JPH116870A - 磁気探知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化や低価格化が容易で、高い感度が得ら
れる磁気探知装置を提供する。 【解決手段】 磁気探知装置は、磁性体１にコイル２が
巻かれてなる磁気センサ３を備え、上記磁気センサ３の
コイル２に発振電圧が供給されたときに上記コイル２に
流れる発振電流について、外部磁界により変化する発振
電流がピーク値になったときの電圧を検出し、この電圧
値の変化によって外部磁界を探知するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体にコイルが
巻かれてなる磁気センサを備えた磁気探知装置に関し、
特に、低コスト化を達成し、高感度化を図った磁気探知
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】外部磁界を探知する磁気探知装置は、磁
場の検出器や測定器などの計測用から始まり、近年で
は、磁気式スイッチ、磁気式ロータリ・エンコーダ、地
磁気センサなど民生用に広く使用されている。

【０００３】このような磁気探知装置としては、ホール
素子を用いた磁気探知装置、フラックスゲートセンサを
用いた磁気探知装置、磁気抵抗効果素子を用いた磁気探
知装置などがある。

【０００４】ホール素子を用いた磁気探知装置は、図１
７に示すように、両端に電極１０１，１０２を設けたホ
ール素子１０３のホール効果を応用して外部磁界を検出
するものである。すなわち、ホール素子を用いた磁気探
知装置では、外部磁界の変化によってホール素子１０３
に発生するホール電圧Ｖｈの変化に基づいて外部磁界を
検出する。ここで、ホール素子１０３の厚さをｄとし、
ホール素子１０３を流れる電流をＩとし、ホール素子１
０３を通る磁束をＢとすると、ホール電圧Ｖｈは、下記
式（１−１）のようになる。

【０００５】 Ｖｈ＝Ｒｈ・Ｉ・Ｂ／ｄ ・・・（１−１） しかし、このようなホール電圧Ｖｈは非常に小さいた
め、ホール素子を用いた磁気探知装置では、例えば、約
０．３ガウス程度の地磁気のような微弱な磁界を検出す
ることは困難である。

【０００６】また、フラックスゲートセンサを用いた磁
気探知装置は、図１８に示すように、外部磁界によって
ヒステリシス曲線がシフトする特殊な高透磁率材料から
なる環状の磁気コア１１０に、励磁用コイル１１１及び
検出用コイル１１２を巻回してなるものである。

【０００７】この磁気探知装置で外部磁界を検出する際
には、磁気コア１１０が過飽和状態にまで励磁されるよ
うな高周波電流を励磁用コイル１１１に流しておく。こ
のとき、外部からの磁界が磁気コア１１０に作用してい
なければ、検出用コイル１１２の左右のコイル１１２
ａ，１１２ｂからの出力は同じ出力波形となる。そし
て、検出用コイル１１２の左右のコイル１１２ａ，１１
２ｂは逆相に接続されているので、検出用コイル１１２
の左側のコイル１１２ａからの出力と、検出用コイル１
１２の右側のコイル１１２ｂからの出力とが互いに打ち
消し合って検出用コイル１１２全体からは何も出力され
ないこととなる。

【０００８】一方、例えば、励磁用コイル１１１によっ
て右回りの磁束Ｂが磁気コア１１０内に発生していると
きに、図１８中のＮからＳに至る方向より外部磁界Ｈｅ
が加わると、外部磁界Ｈｅがバイアス磁界として作用し
て、磁気コア１１０の右側が早く飽和し、磁気コア１１
０の左側が逆に遅れて飽和する。そして、検出用コイル
１１２の左右のコイル１１２ａ，１１２ｂは逆相に接続
されているので、検出用コイル１１２の左側のコイル１
１２ａからの出力と、検出用コイル１１２の右側のコイ
ル１１２ｂからの出力との差分が、外部磁界Ｈｅの大き
さに対応して出力されることとなる。

【０００９】しかし、このような磁気探知装置では、検
出用コイル１１２によって磁気信号を電気信号に変換す
るため、感度を上げるには検出用コイル１１２の巻き数
を多くしたり、外部磁界Ｈｅの集束効果を高めるために
磁気コア１１０の形状を大きくする必要がある。したが
って、フラックスゲートセンサを用いた磁気探知装置で
は、小型化や低価格化が非常に困難であった。

【００１０】また、磁気抵抗効果素子を用いた磁界探知
装置は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果を利用して外
部磁界を検出するものである。ここで、磁気抵抗効果素
子とは、Ｎｉ合金等からなる強磁性薄膜の磁気抵抗効果
を応用した磁電変換素子であり、印加された磁界の強さ
に応じて、その抵抗値が変化する特性を持っている。そ
して、図１９に示すように、磁気抵抗効果素子１２０を
流れる電流Ｉの方向と、外部磁界Ｈｅによる磁気抵抗効
果素子１２０の磁化Ｍの方向とのなす角をθとし、電流
Ｉの方向と磁化Ｍの方向とが同一のときの磁気抵抗効果
素子１２０の抵抗値をＲａとし、電流Ｉの方向と磁化Ｍ
の方向とのなす角θが９０°のときの磁気抵抗効果素子
１２０の抵抗値をＲｂとすると、磁気抵抗効果素子１２
０の抵抗値Ｒは、下記式（１−２）のようになる。

【００１１】 Ｒ＝Ｒｂ＋（Ｒａ−Ｒｂ）・ｃｏｓ²θ ・・・（１−２） また、上記式（１−２）を図にすると図２０のようにな
る。ここで、縦軸は、磁気抵抗効果素子１２０の抵抗値
Ｒであり、横軸は、磁気抵抗効果素子１２０を流れる電
流Ｉの方向と、外部磁界Ｈｅによる磁気抵抗効果素子１
２０の磁化Ｍの方向とのなす角度θである。

【００１２】しかし、このような磁気抵抗効果素子１２
０において、抵抗変化率の最大値は２〜３％程度と非常
に小さいため、適当な大きさのバイアス磁界を加えて感
度の良いところを使用したとしても、地磁気のような微
弱な磁界では０．０５％程度しか抵抗変化が得られな
い。したがって、磁気抵抗効果素子１２０を用いた磁気
探知装置も感度が不十分であり、地磁気のような微弱な
磁界の検出には適してない。さらに、磁気抵抗効果素子
１２０の抵抗変化率は、０．３％／℃程度の大きな温度
係数を持っているため、磁気抵抗効果素子１２０を用い
た磁気探知装置では、温度ドリフト等の問題もある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来か
ら知られている磁気探知装置では、感度が不十分であっ
たり、小型化や低価格化が難しいという問題があった。

【００１４】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、小型化や低価格化が容易
で、高い感度が得られる磁気探知装置を提供することを
目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成した本
発明に係る磁気探知装置は、磁性体にコイルが巻かれて
なる磁気センサを備え、上記磁気センサのコイルに発振
電圧が供給されたときに上記コイルに流れる発振電流に
ついて、外部磁界により変化する発振電流がピーク値に
なったときの電圧を検出し、この電圧値の変化によって
外部磁界を探知する。

【００１６】以上のように構成された磁気探知装置で
は、外部磁化の変化をインダクタンスの変化として検出
することとなる。すなわち、外部磁界が変化すると、磁
気センサの磁性体の磁化量が変化し、その結果、磁気セ
ンサのインダクタンスが変化する。そして、このインダ
クタンスの変化は、コイルに流れる発振電流の変化を引
き起こすことになる。その結果、この磁気探知装置で
は、外部磁界に応じて磁気センサに流れる発振電流のピ
ーク値が変化する。そして、この磁気探知装置におい
て、発振電流がピークとなったときの電圧を検出するた
め、検出された電圧値は、外部磁界に応じて変化するこ
ととなる。したがって、この磁気探知装置では、電圧値
の変化を検出することによって外部磁界を探知すること
ができる。

