CN100343627C

CN100343627C - 具有磁阻元件的方位计

Info

Publication number: CN100343627C
Application number: CNB021033943A
Authority: CN
Inventors: 阿部泰典; 下江治; 诸野胁幸昌; 板桥弘光; 美马宏行; 原田仁
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-02-04
Also published as: TW571074B; CN1369689A; US6556007B1; JP3573100B2; KR100769026B1; KR20020065379A; JP2002310659A

Abstract

所公开的方位计具有用于施加偏置磁场的薄膜平面线圈以及与此线圈的相对导体边交叉设置的至少一对磁阻元件对(设为第一与第二磁阻薄板)。此平面线圈具有至少一对相对导体边(设为第一与第二边)。此第一磁阻薄板与此第一边交叉成大于30°而小于90°的角。此第二磁阻薄板与此第二边交叉成大于30°而小于90°的角。在对磁阻薄板分别施加正反方向的偏置磁场的同时，测定磁阻元件对的中间电位，根据此两中间电位的差而检测出方位。

Description

具有磁阻元件的方位计

本发明涉及采用磁阻元件的方位计及方位测定方法，特别涉及到一面对磁阻元件施加偏置磁场一面测定方位的方位计及方位测定方法。

磁阻元件当于其容易磁化的轴向有电流流过时，在与之正交的方向上施加磁场后，就具有沿电流方向致电阻随磁场的增大而减小的磁阻效应。电阻与所加磁场强度的关系基本上近似二次函数。如图24所示，成为

R＝R₀[1-α(H/Hk)²]

其中R₀为无磁场时的电阻，α为电阻率变化率，Hk为饱和磁场。

在对磁阻元件施加有约1/2·Hk的偏置磁场的状态下，外部磁场与电阻基本呈线性关系。由于地磁的水平分量最大为0.40e，因而施加适当的偏置就可以测定方位。

可以采用这样的方位计，将四个正交的磁阻元件91、92、93、94组成图25所示的全电桥，相对于磁阻元件的电流方向，为能按45°角施加两个正交的偏置磁场而将两个偏置线圈101、102卷绕到附于磁阻元件外部的支架上。图26是此种方位计的剖面模式图，图27是其外观图。

测定方位时，一边通过一个偏置线图101(设为X方向的线圈)对构成全电桥的四个磁阻元件91、92、93、94施加+X方向的偏置，一边测定成为全电桥的磁阻元件对之间的中间电位差，然后通过此同一偏置线圈101对磁阻元件施加-X方向的偏置，也能在同时测定磁阻元件对之间的中间电位差。求出+X方向偏磁施加时和-X方向偏磁施加时两者的中间电位差之差，这一差正比于地磁的水平分力和X轴方向间的角度θ的正弦。

其次，通过另一偏置线圈102(设为Y方向的线圈)对构成全电桥的四个磁阻元件91、92、93、94一面施加+Y方向的偏置一面测定构成全电桥的磁阻元件对之间的中间电位差，接着由同一偏置线圈102一面对磁阻元件施加-Y方向的偏置，一面测定磁阻元件对之间的中间电位差。求出+Y方向偏置施加时与-Y方向偏置施加时的两者中间电位差之间的差，而这一差当地磁的水平分力方向为θ时成为sin(π/2-θ)，即正比于角θ的余弦。

根据这些Y方向的输出V_Y和X方向的输出V_X，地磁的水平分力方向为

θ＝arc tan(V_X/V_Y)而能测定方位。

以上所述作为原理是正确的。但在对磁阻元件所加的磁场与电阻间的关系中则存在着磁滞现象，也即是更应如图28所示而非图24所示的情形。随着所加磁场强度的增加，图28中上行的曲线渐渐达到饱和，从饱和点开始随着施加磁场的下降而成为渐降的曲线。

于是，在测定方位之际，考虑这种磁滞的影响，可以在施加偏置磁场之前施加饱和磁场。

例如日本特许公报特开平5-157565号所示，在采用上面说明的磁阻元件和两个正交的偏置线圈组成的方位计来测定方位时，首先沿+X方向施加饱和磁场Hk，接着一边沿+X方向施加磁场Hb，一边测定磁阻元件对之间的中间电位差。然后由同一偏置线圈沿-X方向施加饱和磁场-Hk，再在沿-X方向施加偏置磁场-Hb的同时测定磁阻元件对之间的中间电位差、将这样求得的+X方向偏磁施加时和-X方向偏磁施加时这两个中间电位差的差作为X方向的输出V_X。

其次，通过另一偏置线圈沿+Y方向施加饱和磁场，再沿+Y方向在施加偏磁的同时测定磁阻元件对之间的中间电位差。然后由同一偏置线圈沿-Y方向施加饱和磁场，再在沿-Y方向施加偏磁的同时测定磁阻元件对之间的中间电位差。将这样求得的+Y方向偏磁施加时和-Y方向偏磁施加时这两个中间电位差的差作为Y方向的输出V_Y。根据此V_X与V_Y，应该是以与上述相同的方式测定方位。

作为以上所述的组装成全电桥的四个正交磁阻元件，可以采用在一片陶瓷基片上蒸镀Ni等合金膜，通过腐蚀而形成弯折状的各个磁阻薄板。因此可以使磁阻元件极小而且很薄。但是，将其沿X方向、Y方向卷绕形成的两个偏置线圈由于设在磁阻元件桥的外周，电子方位计厚达约3mm而面积约为10mm×10mm。由于有这样大的厚度，使装配有电子方位计的手表成了大型件。

测定方位的次序如以前所述，但由于要用X方向线圈施加+X方向和-X方向的偏磁进行测定，同时要由Y方向线圈施加+Y方向和-Y方向的偏磁进行测定，然后进行运算，故需要作四次测定。

此外，为消除磁阻元件的磁滞影响，在施加偏置磁场之前而施加了与偏置磁场同方向的饱和磁场。在施加了饱和磁场之后再施加偏置磁场，则可使磁阻元件的电阻和磁场曲线(参看图28)的坡度变小，使测定输出变小。

为此，本发明的目的在于提供能使厚度极其之薄且面积小的方位计。

本发明的另一目的在于提供与既有的方位计相比能减少给线圈通电的次数和减少测定次数的方位计。

本发明的又一目的在于提供与既有的方位计相比能减少给线圈通电的次数和减少测定次数的方位测定方法。

本发明的再一目的在于提供能提高输出的方位测定方法。

本发明的方位计包括：具有至少一对相对导体边的平面线圈，而这对相对的导体边则包括第一边和与之相对的第二边，以及在与此平面线圈面相平行且接近的平面上的两个磁阻薄板组成的至少一对磁阻元件，而这对磁阻元件则具有第一磁阻薄板和第二磁阻薄板，这对磁阻元件的第一磁阻薄板具有一个只与所述第一边交叉成大于30°而小于90°角的纵向。这对磁阻元件的第二磁阻薄板具有一个只与所述第二边交叉成大于30°而小于90°的纵向，此第一磁阻薄板的纵向不与第二磁阻薄板的纵向平行，各个磁阻薄板以其一方的端部相互电连接，而对它们的另一方端部则施加方位测定用电压，从上述一方的端部根据方位取出中间电位。

平面线圈即使是在其相互平行相对的导体边和相对的导体边之间有斜向的线圈部分和弯曲的线圈部分时，但只要在与磁阻薄板交叉的附近成为直线即可。能用于本发明的平面线圈的合适例子是具有两对相互平行的相对导体边对、这两对相对导体边对之间可以有斜的或弯曲成R形的部分。这两对相对的导体边直接连接，在它们之间于连接点以外不成为斜的或R形部分之时，为平行四边形的平面线圈。

作为本发明用的平面线圈最好是具有两对相互平行的相对导体边对，这两对相对的导体边对至少是部分地构成长方形的四个边，当相互平行的两对相对导体边正交时，平行的线圈边至少是部分地构成长方形的四边。在相对导体边与相对导体边相连接的部分中即使是有斜的线圈部分或R状的线圈部分，若是与磁阻薄板交叉附近的电线成为平行的即可。

