JP2000516725A

JP2000516725A - 常温および高透磁率コアを有する磁力計

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Publication number: JP2000516725A
Application number: JP10541972A
Authority: JP
Inventors: ジェームス、ジョン、ジェイ; スー、ジョージ
Original assignee: プレシジョン・ナビゲーション・インコーポレーテッド
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 2000-12-12
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: US6084406A; EP0972208B1; EP0972208A1; EP0972208A4; JP3293835B2; DE69832475T2; DE69832475D1; WO1998044358A1

Abstract

(57)【要約】磁界センサ要素（１１）はコア（１７）の中央軸線に沿って巻回された電気的導電線（１５）のコイルを有する高磁気透磁率物質の細長いコア（１７）を備える。局部磁界の適用で変化するコア（１７）のインダクタンスにより、センサはコアの軸線の方向に磁界の強度の関数として電気入力を遅らせる特性を現わし、その遅れは磁界の強度の関数として測定される。適当な回路が少なくともワンステップ関数の電圧入力をコイルに供給し、その結果としてコイルに充電する電流の遅れが、知られた基準値に減衰するコイルを横切る電圧を生成する。基準値に減衰する電圧の時間遅れは測定されるべき適用された磁界の強度の単調な関数として変化する。

Description

【発明の詳細な説明】常温および高透磁率コアを有する磁力計発明の分野本発明は磁界の測定および量を定める装置および方法の領域であり、好ましい実施例においてディジタル化された羅針盤等のような航行計器に有用な弱磁界磁力計に関する。発明の背景技術弱磁界検出の種々の磁力計がその技術においてよく知られている。その１つは KimなどによるU.S.特許No.4,581,775で教えられる。Kimの磁力計はその発振周波数が適用された磁界の作用により変化する発振器であり、このためサンプリング率が速く動いている磁界のため制限される。Kimの磁力計の使用において、発振信号中心周りの測定周波数変化、例えば50Khzの十分な分解能を得るために、150 nT磁界分解能を得るにはゲートクロック5Mhzに対して信号波形の300サイクルまで計数しなくてはならない。これはサンプル磁界変化の能力を50Hz率についてのみ制限する。さらに、多数のサイクルが測定されねばならないので、センサ回路は固有の低域通過フィルタになる。この制限は、60Hz電源線ノイズのような欲しくない高周波ノイズ成分を拒絶するため好ましいけれども、より高い周波数事象をわざわざ測定するため、この周波数検出構成で使用され得るという良くない技術である。ディジタル化されたシステムにおいて、電源にマイクロプロセッサクロックのような電源からの偽のノイズを拒絶するため遅い比較器が必要とされるので、磁力計技術における周波数取り組みはまた固有に騒々しい。遅い比較器は移動範囲を通してゆっくりと動くので、バルクハウゼン効果として技術に知られたことにより起こされる周波数変調（ＦＭ）に敏感である。これは回ってノイズになる。このＦＭはノイズフロアの底を略15nTに制限する。このようなシステムは各発振器サイクルの両半分で作動されねばならないので、周波数基準磁力計システムの電力消費がまた比較的高い。典型的にこの技術を採用している測定において、各正のサイクルは帰還抵抗により設定されるようにシュミットトリガーの正のヒステリシス点にまで変化されねばならず、一方各負のサイクルは同様に負のヒステリシス点にまで変化されねばならない。曲線のもとで領域が積分されるとき、単に１つの半分が使用されるときより、より多くの電力が消費されることが見られる。正確で製作に比較的費用がかからず、通常の装置および技術よりノイズが少なく、かつ固有の帯域幅制限がない、地球の磁界のような弱磁界を測定する装置および方法が明らかに必要である。