JP2004138558A

JP2004138558A - 磁気方位測定装置

Info

Publication number: JP2004138558A
Application number: JP2002304990A
Authority: JP
Inventors: Manabu Aizawa; 相澤　学; Hiroshi Onuma; 大沼　博
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13
Also published as: US20040135576A1; US7317315B2

Abstract

【課題】演算手段や回転等のメカ的な動作を不要とし、また簡単な構成で量産性に影響を及ぼすことがなく、さらに高精度に方位を測定することができる磁気方位測定装置を提供する。
【解決手段】条件判断回路８は、スイッチングされた出力信号が最大（正のピーク）となった事を検出したら、トリガ信号ｔｒを発生し、このトリガ信号ｔｒにより、出力インターフェース回路９がスイッチング信号を保持する。この出力インターフェース回路９で、保持されたスイッチング信号は、外部磁界Ｈに平行な検出コイル位置をディジタル的に表したものである。したがって、センサ素子に対する外部磁界Ｈの方位を知ることができる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地磁気方位測定する磁気方位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地磁気等の外部磁界と、磁気センサ装置の間の方位角を得るためには、図２０に示すように、指向性を持つ磁気センサ素子Ｘ１６１，Ｙ１６２を、９０°の位置関係に配し、これらから検出・増幅回路１６３を介して得られる二つの出力Ｘｏｕｔ、Ｙｏｕｔを基に方位を求める方法が主に用いられてきた。
【０００３】
つまり、方位角θに対する、個々のセンサの出力（Ｘｏｕｔ、Ｙｏｕｔ）は、指向性／位置関係のため、下記（１）、（２）式に示すように９０°位相のずれた正弦波状（図２１に波形を示す）に変化する。
Ｘｏｕｔ０＝ｃｏｓ（θ）　・・・（１）
Ｙｏｕｔ０＝ｓｉｎ（θ）　　・・・（２）
これから、
θ_０＝Ｔａｎ^−１（Ｙｏｕｔ０／Ｘｏｕｔ０）＝Ｔａｎ^−１（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）　　・・・（３）
を計算することにより、方位角θ_０が求められる。
【０００４】
ただし、Ｔａｎ^−１は不連続点を持つため、下記の条件に従いθ_０を補正する必要がある。
条件：Ｘｏｕｔ≧０、Ｙｏｕｔ０≧０　なら　θ＝θ_０
Ｘｏｕｔ＜０　　　　　　　　　　　　　なら　　θ＝θ_０＋１８０°
Ｘｏｕｔ≧０、Ｙｏｕｔ０＜０　なら　θ＝θ_０＋３６０°・・・（４）
【特許文献１】
特開平８−２０１０６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記Ｔａｎ^−１をアナログ的（回路的）に得るのは困難であり、図２２に示すマイクロコンピュータ１６４等を用い演算を行う必要がある。このため、システムにはセンサからのアナログ出力を、ディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ１６５が必要となる。また、Ｔａｎ^−１は非線形関数であるため、演算を行うためには、数値テーブル等大量のメモリ１６６と、高い計算能力を有するマイコン１６４を使う必要がある。
【０００６】
このように、従来方式では方位情報を得るために、センサ以外に複雑で大規模なシステムを構成する必要があった。
【０００７】
さらに、センサから出力される信号は、素子／回路個々のバラつき、環境等の影響により実際には下式のようになる。
Ｘｏｕｔ＝Ａｘ・ｃｏｓ（θ）＋Ｏｘ　・・・（１）’
Ｙｏｕｔ＝Ａｙ・ｓｉｎ（θ）＋Ｏｙ　・・・（２）’
（ここで、Ａｘ、Ａｙを振幅、Ｏｘ、Ｏｙをオフセット電圧と定義する）
