专利名称：具有磁通量闸门的测定装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及磁通量闸门(fluxgate)。特别的，本发明涉及具有能够通过最小化激励电流而减少功率消耗的高效磁通量闸门的测定装置，及其控制方法。
背景技术：
磁通量闸门是一种检测接地磁场区域的传感器。对于向其施加受激励的磁场的驱动线圈，磁通量闸门使用诸如坡莫合金(permalloy)的高导磁率材料作为磁性材料磁芯。磁通量闸门还使用磁芯的磁饱和与非线性磁特性来测量与外部磁场成比例的二次谐波分量，从而测量外部磁场的大小。
图1说明了显示常规磁通量闸门的电路图。如图1所示，磁通量闸门包括驱动线圈40，用于产生电流以通过电流激励磁性材料磁芯；脉冲发生器10，用于产生将被施加到驱动线圈40的脉冲；放大器30和31，用于放大将被施加到驱动线圈40的第一端a和第二端b的脉冲；和反相器20，用于反相施加到驱动线圈40的第二端b的脉冲，以产生电流。
用于开启和关闭电流放大器30和31的信号归因于从脉冲发生器10产生的脉冲P1。来自脉冲发生器10的脉冲P1被直接传输到电流放大器30，并在传输至电流放大器31时通过反相器20对其进行反相，以具有相反的相位。
这样，分别施加到驱动线圈40的第一端a和第二端b的脉冲信号P2和P3具有相反的相位，所述第一端a和第二端b分别连接到放大器30和31。当脉冲信号P2在第一端a具有高电平q1，和脉冲信号P3在第二端b具有低电平q2时，电流沿线圈40从a流向b。另一方面，当脉冲信号P2在第一端a具有低电平q2，和脉冲信号P3在另一端b具有高电平q3时，电流沿线圈40从b流向a。结果，电流响应于脉冲信号而施加到驱动线圈40，从而激励在其上缠绕有驱动线圈40的磁性材料磁芯。
为了驱动磁通量闸门，驱动脉冲发生器10以将脉冲序列施加到驱动线圈40。这样，当用由所产生的脉冲序列驱动的驱动线圈40来驱动磁通量闸门时，电流的恒定流动在单位时间间隔内引起强电流消耗。
MEMS(Micro-Electro Mechanical System，微电子机械系统)是利用半导体制造工艺实现机械和电子部件的技术。可利用MEMS技术对磁通量闸门进行最小化和集成。由MEMS制造过程工艺的用于便携式小型终端的磁通量闸门通常在存在有限电源时使用。因此，在单位时间间隔内磁通量闸门的典型强电流消耗会成为一个显著的问题。
发明内容
为了解决至少上述的问题和/或不足，本发明实施例的特征是提供一种具有磁通量闸门的测定装置，该磁通量闸门能够减少驱动磁通量闸门的功率消耗。
为了提供前述的及其他特征和优点，提供了一种测定装置，其包括驱动线圈，用于用电流激励磁性材料磁芯；电流放大器，用于将电流施加到驱动线圈的第一和第二端；具有脉冲发生器的磁通量闸门，用于产生接通/关断电流放大器的脉冲；模/数转换器，用于将来自磁通量闸门的模拟信号转换成数字信号；和脉冲控制器，用于输出控制信号，该控制信号允许将脉冲施加到电流放大器直至确定通过模/数转换器的模拟信号到数字信号的转换已完成。
最好，测定装置还包括用于将来自脉冲发生器的脉冲与来自脉冲控制器的控制信号进行逻辑与运算，以将输出发送到电流放大器的与门。最好，当磁通量闸门启动驱动时，脉冲控制器输出高电平信号；当确定通过模/数转换器的模拟信号到数字信号的转换已完成时，脉冲控制器输出低电平信号。脉冲控制器可在确定模拟信号到数字信号的转换完成后的一预定时间段后输出低电平信号。