【００１７】また、上記磁気探知装置は、磁気センサと
直列に接続された抵抗を備えていてもよい。このよう
に、磁気センサと直列に抵抗を接続したときには、磁気
センサのインダクタンスと、磁気センサと直列に接続さ
れた抵抗との時定数により、ピーク値の外部磁界に応じ
た変化の大きさを定めることができる。

【００１８】さらに、上記磁気探知装置において、磁気
センサのコイルに流れる発振電流の振幅は、磁気センサ
のインダクタンスが急峻な変化を示す範囲を包括するよ
うに設定されていることが好ましい。このように発振電
流の振幅を設定することにより、外部磁界の変化によっ
て磁気センサのインダクタンスが大きく変化するように
なるため、磁気探知装置の感度を高めることができる。
この磁気探知装置においては、発振電流の振幅をインダ
クタンスが直線性をもって急峻に変化する部分に設定す
ることになるために、コイルに流れる発振電流のピーク
値の変化が直線性を有することになる。

【００１９】さらにまた、上記磁気探知装置は、磁気セ
ンサのコイルに流れる電流の方向を反転させる反転手段
を備えていることが好ましい。このように反転手段を設
けて、磁気センサのコイルに流れる電流の方向を反転さ
せたときには、ピーク値の変化を検出する際にそれらの
差動を取ることになり、電流方向が一定のときに比べて
約２倍の出力が得られることとなる。

【００２０】さらにまた、磁気センサのコイルに流れる
電流の方向を反転させたときに、外部磁界が零ならば、
それぞれの電流方向における応答波形の変化は互いにキ
ャンセルされる。したがって、この場合、磁気探知装置
では、外部磁界がない状態である０点を容易に認識でき
ることとなる。

【００２１】さらにまた、コイルに流れる電流の方向を
短時間に反転させたときには、磁気センサのインダクタ
ンスに温度ドリフトや時間ドリフト等が生じても、これ
らの影響は互いにキャンセルされることとなる。したが
って、磁界反転手段を備えた磁気探知装置では、磁気セ
ンサのインダクタンスの温度ドリフトや時間ドリフト等
の影響を受けることなく、高精度に外部磁界を探知する
ことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、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変更が可能である
ことは言うまでもない。

【００２３】まず、本発明を適用した磁気探知装置に用
いられる磁気センサの一例について説明する。

【００２４】この磁気センサは、図１に示すように、リ
ボン状やワイヤー状に形成された細長いアモルファス等
からなる磁性体１と、この磁性体１の長手方向に巻回さ
れた銅線等からなるコイル２とから構成される。ここ
で、磁性体１には、数ガウス程度の微弱な磁界で急峻な
透磁率変化を示す角形特性に優れた磁性材料を用いる。
そして、この磁気センサ３のコイル２からは、２つの端
子４，５が導出される。

【００２５】このような磁気センサ３について、図２に
示すように、磁気センサ３の端子４，５に交流電流源６
を接続して交流の励磁電流を供給すると共に、磁気セン
サ３の長手方向に外部磁界Ｈｅを加える。このとき、磁
気センサ３の特性を、図３に示す。この図３は、「磁気
センサ３のインダクタンスＬ」及び「磁気センサ３のイ
ンピーダンスＺ」と、「磁気センサ３に供給した励磁電
流の周波数ｆ」との関係を示している。

【００２６】ここで、図３中の特性１は、外部磁界Ｈｅ
＝０のときのインダクタンスＬの変化を示しており、図
３中の特性２は、外部磁界Ｈｅがあるときのインダクタ
ンスＬの変化を示しており、図３中の特性３は、外部磁
界Ｈｅ＝０のときのインピーダンスＺの変化を示してお
り、図３中の特性４は、外部磁界Ｈｅがあるときのイン
ピーダンスＺの変化を示している。

【００２７】この図３の特性１及び特性２に示すよう
に、磁気センサ３のインダクタンスＬは、励磁電流周波
数ｆが高くなると小さくなり、また、外部磁界Ｈｅが加
わると小さくなる。そして、図３の特性３及び特性４に
示すように、磁気センサ３のインピーダンスＺは、励磁
電流周波数ｆが高くなると大きくなり、また、外部磁界
Ｈｅが加わると小さくなる。

【００２８】ここで、図３の特性１及び特性２に示した
ようなインダクタンスＬの変化に着目し、外部磁界Ｈｅ
を磁気センサ３の長手方向に加えたときにインダクタン
スＬの変化量ΔＬが大きい励磁電流周波数、すなわち図
３中のｆＬで示すような励磁電流周波数で、この磁気セ
ンサ３を動作させる。このとき、インダクタンスＬの外
部磁界依存性は、図４に示すようになる。ここで、磁気
センサ３の磁性体１には、数ガウス程度の微弱な磁界で
急峻な透磁率変化を示す角形特性の優れた磁性材料を用
いているため、図４に示すように、磁気センサ３のイン
ダクタンスＬの変化は急峻なものとなる。

【００２９】つぎに、このような磁気センサ３を用いて
外部磁界Ｈｅを検出するときの原理について、図５を参
照しながら説明する。この図５では、パルス幅Ｔ及びパ
ルス電流Ｖがそれぞれ一定の発振電圧信号Ｖｏｓを磁気
センサ３に供給したときに、磁気センサ３に流れる電流
ｉ０１と電流ｉ０１を反転させた電流ｉ０２とが磁気セ
ンサ３に流れている状態について、磁気センサ３のイン
ダクタンスＬの変化と対応させて示している。

【００３０】このとき、電流ｉ０１及び電流ｉ０２を直
流バイアス成分を含んだ交流電流とすることが好まし
い。電流ｉ０１及び電流ｉ０２に直流バイアス成分を含
ませることにより、これら電流ｉ０１及び電流ｉ０２か
らは直流バイアス成分を有する交流磁界が発生し、磁性
体１がその長手方向に磁化されることになる。ここで、
供給される電流ｉ０及び電流ｉ０２は、外部磁界Ｈｅが
加わって交流磁界がシフトしたとしても、交流磁界が、
磁気センサ３のインダクタンスＬが急峻な変化を示す範
囲を包括するように設定する。

【００３１】以下の説明において、先ず、磁気センサ３
に電流ｉ０１が流れる場合に関して説明し、次に、磁気
センサ３に電流ｉ０２が流れる場合に関して説明する。

【００３２】ここで、先ず、磁気センサ３に加わる外部
磁界Ｈｅに関して、外部磁界Ｈｅ＝０の場合を考える。
この場合、図５に示すように、磁気センサ３のコイル２
に流れる電流ｉ０１が０からＩｈまで変化するように設
定すると、磁気センサ３のインダクタンスＬはＬｍａｘ
からＬｍｉｎに変化する。すなわち、この場合、電流ｉ
０１のピーク値はＩｈであり、そのときのインダクタン
スＬはＬｍｉｎである。また、このインダクタンスＬが
ＬｍａｘからＬｍｉｎに変化する電流値をＩｃとする
と、発振電圧信号Ｖｏｓのパルス幅Ｔとパルス電圧Ｖと
の積は、ファラデーの法則により下記式（２−１）のよ
うに表される。

【００３３】 Ｖ・Ｔ＝Ｌｍａｘ・Ｉｃ＋Ｌｍｉｎ・（Ｉｈ−Ｉｃ）・・・（２−１） そして、次に、磁気センサ３に対して外部磁界Ｈｅが加
わる場合を考える。この場合、図５に示すように、電流
ｉ０１が供給された磁気センサ３には、直流バイアス成
分が外部磁界Ｈｅ分だけシフトすることとなり、その結
果、図５中Ｉｅで示す分だけシフトした電流ｉｅ１が流
れることになる。そして、電流ｉｅ１のピーク値をＩｅ
１とすると、発振電圧信号Ｖｏｓのパルス幅Ｔとパルス
電圧Ｖとの積は、ファラデーの法則により下記式（２−
２）のように表される。

