JPH0224475B2 - - Google Patents

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JPH0224475B2
JPH0224475B2 JP16608083A JP16608083A JPH0224475B2 JP H0224475 B2 JPH0224475 B2 JP H0224475B2 JP 16608083 A JP16608083 A JP 16608083A JP 16608083 A JP16608083 A JP 16608083A JP H0224475 B2 JPH0224475 B2 JP H0224475B2
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Japan
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magnetic
voltage
positive
operational amplifier
negative
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JP16608083A
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Japanese (ja)
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JPS6057275A (en
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Kosuke Harada
Shinjiro Takeuchi
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Mishima Kosan Co Ltd
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Mishima Kosan Co Ltd
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Publication of JPH0224475B2 publication Critical patent/JPH0224475B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/04Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using the flux-gate principle

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば交通信号システムにおける信
号検出、CRT試験調整ラインにおける磁場計測、
医療関係における磁気シールド効果などを計測す
る磁性細線を磁心とする自励ブリツジ形磁気検出
方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is applicable to, for example, signal detection in a traffic signal system, magnetic field measurement in a CRT test adjustment line,
This invention relates to a self-excited bridge type magnetic detection method using a magnetic thin wire as a magnetic core for measuring magnetic shielding effects in the medical field.

従来からあるブリツジ方式の磁気検出方法は、
交流ブリツジを構成する4素子のうち、少なくと
も1素子は、コイル中心部に磁心を配置したイン
ダクタンス素子で構成し、この磁心に印加される
被測定磁界によつてインダクタンス素子のインピ
ーダンスを変化させ、磁気情報をブリツジの不平
衡電圧振巾値の変化として取り出すようにしたも
のである。
The conventional bridge method magnetic detection method is
At least one of the four elements that make up the AC bridge is an inductance element with a magnetic core placed in the center of the coil.The impedance of the inductance element is changed by the magnetic field to be measured applied to this magnetic core, Information is extracted as changes in the unbalanced voltage amplitude of the bridge.

この種のブリツジ回路では、駆動電源としての
交流電源には、周波数が一定の定電圧源あるいは
定電流源が用いられる。それ故にインダクタンス
素子のインピーダンス変化によつて駆動電源のデ
ユーテイ比が変化することはないので、被測定磁
界の強さはブリツジ中間点における不平衡電圧の
振幅値より測定することになる。更に被測定磁界
の印加方向を判別するためには、交流電源の周波
数を2倍にした信号を参照信号として、ブリツ
ジ中間点における不平衡電圧より倍周波成分2の
e2を抽出する位相検波回路部を必要とする。
In this type of bridge circuit, a constant voltage source or constant current source with a constant frequency is used as an AC power source as a driving power source. Therefore, the duty ratio of the drive power source does not change due to a change in the impedance of the inductance element, so the strength of the magnetic field to be measured is measured from the amplitude value of the unbalanced voltage at the bridge midpoint. Furthermore, in order to determine the direction of application of the magnetic field to be measured, a signal with the frequency of the AC power source doubled is used as a reference signal, and the frequency component 2 of the double frequency component 2 is determined from the unbalanced voltage at the bridge midpoint.
A phase detection circuit section is required to extract e2 .

すなわち、不平衡電圧を、倍周波同調増巾回路
に入力して、倍周波成分を増巾し、その出力を位
相検波するための同期整流部に入力するととも
に、同期整流のための基準参照信号erは、交流印
加電圧efを逓倍器に入力して得られる倍周波出力
信号erを利用することによつて、初めて不平衡電
圧は検波される。
That is, the unbalanced voltage is input to a frequency doubler tuned amplification circuit to amplify the double frequency component, and the output thereof is input to a synchronous rectifier for phase detection, and a standard reference signal for synchronous rectification is input. The unbalanced voltage is detected for the first time by using the doubled frequency output signal e r obtained by inputting the AC applied voltage e f to a multiplier.

そして、この位相検波出力電圧の符号を識別す
ることによつて、印加方向を知ることになるわけ
である。
By identifying the sign of this phase detection output voltage, the direction of application can be determined.

ところが、このような回路構成は、特公昭54−
6856に開示されているようにフラツクスゲートマ
グネトメータにおける信号処理回路と全く同じで
あつて、単なるブリツジ回路からだけでは、被測
定磁界の完全計測は不能であり、この方式におけ
る測定回路の簡素化は不可能である。また、この
ようなブリツジ回路では、ブリツジ回路に印加す
る交流電源部と磁気を感応するインダクタンス素
子とを結ぶ伝送、および、ブリツジ回路全体と信
号処理回路部との伝送は、AC−AC伝送(交流伝
送)であるため、伝送路が長くなると減衰がはげ
しくなり、数100mぐらい離すと全く磁気計測は
不能になる。
However, this kind of circuit configuration was
6856, it is exactly the same as the signal processing circuit in a fluxgate magnetometer, and it is impossible to completely measure the magnetic field to be measured using a simple bridge circuit, so this method simplifies the measurement circuit. is impossible. In addition, in such a bridge circuit, the transmission between the AC power supply section applied to the bridge circuit and the inductance element that senses magnetism, and the transmission between the entire bridge circuit and the signal processing circuit section are AC-AC transmission (AC (transmission), the longer the transmission line, the more attenuation will occur, and if the distance is several hundred meters, magnetic measurement will become impossible.

