フラックスゲート型磁気センサ
【課題】検出コイル信号の真のピーク値に対応するデジタル・ピーク値を求めることにより、入力磁界の測定精度の向上を図り、雑音電圧による影響を排除したフラックスゲート型磁気センサを提供する。
【解決手段】磁気コア１a、励磁コイル１b及び検出コイル１cでなる磁界検出部１と、励磁電圧Ｖ２を出力する励磁回路２と、交流増幅器３a、ピーク・タイミング検出回路３bおよびＡ/Ｄ変換器３cを含む実ピーク値検出部３と、クロック発生器４と、検出コイル信号１０４のデジタル・ピーク値１０７を検波して、入力磁界Ｈinを示す磁気値１０９を出力するデジタル処理部５とを備えて構成される。ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４の真のピーク値が生じるピーク・タイミングを信号１０６で抽出し、Ａ/Ｄ変換器３cは、該ピーク・タイミングにおける真のデジタル・ピーク値１０７を生成する。
【解決手段】磁気コア１a、励磁コイル１b及び検出コイル１cでなる磁界検出部１と、励磁電圧Ｖ２を出力する励磁回路２と、交流増幅器３a、ピーク・タイミング検出回路３bおよびＡ/Ｄ変換器３cを含む実ピーク値検出部３と、クロック発生器４と、検出コイル信号１０４のデジタル・ピーク値１０７を検波して、入力磁界Ｈinを示す磁気値１０９を出力するデジタル処理部５とを備えて構成される。ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４の真のピーク値が生じるピーク・タイミングを信号１０６で抽出し、Ａ/Ｄ変換器３cは、該ピーク・タイミングにおける真のデジタル・ピーク値１０７を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気の測定などに用いられるフラックスゲート型磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にフラックスゲート型磁気センサは、地磁気などの外部磁界を入力磁界として受け、その入力磁界の大きさを検出する磁界検出部を備える。この磁界検出部は、磁気コアと、この磁気コアに巻回され、磁気コアを励磁する励磁コイルと、磁気コアに巻回され、磁気コア内の磁気変動に応じて誘起される電圧を検出する検出コイルとで構成される。磁界検出部からは、磁気コア内の磁界変移に応じて検出コイルに誘起される電圧が検出信号として取り出される。この検出信号のピーク値は入力磁界に比例する関係にある。そこで、入力磁界は、検出信号のピーク値を抽出することにより、検出される。
【０００３】
従来のフラックスゲート型磁気センサの例としては、特許文献１（特開２０００−３３８２１０号公報）に記載のものがある。特許文献１では、回路構成が簡略化され、且つセンサ精度の改善が図られた磁気センサが示されている。図８は、特許文献１に図１として記載された、従来例のフラックスゲート型磁気センサの概略構成を示す図である。図８に示されるように、本従来例は、軟磁性コア２１a、励磁コイル２１ｂおよび検出コイル２１cを含む磁界検出部２１と、発振器２２と、信号処理部２３とを備えて構成される。信号処理部２３は交流増幅器２３aおよびピーク検出器２３ｂでなる。図８のフラックスゲート型磁気センサでは、発振器２２が所定周波数の三角波形状の励振電流を励磁コイル２１ｂに供給している。信号処理部２３は、検出コイル２１cからの検出信号を交流増幅器２３aに受け、交流増幅器２３aの出力におけるピーク値をピーク検出器２３ｂで検出し、検出したピーク値を保持し、電圧値Ｖoutとして出力する。電圧値Ｖoutは入力磁界に対応する。
【０００４】
この図８の従来のフラックスゲート型磁気センサは、回路構成を簡略化し、且つセンサ精度を改善するための手法として、検出コイル２１ｃにおいて発生する倍周波数の誘導起電圧のピーク値を，ピーク検出器２３ｂにおいて検知している。ピーク検出器２３ｂは図９のピークホールド回路でなる。
【特許文献１】特開２０００−３３８２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のフラックスゲート型磁気センサにおいては、回路構成を簡略化するために、図９に示されるような簡易なピークホールド回路によりピーク検出器を構成している。然しながら、ピーク検出器として、かかるピークホールド回路を使用する場合には、ホールドされている電圧値Ｖoutが、回路内に含まれるキャパシタの自己放電による影響を受けて時間とともに低下する。そこで、ピーク検出器より出力される電圧値Ｖoutを抽出するサンプル・タイミングの如何によっては、電圧値Ｖoutをサンプリングして得たデジタル値は、正確な入力磁界を表さない。特に高温環境下においては、ピークホールド回路内のキャパシタの自己放電による影響が一層顕著となり、入力磁界の検出精度の低下が更に増大する。
【０００６】
また、フラックスゲート型磁気センサの実働時においては、磁界検出部および信号処理部を含む電気回路系統に各種の雑音電圧が介在しており、ピークホールド回路を用いるピーク検出器においては、検出コイル２１cの誘導起電圧のピーク値以外の雑音電圧値をホールドする誤動作が生じ易く、所期の入力磁界の検出を不可能とする危惧がある。
【０００７】
このように、従来のフラックスゲート型磁気センサには、入力磁界の検出精度および雑音の影響の回避に関し、解決するべき課題があった。そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決し、入力磁界の検出精度に優れ、また雑音電圧の影響を受け難いフラックスゲート型磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【０００９】
（１）磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、該検出コイルの出力である検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサに設けられ、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路において、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピークに向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなることを特徴とするピーク・タイミング検出回路。
【００１０】
（２）磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、該検出コイルの出力である検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサにおいて、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路と、
前記ピーク・タイミング信号で表されるタイミングにおける前記検出コイル信号のピーク値をデジタル値に変換することによりデジタル・ピーク値を生成するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・ピーク値を検波し、前記入力磁界の大きさを表す磁気値信号を生成するデジタル処理部と
でなり、
前記ピーク・タイミング検出回路は、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなる
ことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
【００１１】
（３）磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサにおいて、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路と、
前記ピーク・タイミング信号で表されるタイミングにおける前記検出コイル信号のピーク値をデジタル値に変換することによりデジタル・ピーク値を生成するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・ピーク値を検波し、前記入力磁界の大きさを表すデジタル形式の磁気値信号を生成するデジタル処理部と、
前記磁気信号をアナログ信号に変換し、該アナログ信号を負帰還信号として前記検出コイルに出力するＤ／Ａ変換器と
でなり、
前記ピーク・タイミング検出回路は、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなる
ことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
【００１２】
（４）前記デジタル処理部は、