【００３４】 Ｖ・Ｔ＝Ｌｍａｘ・（Ｉｃ−Ｉｅ）＋Ｌｍｉｎ・（Ｉｅ１＋Ｉｅ−Ｉｃ） ・・・（２−２） したがって、外部磁界Ｈｅが加わらない状態から外部磁
界Ｈｅが加わった状態に変化したときの発振電圧信号Ｖ
ｏｓのピーク値の変化量をΔＩ１とすると、変化量ΔＩ
１は、上記式（２−１）及び上記式（２−２）より下記
式（２−３）のように表される。

【００３５】 ΔＩ１＝Ｉｅ１−Ｉｈ ＝｛（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）／Ｌｍｉｎ｝・Ｉｅ・・・（２−３） 上記式（２−３）から分かるように、見かけ上シフトし
たこととなる電流Ｉｅとピーク値の変化量ΔＩ１とは比
例関係にある。そして、この関係において、インダクタ
ンスＬの変化量が大きいほどピーク値の変化量ΔＩ１が
大きくなる。また、この関係において、インダクタンス
Ｌの変化量が一定、すなわち、インダクタンスＬが直線
的に変化すると、ピーク値の変化量ΔＩ１が電流Ｉｅに
対してリニアリティをもって変化することとなる。

【００３６】次に、磁気センサ３に対して電流ｉ０１を
反転させた電流ｉ０２が供給された場合について説明す
る。

【００３７】電流ｉ０２が供給された場合において、磁
気センサ３に加わる外部磁界Ｈｅに関して、外部磁界Ｈ
ｅ＝０の場合を考える。この場合、図５に示すように、
磁気センサ３のコイル２に流れる電流ｉ０２が０から−
Ｉｈまで変化するように設定すると、磁気センサ３のイ
ンダクタンスＬはＬｍａｘからＬｍｉｎに変化する。す
なわち、この場合、電流ｉ０１のピーク値は−Ｉｈであ
り、そのときのインダクタンスＬはＬｍｉｎである。ま
た、このインダクタンスＬがＬｍａｘからＬｍｉｎに変
化する電流値を−Ｉｃとすると、発振電圧信号Ｖｏｓの
パルス幅Ｔとパルス電圧−Ｖとの積は、ファラデーの法
則により下記式（２−４）のように表される。

【００３８】 −Ｖ・Ｔ＝Ｌｍａｘ・−Ｉｃ＋Ｌｍｉｎ・（−Ｉｈ＋Ｉｃ）・・・（２−４） そして、次に、電流ｉ０２が供給された状態において、
磁気センサ３に対して外部磁界Ｈｅが加わる場合を考え
る。この場合、図５に示すように、電流ｉ０２が供給さ
れた磁気センサ３には、直流バイアス成分が外部磁界Ｈ
ｅ分だけシフトすることとなり、その結果、図５中Ｉｅ
で示す分だけシフトした電流ｉｅ２が流れることにな
る。そして、電流ｉｅ２のピーク値をＩｅ２とすると、
発振電圧信号Ｖｏｓのパルス幅Ｔとパルス電圧Ｖとの積
は、ファラデーの法則により下記式（２−５）のように
表される。

【００３９】 −Ｖ・Ｔ＝Ｌｍａｘ・（−Ｉｃ−Ｉｅ）＋Ｌｍｉｎ・（Ｉｅ−Ｉｅ２＋Ｉｃ） ・・・（２−５） したがって、外部磁界Ｈｅが加わらない状態から外部磁
界Ｈｅが加わった状態に変化したときの発振電圧信号Ｖ
ｏｓのピーク値の変化量をΔＩ２とすると、変化量ΔＩ
２は、上記式（２−４）及び上記式（２−５）より下記
式（２−６）のように表される。

【００４０】 ΔＩ２＝Ｉｅ２−Ｉｈ ＝−｛（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）／Ｌｍｉｎ｝・Ｉｅ ＝−ΔＩ１ ・・・（２−６） 上記式（２−６）から分かるように、見かけ上シフトし
たこととなる電流Ｉｅとピーク値の変化量ΔＩ２とは比
例関係にある。そして、この関係においても、インダク
タンスＬの変化量が大きいほどピーク値の変化量ΔＩ２
が大きくなる。また、この関係において、インダクタン
スＬの変化量が一定、すなわち、インダクタンスＬが直
線的に変化すると、ピーク値の変化量ΔＩ２が電流Ｉｅ
に対してリニアリティをもって変化することとなる。ま
た、このピーク値の変化量ΔＩ２は、上述したピーク値
の変化量ΔＩ１と符号が逆で同じ大きさとなっている。
すなわち、ピーク値の変化量ΔＩ１とピーク値の変化量
ΔＩ２とは、差動の関係にある。

【００４１】そこで、順方向に電流を流したとき、すな
わち電流ｉ０１を供給したときのピーク値Ｉｅ１と、逆
方向に電流を流したとき、すなわち電流ｉ０２を供給し
たときのピーク値Ｉｅ２とを測定し、これらの差動を取
ることにより、外部磁界Ｈｅの変化に応じた信号を、一
定の方向にだけ電流を流したときに比べて約２倍の出力
として取り出すことができる。

【００４２】また、ピーク値Ｉｅ１とピーク値Ｉｅ２と
の差動を取ることにより、外部磁界Ｈｅ＝０のときに
は、磁気センサ３に流れるピーク値が互いにキャンセル
されるので、外部磁界Ｈｅがない状態である０点を容易
に認識することができる。

【００４３】さらに、磁気センサ３は温度等によってイ
ンダクタンスＬの大きさが変化して磁気センサに流れる
電流のピーク値に変化が生じるが、磁気センサ３に流れ
る電流を短時間で反転させることにより、このような温
度ドリフトや時間ドリフト等の影響を互いにキャンセル
することができる。したがって、この磁気センサ３で
は、温度ドリフトや時間ドリフト等の影響を受けること
なく、高精度に外部磁界Ｈｅを検出することができる。

【００４４】つぎに、以上のような磁気センサを用いた
磁気探知装置の一構成例について説明する。

【００４５】この磁気探知装置は、図６に示すように、
磁気センサ１０を有して複数個のアナログスイッチを備
えてなる第１のアナログスイッチ回路１１と、この第１
のアナログスイッチ回路１１に接続された抵抗１２と、
この第１のアナログスイッチ回路１１に発振電圧信号Ｖ
ｏｓを供給するパルス信号発振器１３と、抵抗１２と接
続された第２のアナログスイッチ回路１４と、この第２
のアナログスイッチ回路１４に接続されたピーク検波器
１５Ａ及びピーク検波器１５Ｂと、これらピーク検波器
１５Ａ及びピーク検波器１５Ｂに接続された差動増幅器
１６と、第１のアナログスイッチ回路１１及び第２のア
ナログスイッチ回路１４に接続された周波数分周器１７
とを備える。

【００４６】ここで、磁気センサ１０は、上述したよう
に、リボン状やワイヤー状に形成された細長いアモルフ
ァス等からなる磁性体と、この磁性体の長手方向に巻回
された銅線等からなるコイルとから構成される。そし
て、この磁気センサ１０は、スイッチＳＷ１、スイッチ
ＳＷ２、スイッチＳＷ３及びスイッチＳＷ４を備えた第
１のアナログスイッチ回路１１内に配されている。そし
て、磁気センサ１０に流れる電流方向は、これら４つの
スイッチをオン／オフ制御することによって反転させる
ことができるようになっている。そして、アナログスイ
ッチ回路１１に接続された抵抗１２は、磁気センサ１０
に対して直列となるように接続されており、この抵抗１
２と磁気センサ１０とによって積分回路が構成される。

