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    公开号:WO1985001357A1
    申请号:PCT/JP1984/000432
    申请日:1984-09-10
    公开日:1985-03-28
    发明作者:Kosuke Harada；Shinjiro Takeuchi
    申请人:Mishima Kosan Company, Limited；
    IPC主号:G01R33-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 眷
    [0002] 気検攆装置
    [0003] 技餐分 »
    [0004] 本発獎は * 難纏形 ¾氣共振画贿とオペア ン プによって 班気半導体 »合 a絡を構 αし、 この画路の自 Λ動作によ つて磁気梭 »する装置に調する ·
    [0005] 背景技術
    [0006] 来技術の脣磁界測定夔置の代表とされる環状磁心あ る は糁状磁心を用 Λフ ラ グ ク ス ー トは * 交 *励磁 電攝を别圉路とする俄励式であって、 その最高 *は数
    [0007] 1 0""5 ガ ウ ス 数 1 (Τ6 ガ ウ ス であ ] .、 地磁気の約 1 万 分の 1 と う非常に高感度 ¾ ものであ る。
    [0008] この装置の基本構成は、 磁気検出素子と して環状磁心 あ るいは德状磁心を用いた磁気感応部、 磁心を数 ！^か ら数 Ι Ο ΚΗζ の励 ¾周波数 で励磁する 励磁電灘を 内藏する駆動回路 »、 ¾心の倍肩 ¾ ( 2 /ク成分を增巾 し 位相检波する两期整 *都、 励磁属波数 よ 1 2 成分の 参照僂号を作 だ し、 两期整 ¾蘇に入力する Λめの遣俵 回路部、 さ らに磁界の極性と強さを表示する表示國赠菊 から成 ] 立つ。
    [0009] しかし がら、 局小瑯空間における高感 «¾界濃定を 可能にするためには、 磁心形状を極力小形にする必要が ある、 その綰果と して小形 心よ 検凼される倍周波 ( 2 / )慼分は、 非常に小さ く S / Nが極靖に悪化 して、 高感¾¾界濺定が困難に ¾つ 。 これを解決する手段として、 特公昭 5 4 - 6 8 5 6号公報, 特公昭 5 4 - 1 ら 2 3 2号公報に も開示されている よ う に、 励砗爾波数の高周波化、 たとえば、 励磁周波数と し て数 MHZ を採闬し、 かつ、 検出回路にコ ン デ ン サを揷入 して倍周波成分 2 f で共振も し く は発振させるこ と によ り-検出回路出力の電圧振巾を大き く して同調增巾器に入 力 した後、 同期整流 節に送 り 送む手段がと られた。
    [0010] しかしながら、 これらの手段では、 高周波 ¾動電流に よ る励磁であるため、 伝送路における滅衰及び波形歪が 大き く S Nが悪化するので ¾気感応節と緩動回路節と を接続する コー ドの長さは、 高々数 ω以下 おさえなけ ればならなかった。 转 、 ^小空間 ¾位に配置された磁 気慼 部と駆動回路節を教 1 0 «1〜教 1 0 0 m離さなけ ればならない潮定環境下では、 高感度掛気計測は全く 不 ¾Γ能になった。
    [0011] そこで、 本癸明は、 このよ う な ¾堉条件下での使用を 可能にした 自励式磁気柃出装置の提供を 目的とする。
    [0012] 発明の開示
    [0013] 本発明装置は、 オ ペ ア ン プ の入力婧子懶の回路と 出力 端子倒の回路における共通構成要素である班心と、 該磁 心 に巻装された二次眷'線とからな る非線形ィ ン ダ ク タ ン ス素子と、
    [0014] 該非練形ィ ン ダ ク タ ン ス素子の両端子間に接続されて非 線形磁気共振回路を構成する コ ン デ ン サと、
    [0015] 該非線形磁気共振回路を含む回路の一端が、 当該オペ
    [0016] - tJffiTし
    [0017] OMPI ' ア ン プの'反転入力端子に接続され、 他端が当該オ ペアン ブの非反転入力端子 接続されているオ ペ ア ン プ と 、 該オ ペ ア ン プの駆動電圧端子に接続された正負直流電 カ供耠用の駆動 1 路部と、
    [0018] ペ ア ンブの出力端子に接続され、 該才ぺア ン プの 出力信号を楝分増巾する表示回路 ¾
    [0019] と を含む磁気検出装置であ る。
    [0020] 本発明に使用する磁気検出素子は、 磁心と、 磁心に巻 装された 卷線と コ ン デ ン サからな る非線形磁気共 振！ ¾である。 機能的には、 この非艨形磁気共振回路の 共振電圧がオ ペ ア ン プの入力'信号源となってオ ペ ア ン プ に入力され、 オ ペ ア ン プ の ^和出力霄圧の挺 4生を切 り換 'え る タ .ィ ミ ングを決定する重要な役割を果たしている。
    [0021] 又、 本発明に よれば、 非 形磁気共摒回路が磁心及び 回略内で発生する雑音成分を吸収し、 オ ペ ア ン プ の出力 霄圧反転のス ィ ツ チン グ動作を安定化させる こ とができ さらに本発明に よれば、 駆動回路部から砗気感応部へ 送る霄流は直流伝送と し、 ^心と オ ペ ア ン プか らな る ^ 気感応部それ自体で磁気半導体結合形の 自励 1¾を ^成 し、 また、 磁気感応部からの出力信号は印加碓界に よつ て正負半サイ ク ル期間の比率が可変する方形波交流信号 と し、 これを積分して得られる直流信号を磁気検出の対 象信号とする こ と によって磁気感応部と駆勳回路部を数 1 0 « ~数 i 0 0 駕 麟しても ¾気検出信号を取 ^出せる D G - D C伝送方式を ¾現でき る- さ らに又、 本発明によれば、 磁気感応镩に便用する ¾ 性縝線班心と してア モ ル フ ァス材科を使用することによ 1 磁気半導体結合回路と して非常に安定 し t磁気 «応¾ 自励園路を構芘する ことができ 、 その結杲、 高周波交 ¾ ®¾電源、 交流振 Φ安定化回路部が不用に ¾ 乡 、 伝送路 途上での交 ¾通班電流の滅表防止対策、 信号《£の狭衰 防止対策が不用にまる。
    [0022] ま 7 本発明に よれぱ、 被測定磁界の印加方向と強さを， 位稆検波ゃ搔巾検波 Θ路を使用せずに、 出力電£の極性 と « £'值に直接栾換し、 僂号 ½理を磁気感応部自体で 理 して しま う裰能を得るこ とができ る。
