JPH07248365A - 磁気・磁気方位センサ及び磁気・磁気方位測定方法 - Google Patents
磁気・磁気方位センサ及び磁気・磁気方位測定方法Info
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- JPH07248365A JPH07248365A JP3994994A JP3994994A JPH07248365A JP H07248365 A JPH07248365 A JP H07248365A JP 3994994 A JP3994994 A JP 3994994A JP 3994994 A JP3994994 A JP 3994994A JP H07248365 A JPH07248365 A JP H07248365A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 地磁気の検出に十分な精度を有し、小型で装
置へ組み込み可能な磁気センサ、磁気方位センサとこれ
らセンサを用いる地磁気測定方法を提供する。 【構成】 アモルファス磁性体ワイヤ１とワイヤ１にバ
イアス磁界を与えるコイル２とで磁気検出部３を構成
し、平行に配置した一対の磁気検出部を備えて磁気セン
サを構成。二組又は三組の磁気センサを直交して配置し
て構成した磁気方位検出部を備えて磁気方位センサを構
成。地磁気を測定する場合は、各ワイヤ１に１０ｋ〜３
０ＭＨｚの高周波電流を通電し、対をなすコイル２に大
きさが等しく向きが正反対のバイアス磁界を発生して、
ワイヤ両端電圧を測定する。
置へ組み込み可能な磁気センサ、磁気方位センサとこれ
らセンサを用いる地磁気測定方法を提供する。 【構成】 アモルファス磁性体ワイヤ１とワイヤ１にバ
イアス磁界を与えるコイル２とで磁気検出部３を構成
し、平行に配置した一対の磁気検出部を備えて磁気セン
サを構成。二組又は三組の磁気センサを直交して配置し
て構成した磁気方位検出部を備えて磁気方位センサを構
成。地磁気を測定する場合は、各ワイヤ１に１０ｋ〜３
０ＭＨｚの高周波電流を通電し、対をなすコイル２に大
きさが等しく向きが正反対のバイアス磁界を発生して、
ワイヤ両端電圧を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、地磁気等の微弱磁界を
検出し、これら微弱磁界の強さ、向き、方向を測定する
ための磁気センサ、磁気方位センサ及びそれらを用いる
磁気測定方法、磁気方位測定方法に関するものである。
なお、以下の記述で磁界の強さは地磁気の場合は全磁
力、向きは一次元における方向を意味する。
検出し、これら微弱磁界の強さ、向き、方向を測定する
ための磁気センサ、磁気方位センサ及びそれらを用いる
磁気測定方法、磁気方位測定方法に関するものである。
なお、以下の記述で磁界の強さは地磁気の場合は全磁
力、向きは一次元における方向を意味する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば地磁気（数万ｎＴ，数十Ａ
／ｍ）を精度よく検出する磁気方位センサとして、フラ
ックスゲート型磁気センサが最もよく使われている。フ
ラックスゲート型磁気センサは、パーマロイ等の高透磁
率磁心の対称なＢ−Ｈ飽和特性が、外部磁界により変化
することを利用して磁界測定を行うもので、±１°の方
位測定精度を有する。しかし、地磁気検出用フラックス
ゲート型磁気センサは、原理的な理由により大型の磁心
を必要とし、センサ全体の寸法・形状を小さくすること
が不可能である。フラックスゲート型磁気センサ以外の
磁気センサとしては、半導体を用いたホール素子、磁性
体（以下、強磁性体のことを単に磁性体と称する）薄膜
を用いた磁気抵抗素子等がある。しかし、これらは寸法
・形状は小さいものの、磁界に対する感度は、地磁気を
検出するには精度が一桁足りず、正確に地磁気の検出が
できない。
／ｍ）を精度よく検出する磁気方位センサとして、フラ
ックスゲート型磁気センサが最もよく使われている。フ
ラックスゲート型磁気センサは、パーマロイ等の高透磁
率磁心の対称なＢ−Ｈ飽和特性が、外部磁界により変化
することを利用して磁界測定を行うもので、±１°の方
位測定精度を有する。しかし、地磁気検出用フラックス
ゲート型磁気センサは、原理的な理由により大型の磁心
を必要とし、センサ全体の寸法・形状を小さくすること
が不可能である。フラックスゲート型磁気センサ以外の
磁気センサとしては、半導体を用いたホール素子、磁性
体（以下、強磁性体のことを単に磁性体と称する）薄膜
を用いた磁気抵抗素子等がある。しかし、これらは寸法
・形状は小さいものの、磁界に対する感度は、地磁気を
検出するには精度が一桁足りず、正確に地磁気の検出が
できない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の事情
に鑑みて、地磁気を検出するのに十分な精度を有し、か
つ、小型で装置への組み込みが容易である磁気センサ及
び磁気方位センサ、並びにこれらの磁気センサ及び磁気
方位センサを用いる磁気、磁気方位の測定方法を提供す
ることを目的としている。
に鑑みて、地磁気を検出するのに十分な精度を有し、か
つ、小型で装置への組み込みが容易である磁気センサ及
び磁気方位センサ、並びにこれらの磁気センサ及び磁気
方位センサを用いる磁気、磁気方位の測定方法を提供す
ることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気センサは、
アモルファス磁性体ワイヤとこのアモルファス磁性体ワ
イヤにバイアス磁界を与えるコイル又は永久磁石とを備
えて磁気検出部が構成され、一対のこの磁気検出部を互
いに平行に配置して構成されていることを特徴としてい
る。また、本発明の磁気方位センサは、上述した磁気セ
ンサの二組又は三組を互いに直交するように配置して構
成された磁気方位検出部を備えていることを特徴として
いる。
アモルファス磁性体ワイヤとこのアモルファス磁性体ワ
イヤにバイアス磁界を与えるコイル又は永久磁石とを備
えて磁気検出部が構成され、一対のこの磁気検出部を互
いに平行に配置して構成されていることを特徴としてい
る。また、本発明の磁気方位センサは、上述した磁気セ
ンサの二組又は三組を互いに直交するように配置して構
成された磁気方位検出部を備えていることを特徴として
いる。
【０００５】本発明の磁気測定方法は、アモルファス磁
性体ワイヤとこのアモルファス磁性体ワイヤにバイアス
磁界を与えるコイル又は永久磁石とを備えて磁気検出部
が構成され、一対のこの磁気検出部を互いに平行に配置
して構成された磁気センサのアモルファス磁性体ワイヤ
のそれぞれに高周波電流を通電し、対をなすコイル又は
永久磁石で強さが等しく向きが正反対のバイアス磁界を
発生させ、アモルファス磁性体ワイヤの両端電圧の差を
検出して、磁気検出部の長手方向の磁界の強さと向きを
測定することを特徴としている。
性体ワイヤとこのアモルファス磁性体ワイヤにバイアス
磁界を与えるコイル又は永久磁石とを備えて磁気検出部
が構成され、一対のこの磁気検出部を互いに平行に配置
して構成された磁気センサのアモルファス磁性体ワイヤ
のそれぞれに高周波電流を通電し、対をなすコイル又は
永久磁石で強さが等しく向きが正反対のバイアス磁界を
発生させ、アモルファス磁性体ワイヤの両端電圧の差を
検出して、磁気検出部の長手方向の磁界の強さと向きを
測定することを特徴としている。
【０００６】また、本発明の磁気方位測定方法は、上述
した磁気センサを備え、この磁気センサの二組又は三組
を互いに直交するように配置して構成された磁気方位検
出部の各組のアモルファス磁性体ワイヤのそれぞれに高
周波電流を通電し、対をなすコイル又は永久磁石で強さ
が等しく向きが正反対のバイアス磁界を発生させ、各組
のアモルファス磁性体ワイヤの両端電圧の差を検出し
て、各組の磁気検出部の長手方向の磁界の強さと向きを
測定し、これらを合成して磁界の強さ、方位を測定する
ことを特徴としている。また、本発明の磁気測定方法及
び磁気方位測定方法は、それぞれ上述した高周波電流の
周波数が１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚであることを特徴とし
ている。
した磁気センサを備え、この磁気センサの二組又は三組
を互いに直交するように配置して構成された磁気方位検
出部の各組のアモルファス磁性体ワイヤのそれぞれに高
周波電流を通電し、対をなすコイル又は永久磁石で強さ
が等しく向きが正反対のバイアス磁界を発生させ、各組
のアモルファス磁性体ワイヤの両端電圧の差を検出し
て、各組の磁気検出部の長手方向の磁界の強さと向きを
測定し、これらを合成して磁界の強さ、方位を測定する
ことを特徴としている。また、本発明の磁気測定方法及
び磁気方位測定方法は、それぞれ上述した高周波電流の
周波数が１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚであることを特徴とし
ている。
【０００７】
【作用】図１は、本発明に係る磁気センサの回路構成例
を示すが、図１を参照して作用を説明する。図中、１は
アモルファス磁性体ワイヤ（以下、ａ‐ワイヤと略す場
合がある）、２はアモルファス磁性体ワイヤ１にバイア
ス磁界を与えるコイル、３はアモルファス磁性体ワイヤ
１とコイル２とを備えて構成されている磁気検出部、４
は抵抗、５はアモルファス磁性体ワイヤ１に高周波電流
を通電するための高周波電源、６は増幅器、７は検波
器、８は低域フィルタ、９は差動増幅器である。そし
て、二つの磁気検出部３は対をなし、かつ、互いに平行
に配置されて磁気センサを形成している。
を示すが、図１を参照して作用を説明する。図中、１は
アモルファス磁性体ワイヤ（以下、ａ‐ワイヤと略す場
合がある）、２はアモルファス磁性体ワイヤ１にバイア
ス磁界を与えるコイル、３はアモルファス磁性体ワイヤ
１とコイル２とを備えて構成されている磁気検出部、４
は抵抗、５はアモルファス磁性体ワイヤ１に高周波電流
を通電するための高周波電源、６は増幅器、７は検波
器、８は低域フィルタ、９は差動増幅器である。そし
て、二つの磁気検出部３は対をなし、かつ、互いに平行
に配置されて磁気センサを形成している。
【０００８】本発明で用いるアモルファス磁性体ワイヤ
１は、ＣｏＳｉＢ系、ＦｅＣｏＳｉＢ系、その他の組成
の合金を溶融した後、液体超急冷して断面が円形の線状
としてある。更に、磁歪定数λs ，磁気異方性を調整す
るために、張力アニールを施したもので、ａ‐ワイヤの
円周方向に強い磁気異方性を有する。磁歪定数λs につ
いていえば、磁歪定数λs の絶対値が１０-6より小さく
なると、後述するワイヤ両端電圧が小さくなり、検出し
にくくなるので、−１０-6＜λs ≦０の範囲のものを使
用することが望ましい。アモルファス磁性体ワイヤ１の