这种方位计能够具有两组磁阻元件对。此时，在这两组磁阻元件对各一方的两个磁阻薄板(第一磁阻薄板)各个的纵向只与平面线圈的相对导体边对相同的一边(第一边)交叉，而另一方的两个磁阻薄板(第二磁阻薄板)各个的纵向则只与其相对导体边对的上述一边相对的另一边(第二边)交叉；同时，两组磁阻元件对中各第一磁阻薄板只与上述相对导体边对的第一边交叉，而这两组磁阻元件对中各个第二磁阻薄板则只与上述相对导体边对的上述第一边相对的第二边交叉，与上述相对导体边对的第一边交叉的第二磁阻薄板的纵向相互之间可以成为非平行的。或者，这两组磁阻元件对的一组之中的第一磁阻薄板只与该两对的相对导体边对之中一对的第一边交叉，而这一组的磁阻元件对的第二磁阻薄板只与其相对导体边对的第二边交叉；而这两组磁阻元件对之中另一组的第一磁阻薄板则只与所述两对相对导体边对之中另一对的第一边交叉；这两组磁阻元件对中上述另一组内的第二磁阻薄板则只与该两对相对导体边对的上述另一对的第二边交叉。

本发明的方位计在其两对的相对导体边至少部分地构成长方形的四个边的情形下，此方位计具有四组磁阻元件对，各磁阻元件对则有由第一磁阻薄板与第二磁阻薄板组成的两个磁阻薄板，上述四组磁阻元件对中两组之内的两个第一磁阻薄板只与所述两对相对导体边对的一对之中的第一边交叉，这两组磁阻元件对中两个第二磁阻薄板则只与和其相同的相对导体边对的第二边交叉，同时所述四组磁阻元件对中其他两组内的两个第一磁阻薄板则只与其他相对导体边对的第一表交叉，而该其他两组磁阻元件对中的两个第二磁阻薄板便只与该其他相对导体边对的第二边交叉；与平面线圈的同一边交叉的磁阻薄板的纵向相互之间最好为非平行的。

本发明的上述方位计中，上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈各边交叉的角度希望在45°以上和90°以下，而此交叉角度的偏差希望在±5°之内。上述交叉角度最好约为45°。

本发明的方位计之中，各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向最好与其相同的磁阻元件对中另一方的磁阻薄板的纵向正交。此外，与平面线圈一边交叉的两个磁阻薄板的纵向最好相互正交。

本发明中所用的平面线圈是沿着十字形平面的外周卷成的十字形平面线圈，具有四对相对的导体边，这种相对导体边的各边位于从十字形平面突出部侧边的凸状顶点到凹状顶点之间，可以采用如下的形式：各相对导体边对的第一边与相同的相对导体边对的第二边平行，四对相对导体边对之中的两对上的边成为相互平行，此四对相对导体边对中的其他两对上的边则为正交。

此时，方位计具有两组磁阻元件对，各磁阻元件对可以具有由第一磁阻薄板与第二磁阻薄板组成的两片磁阻薄板。

或者此方位计具有四组磁阻元件对，各磁阻元件对具有由第一磁阻薄板和第二磁阻薄板组成的两片磁阻薄板，上述四组磁阻元件对中两组之内第一磁阻薄板分别与上述相对导体边对四对中最初两对成为相互平行的相对导体边的第一边交叉，而该两组磁阻元件对中第二磁阻薄板则分别与该最初两对中相对导体边对的相互平行相对导体边的第二边交叉，同时上述四组的磁阻元件对之中其他两组的第一磁阻薄板则分别同与上述第一相对导体边对正交的上述四对相对导体边对中其他两对相对导体边的第一边交叉，该其他两组磁阻元件对的第二磁阻薄板则分别与上述四对相对导体边对中该其他两对相对导体边的第二边交叉，十字形平面线圈突出部处的磁阻元件对的第一磁阻薄板的纵向可与相对突出部处磁阻元件对的第二磁阻薄板的纵向不平行，而此突出部处磁阻元件对的第二磁阻薄板的纵向与相对突出部处磁阻元件对的第二磁阻薄板的纵向成为非平行的。

在本发明的采用十字形平面线圈的方位计中，各磁阻薄板的纵向与平面线圈各边的交角宜为45°以上而不到90°，而此交角的偏差宜在±5°以内。但最好此交角约为45°。

本发明的方位计中，各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向最好与其相同的磁阻元件对其他一方的磁阻薄板的纵向正交。

本发明的方位计具有两对相互平行的相对导体边，是以这两对相对的导体边至少部分地构成长方形的四边的平面线圈，此相对的导体边对由相对导体边的第一边和相对导体边的第二边组成；在此平面线圈两侧具有与平面线圈平行相接近设置的两个磁阻元件面；在各磁阻元件面上具有四个磁阻薄板，它们所具的纵向只同相对导体边的一边交叉成大于30°而小于90°的角，以纵向与一对相对导体边交叉同时互不平行的两个磁阻薄板构成了一对具有第一磁阻薄板和第二磁阻薄板的磁阻薄板的磁阻元件对，在此第一与第二磁阻薄板上通过使DC电流流过平面线圈而施加反向磁场；将各磁阻元件对的磁阻薄板一方的端部相互之间进行电连接，与此同时对另一方端部之间施加方位测定用电压，这样能从上述一方的端部根据方位取出中间电位输出。

此时，上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈各边交叉的角度也希望大于45°而小于90°，且此交角的偏差也希望在±5°以内，上述交角最好约为45°。

在此方位计中，最好是使上述各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向与其相对的磁阻元件对另一方磁阻薄板的纵向正交，同时使夹住相对导体边一边的两个磁阻薄板的纵向相互正交。

本发明的方位计具有磁阻元件面和在这种面的两侧与此面相平行而接近设置的两个平面线圈；各平面线圈具有至少两对相对的导体边，而这两对相对的导体边至少是部分地构成长方形的四边，此种相对的导体边由相互平行的相对导体边的第一边与第二边组成；在上述磁阻元件面上具有两个磁阻薄板，它们的纵向只与上述平面线圈相对的导体边的各边交叉成大于30°而小于90°的角，而这两个磁阻薄板的纵向相互不平行；与上述平面线圈的相对导体边对的第一边交叉的一个磁阻薄板同与此相对导体边对的第二边交叉的磁阻薄板中的上述磁阻薄板在纵向上不平行的一个构成了一组磁阻元件对；各磁阻元件对的磁阻薄板一方的端部相互电连接，同时对另一方端部施加方位测定用电压，而可从上述连接的端部根据方位取出中间电位。

在此方位计中，各磁阻薄板的纵向与平面线圈相对导体边的一边交叉的角度希望大于45°而小于90°。此外，在磁阻元件面上具有的两个磁阻薄板的纵向只与上述平面线圈的各一边交叉成约45°，而且这两个磁阻薄板的纵向相互正交；上述磁阻元件对中的两个磁阻薄板的纵向最好相互正交。

本发明的方位测定方法采用上述的各种方位计。这样，使第一直流电流流过平面线圈，令磁阻薄板的磁化至少会使纵向饱和大小的直流磁场施加给磁阻薄板；使与第一直流电流反向的预定大小的第一偏置直流电流流过上述平面线圈，在对磁阻薄板的纵向与正交方向施加偏置直流磁场期间，于磁阻元件对的磁阻薄板另一方的端部之间施加方位测定用电压，从所连接的端部取出第一中间电位；然后使与第一直流电流反向的第二直流电流流过平面线圈。令磁阻薄板的磁化至少令使纵向饱和大小的直流磁场施加给磁阻薄板；使与第二直流电流反向的预定大小的第二偏置直流电流流过上述平面线圈，在对磁阻薄板的纵向与正交方向施加偏置直流磁场期间，于磁阻元件对的磁阻薄板另一方的端部之间施加测定用电压，而从所连接的端部取出第二中间电位，再求出此第一与第二中间电位差二者的差，基于此可求出方位。

当采用具有两组或四组磁阻元件对的方位计时，可取代上述的第一与第二中间电位而取出两组的磁阻元件对之间的第一中间电位差与第二中间电位差，再求此第一与第二中间电位差二者间的差，然后基于此求出方位。