    [0023] さ らに又、 本発與に よれば、 2 つの正食直溏安定化電 源によって磁気廐応部を軀動させるので、 磁気感応部駆 動用電簾と侰号処理回路に使用されるオ ペ ア ン プ用電漯 が共用でき 、 かつ、 コ モ ン アー ス結線を可能にする。
    [0024] さ らに又、 本発 装置は、 磁気感応部の 消费電力が非 常に小さ ¾め、 リ - ァ 1 0 レペル の プ リ ン ト基板上で 共存可能に した、 実用性と ¾用性の萬 班気検出装置で あ る と える。 すなわち、 磁心を励磁する電淹條は 1 0 «Α 以下のオペア プの ffi力でも充分であ ] 、 外付け ヮ 一 ト ラ ン 'ジスタ に よ る励磁電流增 φ どの回路は不用 に る β
    [0025] 図面の筒单 説明
    [0026] O PI 第 i 図は本発明装置に便用する磁気検出素子の基本構 眩を示す鋭.明図、
    [0027] 第 2 図は第 1 図示の磁気検出素子の回路 に、 可 ¾抵 抗を付加した場合の圉路図、
    [0028] 第 3 図は本発明装置の動作原理を、 非線形特性を示す 磁心の B - H特性を用いて説明する図、
    [0029] 第 4図は第 3 図に於て He x - 0 , He x > 0 , He x <0 の各場舍の端子に ける * ε波形 《0 を示す su
    [0030] 第 5 図は磁心を励磁する直流 s圧をき動的に》 換え る よ う に した磁気感応部、 正負駆動直流電漯を内蔵する
    [0031] Β勦部 fc 磁気感応餺の出力を積分增巾する表示回路钿か ら成る全体回路の 1 例を示す図、
    [0032] 第 6 図は第 5 図の磁気感応部の 自饞動作を強磁界印加 後において も安定に実行でき る変形回路の i 例を示す図、 第 7 図は本発明装置の動作原理を 自動的に ¾行するた めの、 他の全体回路図、
    [0033] 第 8 図は本発明装置の動作原理に基づいて、 勾配磁場 を測定するための差動型磁気検出素子の基本構成図、
    [0034] 第 9 図は、 勾配磁場を漉定するための回路の一例を示 す図、
    [0035] 第 1 0 図は、 第 9 図に示 した磁気感応部の 自励動作を、 強磁界印加後において も安定に実行させるための変形回 路の一例を示す図、
    [0036] 第 1 1 図は、 第 7 図に示し/ 1 ¾界濂定回路の磁気検出 素子を、 差動型磁気検出素子におきかえ？t回路図、 第 1 2 図は、 第 5 図の園路に いて、 印加磁界 Hex と 表示回路部の Sカ鼋 £ S0 との S倮を獬定 したと きの入 力特性を示す図、
    [0037] 第 1 3 図は、 プロ - ブの構成锊を示す断面図、 第 i 4 図は «流セ ン サの他の構成锊を示す図。
    [0038] 発 ¾を実 ¾する 7tめの最良の形態
    [0039] ¾下、 図面において本発明のー钾を詳細に説明する。 第 1 図に て、 i はガラス管で、 その外 βには、 靖 子 2 * , 2 b の一次卷線 2 と、 饑子 3 a ， 3 b を有する穽嬢 形イ ンダク タ ン ス素子、 す ¾わち二次卷線 3 が卷装され て る · コ ン デ ン サ 5 は、 ¾子 3 a ， 3 b の導線に焙線さ れていて、 かつ、 饞子 2 b と 3 b は結線され、 ア ー ス G さ れている。 各巻練 2 , 3 の卷線極性は図示の通 同極 性とする。 ガラ ス管 i の中心空間部には、 磁心 4 が择入 されている · 磁心材料は、 低保磁力、 高透磁率の ァモ ル フ ァ ス磁性細線材料が最通である。 ただ し、 他の^料と して線状に加工された ー マ π ィ 線林、 磁性薄饞を付着 させ Λ線材 （磁性線） 、 硅素鋼、 純跌、 フ ェ ラ イ ト ¾ ど の使用 も不可能ではるい。
    [0040] 第 2 図示回路図において、 付加された可変抵抗 9 は、 磁気検出素子に加わる励磁電 £波形を »鳖する tめのィ ン ピ ー ダ ン ス調整 ^に便用される。
    [0041] 第 3 図は、 本発明装置の動作原理を非線 特性を示す 磁心 4の B 一 H特性を用いて説明するための図であ る β 第 3 図（a)は、 被濺定磁界 Hex が零 （ Hex - 0 ) の時にお ける班心 4 の B - H特性を示したものである。 班心 4 に は ヒ ス テ リ シス が存在するため、 励磁の 1 サイ ク ルで図 示されて る よ う に①―②—③ ④—①の経路を ^どる こ とに ¾ る。 こ こで、 Hex - 0 の；^簾の時に、 正の直漉 電 £を一次卷線 2 に印加 し、 正の励 ¾班界によって磁心 4 を最大磁束密度 Bm まで勘磁させる と、 図示の通 ] 、 その磁束密度 ¾化巾は Β12 と なる。 そ して磁心 4 の磁 束害度が に達する と 同時に直流電圧を零にすれば、 磁心 4 に印加している磁界は ¾ < *るので磁束崈¾レぺ ルは点②か ら点③の レペ ル に急速に戻る ·
    [0042] 今度は、 負の直流 «圧を印加 して、 負の励磁界に Iつ て磁心 4 を負の最大磁束 *度 -Bm ま で励磁させ る と 、 その磁束密度変化巾は ΔΒ34 と ¾ ]7 、 ( ΔΒ1 2 | = ί ^B54 j が成立する こ と にる る。
    [0043] と ころが、 第 3 図（b)に示すごと ぐ 、 正.の被測定磁界 ex( >0 ) が、 磁心 4 に印加 して る状態か ら、 前述の 励磁サイ ク ルを ぐ ] かえす場合を考えてみる と、 まず、 正励磁界の印加時における磁束密度変化巾は Β' 、 負 励磁界の印加時では Β' 54 と' ¾ ]？ 、 ΔΒ' 12 と の間 には、 明 らかに | ^Β' 12 I < I ^Β' 34 I が成立する。 い かえれば、 励磁用の直流 が零状態か ら、 磁心 4 を 正ある は食の最大磁束密度レペ ルに ま で励班するに要 する正励磁期間 + と負励磁期間 t' - の閫に +く t' -- の関係式 成 ¾：する ^ と なる。，
    [0044] Λに、 第 3 図（e)に示すごと く 、 負の被測定磁界 tie .