前記励磁電圧に同期し、該励磁電圧の繰返し周波数の２倍の繰返し周波数のクロック信号で前記デジタル・ピーク値の同期検波をする検波器と、
前記検波器の出力の低周波成分だけを通過させた信号を前記磁気値信号として出力する低域フィルタと
でなることを特徴とする前記（２）に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
【００１３】
（５）前記デジタル処理部は、
前記励磁電圧に同期し、該励磁電圧の繰返し周波数の２倍の繰返し周波数のクロック信号で前記デジタル・ピーク値の同期検波をする検波器と、
前記検波器の出力を積分する積分器と
でなることを特徴とする前記（３）に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のピーク・タイミング検出回路は、検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するために、第1の微分器と、ゼロクロス検出回路と、第２の微分器と、コンパレータ回路と、タイマ回路と、ピーク・タイミング選択回路とを備える。
【００１５】
そして、第1の微分器おいて検出コイル信号を微分し、ゼロクロス検出回路において、検出コイル信号の微分値[検出コイル信号微分信号（１１２）]がゼロになる時点を検出するが、その時点を直ちに検出コイル信号のピーク時点[ピーク・タイミング信号（１０６）]とするのではなく、検出コイル信号微分信号（１１２）が雑音により誤った時点にゼロになったとしても、その時点ではピーク・タイミング信号（１０６）を発生することのないように、励磁コイル信号[励磁コイル電圧（Ｖ１ｂ）]の情報を利用し、検出コイル信号の正確なピーク時点を検出するようにしている。
【００１６】
検出コイル信号微分信号（１１２）の雑音により誤った時点にピーク・タイミング信号（１０６）が発生することを避けるために、第２の微分器と、コンパレータ回路と、タイマ回路と、ピーク・タイミング選択回路とを備える。
【００１７】
第２の微分器において、前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成し、
コンパレータ回路において、前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値を予め設定しておき、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成し、
タイマ回路において、前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成し、
ピーク・タイミング選択回路において、前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力する。
【００１８】
本発明のピーク・タイミング検出回路は、第２の微分器と、コンパレータ回路と、タイマ回路と、ピーク・タイミング選択回路とをこのように作動させることにより、検出コイル信号が真のピーク値にあるタイミングだけを表すピーク・タイミング信号を生成することができる。
【００１９】
本発明のフラックスゲート型磁気センサは、検出コイル信号が真のピーク値にあるタイミングだけを表すピーク・タイミング信号を生成する上記構成のピーク・タイミング検出回路を備え、Ａ／Ｄ変換器においてそのタイミングにおける検出コイル信号だけをデジタル化することによりデジタル・ピーク値（１０７）を生成し、デジタル処理部においてそのデジタル・ピーク値を検波し、入力磁界の大きさを表す磁気値信号を生成する。そこで、本発明のフラックスゲート型磁気センサは、磁気値信号（１０９）が回路雑音や外来雑音の影響を受け難く、検出コイル信号の正確なピーク値を表わすので、入力磁界を高い精度で測定できる。このフラックスゲート型磁気センサでは、ピークホールド回路を用いないので、高温環境下において入力磁界の検出精度が低下するということはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態のフラックスゲート型磁気センサを示すブロック図である。図１に示されるように、第１の実施形態は、磁気コア１a、励磁コイル１bおよび検出コイル１cを含む磁界検出部１と、磁界検出部１に励磁電圧Ｖ２を出力する励磁回路２と、実ピーク値検出部３と、クロック発生器４と、実ピーク値検出部３より出力される検出コイル信号のデジタル・ピーク値１０７を検波して、入力磁界を示す磁気値１０９を出力するデジタル処理部５とを備えて構成される。実ピーク値検出部３は、交流増幅器３a、ピーク・タイミング検出回路３bおよびＡ/Ｄ変換器３cでなる。抵抗Ｒ１は、励磁コイル１bに流れる励磁電流を制限する電流制限抵抗である。
【００２１】
図３はピーク・タイミング検出回路３bの構成を示すブロック図であり、図４はデジタル処理部５の構成を示すブロック図であり、図６（ａ）は第１の実施形態における励磁コイル電圧Ｖ１ｂおよび検出コイル電流Ｉ１ｃを、同図（ｂ）は第２のクロック信号１０８を、同図（ｃ）は励磁電圧Ｖ２をそれぞれ示す。また、図６（ｄ）は、同図（ａ）における破線で囲んだ部分の時間軸を拡大して示す図である。
【００２２】
図７（ａ）は、図６（ｄ）と同じ信号の波形図であり、図６（ａ）における破線で囲んだ部分の時間軸を拡大して示す図である。図７（ｂ）〜（ｅ）は、これら励磁コイル電圧Ｖ１ｂおよび検出コイル電流Ｉ１ｃの入力に対応して、ピーク・タイミング検出回路３bの各部で生成される信号を示す。図７（ｂ）は検出コイル信号微分信号１１２および励磁コイル電圧微分信号１１３を示す。図７（ｃ）はトリガ信号１１５を、同図（ｄ）はゲート信号１１６を、同図（ｅ）はゼロクロス・タイミング信号１１４をそれぞれ示す。また、図７（ｂ）には閾値１１７が示してある。以下においては、まず図１、図３、図４、図６および図７を参照して、第１の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１のフラックスゲート型磁気センサにおいて、クロック発生器４は周波数ｆ０の第1のクロック信号１０５及び周波数２ｆ０の第２のクロック信号１０８(図６(ｂ)参照)を生成する。励磁回路２は、クロック信号１０５に同期して、矩形波の励磁電圧Ｖ２(図６(ｃ)参照)を生成し、励磁電圧Ｖ２を磁界検出部１に供給する。磁界検出部１において、励磁電圧Ｖ２が電流制限抵抗Ｒ１及び励磁コイル１bの直列回路に印加され、励磁電流Ｉ１ｂが電流制限抵抗Ｒ１及び励磁コイル１bに流れる。
【００２４】
励磁電流Ｉ1ｂは、磁気コア１aに磁界Ｈ１ｂを誘導する。この磁界Ｈ１ｂ及び入力磁界Ｈinとの和（ベクトル和）の磁界Ｈの変動に応じた誘導電圧が検出コイル１cに誘起される。ここで、Ｈinは、磁界検出部１に外部から入力された磁界の内で、磁気コア１ａの円環平面（図１の紙面に平行な面）内にあり、検出コイル１ｃの巻回軸方向の成分の強さである。本明細書では、検出コイル１cに誘起された誘導電圧を検出コイル電圧Ｖ１ｃと称する。検出コイル電圧Ｖ１ｃにより、検出コイル電流Ｉ１ｃが検出コイル１cに流れる。励磁コイル電圧Ｖ1ｂ及び検出コイル電流Ｉ１ｃの波形は図６（ａ）及び（ｄ）に示す。図６（ｄ）が、図６（ａ）における破線で囲んだ部分を、時間軸を拡大した波形図であることは、前述のとおりである。
【００２５】
交流増幅器３aの入力インピーダンスは、検出コイル１cのインピーダンスに比べて十分に大きい値の抵抗であるので、検出コイル電圧Ｖ１ｃと検出コイル電流Ｉ１ｃとは比例する。したがって、検出コイル電圧Ｖ１ｃの波形は、図６（ａ），（ｄ）に示す検出コイル電流Ｉ１ｃの波形と相似である。
【００２６】
交流増幅器３aは、検出コイル電圧Ｖ１ｃを所定レベルに増幅し、検出コイル信号１０４として、ピーク・タイミング検出回路３b及びＡ/Ｄ変換回路３cに供給する。検出コイル信号１０４は、検出コイル電圧Ｖ１ｃに比例し、ひいては検出コイル電流Ｉ１ｃに比例した信号である。そこで、図６（ａ）及び（ｄ）では、検出コイル電流Ｉ１ｃの脇のカッコ内に検出コイル電圧Ｖ１ｃ及び検出コイル信号１０４が記載してある。
【００２７】
ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４及び励磁コイル電圧Ｖ１ｂを入力し、検出コイル信号１０４のピーク値のタイミング（時点）を検出し、そのピーク時点を示すピーク・タイミング信号１０６を生成する回路である。ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４を微分し、検出コイル信号微分信号を生成し、検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するタイミングを検出コイル信号１０４のピーク値のタイミングとして検出し、このタイミングにピーク・タイミング信号１０６を生成する。ところが、検出コイル信号微分信号は、雑音などの影響を受けるので、必ずしも検出コイル信号１０４のピーク値のタイミングだけではなく、その他のタイミングでもゼロレベルを交差する。そこで、検出コイル信号１０４のピーク値のタイミングを確実に検出するために、ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４だけでなく、励磁コイル電圧Ｖ１ｂをも入力する。