これらから、
θ＝Ｔａｎ^−１（（Ａｙ・ｓｉｎ（θ）＋Ｏｙ）／（Ａｘ・ｃｏｓ（θ）＋Ｏｘ））　・・・（３）’
となる。
【０００８】
振幅、オフセット等の影響により実際の方位角とθの間に誤差が生じる。この誤差を補正し、精度良い方位測定を行うには、センサを回転させキャリブレーションを行う必要があったが、これは一定条件の下で回転を行う必要があり、非常な手間を要し、場合によってはさらに特性を悪化させるケースもあった。また、システムにキャリブレーションを制御するモードを設定する必要があり、さらに複雑化する要因にもなっている。結局、これらを解決し、方位精度を向上させるためには、センサ単体レベル、回路でのバラつきを徹底的に抑える必要があり、量産性に影響を及ぼすこととなる。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、演算手段や回転等のメカ的な動作を不要とし、また簡単な構成で量産性に影響を及ぼすことがなく、さらに高精度に方位を測定することができる磁気方位測定装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気方位測定装置は、上記課題を解決するために、指向性を有する２個以上の磁気検出素子を、それらの指向性が異なるように一定規則で等間隔に配置してなる磁気検出手段と、上記磁気検出手段の各磁気検出素子からの電磁変換出力を順次スイッチングして取り出す取り出し手段と、上記取り出し手段により順次スイッチングされて取り出された上記電磁変換出力が所定の条件となったか否かを判断する条件判断手段と、上記条件判断手段の判断結果に基づいて磁気方位情報を出力する方位情報出力手段とを備える。
【００１１】
このような構成の磁気方位測定装置によれば、磁気検出手段の各磁気検出素子からの電磁変換出力を、取り出し手段が順次スイッチングして取り出し、条件判断手段が取り出された電磁変換出力が所定の条件となったか否かを判断し、その判断結果に基づいて方位情報出力手段が磁気方位情報を出力する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図１に概略構成を示すように、指向性を有する例えば１６個の磁気検出素子からなる磁気検出素子群１を備え、磁気検出素子群１の各磁気検出素子の電磁変換出力を、検出・増幅回路１５により順次スイッチングして取り出し、取り出した電磁変換出力が所定の条件となったときに、外部磁界の方位情報を生成する磁気方位測定装置である。
【００１３】
磁気検出素子群１としては、後述するようにフラックスゲート方式、磁気抵抗素子、ホール素子等を用いることができる。この磁気検出素子群１と検出・増幅回路１５とが、磁気検出部を構成している。
【００１４】
制御部１６は、磁気検出素子群１の後述する励磁コイルを励磁するための励磁信号や、検出・増幅回路１５にて各時期検出素子の電磁変換出力を取り出し、方位情報を出力するための制御信号を生成して、各部に供給する。
【００１５】
なお、この実施の形態では、説明の便宜上磁気検出素子の数を１６個とするが、２個以上であれば、３，４，５，６，７，・・・１５、さらには１７，１８，１９，・・・２４・・・３０個でもよい。もちろん、３１個以上でもよい。また、２^ｎ個（ｎは１以上の整数）でもよい。具体的には、２，４，８，１６，３２，６４，１２８，２５６個でもよい。磁気検出素子が多くなれば、磁気方位の測定を精細に行うことができる。
【００１６】
磁気検出素子群１内の例えば１６個の磁気検出素子は、それらの指向性が異なるように、例えば円周上に一定規則で等間隔に配置される。すなわち、磁気検出素子群１は、磁気検出素子の配置の仕方や、後述する励磁コイルや、検出コイルの巻き方などに特徴がある。なお、この磁気検出素子群１の詳細については後述する。
【００１７】
