JPH09152473A

JPH09152473A - 磁気探知装置

Info

Publication number: JPH09152473A
Application number: JP8131841A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kurihara; 一夫栗原; Manabu Aizawa; 学相澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-05-27
Publication date: 1997-06-10
Also published as: US5757184A

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化や低価格化が容易で、高い感度が得ら
れる磁気探知装置を提供する。【解決手段】本発明の磁気探知装置は、磁性体にコイ
ルが巻かれてなる磁気センサ１１を備えており、この磁
気センサ１１のコイルに発振電圧を供給する。そして、
発振電圧を供給したときにコイルに流れる発振電流につ
いて、その応答波形を検出する。ここで、コイルに流れ
る発振電流の応答波形は、外部磁界強度に応じて変化す
るので、これによって外部磁界の探知ができることとな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体にコイルが
巻かれてなる磁気センサを備えた磁気探知装置に関し、
特に簡単な構造で高感度化を図った新規な磁気探知装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】外部磁界を探知する磁気探知装置は、磁
場の検出器や測定器などの計測用から始まり、近年で
は、磁気式スイッチ、磁気式ロータリ・エンコーダ、地
磁気センサなど民生用に広く使用されている。

【０００３】このような磁気探知装置としては、ホール
素子を用いた磁気探知装置、フラックスゲートセンサを
用いた磁気探知装置、磁気抵抗効果素子を用いた磁気探
知装置などがある。

【０００４】ホール素子を用いた磁気探知装置は、図１
９に示すように、両端に電極１０１，１０２を設けたホ
ール素子１０３のホール効果を応用して外部磁界を検出
するものである。すなわち、ホール素子を用いた磁気探
知装置では、外部磁界の変化によってホール素子１０３
に発生するホール電圧Ｖｈの変化に基づいて外部磁界を
検出する。ここで、ホール素子１０３の厚さをｄとし、
ホール素子１０３を流れる電流をＩとし、ホール素子１
０３を通る磁束をＢとすると、ホール電圧Ｖｈは、下記
式（１−１）のようになる。

【０００５】Ｖｈ＝Ｒｈ・Ｉ・Ｂ／ｄ・・・（１−１）しかし、このようなホール電圧Ｖｈは非常に小さいた
め、ホール素子を用いた磁気探知装置では、例えば、約
０．３ガウス程度の地磁気のような微弱な磁界を検出す
ることは困難である。

【０００６】また、フラックスゲートセンサを用いた磁
気探知装置は、図２０に示すように、外部磁界によって
ヒステリシス曲線がシフトする特殊な高透磁率材料から
なる環状の磁気コア１１０に、励磁用コイル１１１及び
検出用コイル１１２を巻回してなるものである。

【０００７】この磁気探知装置で外部磁界を検出する際
には、磁気コア１１０が過飽和状態にまで励磁されるよ
うな高周波電流を励磁用コイル１１１に流しておく。こ
のとき、外部からの磁界が磁気コア１１０に作用してい
なければ、検出用コイル１１２の左右のコイル１１２
ａ，１１２ｂからの出力は同じ出力波形となる。そし
て、検出用コイル１１２の左右のコイル１１２ａ，１１
２ｂは逆相に接続されているので、検出用コイル１１２
の左側のコイル１１２ａからの出力と、検出用コイル１
１２の右側のコイル１１２ｂからの出力とが互いに打ち
消し合って検出用コイル１１２全体からは何も出力され
ないこととなる。

【０００８】一方、例えば、励磁用コイル１１１によっ
て右回りの磁束Ｂが磁気コア１１０内に発生していると
きに、図２０中のＮからＳに至る方向より外部磁界Ｈｅ
ｘが加わると、外部磁界Ｈｅｘがバイアス磁界として作
用して、磁気コア１１０の右側が早く飽和し、磁気コア
１１０の左側が逆に遅れて飽和する。そして、検出用コ
イル１１２の左右のコイル１１２ａ，１１２ｂは逆相に
接続されているので、検出用コイル１１２の左側のコイ
ル１１２ａからの出力と、検出用コイル１１２の右側の
コイル１１２ｂからの出力との差分が、外部磁界Ｈｅｘ
の大きさに対応して出力されることとなる。

【０００９】しかし、このような磁気探知装置では、検
出用コイル１１２によって磁気信号を電気信号に変換す
るため、感度を上げるには検出用コイル１１２の巻き数
を多くしたり、外部磁界Ｈｅｘの集束効果を高めるため
に磁気コア１１０の形状を大きくする必要がある。した
がって、フラックスゲートセンサを用いた磁気探知装置
では、小型化や低価格化が非常に困難であった。

【００１０】また、磁気抵抗効果素子を用いた磁界探知
装置は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果を利用して外
部磁界を検出するものである。ここで、磁気抵抗効果素
子とは、Ｎｉ合金等からなる強磁性薄膜の磁気抵抗効果
を応用した磁電変換素子であり、印加された磁界の強さ
に応じて、その抵抗値が変化する特性を持っている。そ
して、図２１に示すように、磁気抵抗効果素子１２０を
流れる電流Ｉの方向と、外部磁界Ｈｅｘによる磁気抵抗
効果素子１２０の磁化Ｍの方向とのなす角をθとし、電
流Ｉの方向と磁化Ｍの方向とが同一のときの磁気抵抗効
果素子１２０の抵抗値をＲａとし、電流Ｉの方向と磁化
Ｍの方向とのなす角θが９０°のときの磁気抵抗効果素
子１２０の抵抗値をＲｂとすると、磁気抵抗効果素子１
２０の抵抗値Ｒは、下記式（１−２）のようになる。

【００１１】Ｒ＝Ｒｂ＋（Ｒａ−Ｒｂ）・ｃｏｓ²θ ・・・（１−２）また、上記式（１−２）を図にすると図２２のようにな
る。ここで、縦軸は、磁気抵抗効果素子１２０の抵抗値
Ｒであり、横軸は、磁気抵抗効果素子１２０を流れる電
流Ｉの方向と、外部磁界Ｈｅｘによる磁気抵抗効果素子
１２０の磁化Ｍの方向とのなす角度θである。

【００１２】しかし、このような磁気抵抗効果素子１２
０において、抵抗変化率の最大値は２〜３％程度と非常
に小さいため、適当な大きさのバイアス磁界を加えて感
度の良いところを使用したとしても、地磁気のような微
弱な磁界では０．０５％程度しか抵抗変化が得られな
い。したがって、磁気抵抗効果素子１２０を用いた磁気
探知装置も感度が不十分であり、地磁気のような微弱な
磁界の検出には適してない。さらに、磁気抵抗効果素子
１２０の抵抗変化率は、０．３％／℃程度の大きな温度
係数を持っているため、磁気抵抗効果素子１２０を用い
た磁気探知装置では、温度ドリフト等の問題もある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来か
ら知られている磁気探知装置では、感度が不十分であっ
たり、小型化や低価格化が難しいという問題があった。

【００１４】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、小型化や低価格化が容易
で、高い感度が得られる磁気探知装置を提供することを
目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る磁気探知装置は、磁性体に
コイルが巻かれてなる磁気センサを備え、上記磁気セン
サのコイルに発振電圧を供給したときに上記コイルに流
れる発振電流について、その応答波形の外部磁界強度に
応じた変化を検出し、上記検出された応答波形の変化に
よって外部磁界を探知することを特徴とするものであ
る。ここで、応答波形の外部磁界強度に応じた変化を検
出する際には、例えば、応答波形の立ち上がり時間の変
化と立ち下がり時間の変化の少なくとも一方を検出する
ようにすればよい。