本発明は、上記欠点を自励可能とした磁性細線
磁心のブリツジ回路を用いて解決した磁気検出方
法を提供するものである。
The present invention provides a magnetic detection method that solves the above-mentioned drawbacks by using a bridge circuit of a magnetic thin wire core that can be self-excited.

すなわち本発明は、磁性細線磁心に一次巻線と
二次巻線とを同極性になるように巻装して構成し
た磁気感応部を交流ブリツジ回路の一辺に装入
し、磁性細線磁心に印加した被測定磁界によつて
前記ブリツジ回路の中間点に生ずる不平衡電圧を
前段のオペアンプにて検出し、該オペアンプの出
力電圧である正または負の飽和直流電圧を前記一
次巻線に帰還して磁性細線磁心を自励可能にする
とともに、印加した被測定磁界によつて定まる磁
束密度レベルを基準としてこの基準レベルから前
記磁気感応部が正負最大磁束密度レベルに到達す
るまでの正の励磁時間および負の励磁時間に対応
する正負両極性を有する方形波電圧を前記オペア
ンプの出力側に発生せしめ、該正負方形波電圧を
次段のオペアンプにて両者の励磁時間差から被測
定磁界の強さおよび極性を検出することを特徴と
し、また前段のオペアンプの出力電圧である飽和
直流電圧を一次巻線に、また次段のオペアンプの
出力電圧を二次巻線に各々帰還する自励ブリツジ
形磁気検出方法である。
That is, in the present invention, a magnetic sensing part, which is constructed by winding a primary winding and a secondary winding around a magnetic thin wire core so that they have the same polarity, is inserted into one side of an AC bridge circuit, and an electric current is applied to the magnetic thin wire core. An unbalanced voltage generated at the intermediate point of the bridge circuit due to the magnetic field to be measured is detected by an operational amplifier in the previous stage, and a positive or negative saturated DC voltage, which is the output voltage of the operational amplifier, is fed back to the primary winding. In addition to making the magnetic thin wire core self-excitable, the positive excitation time from this reference level to the magnetic flux density level determined by the applied magnetic field to be measured until the magnetic sensitive part reaches the maximum positive and negative magnetic flux density levels, and A square wave voltage having both positive and negative polarities corresponding to the negative excitation time is generated on the output side of the operational amplifier, and the positive and negative square wave voltages are sent to the next stage operational amplifier to determine the strength and polarity of the magnetic field to be measured from the difference in excitation time between the two. A self-excited bridge type magnetic detection method that detects the saturated DC voltage, which is the output voltage of the operational amplifier in the previous stage, to the primary winding, and returns the output voltage of the operational amplifier in the next stage to the secondary winding. It is.

本発明の第1の特徴は、自励可能とした磁性細
線磁心とオペアンプにより自励ブリツジ回路を構
成し、ブリツジ内のオペアンプの正負飽和直流電
圧を直接、ブリツジ回路に印加して磁界の強さと
極性を知ることができるようにした点である。
The first feature of the present invention is that a self-excited bridge circuit is configured by a magnetic thin wire core that can be self-excited and an operational amplifier, and that the positive and negative saturation DC voltages of the operational amplifier in the bridge are directly applied to the bridge circuit to adjust the strength of the magnetic field. This makes it possible to know the polarity.

第2の特徴は、磁心として、高透磁率、低保磁
力であるアモルフアス磁性細線を使用することに
より小さな消費電力にて高感度磁界測定を可能に
したことである。
The second feature is that by using an amorphous magnetic wire with high permeability and low coercive force as the magnetic core, high-sensitivity magnetic field measurement is possible with low power consumption.

第3の特徴は、フラツクスゲート方式やブリツ
ジ方式にみられる交流励磁電圧、倍周波信号など
のパワー・信号の送受方法はAC−AC伝送方式で
あつたが、本発明では減衰の少ないDC−DC方式
(直流伝送方式)に改良することにより、コード
長が数100mに及んでも高感度磁界測定を可能に
したことである。
The third feature is that while the AC-AC transmission method was used to transmit and receive power and signals such as AC excitation voltage and double frequency signals found in the fluxgate method and the bridge method, the present invention uses a DC-AC transmission method with less attenuation. By improving the DC method (direct current transmission method), it is now possible to perform highly sensitive magnetic field measurements even with cord lengths of several hundred meters.