    [0045] O PI (ぐ β ) が、 磁心 4 に印鑰して る状態から、 前述の ®磁 サイ ク ルを く かえすと、 正齒班時に 12 、 Α饞班時 に Β : ^の磁束密度变化が見られ、 正励班期間 + と 炱励磁期間 - の閼に、 + > - が ¾立するこ とに る， そこで、 班心 4 に前述の通碓サイ クル時に、 8Ϊ加 する齒磁直流電£值が、 磁心 4の磁気麾和、 不 SS和状憊 に よって佳下ある は ¾動 し よ う に、 第 2 図の班気 ■ 検 ίΒ Θ路に示すごと ぐ一 ^卷據 2 と 直列に可¾抵抗 9 を 接練 し、 この可 ¾抵抗によってイ ン ビー ダ ン ス讕整をす る。 この よ う に して班心 4 の磁束レベルが最大 ¾柬¾度 レ ベ ル②あ る は④に連する と同時にき動的に直流 S£ Vc , -Vc の «性が切 換え られる場合を考える と、 鵁子 1 0 にぉける電£波¾ は、 正負両極性を有する方形 波電王波形と して観灞される こ と に' る。 第 4 図は、 こ の よ .う ¾ 定の も とに、 Hex = 0 , H'ex > 0 , Η χ< 0 の各壤合における端子 1 0 における方肜波電 £波形を図 示した ものである。 図からわかる よ う に、 両極性方 の正の半サイ ク ル持癀期間 t' + , + と食の半サイ ク ル 持統期間 - , -は、 被灘定磁界 Hex , Hex , ex に よって制御される ことがわかる。 それ故、 この方 ¾波 髦 εを積分 し、 その «ε積分值の符号と 電£值から被瀾 定磁羿 Hex の極性と強さに対応させて、 換算表示するこ とに よ 1 磁界測定を可能にする こ とがで き る こ とがわか る »
    [0046] ^に、 本発明装置の動拃康理を 具体的藺路にお て 1PO 説明する。
    [0047] 第 5 図は、 本発明の動作 «理を 自饞的に遂行する回路 例であって ¾心 4 を励磁する直 ¾電 £を 自動的に切 換 える よ う に し Λ:班気感応 « 1 0 0 * 正負駆動賣 ¾SiS S を内蔵する駆動 ¾B 2 0 0、 磁気感¾¾ 1 0 0の出力を積 分增巾する表示回路锞 3 0 0 から） ffi i 立つ。
    [0048] まず、 磁気感応餺 1 0 0 につ て説與すれば、 ォペア ンブ 6 の反転靖子 7は アー ス Gされ、 非反転端子 8 には、 二次卷線 3すなわち、 非線形イ ン ダク タ ン ス素子の ¾子 3 « が接統され、 靖子 3 bは、 アー ス （3されて る Λ コ ンデンサ 5 は、 二次巻線 3 の两港に撄統され、 磁心 4 よ ^ 発生する雑音成分を吸収する と と もに 園路構 上で は二次卷線 3 に対する非線形磁気共振回路を構 ¾ し、 直 流電 £切 換え時の タ イ ミ ング動作を安定化するのに寄 与 して る。 オペアンプ 6 の出力 ¾1子 1 0 には、 可変抵 抗 9 が接続され、 この抵抗に よって出力靖子 1 0 の電 £ 波形の調整、 い かえれば、 可 ¾抵抗 9 と一次卷線 2 を 含めた負街イ ン ビーダ ン ス の調聱を行い、 出力端子電圧 波形が極力方形波に る よ うにする。
    [0049] ^に、 自励動作の原理について説明すれば、 今俣 に、 オペ ア ン プ δが正に集和 して て、 端子 i βの電£が绝 和電 S Vs (>0 :) である とすれぱ、 磁心 4 を励磁する励 磁電 ¾は抵抗 9 を通って一次巻纏 2 を ¾れ、 アー ス Gへ ¾れ込む， この時、 二 Λ卷線 3 では、 ¾心 4 を介 して誘 起電 が発生する。 この誘起電 £の極性は、 3 *端子 «
    [0050] 一 Ο Π一
    [0051] . IPO" w で正と ¾るので、 オペアンプ 6 の非反 IE *子 8 には正鼋 £が入力され、 その結果、 オペアンプ 6 は正の 和電圧 力 V* を ifi しつづける。 そして、 この閼にも磁心 4は 縢班されて 1> 、 やがて最大班束赛*レペル Β淆 に達す るま で励班される蘭に、 班心 4の透 率は *第に倕下 し， 誘起電 £の倕下と と もに二次巻線 3 の コ イ ルィ ン ビーダ ン ス も極耀に牴下 し、 二次卷線 3 は穽纏形イ ン タ ン ス素子と して動作する · この時、 これま で、 コ ンデン サ 5 に誘起電 fiEに よって充電されてい 電育は放電するこ とに る · と ころが、 コ ンデン サ 5 と二次春纏 3す 4わ ち、 非纏形 イ ン ク ン ス素子で構成され Λ非線形 ¾気 共振圉路では、 共振現象のため 二 Λ卷線 3 の 3 子 HIの電圧は、 いまま で正であったものが食髦 に变 * オペア ン プ 6 の非反転端子 8 には負電圧信号が入力され， 出力港子 1 0の ffiカ電 Ε は 自動的に负の直流麾和電 -Vs に 切 ] 換わる。 そ して 、 Λの瞬間には、 磁心 4 に おける班束密度レ ベ ルは被溺定 ¾界 Hex で規定される レ ペルまでー且急速に戻 ？、 ¾ で負の嫁和電 £ -Vs に よ つて.、 班心 4 における磁束密度変化は負の最大 ¾束赛変 レペル -Bmに向かって変化する こ とに ¾ る* この時、 非 鎵形ィ ン ダク タ ン ス素子と しての二次巻線 3のィ ン ピー ダ ンスは大き く るってお ] 、 そのため、 オペア ン プ 6 の 出力電 £ e0 は - Vs を保持しつづけ、 コ ン デン サ 5 には 誘起電 EEに よって電荷が充電される こ とになる， そ して 磁心 4 の磁束崈度レペ ル が負の最大 ¾柬崈度レペ ル -Bm