次に、磁気方位測定装置の詳細な構成について図２を参照して説明する。特に図１の検出・増幅回路１５に相当する部分や、制御部１６に相当する部分の詳細な構成について説明する。なお、説明の便宜上、地磁気を電気信号に変換する方式として公知技術であるフラックスゲート方式を用い、検出素子数を１６個とする。もちろん、磁電変換方式として他の方式（例えば磁気抵抗素子、ホール素子など）を用いることも可能であり、また、検出素子数を１６個以外の数とすることも可能である。図１の検出・増幅回路１５に相当する部分は、スイッチング回路２、同期検波回路５、増幅回路６、条件判断回路８、出力インターフェース回路９からなる。また、制御部１６に相当する部分は、発振器１１、分周回路１２、ドライブ回路１３からなる。
【００１８】
図２において、磁気検出素子群１の１６個の磁気検出素子からの検出出力である誘導電圧信号は、スイッチング回路２の電子スイッチ部３に供給される。電子スイッチ部３は、１６個の電子スイッチＳ１・・・，Ｓ１５，Ｓ１６からなり、１６個の磁気検出素子からの検出出力を受け取る。電子スイッチ部３の１６個の電子スイッチは、スイッチング回路内のエンコーダ４からのデジタル出力によって順次ある周期毎に切り換わり、切り換えた誘導電圧信号を同期検波回路５に供給する。
【００１９】
同期検波回路５は、誘導電圧信号を励磁信号の２倍の周波数で同期検波し、増幅回路６に供給する。増幅回路６は、同期検波された誘導電圧信号を後段回路で信号を処理するに十分なレベルに増幅するとともに、高周波成分をＬＰＦ７により除去し、条件判断回路８に供給する。
【００２０】
スイッチング回路２と同期検波回路５とは、各磁気検出素子からの電磁変換出力をスイッチングし、さらにスイッチングされた信号を所定の周波数により同期検波して外部磁界強度に応じた電圧変化を取り出す取り出し手段である。
【００２１】
条件判断回路８は、増幅回路６からの出力波形が一定条件（例えば、最大）となった際に、トリガ信号ｔｒを発生し、出力インターフェース回路９へ供給する。なお、一定条件としては、上記出力波形が最小、又はゼロクロスとなったこととしてもよい。
【００２２】
出力インターフェース回路９は、条件判断回路８が発生したトリガ信号ｔｒにより、スイッチング信号（ディジタル）をホールドし、例えばピーク時を検出し、出力することで方位情報とする。また、外部機器に対し方位情報出力を行うためのタイミング調整などを行う。
【００２３】
発振器１１は、磁気検出素子群１の励磁コイルにドライブ回路１３を介して供給する信号、スイッチング回路２に供給されて電子スイッチ部３を切り換えるための信号、同期検波回路５に供給されて同期検波用の制御信号の基になる周波数ｆの信号を発振する。
【００２４】
分周回路１２は、発振器１１からの周波数ｆの信号を、ｆ／２に分周してドライブ回路１３に供給する。また、発振器１１からの周波数ｆの信号を、ｆ／２^ｎ、ｆ／２^ｎ＋１・・・ｆ／２^ｎ＋ｍに分周することにより、例えば１６進のカウンタを構成し、数列１，２・・・１６をエンコーダ４を介して電子スイッチ部３の各電子スイッチＳ１〜Ｓ１６へ供給する。
【００２５】
ドライブ回路１３は、分周回路１２からのｆ／２の信号を用いて磁気検出素子群１の励磁コイルを駆動する。励磁コイルは、後述するように、磁気検出素子毎に設けられたり、あるいは全ての磁気検出素子に共通に設けられている。
【００２６】
スイッチング回路２は、分周回路１２を１６進のカウンタとして構成した際に、ｆ／２^ｎ、ｆ／２^ｎ＋１・・・ｆ／２^ｎ＋ｍの信号に基づいた数列１，２・・・１６を受け取り、エンコーダ４にて電子スイッチ部３の各電子スイッチを切り換えるためのディジタル出力に変換する。
【００２７】
前記数列１，２・・・１６をエンコーダ４にて変換したデータは、各電子スイッチＳ１〜Ｓ１６のセンサ出力に一対一で対応しているので、個々の検出コイルの位置（方向）に対応することになる。つまり、順次スイッチングされたセンサ出力信号が、条件判断回路で判断されるある一定条件となったタイミングの、外部磁界の方位をディジタル的に表した値となる。このディジタル的な値を用いれば外部磁界の方位を知ることができる。
【００２８】
次に、磁気検出素子群１の具体例の構成及び動作原理を説明する。
