JPH06129855A - 電子方位計 - Google Patents

電子方位計

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JPH06129855A
JPH06129855A JP4283172A JP28317292A JPH06129855A JP H06129855 A JPH06129855 A JP H06129855A JP 4283172 A JP4283172 A JP 4283172A JP 28317292 A JP28317292 A JP 28317292A JP H06129855 A JPH06129855 A JP H06129855A
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JP
Japan
Prior art keywords
sensor
magnetic
geomagnetic sensor
sensors
output
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Pending
Application number
JP4283172A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Saito
敏広 斉藤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型、低消費電力、回転不要な電子方位形を
提供する。 【構成】 地磁気センサと、該地磁気センサの駆動回路
と、該地磁気センサからの出力信号を演算し方位データ
を出力する演算回路と、方位データの表示器よりなる電
子方位計において、強磁性磁気抵抗素子を2個ある相対
角度をもたして配置した磁気センサを1組とし、磁気オ
フセット用の磁石と3組以上の磁気センサを各々角度を
変えて配置した事を特徴とする。 【効果】 強磁性磁気抵抗素子を使用するため低消費電
力で小型になり、複数のセンサ出力より方位を推定する
事から、センサを回転しなくてもよいという効果を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は地磁気を活用した方位指
示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より方位を知る方法として、磁針の
示す方向より方位を測るやり方があるが、腕時計のよう
な小型機器と併合した使いかたの時は、体積がかさばる
事から、携帯しずらく、デザインの拘束をうける。その
対策として、特開昭63−142289号公報におい
て、フラックスゲート型磁気センサをケース内に組みこ
んだ方位センサー付き電子機器の例が報告されている。
この場合は、磁気センサーがリング状をしており、かな
りの体積を占めるうえにコイルに通電してセンシングす
る事から消費電流が大きく特開昭62−194414号
公報において測定回数を減らす事が提案されている。
【0003】その改良方法として、特開平3−2480
09号公報において、磁気抵抗素子を使用し、磁気レン
ズをつかって感度を上げXとYの2方向のセンサ出力よ
り方位を推定する方法が提案されている。しかし、この
方法では、磁気レンズを使用することからセンサ部が大
きくなる。しかも、センサを1周分回転しないと方位を
推定できない事から不便である。
【0004】その対策として、特開平3−127280
号公報においてセンサの外部にセンサを回転させる機構
を設ける方法が紹介されている。しかし、この方法で
は、装置を大きく複雑にせざるをえない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の電子方位計の従
来技術において、フラックスゲート型は占有体積が大き
く、消費電力が大きかった。磁気抵抗素子を活用した内
容も磁気レンズを使っている事から体積が大きい物とな
っている。しかもセンサを回転させる必要があることか
ら、回転機構も必要であり、大きく又複雑な装置となっ
ていた。
【0006】本発明の目的は、小型で低消費電力で回転
不要な電子方位計を提供する事である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の電子方位計は、
地磁気センサと、該地磁気センサの駆動回路と、該地磁
気センサからの出力信号を演算し方位データを出力する
演算回路と、方位データを表示する表示部からなる電子
方位計において、指向性のある磁気抵抗素子を2個ある
相対角度をもたして配置した磁気センサを1組とし、3
組以上の磁気センサを各々角度を変えて配置した事を特
徴とする。
【0008】また、地磁気センサに磁気抵抗素子を使用
し、放射状に着磁した磁石に対し同心円上に複数個のセ
ンサを配置したことを特徴とする。
【0009】また、地磁気センサの駆動回路において複
数個のセンサに対して順次データをサンプリングし、演
算する回路とした事を特徴とする。
【0010】また、地磁気センサに強磁性磁気抵抗素子
を使用した事を特徴とする。
【0011】また、基盤の片面に強磁性磁気抵抗素子を
使用した磁気センサの裏面に磁性薄膜を形成した事を特
