[发明专利]磁元件控制装置、磁元件控制方法、以及磁检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理用电路、使用了信号处理用电路的物理量测量装置，尤其涉及对时间分解型磁通门(Fluxgate)方式(以下表示为FG方式。)的磁元件进行驱动的磁元件控制装置、磁元件控制方法、以及使用磁元件控制方法来检测磁场的磁检测装置。

本申请基于2012年5月15日申请的日本特愿2012-111670号而主张优先权，这里引用其内容。

背景技术

一般，FG方式的磁元件与同样作为检测磁的磁元件的霍尔元件或者磁阻元件相比，由于检测磁场的灵敏度高且能够小型化，因此被用于便携电子设备等方位检测装置等。

图10是表示时间分解型FG方式的磁元件(磁场比例式测定)的构成例的图。如图10所示，对FG方式的磁元件而言，针对由高磁导率材料形成的磁性体芯的外周面缠绕有励磁绕组和检测绕组。缠绕有励磁绕组的区域作为励磁线圈而被励磁信号驱动，缠绕有检测绕组的区域作为检测线圈而输出检测信号。

图11是使用时间分解型FG方式的磁元件来说明磁场比例式中的磁场检测的原理的波形图。图11的PART(a)表示对磁元件的励磁线圈供给的励磁电流，纵轴表示励磁电流的电流值，横轴表示时刻。图11的PART(b)表示磁元件的励磁线圈使磁性体芯内产生的磁场的磁通密度，纵轴表示磁通密度，横轴表示时刻。图11的PART(c)表示磁元件的检测线圈因感应电动势而产生的脉冲的电压值，横轴表示时刻。

在图11中为了驱动励磁线圈，将励磁电流Id的信号(以下称为励磁信号)作为一定周期交替的电流的励磁信号、即如图11的PART(b)所示那样作为三角波形状的励磁信号(即，三角波电流信号)施加于励磁线圈的端子TI1与端子TI2之间。

由此，在励磁电流的朝向变化的时间(励磁电流的正负的交替时间段)中，在图11的PART(c)的情况下，在时刻t1和时刻t2检测线圈产生因感应电动势引起的正负的脉冲，将该脉冲的电压Vp作为检测信号。该检测信号与三角波电流信号的周期对应地作为连续具有正负极性的电压的脉冲而产生于检测线圈的端子间。

在对该磁元件施加了贯通由磁性体芯的励磁绕组和检测绕组所形成的圆筒空间的稳定磁场Hex的情况下，在励磁绕组中流过与该稳定磁场对应的稳定电流。即，上述的稳定电流作为偏移(offset)被叠加于对励磁绕组施加的励磁信号的励磁电流Id。

结果，通过该偏移，使得因交替的励磁信号引起的励磁线圈的驱动状态发生变化，即励磁电流Id流动的方向发生变化的时刻在被施加稳定磁场Hex的情况下和未被施加稳定磁场Hex的情况下变化。

此时，如图11的PART(a)所示，施加有与励磁线圈产生的磁场相同方向的稳定磁场Hex的(Hex＞0)情况与未施加稳定磁场Hex的(Hex＝0)情况相比，励磁电流Id流动的方向发生变化的横轴L1在横轴L2的位置变化。另一方面，施加有与励磁线圈产生的磁场相反方向的稳定磁场Hex的(Hex＜0)情况与未施加稳定磁场Hex的情况相比，励磁电流Id流动的方向发生变化的横轴L1在横轴L2的位置变化。

由此，根据该励磁电流Id流动的方向发生改变的定时而变化的磁性体芯内的磁通密度φ的变化也对应于叠加于励磁电流Id的稳定电流而变化。

而且，在磁通的方向发生了变化时，针对检测线圈在将磁通的变化抵消的方向产生感应电动势，即在励磁电流Id从正向负变化的定时，检测信号作为负电压的脉冲而产生。另一方面，在励磁电流Id从负向正变化的定时，检测信号作为正电压的脉冲而产生。

因此，FG型的磁元件通过将未被施加稳定电流Hex的情况下的检测信号被输出的定时与施加有稳定电流Hex的情况下的检测信号被输出的定时进行比较，能够间接地测定稳定磁场Hex的大小。即，在被施加了稳定磁场Hex的情况下，由于在驱动用线圈流动特定的稳定电流，所以励磁信号中叠加有一定的偏移，负电压和正电压的脉冲状的检测信号的时间间隔发生变化。

因此，使用了FG型的磁元件的磁场检测装置通过测定负电压和正电压的脉冲状的检测信号产生的时间间隔，来测定从外部施加的稳定磁场Hex的强度(例如，参照专利文献1、专利文献2、以及专利文献3)。

这里，将施加于励磁线圈的励磁电流Id的最大值设定为产生成为磁性体芯的饱和磁通密度以上的磁场的值。由此，磁元件的测定磁场范围由励磁信号的一个周期的时间、和与作为因施加稳定磁场Hex而引起的偏移(offset)的稳定电流的电流值对应的时间变化(以下称为励磁效率)来决定。