【００２９】
磁気検出素子群１は、図３に示すように、１６個の磁気検出素子２１〜３６を、それらの指向性が異なるように一定規則で等間隔で配置してなる。ここでは、特に円周上に等間隔で配置している。各磁気検出素子２１〜３６は、図４に示すように、軟磁性材料からなる磁気コア４０と、それを励磁する励磁コイル４１と、外部磁界を検出する検出コイル４２から構成されており、フラックスゲート型のセンサである。
【００３０】
励磁コイルに電流ｉｅを流すと、磁気コア４０内には図５に示すような励磁磁界（磁束）Ｈｉｅが発生する。励磁電流ｉｅを交流信号とすることにより、磁気コア内磁束Ｈｉｅも時間ｔに対して交流的に変化し、各々の検出コイル４２には電磁誘導の法則により誘導電圧ｅが発生する。励磁電流の振幅を大きくし、磁化力をある程度以上に大きくしても磁気コア４０の磁束密度Ｂは図６に示すように増加しなくなり飽和状態となって、検出コイル誘導電圧ｅが大きく歪むこととなる。ここで、磁気検出素子に外部から磁界Ｈが印加された場合、磁気コア内磁束は励磁磁束Ｈｉｅと外部磁界Ｈによる磁束が加算されたものとなる（Ｈｉｅ＋Ｈ）。このため、外部磁界Ｈの強度に応じ、磁気コア４０の飽和点が図７に示すように正または負側にシフトする。これにより、検出コイル誘導電圧ｅは、正負非対称な波形となる。これは誘導電圧の２次高調波成分が変化することと等価である。このため、誘導電圧信号を励磁信号の２倍の周波数で同期検波することにより、外部磁界強度Ｈに応じた電圧変化を取り出すことが可能となる。
【００３１】
次に、スイッチング回路２の構成について詳細に説明する。前述のようにスイッチング回路２は、１６個の磁気検出素子２１〜３６の電磁変換出力の読み出しを電気的に行う１６個の電子スイッチＳ１〜Ｓ１６を有する電子スイッチ部３と、電子スイッチ部３の１６個の電子スイッチＳ１〜Ｓ１６の切り換えを制御するディジタル出力を生成するエンコーダ４とを備えてなる。そして、スイッチング回路２は、１６個の磁気検出素子の出力を分周回路１２から供給されたｆ／２^ｎ、ｆ／２^ｎ＋１・・・ｆ／２^ｎ＋ｍよりなる１６進カウンタからの数列にしたがったディジタル値に基づいて順次切り換える。
【００３２】
次に、分周回路１２の構成について詳細に説明する。分周回路１２は、バイナリカウンタにより構成され、発振器からの周波数ｆをクロックＣＬＫ端子から取り入れて、ｆ／２、ｆ／２^ｎ、ｆ／２^ｎ＋１・・・ｆ／２^ｎ＋ｍを出力する。ｆ／２の信号は、ドライブ回路１３に供給される。また、ｆ／２^ｎ、ｆ／２^ｎ＋１・・・ｆ／２^ｎ＋ｍの信号に基づいた数列１，２・・・１６をスイッチング回路２のエンコーダ４に供給する。また、この分周回路１２は、出力インターフェース回路９にもｆ／２^ｎ、ｆ／２^ｎ＋１・・・ｆ／２^ｎ＋ｍの信号に基づいた数列１，２・・・１６を選択的に供給する。
【００３３】
次に、出力インターフェース回路９の詳細な構成について説明する。出力インターフェース回路９は、ラッチ１０を有し、条件判断回路８からのトリガ信号ｔｒに基づいて、例えばピーク時のスイッチング信号をホールドし、方位情報を出力する。
【００３４】
次に、本実施の形態の磁気方位測定装置の動作の詳細を説明する。図８は、磁気検出素子群１の各磁気検出素子２１〜３６を模式的に示している。また、外部磁界Ｈが矢印の方向から印加されていることを示している。
【００３５】
図４に示したように、外部磁界Ｈに対する、軟磁性体コア４０内の磁束は、コア接線と外部磁界方向の方位角に対し正弦波状の分布となる。つまり、コア接線が磁界と平行となる近傍で最大値ＭＡＸ、反平行となる部分で最小値ＭＩＮとなり、その間の部分では、正弦波状に連続的な変化をする。このような磁束の分布に対し、検出コイルをコアの局部にのみ巻回し、同様の検出コイルを等間隔で１６個配置した場合、各検出コイルからの出力は、コイル近傍のコア内磁束分布に従い分布することとなる。
【００３６】