在本发明的方位测定用方位计中，使平面线圈取长方形，同时使各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向与另一方磁阻薄板的纵向正交，而与平面线圈同一边交叉的磁阻薄板相互的纵向最好正交。

图1是本发明例1的方位计的平面图。

图2是本发明例1的方位计的分解透视图。

图3是本发明例1的方位计的电路图。。

图4是示明电阻相对于所加磁场强度关系的曲线图。

图5是采用平面线圈变形例的方位计的电路图。

图6是采用平面线圈变形例的方位计的电路图。

图7是本发明例2的方位计的电路图。

图8是本发明例3的方位计的电路图。

图9是本发明例4的方位计的电路图。

图10是说明另例平面线圈的平面模式图。

图11是本发明例5的方位计的电路图。

图12是本发明例6的方位计的电路图。

图13是本发明例7的方位计的电路图。

图14是本发明例8的方位计的电路图。

图15是采用了本发明的例5～8的磁阻薄板的放大底视图。

图16是本发明例9的方位计的分解透视图。

图17是本发明例9的方位计的电路图。

图18是本发明例10的方位计的分解透视图。

图19是本发明例10的方位计的电路图。

图20是本发明例11的方位计的分解透视图。

图21是本发明例11的方位计的电路图。

图22是本发明例12的方位计的分解透视图。

图23是本发明例12的方位计的电路图。

图24是示明电阻相对于所加磁场强度关系的一般的曲线图。

图25是一般的方位计的电路图。

图26是先有的方位计的剖面模式图。

图27是先有的方位计的透视图。

图28是示明电阻相对于所加磁场强度关系的磁滞的曲线圈。

以下详述本发明的最佳实施例。

例1

本发明的方位计的例1的平面图如图1所示。图1中的标号1是将构成平行四边形(在此为正方形)的平面线圈作数十次盘卷的结果在此平面线圈面的同一侧，即在此图中的下方，在与此平面线圈面相平行的平面内设有4组磁阻元件对2、3、4与5。磁阻元件对2、3、4与5分别由两个磁阻元件21与22、31与32、41与42、51与52组成。

在本说明书中，为描述本发明而用到了“磁阻薄板”一词。这是指具有磁阻特性的极薄的金属，合金或化合物组成的薄膜或薄板。通常的厚度为10nm级，宽度为数μm～数百μm。电流沿其纵向流过。用于本发明的各例中的磁阻薄板为曲折状或弯曲状。

磁阻元件对2一方的磁阻薄板21的纵向与平面线圈1的一边11交叉成大于30°而小于90°的角，更好是大于45°而小于90°的角，本例中则交叉约45°。磁阻元件对2另一方的磁阻薄板22的纵向则与平面线圈1的相对导体边的相对边即边12交叉成大于30°而小于90°的角，更好是大于45°而小于90°的角，本例中则交叉约45°。磁阻薄板21的纵向与磁阻薄板22的纵向不平行，本例中基本相互正交，此磁阻薄板21与22一方的端部(本例中平面线圈1内侧的端部)相互连接。就其他磁阻元件对3、4与5而言，它们各一方的磁阻薄板31、41、51的纵向分别与平面线圈1的一边重2、13、14交叉，而它们另一方的磁阻薄板32、42、52的纵向则分别与平面线圈1的对边11、14、13交叉，此种交角均大于30°而小于90°，更好是大于45°而小于90°，本例中此交角约为45°。磁阻薄板31、41、51备个的纵向与磁阻元件对各对应的磁阻薄板32、42、52的纵向不平行，本例中则相互正交，磁阻薄板31与32的一方的端部(本例中为平面线圈1内侧的端部)相互之间、磁阻薄板41与42的一方的端部(本例中为平面线圈1内侧的端部)相互之间、磁阻薄板51与52的一方的端部(本例中为平面线圈1内侧的端部)相互之间分别进行连接，但是，与平面线圈1的一边交叉的两个磁阻薄板21和32在其纵向上是不平行的，在本例中都交叉成直角。同样，分别与边12、13、14交叉的两个磁阻薄板22和31、41和52、42和51在其纵向上是不平行的，在本例中为直角。

这种方位计在基片上形成磁阻薄板，进而形成平面线圈。基板的厚度为0.7mm。基板上成膜的磁阻薄板与平面线圈等薄膜的部分厚度为40～50μm。基片的长与宽尺寸为3mm×4mm。

为了更好地理解图1所示方位计的例1，以图2示明其模式图的分解透视图，而以图3示明其电路图。从图2可知，当有直流电流流过平面线圈1时，在与平面线圈面相平行的面上，由于产生了从平面线圈内向外或从其外向内的直流磁场，此直流磁场便施加给磁阻元件对。图3表明，在平面线圈1中有右旋的电流Ib流过时，在磁阻薄板21、32上加有X方向的磁场，在磁阻薄板22、31上加有一X方向的磁场，在磁阻薄板41、52上加有Y方向的磁场，在磁阻薄板42、51上加有-Y方向的磁场。在沿平面线圈1施加与上述反向的电流-Ib时，则在各磁阻薄板中施加有与刚刚所述方向相反的磁场。

当有电流流过磁阻薄板的纵向，设于磁阻元件面上与纵向垂直的方向上施加磁场时，磁阻薄板的电阻如图24所示随磁场的增大而减小，取决于此磁场的施加方向，存在图28所示的磁滞。

本发明中，在使磁阻薄板与平面线圈的边交叉成30～90°时，相对于纵向正交的方向，沿30～90°的方向施加了外部磁场。此时的磁阻薄板沿纵向具有形状磁性各向异性，形状磁性各向异性磁场与外部磁场的合成向量与施加到磁阻薄板上的相同。因此，在将外部磁场施加到磁阻薄板上时的外部磁场与电阻的关系便如图4中的曲线所示。图4表明，在沿正向施加大的磁场下，当逐渐减小所加磁场的大小时的电阻的变化。由于施加磁场为负时具有极小的电阻，因而在施加负的预定大小的磁场时，相对于所加磁场变化的电阻变化率最大。这样的电阻与磁阻的关系曲线在按负向加有大的磁场之下而逐渐加大施加的磁场时，则成为相对于磁场为0的线与图4的曲线相对称的曲线。

于是在本发明中，当采用图1～3所示例1的方位计测定方位之时，使直流电流于平面线圈1中顺时针走向流动时，使磁阻薄板27～52至少在纵向上饱和大小的直流磁场施加给磁阻薄板21～52，而在与此直流电流反方向(图3中反时针走向)使预定大小的直流电流流过该平面线圈1，在与磁阻薄板的纵向正交方向上施加直流磁场期间，对磁阻元件对各磁阻薄板另一方端部相互之间施加测定用电压Vcc，而从相连接的端部取出中间电位输出。图3中沿时针走向流过直流电流时，使磁阻薄板21～52的至少在纵向上饱和大小的直流磁场施加到磁阻薄板21～52上后，则任一磁阻薄板也都成为图4中曲线右端的状态。或是减少直流电流或是切断此直流电流，在与这种直流电流反向，于图3中按反时针走向，施加相对于所加磁场的电阻变化率成为最大附近大小的磁场，即施加根据预定大小的直流电流所产生的直流磁场之下，从与磁阻薄板相互连接的端部取出中间电位输出。现在，设地磁水平分量的大小为He而He与X轴所成的角度设为θ。磁阻薄板21与22两者的中间电位输出成为

Vcc·(1/2-1/(2·Rb)·βHe cosθ)

此β为电阻对磁场的变化率，Rb为只施加偏置磁场Hb时的磁阻薄板的电阻。

本例中，由于是将磁组元件对2与3两者连接端部的中间电位输出之间的差作为图3的V_X取出，此中间电位输出差V_X便成为

V_X(+)＝Vcc·(1/2-1/(2·Rb)·βHe cosθ)

-(1/2+1/(2·(Rb)·βHe cosθ))

＝-Vcc·1/Rb·βHe cosθ

同样，由于是磁阻元件对4与5两者连接端部的中间电位输出之间的差作为图3的V_Y取出，因而中间电位输出差V_Y便成为

V_Y(+)＝Vcc·((1/2-1/(2·Rb)·βHe sin_θ)

-(1/2+1/(2·(Rb)·βHe sinθ))