【００２８】
Ａ/Ｄ変換器３ｃは、ピーク・タイミング信号１０６で示される時点の検出コイル信号１０４をデジタル値に変換し、そのデジタル値を表すデジタル・ピーク値１０７を生成する。
【００２９】
図４は、デジタル処理部５の構成を示すブロック図である。デジタル処理部５は、検波器１３と低域フィルタ１４により構成される。検波器１３は、第１のクロック信号１０５に対して２倍の周波数２ｆ０の第２のクロック信号１０８でもってデジタル・ピーク値１０７を同期検波する。低域フィルタ１４は、検波器１３の検波出力を受け、検波出力における高周波成分を雑音成分として除去し、磁気値１０９として出力する。低域フィルタ１４のカットオフ周波数は、200Ｈzである。磁気値１０９は、入力磁界Ｈinを表す。入力磁界Ｈinは、磁界検出部１に外部から入力された磁界の内で、磁気コア１ａの円環平面（図１の紙面に平行な面）であって、検出コイル１ｃの巻回軸方向の成分の強さであることは、前述のとおりである。
【００３０】
次に、図３を参照し、ピーク・タイミング検出回路３bの構成および作動を詳しく説明する。ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４のピーク時点を検出し、そのピーク時点を示すピーク・タイミング信号１０６を生成する回路であり、微分器７，８、ゼロクロス検出回路９、コンパレータ回路１０、タイマ回路１１及びＡＮＤ回路１２（前述のタイミング選択手段に相当）でなる。
【００３１】
微分器７は、検出コイル信号１０４（図７(ａ)参照）を微分し、検出コイル信号微分信号１１２（図７(ｂ)参照）を生成する。図７(ｂ)においては、雑音電圧を含めて各信号が示されている。ゼロクロス検出回路９は、検出コイル信号微分信号１１２がゼロレベルを横切る時点（ゼロクロス時点）ｔ２，ｔ４を検出し、ゼロクロス・タイミング信号１１４（図７(ｅ)を参照）生成する。ゼロクロス・タイミング信号１１４は、そのゼロクロス時点ｔ２，ｔ４に正のパルスとなる信号である。検出コイル信号微分信号１１２がゼロレベルを横切る形態には、検出コイル信号微分信号１１２がマイナス値からプラス値に推移する形態、および検出コイル信号微分信号１１２がプラス値からマイナス値に推移する形態がある。
【００３２】
微分器８は、励磁コイル電圧Ｖ１ｂ（図７(ａ)を参照）を微分し、励磁コイル電圧微分信号１１３（図７(ｂ)を参照）を生成する。コンパレータ回路１０は、励磁コイル電圧微分信号１１３のレベルと所定の閾値１１７とを比較し、励磁コイル電圧微分信号１１３のレベルが該閾値１１７(図７(ｂ)を参照)を越えるタイミングにおいて、トリガ信号１１５（図７(ｃ)を参照）を生成する。
【００３３】
励磁電流Ｉ１ｂの増大により磁気コア１aが磁気飽和するとき、及び励磁電圧Ｖ２の極性が変化し磁気コア１aが磁気飽和から非飽和になるとき、励磁コイル電圧Ｖ１ｂの絶対値は急激に変動する。検出コイル電圧Ｖ１ｃは、その磁気飽和から僅かな時間内にピークに達する。励磁コイル電圧Ｖ１ｂが急激に変動するとき、励磁コイル電圧微分信号１１３が急にプラス方向またはマイナス方向に増大する。閾値１１７は、急に増大しつつある期間であって、ピークに至る僅か（数マイクロ秒）に前の時点における励磁コイル電圧微分信号１１３のレベルに設定してある。閾値１１７がこのように設定してあるので、コンパレータ回路１０は、励磁コイル電圧微分信号１１３と閾値１１７とを比較することにより、励磁コイル電圧微分信号１１３が急に増大しつつある期間であって、ピークに至る僅かに前の時点を検出できる。
【００３４】
コンパレータ回路１０は、上述のように、励磁コイル電圧微分信号１１３と閾値１１７とを比較し、励磁コイル電圧微分信号１１３の絶対値が閾値１１７の絶対値を超えた時点ｔ１，ｔ３にトリガ信号１１５（前述の励磁コイル信号微分値急増大信号に相当）を生成する。
【００３５】
タイマ回路１１は、図７(ｄ)に示されるように、トリガ信号１１５を所定の遅延時間△ｔだけ遅延させ、△ｔだけ遅延した時点に立ち上がる時間幅Ｔのゲート信号１１６（図７(ｄ)参照）を生成する。ゲート信号１１６の立上り時点をトリガ信号１１５から時間△ｔだけ遅らせるのは次の理由による。例えば、検出コイル信号微分信号１１２がトリガ信号１１５の時点ｔ３からマイナス側に急激に増大するとき、検出コイル信号微分信号１１２は時点ｔ３においてゼロを交差したとゼロクロス検出回路９が判断し、偽のゼロクロス・タイミング信号を時点ｔ３に生成する虞れがある。この偽のゼロクロス・タイミング信号に基づき、ピーク・タイミング信号１０６が生成されると、図１のフラックスゲート型磁気センサは誤った入力磁界の磁気値１０９を出力してしまう。このような理由により、ピーク・タイミング検出回路３ｂには、タイマ回路１１に遅延時間△ｔを設定している。遅延時間△ｔの適正な値は、交流増幅器３a及び微分器８の応答特性などによって変動するが、通常は1μｓ〜２μｓ程度である。
【００３６】
ゲート信号１１６の時間幅Ｔは、ゼロクロス・タイミング信号１１４の検出に支障を生じることなく、且つ周辺雑音電圧に対して有効に検出されるように設定される。ＡＮＤ回路１２においては、ゼロクロス・タイミング信号１１４とゲート信号１１６の入力を受けて両信号の論理積がとられ、ゼロクロス・タイミング信号１１４はゲート信号１１６で選択されて、ピーク・タイミング信号１０６として出力され、Ａ/Ｄ変換器３cに入力される。
【００３７】
ピーク・タイミング検出回路３ｂは、上述のように、微分器７およびゼロクロス検出回路９が検出コイル信号１０４に基づき生成したゼロクロス・タイミング信号１１４に、真に検出コイル信号１０４のピーク値のタイミング以外の時点に誤ってパルスが含まれていたとしても、微分器８、コンパレータ回路１０及びタイマ回路１１が励磁コイル電圧Ｖ１ｂに基づき生成したゲート信号１１６とゼロクロス・タイミング信号１１４との論理積をＡＮＤ回路１２で取ることにより、ゼロクロス・タイミング信号１１４における誤ってパルスを除去する。このピーク・タイミング検出回路３ｂの作用により、ピーク・タイミング信号１０６は、検出コイル信号１０４における真にピーク値のタイミングを表す。
【００３８】
図２は、本発明の第２の実施形態のフラックスゲート型磁気センサを示すブロック図である。第２の実施形態は、図１の第１の実施形態の構成に加えて負帰還用のＤ/Ａ変換器１７を備え、また第１の実施形態におけるデジタル処理部５に代えてデジタル処理部６を備える。図１と図２との対比により明らかなように、図２の第２の実施形態が図１の第１の実施形態との相違点は、第２の実施形態がＤ/Ａ変換器１７でなる負帰還ループを備え、のデジタル処理部６が図１のデジタル処理部５とは機能上の相違点だけである。すなわち、図２の第２の実施形態は、Ｄ/Ａ変換器１７でなる負帰還ループが実ピーク値検出部３の入力側に負帰還信号１１１を供給する点で、図１の第１の実施形態と相違し、デジタル処理部６が図１のデジタル処理部５とは機能上相違する。第２の実施形態は、その他の点では図１の第１の実施形態と構成および作動を同じくする。
【００３９】
図５は、この本発明の第２の実施形態におけるデジタル処理部６の構成を示すブロック図である。図３のピーク・タイミング検出回路３ｂのブロック図並びに図６及び図７の波形図は、この第２の実施形態にそのまま適用される。第２の実施形態において、図２における磁界検出部１、励磁回路２、実ピーク値検出部３およびクロック発生器２の動作は、第１の実施形態と全く同様であり、前述のように、異なる点は、デジタル処理部の機能と、デジタル処理部６出力のデジタル信号である磁気値１１０をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を負帰還信号１１１として磁界検出部１の検出コイル１ｃに負帰還する負帰還ループが設けてあることである。そこで、説明の重複を避けるために、第２の実施形態については、デジタル処理部６の構成及び動作並びに負帰還ループについてのみ説明する。
【００４０】
図５に示されるように、第２の実施形態におけるデジタル処理部６は、検波器１５および積分器１６により構成される。実ピーク値検出部３に含まれるＡ/Ｄ変換器３cより出力されるデジタル・ピーク値１０７は、検波器１５において第２のクロック信号１０８でもって同期検波され、その検波出力は、積分器１６において積分された後に、入力磁界Ｈinを示す磁気値１１０として出力される。磁気値１１０はデジタルデータである。
【００４１】