【００１６】この磁気探知装置では、外部磁化の変化を
インダクタンスの変化として検出することとなる。すな
わち、外部磁界が変化すると、磁気センサの磁性体の磁
化量が変化し、その結果、磁気センサのインダクタンス
が変化する。そして、このインダクタンスの変化は、コ
イルに流れる発振電流の応答波形の変化として現れるの
で、この応答波形の変化を検出することにより、外部磁
界が探知されることとなる。

【００１７】なお、上記磁気探知装置は、磁気センサと
直列に接続された抵抗を備えていてもよい。このよう
に、磁気センサと直列に抵抗を接続したときには、磁気
センサのインダクタンスと、磁気センサと直列に接続さ
れた抵抗との時定数により、応答波形の外部磁界強度に
応じた変化の大きさを定めることができる。

【００１８】そして、磁気センサと直列に抵抗を接続し
たときには、この抵抗に生じる発振電圧をシュミットト
リガ回路に供給して、シュミットトリガ回路からの出力
と、磁気センサのコイルに供給する発振電圧とを比較す
ることにより、応答波形の変化を検出するようにするこ
とができる。このようにシュミットトリガ回路等を用い
て応答波形の変化を検出する際には、応答波形の変化
は、抵抗に生じる発振電圧が所定の値にまで立ち上がる
までの時間の変化や、抵抗に生じる発振電圧が所定の値
にまで立ち下がるまでの時間の変化として検出されるこ
ととなる。

【００１９】なお、上記磁気探知装置において、磁気セ
ンサのコイルに流れる発振電流の振幅は、磁気センサの
インダクタンスが急峻な変化を示す範囲を包括するよう
に設定されていることが好ましい。このように発振電流
の振幅を設定することにより、外部磁界の変化によって
磁気センサのインダクタンスが大きく変化するようにな
るため、磁気探知装置の感度を高めることができる。

【００２０】また、上記磁気探知装置において、磁気セ
ンサのコイルに流れる発振電流は、直流バイアス電流成
分を含んでいることが好ましい。このように発振電流に
直流バイアス電流成分を含ませることにより、発振電流
のレベルを磁気センサのインダクタンスの変化が大きい
部分に設定することができる。したがって、発振電流に
直流バイアス電流成分を含ませることにより、磁気探知
装置の感度を高めることができる。

【００２１】また、上記磁気探知装置は、磁気センサの
コイルに流れる電流の方向を反転させるバイラテラルス
イッチを備えていることが好ましい。このようにバイラ
テラルスイッチを設けて、磁気センサのコイルに流れる
電流の方向を反転させたときには、応答波形の変化を検
出する際にそれらの差動を取ることにより、電流方向が
一定のときに比べて約２倍の出力が得られることとな
る。

【００２２】また、磁気センサのコイルに流れる電流の
方向を反転させたときに、外部磁界が零ならば、それぞ
れの電流方向における応答波形の変化は互いにキャンセ
ルされる。したがって、バイラテラルスイッチを備えた
磁気探知装置では、外部磁界がない状態である０点を容
易に認識できることとなる。

【００２３】さらに、コイルに流れる電流の方向を短時
間に反転させたときには、磁気センサのインダクタンス
に温度ドリフトや時間ドリフト等が生じても、これらの
影響は互いにキャンセルされることとなる。したがっ
て、バイラテラルスイッチを備えた磁気探知装置では、
磁気センサのインダクタンスの温度ドリフトや時間ドリ
フト等の影響を受けることなく、高精度に外部磁界を探
知することができる。

【００２４】なお、このような磁気探知装置において、
１つの磁気センサによって検出されるのは、外部磁界の
うち、磁気センサの磁性体の長手方向の成分だけであ
る。したがって、この磁気探知装置は、複数の磁気セン
サを備えていることが好ましい。そして、磁気探知装置
が複数の磁気センサを備えていれば、各磁気センサによ
って探知される磁界の大きさに基づいて、外部磁界の方
向を探知することが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。なお、本発明は以下の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である
ことは言うまでもない。

【００２６】まず、本発明を適用した磁気探知装置に用
いられる磁気センサの一例について説明する。

【００２７】この磁気センサは、図１に示すように、リ
ボン状やワイヤー状に形成された細長いアモルファス等
からなる磁性体１と、この磁性体１の長手方向に巻回さ
れた銅線等からなるコイル２とから構成される。ここ
で、磁性体１には、数ガウス程度の微弱な磁界で急峻な
透磁率変化を示す角形特性に優れた磁性材料を用いる。
そして、この磁気センサ３のコイル２からは、２つの端
子４，５が導出される。

【００２８】このような磁気センサ３について、図２に
示すように、磁気センサ３の端子４，５に交流電流源６
を接続して交流の励磁電流を供給すると共に、磁気セン
サ３の長手方向に外部磁界Ｈｅｘを加えたときの特性に
ついて、図３に示す。この図３は、「磁気センサ３のイ
ンダクタンスＬ」及び「磁気センサ３のインピーダンス
Ｚ」と、「磁気センサ３に供給した励磁電流の周波数
ｆ」との関係を示している。

【００２９】ここで、図３中の特性１は、外部磁界Ｈｅ
ｘ＝０のときのインダクタンスＬの変化を示しており、
図３中の特性２は、外部磁界Ｈｅｘがあるときのインダ
クタンスＬの変化を示しており、図３中の特性３は、外
部磁界Ｈｅｘ＝０のときのインピーダンスＺの変化を示
しており、図３中の特性４は、外部磁界Ｈｅｘがあると
きのインピーダンスＺの変化を示している。

【００３０】この図３の特性１及び特性２に示すよう
に、磁気センサ３のインダクタンスＬは、励磁電流周波
数ｆが高くなると小さくなり、また、外部磁界Ｈｅｘが
加わると小さくなる。そして、図３の特性３及び特性４
に示すように、磁気センサ３のインピーダンスＺは、励
磁電流周波数ｆが高くなると大きくなり、また、外部磁
界Ｈｅｘが加わると小さくなる。

【００３１】ここで、図３の特性１及び特性２に示した
ようなインダクタンスＬの変化に着目し、外部磁界Ｈｅ
ｘを磁気センサ３の長手方向に加えたときにインダクタ
ンスＬの変化量ΔＬが大きい励磁電流周波数、すなわち
図３中のｆＬで示すような励磁電流周波数で、この磁気
センサ３を動作させる。このとき、インダクタンスＬの
外部磁界依存性は、図４に示すようになる。ここで、磁
気センサ３の磁性体１には、数ガウス程度の微弱な磁界
で急峻な透磁率変化を示す角形特性の優れた磁性材料を
用いているため、図４に示すように、磁気センサ３のイ
ンダクタンスＬの変化は急峻なものとなる。

【００３２】つぎに、このような磁気センサ３を用いて
外部磁界Ｈｅｘを検出するときの原理について、図５を
参照しながら説明する。この図５は、交流バイアス電流
ｉ１、又は交流バイアス電流ｉ１を反転させた交流バイ
アス電流ｉ２を、磁気センサ３に供給したときの状態に
ついて、磁気センサ３のインダクタンスＬの変化と対応
させて示したものである。

【００３３】そして、磁気センサ３を用いて外部磁界Ｈ
ｅｘを検出する際は、コイル２に直流バイアス電流成分
を含んだ交流バイアス電流ｉ１を流すことにより、磁気
センサ３を長手方向に磁化して、磁気センサ３の長手方
向に直流バイアス磁界成分を含んだ交流バイアス磁界を
発生させる。ここで、コイル２に供給する交流バイアス
電流ｉ１は、外部磁界Ｈｅｘが加わって交流バイアス磁
界がシフトしたとしても、交流バイアス磁界が、磁気セ
ンサ３のインダクタンスＬが急峻な変化を示す範囲を包
括するように設定する。

