磁性檢測裝置及使用該磁性檢測裝置的電子方位計的製作方法
2023-05-27 00:57:16
專利名稱：磁性檢測裝置及使用該磁性檢測裝置的電子方位計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁性檢測裝置及使用該磁性檢測裝置的電子方位計。
背景技術：
在進行電子方位測定的情況下，通過使用檢測出地磁的磁性傳感器來進行。已經公知一種技術在採用包含磁性傳感器的磁性檢測電路來求解方位的情況下，對磁性傳感器施加交流的偏置磁場，當施加了各極性的偏置磁場時，測定從磁性傳感器輸出的電壓。將此電壓值存儲於電容器內、並使用每一極性的電壓值之差來計算方位，由此就能夠消除因磁性傳感器固有的偏移特性、磁滯特性導致的誤差。
專利文獻1日本特許第3318761號公報但是，問題在於，在上述磁性檢測電路中，從電路中的放大器(增幅器)輸出的電壓的差分值不可避免地包含放大器固有的偏移電壓，此偏移電壓牽連到方位誤差。通常，此偏移電壓為幾mV，而由此偏移電壓會使方位偏移5°～10°。
發明內容
本發明鑑於此點、其目的在於，提供一種磁性檢測裝置及使用該磁性檢測裝置的電子方位計，該磁性檢測裝置即使在從檢測電路輸出的電壓中不可避免地產生偏移電壓也不會牽連到方位誤差。
本發明的磁性檢測裝置的特徵在於，具有檢測磁性的磁性傳感器；將極性反轉的偏置磁場施加到上述磁性傳感器的偏置磁場產生機構；將極性反轉了的、大小相等的第一、第二電壓施加到上述磁性傳感器的電壓施加機構；檢測對於各極性的偏置磁場所獲得的電壓值的檢測機構；以及使用上述電壓值來求解方位的運算機構，上述檢測機構求解第一輸出電壓和第二輸出電壓、並消除因兩者的差分而包含於上述第一及第二輸出電壓內的偏移電壓，上述第一輸出電壓是針對上述第一電壓而施加各極性的偏置磁場所獲得的電壓值之差，上述第二輸出電壓是針對上述第二電壓而施加各極性的偏置磁場所獲得的電壓值之差。
根據此結構，在磁性檢測之中，通過取得使偏置磁場及電壓的極性反轉採用而求得的第一及第二輸出電壓的差分，就能夠消除電路內部產生的偏移電壓。
本發明的磁性檢測裝置的特徵在於，具有檢測磁性的磁性傳感器；將使極性反轉的偏置磁場施加到上述磁性傳感器的偏置磁場產生機構；將電壓施加到上述磁性傳感器的電壓施加機構；檢測相對於各極性的偏置磁場所獲得的電壓值的檢測機構；以及使用上述電壓值來求解方位的運算機構，上述檢測機構分別輸入施加各極性的偏置磁場所獲得的第一、第二電壓值，且具有切換從上述第一電壓值中減去上述第二電壓值，或從上述第二電壓值中減去上述第一電壓值的機構，通過採用切換前後值的差分來消除偏移電壓。
根據此結構，通過交替減去施加各極性的偏置磁場所獲得的第一、第二電壓值，取得此減法運算結果的差分，就能夠消除電路內部產生的偏移電壓。
在本發明的磁性檢測裝置中，上述磁性傳感器優選包含有相對於磁場表示具有對象性的阻抗變化的磁阻元件。在此情況下，磁阻元件優選為GIG元件或MR元件。
在本發明的磁性檢測裝置中，上述磁性傳感器優選由電橋電路構成。
本發明的電子方位計的特徵在於，具有上述多個磁性檢測裝置；以及採用通過上述多個磁性檢測裝置求得的各差分電壓來求解方位的方位運算機構。
根據此結構，就能夠使用根據磁性阻抗變化所求解的差分電壓來進行方位計算。此時，在根據本發明的磁性檢測裝置中，由於能夠消除電路內部產生的偏移電壓，所以就能夠進行更高精度的方位計算。
發明效果根據本發明，由於取得第一輸出電壓和第二輸出電壓的差分，其中第一輸出電壓是由相對於第一電壓而施加使極性反轉的偏置磁場所獲得的電壓值求解出的、第二輸出電壓是由相對於第二電壓而施加使極性反轉的偏置磁場所獲得的電壓值求解出的，因此就能夠消除在從磁性檢測電路中的放大器輸出的電壓中不可避免地產生的偏移電壓。由此，就能夠計算出沒有方位誤差的方位。
圖1是表示具有根據本發明的實施方式1的磁性檢測裝置的電子方位計的簡要結構的方框圖。
圖2是表示圖1中所示的電子方位計的運算部的內部結構的方框圖。
圖3是用於說明磁阻元件的阻抗變化的圖。
圖4(a)是表示根據本發明的實施方式1的電子方位計的步驟S1的電路圖；圖4(b)是表示磁阻元件的阻抗變化的示意圖。
