JP4418042B2 - Magnetic sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気インピーダンス効果素子(以下、MI素子と略称する)を使用した磁気センサに係り、例えば第1のMI素子と第2のMI素子を互いに平行に配置して、その第1のMI素子と第2のMI素子にバイアス磁界を印加する励磁コイルを備えた磁気センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
磁気インピーダンス効果(以下、MI効果と略称する)は、高透磁率を有する磁性体に高周波電流を流した際の表皮効果により、その磁性体のインピーダンスが外部磁界によって変化する現象である。
【0003】
図6はこのMI効果を利用した従来のMI素子の駆動回路図である。第1の線状磁性体51と第2の線状磁性体52が互いに平行に配置され、第1の線状磁性体51に対して直流バイアス磁界付加用の第1の励磁コイル53が巻回され、第2の線状磁性体52に対して第2の励磁コイル54が巻回されている。第1の励磁コイル53と第2の励磁コイル54に流すコイル電流の方向は、線状磁性体51,52に流すワイヤ電流に対して一方が左回り、他方が右回りになるように構成されている。このように線状磁性体51,52を複数本(この例ては2本)使用することにより、センサとしての感度の向上と温度特性の向上を図ることができる。
【0004】
図中の55はクロック発生器、56はクロック発生器55からのクロック信号に基づいて前記第1の線状磁性体51と第2の線状磁性体52に対してそれぞれパルス電流を流す素子駆動回路、57は検出回路で、平滑回路58とオペアンプ59から構成されている。また、平滑回路58はダイオード(SBD Schottky Barrier Diode)と平滑用コンデンサと抵抗から構成されている。図7はこの駆動回路の各部の波形図である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のMI素子の駆動回路は、線状磁性体51,52に印加されるパルス電圧を平滑回路58で平滑にして、オペアンプ59に入力していた。ところで平滑回路58を構成しているダイオード(SBD)の電圧降下があるため、波形▲3▼(図7参照)の高さが平滑回路58で維持できず、その結果図7の波形▲4▼のようになり、パルス電圧が正確に検出できず、誤差が生じる。また、パルスの駆動周波数が変更になると、平滑用コンデンサと抵抗の値を変更する必要があるなどの不都合があった。
【0006】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、MI素子のパルス電圧が正確に検出でき、またパルスの駆動周波数が変更になっても時定数の調整が不要な磁気センサを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、例えば線状磁性体などからなる1つ若しくは複数の磁気インピーダンス効果素子と、その磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界を印加する励磁コイルと、その励磁コイルに通電するコイル駆動回路と、前記磁気インピーダンス効果素子をパルスで駆動する素子駆動回路と、その素子駆動回路に同期して前記磁気インピーダンス効果素子のパルス電圧を保持するサンプル・ホールド回路を有する検出回路を備えたことを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明は前述のような構成になっており、従来の平滑回路に代えて検出回路にサンプル・ホールド回路またはピークホールド回路を用いたため、MI素子のパルス電圧を保持してそれを正確に検出できるから、検出誤差が少なく信頼性の向上が図れる。また、パルスの駆動周波数が変更になっても、従来のように時定数の調整をする必要がなく、そのため取扱いが便利である。
【0009】
次に本発明の実施の形態を図とともに説明する。図1は第1の実施の形態に係るMI素子の駆動回路図、図2はその駆動回路の各部の波形図である。
【0010】
第1の線状磁性体1と第2の線状磁性体2が互いに平行に配置され、この線状磁性体1,2としては例えばFe−Co−Si−B系の合金組成からなる零磁歪アモルファスワイヤが好適である。この線状磁性体1,2に対して直流バイアス磁界印加用の第1の励磁コイル3と第2の励磁コイル4がそれぞれ数十ターンずつ個別に巻回されている。
【0011】
図中の5はクロック発生器、6はパルス列電流を前記第1の線状磁性体1と第2の線状磁性体2へ流す素子駆動回路である。この素子駆動回路6は電流値が10mA以上に設定された電流出力型のもので、また素子駆動回路6はデジタル回路のゲートに少なくとも線状磁性体1,2のインピーダンスの10倍以上の抵抗Rを接続している。
【0012】
7は検出回路で、前記第1の線状磁性体1の両端ピーク電圧を所定のタイミングでサンプリングしてホールドする第1のサンプル・ホールド回路8と、前記第2の線状磁性体2の両端ピーク電圧を所定のタイミングでサンプリングしてホールドする第2のサンプル・ホールド回路9と、両サンプル・ホールド回路8,9の出力信号を入力して差動増幅するオペアンプ10で構成されている。なお、サンプル・ホールド回路8,9のホールドタイミングは、前記素子駆動回路6のパルス後縁で行なわれるように構成されている。
【0013】
このように従来の平滑部に代わりに第1のサンプル・ホールド回路8と第2のサンプル・ホールド回路9を設けることにより、それに入力されるクロック信号で、図2に示すように▲3▼の波形の波高値を正確にホールドすることができる。
【0014】
