CN104392537A - 软硬磁磁头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了软硬磁磁头，用以测量磁性介质，包括用来测量漏磁场的第一磁性传感器、第二磁性传感器，以及用来提供激励磁场以磁化磁性介质的励磁；其中，第一磁性传感器靠近励磁，第二磁性传感器远离励磁，第一磁性传感器和第二磁性传感器的磁场敏感方向相同且位于磁性介质前进方向的不同位置。本发明还包括用来屏蔽第二磁性传感器附近激励磁场的屏蔽壳，第一磁性传感器和励磁均位于屏蔽壳内。本发明还可包括信号连接线，用于传输电并且输出第一磁场传感器和第二磁场传感器的输出信号。本发明的软硬磁磁头，可一次性精确测量磁性介质的软磁硬磁信号，大大的提高测量精度，进而提高防伪加密等级。

Description

软硬磁磁头

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，特别是软硬磁磁头。

背景技术

在日常生活中，磁性保密技术应用非常广泛，如银行卡、支票、保密文件、钞票、超市商品和图书馆的金属条等，都含有磁性材料用于防伪保密，现有的磁性保密技术为使用磁头对使用磁性保密技术的物体的部分保密区域做粗略的扫描，得到简单的磁信号波形再跟标准信号进行核对达到防伪保密的目的。如钞票的一段磁性条，支票的磁性油墨字符这些比较简单的保密图形，随着近年来造假者的技术的提升，伪造简单的磁性保密图形和磁性条已经成为一种常规技术，不难看出，现有的简单粗糙的磁性保密技术面对越来越先进的制假技术已经不能够有效地实现保密效果。

磁性介质条可以是软磁材料也可以是硬磁材料，也可以是软硬磁材料分布于介质条不同的区域，如果可以通过单个磁头一次性测量磁性介质的软硬磁材料的漏磁场信号，就可以在现有基础上大大提升测量精度。由于软磁材料需要施加外磁场才能精确测量其漏磁场信号，通过现有的磁头，是无法实现单个磁头一次性测量磁性介质条的软磁硬磁信号的。

目前常用的方法是采用测量精度更高的磁电阻元件，尤其是巨磁电阻元件或磁性隧道结元件为敏感元件以提高测量精度，如中国专利号201210276305.6的发明专利披露的用于销售终端的读出磁头；在此基础上，可进一步设置两个磁场敏感方向垂直的传感器对磁性介质测量，以提高测量精度，如申请号为201310380197.1的发明专利披露的用于识别磁性介质的传感器；另外，也可以将其中的一个传感器置于电磁铁中，或通过对磁性介质施加不同方向的励磁场，以测量磁性介质的磁性能分布以提高测量精度，如申请号为201310416135.1的发明专利披露的用于识别磁性介质的传感器。通过以上披露的技术可得知，现有技术尚未披露一种可以同时测量磁性介质软磁、硬磁材料信号的磁头，由于软磁材料需要施加激励磁场才能测量，若设置励磁，则测量到的硬磁和软磁材料的混合信号，如果不设置励磁，则无法测量软磁材料的信号，如申请号为201310416135.1的一种用于识别磁性介质的传感器，将励磁设置于传感器附近，会由于磁场的衰减无法精确测得软磁材料的信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供软硬磁磁头，它可一次性测量磁性介质条的软硬磁信号，大大地提高了测量精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的软硬磁磁头，用以测量磁性介质，包括用来测量漏磁场的第一磁性传感器、第二磁性传感器，以及用来提供激励磁场以磁化磁性介质的励磁；

其中，第一磁性传感器靠近励磁，第二磁性传感器远离励磁，第一磁性传感器和第二磁性传感器的磁场敏感方向相同且位于磁性介质前进方向的不同位置。 

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，还包括用来屏蔽第二磁性传感器附近激励磁场的屏蔽壳，第一磁性传感器和励磁均位于屏蔽壳内。 

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，还包括信号连接线，用于传输电并且输出第一磁场传感器和第二磁场传感器的输出信号。

