of change in the output voltage with respect to the amount of change in the external magnetic field is large and the sensitivity is highest.
【００１０】このように、軟磁性材料からなる磁芯に巻
線を施してなるインダクタのインダクタンスの変化に基
づいて外部磁界を検出する磁気センサでは、割合に高い
感度を得ることが可能である。そして、具体的には、図
１４のに示した例においては、１Ａ／ｍの外部磁界の
変化量に対して、出力電圧は１．３ｍＶ程度の変化量が
得られている。As described above, in the magnetic sensor for detecting the external magnetic field based on the change in the inductance of the inductor formed by winding the magnetic core made of the soft magnetic material, it is possible to obtain a relatively high sensitivity. Then, specifically, in the example shown in FIG. 14, a change amount of about 1.3 mV is obtained for the output voltage with respect to the change amount of the external magnetic field of 1 A / m.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、軟磁性
材料からなる磁芯に巻線を施してなるインダクタのイン
ダクタンスの変化に基づいて外部磁界を検出する磁気セ
ンサでは、割合に高い感度を得ることが可能であるが、
例えば地磁気のような微弱な磁気を検出するためには、
未だ感度が不十分である。したがって、より微弱な磁界
を検出できるように、さらに高感度化することが望まれ
ている。As described above, a magnetic sensor for detecting an external magnetic field based on a change in the inductance of an inductor formed by winding a magnetic core made of a soft magnetic material has a relatively high sensitivity. It is possible to get
For example, to detect weak magnetism such as geomagnetism,
The sensitivity is still insufficient. Therefore, it is desired to further increase the sensitivity so that a weaker magnetic field can be detected.
【００１２】また、図１４に示した測定結果の例からも
分かるように、この磁気センサでは、外部磁界と出力電
圧の関係について、直線性があまり良くなく、測定精度
の向上の妨げとなってしまっている。したがって、この
ような磁気センサにおいては、より高精度に磁界を検出
できるように、外部磁界と出力電圧の関係について、直
線性を良くすることも望まれている。Further, as can be seen from the example of the measurement result shown in FIG. 14, in this magnetic sensor, the linearity of the relationship between the external magnetic field and the output voltage is not so good, which hinders the improvement of the measurement accuracy. It's closed. Therefore, in such a magnetic sensor, it is also desired to improve the linearity of the relationship between the external magnetic field and the output voltage so that the magnetic field can be detected with higher accuracy.
【００１３】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、高感度且つ高精度に磁界
を検出することが可能な磁気センサを提供することを目
的としている。Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and an object thereof is to provide a magnetic sensor capable of detecting a magnetic field with high sensitivity and high accuracy.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る磁気センサは、軟磁性材料
からなる磁芯に巻線を施してなるインダクタのインダク
タンスの変化に基づいて外部磁界を検出する磁気センサ
であって、上記インダクタに接続されたパルス電流発振
器を備え、上記パルス電流発振器から、上記インダクタ
にパルス状の励磁電流を流すことを特徴とするものであ
る。A magnetic sensor according to the present invention completed to achieve the above object is based on a change in the inductance of an inductor formed by winding a magnetic core made of a soft magnetic material. A magnetic sensor for detecting an external magnetic field, comprising a pulse current oscillator connected to the inductor, wherein a pulsed exciting current is flowed from the pulse current oscillator to the inductor.
【００１５】ここで、励磁電流のパルス幅は、パルス周
期の５０％以下であることが好ましい。また、磁芯は、
コバルト系アモルファスからなることが好ましい。The pulse width of the exciting current is preferably 50% or less of the pulse period. The magnetic core is
It is preferably made of cobalt-based amorphous.