    [0052] 一 OMPI に到 する頃には、 コ ンデン サ 5 の放電が関始され、 非 線形班気共振回路の共振現象に よって、 再びオペアン プ Sの非反転 »子 8 には、 極性反 tiした入力電 £侰" ¾〉0 ) が入力され、 出力耀子鼋 8Ε e jj は正の直 *绝和 V» に 切 換わるのである。
    [0053] この よ う に して、 オペアン プ S に印加されて る駆動 直流電圧 ± Vc は、 磁心 4 の二次卷線に誘起する共振電圧 信号を受けて、 オペアン プ 6 の出力耀子 i 0 に飽和電圧 士 Vs を交互に出力する と と もに、 この两極性を有する 飽和電 £波形 （ 出力電圧波 ） の正期間 と負期間 との期 間長比 （ デュー テ ィ 比 ） は、 被瀾定磁界 He x に よって制 御される こ と に ¾ るのであ る。
    [0054] 尚、 コ ンデン サ 5 の機能代行は、 卷艨閫に存在する浮 遊容量を もって代行させる よ う に、 磁心 4 に春装される 巻線鎵経、 卷線数を適切に選択する こ と に よって 可能で あ る。 この場合、 コ ンデ ン サ 5 は、 あえて取付けな く て も よいことは 自 明である。 第 5 図において、 3 0 0 は表 示画路部で、 方形波出力電圧 e (} は、 ッ フ ァ i 2 の非 反 <6 *子 1 1 に入力される。 ッ フ ァ 1 2 の出力信号は、 抵抗 1 3 と コ ン デン サ 1 4 から な る橫分回路あ るいは 口 一 ス フ ィ ル タ ー （ 図示せず ） を経て、 ゲイ ン調整用の オ ペ ア ン プ お 6 の非反転端子 1 5 に入力され、 增巾され る。 オペ ア ン プ 1 6 の增巾度は、 被濂定磁界 He x の強さ に よって還択でき る よ う に、 抵抗 1 7 ~ 2 0 がオペア ン ブ 1 6 の出力饞子と反転竭子、 ア ー ス竭子間に接銃され て る。 2 i はコ ンデンサで、 不用 ¾交¾雜音成分を除 去する 目的で择入されて る。 2 2 は、 增 Φ度を任意に 還 ¾するための切 ^換えス イ タ チであ る - 2 3 は、 探示 計で、 電流の極性と さを表示する機餞を有するも ので ある · 2 4 は、 可麦抵抗で、 指示計 2 3 へ ¾れ込む電« 僂を調螯する， 2 0 0 は 駆動回路 ¾で、 オペアン プ用 の正負直流定電 SE士 の供狯電源である，
    [0055] 第 6 図 Wにおけるイ ン ピ ー ダ ン ス 2 5 は抵抗、 ま は コ ン デ ンサ、 ま Λは抵抗と コ ン デ ン サからなる遂列揚練 回路を意味する · オ ペ ア ン プ 6 の反転 »子 7 は、 一 Λ卷 線 2 の *子 2 b に《耪され、 養班界印如時にぶって ¾生 する 自励俘止現象の復起は、 この 2 5 の ¾子電圧の負帰 還作用に よって実旄して る。
    [0056] 第 6 図（b)では、 第 6 図（a)における イ ン fc —ダ ン ス調整 用の抵抗 9 を班気検出素子の非線形磁気共振回路釁に择 入 した場合の構成例を示し ¾もので、 イ ン ピ ー ダ ン ス鼴 整用 ¾Γ変抵抗 9 は、 オペアンプの ffi力端子と 、 卷線 3 の オペ アンプ入力端子に接铳されている。
    [0057] 第 6 図（c)では、 イ ン ピ ー ダ ン ス 2 5 に よ る負艨¾作用 を一 Λ卷線 2から分龍 して、 ^変抵抗 2 6 との直列回路 の中間点の « £によって笑旎している。
    [0058] 第 6 図の回路に て、 一 2fc春線 2 と二 巻線 3 は、 同極性に ¾つて^る理由から、 一 ¾巻線 2の ®磁機能を， 二 Λ卷線 3 に励 ¾鼋¾を流すこ と に よって、 新 しい回路 構成もでき る。 この場合、 抵抗 9 の一次卷線 «の端子を
    [0059] ( " W "" 二 Λ卷線 3 のオペ ア ン プ入力耀子懍の靖子に ffi绠 して、 单一巻線から ¾ る非鎵»ィ ン ダク タ ンス素子を構成する こ と にる る。 第 7図の構成例は、 この よ う ¾立場から本 発明の動作康理を自動的に遂行する Λめの全体回路図で あ る * 機能的には、 磁気感応 « 4 0 0 、 表示回路部 5 0 0、 直流安定化電源部 6 0 0 から成立する。 まず、 磁気感応 部 4 0 0 は、 ブ リ ツ 'ジ回路を構 ¾する。 オペアンプ 3 4 の出力 ¾子 3 5 と アース Gの閟において一: 52には可変抵 抗 3 0 、 二 ¾卷鎵 3 と コ ン デン サ 5 からるる非線形磁気 共振回路が存在 し、 他辺には町变抵抗 3 2 と 町变抵抗 33 が存在し、 抵抗 3 0 と抵抗 3 2 との接緣点 3 5 はォペア ン プ 3 4 の出カ饞子 に、 抵抗 3 3 と二 Λ卷線 3 との 接統点 3 b はアー ス Gに接練されて る。 磁気検出素子 A における一次巻線 2 は、 本構 ¾例にお ては、 今ま で と は異る る用途に用いて る。 すなわち一 Λ卷鎵 2 は、 磁心 4 に印加する被測定磁界 He x を打消す方向に磁界を 発生させる を流す もので、 これは表示回路部 5 0 0 か ら出力される打消 し電流が趣子 2 a に入力される こ と に よ 実行される β このブ イ 一 ド ック系は、 磁気感応 部の回路系を安定化させるため と、 被測定磁界に対する 出 力電圧の S8係を表わす入出力特性の直線性改善をね ら う こ とを 目的と し 7¾ もので実用的には非常に有用である。 ただ し、 一次巻練 2 を者略 して も本発钥の目 的は変わる も のでは ¾い。 オペ ア ン プ 3 4 の各入力端子への入力は、 非反転端子 Ρには二次卷鎵 3 の端子 3 * が結点 3 1 を介