Ｄ/Ａ変換器１７は、磁気値１１０をアナログ信号に変換し、アナログ信号を負帰還信号１１１として検出コイル１ｃに導く。負帰還信号１１１は、検出コイル電流Ｉ１ｃがゼロ（零）となるように、負帰還ループを形成する。図２の第２の実施形態では、Ｄ/Ａ変換器１７でなる負帰還ループが、磁気検出特性の直線性を向上する。
【００４２】
なお、以上には、実施の形態を挙げ、本発明を具体的に説明したが、本発明がこれら実施の形態に限られるのもではないことは勿論である。例えば、上述の本実施形態においては、実ピーク値検出部３の内部に、検出コイル電流Ｉ１ｃを増幅する交流増幅器３aが含まれているが、検出コイル電流Ｉ１ｃのレベルがＡ/Ｄ変換器３ｃ及びピーク・タイミング検出回路３ｂにおける処理に足りるだけの大きさであれば、交流増幅器３aを不要とすることも可能である。
【００４３】
また、本発明で言うところの検出コイル信号は、上述の実施の形態における検出コイル電圧Ｖ１ｃ若しくは検出コイル電流Ｉ１ｃ又は信号１０４[検出コイル電圧Ｖ１ｃを増幅した信号（図１又は図２の実施の形態では、検出コイル信号１０４と称されている）]のうちの何れでも差し支えない。検出コイル信号として、検出コイル電圧Ｖ１ｃ若しくは検出コイル電流Ｉ１ｃ又は信号１０４のうちの何れを用いても、本発明は実施できる。
【００４４】
また、図３を参照して説明したコンパレータ回路に関して、磁気コア１ａの磁気飽和に起因し急に増大する途中における励磁コイル電圧微分信号１１３のレベルに相当する所定の閾値１１７が予め設定してあり、励磁コイル電圧微分信号１１３と該閾値１１７とを比較し、励磁コイル電圧微分信号１１３が閾値１１７を越えたとき、トリガ信号１１５を生成すると説明した。しかしながら、コンパレータ回路の出力は、図７（ｃ）のようなトリガ信号であることは必須ではなく、励磁コイル信号微分信号が急に増大している途中の時点であることを表す信号であれば足りる。そこで、本発明では、コンパレータ回路の出力は励磁コイル信号微分値急増大信号と表現した。
【００４５】
更に、図３のピーク・タイミング検出回路３ｂでは、ゲート信号１１６で示される所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号１１４を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号をピーク・タイミング信号１０６として出力する手段をＡＮＤ回路で実現した。しかし、該手段は、ＡＮＤ回路に限られず、同様な機能を有するゲート回路その他の回路であって、ゲート信号１１６で示される時間だけ選択的にゼロクロス・タイミング信号１１４を通過させる選択手段で実現できるので、本発明では該手段をタイミング選択手段として規定した。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図３】ピーク・タイミング検出回路を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態におけるデジタル処理部を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態におけるデジタル処理部を示すブロック図である。
【図６】検出コイル電流Ｉ１ｃおよび励磁コイル電圧Ｖ１ｂ（ａ）、第２のクロック信号（ｂ）並びに励磁電圧（ｃ）のタイミング図、並びに図（ａ）の破線で囲んだ範囲の検出コイル電流Ｉ１ｃ及び励磁コイル電圧Ｖ１ｂの時間軸を拡大して示すタイミング図である。
【図７】検出コイル信号Ｉ１ｃ、励磁コイル電圧Ｖ１ｂ、検出コイル信号１０４、検出コイル信号微分信号１１２、励磁コイル電圧微分信号１１３、閾値１１７、トリガ信号１１５、ゲート信号１１６およびゼロクロス・タイミング信号１１４のタイミング図である。
【図８】従来例を示すブロック図である。
【図９】図８の従来例における交流増幅器およびピーク検出器を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２１ 磁界検出部
１a 磁気コア
１b，２１b 励磁コイル
１c, ２１c 検出コイル
２ 励磁回路
３ 実ピーク値検出部
３a，２３a 交流増幅器
３b ピーク・タイミング検出回路
３c Ａ/Ｄ変換器
４ クロック発生器
５，６ デジタル処理部
７，８ 微分器
９ ゼロクロス検出回路
１０ コンパレータ回路
１１ タイマ回路
１２ ＡＮＤ回路
１３，１５ 検波器
１４ 低域フィルタ
１６ 積分器
１７ Ｄ/Ａ変換器
２１a 軟磁性コア
２２ 発振器
２３ 信号処理部
２３b ピーク検出器
Ｒ１ 電流制限抵抗
ＶＲ１ 電流制限抵抗Ｒ１の両端電圧
Ｖ２ 励磁電圧
Ｉ１ｂ 励磁電流
Ｖ１ｂ 励磁コイル電圧
Ｉ１ｃ 検出コイル電流
Ｖ１ｃ 検出コイル電圧
Ｈin 入力磁界
１０４ 検出コイル信号
１０５ 第1のクロック信号
１０６ ピーク・タイミング信号
１０７ デジタル・ピーク値
１０８ 第２のクロック信号
１０９，１１０ 磁気値
１１２ 検出コイル信号微分信号
１１３ 励磁コイル電圧微分信号
１１４ ゼロクロス・タイミング信号
１１５ トリガ信号
１１６ ゲート信号
１１７ 閾値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気の測定などに用いられるフラックスゲート型磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にフラックスゲート型磁気センサは、地磁気などの外部磁界を入力磁界として受け、その入力磁界の大きさを検出する磁界検出部を備える。この磁界検出部は、磁気コアと、この磁気コアに巻回され、磁気コアを励磁する励磁コイルと、磁気コアに巻回され、磁気コア内の磁気変動に応じて誘起される電圧を検出する検出コイルとで構成される。磁界検出部からは、磁気コア内の磁界変移に応じて検出コイルに誘起される電圧が検出信号として取り出される。この検出信号のピーク値は入力磁界に比例する関係にある。そこで、入力磁界は、検出信号のピーク値を抽出することにより、検出される。
【０００３】
従来のフラックスゲート型磁気センサの例としては、特許文献１（特開２０００−３３８２１０号公報）に記載のものがある。特許文献１では、回路構成が簡略化され、且つセンサ精度の改善が図られた磁気センサが示されている。図８は、特許文献１に図１として記載された、従来例のフラックスゲート型磁気センサの概略構成を示す図である。図８に示されるように、本従来例は、軟磁性コア２１a、励磁コイル２１ｂおよび検出コイル２１cを含む磁界検出部２１と、発振器２２と、信号処理部２３とを備えて構成される。信号処理部２３は交流増幅器２３aおよびピーク検出器２３ｂでなる。図８のフラックスゲート型磁気センサでは、発振器２２が所定周波数の三角波形状の励振電流を励磁コイル２１ｂに供給している。信号処理部２３は、検出コイル２１cからの検出信号を交流増幅器２３aに受け、交流増幅器２３aの出力におけるピーク値をピーク検出器２３ｂで検出し、検出したピーク値を保持し、電圧値Ｖoutとして出力する。電圧値Ｖoutは入力磁界に対応する。
【０００４】
この図８の従来のフラックスゲート型磁気センサは、回路構成を簡略化し、且つセンサ精度を改善するための手法として、検出コイル２１ｃにおいて発生する倍周波数の誘導起電圧のピーク値を，ピーク検出器２３ｂにおいて検知している。ピーク検出器２３ｂは図９のピークホールド回路でなる。
【特許文献１】特開２０００−３３８２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のフラックスゲート型磁気センサにおいては、回路構成を簡略化するために、図９に示されるような簡易なピークホールド回路によりピーク検出器を構成している。然しながら、ピーク検出器として、かかるピークホールド回路を使用する場合には、ホールドされている電圧値Ｖoutが、回路内に含まれるキャパシタの自己放電による影響を受けて時間とともに低下する。そこで、ピーク検出器より出力される電圧値Ｖoutを抽出するサンプル・タイミングの如何によっては、電圧値Ｖoutをサンプリングして得たデジタル値は、正確な入力磁界を表さない。特に高温環境下においては、ピークホールド回路内のキャパシタの自己放電による影響が一層顕著となり、入力磁界の検出精度の低下が更に増大する。
【０００６】
また、フラックスゲート型磁気センサの実働時においては、磁界検出部および信号処理部を含む電気回路系統に各種の雑音電圧が介在しており、ピークホールド回路を用いるピーク検出器においては、検出コイル２１cの誘導起電圧のピーク値以外の雑音電圧値をホールドする誤動作が生じ易く、所期の入力磁界の検出を不可能とする危惧がある。
【０００７】
