JPH05196652A - 共鳴指示磁力計を用いた電流センサ - Google Patents

共鳴指示磁力計を用いた電流センサ

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JPH05196652A
JPH05196652A JP4178851A JP17885192A JPH05196652A JP H05196652 A JPH05196652 A JP H05196652A JP 4178851 A JP4178851 A JP 4178851A JP 17885192 A JP17885192 A JP 17885192A JP H05196652 A JPH05196652 A JP H05196652A
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Marc Beranger
ベランジェール マーク
Denis Duret
ジュール デニス
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、共鳴指示磁力計を用いた電流セン
サに関し、簡単な回路で、時間、温度、装置固有のドリ
フトを除去して、高い動作特性と高精度での電流の測定
を可能とする電流センサを実現することを目的をする。 【構成】 ギャップを有する磁気回路と、電流が磁気回
路を貫いて流れるときにその電流によってギャップに生
じる磁界を表現しその値が電流の強さの関数である電圧
を供給することのできる測定装置と、を備えた電流セン
サであって、測定装置はギャップに配置されるサンプル
と測定手段とを組み込んだ共鳴指示磁力計であり、サン
プルは共鳴スピンを有する材料で作られギャップに生じ
る磁界に平行なあるいは一致する分極磁界に曝され、測
定手段が、サンプルの近傍に配置される第１磁気手段に
よって、共鳴を励起し、励起された共鳴を検出し、そし
てその表現電圧を供給する、ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ギャップを持った磁気
回路を有する電流センサに関し、電流がその磁気回路を
貫くとき、その電流によってギャップに生じる電流の強
さの関数の値である磁界Hlexを表現する電圧を供給する
ことのできる測定装置に関する。
【０００２】電流の強さは、時間に関して一定である
か、あるいは周波数がほぼ105Hz 以下である交流であ
る。さらに、その電流は、電気的な導体によって運ばれ
るか、あるいは電気的に荷電された粒子のビームの流れ
のいずれかである。
【０００３】本発明は、さらに詳しくは、例えば、数mA
程度の小さい電流の強さを測定することに適用される。
【０００４】
【従来の技術】文献（１）すなわち1991年発行の「Elec
tronique Radio Plans」第520 巻の頁19〜21のChauvin
Arnouxによる”The grip current tester E1”および文
献（２）すなわち「Electro PJP 」の頁1 〜9 の”Tech
nical report of the designer”が、ギャップを持つ磁
気回路を有する電流センサを開示しており、そのどちら
もギャップに配置された、ホール効果によって構成され
る磁気センサあるいはプローブを備える。電流が磁気回
路を流れるとき、ギャップに磁界が生じ、その磁界は電
流の強さに比例しギャップの長さに反比例するのであ
る。
【０００５】ホール効果を用いたセンサに関連して、文
献（３）すなわち1989年発行の「Sensors and Actuator
s 」第17巻の頁39〜53のR.S.Popovic による”Hall eff
ectdevices ”が引用される。
【０００６】ホール効果を用いたその他のセンサが文献
（４）FR-A-2,584,195(Chauvin-arnoux)および文献
（５）EP-A-194,225(LEM SA)から知られている。
【０００７】ホール効果を用いた電流センサはいくつか
の不利益な影響を受け、特に、ほぼ１μT (microtesla)
という低い分解能であることと、ほぼ１mTの測定の間の
残留偏差を有することと、測定する信号の周波数に反比
例するノイズを有することと、機械的な疲労（詳しく
は、文献（３）の頁４３を参照）に敏感であることであ
る。
【０００８】ほぼ100ppm/ ℃である温度に対する感応性
と組み合わさったこれらの要因のすべてが、ホール効果
を用いたセンサの電流の分解能を良くても1mA の値に制
限する結果を有するのである。
【０００９】文献（６）すなわちUS-A-4,616,174(Jorge
nsen) および文献（７）すなわち1989年12月発行の「IE
EE transactions on instrumentation and measuremen
t」第17巻第 6号の頁1080〜1082のDerac Son と D.Siev
ertによる”A new current sensor based on the measu
rement of the apparent coercive field strength ”
で知られるその他の電流センサは、前述した磁気回路を
構成する非線形の磁気材料を利用したものである。文献
（６）および（７）に記載される装置では、磁気回路が
平均値がゼロであるパルス状の磁界に曝されるものであ
る。
【００１０】測定する電流の存在は磁気回路に存在する
磁束に関して対の成分の出現を生じさせる効果を有す
る。したがって、ホール効果のセンサに比較して電流分
解能をほぼ１桁増加させることが可能であるが、これは
使用する電気的な回路の複雑さを伴うのである。
【００１１】これに関連して、文献（８）すなわちULTR
ASTAB 860R（登録商標）電流変換器に関するDanfysik J
yllinge-Danmark の文献を参照することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな磁気回路と測定装置を備えた電流センサに伴う問題
を解決し、その電流分解能が上述したセンサのそれより
優れており１０-2mAに達することができ、それは、ホー
ル効果を用いた磁気センサに比較して電流分解能を２桁
増加させることができるものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用】この問題を解
決するために、本発明による電流センサは、その測定装
置が、共鳴スピンを有する材料から形成され、ギャップ
に生じる磁界に平行なあるいはそれに一致する分極を有
する磁界に曝される、磁気回路のギャップに配置された
サンプルと、サンプルの近傍に配置された第１磁気手段
によって、共鳴を励起し、励起された共鳴を検知し、そ
の電圧表現を供給する測定手段と、を有する共鳴指示磁
力計(resonance directional magnetometer)であること
を特徴とする。
【００１４】この電流の測定は、地磁気の異常を測定す
ることに本質的に関係する共鳴磁気測定から非常にかけ
離れた分野であることに留意すべきである。
【００１５】分極磁界(polarization field)は磁気回路
を貫いて流れる電流によってギャップに発生する磁界に
一致させることができることが知られている。この場
合、分極磁界を発生させるのはその電流である。
【００１６】本発明によるセンサの独特な実施例によれ
ば、測定手段は分極磁界Hbを発生させる分極手段を備
え、それはHoに近い値であり、ここでHoは共鳴状態にあ
るサンプルに加えられた磁界の値で以下で与えられるラ
ーモアの関係式(Larmor relation) によって定義され
る。
【００１７】この場合、分極手段は直流電源とそれが供
給される磁気コイルを備えて分極磁界Hbを発生させる。
これが分極磁界が時間に対してほぼ一定である本発明に
よるセンサを与える。
【００１８】測定手段はまたフィードバック手段あるい
は負のフィードバック手段を備え、ギャップに発生せし
められる磁界Hlexを補償する補償磁界を第２磁気手段を
経由してサンプルに発生させ、そして電圧表現を提供す
る。これらのフィードバック手段を用いることは、磁気
回路のギャップの幾何学的な特性に関連する測定の独立
性とともに、本発明によるセンサの測定力学上のそして
線形性での改善をなすものである。
【００１９】しかしながら、フィードバック手段あるい
は負のフィードバック手段を備えない、すなわち、測定
される電流によって生成される磁界が補償されない、本