直径は、１０μから１５０μの範囲が検出感度が大きく
て好ましく、長さは、１ｍｍ程度以上から使用可能でる
が、出力の容易さから３ｍｍ以上が望ましい。
１は、ＣｏＳｉＢ系、ＦｅＣｏＳｉＢ系、その他の組成
の合金を溶融した後、液体超急冷して断面が円形の線状
としてある。更に、磁歪定数λs ，磁気異方性を調整す
るために、張力アニールを施したもので、ａ‐ワイヤの
円周方向に強い磁気異方性を有する。磁歪定数λs につ
いていえば、磁歪定数λs の絶対値が１０-6より小さく
なると、後述するワイヤ両端電圧が小さくなり、検出し
にくくなるので、−１０-6＜λs ≦０の範囲のものを使
用することが望ましい。アモルファス磁性体ワイヤ１の
直径は、１０μから１５０μの範囲が検出感度が大きく
て好ましく、長さは、１ｍｍ程度以上から使用可能でる
が、出力の容易さから３ｍｍ以上が望ましい。
【０００９】上述で、バイアス磁界をかけるために、公
知のコイル又は公知の永久磁石、あるいは公知のコイル
と公知の永久磁石との組み合わせが用いられる。また、
アモルファス磁性体ワイヤ１の材質、磁気センサの構造
にもよるが、インダクタンスの変化を効率的に取り出す
ために、アモルファス磁性体ワイヤ１に通電する高周波
電流の周波数ｆは、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲が望
ましい。１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲外では、磁界に
対する感度が著しく低下するからである。
知のコイル又は公知の永久磁石、あるいは公知のコイル
と公知の永久磁石との組み合わせが用いられる。また、
アモルファス磁性体ワイヤ１の材質、磁気センサの構造
にもよるが、インダクタンスの変化を効率的に取り出す
ために、アモルファス磁性体ワイヤ１に通電する高周波
電流の周波数ｆは、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲が望
ましい。１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲外では、磁界に
対する感度が著しく低下するからである。
【００１０】アモルファス磁性体ワイヤ１に通電する高
周波電流の周波数ｆを、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲
に限定した根拠などについて、本発明の発明者の一人が
共著した文献を引用して追加的に説明する。「電気学会
研究会資料（マグネティックス研究会ＭＡＧ−９３−２
１６〜２２３）」〔社団法人 電気学会 １９９３年１
１月１９日発行〕中のＭＡＧ−９３−２１９（３９頁〜
４８頁）「アモルファス磁性体ワイヤの磁気インピーダ
ンス効果」における記載、例えば４４頁の４行目〜１０
行目の記述、４４頁の図６「ΔＥW / ＥW −ｆ特性図」
などが一つの根拠となる。
周波電流の周波数ｆを、１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲
に限定した根拠などについて、本発明の発明者の一人が
共著した文献を引用して追加的に説明する。「電気学会
研究会資料（マグネティックス研究会ＭＡＧ−９３−２
１６〜２２３）」〔社団法人 電気学会 １９９３年１
１月１９日発行〕中のＭＡＧ−９３−２１９（３９頁〜
４８頁）「アモルファス磁性体ワイヤの磁気インピーダ
ンス効果」における記載、例えば４４頁の４行目〜１０
行目の記述、４４頁の図６「ΔＥW / ＥW −ｆ特性図」
などが一つの根拠となる。
【００１１】引用文献の図６は、外部磁界Ｈexをかけた
ときの励磁周波数ｆに対するワイヤ両端電圧の減少率Δ
ＥW / ＥW を示している。この図より、アモルファス磁
性体ワイヤに通電すべき高周波電流の周波数ｆは、１０
ｋＨｚ〜３０ＭＨｚであることが分かる。なお、望まし
い高周波電流の周波数ｆの範囲は、アモルファス磁性体
ワイヤの組成、製法、形状にも影響されるが、ΔＥW /
ＥW が０．１以上であることが必要である。例えば、３
ｋｇ／ｍｍ2 の張力下でアニールした直径５０μのＦｅ
ＣｏＳｉＢ系のアモルファス磁性体ワイヤの場合、望ま
しい高周波電流の周波数ｆの範囲は、８０ｋＨｚ〜２０
ＭＨｚである。また、２ｋｇ／ｍｍ2 の張力下でアニー
ルした直径３０μのＦｅＣｏＳｉＢ系のアモルファス磁
性体ワイヤの場合、望ましい高周波電流の周波数ｆの範
囲は、３００ｋＨｚ〜２５ＭＨｚである。そして、アモ
ルファス磁性体ワイヤが改良され、現在よりΔＥW / Ｅ
W−ｆ特性の向上したものが現れれば、アモルファス磁
性体ワイヤに通電する高周波電流の周波数ｆは、１０ｋ
Ｈｚ〜３０ＭＨｚの範囲より拡大するであろうと推測さ
れる。
ときの励磁周波数ｆに対するワイヤ両端電圧の減少率Δ
ＥW / ＥW を示している。この図より、アモルファス磁
性体ワイヤに通電すべき高周波電流の周波数ｆは、１０
ｋＨｚ〜３０ＭＨｚであることが分かる。なお、望まし
い高周波電流の周波数ｆの範囲は、アモルファス磁性体
ワイヤの組成、製法、形状にも影響されるが、ΔＥW /
ＥW が０．１以上であることが必要である。例えば、３
ｋｇ／ｍｍ2 の張力下でアニールした直径５０μのＦｅ
ＣｏＳｉＢ系のアモルファス磁性体ワイヤの場合、望ま
しい高周波電流の周波数ｆの範囲は、８０ｋＨｚ〜２０
ＭＨｚである。また、２ｋｇ／ｍｍ2 の張力下でアニー
