(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-26
(54)【発明の名称】磁気抵抗弛張発振器磁力計
(51)【国際特許分類】
G01R 33/09 20060101AFI20230619BHJP
【ＦＩ】
G01R33/09
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022573188
(86)(22)【出願日】2021-05-27
(85)【翻訳文提出日】2023-01-20
(86)【国際出願番号】 CN2021096227
(87)【国際公開番号】W WO2021239031
(87)【国際公開日】2021-12-02
(31)【優先権主張番号】202010478494.X
(32)【優先日】2020-05-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】514116947
【氏名又は名称】江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＭＵＬＴＩＤＩＭＥＮＳＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｄ ＆ Ｅ， Ｎｏ．２ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｒｏａｄ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ Ｆｒｅｅ Ｔｒａｄｅ Ｚｏｎｅ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２１５６３４ Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ディーク、ジェイムズ ゲーザ
(72)【発明者】
【氏名】チョウ、チーミン
【テーマコード（参考）】
2G017
【Ｆターム（参考）】
2G017AA02
2G017AD55
2G017BA05
(57)【要約】
磁気抵抗弛張発振器磁力計（１）は、コンデンサ（２）と、充電抵抗器（３）と、放電抵抗器（４）と、充放電スイッチ（５）と、高電圧源端子（６）と、接地端子（７）と、信号出力端子（Ｖｏｕｔ）とを備える。充電抵抗器（３）は、少なくとも１つの充電磁気抵抗ユニットからなり、放電抵抗器（４）は、少なくとも１つの放電磁気抵抗ユニットからなる。コンデンサ（２）の第１の端部は、接地端子（７）に接続され、コンデンサ（２）の第２の端部は、充放電スイッチ（５）によって充電抵抗器（３）、放電抵抗器（４）、および信号出力端子（Ｖｏｕｔ）に接続され、充放電スイッチ（５）は、高電圧源端子（６）にさらに接続される。充電状態では、充放電スイッチ（５）は、高電圧源端子（６）に接続され、高電圧源端子（６）は、充電抵抗器（３）を介してコンデンサ（２）を充電し、一方、放電段階中、充放電スイッチ（５）は、接地端子（７）に接続され、その結果、コンデンサ（２）は、放電抵抗器（４）によって接地端子（７）を介して放電する。このデバイスは、外部磁場の大きさの迅速な測定を提供することができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンデンサと、充電抵抗器と、放電抵抗器と、充放電スイッチと、高電圧源端子と、接地端子と、信号出力端子とを備え、該充電抵抗器は、少なくとも１つの充電磁気抵抗ユニットからなり、該放電抵抗器は、少なくとも１つの放電磁気抵抗ユニットからなる、磁気抵抗弛張発振器磁力計であって、該コンデンサの第１の端部は、該接地端子に接続され、該コンデンサの第２の端部は、該充放電スイッチを介して該充電抵抗器、該放電抵抗器、および該信号出力端子にそれぞれ接続され、該充放電スイッチは、該高電圧源端子にさらに接続され、
充電段階中、該充放電スイッチは、該高電圧源端子に切り換えられ、該高電圧源端子は、該充電抵抗器を介して該コンデンサを充電し、一方、放電段階中、該充放電スイッチは、該接地端子に切り換えられ、その結果、該コンデンサは、該放電抵抗器を介して該接地端子へ放電し、
外部磁場により該充電抵抗器および該放電抵抗器における抵抗変化が引き起こされるとき、該コンデンサの充放電時間は変化し、該信号出力端子によって出力されるパルス信号は、該充電抵抗器または該放電抵抗器の１つまたは複数の高調波を含み、信号処理回路は、該外部磁場を測定するために該パルス信号を測定する、磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項2】
前記充電磁気抵抗ユニットおよび前記放電磁気抵抗ユニットは、異方向性磁気抵抗ユニット、巨大磁気抵抗ユニット、またはトンネル磁気抵抗ユニットである、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項3】
前記充放電スイッチは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴであり、前記コンデンサの前記第２の端部および前記充電抵抗器の第２の端部は共に、該ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、前記放電抵抗器は、該ＭＯＳＦＥＴのドレインと前記接地端子との間に位置し、前記高電圧源端子は、前記充電抵抗器の第１の端部および該ＭＯＳＦＥＴのソースにそれぞれ接続され、または前記充放電スイッチは、三極管であり、前記コンデンサの前記第２の端部および前記充電抵抗器の該第２の端部は共に、該三極管のベースに接続され、前記放電抵抗器は、該三極管のエミッタと前記接地端子との間に位置し、前記高電圧源端子は、前記充電抵抗器の該第１の端部および該三極管のコレクタにそれぞれ接続される、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項4】