発明によるセンサを提供することも可能である。
【００２０】直流電流によって生じる分極磁界の場合、
分極磁界Hbの安定性に関する問題があり、そのことは直
接に磁気回路を通って流れる電流の測定に影響する。こ
の問題を解決するための本発明によるセンサの好ましい
実施例によれば、矩形波のパルス状の分極磁界が使用さ
れ、それによってより良い分解能が得られる。
【００２１】さらに詳しくは、この好ましい実施例によ
れば、測定手段はまた処理手段を有して、矩形波の電流
を発生せしめ、ギャップに２つの値、 Ho - Hb + Hlex あるいは、Hb - Ho + Hlex の間のパルス状の磁界を生成する。ここで、Hoは共鳴状
態にあるサンプルに加えられる磁界の値であり、HbはHo
の値に近い分極磁界である。そして、第２磁気手段がパ
ルス状の矩形波電流を受信する。
【００２２】フィードバック手段は、処理手段によって
制御される積分器と、その入力が積分器の出力に接続さ
れその出力が第２磁気手段に供給される電圧−電流変換
器と、を備える。
【００２３】第１の実施例によれば、処理手段は、 ・ Hoに対応したラーモア周波数での電流を第１磁気手
段に供給しそして出力に電圧信号を供給し、サンプルに
加えられる磁界の関数としてのそれの変化がサンプルの
分散曲線に対応する、電気的手段と、 ・ +1と-1の交互の電圧利得を許す、電気的手段の出力
に接続される第１の電気的装置と、 ・ その入力が第１の電気的装置の出力に接続され、そ
の出力がフィードバック手段を制御する、サンプル＆ホ
ールド回路と、 ・ 電圧電源と、 ・ 電圧電源によって電圧を供給され、+1と-1の交互の
電圧利得を許す、第２の電気的装置と、 ・ その入力が第２の電気的装置の出力に接続され、第
２磁気手段に供給する、もう１つの電圧−電流変換器
と、を備える。
【００２４】第２の実施例によれば、それは第１の実施
例と異なり、同期検出を用い、その処理手段は、 ・ Hoに対応したラーモア周波数での電流を第１磁気手
段に供給し、そして出力に、可聴周波数での電圧信号に
よって制御される同期検出の結果として、電圧信号を供
給し、サンプルに加えられる磁界の関数としてのその電
圧信号の変化がサンプルの吸収曲線の導関数に対応す
る、電気的手段と、 ・ +1と-1の交互の電圧利得を許す、電気的手段の出力
に接続される第１の電気的装置と、 ・ その入力が第１の電気的装置の出力に接続され、そ
の出力がフィードバック手段を制御する、サンプル＆ホ
ールド回路と、 ・ 電圧電源と、 ・ 電圧電源によって電圧を供給され、+1と-1の交互の
電圧利得を許す、第２の電気的装置と、 ・ その入力が第２の電気的装置の出力に接続され、第
２磁気手段に供給する、もう１つの電圧−電流変換器
と、を備える。
【００２５】第３の実施例によれば、それはまた同期検
出を用い、その処理手段は、 ・ Hoに対応したラーモア周波数での電流を第１磁気手
段に供給し、そして出力に、可聴周波数での電圧信号に
よって制御される同期検出の結果として、電圧信号を供
給し、サンプルに加えられる磁界の関数としてのその電
圧信号の変化がサンプルの吸収曲線の導関数に対応す
る、電気的手段と、 ・ その入力が電気的手段の出力に接続され、その出力
がフィードバック手段を制御する、サンプル＆ホールド
回路と、 ・ 電圧電源と、 ・ 電圧と可聴周波数での同期検出によって得られた信
号との和に等しい電圧信号を出力において供給する加算
手段と、 ・ 加算手段の出力に接続され、+1と-1の交互の電圧利
得を許す、電気的装置と、 ・ その入力が電気的装置の出力に接続され、第２磁気
手段に供給する、もう１つの電圧−電流変換器と、を備
える。
【００２６】分極がパルスによってなされる場合に対応
する本発明によるセンサの好ましい実施例では、センサ
は、さらに、分極磁界の最大値と最小値を Ho と -Hoに
それぞれ等しく保持することのできる手段を備える。
【００２７】第２磁気手段はまた、磁気回路の周りに巻
かれる少なくとも１つの磁気コイルを備える。
【００２８】その変形において、その磁気コイルはギャ
ップに配置され、サンプル（２）の周りに巻かれてお
り、その軸は磁界Hlexに平行である。
【００２９】好ましくは、測定手段は共振回路を組み込
んでおり、周波数foに同調せしめられる共振回路を保持
することができる手段とともに、共振回路は第１磁気手
段を組み込みそして共鳴周波数foに同調せしめられる。
【００３０】本発明によるセンサはまた、第１磁気手段
とサンプルの周りに、地磁気に関する保護手段を備え
る。
【００３１】最後に、本発明によるセンサはまた、第１
磁気手段とサンプルの周りに、無線周波数の電磁気に関
する保護手段を備える。
【００３２】
【実施例】図１は本発明によるセンサに使用される磁気
回路CMの概略図である。この磁気回路CMは、例えば、強
磁性体である材料のような、高い透磁率を有する磁性体
から作られ、例えば、円環体のように形状づけられてい
る。磁気回路CMはギャップERを有し、また、測定される
べき電流IMを取り囲んでいる。
【００３３】この電流は、ギャップERでの磁界Hlexを引
き起こし、この磁界の値は公式、 Hlex = Nt・Iex/ep によって与えられる。ここで、Ntは磁気回路を流れる電
流の巻き数を表し、図１では 1である。Iex は電流IMの
強さを表す。epはギャップERの厚さあるいは長さを mで
表し、典型的には数mmの値を有する。
【００３４】図２は、図１に示す磁気回路とともに、本
発明による電流センサを形成する測定装置の概略図であ
る。図２に示すこの測定装置は、サンプル２を取り囲む
励起し受信するコイル４と、電気的な共鳴スピン(reson
ant electronic spins) を有する材料から形成されるサ
ンプル２と、を備えた共鳴指示磁力計MDである。
【００３５】コイル４を伴うサンプル２は図１のギャッ
プERに配置され、コイル４の軸 XはギャップERでの磁界
Hlexに対して垂直である。サンプル２は、Hlexに平行な
分極磁界Hbに曝されるとともに、電流IMによる磁界Hlex
にも曝される。
【００３６】この分極磁界Hbは図１の磁気コイルBMによ
って生成され、そのコイルは磁気回路に巻かれており定
電流発生器GCによって電流を供給される。磁界Hbは、コ
イルBMの巻き数に電流発生器GCからの電流の強さを乗算
しギャップの厚さで除算したものである。
【００３７】電気的なスピンが共鳴する場合、これらの
電気的なスピンの共鳴の周波数foはラーモアの関係式、 fo = g ・ Mo ・ Ho / ( 2π) で与えられ、ここで、πは3.14であり、g は電子の磁気
回転比(gyromagnetic ratio)であり g/2π=28GHz/T、 H
o は共鳴状態のスピンに加えられる磁界を表しA/m で表
現され、 Mo は 4π10-7H/m である。因みに何の制限も
ない場合、foは40MHz でありHbは 1.4mTである。
【００３８】図２からわかるように、foに調整された高
周波発振器６が共振回路１０の一部を構成する測定ブリ
ッジ８とコイル４によって共鳴を励起し、コイル４の側
面においてコイル４の端子間に配置された可変コンデン
サＣ1 を有して、共振回路１０が周波数foに同調せしめ
られる。
【００３９】図２は、コイル４とコンデンサＣ1 の共通
の端子に対応する接点Ｎ1 とグランドあるいはアースに
接続される反対側のもう一方の共通端子とを示す。
【００４０】測定ブリッジ８の機能は励起からの受信信
号を減結合(decouple)することである。
【００４１】図２の磁力計はまた、低雑音増幅器１６、
平衡ミキサー１８、および低域フィルタ２０を備える。
【００４２】ギャップでの分極磁界の方向およびコイル
４の軸の方向の両方に垂直である受信コイルが提供され
れば測定ブリッジ８は取り除くことができることは明ら
かである。したがって、その受信コイルは信号を送出し
発振器６に接続され、この場合、共振回路１０は単独で
増幅器１６に接続される（いわゆるブロッホ構成(Bloch
configuration) ）。
【００４３】測定ブリッジ８の出力で得られる高い周波
数の信号は増幅器１６によって増幅され、その基準信号
が高周波励起に同期している平衡ミキサー１８の入力に
導かれる。
【００４４】さらに詳しくは、その基準信号は発振器６
によって測定ブリッジ８に導かれる励起信号の周波数と
同一の周波数を有する信号であるが、その振幅と位相は
励起信号の振幅と位相とは異なったものとなる。ミキサ