圖5是根據本發明的實施方式1的電子方位計的各個步驟的控制信號的狀態的示意圖。
圖6(a)是表示根據本發明的實施方式1的電子方位計的步驟S2的電路圖；圖6(b)是表示磁阻元件的阻抗變化的示意圖。
圖7是表示根據本發明的實施方式1的電子方位計的步驟S3的電路圖。
圖8是表示根據本發明的實施方式1的電子方位計的步驟S4的電路圖。
圖9是表示根據本發明的實施方式2的電子方位計的步驟T1的電路圖。
圖10是根據本發明的實施方式2的電子方位計的各個步驟的控制信號的狀態的示意圖。
圖11是表示根據本發明的實施方式2的電子方位計的步驟T2的電路圖。
圖12是表示根據本發明的實施方式2的電子方位計的步驟T3的電路圖。
圖13是表示根據本發明的實施方式2的電子方位計的步驟T4的電路圖。
符號說明11 電壓發生部12 傳感器部13 檢測部14AD 轉換部15 運算部16 偏置磁場發生部17 控制部121 線圈131、132放大器133 電容器151、154～156數據保存部 152 差分運算部153 選擇部 157 方位運算部SW1～SW7開關具體實施方式
本發明者著眼於在從磁性檢測電路的放大器輸出的電壓中不可避免地產生偏移電壓、而此偏移電壓牽連到方位誤差，發現此偏移電壓根據從相對於第一電壓施加使極性反轉的偏置磁場所獲得的電壓值求解出的第一輸出電壓、和從相對於第二電壓施加使極性反轉的偏置磁場所獲得的電壓值求解出的第二輸出電壓的差分來求解出上述第一和第二輸出電壓時，就能夠消除所產生的偏移電壓，由此完成本發明。
即，本發明的目的在於，通過從相對於第一電壓施加使極性產生反轉的偏置磁場所獲得的電壓值求解出的第一輸出電壓和從相對於第二電壓施加使極性產生反轉的偏置磁場所獲得的電壓值求解出第二輸出電壓的差分，從而消除從磁性檢測電路中的放大器輸出的電壓中不可避免地產生的偏移電壓。
下面，參照附圖來詳細說明本發明的實施方式。
(實施方式1)在本實施方式中，說明使極性反轉而對磁性傳感器施加電壓的結構。即，在本實施方式中，作為第一電壓使用一種極性(例如，正)的電壓，作為第二電壓使用另一種極性(例如，負)的電壓。圖1是表示具有根據本發明的實施方式1的磁性檢測裝置的電子方位計的簡要結構的方框圖。
圖1中所示的磁性檢測裝置主要具有輸出對應於地磁變化的電壓值的傳感器部12；切換第一和第二電壓(正和負電壓)並交替地施加到傳感器部12的電壓發生部11；將偏置磁場施加到傳感器部12的偏置磁場發生部16；檢測(放大)由傳感器部12輸出的電壓值的檢測部13；將電壓值進行AD轉換的AD轉換部14；利用AD轉換後的數字數據來求解方位的運算部15；以及對電壓發生部11、檢測部13和偏置磁場發生部16進行控制的控制部17。
電壓發生部11切換施加到傳感器部12的電壓。在本實施方式中，如圖4中所示，其由與傳感器部12的電橋電路連接的開關SW1、SW2構成。利用控制部17來控制此電壓的切換的時序。
傳感器部12由X軸、Y軸及Z軸三個軸構成，具有磁性傳感器，該磁性傳感器包含檢測地磁的磁效應元件，該傳感器部12輸出對應於地磁變化的電壓值。在本實施方式中，如圖4中所示，由電橋電路構成。作為磁效應元件，使用相對於磁場表示具有對象性的變化的磁阻元件。作為這種磁效應元件，可列舉出GIG(顆粒銦鎵磷，Granular In Gap)元件、MR(磁阻元件，MagnetoResistance)元件等。在本實施方式中，使用能夠以更高的靈敏度檢測地磁的GIG元件。
偏置磁場發生部16通過將用於產生使極性反轉的偏置磁場的電流供給到傳感器部，來切換施加到傳感器部12的偏置磁場。在本實施方式中，如圖4中所示，由與傳感器部12的電橋電路連接的開關SW3、SW4構成。利用控制部17來控制此偏置磁場的切換時序。
檢測部13檢測出(放大)由傳感器部12輸出的電壓值。在本實施方式中，如圖4中所示，具有放大器131、放大電壓值的放大器132、存儲電壓值的電容器133和切換是否存儲到電容器133的開關SW5。利用控制部17來控制此電壓值的存儲的時序。
AD轉換部14將由檢測部13檢測出的模擬電壓值進行AD變換，將所對應的數字數據輸出到運算部15。再有，在這裡，AD轉換部14的分辨能力以相當於10位來使用。