【００３４】そして、図５に示すように、外部磁界Ｈｅ
ｘ＝０のときに、磁気センサ３のコイル２に流れる電流
がＩａからＩｂまで変化するように交流バイアス電流ｉ
１を供給すると、磁気センサ３のインダクタンスＬはＬ
ｍａｘからＬｍｉｎに変化する。そして、磁気センサ３
に印加される電圧Ｖの変化が一定であるならば、交流バ
イアス電流ｉ１の立ち上がり時間ｔ１は、ファラデーの
法則によって下記式（２−１）のように表される。

【００３５】

【数１】

【００３６】一方、このように交流バイアス電流ｉ１を
供給しているときに、外部磁界Ｈｅｘが加わると、磁気
センサ３に流れる電流は、外部磁界Ｈｅｘ分だけシフト
して、例えば、Ｉａ＋ＩｅｘからＩｂ＋Ｉｅｘまで変化
するようになる。このとき、交流バイアス電流ｉ１は、
Ｉｅｘの分だけシフトすると共に、その応答波形に変化
が生じる。そして、交流バイアス電流ｉ１の応答波形が
変化し、例えば、交流バイアス電流ｉ１の立ち上がり時
間ｔ１が、下記式（２−２）で表されるシフト時間Δｔ
１だけ変化することとなる。

【００３７】

【数２】

【００３８】このように、交流バイアス電流ｉ１の立ち
上がり時間ｔ１は、外部磁界Ｈｅｘの変化に応じて変化
する。したがって、この磁気センサ３では、交流バイア
ス電流ｉ１の立ち上がり時間ｔ１のシフト量を検出する
ことにより、外部磁界Ｈｅｘの変化を検出することがで
きる。

【００３９】なお、この磁気センサ３では、交流バイア
ス電流ｉ１が、外部磁界Ｈｅｘ分だけ電流値がシフトし
てもインダクタンスＬが急峻な変化を示す範囲を包括す
るように設定されているため、上記式（２−２）から明
らかなように、外部磁界Ｈｅｘの変化に応じてシフト時
間Δｔ１がほぼ直線的に変化することとなる。すなわ
ち、この磁気センサ３は、外部磁界検出時のリニアリテ
ィに優れており、磁界検出用のセンサとして非常に好適
である。また、この磁気センサ３では、外部磁界Ｈｅｘ
の検出にインダクタンスＬの急峻な変化、すなわちＬｍ
ａｘからＬｍｉｎに至る大きな変化を常に利用すること
となるので、非常に高い感度が得られる。

【００４０】つぎに、交流バイアス電流ｉ１を反転させ
た交流バイアス電流ｉ２を磁気センサ３に供給したとき
の動作について説明する。

【００４１】ここでは、図５に示すように、磁気センサ
３に流れる電流を反転させて、外部磁界Ｈｅｘ＝０のと
きに磁気センサ３に流れる電流が−Ｉａから−Ｉｂまで
変化するように、磁気センサ３に交流バイアス電流ｉ２
を供給する。このときも、磁気センサ３のインダクタン
スＬは、ＬｍａｘからＬｍｉｎへ変化する。そして、磁
気センサ３に印加される電圧Ｖの変化が一定であるなら
ば、交流バイアス電流ｉ２の立ち上がり時間ｔ２は、フ
ァラデーの法則によって下記式（２−３）のように表さ
れ、上述の立ち上がり時間ｔ１と同じとなる。

【００４２】

【数３】

【００４３】一方、このように交流バイアス電流ｉ２を
供給しているときに、外部磁界Ｈｅｘが加わると、磁気
センサ３に流れる電流は、外部磁界Ｈｅｘ分だけシフト
して、例えば、−Ｉａ＋Ｉｅｘから−Ｉｂ＋Ｉｅｘまで
変化するようになる。このとき、交流バイアス電流ｉ２
は、Ｉｅｘの分だけシフトすると共に、その応答波形に
変化が生じる。そして、交流バイアス電流ｉ２の応答波
形が変化して、例えば、交流バイアス電流ｉ２の立ち上
がり時間ｔ２が、下記式（２−４）で表されるシフト時
間Δｔ２だけ変化することとなる。

【００４４】

【数４】

【００４５】このように、交流バイアス電流ｉ１を反転
させた交流バイアス電流ｉ２を流したときも、交流バイ
アス電流ｉ２の立ち上がり時間ｔ２は、外部磁界Ｈｅｘ
の変化に応じて変化する。そして、このシフト時間Δｔ
２は、上述のシフト時間Δｔ１と符号が逆で同じ大きさ
となっている。すなわち、シフト時間Δｔ１とシフト時
間Δｔ２とは、差動の関係にある。

【００４６】そこで、順方向に電流を流したときの立ち
上がり時間ｔ１＋Δｔ１と、逆方向に電流を流したとき
の立ち上がり時間ｔ２＋Δｔ２とを測定し、これらの差
動を取ることにより、外部磁界Ｈｅｘの変化に応じた信
号を、一定の方向にだけ電流を流したときに比べて約２
倍の出力として取り出すことができる。

【００４７】また、順方向に電流を流したときの立ち上
がり時間ｔ１＋Δｔ１と、逆方向に電流を流したときの
立ち上がり時間ｔ２＋Δｔ２との差動を取ることによ
り、外部磁界Ｈｅｘ＝０のときには、交流バイアス電流
の立ち上がり時間が互いにキャンセルされるので、外部
磁界Ｈｅｘがない状態である０点を容易に認識すること
ができる。

【００４８】さらに、磁気センサ３は温度等によってイ
ンダクタンスＬの大きさが変化して交流バイアス電流の
立ち上がり時間に変化が生じるが、交流バイアス電流の
方向を短時間で反転させることにより、このような温度
ドリフトや時間ドリフト等の影響を互いにキャンセルす
ることができる。したがって、この磁気センサでは、温
度ドリフトや時間ドリフト等の影響を受けることなく、
高精度に外部磁界Ｈｅｘを検出することができる。

【００４９】つぎに、以上のような磁気センサを用いた
磁気探知装置の一構成例について説明する。

【００５０】この磁気探知装置は、図６に示すように、
バイラテラルスイッチ１０内に配された磁気センサ１１
と、磁気センサ１１に印加している外部磁界の大きさを
電気信号に変換して出力する磁電変換回路とから構成さ
れる。そして、磁電変換回路は、バイラテラルスイッチ
１０に接続された抵抗１２と、方形波発振電圧Ｖｂを供
給する発振電圧供給源１３と、抵抗１２の両端から導出
された配線に接続されたシュミットトリガ回路１４と、
シュミットトリガ回路１４からの出力と発振電圧供給源
１３からの発振電圧とを比較するロジック回路１５とか
ら構成される。

【００５１】ここで、磁気センサ１１は、上述したよう
に、リボン状やワイヤー状に形成された細長いアモルフ
ァス等からなる磁性体と、この磁性体の長手方向に巻回
された銅線等からなるコイルとから構成される。そし
て、この磁気センサ１１は、スイッチＳＷ１、スイッチ
ＳＷ２、スイッチＳＷ３及びスイッチＳＷ４を備えたバ
イラテラルスイッチ１０内に配されており、磁気センサ
１１に流れる電流方向は、このバイラテラルスイッチ１
０によって反転させることができるようになっている。
そして、バイラテラルスイッチ１０に接続された抵抗１
２は、磁気センサ１１に対して直列となるように接続さ
れており、この抵抗１２と磁気センサ１１とによって積
分回路が構成される。