発明の概要本発明の目的は、高感度で非常に低ノイズ、かつＤＣから数メガヘルツまで低または高強度磁界のサンプリングを許容するサンプリング率を有する低コストで温度安定性があり非常に低電力の磁力計を提供することにある。高精度低ノイズ弱磁界測定を得る、使用の広い多様性に適用されうる発明が必要であることは磁力計の技術に熟練した者に明らかである。発明は比較的高サンプリング率が要求されるところに特に効果的である。発明の他の目的は、感度のよい軸線に沿って測定されるように、磁界強度が誘導センサ要素を通して入力信号電流の遅れ時間差を増殖することにより決定される高速弱磁界磁力計を提供することにある。好ましい実施例において、中央長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコアと、コアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコアに巻かれた電気的導電線の多数回巻線とを備えた磁界強度の量を定めるセンサが提供される。一実施例において、センサはさらに、中空中央軸線を有する電気的に絶縁している細長い巻枠を備え、多数回巻線が巻枠の外側に巻かれ、かつコアは巻枠の中空中央軸線に沿って配置される。メトグラス（Metglas）物質がコア物質の１つの適切な選択であり、巻線は巻枠の一端で第１の端を、また巻枠の反対端で第２の端を有するラッカーを塗られた銅線の単一長さを使用してコア上に設けられてもよい。一実施例において、センサが電圧制御出力を有する駆動回路を備えた磁力計に利用され、センサは、中央長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコアと、コアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコアに巻かれた電気的導電線の多数回巻線とを備え、センサは巻線の第１端により駆動回路の電圧制御出力に接続され、測定回路は巻線の第２端に接続され、かっ測定時、予め選定された基準電圧に到達するように第２端に電圧を適用される。駆動回路は、センサの出力の電圧が基準電圧に到達するとき駆動をリセットするように使用され得るリセットおよび比較器を有してもよく、それによりセンサ要素の長軸線の方向におけるどんな磁界の強さにも比例したパルス幅を有するパルス列の出力を提供する。発明の他の方面において、航行計器が３つの感知ユニットを備えて設けられ、各感知ユニットは磁界強度の量を定めるセンサを備え、センサは、中央長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコアと、コアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコアに巻かれた電気的導電線の多数回巻線とを備えており、３つの駆動回路が各々電圧制御出力を有し、かつそれがセンサの１つの多数回巻線の第１端に各々接続され、測定回路が各多数回巻線の第２端に接続され、かつ測定時、予め選定された基準電圧に到達するように巻線の各第２端に電圧を適用される。この計器において、３つのセンサのコアの中央長軸線は相互に直角に配列される。他の実施例において、２次元の測定で十分であるなら２つのセンサユニットがこれらの状況のために直角にされてもよい。好ましい実施例において、上記航行計器は測定回路に結合された処理および表示回路をさらに備え、測定回路により報告された測定データを処理し、処理されたデータをユーザに表示するために適用される。航行計器は処理され表示されたデータが方向を指示するディジタル羅針盤であり得る。発明の他の方面において、ディジタル羅針盤は、複数の感知ユニットを備え、各感知ユニットは磁界強度の量を定めるセンサを備え、センサは、中央長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコアと、コアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコアに巻かれた電気的導電線の多数回巻線とを備えており、複数の駆動回路が各々電圧制御出力を有し、かつそれがセンサの１つの多数回巻線の第１端に各々接続され、測定回路が各多数回巻線の第２端に接続され、かつ測定時、予め選定された基準電圧に到達するように巻線の各第２端に電圧を適用される。