運算部15針對來自AD轉換部14的數字數據進行數據間運算，並使用此運算結果進行方位計算。運算部15具有圖2中所示的結構。圖2是表示圖1中所示的電子方位計的運算部的內部結構的方框圖。
運算部15主要具有數據保存部151，存儲使用第一電壓所獲得第一輸出電壓；差分運算部152，求解使用第二電壓所獲得的第二輸出電壓與在數據保存部151中所存儲的第一輸出電壓之間的差分；選擇部153，根據獲得的差分電壓是對應於哪個軸的差分電壓來選擇存儲位置；數據保存部154、155、156，存儲對應於X軸、Y軸和Z軸的差分電壓；以及方位運算部157，根據這些差分電壓(運算結果)而求解出方位。
在此運算部15中，將根據相對於第一電壓(正電壓)施加各種極性的偏置磁場所獲得的電壓值求解出的第一輸出電壓存儲到數據保存部151，在能夠獲得根據相對於第二電壓(負電壓)施加各種極性的偏置磁場所獲得的電壓值求解的第二輸出電壓時，在差分運算部152中，計算出第一輸出電壓和第二輸出電壓之間的差分。此差分通過選擇部153被存儲在數據保存部154～156中。即，如果是X軸用差分，就保存在X軸用數據保存部，如果是Y軸用差分，就保存在Y軸用數據保存部，如果是Z軸用差分，就保存在Z軸用數據保存部。並且，能夠使用這些差分電壓、由方位運算部157求解出方位。
此外，運算部15兼具用於提高數據的安全性和可靠性的平均化處理、中值處理等的過濾處理功能、以及根據測定環境和傳感器溫度特性等所產生的漂移修正(drift補正)功能(校準功能，calibration機能)。
控制部17將控制信號φ1～φ4供給到電壓發生部11、檢測部13及偏置磁場發生部16，以控制各個處理部。此外，控制部17還具有控制與電子方位計的外部進行數據通訊等的功能。此時，為了減少整體的功耗，而導通/截止(ON/OFF)控制各個處理部。
然後，使用圖4中所示的電路圖來說明本發明的電子電位計的工作。圖4是表示根據本發明的實施方式1的電子方位計的電路圖。再有，在圖4中，為了簡單地進行說明，沒有示出控制部，示出了控制信號的輸入。此外，這裡，設第一電壓為正，第二電壓為負。
首先，如圖3中所示，在傳感器12中使用的磁阻元件表示相對於磁場顯示出對象性(對象性)的磁阻效應。即，當完全沒有磁場時，磁阻元件的阻抗為最大；即使施加正、負任意一種磁場，阻抗都變小。如圖3中所示，將正的偏置磁場施加到此磁阻元件時，按照偏置磁場，阻抗以Ha為中心變化。並且，在此狀態下，來自地磁等外部的其它磁場被施加到磁阻元件上時，就引起阻抗值變化。當此其它磁場的方向與偏置磁場的方向相同時，阻抗值就會減少，當此其它磁場的方向與偏置磁場的方向不同時，阻抗值就會增加。
在本實施方式中，傳感器部12由電橋電路構成。在圖4的電橋電路中，表示磁阻變化的元件是Ra、Rc。此外，Rb、Rd是固定阻抗。當將電壓施加到此電橋電路的一對端子Sa、Sc時，就會從相反的一對端子Sb、Sd輸出由各個阻抗分壓的電壓。由於構成電橋電路的Ra、Rc靠磁性使阻抗變化，因此對應於此磁性輸出電壓。
在本實施方式中，電壓發生部11由開關SW1、SW2構成，根據來自控制部17的控制信號φ1來切換施加到傳感器部12的電壓的極性(方向)。控制信號φ1為High(H信號)的情況下，通過開關SW1、SW2使Vdd連接到端子Sa側，從而從端子Sa將電壓施加到端子Sd方向。控制信號φ1為Low(L信號)的情況下，通過開關SW1、SW2使Vdd連接到端子Sd側，從而從端子Sd將電壓施加到端子Sa方向。
如圖4中所示，偏置磁場發生部16利用來自控制部17的控制信號φ2來切換在安裝在傳感器部12的線圈121中流動的電流方向，從而將極性已反轉的偏置磁場施加到傳感器部12。控制信號φ2為High(H信號)的情況下，通過開關SW3、SW4使電流從上側觀看按順時針方向流動，並在傳感器部12中產生沿圖3中的HA方向的偏置磁場。控制信號φ2為Low(L信號)的情況下，通過開關SW3、SW4使電流按上述相反方向流動，並在傳感器部12中產生沿圖3中的HB方向的偏置磁場。