第4の特徴は、ブリツジ回路及びフラツクスゲ
ートマグネトメータの回路構成における交流励磁
電源、逓倍器、同調増巾器、同期整流部などの主
要基本構成回路を全く必要とせずに、簡素化され
た磁性細線磁心とオペアンプの結合回路によつて
磁界の強さと極性を測定しうるようにしたことで
ある。
The fourth feature is that the main basic component circuits such as AC excitation power supply, multiplier, tuned amplifier, and synchronous rectifier in the bridge circuit and fluxgate magnetometer circuit configurations are not required at all, and are simplified. The strength and polarity of the magnetic field can be measured using a coupling circuit consisting of a magnetic thin wire core and an operational amplifier.

以下、図面において詳細に説明する。 A detailed explanation will be given below with reference to the drawings.

第1図は本発明における磁気検出素子の基本構
成を示す。第1図aは、磁界測定の場合を示し1
はガラス管で、その外側には端子2a,2bの一
次巻線2と、端子3a,3bの二次巻線3が巻か
れている。コンデンサ5は磁心より発生する雑音
成分を吸収させるもので、端子2a,2bの巻線
端子に接続され、端子2b,3bは結線されてア
ースGに落とされている。各巻線2,3の巻線極
性は図示の通り同極性とする。ガラス管1の中心
空間部には、磁性細線磁心4(以下、磁心とい
う)が挿入されている。磁心材料としては、高透
磁率、低保磁力であるアモルフアス磁性材料が最
適であるが、その他、パーマロイなどこれを限定
するものではない。
FIG. 1 shows the basic configuration of a magnetic detection element in the present invention. Figure 1a shows the case of magnetic field measurement.
is a glass tube, and a primary winding 2 of terminals 2a, 2b and a secondary winding 3 of terminals 3a, 3b are wound on the outside thereof. The capacitor 5 absorbs noise components generated from the magnetic core, and is connected to the winding terminals of the terminals 2a and 2b, and the terminals 2b and 3b are connected to ground G. The winding polarities of the windings 2 and 3 are the same as shown in the figure. A thin magnetic wire core 4 (hereinafter referred to as a magnetic core) is inserted into the central space of the glass tube 1 . As the magnetic core material, an amorphous magnetic material having high magnetic permeability and low coercive force is most suitable, but other materials such as permalloy are not limited thereto.

第1図bは、電流測定の場合において磁気検出
素子を直流CT用に構成した時の基本構成を示す。
磁心4は、細線を環状にぐるぐる巻いて構成し、
この環状磁心に巻線2,3が巻装されている。そ
してこの磁心を貫通する電流IexをIexで作る磁界
Hより換算して高感度に測定しうるようにしたも
のである。
FIG. 1b shows the basic configuration when the magnetic detection element is configured for DC CT in the case of current measurement.
The magnetic core 4 is formed by winding a thin wire into an annular shape,
Windings 2 and 3 are wound around this annular magnetic core. The current Iex passing through this magnetic core is converted from the magnetic field H generated by Iex, and can be measured with high sensitivity.