ルした直径３０μのＦｅＣｏＳｉＢ系のアモルファス磁
性体ワイヤの場合、望ましい高周波電流の周波数ｆの範
囲は、３００ｋＨｚ〜２５ＭＨｚである。そして、アモ
ルファス磁性体ワイヤが改良され、現在よりΔＥW / Ｅ
W−ｆ特性の向上したものが現れれば、アモルファス磁
性体ワイヤに通電する高周波電流の周波数ｆは、１０ｋ
Ｈｚ〜３０ＭＨｚの範囲より拡大するであろうと推測さ
れる。
【００１２】このようなアモルファス磁性体ワイヤ１の
長手方向に、高周波電源５により高周波電流を通電する
と、ａ‐ワイヤ１にワイヤ両端電圧を生ずるとともに、
ａ‐ワイヤ１の周囲に円周磁界Ｈ0 が発生する。このと
き、ａ‐ワイヤ１は磁性体であるので、電流変化を阻止
する自己誘導性を示す自己インダクタンスＬを有する。
ここで、アモルファス磁性体ワイヤ１の長手方向に外部
磁界Ｈexをかけると、外部磁界Ｈexの強さに応じた角度
ψ（０°＜ψ＜９０°）だけａ‐ワイヤ１の磁化ベクト
ルＭが傾斜する。この結果、インダクタンスとして働く
円周方向の有効な磁化成分は、Ｍ・ｃｏｓψ（０＜ｃｏ
ｓψ＜１）となり、自己インダクタンスＬは減少するこ
とになる。この自己インダクタンスＬの変化から、アモ
ルファス磁性体ワイヤ１の長手方向にかけられた外部磁
界Ｈexの強さが検出でき、逆に自己インダクタンスＬの
変化は、アモルファス磁性体ワイヤ１の長手方向に高周
波電流を通電したときのワイヤ両端電圧の変化から求め
られる。
長手方向に、高周波電源５により高周波電流を通電する
と、ａ‐ワイヤ１にワイヤ両端電圧を生ずるとともに、
ａ‐ワイヤ１の周囲に円周磁界Ｈ0 が発生する。このと
き、ａ‐ワイヤ１は磁性体であるので、電流変化を阻止
する自己誘導性を示す自己インダクタンスＬを有する。
ここで、アモルファス磁性体ワイヤ１の長手方向に外部
磁界Ｈexをかけると、外部磁界Ｈexの強さに応じた角度
ψ（０°＜ψ＜９０°）だけａ‐ワイヤ１の磁化ベクト
ルＭが傾斜する。この結果、インダクタンスとして働く
円周方向の有効な磁化成分は、Ｍ・ｃｏｓψ（０＜ｃｏ
ｓψ＜１）となり、自己インダクタンスＬは減少するこ
とになる。この自己インダクタンスＬの変化から、アモ
ルファス磁性体ワイヤ１の長手方向にかけられた外部磁
界Ｈexの強さが検出でき、逆に自己インダクタンスＬの
変化は、アモルファス磁性体ワイヤ１の長手方向に高周
波電流を通電したときのワイヤ両端電圧の変化から求め
られる。
【００１３】図２は、アモルファス磁性体ワイヤ１の長
手方向に外部磁界Ｈex（Ａ／ｍ）をかけ、高周波電源５
からの高周波電流をａ‐ワイヤ１の両端に通電したとき
の、ワイヤ両端電圧（ｍＡｐ‐ｐ）を測定するための基
本的回路を示したものである。組成が（Ｆｅ6 Ｃｏ94）
72.5Ｓｉ12.5Ｂ15のアモルファス磁性体ワイヤ１に、抵
抗値１００Ωの抵抗４を直列に配置し、高周波電流の周
波数が３００ｋＨｚの場合の、外部磁界Ｈex（Ａ／ｍ）
に対するワイヤ両端電圧（ｍＶｐ‐ｐ）の変化を、図３
のグラフで示してある。
手方向に外部磁界Ｈex（Ａ／ｍ）をかけ、高周波電源５
からの高周波電流をａ‐ワイヤ１の両端に通電したとき
の、ワイヤ両端電圧（ｍＡｐ‐ｐ）を測定するための基
本的回路を示したものである。組成が（Ｆｅ6 Ｃｏ94）
72.5Ｓｉ12.5Ｂ15のアモルファス磁性体ワイヤ１に、抵
抗値１００Ωの抵抗４を直列に配置し、高周波電流の周
波数が３００ｋＨｚの場合の、外部磁界Ｈex（Ａ／ｍ）
に対するワイヤ両端電圧（ｍＶｐ‐ｐ）の変化を、図３
のグラフで示してある。
【００１４】図３のグラフは、外部磁界Ｈex±２００
（Ａ／ｍ）付近において、ワイヤ両端電圧が最大値とな
り、外部磁界Ｈex０を境界に左右対称になっている。ア
モルファス磁性体ワイヤ１の材質、形状、通電する高周
波電流の周波数等によって、グラフの曲線の状態は異な
るが、いずれにおいても、磁界０（Ａ／ｍ）における縦
座標軸を対称軸として、図３の双峰型や山型のような対
称型の曲線となる。図３のグラフの曲線状態では、ワイ
ヤ両端電圧からは外部磁界Ｈexの向きは分からず、ま
た、ワイヤ両端電圧が５５ｍＶｐ‐ｐ以上の場合は、外
部磁界Ｈexの強さも多価となって定まらず、外部磁界Ｈ
exを検出することができない。
（Ａ／ｍ）付近において、ワイヤ両端電圧が最大値とな
り、外部磁界Ｈex０を境界に左右対称になっている。ア
モルファス磁性体ワイヤ１の材質、形状、通電する高周
波電流の周波数等によって、グラフの曲線の状態は異な
るが、いずれにおいても、磁界０（Ａ／ｍ）における縦
座標軸を対称軸として、図３の双峰型や山型のような対
称型の曲線となる。図３のグラフの曲線状態では、ワイ
ヤ両端電圧からは外部磁界Ｈexの向きは分からず、ま
た、ワイヤ両端電圧が５５ｍＶｐ‐ｐ以上の場合は、外
部磁界Ｈexの強さも多価となって定まらず、外部磁界Ｈ
exを検出することができない。
【００１５】そこで、本発明の磁気センサは、アモルフ
ァス磁性体ワイヤ１と、アモルファス磁性体ワイヤ１に
バイアス磁界を与えるコイル２とを備えた磁気検出部３
を構成し、二つの磁気検出部３が対をなして互いに平行
に配置して構成せしめたものである。そして、各アモル
ファス磁性体ワイヤ１のそれぞれに、１０ｋＨｚ〜３０
ＭＨｚの高周波電流を通電し、また、対をなすコイル２
に強さが等しく向きが正反対のバイアス磁界を発生さ
せ、各アモルファス磁性体ワイヤ１のワイヤ両端電圧の