    [0060] , 一 ΟΜΡΓ 、 して入力され、 反転 *子 Nには可 ¾抵抗 3 2 , 3 3 の鎗 点 3 6を介して入力されて る。 オペアンプ 3 4 の勘侔 は、 N «子間に印; ¾される入力鼋 aE es - eH を增 *する增 Φ と して動佧して るのではな く 、 入力鼋 £ 差 - が正かあるいは負であるかを識別 し、 それぞ れに対応 して正ある は負の簏和直 ¾電 £を ffi力する符 号賺別 Sと して機能させて るのであ る * コ ン デ ン サ 5 は、 二次卷線 3 と非線 ¾班気共振圉路を構成し ¾心 4 で 穽生する璩音 K分を數衩させると と もに、 急速 ¾¾束¾ 化、 tとえばブ リ ッ ジ印加 « £Eの正負切換えによって発 生する磁束フ ラ イ ック現象によ る！^響を捭制する こと に よって 自勒動作を安定化させる機能を有して る β 次に、 自励勐作について説 する。
    [0061] こ こで、 理解を容易にする 7tめに、 プ リ ッ の各趣子 電 £の状況をも とに して説明する こ とにする。 まず、 可 变抵抗 3 0 , 3 2 , 3 3 の抵抗鵁子 を VJJJ , VZ2 , V53 と し、 二次春線 3 から ¾る共振回路端子電 £を V5 と し、 イ ン ピ ー ダン ス と しては、 B5Q = ft52 が成立 して いる場合に限定 して考える こ とにする。 坂 ] に、 今の瞬 閫にお て、 オ ペ ア ン プ 3 4 の出力靖子 3 5 の出力電£ が正の <¾和直 ¾ «圧 +Vsに ^換わつ？ t とすれば、 磁心 4 における磁束密度レ ベ ルは裱澜定磁界で規定される磁束 密褎レペルにま で急速に戾る ことに る （ 第 3 図①の状 態 ） 。 そ して反転端子 Nには抵抗 3 2 と 3 3 に よって分 £された正の S£ eH C>0 ) が入力されるこ とにな ] 、
    [0062] OMPI
    [0063] WIPO― . j 非反転靖子 Pには抵抗 3 0 と、 非線影磁気共振園路との 分 £に よって定ま る正の霍 eP (>0 ) が入力される.， こ こで、 二 ¾卷鎵のィ ン ピーダ ン ス Z 2 は磁心 4 が磁束 不飽和状態に入って るため、 非常に大き く 、 抵抗 3 3 との間には 3 > 33 が《立するので、 オペアンプ入力 電圧差の符号は正 （ eP - eM > 0 ) と ] 、 オ ペ ア ン プ 3 4 の出力電圧はそのま ま正の飽和直 ¾電 £ +V*を維持 する。 と ころが、 磁心 4 における磁束密襃レペ ルが Λ第 に上昇し、 徐 に正の最大磁束密度 Bm に近づ く につれ、 透班率の鎵少に と も い、 非艎形イ ンダク タ ン ス素子で ある二次卷艨 3 の イ ン ビー ダ ン ス Z2 は低下 し、 コ ン デ ンサ 5 は放電を ¾始する。 磁心 4 が正の最大磁束害度 Bm に達する直翁では、 V5は低く ？ 、 この時点では まだ
    [0064] V3 > V33 が成立 してい るが Λの瞬間には磁心 4 は最大 磁束密変 Bm に達 して （ 第 3 図②の状態 ） 、 今度は
    [0065] V3 く V33 と る。 その結果オペ アン プ 3 4 の入力趣子 間の入力鼋 EE差の符号は正 （ eP - eN 〉 0 ) の状態から 負 （： eP - eH < 0 ) の拔態へ変化するため、 オペアンプ 3 4 の出力饅子 3 5 には負の j¾和蘆 が発生す る。 そ して この ¾£は、 ブ リ ッ ジの ¾子 3 5 と ア ー ス G の間に印; δοされる と同時に、 磁心 4 の磁束密度レペ ルは 再び被濂定磁界で規定される レペ ル に ま で急速に戻る （ 第 3 図③の状態 ） 。 この負の励磁サ.ィ ク ル に突入する と 磁心 4 における磁束変化は、 逆方向に向かって進む。 そ して時間の経過 と と も に、 磁心 4 の磁束崈绠レペ ルが、
    [0066] OMPI 負の «大雜束 «度 - Bm に達すると （ 第 3 図④の状態"） 、
    [0067] VS > V5S が成立し、 オペアン プ 3 4 の入力罨 £差の 符 号は正 （ e - β]ί > 0 ) と って、 ffi力 «子 3 5 には正 の齒昶置.流電 £+Vaが ¾現する こ と に ¾るのである ·
    [0068] 上の圔路動作説與 よ ] 、 磁心 4が最大磁束密度 +Bm または - Bmに達する ご と にオペアン プ 3 4 の ft和 S¾ 鼋 £士 が交互に自 動的に 換えられる こ とが明 ら かと つ Λ。