ー１８の出力は低域通過フィルタ２０によってフィルタ
され高い周波数の調波とともに残留電圧が取り除かれ
る。
【００４５】低域通過フィルタ２０の出力に図示しない
適切な観測装置を配置することによって、励起信号およ
び基準信号に対する適切な位相を得ることが可能であ
り、図３の曲線は、ギャップERにおいてサンプルに加え
られる磁界H の関数としてフィルタ２０の出力電圧の変
化を表し、その磁界H は分極磁界Hbと測定されるべき電
流IMによって生じる磁界の和であり、共鳴はH がHoに等
しいときに起こるのである。
【００４６】”分散曲線（dispersion curve）”と呼ば
れる図３の曲線は、結果として、磁界Hlexの決定に用い
ることができ、したがって、測定すべき電流IMの強さIe
x を決定することに用いることができる。
【００４７】励起信号と基準信号のそれぞれの位相を適
切に選択することによって、フィルタ２０の出力におい
て、磁界H の関数としてその変化が図４にV で示される
電圧を得ることができ、その対応する曲線は”吸収曲線
(absorption curve)”と呼ばれる。
【００４８】図２に示される磁力計に関しては、文献
（９）すなわち1988年 7月20日出願のD.Duret とM.Bera
ngerによるフランス国特許第8809830 号およびEP-A-359
598 を参照することができる。
【００４９】電流IMを測定するのに、図１に示される磁
気回路CMに結合される図５に概略的に示されるもう１つ
の共鳴指示磁力計MDを使用することができる。
【００５０】図５に示される磁力計で得られる、したが
って、本発明で使用することのできる曲線は、吸収曲線
の導関数(derivative)である。
【００５１】図５の磁力計は、前述したように配置され
た、サンプル２、コイルBMおよびコイル４、発振器６、
測定ブリッジ８、共振回路１０、増幅器１６、そして平
衡ミキサー１８を用いる。
【００５２】図５の磁力計はまた、可聴周波数fmを有す
る信号( 拡散電流：dither current) を発生する発振器
２２およびその信号を受信しサンプル２に拡散磁界(dit
herfield)で参照される周波数fmの磁界を生成するコイ
ル２４とを備える。
【００５３】ギャップERにおけるコイル２４はサンプル
２の周りに巻かれ（このことは図を簡明にするために図
５では見えない）、その軸は磁界Hlexに平行である。そ
の変形として、コイル２４は磁気回路CMに巻かれること
もできる。
【００５４】コイルBMに関しては、それが磁気回路CMに
巻かれる代わりに、ギャップERに配置されてサンプル２
を取り囲み、その軸が磁界Hlexに平行であってもよい。
【００５５】図５の磁力計において、図３の低域通過フ
ィルタが、平衡ミキサー１８の出力において周波数fmを
中心とする帯域通過フィルタ２６に置き換えられてい
る。
【００５６】移相器２８が発振器６からの高い周波数の
信号を受信し、得られる適切な位相を有する信号を平衡
ミキサー１８に供給し、ミキサー１８の出力での電圧V
が図４に示される。
【００５７】発振器２２からの基準信号によって制御さ
れる周波数fmでの同期検出手段３０がフィルタ２６の出
力に接続される入力を有し、出力において電圧Vsを供給
する。この基準信号は周波数fmを有するが、その振幅と
位相は発振器２２によってコイル２４に供給される信号
の振幅と位相とは異なるものである。
【００５８】同期検出手段の出力に図示しない適切な観
測手段を配置することによって、図６に示される偏位電
圧(offset voltage)のない曲線を観測することが可能で
ある。この曲線は電圧Vsの変化を磁界H の関数として表
しており、図４の曲線の導関数を構成する。
【００５９】共鳴材料の最適化および高い周波数の磁界
と拡散の磁界それぞれの最適化を可能とするパラメータ
が文献（９）に記述される手順によって得られる。
【００６０】このことに関して、既に述べた本発明によ
るセンサおよび本発明のすべての実施例において、分極
磁界HbはHoに近くなければならないことに留意する必要
がある。
【００６１】”HbがHoの値に近い”という表現は、本発
明の実現のために図３の曲線が使用されるとき、HbとHo
の差の絶対値が、図３の曲線に関しては曲線の半分の幅
DH1以下であることを意味し、図６の曲線が使用される
ときには、図６の曲線の半分の幅DH2 以下であることを
意味する。
【００６２】図２および図５を参照して記述した電流セ
ンサはフィードバックのないセンサに対応している。出
力において、それらは測定すべき電流の強さに比例した
電圧を供給するが、測定範囲は比較的に制限されてい
る。そのようなセンサは、特に、”ゼロ”の検出、すな
わち、電流の強さが既知の基準電流の強さに、等しい
か、大きいか、あるいは小さいかどうかを知ることに使
用できる。
【００６３】そのような応用に対しては、コイルBMおよ
び発振器GCは必要ではなく取り除くことができる。した
がって、分極磁界は磁気回路CMを通る実際の電流IMによ
って生じる。
【００６４】図７に概略的に示される本発明によるセン
サは、磁界のフィードバックを用いており、それは図２
および図５に示されるセンサよりすぐれた線形性を有す
るセンサを得ることを可能とする。
【００６５】図７に示される本発明によるセンサは、図
１とともに図５を参照して記述したセンサの改良型であ
る。
【００６６】図５に示される電気的回路に加えて、図７
のセンサは、同期検出手段３０によって供給される電圧
Vsを積分する積分器３１と、出力においてコイル２４に
も供給される電流を供給するために、積分された電圧を
入力において受信する抵抗である電圧−電流変換器３１
a と、を備える。
【００６７】図７のセンサでは図５の帯域通過フィルタ
２６が、平衡ミキサー１８の出力電圧を増幅しその増幅
された電圧を同期検出手段３０に供給する低周波増幅器
１９と置き換えられていることがわかる。
【００６８】図７のセンサにおいては、測定される電流
による補足的な磁界がエラー信号を生成する。積分器３
１と、電圧−電流変換器３１a と、コイル２４とを備え
たフィードバックループの結果として、そのエラー信号
は共鳴曲線に重ねられ測定される電流による磁界を打ち
消すことに使用される。したがって、それは、図７のセ
ンサにおいて補足的な機能を有し、すなわち、測定され
る電流によって生じる磁界を打ち消すフィードバック磁
界を生み出すのである。
【００６９】フィードバック電流は測定される電流の影
像であり、積分器３１の出力電圧V2はその測定される電
流に比例する。
【００７０】したがって、単一のコイル２４の代わり
に、磁気回路CMに巻かれたあるいはサンプル２を取り囲
んでギャップに配置された、一方が拡散磁界を発生しも
う一方がフィードバック磁界を発生する２つのコイル
（その２つのコイルの軸はHlexに平行である）を使用す
ることが可能である。２つのコイルの一方を磁気回路に
巻きもう一方をサンプル２を取り囲んで配置することも
可能である。
【００７１】電圧−電流変換器３１a が抵抗である場合
に対応した構成上の変形において、積分器３１の出力は
直接にフィードバックコイル（図７でのコイル２４）の
一方の端子に接続され、その抵抗はフィードバックコイ
ルのもう一方の端子とアースあるいはグランドの間に配
置されてフィードバックコイルのもう一方の端子に電圧
V2を再生することを可能とする。
【００７２】図７の構成に比較すると、電圧V2をフィー
ドバック電流の強さに結合する比例要素において、図７
の場合には、フィードバックコイルのインダクタンスの
ためにリアクタンスな成分が現れることによって測定す
ることが阻害されるのに反して、この図示されない変形
は対応するセンサが電流IMを正確に測定することを可能
とする利点を有している。
【００７３】図２および図５によるセンサと比較する
と、フィードバックを用いた本発明によるセンサの利点
は、高い動作特性と高精度で電流のランダムな強さを測
定することを可能とすることである。
【００７４】このセンサの利得はフィードバックコイル
の巻き数と電圧−電流変換器３１aの利得とに依存する
だけである。
【００７５】磁気測定の磁界においてフィードバックあ
るいは負のフィードバックを使用するために、文献（１
０）すなわち1987年12月16日出願のJ.Cresciniによるフ
ランス国特許第 8717566号およびD.Duret による米国特
許第US-A-4916393号を参照することができる。図２、図
５、および図７を参照して記述される本発明によるセン