徴とする。
【0012】
【実施例】
(実施例1)図1は、本発明の実施例1におけるセンサ
ユニットの正面図である。図2は図1の側面図である。
土台1の上に磁気センサA2磁気センサB3磁気センサ
C4を直角に且つ放射状に並べた。センサの中央部に
は、上側をS極にして磁石D5を配置した。センサの外
周部には、上側をN極にして磁石A6、磁石B7、磁石
C8を配置した。磁石は磁気センサに磁気オフセットを
かけている。磁気抵抗素子は、磁気の方向によらず絶対
値に対して出力することから、磁気オフセットをかける
事により、磁気オフセットと検出する磁気の方向が等し
ければ出力が大きくなり、逆方向の時出力が小さくなる
事より検出する磁気の方向も、認識できるようになる。
【0013】図3は、センサーの駆動回路を示す。磁気
センサA14の電位を基準にし、磁気センサB15と磁
気センサC16をスイッチ17、18で切り替えて、各
々の電位差を増幅して出力した。地磁気は、0.3ガウ
スしかなく電気増幅率を上げる必要がある。一方、磁気
センサは、温度による変化もあるため、増幅率を上げた
時ドリフトが問題になるので、同じ特性をもつ磁気セン
サの電位を差動増幅する方法をとった。
【0014】図1のセンサユニットを回転した時、セン
サABCの各電位は図4のように変化する。センサAB
Cは、磁石D5を中心にして、各々90度ずつ方向をず
らしてある事から、センサユニットを回転した時に、各
センサの出力電位は、90度の位相がずれて出力され
る。センサBの出力22がSIN(X)の時センサAの
出力21はSIN(X+90度)、センサCの出力23
はSIN(X−90度)である。
【0015】増幅回路は、センサA14の電位を基準と
してセンサB15とセンサC16の電位差を出力するの
で、センサユニットを回転した時に、図5のように出力
電圧が変化する。センサB25の出力は1.41×CO
S(X+45度)。センサCの出力26は2×COS
(X)である。この場合センサAの出力は、零に変換さ
れたと解釈できる。
【0016】図1において磁気センサA、B,Cは各々
90度の間隔をあけてある。磁気センサAと磁気センサ
Bの組を考えた時、外部磁気のX成分をセンサA、Y成
分をセンサBで感知していると考える事ができる。ま
た、磁気センサB,Cの組においては、外部磁気のX成
分をセンサB,Y成分をセンサCで感知していると考え
る事ができる。さらに、磁気センサA,Bの組と磁気セ
ンサB,Cの組は90度の差がある。
【0017】図6は、図5においてセンサユニット回転
角度が零度の時のセンサBの出力、センサCの出力値を
使い、センサAの出力を零として、P点(X=センサA
の出力、Y=センサBの出力)とQ点(X=センサBの
出力、Y=センサCの出力)をプロットし、辺PQを底
辺とする直角2等辺3角形をつくり直角部の頂点をO点
とし、次にO点を中心にP点、Q点を通る円を描いた図
である。直角三角形の頂点は、辺PQを対称線となるよ
うにもう1点できる。これをR点とする。
【0018】図1よりセンサA,Bの組に対しセンサ
C,Dの組は反時計方向に90度ずれている事から、P
点からQ点に90度分の円弧を描いた時に反時計回りと
なる方の中心を選択する。図6の場合は0点となる。
【0019】図7、図8、図9は、図5においてセンサ
ユニット回転角度が90度、180度、270度の時の
センサBの出力とセンサCの出力値を使って、同様の方
法で描いた図である。図6から図9の線分OPとX軸の
なす角度は、各々90度ずつ変わっている。つまり、セ
ンサの回転角度に合わせて線分OPとX軸のなす角度が
変わる事から、逆に線分OPとX軸の角度を計算する事
により、センサユニットと地磁場のなす角度を推定で
き、地磁気のN,S極の方向がわかる。
【0020】この方法により、センサユニットを回転し
なくとも地磁気の方向が認識できる。
【0021】(実施例2)図10は本発明の実施例2に
おけるセンサユニットの正面図である。図1の例におい
て3組のセンサを各々図11に示すセンサより構成し
た。図11の構成においては、外部磁場により、出力A
42が増えると出力B43が減る関係にあるので、出力
Aと出力Bの差を電気回路で演算すると、図1の方法の
2倍の出力が得られる。
【0022】また、図12に電気回路図を示す。図3の
回路の時はセンサA14を基準として、センサB15,
センサC16の差を出力した。磁気オフセットの加え方
によりセンサA、B,Cの出力が変わるが、電気増幅率
が、大きいため外部磁場の無い状態で同じ出力がでるよ
うにする必要がある。その調整は、センサと磁気オフセ
ット用磁石の相対位置と磁石の磁力の強さを操作する
が、大変むずかしい作業である。ところが、図12の回
路では各々独自の磁気オフセットの影響を受けるセンサ
を増幅することから、各センサを個々に調整すればよい
ので、製作しやすい構成となる。
【0023】(実施例3)図13は実施例3におけるセ
ンサユニットの正面図であり、図14は側面図である。
非磁性体の土台71の上にセンサA72,センサB7
3,センサC74を90度間隔に配置する。土台71の
下には、円形状の薄板磁石を配置し放射状に着磁した。
磁石による磁場が対称形になっている事から、この方式