このディジタル羅針盤において、３つのセンサのコアの中央長軸線は異なった方向に配列される。他の実施例において、３つよりむしろ２つの軸線にセンサがあってもよい。他の方面において、本発明を実施する方法が提供される。図面の簡単な説明図１は本発明の実施例による誘導センサ要素の等大概念図である。図２は磁界を測定するため他の要素と共に図１のセンサ要素の使用を図示している単純化された電気回路図である。図３は本発明の実施例によるセンサに有用なコア物質の透磁率を表わす透磁率曲線である。図４は本発明の実施例におけるセンサを駆動するために使用される電圧ステップ関数を示すグラフである。図５は本発明の実施例によるセンサの電圧減衰関数を示すグラフである。図６は図５のグラフと似ているが、２つの異なった強度の磁界によりもたらされた単一センサの基準電圧に対する電圧減衰を示すグラフである。図７は本発明の好ましい実施例によるセンサの駆動回路図である。図８Ａ−８Ｃは図７の回路の２つの異なった入力周波数の状態のもとで２つの異なった磁界で発生されたパルス幅を示す方形波図である。図９は本発明の実施例による感知回路を利用する計器の要素を示すブロック図である。図１０は本発明の実施例による感知回路を利用する計器を示し、複数のセンサが磁界の強度と同様に磁界の方向に関してデータを提供するように配列されたブロック図である。好ましい実施例の説明本発明はその複数の面において、リアクタンスが適用された磁界により影響され、かついかなる与えられた入力駆動信号にも可変出力遅れを起こす誘導センサ要素を使用している、新規な高感度、弱磁界磁力計装置を基本とする。好ましい実施例において、この特徴は、指定時の入力パルスが出力パルスを引き起こし、その幅、および周波数ではなくてデューティサイクルがセンサ要素の感応軸線に沿って外部に適用されたいかなる与えられた磁界にも比例して単調に変化する方法論を可能にする。その幅が変化するこのようなパルスは、パルス幅検出または簡単な容量積分器による積分のような、技術に熟練した者に知られる幾つかの異なった方法で容易に測定され得る。正確に検定された出力パルス幅の測定は、直流アナログ電圧レベルに変換され、それが続いて処理回路により使用のためディジタル入力に変換され得る。上述したように、磁界測定装置は、ディジタル羅針盤の進路情報を提供する目的のため、または直線あるいは角位置の目的のための地球磁界感知、または弱ＤＣ磁界を測定するために多くの他の伝統的な困難および高価な使用と同様に接近またはエンコーダ感知のいずれかによる率感知のような、広い多様性の応用に使用され得る。図１は磁界測定の回路に有用な本発明の実施例による誘導センサ要素１１の等大概念図である。センサ要素１１は電気的に導電線１５のＮ1回の巻線を有する長さＬ1および直径Ｄ1のプラスチック巻枠１３を備える。高直流透磁率物質の細長いコア１７が巻枠１３の中央軸線に沿って配置される。本発明の好ましい実施例において、コイルを横切る電圧はコイル線１５の端に結合により監視され、電圧の変化は巻枠１３の軸線の方向にいかなる磁界の強度であっても指示として処理される。好ましい実施例において、直径Ｄ1は略0.15インチ、Ｌ1は略0.8インチである。この実施例における高透磁率コア１７は、長さが略0.60インチ、幅が略0.35インチ、厚さが略.001インチの寸法に形成されたアライドシグナルコーポレーション製のNo.2705Ｍメトグラス（Metglas）の小片である。この実施例における電線は４１ゲージラッカー絶縁銅磁石線であり、プラスチック巻枠に1400回巻かれる。これらの寸法および物質が便利であり、かつ発明の限定に必要ではないことは技術に熟練した者に明らかである。発明の精神と範囲内で使用され得る他の多くの物質および幾何学形状がある。図２は磁界強度を測定するため他の要素と共に感知コイルの使用を図示している単純化された電気回路図である。図２において、電圧源１９、スイッチ２１、電流源２３およびセンサ１１が直列かつループに配線される。これは、センサ要素の一側が電圧源の一側に接続され、センサ要素の他側が電流源およびスイッチを直列に通して電圧源の反対側に戻るように配線されることである。図２の回路において、スイッチ２１の閉成はセンサ１１にステップ関数を供給する。