在檢測部13中，放大器131連接到電橋電路的端子Sb、Sd，並取入傳感器部12的輸出。取入的電壓通過開關SW5對電容器133進行充電。此外，取入的電壓與放大器132的輸入端子連接。再有，利用控制部17的控制信號φ3來控制開關SW5。控制信號φ3為High(H信號)的情況下，通過開關SW5，放大器131的輸出與電容器133連接，控制信號φ3為Low(L信號)的情況下，利用開關SW5解除與電容器133的連接。使放大器132工作，以便放大電容器133的電壓值與作為放大器131輸出的電壓值之間的差分。由此，放大輸出切換施加到傳感器部12的偏置磁場的方向時的電壓值之差。
接著，說明具有上述結構的電子方位計的工作。此外，設與檢測出的磁性(地磁)的磁場相同方向的偏置磁場為正方向。
根據本實施方式的電子方位計的傳感器部12中的驅動模式由以下的四個步驟構成。圖5示出了各個步驟中的控制信號狀態。
S1電壓為正，偏置磁場為正S2電壓為正，偏置磁場為負S3電壓為負，偏置磁場為正S4電壓為負，偏置磁場為負步驟S1，如圖4(a)中所示，施加到傳感器部12的電壓為正(控制信號φ1為H信號)，施加到傳感器部12的偏置磁場為正(控制信號φ2為H信號)。由此磁阻元件的阻抗變化為圖4(b)所示那樣。通常，沒有來自外部的磁場、僅為偏置磁場的情況下，設從傳感器部12輸出的電壓為Vacen和Vbcen時，在存在來自外部的磁場的情況下，就加法計算對應於此阻抗變化部分ΔR的電壓ΔV，並從傳感器部12輸出。當Sd端子的電壓為VaS1、Sb端子的電壓為VbS1時，這些電壓值就滿足式(1)、式(2)。
VaS1＝Vacen-ΔV …式(1)VbS1＝Vbcen+ΔV …式(2)此時，從檢測部13內的放大器131輸出的電壓值Vs1(第一電壓值)就滿足式(3)。
Vs1＝VaS1-VbS1＝(Vacen-ΔV)-(Vbcen+ΔV)＝-2ΔV+Vacen-Vbcen …式(3)
此Vs1，由於控制信號φ3為H信號，所以電壓值Vs1被保持在檢測部13內的電容器133中。
步驟S2，如圖6(a)中所示，施加到傳感器部12的電壓為正(控制信號φ1為H信號)，施加到傳感器部12的偏置磁場為負(控制信號φ2為L信號)。由此磁阻元件的阻抗變化為圖6(b)所示那樣。此時，由於與圖4(a)相比、在偏置磁場極性反轉這點不同，因此考慮此點，求解從傳感器部12輸出的電壓值時，滿足式(4)、式(5)。
VaS2＝Vacen+ΔV …式(4)VbS2＝Vbcen-ΔV …式(5)此時，從檢測部13內的放大器131輸出的電壓值Vs2(第二電壓值)滿足式(6)。
Vs2＝VaS2-VbS2＝(Vacen+ΔV)-(Vbcen-ΔV)＝2ΔV+Vacen-Vbcen …式(6)由於此時控制信號φ3為L信號，所以通過放大器132獲取Vs2與在步驟S1時的Vs1之間的差分，並放大此差分。設放大器132的內部偏移誤差為Vofs、由放大器132放大的電壓(第一電壓)為Vamp2時，滿足式(7)。而且，在以下說明中，為了進行簡單說明，說明了放大倍數為1的情況。
Vamp2＝Vs1-Vs2-Vofs＝-2ΔV+Vacen-Vbcen-(2ΔV+Vacen-Vbcen)-Vofs＝-4ΔV-Vofs…式(7)此電壓值是由AD轉換部14進行數位訊號處理、作為數據DD1存儲在運算部15的數據保存部151內。數據DD1作為數據是數字數據，但是與Vamp2相同電平的值。
步驟S3，如圖7中所示，施加到傳感器部12的電壓為負(控制信號φ1為L信號)，施加到傳感器部12的偏置磁場為正(控制信號φ2為H信號)。由此，磁阻元件的阻抗變化如圖4(b)所示那樣。此時，由於與圖4(a)相比、在電壓極性反轉這點不同，所以考慮此點，求解從傳感器部12輸出的電壓值時滿足式(8)、式(9)。
VaS3＝Vacen+ΔV …式(8)VbS3＝Vbcen-ΔV …式(9)此時，從檢測部13內的放大器131輸出的電壓值Vs3(第一電壓值)就滿足式(10)。
Vs3＝VaS3-VbS3＝(Vacen+ΔV)-(Vbcen-ΔV)＝2ΔV+Vacen-Vbcen …式(10)此Vs3，由於控制信號φ3為H信號，所以電壓值Vs3被保持在檢測部13內的電容器133中。