【００４７】この積分回路は、パルス信号発振器１３に
接続されており、このパルス信号発振器１３から積分回
路に発振電圧信号Ｖｏｓが供給され、これにより、磁気
センサ１０及び抵抗１２に積分電流が流れ、この積分電
流Ｎ応じて抵抗１２には積分電圧Ｖｒが生じる。なお、
発振電圧供給源１３から供給される発振電圧は、方形波
が好ましいが、これに限られるものではなく、例えば、
三角波等であってもよい。

【００４８】また、積分電圧Ｖｒは、抵抗１２の一端部
から導出された配線に接続された第２のアナログスイッ
チ回路１４に供給される。この第２のアナログスイッチ
回路１４は、スイッチＳＷ５及びスイッチＳＷ６を備
え、磁気センサ１０に流れる電流の方向に対応して積分
電圧Ｖｒをピーク検波器１５Ａ又はピーク検波器１５Ｂ
のいずれか一方に供給する。この第２のアナログスイッ
チ回路１４では、スイッチＳＷ５がオンでスイッチＳＷ
６がオフとされることにより、積分電圧Ｖｒが積分電圧
Ｖｒ１としてピーク検波器１５Ａに供給される。これに
対して、この第２のアナログスイッチ回路１４では、ス
イッチＳＷ５がオフでスイッチＳＷ６がオンとされるこ
とによって、積分電圧Ｖｒが積分電圧Ｖｒ２としてピー
ク検波器１５Ｂに供給される。

【００４９】ピーク検波器１５Ａは、積分電圧Ｖｒ１の
ピーク値を検出することができ、その結果、差動増幅回
路１６に対して電圧信号Ｖｅ１を出力する。同様に、ピ
ーク検波器１５Ｂは、積分電圧Ｖｒ２のピーク値を検出
することができ、その結果、差動増幅回路１６に対して
電圧信号Ｖｅ２を出力する。

【００５０】そして、差動増幅器１６は、電圧信号Ｖｅ
１及び電圧信号Ｖｅ２の差動をとることができ、その結
果、電圧信号Ｖｅを出力する。このとき、差動増幅器１
６に対して出力される電圧信号Ｖｅ１及び電圧信号Ｖｅ
２は、外部磁界に応じた大きさを有し、互いに差動の関
係にある。このため、差動増幅器１６から出力される電
圧信号Ｖｅは、外部磁界に対応して大きさの異なるもの
となる。

【００５１】一方、この磁気探知装置において、周波数
分周器１７は、第１のアナログスイッチ回路１１及び第
２のアナログスイッチ回路１４におけるスイッチのオン
／オフ制御を行うための信号Ｑ，Ｑ´を発生している。
このとき、周波数分周器１７は、パルス信号発振器１３
と接続されており、このパルス信号発振器１３から発振
電圧信号Ｖｏｓが供給される。そして、このパルス信号
発振器１３に供給された発振電圧信号Ｖｏｓは、分周さ
れて信号Ｑ，Ｑ´となる。

【００５２】これら信号Ｑ，Ｑ´は、第１のアナログス
イッチ回路１１におけるスイッチＳＷ１乃至ＳＷ４と第
２のアナログスイッチ回路１４におけるＳＷ５及びＳＷ
６とを同期して切り替えることによって、磁気センサ１
０に流れる電流の方向と上述したＳＷ５及びＳＷ６のオ
ン／オフ制御を同期させている。

【００５３】このように、この磁気探知装置では、信号
Ｑ，Ｑ´により、発振電圧信号Ｖｏｓと、第１のアナロ
グスイッチ回路１１及び第２のアナログスイッチ回路１
４を構成する複数個のスイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ
６の切替えとを同期させている。このため、この磁気探
知装置は、より確実な動作をすることとなり、動作安定
性が向上したものとなる このような磁気探知装置の動作について、電圧波形のタ
イムチャートである図７を参照しながら説明する。

【００５４】先ず、この磁気探知装置では、パルス信号
発振器１３から、図７（１）で示すように、発振電圧信
号Ｖｏｓが供給される。この発振電流信号Ｖｏｓは、周
波数分周器に供給されると、図７（２）で示すように、
信号Ｑ及び信号Ｑ´となる。この信号Ｑ及び信号Ｑ´
は、互いに正反対の位相を有する波形を有する信号とな
り、第１のアナログスイッチ回路１１及び第２のアナロ
グスイッチ回路１４にそれぞれ供給される。

【００５５】第１のアナログスイッチ回路１１におい
て、信号Ｑは、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２に接
続され、信号Ｑ´は、スイッチＳＷ３及びスイッチＳＷ
４に接続される。そして、これらのスイッチＳＷ１乃至
スイッチＳＷ４は、それぞれに接続された信号Ｑ又は信
号Ｑ´の信号レベルが「Ｈ」のときオンとなり、信号Ｑ
又は信号Ｑ´の信号レベルが「Ｌ」のときオフとなる。

【００５６】また、第２のアナログスイッチ回路１４で
は、信号ＱはスイッチＳＷ５に接続され、信号Ｑ´はス
イッチＳＷ６に接続される。そして、これらスイッチＳ
Ｗ５及びスイッチＳＷ６は、それぞれに接続された信号
Ｑ又は信号Ｑ´の信号レベルが「Ｈ」のときオンとな
り、信号Ｑ又は信号Ｑ´の信号レベルが「Ｌ」のときオ
フとなる。

【００５７】このため、信号Ｑが「Ｈ」であり信号Ｑ´
が「Ｌ」であるような場合、スイッチＳＷ１及びスイッ
チＳＷ２がオンとなり、スイッチＳＷ３及びスイッチＳ
Ｗ４がオフとなる。このため、この第１のアナログスイ
ッチ回路１１では、図６中矢印Ａで示す方向に電流が流
れる。

【００５８】そして、信号Ｑが「Ｈ」であり信号Ｑ´が
「Ｌ」であるような場合、第２のアナログスイッチ回路
１４では、スイッチＳＷ５がオンとなり、スイッチＳＷ
６がオフとなる。このため、第２のアナログスイッチ回
路１４では、積分電圧Ｖｒが積分電圧Ｖｒ１としてピー
ク検波器１５Ａに供給される。

【００５９】これに対して、信号Ｑが「Ｌ」であり信号
Ｑ´が「Ｈ」であるような場合、スイッチＳＷ１及びス
イッチＳＷ２がオフとなり、スイッチＳＷ３及びスイッ
チＳＷ４がオンとなる。このため、この第１のアナログ
スイッチ回路１１では、図６中矢印Ｂで示す方向に電流
が流れる。

【００６０】そして、信号Ｑが「Ｌ」であり信号Ｑ´が
「Ｈ」であるような場合、第２のアナログスイッチ回路
１４では、スイッチＳＷ５がオフとなり、スイッチＳＷ
６がオンとなる。このため、第２のアナログスイッチ回
路１４では、積分電圧Ｖｒが積分電圧Ｖｒ２としてピー
ク検波器１５Ｂに供給される。

【００６１】このように、積分電圧Ｖｒは、図７（３）
に示すように、磁気センサ１１に供給された電流の方向
に応じた積分電圧Ｖｒ１及び積分電圧Ｖｒ２から構成さ
れている。そして、この磁気探知装置では、磁気センサ
１０に供給される電流の方向とスイッチＳＷ５及びスイ
ッチＳＷ６のオン／オフ制御とが同期して行われる。こ
のように、磁気センサ１０に対して図６中矢印Ａで示す
方向に電流が流れた場合には、積分電圧ＶｒはＶｒ１と
してピーク検波器１５Ａに供給され、このピーク検波器
１５Ａからピーク値Ｖｅ１が出力される。また、磁気セ
ンサ１０に対して図６中矢印Ｂで示す方向に電流が流れ
た場合には、積分電圧ＶｒはＶｒ２としてピーク検波器
１５Ｂに供給され、このピーク検波器１５Ｂからピーク
値Ｖｅ２が出力される。

