JPH0943323A - 印加磁界の極性検出方法およびその装置 - Google Patents

印加磁界の極性検出方法およびその装置

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JPH0943323A
JPH0943323A JP7216698A JP21669895A JPH0943323A JP H0943323 A JPH0943323 A JP H0943323A JP 7216698 A JP7216698 A JP 7216698A JP 21669895 A JP21669895 A JP 21669895A JP H0943323 A JPH0943323 A JP H0943323A
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JP
Japan
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magnetic field
polarity
magnetoresistive effect
effect element
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JP7216698A
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Kimihiko Yamagishi
君彦 山岸
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Hioki EE Corp
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Hioki EE Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加えられる磁界の方向が正、負のいずれであ
っても同一の抵抗変化特性を示す磁気抵抗効果素子を用
いて、被測定磁界の極性を検出可能とする。 【解決手段】 磁気抵抗効果素子1に励磁手段3から所
定周波数の交流磁界を定常的に加えた状態で、同磁気抵
抗効果素子1に被測定磁界を印加し、同磁気抵抗効果素
子1から得られる出力信号を上記交流磁界に同期させて
同期極性反転を行ない、その極性反転波形を平滑して所
定の基準レベルと比較することにより、被測定磁界の極
性を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は印加磁界の極性検出
方法およびその装置に関し、さらに詳しく言えば、磁気
抵抗効果素子を用いて印加磁界の極性(正、負の方向)
を検出し得るようにした印加磁界の極性検出方法および
その装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】加えられる磁界の強弱によって抵抗値が
変化する磁電変換素子としては、まずホール素子が挙げ
られ、その用途の一つにクランプ式電流計がある。すな
わち、クランプ式電流計において、ホール素子は開閉可
能に組み合わせられた一対の磁気コアの突き合わせ端面
に配置され、被測定電路に流れる電流によりその磁気コ
アに誘起された磁束が同ホール素子に対して直交するよ
うになされている。
【0003】ところで、ホール素子はその素子自体の厚
さについてはある程度まで薄くすることは可能である
が、外装や端子の引き出し構造などにより制約を受けて
全体としての厚さとなると、その薄型化には限界があ
る。したがって、両磁気コアの突き合わせ端面間にホー
ル素子を配置することにより、大きな磁気ギャップが形
成されることになるため、特に小電流測定の場合には感
度の点で問題があった。
【0004】そこで、例えば特開昭59−79860号
公報には、絶縁基板上に帯状に形成され、印加される磁
界によってその抵抗値が変化する磁性金属膜からなる磁
気抵抗効果素子が提案されている。この場合、その磁性
金属膜は、例えば70〜80wt%のニッケルを含むN
i−Co合金、もしくは80〜90wt%ニッケルを含
むNi−Fe合金などが好適であり、スパッタ法などに
より例えば2000〜3000オングストロームの厚さ
に形成される。したがって、これによればホール素子に
比べてその厚さを十分に薄くすることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の磁気抵抗効果素子は図6に示されているように、外部