前記充放電スイッチは、オン端部と、オフ端部と、接続端部とを備える三極管双方向スイッチであり、高電圧源端部は、前記充電抵抗器を介して該オン端部と接続され、前記接地端子は、前記放電抵抗器を介して該オフ端部と接続され、前記コンデンサの前記第２の端部は、該接続端部と接続され、充電段階中、該オン端部は、該接続端部に導通され、放電段階中、該オフ端部は、該接続端部に導通される、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項5】
前記充放電スイッチは、オン端部と、オフ端部と、接続端部とを備える三極管双方向スイッチであり、前記充電抵抗器および前記放電抵抗器は、同じ１つの共通抵抗器であり、前記コンデンサの前記第２の端部および該共通抵抗器は、ＲＣ系列を形成するように直列に接続され、該ＲＣ系列は、該接続端部と接続され、前記高電圧源端子は、該オン端部と接続され、該接地端子は、該オフ端部と接続され、充電段階中、該オン端部は、該接続端部に導通され、放電段階中、該オフ端部は、該接続端部に導通される、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項6】
前記充放電スイッチは、オン端部と、オフ端部と、接続端部とを備える三極管双方向スイッチであり、前記充電抵抗器は、ＲＤ充電系列を形成するようにオンにされる充電方向を有するダイオードと直列に接続され、前記放電抵抗器は、ＲＤ放電系列を形成するようにオンにされる放電方向を有するダイオードと直列に接続され、該ＲＤ充電系列および該ＲＤ放電系列は、ＲＤ系列を形成するように並列に接続され、前記コンデンサの前記第２の端部および該ＲＤ系列は、ＲＣ系列を形成するように直列に接続され、該ＲＣ系列は、該接続端部と接続され、前記高電圧源端子は、該オン端部と接続され、前記接地端子は、該オフ端部と接続され、充電段階中、該オン端部は、該接続端部に導通され、放電段階中、該オフ端部は、該接続端部に導通される、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項7】
低電圧源端子をさらに備え、前記充放電スイッチは、トリガであり、該トリガの入力端子および出力端子は、それぞれ前記高電圧源端子または該低電圧源端子であり、前記充電抵抗器および前記放電抵抗器は、同じ１つの共通抵抗器であり、前記コンデンサの前記第２の端部は、該トリガの該入力端子に接続され、該共通抵抗器の２つの端部は、該トリガの該入力端子および該出力端子にそれぞれ接続され、前記信号出力端子は、該トリガの該出力端子または該入力端子に位置する、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項8】
低電圧源端子をさらに備え、前記充放電スイッチは、トリガであり、該トリガの入力端子および出力端子は、それぞれ前記高電圧源端子または該低電圧源端子であり、前記充電抵抗器は、ＲＤ充電系列を形成するようにオンにされる充電方向を有するダイオードと直列に接続され、前記放電抵抗器は、ＲＤ放電系列を形成するようにオンにされる放電方向を有するダイオードと直列に接続され、前記コンデンサの前記第２の端部は、該トリガの該入力端子に接続され、該ＲＤ充電系列および該ＲＤ放電系列は、並列に接続され、並列接続された該ＲＤ充電系列および該ＲＤ放電系列の２つの端部は、該トリガの該入力端子および該出力端子にそれぞれ接続され、前記信号出力端子は、該トリガの該出力端子または該入力端子に位置する、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項9】
前記充電抵抗器および前記放電抵抗器は、磁場感知方向において反対であり、感度において同じであり、外部磁場が印加されていないときに抵抗において同じであり、プッシュ・プル型磁気抵抗器を形成する、請求項３、４、６または８に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項10】
前記充電抵抗器は、磁場感知磁気抵抗ユニットである、請求項３、４、６または８に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項11】
前記信号出力端子は、Ｆ－Ｖ変換器に接続され、該Ｆ－Ｖ変換器は、前記パルス信号を電圧信号に変換し、次いで、該電圧信号は、前記外部磁場に正比例する電圧信号にＶ－１／Ｖ変換器によって変換される、請求項５または７に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項12】
前記信号出力端子は、ＲＣローパス・フィルタに接続され、該ＲＣローパス・フィルタにおける第１のコンデンサの第１の端部は、前記接地端子に接続され、該ＲＣローパス・フィルタにおける第１の抵抗器は、前記信号出力端子と該第１のコンデンサの第２の端部との間に位置し、該第１のコンデンサの２つの端部は、直流および第１の高調波を出力し、前記信号処理回路は、充電期間値および放電期間値を取得するために該第１のコンデンサにかかる信号を変換する、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【請求項13】
前記信号出力端子は、アナログ・デジタル変換器に接続され、前記パルス信号は、該アナログ・デジタル変換器によって変換され、次いで、変換された信号は、マイクロコントローラによって処理および出力され、前記信号処理回路は、充電期間および放電期間を取得するために該マイクロプロセッサによって出力される該信号を直接測定する、請求項１に記載の磁気抵抗弛張発振器磁力計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、磁気センサの技術分野に関し、特に、磁気抵抗弛張発振器磁力計に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気抵抗センサは、通常使用されるときに１／ｆ雑音を有し、磁気抵抗センサの雑音を下げ、低雑音磁気抵抗センサを開発することは、磁気信号の正確な測定を改善するために非常に重要である。