＝-Vcc·1/Rb·βHe sinθ

其次，于平面线圈1上使直流电流反向(图3中反时针走向)流过，将磁阻薄板21～52至少在纵向上饱和大小的直流磁场施加到磁阻薄板21～52上，使与上述直流电流反向(图3中顺时针走向)的预定大小的直流电流流过平面线圈1，在将偏置直流磁场施加到与磁阻薄板的纵向正交方向上时，与上述相同，在磁阻元件对的各磁阻薄板的另一端部的相互之间施加测定用电压Vcc，从相连接的端部取出中间电位输出。此时，若所加磁场的大小在绝对值上是与上述基本相同大小的磁场时，则相对于所加磁场的电阻变化率最大。

这时将磁阻元件对2与3两者连接的部分的中间电位输出间之差作为图3的V_X取出，则中间电位输出之间的差V_X成为

V_X(-)＝Vcc·1/Rb·βHe cosθ

同时，将磁阻元件对4与5两者连接的部分的中间电位输出之间的差作为图3的V_Y取出时，则中间电位输出之间的差V_Y成为

V_Y(-)＝Vcc·1/Rb·βHe sinθ

将以上两个中间电位的输出差相对于X方向和Y方向求差时，则由于

X方向的V＝V_X(+)-V_X(-)＝-2Vcc·1/Rb·βHe cosθ

Y方向的V＝V_Y(+)-V_Y(-)＝-2Vcc·1/Rb·βHe sinθ

从而地磁水平分量与X轴构成的角度θ可由

θ＝arc tan(Y方向的V/X方向的V)求出。

由以上所述可知，当直流电流流进某个方向时，可同时求出对磁阻元件对2与3以及磁阻元件对4与5这两个组分别施加X方向与Y方向的偏置磁场时的中间电位输出差，还可同时求出以直流电流按反方向流过时，对磁阻元件对2与3以及磁阻元件对4与5这两个组分别施加-X方向与-Y方向的偏置磁场时的中间电位差。

在上述例1中是用平行四边形的结构来说明平面线圈的，但也可采用图5与6以平面模式图所示的平面线圈。图5所示的平面线圈1b有两对相互平行的相对导体边，平面线圈1b的边11b与12b平行，而边13b与14b平行。边11b与边13b之间有斜的线圈部分15b。边11b与边14b之间有斜的线圈部分16b，边14b与12b之间有斜的线圈部分17b，边12b与边13b之间有斜的线圈部分18b。四个边11b、12b、13b与14b部分地构成长方形在此为正方形的四个边。构成平行的相对导体边对的边11b与12b与图3所示的相同，为磁阻元件对2与3与其纵向交叉成约45°。同样地，构成平行的相对导体边对的边13b与14b则为磁阻元件对4与5将在纵向交叉成约45°。与平面线圈的磁阻薄板交叉的部分由于是直线式的，因而当电流顺时针走向流过线圈1b时，对于线圈面的下侧存在磁阻元件面时，向外的磁场会从相对于磁阻薄板的纵向成45°的方向施加到任一磁阻薄板之上。因此，可与以上所述相同，将图5所示平面线圈用于方位计中。

图6所示的平面线圈1c有两对平行的相对的导体边。边11c与12c平行，边13c与14c平行。在平行的直线状边之间设有弯曲的线圈部分，4个边11c、12c、13c与14c部分地构成了长方形在本例中为正方形的四个边。在构成平行的相对导体边对的各个边上沿其纵向与磁阻薄板交叉成约45°。与平面线圈1c的磁阻薄板交叉的部分由于是直线状的，易理解此平面线圈1c也可用于方位计。

例2

本发明的方位计的例2中的电路图如图7所示。这里所示的方位计是从图3的电路图所示的方位计中除去了磁阻元件对3与5的结果。因此，与图3中求磁阻元件对2与3的中间电位输出差以及求磁阻元件对4与5的中间电位输出差不同，在图7的方位计中则是求磁阻元件对2与4各个的中间电位输出。图中的标号采用与图1～3相同的标号。

当沿一个方向施加预定的偏置磁场时，求得磁阻元件对2的中间电位输出为

V_X(+)＝Vcc·(1/2-1/(2·Rb)·βHe cosθ)

而按反向施加预定的直流磁场时，此中间电位输出为

V_X(-)＝Vcc·(1/2+1/(2·Rb)·βHe cosθ)

此外，沿一个方向施加预定偏置磁场时，求得磁阻元件对4的中间电位输出为

V_Y(+)＝Vcc·(1/2-1/(2·Rb)·βHe sinθ)

而按反向施加预定直流磁场时的中间电位输出则为

V_Y(-)＝Vcc·(1/2-1/(2·Rb)·βHe sinθ)

以这两个中间电位输出分别就X方向与Y方向求差，则有

X方向的V＝V_X(+)-V_X(-)＝-Vcc·1/Rb·βHe cosθ

Y方向的V＝V_Y(+)-V_Y(-)＝-Vcc·1/Rb·βHe sinθ

此输出与例1的输出相比成为它的一半。这是由于在例1中为全电桥形式而本例中为半电桥式所致。地磁的水平分量与X轴所成角度θ可由

θ＝arc tan(Y方向的V/X方向的V)求出。

由以上所述可知，本例中当沿一个方向以直流电流流过时，可以同时求出在给磁阻元件对2与4施加X方向与Y方向的偏置磁场时的中间电位输出。与此同时，沿反方向使直流电流流过，也可以同时求出给磁阻元件对2与4施加-X方向与-Y方向偏置磁场时的中间电位输出。

例3

本发明的方位计的例3其电路图如图8所示。这里所示的方位计是从图3的电路图所示的方位计中除去了磁阻元件对4与5的结果。在此是去求磁阻元件对2与3的中间电位输出差。图中的标号采用与图1～3和7中相同的。

使电流沿一个方向流过，施加了预定磁场时的磁阻元件对2与3两者的中间电位输出差与例1相同为

V_X(+)＝-Vcc·1/(2·Rb)·βHe cosθ

而让电流依反向流过施加预定磁场时的磁阻元件对2与3两者的中间电位输出差，同样地有

V_X(-)＝Vcc·1/(2·Rb)·βHe cosθ

求出施加这两个方向磁场时两中间电位输出差之间的差，成为

X方向的V＝V_X(+)-V_X(-)＝-Vcc·1/Rb·βHe cosθ

由此式可以求出地磁水平分量与X轴构成的角度θ。但由于未测定Y方向的输出差V而有未能区别+θ/-θ的缺点。此外，由于θ为Vcc的函数，需要有恒流电路。

例4

本发明方位计的例4其电路图如图9所示。此方位计是从图8的方位计中再除去磁阻元件对3的结果。在此将用于求出磁阻元件对2的中间电位输出。图中的标号采用与图1～3以及7、8之中相同的。

在使电流流过一个方向施加预定磁场时的磁阻元件对2的中间电位输出，与例2相同为

V_X(+)＝Vcc·(1/2-1(2·Rb)·βHe cosθ)

而按反方向施加预定的直流磁场时的磁阻元件对2的中间的电位输出则为

V_X(-)＝Vcc·(1/2+1(2·Rb)·βHe cosθ)

施加两个方向的磁场时的两中间电位输出差为

X方向的V＝V_X(+)-V_X(-)＝-Vcc·1/Rb·βHe cosθ

从上式可求出地磁的水平分量与X轴构成的角度θ。但在此也没有测定Y方向的输出差V而存在未对+θ/-θ作出区别的缺点。同样，由于θ为Vcc的函数，需要有恒流电路。

在例1～4的说明中，磁阻薄板与平面线圈各边交叉的角度是取作45°的，但此交叉成的角度大于30°而小于90°时也可用以测定方位。在这一角度范围内时，当大于45°而小于90°时，由于电阻相对于磁场的变化大当然较好，但角度过大时，在图4的极小值附近，电阻对磁场变化大所对应的区域缩窄，由于难以设定适当的偏置磁场，而45°时则最易处理。

