JPS5948345B2 - 磁気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁性材料を磁心とする非線形インダクタンス
素子、第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗、コンデンサ、演
算増巾器を具備Ｌ該演算増巾器をスイツチング素子とし
て動作せしめて励磁回路系を構成し、該磁心に印加する
信号磁界によつて偏磁する磁束レベルを該演算増巾器の
飽和出力電圧の正の半サイクルと負の半サイクルの持続
時間の差に磁電変換することによつて印加信号磁界を測
定する磁気制御装置を提供せんとするものである。

従来の技術としては、まず、振巾差変調法（電気学会磁
気増巾器専門委員会編「計測用磁気増巾器」Ｐ．８１〜
８４．電気書院）をあげることができる。

これは、点対称非直線素子をパルス励磁波によつて他励
することにより、出力側にあらわれる被変調波のパルス
高を、信号磁界によつて振巾差変調する方法である。こ
の方法では、出力側に誘起する正の出力電圧の積分値と
負の出力電圧の積分値の絶対値は、等しくなり、出力側
に積分回路を付加しても、その平均直流電圧は、零とな
る。そこで、磁電変換された直流成分を得るには、出力
側に別に検波回路を付加接続する回路構成が必要となり
、それ故励磁回路より信号磁界に対応する直流電圧を直
接得ることは不可能なことであつた。また、この種に属
するものに、バイアス整流器型増巾器による電流検出法
（昭和４８年度電子通信学会全国大会論文集，Ｐ．１８
２９）がある。これは、磁心に印加される信号磁界を直
流電圧に変換するために、方形波励振回路を別途に備え
、その励振回路の一部に、非線形素子として動作せしめ
る２個のツエナーダイオードを直列接続して検波作用を
実行せしめる回路構成であり、磁心を含む回路とは別に
設けた励振電源によつて励磁する他励励磁が、磁心励磁
の条件になつている。さらに、特公昭３９−１５４９９
号の電流測定装置は、一対のトランジスタからなる磁気
マルチバイプレータにおいて、新たに電流入力用巻線を
付加した回路構成をとり、非線形素子による検波機能を
、前記磁気マルチバイブレータの回路の後段に、磁気発
振回路から分離独立して接続されている波形整形回路で
実施せしめ、その出力をローパスフイルターによつて直
流電圧に変換可能ならしめている。しかしながら、微小
電圧入力によつて動作する高利得の演算増巾器をスイツ
チング素子として動作せしめる機能訃よび通常の用途で
は線形素子として利用される該演算増巾器を検波機能を
実行せしめる非線形素子として回路構成すること、さら
には、装置の回路全体を簡素化、小形化せしめる集約構
成に関する方案などは、いずれの装置からも知見されな
い。本発明は、非線形動作をする演算増巾器を非線形イ
ンダクタンス素子に結合させて磁気発振回路を構成し信
号磁界の印加時に起きる偏磁効果を直流電圧に変換せし
める装置に関するものである。

本発明の特徴とするところは、演算増巾器と、磁心と、
磁心に巻装された第１巻線からなる非線形インダクタン
ス素子と、非線形インダクタンス素子の一方の端子に直
列接続された第１抵抗と、第１抵抗の両端子間に並列接
続されたコンデンサと、第１抵抗の他方の端子に直列接
続された第２抵抗と、第２抵抗の他方の端子と該非線形
インダクタンス素子の他方の端子に直列接続された第３
抵抗とを具備して、非線形インダクタンス素子、第１抵
抗卦よびコンデンサの並列接続、第２抵抗、第３抵抗に
より環状回路を構成レ第２抵抗と第３抵抗との結節点、
非線形インダクタンス素子と第１抵抗およびコンデンサ
の並列接続との結節点を演算増巾器の２つの入力端子に
接続し、第２抵抗と第１抵抗卦よびコンデンサの並列接
続または、第３抵抗と非線形インダクタンス素子との結
節点を演算増巾器の出力端子に接続して構成した磁気制
御装置にある。