差を検出して、磁気検出部３の長手方向の外部磁界Ｈex
の強さと向きを求めるようにした。すなわち、図３にお
いて例えばバイアス磁界をそれぞれ−５００Ａ／ｍ，＋
５００Ａ／ｍとすれば、＋２００Ａ／ｍ〜＋５００Ａ／
ｍ及び−２００Ａ／ｍ〜−５００Ａ／ｍの範囲の曲線が
利用可能であり、１対のワイヤ両端電圧の差を求めれ
ば、±３００Ａ／ｍの範囲で外部磁界Ｈexの強さと向き
を測定することができる。
ァス磁性体ワイヤ１と、アモルファス磁性体ワイヤ１に
バイアス磁界を与えるコイル２とを備えた磁気検出部３
を構成し、二つの磁気検出部３が対をなして互いに平行
に配置して構成せしめたものである。そして、各アモル
ファス磁性体ワイヤ１のそれぞれに、１０ｋＨｚ〜３０
ＭＨｚの高周波電流を通電し、また、対をなすコイル２
に強さが等しく向きが正反対のバイアス磁界を発生さ
せ、各アモルファス磁性体ワイヤ１のワイヤ両端電圧の
差を検出して、磁気検出部３の長手方向の外部磁界Ｈex
の強さと向きを求めるようにした。すなわち、図３にお
いて例えばバイアス磁界をそれぞれ−５００Ａ／ｍ，＋
５００Ａ／ｍとすれば、＋２００Ａ／ｍ〜＋５００Ａ／
ｍ及び−２００Ａ／ｍ〜−５００Ａ／ｍの範囲の曲線が
利用可能であり、１対のワイヤ両端電圧の差を求めれ
ば、±３００Ａ／ｍの範囲で外部磁界Ｈexの強さと向き
を測定することができる。
【００１６】図４は、二成分センサの場合における本発
明に係る磁気方位センサの磁気方位検出部の構成図で、
作用説明のためにｘ−ｙ座標軸も記載してある。本発明
に係る磁気方位センサの磁気方位検出部は、上述した磁
気センサにおける磁気検出部の二組（二成分センサの場
合）又は三組（三成分センサの場合）を、互いに直交す
るように配置して構成してある。図４の場合、磁気方位
センサの磁気方位検出部１０は、磁気センサの磁気検出
部３ｘと磁気検出部３ｙを、互いに直交するように配置
して構成してある。磁気検出部３ｘの出力値がＸ，磁気
検出部３ｙの出力値がＹであれば、磁界の強さＦ，図示
してあるｘ軸からの偏りの角（偏角）θは、それぞれ下
記の式（１），式（２）で示される。 Ｆ＝（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）1/2 ・・・・（１） θ＝ｔａｎ-1（Ｙ／Ｘ） ・・・・（２）
明に係る磁気方位センサの磁気方位検出部の構成図で、
作用説明のためにｘ−ｙ座標軸も記載してある。本発明
に係る磁気方位センサの磁気方位検出部は、上述した磁
気センサにおける磁気検出部の二組（二成分センサの場
合）又は三組（三成分センサの場合）を、互いに直交す
るように配置して構成してある。図４の場合、磁気方位
センサの磁気方位検出部１０は、磁気センサの磁気検出
部３ｘと磁気検出部３ｙを、互いに直交するように配置
して構成してある。磁気検出部３ｘの出力値がＸ，磁気
検出部３ｙの出力値がＹであれば、磁界の強さＦ，図示
してあるｘ軸からの偏りの角（偏角）θは、それぞれ下
記の式（１），式（２）で示される。 Ｆ＝（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）1/2 ・・・・（１） θ＝ｔａｎ-1（Ｙ／Ｘ） ・・・・（２）
【００１７】図示は省略してあるが、地磁気を対象とす
る三成分センサの場合は、図４のｘ−ｙ座標軸を含む面
を水平面とし、ｘ−ｙ座標軸に対して鉛直下向きにｚ軸
をとる。二成分センサの場合と同様にして、磁気検出部
３ｘの出力値がＸ，磁気検出部３ｙの出力値がＹ，磁気
検出部３ｚの出力値がＺであれば、ｘ軸からの偏りの角
（偏角）θは、上記の式（２）で示され、全磁力Ｆ，水
平面からの磁場ベクトルの傾き（伏角）χは、それぞれ
下記の式（３），式（４）で示される。 Ｆ＝（Ｘ2 ＋Ｙ2 ＋Ｚ2 ）1/2 ・・・・（３） χ＝ｔａｎ-1〔Ｚ／（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）1/2 〕 ・・・・（４）
る三成分センサの場合は、図４のｘ−ｙ座標軸を含む面
を水平面とし、ｘ−ｙ座標軸に対して鉛直下向きにｚ軸
をとる。二成分センサの場合と同様にして、磁気検出部
３ｘの出力値がＸ，磁気検出部３ｙの出力値がＹ，磁気
検出部３ｚの出力値がＺであれば、ｘ軸からの偏りの角
（偏角）θは、上記の式（２）で示され、全磁力Ｆ，水
平面からの磁場ベクトルの傾き（伏角）χは、それぞれ
下記の式（３），式（４）で示される。 Ｆ＝（Ｘ2 ＋Ｙ2 ＋Ｚ2 ）1/2 ・・・・（３） χ＝ｔａｎ-1〔Ｚ／（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）1/2 〕 ・・・・（４）
【００１８】そして、二成分センサによる測定では式
（１），式（２）を、地磁気を対象とする三成分センサ
による測定では式（２），式（３）及び式（４）を計算
して、それぞれ磁界の強さＦとｘ軸からの偏角θ，全磁
力Ｆとｘ軸からの偏角θ及び水平面からの磁場ベクトル
の伏角χを算出する。なお、地磁気を対象とする場合、
北向きにｘ軸、東向きにｙ軸、鉛直下向きにｚ軸をと
り、偏角θは北から東回りに測り、東偏を正に西偏を負
にとる。また、伏角χは水平面から下向き正、上向きに
負をとる。
（１），式（２）を、地磁気を対象とする三成分センサ
による測定では式（２），式（３）及び式（４）を計算
して、それぞれ磁界の強さＦとｘ軸からの偏角θ，全磁
力Ｆとｘ軸からの偏角θ及び水平面からの磁場ベクトル