【００６２】ここで、積分電圧Ｖｒ１及び積分電圧Ｖｒ
２は、磁気センサ１０に発振電圧信号Ｖｏｓを供給した
ときの、電流の方向による応答波形を示している。した
がって、これら積分電圧Ｖｒ１及び積分電圧Ｖｒ２は、
外部磁界の大きさに従ったピーク値Ｖｅ１及びピーク値
Ｖｅ２を有することとなる。また、これらピーク値Ｖｅ
１及びピーク値Ｖｅ２は、異なる方向の電流からの応答
波形からのピーク値であるために互いに差動の関係を有
する。ここで、発振電圧信号Ｖｏｓは、振幅が磁気セン
サ１０のインダクタンスＬのＬｍａｘからＬｍｉｎへの
変化を包括するように設定しておく。これにより、磁気
探知装置では、外部磁界の大きさの変化に伴うインダク
タンスＬの変化を積分電圧Ｖｒのピーク値の変化として
出力する際、ピーク値の変化量が線形に変化することに
なる。

【００６３】ところで、本実施の形態に係る磁気探知装
置では、第１のアナログスイッチ回路１１により磁気セ
ンサ１０に流れる電流方向を反転させることができる。
このため、この磁気探知装置では、磁気センサ１０に流
れる電流方向を反転させて外部磁界Ｈｅを検出すること
により、一定の方向にだけ電流を流したときに比べて約
２倍の出力が得られ、また、この磁気探知装置は、外部
磁界Ｈｅがない状態である０点を容易に認識することが
でき、さらには、温度ドリフトや時間ドリフト等の影響
を取り除くことができる。

【００６４】また、本実施の形態に示した磁気探知装置
では、応答波形である積分電圧Ｖｒのピーク値Ｖｅの変
化量を検出しているため、０．３±０．６（Ｇ）程度の
地磁気を高感度に検出することができる。そして、この
磁気探知装置においては、磁気センサ１０の構成が比較
的簡単であり、且つ、ピーク値Ｖｅの変化量を検出する
回路に用いる集積回路（ＩＣ）の数を削減することがで
きるため、小型化及び低コスト化を達成することができ
る。

【００６５】ところで、本発明は、上述したような磁気
探知装置に限定されるものではなく、図８に示すような
磁気探知装置であってもよい。

【００６６】この磁気探知装置は、第１の端子２０Ａ及
び第２の端子２０Ｂを有する磁気センサ１０と、第１の
端子２０Ａと第１の抵抗２１Ａを介して接続された第１
のアンドゲート２２Ａと、第２の端子２０Ｂと第２の抵
抗２１Ｂを介して接続された第２のアンドゲート２２Ｂ
と、これら第１のアンドゲート２２Ａ及び第２のアンド
ゲート２２Ｂに対して発振電圧Ｖｏｓを供給するパルス
電圧発振器１３と、このパルス電圧発振器１３から供給
された発振電圧を分周して制御信号Ｑ，Ｑ´を発振する
周波数分周器１７とを備える。また、この磁気探知装置
は、第１の端子２０Ａと接続された第１のピーク検波器
２３Ａと、第２の端子２０Ｂと接続された第２のピーク
検波器２３Ｂと、第１のピーク検波器２３Ａ及び周波数
分周器１７に接続された第１のトランジスタ２４Ａと、
第２のピーク検波器２３Ｂ及び周波数分周器１７に接続
された第２のトランジスタ２４Ｂとを備える。さらに、
この磁気探知装置は、これら一対のピーク検波器２３
Ａ，２３Ｂから供給された信号の差動をとる差動増幅器
２５を備える。

【００６７】この磁気探知装置において、第１のピーク
検波器２３Ａは、トランジスタ２７及び抵抗２８からな
る第１のエミッタフォロア回路２９と、トランジスタ３
０及び抵抗３１からなる第２のエミッタフォロア回路３
２と、この第２のエミッタフォロア回路の出力に接続さ
れたコンデンサ３３とから構成されている。なお、この
磁気記録媒体において、第１のピーク検波器２３Ａと第
２のピーク検波器２３Ｂとは、同一の構成を有するため
に、同一符号を付することにより説明を省略する。

【００６８】また、この磁気探知装置において、差動増
幅回路２５は、第１のオペアンプ３５と、第２のオペア
ンプ３６と、抵抗３７、抵抗３８、抵抗３９及び抵抗４
０と、コンデンサ４１と、基準電源４２とから構成され
ている。この差動増幅器２５では、抵抗４０とコンデン
サ４１とからローパスフィルターを構成している。

【００６９】以上のように構成された磁気探知装置の動
作原理を、図９に示す各段階における波形図に基づいて
説明する。

【００７０】先ず、パルス電圧発振器１３では、図９中
（１）に示すように、パルス幅Ｔ、パルス電流Ｖの発振
電圧Ｖｏｓが形成される。この発振電圧Ｖｏｓは、一対
のアンドゲート２２Ａ，２２Ｂにそれぞれ供給されると
ともに周波数分周器１７に供給される。周波数分周器１
７では、供給された発振電圧Ｖｏｓを基にして、図９中
（２）に示すような制御信号Ｑ，Ｑ´が形成される。制
御信号Ｑ´は、第１のアンドゲート２２Ａに供給される
とともに第２のトランジスタ２４Ｂに供給され、制御信
号Ｑは、第２のアンドゲート２２Ｂに供給されるととも
に第１のトランジスタ２４Ａに供給される。

【００７１】このとき、アンドゲート２２Ａ及びアンド
ゲート２２Ｂでは、発振電圧Ｖｏｓと制御信号Ｑ，Ｑ´
の論理積をとる。すなわち、第１のアンドゲート２２Ａ
では、制御信号Ｑ´と発振電圧Ｖｏｓとの論理積をとる
ため、図９中（３）のＶｇ１で示す波形の信号を出力す
る。また、第２のアンドゲート２２Ｂでは、制御信号Ｑ
と発振電圧Ｖｏｓとの論理積をとるため、図９中（３）
のＶｇ２で示す波形の信号を出力する。

【００７２】これにより、この磁気探知装置では、磁気
センサ１０に対して所定のタイミングで信号Ｖｇ１及び
信号Ｖｇ２が出力されることとなる。このとき、磁気セ
ンサ１０では、信号Ｖｇ１が「Ｌ」であり、信号Ｖｇ２
が「Ｈ」である場合に、図８中矢印Ａで示す方向に電流
が流れる。逆に、信号Ｖｇ１が「Ｈ」であり、信号Ｖｇ
２が「Ｌ」である場合に、図８中矢印Ｂで示す方向に電
流が流れる。なお、図８中矢印Ａで示す方向に流れる時
間をＴ１とし、図８中矢印Ｂで示す方向に流れる時間を
Ｔ２とする。

【００７３】この磁気探知装置では、図８中矢印Ａ方向
に電流が流れる場合、第１の抵抗２１Ａと磁気センサ１
０とにより積分回路が構成されることになり、これに対
して、図８中矢印Ｂ方向に電流が流れる場合、第２の抵
抗２１Ｂと磁気センサ１０とにより積分回路が構成され
ることになる。そして、図８中矢印Ａ方向に電流が流れ
た場合、第１の抵抗２１Ａと磁気センサ１０の一方の端
子２０Ａとには、流れた積分電流に応じて図９（４）の
Ｖｒ１で示す積分電圧が発生する。逆に、図８中矢印Ｂ
方向に電流が流れた場合、第２の抵抗２１Ｂと磁気セン
サ１０の一方の端子２０Ｂとには、流れた積分電流に応
じて図９（４）のＶｒ２で示す積分電圧が発生する。

【００７４】これら積分電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２は、磁気セ
ンサ１０に発振電圧Ｖｏｓを供給したときの、電流の方
向による応答波形を示している。したがって、これら積
分電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２は、外部磁界の大きさに従ったピ
ークを示すこととなる。また、これら積分電圧Ｖｒ１，
Ｖｒ２は、所定の外部磁界が磁気センサ１０に印加され
た際に形成される波形であり、磁気センサ１０のコイル
に正反対方向に流れた電流によって形成されるために互
いに差動の関係にある。