以下、実施例の電気的回路図において詳細に説明する。

第１図は、本発明の磁気制御装置の第１実施例の電気的
回路図である。

図面に卦いて、１１は、磁心にして、信号磁界Ｈｓを集
磁させる目的と、非線形インダクタンス素子を構成する
目的のための磁性材料からなる。磁心形状は任意でよく
、開磁路であつても、閉磁路であつてもよい。１２は、
磁心１１に巻装された第１巻線にして、一対の端子は第
１、第４結節点１，４に接続さ抵非線形インダクタンス
素子として動作する。

１０は、演算増巾器で、非反転入力端子は第１結節点１
に、反転入力端子は第３結節点３に、出力端子は第２結
節点２に、それぞれ接続されている。

演算増巾器１０は、入カインピーダンスが高く、本発明
では、電圧入力信号によつて２つの異なる飽和電圧レベ
ルを出力する電圧入力制御形のスイツチング素子として
動作する。１３は抵抗Ｒ１３にして、一対の端子は第２
結節点２と第１結節点１に接続され、演算増巾器１０の
飽和出力電圧は、第１結節点で分圧され、第１結節点の
電圧、すなわち、第１巻線１２の端子間電圧Ｖ１は、非
反転端子に入力信号として印加される。

１４は、抵抗Ｒ１４にして一対の端子は第２結節点２と
第３結節点３に接続さＦＬｓ１５は抵抗Ｒ１５にして一
対の端子は第３結節点３と第４結節点４に接続され、第
４結節点はアースＧに接続されている。

抵抗１４と抵抗１５は、演算増巾器１０の出力電圧■。
を、第３結節点３で分圧し、この分圧電圧信号は、演算
増巾器１０の反転端子に基準電圧信号Ｖ３として入力さ
れる。１６は、コンデンサにして、一対の端子は第１結
節点１と第２結節点２に接続され、該演算増巾器１０の
スルーレートの悪い場合に、磁気発振を安定に持続させ
る機能を果たす。

端子１７，１８，１９は、それぞれ第１結節点１、第２
結節点２、第４結節点４における電圧を磁気発振回路系
より外部に取り出すための端子である。磁心１１に巻装
された端子２０，２１を有する巻線、端子２２，２３を
有する巻線は、電流を測定する場合の電流入力用の第２
巻線であり、この第２巻線に流れる電流によつて信号磁
界Ｈｓを磁心１１に印加することができるもので、その
用途は目的に応じて付加して使用すればよい。な｝、２
つの異なる飽和電圧レベルを出力する演算増巾器１０は
、正負２電源で駆動される場合には正と負の飽和電圧を
出力し、単電源の場合には、零電圧と飽和電圧を出力す
るが、本発明ではいずれの電源の使用も可能であり、こ
れを限定するものではなく、図面では、慣例に従つて電
源回路および演算増巾器１０に印加する電源用端子＋，
−の記載は省略した。第２図は、第１結節点、第２結節
点、第３結節点における各電圧波形を説明するための図
で、第２図ａ図は信号磁界Ｈｓが存在しない場合の各電
圧波形、第２図ｂ図は信号磁界Ｈｓが存在する場合の各
電圧波形を示す。

