JP4660709B2 - Extended differential fluxgate sensor - Google Patents
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Description
本発明は、拡張差分型フラックスゲートセンサに関し、さらに詳しくは、ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る拡張差分型フラックスゲートセンサに関する。 The present invention relates to an extended differential fluxgate sensor, and more particularly, to an extended differential fluxgate sensor capable of extending the length of a region where a magnetic field can be detected while keeping a baseline length small.
従来、レーストラック形状のコアと、コアにトロイダル状に巻回した励起コイルと、コアの直線部に間隔を空けて互いに逆方向に巻回された2個の差分巻線からなる差分磁場検出コイルと、2つの差分巻線の間に巻回された1個の共通巻線からなる共通磁場検出コイルと、差分磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第1のフィードバック回路と、共通磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第2のフィードバック回路とを具備した差分型フラックスゲートセンサが知られている(例えば、非特許文献1参照。)。 Conventionally, a differential magnetic field detection coil comprising a racetrack-shaped core, an excitation coil wound around the core in a toroidal shape, and two differential windings wound in opposite directions with a gap between the linear portions of the core. A common magnetic field detection coil comprising one common winding wound between two differential windings, a first feedback circuit that feeds back a feedback signal to the output of the differential magnetic field detection coil, and common magnetic field detection A differential fluxgate sensor including a second feedback circuit that feeds back a feedback signal to the output of a coil is known (for example, see Non-Patent Document 1).
上記従来の差分型フラックスゲートセンサでは、差分巻線の間隔(以下、ベースライン長という)が、磁場を検出できる領域の長さを規定している。
しかし、外部磁場の影響を排除するためにベースライン長を小さく保つ必要があり、磁場を検出できる領域の長さがせいぜい数cmに制限される問題点があった。換言すれば、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすためにベースライン長を大きくすると、外部磁場の影響を受けやすくなる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る拡張差分型フラックスゲートセンサを提供することにある。
In the conventional differential fluxgate sensor, the interval between the differential windings (hereinafter referred to as the baseline length) defines the length of the region where the magnetic field can be detected.
However, in order to eliminate the influence of the external magnetic field, it is necessary to keep the baseline length small, and there is a problem that the length of the region where the magnetic field can be detected is limited to several centimeters at most. In other words, if the base line length is increased in order to extend the length of the region where the magnetic field can be detected, there is a problem that it is easily affected by the external magnetic field.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an extended differential fluxgate sensor that can extend the length of a region where a magnetic field can be detected while keeping the baseline length small.
第1の観点では、本発明は、コアと、前記コアに巻回された励起コイルと、前記コアにピッチLで交互に逆方向に巻回された2×N(Nは2以上の整数)個の差分巻線からなる差分磁場検出コイルと、前記コアに一方向に巻回された1個以上の共通巻線からなる共通磁場検出コイルと、前記差分磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第1のフィードバック回路と、前記共通磁場検出コイルの出力にフィードバック信号を帰還する第2のフィードバック回路とを具備したことを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサを提供する。
上記第1の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサでは、ベースライン長すなわち逆方向に巻回された隣接する差分巻線の間隔は、ピッチLとなる。一方、磁場を検出できる領域の長さは、両端の差分巻線の間隔であり、「(2×N−1)×L」となる。つまり、磁場を検出できる領域の長さを、ベースライン長の「2×N−1」倍、最低でも3倍、に伸ばすことが出来る。すなわち、ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る。
In the first aspect, the present invention provides a core, an excitation coil wound around the core, and 2 × N (N is an integer of 2 or more) wound around the core alternately in a reverse direction at a pitch L. Feedback signal is fed back to the output of the differential magnetic field detection coil consisting of a differential magnetic field detection coil, the common magnetic field detection coil consisting of one or more common windings wound around the core in one direction, and the differential magnetic field detection coil There is provided an extended differential type fluxgate sensor comprising: a first feedback circuit configured to perform feedback; and a second feedback circuit configured to feed back a feedback signal to the output of the common magnetic field detection coil.
In the extended differential fluxgate sensor according to the first aspect, the base line length, that is, the interval between adjacent differential windings wound in the reverse direction is the pitch L. On the other hand, the length of the region where the magnetic field can be detected is the interval between the differential windings at both ends, and is “(2 × N−1) × L”. That is, the length of the region in which the magnetic field can be detected can be extended to “2 × N−1” times the base line length, and at least three times the base line length. That is, the length of the region where the magnetic field can be detected can be extended while keeping the baseline length small.