これらの検出コイルからの出力を、スイッチング回路により、時系列的に順次スイッチングすれば、前記コイル位置（方位）による出力分布に従い、図９に示すように、時間に対し段階的に変化する正弦波状の信号が得られる。
【００３７】
このため、スイッチング回路２は、検出コイルと同期検波回路５の間に配置され、検出コイルの出力を順次スイッチングする。電気信号によりｏｎ／ｏｆｆ可能な、ある周期ごとに、切換を行っていく方法を採る。これら電子スイッチＳ１〜Ｓ１６群は前述したようにエンコーダ４からのディジタル信号によって切り換えられる。
【００３８】
ここで、検出コイルの数を、２^ｎとなるよう設定すれば（ディジタルで回路を組みやすくなる）、このスイッチング回路２を容易に形成できる。つまり、励磁信号をバイナリカウンタにより分周し（ｆ／２^ｎ、ｆ／２^ｎ＋１・・・ｆ／２^ｎ＋ｍに分周して）個々のスイッチのｏｎ／ｏｆｆ信号とすることができる。
【００３９】
このスイッチング信号は、個々の検出スイッチ（センサ出力）に一対一で対応している。つまり、個々の検出コイルの位置（方向）に対応することとなる。その為、順次スイッチングされたセンサ出力信号が、ある一定条件となったタイミングの、スイッチング信号は、外部磁界の方位をディジタル的に表した値となる。
【００４０】
例えば、条件判断回路８は、スイッチングされた出力信号が最大（正のピーク）となった事を検出したら、トリガ信号ｔｒを発生し、このトリガ信号ｔｒにより、出力インターフェース回路９がスイッチング信号を保持する。この出力インターフェース回路９で、保持されたスイッチング信号は、外部磁界Ｈに平行な検出コイル位置をディジタル的に表したものである。したがって、センサ素子に対する外部磁界Ｈの方位を知ることができる。
【００４１】
例えば、図９においては、磁気検出素子２７の出力が最大ＭＡＸとなり、検出素子番号（＝方位）”７”をダイレクトにディジタル値（例えば「０１１１」）として出力する。
【００４２】
このように、本実施の形態の磁気方位測定装置は、磁気検出素子群１の各磁気検出素子２１〜３６からの電磁変換出力を、取り出し手段となるスイッチング回路２と同期検波回路５が順次スイッチングして取り出し、条件判断回路８が取り出された電磁変換出力が所定の条件となったか否かを判断し、その判断結果に基づいて方位情報出力手段である出力インターフェース回路９が磁気方位情報を出力するので、演算手段や回転等のメカ的な動作を不要とし、また簡単な構成で量産性に影響を及ぼすことがなく、さらに高精度に方位を測定することができる。
【００４３】
なお、磁気方位測定装置が用いる磁気検出素子群は、図３に示した具体例（磁気検出素子群１）に限定されるものではなく、他の具体例を用いることもできる。以下には、磁気検出素子群のいくつかの他の具体例について説明する。
【００４４】
第１の他の具体例は、ループ状の一つの磁気コアを１６個の磁気検出素子で共通に用いてなる図１０に示す磁気検出素子群５０である。そして、各励磁コイル７１と検出コイル７２は等間隔に形成されている。磁気コア７０は軟磁性材料からなる。
【００４５】
図１０を用いて説明すると、各磁気検出素子５１〜６６は、共通のループ状磁気コア７０を１６等分割したそれぞれの部分に形成されている。励磁コイル７１と検出コイル７２は、各磁気検出素子毎に磁気コア７０に巻回しされており、等価回路は、図１１に示すようになる。
【００４６】
この磁気検出素子群５０にあっても、図５〜図７に示したように磁化力をある程度以上に大きくすれば磁気コアの磁束密度Ｂは増加しなくなり飽和状態となって、検出コイル誘導電圧ｅが大きく歪むこととなる。そして、外部から磁界Ｈが印加された場合、磁気コア内磁束は励磁磁束Ｈｉｅと外部磁界Ｈによる磁束が加算されたものとなる（Ｈｉｅ＋Ｈ）。このため、外部磁界Ｈの強度に応じ、磁気コアの飽和点が正または負側にシフトし、検出コイル誘導電圧ｅは、正負非対称な波形となる。
【００４７】
このため、磁気検出素子群５０を用いた磁気方位測定装置にあっても、誘導電圧信号を励磁信号の２倍の周波数で同期検波することにより、外部磁界強度Ｈに応じた電圧変化を取り出すことが可能となる。