前記の本発明装置において、その動作を、第２図に示す
波形説明図と併せて説明すれば、次の如くである。

説明を簡単にするために、演算増巾器１０は正・負電電
源で駆動され、正・負飽和出力電圧土Ｖｓの絶対値は等
しい関係にある場合を例に挙げて説明する。先ず、磁心
１１に信号磁界Ｈｓが印加されていない状態について述
べる。今、仮に、演算増巾器１０が正に飽和して出力電
圧■。が＋Ｖｓの状態であるとすれば、演算増巾器１０
の反転端子には、正の飽和出力電圧Ｖｓが抵抗１４と抵
抗１５の抵抗比で分圧された基準電圧信号Ｖ３として入
力される。一方、非線形インダクタンス素子として動作
する第１巻線１２のインピーダンスは、磁心１１の磁束
状態が不飽和磁束状態で正方向（以下、演算増巾器の出
力電圧が正の時に非線形インダクタンス素子に流れる電
流によつて励磁される方向を正方向とする。）に励磁さ
れている状況にあるために非常に大きく、第１結節点１
の電圧Ｖ１と電圧Ｖ３の間にＶ１〉Ｖ３が成立している
ことになり、その電圧波形は第２図ａ図の正の半サイク
ルの期間に示した如く、演算増巾器１０の正飽和状態は
しばらくそのまま持続する。ところが、磁心１１は非線
形特性を有しているため、磁束レベルが上昇して正の飽
和磁束状態に近づくと、第１巻線１２の非線形インダク
タンス素子は、磁心１１の存在しない単なる第１巻線だ
けによる線形インダクタンス素子の特性に近くなり、第
１巻線１２のインピーダンスが低下するにつれて、第１
結節点１の電圧Ｖ１は低下し、Ｖ１〉Ｖ３の状態からＶ
１＝■３に移行する状能になり、これは第２図ａ図では
４で表示されている状態にあたる。そしてＶ１くＶ３に
なつた瞬間に今まで演算増巾器１０に印加されていた入
力電圧信号Ｖ１−Ｖ３〉０の極性は、正から負Ｖ１−Ｖ
３〈０に変わるため、演算増巾器１０の出力電圧Ｖ。は
飽和して負の−Ｖｓとなり、これと同時に、第３結節点
に卦ける基準電圧信号の符号も反転する。第２図ａ図で
は８に相当する部分である。このため磁心１１は、逆方
向に励磁され、再び不飽和磁束状態に入る。これは第２
図ａ図ａＯの期間に対応する。この負の励磁期間では、
第１巻線１２のインピーダンスは再び大きくなり、第１
結節点の電圧Ｖ，は負の飽和出力電圧方向に深く偏寄さ
れ、第３結節点の基準電圧信号■３との間には■１−Ｖ
３くＯの関係が成立し、演算増巾器１０は負の飽和出力
電圧−Ｖｓを出力し続けることになる。そして、この状
態は、磁心１１が負の飽和磁束状態に達するまで持続す
る。次に、磁束レベルが次第に下降して負の飽和磁束レ
ベルに近づくと、前述と同様の理由により第１巻線１２
のインピーダンスの値は低下し、第１結節点１の電圧Ｖ
１は深い負電圧レベルより次第に高くなつて、アース電
圧（零レベル）方向に近づき、次の瞬間に、第３結節点
の負の基準電圧信号Ｖ３とＶ１との間にはＶ１−Ｖ３〉
０が成立し、演算増巾器１０の入力電圧信号Ｖ１−Ｖ３
は負から正電圧に変わり（第２図ａ図における９の部分
）、演算増巾器１０は、正の飽和出力電圧＋Ｖｓを出力
する正の励磁期間に再び突入し、以後、この動作を繰り
返して磁気発振が持続する。この場合、端子１８，１９
間で観測される電圧波形は第２図ａ図に｝けるｖ。波形
であり、その平均直流電圧値Ｖ。は外部磁界がないため
零になる。次に、信号磁界Ｈｓが存在し、その方向が磁
心１１の正励磁方向に印加されて、磁心１１を偏磁した
場合について説明する。

今、演算増巾器１０が正に飽和して出力電圧Ｖ。

が＋Ｖｓとなつた瞬間とすれば、信号磁界Ｈｓ（〉０）
と第１巻線１２に流れる正方向電流によつて発生する励
磁磁界Ｈｄ（〉０）との和Ｈｓ＋Ｈｄが磁心１１の正方
向励磁磁界となるので、信号磁界Ｈｓが存在しない時よ
りも早く正の磁束飽和状態に到達する。そのため第２図
ｂ図の正の半サイクルの期間に示す通り、演算増巾器１
０が正の飽和状態を持続する期間は短くなる。これに返
して、演算増巾器１０が負の飽和状態を持続する期間は
、信号磁界Ｈｓ（〉０）と第１巻線に流れる負方向電流
によつて発生する磁界−Ｈｄとの和Ｈｓ＋（−Ｈｄ）の
磁界が負方向励磁磁界となるため、信号磁界Ｈｓが存在
しない場合より励磁磁界の強さは弱くなり、その結果、
負の磁束飽和状態には、遅く到達する。それ故、第２図
ｂ図に示す如く、負の励磁半サイクルの期間、即ち、演
算増巾器１０の負の飽和持続期間は長くなる。かくして
、端子１８，１９における演算増巾器１０の出力Ｖ。の
正負の飽和持続期間に差を生じ平均直流電圧Ｖ。が信号
磁界Ｈｓによつて制御されることがわかる。第３図は、
本発明の第２実施例の電気的回路にして、第１図の第１
実施例の電気的回路図における演算増巾器１０の各端子
と結節点との接続を入れ替えた変形回路例である。