【００１６】また、上記パルス電流発振器としては、例
えば、方形波発振器と、ベースが上記方形波発振器と接
続され、エミッタがコンデンサと接続されたトランジス
タとを備え、上記トランジスタのコレクタから上記イン
ダクタに対してパルス状の励磁電流を供給するものが挙
げられる。ここで、パルス電流発振器は、上記トランジ
スタのベースに接続された電源を備え、上記電源からバ
イアス電流を供給することにより、励磁電流のパルス幅
を制御するものであってもよい。The pulse current oscillator may include, for example, a square wave oscillator, a transistor having a base connected to the square wave oscillator, and an emitter connected to a capacitor, and a collector of the transistor to the inductor. And a pulsed exciting current is supplied. Here, the pulse current oscillator may include a power supply connected to the base of the transistor, and may supply a bias current from the power supply to control the pulse width of the exciting current.
【００１７】[0017]
【作用】本発明に係る磁気センサでは、パルス電流発振
器から、軟磁性材料からなる磁芯に巻線を施してなるイ
ンダクタに、パルス状の励磁電流を流して、このインダ
クタのインダクタンスの変化を検出する。そして、この
インダクタンスの変化に基づいて外部磁界を検出する。In the magnetic sensor according to the present invention, a pulsed exciting current is passed from the pulse current oscillator to the inductor formed by winding the magnetic core made of a soft magnetic material to detect a change in the inductance of the inductor. To do. Then, the external magnetic field is detected based on the change in the inductance.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発
明は以下の実施例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で、構成、形状、材質等を任意に
変更することが可能であることは言うまでもない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Needless to say, the present invention is not limited to the following embodiments, and the configuration, shape, material and the like can be arbitrarily changed without departing from the scope of the present invention.
【００１９】まず、図１に、本発明を適用した磁気セン
サの基本的な回路を示す。図１に示すように、この磁気
センサは、コバルト系アモルファス等の軟磁性材料から
なる磁芯１に巻線２を施したオープン磁路型のインダク
タ３に、パルス電流発振器４が接続されるとともに、イ
ンダクタ３の両端から出力端子５，６が導出されて構成
される。ここで、インダクタ３と一方の出力端子５との
間には、出力から直流成分を除去するために、コンデン
サ７が配される。First, FIG. 1 shows a basic circuit of a magnetic sensor to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, in this magnetic sensor, a pulse current oscillator 4 is connected to an open magnetic path type inductor 3 in which a winding 2 is formed on a magnetic core 1 made of a soft magnetic material such as cobalt-based amorphous material. The output terminals 5 and 6 are derived from both ends of the inductor 3. Here, a capacitor 7 is arranged between the inductor 3 and the one output terminal 5 in order to remove a DC component from the output.
【００２０】そして、磁界を検出する際には、磁芯１が
磁気飽和の直前となるように、パルス電流発振器４から
インダクタ３に、図１中（Ａ）で示すように、１μｓ程
度のパルス幅のパルス電流を励磁電流Ｉｐとして流す。
なお、ここで、励磁電流Ｉｐのパルス幅は、パルス周期
の５０％以下であることが好ましい。そして、このと
き、出力端子５，６から出力される出力電圧の波形は、
図２に示すようになる。そして、実験によると、この出
力電圧は、外部磁界ＨEXT によって著しく変調を受ける
ため、このような出力電圧に基づいて外部磁界を検出す
る、本発明の磁気センサでは、従来の磁気センサに比べ
て１０倍以上の検出感度が得られる。When detecting the magnetic field, a pulse of about 1 μs is supplied from the pulse current oscillator 4 to the inductor 3 so that the magnetic core 1 is just before magnetic saturation, as shown in FIG. A pulse current having a width is passed as the exciting current Ip.
The pulse width of the exciting current Ip is preferably 50% or less of the pulse period. At this time, the waveform of the output voltage output from the output terminals 5 and 6 is
As shown in FIG. According to experiments, the output voltage is remarkably modulated by the external magnetic field H EXT . Therefore, the magnetic sensor of the present invention, which detects the external magnetic field based on such output voltage, is higher than the conventional magnetic sensor. A detection sensitivity of 10 times or more can be obtained.