第2図は、本発明の動作原理を磁心4のB−H
特性を用いて説明するための図である。第2図a
は、被測定磁界Hexが零(Hex=0)の時におけ
る磁心4のB−H特性を示したものである。磁心
4にはヒステリシスが存在するため、励磁の1サ
イクルでは、図示されているように→→→
→の経路をたどることになる。ここで、Hex
=0の状態の時に、正の直流電圧を一次巻線2に
印加し、正の励磁界によつて磁心4を最大磁束密
度Bnまで励磁させると、図示の通りその磁束密
度変化巾は△B12となる。そして、磁心4の磁束
密度がBn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なくなるので磁
束密度レベルは点から点のレベルに急速に戻
る。今度は、負の直流電圧を印加して、負の励磁
界によつて磁心4を負の最大磁束密度−Bnまで
励磁させると、その磁束密度変化巾は△B34とな
り、|△B12|=|△B34|が成立することにな
る。ところが、第2図bに示すごとく、正の被測
定磁界H′ex(>0)が、磁心4に印加している状
態から、前述の励磁サイクルをくりかえす場合を
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△B′12、負励磁界の印加時では
△B′34となり、△B′12と△B34の間には、明らか
に|△B′12|<|△B′34|が成立する。いいかえ
れば、励磁用の直流電圧が零状態から、磁心4を
正あるいは負の最大磁束密度レベルにまで励磁す
るに要する正励磁期間t′+と負励磁期間t′-の間に、
t′+<t′-の関係式が成立することになる。
FIG. 2 shows the operating principle of the present invention at B-H of the magnetic core 4.
FIG. 2 is a diagram for explaining using characteristics. Figure 2a
shows the B-H characteristic of the magnetic core 4 when the magnetic field to be measured Hex is zero (Hex=0). Since hysteresis exists in the magnetic core 4, in one cycle of excitation, →→→
You will follow the route →. Here, Hex
= 0, when a positive DC voltage is applied to the primary winding 2 and the magnetic core 4 is excited to the maximum magnetic flux density B n by a positive excitation field, the range of change in magnetic flux density is △ as shown in the figure. B becomes 12 . If the DC voltage is made zero at the same time that the magnetic flux density of the magnetic core 4 reaches B n , the magnetic field applied to the magnetic core 4 disappears, and the magnetic flux density level quickly returns from the point to the level of the point. Next, when a negative DC voltage is applied and the magnetic core 4 is excited by a negative excitation field to the negative maximum magnetic flux density -B n , the range of change in magnetic flux density becomes △B 34 , and |△B 12 |=|△B 34 | holds true. However, as shown in FIG. 2b, if we consider the case where the above-mentioned excitation cycle is repeated from a state in which a positive measured magnetic field H'ex (>0) is applied to the magnetic core 4, The range of change in magnetic flux density when an excitation field is applied is △B′ 12 and when a negative excitation field is applied, it becomes △B′ 34 , and clearly between △B′ 12 and △B 34 , |△B′ 12 | <|△B′ 34 | holds true. In other words, during the positive excitation period t' + and negative excitation period t' - required for the excitation DC voltage to excite the magnetic core 4 from the zero state to the positive or negative maximum magnetic flux density level,
The relational expression t′ + <t′ - holds true.

次に、第2図cに示すごとく、負の被測定磁界
H″ex(<0)が、磁心4に印加している状態か
ら、前述の励磁サイクルをくり返えすと、正励磁
時に△B″12、負励磁時に△B″34の磁束密度変化が
みられ、正励磁期間t″+と負励磁期間t″-の間に、
t″+>t″-が成立することになる。そこで、磁心4
に前述の励磁サイクル時に印加する励磁直流電圧
値が磁心4の最大磁束密度レベルにおいても低下
あるいは変動しないように、第3図の磁気検出回
路に示すごとく一次巻線2と直列に可変抵抗6を
接続し、この可変抵抗によつてインピーダンス調
整をする。そこで、磁心4の磁束レベルが最大磁
束密度レベルあるいはに達すると同時に自動
的に直流電圧Vc,−Vcの極性が切り換えされる
場合を考えると、端子7(または、端子8)にお
ける電圧波形eは、正負両極性を有する方形波電
圧波形として観測されることになる。第4図は、
このような仮定のもとに、Hex=0,H′ex>0,
H″ex<0の各場合における端子7における電圧
波形eを図示したものである。図からわかるよう
に、両極性方形波の正の半サイクル持続期間t+
t′+,t″+と、負の半サイクル持続期間t-,t′-,t″-
は、被測定磁界Hex,H′ex,H″exによつて制御
されることがわかる。それ故、eを積分し、その
電圧積分値Eo,E′o,E″oの符号と電圧値から被
測定磁界Hexの極性と強さに対応させて換算表示
することにより、磁界測定を可能にすることがで
きることがわかる。
Next, as shown in Figure 2c, the negative magnetic field to be measured is
When H″ex (<0) is applied to the magnetic core 4 and the above excitation cycle is repeated, the magnetic flux density changes by △B″ 12 during positive excitation and △B″ 34 during negative excitation. and between the positive excitation period t″ + and the negative excitation period t″ - ,
t″ + >t″ - holds true. Therefore, magnetic core 4
In order to prevent the excitation DC voltage value applied during the aforementioned excitation cycle from decreasing or fluctuating even at the maximum magnetic flux density level of the magnetic core 4, a variable resistor 6 is connected in series with the primary winding 2 as shown in the magnetic detection circuit of FIG. and adjust the impedance using this variable resistor. Therefore, considering the case where the polarity of the DC voltages Vc and -Vc is automatically switched at the same time as the magnetic flux level of the magnetic core 4 reaches the maximum magnetic flux density level or the maximum magnetic flux density level, the voltage waveform e at the terminal 7 (or terminal 8) is , it will be observed as a square wave voltage waveform with both positive and negative polarities. Figure 4 shows
Under these assumptions, Hex=0, H′ex>0,
2 illustrates the voltage waveform e at terminal 7 for each case of H″ex<0. As can be seen, the positive half-cycle duration of the bipolar square wave t + ,
t′ + , t″ + and the negative half-cycle duration t , t′ , t″
It can be seen that is controlled by the magnetic fields to be measured Hex, H′ex, H″ex.Therefore, integrate e and find the signs and voltage values of the voltage integral values Eo, E′o, E″o. It can be seen that magnetic field measurement can be made possible by converting and displaying the polarity and strength of the magnetic field to be measured Hex.