このように、従来のフラックスゲート型磁気センサには、入力磁界の検出精度および雑音の影響の回避に関し、解決するべき課題があった。そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決し、入力磁界の検出精度に優れ、また雑音電圧の影響を受け難いフラックスゲート型磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【０００９】
（１）磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、該検出コイルの出力である検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサに設けられ、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路において、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピークに向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなることを特徴とするピーク・タイミング検出回路。
【００１０】
（２）磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、該検出コイルの出力である検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサにおいて、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路と、
前記ピーク・タイミング信号で表されるタイミングにおける前記検出コイル信号のピーク値をデジタル値に変換することによりデジタル・ピーク値を生成するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・ピーク値を検波し、前記入力磁界の大きさを表す磁気値信号を生成するデジタル処理部と
でなり、
前記ピーク・タイミング検出回路は、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなる
ことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
【００１１】
（３）磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサにおいて、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路と、
前記ピーク・タイミング信号で表されるタイミングにおける前記検出コイル信号のピーク値をデジタル値に変換することによりデジタル・ピーク値を生成するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・ピーク値を検波し、前記入力磁界の大きさを表すデジタル形式の磁気値信号を生成するデジタル処理部と、
前記磁気信号をアナログ信号に変換し、該アナログ信号を負帰還信号として前記検出コイルに出力するＤ／Ａ変換器と
でなり、
前記ピーク・タイミング検出回路は、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなる
ことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
【００１２】
（４）前記デジタル処理部は、
前記励磁電圧に同期し、該励磁電圧の繰返し周波数の２倍の繰返し周波数のクロック信号で前記デジタル・ピーク値の同期検波をする検波器と、
前記検波器の出力の低周波成分だけを通過させた信号を前記磁気値信号として出力する低域フィルタと
でなることを特徴とする前記（２）に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
【００１３】
（５）前記デジタル処理部は、
前記励磁電圧に同期し、該励磁電圧の繰返し周波数の２倍の繰返し周波数のクロック信号で前記デジタル・ピーク値の同期検波をする検波器と、
前記検波器の出力を積分する積分器と
でなることを特徴とする前記（３）に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のピーク・タイミング検出回路は、検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するために、第1の微分器と、ゼロクロス検出回路と、第２の微分器と、コンパレータ回路と、タイマ回路と、ピーク・タイミング選択回路とを備える。
【００１５】
そして、第1の微分器おいて検出コイル信号を微分し、ゼロクロス検出回路において、検出コイル信号の微分値[検出コイル信号微分信号（１１２）]がゼロになる時点を検出するが、その時点を直ちに検出コイル信号のピーク時点[ピーク・タイミング信号（１０６）]とするのではなく、検出コイル信号微分信号（１１２）が雑音により誤った時点にゼロになったとしても、その時点ではピーク・タイミング信号（１０６）を発生することのないように、励磁コイル信号[励磁コイル電圧（Ｖ１ｂ）]の情報を利用し、検出コイル信号の正確なピーク時点を検出するようにしている。
【００１６】
検出コイル信号微分信号（１１２）の雑音により誤った時点にピーク・タイミング信号（１０６）が発生することを避けるために、第２の微分器と、コンパレータ回路と、タイマ回路と、ピーク・タイミング選択回路とを備える。
【００１７】
第２の微分器において、前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成し、
コンパレータ回路において、前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値を予め設定しておき、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成し、
タイマ回路において、前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成し、
ピーク・タイミング選択回路において、前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力する。
【００１８】
本発明のピーク・タイミング検出回路は、第２の微分器と、コンパレータ回路と、タイマ回路と、ピーク・タイミング選択回路とをこのように作動させることにより、検出コイル信号が真のピーク値にあるタイミングだけを表すピーク・タイミング信号を生成することができる。
【００１９】
本発明のフラックスゲート型磁気センサは、検出コイル信号が真のピーク値にあるタイミングだけを表すピーク・タイミング信号を生成する上記構成のピーク・タイミング検出回路を備え、Ａ／Ｄ変換器においてそのタイミングにおける検出コイル信号だけをデジタル化することによりデジタル・ピーク値（１０７）を生成し、デジタル処理部においてそのデジタル・ピーク値を検波し、入力磁界の大きさを表す磁気値信号を生成する。そこで、本発明のフラックスゲート型磁気センサは、磁気値信号（１０９）が回路雑音や外来雑音の影響を受け難く、検出コイル信号の正確なピーク値を表わすので、入力磁界を高い精度で測定できる。このフラックスゲート型磁気センサでは、ピークホールド回路を用いないので、高温環境下において入力磁界の検出精度が低下するということはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態のフラックスゲート型磁気センサを示すブロック図である。図１に示されるように、第１の実施形態は、磁気コア１a、励磁コイル１bおよび検出コイル１cを含む磁界検出部１と、磁界検出部１に励磁電圧Ｖ２を出力する励磁回路２と、実ピーク値検出部３と、クロック発生器４と、実ピーク値検出部３より出力される検出コイル信号のデジタル・ピーク値１０７を検波して、入力磁界を示す磁気値１０９を出力するデジタル処理部５とを備えて構成される。実ピーク値検出部３は、交流増幅器３a、ピーク・タイミング検出回路３bおよびＡ/Ｄ変換器３cでなる。抵抗Ｒ１は、励磁コイル１bに流れる励磁電流を制限する電流制限抵抗である。
【００２１】
図３はピーク・タイミング検出回路３bの構成を示すブロック図であり、図４はデジタル処理部５の構成を示すブロック図であり、図６（ａ）は第１の実施形態における励磁コイル電圧Ｖ１ｂおよび検出コイル電流Ｉ１ｃを、同図（ｂ）は第２のクロック信号１０８を、同図（ｃ）は励磁電圧Ｖ２をそれぞれ示す。また、図６（ｄ）は、同図（ａ）における破線で囲んだ部分の時間軸を拡大して示す図である。
【００２２】