【００５２】この積分回路の両端は、発振電圧供給源１
３に接続されており、この発振電圧供給源１３から積分
回路に方形波発振電圧Ｖｂが供給され、これにより、磁
気センサ１１及び抵抗１２に積分電流が流れる。なお、
発振電圧供給源１３から供給される発振電圧は、方形波
に限られるものではなく、例えば、三角波等であっても
よい。

【００５３】一方、抵抗１２の両端から導出された配線
に接続されたシュミットトリガ回路１４は、上述のよう
な積分電流が流れたときに抵抗１２に生じる発振電圧Ｖ
ｒを検出し、後述するように、この発振電圧Ｖｒの応答
波形に基づいた信号として、方形波発振電圧Ｖｓｏを出
力する。

【００５４】そして、このシュミットトリガ回路１４か
ら出力される方形波発振電圧Ｖｓｏは、ロジック回路１
５に供給される。また、ロジック回路１５には、発振電
圧供給源１３からの方形波発振電圧Ｖｂも供給される。
そして、ロジック回路１５は、シュミットトリガ回路１
４からの方形波発振電圧Ｖｓｏと、発振電圧供給源１３
からの方形波発振電圧Ｖｂとを比較して、後述するよう
に、積分電流が流れたときに抵抗１２に生じる発振電圧
Ｖｒの立ち上がり時間又は立ち下がり時間に対応したパ
ルス電圧信号Ｖｐを出力する。

【００５５】このような磁気探知装置の動作について、
バイラテラルスイッチ１０によって一定の方向にだけ磁
気センサ１１に電流が流れるようにしたときの各部の電
圧波形のタイムチャートである図７を参照しながら説明
する。

【００５６】まず、発振電圧供給源１３から、図７
（１）に示すように、方形波発振電圧Ｖｂが磁気センサ
１１に供給され、これにより、磁気センサ１１と抵抗１
２とからなる積分回路に積分電流が流れる。このとき、
抵抗１２に生じる発振電圧Ｖｒ、すなわちシュミットト
リガ回路１４に供給される発振電圧Ｖｒの波形は、図７
（２）に示すように、図７（１）に示した方形波発振電
圧Ｖｂに対して、立ち上がり及び立ち下がり時に遅延が
生じた波形となる。この発振電圧Ｖｒの波形は、磁気セ
ンサ１１に流れる電流の応答波形に対応するものであ
り、したがって、この発振電圧Ｖｒの立ち上がり及び立
ち下がり時の遅延は、磁気センサ１１に加わる外部磁界
Ｈｅｘの大きさに応じて変化する。

【００５７】そして、シュミットトリガ回路１４は、図
７（２）に示した発振電圧Ｖｒを、立ち上がり時にシュ
ミット電圧ＶｓＨでコンパレートすると共に、立ち下が
り時にシュミット電圧ＶｓＬでコンパレートし、図７
（３）に示すように波形整形された方形波発振電圧Ｖｓ
ｏを出力する。ここで、シュミット電圧ＶｓＬ，ＶｓＨ
は、磁気センサ１１に流れる電流の立ち上がり時及び立
ち下がり時における磁気センサ１１のインダクタンスＬ
のＬｍａｘからＬｍｉｎへの変化を包括するように設定
しておく。

【００５８】そして、ロジック回路１５は、図７（１）
に示したような発振電圧供給源１３から供給される方形
波発振電圧Ｖｂと、図７（３）に示したようなシュミッ
トトリガ回路１４から供給される方形波発振電圧Ｖｓｏ
との位相差Δｔｓを比較し、図７（４）に示すようなパ
ルス電圧信号Ｖｐを出力する。ここで、パルス電圧信号
Ｖｐのパルス幅は、磁気センサ１１と抵抗１２とからな
る積分回路に積分電流が流れたときに抵抗１２に生じる
発振電圧Ｖｒの立ち上がり時間又は立ち下がり時間を示
している。

【００５９】そして、上述したように発振電圧Ｖｒの波
形は磁気センサ１１に流れる電流の応答波形に対応して
いるので、ロジック回路１５から出力されるパルス電圧
信号Ｖｐのパルス幅は、磁気センサ１１に流れる電流の
立ち上がり時間又は立ち下がり時間を示している。そし
て、上述したように磁気センサ１１に流れる電流の立ち
上がり時間又は立ち下がり時間は外部磁界Ｈｅｘの大き
さに依存しているので、このロジック回路１５から出力
されるパルス電圧信号Ｖｐに基づいて、磁気センサ１１
に加わっている外部磁界Ｈｅｘの大きさを検出すること
ができる。

【００６０】このように、この磁気探知装置では、磁気
センサ１１に加わった外部磁界Ｈｅｘの変化が、発振電
圧供給源１３から供給される方形波発振電圧Ｖｂと、シ
ュミットトリガ回路１４から出力される方形波発振電圧
Ｖｓｏとの位相差Δｔｓの変化として現れ、この位相差
Δｔｓをパルス電圧信号Ｖｐとして取り出すことによ
り、外部磁界Ｈｅｘを検出する。

【００６１】ところで、本実施の形態に係る磁気探知装
置では、バイラテラルスイッチ１０によって磁気センサ
１１に流れる電流方向を反転させることができる。すな
わち、図６において、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ
４がオンで、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３がオフ
のとき、図１０の矢印Ａの向きに電流が流れ、また、ス
イッチＳＷ１及びスイッチＳＷ４がオフで、スイッチＳ
Ｗ２及びスイッチＳＷ３がＯＮのとき、図１０の矢印Ｂ
の向きに電流が流れる。そして、バイラテラルスイッチ
１０によって磁気センサ１１に流れる電流方向を反転さ
せて外部磁界Ｈｅｘを検出することにより、上述したよ
うに、一定の方向にだけ電流を流したときに比べて約２
倍の出力が得られ、また、外部磁界Ｈｅｘがない状態で
ある０点を容易に認識することができ、さらには、温度
ドリフトや時間ドリフト等の影響を取り除くことができ
る。

【００６２】つぎに、磁気センサ１１に加わった外部磁
界Ｈｅｘの変化が、発振電圧供給源１３から供給される
方形波発振電圧Ｖｂと、シュミットトリガ回路１４から
出力される方形波発振電圧Ｖｓｏとの位相差Δｔｓの変
化として現れる原理について、さらに詳細に説明する。

【００６３】磁気センサと抵抗が直列に接続された積分
回路に電流が立ち上がるときの状態をモデル化した回路
図を図８に示す。このような回路において、スイッチ２
２をオフからオンにすると、磁気センサ２０と抵抗２１
からなる積分回路に直流電源２３から直流電圧が印加さ
れ、磁気センサ２０に電流ｉが流れ出す。ここで、磁気
センサ２０に流れる電流ｉは、積分回路に印加される直
流電圧の値をＥ、磁気センサ２０のインダクタンスを
Ｌ、抵抗２１の抵抗値をＲ、電流ｉの立ち上がり時間を
ｔとすると、下記式（２−５）で表される。

【００６４】

【数５】

【００６５】上記式（２−５）から分かるように、電流
ｉの立ち上がり時間ｔは、積分回路の時定数Ｌ／Ｒに比
例している。したがって、このような積分回路では、抵
抗２１の抵抗値Ｒの大きさを変えることにより、電流ｉ
の立ち上がり時間ｔを任意に設定することができる。