【0003】
一般に、磁気抵抗センサは、低周波で高い１／ｆ雑音を有し、高周波で主に熱雑音を有し、その雑音エネルギー密度は、低周波における雑音エネルギー密度よりもかなり低い。したがって、現在、磁気信号を高周波磁場に変調し、次いで、磁気抵抗センサによって高周波磁場を測定して高周波電圧信号を出力し、次いで、復調を実行して、低周波ゾーンから高周波ゾーンへ磁気信号の測定を移動させ、１／ｆ雑音エネルギー密度を下げる目的を実現することが最も一般的な選択である。
【0004】
しかしながら、既存の高周波磁気信号測定デバイスは、通常、複雑な構造および低い周波数応答を有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一実施形態は、外部磁場の迅速な測定を実現するための磁気抵抗弛張発振器磁力計を提供する。
【0006】
本開示の一実施形態は、コンデンサと、充電抵抗器と、放電抵抗器と、充放電スイッチと、高電圧源端子と、接地端子と、信号出力端子とを含む磁気抵抗弛張発振器磁力計を提供する。充電抵抗器は、少なくとも１つの充電磁気抵抗ユニットからなり、放電抵抗器は、少なくとも１つの放電磁気抵抗ユニットからなる。
【0007】
コンデンサの第１の端部は、接地端子に接続され、コンデンサの第２の端部は、充放電スイッチを介して充電抵抗器、放電抵抗器、および信号出力端子にそれぞれ接続され、充放電スイッチは、高電圧源端子にさらに接続される。
【0008】
充電段階中、充放電スイッチは、高電圧源端子に切り換えられ、高電圧源端子は、充電抵抗器を介してコンデンサを充電し、一方、放電段階中、充放電スイッチは、接地端子に切り換えられ、その結果、コンデンサは、放電抵抗器を介して接地端子へ放電する。
【0009】
外部磁場により充電抵抗器および放電抵抗器における抵抗変化が引き起こされるとき、コンデンサの充放電時間は変化し、信号出力端子によって出力されるパルス信号は、充電抵抗器または放電抵抗器の１つまたは複数の高調波を含み、信号処理回路は、外部磁場を測定するためにパルス信号を測定する。
【0010】
本開示の本実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計によれば、周期的な充放電は、コンデンサ、充電抵抗器、および放電抵抗器を採用することによって実行され、その充放電周期は、静電容量と充電・放電抵抗との積に正比例し、その結果、充電・放電抵抗は、充放電周期内の時間の関数として充電パルス電圧および放電パルス電圧に変換される。したがって、測定時間を短縮することができ、信号対雑音比は下がり、構造が簡単である。
【0011】
本開示の実施形態または先行技術における技術的解決策をより明確に説明するために、実施形態または先行技術の説明に使用される添付図面が、以下に簡潔に導入され、以下の説明における添付図面は、本開示のいくつかの特定の実施形態であるが、本開示の様々な実施形態により開示および示唆されるデバイス構造、駆動方法、および製造方法の基本概念は、他の構造および図面に拡張および拡大することができることが当業者には明らかであり、それらは、本開示の特許請求の範囲内にあることに疑いの余地はない。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。
【図4】本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。
【図6】本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。
【図10】本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。
【図15】本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。
【図20】本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。
【図21】本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。
【図22】本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。
【図23】弛張発振器磁力計の４つの典型的な信号出力のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本開示の目的、技術的解決策、および利点をより明確にするために、本開示の技術的解決策は、以下、本開示の実施形態における添付図面を参照して、実施によって明確にかつ完全に説明され、説明される実施形態は、本開示の実施形態の一部であって、全ての実施形態ではないことが明らかである。本開示における実施形態によって開示および示唆される基本概念に基づいて当業者が得る全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲に属する。
【0014】
本開示の一実施形態は、コンデンサと、充電抵抗器と、放電抵抗器と、充放電スイッチと、高電圧源端子と、接地端子と、信号出力端子とを含む磁気抵抗弛張発振器磁力計を提供する。充電抵抗器は、少なくとも１つの充電磁気抵抗ユニットからなり、放電抵抗器は、少なくとも１つの放電磁気抵抗ユニットからなる。コンデンサの第１の端部は、接地端子に接続され、コンデンサの第２の端部は、充放電スイッチを介して充電抵抗器、放電抵抗器、および信号出力端子にそれぞれ接続され、充放電スイッチは、高電圧源端子にさらに接続される。充電段階中、充放電スイッチは、高電圧源端子に切り換えられ、高電圧源端子は、充電抵抗器を介してコンデンサを充電し、一方、放電段階中、充放電スイッチは、接地端子に切り換えられ、その結果、コンデンサは、放電抵抗器を介して接地端子へ放電する。外部磁場により充電抵抗器および放電抵抗器における抵抗変化が引き起こされるとき、コンデンサの充放電時間は変化し、信号出力端子によって出力されるパルス信号は、充電抵抗器または放電抵抗器の１つまたは複数の高調波を含み、信号処理回路は、外部磁場を測定するためにパルス信号を測定する。