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，所述第一磁性传感器、第二磁性传感器均包括至少一个磁性传感单元，磁性传感单元包括磁性传感元件；所述屏蔽壳的材料为软磁材料，屏蔽壳位于磁性介质的方向有开口。

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，还包括设置在屏蔽壳内的磁芯，所述磁芯用来将励磁产生的激励磁场汇集到软硬磁磁头表面。

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，所述励磁为两个，这两个励磁的充磁方向是相同的或者相反的，充磁方向相同时则平行于磁性介质前进方向，充磁方向相反时则垂直于磁性介质前进方向。

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，所述磁性传感单元为单电阻、半桥结构和/或全桥结构；所述磁性传感元件为霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件。

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，所述半桥结构为梯度半桥，全桥结构为梯度全桥。

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，还包括用来固定软硬磁磁头的支架。

作为本发明的软硬磁磁头进一步的优化方案，还包括用于保护支架的盖板，盖板覆盖在支架外靠近磁性介质的部分，盖板的材料是耐磨材料。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明的软硬磁磁头，可一次性精确测量磁性介质的软磁硬磁信号，大大的提高测量精度，进而提高防伪加密等级。

附图说明

图1是本发明的软硬磁磁头的第一实施例结构图。

图2是本发明的软硬磁磁头的第二实施例结构图。

图3是本发明的软硬磁磁头的第三实施例结构图。

图4是第一磁性传感器位置沿磁性介质条前进方向的激励磁场场强分布图。

图5是第二磁性传感器位置沿磁性介质条前进方向的激励磁场场强分布图。

附图中的标记解释为：11-第一磁性传感器，12-第二磁性传感器，13-PCB，14-信号连接线，15-励磁，16-磁芯，17-屏蔽壳，18-支架，21-励磁的充磁方向，22-激励磁场方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

软硬磁磁头，用以测量磁性介质，包括用来测量漏磁场的第一磁性传感器11、第二磁性传感器12，以及用来提供激励磁场以磁化磁性介质的励磁15；

其中，第一磁性传感器11靠近励磁15，用来测量软磁材料介质的漏磁场，第二磁性传感器12远离励磁15，用来测量硬磁材料介质的漏磁场，第一磁性传感器11和第二磁性传感器12的磁场敏感方向（Z轴）相同且位于磁性介质前进方向（X轴）的不同位置。

本发明还包括用来屏蔽第二磁性传感器附近激励磁场的屏蔽壳17，第一磁性传感器11和励磁15均位于屏蔽壳内。本发明还包括信号连接线14，用于传输电并且输出第一磁场传感器11和第二磁场传感器12的输出信号；所述第一磁性传感器11、第二磁性传感器12均包括至少一个磁性传感单元，磁性传感单元包括磁性传感元件。所述屏蔽壳17的材料为软磁材料，所述屏蔽壳17位于磁性介质的方向有开口。

软硬磁磁头还包括设置在屏蔽壳17内的磁芯16，所述磁芯16用来将励磁15产生的激励磁场汇集到软硬磁磁头表面。软硬磁磁头的励磁15可以是单个，也可以是两个，两个励磁15的充磁方向21是相同的或者相反的，充磁方向21相同时则平行于磁性介质前进方向（X轴），充磁方向相反时两个励磁15的充磁方向21则垂直磁性介质前进方向（Z轴）。所述磁性传感单元为单电阻、半桥结构和/或全桥结构；所述磁性传感元件为霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件。所述半桥结构为梯度半桥，全桥结构为梯度全桥。所述第一磁性传感器11、第二磁性传感器12还包括相应的电路，所述电路用以处理磁性传感单元的信号。软硬磁磁头还包括用来固定软硬磁磁头的支架18。软硬磁磁头还包括用于保护支架18的盖板，盖板覆盖在支架18外靠近磁性介质的部分，盖板的材料是耐磨材料。

