CH675488A5

CH675488A5 - Low flux magnetic field measurer

Info

Publication number: CH675488A5
Application number: CH3201/87A
Authority: CH
Inventors: Thomas Seitz
Original assignee: Landis & Gyr Betriebs Ag
Priority date: 1987-08-20
Filing date: 1987-08-20
Publication date: 1990-09-28

Abstract

A ferromagnetic core forms a magnetic circuit, possibly closed by an air gap and carries two or more coils. The core is transiently saturated by a pulsed current in one coil with the other coil for output. At least one coil is flat. The core material permeability is at least of the order of one hundred thousand. The core is a surface film with a thickness of a max. of one hundred thousandth of a metre on a substrate. The conductor of at least one of the coils is arranged in a further surface film on the substrate so as to be insulated from the core.

Description

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CH 675 488 A5 CH 675 488 A5

2 2nd

Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen eines flussarmen Magnetfeldes gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an arrangement for measuring a low-flux magnetic field according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Anordnung wird z. B. verwendet in Geldautomaten zur Feststellung des Wertes von Geldscheinen, die alle gleichgross und alle gleichfarbig sind, jedoch mit magnetischer Tinte beschriftet sind, wie dies z. B. bei US-Banknoten der Fall ist. In Geldautomaten werden solche Banknoten, bevor sie an der eingangs genannten Anordnung vorbeitransportiert werden, einem konstanten Magnetfeld ausgesetzt, welches die magnetische Tinte in einer vorgegebenen Richtung magnetisiert. Sobald die betreffende magnetisierte Stelle das Magnetfeld verlässt, behält die magnetische Tinte ihre Remanenzinduktion bei, so dass die betreffenden Schriftzeichen sich so verhalten, als ob sie aus einer Vielzahl kleinster Permanentmagneten bestünden, die alle die gleiche räumliche Richtung aufweisen. Da die Remanenzinduktion schwach und diese Permanentmagnete sehr klein sind, ist auch der von ihnen erzeugte Magnetfluss äusserst schwach, in der Grössenordnung von zirka 2.5 Wb pro Quadratmillimeter. Zur anschliessenden Ermittlung des Wertes der Banknote wird diese mit ihren vielen Permanentmagneten an der eingangs genannten Anordnung vorbeitransportiert, die den sehr schwachen Magnetfluss der Permanentmagnete misst. Da die Banknoten teilweise unterschiedlich beschriftet sind, entstehen unterschiedliche Messkennlinien, die es gestatten, den Wert der Banknote zu ermitteln. Die Anordnung muss die Banknote berührungslos abtasten mit einem minimalen Abstand zwischen der Anordnung und dem Wertpapier in der Grössenordnung von einem Millimeter. Dieser minimale Abstand ist dadurch bedingt, dass die Banknote zerknittert sein kann und die Beschriftung auf der Banknote bei ihrem Transport entlang der Anordnung auch nicht durch Reibung verschlissen oder beschädigt werden darf. Such an arrangement is e.g. B. used in ATMs to determine the value of banknotes, which are all the same size and all the same color, but are labeled with magnetic ink, as z. B. is the case with US banknotes. In ATMs, such banknotes are exposed to a constant magnetic field, which magnetizes the magnetic ink in a predetermined direction, before they are transported past the arrangement mentioned at the beginning. As soon as the magnetized point in question leaves the magnetic field, the magnetic ink retains its remanent induction, so that the characters concerned behave as if they consist of a large number of smallest permanent magnets, all of which have the same spatial direction. Since the residual induction is weak and these permanent magnets are very small, the magnetic flux they generate is extremely weak, in the order of about 2.5 Wb per square millimeter. For the subsequent determination of the value of the banknote, it is transported with its many permanent magnets past the arrangement mentioned at the beginning, which measures the very weak magnetic flux of the permanent magnets. Since the banknotes are labeled differently in some cases, different measurement characteristics are created, which make it possible to determine the value of the banknote. The arrangement must touch the bank note without contact, with a minimum distance of one millimeter between the arrangement and the security. This minimum distance is due to the fact that the banknote can be crumpled and that the inscription on the banknote must not be worn or damaged by friction when it is transported along the arrangement.

Es gibt noch andere Anwendungsbeispiele, da die eingangs genannte Anordnung jedesmal dann verwendet werden kann, wenn ein schwacher Magnetfluss zu messen ist. Die Anordnung kann z. B. auch in Elektrizitätszählern oder in Leistungsmessgeräten verwendet werden zum Messen eines elektrischen Stromes über das proportionale, von diesem Strom erzeugte Magnetfeld. There are other application examples, since the arrangement mentioned at the beginning can be used whenever a weak magnetic flux is to be measured. The arrangement can e.g. B. can also be used in electricity meters or in power meters to measure an electrical current via the proportional magnetic field generated by this current.

Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist in der CH-PS 672 193 beschrieben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der dort genannten Art derart zu realisieren und zu verbessern, dass sie in der Planartechnologie und in der Dünnfilmtechnik verwendet werden kann, wo Kerne aus ferromagnetischem Material mit Filmdicken von 0,1 um bis 1 um vorhanden sind. An arrangement of the type mentioned is described in CH-PS 672 193. The invention is based on the object of realizing and improving an arrangement of the type mentioned there in such a way that it can be used in planar technology and in thin-film technology, where cores made of ferromagnetic material with film thicknesses of 0.1 .mu.m to 1 .mu.m are present .

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 einen ersten Querschnitt des räumlichen Aufbaus einer ersten und zweiten Variante der er-findungsgemässen Anordnung, 1 shows a first cross section of the spatial structure of a first and second variant of the arrangement according to the invention,

Fig. 2 einen zweiten Querschnitt des räumlichen Aufbaus der ersten Variante der erfindungsgemäs-sen Anordnung und 2 shows a second cross section of the spatial structure of the first variant of the arrangement according to the invention and

Fig. 3 einen zweiten Querschnitt des räumlichen Aufbaus der zweiten Variante der erfindungsge-mässen Anordnung. Fig. 3 shows a second cross section of the spatial structure of the second variant of the arrangement according to the invention.

Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile. The same reference numerals designate the same parts in all figures of the drawing.

In der Zeichnung ist eine ausgewertete Stelle ma-gnetisierter Tinte jeweils durch einen Vektor dargestellt, der das zu messende Magnetfeld M des zugehörigen Permanentmagneten symbolisiert. In the drawing, an evaluated point of magnetized ink is represented by a vector, which symbolizes the magnetic field M to be measured of the associated permanent magnet.

In den Figuren 1 bis 3 sind eine Banknote 1 und eine Anordnung zum Messen des Magnetfeldes M schematisch dargestellt. Die Banknote 1 liegt z. B. in einer horizontalen Ebene und bewegt sich in der Darstellung der Figuren 2 bis 3 mit einer Geschwindigkeit v von links nach rechts. Es gilt die Annahme, dass die magnetische Tinte in der Bewegungsrichtung der Banknote 1 magnetisiert wurde, d. h. dass der das Magnetfeld M der magnetisierten Tinte darstellende Vektor parallel ist zur Fortbewe-gungsrichtung der Banknote 1. A bank note 1 and an arrangement for measuring the magnetic field M are shown schematically in FIGS. 1 to 3. The banknote 1 is z. B. in a horizontal plane and moves in the representation of Figures 2 to 3 at a speed v from left to right. It is assumed that the magnetic ink has been magnetized in the direction of movement of the banknote 1, i. H. that the vector representing the magnetic field M of the magnetized ink is parallel to the direction of travel of the banknote 1.

Die Anordnung zum Messen des Magnetfeldes M besteht aus einem Kern 3 aus ferromagnetischem Material, der einen über einen grossen Luftspalt geschlossenen Magnetkreis bildet, einer ersten Spule 4 und mindestens einer zweiten Spule 5, wobei die erste Spule 4 von einem zeitvariablen elektrischen Strom i gespeist ist, der stark genug ist, um den Kern 3 zeitweise in die magnetische Sättigung zu treiben, während die zweite Spule 5 als Ausgangsspule der Anordnung dient und somit die Funktion einer Sensorspule ausübt. Mindestens die zweite Spule 5 ist als Flachspule ausgebildet. Das ferromagnetische Material des Kerns 3 besitzt eine Permeabilität, deren Wert mindestens in der Grössenordnung von einhunderttausend liegt. Der Kern 3 ist in einer dünnen Oberflächenschicht auf das Substrat 13 aufgetragen. Die Leiter der zweiten Spule 5 sind, elektrisch vom Kern 3 isoliert, in einer parallelen, weiteren Oberflächenschicht auf dem Substrat 13 angeordnet. In der Planartechnologie und in der Dünnfilmtechnik sind vorzugsweise Filmdicken des Kerns 3 von nur 0,1 um bis 1jim, d.h. von höchstens 1 p. Meter, vorhanden. Das ferromagnetische Material des Kerns 3 ist vorzugsweise Per-malloy oder Magnetglas. The arrangement for measuring the magnetic field M consists of a core 3 made of ferromagnetic material, which forms a magnetic circuit closed over a large air gap, a first coil 4 and at least a second coil 5, the first coil 4 being fed by a time-variable electrical current i , which is strong enough to temporarily drive the core 3 into magnetic saturation, while the second coil 5 serves as the output coil of the arrangement and thus performs the function of a sensor coil. At least the second coil 5 is designed as a flat coil. The ferromagnetic material of the core 3 has a permeability, the value of which is at least in the order of one hundred thousand. The core 3 is applied to the substrate 13 in a thin surface layer. The conductors of the second coil 5, electrically insulated from the core 3, are arranged in a parallel, further surface layer on the substrate 13. In planar technology and thin film technology, core 3 film thicknesses of only 0.1 µm to 1 µm are preferred. of at most 1 p. Meters, available. The ferromagnetic material of the core 3 is preferably per-malloy or magnetic glass.