步驟S4，如圖8中所示，施加到傳感器部12的電壓為負(控制信號φ1為L信號)，施加到傳感器部12的偏置磁場為負(控制信號φ2為L信號)。由此磁阻元件的阻抗變化如圖6(b)所示那樣。此時，由於與圖4(a)相比、在電壓及偏置磁場極性反轉這點不同，所以考慮此點，求解從傳感器部12輸出的電壓值時滿足式(11)、式(12)。
VaS4＝Vacen-ΔV …式(11)VbS4＝Vbcen+ΔV …式(12)此時，從檢測部13內的放大器131輸出的電壓值Vs4(第二電壓值)就滿足式(13)。
Vs4＝VaS4-VbS4＝(Vacen-ΔV)-(Vbcen+ΔV)＝-2ΔV+Vacen-Vbcen …式(13)由於此時控制信號φ3為L信號，所以通過放大器132獲取Vs4與在步驟S3時的Vs3之間的差分，並放大此差分。放大器132的內部偏移誤差為Vofs，設由放大器132放大的電壓(第二電壓)為Vamp4時，滿足式(14)。這裡，放大倍數也為1。
Vamp4＝Vs3-Vs4-Vofs＝2ΔV+Vacen-Vbcen-(-2ΔV+Vacen-Vbcen)-Vofs＝4ΔV-Vofs…式(14)此電壓值由AD轉換部14進行數位訊號處理、作為數據DD2被傳送到運算部15的差分運算部152。此時，被存儲在數據存儲部151內的數據DD1也被傳送到差分運算部152。而且，數據DD2作為數據是數字，但是與Vamp4相同電平的值。
接著，由差分運算部152進行DD1與DD2的差分運算，通過選擇部153將此結果存儲在數據保存部154～156內。設差分運算的結果(差分電壓)為DDout時，滿足式(15)、Vofs被消除。
DDout＝DD1-DD2＝(-4ΔV-Vofs)-(4ΔV-Vofs)＝-8ΔV…式(15)由於傳感器部12由X軸、Y軸及Z軸的三軸構成，所以通過如上所述的處理就分別求解出X軸用差分電壓DDoutX、Y軸用差分電壓DDoutY、及Z軸用差分電壓DDoutZ。這些差分電壓被保存在各個數據保存部154～156內。此後，在方位運算部157中，使用在數據保存部154～156內存儲的差分電壓，來計算出方位。即，相對於X軸用差分電壓DDoutX與Y軸用差分電壓DDoutY之比取反正切，由此計算出方位。此外，在修正電子方位計的傾斜狀態的運算中使用Z軸用差分電壓DDoutZ。例如，在手機等中裝配根據本發明的電子方位計的情況下，由於預測出會在傾斜狀態下使用手機，在這種情況下，使用Z軸用差分電壓DDoutZ進行修正運算，從而計算出方位。
如此，使用根據磁阻變化求解的差分電壓DDout，由此就能夠計算出方位。在此磁性檢測中，通過得到使偏置磁場及電壓極性反轉而求出的第一和第二輸出電壓的差分，如上述式(15)中所述，就能夠消除電路內部(特別是檢測部13內的放大器132)中產生的偏移電壓(Vofs)。因此，就能夠以更高精度計算方位。
(實施方式2)在本實施方式中，說明在檢測部中切換從使用一種極性的偏置磁場所獲得的第一電壓值中減去使用另一種極性的偏置磁場所獲得的第二電壓值、或從使用另一種極性的偏置磁場所獲得的第二電壓值中減去使用一種極性的偏置磁場所獲得的第一電壓值的結構。此結構並不是圖1中所示的電子方位計的電壓發生部11的結構，不使電壓極性反轉。
此外，在此結構中，設計出切換方法，即在檢測部13中切換從使用一種極性的偏置磁場所獲得的第一電壓值中減去使用另一種極性的偏置磁場所獲得的第二電壓值、或從使用另一種極性的偏置磁場所獲得的第二電壓值中減去(減法方向)使用一種極性的偏置磁場所獲得的第一電壓值。在此情況下，在求解出第一輸出電壓時施加到傳感器部12的第一電壓、與求解出第二輸出電壓時施加到傳感器部12的第二電壓是相同的。
而且，由於關於AD轉換部及運算部15與實施方式1相同，所以省略這些的詳細說明。在傳感器部12中，電壓被施加到電橋電路的端子Sa、Sc之間。