第5図は、本発明の動作原理を自動的に遂行す
るための全体回路図である。機能的には、磁気感
応部100、表示回路部200、直流安定化電源
部300から成立する。
FIG. 5 is an overall circuit diagram for automatically implementing the operating principle of the present invention. Functionally, it consists of a magnetic sensing section 100, a display circuit section 200, and a DC stabilized power supply section 300.

まず、磁気感応部100のブリツジ回路を構成
する素子として、一辺には可変抵抗6、一次巻線
2とコンデンサ5が存在し、他辺には可変抵抗1
1と可変抵抗10が存在する。また、ブリツジ各
辺の両端の一端はオペアンプOP1の出力端子7
に、他端はアースGに接続されている。2次巻線
は、磁心4に印加する被測定磁界Hexが強い場
合、Hexを打消すに十分大きい励磁界を発生させ
るもので、これは表示回路部200から出力させ
る励磁電流が端子3aに入力されることにより実
行される。第5図からわかるように、正帰還にな
るように接続されているこのフイードバツク系
は、強磁場印加中において、磁気感応部の自励動
作を安定化させる作用をする。また被測定磁界に
対する出力電圧の関係を表わす入出力特性の直線
性の改善と、測定範囲の拡大にも寄与するもの
で、実用上非常に有用である。オペアンプOP1
各入力端子への入力は、非反転端子Pには一次巻
線2の端子2aが結点Aを介して入力され、反転
端子Nには可変抵抗10,11の結点Bを介して
入力されている。オペアンプOP1の動作は、P,
N端子間における入力電圧差eA−eBを増巾する増
巾器として動作しているのではなく、入力電圧差
eA−eB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いは負の飽和直流電圧を出
力する符号識別器として機能させているのであ
る。コンデンサ5は、磁心4で発生する雑音成分
を吸収させるとともに、急速な磁速変化、たとえ
ばブリツジ印加電圧の正負切換えによつて発生す
る磁束フライバツク現象による影響を抑制するこ
とによつて自励動作を安定化させ、その結果とし
て入出力特性の線形性を改善する作用を有してい
る。
First, as elements constituting the bridge circuit of the magnetic sensing section 100, there are a variable resistor 6, a primary winding 2, and a capacitor 5 on one side, and a variable resistor 1 on the other side.
1 and a variable resistor 10 are present. Also, one end of each side of the bridge is the output terminal 7 of the operational amplifier OP1 .
The other end is connected to ground G. The secondary winding generates an excitation field large enough to cancel Hex when the measured magnetic field Hex applied to the magnetic core 4 is strong. This is because the excitation current output from the display circuit section 200 is input to the terminal 3a It is executed by As can be seen from FIG. 5, this feedback system, which is connected for positive feedback, has the effect of stabilizing the self-excitation operation of the magnetically sensitive section while a strong magnetic field is being applied. It also contributes to improving the linearity of the input/output characteristics representing the relationship between the output voltage and the magnetic field to be measured and to expanding the measurement range, making it very useful in practice. The inputs to each input terminal of the operational amplifier OP 1 are as follows: Terminal 2a of the primary winding 2 is input to the non-inverting terminal P via node A, and node B of variable resistors 10 and 11 is input to the inverting terminal N. It is entered through. The operation of operational amplifier OP 1 is P,
It does not operate as an amplifier that amplifies the input voltage difference e A - e B between the N terminals, but the input voltage difference
It functions as a sign discriminator that distinguishes whether e A - e B is positive or negative and outputs a positive or negative saturated DC voltage corresponding to each. The capacitor 5 absorbs noise components generated in the magnetic core 4, and also suppresses the effects of magnetic flux flyback phenomenon caused by rapid changes in magnetic velocity, such as switching between positive and negative voltages applied to the bridge, thereby achieving self-excitation operation. It has the effect of stabilizing and, as a result, improving the linearity of input/output characteristics.

次に、自励動作について説明する。 Next, the self-excitation operation will be explained.