スイッチ２１閉成の瞬間に、回路はセンサ１１のリアクタンスのため開回路であるように見え、電圧源の全電圧が必然的にセンサ要素１１を横切って現れる。時間が過ぎるとセンサ要素の見せかけの抵抗が減少し、定常状態ではセンサは短絡回路のように見え、巻枠の巻線を形成する電線の長さに関して固有の巻線の定常状態抵抗による、センサを横切る非常に小さな電圧降下を表示する。センサ要素の本質は、センサ要素を横切る電圧減衰の時定数がセンサ要素の長さに沿うどのような磁界でもその強さの関数であることである。代わりの実施例において、抵抗器がセンサ要素と直列に設置され、抵抗器を横切る電圧がセンサ要素を横切る電圧の代わりに測定される。この代替例において、スイッチが閉成された瞬間に電圧変化がゼロからあり、電圧はセンサ要素を横切る電圧降下がゼロに到達する時に、全電圧が抵抗器を横切って現れるまで上昇する。この代替例における抵抗器を横切って増加する電圧の時定数は、センサ要素の長軸線に沿っていかなる磁界であってもその強度の単調な関数である。突然のステップ関数は、信号が図２の回路に提供され得るただ１つの方法であることが技術に熟練した者に明らかである。ステップ関数の場合、ステップは周期的に繰り返され、それ故、入力は略矩形波であるが、必須的に波形のいかなる他の種類も使用され得る。図３はここに述べられた発明の実施例に使用されるメトグラス物質のような高透磁率物質の典型的な透磁率曲線である。メトグラスコア物質の透磁率が適用された磁界Ｈの単調関数であるので、センサのインダクタンスは外部に適用された磁界に直接比例する。図４は、図２の回路において、スイッチ２１閉成の結果として瞬間的な電流を示す単純なグラフである。ステップ関数電流（図３）がセンサコイルに適用されるとき、そのｅ^-kt減衰が外部に適用された磁界に比例する電圧がコイルを横切って発生する。電圧減衰曲線の全般的な形は図５として示される。初期適用電圧（Ｖ_o）から任意な基準電圧（Ｖ_ref）へ減衰のため、センサコイルを横切る電圧に要求される時間(tau)はセンサコイルのインダクタンスにより決定されるので時定数により決定される。このインダクタンスはセンサの高透磁率コアのインダクタンスにより主に支配される。図５に示された時間tauはセンサコイルの軸線に沿った磁界強度Ｈの異なった値に従う時定数の異なった値で異なるであろう。この測定可能な電圧変化の時間間隔における差は温度が安定であり、かつ適用された磁界に対して比例的に変化する。図２の回路におけるセンサコイルを横切る電圧は次の数式で表わされる：式１ｖ(t)＝Ｌdi/dt+Ｒi 図１のスイッチ２１閉成により提供されるようにステップ関数の特定の場合においてｉについて式１を解くと以下のｉに関する解を生じる：式３ｉ＝1/Ｒ(１−ｅ^-Yt)＋ｃｅ^-Yt センサ内の電流の時定数が単純にＬ/Ｒに等しいことが見られるので、磁界の小さな変化として、Ｌ＝μ₀n²Ｖ(ｄＢ/dＨ) ここにμ₀は自由空間の透磁率、ｎはセンサの巻回数、Ｖはコア物質の体積、ｄＢ/dＨは任意の特定点におけるＢ対Ｈ曲線の傾斜である。 μ(Ｈ)＝ｄＢ/dＨを代入すると、Ｌ＝μ₀n²Ｖμ(Ｈ) 図３のμ(Ｈ)対Ｈの曲線を参照すると、曲線の右または左の半分の直線部分に沿ってμ(Ｈ)＝kＨである。換言すれば、μ(Ｈ)はＨの直線関数であり、かつkは曲線のその部分の傾斜である。そこで、図３の曲線のこれらの直線部分に沿って時定数は以下となる。 μ₀n²ＶkＨ/R 数学的派生から見られるように、誘導センサ要素の時定数は、測定されるべき外部適用磁界であるＨの直線関数である。明確に述べられたように、センサまたは抵抗器を横切るいかなる与えられた基準電圧に到達するに要する時間も、我々が測定しようとしかつ温度が安定している適用磁界の直線関数である。図６は図５に似たグラフであるが、２つの異なった適用磁界強度Ｈ1およびＨ2 の状態のもとでセンサ要素を横切る電圧減衰を表す。磁界強度Ｈ1の影響のもとで、基準電圧に到達する時間はtau１であり、磁界強度Ｈ2の影響のもとでは基準電圧に到達する時間はtau２である。図７は本発明の実施例の全般的な電気回路図であり、その中でトリガーされたフリップフロップ回路２５が大きさＶccの繰り返し方形波でセンサ１１を駆動する。入力トリガーの立ち上り端がＤフリップフロップに入力されるとき、ＶccがＱ（ピン５）に出力される。