CN104677985A - 导电异物检测设备 - Google Patents

Abstract

一种导电异物检测设备，包括：激励线圈，其被配置为向基本物质施加AC磁场，所述AC磁场穿过所述基本物质；磁性传感器，其被配置为检测由基本物质的表面上或者基本物质中的导电异物引起的AC磁场的改变；噪声降低线圈，其被配置为通过产生针对AC磁场的预定磁场来降低除了AC磁场的改变以外的、频率实质上与AC磁场的频率相同的噪声；以及电流控制器，其被配置为控制噪声降低线圈的驱动电流和相位以使除了AC磁场的改变以外的、频率实质上与AC磁场的频率相同的噪声最小。

Description

导电异物检测设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年11月27日提交的日本专利申请第2013-245339号的优先权，其内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及导电异物检测设备。

背景技术

通过利用磁性来检测导电异物的方法包括向导电异物施加AC(交流)磁场的检测方法和向导电异物施加DC(直流)磁场的检测方法。在向导电异物施加DC磁场的检测方法中，由于要使导电异物磁化，因此存在作为检测对象的导电异物由磁性材料制成的需要。因此，通过向导电异物施加DC磁场的检测方法无法检测非磁性材料。

在向导电异物施加AC磁场的检测方法中，在导电异物由磁性材料制成的情况下，检测通过进行磁化而引起的磁场的改变。在导电异物由非磁性材料制成的情况下，检测到由因AC磁场在导电异物中产生的涡流所产生的次级磁场。出于该原因，通过施加AC磁场的检测方法，可以检测到导电异物，而与导电异物是由磁性材料还是非磁性材料制成无关。因此，在未识别导电异物的类型的情况下，施加AC磁场的检测方法非常有效。

作为检测为非磁性材料的导电异物的方法，已知使用检测线圈的方法和使用磁性传感器的方法。在使用检测线圈的方法中，如在日本未审查专利申请公布第2010-230605号中所描述的那样，通过检测由磁通量的改变而引起的检测线圈的电感的改变作为相位的改变来检测导电异物。然而，在该方法中，存在灵敏度低、频率特性差以及检测单元的尺寸增长的问题。

使用磁性传感器的方法包括使用SQUID(超导量子干涉装置)的方法、使用磁通门(flux-gate)的方法、使用磁阻元件的方法以及使用磁阻抗元件的方法。虽然使用SQUID的方法在灵敏度方面优良，但是由于需要通过液态氦来使其冷却，因此存在经济效率低以及检测单元的尺寸增长的问题。使用磁通门的方法在尺寸小和频率特性差的情况下由于线圈匝数小而存在SNR(信噪比)低的问题。在使用磁阻元件或磁阻抗元件的情况下，由于实现了高灵敏度、宽频特性以及小尺寸的要求，因此该方法适合于检测导电异物。

然而，由导电异物中产生的涡流所产生的次级磁场的强度低。出于该原因，存在根据来自激励线圈的AC磁场、由于影响磁性传感器的输出的各分量而SNR减小的问题，这些分量是诸如由来自激励线圈的AC磁场在传感器布线中感应的电压、由布置在传感器周围的诸如引脚(pin)和磁体之类的金属部件中产生的涡流所产生的次级磁场等。由于涡流的相位根据距表面的深度而延迟，因此金属部件中产生的涡流所产生的次级磁场延迟。由于涡流的相位根据距表面的深度而延迟，因此由金属部件中所产生的涡流产生的次级磁场的相位延迟。由于被施加至传感器布线和金属部件的磁场根据磁场中传感器的倾斜和传感器的位置来改变，因此频率基本上与信号分量的频率相同的整体背景噪声的振幅和相位不恒定。因此，传感器和设备中的每一个均具有各自的差异。

在日本未审查专利申请公布第H4-221757号和日本未审查专利申请公布第H8-15229号中，描述了使用SQID的方法。虽然在两个专利参考文献中都公开了抵消线圈(cancelling coil)，但是该抵消线圈是通过振幅与激励线圈的振幅相同且相位与激励线圈的相位相反的信号来驱动的，并且不执行相位控制。

在日本未审查专利申请公布第2001-33430号中，描述了使用具有不同构造的磁通门的方法。虽然在该专利参考文献中描述了对振幅和相位进行控制，但是对振幅和相位进行控制是要抵消因来自激励线圈的AC磁场对磁性传感器的直接作用而产生的噪声分量，而不是要抵消因来自激励线圈的AC磁场对传感器布线和金属部件的作用而间接产生的噪声分量。