实施例一：

图1是本发明的软硬磁磁头的第一实施例结构图。该实施例提供的软硬磁磁头包括第一磁性传感器11、第二磁性传感器12、信号连接线14、励磁15、磁芯16以及屏蔽壳17。包括用来测量漏磁场的第一磁性传感器11、用来测量漏磁场的第二磁性传感器12和用来提供激励磁场以磁化磁性介质的励磁15；其中，第一磁性传感器11靠近励磁15，用来测量软磁材料介质的漏磁场，第二磁性传感器12远离励磁15，用来测量硬磁材料介质的漏磁场，第一磁性传感器11和第二磁性传感器12的磁场敏感方向（Z轴）相同且位于磁性介质前进方向（X轴）的不同位置。屏蔽壳17，用来屏蔽第二磁性传感器附近激励磁场，第一磁性传感器11和励磁15均位于屏蔽壳内。信号连接线14，用于传输电并且输出第一磁场传感器11和第二磁场传感器12的输出信号。作为待测物的磁性介质未在图中标示，磁性介质条的待测平面为X轴和Y轴组成的平面，X轴为磁性介质的前进方向，Z轴方向为第一磁性传感器11和第二磁性传感器12的磁场敏感方向。21为励磁15的充磁方向，励磁15位于磁芯16之间，磁芯16在待测平面处开口，将励磁15产生的磁场汇聚在开口处，22即为激励磁场方向。

图4是第一磁性传感器位置沿磁性介质条前进方向的激励磁场场强分布图，图5是第二磁性传感器位置沿磁性介质条前进方向的激励磁场场强分布图。该磁场分布是本发明的实际测量结果。如图4中所示，横坐标X为磁性介质的前进方向（即X轴方向），单位为mm；第一磁性传感器11位于磁性介质前进方向x = 0处（对于实施例一来说，为屏蔽壳17沿X轴的正中心，对于实施例二和实施例三来说，为两个励磁15沿X轴方向的正中心），第二磁性传感器12位于磁性介质前进方向x = 0.8 mm处（对于实施例一来说，为为沿X轴方向，屏蔽壳17靠近第二磁性传感器12的一侧距离第二磁性传感器12正中心的距离，对于实施例二和实施例三来说，为沿X轴方向，靠近第二磁性传感器12的励磁15的外边缘距离第二磁性传感器12正中心的距离），纵坐标Bx为处于该位置的沿X轴方向场强分量的大小，单位为高斯（Gs）。工作时，磁性介质条经由Ｘ轴方向前进，先通过第一磁性传感器11，同时励磁场22施加于磁性介质上以磁化磁性介质（励磁场沿方向1的磁场分布图见图4，x = 0的位置即为第一磁场传感器的位置）在这个过程中磁性介质条上的软磁材料被磁化，而硬磁材料由于矫顽力较大因此不会被完全磁化，励磁场不足以改变硬磁材料的磁矩分布，因此在第一磁性传感器11测得此处软磁材料和硬磁材料的混合信号沿其磁场敏感方向（Z轴）上的分量大小。然后磁性介质条继续前进，通过第二磁性传感器12，第二磁性传感器12测得此处软磁材料和硬磁材料的混合信号沿其磁场敏感方向（Z轴）上的分量大小。由于屏蔽壳17的屏蔽效应，在第二磁性传感器的位置激励磁场方向22非常小（如图5，x = 0.8 mm的位置），且硬磁材料本身的剩磁较大且未被完全磁化，因此此处产生的硬磁信号只有少量的减小，而软磁信号相对于第一磁性传感器11位置的输出小很多（约为1/10），通过对比第一磁性传感器11和第二磁性传感器12的信号，如果前后信号相差很大，则磁性介质条以软磁材料为主，如果前后信号相差很小，则磁性介质条以硬磁材料为主。

上述工作过程中，待测物通过第一磁性传感器11和第二磁性传感器12的顺序不是固定的，也可以先通过第二磁性传感器12，再通过第一磁性传感器11。磁性材料的软硬度并没有严格意义上的定义，通常与其矫顽力（Hc）值相关，在本发明中，以矫顽力小于励磁场场强的材料为软磁材料，以矫顽力大于励磁场场强的为硬磁材料，励磁场场强可根据需求设置。