サは分極磁界Hbの安定性に関連する不利益を受ける。つ
まり、すべての変化は測定される電流によって生じる磁
界の変化と判断されるのである。このことは分極磁界Hb
の非常に高い安定性が要求される非常に弱い強さの電流
の測定において問題を引き起こす。
【００７６】ここで、図９に示される共鳴指示磁力計MD
とともに図８に示される磁気回路CMを有する本発明によ
る電流センサについて記述する。これは上述した安定性
の問題を解決するものである。
【００７７】図９の磁力計は時間あるいは温度に基づく
ドリフトを持たず、図２、図５、および図７の共鳴指示
磁力計より優れた分解能を有する。このために、図９の
磁力計は矩形波のパルスの分極磁界Hbを使用する。
【００７８】図９に概略的に示される共鳴指示磁力計MD
は、後述する方法で配置された図２の要素２、４、６、
８、１０、１６、１８、および２０をすべてを備える。
【００７９】本発明において、詳しくは、添付の図面に
おいて使用できるサンプルは、例えば、文献（１１）す
なわち1986年 9月 1日出願のM.DufourおよびC.Salvi に
よるフランス国特許第 8612278号の頁3 〜4 に記載され
るものである。しかしながら、文献（１２）すなわち19
88年 7月20日出願のフランス国特許第 8809831号および
米国特許第US-A-4996331号に記載の8-置換リチウムフタ
ロシアニンが好んで使用される。
【００８０】これによって、磁力計が、すなわち本発明
による電流センサが優れた機能特性を有することにな
る。
【００８１】図９に示される磁力計の寸法および添付の
図面での磁力計の寸法はそれらを製作するときにマイク
ロエレクトロニクスを用いて数mmに縮小できることに留
意する必要がある。
【００８２】図９の場合では、分極磁界はコイル３２に
よって生じせしめられ以下に記述する方法で供給され
る。
【００８３】図９でわかるように、代表として記載され
た実施例では、ギャップを除いてはほぼ四角である磁気
回路CMにコイル３２が巻かれる。したがって、磁気回路
CMのギャップERにおいて、コイル３２はギャップERに配
置されたコイル４の軸に垂直な分極磁界を生じる。
【００８４】図示されない構成上の変形においては、コ
イル３２はサンプル２を取り囲んでギャップERに配置さ
れ、それの軸は磁界Hlexに平行である。
【００８５】図９の磁力計はまた移相器３４を有し、そ
れによって、発振器６の高周波信号foが平衡ミキサー１
８に供給され、それはその信号を位相シフトするような
調整がなされ、それによって低域通過フィルタ２０がそ
の出力において電圧V1を供給し、サンプル２に加えられ
る磁界の関数としてのその変化が図３の分散曲線によっ
て表される。
【００８６】図９の磁力計はまた、フィルタ２０に続い
て次の順に配置される、電気的な装置３６と、サンプル
＆ホールド回路３８と、積分器４０と、を備える。積分
器４０の出力は、開閉の２つの位置を持つスイッチ４２
を介して、電圧−電流変換器４４の入力に接続され、そ
の出力がコイル３２に供給される。
【００８７】図９の磁力計がすなわち対応する電流セン
サが動作中であれば閉じているスイッチ４２の出力に
は、積分器４０の出力電圧を表示することのできる表示
手段４６が配置される。
【００８８】図９の磁力計はまた、好ましくは、変換器
５２と装置３６に同一の装置５０とを経由して安定した
電流をコイル３２に流すことのできる、安定している調
整のできる電圧電源４８を備え、それによって、コイル
３２が周波数foにほぼ対応した磁界Hbを生じるのであ
る。
【００８９】変換器４４と５２のそれぞれは、例えば、
電気的な抵抗である。装置３６と５０はそれぞれ、パル
スのようなクロック信号ck+ とck- によって制御される
電気的な装置であり、その装置がクロック信号ck+ を受
信したときに+1の電圧利得を達成し、クロック信号ck-
を受信したときに-1の電圧利得を達成することを可能と
する。
【００９０】サンプル＆ホールド回路３８は、例えば、
Analog Device 社の AD585型ような回路である。それは
パルスのようなクロック信号ckによって制御され、その
クロック信号の期間間隔において、その入力において信
号が到着するのを”追跡”(follow)し、その間、その信
号を記憶しておくものである。クロック信号ck、ck+、
およびck- は正の電圧で定義される。
【００９１】クロック信号発振器５４は、信号ck、ck+
、およびck- によって装置３６と５０およびサンプル
＆ホールド３８を適切に制御することを可能とし、その
クロノグラフによる記録が図１２に示される。この発振
器５４は、図１２のクロノグラフによる記録を得ること
を可能とするクロック制御のディジタルカウンタと状態
デコーダによって実現される。
【００９２】本発明において使用することのできるもう
１つの磁力計が図１０に示され、それは可聴周波数同期
検出を使用する。図１０の磁力計は、後述する方法で配
置される図５の要素２、４、６、８、１０、１６、１
８、２２、２４、２６、３８、および３０のすべてを備
える。
【００９３】図１０の磁力計はまた、同期検出手段３０
の出力が装置３６の入力に接続されることを除いて、後
述する方法で配置される図９の要素３６、３８、４０、
４２、４４、４６、４８、５０、５２、および５４のす
べてを備え、変換器４４と５２がコイル２４に電流を供
給する（コイル２４は磁気回路CMに巻かれるかあるいは
ギャップERにおいてサンプル２を取り囲んで配置され、
磁界Hlexに平行な軸を有する）。
【００９４】図１０において、同期検出手段３０の出力
は電圧Vsを供給し、サンプル２に加えられる磁界の関数
としてのその変化は図６の曲線によって表される。
【００９５】装置３６と５０の既知の実施例が図１１に
概略的に示され、２つの差動増幅器５６と５８、および
２つの位置P1（非活動）とP2（活動）を有する２つの電
磁リレー６０と６２を備え、それらのそれぞれのコイル
６４と６６が図１１に示される。
【００９６】図１１の装置の入力E が、増幅器５６の反
転入力に抵抗r1を介して接続され、また増幅器５８の非
反転入力に抵抗r2を介して接続される。増幅器５６の非
反転入力は抵抗r3によってアースされる。増幅器５６の
出力は抵抗r4によってそれの反転入力に接続される。増
幅器５８の出力は提供r5によってそれの反転入力に接続
される。例えば、抵抗r1、r2、r4、r5は100KΩである
が、抵抗r3は 47KΩである。
【００９７】パルスck- とパルスck- の間では（オフの
とき）リレー６０は位置P1にある。各パルスck- が入力
している間では（オンのとき）リレー６０は位置P2にあ
り、このとき図１１の装置の出力S が増幅器５６の出力
に接続される。パルスck+ とパルスck+ の間では（オフ
のとき）リレー６２は位置P1にある。各パルスck+ が入
力している間では（オンのとき）リレー６２は位置P2に
あり、このとき図１１の装置の出力S が増幅器５８の出
力に接続される。
【００９８】ここで図１２のクロノグラフの記録を説明
する。信号ckは時間幅tck と周期 Tのパルスである。信
号ck+ はtck より大きい時間幅t+と周期2Tのパルスであ
る。信号ck- はtck より大きい時間幅t-と周期2Tのパル
スである。パルスckは交互にパルスck+ とパルスck- に
よって包含される。
【００９９】図９と図１０の磁力計の動作をここで説明
する。スイッチ４２は開いていると仮定する。コイル２
４あるいはコイル３２に流れる電流の強度I は、対応す
る磁界H （サンプルが曝され合計の磁界）が共鳴のほ
ぼ”中央”（H がHoからわずかだけ異なっている）であ
るような方法によって調整される。
【０１００】H の正あるいは負の変化に対して、フィル
タ２０（あるいは同期検出手段３０）の出力での電圧V1
あるいはVsの変化は図１３の対になった曲線C1-C2 によ
って与えられる。
【０１０１】記述をわかりやすくするために、以下で
は、記号VSはV1およびVsを表し、C1は図３あるいは図６
の曲線であり、C2は座標軸VSに関してC1に対称である。
【０１０２】図１２のクロノグラフの記録のパルスck+
が存在する間は、フィルタ２０あるいは同期検出手段３
０の出力での電圧は、 VS+ = - K ・ (Hb - Ho + Hlex) + Voff で表され、ここで、K は図１３の曲線のほぼ線形である
部分に対応する正の比例定数であり、Voffは偏位電圧で
あり、電気的な機器の欠点を計算に入れた残留電圧であ