第１巻線１２の一対の端子は、第１結節点１２と第２結
節点２２に接続され、抵抗１４の一対の端子は、第２結
節点２２と第３結節点３′に接続され、抵抗１５の一対
の端子は、第３結節点３２と第４結節点４５に接続され
、第４結節点４２はアースＧに接続されている。抵抗１
３の一対の端子は、第４結節点４２と第１結節点１２に
接続され、コンデンサ１６は、第４結節点４２と第１結
節点１２に接続されている。演算増巾器１０の非返転端
子は第３結節点３′に、反転端子は第１結節点１２に、
出力端子は第２結節点２２に、それぞれ接続されている
。本実施例の磁気発振動作は、第１実施例の場合と同じ
立場から説明できるが、第３結節点３２が基準電圧信号
を演算増巾器１０の非反転端子に入力し、非線形インダ
クタンス素子として動作する第１巻線１２の端子電圧変
化を、第１結節点１′から演算増巾器１０の反転端子に
入力している点が異なる。第４図は、第１結節点１２、
第２結節点２２、第３結節点３２における各電圧波形を
説明するための図で、第４図ａ図は信号磁界Ｈｓが存在
しない場合の各電圧波形、第４図ｂ図は信号磁界Ｈｓが
存在する場合の各電圧波形を示す。

第３図に示す本発明装置の第２の実施例において、その
動作を、第４図に示す波形説明図と併せて説明すれば、
次の如くである。

説明を簡単にするために、演算増巾器１０は正・負正電
源で駆動され、正・負飽和出力電圧士Ｖｓの絶対値は等
しい関係にある場合を例に挙げて説明する。先ず、磁心
１１に信号磁界Ｈｓが印加されていない状態について述
べる。今、仮に、演算増巾器１０が正に飽和して出力電
圧Ｖ。が＋Ｖｓの状態であるとすれば、演算増巾器１０
の非反転端子には、正の飽和出力電圧Ｖ。が抵抗１４と
抵抗１５の抵抗比で分圧された基準電圧信号Ｖ３として
入力される。一方、非線形インダクタンス素子として動
作する第１巻線１２のインピーダンスは、磁心１１の磁
束状態が不飽和磁束状態で正方向（以下、演算増巾器の
出力電圧が正の時に非線形インダクタンス素子に流れる
電流によつて励磁される方向を正方向とする。）に励磁
されている状況にあるために非常に大きく、第１結節点
１２の電圧Ｖ，と電圧■３の間にＶ１〈Ｖ３が成立して
いることになり、その電圧波形は第４図ａ図の正の半サ
イクルの期間に示した如く、演算増巾器１０の正飽和状
態はしばらくそのまま持続する。ところが、磁心１１は
非線形特性を有しているため、磁束レベルが上昇して正
の飽和磁束状態に近づくと、第１巻線１２の非線形イン
ダクタンス素子は、磁心１１の存在しない単なる第１巻
線だけによる線形インダクタンス素子の特性に近くなり
、第１巻線１２のインピーダンスが低下するにつれて、
第１結節点１２の電圧Ｖ１は上昇し、■くＶ３の状態か
らＶ１＝Ｖ′移行する状態になり、これは第４図ａ図で
は４で表示されている状態にあたる。そしてＶ１〉Ｖ３
になつた瞬間に今まで演算増巾器１０に印加されていた
入力電圧信号Ｖ３−Ｖ１〉０の極性は、正から負Ｖ３ー
Ｖ１く０に変わるため、演算増巾器１０の出力電圧Ｖ。
は飽和して負の−Ｖｓとなり、これと同時に、第３結節
点に卦ける基準電圧信号の符号も反転する。第４図ａ図
では８に相当する部分である。このため磁心１１は、逆
方向に励磁さ板再び不飽和磁束状態に入る。これは第４
図ａ図のＯの期間に対応する。この負の励磁期間では、
第１巻線１２のインピーダンスは再び大きくなり、第１
結節点の電圧Ｖ１と第３結節点の基準電圧信号Ｖ３との
間にはＶ１−■３〉０の関係が成立Ｌ演算増巾器１０は
負の飽和出力電圧−Ｖｓを出力し続けることになる。そ
して、この状態は、磁心１１が負の飽和磁束状態に達す
るまで持続する。次に、磁束レベルが次第に下降して負
の飽和磁束レベルに近づくと、前述と同様の理由により
第１巻線１２のインピーダンスの値は低下―第１結節点
１２の電圧Ｖ１は深い負電圧になつて、次の瞬間に、第
３結節点の負の基準電圧信号Ｖ３とＶ１との間にはＶ１
ーＶ３〈０が成立し、演算増巾器１０の入力電圧信号Ｖ
１−Ｖ３は正から負電圧に変わり（第４図ａ図における
９の部分）、演算増巾器１０は、正の飽和出力電圧＋Ｖ
ｓを出力する正の励磁期間に再び突入し、以後、この動
作を繰り返して磁気発振が持続する。この場合、第２結
節点２２で観測される電圧波形は第４図ａ図におけるＶ
。波形であり、その平均直流電圧値■は外部磁界がない
ため零になる。次に、信号磁界Ｈｓが存在し、その方向
が磁心１１の正励磁方向に印加されて、磁心１１を偏磁
した場合について説明する。