【００２１】このような磁気センサでは、先鋭なパルス
状の電流で励磁するため、磁芯が磁気飽和の直前となる
まで励磁するにも関わらず、直流入力としては極めて僅
かな電流で済む。したがって、省電力化が可能であり、
特に電池を電源とするようなときに、非常に好適であ
る。Since such a magnetic sensor excites with a sharp pulsed current, it requires only a very small current as a DC input although it excites until the magnetic core is just before magnetic saturation. Therefore, power saving is possible,
It is very suitable especially when a battery is used as a power source.
【００２２】つぎに、このような原理に基づく磁気セン
サについて、より具体的な例を詳細に説明する。Next, a more specific example of the magnetic sensor based on such a principle will be described in detail.
【００２３】この磁気センサは、図３に示すように、マ
ルチバイブレータ等のような方形波発振器１０と、ＮＰ
Ｎ型のトランジスタＴｒと、軟磁性材料からなる磁芯１
１に巻線１２を施したオープン磁路型のインダクタ１３
と、３つの出力端子１４，１５，１６とを備えている。As shown in FIG. 3, this magnetic sensor includes a square wave oscillator 10 such as a multivibrator and an NP.
N-type transistor Tr and magnetic core 1 made of a soft magnetic material
Open magnetic circuit type inductor 13 in which winding 12 is applied to 1
And three output terminals 14, 15 and 16.
【００２４】上記トランジスタＴｒのベースは、直流成
分を除去するためのコンデンサＣ１と、主として励磁電
流のピーク値を制御するための可変抵抗器ＶＲと、直流
成分を除去するためのコンデンサＣ２とを介して方形波
発振器１０と接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介してイ
ンダクタ１３の一端と接続され、さらに、抵抗Ｒ２を介
して接地されている。ここで、インダクタ１３の一端
は、さらに、直流バイアス電流を供給するための電源Ｂ
と接続されるとともに、交流成分を短絡するためのバイ
パス用のコンデンサＣ３を介して接地されている。な
お、上記抵抗Ｒ１，Ｒ２は、直流バイアス制御用の抵抗
であり、入力される方形波のスライスレベルを変化させ
て励磁電流のパルス幅を制御するために、トランジスタ
Ｔｒのベースに所定の直流バイアス電流が流れるように
するためのものである。The base of the transistor Tr is provided with a capacitor C1 for removing a DC component, a variable resistor VR mainly for controlling the peak value of the exciting current, and a capacitor C2 for removing a DC component. Is connected to one end of the inductor 13 via a resistor R1 and is also grounded via a resistor R2. Here, one end of the inductor 13 is further connected to a power supply B for supplying a DC bias current.
And is grounded via a bypass capacitor C3 for short-circuiting the AC component. The resistors R1 and R2 are resistors for controlling a DC bias, and a predetermined DC bias is applied to the base of the transistor Tr in order to control the pulse width of the exciting current by changing the slice level of the input square wave. This is for allowing an electric current to flow.
【００２５】また、トランジスタＴｒのエミッタは、並
列に配されたコンデンサＣ４及び抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒｓ
とを介して、接地されている。ここで、抵抗Ｒｓは、励
磁電流をオシロスコープ等でモニターできるようにする
ための抵抗であり、回路に影響を与えないように、回路
のインピーダンスに対して、充分に小さい値の抵抗値と
される。The emitter of the transistor Tr has a capacitor C4 and a resistor R3, which are arranged in parallel, and a resistor Rs.
It is grounded via and. Here, the resistance Rs is a resistance for allowing the exciting current to be monitored by an oscilloscope or the like, and is set to a resistance value sufficiently small with respect to the impedance of the circuit so as not to affect the circuit. .