【0015】
適宜、充電磁気抵抗ユニットおよび放電磁気抵抗ユニットは、異方向性磁気抵抗ユニット、巨大磁気抵抗ユニット、またはトンネル磁気抵抗ユニットである。
【0016】
本開示の本実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計によれば、周期的な充放電は、コンデンサ、充電抵抗器、および放電抵抗器を採用することによって実行され、その充放電周期は、コンデンサの静電容量と充電・放電抵抗器の抵抗の積に正比例し、そのため、充電・放電抵抗値は、充放電周期内の時間の時間依存する充電パルス電圧および放電パルス電圧に変換される。したがって、測定時間を短縮することができ、信号対雑音比は下がり、構造が簡単である。
【0017】
上記のものは、本開示のコア概念であり、本開示の実施形態における技術的解決策は、以下、本開示の実施形態における添付図面との組合せで明確にかつ完全に説明される。創作的労力なしで本開示における実施形態に基づいて当業者が得る全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲に属する。
【0018】
図１を参照すると、本開示の磁気抵抗弛張発振器磁力計の一実施形態の概略図が与えられる。磁気抵抗弛張発振器磁力計１は、コンデンサ２と、充電抵抗器３と、放電抵抗器４と、充放電スイッチ５と、高電圧源端子６と、接地端子７と、信号出力端子Ｖｏｕｔとを含む。充電抵抗器３は、少なくとも１つの充電磁気抵抗ユニットからなり、放電抵抗器４は、少なくとも１つの放電磁気抵抗ユニットからなる。コンデンサ２の第１の端部は、接地端子７に接続される。適宜、充放電スイッチ５は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴであり、コンデンサ２の第２の端部および充電抵抗器３の第２の端部は共に、ＭＯＳＦＥＴ５のゲートに接続され、放電抵抗器４は、ＭＯＳＦＥＴ５のドレインと接地端子７との間に位置し、高電圧源端子６は、それぞれ充電抵抗器３の第１の端部およびＭＯＳＦＥＴ５のソースに接続される。コンデンサ２の２つの端部は、信号出力端子Ｖｏｕｔである。
【0019】
本実施形態では、コンデンサ２は、ＭＯＳＦＥＴ５のゲートと接地端子７との間に位置し、充電抵抗器３は、高電圧源端子６とＭＯＳＦＥＴ５のゲートとの間に位置する。図２に示されるように、充電段階中、充放電スイッチ５は高電圧源端子６に切り換えられ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ５はオフにされ、充放電スイッチ５は高電圧源端子６からカットオフされ、高電圧源端子６は、矢印によって示されるような充電分岐の経路で充電抵抗器３を介してコンデンサ２を充電する。図３に示されるように、放電段階中、充放電スイッチ５は接地端子７に切り換えられ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ５はオンにされ、充放電スイッチ５は接地端子７に導通され、コンデンサ２は、矢印によって示されるような放電分岐の経路で放電抵抗器４を介して接地端子７へ放電する。
【0020】
外部磁場が磁力計１に印加され、充電段階中、外部磁場により充電抵抗器３における抵抗変化が引き起こされ、放電段階中、外部磁場により放電抵抗器４における抵抗変化が引き起こされ、したがって、コンデンサの充放電時間が変化する。充電段階中、信号出力端子は、充電パルス電圧信号を出力し、充電パルス電圧信号は、充電抵抗器の１つまたは複数の高調波を含み、放電段階中、信号出力端子は、放電パルス電圧信号を出力し、放電パルス電圧信号は、放電抵抗器の１つまたは複数の高調波を含む。信号処理回路は、外部磁場の大きさを測定するために信号出力端子のパルス信号を測定する。
【0021】
他の実施形態では、図４に示されるような充放電スイッチ５は、三極管であり、コンデンサ２の第２の端部および充電抵抗器３の第２の端部は共に、三極管５のベースに接続され、放電抵抗器４は、三極管５のエミッタと接地端子７との間に位置し、高電圧源端子６は、それぞれ充電抵抗器３の第１の端部および三極管５のコレクタに接続される。
【0022】
適宜、充電抵抗器および放電抵抗器は、磁場感知方向において反対であり、感度において同じであり、外部磁場が印加されていないときに抵抗において同じであり、プッシュ・プル型磁気抵抗器を形成する。適宜、充電抵抗器は、磁場感知磁気抵抗ユニットである。
【0023】
図５は、磁力計１におけるコンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）および放電抵抗器にかかる電圧ＶＲ２（ｔ）の概略グラフであり、コンデンサにかかる電圧信号Ｖｃ（ｔ）は、信号出力端子によって出力されるパルス信号である。
【0024】
充電段階中、コンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）によってもたらされる充電特性曲線１１は、指数的増加関数であり、充電特性曲線１１の数式は、式（１）であり、放電段階中、コンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）によってもたらされる放電特性曲線１２は、指数的減少関数であり、放電特性曲線１２の数式は、式（２）であることが、図５から理解できる。