因此，通过在这些专利参考文献中所描述的技术，难以通过减小频率与来自激励线圈的AC磁场的频率相同的噪声分量来抑制背景噪声分量。

发明内容

一种导电异物检测设备可以包括：激励线圈，其被配置为向基本物质(base substance)施加AC磁场，所述AC磁场穿过所述基本物质；磁性传感器，其被配置为检测由基本物质的表面上或者基本物质中的导电异物引起的AC磁场的改变；噪声降低线圈，其被配置为通过产生针对AC磁场的预定磁场来降低除了AC磁场的改变以外的、频率实质上与AC磁场的频率相同的噪声；以及电流控制器，其被配置为控制噪声降低线圈的驱动电流和相位以使除了AC磁场的改变以外的、频率实质上与AC磁场的频率相同的噪声最小。

附图说明

图1是示出在检测导电异物之前降低频率与信号分量的频率基本上相同的背景噪声的处理的框图。

图2是示出检测导电异物的处理的框图。

图3是示出当通过使用导电异物检测设备来检测导电异物时磁性传感器的输出信号的波形的曲线图。

图4A是示出在相位是特定值并且驱动电流I改变的情况下驱动电流I与噪声输出V_N之间的关系的图。

图4B是示出在相位是特定值并且驱动电流I改变的情况下驱动电流I与噪声输出V_N之间的关系的图。

图4C是示出在相位是特定值并且驱动电流I改变的情况下驱动电流I与噪声输出V_N之间的关系的图。

图5是示出在驱动电流I是固定值的情况下噪声降低线圈5的驱动电流I与噪声输出V_N之间的关系的图。

图6是示出电流控制器6确定噪声降低线圈5的驱动电流和相位的步骤的流程图。

图7是示出具有两个磁阻元件的磁性传感器的示例的图。

图8是示出桥接电路8的示例的图。

图9是示出在第二实施例中的导电异物检测设备1B(1)的示例的图。

图10是示出涡流检测设备30的示例以及示出涡流检测设备30检测缺陷16的框图的图。

图11是示出并联谐振电路的图。

图12是示出串联谐振电路的图。

图13是示出在另一实施例中的导电异物检测设备的示例的图。

具体实施方式

现在，本文将参照说明性优选实施例描述本发明的实施例。本领域技术人员将认识到，可以使用本发明的教导来实现许多替选的优选实施例，并且本发明不限于本文中为了说明目的而示出的优选实施例。

本发明的一些实施例的第一目的是提供如下的导电异物检测设备，该导电异物检测设备通过减小频率与来自激励线圈的AC磁场的频率基本上相同的噪声分量来抑制背景噪声分量。

(第一实施例)

图1和图2是本实施例的导电异物检测设备的示例性结构的图。图1是示出在检测导电异物之前降低频率与信号分量的频率基本上相同的背景噪声的处理的框图。图2是检测导电异物的处理的框图。图3是示出当通过使用导电异物检测设备检测导电异物时磁性传感器的输出信号的波形的曲线图。

导电异物检测设备1A(1)包括激励线圈2、电流控制器3、磁性传感器4、噪声降低线圈5、电流控制器6、带通滤波器7和桥接电路8。

激励线圈2将AC磁场施加到AC磁场可以穿过的薄片(基本物质)10。在本实施例中，换言之，“AC磁场可以穿过的薄片(基本物质)10”是“由导电异物引起的磁性改变可以穿过的基本物质”或者“由涡流产生的次级磁场可以穿过的基本物质”。电流控制器3控制激励线圈2的驱动电流和相位。

图11是示出并联谐振电路的图，以及图12是示出串联谐振电路的图。如图11和图12所示，导电异物检测设备1A(1)包括在其中电容器14连接到激励线圈2的谐振电路13是更有效的。谐振电路13以大约谐振电路13的谐振频率驱动激励线圈2，使得谐振电路13的阻抗可以更小并且更多电流可以在激励线圈2中流动。因此，可以增加施加到导电异物11的AC磁场的强度，并且可以增加来自磁性传感器4的输出信号。

磁性传感器4(磁敏元件)检测由在薄片10的表面上或在薄片10中的导电异物11引起的AC磁场的改变。作为磁性传感器4，可以使用各向异性磁阻元件(AMR)、巨型磁阻元件、隧道磁阻元件(TMR)或诸如由电阻根据所施加的磁场改变的、由纳米颗粒膜和软磁薄膜制成的隧道磁阻之类的磁阻元件。此外，作为磁性传感器4，可以使用由电阻抗根据所施加的磁场改变的、由软磁材料制成的非晶丝或膜的磁阻抗元件。磁性传感器4布置在激励线圈2的正下方，以使得磁性传感器4的磁敏感方向垂直于激励线圈2产生的AC磁场。