【００２６】また、トランジスタＴｒのコレクタは、イ
ンダクタンスの他端に接続されるとともに、出力端子１
４，１５，１６と接続されている。ここで、出力端子１
４は、直流成分を除去するためのコンデンサＣ５と、正
側のパルス電流のみを通過するダイオードＤａと、抵抗
Ｒａとを介してトランジスタＴｒのコレクタと接続され
ており、出力端子１６は、上記コンデンサＣ５と、負側
のパルス電流のみを通過するダイオードＤｂと、抵抗Ｒ
ｂとを介してトランジスタＴｒのコレクタと接続されて
いる。また、出力端子１５は、コンデンサＣａを介して
出力端子１４と接続されるとともに、コンデンサＣｂを
介して出力端子１６と接続されている。The collector of the transistor Tr is connected to the other end of the inductance and the output terminal 1
It is connected to 4, 15, and 16. Where output terminal 1
Reference numeral 4 is connected to the collector of the transistor Tr via a capacitor C5 for removing a DC component, a diode Da that passes only the positive side pulse current, and a resistor Ra, and the output terminal 16 is connected to the capacitor C5, diode Db that passes only the negative side pulse current, and resistor R
It is connected to the collector of the transistor Tr via b. The output terminal 15 is connected to the output terminal 14 via the capacitor Ca and is also connected to the output terminal 16 via the capacitor Cb.
【００２７】以上のような磁気センサでは、方形波発振
器から図４（Ａ）に示すような方形波がトランジスタＴ
ｒのベースに入力される。ここで、図４（Ａ）は、図３
中の端子ＴＰ１における出力波形である。そして、この
方形波は、トランジスタＴｒを導通し、コンデンサＣ４
を、方形波の立ち上がり時間ｔの期間だけ充電する。し
たがって、図３中の端子ＴＰ２における出力波形は、図
４（Ｂ）に示すようになる。その結果、インダクタ１３
には、図４（Ｃ）に示すようなパルス状の励磁電流が流
れ、図４（Ｄ）に示すような波形の電圧が誘起される。
ここで、図４（Ｃ）は、図３中の端子ＴＰ３における出
力波形であり、図４（Ｄ）は、図３中の端子ＴＰ４にお
ける出力波形である。In the magnetic sensor as described above, a square wave as shown in FIG.
Input to the base of r. Here, FIG. 4A corresponds to FIG.
It is the output waveform at the middle terminal TP1. Then, this square wave causes the transistor Tr to conduct, and the capacitor C4
Are charged only during the rising time t of the square wave. Therefore, the output waveform at the terminal TP2 in FIG. 3 is as shown in FIG. As a result, the inductor 13
4C, a pulsed excitation current as shown in FIG. 4C flows, and a voltage having a waveform as shown in FIG. 4D is induced.
Here, FIG. 4C is an output waveform at the terminal TP3 in FIG. 3, and FIG. 4D is an output waveform at the terminal TP4 in FIG.
【００２８】このとき、インダクタ１３に誘起される電
圧は、上述したように、外部磁界ＨEXT の大きさに依存
しており、その波形は外部磁界ＨEXT によって著しく変
調を受ける。At this time, the voltage induced in the inductor 13 depends on the magnitude of the external magnetic field H EXT as described above, and its waveform is significantly modulated by the external magnetic field H EXT .
【００２９】そして、図４（Ｄ）に示した電圧、すなわ
ち正及び負のパルスを有する電圧にうち、正側のパルス
が出力端子１４と出力端子１５の間における直流電圧と
して出力され、負側のパルスが出力端子１５と出力端子
１６の間における直流電圧として出力される。すなわ
ち、正及び負のパルスを有する電圧にうち、正側のパル
スのみがダイオードＤａを通過し、この正側のパルスが
抵抗ＲａとコンデンサＣａによって積分されて、出力端
子１４と出力端子１５の間に、図４（Ｅ）に示すような
直流電圧として出力され、負側のパルスのみがダイオー
ドＤｂを通過し、この負側のパルスが抵抗Ｒａとコンデ
ンサＣａによって積分されて、出力端子１５と出力端子
１６の間に、図４（Ｆ）に示すような直流電圧として出
力される。Then, of the voltages shown in FIG. 4D, ie, the voltages having positive and negative pulses, the positive pulse is output as a DC voltage between the output terminals 14 and 15, and the negative side is output. Pulse is output as a DC voltage between the output terminals 15 and 16. That is, of the voltages having the positive and negative pulses, only the positive pulse passes through the diode Da, the positive pulse is integrated by the resistor Ra and the capacitor Ca, and the positive terminal pulse is output between the output terminal 14 and the output terminal 15. Is output as a DC voltage as shown in FIG. 4 (E), only the negative pulse passes through the diode Db, the negative pulse is integrated by the resistor Ra and the capacitor Ca, and the output terminal 15 and the output are output. A DC voltage as shown in FIG. 4 (F) is output between the terminals 16.