図７（ａ）は、図６（ｄ）と同じ信号の波形図であり、図６（ａ）における破線で囲んだ部分の時間軸を拡大して示す図である。図７（ｂ）〜（ｅ）は、これら励磁コイル電圧Ｖ１ｂおよび検出コイル電流Ｉ１ｃの入力に対応して、ピーク・タイミング検出回路３bの各部で生成される信号を示す。図７（ｂ）は検出コイル信号微分信号１１２および励磁コイル電圧微分信号１１３を示す。図７（ｃ）はトリガ信号１１５を、同図（ｄ）はゲート信号１１６を、同図（ｅ）はゼロクロス・タイミング信号１１４をそれぞれ示す。また、図７（ｂ）には閾値１１７が示してある。以下においては、まず図１、図３、図４、図６および図７を参照して、第１の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１のフラックスゲート型磁気センサにおいて、クロック発生器４は周波数ｆ０の第1のクロック信号１０５及び周波数２ｆ０の第２のクロック信号１０８(図６(ｂ)参照)を生成する。励磁回路２は、クロック信号１０５に同期して、矩形波の励磁電圧Ｖ２(図６(ｃ)参照)を生成し、励磁電圧Ｖ２を磁界検出部１に供給する。磁界検出部１において、励磁電圧Ｖ２が電流制限抵抗Ｒ１及び励磁コイル１bの直列回路に印加され、励磁電流Ｉ１ｂが電流制限抵抗Ｒ１及び励磁コイル１bに流れる。
【００２４】
励磁電流Ｉ1ｂは、磁気コア１aに磁界Ｈ１ｂを誘導する。この磁界Ｈ１ｂ及び入力磁界Ｈinとの和（ベクトル和）の磁界Ｈの変動に応じた誘導電圧が検出コイル１cに誘起される。ここで、Ｈinは、磁界検出部１に外部から入力された磁界の内で、磁気コア１ａの円環平面（図１の紙面に平行な面）内にあり、検出コイル１ｃの巻回軸方向の成分の強さである。本明細書では、検出コイル１cに誘起された誘導電圧を検出コイル電圧Ｖ１ｃと称する。検出コイル電圧Ｖ１ｃにより、検出コイル電流Ｉ１ｃが検出コイル１cに流れる。励磁コイル電圧Ｖ1ｂ及び検出コイル電流Ｉ１ｃの波形は図６（ａ）及び（ｄ）に示す。図６（ｄ）が、図６（ａ）における破線で囲んだ部分を、時間軸を拡大した波形図であることは、前述のとおりである。
【００２５】
交流増幅器３aの入力インピーダンスは、検出コイル１cのインピーダンスに比べて十分に大きい値の抵抗であるので、検出コイル電圧Ｖ１ｃと検出コイル電流Ｉ１ｃとは比例する。したがって、検出コイル電圧Ｖ１ｃの波形は、図６（ａ），（ｄ）に示す検出コイル電流Ｉ１ｃの波形と相似である。
【００２６】
交流増幅器３aは、検出コイル電圧Ｖ１ｃを所定レベルに増幅し、検出コイル信号１０４として、ピーク・タイミング検出回路３b及びＡ/Ｄ変換回路３cに供給する。検出コイル信号１０４は、検出コイル電圧Ｖ１ｃに比例し、ひいては検出コイル電流Ｉ１ｃに比例した信号である。そこで、図６（ａ）及び（ｄ）では、検出コイル電流Ｉ１ｃの脇のカッコ内に検出コイル電圧Ｖ１ｃ及び検出コイル信号１０４が記載してある。
【００２７】
ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４及び励磁コイル電圧Ｖ１ｂを入力し、検出コイル信号１０４のピーク値のタイミング（時点）を検出し、そのピーク時点を示すピーク・タイミング信号１０６を生成する回路である。ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４を微分し、検出コイル信号微分信号を生成し、検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するタイミングを検出コイル信号１０４のピーク値のタイミングとして検出し、このタイミングにピーク・タイミング信号１０６を生成する。ところが、検出コイル信号微分信号は、雑音などの影響を受けるので、必ずしも検出コイル信号１０４のピーク値のタイミングだけではなく、その他のタイミングでもゼロレベルを交差する。そこで、検出コイル信号１０４のピーク値のタイミングを確実に検出するために、ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４だけでなく、励磁コイル電圧Ｖ１ｂをも入力する。
【００２８】
Ａ/Ｄ変換器３ｃは、ピーク・タイミング信号１０６で示される時点の検出コイル信号１０４をデジタル値に変換し、そのデジタル値を表すデジタル・ピーク値１０７を生成する。
【００２９】
図４は、デジタル処理部５の構成を示すブロック図である。デジタル処理部５は、検波器１３と低域フィルタ１４により構成される。検波器１３は、第１のクロック信号１０５に対して２倍の周波数２ｆ０の第２のクロック信号１０８でもってデジタル・ピーク値１０７を同期検波する。低域フィルタ１４は、検波器１３の検波出力を受け、検波出力における高周波成分を雑音成分として除去し、磁気値１０９として出力する。低域フィルタ１４のカットオフ周波数は、200Ｈzである。磁気値１０９は、入力磁界Ｈinを表す。入力磁界Ｈinは、磁界検出部１に外部から入力された磁界の内で、磁気コア１ａの円環平面（図１の紙面に平行な面）であって、検出コイル１ｃの巻回軸方向の成分の強さであることは、前述のとおりである。
【００３０】
次に、図３を参照し、ピーク・タイミング検出回路３bの構成および作動を詳しく説明する。ピーク・タイミング検出回路３bは、検出コイル信号１０４のピーク時点を検出し、そのピーク時点を示すピーク・タイミング信号１０６を生成する回路であり、微分器７，８、ゼロクロス検出回路９、コンパレータ回路１０、タイマ回路１１及びＡＮＤ回路１２（前述のタイミング選択手段に相当）でなる。
【００３１】
微分器７は、検出コイル信号１０４（図７(ａ)参照）を微分し、検出コイル信号微分信号１１２（図７(ｂ)参照）を生成する。図７(ｂ)においては、雑音電圧を含めて各信号が示されている。ゼロクロス検出回路９は、検出コイル信号微分信号１１２がゼロレベルを横切る時点（ゼロクロス時点）ｔ２，ｔ４を検出し、ゼロクロス・タイミング信号１１４（図７(ｅ)を参照）生成する。ゼロクロス・タイミング信号１１４は、そのゼロクロス時点ｔ２，ｔ４に正のパルスとなる信号である。検出コイル信号微分信号１１２がゼロレベルを横切る形態には、検出コイル信号微分信号１１２がマイナス値からプラス値に推移する形態、および検出コイル信号微分信号１１２がプラス値からマイナス値に推移する形態がある。
【００３２】
微分器８は、励磁コイル電圧Ｖ１ｂ（図７(ａ)を参照）を微分し、励磁コイル電圧微分信号１１３（図７(ｂ)を参照）を生成する。コンパレータ回路１０は、励磁コイル電圧微分信号１１３のレベルと所定の閾値１１７とを比較し、励磁コイル電圧微分信号１１３のレベルが該閾値１１７(図７(ｂ)を参照)を越えるタイミングにおいて、トリガ信号１１５（図７(ｃ)を参照）を生成する。
【００３３】
励磁電流Ｉ１ｂの増大により磁気コア１aが磁気飽和するとき、及び励磁電圧Ｖ２の極性が変化し磁気コア１aが磁気飽和から非飽和になるとき、励磁コイル電圧Ｖ１ｂの絶対値は急激に変動する。検出コイル電圧Ｖ１ｃは、その磁気飽和から僅かな時間内にピークに達する。励磁コイル電圧Ｖ１ｂが急激に変動するとき、励磁コイル電圧微分信号１１３が急にプラス方向またはマイナス方向に増大する。閾値１１７は、急に増大しつつある期間であって、ピークに至る僅か（数マイクロ秒）に前の時点における励磁コイル電圧微分信号１１３のレベルに設定してある。閾値１１７がこのように設定してあるので、コンパレータ回路１０は、励磁コイル電圧微分信号１１３と閾値１１７とを比較することにより、励磁コイル電圧微分信号１１３が急に増大しつつある期間であって、ピークに至る僅かに前の時点を検出できる。
【００３４】
コンパレータ回路１０は、上述のように、励磁コイル電圧微分信号１１３と閾値１１７とを比較し、励磁コイル電圧微分信号１１３の絶対値が閾値１１７の絶対値を超えた時点ｔ１，ｔ３にトリガ信号１１５（前述の励磁コイル信号微分値急増大信号に相当）を生成する。
【００３５】
タイマ回路１１は、図７(ｄ)に示されるように、トリガ信号１１５を所定の遅延時間△ｔだけ遅延させ、△ｔだけ遅延した時点に立ち上がる時間幅Ｔのゲート信号１１６（図７(ｄ)参照）を生成する。ゲート信号１１６の立上り時点をトリガ信号１１５から時間△ｔだけ遅らせるのは次の理由による。例えば、検出コイル信号微分信号１１２がトリガ信号１１５の時点ｔ３からマイナス側に急激に増大するとき、検出コイル信号微分信号１１２は時点ｔ３においてゼロを交差したとゼロクロス検出回路９が判断し、偽のゼロクロス・タイミング信号を時点ｔ３に生成する虞れがある。この偽のゼロクロス・タイミング信号に基づき、ピーク・タイミング信号１０６が生成されると、図１のフラックスゲート型磁気センサは誤った入力磁界の磁気値１０９を出力してしまう。このような理由により、ピーク・タイミング検出回路３ｂには、タイマ回路１１に遅延時間△ｔを設定している。遅延時間△ｔの適正な値は、交流増幅器３a及び微分器８の応答特性などによって変動するが、通常は1μｓ〜２μｓ程度である。
【００３６】