の伏角χを算出する。なお、地磁気を対象とする場合、
北向きにｘ軸、東向きにｙ軸、鉛直下向きにｚ軸をと
り、偏角θは北から東回りに測り、東偏を正に西偏を負
にとる。また、伏角χは水平面から下向き正、上向きに
負をとる。
【００１９】
【実施例】図１で示した本発明の磁気センサの磁気検出
部３の二組を互いに直交するように配置して、図４に示
した磁気方位検出部１０を備えた磁気方位センサを製造
した。図５（ａ）は本発明に係る実施例における磁気方
位センサの磁気方位検出部１０の平面図、図５（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図であって、１０ａは基板を示
している。磁気方位検出部１０の寸法は１０ｍｍ×１０
ｍｍ×４ｍｍである。また、これらの磁気センサ、磁気
方位センサを用いて本発明の磁気・磁気方位測定方法で
磁気・磁気方位を測定した。アモルファス磁性体ワイヤ
１には、組成が（Ｆｅ6 Ｃｏ94）72.5Ｓｉ12.5Ｂ15で、
磁歪定数λs ＝−１０-7，直径５０μ，有効長さ５ｍｍ
のものを用いた。バイアス磁界をかけるるためのコイル
は、巻き数３００，コイル径３ｍｍであり、このコイル
で±５００Ａ／ｍのバイアス磁界を発生させた。抵抗４
の抵抗値は１００Ω，各アモルファス磁性体ワイヤ１に
通電した高周波電流の周波数ｆは３００ｋＨｚであっ
た。
部３の二組を互いに直交するように配置して、図４に示
した磁気方位検出部１０を備えた磁気方位センサを製造
した。図５（ａ）は本発明に係る実施例における磁気方
位センサの磁気方位検出部１０の平面図、図５（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図であって、１０ａは基板を示
している。磁気方位検出部１０の寸法は１０ｍｍ×１０
ｍｍ×４ｍｍである。また、これらの磁気センサ、磁気
方位センサを用いて本発明の磁気・磁気方位測定方法で
磁気・磁気方位を測定した。アモルファス磁性体ワイヤ
１には、組成が（Ｆｅ6 Ｃｏ94）72.5Ｓｉ12.5Ｂ15で、
磁歪定数λs ＝−１０-7，直径５０μ，有効長さ５ｍｍ
のものを用いた。バイアス磁界をかけるるためのコイル
は、巻き数３００，コイル径３ｍｍであり、このコイル
で±５００Ａ／ｍのバイアス磁界を発生させた。抵抗４
の抵抗値は１００Ω，各アモルファス磁性体ワイヤ１に
通電した高周波電流の周波数ｆは３００ｋＨｚであっ
た。
【００２０】本実施例における磁気・磁気方位の測定結
果を、図６及び図７によって示してある。すなわち、ｘ
軸正方向からｙ軸正方向回りに測った角度を方位角φと
して、方位角φが０°〜３６０°の範囲における磁気検
出部３ｘのＸ出力（Ｖ），磁気検出部３ｙのＹ出力
（Ｖ）を測定した結果、図６に示すような方位角φに対
して位相差が９０°の二つの正弦曲線が得られた。図６
は磁気検出部３ｘのＸ出力（Ｖ），磁気検出部３ｙのＹ
出力（Ｖ）の方位角依存性を示している。また、各方位
角φにおけるＸ出力、Ｙ出力の値をマイクロコンピュー
タで演算して、これらの比よりｔａｎθ及び方位出力の
値を求めた。なお、方位出力は、方位角φに対して１対
１に対応して得られる回路中の出力値を表している任意
単位の数値である。この結果得られた図７は、方位出力
の方位角依存性を示している。図７のグラフは直線性が
よく、方位精度±１°で磁気方位が測定できることが分
かる。
果を、図６及び図７によって示してある。すなわち、ｘ
軸正方向からｙ軸正方向回りに測った角度を方位角φと
して、方位角φが０°〜３６０°の範囲における磁気検
出部３ｘのＸ出力（Ｖ），磁気検出部３ｙのＹ出力
（Ｖ）を測定した結果、図６に示すような方位角φに対
して位相差が９０°の二つの正弦曲線が得られた。図６
は磁気検出部３ｘのＸ出力（Ｖ），磁気検出部３ｙのＹ
出力（Ｖ）の方位角依存性を示している。また、各方位
角φにおけるＸ出力、Ｙ出力の値をマイクロコンピュー
タで演算して、これらの比よりｔａｎθ及び方位出力の
値を求めた。なお、方位出力は、方位角φに対して１対
１に対応して得られる回路中の出力値を表している任意
単位の数値である。この結果得られた図７は、方位出力
の方位角依存性を示している。図７のグラフは直線性が
よく、方位精度±１°で磁気方位が測定できることが分
かる。
【００２１】本実施例で用いた磁気方位センサの磁気方
位検出部１０の寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍで
あったが、この寸法は電子回路基板に組み込める大きさ
である。一方、市販されている従来のフラックスゲート
型磁気方位センサ（ＦＧ３７０形式、方位精度±１°）
の磁気方位検出部の寸法は、２５ｍｍ×２５ｍｍ×１０
ｍｍであって、本実施例で用いた磁気方位センサの磁気
方位検出部と比較すると、容積が約８倍に達する。図８
は、両磁気方位検出部の大きさの比較図である。更に、
本発明における磁気方位センサの磁気方位検出部は、理
論的には、５ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍ程度まで、小さくす
ることが可能であり、容積比は１：１２５に達する。
位検出部１０の寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍで
あったが、この寸法は電子回路基板に組み込める大きさ