    [0069] ま 7¾：、 磁心 4 に被澳定 ¾界 Hex 、 Η'βχ (>0 )、
    [0070] H^ex C<0 ) が印加され 7t状態で前述の動作をさせる と、 オペアンプ 3 4 の出力 *子では第 4 図に示されてい る よ う 方形波電 E波形が観濂される こ と も容屡に理解 でき るわけである。 ただ し、 正確を期す ¾ らば、 第 4 図 の 士 Vc を士 Vs に置き換えて読み取れば十分である。
    [0071] 5 0 0 は表示圉路部で、 ¾気感応部 4 0 0 の出力 を稷分增 Φするオペ アン プ 3 9 と、 これに接続され 7t積 分用の コ ン デ ンサ 4 0 と 、 抵抗 4 1 , 4 2 , 4 3 , 4 4 よびチョ ーク コ イ ル 4 5 ， 指示針 4 6 から構成されて る。
    [0072] オ ペ アン プ 3 9 の出力鵁子 4 7 では、 被測定磁界の N 極ある は S極とその強さにそれぞれ対応する正あ る は負の直流 ¾ £儘が観測される。
    [0073] - チ ョ ーク コ イ ル 4 5 は、 磁心 4 に印 ¾1 して る被濂定 磁界を打消す方向に電流を流す時に、 磁気惑応部 4 0 0 からの交流成分が表示回路部に影謇を与え ¾ よ う にす る 目的と、 一2fc春線に舞導する誘起電圧に よって流れる 鍵導電 ¾を¾止して、 自励梟作を安定化させる Λめに挿 入されて る。 このチ ョ ー ク コ ィ ル 4 S を抵抗によって 代行させる こと も 可能であ る β β 0 0 は裏流安定化電源 裸であ ] 、 オ アンプ 3 4 , 3 9 を ¾動するための もの である。 磁気感応都 4 0 0 と表示画路部との伝送は直 ¾ 分だけで目的が達成される本発明では、 磁気感応部 4 0 0 と葺¾安定化電 «部 6 0 0 との伝送も 直 ¾分である こと から、 ワ ーの送受、 侰号の送受は完全る D C3 - D C 方式 になっている · それ故、 7t とえば漏定室には舊¾安定化 電源被 6 0 0 と表示回路部 5 0 0 を δ置し、 数 1 0 0 m はるれ Λと ころに取 付けられ 磁気感応被 4 0 0 が感 応する磁気変化あるいは異常な地磁気の変動 ¾ どを濺定 室においてモニ タ ーする こ とが可能に ¾るのである。
    [0074] 第 8 図は、 本発明装置の動作原理に も とずいて、 勾配 磁場を測定するための差動型磁気検出素子の基本構成を 示す。 まず、 第 1 図で図示 した磁気検出素子 Aの磁心を 2 分割 し、 分割され Λ各々の磁心の奢線を逆極性に直列 捿耪する こ の よ う に回路構 ffiすれば、 第 1 磁心 4 a と 第 2磁心 4 b に印加する磁界の強さの差、 すなわち第 1 磁心と第 2 磁心の配歐された位置に ける磁場の差
    [0075] ^He x の強さ と方向を検出する こ とができ る。 図に い て、 1 a , i b はガラス管で、 その外 «には、 端子 2 *， 2 b の一次券線 2 と、 «子 3 a , 3 b を有する二 ¾卷鐮 3 が卷装されている。 コ ン デン サ 5 は、 端子 3 a , 3 b 一. QMPI _ ， の導線に緝線されて て、 かつ、 靖子 2 b と 3 & は結鎵 され、 アー ス Gされて る。 各卷鐮 2 ， 3の卷線極性は 図示の通 第 1 磁心 4 ai と第 2磁心 4 b にお て遨極性 とする。 ラ ス管 1 * , 1 bの中心空間 «5には、 第 i ¾ 心 4 a と第 2 班心 4 b が禅入されて る。 ¾心林科は、 低保班力、 高透磁率の リ ^ン状、 ある は線材状のァモ ル フ ァス磁性細線材料が最通である， Λだ し、 他の林科 と して線 に加工されたパーマ ロ イ 線枒、 磁性薄漠を付 着させ Λ線： 磁性練 ） 、 硅素鋼、 純狭、 フ ェ ラ イ ト ¾ どの使用 も 不可能ではる く 、 磁性材科の ¾状には特に制 は ¾ 。 ま た、 磁心 4 a と班心 4 b の位置 88係も 、 一 直線上に配置する こ と、 2 倕を平行して配置する こ と ¾ ど、 その他配置飼については用途毎に決定すれば十分で， これを制約 し い。 た とえぱ、 電流センサと して、 電¾ に よって発生する班界を測定 し 7 い *合には第 1 磁心と 第 2 磁心を平行に S鼠 し、 その中間に、 電線を配匿して その髦線に ¾れる電流が作る磁界を濁定する こと ： 第 i 磁心だけに電流が作る磁界を印加させ、 第 2 班心は、 第 1 磁心に加わる ック グラ ン ド¾ ¾だけを検出する よ ！） に配置する こ とに よ 、 ックグラ ン ド磁場の影饗を除 去する配置 ¾ ども 自 に して容易に実： «でき る。
    [0076] 第 θ図は、 勾配 a場を測定するための回路锊である。 この翳路は、 第 5 図で図示し Λ班気検 素子 Aを ¼ 第 8 図で図示し Λ磁気検 S素子 A ' で Sきかえる ことに よつ て構成でき る。 す ¾わち班心 4 » , 4 b を励磁する直流 « £を 自動的に切 換える よ う に し Λ磁気 «応都 1 0 ϋ 、 正負駆動直漉《派 3 を内蔵する駆勐圉路部 2 0 0 、 磁気 感応镩 1 0 0の出力を積分增巾する表示國路部 3 0 0 か ら成 立つ。