る。
【０１０３】VS+ の上述の説明は、Hlexが十分小さけれ
ば、図１３の曲線の線形部分の残りの部分にも適用され
る。
【０１０４】パルスck- が存在する間は、フィルタ２０
あるいは同期検出手段３０の出力での電圧は、 VS- = K ・ ( - (Hb - Ho) + Hlex) + Voff で表される。なぜなら、パルスck- が存在する間は、そ
れはH の負の値の側にあり、装置５０が電源４８によっ
て供給される電圧の値Voを反対の値−Voに変換するから
である。
【０１０５】図１３は、分極磁界Hbが、２つの値Hb1 と
-Hb1の間で、矩形波のパルス（曲線C3）の形状で時間に
よって変化し、Hb1 はVoに比例している。
【０１０６】そのスキャンのピーク値（Hb1)は、図３あ
るいは図６の曲線の傾斜の共鳴状態(H = Ho)での最大値
に対応する。
【０１０７】磁力計は、電源４８によって供給される電
圧Voの変化およびVoffの変化（電気的な機器のドリフト
を表す）によってエラーを発生する。
【０１０８】ここで図９および図１０の磁力計がこれら
のエラーを補償することを示す。装置３６の出力におい
て、電圧VSはパルスck- が存在する間は反転せしめられ
る。サンプル＆ホールド回路３８は無駄時間(dead time
s)の間にその入力値を記憶し、図１２のクロノグラフの
記録の通りに、パルスck+ およびck- のそれぞれの幅の
なかに現れるパルスckの幅の期間でそれらをサンプルす
る。サンプル＆ホールド回路３８の出力に現れる信号が
図１４の曲線C4によって表される。
【０１０９】それは、- K ・ (Hb - Ho + Hlex) + Voff
と- K ・ ( - (Hb - Ho) + Hlex) -Voffの値、すなわ
ち、VS+ と-VS-の値の連続であり、その平均値は、 ((VS+) + (-VS-)) / 2 = - K ・ Hlex である。
【０１１０】もしHlexが緩やかに変化するのであれば
（すなわち、測定される電流の強さが緩やかに変化すれ
ば）、その結果として、サンプル＆ホールド回路３８の
出力において、低域通過フィルタリングによってその変
化に追随することは可能である。この方法では、緩やか
なドリフトが取り除かれる。
【０１１１】したがって、それはサンプリングされたシ
ステムであり、そのサンプリング周波数feはckの２つの
パルスを分離する時間T の逆数である。そのようなシス
テムの理論に従って、入力信号（Hlex）の最大通過帯域
はfe/2に等しい。
【０１１２】スイッチ４２が閉じているとき、サンプル
＆ホールド回路３８の出力信号はフィードバックループ
においてエラー信号として介在する。その平均値は積分
器４０と変換器４４によりそのループによってゼロに保
持され、フィードバック電流がコイル２４あるいは３２
に生じせしめられ、Hlexの変化に対抗する。
【０１１３】この場合、システムが共鳴状態にされたと
仮定すると、まだそれが共鳴の中央にあるので、その”
追跡”は図１３の曲線の線形部分をかなり越えることが
できる。
【０１１４】ここで、線形性はコイル２４あるいは３２
における電流と磁界の間の変換にのみ依存する。閉じた
スイッチ４２では、電圧信号はフィードバック磁界の影
像を構成することによって得られ、それはHlexに比例す
る。
【０１１５】表示手段４６はHlexつまり測定される電流
IMを知ることを可能とする。
【０１１６】スイッチ４２は取り除いてもよく、したっ
がって、積分器４０は直接に変換器４４に接続され、こ
の場合、表示手段４６は積分器４０の出力に接続され
る。
【０１１７】図１０の磁力計の変形が概略的にそして部
分的に図１５に示される。この変形では、可聴周波数fm
での同期検出が再度なされるが、装置３６は取り除かれ
ている。その装置３６によってなされる符号の反転は、
各パルスck- の入力で、周波数fmの励起信号の 180°の
位相のスイッチングで置き換えられる。
【０１１８】図１５に示すように、これは電圧電源４８
と装置５０の間に配置された加算手段６８によって実行
される。この加算手段６８はその入力において、電源４
８から供給される電圧Voと、発振器２２からの周波数fm
の信号とを受信して、装置５０にその信号の和を供給す
る。
【０１１９】図９および図１０の磁力計においては、対
称である、つまりt+および t- がTに等しいクロック信
号発振器５４を使用することによって、サンプル＆ホー
ルド回路３８を取り除くことを可能とし、装置３６の出
力は積分器４０に直接に接続される。
【０１２０】図９、図１０、および図１５の磁力計は、
矩形波のパルス状の分極磁界Hbを用いたことによって、
本質的に図２、図５、および図７の磁力計とは異なるこ
とに注意すべきである。パルス状の磁界Hbを用いること
は、緩やかな時間と温度によるドリフトと、特にコイル
２４あるいは３２に流れる分極電流I の時間と温度によ
るドリフトを取り除くことを可能とする。
【０１２１】図１２の場合における周期2Tの矩形波の磁
界を用いることは分散曲線あるいは吸収曲線の導関数の
最大の傾斜位置において動作すること（図９、図１０、
および図１５でのVoを調整することによって）を可能と
し、それによって、SN比を改善することができる。
【０１２２】サンプル＆ホールド回路はコイル２４ある
いは３２に矩形波の電流を供給するときに発生しやすい
寄生振動を回避することを可能とする。
【０１２３】T ( 図１２）に比較してのt+および t- の
縮小はコイル２４あるいは３２で消費される電力を縮小
させることを可能とし、それによって、磁力計の電力消
費を軽減する。
【０１２４】サンプル＆ホールド回路に関しての矩形波
の磁界Hbの使用もまた磁力計の電力消費を軽減する。
【０１２５】図９および図１０の磁力計には更なる利点
があり、それは、偏位電圧および電気的な機器に固有の
ドリフトの補償である。
【０１２６】本発明によるセンサは常磁性共鳴に限定さ
れるものではない。それは核磁気共鳴を使用することが
できる。本発明に用いられるサンプルは電子スピンの代
わりに例えばプロトンスピンのような核スピンを包含す
ることができる。
【０１２７】図９に示す磁力計の構成的な変形として、
コイル３２は変換器５２にのみ接続され分極磁界Hbを生
じさせることを可能とする。
【０１２８】もう１つのコイル３２a （図１６）の一方
がアースに接続されもう一方が変換器４４の出力に接続
されて、そのコイル３２a が磁界Hlexを補償する。コイ
ル３２とコイル３２a は両方とも磁気回路CMに巻かれ
る。
【０１２９】変形として、それらはギャップERに配置さ
れ、同一の軸を有するサンプル２の周りに巻かれる。そ
の軸は測定される電流によってギャップERに生じる磁界
に平行である（コイル４の軸はその磁界に垂直であ
る）。
【０１３０】もう１つの変形として、コイル３２とコイ
ル３２a の一方は磁気回路CMに巻かれ、もう一方のコイ
ルはギャップERに配置されサンプルの周りに巻かれ、そ
の軸は測定される電流によってギャップERに生じる磁界
に平行である。
【０１３１】図１０の磁力計の構成的な変形として、コ
イル２４は発振器２２のみに接続され可聴周波数拡散磁
界を生成することを可能とする。もう１つのコイル２４
a （図１７）が一方がアースに接続されもう一方が変換
器４４の出力に接続されて、磁界Hlexを補償する。
【０１３２】補足的なコイル２４b が一方がアースに接
続されもう一方が変換器５２の出力に接続されて、分極
磁界Hbを生じることを可能とする。コイル２４、２４a
、および２４b はすべて磁気回路CMに巻かれる。
【０１３３】変形として、それらはギャップERに配置さ
れサンプル２の周りに巻かれ同一の軸を有し、その軸は
測定される電流によってギャップERに生じる磁界に平行
である。
【０１３４】他の変形として、これらの３つのコイルの
１つあるいは２つが磁気回路に巻かれその他のコイルが
サンプルを取り囲んでギャップに配置されて同一の軸を
有し、あるいは、これらの３つのコイルの１つあるいは
２つがサンプルを取り囲んでギャップに配置されその他
のコイルが磁気回路に巻かれて同一の軸を有し、それら
は磁界Hlexに平行である（それぞれがギャップに配置さ
れサンプルの周りに巻かれ磁界Hlexに平行である軸を有
する）。
【０１３５】図１０の磁力計の図示されない変形とし
て、２つのコイルが使用されそれらの一方のコイルが次
の３つの機能の１つを達成する目的で３つの要素２２、
４４、および５２の１つに接続される。すなわち、その