圖9是表示根據本發明的實施方式2的電子方位計的電路圖。在檢測部13中，放大器131連接到電橋電路的端子Sb、Sd，取入傳感器部12的輸出。取入的電壓通過開關SW5對電容器133進行充電。此外，取入的電壓與放大器132的輸入端子連接。而且，利用控制部17的控制信號φ3來控制開關SW5。控制信號φ3為High(H信號)的情況下，通過開關SW5，放大器131的輸出與電容器133連接；控制信號φ3為Low(L信號)的情況下，通過開關SW5，解除與電容器133的連接。放大器132工作，以便放大電容器133的電壓值與作為放大器131輸出的電壓值之間的差分。由此，放大輸出切換施加到傳感器部12的偏置磁場的方向時的電壓值之差。
在放大器132的前級設計有開關SW6、SW7，以切換從使用一種極性的偏置磁場所獲得的第一電壓值中減去使用另一種極性的偏置磁場所獲得的第二電壓值、或從使用另一種極性的偏置磁場所獲得的第二電壓值中減去使用一種極性的偏置磁場所獲得的第一電壓值(減法計算方向)。通過此切換開關SW6、SW7，切換放大器131及電容器133與放大器132連接的方法(直線、交叉)。當連接為直線的情況下，從使用一種極性(這裡為正)的偏置磁場所獲得的第一電壓值中減去使用另一種極性(這裡為負)的偏置磁場所獲得的第二電壓值；當連接是交叉的情況下，從使用另一種極性(這裡為負)的偏置磁場所獲得的第二電壓值中減去使用一種極性(這裡為正)的偏置磁場所獲得的第一電壓值。
而且，通過控制部17的控制信號φ4來控制開關SW6、SW7。控制信號φ4為High(H信號)的情況下，通過開關SW6、SW7，放大器131的輸出與放大器132的+側連接、電容器133連接到放大器132的-側。另一方面，控制信號φ4為Low(L信號)的情況下，通過開關SW6、SW7，放大器131的輸出與放大器132的-側連接、電容器133連接到放大器132的+側。放大器132工作，以便放大電容器133的電壓值與作為放大器131輸出的電壓值之間的差分。由此，放大輸出在切換施加到傳感器部12的偏置磁場的方向時的電壓值之差。
接著，說明具有上述結構的電子方位計的工作。再有，設與檢測出的磁性(地磁)的磁場相同方向的偏置磁場為正方向。此外，放大器的放大倍數設為1。
根據本實施方式的電子方位計的傳感器部12中的驅動模式由以下的四個步驟構成。圖10示出了各個步驟中的控制信號的狀態。
T1開關SW6、SW7為High(直線連接)，偏置磁場為正T2開關SW6、SW7為High(直線連接)，偏置磁場為負
T3開關SW6、SW7為Low(交叉連接)，偏置磁場為正T4開關SW6、SW7為Low(交叉連接)，偏置磁場為負步驟T1，如圖9中所示，施加到傳感器部12的偏置磁場為正(控制信號φ2為H信號)，檢測部13中的放大器131的輸出與電容器133的輸出為直線(控制信號φ4為H信號)。由此磁阻元件的阻抗變化成為如圖4(b)所示那樣。通常，沒有來自外部的磁場、僅有偏置磁場的情況下，設從傳感器部12輸出的電壓為Vacen和Vbcen，在存在來自外部的磁場的情況下，加法計算出對應於此阻抗變化部分ΔR的電壓ΔV，並從傳感器部12輸出。當將Sd端子的電壓設為VaT1、將Sb端子的電壓設為VbT1時，這些電壓值滿足式(16)、式(17)。
VaT1＝Vacen-ΔV …式(16)VbT1＝Vbcen+ΔV …式(17)此時，從檢測部13內的放大器131輸出的電壓值Vt1(第一電壓值)就滿足式(18)。
Vt 1＝VaT1-VbT1＝(Vacen-ΔV)-(Vbcen+ΔV)＝-2ΔV+Vacen-Vbcen …式(18)此Vt1，由於控制信號φ3為H信號，所以電壓值Vt1被保持在檢測部13內部的電容器133中。
步驟T2，如圖11中所示，施加到傳感器部12的偏置磁場為負(控制信號φ2為L信號)，檢測部13中的放大器131的輸出與電容器133的輸出為直線(控制信號φ4為H信號)。由此，磁阻元件的阻抗變化成為如圖6(b)所示那樣。此時，由於與圖9相比、在偏置磁場極性反轉這點不同，因此考慮此點，求解從傳感器部12輸出的電壓值時，滿足式(19)、式(20)。
VaT2＝Vacen+ΔV …式(19)VbT2＝Vbcen-ΔV …式(20)
此時，從檢測部13內的放大器131輸出的電壓值Vt2(第二電壓值)就滿足式(21)。