センサ１１を横切って最初に現れる電圧が減衰するとき、センサ要素１１のＱから遠い側の点２７における電圧が、抵抗器Ｒ2の結果として接地電位からＶccに向かって立ち上がる。予め設定されたトリップ点値を有する比較器２９が点２７にピン２により接続される。点２７で（比較器のピン２で）電圧が予め設定されたトリップ点値に到達すると、比較器は射撃低下し、ライン３１の機能によりＤフリップフロップをクリアしかつ出力Ｑを低下させる。図７の回路において、入力トリガー関数の周期は、比較器のピン２の電圧が測定されることが期待される磁界強度Ｈの最高値のための基準電圧に到達するどんな期待される時間よりも長くなるように慎重に選定される。比較器が各時間射撃し、ピン２の電圧が予め設定されたトリップ値に到達してフリップフロップをリセットし、そしてこの時間が入力トリガー関数の周期より短いので、Ｑにおける出力は大きさＶccの方形波となり、そのパルス幅はセンサ要素１１の軸線に沿った任意の磁界の強度により決定される。この出力パルス列はライン２３に現れ、磁界強度の関数としてパルス幅を測定する適当な回路に接続され得る。この特別な回路の利点は１つの出力パルスのため一度だけ、または得られるべき十分な分解能に必要な多くの回数同様にゲートされ得ることである。もし回路がクロック信号でゲートされるなら、パルス列を出力し、その各パルス幅は外部適用磁界の強度により決定される。勿論、その周波数が所望された速いまたは遅いクロックでゲートされることが出来、それにより速いクロックで高サンプリング率を得、または遅いゲートクロックを有するより少ないパルスで電力を節約して高い分解能を得ることができる。図８Ａから８Ｄは２つの異なったゲートクロック周波数の入力列の結果として生成される幾つかの出力パルス列、および測定されるべき磁界の２つの異なった値を示す。図８Ａおよび図８Ｂについては、外部磁界強度Ｈ1が共通であるが、図８Ａの駆動信号クロック周波数１が図８Ｂのクロック周波数よりも遅い。結果は出力パルスがクロック周波数と独立に一定幅であるこである。図８Ｃおよび図８Ｄは図８Ａ及び図８Ｂに使用されたものと同じクロック周波数であるが異なった磁界強度の図示を繰り返す。入力パルス幅が出力パルス幅より長いことのみが必要であり、それを計算により予め設定し、およびもし必要なら経験的に調整することは簡単なことである。本発明の実施例による磁界強度測定装置の技術には多くの用途がある。図７のライン２３の出力パルス列は、例えば適用された磁界に比例する速い動きのＤＣ電圧信号を生成するため単純な電圧積分器に供給されることが出来、高精度低ノイズ磁界測定を提供する。代わりにパルス幅はどのようなアナログ−ディジタル変換器も必要とすることなくマイクロプロセッサにより計数および使用のタイミング体系の任意の多様性で直接測定され得る。高速磁気符号化応用のため、ゲートされたクロックが特に有用であり、なぜならパルス幅のトリップレベルが設定でき、基準ワンショットがクロック信号により発生され、測定される可変磁界がある閾値に到達したか否かの高速決定のためアンド（ＡＮＤ）ゲートに供給される。現在の磁界強度閾値が到達されたとき、アンドゲートは磁界強度が閾値レベルに留まるかぎりパルスの流れを出力する。反対にアンドゲートは磁界が閾値以下のとき何も出力しない。本発明の実施例による独特なセンサを有する装置から出力パルス列を使用するここに記述された目的を達成する回路は、経験なく性質の知られた回路から熟練した者により提供され得、それ故ここでは詳細に表さない。異なる目的のため比較器トリップ点とクロック周波数を戦略的に選択することにより、速度の多様性、感度、分解能および電力消費がどんな与えられたセンサコイルおよびコア幾何学でも達成され得る。例として、ここに記述され、かつプレシジョンナビゲーション(Precision Navigation）社により作られた回路を有する本発明の実施例によるセンサを使用する電力消費は、遅い30Hz駆動信号を使用することにより、３ボルトで90マイクロアンペア以下である。地球磁界はこの低電力作動モードにおいて十分な分解能で効果的に測定された。ここに教えられた新技術の非常に有利な特徴はセンサ幾何学が特別な回路パラメタを補うように設けられ得ることであり、それによっていかなる特別な磁気感知応用にも最適逐行の磁力計を注文生産できる。他の利点はノイズフロアが極めて低いことである。