【００６６】ところで、上述したように、磁気センサ２
０のインダクタンスＬは、電流ｉが立ち上がっている間
に、ＬｍａｘからＬｍｉｎへ変化する。ここで、上述の
シュミット電圧ＶｓＬ，ＶｓＨは、インダクタンスＬの
ＬｍａｘからＬｍｉｎへの変化を包括するように設定し
ておく。

【００６７】そして、磁気センサ２０のインダクタンス
ＬがＬｍａｘからＬｍｉｎへと変化するため、積分回路
に流れる電流ｉは、図９に示すように、初めはインダク
タンスＬがＬｍａｘの状態で立ち上がり、やがて、イン
ダクタンスＬがＬｍｉｎの状態で立ち上がることとな
る。したがって、積分回路に流れる電流ｉがシュミット
電圧ＶｓＨに対応するレベルに達するまで時間Ｔｓは、
インダクタンスＬがＬｍａｘの状態での立ち上がり時間
Ｔ１と、インダクタンスＬがＬｍｉｎの状態での立ち上
がり時間Ｔ２との合計になる。

【００６８】そして、磁気センサ２０に加わる外部磁界
Ｈｅｘが変化すると、この変化分だけ、インダクタンス
ＬがＬｍａｘからＬｍｉｎに変化する変化点Ｐがシフト
するので、外部磁界Ｈｅｘに応じて、積分電流ｉがシュ
ミット電圧ＶｓＨに対応するレベルに達するまで時間Ｔ
ｓが変化することとなる。したがって、上述の図６及び
図７に示したように、磁気センサ１１に加わった外部磁
界Ｈｅｘの変化が、発振電圧供給源１３から供給される
方形波発振電圧Ｖｂと、シュミットトリガ回路１４から
出力される方形波発振電圧Ｖｓｏとの位相差Δｔｓの変
化として現れることとなる。

【００６９】また、図１０に、磁気センサ３０と抵抗３
１が直列に接続された積分回路に流れていた電流ｉが立
ち下がるときの状態をモデル化した回路図を示す。この
ような回路において、スイッチ３２をオフからオンにす
ると、直流電源３３からの直流電圧が積分回路に加わら
なくなり、磁気センサ３０に流れていた電流に立ち下が
りが生じる。ここで、磁気センサ３０に流れる電流ｉ
は、積分回路に印加されていた直流電圧の値をＥ、磁気
センサ３０のインダクタンスをＬ、抵抗３１の抵抗値を
Ｒ、電流の立ち下がり時間をｔとすると、下記式（２−
６）で表される。

【００７０】

【数６】

【００７１】そして、このときも、上述の電流の立ち上
がり時と同様に、磁気センサ３０に加わる外部磁界Ｈｅ
ｘが変化すると、この変化分だけ、インダクタンスＬが
ＬｍａｘからＬｍｉｎに変化する変化点がシフトするの
で、外部磁界Ｈｅｘに応じて、積分電流ｉがシュミット
電圧ＶｓＬに対応するレベルに達するまで時間が変化す
ることとなる。したがって、電流の立ち下がり時におい
ても、上述の図６及び図７に示したように、磁気センサ
１１に加わった外部磁界Ｈｅｘの変化が、発振電圧供給
源１３から供給される方形波発振電圧Ｖｂと、シュミッ
トトリガ回路１５から出力される方形波発振電圧Ｖｓｏ
との位相差Δｔｓの変化として現れることとなる。

【００７２】ところで、図６に示したような磁気探知装
置において、発振電圧供給源１３から供給される方形波
発振電圧Ｖｂと、シュミットトリガ回路１４から出力さ
れる方形波発振電圧Ｖｓｏとの位相差Δｔｓは、外部磁
界Ｈｅｘと、磁気センサ１１の磁性体の長手方向に生じ
る磁界とが成す角度θに依存している。すなわち、外部
磁界Ｈｅｘが一定のとき、位相差Δｔｓは、図１１に示
すように、外部磁界Ｈｅｘと、磁気センサ１１の磁性体
の長手方向に生じる磁界とが成す角度θに依存して変化
する。なお、図１１では、外部磁界Ｈｅｘの向きと、磁
気センサ１１の磁性体の長手方向に生じる磁界の向きと
が同じときを方位０°としている。

【００７３】図１１から分かるように、位相差Δｔｓは
外部磁界Ｈｅｘの方位情報を含んでいる。これは、磁気
センサ１１の磁性体の磁化量が、磁気センサ１１に流れ
る電流ｉによる磁化量と、外部磁界Ｈｅｘによる磁化量
との合計であり、外部磁界Ｈｅｘによる磁化量が、外部
磁界Ｈｅｘと、磁気センサ１１の磁性体の長手方向に生
じる磁界とが成す角度θに依存して変化するからであ
る。

【００７４】すなわち、図１２に示すように、磁気セン
サ１１のコイル１１ｂに流れる電流ｉによる磁界Ｈｂは
一定であるが、外部磁界Ｈｅｘによって磁気センサ１１
の磁性体１１ａに生じる磁界は、外部磁界Ｈｅｘの方向
に依存している。したがって、磁気センサ１１で検出さ
れる磁界Ｈは、下記式（２−７）で示すように、外部磁
界Ｈｅｘのうち、磁性体１１ａの長手方向成分のみとな
る。

【００７５】Ｈ＝Ｈｅｘ・ｃｏｓθ ・・・（２−７）なお、上記式（２−７）に示すように、磁気センサ１１
で検出される磁界Ｈは、外部磁界Ｈｅｘの方位情報を含
んでいるので、複数の地磁気センサを用いることによ
り、外部磁界Ｈｅｘの方向を知ることができる。

【００７６】具体的には、例えば、図１３に示すよう
に、磁気探知装置に２つの磁気センサ１１ｘ，１１ｙを
組み込む。なお、この磁気探知装置は、磁気センサを２
つ組み込んだ以外は、図６に示した磁気探知装置と同様
の回路構成である。ここで、図１４に示すように、磁気
センサ１１ｘは、Ｘ軸方向に配置し、磁気センサ１１ｙ
は、Ｘ軸方向に対して直交するＹ軸方向に配置する。す
なわち、磁気センサ１１ｘ及び磁気センサ１１ｙは、互
いに直交するように配置する。このとき、図１４に示す
ように、外部磁界Ｈｅｘの方向と、Ｘ軸方向検出用の磁
気センサ１１ｘの磁性体の長手方向とが成す角度をθと
すると、Ｘ軸方向検出用の磁気センサ１１ｘによって検
出される磁界Ｈｘは、下記式（２−８）で表され、Ｙ軸
方向検出用の磁気センサ１１ｙによって検出される磁界
Ｈｙは、下記式（２−９）で表される。

【００７７】Ｈｘ＝Ｈｅｘ・ｃｏｓθ ・・・（２−８）Ｈｙ＝Ｈｅｘ・ｓｉｎθ ・・・（２−９）ここで、Ｘ軸方向検出用の磁気センサ１１ｘによって検
出される磁界Ｈｘと、Ｙ軸方向検出用の磁気センサ１１
ｙによって検出される磁界Ｈｙとの比をとると、下記式
（２−１０）となる。

【００７８】Ｈｙ／Ｈｘ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ ・・・（２−１０）したがって、外部磁界Ｈｅｘの方向と、Ｘ軸方向検出用
の磁気センサ１１ｘの磁性体の長手方向とが成す角度θ
は、下記式（２−１１）で表される。ただし、下記式
（２−１１）において、Ｈｙ≧０のときは、１８０°≧
θ≧０°であり、０＞Ｈｙのときは、３６０°＞θ＞１
８０°である。

【００７９】 θ＝ｔａｎ^-1（Ｈｙ／Ｈｘ）・・・（２−１１）このように磁気探知装置に２つの磁気センサを設けるこ
とにより、外部磁界Ｈｅｘの２次元での方向を知ること
ができる。