ゲート信号１１６の時間幅Ｔは、ゼロクロス・タイミング信号１１４の検出に支障を生じることなく、且つ周辺雑音電圧に対して有効に検出されるように設定される。ＡＮＤ回路１２においては、ゼロクロス・タイミング信号１１４とゲート信号１１６の入力を受けて両信号の論理積がとられ、ゼロクロス・タイミング信号１１４はゲート信号１１６で選択されて、ピーク・タイミング信号１０６として出力され、Ａ/Ｄ変換器３cに入力される。
【００３７】
ピーク・タイミング検出回路３ｂは、上述のように、微分器７およびゼロクロス検出回路９が検出コイル信号１０４に基づき生成したゼロクロス・タイミング信号１１４に、真に検出コイル信号１０４のピーク値のタイミング以外の時点に誤ってパルスが含まれていたとしても、微分器８、コンパレータ回路１０及びタイマ回路１１が励磁コイル電圧Ｖ１ｂに基づき生成したゲート信号１１６とゼロクロス・タイミング信号１１４との論理積をＡＮＤ回路１２で取ることにより、ゼロクロス・タイミング信号１１４における誤ってパルスを除去する。このピーク・タイミング検出回路３ｂの作用により、ピーク・タイミング信号１０６は、検出コイル信号１０４における真にピーク値のタイミングを表す。
【００３８】
図２は、本発明の第２の実施形態のフラックスゲート型磁気センサを示すブロック図である。第２の実施形態は、図１の第１の実施形態の構成に加えて負帰還用のＤ/Ａ変換器１７を備え、また第１の実施形態におけるデジタル処理部５に代えてデジタル処理部６を備える。図１と図２との対比により明らかなように、図２の第２の実施形態が図１の第１の実施形態との相違点は、第２の実施形態がＤ/Ａ変換器１７でなる負帰還ループを備え、のデジタル処理部６が図１のデジタル処理部５とは機能上の相違点だけである。すなわち、図２の第２の実施形態は、Ｄ/Ａ変換器１７でなる負帰還ループが実ピーク値検出部３の入力側に負帰還信号１１１を供給する点で、図１の第１の実施形態と相違し、デジタル処理部６が図１のデジタル処理部５とは機能上相違する。第２の実施形態は、その他の点では図１の第１の実施形態と構成および作動を同じくする。
【００３９】
図５は、この本発明の第２の実施形態におけるデジタル処理部６の構成を示すブロック図である。図３のピーク・タイミング検出回路３ｂのブロック図並びに図６及び図７の波形図は、この第２の実施形態にそのまま適用される。第２の実施形態において、図２における磁界検出部１、励磁回路２、実ピーク値検出部３およびクロック発生器２の動作は、第１の実施形態と全く同様であり、前述のように、異なる点は、デジタル処理部の機能と、デジタル処理部６出力のデジタル信号である磁気値１１０をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を負帰還信号１１１として磁界検出部１の検出コイル１ｃに負帰還する負帰還ループが設けてあることである。そこで、説明の重複を避けるために、第２の実施形態については、デジタル処理部６の構成及び動作並びに負帰還ループについてのみ説明する。
【００４０】
図５に示されるように、第２の実施形態におけるデジタル処理部６は、検波器１５および積分器１６により構成される。実ピーク値検出部３に含まれるＡ/Ｄ変換器３cより出力されるデジタル・ピーク値１０７は、検波器１５において第２のクロック信号１０８でもって同期検波され、その検波出力は、積分器１６において積分された後に、入力磁界Ｈinを示す磁気値１１０として出力される。磁気値１１０はデジタルデータである。
【００４１】
Ｄ/Ａ変換器１７は、磁気値１１０をアナログ信号に変換し、アナログ信号を負帰還信号１１１として検出コイル１ｃに導く。負帰還信号１１１は、検出コイル電流Ｉ１ｃがゼロ（零）となるように、負帰還ループを形成する。図２の第２の実施形態では、Ｄ/Ａ変換器１７でなる負帰還ループが、磁気検出特性の直線性を向上する。
【００４２】
なお、以上には、実施の形態を挙げ、本発明を具体的に説明したが、本発明がこれら実施の形態に限られるのもではないことは勿論である。例えば、上述の本実施形態においては、実ピーク値検出部３の内部に、検出コイル電流Ｉ１ｃを増幅する交流増幅器３aが含まれているが、検出コイル電流Ｉ１ｃのレベルがＡ/Ｄ変換器３ｃ及びピーク・タイミング検出回路３ｂにおける処理に足りるだけの大きさであれば、交流増幅器３aを不要とすることも可能である。
【００４３】
また、本発明で言うところの検出コイル信号は、上述の実施の形態における検出コイル電圧Ｖ１ｃ若しくは検出コイル電流Ｉ１ｃ又は信号１０４[検出コイル電圧Ｖ１ｃを増幅した信号（図１又は図２の実施の形態では、検出コイル信号１０４と称されている）]のうちの何れでも差し支えない。検出コイル信号として、検出コイル電圧Ｖ１ｃ若しくは検出コイル電流Ｉ１ｃ又は信号１０４のうちの何れを用いても、本発明は実施できる。
【００４４】
また、図３を参照して説明したコンパレータ回路に関して、磁気コア１ａの磁気飽和に起因し急に増大する途中における励磁コイル電圧微分信号１１３のレベルに相当する所定の閾値１１７が予め設定してあり、励磁コイル電圧微分信号１１３と該閾値１１７とを比較し、励磁コイル電圧微分信号１１３が閾値１１７を越えたとき、トリガ信号１１５を生成すると説明した。しかしながら、コンパレータ回路の出力は、図７（ｃ）のようなトリガ信号であることは必須ではなく、励磁コイル信号微分信号が急に増大している途中の時点であることを表す信号であれば足りる。そこで、本発明では、コンパレータ回路の出力は励磁コイル信号微分値急増大信号と表現した。
【００４５】
更に、図３のピーク・タイミング検出回路３ｂでは、ゲート信号１１６で示される所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号１１４を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号をピーク・タイミング信号１０６として出力する手段をＡＮＤ回路で実現した。しかし、該手段は、ＡＮＤ回路に限られず、同様な機能を有するゲート回路その他の回路であって、ゲート信号１１６で示される時間だけ選択的にゼロクロス・タイミング信号１１４を通過させる選択手段で実現できるので、本発明では該手段をタイミング選択手段として規定した。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図３】ピーク・タイミング検出回路を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態におけるデジタル処理部を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態におけるデジタル処理部を示すブロック図である。
【図６】検出コイル電流Ｉ１ｃおよび励磁コイル電圧Ｖ１ｂ（ａ）、第２のクロック信号（ｂ）並びに励磁電圧（ｃ）のタイミング図、並びに図（ａ）の破線で囲んだ範囲の検出コイル電流Ｉ１ｃ及び励磁コイル電圧Ｖ１ｂの時間軸を拡大して示すタイミング図である。
【図７】検出コイル信号Ｉ１ｃ、励磁コイル電圧Ｖ１ｂ、検出コイル信号１０４、検出コイル信号微分信号１１２、励磁コイル電圧微分信号１１３、閾値１１７、トリガ信号１１５、ゲート信号１１６およびゼロクロス・タイミング信号１１４のタイミング図である。
【図８】従来例を示すブロック図である。
【図９】図８の従来例における交流増幅器およびピーク検出器を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２１ 磁界検出部
１a 磁気コア
１b，２１b 励磁コイル
１c, ２１c 検出コイル
２ 励磁回路
３ 実ピーク値検出部
３a，２３a 交流増幅器
３b ピーク・タイミング検出回路
３c Ａ/Ｄ変換器
４ クロック発生器
５，６ デジタル処理部
７，８ 微分器
９ ゼロクロス検出回路
１０ コンパレータ回路
１１ タイマ回路
１２ ＡＮＤ回路
１３，１５ 検波器
１４ 低域フィルタ
１６ 積分器
１７ Ｄ/Ａ変換器
２１a 軟磁性コア
２２ 発振器
２３ 信号処理部
２３b ピーク検出器
Ｒ１ 電流制限抵抗
ＶＲ１ 電流制限抵抗Ｒ１の両端電圧
Ｖ２ 励磁電圧
Ｉ１ｂ 励磁電流
Ｖ１ｂ 励磁コイル電圧
Ｉ１ｃ 検出コイル電流
Ｖ１ｃ 検出コイル電圧
Ｈin 入力磁界
１０４ 検出コイル信号
１０５ 第1のクロック信号
１０６ ピーク・タイミング信号
１０７ デジタル・ピーク値
１０８ 第２のクロック信号
１０９，１１０ 磁気値
１１２ 検出コイル信号微分信号
１１３ 励磁コイル電圧微分信号
１１４ ゼロクロス・タイミング信号
１１５ トリガ信号
１１６ ゲート信号