【００３０】ここで、出力端子１４と出力端子１５の間
の直流電圧出力と、出力端子１５と出力端子１６の間の
直流電圧出力とは、図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）に示すよ
うに、符号が反対であり、大きさがほぼ同じとなる。し
たがって、差動加算することにより、容易且つ有効に利
用することができる。そして、この磁気センサでは、出
力端子１４と出力端子１５の間の直流電圧出力と、出力
端子１５と出力端子１６の間の直流電圧出力とを差動加
算した結果を検出出力電圧とし、この検出出力電圧によ
って外部磁界の大きさを検知する。Here, the DC voltage output between the output terminals 14 and 15 and the DC voltage output between the output terminals 15 and 16 are shown in FIGS. 4 (E) and 4 (F). Thus, the signs are opposite and the sizes are almost the same. Therefore, the differential addition can be used easily and effectively. In this magnetic sensor, the detection output voltage is the result of the differential addition of the DC voltage output between the output terminals 14 and 15 and the DC voltage output between the output terminals 15 and 16. The magnitude of the external magnetic field is detected by the output voltage.
【００３１】このような磁気センサでは、後述の実験結
果から明らかなように、高い検出感度が得られる。ま
た、この磁気センサは、高い検出感度が得られるため、
出力を増幅するような回路等が不要であり、回路構成を
シンプルなものとすることができ、低価格化が可能であ
る。With such a magnetic sensor, high detection sensitivity can be obtained as will be apparent from the experimental results described later. Moreover, since this magnetic sensor can obtain high detection sensitivity,
A circuit for amplifying the output is not required, the circuit configuration can be simplified, and the cost can be reduced.
【００３２】以上のような磁気センサにおいては、励磁
電流のピーク値、パルス幅、周期等や、インダクタの構
造、すなわちインダクタの磁芯の材質や形状等が、外部
磁界を検出する際の性能に大きく影響を与える。そこ
で、これらを変えたときに、磁気センサの検出感度等が
どのように変化するかを、上述のような回路構成の磁気
センサを用いて、実際に実験を行った結果について説明
する。なお、以下の説明において、検出感度は、外部磁
界の変化量に対する検出出力電圧の変化量としている。In the magnetic sensor as described above, the peak value, pulse width, period, etc. of the exciting current and the structure of the inductor, that is, the material and shape of the magnetic core of the inductor, influence the performance in detecting the external magnetic field. Have a great impact. Therefore, how the detection sensitivity and the like of the magnetic sensor change when these are changed will be described as a result of an actual experiment using the magnetic sensor having the above circuit configuration. In the following description, the detection sensitivity is the amount of change in the detected output voltage with respect to the amount of change in the external magnetic field.
【００３３】まず、図５に、励磁電流のピーク値と検出
感度の関係について測定した結果を示す。この図５に示
すように、検出感度にはピークが存在しており、励磁電
流のピーク値がある値のときに、検出感度は最大とな
る。ここで、検出感度が最大になるときの励磁電流のピ
ーク値は、インダクタの磁芯が磁気飽和する直前のレベ
ルであると考えられる。First, FIG. 5 shows the results of measurement of the relationship between the peak value of the exciting current and the detection sensitivity. As shown in FIG. 5, there is a peak in the detection sensitivity, and the detection sensitivity becomes the maximum when the peak value of the exciting current has a certain value. Here, the peak value of the exciting current when the detection sensitivity is maximized is considered to be the level immediately before the magnetic core of the inductor is magnetically saturated.