【００７５】そして、積分電圧Ｖｒ１は、第１のピーク
検波器２３Ａに供給されるとともに、積分電圧Ｖｒ２
は、第２のピーク検波器２３Ｂに供給される。そして、
これらピーク検波器２３Ａ，２３Ｂでは、所定の時間に
おける積分電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２のピークがそれぞれ検出
される。

【００７６】先ず、第１のピーク検波器２３Ａにおい
て、積分電圧Ｖｒ１のピークを検出する場合を説明す
る。この第１のピーク検波器２３Ａは、この第１のトラ
ンジスタ２４Ａによりオン／オフ制御される。そして、
第１のピーク検波器２３Ａは、オンとされることによ
り、期間Ｔ１における積分電圧Ｖｒ１のピークを検出す
る。また、第１のピーク検波器２３Ａは、オフとされる
ことにより、積分電圧Ｖｒ１のピークを検出せずに出力
を生じない。

【００７７】第１のトランジスタ２４Ａは、周波数分周
器１７と接続されており、周波数分周器１７より制御信
号Ｑが供給される。そして、第１のトランジスタ２４Ａ
は、供給された制御信号Ｑが「Ｈ」であるときオフとな
る。これに対して、第１のトランジスタ２４Ａは、供給
された制御信号Ｑが「Ｌ」であるときオンとなる。

【００７８】このとき、第１のトランジスタ２４Ａは、
第２のエミッタフォロア回路３２の入力と接続されてお
り、この第２のエミッタフォロア回路３２を駆動させる
かどうかを制御している。すなわち、第１のトランジス
タ２４Ａがオンであるときには、第２のエミッタフォロ
ア回路３２を駆動させないこととなり、第１のピーク検
波器２３Ａがオフとなる。逆に、第１のトランジスタ２
４Ａがオフであるときには、第２のエミッタフォロア回
路３２を駆動させることとなり、第１のピーク検波器２
３Ａがオンとなる。

【００７９】このため、この磁気探知装置では、制御信
号Ｑが「Ｈ」のとき、第１のトランジスタ２４Ａにより
第１のピーク検波器２３Ａが駆動して積分電圧Ｖｒ１の
ピークを検出する。そして、このピーク検波器２３Ａ
は、制御信号Ｑが「Ｌ」のとき、第１のトランジスタ２
４Ａによりオフとされ、積分電圧Ｖｒ１のピークの検出
を行わない。

【００８０】この磁気探知装置では、図９に示す波形図
におけるＴ１で示した期間で、制御信号Ｑが「Ｈ」とな
っている。このため、この磁気探知装置では、期間Ｔ１
における積分電圧Ｖｒ１のピークを第１のピーク検波回
路２３Ａにて検出することができる。

【００８１】ところで、この第１のピーク検波器２３Ａ
では、第２のエミッタフォロア回路３２が駆動している
とき、積分電圧Ｖｒ１がピークとなるとコンデンサ３３
に充電され、そのピーク電圧値Ｖｅ１が保持される。そ
して、このピーク電圧値Ｖｅ１は、差動増幅器２５に対
して出力される。また、このとき、第１のピーク検波器
２３Ａでは、積分電圧Ｖｒ１がピークでない場合、コン
デンサ３３に保持された電圧によりトランジスタ３０が
オフとなる。このため、コンデンサ３３の電荷は、抵抗
３１を通して大きな時定数で放電される。したがって、
この第１のピーク検波器２３Ａでは、期間Ｔ１における
積分電圧Ｖｒ１のピークのみを検出することができる。

【００８２】一方、第２のピーク検波器２３Ｂでは、上
述した第１のピーク検波器２３Ａの場合と同様に、第２
のトランジスタ２４Ｂによりオン／オフ制御がなされ
る。この第２のピーク検波器２３Ｂの場合、第２のトラ
ンジスタ２４Ｂに対して制御信号Ｑ´が供給されるた
め、期間Ｔ２における積分電圧Ｖｒ２のピーク電圧値Ｖ
ｅ２のみを検出することができる。したがって、この第
２のピーク検波器２３Ｂからは、差動増幅器２５に対し
てピーク電圧値Ｖｅ２が出力される。

【００８３】そして、差動増幅器２５では、供給された
ピーク電圧値Ｖｅ１，Ｖｅ２の差動をとり、図９中
（５）に示すように、電圧増幅された電圧値Ｖｅが出力
される。このとき、差動増幅器２５に対して出力される
ピーク電圧値Ｖｅ１及びピーク電圧値Ｖｅ２は、外部磁
界に応じた大きさを有し、互いに差動の関係にある。こ
の差動増幅器２５において、抵抗３７及び抵抗４０の値
をＲｏとし、抵抗３８及び抵抗３９の値をＲｉとし、基
準電圧４２の値をＶｒｅｆとすると、外部磁界Ｈｅが直
流のときには出力である電圧値Ｖｅが下記式（３ー１）
のように表される。

【００８４】 Ｖｅ＝（Ｒｏ／Ｒｉ＋１）（Ｖｅ１−Ｖｅ２）＋Ｖｒｅｆ・・・（３ー１） すなわち、電圧値Ｖｅは、図９中（５）に示すように、
基準電圧Ｖｒｅｆを基準とした電圧信号として出力され
る。なお、この差動増幅器２５では、外部磁界Ｈｅが０
のとき、出力されるＶｅはＶｒｅｆと同じ値となる。

【００８５】また、この差動増幅器２５には、抵抗４０
とコンデンサ４１とによりローパスフィルターが構成さ
れている。このローパスフィルターにおいて、コンデン
サ４１の値をＣｏとすると、カットオフ周波数ｆｃは下
記式（３−２）のように近似して表すことができる。

【００８６】 ｆｃ＝１／（２π・Ｃｏ・Ｒｏ）・・・（３−２） この式（３−２）からわかるように、差動増幅器２５で
は、外部磁界Ｈｅに乗った交流磁界をローパスフィルタ
ーにて除去することができる。このため、この磁気探知
装置では、出力を向上させることができ、より高精度に
外部磁界を検出することができる。

【００８７】上述したように、図８に示した磁気探知装
置では、磁気センサ１０に供給される電流を反転させる
手段としてアンドゲート２２Ａ，２２Ｂを用いている。
このため、この磁気探知装置では、容易に小型化するこ
とができ、また、コストを低く抑えることができる。

【００８８】つぎに、磁気センサ１０に加わった外部磁
界Ｈｅの変化が、磁気センサ１０と直列に接続された抵
抗１２に生じるピーク値の変化として現れる原理につい
て説明する。

【００８９】磁気センサと抵抗が直列に接続された積分
回路に電流が立ち上がるときの状態をモデル化した回路
図を図１０に示す。この図１０に示した回路は、磁気セ
ンサ５０と抵抗５１とが直列に接続され、スイッチ５２
と直流電源５３とが配されなるような構成とされる。こ
のような回路において、スイッチ５２をオフからオンに
すると、磁気センサ５０と抵抗５１とからなる積分回路
に直流電源５３から直流電圧が印加され、磁気センサ５
０に電流ｉが流れ出す。ここで、磁気センサ５０に流れ
る電流ｉは、積分回路に印加される直流電圧をＶ、磁気
センサ５０のインダクタンスをＬ、抵抗５１の抵抗値を
Ｒ、電流ｉの立ち上がり時間をｔとすると、下記式（２
−７）で表される。

【００９０】

【数１】

【００９１】上述したように、磁気センサ５０のインダ
クタンスＬは、電流ｉが立ち上がっている間に、Ｌｍａ
ｘからＬｍｉｎへ変化する。ここで、電流ｉは、インダ
クタンスＬのＬｍａｘからＬｍｉｎへの変化を包括する
ように設定しておく。