ここで、理解を容易にするために、可変抵抗
6,10,11の抵抗値をR6,R10,R11とし、
一次巻線2のインピーダンスをZ2とし、磁心4が
最大磁束密度±Bnに達する直前のインピーダン
スをZ2m-とし、±Bnに達した時のインピーダン
スをZ2mとして、これらの間にはR6>Z2及びR11
>R10、かつR6=R11およびZ2m->R10>Z2mが成
立しているひとつの場合に限定して考えることに
する。仮りに、今の瞬間において、オペアンプ
OP1の出力端子7の出力電圧が正の飽和直流電圧
+Vsに切換わつたとすれば、磁心4における磁
束密度レベルは被測定磁界で規定される磁束密度
レベルにまで急速に戻ることになる(の状態)。
そして反転端子Nには抵抗11と10によつて分
圧された正の電圧eB(>0)が入力されることに
なり、非反転端子Pには抵抗6とコンデンサ5を
含む一次巻線2のインピーダンスとの分圧によつ
て定まる正の電圧eA(>0)が入力される。ここ
で、一次巻線のインピーダンスZ2は磁心4が磁束
不飽和状態に入つているため、非常に大きく、抵
抗10との間にはZ2>R10が成立するので、オペ
アンプ入力電圧差の符号は正(eA−eB>0)とな
り、オペアンプOP1の出力電圧はそのまま正の飽
和直流電圧+Vsを維持する。ところが、磁心4
における磁束密度レベルが次第に上昇し、徐々に
正の最大磁束密度Bnに近づくにつれ、透磁率の
減少にともない、一次巻線2のインピーダンスZ2
は低下し、磁心4が正の最大磁束密度Bnに達す
る直前でZ2=Z2m-となり、この時点ではZ2m-
R10が成立しているが次の瞬間には磁心4は最大
磁束密度Bnに達するので(の状態)、今度はZ2
=Z2m<R10となる。その結果eA<eBの関係が成
立しオペアンプOP1の入力端子間入力電圧差の符
号は正(eA−eB>0)の状態から負(eA−eB
0)の状態へ変化するため、オペアンプOP1の出
力端子7には負の飽和直流電圧−Vsが発生する。
そしてこの電圧は、ブリツジの端子7とアースG
の間に印加されると同時に、磁心4の磁束密度レ
ベルは再び被測定磁界で規定されるレベルにまで
急速に戻る(の状態)。この負の励磁サイクル
に突入するとZ2>R10;eA<0;eB<0;eA−eB
<0の関係が成立し、磁心4における磁束変化
は、逆方向に向かつて進む。そして時間の経過と
ともに、磁心4の磁束密度レベルが、負の最大磁
束密度−Bnに達すると(の状態)、Z2=Z2m<
R10,eA>eBが成立し、オペアンプOP1の入力電
圧差の符号は正(eA−eB>0)となつて、OP1
出力端子7には正の飽和直流電圧+Vsが出現す
ることになるのである。
Here, for ease of understanding, the resistance values of variable resistors 6, 10, and 11 are assumed to be R 6 , R 10 , R 11 ,
The impedance of the primary winding 2 is Z 2 , the impedance just before the magnetic core 4 reaches the maximum magnetic flux density ±B n is Z 2 m - , and the impedance when it reaches ±B n is Z 2 m, and between these For R 6 > Z 2 and R 11
>R 10 and R 6 =R 11 and Z 2 m - >R 10 >Z 2 m will be considered. Suppose, at this moment, the operational amplifier
If the output voltage at the output terminal 7 of OP 1 were to switch to the positive saturated DC voltage +V s , the magnetic flux density level in the magnetic core 4 would rapidly return to the magnetic flux density level defined by the magnetic field to be measured. (state of).
The positive voltage e B (>0) divided by resistors 11 and 10 is input to the inverting terminal N, and the primary winding including the resistor 6 and capacitor 5 is input to the non-inverting terminal P. A positive voltage e A (>0) determined by the voltage division with the impedance of 2 is input. Here, the impedance Z 2 of the primary winding is very large because the magnetic core 4 is in a magnetic flux unsaturated state, and Z 2 > R 10 holds between it and the resistor 10, so the difference in operational amplifier input voltage The sign becomes positive (e A −e B >0), and the output voltage of the operational amplifier OP 1 maintains the positive saturated DC voltage +V s . However, magnetic core 4
As the magnetic flux density level at gradually increases and gradually approaches the maximum positive magnetic flux density B n , the impedance of the primary winding 2 Z 2 decreases as the magnetic permeability decreases.
decreases, and just before the magnetic core 4 reaches the maximum positive magnetic flux density B n , Z 2 = Z 2 m - , and at this point Z 2 m - >
R 10 is established, but at the next moment the magnetic core 4 reaches the maximum magnetic flux density B n (state), and now Z 2
=Z 2 m<R 10 . As a result, the relationship e A < e B is established, and the sign of the input voltage difference between the input terminals of operational amplifier OP 1 changes from positive (e A − e B > 0) to negative (e Ae B <
0), a negative saturated DC voltage -Vs is generated at the output terminal 7 of the operational amplifier OP1 .
And this voltage is connected to terminal 7 of the bridge and ground G.
At the same time, the magnetic flux density level of the magnetic core 4 quickly returns to the level defined by the magnetic field to be measured. When entering this negative excitation cycle, Z 2 > R 10 ; e A <0; e B <0; e A −e B
The relationship <0 is established, and the magnetic flux change in the magnetic core 4 progresses in the opposite direction. Then, as time passes, when the magnetic flux density level of the magnetic core 4 reaches the negative maximum magnetic flux density -B n (state), Z 2 = Z 2 m <
R 10 , e A > e B is established, the sign of the input voltage difference of operational amplifier OP 1 is positive (e A −e B > 0), and the output terminal 7 of OP 1 has a positive saturated DC voltage +V. s will appear.