【数1】
【0025】
Ｖ０は、充電終期電圧または放電初期電圧であり、ｔ１は、充電時間であり、ｔ２は、放電時間であり、Ｒ１は、充電抵抗器の抵抗値であり、Ｒ２は、放電抵抗器の抵抗値であり、Ｃは、コンデンサの静電容量値である。
【0026】
したがって、充電段階中のコンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）の充電時間ｔ１は、Ｒ２＊Ｃの時定数によって決定され、一方、放電段階中のコンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）の放電時間ｔ２は、Ｒ１＊Ｃの時定数によって決定されることが理解できる。
【0027】
ＶＰは充電および放電プロセス中のコンデンサのピーク電圧であり、ＶＶは充電および放電プロセス中のコンデンサの谷電圧であり、充電段階中、放電抵抗器にかかる電圧ＶＲ２（ｔ）の電流および電圧は共に０であり、放電抵抗器にかかる電圧ＶＲ２（ｔ）は放電段階中に唯一存在することが、図５から理解できる。したがって、放電抵抗器にかかる電圧ＶＲ２（ｔ）のパルス周期は、Ｔ＝ｔ１＋ｔ２である。
【0028】
図６を参照すると、図６は、本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。磁気抵抗弛張発振器磁力計１は、コンデンサ２と、充電抵抗器３と、放電抵抗器４と、充放電スイッチ５と、高電圧源端子６と、接地端子７と、信号出力端子Ｖｏｕｔとを含む。充電抵抗器３は、少なくとも１つの充電磁気抵抗ユニットからなり、放電抵抗器４は、少なくとも１つの放電磁気抵抗ユニットからなる。コンデンサ２の第１の端部は、接地端子７に接続される。適宜、充放電スイッチ５は、オン端部５ａと、オフ端部５ｂと、接続端部５ｃとを含む三極管双方向スイッチであり、高電圧源端部６は、充電抵抗器３を介してオン端部５ａと接続され、接地端子７は、放電抵抗器４を介してオフ端部５ｂと接続され、コンデンサ２の第２の端部は、接続端部５ｃと接続される。充電段階中、オン端部５ａは、接続端部５ｃに導通され、放電段階中、オフ端部５ｂは、接続端部５ｃに導通される。
【0029】
適宜、充電抵抗器および放電抵抗器は、磁場感知方向において反対であり、感度において同じであり、外部磁場が印加されていないときに抵抗において同じであり、プッシュ・プル型磁気抵抗器を形成する。適宜、充電抵抗器は、磁場感知磁気抵抗ユニットである。
【0030】
本実施形態では、コンデンサ２は、充放電スイッチ５の接続端部５ｃと接地端子７との間に位置し、充電抵抗器３は、高電圧源端子６と充放電スイッチ５のオン端部５ａとの間に位置し、放電抵抗器４は、接地端子７と充放電スイッチ５のオフ端部５ｂとの間に位置する。図７に示されるように、充電段階中、充放電スイッチ５は、高電圧源端子６に切り換えられ、すなわち、オン端部５ａは、充放電スイッチ５の接続端部５ｃに導通され、高電圧源端子（＋Ｖｄｄ）６は、矢印によって示されるような充電分岐の経路で充電抵抗器３を介してコンデンサ２を充電する。図８に示されるように、放電段階中、充放電スイッチ５は、接地端子７に切り換えられ、すなわち、オフ端部５ｂは、充放電スイッチ５の接続端部５ｃに導通され、コンデンサ２は、矢印によって示されるような放電分岐の経路で放電抵抗器４を介して接地端子７へ放電する。
【0031】
外部磁場が、磁力計１に印加され、充電段階中、外部磁場により充電抵抗器３における抵抗変化が引き起こされ、放電段階中、外部磁場により放電抵抗器４における抵抗変化が引き起こされ、したがって、コンデンサの充放電時間が変化する。充電段階中、信号出力端子は、充電パルス電圧信号を出力し、充電パルス電圧信号は、充電抵抗器の１つまたは複数の高調波を含み、放電段階中、信号出力端子は、放電パルス電圧信号を出力し、放電パルス電圧信号は、放電抵抗器の１つまたは複数の高調波を含む。信号処理回路は、外部磁場の大きさを測定するために信号出力端子のパルス信号を測定する。
【0032】
図９は、磁力計１におけるコンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）の概略グラフであり、コンデンサにかかる電圧信号Ｖｃ（ｔ）は、信号出力端子によって出力されるパルス信号である。
【0033】
充電段階中、コンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）によってもたらされる充電特性曲線１１は、指数的増加関数であり、放電段階中、コンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）によってもたらされる充電特性曲線１２は、指数的減少関数であることが、図９から理解できる。充電段階中のコンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）の充電時間ｔ１は、Ｒ１＊Ｃの時定数によって決定され、一方、放電段階中のコンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）の放電時間ｔ２は、Ｒ２＊Ｃの時定数によって決定される。
【0034】
図１０を参照すると、図１０は、本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。磁気抵抗弛張発振器磁力計１は、コンデンサ２と、充電抵抗器３と、放電抵抗器４と、充放電スイッチ５と、高電圧源端子６と、接地端子７と、信号出力端子Ｖｏｕｔとを含む。充電抵抗器３は、少なくとも１つの充電磁気抵抗ユニットからなり、放電抵抗器４は、少なくとも１つの放電磁気抵抗ユニットからなる。コンデンサ２の第１の端部は、接地端子７に接続される。適宜、充放電スイッチ５は、オン端部５ａと、オフ端部５ｂと、接続端部５ｃとを含む三極管双方向スイッチであり、充電抵抗器および放電抵抗器は、同じ１つの共通抵抗器３＆４であり、コンデンサ２の第２の端部および共通抵抗器３＆４は、ＲＣ系列を形成するように直列に接続され、ＲＣ系列は、接続端部５ｃと接続され、高電圧源端子６は、オン端部５ａと接続され、接地端子７は、オフ端部５ｂと接続される。充電段階中、オン端部５ａは、接続端部５ｃに導通され、放電段階中、オフ端部５ｂは、接続端部５ｃに導通される。