【００９２】そして、磁気センサ５０のインダクタンス
ＬがＬｍａｘからＬｍｉｎへと変化するため、積分回路
に流れる電流ｉは、図１１に示すように、その電流値が
０からＩｃまでのあいだインダクタンスＬがＬｍａｘの
状態で立ち上がり、その電流値がＩｃからＩｈのあいだ
インダクタンスＬがＬｍｉｎの状態で立ち上がることと
なる。なお、図１１において、電流ｉの電流値０から電
流値Ｉｃまでの立上がり時間をｔ１とし、電流ｉの電流
値Ｉｃから電流値Ｉｈまでの立上がり時間をｔ２とす
る。そして、これら立上り時間ｔ１及びｔ２の合計をＴ
とし、この合計時間Ｔが一定とすると、上記式（２−
７）から下記式（２−８）が導かれる。

【００９３】

【数２】

【００９４】ここで、磁気センサ５０に加わる外部磁界
Ｈｅが変化すると、この変化分だけインダクタンスＬが
ＬｍａｘからＬｍｉｎに変化する変化点がシフトするこ
とを考慮する。すなわち、磁気センサ５０に加わる外部
磁界Ｈｅが変化すると、電流値Ｉｃの値がシフトする。
したがって、上記式（２−８）から分かるように、磁気
センサ５０に加わる外部磁界Ｈｅが変化して電流値Ｉｃ
がシフトすると、立上り時間ｔ１及びｔ２が変化する。

【００９５】このことから、磁気センサ５０に加わる外
部磁界Ｈｅが変化すると、電流値Ｉｈも変化することが
分かる。言い換えると、磁気センサ５０に加わる外部磁
界Ｈｅが変化すると、抵抗５１に発生する電流値が変化
することとなる。このことを上述した磁気探知装置に当
てはめて考えると、磁気センサ１０に供給された発振電
圧信号Ｖｏｓは、外部磁界Ｈｅが変化すると積分電圧Ｖ
ｒの波形が変化したものとなることがわかる。このた
め、磁気センサ１０に加わる外部磁界Ｈｅが変化する
と、積分電圧Ｖｒから出力されるピーク値Ｖｅが変化す
ることが分かる。

【００９６】ところで、図６又は図８に示したような磁
気探知装置において、磁気センサ１０と抵抗１２，２１
Ａ，２１Ｂとからなる積分回路に供給された発振電圧信
号Ｖｏｓから生じるピーク値Ｖｅは、外部磁界Ｈｅと磁
気センサ１０の磁性体の長手方向に生じる磁界とが成す
角度θに依存している。すなわち、外部磁界Ｈｅが一定
のとき、ピーク値Ｖｅは、図１２に示すように、外部磁
界Ｈｅと磁気センサ１１の磁性体の長手方向に生じる磁
界とが成す角度θに依存して変化する。なお、図１２で
は、外部磁界Ｈｅの向きと磁気センサ１１の磁性体の長
手方向に生じる磁界の向きとが同じときを方位０°とし
ている。

【００９７】図１２から分かるように、ピーク値Ｖｅは
外部磁界Ｈｅの方位情報を含んでいる。これは、磁気セ
ンサ１０の磁性体の磁化量が、磁気センサ１１に流れる
電流ｉによる磁化量と外部磁界Ｈｅによる磁化量との合
計であり、外部磁界Ｈｅによる磁化量が、外部磁界Ｈｅ
と磁気センサ１０の磁性体の長手方向に生じる磁界とが
成す角度θに依存して変化するからである。

【００９８】すなわち、図１３に示すように、磁気セン
サ１０のコイル１０ｂに流れる電流ｉによる磁界Ｈｂは
一定であるが、外部磁界Ｈｅによって磁気センサ１０の
磁性体１０ａに生じる磁界は、外部磁界Ｈｅの方向に依
存している。したがって、磁気センサ１０で検出される
磁界Ｈは、下記式（２−９）で示すように、外部磁界Ｈ
ｅのうち、磁性体１０ａの長手方向成分のみとなる。

【００９９】Ｈ＝Ｈｅ・ｃｏｓθ ・・・（２−９） なお、上記式（２−９）に示すように、磁気センサ１０
で検出される磁界Ｈは、外部磁界Ｈｅの方位情報を含ん
でいるので、複数の磁気センサ１０を用いることによ
り、外部磁界Ｈｅの方向を知ることができる。

【０１００】具体的には、例えば、図１４に示すよう
に、磁気探知装置に２つの磁気センサ１０ｘ，１０ｙを
組み込むことが考えられる。なお、この一対の磁気セン
サ１０ｘ，１０ｙを有する磁気探知装置において、図６
に示した磁気探知装置と同一の部材に関して同一の符号
を付することにより、その説明を省略する。

【０１０１】この磁気探知装置は、一対の磁気センサ１
０ｘ，１０ｙを有するセンサ部６０と、これら磁気セン
サ１０ｘ，１０ｙを駆動させる第１のアナログスイッチ
回路６１と、センサ部６０からの積分電圧Ｖｒを選択的
に出力させる第２のアナログスイッチ回路６２とを備え
る。また、この磁気探知装置は、一対の磁気センサ１０
ｘ及び磁気センサ１０ｙと直列に接続された抵抗１２
と、パルス信号発振器１３と周波数分周器と、差動増幅
回路（図示せず。）とを備える。

【０１０２】ここで、図１５に示すように、磁気センサ
１０ｘは、Ｘ軸方向に配置し、磁気センサ１０ｙは、Ｘ
軸方向に対して直交するＹ軸方向に配置する。すなわ
ち、磁気センサ１０ｘ及び磁気センサ１０ｙは、互いに
直交するように配置する。このとき、図１５に示すよう
に、外部磁界Ｈｅの方向と、Ｘ軸方向検出用の磁気セン
サ１０ｘの磁性体の長手方向とが成す角度をθとする
と、Ｘ軸方向検出用の磁気センサ１０ｘによって検出さ
れる磁界Ｈｘは、下記式（２−１０）で表され、Ｙ軸方
向検出用の磁気センサ１０ｙによって検出される磁界Ｈ
ｙは、下記式（２−１１）で表される。

【０１０３】 Ｈｘ＝Ｈｅ・ｃｏｓθ ・・・（２−１０） Ｈｙ＝Ｈｅ・ｓｉｎθ ・・・（２−１１） ここで、Ｘ軸方向検出用の磁気センサ１０ｘによって検
出される磁界Ｈｘと、Ｙ軸方向検出用の磁気センサ１０
ｙによって検出される磁界Ｈｙとの比をとると、下記式
（２−１２）となる。

【０１０４】 Ｈｙ／Ｈｘ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ ・・・（２−１２） したがって、外部磁界Ｈｅの方向と、Ｘ軸方向検出用の
磁気センサ１０ｘの磁性体の長手方向とが成す角度θ
は、下記式（２−１３）で表される。ただし、下記式
（２−１３）において、Ｈｙ≧０のときは、１８０°≧
θ≧０°であり、０＞Ｈｙのときは、３６０°＞θ＞１
８０°である。

【０１０５】 θ＝ｔａｎ^-1（Ｈｙ／Ｈｘ） ・・・（２−１３） このように磁気探知装置に２つの磁気センサを設けるこ
とにより、外部磁界Ｈｅの２次元での方向を知ることが
できる。

【０１０６】ところで、上述したような一対の磁気セン
サを有する磁気探知装置は、図１４に示したような構成
に限定されるものではない。すなわち、一対の磁気セン
サを有する磁気探知装置としては、図１６に示すよう
に、一対のアンドゲート２２Ａ，２２Ｂを備える構成の
ものが挙げられる。この磁気探知装置において、図８に
示した磁気探知装置と同様の部材に関して同一の符号を
付することにより、その説明を省略する。