【００８０】また、外部磁界の３次元での方向や大き
さ、すなわち立体空間内での外部磁界の方向や大きさま
で知りたいときには、互いに直交する３つの磁気センサ
を用いればよい。そこで、以下、３つの磁気センサを備
え、外部磁界の立体空間内での方向や大きさを検出する
ことができる磁気探知装置について説明する。

【００８１】この磁気探知装置は、図１５に示すよう
に、互いに直交する３つの磁気センサ４１ｘ，４１ｙ，
４１ｚを備えている。そして、これらの磁気センサ４１
ｘ，４１ｙ，４１ｚは、上述したような磁電変換回路４
２に接続されている。また、この磁電変換回路４２の出
力端子は、コンピュータ４３の入力端子に接続されてお
り、磁電変換回路４２からの出力に基づいて、コンピュ
ータ４３で演算処理が行われるようになっている。

【００８２】ここで、各磁気センサ４１ｘ，４１ｙ，４
１ｚは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に対して、
それぞれ平行に配置される。すなわち、第１の磁気セン
サ４１ｘはＸ軸方向に配置され、第２の磁気センサ４１
ｙはＹ軸方向に配置され、第３の磁気センサ４１ｚはＺ
軸方向に配置される。このとき、第１の磁気センサ４１
ｘは、外部磁界ＨｅｘのＸ軸方向の磁界成分を検出し、
第２の磁気センサ４１ｙは、外部磁界ＨｅｘのＹ軸方向
の磁界成分を検出し、第３の磁気センサ４１ｚは、外部
磁界ＨｅｘのＺ軸方向の磁界成分を検出することとな
る。

【００８３】そして、各磁気センサ４１ｘ，４１ｙ，４
１ｚによって検出される各磁界成分は、上述したように
磁電変換回路４２で電気信号に変換され、当該電気信号
がコンピュータ４３に入力される。そして、コンピュー
タ４３は、このように検出された外部磁界ＨｅｘのＸ軸
方向の磁界成分と、外部磁界ＨｅｘのＹ軸方向の磁界成
分と、外部磁界ＨｅｘのＺ軸方向の磁界成分とに基づい
て演算処理を行い、立体空間内での外部磁界Ｈｅｘの方
向や大きさを算出する。

【００８４】このように、外部磁界ＨｅｘのＸ軸方向の
成分と、外部磁界ＨｅｘのＹ軸方向の成分と、外部磁界
ＨｅｘのＺ軸方向の成分とに基づいて、立体空間内での
外部磁界Ｈｅｘの方向や、外部磁界Ｈｅｘの大きさを求
める方法について、以下により詳細に説明する。

【００８５】上述のような３つ磁気センサ４１ｘ，４１
ｙ，４１ｚを備えた磁気探知装置によって検出される磁
界の方向と大きさをベクトルで表すと、図１６のように
なる。ここで、Ｈｅｘは外部磁界、Ｈｘは第１の磁気セ
ンサ４１ｘによって検出される磁界成分、Ｈｙは第２の
磁気センサ４１ｙによって検出される磁界成分、Ｈｚは
第３の磁気センサ４１ｚによって検出される磁界成分を
示している。

【００８６】このとき、立体空間内における外部磁界Ｈ
ｅｘの大きさは、第１の磁気センサ４１ｘによって検出
される磁界成分Ｈｘと、第２の磁気センサ４１ｙによっ
て検出される磁界成分Ｈｙと、第３の磁気センサ４１ｚ
によって検出される磁界成分Ｈｚとの２乗平均をとるこ
とによって算出することができる。すなわち、立体空間
内における外部磁界Ｈｅｘの大きさは、下記式（３−
１）で表される。

【００８７】Ｈｅｘ＝（Ｈｘ²＋Ｈｙ²＋Ｈｚ²）^1/2 ・・・（３−１）また、図１６において、角度θｙは、Ｘ軸と、外部磁界
ＨｅｘをＺ軸に対して平行にＸ軸とＹ軸で形成される平
面に投射したときに得られるベクトルとが成す角度を示
しており、角度θｉは、外部磁界Ｈｅｘと、外部磁界Ｈ
ｅｘをＺ軸に対して平行にＸ軸とＹ軸で形成される平面
に投射したときに得られるベクトルとが成す角度を示し
ている。

【００８８】このとき、第１の磁気センサ４１ｘによっ
て検出される磁界成分Ｈｘは、下記式（３−２）で表さ
れる。また、第２の磁気センサ４１ｙによって検出され
る磁界成分Ｈｙは、下記式（３−３）で表される。ま
た、第３の磁気センサ４１ｚによって検出される磁界成
分Ｈｚは、下記式（３−４）で表される。

【００８９】Ｈｘ＝Ｈｅｘ・ｃｏｓθｉ・ｃｏｓθｙ・・・（３−２）Ｈｙ＝Ｈｅｘ・ｃｏｓθｉ・ｓｉｎθｙ・・・（３−３）Ｈｚ＝Ｈｅｘ・ｓｉｎθｉ・・・（３−４）ここで、第１の磁気センサ４１ｘによって検出される磁
界成分Ｈｘと、第２の磁気センサ４１ｙによって検出さ
れる磁界成分Ｈｙとの比をとると、下記式（３−５）と
なる。

【００９０】Ｈｙ／Ｈｘ＝ｓｉｎθｙ／ｃｏｓθｙ＝ｔａｎθｙ・・・（３−５）したがって、角度θｙは、下記式（３−６）で表され
る。ただし、下記式（３−６）において、Ｈｙ≧０のと
きは、１８０°≧θｙ≧０°であり、０＞Ｈｙのとき
は、３６０°＞θｙ＞１８０°である。

【００９１】 θｙ＝ｔａｎ^-1（Ｈｙ／Ｈｘ）・・・（３−６）また、上記式（３−４）から、角度θｉは、下記式（３
−７）で表される。

【００９２】 θｉ＝ｓｉｎ^-1（Ｈｚ／Ｈｅｘ）・・・（３−７）そして、上記式（３−１）に示した演算をコンピュータ
で行うことにより、外部磁界Ｈｅｘの立体空間内におけ
る大きさを算出することができ、上記式（３−６）及び
上記式（３−７）に示した演算をコンピュータで行うこ
とにより、外部磁界Ｈｅｘの立体空間内における方向を
算出することができる。

【００９３】以上のように、磁気探知装置に互いに直交
する３つの磁気センサ４１ｘ，４１ｙ，４１ｚを設ける
ことにより、立体空間内での外部磁界Ｈｅｘの方向や大
きさを探知することができる。

【００９４】なお、従来の磁気探知装置でも、互いに直
交する３つの磁気センサを設ければ、立体空間内での外
部磁界の方向や大きさを探知することができる。しかし
ながら、従来の磁気探知装置において、立体空間内での
外部磁界の方向や大きさを探知するために、磁気センサ
を互いに直交するように配置することは、非常に困難で
あった。

【００９５】例えば、フラックスゲートセンサを用いた
磁気探知装置で、立体空間内での外部磁界の方向や大き
さを探知するためには、３つのフラックスゲートセンサ
の各検出コイルを互いに直交するように、配置しなけれ
ばならない。しかし、フラックスゲートセンサは、一つ
でも構成が比較的に複雑であるのに、更に３つのフラッ
クスゲートセンサを、各検出コイルが互いに直交するよ
うに配置することは、非常に困難である。そのため、従
来の磁気探知装置で、立体空間内での外部磁界の方向や
大きさを探知できるようにした場合、製造コストが非常
に高くなってしまい、低価格化を図ることができなかっ
た。