此外，与平面线圈1的一边交叉的两个磁阻薄板的纵向成为相互正交的情形，以及一组磁阻元件对的两个磁阻薄板的纵向成为相互正交的情形已于以上例子中作了说明。但它们相互之间也可以是只要为非平行的即可。但是，成为直角时最易处理。再有，磁阻薄板与边的交叉角度在元件对中最好成镜像关系。一方成10°而另一方为60°时，电桥电路的输出则偏移。若是接近镜面关系则可减少输出的偏移而成为正弦波形。为此，在磁阻元件对中，磁阻薄板与各边交叉的角度差设定于±5°以内。且最好是对方位计所有的磁阻薄板而言，各磁阻薄板与各边交叉角度的偏差在±5°之内。

已试制了例1的方位计。制作了膜厚为30nm和31.5nm的磁阻薄板。30nm的反磁场的影响少，而随着厚度增大，表观的反磁场增大，从而为了施加必要的饱和磁场与偏置磁场，需要输出大的线圈电流。此外，太薄了时则有可能减小磁阻变化率，从而膜厚以30nm±5nm适当。

制作了磁阻薄板的线宽从40μm到10μm不等的磁阻薄板。反磁场影响少的40μm为最适当。当线宽扩展到此以上时，就会减少反复盘卷的次数而降低电阻变化率。电阻值小，就会增大电功率消耗。为使盘卷的次数最大和减少反磁场的影响，线宽以30～40μm为宜。

磁阻薄板间隔在5μm以下时，会产生短路等问题。一般而论虽不会有这样的问题，由于在磁阻薄板面积内的磁阻薄板的占有率低，上述间隔以5μm为适当。

对于平面线圈，在制成外部尺寸为2～3mm的50～100匝的平面线圈后，已获得充分的输出。另一方面，为了减小电功率的消耗，线圈的尺寸应尽可能地小。

为了能在低的电源电压下产生必要的磁场，最有效的方法是减小线圈的电阻。线圈的电阻虽取决于线宽与长度，但长度多由线圈尺寸确定。线宽与膜厚虽宜尽可能地大，但膜厚由导体间的间隙规定。在导体间间隙的约束条件下，膜厚因以较厚为好，但在制造上镀膜的厚度过厚的则不好。为此，以2～5μm为适当。与此相配合，线宽以8～20μm为适当。

平面线圈与磁阻薄板的间隔由于本发明要利用平面线圈极近旁的磁场而以尽可能地窄为好，考虑到插入于其间的绝缘膜厚的绝缘性，取作为磁阻薄板与配线膜的膜厚的约1.5倍为好。此间隔以0.5～2μm为适当。

在上面描述本发明时，采用的是平行四边形或矩形特别是正方形的平面线圈，而其他形状的平面线圈则如图10A～10C的平面模式图所示。作为具有偶数个边而各边与对边平行的平面线圈，可以采用图10A～10C所示平面线圈1d、1e、1f中的任何一个。下面以例5～8说明采用图10A的平面线圈1d的方位计。

例5

图11示明本发明的方位计的例5的电路图。图11中，1d为沿十字形平面外周将平面状并列的平面线圈盘卷数十次的结果。在此平面线圈面的同一侧即在此图的下侧，在与此平面线圈面相平行的平面内，设有四组磁阻元件对2、3、4与5。磁阻元件对2、3、4与5分别由两个磁阻薄板21与22、31与32、41与42以及51与52组成，这些磁阻薄板与例1至4所示的实质相同。平面线圈1d在十字形平面的突出部61两侧的电线从该突出部的凸状顶点到凹状顶点之间，也即从611到612之间和从613到642之间具有平行的相对导体边614与615；在突出部62两侧的电线从该突出部的凸状顶点到凹状顶点之间，也即从621到622之间和从623到612之间具有平行的相对导体边624与625；在突出部63两侧的电线从该突出部的凸状顶点到凹状顶点之间，也即从631到632之间和从633到622之间具有平行的相对导体边634与635；而在突出部64两侧的电线从该突出部的凸状顶点到凹状顶点之间，也即从641到642之间和从643到632之间具有平行的相对导体边644与645。

磁阻元件对2中一方的磁阻薄板21的纵向与平面线圈1d的相对导体边对的一边614交叉成大于30°而小于90°的角而最好是大于45°而小于90°的角，本例中此交角约45°。磁组元件对2另一方磁阻薄板22的纵向则与平面线圈1d的上述一边的对边即边615交叉成大于30°而小于90°的角，而最好是大于45°和小于90°的角，本例中此交角约45°。磁阻薄板21的纵向与磁阻薄板22的纵向不平行，本例中成为直角，此磁阻薄板21与22一方的端部(本例中为平面线圈1d内侧的端部)相互连接，其他磁阻元件对3、4、5也都类似，它们各一方的磁阻薄板31、41、51的纵向分别与平面线圈1d的相对导体边对的一边634、625、645交叉，而另一方磁阻薄板32、42、52的纵向则分别与平面线圈1d的各对边635、624、644交叉，这种交角都是大于30°而小于90°的，而最好是大于45°和小于90°的，本例中则约为45°。磁阻薄板31、41、51各自的纵向与磁阻元件对各自对应的磁阻薄板32、42、52的纵向为非平行的，本例中则为正交的，磁阻薄板31与32一方的端部(本例中为平面线圈1d内侧的端部)相互之间、磁阻薄板41与42的一方端部(本例中为平面线圈1d内侧的端部)相互之间、磁阻薄板51与52的一方端部(本例中为平面线圈1d内侧的端部)相互之间，都是连接起的。此外，与平面线圈1d的边614、635交叉的两个磁阻薄板21与32的纵向是不平行的，本例中为正交的。这就是说，与同方向的线圈边614、635交叉的两个磁阻薄板21与32两者的纵向不平行。同样，与同方向的线圈边615和634、625和644、624和645交叉的各相应的两个磁阻薄板22和31、41和52、42和51各自的纵向也为非平行的，本例中为正交的。

此方位计在基板上形成磁阻薄板再形成平面线圈。基板厚0.7mm。基板上成膜的磁阻薄板与平面线圈等薄膜的部分厚度为40～50μm，基板的长宽尺寸为3mm×4mm。

当直流电流流过平面线圈1d时，在与平面线圈面平行的面上产生了从线圈内侧向外或从其外向内侧的直流磁场，此直流磁场施加于磁阻元件对上。图11中将平面线圈1d示明为一卷线圈，当于此线圈上有顺时针方向的电流Ib流过时，便对磁阻薄板21、32上施加了X方向的磁场、对磁阻薄板22、31上施加了-X方向的磁场、对磁阻薄板41、52上施加了Y方向的磁场、对磁阻薄板42、51上施加了-Y方向的磁场。若于平面线圈1d上有与上述反向的电流-Ib流过时，则在各磁阻薄板上便施加有与适才所述反向的磁场。本例中的方位计可以认为是与例1的方位计同样地工作的。

例6

本发明的方位计的例6，其电路图如图12所示。这里所示的方位计是从图11的电路图所示的方位计中除去了磁阻元件对3与5的结果。为此，与图11中求磁阻元件对2与3的中间电位输出差和求磁阻元件对4与5的中间电位输出差不同，在此图12的方位计中是去求磁阻元件对2与4各自的中间电位输出。图12中采用与图11中相同的标号。本例中方位计可以认为是与例2的方位计同样地工作。

例7

本发明的方位计的例7中，其电路图如图13所示。这里所示的方位计是从图11的电路图所示的方位计中除去了磁阻元件对4与5的结果。在此是去求磁阻元件对2与3的中间电位。图13中采用与图11中相同的标号。本例中的方位计可以认为能与例3的方位计同样地工作。

例8

本发明的方位计的例8，其电路图如图14所示。这里所示的方位计是从图13的电路图所示的方位计中再除去磁阻元件对3的结果。在此是去求磁阻元件对2的中间电位输出，并采用与图13中相同的标号。本例中的方位计可以认为是与例4的方位计同样地工作。

将例5～8中方位计的磁阻薄板22以及与之交叉的平面线圈1d的相对导体边对的一边615示明于图15的放大底视图中。从图15可知，平行的相对导体边对的各边的磁场施加区域成为平行四边形。因此，与线圈边交叉设置的磁阻薄板各个的长度可以均等。磁阻薄板的形状各向异性由长与宽之比决定，而由于这样地使长度均等化，形状的各向异性也相同。