【００３４】つぎに、図６に、外部磁界と検出出力電圧
の関係を、励磁電流のパルス幅Ｐｗを変えて測定した結
果を示す。ここで、励磁電流のパルス幅は、いわゆる半
値幅の値としており、各励磁電流のパルス幅Ｐｗは、図
６中に示す通りである。また、図６において、各曲線の
傾きは検出感度に相当している。Next, FIG. 6 shows the results of measuring the relationship between the external magnetic field and the detected output voltage by changing the pulse width Pw of the exciting current. Here, the pulse width of the exciting current is a so-called half-value width, and the pulse width Pw of each exciting current is as shown in FIG. Further, in FIG. 6, the slope of each curve corresponds to the detection sensitivity.
【００３５】図６から明らかなように、本実施例の磁気
センサでは、いずれのパルス幅Ｐｗのときにおいても、
前述の図１４に示したような従来の磁気センサの場合に
比べて、検出感度が高くなっているとともに、外部磁界
と検出出力電圧との関係の直線性が非常に良くなってい
る。したがって、本実施例の磁気センサでは、高感度且
つ高精度に磁界を検出することが可能である。As is apparent from FIG. 6, in the magnetic sensor of this embodiment, at any pulse width Pw,
Compared with the case of the conventional magnetic sensor as shown in FIG. 14 described above, the detection sensitivity is higher and the linearity of the relationship between the external magnetic field and the detection output voltage is very good. Therefore, the magnetic sensor of the present embodiment can detect a magnetic field with high sensitivity and high accuracy.
【００３６】ただし、この図６から分かるように、外部
磁界と検出出力電圧の関係は励磁電流のパルス幅に依存
しており、励磁電流のパルス幅によって、その直線性や
検出感度が変化している。そして、この例では、励磁電
流のパルス幅が、０．４５μｓのときに、最も感度が高
く、直線性も比較的に良くなっており、最適であること
が分かる。However, as can be seen from FIG. 6, the relationship between the external magnetic field and the detected output voltage depends on the pulse width of the exciting current, and the linearity and the detection sensitivity change depending on the pulse width of the exciting current. There is. Then, in this example, when the pulse width of the exciting current is 0.45 μs, the sensitivity is highest and the linearity is relatively good, and it can be seen that it is optimum.
【００３７】つぎに、図７に、励磁電流のパルス幅と検
出感度の関係を、励磁電流の周期を変えて測定した結果
を示す。ここで、各励磁電流の周期は、図７中に示す通
りである。このように、励磁電流の周期は、検出感度に
大きく影響を及ぼしている。そして、この例では、周期
が短い方が検出感度が高くなっており、比較的にパルス
幅が狭い領域に検出感度が最大となるポイントがある。
なお、この例では、励磁電流の周期が短いほど検出感度
が高くなっているが、磁芯の形状や材質等によっては、
ある周期で検出感度のピークを持つ場合もあるので、常
に周期が小さい方が検出感度が高くなるとは限らない。Next, FIG. 7 shows the results of measurement of the relationship between the pulse width of the exciting current and the detection sensitivity by changing the period of the exciting current. Here, the cycle of each exciting current is as shown in FIG. As described above, the cycle of the exciting current greatly affects the detection sensitivity. In this example, the shorter the cycle, the higher the detection sensitivity, and there is a point where the detection sensitivity becomes maximum in a region where the pulse width is relatively narrow.
In this example, the shorter the cycle of the exciting current, the higher the detection sensitivity, but depending on the shape and material of the magnetic core,
Since the detection sensitivity may have a peak at a certain cycle, the detection sensitivity does not always become higher when the cycle is shorter.