in beiden Varianten (siehe Fig. 2 und Fig. 3) verläuft die in der Darstellung der Zeichnung obere Hälfte Fm der von der Magnetisierung der Banknote 1 herrührenden Magnetfeldlinien durch den Kern 3, um diesen auf unterschiedlicher Höhe zu verlassen und um anschliessend zur Banknote 1 zurückzukehren. in both variants (see FIGS. 2 and 3) the upper half Fm of the magnetic field lines originating from the magnetization of the banknote 1 runs through the core 3 in order to leave it at different heights and then to the banknote 1 to return.

In der ersten Variante (siehe Fig. 1 und Fig. 2) ist die zweite Spule 5 spiralförmig und ihre Leiter sind alle in einer einzigen Ebene zwischen einem Substrat 13 und dem Kern 3 auf der Oberfläche des Substrats 13 angeordnet Der Kern 3 besitzt dabei die Gestalt eines länglichen, dünnen Streifens, der In the first variant (see FIGS. 1 and 2), the second coil 5 is spiral-shaped and its conductors are all arranged in a single plane between a substrate 13 and the core 3 on the surface of the substrate 13. The core 3 has the Shape of an elongated, thin strip, the

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20 20th

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senkrecht zur Banknote 1 annähernd parallel zur Oberfläche des Substrats 13 liegt. perpendicular to the bank note 1 is approximately parallel to the surface of the substrate 13.

Bei einer kreisspiralförmigen zweiten Spule 5 (nicht dargestellt) ist die Länge des Kerns 3 höchstens gleich dem halben äusseren Durchmesser der zweiten Spule 5, wobei der Kern 3 ausgehend vom äusseren Rand der zweiten Spule 5 so angeordnet ist, dass seine Längsachse radial zur kreisspiralförmigen Gestalt der zweiten Spule 5 liegt. In the case of a circular spiral second coil 5 (not shown), the length of the core 3 is at most equal to half the outer diameter of the second coil 5, the core 3 being arranged starting from the outer edge of the second coil 5 such that its longitudinal axis is radial to the circular spiral shape the second coil 5.

In der Fig. 1 wurde angenommen, dass die Gestalt der zweiten Spule 5 rechteckspiralförmig ist. In diesem Fall sind zwei parallel gegenüberliegende äussere Seiten der rechteckspiralförmigen zweiten Spule 5, im Abstand g bzw. (g + k) entfernt von der Oberfläche der Banknote 1, senkrecht zur Längsachse des Kerns 3 angeordnet. Die Längsachse des Kerns 3 ist dabei ihrerseits senkrecht zur Oberfläche der Banknote 1 ausgerichtet und die Länge des Kerns 3 ist höchstens gleich der Hälfte k/2 der in Längsrichtung des Kerns 3 gemessenen Breite k der zweiten Spule 5. In Fig. 1 it was assumed that the shape of the second coil 5 is rectangular spiral. In this case, two parallel opposite outer sides of the rectangular spiral second coil 5, at a distance g or (g + k) from the surface of the bank note 1, are arranged perpendicular to the longitudinal axis of the core 3. The longitudinal axis of the core 3 is in turn oriented perpendicular to the surface of the bank note 1 and the length of the core 3 is at most equal to half k / 2 of the width k of the second coil 5 measured in the longitudinal direction of the core 3.

Um dem mit dem Kern 3 und der zweiten Spule 5 bestückten Substrat 13; 3; 5 ist die erste Spule 4 jeweils so gewickelt, dass ihre Achse annähernd parallel zur Längsachse des Kerns 3, annähernd senkrecht zur Achse der zweiten Spule 5 und annähernd parallel zur Oberfläche des Substrats 13 liegt. To the substrate 13 equipped with the core 3 and the second coil 5; 3; 5, the first coil 4 is wound in such a way that its axis is approximately parallel to the longitudinal axis of the core 3, approximately perpendicular to the axis of the second coil 5 and approximately parallel to the surface of the substrate 13.