图2是本发明的软硬磁磁头的第二实施例结构图，图3是本发明的软硬磁磁头的第三实施例结构图。实施例二、实施例三和实施例一最大的区别在于没有磁芯16，且没有屏蔽壳17，通过在接近磁性介质条的方向设置两个励磁15来产生激励磁场方向22，进而磁化磁性介质进行测量。由于激励磁场随位置衰减厉害，将第二传感器12设置于远离两个励磁15的位置，其工作状态就不会受到激励磁场的影响。实施例二和实施例三的区别在于励磁15的充磁方向21。

上述三种实施例所披露的软硬磁磁头通过支架18将所有部件固定，支架18是一种异形结构件，其形状和尺寸与第一传感器11、第二传感器12、PCB13、信号连接线14、励磁15、磁芯16（如果有）、屏蔽壳17（如果有）相匹配，支架18外靠近磁性介质的部分包裹有盖板用以保护支架，通常盖板为耐磨材料。第一磁场传感器11和第二磁场传感器12的信号可直接通过信号连接线14输出，也可设置于PCB13上经由信号连接线14输出。

上述的三种实施例中的第一磁场传感器11和第二磁场传感器12包括至少一个磁性传感单元，可根据需求设置多个磁性传感单元实现多路信号输出，每个通道的信号经过隔直差分放大后作为单独的一路信号输出，磁头通道总数由单个通道宽度和磁头总的长度决定。上述的传感单元通常为单电阻、半桥和/或全桥结构，考虑到抗干扰，设置为梯度半桥和梯度全桥为最优选择，此处可参考申请号为201210276305.6的发明专利披露的用于销售终端的读出磁头以及申请号为201210065925.5的发明专利披露的一种磁电阻磁场梯度传感器。

上述的单电阻结构包含一个桥臂，半桥结构包含两个桥臂，全桥结构包含四个桥臂，每个桥臂由一个或多个磁性传感元件串联和/或并联构成，磁性传感元件可以是霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件和/或磁性隧道结元件。其中，巨磁电阻元件和磁性隧道结元件为优选。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.软硬磁磁头，用以测量磁性介质，其特征在于，包括用来测量漏磁场的第一磁性传感器、第二磁性传感器，以及用来提供激励磁场以磁化磁性介质的励磁；

其中，第一磁性传感器靠近励磁，第二磁性传感器远离励磁，第一磁性传感器和第二磁性传感器的磁场敏感方向相同且位于磁性介质前进方向的不同位置。

2.根据权利要求1所述的软硬磁磁头，其特征在于，还包括用来屏蔽第二磁性传感器附近激励磁场的屏蔽壳，第一磁性传感器和励磁均位于屏蔽壳内。

3.根据权利要求1所述的软硬磁磁头，其特征在于，还包括信号连接线，用于传输电并且输出第一磁场传感器和第二磁场传感器的输出信号。

4.根据权利要求2所述的软硬磁磁头，其特征在于，所述第一磁性传感器、第二磁性传感器均包括至少一个磁性传感单元，磁性传感单元包括磁性传感元件；所述屏蔽壳的材料为软磁材料，屏蔽壳位于磁性介质的方向有开口。

5.根据权利要求2所述的软硬磁磁头，其特征在于，还包括设置在屏蔽壳内的磁芯，所述磁芯用来将励磁产生的激励磁场汇集到软硬磁磁头表面。

6.根据权利要求1所述的软硬磁磁头，其特征在于，所述励磁为两个，这两个励磁的充磁方向是相同的或者相反的，充磁方向相同时则平行于磁性介质前进方向，充磁方向相反时则垂直于磁性介质前进方向。

7.根据权利要求4所述的软硬磁磁头，其特征在于，所述磁性传感单元为单电阻、半桥结构和/或全桥结构；所述磁性传感元件为霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件。

8.根据权利要求7所述的软硬磁磁头，其特征在于，所述半桥结构为梯度半桥，全桥结构为梯度全桥。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的软硬磁磁头，其特征在于，还包括用来固定软硬磁磁头的支架。

10.根据权利要求9所述的软硬磁磁头，其特征在于，还包括用于保护支架的盖板，盖板覆盖在支架外靠近磁性介质的部分，盖板的材料是耐磨材料。