【0035】
本実施形態では、共通抵抗器３＆４が設けられ、共通抵抗器３＆４は、充電抵抗器および放電抵抗器として多重化され、共通抵抗器３＆４およびコンデンサ２の第２の端部は、ＲＣ系列を形成するように電気的に接続され、ＲＣ系列は、接地端子７と充放電スイッチ５の接続端部５ｃとの間に位置する。図１１に示されるように、充電段階中、充放電スイッチ５は、高電圧源端子６に切り換えられ、すなわち、オン端部５ａは、充放電スイッチ５の接続端部５ｃに導通され、高電圧源端子（＋Ｖｄｄ）６は、矢印によって示されるような充電分岐の経路で共通抵抗器３＆４を介してコンデンサ２を充電する。図１２に示されるように、放電段階中、充放電スイッチ５は、接地端子７に切り換えられ、すなわち、オフ端部５ｂは、充放電スイッチ５の接続端部５ｃに導通され、コンデンサ２は、矢印によって示されるような放電分岐の経路で共通抵抗器３＆４を介して接地端子７へ放電する。
【0036】
外部磁場が、磁力計１に印加され、充電段階中、外部磁場により共通抵抗器３＆４における抵抗変化が引き起こされ、放電段階中、外部磁場により共通抵抗器３＆４における抵抗変化が引き起こされ、したがって、コンデンサの充放電時間が変化する。充電段階中、信号出力端子は、充電パルス電圧信号を出力し、充電パルス電圧信号は、共通抵抗器３＆４の１つまたは複数の高調波を含み、放電段階中、信号出力端子は、放電パルス電圧信号を出力し、放電パルス電圧信号は、共通抵抗器３＆４の１つまたは複数の高調波を含む。信号処理回路は、外部磁場の大きさを測定するために信号出力端子のパルス信号を測定する。抵抗器の個数は、本実施形態で減少する。
【0037】
図１３は、図１０の等価トリガの回路図である。磁力計１は、低電圧源端子をさらに含む。充放電スイッチは、トリガであり、トリガの入力端子および出力端子は、それぞれ高電圧源端子または低電圧源端子であり、充電抵抗器および放電抵抗器は、同じ１つの共通抵抗器であり、コンデンサの第２の端部は、トリガの入力端子に接続され、共通抵抗器の２つの端部は、トリガの入力端子および出力端子にそれぞれ接続され、信号出力端子は、トリガの出力端子または入力端子に位置する。充放電スイッチ５は、入力端子６（２）および出力端子８（２）をそれぞれ高電圧源端子および低電圧源端子として有するＳｃｈｉｍｉｔトリガ（シュミットトリガ）である。コンデンサ２は、接地端子７と入力端子６（２）との間に接続され、共通抵抗器３＆４の２つの端部は、トリガ５の入力端子６（２）と出力端子８（２）との間にそれぞれ接続される。
【0038】
充電段階中、出力端子８（２）は、高電圧源端子であり、入力端子６（２）は、低電圧源端子であり、出力端子８（２）は、共通抵抗器３＆４を介してコンデンサ２を充電し、コンデンサ２にかかる電圧は増加する。コンデンサ２にかかる電圧が閾値Ｖｐｈよりも高い場合、トリガ５にかかる電圧切り換えが行われ、すなわち、入力端子６（２）は、高電圧源端子であり、出力端子８（２）は、低電圧源端子であり、次いで、それは、放電段階に入る。
【0039】
放電段階中、コンデンサ２は、放電を開始し、入力端子６（２）における電圧が減少し、コンデンサ２にかかる電圧が閾値Ｖｐ１よりも小さい場合、電圧反転が再び入力端子６（２）および出力端子８（２）で生じ、コンデンサ２は、充電プロセスに入る。したがって、充電分岐９（２）および放電分岐１０（２）は、Ｓｃｈｉｍｉｔトリガ５、ならびにコンデンサ２の充電および放電によって実施される。
【0040】
図１４は、図１０中のトリガの出力端子におけるコンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ）および電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）の概略グラフである。Ｖｏｆｆは、コンデンサの充電および放電プロセスにおけるピーク電圧であり、Ｖｏｎは、コンデンサの充電および放電プロセスにおける谷電圧であり、充電段階中、コンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）によってもたらされる充電特性曲線１１（２）は、指数的増加関数であり、放電段階中、コンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）によってもたらされる充電特性曲線１２（２）は、指数的減少関数である。Ｖｏｕｔ（ｔ）は高低レベル・パルス電圧であり、充電時間はｔ１であり、放電時間はｔ２であり、充電時間ｔ１は放電時間ｔ２に等しい。
【0041】
図１５を参照すると、図１５は、本開示の一実施形態により提供される磁気抵抗弛張発振器磁力計の概略図である。磁気抵抗弛張発振器磁力計１は、コンデンサ２と、充電抵抗器３と、放電抵抗器４と、充放電スイッチ５と、高電圧源端子６と、接地端子７と、信号出力端子Ｖｏｕｔとを含む。充電抵抗器３は、少なくとも１つの充電磁気抵抗ユニットからなり、放電抵抗器４は、少なくとも１つの放電磁気抵抗ユニットからなる。コンデンサ２の第１の端部は、接地端子７に接続される。適宜、充放電スイッチ５は、オン端部５ａと、オフ端部５ｂと、接続端部５ｃとを含む三極管双方向スイッチであり、充電抵抗器３ａは、ＲＤ充電系列を形成するようにオンにされる充電方向でダイオード３ｂと直列に接続され、放電抵抗器４ａは、ＲＤ放電系列を形成するようにオンにされる放電方向でダイオード４ｂと直列に接続され、ＲＤ充電系列およびＲＤ放電系列は、ＲＤ系列を形成するように並列に接続され、コンデンサ２の第２の端部およびＲＤ系列は、ＲＣ系列を形成するように直列に接続され、ＲＣ系列は、接続端部５ｃと接続され、高電圧源端子６は、オン端部５ａと接続され、接地端子７はオフ端部５ｂと接続される。充電段階中、オン端部５ａは、接続端部５ｃに導通され、放電段階中、オフ端部５ｂは、接続端部５ｃに導通される。