Da die zweite Spule 5 bei der ersten Variante nur unterhalb, d. h. nur auf einer Seite des Kerns 3 vorhanden ist, ist nur die Verkettung mit einer Hälfte des aus dem Kern 3 austretenden Magnetflusses möglich. Um eine fast hundertprozentige Verkettung zu erzielen, ist ein Aufbau gemäss der zweiten Variante erforderlich. In dieser zweiten Variante ist nur der niedrige, seitlich aus den dünnen Kanten des Kerns 3 austretende Magnetfluss nicht verkettet, was vernachlässigt werden kann. Since the second coil 5 only below, in the first variant. H. is only present on one side of the core 3, only the concatenation with half of the magnetic flux emerging from the core 3 is possible. In order to achieve an almost 100% linkage, a structure according to the second variant is required. In this second variant, only the low magnetic flux emerging laterally from the thin edges of the core 3 is not linked, which can be neglected.

In der zweiten Variante (siehe Fig. 1 und Fig. 3) ist eine weitere zweite Spule 5a vorhanden, wobei die beiden zweiten Spulen 5 und 5a symmetrisch zur Fläche des nur einmal vorhandenen Kerns 3 angeordnet sind. Die beiden zweiten Spulen 5 und 5a sind gegensinnig elektrisch in Reihe geschaltet. Die weitere zweite Spule 5a ist oberhalb, d. h. in der Darstellung der Fig. 3 rechts von der ersten zweiten Spule 5 und vom Kern 3, auf das mit dem Kern 3 und der ersten zweiten Spule 5 bestückte Substrat 13; 5; 3 elektrisch isoliert aufgetragen, wobei Isolierschichten 14,15 und 16 zwischen der ersten zweiten Spule 5, dem Kern 3 und der weiteren zweiten Spule 5a liegen. In the second variant (see FIGS. 1 and 3) there is a further second coil 5a, the two second coils 5 and 5a being arranged symmetrically to the surface of the core 3, which is only present once. The two second coils 5 and 5a are electrically connected in series in opposite directions. The further second coil 5a is above, i.e. H. 3 to the right of the first second coil 5 and the core 3, onto the substrate 13 equipped with the core 3 and the first second coil 5; 5; 3 applied in an electrically insulated manner, insulating layers 14, 15 and 16 being located between the first second coil 5, the core 3 and the further second coil 5a.

Claims

1. Arrangement for measuring a low-flux magnetic field with a core (3) made of ferromagnetic material, which forms a magnetic circuit closed via an air gap (10) and which is provided with at least two coils (4, 5 or 4, 5, 5a), one of the coils (4, 5 and 4, 5, 5a) being supplied with a time-variable electrical current (i) which is strong enough to temporarily drive the core (3) into magnetic saturation, the other second coil (5) serves as the output coil of the arrangement, at least one of the coils (4, 5 or 4, 5,

5a) is designed as a flat coil, the ferromagnetic material of the core (3) has a permeability whose value is at least in the order of magnitude of one hundred thousand, the core (3) as a surface film with a thickness of at most 1 n meter on a substrate ( 13) and the conductors of the coils (4, 5, 5a), electrically insulated from the core (3), are at least partially also arranged in at least one further surface layer applied to the substrate (13), characterized in that the second coil (5) is spiral and its conductors are all arranged in a single plane between the substrate (13) and the core (3) on the surface of the substrate (13), that the core (3) has the shape of an elongated, thin strip that the core (3) starting from the outer edge of the second coil (5) is arranged approximately parallel to the surface of the substrate (13) and that around that equipped with the core (3) and the second coil (5) n substrate (13; 3; 5) the first coil (4) is wound such that its axis is approximately parallel to the longitudinal axis of the core (3), approximately perpendicular to the axis of the second coil (5) and approximately parallel to the surface of the substrate (13).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the length of the core (3) is at most equal to half the outer diameter of the second coil (5) and that the longitudinal axis of the core (3) is radial to the spiral shape of the second coil (5) lies.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the second coil (5) is rectangular spiral, that the core (3) is arranged such that its longitudinal axis is perpendicular to two parallel opposite outer sides of the rectangular spiral second coil (5) and that the length of the core (3) is at most equal to half (k / 2) of the width (k) of the second coil (5) measured in the longitudinal direction of the core (3).

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that a further second coil (5a) is applied in an electrically insulated manner to the substrate (13; 3; 5) equipped with the core (3) and the second coil (5) , wherein the two second coils (5, 5a) are arranged symmetrically to the surface of the core (3), which is only present once, above the first second coil (5), and that the two second coils (5, 5a) are electrically connected in opposite directions in series .

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ferromagnetic material of the core (3) is permalloy or magnetic glass.

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