根据例5～8的说明，可知图10A所示的平面线圈1d可应用于本发明。与图10B和10C分别示明的平面线圈1e、1f有关的例子在此略去其说明，平面线圈1e、1f显然也可用于本发明。

以上所述的各例如图2所示，是在基板上设有磁阻薄板而再于其上叠置线圈的双层型。磁阻薄板或线圈都是可以增设的。例如若于基板上按磁阻薄板/线圈/磁阻薄板的顺序叠置成三层型，则可使输出加倍。此外也可按线圈磁阻薄板/线圈的顺序叠置成三层型。还可以在与平面线圈的某个平面相平行的许多平面上设置磁阻薄板。下面以例9～12说明三层型的方位计。

例9

由图16与17示明本发明的方位计的例9。这两个图中的与上述图中相同的部件附以相同的标号。图16是例9的方位计的分解透视图，示明了由平面线圈1和在其两侧附近平行设置的磁阻元件面组成的方位计。平面线圈1与例1～4所说明的相同，具有两组相互平行的相对导体边11与12、13与14，这两组的相对导体边对至少部分地构成长方形(本例中为正方形)的四个边，同时平面线圈1是线圈作数十次盘卷的结果。平面线圈面下侧的磁阻元件面上具有四个磁阻薄板21h、22h、51h、52h，而在上侧的磁阻元件面上则有四个磁阻薄板31h、32h、41h、42h。这些磁阻薄板的纵向与平面线圈的相对导体边的各边交叉成大于30°而小于90°的角。为便于理解这种关系，将其电路示意地说明于图17中。当平面线圈中有Ib方向的电流流过时，与一组相对导体边对的边11和12交叉的磁阻薄板之中，将X方向的磁场施加给磁阻薄板21h与32h，而将-X方向的磁场施加给磁阻薄板31h与22h。同时，在与边13和14交叉的磁阻薄板之中，将Y方向的磁场施加给磁阻薄板41h与52h，而将-Y方向的磁场施加给磁阻薄板51h与42h。这里，施加有反向磁场的磁阻薄板21h与22h、31h与32h、41h与42h、51h与52h分别构成了磁阻元件对2h、3h、4h、5h。各磁阻元件对的磁阻薄板一方的端部相互连接，同时对另一方的端部间施加测定用电压Vcc，以从相连接的端部取出中间电位输出。本例中则是取出中间电位输出差。

从以上所述可知，与作用到例1中的磁阻元件对2、3、4与5的外部磁场相同，外部磁场作用于本例中的磁阻元件对2h、3h、4h与5h。于是能认识到本例的方位计能与例1的方位计同样地测定方位。

但是，比较图12与16易知，当方位计的平面大小相同时，用于图16中的磁阻薄板的面积与图2情形的相比加倍。因此，设薄板的宽度相同，磁阻薄板的电阻也倍增，因而可减小磁阻薄板的电功率消耗。在磁阻薄板各个的面积相同时，通过平面线圈1的大小的减小，可以减小平面线圈1的功率消耗。此外，由于构成磁阻薄板的窄长形的部分多，而有稳定形状各向异性等优点。

例10

本发明的例10示明于图18与19中。图18是部件分解透视图，在平面线圈1的两侧附近平行地设有磁阻元件面，在上下的磁阻元件面上的磁阻薄板的排列方式与图16中的相同。在此，夹持平面线圈各边的两个磁阻薄板21j与22j、31j与32j、41j与42j、51j与52j分别构成磁阻元件对2j、3j、4j与5j。磁阻元件对2j的两个磁阻薄板21j与22j分别配置于线圈边11的下面与上面，因而当有直流电流流过线圈时，施加反向磁场。同样，对磁阻元件对3j、4j、5j各个的磁阻薄板31j与32j、41j与42j、51j与52j分别施加有反方向的磁场。各磁阻元件对的两个磁阻薄板的纵向在此图中为正交的。

在此方位计中，当以地磁的水平分量He与X轴成θ的角度施加磁场时，由于中间电位输出差与例9完全相同，故地磁水平分量He与X轴所成的角度θ可由

θ＝arctan(Y方向的V/X方的V)求出。

例11

本发明的例11由图20与21示明。图20为部件分解透视图。平面线圈1与图16的完全相同。在上侧的磁阻元件面上的四个磁阻薄板22k、31k、42k、51k各自的纵向平行地排列，同时在下侧的磁阻元件面上的四个磁阻薄板21k、32k、41k、52k各自的纵向也平行地排列。这种纵向与各线圈边交叉45°。夹着平面线圈各边的两个磁阻薄板21K与22k、31k与32k、41k与42k、51k与52k分别构成磁阻元件对2k、3k、4k、5k。磁阻元件对2k的两个磁阻薄板21k与22k分别配置于线圈边11的下面与上面，因而在有直流电流流过线圈时会施加反方向的磁场。同样，对于磁阻元件对3k、4k、5k各个磁阻薄板31k与32k、41k与42k、51k与52k也分别施加有反向磁场。此外，各磁阻元件对的两个磁阻薄板的纵向在此图中分别正交。

在此方位计中，在水平分量He与X轴交成θ角下施加磁场时，中间电位输出差与第一实施例全同，因而地磁的水平分量He与X轴交成的角度θ可由

θ＝arctan(Y方向的V/X方向的V)求出。

例12

本发明的方位计的例12以图22与23示明。图22为方位计的分解透视图，具有磁阻元件面和在其两侧附近分别平行设置的两个平面线圈1与1′。在磁阻元件面上设有磁阻薄板21、22；31、32；41、42；51、52。平面线圈1至少有两对相互平行的相对导体边11与12和13与14，这两对相对的导体边至少部分地构成长方形(在此为正方形)的四个边。平面线圈1′至少具有两对相互平行的相对导体边11′与12′、13′与14′，这两对相对的导体边至少部分地构成长方形(在此为正方形)的四个边。例12中所用平面线圈1与磁阻薄板同于例1中所用的。平面线圈1′与平面线圈1实质上虽相同，但电流的流动方向相反。

平面线圈1的平行的相对导体边对的线圈边11与平面线圈1′的平行的相对导体边对的线圈边11′平行地排列，夹于这些线圈边之间的磁阻薄板21和32的纵向与线圈边交叉成大于30°而小于90°且最好是大于45°而小于90°的角，本例中此交角约为45°。相对导体边对的相对线圈边12与线圈边12′平行地排列，夹于这些线圈边之间的磁阻薄板31与22的纵向同线圈边交叉成大于30°而小于90°而最好是大于45°而小于90°的角，本例中此交角约为45°。与这些相对导体边部正交的线圈边13与13′平行地排列，夹于这些线圈边之间的磁阻薄板41与52的纵向与线圈边交叉成大于30°而小于90°而最好是大于45°而小于90°的角，本例中此交角约为45°。线圈边13的对面侧的线圈边14与线圈边13′的对面侧14′平行地排列，夹于这些线圈边之间的磁阻薄板51与42的纵向同线圈边交叉成大于30°而小于90°，且最好是大于45°而小于90°的角，本例中此交角约45°。与平面线圈1和1′的各边交叉的磁阻薄板21和32、31和22、41与52、51和42，它们各自的纵向是不平行的面在此图中为正交的。此外，与平行相对导体边对的边以纵向交叉的磁阻薄板21与22构成了磁阻元件对2，磁阻薄板21与22各自的纵向是非平行的，在此图中为正交的。同样，与平行的相对导体边对的各边以纵向交叉的磁阻薄板31和32、41和42、51和52分别构成磁阻元件对3、4与5，而磁阻薄板31和32、41和42、51和52它们各自的纵向相互不平行，在此图中为正交。构成各磁阻元件对2、3、4与5的磁阻薄板相互之间在一方的端部，本图中为平面线圈1与1′内侧的端部，分别结合。然后于各磁阻元件对的另一端部间施加测定用电压Vcc以测定刚才结合的端部的电位差。