根据本发明实施例的另一特征，提供了具有磁通量闸门的测定装置，其包括脉冲控制器，用于在确定通过模/数转换器的来自磁通量闸门的模拟信号到数字信号的转换已完成时产生脉冲，以将电流锁定为流入磁通量闸门的驱动线圈。
根据本发明实施例的另一特征，提供了具有测定装置的一种控制方法，该测定装置具有驱动线圈，用于用电流激励磁性材料磁芯；电流放大器，用于将电流施加到驱动线圈的第一和第二端；具有脉冲发生器的磁通量闸门，用于产生接通/关断电流放大器的脉冲；模/数转换器，用于将来自磁通量闸门的模拟信号转换成数字信号；和脉冲控制器，用于输出控制脉冲发生器的控制信号，所述控制方法包括a)当磁通量闸门启动驱动时，驱动脉冲发生器并输出控制信号，以将来自脉冲发生器的脉冲施加到电流放大器；和b)输出控制信号，以在确定通过模/数转换器的模拟信号到数字信号的转换已完成时，不将来自脉冲发生器的脉冲施加到电流放大器。
上述方法中的测定装置还可包括用于将来自脉冲发生器的脉冲与来自脉冲控制器的控制信号进行逻辑与运算，以将输出发送到电流放大器的与门。
此外，在控制方法的a)中，脉冲控制器最好将高电平信号作为控制信号输出到与门，和在b)中，脉冲控制器最好将低电平信号作为控制信号输出到与门。
通过参照附图对优选实施例进行详细描述，本发明的上述及其他目的和优点将会变得更加清楚，其中图1是显示常规磁通量闸门的电路图；图2是显示根据本发明实施例的磁通量闸门的电路图；图3是示意性显示具有图2的磁通量闸门的测定装置的方框图；图4说明施加到图3的磁通量闸门的控制信号的波形和脉冲控制器；图5是说明图3的测定装置的工作的波形图；图6是说明根据本发明实施例的测定装置的控制方法的流程图。
具体实施例方式
在此，整体结合2002年9月18日提交的名称为“具有磁通量闸门的测定装置及其控制方法(Sensing Apparatus Having F1uxgate与Control methodThereof)”的韩国专利申请第2002-56712号，作为参考。
图2是显示根据本发明实施例的磁通量闸门的电路图，图3是示意性显示具有图2的磁通量闸门的测定装置的方框图。参照图2和3，测定装置包括磁通量闸门100，用于向模/数转换器170提供模拟传感器信号以转换成数字信号，和通过利用来自磁通量闸门100的传感器信号将数字信号传输至外部系统；滤波器180和信号发送器190。磁通量闸门100包括驱动线圈150、电流放大器130和131、反相器140、脉冲发生器120、与(AND)门160(图4)、和脉冲控制器110。
驱动线圈150缠绕在磁性材料磁芯(未示出)上，以激励在其上还缠绕有传感线圈(未示出)的磁性材料磁芯。电流放大器130和131分别连接到驱动线圈150的第一端a和第二端b，以将电流施加到驱动线圈150上。反相器140连接到电流放大器131，以反相输入信号并将反相的信号传输到电流放大器131。脉冲发生器120产生脉冲P1，以接通/关断电流放大器130和131。脉冲控制器110输出控制信号，以控制脉冲发生器120。
如图2所示，脉冲P1直接输入到放大器130，从而具有与脉冲P1相同相位的电流P2被施加到驱动线圈150的第一端a。通过反相器140对脉冲P1进行反相，并将其输入到放大器131，从而具有与脉冲P1相反相位的电流P3被施加到驱动线圈150的第二端b。由于P2和P3反相，因此当高电平信号被输入到由点q1所示的驱动线圈150的第一端a，和低电平信号被输入到驱动线圈150的第二端b时，电流从a流向b。当低电平信号被输入到由点q2所示的驱动线圈150的第一端a，和高电平信号被输入到第二端b时，电流从b流向a。由于高/低电平信号相对于脉冲轮流输入，因此电流被施加到驱动线圈150上，以激励在其上缠绕有驱动线圈150的磁性材料磁芯。