Vt2＝VaT2-VbT2＝(Vacen+ΔV)-(Vbcen-ΔV)＝2ΔV+Vacen-Vbcen …式(21)由於此時控制信號φ3為L信號，所以通過放大器132獲取Vt2與在步驟T1時的Vt1之間的差分，並放大此差分。此時，由於控制信號φ4為H信號，所以對放大器132就成為以直線連接的形狀。即，從使用正的偏置磁場所獲得的第一電壓值(Vt1)中減去使用負的偏置磁場所獲得的第二電壓值(Vt2)。設放大器132的內部偏移誤差為Vofs，將由放大器132放大的電壓(第一電壓)設為Vamp2時，滿足式(22)。
Vamp2＝Vt1-Vt2-Vofs＝-2ΔV+Vacen-Vbcen-(2ΔV+Vacen-Vbcen)-Vofs＝-4ΔV-Vofs…式(22)此電壓值由AD轉換部14進行數位訊號處理，作為數據DD1被存儲在運算部15的數據保存部151內。數據DD1作為數據是數字數據，但是是與Vamp2相同電平的值。
步驟T3，如圖12中所示，施加到傳感器部12的偏置磁場為正(控制信號φ2為H信號)，檢測部13中的放大器131的輸出與電容器133的輸出是交叉的(控制信號φ4為L信號)。由此，磁阻元件的阻抗變化成為如圖4(b)所示那樣。求解此時從傳感器部12輸出的電壓值時，就滿足式(23)、式(24)。
VaT3＝Vacen-ΔV …式(23)VbT3＝Vbcen+ΔV …式(24)此時，從檢測部13內的放大器131輸出的電壓值Vt3(第一電壓值)就滿足式(25)。
Vt3＝VaT3-VbT3＝(Vacen-ΔV)-(Vbcen+ΔV)＝-2ΔV+Vacen-Vbcen …式(25)此Vt3，由於控制信號φ3為H信號，所以電壓值Vt3被保持在檢測部13內部的電容器133中。
步驟T4，如圖12中所示，施加到傳感器部的偏置磁場為負(控制信號φ2為L信號)，檢測部13中的放大器131的輸出與電容器133的輸出是交叉的(控制信號φ4為L信號)。由此，磁阻元件的阻抗變化成為如圖6(b)所示那樣。求解此時從傳感器部12輸出的電壓值時，就滿足式(26)、式(27)。
VaT4＝Vacen+ΔV …式(26)VbT4＝Vbcen-ΔV …式(27)此時，從檢測部13內的放大器131輸出的電壓值Vt4(第二電壓值)就滿足式(28)。
Vt4＝VaT4-VbT4＝(Vacen+ΔV)-(Vbcen-ΔV)＝2ΔV+Vacen-Vbcen …式(28)由於此時控制信號φ3為L信號，所以通過放大器132獲取Vt4與在步驟T3時的Vt3之間的差分，並放大此差分。此時，由於控制信號φ4為L信號，所以對放大器132就成為交叉連接的形狀。即，從使用負的偏置磁場所獲得的第二電壓值(Vt4)中減去使用正的偏置磁場所獲得的第一電壓值(Vt3)。設放大器132的內部偏移誤差為Vofs，由放大器132放大的電壓(第二電壓)為Vamp4時，滿足式(29)。
Vamp4＝Vt4-Vt3-Vofs＝2ΔV+Vacen-Vbcen-(-2ΔV+Vacen-Vbcen)-Vofs＝4ΔV-Vofs …式(29)
此電壓值由AD轉換部14進行數位訊號處理、作為數據DD2被傳送到運算部15的差分運算部152。此時，被存儲在數據保存部151內的數據DD1也被傳送到差分運算部152。而且，數據DD2作為數據是數字數據，但是是與Vamp4相同電平的值。
接著，由差分運算部152進行DD1與DD2的差分運算，通過選擇部153將此結果存儲在數據保存部154～156內。設差分運算的結果(差分電壓)為DDout時，滿足式(30)，Vofs被消除。
DDout＝DD1-DD2＝(-4ΔV-Vofs)-(4ΔV-Vofs)＝-8ΔV…式(30)由於傳感器部12由X軸、Y軸及Z軸的三軸構成，所以通過上述處理分別求解出X軸用差分電壓DDoutX、Y軸用差分電壓DDoutY、Z軸用差分電壓DdoutZ。這些差分電壓被保存在各個數據保存部154～156內。此後，在方位運算部157中，使用在數據保存部154～156內存儲的差分電壓，來計算出方位。即，對X軸用差分電壓DDoutX與Y軸用差分電壓DDoutY之比計算反正切，由此計算出方位。此外，在修正電子方位計的傾斜狀態的運算中使用Z軸用差分電壓DDoutZ。例如，在手機等中裝配根據本發明的電子方位計的情況下，由於預測出會在傾斜狀態下使用手機，因此在這種情況下，使用Z軸用差分電壓DDoutZ進行修正運算，以計算出方位。