【００９６】これに対して、本発明を係る磁気探知装置
に使用される磁気センサは、非常に簡単な構成であるの
で、それぞれを互いに直交するように配置することは容
易である。したがって、本発明を適用することにより、
立体空間内での外部磁界の方向や大きさを探知すること
ができる磁気探知装置を、低価格で提供することが可能
となる。

【００９７】ところで、上述のような互いに直交する３
つの磁気センサ４１ｘ，４１ｙ，４１ｚを用いた磁気探
知装置を、車両等の移動体に搭載して地磁気を検出する
ようにすれば、磁気探知装置による検出結果から、地磁
気を基準として移動体の状態を知ることができる。

【００９８】ここで、磁気探知装置を移動体に搭載する
際は、例えば、Ｘ軸方向に配置された第１の磁気センサ
４１ｘと、Ｙ軸方向に配置された第２の磁気センサ４１
ｙとを、移動体に対して水平となるように配置し、Ｚ軸
方向に配置された第３の磁気センサ４１ｚを、移動体に
対して垂直となるように配置する。

【００９９】このとき、上記角度θｙは、移動体が向い
ている方位を表すこととなる。すなわち、３つの磁気セ
ンサ４１ｘ，４１ｙ，４１ｚによる検出結果に基づい
て、上述のように角度θｙを算出することによって、移
動体の向いている方位を知ることができる。

【０１００】また、上記角度θｉは、移動体を基準とし
たときの地磁気の伏角を表すこととなる。そして、この
角度θｉは、移動体の状態によって常時変化するが、こ
の変化の程度は移動体の状態に依存している。したがっ
て、３つの磁気センサ４１ｘ，４１ｙ，４１ｚによる検
出結果に基づいて、上述のように角度θｉを算出し、そ
の値の変化の程度を検出することによって、移動体の状
態を知ることができる。

【０１０１】具体的には、車両に磁気探知装置を搭載し
たとき、この角度θｉは、車両が走行しているときには
車両の揺れにより、５°程度の範囲で常時変化するが、
車両が停止しているときには、１°程度の範囲でしか変
化しない。したがって、角度θｉの変化の程度を検出す
ることによって、車両が走行しているか、或いは停止し
ているかを知ることができる。

【０１０２】このように、互いに直交する３つの磁気セ
ンサ４１ｘ，４１ｙ，４１ｚを用いた磁気探知装置を、
車両等の移動体に搭載して、当該磁気探知装置により地
磁気を検出することにより、移動体の方位や、移動体が
走行中であるか否かなどについて知ることができる。な
お、このように磁気探知装置によって移動体の状態を探
知する方法は、例えば、搭乗者に地図情報や位置情報等
を知らせるカーナビゲーションシステム等に利用するこ
とができる。

【０１０３】ところで、互いに直交する３つの磁気セン
サを備えた磁気探知装置は、立体空間における回転角度
を探知することもできる。そこで、以下、３つの磁気セ
ンサを備え、立体空間における回転角度を探知すること
ができる磁気探知装置について説明する。

【０１０４】この磁気探知装置は、図１７に示すよう
に、互いに直交する３つの磁気センサ５１ｘ，５１ｙ，
５１ｚを備えている。そして、これらの磁気センサ５１
ｘ，５１ｙ，５１ｚは、上述したような磁電変換回路５
２に接続されている。また、この磁電変換回路５２の出
力端子は、コンピュータ５３の入力端子に接続されてお
り、磁電変換回路５２からの出力に基づいて、コンピュ
ータ５３で演算処理が行われるようになっている。

【０１０５】ここで、各磁気センサ５１ｘ，５１ｙ，５
１ｚは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に対して、
それぞれ平行に配置される。すなわち、第１の磁気セン
サ５１ｘはＸ軸方向に配置され、第２の磁気センサ５１
ｙはＹ軸方向に配置され、第３の磁気センサ５１ｚはＺ
軸方向に配置される。このとき、第１の磁気センサ５１
ｘは、外部磁界ＨｅｘのＸ軸方向の磁界成分を検出し、
第２の磁気センサ５１ｙは、外部磁界ＨｅｘのＹ軸方向
の磁界成分を検出し、第３の磁気センサ５１ｚは、外部
磁界ＨｅｘのＺ軸方向の磁界成分を検出することとな
る。

【０１０６】そして、各磁気センサ５１ｘ，５１ｙ，５
１ｚに印加している各磁界成分は、上述したように磁電
変換回路５２で電気信号に変換され、当該電気信号がコ
ンピュータ５３に入力される。そして、コンピュータ５
３は、このように検出された外部磁界ＨｅｘのＸ軸方向
の磁界成分と、外部磁界ＨｅｘのＹ軸方向の磁界成分
と、外部磁界ＨｅｘのＺ軸方向の磁界成分とに基づいて
演算処理を行い、立体空間内での回転角度を算出する。

【０１０７】このように、Ｘ軸磁界方向の成分と、Ｙ軸
方向の磁界成分と、Ｚ軸方向の磁界成分とに基づいて、
立体空間内での回転角度を求める方法について、以下に
より詳細に説明する。

【０１０８】上述のような３つ磁気センサ５１ｘ，５１
ｙ，５１ｚを備えた磁気探知装置によって検出される磁
界の方向と大きさをベクトルで表すと、図１８のように
なる。ここで、Ｈｅｘは外部磁界の大きさ、Ｈｘは第１
の磁気センサ５１ｘによって検出される磁界成分、Ｈｙ
は第２の磁気センサ５１ｙによって検出される磁界成
分、Ｈｚは第３の磁気センサ５１ｚによって検出される
磁界成分を示している。

【０１０９】ここで、Ｘ軸を中心とした回転をロール方
向の回転と定義し、その回転角度をθｒとする。また、
Ｙ軸を中心とした回転をピッチ方向の回転と定義し、そ
の回転角度をθｐとする。また、Ｚ軸を中心とした回転
をヨー方向の回転と定義し、その回転角度をθｙとす
る。

【０１１０】このとき、ロール方向の回転角度θｒは、
Ｙ軸と、外部磁界ＨｅｘをＸ軸に対して平行にＹ軸とＺ
軸で形成される平面に投射したときに得られるベクトル
とが成す角度となる。また、ピッチ方向の回転角度θｐ
は、Ｚ軸と、外部磁界ＨｅｘをＹ軸に対して平行にＺ軸
とＸ軸で形成される平面に投射したときに得られるベク
トルとが成す角度となる。また、ヨー方向の回転角度θ
ｙは、Ｘ軸と、外部磁界ＨｅｘをＺ軸に対して平行にＸ
軸とＹ軸で形成される平面に投射したときに得られるベ
クトルとが成す角度となる。

【０１１１】このとき、ロール方向の回転角度θｒは、
下記式（４−１）で表される。

【０１１２】ｔａｎθｒ＝Ｈｚ／Ｈｙ・・・（４−１）したがって、ロール方向の回転角度θｒは、下記式（４
−２）で表される。ただし、下記式（４−２）におい
て、Ｈｚ≧０のときは、１８０°≧θｒ≧０°であり、
０＞Ｈｚのときは、３６０°＞θｒ＞１８０°である。

【０１１３】 θｒ＝ｔａｎ^-1（Ｈｚ／Ｈｙ）・・・（４−２）また、ピッチ方向の回転角度θｐは、下記式（４−３）
で表される。

【０１１４】ｔａｎθｐ＝Ｈｘ／Ｈｚ・・・（４−３）したがって、ピッチ方向の回転角度θｐは、下記式（４
−４）で表される。ただし、下記式（４−４）におい
て、Ｈｘ≧０のときは、１８０°≧θｐ≧０°であり、
０＞Ｈｘのときは、３６０°＞θｐ＞１８０°である。