機能は、Hbを生成することと、拡散磁界を生成すること
と、そしてHlexを補償することである。２つのコイルの
もう一方のコイルは残りの２つの機能を達成するために
残りの２つの要素に接続される。例えば、２つのコイル
の一方が拡散磁界を生成するために発振器２２に接続さ
れ、もう一方のコイルが分極磁界Hbを生成するためにそ
して磁界Hlexを補償するために変換器４４と５２に接続
される。
【０１３６】周波数foに同調される共振回路１０（図９
および図１０参照）は調整されなくともよい。周波数fo
に同調される共振回路１０を保持するために、図１８に
関連して以下で説明するように図９の磁力計を変更する
ことができる。共振回路１０に、コンデンサC2、可変キ
ャパシタンスダイオードD2、バイアス抵抗R1、およびコ
ンデンサC3が付加される。さらに、図９の磁力計にはサ
ンプル＆ホールド回路１０a および積分器１０b が付加
される。
【０１３７】制限のない方法では、ダイオードD1は市販
されているRTC 社の型名OF-643であり、抵抗R1は100KΩ
であり、コンデンサC2および C3 は10nFの容量である。
【０１３８】コイル４と可変コンデンサC1に共通であり
アースされている共振回路１０の端子B1はダイオードD1
のアノードに接続される。ダイオードD1のカソードはコ
ンデンサC2（これの機能はコイル４によるダイオードD1
の短絡を避けることである）の一方の端子および抵抗R1
の一方の端子に接続される。コンデンサC2のもう一方の
端子は可変コンデンサC1のもう一方の端子B2に接続され
る。
【０１３９】サンプル＆ホールド回路１０a はパルスの
ようなクロック信号cbによって制御される。それの入力
は平行ミキサー１８の出力に接続され、それの出力は積
分器１０b の入力に接続される。その積分器１０b の出
力は、コンデンサC3の一方の端子に接続されるととも
に、抵抗R1のもう一方の端子に接続される。そのコンデ
ンサC3のもう一方の端子はアースされ、それの機能は高
い周波数の信号が積分器１０b へリークすることを防止
することであり、その信号は発振器６からのものであ
る。サンプル＆ホールド回路１０a を制御するのに用い
られる信号cbは正の電圧で定義される。これらの信号cb
は、そのクロノグラフの記録が図１９に示されるが、論
理の矩形波信号であり、それのゼロでないパルスは信号
ck+ およびck- のゼロでないパルスの外側に現れる。
【０１４０】信号ck+ およびck- のように信号cbは発振
器５４によって供給され、その発振器５４は図１９のク
ロノグラフの記録を得るように適切に変更されている。
【０１４１】図１０の磁力計MDは、周波数foに同調せし
められるそれの共振回路１０を保持するために、図２０
を参照して以下で説明される方法で変更される。
【０１４２】図２０の場合、サンプル＆ホールド回路１
０a の入力がミキサー１８の出力に接続されないことを
除いては図１８と同様に配置される要素C2、C3、D1、R
1、１０a 、および１０b が図１０の磁力計に付加され
る。図２０の磁力計を得るために、移相器１０c および
もう１つの平衡ミキサー１０d （ミキサー１８と同じ型
の）も図１０の磁力計に付加される。移相器１０c は移
相器２８から高い周波数の信号を受信して、ミキサー１
８の基準信号に比較して +90°あるいは -90°位相がシ
フトした基準信号をミキサー１０d に供給し、その位相
シフトの符号は共振回路を調整するフィードバックが安
定するような方法で選択される。増幅器１６の出力信号
もまたミキサー１０d の入力に送出され、ミキサー１０
d の出力はサンプル＆ホールド回路１０a の入力に接続
される。
【０１４３】構成的な変形では、図１８および図２０の
可変コンデンサC1は図２１に示される方法で取り除かれ
ている。したがってD1-C2 の構成が端子B1とB2の間に配
置される。
【０１４４】図９、図１０、図１８、および図２０の磁
力計MDは、好都合にも、電圧電源４８を以下の演算を行
うことによって得られるエラー信号Vepsに依存させるこ
とによって、Hb1 がHoに等しい値にサンプル２の分極を
自動的に保持する（さらに詳しくは、自動的な方法で、
+Ho と-Ho をそれぞれHbの最大の値+Hb1とHbの最小の値
-Hb1に等しく保持する）ことを可能とする手段を備えて
いるのである。 Veps = (VS+) + (VS-) = - 2K ・ (Hb - Ho) + 2Voff
【０１４５】もしVoffが K・(Hb - Ho)に比較して、小さ
いか、あるいはさらに詳しくは、無視できるものである
ことが保証されれば、そのことはドリフトが制限された
電気的な回路を用いることによって可能となるのだが、
Vepsの項が電圧Voに依存することを可能とし、それによ
って、Hb1 は正確にHoに等しくなる。このことがなけれ
ば、 Ho の周りのHb1 のわずかな変化は磁力計のドリフ
トを縮減するのではなく、図３あるいは図６の曲線の最
大傾斜領域の外側で変動するのでSN比の劣化につながる
（文献（９）を参照）。
【０１４６】さらに、もし鋭い共鳴曲線であれば、すな
わち、もしDH1 およびDH2 がHoに比較して小さければ、
電源４８を値Voに調整することは困難である。
【０１４７】したがって、サンプルの分極を値Hoで自動
保持することは、最適のSN比で磁力計が動作することを
可能とし電圧電源４８の調整を不要とする点において、
利点を有する。この自動保持は電源４８を３８と同一の
サンプル＆ホールド回路７０および４０と同一の積分器
７２の結合で置き換えることによって得られる（図２２
および図２３を参照）。
【０１４８】さらに、図９に示すような磁力計に対し
て、フィルタ２０（図２２）の出力信号は装置３６だけ
ではなく信号ckによって制御されその出力が積分器７２
の入力に接続されるサンプル＆ホールド回路７０の入力
にも供給される。積分器７２の出力は装置５０の入力に
接続される。
【０１４９】図１０に示すような磁力計に対しては、装
置３６だけではなくサンプル＆ホールド回路７０の入力
にも供給されるのは同期検出手段３０（図２３）の出力
信号である。サンプル＆ホールド回路７０は図２２に関
連して示されたようにそれ自身が装置５０に接続される
積分器７２に接続される。
【０１５０】積分器７２の出力においては、その結果と
して、Ho（ラーモアの関係式によるスピンの共鳴周波数
に関連する磁界の値）に比例した電圧Voが存在する。
【０１５１】本発明による上述したセンサでは、コイル
４（高周波コイル）は望ましくない信号を検出し歪み(r
un-out) を生じやすいアンテナを形成する。この欠点を
取り除くために、本発明によるセンサには高周波領域に
不透過性の高周波シールドが付加され、それの周波数は
センサの共鳴周波数foに近く、そのシールドは、測定さ
れる電流によって生じる磁界と、分極磁界が磁気回路
（すなわち、図１）に形成されるコイルによって生じる
ときのその分極磁界と、磁気回路に形成される１つある
いはそれ以上のコイルによって生じる低いあるいはゼロ
の周波数の磁界とには透過である。
【０１５２】このことが図２４に示され、ここで、コイ
ル３２は矩形波のパルス状の分極磁界とフィードバック
磁界を生じるのに使用され、そのコイルは磁気回路CMに
形成され、この磁気回路を通って測定される電流IMが流
れ、その電流は磁気回路CMを通る電気的な導体CCによっ
て運ばれる。
【０１５３】図２４では、高周波のシールドは、例え
ば、磁気回路CMのギャップに配置されサンプル２とコイ
ル４を包含する銅容器７４によって構成される。
【０１５４】コイル４の一方の端子は容器７４の内壁に
接続され、容器７４は同軸ケーブル７８の編組７６に電
気的に接続され、その編組７６はアースされている。コ
イル４のもう一方の端子は同軸ケーブル７８のコアの一
方の端部に電気的に接続され、もう一方の端部は図１８
に示す接点B2である。
【０１５５】図２５は本発明による電流センサの電気的
な回路MDを概略的に示す。この電気的回路は、例えば、
図２４でわかるように、同軸ケーブル７８に接続され
る、磁気回路CM、サンプル２、およびコイル４と結合さ
れる。図２５に示される電気的回路は図２の電気的回路
あるいは図２１に部分的に示される回路に対応する。
【０１５６】図２５の電気的回路は信号ck、ck+ 、ck-
、およびcbを供給するクロック発振器５４を備える。
【０１５７】図２５は高周波発振器６を示し、それは測
定ブリッジ８とコイル４によって共鳴を励起する。図２