【００４８】
また、第２の他の具体例は、ループ状の一つの磁気コアを１６個の磁気検出素子で共通に用いてなり、さらに一つの励磁コイルを１６個の磁気検出素子で共通に用いてなる図１２に外観を示す磁気検出素子群８０である。検出コイルは、各磁気検出素子８１〜９６毎に磁気コア部１００に巻回しされている。
【００４９】
図１２及び図１３を用いて説明すると、各磁気検出素子８１〜９６は、共通のループ状磁気コア１００を１６等分割したそれぞれの部分に形成されている。また、励磁コイル１０１は全ての磁気検出素子で共通に用いられるように磁気コア部全体に連続して巻回しされている。等価回路は、図１４に示すようになる。なお、この具体例は、非磁性基板上に、磁気コア、励磁コイル、検出コイルを薄膜形成することにより構成されてもよい。図１３は、薄膜形成された素子の詳細を示す図である。（ａ）の上層コイルは、励磁コイル１０１、検出コイル１０２の磁気コアの上側に巻き回しされているコイルであり、（ｂ）の下層コイルは磁気コアの下側に巻き回しされているコイルである。
【００５０】
この磁気検出素子群８０にあっても、磁化力をある程度以上に大きくすれば磁気コアの磁束密度Ｂは増加しなくなり飽和状態となって、検出コイル誘導電圧ｅが大きく歪むこととなる。そして、外部から磁界Ｈが印加された場合、磁気コア内磁束は励磁磁束Ｈｉｅと外部磁界Ｈによる磁束が加算されたものとなる（Ｈｉｅ＋Ｈ）。このため、外部磁界Ｈの強度に応じ、磁気コアの飽和点が正または負側にシフトし、検出コイル誘導電圧ｅは、正負非対称な波形となる。
【００５１】
このため、磁気検出素子群８０を用いた磁気方位測定装置にあっても、誘導電圧信号を励磁信号の２倍の周波数で同期検波することにより、外部磁界強度Ｈに応じた電圧変化を取り出すことが可能となる。特に、この磁気センサ部は、励磁コイルを共通化することにより、シンプルな構成となる。
【００５２】
また、第３の他の具体例は、ループ状の一つの磁気コアを１６個の磁気検出素子で共通に用い、また一つの励磁コイルを１６個の磁気検出素子で共通に用いてなり、さらに１６個の検出コイルの一端を共通とした図１５に外観を示す磁気検出素子群１１０である。
【００５３】
図１５及び図１６を用いて説明すると、各磁気検出素子１１１〜１２６は、共通のループ状磁気コア１３０を１６等分割したそれぞれの部分に形成されている。また、励磁コイル１３１は全ての磁気検出素子で共通に用いられるように磁気コア部全体に連続して巻回しされている。等価回路は、図１７に示すようになる。なお、この具体例についても第２の他の実施例同様、非磁性基板上に、磁気コア、励磁コイル、検出コイルを薄膜形成することにより構成されてもよい。図１６は薄膜形成された素子の詳細を示している。（ａ）の上層コイルは、励磁コイル１３１、検出コイル１３２の磁気コアの上側に巻き回しされているコイルであり、（ｂ）の下層コイルは磁気コアの下側に巻き回しされているコイルである。等価回路は、図１７に示すようになる。
【００５４】
この磁気検出素子群１１０にあっても、磁化力をある程度以上に大きくすれば磁気コアの磁束密度Ｂは増加しなくなり飽和状態となって、検出コイル誘導電圧ｅが大きく歪むこととなる。そして、外部から磁界Ｈが印加された場合、磁気コア内磁束は励磁磁束Ｈｉｅと外部磁界Ｈによる磁束が加算されたものとなる（Ｈｉｅ＋Ｈ）。このため、外部磁界Ｈの強度に応じ、磁気コアの飽和点が正または負側にシフトし、検出コイル誘導電圧ｅは、正負非対称な波形となる。
【００５５】
このため、磁気検出素子群１１０を用いた磁気方位測定装置にあっても、この磁気検出素子群１１０により得られる、誘導電圧信号を励磁信号の２倍の周波数で同期検波することにより、外部磁界強度Ｈに応じた電圧変化を取り出すことが可能となる。特に、この磁気センサ部は、励磁コイルを共通化し、検出コイルの一方の端子を共通化しているので、さらにシンプルな構成となる。
【００５６】
第２の他の具体例、第３の他の具体例は薄膜プロセスにより形成されるのに適している。この場合の各磁気検出素子の薄膜プロセスについて図１８を用いて以下に説明する。