今、演算増巾器１０が正に飽和して出力電圧Ｖ。

が＋Ｖｓとなつた瞬間とすれば、信号磁界Ｈｓ＞０）と
第１巻線１２に流れる正方向電流によつて発生する励磁
磁界Ｈｄ（〉０）との和Ｈｓ＋Ｈｄが磁心１１の正方向
励磁磁界となるので、信号磁界Ｈｓが存在しない時より
も早く正の磁束飽和状態に到達する。そのため第４図ｂ
図の正の半サイクルの期間に示す通り、演算増巾器１０
が正の飽和状態を持続する期間は短くなる。これに反し
て、演算増巾器１０が負の飽和状態を持続する期間は、
信号磁界Ｈｓ（〉Ｏ）と第１巻線に流れる負方向電流に
よつて発生する磁界−Ｈｄとの和Ｈｓ＋（−Ｈｄ）の磁
界が負方向励磁磁界となるため、信号磁界Ｈｓが存在し
ない場合より励磁磁界の強さは弱くなり、その結果、負
の磁束飽和状態には、遅く到達する。それ故、第４図ｂ
図に示す如く、負の励磁半サイクルの期間、即ち、演算
増巾器１０の負の飽和持続期間は長くなる。かくして、
第４図ｂ図に示される如く、第２結節点２２に卦ける電
波波形は、演算増巾器の出力Ｖ。の正負の飽和持続期間
の差を生じ、上記第２実施例においても、前記第１実施
例と同様に、平均直流電圧■が信号磁界Ｈｓによつて制
御されることがわかる。な卦、端子２４，２５の端子間
電圧波形は、コンデンサ１６が存在するため信号磁界Ｈ
ｓの磁電変換された平均電流電圧に三角波が重畳する波
形として観測されることになる。このことは、第１実施
例における端子１７，１８における端子間電圧としても
同様に観測されるものである。以上のごとく、本発明に
よれば、信号磁界Ｈｓの有無又は変化によつて、演算増
巾器１０の出力■ρ正負の飽和持続期間に差を生じ、し
かして出力Ｖ。