【０１０７】この磁気探知装置は、一対の磁気センサ１
０ｘ，１０ｙと、磁気センサ１０ｘに接続された抵抗２
１Ａ，２１Ｂ及び磁気センサ１０ｙに接続された抵抗２
１Ａ，２１Ｂと、これら抵抗２１Ａ，２１Ｂを介して磁
気センサ１０ｘ，１０ｙとそれぞれ接続された一対のア
ンドゲート２２Ａ，２２Ｂとを備える。また、この磁気
探知装置は、磁気センサ１０ｘ及び抵抗２１Ａ，２１Ｂ
からの積分電圧におけるピークを検出する一対のピーク
検出器２３Ａ，２３Ｂと、これら一対のピーク検出器２
３Ａ，２３Ｂからの出力の差動をとる第１の差動増幅器
２５Ａとを備える。さらに、この磁気探知装置は、磁気
センサ１０ｙ及び抵抗２１Ａ，２１Ｂからの積分電圧に
おけるピークを検出する一対のピーク検出器２３Ａ，２
３Ｂと、これら一対のピーク検出器２３Ａ，２３Ｂから
の出力の差動をとる第２の差動増幅器２５Ｂとを備え
る。

【０１０８】このように構成された磁気探知装置では、
第１の差動増幅器２５Ａからの出力により、Ｘ軸におけ
る外部磁界を検出することができ、第２の差動増幅器２
５Ｂからの出力により、Ｙ軸における外部磁界を検出す
ることができる。これにより、この磁気探知装置では、
Ｘ軸とＹ軸とからなる平面上における外部磁界を検出す
ることができる。言い換えると、この磁気探知装置によ
れば、外部磁界の大きさとＸＹ平面における外部磁界の
方向とを検出することができる。

【０１０９】また、外部磁界の３次元での方向を知りた
い場合には、３つの磁気センサを設ければよいことは言
うまでもない。すなわち、外部磁界の３次元での方向や
大きさ、すなわち立体空間内での外部磁界の方向や大き
さまで知りたいときには、互いに直交する３つの磁気セ
ンサを用いればよい。なお、従来の磁気探知装置でも、
互いに直交する３つの磁気センサを設ければ、立体空間
内での回転角度を探知することはできる。しかしなが
ら、従来の磁気探知装置では、上述したように、磁気セ
ンサを互いに直交するように配置することは難しかっ
た。

【０１１０】これに対して、本発明を係る磁気探知装置
に使用される磁気センサは、非常に簡単な構成であるの
で、それぞれを互いに直交するように配置することは容
易である。したがって、本発明を適用することにより、
立体空間内での回転角度を探知することができる磁気探
知装置を、低価格で提供することが可能となる。

【０１１１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る磁気探知装置では、外部磁界の検出に、外部磁界の
変化に伴って急峻な変化を示すインダクタンスの変化
を、発振電流のピーク値の変化として検出しているた
め、非常に高い感度で外部磁界を検出することができ
る。また、本発明に係る磁気探知装置は、磁気センサに
おける発振電流のピーク値を検出する回路が非常に簡単
な構成であるので、容易に小型化や低価格化を図ること
ができる。

【０１１２】したがって、本発明によれば、小型化や低
価格化が容易で、高い感度が得られる磁気探知装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した磁気探知装置に用いられる磁
気センサの一例を示す模式図である。

【図２】図１に示した磁気センサに励磁電流を供給する
様子を示す模式図である。

【図３】図１に示した磁気センサのインダクタンスＬ及
びインピーダンスＺと、励磁電流周波数ｆとの関係を示
す特性図である。

【図４】図１に示した磁気センサのインダクタンスＬ
と、外部磁界の大きさＨとの関係を示す特性図である。

【図５】図１に示した磁気センサによる外部磁界検出の
原理を説明するための図である。

【図６】本発明を適用した磁気探知装置の一構成例を示
す回路図である。

【図７】図６に示した磁気探知装置の各部における電圧
波形のタイムチャートを示す特性図である。

【図８】本発明を適用した磁気探知装置の他の例を示す
回路図である。

【図９】図８に示した磁気探知装置の各部における電圧
波形のタイムチャートを示す特性図である。

【図１０】磁気センサと抵抗からなる積分回路に電流が
立ち上がるときの状態をモデル化した回路図である。

【図１１】図１０に示した積分回路に流れる電流の立ち
上がり時の様子を示す図である。

【図１２】ピーク値Ｖｒと外部磁界Ｈｅの方向との関係
を示す特性図である。

【図１３】磁気センサの磁性体の磁化の様子を示す模式
図である。

【図１４】本発明を適用した磁気探知装置の他の構成例
を示す回路図である。

【図１５】図１４に示した磁気探知装置の磁気センサの
配置の様子を示す模式図である。

【図１６】本発明を適用した磁気探知装置の他の構成例
を示す回路図である。

【図１７】ホール素子を用いた磁気探知装置の一例を示
す模式図である。

【図１８】フラックスゲートセンサを用いた磁気探知装
置の一例を示す模式図である。

【図１９】磁気抵抗効果素子の一例を示す模式図であ
る。

【図２０】磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果特性を示す
図である。

【符号の説明】

１０ 磁気センサ、１１ 第１のアナログスイッチ回
路、１２ 抵抗、１３ パルス信号発振器、１４ 第２
のアナログスイッチ回路、１５ ピーク検波器、１６
差動増幅器

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体にコイルが巻かれてなる磁気セン
   サを備え、 上記磁気センサのコイルに発振電圧が供給されたときに
   上記コイルに流れる発振電流について、外部磁界により
   変化する発振電流がピーク値になったときの電圧を検出
   し、この電圧値の変化によって外部磁界を探知すること
   を特徴とする磁気探知装置。
2. 【請求項２】 前記磁気センサと直列に接続された抵抗
   を備えることを特徴とする請求項１記載の磁気探知装
   置。
3. 【請求項３】 前記磁気センサのコイルに流れる発振電
   流の振幅が、磁気センサのインダクタンスが急峻な変化
   を示す範囲を包括するように設定されていることを特徴
   とする請求項１記載の磁気探知装置。
4. 【請求項４】 前記磁気センサのコイルに供給される発
   振電圧は、パルス電圧であることを特徴とする請求項１
   記載の磁気探知装置。
5. 【請求項５】 前記磁気センサのコイルに流れる発振電
   流の方向を反転させる反転手段を備えることを特徴とす
   る請求項１記載の磁気探知装置。
6. 【請求項６】 磁気センサのコイルに発振電圧を供給す
   る発振手段と、この発振手段より供給された発振電圧を
   分周することにより制御信号を出力する分周手段とを備
   え、 前記反転手段は、この発振手段から供給される発振電圧
   とこの分周手段から供給される制御信号との論理積をと
   ることを特徴とする請求項５記載の磁気探知装置。
7. 【請求項７】 前記反転手段は、前記磁気センサのコイ
   ルの両端部にそれぞれ接続された一対のアンドゲートで
   あることを特徴とする請求項６記載の磁気探知装置。
8. 【請求項８】 前記磁気センサのコイルの両端部にそれ
   ぞれ接続された一対のピーク検波手段を備え、 これら一対のピーク検波手段には、前記分周手段がそれ
   ぞれ接続されるとともに、一方のピーク検波手段には、
   他方のピーク検波手段に供給された制御信号と１８０゜
   位相の異なる制御信号が供給されることにより、一対の
   ピーク検波回路のうちでいずれか一方を交互に駆動させ
   ることを特徴とする請求項５記載の磁気探知装置。
9. 【請求項９】 前記一対のピーク検波回路からそれぞれ
   出力された電圧値を信号として、これら信号の差動をと
   る差動増幅回路を備えることを特徴とする請求項８記載
   の磁気探知装置。
10. 【請求項１０】 前記差動増幅回路は、ローパスフィル
    タを有することを特徴とする請求項９記載の磁気探知装
    置。