の方がセンサと磁石の相対位置が調整しやすい。磁石も
1個しか使用しない事より、コストもさげられる。
【0024】(実施例4)図15は実施例4におけるセ
ンサユニットの正面図であり、図16は側面図である。
ガラス板81の上に磁気センサA82、磁気センサB8
3、磁気センサC84を強磁性磁気抵抗素子であるニッ
ケル、コバルトをパターニングして作ってある。ガラス
板の下面には、ネオジ、鉄、ボロンによる磁性薄膜85
を成形し、着磁した。
【0025】この方法は、センサと磁気オフセットの位
置関係をフォトリソグラフィ技術により正確に作り込む
事ができる。またセンサユニットの大きさも飛躍的に小
さくすることが出来た。
【0026】(実施例5)図17は実施例5におけるセ
ンサユニットの例の正面図であり、図18は側面図であ
る。8個の磁気センサを磁気センサA92から磁気セン
サH99の順にならべて1つのセンサユニットを構成し
た。8個の磁気センサの出力は図19のようになる。各
センサは等角度に並べている事から、曲線形状とサイン
曲線を比較して、位相の最もあった位置を算出する事に
より、磁気方位を推定することができた。磁気センサの
数が多いほど測定角度精度がよくなるが、駆動回路が複
雑になる。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下
の様な効果を有する。
【0028】(1)3組以上の磁気センサの出力を演算
して、地磁気方位を推定する事から、磁気センサを回転
しなくとも、方位の推定ができた。それにより、磁気セ
ンサを回転させる機構を必要とせず、煩わしさがなくな
った。
【0029】(2)放射状に着磁した磁石で磁気オフセ
ットをセンサに与えることにより、磁石が1個で済み、
磁石とセンサの相対位置をだし易くなる事により、組立
性が向上し、さらに、センサユニットの大きさを小さく
する事ができた。
【0030】(3)磁気センサに強磁性磁気抵抗素子を
使用することにより、消費電力を小さくでき、磁気レン
ズを使用する必要もない事から、小さなセンサユニット
にする事ができた。
【0031】(4)基盤の表面に磁気抵抗素子による磁
気センサを構成し、裏面に磁性薄膜によるオフセット用
磁石を形成する事により、非常に小さなセンサユニット
にする事ができた。さらに、フォトリソグラフィの技術
により加工出来ることから、精度よく品質のよいセンサ
ユニットを製造する事ができた。
【0032】(5)センサの差動増幅回路において、複
数のセンサに対して、スイッチにより切り替えて出力を
得る事により、差動増幅回路を1回路だけにして、簡素
化した事より、回路のコストを下げ、消費電力をさげる
事ができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるセンサユニットの正
面図。
【図2】本発明の実施例1におけるセンサユニットの側
面図。
【図3】本発明の実施例1におけるセンサユニットの駆
動電気回路図。
【図4】本発明の実施例1における各センサ素子の出力
図。
【図5】本発明の実施例1における差動増幅回路の出力
図。
【図6】本発明の実施例1における方位推定方法の説明
図。
【図7】本発明の実施例1における方位推定方法の説明
図。
【図8】本発明の実施例1における方位推定方法の説明
図。
【図9】本発明の実施例1における方位推定方法の説明
図。
【図10】本発明の実施例2におけるセンサユニットの
正面図。
【図11】本発明の実施例2におけるセンサ素子の説明
図。
【図12】本発明の実施例2における差動増幅回路のブ
ロック図。
【図13】本発明の実施例3におけるセンサユニットの
正面図。
【図14】本発明の実施例3におけるセンサユニットの
側面図。
【図15】本発明の実施例4におけるセンサユニットの
正面図。
【図16】本発明の実施例4におけるセンサユニットの
側面図。
【図17】本発明の実施例5におけるセンサユニットの
正面図。
【図18】本発明の実施例5におけるセンサユニットの
側面図。
【図19】本発明の実施例5における方位推定方法の説
明図。
【符号の説明】
1,31,71 土台 2,14,32,54,72,82 センサA 3,15,33,55,73,83 センサB 4,16,34,56,74,84 センサC 5,35 磁石D 6,36 磁石A 7,37 磁石B 8,38 磁石C 9,63 スイッチ制
御回路 10,11,12,13 オペアン
プ 17,18 スイッチ 19 反転素子 20,64 演算回路 21 センサA
出力 22,25 センサB
出力 23,26 センサC
出力 24,27,101 出力電圧 25,28 センサユ
ニット回転角度 40 電源電圧 41 グランド 42 出力A 43 出力B 44 磁気オフ
セットのベクトル 50,51,52,53 オペアン
プ 57,58,59,60 スイッチ 61,62 スイッチ 64 演算回路 75 磁石 81 ガラス板 85 磁性薄膜 91 土台 92 磁気セン
サA 93 磁気セン
サB 94 磁気セン
サC 95 磁気セン
サD 96 磁気セン
サE 97 磁気セン
サF 98 磁気セン
サG 99 磁気セン
サH 100 磁石 101 出力電圧 102 センサ記