から印加される磁界Φに対して、その極性が正(+
Φ)、負(−Φ)のいずれの場合でも同一の抵抗変化特
性、すなわちX軸を磁界Φ、Y軸を抵抗Rとするとき、
Y軸を中心として左右対称の特性を示すため、印加磁界
Φの極性については検出することができない。
【0006】本発明は、この点を解決するためになされ
たもので、その目的は、上記のような抵抗変化特性を有
する磁気抵抗効果素子においても、印加磁界の極性を確
実に検出し得るようにした印加磁界の極性検出方法およ
びその極性検出装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、加えられる磁界の方向が正、負
のいずれであっても同一の抵抗変化特性を示す磁気抵抗
効果素子を用いて被測定磁界の極性(方向)を検出する
印加磁界の極性検出方法において、上記磁気抵抗効果素
子に所定周波数の交流磁界を定常的に加えた状態で、同
磁気抵抗効果素子に上記被測定磁界を印加するととも
に、同磁気抵抗効果素子から得られる出力信号を上記交
流磁界に同期させて極性反転を行ない、その極性反転波
形を平滑して所定の基準レベルと比較することにより、
上記被測定磁界の極性を検出することを特徴としてい
る。
【0008】また、請求項2の発明においては、加えら
れる磁界の方向が正、負のいずれであっても同一の抵抗
変化特性を示す磁気抵抗効果素子と、一部に同磁気抵抗
効果素子を含み閉磁気回路を形成する磁気コアと、同磁
気コアを介して上記磁気抵抗効果素子に所定周波数の交
流磁界を加える励磁手段と、上記磁気抵抗効果素子に所
定の直流電流を供給する直流定電流源と、上記磁気抵抗
効果素子から得られる出力信号を上記交流磁界と同期し
て極性反転する同期極性反転手段と、その極性反転出力
を平滑して所定の基準レベルと比較する極性判別手段と
を備えてなることを特徴としている。
【0009】上記の構成において、被測定磁界が印加さ
れていない場合、磁気抵抗効果素子からの出力信号は所
定周波数の交流磁界による一定値VRをとることにな
る。したがって、その出力信号を交流磁界に同期させて
極性反転すると、0レベルを中心として正、負ともにピ
ーク値(+VR,−VR)を等しくする極性反転波形が
得られ、これを平滑するとその出力電圧は0となる。
【0010】これに対して、被測定磁界が印加された場
合には、交流磁界に被測定磁界が重畳され、その被測定
磁界の極性に応じて同交流磁界にバイアスがかけられる
ことになるため、磁気抵抗効果素子からの出力信号はV
R+ΔVR,VR−ΔVRの2値をとりパルス波状に変
動する。この出力信号を交流磁界に同期させて極性反転
すると、その極性反転波形は0レベルを中心として正、
負対称ではなくなる。したがって、これを平滑すると磁
気抵抗効果素子の抵抗値の変化量が正もしくは負の値を
持つことになり、これにより被測定磁界の極性検出が可
能となる。
【0011】請求項3の発明は、請求項2に記載の極性
検出装置をクランプ式電流計に適用したもので、これに
よれば、被測定電路の電流値とともに、その電流が流れ
ている方向をも検出することが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1には、本発明を印加磁界の極
性検出装置として具現した実施例が示されている。これ
によると、同極性検出装置は磁気抵抗効果素子1を閉磁
気回路の一構成要素とする磁気コア2を備えている。
【0013】この場合、磁気抵抗効果素子1には、絶縁
基板上に先に説明したNi−Co合金、Ni−Fe合金
の薄膜を形成したものが用いられるが、これに代えてそ
の薄膜をガリウム−ヒ素、インジウム−アンチモンなど
の磁性金属膜から形成することもできる。いずれにして
も、図6に示したように、印加磁界の極性(正、負の方
向)に拘らず、同一の抵抗変化特性を示すものが用いら
れる。
【0014】図1には、この磁気抵抗効果素子1が磁気
コア2の一部分に嵌め込まれているように示されている
が、クランプ式電流計を例にすると、磁気コア2は開閉
可能に組み合わされた一対の磁気コアメンバーを有し、
磁気抵抗効果素子1はその突き合わせ端面に配置され
る。
【0015】この実施例において、磁気コア2には磁気
抵抗効果素子1に所定周波数の交流磁界φを加える励磁
手段3が設けられている。この励磁手段3は、磁気コア
2に巻回された励磁コイル3aと、同励磁コイル3aに
所定周波数(クロックパルスf)の交流磁界を供給する