図3は第2の実施の形態に係るMI素子の駆動回路図、図4はその駆動回路に用いるMI素子の構成図、図5はその駆動回路の各部のタイミングチャートである。この実施の形態に係るMI素子は、図4に示すように平行に配置された第1の線状磁性体11と第2の線状磁性体12に対して1本の励磁コイル13が巻回されている。従って励磁コイル13の芯部に、第1の線状磁性体11と第2の線状磁性体12が配置されている。
【0015】
図3において14はクロック発生器、15は分周器、16は第1のアンドゲート、17は第2のアンドゲート、18は素子駆動回路、19は前記励磁コイル13への通電をオンオフ制御するスイッチング素子を備えたコイル駆動回路で、励磁コイル13によって発生するバイアス磁界の向きが周期的に反転するように構成されている(図4の矢印Y1,Y2参照 なお、図4の矢印X1,X2は線状磁性体11,12へ通電する電流方向を示している)。
【0016】
20は検出回路で、スイッチング回路21と、前記第1の線状磁性体11の両端ピーク電圧を所定のタイミングでサンプリングしてホールドする第1のサンプル・ホールド回路22と、前記第2の線状磁性体12の両端ピーク電圧を所定のタイミングでサンプリングしてホールドする第2のサンプル・ホールド回路23と、両サンプル・ホールド回路22,23の出力信号を入力して差動増幅するオペアンプ24で構成されている。前記スイッチング回路21は、前記コイル駆動回路19と同期がとられている。
【0017】
図5はこの駆動回路図の各部のタイミングチャートで、図中のCK2とCK4で励磁コイル12によって発生するバイアス磁界の向きが周期的に反転するようになっている。またこのコイル駆動と同期して、MI駆動パルスにより第1の線状磁性体11と第2の線状磁性体12が順次駆動される。
【0018】
前記実施の形態では第1の線状磁性体と第2の線状磁性体を共に平行に配置したが、両者を例えば直角など定まった角度に配置することもできる。また前記の実施の形態では線状磁性体を2本用いたが、3本以上の複数本でも構わない。
【0019】
前記実施の形態ではサンプル・ホールド回路を用いたが、その代わりにピークホールド回路を用いることもできる。
【0020】
本発明のMI素子駆動回路は、例えば磁界の強さ、向き、分布などを検出、測定する磁気センサや磁気方位センサなどの駆動回路に適用することができる。
【0021】
【発明の効果】
請求項1記載の本発明は前述のような構成になっており、従来の平滑回路に代えて検出回路にサンプル・ホールド回路を用いたため、MI素子のパルス電圧を保持してそれを正確に検出できるから、検出誤差が少なく信頼性の向上が図れる。また、パルスの駆動周波数が変更になっても、従来のように時定数の調整をする必要がなく、そのため取扱いが便利である。
【0022】
請求項3記載の本発明は前述のような構成になっており、MI素子にバイアス磁界を印加する励磁コイルが1つで済むから、複数の励磁コイルを用いた場合のように励磁コイル間の特性調整が不要となり、組み立て作業が容易になる。また、励磁コイルが1つであるから小型化、軽量化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る磁気インピーダンス効果素子の駆動回路図である。
【図2】第1の実施の形態に係る磁気インピーダンス効果素子の駆動回路の各部の波形図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る磁気インピーダンス効果素子の駆動回路図である。
【図4】第2の実施の形態に係る磁気インピーダンス効果素子の構成図である。
【図5】第2の実施の形態に係る駆動回路のタイミングチャートである。
【図6】従来の磁気インピーダンス効果素子の駆動回路図である。
【図7】従来の磁気インピーダンス効果素子の駆動回路の各部の波形図である。
【符号の説明】
1,11 第1の線状磁性体
1,12 第2の線状磁性体
3 第1の励磁コイル
4 第2の励磁コイル
5,14 クロック発生器
6,18 素子駆動回路
7,20 検出回路
8,22 第1のサンプル・ホールド回路
9,23 第2のサンプル・ホールド回路
10,24 オペアンプ
13 励磁コイル
15 分周器
16 第1のアンドゲート
17 第2のアンドゲート
19 コイル駆動回路
21 スイッチング回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensor using a magneto-impedance effect element (hereinafter abbreviated as MI element). For example, a first MI element and a second MI element are arranged in parallel to each other, and the first MI element is arranged. The present invention relates to a magnetic sensor including an excitation coil that applies a bias magnetic field to the element and the second MI element.
[0002]
[Prior art]
The magnetic impedance effect (hereinafter abbreviated as the MI effect) is a phenomenon in which the impedance of a magnetic material is changed by an external magnetic field due to the skin effect when a high-frequency current is passed through a magnetic material having high permeability.