第2の観点では、本発明は、前記第1の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサにおいて、前記コアが、「(2×N−1)×L」より長い2つの平行な直線部を有するレーストラック形状であることを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサを提供する。
上記第2の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサでは、コアが「(2×N−1)×L」より長い2つの平行な直線部を有するレーストラック形状であるため、それら2つの直線部を取り巻くように2×N個の差分巻線を好適に巻回できる。
In a second aspect, the present invention provides the extended differential fluxgate sensor according to the first aspect, wherein the core has two parallel straight portions longer than “(2 × N−1) × L”. An extended differential fluxgate sensor characterized by having a track shape is provided.
In the extended differential fluxgate sensor according to the second aspect, the core has a racetrack shape having two parallel straight portions longer than “(2 × N−1) × L”. 2 × N differential windings can be suitably wound so as to surround them.
第3の観点では、本発明は、前記第2の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサにおいて、前記共通磁場検出コイルが、前記コアの直線部に均一に分布して巻回された1個の共通巻線からなることを特徴とする拡張差分型フラックスゲートセンサを提供する。
上記第3の観点による拡張差分型フラックスゲートセンサでは、共通磁場検出コイルがコアの直線部に均一に分布して巻回されているため、全ての差分巻線に共通してかかっている共通磁場を効率よく検出することが出来る。
In a third aspect, the present invention is the extended differential fluxgate sensor according to the second aspect, wherein the common magnetic field detection coil is a single common coil wound uniformly distributed on the straight portion of the core. An extended differential fluxgate sensor characterized by comprising windings is provided.
In the extended differential fluxgate sensor according to the third aspect, since the common magnetic field detection coil is uniformly distributed and wound around the linear portion of the core, the common magnetic field applied to all the differential windings is common. Can be detected efficiently.
本発明の拡張差分型フラックスゲートセンサによれば、磁場を検出できる領域の長さを、ベースライン長の3倍以上に伸ばすことが出来る。すなわち、ベースライン長を小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る。 According to the extended difference type fluxgate sensor of the present invention, the length of the region where the magnetic field can be detected can be extended to three times or more the baseline length. That is, the length of the region where the magnetic field can be detected can be extended while keeping the baseline length small.
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
図1は、実施例1に係る拡張差分型フラックスゲートセンサ10を示す構成図である。
この拡張差分型フラックスゲートセンサ10は、長さ3×L以上の2つの平行な直線部を有するレーストラック形状のコア1と、コア1にトロイダル状に巻回された励起コイル2と、コア1の2つの直線部を取り巻くようにピッチLで交互に逆方向に巻回された4個の差分巻線3a,3b,3c,3dからなる差分磁場検出コイル3と、コア1の2つの直線部を取り巻くように均一な分布で一方向に巻回された1個の共通巻線からなる共通磁場検出コイル4と、差分磁場検出コイル3からの差分磁場検出信号Bにフィードバック信号Dを負帰還する第1のフィードバック回路5と、共通磁場検出コイル4からの共通磁場検出信号Eにフィードバック信号Fを負帰還する第2のフィードバック回路6とを具備している。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an extended differential fluxgate sensor 10 according to the first embodiment.
This extended differential type fluxgate sensor 10 includes a racetrack-
第1のフィードバック回路5は、差分磁場検出信号Bとフィードバック信号Dの和信号から交流成分を取り出すキャパシタンス51と、交流成分を増幅する増幅器52と、信号成分を取り出す検波器53と、低周波成分を取り出すローパスフィルタ54と、低周波成分を積分する積分器55と、積分器55の出力電圧をフィードバック信号Dに変換してフィードバックする電圧−電流変換器56とを具備している。
ここで、電圧−電流変換器56は、フィードバックがないときの差分磁場検出信号Bの大きさを差分巻線数2×Nで割った値に対応する強さを持ち且つ差分磁場検出信号Bを発生させた磁気と逆向きの磁気を各差分巻線3a,3b,3c,3dで発生させる大きさのフィードバック信号Dを発生するものとする。
The
Here, the voltage-