【００３８】つぎに、図８に、励磁電流のパルス幅と検
出感度の関係を、磁芯の形状や材質を変えて測定した結
果を示す。ここで、励磁電流のピーク値及び周期は一定
としている。そして、図８中のととでは、磁芯の形
状は同一で、その材質が僅かに異なっており、図８中の
ととでは、磁芯の材質は同一で、その形状が異なっ
ており、の磁芯の幅に対して、の磁芯の幅が約２倍
とされている。この図８から、パルス幅の最適ポイント
や、磁界の検出特性は、磁芯の材質や形状によって変化
することが分かる。Next, FIG. 8 shows the results of measurement of the relationship between the pulse width of the exciting current and the detection sensitivity by changing the shape and material of the magnetic core. Here, the peak value and period of the exciting current are constant. Then, and in FIG. 8 have the same shape of the magnetic core, and the material thereof is slightly different. In and of FIG. 8, the material of the magnetic core is the same and the shape thereof is different, The width of the magnetic core is about twice the width of the magnetic core of. From FIG. 8, it can be seen that the optimum point of the pulse width and the magnetic field detection characteristics change depending on the material and shape of the magnetic core.
【００３９】以上の実験結果から、本実施例の磁気セン
サの検出感度は、励磁電流のピーク値、パルス幅、周期
等や、インダクタの磁芯の材質や形状等に大きく影響を
受けるが、これらを適切に選択することにより、非常に
高い検出感度が得られることが分かる。具体的には、本
実施例の磁気センサでは、外部磁界の変化量１Ａ／ｍに
対して、検出出力電圧として２０ｍＶ程度の変化量、す
なわち、約１６００ｍＶ／Ｏｅの検出感度を得ることが
可能である。したがって、この磁気センサでは、地球磁
界のような微弱な磁界であって、高精度に検出すること
ができる。From the above experimental results, the detection sensitivity of the magnetic sensor of this embodiment is greatly influenced by the peak value of the exciting current, the pulse width, the period, etc., and the material and shape of the magnetic core of the inductor. It can be seen that a very high detection sensitivity can be obtained by properly selecting. Specifically, with the magnetic sensor of this embodiment, it is possible to obtain a detection output voltage change amount of about 20 mV for a change amount of the external magnetic field of 1 A / m, that is, a detection sensitivity of about 1600 mV / Oe. is there. Therefore, this magnetic sensor can detect with high precision a weak magnetic field such as the earth's magnetic field.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高感度且つ高精度に磁界を検出することが可
能な磁気センサを提供することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a magnetic sensor capable of detecting a magnetic field with high sensitivity and high accuracy.
【図１】本発明を適用した磁気センサの基本的な構成例
を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration example of a magnetic sensor to which the present invention is applied.
【図２】図１に示す磁気センサの出力電圧の一例を示す
波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of an output voltage of the magnetic sensor shown in FIG.
【図３】本発明を適用した磁気センサの具体的な構成例
を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration example of a magnetic sensor to which the present invention is applied.
【図４】図３に示す磁気センサの動作を説明するための
波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the magnetic sensor shown in FIG.
【図５】励磁電流のピーク値と検出感度との関係を測定
した結果の一例を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of a result of measuring a relationship between a peak value of an exciting current and a detection sensitivity.
【図６】外部磁界と検出出力電圧との関係を、励磁電流
のパルス幅を変えて測定した結果の一例を示す特性図で
ある。FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of a result obtained by measuring a relationship between an external magnetic field and a detected output voltage by changing a pulse width of an exciting current.
【図７】励磁電流のパルス幅と検出感度との関係を、励
磁電流の周期を変えて測定した結果の一例を示す特性図
である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of the result of measurement of the relationship between the pulse width of the exciting current and the detection sensitivity while changing the period of the exciting current.
【図８】励磁電流のパルス幅と検出感度との関係を、イ
ンダクタの磁芯の形状や材質を変えて測定した結果の一
例を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of a result obtained by measuring the relationship between the pulse width of the exciting current and the detection sensitivity by changing the shape and material of the magnetic core of the inductor.
【図９】磁気センサの原理を説明するための模式図であ
る。FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the principle of a magnetic sensor.
【図１０】インダクタのインダクタンスと直流バイアス
電流との関係を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the inductance of the inductor and the DC bias current.
【図１１】インダクタのインダクタンスと直流バイアス
電流との関係を測定した結果の一例を示す特性図であ
る。FIG. 11 is a characteristic diagram showing an example of the result of measurement of the relationship between the inductance of the inductor and the DC bias current.