【００５７】
先ず、Ｓｉ等の非磁性材料よりなる基板上１４０に、Ｃｕを例えば２μｍメッキして下層コイル１４１を形成する。この下層コイ１４１ルは、後述の上層コイル１４５と接続され、磁気コア１４３にスパイラル状に巻回しされることになる。下層コイル１４１上と基板１４０上の一部には、下層コイル１４１を保護すると共に、この下層コイル１４１と磁気コア１４３との絶縁を図るためのコイル絶縁層１４２を例えばフォトレジストを熱硬化して形成する。
【００５８】
コイル絶縁層１４２の上には、例えばＣｏ系アモルファス合金をリフトオフしてなる磁気コア１４３を形成する。このＣｏ系アモルファス合金は、熱処理と磁場によって誘導磁気異方性を付与及び除去できる材料である。
【００５９】
さらに、磁気コア１４３の上には、磁気コア１４３と後述する上層コイル１４５とを絶縁するためのコイル絶縁層１４４を例えばフォトレジストを熱硬化して形成する。
【００６０】
コイル絶縁層１４４上には、上層コイル１４５を前記下層コイル１４１と同様にＣｕを例えば２μｍメッキして形成する。そして、上層コイル１４５上とコイル絶縁層１４４の一部上には、上層コイル１４５を保護するための保護層１４６を例えばフォトレジストを熱硬化して形成する。
【００６１】
このように、本発明の実施の形態で用いる磁気検出素子群は、非磁性基板上に薄膜プロセスにより、上記ループ状の磁気コア、励磁用、検出用のコイルを形成して作ることができる。
【００６２】
また、図３に示した磁気検出素子群１は、各磁気検出素子を、円周上に配置して構成したが、多角形の外周上に形成してよいのはもちろんである。例えば、８個の磁気検出素子を８角形の周上に配置したり、１６個の磁気検出素子を１６角形の周上に配置してもよい。
【００６３】
また、図１９に示すように、放射状に８個の磁気検出素子を配置した構成の磁気検出素子群１５０を用いてもよい。各磁気検出素子１５１〜１５８は、図４に示したように磁気コア上に励磁コイルと検出コイルを巻き回ししている。
【００６４】
この磁気検出素子群１５０によっても、外部磁界と平行な磁気検出素子は、電磁変換出力を最大とするので、上記図１に示す磁気方位測定装置において用いることができる。もちろん、１６個の磁気検出素子を放射状に配置すれば、正確な磁気方位を測定することができる。
【００６５】
また、条件判断回路８における、上記一定条件としては、最大値を採る他に、例えば最小値（負のピーク）あるいは、一定電圧値（例えばゼロクロス点）等が使える。
【００６６】
また、図１における磁気検出素子群としては、フラックスゲートを用いる他に、例えば磁気抵抗素子、磁気インピーダンス素子、ホール素子等を用いる事が出来る。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の磁気方位測定装置によれば、磁気検出手段の各磁気検出素子からの電磁変換出力を、取り出し手段が順次スイッチングして取り出し、条件判断手段が取り出された電磁変換出力が所定の条件となったか否かを判断し、その判断結果に基づいて方位情報出力手段が磁気方位情報を出力するので、演算装置を必要とせず、簡単な構成で高精度の方位情報を得ることができる。また、素子、回路等のバラツキなどの影響が少なく、高精度の方位情報を得ることができるため、高性能な方位計を、容易に量産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態となる、磁気方位測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】磁気方位測定装置の詳細な構成を示す回路図である。
【図３】磁気方位測定装置で用いる磁気検出素子群の配置図である。
【図４】磁気検出素子の詳細な構成を示す図である。
【図５】励磁磁界の変動を示す図である。
【図６】磁気コアのＢ−Ｈ特性図である。
【図７】外部磁界の影響を受けた磁気コアのＢ−Ｈ特性図である。