如此，通過使用根據磁阻變化求解的差分電壓DDout，就能夠計算出方位。在此磁性檢測中，通過使偏置磁場及電壓極性反轉而求得第一和第二輸出電壓的差分，由此，如上述式(30)中所述，能夠消除在電路內部(特別是檢測部13內的放大器132)產生的偏移電壓。因此，就能夠以更高精度計算方位。
本發明不限於上述實施方式1、2可以實施各種變更。例如，在雖然上述實施方式1、2中，說明了由相同電路進行X軸、Y軸及Z軸磁性檢測的情況，但在本發明中也可以分別採用X軸、Y軸及Z軸用的磁性檢測電路；也可以由相同電路來進行X軸及Y軸的磁性檢測、採用其它電路來進行Z軸的磁性檢測。上述實施方式1、2中說明的結構並不限於這些，在不脫離本發明的範圍限制下可以進行適當變更。
此外，雖然在上述實施方式1、2中說明了僅消除放大器132的偏移電壓的情況，但根據本發明也能夠消除因其它放大器或傳感器的阻抗平衡而產生的偏移電壓。
此外，雖然在上述實施方式1、2中說明了以與來自外部的偏壓相同方向使磁場偏置的情況，但在本發明中，即使是以與來自外部的偏壓不同方向使磁場偏置的情況，也同樣能夠消除偏移電壓、計算出方位。
權利要求
1.一種磁性檢測裝置，其特徵在於，具有檢測磁性的磁性傳感器；將使極性反轉偏置磁場施加到上述磁性傳感器的偏置磁場產生機構；將極性反轉了的、大小相等的第一、第二電壓施加到上述磁性傳感器的電壓施加機構；檢測相對於各極性的偏置磁場所獲得的電壓值的檢測機構；以及使用上述電壓值來求解方位的運算機構，上述檢測機構求解第一輸出電壓和第二輸出電壓、並消除因兩者的差分而包含於上述第一及第二輸出電壓內的偏移電壓，其中第一輸出電壓是針對上述第一電壓而施加各極性的偏置磁場所獲得的電壓值之差，第二輸出電壓是針對上述第二電壓而施加各極性的偏置磁場所獲得的電壓值之差。
2.一種磁性檢測裝置，其特徵在於，具有檢測磁性的磁性傳感器；將使極性反轉偏置磁場施加到上述磁性傳感器的偏置磁場產生機構；將電壓施加到上述磁性傳感器的電壓施加機構；檢測相對於各極性的偏置磁場所獲得的電壓值的檢測機構；以及使用上述電壓值來求解方位的運算機構，上述檢測機構分別輸入施加各極性的偏置磁場所獲得的第一、第二電壓值，且具有切換從上述第一電壓值中減去上述第二電壓值、或從上述第二電壓值中減去上述第一電壓值的機構，通過取得切換前後的值的差分來消除偏移電壓。
3.根據權利要求1或權利要求2中所述的磁性檢測裝置，其特徵在於，上述磁性傳感器包含有相對於磁場而顯示具有對象性的阻抗變化的磁阻元件。
4.根據權利要求3中所述的磁性檢測裝置，其特徵在於，上述磁阻元件是GIG元件或MR元件。
5.根據權利要求1或權利要求2中所述的磁性檢測裝置，其特徵在於，上述磁性傳感器由電橋電路構成。
6.一種電子方位計，其特徵在於，具有權利要求1或權利要求2中所述的多個磁性檢測裝置；以及採用通過上述多個磁性檢測裝置所求解出的各差分電壓來求解方位的方位運算機構。
全文摘要
本發明提供一種磁性檢測裝置及使用該磁性檢測裝置的電子方位計，即使在從磁性檢測電路中的放大器輸出的電壓中不可避免地產生偏移電壓，也不會牽連到方位誤差。電壓發生部(11)將極性反轉了的的第一、第二電壓施加到傳感器部(12)。傳感器部(12)輸出對應於地磁變化的電壓值。偏置磁場發生部(16)將交流偏置磁場施加到傳感器部(12)。檢測部(13)分別檢測出在第一、第二各個電壓下以正及負方向施加交流偏置磁場時的電壓。通過取得出這些檢測出的電壓的差分，從而消除從磁性檢測電路中輸出的偏移電壓。
文檔編號G01C17/00GK1755325SQ20051011333
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月29日 優先權日2004年10月1日
發明者山田幸光 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社