【０１１５】 θｐ＝ｔａｎ^-1（Ｈｘ／Ｈｚ）・・・（４−４）また、ヨー方向の回転角度θｙは、下記式（４−５）で
表される。

【０１１６】ｔａｎθｙ＝Ｈｙ／Ｈｘ・・・（４−５）したがって、ヨー方向の回転角度θｙは、下記式（４−
６）で表される。ただし、下記式（４−６）において、
Ｈｙ≧０のときは、１８０°≧θｙ≧０°であり、０＞
Ｈｙのときは、３６０°＞θｙ＞１８０°である。

【０１１７】 θｙ＝ｔａｎ^-1（Ｈｙ／Ｈｘ）・・・（４−６）そして、上記式（４−２）に示した演算をコンピュータ
５３で行う。これにより、ロール方向の回転角度θｒが
分かることとなる。同様に、上記式（４−４）に示した
演算をコンピュータ５３で行う。これにより、ピッチ方
向の回転角度θｐが分かることとなる。同様に、上記式
（４−６）に示した演算をコンピュータ５３で行う。こ
れにより、ヨー方向の回転角度θｙが分かることとな
る。

【０１１８】以上のように、磁気探知装置に３つの磁気
センサ５１ｘ，５１ｙ，５１ｚを設けることにより、立
体空間内におけるロール方向、ピッチ方向及びヨー方向
の回転角度を探知することができる。

【０１１９】なお、従来の磁気探知装置でも、互いに直
交する３つの磁気センサを設ければ、立体空間内での回
転角度を探知することはできる。しかしながら、従来の
磁気探知装置では、上述したように、磁気センサを互い
に直交するように配置することは難しかった。

【０１２０】これに対して、本発明を係る磁気探知装置
に使用される磁気センサは、非常に簡単な構成であるの
で、それぞれを互いに直交するように配置することは容
易である。したがって、本発明を適用することにより、
立体空間内での回転角度を探知することができる磁気探
知装置を、低価格で提供することが可能となる。

【０１２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る磁気探知装置では、外部磁界の検出に、外部磁界
の変化に伴って急峻な変化を示すインダクタンスの変化
を用いているので、非常に高い感度で外部磁界を検出す
ることができる。また、本発明に係る磁気探知装置は、
非常に簡単な構成であるので、容易に小型化や低価格化
を図ることができる。

【０１２２】したがって、本発明によれば、小型化や低
価格化が容易で、高い感度が得られる磁気探知装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した磁気探知装置に用いられる磁
気センサの一例を示す模式図である。

【図２】図１に示した磁気センサに励磁電流を供給する
様子を示す模式図である。

【図３】図１に示した磁気センサのインダクタンスＬ及
びインピーダンスＺと、励磁電流周波数ｆとの関係を示
す特性図である。

【図４】図１に示した磁気センサのインダクタンスＬ
と、外部磁界の大きさＨとの関係を示す特性図である。

【図５】図１に示した磁気センサによる外部磁界検出の
原理を説明するための図である。

【図６】本発明を適用した磁気探知装置の一構成例を示
す回路図である。

【図７】図６に示した磁気探知装置の各部における電圧
波形のタイムチャートを示す図である。

【図８】磁気センサと抵抗からなる積分回路に電流が立
ち上がるときの状態をモデル化した回路図である。

【図９】図８に示した積分回路に流れる電流の立ち上が
り時の様子を示す図である。

【図１０】磁気センサと抵抗からなる積分回路に流れて
いた電流が立ち下がるときの状態をモデル化した回路図
である。

【図１１】方形波発振電圧Ｖｂと方形波発振電圧Ｖｓｏ
との位相差Δｔｓと、外部磁界Ｈｅｘの方向との関係を
示す特性図である。

【図１２】磁気センサの磁性体の磁化の様子を示す模式
図である。

【図１３】本発明を適用した磁気探知装置の他の構成例
を示す回路図である。

【図１４】図１３に示した磁気探知装置の磁気センサの
配置の様子を示す模式図である。

【図１５】３つの磁気センサを備えた磁気探知装置の一
構成例を示すブロック図である。

【図１６】３つの磁気センサで検出される磁界を示す図
である。

【図１７】３つの磁気センサを備えた磁気探知装置の他
の構成例を示すブロック図である。

【図１８】３つの磁気センサで検出される磁界を示す図
である。

【図１９】ホール素子を用いた磁気探知装置の一例を示
す模式図である。

【図２０】フラックスゲートセンサを用いた磁気探知装
置の一例を示す模式図である。

【図２１】磁気抵抗効果素子の一例を示す模式図であ
る。

【図２２】磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果特性を示す
図である。

【符号の説明】

１０バイラテラルスイッチ、１１磁気センサ、
１２抵抗、１３発振電圧供給源、１４シュミッ
トトリガ回路、１５ロジック回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性体にコイルが巻かれてなる磁気セン
サを備え、上記磁気センサのコイルに発振電圧を供給したときに上
記コイルに流れる発振電流について、その応答波形の外
部磁界強度に応じた変化を検出し、上記検出された応答
波形の変化によって外部磁界を探知することを特徴とす
る磁気探知装置。
【請求項２】前記応答波形の外部磁界強度に応じた変
化を検出する際に、応答波形の立ち上がり時間の変化と
立ち下がり時間の変化の少なくとも一方を検出すること
を特徴とする請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項３】前記磁気センサと直列に接続された抵抗
を備えることを特徴とする請求項１記載の磁気探知装
置。
【請求項４】前記抵抗に生じる発振電圧をシュミット
トリガ回路に供給し、上記シュミットトリガ回路からの
出力と、前記磁気センサのコイルに供給する発振電圧と
を比較することにより、前記応答波形の変化を検出する
ことを特徴とする請求項３記載の磁気探知装置。
【請求項５】前記磁気センサのコイルに流れる発振電
流の振幅が、磁気センサのインダクタンスが急峻な変化
を示す範囲を包括するように設定されていることを特徴
とする請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項６】前記磁気センサのコイルに流れる発振電
流が、直流バイアス電流成分を含んでいることを特徴と
する請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項７】前記磁気センサのコイルに流れる電流の
方向を反転させるバイラテラルスイッチを備えているこ
とを特徴とする請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項８】前記磁気センサを複数備えていることを
特徴とする請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項９】前記磁気センサのコイルに供給される発
振電圧が方形波であることを特徴とする請求項１記載の
磁気探知装置。
【請求項１０】前記磁性体を、前記コイルに流れる発
振電流により、長手方向に磁化し利用することを特徴と
する請求項１記載の磁気探知装置。
【請求項１１】前記磁気センサを３つ備えていること
を特徴とする請求項８記載の磁気探知装置。
【請求項１２】前記３つの各磁気センサによって検出
された各磁界成分から、立体空間内における外部磁界の
大きさを算出する演算装置を備えていることを特徴とす
る請求項１１記載の磁気探知装置。
【請求項１３】前記３つの各磁気センサによって検出
された各磁界成分から、立体空間内における外部磁界の
方向を算出する演算装置を備えていることを特徴とする
請求項１１記載の磁気探知装置。
【請求項１４】前記３つの各磁気センサによって検出
された各磁界成分から、立体空間内における回転角度を
算出する演算装置を備えていることを特徴とする請求項
１１記載の磁気探知装置。
【請求項１５】車両に搭載されていることを特徴とす
る請求項１１記載の磁気探知装置。