これは磁力計が常に充電または減衰モードのいずれか一つまたは他方で作動するからであり、二つの混合は無い。これは事実上、透磁率曲線を通してコア物質の推移が常に一方向であり、かつ信号の任意の一周期およびクロックパルス中常に一定の方法でなされるので、良く知られたバルクハウゼン効果からのノイズの寄与を最小限にする。ここに教えられた技術はまた、高透磁率物質が現わすかも知れない残留ヒステリシスにより起こされるノイズも最小限にし、それによりコア物質のＢ対Ｈ曲線にそれ自身明示し、逆の方法により物質の消磁中古典的ループ曲線経路を起こす [Loeb John WileyおよびSonsによる電気磁気学の基礎第３版２４２ページ]、保磁力の効果により起こされるいかなるあいまいさも除去する。加えて、比較器の全機能が電圧レベル検出器の機能であるので、早い比較器が注入ノイズなく使用され得る。これは速い推移を許容し、シュミットトリガーのヒステリシス電圧レベルにより起こされるいかなるあいまいさからも実質的にＦＭノイズを減少する。従来技術における他のノイズ源および非線形応答はメトグラスの透磁率がまた周波数の関数であることである。幾つかの従来技術装置は適用された異なる磁界強度で周波数を変化させるので、センサの透磁率は周波数シフト単独で直接結果として変化している。ここに述べた発明は、実際の応用において常に固定のままであるクロック信号による固定周波数で常に作動する。記述した改良の結果として、本発明の実施例におけるシステムのノイズフロアは十分に１ナノテスラ以下で測定され、さらに１ピコテスラ範囲である発展の可能性があるかもしれない。１ドル以下の構成要素で実施されるけれども、装置の感度は研究所程度の基準磁力計に合致することが得られた。高透磁率メトグラス物質または等価な物質の物性が、述べられたようにこの発明が効くことを可能にする鍵である。メトグラス物質の高透磁率なしに、パルス幅の変化は現れずまたは測定可能でなく、弱い地球磁界およびそれと同様な他の磁界は、鉄のようなこれら他のコア物質の磁気領域のいかなるバルクハウゼン配列でも起こすことが出来ない。加えて、メトグラス物質により現わされた低ヒステリシスはまた、透磁率曲線の直線範囲内で発明が作動することを可能にし、保磁力により起こされる取り留めのない効果を回避するため、コアを飽和に駆動することによる装置の作動を必要としない。これはこの発明に先立つ飽和可能なコア装置に基づいた磁力計発明の殆どすべての場合である。議論されるべき本アプローチの他の面はステップ関数駆動信号であり、それは既に記載されたように、センサコア物質の作動点を透磁率曲線の好ましい作動範囲に偏倚する普通のＤＣバイアスを含む。これは最適作動感度を提供するのみならず、また回路内のセンサコイルを電気的に逆転することがエレクトロニクスの構成により見ることができ、それは順および逆の読みを得ることが出来、もし互いから引算されるなら、センサの温度、年数または製造欠陥によるドリフトと無関係な読みの値を提供するであろう。発明者はサイクル毎の差動積分器である作動回路技術を使用し、それはボルトメータまたはアナログ−ディジタル変換器への入力のためゼロドリフト修正ＤＣ電圧を出力する。この差動積分器は実際に順および逆方向のバイアスをし、二つの間の電圧差を集計し、その値が積分されたＤＣ電圧に寄与する。本発明の実施例におけるもう一つの極めて有利な特徴は温度によるセンサの作動における認識され得るドリフトがないことである。キュリー点より低い温度の重要な様式における温度で変化する回路パラメタのみが巻線に使用された銅線の直列抵抗である。この周囲による時定数変化が一定のままであり、なぜなら、電線の抵抗が上下に動くとき、コイルのインダクタンスもまた抵抗変化の跡をたどる方法で上下に動く。これは全ての時定数を与えられた磁界について同じ値に保つ。励磁信号の入力が比較器のレール値でステップ関数であるので、センサコアへのＤＣバイアス構成要素は温度上一定であり、他の従来技術磁力計回路に使用される他の偏倚体系のようでなくドリフトしない。これは温度安定磁力計を創造する。図７に参照で記述された好ましい実施例において、磁力計は以下の構成である：プラスチック巻枠の直径0.15"、全長0.8"；アライドシグナル会社の2705 Ｍのメトグラスは0.600"x0.35"x0.001"の寸法に切られ、上記項の巻枠の中心に置かれ、利用可能な1400回の41ゲージラッカー絶縁銅マグネット線であって、それはユニットの中心に上記項のコアを有する上記項の巻枠にほとんど層巻される。