である。一方、市販されている従来のフラックスゲート
型磁気方位センサ（ＦＧ３７０形式、方位精度±１°）
の磁気方位検出部の寸法は、２５ｍｍ×２５ｍｍ×１０
ｍｍであって、本実施例で用いた磁気方位センサの磁気
方位検出部と比較すると、容積が約８倍に達する。図８
は、両磁気方位検出部の大きさの比較図である。更に、
本発明における磁気方位センサの磁気方位検出部は、理
論的には、５ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍ程度まで、小さくす
ることが可能であり、容積比は１：１２５に達する。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の磁気・磁気
方位センサは、地磁気を検出するのに十分な精度を有し
ており、かつ、従来のフラックスゲート型磁気方位セン
サの磁気方位検出部と比較しても、容積は約１／８以下
であり、小型で装置への組み込めが容易である。
方位センサは、地磁気を検出するのに十分な精度を有し
ており、かつ、従来のフラックスゲート型磁気方位セン
サの磁気方位検出部と比較しても、容積は約１／８以下
であり、小型で装置への組み込めが容易である。
【図１】本発明に係る磁気センセの回路構成例を示す図
である。
である。
【図２】ａ‐ワイヤの長手方向に外部磁界をたけ両端に
高周波電流を通電したときのワイヤ両端電圧を測定する
ための基本的回路の構成例を示す図である。
高周波電流を通電したときのワイヤ両端電圧を測定する
ための基本的回路の構成例を示す図である。
【図３】図２の測定回路を用いて測定した外部磁界対ワ
イヤ両端電圧のグラフである。
イヤ両端電圧のグラフである。
【図４】本発明に係る磁気方位センサの磁気方位検出部
の構成図である。
の構成図である。
【図５】（ａ）は本発明に係る実施例における磁気方位
センサの磁気方位検出部の平面図である。（ｂ）は本発
明実施例の磁気方位センサの磁気方位検出部の断面図で
ある。
センサの磁気方位検出部の平面図である。（ｂ）は本発
明実施例の磁気方位センサの磁気方位検出部の断面図で
ある。
【図６】本発明に係る磁気センサの実施例で得られた磁
気検出部のＸ，Ｙ出力の方位角依存性を示すグラフであ
る。
気検出部のＸ，Ｙ出力の方位角依存性を示すグラフであ
る。
【図７】本発明に係る磁気センサの実施例で得られた方
位出力の方位角依存性を示すグラフである。
位出力の方位角依存性を示すグラフである。
【図８】本発明の磁気方位センサにおける磁気方位検出
部と従来のフラックスゲート型磁気方位センサの磁気方
位検出部との寸法比較図である。
部と従来のフラックスゲート型磁気方位センサの磁気方
位検出部との寸法比較図である。
１ アモルファス磁性体ワイヤ ２ バイアス磁界を与えるコイル ３ 磁気センサの磁気検出部 ３ｘ 磁気センサのｘ成分磁気検出部 ３ｙ 磁気センサのｙ成分磁気検出部 ４ 抵抗 ５ 高周波電源 ６ 増幅器 ７ 検波器 ８ 低域フィルタ ９ 差動増幅器 １０ 磁気方位センサの磁気方位検出部 １０ａ 磁気方位センサの磁気方位検出部の基板
Claims (6)
- 【請求項１】 アモルファス磁性体ワイヤと前記アモル
ファス磁性体ワイヤにバイアス磁界を与えるコイル又は
永久磁石とを備えて磁気検出部が構成され、一対の前記
磁気検出部を互いに平行に配置して構成された磁気セン
サ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の磁気センサの二組又は
三組を互いに直交するように配置して構成された磁気方
位検出部を備えた磁気方位センサ。 - 【請求項３】 アモルファス磁性体ワイヤと前記アモル
ファス磁性体ワイヤにバイアス磁界を与えるコイル又は
永久磁石とを備えて磁気検出部が構成され、一対の前記
磁気検出部を互いに平行に配置して構成された磁気セン
サの前記アモルファス磁性体ワイヤのそれぞれに高周波
電流を通電し、対をなす前記コイル又は永久磁石で強さ
が等しく向きが正反対のバイアス磁界を発生させ、前記
アモルファス磁性体ワイヤの両端電圧の差を検出して、
前記磁気検出部の長手方向の磁界の強さと向きを測定す
る磁気測定方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の磁気センサを備え、前
記磁気センサの二組又は三組を互いに直交するように配
置して構成した磁気方位検出部の各組のアモルファス磁
性体ワイヤのそれぞれに高周波電流を通電し、対をなす
前記コイル又は永久磁石に強さが等しく向きが正反対の
バイアス磁界を発生させ、各組の前記アモルファス磁性
体ワイヤの両端電圧の差を検出して、各組の磁気検出部
の長手方向の磁界の強さと向きを測定し、これらを合成
して磁界の強さ、方位を測定する磁気方位測定方法。 - 【請求項５】 高周波電流の周波数が１０ｋＨｚ〜３０
ＭＨｚである請求構３に記載の磁気測定方法。 - 【請求項６】 高周波電流の周波数が１０ｋＨｚ〜３０