５の参照符号７９の四角は同調回路（図１８のコンデン
サC1、C2、C3、抵抗R1、ダイオードD1、および図２１の
コンデンサC2、C3、抵抗R1、ダイオードD1とを結合し
て）を表す。
【０１５８】図１８の磁力計の場合のように、発振器６
はまた移相器３４によってミキサー１８を制御し、測定
ブリッジ８の出力が増幅器１６を介してミキサー１８に
入力し、低域通過フィルタ２０がミキサー１８からの信
号を受信する。
【０１５９】図１８の場合とは異なって、信号cbによっ
て制御されまた積分器１０b によって同調回路に接続さ
れるサンプル＆ホールド回路１０a によって連続的に処
理されるのは低域通過フィルタ２０の出力信号でありミ
キサー１８の出力信号ではない。
【０１６０】図２５の回路では、低域通過フィルタ２０
からの出力信号を受信する装置３６が再度登場する。そ
の装置３６にはサンプル＆ホールド回路３８が接続さ
れ、それにまた積分器４０が接続される。低域通過フィ
ルタからの出力信号を入力で受信するサンプル＆ホール
ド回路８０がまた存在し、それは信号ckによって制御さ
れ、その出力は積分器８２の入力に接続される。
【０１６１】図２５の回路はまた図１８の装置５０を備
え、それの入力は積分器８２の出力に接続される。
【０１６２】最後に、図２５の回路は加算器８４を備
え、それの２つの入力はそれぞれ積分器４０の出力と装
置５０の出力に接続され、例えば抵抗のような電圧−電
流変換器４４a を介してコイル３２（図２４）に供給す
る。
【０１６３】図２５の回路で使用される信号ck、ck+ 、
ck- 、cbのクロノグラムの記録は図１９のそれである。
それによって図２５の回路の動作が理解できる。
【０１６４】平衡ミキサー１８の出力における、共鳴に
対応するキャパシタンスCoの周囲での同調キャパシタン
スCAの変化の結果が図２６に示される。同調キャパシタ
ンスCAの曲線（ここでV18 はミキサー１８の出力電圧を
表す）はサンプル２の材料のスピンの共鳴によって妨げ
られなければ妥当である。このことを確実にするため
に、測定はパルスcbの存在する期間の分極あるいはバイ
アス磁界がゼロであるときに共鳴の外側でのみなされ、
その他の期間で記録される。
【０１６５】このサンプルされた測定は、サンプリング
周波数の半分以下であるすべての周波数におけるCoの周
囲でのCAの変化のスペクトルに接近する方法を与える。
したがって、この信号は、キャパシタンスが可変容量ダ
イオードD1によって共鳴の値Coに依存したものにするこ
とに使用され、それは自動的な同調と特に熱によるドリ
フトを保証することの両方を可能とする。
【０１６６】この共振回路の同調ループが、図２５にお
いて、cbによって制御されるサンプル＆ホールド回路１
０a と積分器１０b によって表される。図２５の回路で
は、サンプル２の分極はループによって制御され、その
ループは、信号ckによって制御されるサンプル＆ホール
ド回路８０と、積分器８２と、信号ck+ とck- によって
制御される装置５０（利得 +1/-1のスイッチング）と、
加算器８４と、コイル３２（磁界コイル）に接続される
電圧−電流変換器４４a と、を備える。
【０１６７】図２５の回路によって、電流IMの測定は、
積分器４０の出力電圧VMの値を得ることによってなされ
る。サンプル２に水平であり測定される電流IMによって
生成される磁界に反対方向である磁界を保持するフィー
ドバックの一連の接続における加算器８４と電圧−電流
変換器４４a を制御するのはこの電圧VMであり、そのフ
ィードバックの一連の接続は、信号ck+ とck- によって
制御される装置３６（利得制御が +1/-1）と、サンプル
＆ホールド回路３８と、積分器４０と、を組み込んでい
る。
【０１６８】したがって、図２５の回路は次の３つの独
立したフィードバックループを備える。 ・ 高周波発振器６の周波数における共振回路の同調の
自動制御に関するループ。それは、検出出力での電圧偏
位を生じさせ回路の障害となるドリフトを取り除くとと
もに、キャパシタンスを調整することをなくする利点を
有する。 ・ 磁界Ho（上述したラーモアの関係式を満足する）に
よるサンプル２の分極に関するループ。それは、その分
極の調整と固定した分極に関連するドリフトの問題をな
くする利点を有する。 ・ 測定される電流に関するループ。それは、この形態
のフィードバックすなわち線形性とダイナミックレンジ
の改善に関連する利点を有する。
【０１６９】本発明によるセンサの磁気回路は地磁気に
関するシールドあるいはスクリーンとして役に立つ。
【０１７０】しかしながら、その地磁気の影響をさらに
減少させ測定の精度を増加させるために、本発明のセン
サの磁気回路に管状の、すなわち、図２７に示すミュー
メタル（高透磁率合金）によるシールドを付加すること
ができる。このシールド８６は磁気回路のギャップが形
成される部分を取り囲む。
【０１７１】本発明によるセンサを用いて導体によって
運ばれる電流の強さを測定するために、導体を遮断ある
いは切断し、センサの磁気回路を取り付け、それによっ
て導体を取り囲み、それに続いて導体を復原することが
できる。
【０１７２】さらに実際的な方法において、本発明に適
合させたグリップカレントテスタを使用することができ
る（そのようなテスタのホール・セルを小型化された磁
界センサであるサンプル２とコイル４によって置き換え
る）。
【０１７３】可聴周波数拡散磁界、分極磁界、そしてフ
ィードバック磁界、を生成することのできる手段は、ギ
ャップに配置されるかあるいは磁気回路の周りに巻かれ
る、同一のコイル、２つのコイル、あるいは３つのコイ
ルによって構成される。
【０１７４】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、高い
動作特性と高精度での電流のランダムな強さを測定する
ことができる電流センサを実現できる。また、時間、温
度、および機器に固有のドリフトを除去することがで
き、SN比を改善することができ、電力消費を軽減するこ
とができ、それが簡単な回路で達成されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用される磁気回路の概略図。
【図２】本発明に使用される磁力計の概略図。
【図３】図２の磁力計で得られる分散曲線。
【図４】図２の磁力計のサンプルの共鳴スピンの吸収曲
線。吸収曲線あるいは分散曲線は検出点１８の９０°の
位相偏位によって簡単に得られる。
【図５】本発明に使用されるもう１つの磁力計の概略
図。
【図６】図４の曲線の導関数の曲線。図５の磁力計で得
られる。
【図７】本発明によるセンサの実施例の概略図。
【図８】本発明に使用されるもう１つの磁気回路の概略
図。
【図９】本発明に使用される磁力計の概略図。分極磁界
はパルスであり、磁気回路は図示されない。
【図１０】本発明で使用されるもう１つの磁力計の概略
図。同期検出が提供される。
【図１１】図９および図１０の磁力計で使用される電気
的な装置の概略図。
【図１２】図９および図１０の磁力計で使用されるクロ
ック信号を示すクロノグラフ。
【図１３】図９および図１０の磁力計の動作を示す磁界
−電圧および時間−磁界曲線。
【図１４】図９および図１０の磁力計の動作を示すもう
１つのクロノグラフ。
【図１５】図１０の磁力計の変形の部分的概略図。
【図１６】図９および図１０の磁力計の変形の概略図。
【図１７】図９および図１０の磁力計の変形の概略図。
【図１８】図９および図１０の磁力計の変形の概略図。
【図１９】図９および図１０の磁力計の変形の概略図。
【図２０】図９および図１０の磁力計の変形の概略図。
【図２１】図９および図１０の磁力計の変形の概略図。
【図２２】図９および図１０の磁力計の変形の概略図。
【図２３】図９および図１０の磁力計の変形の概略図。
【図２４】サンプルの共鳴スピンの高周波シールドの概
略図。
【図２５】本発明によるセンサのもう１つの実施例の部
分的概略図。
【図２６】図２５のセンサに関する同調キャパシタンス
の変化。
【図２７】地磁気に関する磁気シールドの概略図。本発
明によるセンサに使用される。
【符号の説明】
２ サンプル ４，２４，２４a ，２４b ，３２，３２a コイル ６，２２，５４ 発振器 ８ 測定ブリッジ １０ 共振回路 １６，１９，５６，５８ 増幅器 １８，１０d ミキサー ２０，２６ フィルタ １０c ，２８，３４ 移相器 ３０ 同期検出回路 １０b ，３１，４０，７２，８２ 積分器 ３１a ，４４，４４a ，５２ 電圧−電流変換器 １０a ，３８，７０，８０ サンプル＆ホールド回路 ４６ 表示手段 ４８ 電圧電源 ５４ クロック信号発振器 ６０，６２ リレー ６８，８４ 加算器 ７４ 容器 ７８ 同軸ケーブル