電気結線は図７に示されるセンサコイルに作られる。この実施例におけるＤフリップフロップ２５はナショナルセミコンダクター会社のような多くの製造者からの利用可能なAC74である。アナログ比較器はいずれの比較器でもよいが、この例に使用されるものはテキサスインスツリュメントからのモデルTLC3702である。Ｖccはほとんどいずれの電圧でもよく、通常の電圧３ボルトが本発明の実験的結合において優先的に使用された。Ｄフリップフロップへの入力におけるプルダウン抵抗Ｒ6は通常100Ｋオームであるけれども、特別な値は装置の効果的な作動に重大でない。センサコイルに直列な抵抗Ｒ1およびＲ2は透磁率曲線の作動の好ましい領域にセンサのバイアスを選択し、この例ではそれぞれ330オームである。比較器基準電圧バイアス抵抗Ｒ3、Ｒ4およびＲ5は68Ｋオーム(Ｒ3)、10Ｋオーム（Ｒ4）および22Ｋオーム（Ｒ5）である。図９は本発明の実施例による感知回路３３を利用する計器における要素を示すブロック図である。感知回路３３は図７に示される回路の構成であってもよく、センサ要素を駆動および測定する幾つかの要素が異なっているがこの技術において知られた回路から引用されてもよい。図９の測定において、感知回路３５への入力の遅らぜられた出力が処理回路３７により受けられ、磁界情報を生じるように処理され、そして磁界情報がされに表示装置３９に表示されるように処理される。信号感知要素を利用するこの種の測定は磁界の方向が知られている応用に使用され、磁界強度の測定が必要とされる。図１０は本発明の実施例による感知回路４３、４５および４７を利用する計器４１の要素を示すブロック図であり、その中に複数のセンサが磁界強度と同様に磁界方向のデータを提供するように異なる方向に軸線を有するように配列される。一実施例において、センサは互いに直角（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に配列されてもよく、適当なアルゴリズムが処理回路４９により採用され、表示装置５１に表示データを提供する。この構成は例えばディジタル羅針盤として利用される。ここに述べられた発明の実施例の形状および詳細において、多くの代替が発明の精神および範囲から離れることなく成され、種々の実施例において、ここに教えている発明の要素が多くの種類の測定および機能に適用され得ることは技術に熟練した者に明らかである。多くのかかる代替がすでに上述された。他にも多くある。例えば、記述された実施例に使用された特定のメトグラスよりも他の物質が他の実施例に有用であるかもしれない。センサ構成要素の寸法の広い範囲が十分に使用され得る。発明の実施例が置かれ得る、例えば航行装置（既に述べられた）のような多くの応用が同様にある。例えば、センサがセンサの長軸線に沿って横たわるいかなる磁界成分にも感応するので、異なった角度の２つの異なったセンサが平面の磁界方向を決定でき、３つの異なったセンサが互いに知られた角度（デカルト解析の直角）に物理的に配列され、かつ適当な回路に接続され、適用された磁界の強さと３次元方向の両方を測定してもよい。磁界の極性も同様に決定され得る。このような変化が発明の精神と範囲内に含まれ、発明の範囲は以下の請求の範囲によってのみ制限されることが意図される。

Claims

【特許請求の範囲】１．中央に長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコアとコアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコア上に巻回された電気的導電線の多数回巻線とを備えた磁界強度の量を定めるセンサ。２．中空の中央軸線を有し、多数回巻線が巻枠の外側に巻回され、コアが巻枠の中空の中央軸線に沿って配置される電気的に絶縁性の細長い巻枠要素をさらに備えている請求項１のセンサ。３．コアがメトグラス物質の細長い小片を備えた請求項１のセンサ。４．多数回巻線が巻枠の一端に第１端を、巻枠の反対端に第２端を有するラッカーを塗られた銅線の単一長から形成される請求項１のセンサ。５．