用上述配置，当磁性材料磁芯随电流沿驱动线圈150的流动而充分激励时，磁通量闸门100感测磁场，然后传感器线圈(未示出)输出模拟传感器信号。磁通量闸门100还包括用于处理来自传感器线圈的输出模拟传感器信号的附加模拟信号处理电路(未示出)。将处理过的模拟传感器信号转换成将通过利用模拟传感器信号而被传输到其他系统的数字信号。
从磁通量闸门100输出的模拟传感器信号被输入到模/数转换器170，以转换成数字信号。为了使脉冲控制器110检测模拟传感器信号向数字信号的转换是何时完成的，模/数转换器170如L1所示的连接到的磁通量闸门100的脉冲控制器110。滤波器180连接到模/数转换器170，以对数字信号进行滤波。信号发送器190连接到滤波器180，以通过利用来自磁通量闸门100的传感器信号将滤波了的信号发送到其他系统。来自磁通量闸门100的传感器信号通过信号发送器190而被连接。
脉冲控制器110如由L1所示地连接到模/数转换器170，以响应于来自模/数转换器170的输入信号而确定模/数转换是否已完成。当脉冲控制器110确定模/数转换已完成时，将与门160的控制信号B转换成低电平信号。刚一将低电平信号输入到与门160时，与门160不输出脉冲，从而电流放大器130和131被关断，并且电流不施加到驱动线圈150。
下文将参照图5和6描述根据本发明实施例的、用于控制脉冲的测定装置。图5说明测定装置的一个周期的波形，其中都相对于时间轴t而言，S1代表模/数转换器170的“允许”信号、S2代表脉冲控制器110的诸如控制信号B的控制信号、S3代表由滤波器180滤波了的“允许”信号、和S4代表被处理后从信号发送器190输出的信号传输“允许”信号。
图6显示本发明的控制方法的流程图。就图3-6而言，一旦判定磁通量闸门100启动驱动(S10)，脉冲控制器110向脉冲发生器120输入驱动信号以产生脉冲(S11)，并向与门160输入一个诸如S2的高电平信号作为控制信号B(S12)。在输入高电平信号作为控制信号B期间，与门160向电流放大器130和131输出脉冲。在向电流放大器130和131输入脉冲期间，驱动线圈150驱动，并且因而磁通量闸门输出模拟传感器信号。模拟传感器信号输入到模/数转换器170，以转换成数字信号。即，诸如S2的高电平控制信号在t1输入到与门160，并且诸如S1的模拟传感器信号从磁通量闸门100输出，并输入到模/数控制器170，在此其在t2转换为数字信号。
当模/数转换在t3完成时(S20)，脉冲控制器110检测完成，并在t4向与门160输入诸如S2的低电平信号，作为控制信号B。将如S3所示的转换了的数字信号输入到滤波器180，以在t4进行滤波。当滤波完成，将如S4所示的滤波的数字信号在t5输入到信号发送器190，以发送到外部系统。
用本控制方法，当磁通量闸门100启动驱动时，用于在一个周期内驱动磁通量闸门的驱动线圈的电流开始流动，并继续流动，直到判定通过模/数转换器170对来自磁通量闸门100的传感器信号的转换已完成。
即，当通过模/数转换器170对来自磁通量闸门100的传感器信号的模数转换已完成时，来自脉冲控制器110的控制信号B被转换为低电平信号。由于输入到与门160的控制信号B现在是低电平信号，脉冲被阻止输入到电流放大器130和131，并且电流不施加到驱动线圈150。因此，施加以驱动磁通量闸门的电流量减少。