ＭＨｚである請求構４に記載の磁気方位測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3994994A JPH07248365A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 磁気・磁気方位センサ及び磁気・磁気方位測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3994994A JPH07248365A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 磁気・磁気方位センサ及び磁気・磁気方位測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248365A true JPH07248365A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=12567223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3994994A Pending JPH07248365A (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 磁気・磁気方位センサ及び磁気・磁気方位測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07248365A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6069475A (en) * | 1996-09-17 | 2000-05-30 | Tokin Corporation | Magnetic sensor utilizing impedance variation of a soft magnetic element in dependence upon a magnetic field strength and a method of manufacturing the same |
| US6229307B1 (en) | 1998-08-12 | 2001-05-08 | Minebea Co., Ltd. | Magnetic sensor |
| US6380735B1 (en) | 1999-04-30 | 2002-04-30 | Sumitomo Special Metals Co., Ltd. | Orthogonal flux-gate type magnetic sensor |
| US6472868B1 (en) | 1998-08-05 | 2002-10-29 | Minebea Co., Ltd. | Magnetic impedance element having at least two thin film-magnetic cores |
| JP2004103780A (ja) * | 2002-09-09 | 2004-04-02 | Nec Tokin Corp | 磁気インピーダンス素子 |
-
1994
- 1994-03-10 JP JP3994994A patent/JPH07248365A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6069475A (en) * | 1996-09-17 | 2000-05-30 | Tokin Corporation | Magnetic sensor utilizing impedance variation of a soft magnetic element in dependence upon a magnetic field strength and a method of manufacturing the same |
| US6255813B1 (en) | 1996-09-17 | 2001-07-03 | Tokin Corporation | Magnetic sensor comprising a soft magnetic thin film element |
| US6472868B1 (en) | 1998-08-05 | 2002-10-29 | Minebea Co., Ltd. | Magnetic impedance element having at least two thin film-magnetic cores |
| US6650112B2 (en) | 1998-08-05 | 2003-11-18 | Minebea Co., Ltd. | Magnetics impedance element having a thin film magnetics core |
| US6229307B1 (en) | 1998-08-12 | 2001-05-08 | Minebea Co., Ltd. | Magnetic sensor |
| US6380735B1 (en) | 1999-04-30 | 2002-04-30 | Sumitomo Special Metals Co., Ltd. | Orthogonal flux-gate type magnetic sensor |
| US6715198B2 (en) | 1999-04-30 | 2004-04-06 | Sumitomo Special Metals Co., Ltd. | Method of manufacturing a magnetic sensor |
| JP2004103780A (ja) * | 2002-09-09 | 2004-04-02 | Nec Tokin Corp | 磁気インピーダンス素子 |
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