【0042】
適宜、充電抵抗器および放電抵抗器は、磁場感知方向において反対であり、感度において同じであり、外部磁場が印加されていないときに抵抗において同じであり、プッシュ・プル型磁気抵抗器を形成する。適宜、充電抵抗器は、磁場感知磁気抵抗ユニットである。
【0043】
本実施形態では、ＲＣ系列は、コンデンサ２およびＲＤ系列を直列に接続することによって形成され、ＲＤ系列は、ＲＤ充電系列およびＲＤ放電系列を並列に接続することによって形成され、ＲＣ系列は、接地端子７と充放電スイッチ５の接続端部５ｃとの間に位置する。図１６に示されるように、充電段階中、充放電スイッチ５は、高電圧源端子６に切り換えられ、すなわち、オン端部５ａは、充放電スイッチ５の接続端部５ｃに導通され、高電圧源端子（＋Ｖｄｄ）６は、矢印によって示されるような充電分岐の経路でＲＤ系列を介してコンデンサ２を充電する。図１７に示されるように、放電段階中、充放電スイッチ５は、接地端子７に切り換えられ、すなわち、オフ端部５ｂは、充放電スイッチ５の接続端部５ｃに導通され、コンデンサ２は、矢印によって示されるような放電分岐の経路でＲＤ系列を介して接地端子７へ放電する。
【0044】
外部磁場が、磁力計１に印加され、充電段階中、外部磁場によりＲＤ系列における抵抗変化が引き起こされ、放電段階中、外部磁場によりＲＤ系列における抵抗変化が引き起こされ、したがって、コンデンサの充放電時間が変化する。充電段階中、信号出力端子は、充電パルス電圧信号を出力し、充電パルス電圧信号は、ＲＤ系列の１つまたは複数の高調波を含み、放電段階中、信号出力端子は、放電パルス電圧信号を出力し、放電パルス電圧信号は、ＲＤ系列の１つまたは複数の高調波を含む。信号処理回路は、外部磁場の大きさを測定するために信号出力端子のパルス信号を測定する。抵抗器の個数は、本実施形態で減少する。
【0045】
図１８は、図１５の等価トリガの回路図である。磁力計１は、低電圧源端子をさらに含む。充放電スイッチは、トリガであり、トリガの入力端子および出力端子は、それぞれ高電圧源端子または低電圧源端子であり、充電抵抗器は、ＲＤ充電系列を形成するようにオンにされる充電方向を有するダイオードと直列に接続され、放電抵抗器は、ＲＤ放電系列を形成するようにオンにされる放電方向を有するダイオードと直列に接続され、コンデンサの第２の端部は、トリガの入力端子に接続され、ＲＤ充電系列およびＲＤ放電系列は、並列に接続され、並列接続されたＲＤ充電系列およびＲＤ放電系列の２つの端部は、トリガの入力端子および出力端子にそれぞれ接続され、信号出力端子は、トリガの出力端子または入力端子に位置する。
【0046】
充放電スイッチ５は、入力端子６（４）および出力端子８（４）をそれぞれ高電圧源端子および低電圧源端子として有するＳｃｈｉｍｉｔトリガである。コンデンサ２は、接地端子７と入力端子６（４）との間に接続され、ＲＤ系列の２つの端部は、トリガ５の入力端子６（４）と出力端子８（４）との間にそれぞれ接続される。充電分岐９（４）は、直列に接続された充電抵抗器３ａおよび充電ダイオード３ｂを含み、放電分岐１０（４）は、直列に接続された放電抵抗器４ａおよび放電ダイオード４ｂを含み、充電分岐９（４）および放電分岐１０（５）は、並列に接続される。
【0047】
充電段階中、出力端子８（４）は、高電圧源端子であり、入力端子６（４）は、低電圧源端子であり、出力端子８（４）は、充電抵抗器３ａを介してコンデンサ２を充電し、コンデンサ２にかかる電圧は増加する。電圧が閾値Ｖｐｈよりも高いとき、トリガにかかる電圧切り換えが行われ、すなわち、入力端子６（４）は、高電圧源端子であり、出力端子８（４）は、低電圧源端子であり、次いで、それは、放電段階に入る。
【0048】
放電段階中、コンデンサ２は、放電抵抗器４ａを介して放電を開始し、入力端子６（４）における電圧が減少し、電圧が閾値Ｖｐ１よりも小さいとき、電圧反転が入力端子６（４）および出力端子８（４）で再び生じ、充電プロセスが開始する。したがって、充電分岐９（４）および放電分岐１０（４）は、Ｓｃｈｉｍｉｔトリガ５、ならびにコンデンサ２の充電および放電によって実施される。
【0049】
図１９は、図１５中のトリガの出力端子におけるコンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ）および電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）の概略グラフである。充電段階中、コンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）によってもたらされる充電特性曲線１１（４）は、指数的増加関数であり、放電段階中、コンデンサにかかる電圧Ｖｃ（ｔ）によってもたらされる充電特性曲線１２（４）は、指数的減少関数である。Ｖｏｕｔ（ｔ）は、高低レベル・パルス電圧であり、充電時間はｔ１であり、放電時間はｔ２である。
【0050】
ＲＣ系列の充放電関数について、その周波数ｆの数式、ならびに充電時間ｔ１および放電時間ｔ２は、以下の通り、
ｆ＝０．８／（ＲＣ）
ｔ１∝Ｒ１Ｃ
ｔ２∝Ｒ２Ｃ
である。
ｆ＝０．８／（ＲＣ）
ｔ１∝Ｒ１Ｃ
ｔ２∝Ｒ２Ｃ
である。
【0051】
充電時間ｔ１は、充電抵抗器Ｒ１に正比例し、放電時間ｔ２は、放電抵抗器Ｒ２に正比例することが理解できる。
【0052】
上記の解決策は、以下の３つの場合を含む。
【0053】