の平均直流電圧Ｖ。が信号磁界Ｈｓによつて制御される
。第５図に横軸を信号磁界ＨＳ１縦軸を平均直流電圧Ｖ
。

として、代表的な信号磁界Ｈｓと平均直流電圧Ｖ。の関
係を示す。信号磁界Ｈｓの正方向印加によつて演算増巾
器の出力Ｖ。の正の飽和持続期間が早く飽和Ｌ負の飽和
持続期間は遅くなり、この持続期間の差により、負の平
均直流電圧を生じる事が示されている。なお、説明の簡
単のために上記第２図ａ図、ｂ図及び第４図ａ図、ｂ図
の各電圧波形説明図では、磁界Ｈｓが零の場合あるいは
、信号磁界が印加されている場合で、周期的に繰り返さ
れる周期が変わらない例を用いて説明した。

前述の如く、本発明は、信号磁界Ｈｓによつて演算増巾
器１０の正負飽和出力電圧の持続期間差を制御せしめる
装置を提供するものであるが、現実には、演算増巾器１
０の利得が小さい場合、磁心１１を不飽和領域で使用す
る場合、スルーレートが悪い場合などの回路条件によつ
て、演算増巾器１０の出力電圧波形が台形波あるいは三
角波となつて直流電圧分が出現することもあるが、これ
らの事象は本発明の範囲を越えるものではないことを付
言しておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例の電気的回路図、第２
図は波形説明図、第３図は本発明装置の第２実施例の電
気的回路図、第４図は波形説明図、第５図は信号磁界と
平均直流電圧の関係を示す説明図である。 １，２，３，４・・・結節点、１′，２２，３２，４′
．・・結節点、１０．・・演算増巾器、１１・・・磁心
、１２・・・第１巻線、１３，１４，１５・・・抵抗、
１６．．．コンデンサ、１７，１８，１９，２４，２５
．．．端子、２０と２１，２２と２３・・・第２巻線の
名一対の端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 演算増巾器と、 磁心と 磁心に巻装された第１巻線からなる非線形インダクタン
   ス素子と、非線形インダクタンス素子の一方の端子に直
   列接続された第１抵抗と、第１抵抗の両端子間に並列接
   続されたコンデンサと、第１抵抗の他方の端子に直列接
   続された第２抵抗と、第２抵抗の他方の端子と該非線形
   インダクタンス素子の他方の端子に直列接続された第３
   抵抗とを具備して、非線形インダクタンス素子、第１抵
   抗およびコンデンサの並列接続、第２抵抗、第３抵抗に
   より環状回路を構成し、第２抵抗と第３抵抗との結節点
   、非線形インダクタンス素子と第１抵抗およびコンデン
   サの並列接続との結節点を演算増巾器の２つの入力端子
   に接続し、第２抵抗と第１抵抗およびコンデンサの並列
   接続との結節点を演算増巾器の出力端子に接続したこと
   を特徴とする磁気制御装置。 ２ 演算増巾器と、 磁心と、 磁心に巻装された第１巻線からなる非線形インダクタン
   ス素子と、非線形インダクタンス素子の一方の端子に直
   列接続された第１抵抗と、第１抵抗の両端子間に並列接
   続されたコンデンサと、第１抵抗の他方の端子に直列接
   続された第２抵抗と、第２抵抗の他方の端子と該非線形
   インダクタンス素子の他方の端子に直列接続された第３
   抵抗とを具備して、非線形インダクタンス素子、第１抵
   抗およびコンデンサの並列接続、第２抵抗、第３抵抗に
   より環状回路を構成し、第２抵抗と第３抵抗との結節点
   、非線形インダクタンス素子と第１抵抗およびコンデン
   サの並列接続との結節点を演算増巾器の２つの入力端子
   に接続し、第３抵抗と非線形インダクタンス素子との結
   節点を演算増巾器の出力端子に接続したことを特徴とす
   る磁気制御装置。 ３ 磁心に１個の電流入力用の第２巻線を巻装してなる
   特許請求の範囲第１項記載の磁気制御装置。 ４ 磁心に２個以上の電流入力用の第２巻線を巻装して
   なる特許請求の範囲第１項記載の磁気制御装置。 ５ 磁心に１個の電流入力用の第２巻線を巻装してなる
   特許請求の範囲第２項記載の磁気制御装置。 ６ 磁心に２個以上の電流入力用の第２巻線を巻装して
   なる特許請求の範囲第２項記載の磁気制御装置。