    [0077] 第 1 0図は、 第 9 図で示し 磁気感応部 1 0 0 の 自勘 動作を、 強磁界印加後にお て も安定に実行させる Λめ の変形回路実 である。
    [0078] 第 1 0 図（a)に けるィ ン ビーダ ン ス 2 5 は抵抗、 ま 7t はコ ンデンサ、 ま たは抵抗と コ ンデンサか ら ¾る¾列接 統回路を意味する · オペアンプ 6 の反転端子 7 は、 一 ¾ 卷線 2の端子 2 b に接耪され、 強磁界印加時によって発 生する 自励停止現象の復起は、 この 2 5 の ¾子 の負 滞還作用に よって実麓して る。
    [0079] 第 1 0 図（b)は、 イ ン ピ ー ダ ン ス調整用抵抗 9 を二次巻 線 3 に接緣 した場合の回路構成例を示す。
    [0080] 第 1 0 図（c)では、 イ ン ピ ー ダ ン ス 2 5 に よ る負爆還作 用を一次巻線 2 から分離 して、 町变抵抗 2 6 との直列回 路によって している。
    [0081] 第 1 1 図は、 第 7 図で示した磁界測定回路の磁気検出 素子 Aを差動型磁気検出素子 に置き かえた回路であ ]？ 、 第 9 図の回路 と 同 じ目的に使用される勾配磁場測定 回路の実； ¾倒であ る。
    [0082] 第 1 2 図は、 第 5 図の回路において、 印加磁界 He x と 表示回路部 3 0 0 の出力 ¾ £ Eo と の 関係を痴定 し 7t時 の入出力特性である。 磁心 4 にはア モ ル フ ァス磁性細線
    [0083] _ OMPI A を使用 し ¾。 図からわかる よ う に実線 ®において — 30¾ ~ 30eの範囲にお て、 非常に良好 ¾直線性を有 して i , 最高検出感竅は 1 0-5 - 1 Q"6 Οβ に入つ 7 こ とを藥 mvit. ま 3¾：、 班気感応 » ι 0 0に供»する直¾鼋£ 士 に fc 正食電 £值にずれが ¾生し t場舍、 Λ: とえぱ I +Vc 〖 < I -Vc Iの場合には、 そのずれ電圧の大きさ と極性に相当 し Λ イ ァス が出力に出現するが、 実線⑤に示すよ 5に入出力特性の直線性は濂定有効範囲 に てそのまま保持される特徴を有 している こ とが実 新され ¾。
    [0084] そこで、 この特菜を生かせば、 磁心 4 に印加する大き ¾背景磁場を、 正負直流髦 £の不平衡調整するこ と によ つて回路的に打消 し （ EB の レペルで零調 ） 、 大き な背 景¾場内における微弱班界の変動濂定も 可能にる る。 こ の場合、 表示園路部の正負直 ¾¾£系統と磁気感応部を 駆動する正負直流電源系銃は独立させる ことが望ま しい 第 1 3 図は、 プ ロ ー ブを示し、 磁気感応部をプロ ーブ ケ ー ス に内蔵し コ ー ドに接続 した構 ¾を示している。
    [0085] 第 1 3 図（a)は、 第 5 図に示 し Λ磁気感応部 1 0 0 をプ ロ ー ブケー ス 5 0 にマ ウ ン ト した場合の構 ¾例で、 磁界 溺定用プロ ー ブと して有用であ る。 コ ー ド S O には S蒗 土 Vc用 リ 一 ド線と アー ス線 Q と信号線 1 1 が入って る。
    [0086] 第 1 3 図（b)は、 第 9 図に示し 7t差動 気感応截 100 を直線上に S置 したと きの勾配磁場灞定用ブ π —ブの構
    [0087] O PI 成例を示す β
    [0088] 磁心 4 a , 4 t> の役割は第 8 図で示し Λ場合と逆転し て るが、 こ こでは、 第 2 磁心 4 t>が先 にあ るので、 局锶班場湖定時には、 第 2班心が主 «応菊と な る。 そ し て第 1 磁心は ッ クグラ ン ド班場を感応 して、 第 2 磁心 の感応するパック グラ ン ド磁場と局部磁場の う ちから、 ック グラ ン ド磁場分を打ち消す役割を杲 Λす。
    [0089] ま Λ：、 図中のコ - F長を数 1 0 —数 1 0 O mの長さ に のばして も、 表示回路部 3 0 0 は直 ¾增巾園路系である ため、 出力 ¾子髦圧 efl の平均直 ¾分の伝送のみで十分 であ ] 、 その 7¾め戴衮は極めて少¾いと う特微がある。
    [0090] 第 1 4 図は、 ¾流セ ン サの他の構成例と して、 磁心 4 の形状が閉磁路 と ¾ る環状磁心を用い 7t場合の応用钾を 示す。 こ こ では、 直流 G T への応用倒で磁性細線 4 を環 状に巻.き 、 その上に絶縁被覆され 巻線を巻いて閉磁路 タ イ プの磁気検出素子 Aを構成 し、 その環状磁心 4 を貫 通する «線 7 0 を ¾れる電流 x を高感度に測定する も のである。 検出屎理は e x に よって作られる磁界を前述 の He x に置き かえてみれば容 に理解でき るので省略す る β
    [0091] 以上、 本 ¾钥では、 非線形磁気共搔回路を主部とする 磁気検出素子を用いて、 1 0基梗上で共存 し う る磁気半 導体結合回路の数々 の実 ¾例を提示し Λ：。 そ して、 その 性能 と実用性にお て大いに期待でき る磁気検出装置を 提供 した ^第であ る—
    [0092] OMPI