【図１２】従来の磁気センサの一構成例を示す回路図で
ある。FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional magnetic sensor.
【図１３】図１２に示す磁気センサからの出力の一例を
示す波形図である。13 is a waveform chart showing an example of an output from the magnetic sensor shown in FIG.
【図１４】従来の磁気センサについて、外部磁界と検出
出力電圧との関係を、直流バイアス電流の値を変えて測
定した結果の一例を示す特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing an example of a result of measuring a relationship between an external magnetic field and a detected output voltage in a conventional magnetic sensor while changing a value of a DC bias current.
１ 磁芯 ２ 巻線 ３ インダクタ ４ パルス電流発振器 ５，６ 出力端子 ７ コンデンサ 1 Magnetic core 2 Winding 3 Inductor 4 Pulse current oscillator 5, 6 Output terminal 7 Capacitor
Claims (5)
なるインダクタのインダクタンスの変化に基づいて外部
磁界を検出する磁気センサにおいて、 上記インダクタに接続されたパルス電流発振器を備え、 上記パルス電流発振器から、上記インダクタにパルス状
の励磁電流を流すことを特徴とする磁気センサ。1. A magnetic sensor for detecting an external magnetic field based on a change in inductance of an inductor formed by winding a magnetic core made of a soft magnetic material, comprising a pulse current oscillator connected to the inductor, A magnetic sensor characterized in that a pulsed exciting current is caused to flow from the current oscillator to the inductor.
の５０％以下であることを特徴とする請求項１記載の磁
気センサ。2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein a pulse width of the exciting current is 50% or less of a pulse period.
らなることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic core is made of a cobalt-based amorphous material.
と、ベースが上記方形波発振器と接続され、エミッタが
コンデンサと接続されたトランジスタとを備え、 上記トランジスタのコレクタから前記インダクタに対し
てパルス状の励磁電流を供給することを特徴とする請求
項１記載の磁気センサ。4. The pulse current oscillator comprises a square wave oscillator, a transistor having a base connected to the square wave oscillator, and an emitter connected to a capacitor, wherein a pulse shape is applied from a collector of the transistor to the inductor. 2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the exciting current is supplied.
スタのベースに接続された電源を備え、 上記電源からバイアス電流を供給することにより、前記
励磁電流のパルス幅を制御することを特徴とする請求項
４記載の磁気センサ。5. The pulse current oscillator includes a power supply connected to the base of the transistor, and supplies a bias current from the power supply to control the pulse width of the exciting current. 4. The magnetic sensor according to 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15300495A JPH095084A (en) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | Magnetic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15300495A JPH095084A (en) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | Magnetic sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH095084A true JPH095084A (en) | 1997-01-10 |
Family
ID=15552852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15300495A Pending JPH095084A (en) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | Magnetic sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH095084A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002333467A (en) * | 2001-05-09 | 2002-11-22 | Kanetec Co Ltd | Magnetic field detector |
| JP2013505453A (en) * | 2009-09-24 | 2013-02-14 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Power optimized fluxgate sensor control |
| JP2015133397A (en) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Magnetic sensor element using magneto impedance |
| JP2016125863A (en) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | 富士電機機器制御株式会社 | Current detection device |
| CN117706438A (en) * | 2023-08-01 | 2024-03-15 | 珅斯电子(上海)有限公司 | Variable magnetic sensor, magnetic field intensity measuring method and current detecting method |
-
1995
- 1995-06-20 JP JP15300495A patent/JPH095084A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002333467A (en) * | 2001-05-09 | 2002-11-22 | Kanetec Co Ltd | Magnetic field detector |
| JP2013505453A (en) * | 2009-09-24 | 2013-02-14 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Power optimized fluxgate sensor control |
| JP2015133397A (en) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Magnetic sensor element using magneto impedance |
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| CN117706438A (en) * | 2023-08-01 | 2024-03-15 | 珅斯电子(上海)有限公司 | Variable magnetic sensor, magnetic field intensity measuring method and current detecting method |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040601 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041124 |