パルス発振器3bとから構成されている。
【0016】また、磁気抵抗効果素子1に関連して、こ
れに所定の直流電流を供給する直流定電流源4と、同磁
気抵抗効果素子1から得られる出力電圧VRを上記パル
ス発振器3bのクロックパルスfに同期して極性反転す
る同期極性反転回路5とが設けられている。そして、こ
の同期極性反転回路5の出力段にはその極性反転信号を
平滑する平滑回路8が接続されている。
【0017】同期極性反転回路5について説明すると、
この同期極性反転回路5は磁気抵抗効果素子1に対して
並列的に接続された2つのアンプ6a,6bを備えてお
り、この場合、一方のアンプ6aの増幅率は+1、これ
に対して他方のアンプ6bの増幅率は極性反転させるた
めに−1に設定されている。
【0018】そして、各アンプ6a,6bの出力側に
は、それぞれ上記クロックパルスfに同期して交代的に
切り替えられるスイッチ7a,7bが接続されており、
これら各スイッチ7a,7bを経た出力が平滑回路8に
入力されるようになっている。
【0019】次に、この極性検出装置の動作を図2ない
し図5を参照しながら説明する。まず、図2においてφ
が励磁手段3から磁気コア2を介して磁気抵抗効果素子
1に加えられる所定周波数(クロックパルスf)の交流
磁界で、Φが図示しない例えば被測定電路などから磁気
抵抗効果素子1に印加される外部磁界(被測定磁界)で
あるとする。
【0020】測定にあたって、励磁手段3から磁気抵抗
効果素子1に所定周波数の交流磁界φが定常的に加えら
れるが、外部磁界Φがない(Φ=0)場合には、図3
(a)に示されているように、その交流磁界φは抵抗変
化曲線のY軸(R軸)を中心として左右(正負方向)に
均等に振れるため、磁気抵抗効果素子1の抵抗値Rは同
図(b)のようにほぼ一定の連続した値を示し、したが
って同磁気抵抗効果素子1の出力側に現れる出力電圧V
Rも同図(c)に示すようにほぼ一定値VRとなる。
【0021】そして、この出力電圧VRが次段の同期極
性反転回路5において交流磁界φに同期して極性反転さ
れる。この場合、その極性反転波形は図3(d)に示さ
れているように、0レベルを中心とする均等波形となる
ため、平滑回路8の出力は「0」となる(同図(e)参
照)。これにより、図示しない例えば比較回路もしくは
CPUなどの判定手段にて外部磁界なしと判定される。
【0022】次に、磁気抵抗効果素子1に+ΔΦなる外
部磁界が印加されると、図4(a)に示されているよう
に、交流磁界φが抵抗変化曲線のY軸に対して、その外
部磁界+ΔΦ分だけ+側にバイアスされることになる。
これにより、磁気抵抗効果素子1の抵抗が上記の抵抗値
Rを中心として±ΔRに振れることになる(図4(b)
参照)。
【0023】したがって、その出力電圧VR+ΔVR,
VR−ΔVRを同期極性反転回路5にて極性反転する
と、その極性反転波形が同図(d)のように、0レベル
に対して+方向にオフセットがかけられたようになる。
したがって、この極性反転波形を平滑回路8にて平滑す
ることにより、0レベルよりも高い出力(+ΔR)が得
られ、これに基づいて外部磁界の極性が+であると判定
される。
【0024】これに対して、磁気抵抗効果素子1に−Δ
Φなる外部磁界が印加されると、図5(a)に示されて
いるように、交流磁界φが抵抗変化曲線のY軸に対し
て、その外部磁界−ΔΦ分だけ−側にバイアスされるこ
とになる。これにより、磁気抵抗効果素子1の抵抗が図
5(b)に示されているように、上記の抵抗値Rを中心
として±ΔRに振れることになるが、この場合、その波
形は図4(b)とは逆相になる。
【0025】そこで、この逆相とされた出力電圧VR+
ΔVR,VR−ΔVR(図5(c)参照)を同期極性反
転回路5にて極性反転すると、その極性反転波形が図5
(d)のように、0レベルに対して−方向にオフセット
がかけられたようになる。したがって、この極性反転波
形を平滑回路8にて平滑することにより、0レベルより
も低い出力(−ΔR)が得られ、これに基づいて外部磁
界の極性が−であると判定される。
【0026】このように、本発明によれば、正負いずれ
の領域でも同一の抵抗特性を示す磁気抵抗効果素子によ
って、外部磁界(被測定磁界)の極性を検出することが
可能となる。また、その抵抗値が温度特性を持っていて
も、原理的にはその零点が動かないため、誤差が生ずる
おそれもない。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加えられる磁界の方向が正、負のいずれであっても同一