電圧制御された出力を有する駆動回路と、中央に長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコア、およびコアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコア上に巻回された電気的導電線の多数回巻線を備え、巻線の第１端を駆動回路の電圧制御された出力に接続されたセンサと、巻線の第２端に接続され、第２端の電圧が予め選定された基準電圧に到達する時間を測定するように適用された測定回路とを備えた磁力計。６．中空の中央軸線を有し、多数回巻線が巻枠の外側に巻回され、コアが巻枠の中空の中央軸線に沿って配置される電気的に絶縁性の細長い巻枠要素をさらに備えている請求項５の磁力計。７．コアがメトグラス物質の細長い小片を備えた請求項５の磁力計。８．多数回巻線が巻枠の一端に第１端を、巻枠の反対端に第２端を有するラッカーを塗られた銅線の単一長から形成される請求項５の磁力計。９．電圧制御された出力およびリセットを有する駆動回路と、中央に長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコア、およびコアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコア上に巻回された電気的導電線の多数回巻線を備え、巻線の第１端を駆動回路の電圧制御された出力に接続されたセンサと、電圧基準を有し、入力が巻線の第２端に接続され、出力が駆動回路のリセットに接続された比較回路とを備え、駆動回路がセンサに電圧を供給し、比較器入力の電圧が基準電圧に等しくなるとき、比較器出力が射撃して駆動回路をリセットする磁力計。１０．中空の中央軸線を有し、多数回巻線が巻枠の外側に巻回され、コアが巻枠の中空の中央軸線に沿って配置される電気的に絶縁性の細長い巻枠要素をさらに備えている請求項９の磁力計。１１．コアがメトグラス物質の細長い小片を備えた請求項９の磁力計。１２．多数回巻線が巻枠の一端に第１端を、巻枠の反対端に第２端を有するラッカーを塗られた銅線の単一長から形成される請求項９の磁力計。１３．駆動回路がクロック信号により駆動されるフリップフロップ回路を備える請求項９の磁力計。１４．フリップフロップ回路の出力が出力パルスのパルス幅を測定するように適用された測定回路に接続された請求項９の磁力計。１５．各感知ユニットが磁界強度の量を定めるセンサを備え、センサが中央に長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコア、およびコアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコア上に巻回された電気的導電線の多数回巻線を備えた３つの感知ユニットと、各々電圧制御された出力を有し、各々一つのセンサの多数回巻線の第１端に接続された３つの駆動回路と、各多数回巻線の第２端に接続され、各巻線の第２端の電圧が予め選定された基準電圧に到達する時間を測定するように適用された測定回路とを備え、３つのセンサのコアの中央長軸線が互いに直角に配列される航行計器。１６．測定回路に接続され、測定回路により報告された測定データを処理し、処理されたデータをユーザに表示するように適用された処理および表示回路をさらに備えた請求項１５の航行計器。１７．航行計器がディジタル羅針盤を備え、処理されたデータが指示方向を表示される請求項１６の航行計器。１８．各感知ユニットが磁界強度の量を定めるセンサを備え、センサが中央に長軸線を有する細長い高磁気透磁率物質のコア、およびコアから電気的に絶縁され、コアの長軸線に沿ってコア上に巻回された電気的導電線の多数回巻線を備えた複数の感知ユニットと、各々電圧制御された出力を有し、各々一つのセンサの多数回巻線の第１端に接続された複数の駆動回路と、各多数回巻線の第２端に接続され、各巻線の第２端の電圧が予め選定された基準電圧に到達する時間を測定するように適用された測定回路とを備え、３つのセンサのコアの中央長軸線が異なる方向に配列されるディジタル羅針盤。１９．(ａ)高磁気透磁率物質を備え中央軸線を有する細長いコアに電気的導電線のコイルを巻き、（ｂ）コイルの第１端に知られた電気入力でコイルを駆動し、（ｃ）コイルの第２端で電気的特徴を測定し、（ｄ）中央軸線の方向に沿う磁界の強度に関する情報を提供するため測定された電気的な特徴を処理する段階を備えた磁界強度を測定する方法。