    [0093] WiPO , ^ 産業上の莉用 ^能性 "
    [0094] ¾上の よ う に、 本 ¾明装置は、 ¾界測定装置と して、 叉、 局小部空閬における高感度磁界满定装置と して有用
    [0095] ¾、 自纜式 ¾気検 as装置である。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. オ ペ ア ン プ の入力端子偶の回路 と 出力端子^の回路 の共通要素であ る碎心と、 該^心 卷装された二次券 線 とからな る非線形ィ ン ダク タ ン ス素子と、
    & 該非線形イ ンダク タ ン ス素子の両端子間に接続され て非線形磁気共振謡路を構成する コ ンデンサ と、
    該非線形磁気共振回路を含む回路の—端が、 当該ォ ペア ン ブの反転入力端子に接続され、 他端か当該オペ ア ン プの非反転入力端子に接続されてい るオペ ア ン プ to と、
    該オペア ン プの鹿動電圧端子に接続された正負直 ¾ 電力供給用の ^勃回路 ^ と、
    該オペア ン プの出力嫦子に祷続され、 該； *·ペア ン ブ の 出力信号を積分增巾す る表示回骆節
    t 5 と を含むこ と を特徴とする轵気検出装 ®。
    2. 該オ ペ ア ン プの出力端子も し く は表示回铬部 出力 端子 とアー ス端子と の間に荜統された ^心に、 桊装さ れた一次巻線を、 さ ら 含む、 前記 1 項記縠の菘気
    ' 検出装置 β
    0 3. 一次巻線の一端に抵抗 を直列接続 し、 該一次卷線の 他端 と該抵抗の他端 と が、 オ ペ ア ン プ の出力端子も し く は表示回路 部の 出力端子 と アー ス端子 と の間 に接続 された、 ^記 2 項記 ^の ^気検出装置。
    4. 該非線形磁気共据回路の一端 抵抗を直列接続 し、5 該抵抗の他端 と該非線形磁気共振回 ォ ペアンブに接続された、 前記 1 項、 2 項又は矛 3 項記載の磁気検出装置。
    5. 磁心と、 該班心に巻装された二次巻線と を、 各 * 2 分割し、 各巻線を作動結線した、 前記矛 1 項記載の ¾ ¾ ife tb & o
    m心と、該 心に巻装された二次卷蕨及び一次巻線と を、 各々 2 分割し、 各卷線を作動鎗線した、 前記矛 2 項又は矛 3 項記载の磁気検出装置。
    7. 班心の材料を、 高透磁率の磁性材辑と した、 铕記矛
    1 ないし 6 項の何れかの項に記载の磁気検出装置。
    8. 磁心を開磁路構成にした前記 1 袅、 ^ 2項、 ^ 3 頊又は 記裁の 《 褰鼍。
    9. 磁心を環状磁心と し、 該環状碎心を貫通する回路を、 新たに設けた、 前記 項、 ^ 2 頊、 3 項又は 4 記載の磁気検出装置。
    f ^
    一- ―
    ¾^ATI0¾$
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE3486048D1|1993-03-04|
    EP0155324A1|1985-09-25|
    EP0155324A4|1986-12-08|
    EP0155324B1|1993-01-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1985-03-28| AK| Designated states|Designated state(s): KR US |
    1985-03-28| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
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    1985-09-25| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1984903365 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP58/166080||1983-09-09||
    JP16608083A|JPH0224475B2|1983-09-09|1983-09-09||
    JP16608183A|JPH0224476B2|1983-09-09|1983-09-09||
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    JP58/247216||1983-12-26||
    JP58/247217||1983-12-26||
    JP24721783A|JPS60135874A|1983-12-26|1983-12-26|Differential self-exciting type magnetism detection method|DE19843486048| DE3486048T2|1983-09-09|1984-09-10|Vorrichtung zum nachweis von magnetismus.|
    DE19843486048| DE3486048D1|1983-09-09|1984-09-10|Vorrichtung zum nachweis von magnetismus.|
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