場合１、ｔ１＝ｔ２であり、すなわち、ＲおよびＣは、直列の組合せを形成し、次いで、充電および放電が実行され、充電抵抗Ｒ１および放電抵抗器Ｒ２は、同一または同じ１つの共通抵抗器である。
【0054】
場合２、ｔ１は変化し、ｔ２は一定であり、すなわち、放電抵抗器Ｒ２は、変わらないままであり、すなわち、磁気シールド磁気抵抗ユニットであり、充電抵抗器Ｒ１だけが外部磁場Ｈに関して変化し、すなわち、Ｒ２およびＲ１は、感知基準磁気抵抗器ペアを構成する。
【0055】
場合３、ｔ１＋ｔ２＝一定であり、すなわち、充電分岐Ｒ１および放電分岐Ｒ２は、プッシュ・プル型磁気抵抗器ペアである。
【0056】
信号出力端子の出力パルス関数は、区分周期関数であり、周期Ｔ＝ｔ１＋ｔ２、その基本的な数式は、
である。
その拡張フーリエ級数の形式は、
である。
ただし、定数項は、
である。
一次項は、
である。
二次項は、
である。
【数2】
その拡張フーリエ級数の形式は、
【数3】
ただし、定数項は、
【数4】
一次項は、
【数5】
二次項は、
【数6】
【0057】
単一の抵抗器Ｒを含む磁力計１については、ｔ１＝ｔ２、ｔ１＋ｔ２＝Ｔ＝２ｔ１、したがって、図２０に示されるように、信号処理回路が採用されてもよい。弛張発振器１（２）のＳｃｈｍｉｔトリガの出力端子は、周波数ｆ／電圧Ｖ変換器２１に直接および外部で接続され、次いで、Ｖ－１／Ｖ変換器２２に接続され、最終的に、出力電圧は、外部磁場Ｈに正比例する充放電時間周期Ｔにおける電圧である。適宜、信号出力端子Ｖｏｕｔは、Ｆ－Ｖ変換器に接続され、Ｆ－Ｖ変換器は、パルス信号を電圧信号に変換し、次いで、電圧信号は、Ｖ－１／Ｖ変換器によって外部磁場に正比例する電圧信号に変換される。
【0058】
図２１に示されるように、適宜、信号出力端子Ｖｏｕｔは、ＲＣローパス・フィルタ２２に接続され、ＲＣローパス・フィルタ２５における第１のコンデンサ２４の第１の端部は、接地端子に接続され、ＲＣローパス・フィルタ２５における第１の抵抗器２３は、信号出力端子Ｖｏｕｔと第１のコンデンサ２４の第２の端部との間に位置し、第１のコンデンサ２４の２つの端部は、直流および第１の高調波を出力し、信号処理回路は、充電期間および放電期間値を取得するために第１のコンデンサ２４にかかる信号を変換する。
【0059】
上述したように、弛張発振器１（４）のＳｃｈｉｍｉｔトリガの出力端子は、１つのＲｌｐｆ抵抗器２３と接続され、１つのＣｌｐｆコンデンサ２４は、抵抗器２３と接地との間に接続され、Ｒｌｐｆ抵抗器２３およびＣｌｐｆ抵抗器２４は、ＲＣローパス・フィルタ２５を形成し、次いでＶｏｕｔへ信号を出力する。ローパス・フィルタ２５によって周波数の一部を除去することによって、数式Ｖ０が直接取得され得ることが理解できる。プッシュ・プル結合式磁気抵抗器ペアの振動回路では、ｔ１＋ｔ２＝一定であり、ｔ１の増加はＲに正比例し、ｔ２の減少はＲに正比例し、したがって、Ｖ０は、外部磁場Ｈに正比例する。
【0060】
別のやり方は、２つ以上の高調波が、Ｖ０＋Ｖ１（ｔ）を取得するためにローパス・フィルタ２５によって除去され得ることである。したがって、ｔ１＋ｔ２の値は、Ｖ１（ｔ）の周波数ｆを利用することによって取得することができ、（ｔ１＋ｔ２）＊Ｖ０は、Ｈに正比例する。
【0061】
図２２に示されるように、適宜、磁気抵抗弛張発振器磁力計の信号出力端子は、アナログ・デジタル変換器３１に接続され、パルス信号は、アナログ・デジタル変換器３１によって変換され、次いで、変換された信号は、マイクロコントローラ３２によって処理および出力され、信号処理回路は、充電期間および放電期間を取得するためにマイクロプロセッサ３２によって信号出力を直接測定する。適宜、アナログ・デジタル変換器３１が、アナログ信号をデジタル信号に変換してもよく、マイクロプロセッサ３２は、ＤＳＰまたはＭＣＵであり、あるアルゴリズムによって外部磁場Ｈに関連したデジタル信号を直接出力する。弛張発振器１（２）のトリガの出力端子は、ＡＤ変換器３１に接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換し、次いで、デジタル信号をＭＣＵ／ＤＳＰ３２に入力し、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時間が、直接カウントされ、ｔ１およびｔ２の値が出力され、これは、Ｈに正比例する。
【0062】
上記の任意の実施形態について、図２３は、弛張発振器磁力計の４つの典型的な信号出力のグラフである。図（ａ）中の対応する充電抵抗器および放電抵抗器が共通抵抗器であるとき、充電時間ｔ１は、放電時間ｔ２に等しく、その時、Ｈの値は、同様に、時間ｔ１を測定することによって取得することができ、図（ｂ）中の対応する充電抵抗器および放電抵抗器が共通抵抗器であるとき、周期Ｔ＝ｔ１＋ｔ２またはパルス周波数ｆが直接測定され、１／ｆが計算され、次いで、Ｈの値が、測定され得、図（ｃ）は、プッシュ・プル型磁気抵抗器ペアであり、ｔ１＋ｔ２＝一定であり、（ｔ１－ｔ２）／（ｔ１＋ｔ２）は、外部磁場Ｈに正比例し、図（ｄ）は、感知基準型磁気抵抗器ペアであり、ｔ２＝一定であり、ｔ１／ｔ２は、外部磁場Ｈに正比例する。
【0063】
上記のものは、本開示の好ましい実施形態および応用された技術的原理にすぎないことに留意されたい。本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されず、本開示の保護範囲から逸脱することなく、様々な明らかな変更、再調整、相互組合せ、および置換が、当業者によってなされてもよいことを当業者は理解するであろう。したがって、本開示は、上記の実施形態によってより詳細に説明されてきたが、本開示は、上記の実施形態に限定されない。本開示の概念から逸脱することなく、より多くの均等な実施形態を含むこともでき、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【国際調査報告】