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ギャップ(ER)を有する磁気回路(CM)と、
    電流(IM)が前記磁気回路を貫いて流れるときに前記電流
    によってそのギャップに生じる磁界Hlexを表現しその値
    が前記電流の強さの関数である電圧を供給することので
    きる測定装置と、を備えた電流センサであって、 前記測定装置は前記ギャップに配置されるサンプル
    （２）と測定手段とを組み込んだ共鳴指示磁力計(MD)で
    あり、前記サンプル（２）は共鳴スピンを有する材料で
    作られ前記ギャップ(ER)に生じる前記磁界に平行なある
    いは一致する分極磁界に曝され、前記測定手段が、前記
    サンプル（２）の近傍に配置される第１磁気手段（４）
    によって、共鳴を励起し、励起された共鳴を検出し、そ
    して前記表現電圧を供給する、 ことを特徴とする電流センサ。
  2. 【請求項２】 前記測定手段がHoの値に近い分極磁界Hb
    を生じる分極手段(BM 、GC) を組み込んでおり、ここで
    Hoはサンプルに加えられる共鳴状態の磁界の値である、
    請求項１に記載の電流センサ。
  3. 【請求項３】 前記分極手段が直流電源(GC)と前記直流
    電源によって供給され分極磁界Hbを生じる磁気コイル(B
    M)とを備える、請求項２に記載の電流センサ。
  4. 【請求項４】 前記測定手段がまた、第２磁気手段（２
    ４、３２、２４a 、３２a ）によって、ギャップに生じ
    る磁界Hlexを補償する補償磁界をサンプル（２）に生じ
    せしめそして前記表現電圧を供給するフィードバック手
    段を組み込んだ、請求項１に記載の電流センサ。
  5. 【請求項５】 前記測定手段がまた、 Ho - Hb + Hlex および Hb - Ho + Hlex の２つの値の間でパルス状に振動する磁界をギャップに
    生じる矩形波電流を生じる処理手段を組み込み、ここ
    で、Hoはサンプル（２）に加えられる共鳴状態の磁界の
    値であり、 Hb はHoの値に近い分極磁界であり、そして
    その分極磁界において前記第２磁気手段（２４、３２）
    が前記パルス状の矩形波電流を受信する、請求項４に記
    載の電流センサ。
  6. 【請求項６】 前記フィードバック手段が、前記処理手
    段によって制御される積分器（４０）と、その入力が前
    記積分器の出力に接続されその出力が前記第２磁気手段
    （２４、３２）に供給される電圧−電流変換器（４４）
    と、を組み込んだ、請求項５に記載の電流センサ。
  7. 【請求項７】 前記処理手段が、 ・ Hoに対応したラーモア周波数での電流を前記第１磁
    気手段（４）に供給しそして出力に電圧信号を供給し、
    前記サンプル（２）に加えられる磁界の関数としてのそ
    れの変化が前記サンプルの分散曲線に対応する、電気的
    手段（６、８、１６、１８、２０）と、 ・ +1と-1の交互の電圧利得を許す、前記電気的手段の
    出力に接続される第１の電気的装置（３６）と、 ・ その入力が第１の電気的装置（３６）の出力に接続
    され、その出力が前記フィードバック手段（４０、４
    ４）を制御する、サンプル＆ホールド回路（３８）と、 ・ 電圧電源（４８、７０、７２）と、 ・ 前記電圧電源（４８、７０、７２）によって電圧を
    供給され、+1と-1の交互の電圧利得を許す、第２の電気
    的装置（５０）と、 ・ その入力が前記第２の電気的装置（５０）の出力に
    接続され、前記第２磁気手段（２４、３２、３２a 、２
    ４a 、２４b ）に供給する、もう１つの電圧−電流変換
    器（５２）と、 を備えた、請求項５に記載の電流センサ。
  8. 【請求項８】 前記処理手段が、 ・ Hoに対応したラーモア周波数での電流を前記第１磁
    気手段（４）に供給し、そして出力に、可聴周波数での
    電圧信号によって制御される同期検出の結果として、電
    圧信号を供給し、前記サンプル（２）に加えられる磁界
    の関数としてのその電圧信号の変化が前記サンプルの吸
    収曲線の導関数に対応する、電気的手段（６、８、１
    ６、１８、２２、２６、２８、３０）と、 ・ +1と-1の交互の電圧利得を許す、前記電気的手段の
    出力に接続される第１の電気的装置（３６）と、 ・ その入力が第１の電気的装置（３６）の出力に接続
    され、その出力が前記フィードバック手段（４０、４
    ４）を制御する、サンプル＆ホールド回路（３８）と、 ・ 電圧電源（４８、７０、７２）と、 ・ 前記電圧電源（４８、７０、７２）によって電圧を
    供給され、+1と-1の交互の電圧利得を許す、第２の電気
    的装置（５０）と、 ・ その入力が前記第２の電気的装置（５０）の出力に
    接続され、前記第２磁気手段（２４、３２、３２a 、２
    ４a 、２４b ）に供給する、もう１つの電圧−電流変換
    器（５２）と、 を備えた、請求項５に記載の電流センサ。
  9. 【請求項９】 前記処理手段が、 ・ Hoに対応したラーモア周波数での電流を前記第１磁
    気手段（４）に供給し、そして出力に、可聴周波数での
    電圧信号によって制御される同期検出の結果として、電
    圧信号を供給し、前記サンプル（２）に加えられる磁界
    の関数としてのその電圧信号の変化が前記サンプルの吸
    収曲線の導関数に対応する、電気的手段（６、８、１
    ６、１８、２２、２６、２８、３０）と、 ・ その入力が前記電気的手段の出力に接続され、その
    出力が前記フィードバック手段（４０、４４）を制御す
    る、サンプル＆ホールド回路（３８）と、 ・ 電圧電源（４８、７０、７２）と、 ・ 前記電圧と可聴周波数での同期検出によって得られ
    た信号との和に等しい電圧信号を出力において供給する
    加算手段（６８）と、 ・ 前記加算手段（６８）の出力に接続され、+1と-1の
    交互の電圧利得を許す、電気的装置（５０）と、 ・ その入力が前記電気的装置（５０）の出力に接続さ
    れ、前記第２磁気手段（２４、３２、３２a 、２４a 、
    ２４b ）に供給する、もう１つの電圧−電流変換器（５
    ２）と、 を備えた、請求項５に記載の電流センサ。
  10. 【請求項１０】 前記分極磁界の最大値と最小値を Ho
    と -Hoにそれぞれ等しく保持することのできる手段（７
    ０、７２）をさらに備えた請求項５に記載の電流セン
    サ。
  11. 【請求項１１】 前記第２磁気手段が前記磁気回路(CM)
    の周りに巻かれる少なくとも１つの磁気コイル（２４、
    ３２）を組み込んだ請求項４に記載の電流センサ。
  12. 【請求項１２】 前記第２磁気手段が前記ギャップ(ER)
    に配置され前記サンプル（２）の周りに巻かれる少なく
    とも１つの磁気コイルを組み込んでおり、前記磁気コイ
    ルの軸が測定される電流（IM）によって前記ギャップに
    生じせしめられる磁界に平行である、請求項４に記載の
    電流センサ。
  13. 【請求項１３】 前記測定手段が共振回路（１０）を組
    み込んでおり、周波数foに同調せしめられる前記共振回
    路（１０）を保持することができる手段（C2、C3、D1、
    R1、１０a 、１０b ； C2、C3、D1、R1、１０a 、１０
    b 、１０c 、１０d ）とともに、前記共振回路（１０）
    は第１磁気手段（４）を組み込みそして共鳴周波数foに
    同調せしめられる、請求項１に記載の電流センサ。
  14. 【請求項１４】 前記第１磁気手段（４）と前記サンプ
    ル（２）の周りに、地磁気に関する保護手段（８６）を
    備えた請求項１に記載の電流センサ。
  15. 【請求項１５】 前記第１磁気手段（４）と前記サンプ
    ル（２）の周りに、無線周波数の電磁気に関する保護手
    段（７４）を備えた請求項１に記載の電流センサ。
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