磁阻薄板设有与平面线圈1和1′相接近的而夹持它的平行面。平面线圈1和1′各自的线圈依同一方向盘卷数十次，当于两线圈上相互反向地流过直流电流时，在两平面线圈面之间的平行面即磁阻元件面上便产生了从线圈内向外或从其外向内的直流磁场，从而给磁阻元件对施加了直流磁场。在图22与23中，于平面线圈1中流过有按时针走向的电流Ib而于平面线圈1′中流过有反时针走向的电流-Ib时，就对磁阻薄板21、32施加有X方向的磁场，对磁阻薄板22、31施加了-X方向的磁场，对磁阻薄板41、52施加了Y方向的磁场，而对磁阻薄板42、51施加了-Y方向的磁场。当于平面线圈1中流过有与上述反向的电流-Ib而于平面线圈1′中流过电流Ib后，则对各磁阻薄板便施加了与刚才所述反向的磁场。可知此实施例的方位计也能与例1的方位计同样地工作。

能够将平面线圈1与1′的电源电路进行串联或并联连接。在由平行的两个线圈求磁场强度时，可以只由一方的线圈获得同样大小的磁场而只需一半电流即足以达到目的。在串联情形，两个线圈必须的电功率可以是由一个线圈时所消耗电功率的一半。

根据以上详述，本发明将平面线圈用于对磁阻薄板施加饱和磁场与偏置磁场而可由薄膜制作线圈，由此可以制成薄而面积小的方位计。

根据本发明的方位计，由于能相对于X方向和Y方向同时施加磁场来测定方位，因而可以只用先有技术的一半次数来测定方位。

此外，根据本发明的测定方法，由于是依与所加饱和磁场和偏置磁场方向相反的方向施加预定大小的偏置磁场，故可增大输出。

再有，根据本发明的方位计，可以使用电流传感器、地磁以外的弱磁场传感器。还可以实现兼具本发明的方位计与加速度传感器的小型运动传感器。本发明的方位计由于是小型的，可以组装到钟表或便携式电话机与手提式计算机中，能够容易地实现用于方位的位置信息系统。

Claims

1.一种方位计，其中包括：具有至少有一对相互平行的相对导体边的平面线圈，而这对相对的导体边则包括第一边和与之相对的第二边；以及在与此平面线圈面相平行且接近的平面上的两个磁阻薄板组成的至少一对磁阻元件对，而这对磁阻元件对则具有第一磁阻薄板和第二磁阻薄板；这对磁阻元件的第一磁阻薄板具有只与上述相对导体边对的第一边交叉成大于30°而小于90°角的纵向；这对磁阻元件的第二磁阻薄板具有只与上述相对导体边对的第二边交叉成大于30°而小于90°的纵向，此第一磁阻薄板的纵向不与第二磁阻薄板的纵向平行；各个磁阻薄板以其一方的端部相互电连接，而同时对它们的另一方端部间则施加方位测定用电压，从上述一方的端部根据方位取出中间电位。

2.根据权利要求1所述的方位计，其中上述平面线圈具有两对上述的相对导体边。

3.根据权利要求2所述的方位计，其中上述两对相对导体边至少部分地构成长方形的四个边。

4.根据权利要求2所述的方位计，其中具有两组上述磁阻元件对，而各磁阻元件对具有由第一磁阻薄板和第二磁阻薄板组成的两个磁阻薄板。

5.根据权利要求4所述的方位计，其中所述两组磁阻元件对的各第一磁阻薄板只与上述相对导体边对的第一边交叉，所述两组磁阻元件对的各第二磁阻薄板的上述相对导体边对的上述第一边只与相对的第二边交叉，同时与上述相对导体边对的第一边交叉的第一磁阻薄板的纵向相互为非平行的，而与上述相对导体边对的第二边交叉的第二磁阻薄板的纵向相互之间也为非平行的。

6.根据权利要求4所述的方位计，其中上述两组磁阻元件对中一组内的第一磁阻薄板与上述两对的相对导体边对中一对的第一边交叉，而此一组的磁阻元件对的第二磁阻薄板则与此相对导体边对的第二边交叉，同时此两组磁阻元件对中另一组内的第一磁阻薄板同这两对相对导体边对中另一对的第一边交叉，而这两组磁阻元件对中所述另一组内的第二磁阻薄板则与这两对相对导体边对的所述另一对的第二边交叉。

7.根据权利要求4所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈相对导体边的一边交叉成大于45°而小于90°的角。

8.根据权利要求7所述的方位计，其中对各个磁阻元件对而言，此各个磁阻薄板的纵向与平面线圈相对导体边的一边交叉角度的偏差在±5°以内。

9.根据权利要求4所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈的相对导体边的一边交叉成约45°的角。

10.根据权利要求7所述的方位计，其中上述各磁阻元件对中一方的磁阻薄板的纵向与此相同磁阻元件对中另一方的磁阻薄板的纵向正交。

11.根据权利要求9所述的方位计，其中上述各磁阻元件对中一方的磁阻薄板的纵向与此相同磁阻元件对中另一方的磁阻薄板的纵向正交。

12.根据权利要求3所述的方位计，其中具有四组磁阻元件时，各磁阻元件对具有由第一磁阻薄板和第二磁阻薄板组成的两个磁阻薄板，上述四组磁阻元件对中两组内的两个第一磁阻薄板与上述两对的相对导体边对的一对中之第一边交叉，这两组磁阻元件对的两个第二磁阻薄板和与上述相同的这对相对导体边对的第二边交叉，同时上述磁阻元件对四组中的另两组内两个第一磁阻薄板则与另一相对导体边对的第一边交叉，而该第二组磁阻元件对中两个第二磁阻薄板则与该相对导体边对的第二边交叉，与平面线圈同一边交叉的磁阻薄板的纵向相互间为非平行的。

13.根据权利要求12所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈的边交叉成大于45°而小于90°的角。

14.根据权利要求13所述的方位计，其中对各个磁阻元件对而言，磁阻薄板与平面线圈的相对导体边的一边交叉角度的偏差在±5°以内。

15.根据权利要求12所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈的相对导体边的一边交叉成约45°的角。

16.根据权利要求13所述的方位计，其中上述各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向与此同一磁阻元件对另一磁阻薄板的纵向正交。

17.根据权利要求15所述的方位计，其中上述各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向与此同一磁阻元件对另一磁阻薄板的纵向正交。

18.根据权利要求1所述的方位计，其中上述平面线圈是沿十字形平面外周盘卷的十字形平面线圈具有四对相对导体边，那个相对导体边的各边则位于十字形平面突出部的侧边从凸状顶点到凹状顶点之间，各相对导体边对的第一边与同一相对导体边对的第二边平行，此四对相对导体边对中有两对的边相互平行，而此四对相对导体边对中另两对的边正交。

19.根据权利要求18所述的方位计，其中具有两组上述的磁阻元件对，各磁组元件对具有由第一磁阻薄板与第二磁阻薄板组成的两片磁阻薄板。

20.根据权利要求18所述的方位计，其中具有四组磁阻元件对；各磁阻元件对具有由第一磁阻薄板和第二磁阻薄板组成的两片磁阻薄板；上述四组磁阻元件对中两组之内第一磁阻薄板分别与上述相对导体边对四对中最初两对的成为相互平行的相对导体边的一边交叉，而该两组磁阻元件对中第二磁阻薄板分别与该最初两对中相对导体边对的相互平行相对导体边的第二边交叉；同时上述四组的磁阻元件对之中其他两组的第一磁阻薄板分别同与上述第一相对导体边对正交的上述四对相对导体边对中其他两对相对导体边的第一边交叉，该其他两组磁阻元件对的第二磁阻薄板分别与上述四对相对导体这对中该其他两对相对导体边的第二边交叉，十字形平面线圈突出部处的磁阻元件对的第一磁阻薄板的纵向与相对突出部处磁阻元件对的第一磁阻薄板的纵向不平行，此突出部处磁阻元件对的第二磁阻薄板的纵向与相对突出部处磁阻元件对的第二磁阻薄板的纵向成为非平行的。

21.根据权利要求20所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈相对导体边的一边交叉成大于45°和小于90°的角。

22.根据权利要求21所述的方位计，其中对各个磁阻元件对而言，此各个磁阻薄板的纵向与平面线圈的相对导体边的一边交叉角度的偏差在±5°以内。

23.根据权利要求20所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈的相对导体边的一边交叉成约45°的角。