以上の回路動作説明より、磁心4が最大磁束密
度+Bnまたは−Bnに達するごとにオペアンプ
OP1の飽和直流電圧±Vsが交互に自動的に切り換
えられることが明らかとなつた。
From the above circuit operation explanation, each time the magnetic core 4 reaches the maximum magnetic flux density +B n or -B n , the operational amplifier
It has become clear that the saturation DC voltage ±V s of OP 1 is automatically switched alternately.

また、磁心4に被測定磁界Hex,H′ex(>0)、
H″ex(<0)が印加された状態で前述の動作をさ
せると、オペアンプOP1の出力端子では第4図に
示されているような方形波電圧波形が観測される
ことも容易に理解できるわけである。ただし、正
確を期すならば、第4図の±Vcを±Vsに置き換
えて読み取れば十分である。
In addition, the magnetic field to be measured Hex, H′ex (>0),
It is also easy to understand that if the above operation is performed with H″ex (<0) applied, a square wave voltage waveform as shown in Figure 4 will be observed at the output terminal of operational amplifier OP 1 . However, if you want to be accurate, it is sufficient to replace ±V c in Figure 4 with ±V s and read it.

200は表示回路部で、磁気感応部100の出
力電圧を積分増巾するオペアンプOP2と、これに
接続された積分用のコンデンサ12と、抵抗1
3,14,16,18およびチヨークコイル1
7、指示針19から構成されている。
200 is a display circuit section, which includes an operational amplifier OP 2 that integrates and amplifies the output voltage of the magnetically sensitive section 100, an integrating capacitor 12 connected to this, and a resistor 1.
3, 14, 16, 18 and chiyoke coil 1
7. Consists of an indicator needle 19.

オペアンプOP2の出力端子15では、被測定磁
界のN極あるいはS極とその強さにそれぞれ対応
する正あるいは負の直流電圧値が観測される。
At the output terminal 15 of the operational amplifier OP 2 , a positive or negative DC voltage value corresponding to the N pole or S pole of the magnetic field to be measured and its strength is observed.

チヨークコイル17は、磁気感応部100から
の雑音成分が表示回路部に影響を与えないよう
に、それを抑制するために挿入されている。この
チヨークコイル17を抵抗によつて代行させるこ
とも可能である。300は直流安定化電源部であ
り、オペアンプOP1,OP2を駆動するためのもの
である。磁気感応部100と表示回路部との伝送
は直流分だけで目的が達成される本発明では、磁
気感応部100と直流安定化電源部300との伝
送も直流分であることから、パワーの送受、信号
の送受は完全なDC−DC方式になつている。それ
故、たとえば測定室には直流安定化電源部300
と表示回路部200を設置し、数100mはなれた
ところの取り付けられた磁気感応部100が感応
する磁気変化あるいは異常な地磁気の変動などを
測定室においてモニターすることが可能になるの
である。
The chiyoke coil 17 is inserted to suppress noise components from the magnetically sensitive section 100 so that they do not affect the display circuit section. It is also possible to use a resistor instead of the choke coil 17. 300 is a DC stabilized power supply unit for driving operational amplifiers OP 1 and OP 2 . In the present invention, in which the purpose of transmission between the magnetically sensitive section 100 and the display circuit section is achieved with only a DC component, the transmission between the magnetically sensitive section 100 and the DC stabilized power supply section 300 is also a DC component, so that power transmission and reception is not possible. , signal transmission and reception is a complete DC-DC system. Therefore, for example, a DC stabilized power supply unit 300 is installed in the measurement room.
By installing the display circuit section 200, it becomes possible to monitor in the measurement room any magnetic changes or abnormal geomagnetic fluctuations that are detected by the magnetically sensitive section 100 installed several hundred meters away.

第6図は磁気感応部100の変形回路であつ
て、第5図に示した抵抗11の代りに2次巻線3
を挿入した場合の実施例を示している。
FIG. 6 shows a modified circuit of the magnetically sensitive section 100, in which a secondary winding 3 is used instead of the resistor 11 shown in FIG.
An example is shown in which .