【図８】円周状に配置した磁気検出素子を示す図である。
【図９】磁気検出素子の出力をスキャンした波形図である。
【図１０】磁気検出素子群の第１の他の具体例の外観図である。
【図１１】第１の他の具体例の等価回路である。
【図１２】磁気検出素子群の第２の他の具他例の外観図である。
【図１３】第２の他の具体例の分解図である。
【図１４】第２の他の具体例の等価回路である。
【図１５】磁気検出素子群の第３の他の具他例の外観図である。
【図１６】第３の他の具体例の分解図である。
【図１７】第３の他の具体例の等価回路である。
【図１８】薄膜プロセスによる磁気検出素子の形成を説明するための図である。
【図１９】磁気検出素子群のさらに他の具体例の模式図である。
【図２０】従来の磁気検出素子を示す図である。
【図２１】磁気検出素子による方位角−出力特性図である。
【図２２】従来の磁気方位測定装置のブロック図である。
【符号の説明】
１　磁気検出素子群、２　スイッチング回路、３　電子スイッチ部、４　エンコーダ、５　同期検波回路、６　増幅回路、８　条件判断回路、９　出力インターフェース回路、１１　発振器、１２　分周回路、１３　ドライブ回路、１５　検出・増幅回路、１６　制御部

Claims

指向性を有する２個以上の磁気検出素子を、それらの指向性が異なるように一定規則で等間隔に配置してなる磁気検出手段と、
上記磁気検出手段の各磁気検出素子からの電磁変換出力を順次スイッチングして取り出す取り出し手段と、
上記取り出し手段により順次スイッチングされて取り出された上記電磁変換出力が所定の条件となったか否かを判断する条件判断手段と、
上記条件判断手段の判断結果に基づいて磁気方位情報を出力する方位情報出力手段と
を備えることを特徴とする磁気方位測定装置。
上記磁気検出手段は、上記磁気検出素子を円周上または多角形の外周上に等間隔で配置してなることを特徴とする請求項１記載の磁気方位測定装置。
上記磁気検出手段の上記各磁気検出素子は軟磁性材料からなる磁気コアと、それを励磁する励磁コイルと、外部磁界を検出する検出コイルとからなることを特徴とする請求項２記載の磁気方位測定装置。
上記磁気検出手段は、ループ状の一つの磁気コアを全ての磁気検出素子で共通に用いることを特徴とする請求項３記載の磁気方位測定装置。
上記磁気検出手段は、さらに、一つの励磁コイルを全ての磁気検出素子で共通に用いることを特徴とする請求項４記載の磁気方位測定装置。
上記磁気検出手段は、さらに、全ての検出コイルの一端を共通とすることを特徴とする請求項５記載の磁気方位測定装置。
上記磁気検出手段の各磁気検出素子は、非磁性基板上に、上記ループ状の磁気コア、励磁用、検出用のコイルを薄膜プロセスにて形成することを特徴とする請求項３、４、５又は６記載の磁気方位測定装置。
上記励磁用コイル、検出用コイルを２層構造とすることを特徴とする請求項７記載の磁気方位測定装置。
上記磁気コアは、誘導磁気異方性の付与及び除去を磁界中熱処理で行える材料であることを特徴とする請求項３、４、５、６又は７記載の磁気方位測定装置。
上記取り出し手段は、上記各磁気検出素子からの電磁変換出力をスイッチングし、さらにスイッチングされた信号を所定の周波数により同期検波して外部磁界強度に応じた電圧変化を取り出すことを特徴とする請求項１記載の磁気方位測定装置。
上記取り出し手段は、上記磁気検出素子の検出コイルが２^ｎ個とされたとき、バイナリカウンタからの信号により、上記検出コイルと同数のスイッチを順次切り換えることを特徴とする請求項１記載の磁気方位測定装置。
上記条件判断手段は、上記取り出し手段により順次取り出された上記電磁変換出力が最大、最小又はゼロクロスであるときに判断結果としてトリガ信号を上記方位情報出力手段に供給することを特徴とする請求項１記載の磁気方位測定装置。
上記方位情報出力手段は、上記トリガ信号を上記条件判断手段から受け取ったときに上記取り出し手段によって取り出されたスイッチング信号を外部磁界の方位を表した情報として出力することを特徴とする請求項１２記載の磁気方位測定装置。