第2のフィードバック回路6は、共通磁場検出信号Eとフィードバック信号Fの和信号から交流成分を取り出すキャパシタンス61と、交流成分を増幅する増幅器62と、信号成分を取り出す検波器63と、低周波成分を取り出すローパスフィルタ64と、低周波成分を積分する積分器65と、積分器65の出力電圧をフィードバック信号Fに変換してフィードバックする電圧−電流変換器66とを具備している。
ここで、電圧−電流変換器66は、フィードバックがないときの共通磁場検出信号Eの大きさに対応する強さを持ち且つ共通磁場検出信号Eを発生させた磁気と逆向きの磁気を共通磁場検出コイル4で発生させる大きさのフィードバック信号Fを発生するものとする。
The
Here, the voltage-current converter 66 has a strength corresponding to the magnitude of the common magnetic field detection signal E when there is no feedback and converts the magnetism in the opposite direction to the magnetism that generated the common magnetic field detection signal E to the common magnetic field. It is assumed that a feedback signal F having a magnitude generated by the
図2に示すように、近傍にある磁気源からの微弱磁場αが第1差分巻線3aだけにかかり、遠い距離にある磁気源からの外部磁場βがかかっているものとする。また、α≪βとする。
As shown in FIG. 2, it is assumed that a weak magnetic field α from a magnetic source in the vicinity is applied only to the first
図3に示すように、第2のフィードバック回路6の出力は、外部磁場βに応じた信号となる。また、フィードバック信号Fは、外部磁場βと同じ強さで且つ逆向きのフィードバック磁場fを発生させる。この結果、フィードバック磁場fで外部磁場βが打ち消され、コア1のB−Hカーブ上の動作点を固定できる。また、増幅器62の入力を線形性の良いゼロ近傍に維持できる。
As shown in FIG. 3, the output of the
他方、フィードバック磁場fで外部磁場βが打ち消され、第1差分巻線3aだけに微弱磁場αがかかるから、第1のフィードバック回路5の出力は、微弱磁場αに応じた信号となる。また、フィードバック信号Dは、第1差分巻線3aで強さα/4で且つ微弱磁場αと逆向きのフィードバック磁場aを発生させ,第2差分巻線3bで強さα/4で且つ微弱磁場αと同向きのフィードバック磁場bを発生させ,第3差分巻線3cで強さα/4で且つ微弱磁場αと逆向きのフィードバック磁場cを発生させ,第4差分巻線3dで強さα/4で且つ微弱磁場αと同向きのフィードバック磁場dを発生させる。これにより、第1差分巻線3aでは強さ3α/4で且つ微弱磁場αと同向きの磁場“α−a”が時計方向巻の巻線で検出されて起電力は3α/4相当となり,第2差分巻線3bでは強さα/4で且つ微弱磁場αと同向きの磁場bが反時計方向巻の巻線で検出されて起電力は−α/4相当となり,第3差分巻線3cでは強さα/4で且つ微弱磁場αと逆向きの磁場cが時計方向巻の巻線で検出されて起電力は−α/4相当となり,第4差分巻線3dでは強さα/4で且つ微弱磁場αと同向きの磁場dが反時計方向巻の巻線で検出されて起電力は−α/4相当となり、合計された差分磁場信号Bはゼロになり、増幅器52の入力を線形性の良いゼロ近傍に維持できる。
On the other hand, the external magnetic field β is canceled by the feedback magnetic field f, and the weak magnetic field α is applied only to the first
実施例1に係る拡張差分型フラックスゲートセンサ10によれば、次の効果が得られる。
(A)磁場を検出できる領域の長さをベースライン長Lの3倍に伸ばすことが出来る。すなわち、ベースライン長Lを小さく保ちながら、磁場を検出できる領域の長さを伸ばすことが出来る。
(B)コアが3×Lより長い2つの平行な直線部を有するレーストラック形状であるため、それら2つの直線部を取り巻くように4個の差分巻線3a,3b,3c,3dを好適に巻回できる。
(C)共通磁場検出コイル4がコア1の直線部に均一に分布して巻回されているため、全ての差分巻線3a,3b,3c,3dに共通してかかっている共通磁場を効率よく検出することが出来る。
According to the extended differential fluxgate sensor 10 according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(A) The length of the region where the magnetic field can be detected can be extended to three times the baseline length L. That is, the length of the region where the magnetic field can be detected can be extended while keeping the baseline length L small.
(B) Since the core has a racetrack shape having two parallel straight portions longer than 3 × L, the four
(C) Since the common magnetic
図4に示すように、4個の差分巻線3a,3b,3c,3dの間に、共通巻線4a,4b,4cをそれぞれ同方向に巻回し、直列接続して、共通磁場検出コイル4としてもよい。
As shown in FIG. 4, common windings 4a, 4b, and 4c are wound in the same direction between the four
差分巻線数は4個に限定されず、6個,8個,10個,…としてもよい。 The number of differential windings is not limited to four, and may be 6, 8, 10,.
本発明の拡張差分型フラックスゲートセンサは、磁気センサとして利用できる。 The extended differential fluxgate sensor of the present invention can be used as a magnetic sensor.
1 コア
2 励磁コイル
3 差分磁場検出コイル
3a,3b,3c,3d 差分巻線
4 共通磁場検出コイル
4a,4b,4c 共通巻線
5 第1のフィードバック回路
6 第2のフィードバック回路
10 拡張差分型フラックスゲートセンサ
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