なお、自励動作は第5図の説明から容易に推察
できるので省略する。
Note that the self-excited operation can be easily inferred from the explanation of FIG. 5, so a description thereof will be omitted.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明における磁気検出素子の基本構
成を示す説明図、第2図は本発明の動作原理を磁
心のB−H特性を用いて説明する説明図、第3図
は本発明を実施する磁気検出回路の一例を示す図
面、第4図は第3図に於てHex=0,H′ex>0,
H″ex<0の各場合の端子における電圧波形eの
図、第5図は磁心を励磁する直流電圧を自動的に
切り換えるようにした磁気感応部、直流安定化電
源部、磁気感応部の出力を積分増巾する表示回路
部から成る全体回路の1例を示す図、第6図は第
5図の磁気感応部の変形回路の1例を示す図、 1……ガラス管、2……一次巻線、3……二次
巻線、4……磁性細線磁心、5……コンデンサ、
2a,2b,3a,3b……端子、G……アー
ス、100……磁気感応部、200……表示回路
部、300……直流安定化電源部、A,B……結
点、OP1,OP2……オペアンプ、P……非反転端
子、17……チヨークコイル、N……反転端子、
19……指示計。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the magnetic detection element in the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram explaining the operating principle of the present invention using the B-H characteristics of the magnetic core, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the magnetic detection element in the present invention. FIG. 4 is a drawing showing an example of a magnetic detection circuit in which Hex=0, H'ex>0,
A diagram of the voltage waveform e at the terminal in each case of H″ex < 0, Figure 5 shows the output of the magnetically sensitive section, DC stabilized power supply section, and magnetically sensitive section that automatically switches the DC voltage that excites the magnetic core. FIG. 6 is a diagram showing an example of a modified circuit of the magnetically sensitive section shown in FIG. 5. 1...Glass tube, 2...Primary Winding wire, 3...Secondary winding, 4...Magnetic thin wire core, 5...Capacitor,
2a, 2b, 3a, 3b...terminal, G...earth, 100...magnetic sensing section, 200...display circuit section, 300...DC stabilized power supply section, A, B...junction, OP 1 , OP 2 ...Operational amplifier, P...Non-inverting terminal, 17...Chi York coil, N...Inverting terminal,
19... Indicator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 磁性細線磁心に一次巻線と二次巻線とを同極
性になるように巻装して構成した磁気感応部を交
流ブリツジ回路の一辺に装入し、磁性細線磁心に
印加した被測定磁界によつて前記ブリツジ回路の
中間点に生ずる不平衡電圧を前段のオペアンプに
て検出し、該オペアンプの出力電圧である正また
は負の飽和直流電圧を前記一次巻線に帰還して磁
性細線磁心を自励可能にするとともに、印加した
被測定磁界によつて定まる磁束密度レベルを基準
としてこの基準レベルから前記磁気感応部が正負
最大磁束密度レベルに到達するまでの正の励磁時
間および負の励磁時間に対応する正負両極性を有
する方形波電圧を前記オペアンプの出力側に発生
せしめ、該正負方形波電圧を次段のオペアンプに
て両者の励磁時間差から被測定磁界の強さおよび
極性を検出することを特徴とする自励ブリツジ形
磁気検出方法。 2 前段のオペアンプの出力電圧である正または
負の飽和直流電圧を一次巻線に、また次段のオペ
アンプの出力電圧を二次巻線に各々帰還する特許
請求の範囲第1項記載の自励ブリツジ形磁気検出
方法。
[Scope of Claims] 1. A magnetic thin wire core is produced by inserting a magnetically sensitive part formed by winding a primary winding and a secondary winding around a magnetic thin wire core so that they have the same polarity into one side of an AC bridge circuit. The unbalanced voltage generated at the midpoint of the bridge circuit by the magnetic field to be measured applied to the bridge circuit is detected by the operational amplifier in the previous stage, and the positive or negative saturated DC voltage, which is the output voltage of the operational amplifier, is fed back to the primary winding. to enable self-excitation of the magnetic thin wire core, and positive excitation from this reference level to the magnetic flux density level determined by the applied measured magnetic field until the magnetic sensitive part reaches the maximum positive and negative magnetic flux density levels. A square wave voltage having positive and negative polarities corresponding to time and negative excitation time is generated on the output side of the operational amplifier, and the positive and negative square wave voltages are transmitted to the next stage operational amplifier, and the strength of the magnetic field to be measured is determined from the excitation time difference between the two. and a self-excited bridge type magnetic detection method characterized by detecting polarity. 2. Self-excitation according to claim 1, in which the positive or negative saturated DC voltage, which is the output voltage of the operational amplifier in the previous stage, is fed back to the primary winding, and the output voltage of the operational amplifier in the next stage is fed back to the secondary winding. Bridge type magnetic detection method.
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