24.根据权利要求23所述的方位计，其中上述四组磁阻元件对各个的第一磁阻薄板的纵向，同与此第一磁阻薄板交叉的相对导体边对所交叉的同一磁阻元件对的第二磁阻薄板的纵向正交；而十字形平面线圈突出部处的第一与第二磁阻薄板的各个纵向则同与此突出部相对的另一突出部处相对导体边的边交叉的一个磁阻薄板的纵向正交。

25.根据权利要求21所述的方位计，其中上述四组磁阻元件对各自的第一磁阻薄板的纵向，同与此第一磁阻薄板交叉的相对导体边对所交叉的同一磁阻元件对的第二磁阻薄板的纵向正交；而十字形平面线圈突出部处的第一与第二磁阻薄板的各自的纵向同与此突出部相对的另一突出部处相对导体边的边交叉的一个磁阻薄板的纵向正交。

26.一种方位计，其中包括：具有两对相互平行的相对导体边，这两对相对导体边是至少部分地构成长方形四边的平面线圈，此相对导体边对由相对导体边的第一边和相对导体边的第二边组成；在此平面线圈面的两侧具有与此平面线圈平行而接近设置的两个磁阻元件面；各磁阻元件面上有四个磁阻薄板，该四个磁阻薄板具有仅与相对导体边的一边交叉成大于30°而小于90°的角；纵向与一对相对子体边交叉同时互不平行的两个磁阻薄板构成了一对具有第一磁阻薄板和第二磁阻薄板的磁阻元件时，在此第一与第二磁阻薄板上通过沿平面线圈流动的DC电流而施加有反向磁场；在磁阻元件对的磁阻薄板一方的端部相互间电连接，同时在另一方端部间施加方位测定用电压，而从上述一方的端部根据方位取出中间电位输出。

27.根据权利要求26所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈相对导体边的一边交叉成大于45°而小于90°的角。

28.根据权利要求27所述的方位计，其中相对于各磁阻元件对而言，此各磁阻薄板的纵向与平面线圈相对导体边的一边交叉角度的偏差在±5°以内。

29.根据权利要求26所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈相对导体边的一边交叉成约45°的角。

30.根据权利要求29所述的方位计，其中上述各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向和与此同一磁阻元件对另一方的磁阻薄板的纵向正交，同时，夹持相对导体边一边的两个磁阻薄板的纵向相互正交。

31.根据权利要求27所述的方位计，其中上述各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向和与此同一磁阻元件对另一方的磁阻薄板的纵向正交，同时，夹持相对导体边一边的两个磁阻薄板的纵向相互正交。

32.一种方位计，其中包括：具有磁阻元件面和在此磁阻元件面的两侧与该面平行而接近设置的两个平面线圈；各平面线圈具有至少两对相对导体边，这两对相对导体边至少部分地构成长方形的四边，此相对导体边对由相互平行的相对导体边的第一边和相对导体边的第二边组成；在上述磁阻元件面上具有的两个磁阻薄板各以其纵向与上述平面线圈的相对导体边的每一边且只与一边交叉成大于30°和小于90°的角，该两个磁阻薄板在纵向上相互不平行；与上述平面线圈的相对导体边对的第一边交叉的一个磁阻薄板和与此相对导体边对的第二边交叉的磁阻薄板中与上述磁阻薄板在纵向上不平行的一个磁阻薄板构成一组磁阻元件对；各磁阻元件对的磁阻薄板一方的端部相互电连接而同时对另一方端部间施加方位测定用电压，得以从此连接的端部根据方位取出中间电位。

33.根据权利要求32所述的方位计，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈的相对导体边的一边交叉成大于45°而小于90°的角。

34.根据权利要求32所述的方位计，其中上述磁阻元件面上具有的两个磁阻薄板以其纵向与上述平面线圈的相对导体边对的各一边且只与一边交叉成约45°的角，这两个磁阻薄板相互以其纵向正交；而上述磁阻元件对的两个磁阻薄板的纵向相互正交。

35.一种方位测定方法，此方法采用的测定器包括：具有两对相互平行的相对导体边的平面线圈而其相对导体边对由相对导体边的第一边与第二边组成；位于与此平面线圈面平行且接近的面上的两个磁阻薄板组成的至少一组磁阻元件对，而此磁阻元件对则具有第一磁阻薄板和第二磁阻薄板；上述磁阻元件对的第一磁阻薄板具有只与上述相对导体边对的第一边交叉成大于30°而小于90°角的纵向；上述磁阻元件对的第二磁阻薄板具有只与上述相对导体边对的第二边交叉成大于30°而小于90°的角的纵向，同时此第一磁阻薄板的纵向与第二磁阻薄板的纵向成为非平行的；且各磁阻薄板以其一方的端部相互之间进行电连接；在这样结构的测定器中，使第一直流电流流过上述平面线圈，上述磁阻薄板的磁化至少会使纵向饱和大小的直流磁场施加给磁阻薄板；使与第一直流电流反向的预定大小的第一偏置直流电流流过上述平面线圈，在与磁阻薄板的纵向的正交方向上施加偏置直流磁场期间，于磁阻元件对的磁阻薄板另一方的端部之间施加方位测定用电压，从上述连接的端部取出第一中间电位；然后使与第一直流电流反向的第二直流电流流过平面线圈，令磁阻薄板的磁化至少令使纵向饱和大小的直流磁场施加给磁阻薄板；使与第二直流电流反向的预定大小的第二偏置直流电流流过上述平面线圈，在与磁阻薄板的纵向的正交方向上施加偏置直流磁场期间，于磁阻元件对的磁阻薄板另一方的端部之间施加测定用电压，而从上述连接的端部取出第二中间电位；再求出此第一与第二中间电位的差，基于此而求出方位。

36.根据权利要求35所述的测定方法，其中上述测定器具有由磁阻薄板组成的两组磁阻元件对；这两组磁阻元件对的两个第一磁阻薄板具有只与上述相对导体边对的第一边文叉成人于30°而小于90°的角的纵向；上述两组磁阻元件对的两个第二磁阻薄板具有与上述相对导体边对的第二边交叉成大于30°而小于90°的角的纵向，同时此第一磁阻薄板的纵向与第二磁阻薄板的纵向为非平行的，且与此相对导体边对交叉的第一与第二磁阻薄板的纵向相互不平行；于是可以替换此第一和第二中间电位而取出两组磁阻元件对之间的第一中间电位差与第二中间电位差，再求出此第一与第二中间电位差之差，据此求出方位。

37.根据权利要求35所述的方位测定方法，其中上述测定器具有四组磁阻元件对而各磁阻元件对则有由第一磁阻薄板和第二磁阻薄板组成的两个磁阻薄板；此四组磁阻元件对中两组内的二个第一磁阻薄板只与上述两对相对导体边对中一对的第一边交叉，而这两组的磁阻元件对中两个第二磁阻薄板则只与适才所述相对导体边对的第二边交叉，同时，此四组磁阻元件对中另两组内两个第一磁阻薄板则只与另一相对导体边对的第一边交叉，而此另两组的磁阻元件对内的两个第二磁阻薄板则只与该另一相对导体边对的第二边交叉；与平面线圈的相同边交叉的磁阻薄板的纵向相互不平行；于是可取代此第一与第二中间电位，取出两组磁阻元件对之间第一中间电位差与第二中间电位差；再求出此第一与第二中间电位差之差，基于此来求出方位。

38.根据权利要求37所述的方位测定方法，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈的相对导体边的一边交叉成大于45°而小于90°的角。

39.根据权利要求37所述的方位测定方法，其中上述各磁阻薄板的纵向与平面线圈的相对导体边的一边交叉成约45°的角。

40.根据权利要求37所述的方位测定方法，其中上述平面线圈构成长方形，同时各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向与另一方磁阻薄板的纵向正交，而与平面线圈同一边交叉的磁阻薄板相互间的纵向也相互正交。

41.根据权利要求39所述的方位测定方法，其中平面线圈构成长方形，同时各磁阻元件对一方的磁阻薄板的纵向与另一方磁阻薄板的纵向正交，而与平面线圈同一边交叉的磁阻薄板相互间的纵向也相互正交。