の抵抗変化特性を示す磁気抵抗効果素子に対して、所定
周波数の交流磁界を定常的に加えた状態で、同磁気抵抗
効果素子に被測定磁界を印加し、同磁気抵抗効果素子か
ら得られる出力信号を上記交流磁界に同期させて極性反
転を行ない、その極性反転波形を平滑して所定の基準レ
ベルと比較することにより、上記被測定磁界の極性を検
出することが可能となった。
【0028】このことは、ホール素子などに比べてより
薄型が可能な磁性金属膜からなる磁気抵抗効果素子の用
途が広げられることを意味し、例えばクランプ式電流計
に適用すると、開閉可能な磁気コアの磁気ギャップをよ
り狭くすることができることから、小電流測定に適する
感度アップが図れるとともに、その電流方向をも併せて
検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による印加磁界の極性検出装置の構成を
示した模式的な回路図。
【図2】図1に示されている磁気抵抗効果素子とそれに
印加される磁界との関係を示した斜視図。
【図3】外部磁界が印加されていない場合の動作説明
図。
【図4】+極性の外部磁界が印加された場合の動作説明
図。
【図5】−極性の外部磁界が印加された場合の動作説明
図。
【図6】磁気抵抗効果素子の抵抗変化特性を示した特性
図。
【符号の説明】
1 磁気抵抗効果素子 2 磁気コア 3 励磁手段 4 直流定電流源 5 同期極性反転回路 6a,6b アンプ 7a,7b スイッチ 8 平滑回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 43/08 8908−2G G01R 33/06 R

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加えられる磁界の方向が正、負のいずれ
    であっても同一の抵抗変化特性を示す磁気抵抗効果素子
    を用いて被測定磁界の極性(方向)を検出する印加磁界
    の極性検出方法において、上記磁気抵抗効果素子に所定
    周波数の交流磁界を定常的に加えた状態で、同磁気抵抗
    効果素子に上記被測定磁界を印加するとともに、同磁気
    抵抗効果素子から得られる出力信号を上記交流磁界に同
    期させて極性反転を行ない、その極性反転波形を平滑し
    て所定の基準レベルと比較することにより、上記被測定
    磁界の極性を検出することを特徴とする印加磁界の極性
    検出方法。
  2. 【請求項2】 加えられる磁界の方向が正、負のいずれ
    であっても同一の抵抗変化特性を示す磁気抵抗効果素子
    と、一部に同磁気抵抗効果素子を含み閉磁気回路を形成
    する磁気コアと、同磁気コアを介して上記磁気抵抗効果
    素子に所定周波数の交流磁界を加える励磁手段と、上記
    磁気抵抗効果素子に所定の直流電流を供給する直流定電
    流源と、上記磁気抵抗効果素子から得られる出力信号を
    上記交流磁界と同期して極性反転する同期極性反転手段
    と、その極性反転出力を平滑して所定の基準レベルと比
    較する極性判別手段とを備えてなることを特徴とする印
    加磁界の極性検出装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の印加磁界の極性検出装
    置を有することを特徴とするクランプ式電流計。
JP7216698A 1995-08-02 1995-08-02 印加磁界の極性検出方法およびその装置 Pending JPH0943323A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021051046A (ja) * 2019-09-26 2021-04-01 ビフレステック株式会社 ゼロフラックス型磁気センサ及びそれを備える非接触電流計並びにゼロフラックス型磁気センサの制御回路及び制御方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021051046A (ja) * 2019-09-26 2021-04-01 ビフレステック株式会社 ゼロフラックス型磁気センサ及びそれを備える非接触電流計並びにゼロフラックス型磁気センサの制御回路及び制御方法

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