[0003]
FIG. 6 is a drive circuit diagram of a conventional MI element utilizing this MI effect. The first linear
[0004]
In the figure, 55 is a clock generator, 56 is an element drive for passing a pulse current to the first linear
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this conventional MI element driving circuit, the pulse voltage applied to the linear
[0006]
The object of the present invention is to provide a magnetic sensor that eliminates the disadvantages of the prior art, can accurately detect the pulse voltage of the MI element, and does not require adjustment of the time constant even when the pulse drive frequency is changed. There is to do .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides one or a plurality of magneto-impedance effect elements made of, for example, a linear magnetic material, an excitation coil for applying a bias magnetic field to the magneto-impedance effect element, and energizing the excitation coil. A detection circuit having a coil drive circuit for driving, an element drive circuit for driving the magneto-impedance effect element with pulses, and a sample-and-hold circuit for holding the pulse voltage of the magneto-impedance effect element in synchronization with the element drive circuit It is characterized by that.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is configured as described above. Since the sample-and-hold circuit or peak-hold circuit is used as the detection circuit in place of the conventional smoothing circuit, the pulse voltage of the MI element can be held and accurately detected. Therefore, the detection error is small and the reliability can be improved. Even if the pulse driving frequency is changed, it is not necessary to adjust the time constant as in the prior art, and the handling is convenient.
[0009]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a drive circuit diagram of an MI element according to the first embodiment, and FIG. 2 is a waveform diagram of each part of the drive circuit.
[0010]
The first linear magnetic body 1 and the second linear
[0011]
In the figure, 5 is a clock generator, and 6 is an element driving circuit for passing a pulse train current to the first linear magnetic body 1 and the second linear
[0012]
Reference numeral 7 denotes a detection circuit, a first sample and hold circuit 8 that samples and holds the peak voltage across the first linear magnetic body 1 at a predetermined timing, and both ends of the second linear
[0013]
Thus, by providing the first sample-and-hold circuit 8 and the second sample-and-
[0014]
3 is a drive circuit diagram of the MI element according to the second embodiment, FIG. 4 is a configuration diagram of the MI element used in the drive circuit, and FIG. 5 is a timing chart of each part of the drive circuit. In the MI element according to this embodiment, one
[0015]
In FIG. 3, 14 is a clock generator, 15 is a frequency divider, 16 is a first AND gate, 17 is a second AND gate, 18 is an element drive circuit, and 19 is an on / off control of energization to the
[0016]
[0017]
FIG. 5 is a timing chart of each part of this drive circuit diagram. The direction of the bias magnetic field generated by the
[0018]
In the above-described embodiment, the first linear magnetic body and the second linear magnetic body are both arranged in parallel, but both may be arranged at a fixed angle such as a right angle. In the above embodiment, two linear magnetic bodies are used, but a plurality of three or more may be used.
[0019]
Although the sample and hold circuit is used in the above embodiment, a peak hold circuit can be used instead.
[0020]
The MI element driving circuit of the present invention can be applied to a driving circuit such as a magnetic sensor or a magnetic azimuth sensor that detects and measures the strength, direction, distribution, and the like of a magnetic field.
[0021]
【The invention's effect】
The present invention according to claim 1 is configured as described above. Since the sample-and-hold circuit is used in the detection circuit instead of the conventional smoothing circuit, the pulse voltage of the MI element is held and accurately detected. Therefore, the detection error is small and the reliability can be improved. Even if the pulse driving frequency is changed, it is not necessary to adjust the time constant as in the prior art, and the handling is convenient.
[0022]
The present invention according to claim 3 is configured as described above. Since only one excitation coil for applying a bias magnetic field to the MI element is required, the excitation coils can be connected between the excitation coils as in the case of using a plurality of excitation coils. There is no need to adjust the characteristics, making assembly work easier. Further, since the number of exciting coils is one, the size and weight can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drive circuit diagram of a magneto-impedance effect element according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a waveform diagram of each part of the drive circuit of the magneto-impedance effect element according to the first embodiment.
FIG. 3 is a drive circuit diagram of a magneto-impedance effect element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a magneto-impedance effect element according to a second embodiment.
FIG. 5 is a timing chart of the drive circuit according to the second embodiment.
FIG. 6 is a drive circuit diagram of a conventional magneto-impedance effect element.
FIG. 7 is a waveform diagram of each part of a driving circuit of a conventional magneto-impedance effect element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 1st linear
Claims (3)
その磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界を印加する励磁コイルと、
その励磁コイルに通電するコイル駆動回路と、
前記磁気インピーダンス効果素子をパルスで駆動する素子駆動回路と、
その素子駆動回路に同期して前記磁気インピーダンス効果素子のパルス電圧を保持するサンプル・ホールド回路を有する検出回路を備えたことを特徴とする磁気センサ。A magneto-impedance effect element;
An exciting coil for applying a bias magnetic field to the magneto-impedance effect element;
A coil drive circuit for energizing the excitation coil;
An element driving circuit for driving the magneto-impedance effect element with a pulse;
A magnetic sensor comprising a detection circuit having a sample-and-hold circuit for holding a pulse voltage of the magneto-impedance effect element in synchronization with the element driving circuit.
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