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地磁気センサと、該地磁気センサの駆動
    回路と、該地磁気センサからの出力信号を演算し方位デ
    ータを出力する演算回路と、方位データを表示する表示
    部からなる電子方位計において、指向性のある磁気抵抗
    素子を2個ある相対角度をもたして配置した地磁気セン
    サを1組とし、3組以上の地磁気センサを各々角度を変
    えて配置した事を特徴とする電子方位計。
  2. 【請求項2】 地磁気センサに磁気抵抗素子を使用し、
    放射状に着磁した磁石に対し同心円上に複数個のセンサ
    を配置したことを特徴とする請求項1記載の電子方位
    計。
  3. 【請求項3】 地磁気センサの駆動回路において複数個
    のセンサに対して順次データをサンプリングし、演算す
    る回路とした事を特徴とする請求項1記載の電子方位
    計。
  4. 【請求項4】 地磁気センサに強磁性磁気抵抗素子を使
    用した事を特徴とする請求項1記載の電子方位計。
  5. 【請求項5】 基盤の片面に強磁性磁気抵抗素子を配列
    した磁気センサの裏面に磁性薄膜を形成した地磁気セン
    サを使用した事を特徴とする電子方位計。
JP4283172A 1992-10-21 1992-10-21 電子方位計 Pending JPH06129855A (ja)

Priority Applications (1)

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JP4283172A JPH06129855A (ja) 1992-10-21 1992-10-21 電子方位計

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6831457B2 (en) 2002-02-19 2004-12-14 Aichi Micro Intelligent Corporation Two-dimensional magnetic sensor including magneto-impedance sensor elements
US6909368B2 (en) 2002-03-04 2005-06-21 Aichi Micro Intelligent Corporation Magnetic field detection device

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US6831457B2 (en) 2002-02-19 2004-12-14 Aichi Micro Intelligent Corporation Two-dimensional magnetic sensor including magneto-impedance sensor elements
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