１１７ 閾値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、該検出コイルの出力である検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサに設けられ、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路において、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピークに向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなることを特徴とするピーク・タイミング検出回路。
【請求項２】
磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、該検出コイルの出力である検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサにおいて、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路と、
前記ピーク・タイミング信号で表されるタイミングにおける前記検出コイル信号のピーク値をデジタル値に変換することによりデジタル・ピーク値を生成するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・ピーク値を検波し、前記入力磁界の大きさを表す磁気値信号を生成するデジタル処理部と
でなり、
前記ピーク・タイミング検出回路は、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなる
ことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
【請求項３】
磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサにおいて、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路と、
前記ピーク・タイミング信号で表されるタイミングにおける前記検出コイル信号のピーク値をデジタル値に変換することによりデジタル・ピーク値を生成するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・ピーク値を検波し、前記入力磁界の大きさを表すデジタル形式の磁気値信号を生成するデジタル処理部と、
前記磁気信号をアナログ信号に変換し、該アナログ信号を負帰還信号として前記検出コイルに出力するＤ／Ａ変換器と
でなり、
前記ピーク・タイミング検出回路は、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなる
ことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
【請求項４】
前記デジタル処理部は、
前記励磁電圧に同期し、該励磁電圧の繰返し周波数の２倍の繰返し周波数のクロック信号で前記デジタル・ピーク値の同期検波をする検波器と、
前記検波器の出力の低周波成分だけを通過させた信号を前記磁気値信号として出力する低域フィルタと
でなることを特徴とする請求項２に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
【請求項５】
前記デジタル処理部は、
前記励磁電圧に同期し、該励磁電圧の繰返し周波数の２倍の繰返し周波数のクロック信号で前記デジタル・ピーク値の同期検波をする検波器と、
前記検波器の出力を積分する積分器と
でなることを特徴とする請求項３に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
【請求項１】
磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、該検出コイルの出力である検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサに設けられ、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路において、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピークに向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなることを特徴とするピーク・タイミング検出回路。
【請求項２】
磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、該検出コイルの出力である検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサにおいて、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路と、
前記ピーク・タイミング信号で表されるタイミングにおける前記検出コイル信号のピーク値をデジタル値に変換することによりデジタル・ピーク値を生成するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・ピーク値を検波し、前記入力磁界の大きさを表す磁気値信号を生成するデジタル処理部と
でなり、
前記ピーク・タイミング検出回路は、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなる
ことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
【請求項３】
磁気コア、該磁気コアを励磁する励磁コイルおよび入力磁界に対応する信号を検出する検出コイルを備えてなり、検出コイル信号のピーク値に基づき入力磁界を検出するフラックスゲート型磁気センサにおいて、
前記検出コイル信号のピーク値を検出するべきタイミングを表すピーク・タイミング信号を生成するピーク・タイミング検出回路と、
前記ピーク・タイミング信号で表されるタイミングにおける前記検出コイル信号のピーク値をデジタル値に変換することによりデジタル・ピーク値を生成するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル・ピーク値を検波し、前記入力磁界の大きさを表すデジタル形式の磁気値信号を生成するデジタル処理部と、
前記磁気信号をアナログ信号に変換し、該アナログ信号を負帰還信号として前記検出コイルに出力するＤ／Ａ変換器と
でなり、
前記ピーク・タイミング検出回路は、
前記検出コイル信号を微分し、検出コイル信号微分信号を生成する第1の微分器と、
前記検出コイル信号微分信号がゼロレベルを交差するゼロクロス・タイミングを検出し、該ゼロクロス・タイミングを表すゼロクロス・タイミング信号を生成するゼロクロス検出回路と、
前記励磁コイルの電圧である励磁コイル信号を微分し、励磁コイル信号微分信号を生成する第２の微分器と、
前記磁気コアの磁気飽和に起因してピーク向けて急に増大する途中における前記励磁コイル信号微分信号の所定レベルに相当する閾値が予め設定してあり、該励磁コイル信号微分信号と該閾値とを比較し、該励磁コイル信号微分信号が該閾値を越えたとき、励磁コイル信号微分値急増大信号を生成するコンパレータ回路と、
前記励磁コイル信号微分値急増大信号に基づき所定時間幅のゲート信号を生成するタイマ回路と、
前記ゲート信号で示される前記所定時間だけ、前記ゼロクロス・タイミング信号を通過させ、通過した該ゼロクロス・タイミング信号を前記ピーク・タイミング信号として出力するピーク・タイミング選択回路と
を備えてなる
ことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
【請求項４】
前記デジタル処理部は、
前記励磁電圧に同期し、該励磁電圧の繰返し周波数の２倍の繰返し周波数のクロック信号で前記デジタル・ピーク値の同期検波をする検波器と、
前記検波器の出力の低周波成分だけを通過させた信号を前記磁気値信号として出力する低域フィルタと
でなることを特徴とする請求項２に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
【請求項５】
前記デジタル処理部は、
前記励磁電圧に同期し、該励磁電圧の繰返し周波数の２倍の繰返し周波数のクロック信号で前記デジタル・ピーク値の同期検波をする検波器と、
前記検波器の出力を積分する積分器と
でなることを特徴とする請求項３に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−９３４９９（Ｐ２００７−９３４９９Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８５８８８（Ｐ２００５−２８５８８８）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
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