通过本发明可能的减少驱动磁通量闸门所需的电流的例子如下若测定装置的一个周期是5毫秒长，则线圈的实际驱动时间减少到大约20微秒。在这样的情形中，若当电源在一周期内持续施加到驱动线圈时常规磁通量闸门的功率消耗是100，则根据本发明的磁通量闸门的功率消耗减少到0.4，或减少到常规磁通量闸门的功率消耗的.4％。
采用根据本发明的具有磁通量闸门的测定装置，驱动磁通量闸门所需的电流量可急剧减少，从而可以减少整个测定装置的功率消耗。
此处公开了本发明的优选实施例，而且尽管使用了特定术语，但是只是使用他们并用一般性和描述性的理解进行说明，而并非为了限制的目的。相应的，本领域的技术人员应当明白，可以在不背离如随后的权利要求所述的本发明的精神和范围的情况下，而对其在形式和细节上进行各种改变。
权利要求
1.一个测定装置，包括驱动线圈，用于用电流激励磁性材料磁芯；电流放大器，用于将电流施加到驱动线圈的第一和第二端；具有脉冲发生器的磁通量闸门，用于产生接通/关断电流放大器的脉冲；模/数转换器，用于将来自磁通量闸门的模拟信号转换成数字信号；和脉冲控制器，用于输出控制信号，该控制信号允许将脉冲施加到电流放大器直至确定通过模/数转换器的模拟信号到数字信号的转换已完成。
2.如权利要求1所述的测定装置，还包括用于将来自脉冲发生器的脉冲与来自脉冲控制器的控制信号进行逻辑与运算，以将输出发送到电流放大器的与门。
3.如权利要求2所述的测定装置，其中当磁通量闸门启动驱动时，所述脉冲控制器输出高电平信号，当确定通过模/数转换器的模拟信号到数字信号的转换已完成时，所述脉冲控制器输出低电平信号。
4.如权利要求3所述的测定装置，其中脉冲控制器在确定模拟信号到数字信号的转换完成后的一预定时间段后输出低电平信号。
5.具有磁通量闸门的测定装置，包括脉冲控制器，用于在确定通过模/数转换器的来自磁通量闸门的模拟信号到数字信号的转换已完成时产生脉冲，以阻止电流流入磁通量闸门的驱动线圈。
6.测定装置的一种控制方法，该测定装置具有驱动线圈，用于用电流激励磁性材料磁芯；电流放大器，用于将电流施加到驱动线圈的第一和第二端；具有脉冲发生器的磁通量闸门，用于产生接通/关断电流放大器的脉冲；模/数转换器，用于将来自磁通量闸门的模拟信号转换成数字信号；和脉冲控制器，用于输出控制脉冲发生器的控制信号，所述控制方法包括下列步骤a)当磁通量闸门启动驱动时，驱动脉冲发生器并输出控制信号，以将来自脉冲发生器的脉冲施加到电流放大器；和b)输出控制信号，以在确定已通过模/数转换器完成模拟信号到数字信号的转换时，不将来自脉冲发生器的脉冲施加到电流放大器。
7.如权利要求6所述的控制方法，其中测定装置还具有用于将来自脉冲发生器的脉冲与来自脉冲控制器的控制信号进行逻辑与运算，以将输出发送到电流放大器的与门。
8.如权利要求7所述的控制方法，其中在a)中，脉冲控制器将高电平信号作为控制信号输出到与门，和在b)中，脉冲控制器将低电平信号作为控制信号输出到与门。
全文摘要
一种具有磁通量闸门的测定装置及其控制方法，能够减少施加以驱动磁通量闸门的电流，该测定装置包括驱动线圈，用于用电流激励磁性材料磁芯；电流放大器，用于将电流施加到驱动线圈的第一和第二端；具有脉冲发生器的磁通量闸门，用于产生接通/关断电流放大器的脉冲；模/数转换器，用于将来自磁通量闸门的模拟信号转换成数字信号；和脉冲控制器，用于输出控制信号，该控制信号允许将脉冲施加到电流放大器直至确定通过模/数转换器的模拟信号到数字信号的转换已完成。
文档编号G01R33/04GK1493887SQ03158549
公开日2004年5月5日 申请日期2003年9月18日 优先权日2002年9月18日
发明者李宇钟, 崔相彦, 宋承哲 申请人:三星电子株式会社