可以通过大体积磁体(未示出)向磁性传感器4施加偏置磁场。作为大体积磁体，例如，可以使用主要成分是钐和钴的SmCo磁体。例如，对磁体进行处理以使其具有0.8平方毫米×0.5毫米的立方体形状。磁极面的两面都是0.8平方毫米且被磁化。

作为大体积磁体，除了主要成分是钐和钴的SmCo磁体外，还可以使用主要成分是钕、铁和硼的钕磁铁、主要成分是氧化铁的铁氧体磁体、主要成分是铝、镍、钴和铁的铝镍钴磁体以及主要成分是铁、铬和钴的磁体。在本实施例中，使用了具有高温稳定性和高可工作性的SmCo磁体。

通过带通滤波器7检测来自磁性传感器4的输出信号分量。带通滤波器7缩窄来自磁性传感器4的输出信号分量的带宽，使得可以抑制除了信号分量外的噪声分量。因此，可以改进作为输出信号分量与噪声分量之比的SNR。

具体地，带通滤波器7包括振荡器是更有效的。通过使用包括具有高Q值(高可选择性)的振荡器在内的带通滤波器7，可以更多地缩窄来自磁性传感器4的输出信号分量的带宽，可以更多地抑制除了信号分量外的噪声分量。例如，振荡器是诸如晶体振荡器、陶瓷振荡器、硅振荡器等。

虽然以上描述了包括带通滤波器7的导电异物检测设备1A(1)的示例，但是导电异物检测设备1A(1)可以包括代替带通滤波器7的锁定放大器。

当导电异物检测设备1A(1)执行导电异物检测时，电流控制器3驱动激励线圈2，并且AC磁场被施加。此时，通过激励线圈2所产生的AC磁场在来自磁性传感器的输出中直接或间接生成背景噪声。背景噪声的频率基本上与AC磁场的频率相同。噪声降低线圈5被布置成最小化背景噪声。

噪声降低线圈5生成针对激励线圈2所产生的AC磁场的预定磁场，使得可以降低除了磁性改变以外的、频率与AC磁场的频率相同的噪声分量。根据通过桥接电路8和带通滤波器7的信号分量来控制噪声降低线圈5。噪声降低线圈5布置在激励线圈2之下以面向激励线圈2。

电流控制器6控制噪声降低线圈5的驱动电流和相位。通过控制噪声降低线圈5的驱动电流和相位，可以降低包括在来自磁性传感器4的输出信号中的背景噪声。

导电异物检测设备1A(1)通过控制噪声降低线圈5的驱动电流和相位来使得除了磁性改变以外的、频率与AC磁场的频率相同的噪声分量最小。

图4A、图4B和图4C是示出噪声降低线圈5的驱动电流I(横轴)与噪声输出V_N(纵轴)之间的关系的图。图4A是示出在相位是特定值并且驱动电流I改变的情况下驱动电流I与噪声输出V_N之间的关系的图。图4B是示出在相位是特定值并且驱动电流I改变的情况下驱动电流I与噪声输出V_N之间的关系的图。图4C是示出在相位是特定值并且驱动电流I改变的情况下驱动电流I与噪声输出V_N之间的关系的图。当驱动电流I改变时，噪声输出V_N并不始终具有最小值。以下通过使用图4A、图4B和图4C分别描述这些情况示例。

图4A是驱动电流I越大、噪声输出V_N就越大的情况示例。图4A具有正斜率。图4B是驱动电流I越大、噪声输出V_N就越小的情况示例。图4B具有负斜率。因此，图4A所示的曲线图和图4B所示的曲线图不具有任何最小值。相反，图4C是驱动电流I越大、噪声输出V_N就改变成向下凸起形的情况示例。图4C具有最小值。值I_S是当观察到最小值V_N1时的驱动电流。

图5是示出在驱动电流I是固定值的情况下噪声降低线圈5的驱动电流I(横轴)与噪声输出V_N(纵轴)之间的关系的图。与图4相同地，虽然图5中仅示出了具有最小值的一个示例，但是在相位改变的情况下，噪声输出V_N并不始终具有最小值。

因此，考虑噪声输出V_N变为最小的条件(驱动电流I与相位的组合)。在本实施例中，随着改变噪声降低线圈5的驱动电流I，获得最小值V_N1的驱动电流。接下来，驱动电流I_S固定，并且随着改变噪声降低线圈5的相位获得最小值V_N2的相位即，“一种用于通过改变驱动电流I和相位重复搜索最小值来获得驱动电流I与相位的组合以使得噪声输出最小的方法”是本实施例的概要。以下通过使用图6来详细描述本实施例的方法。

图6是示出电流控制器6确定噪声降低线圈5的驱动电流和相位的步骤的流程图。该流程图表示“用于获得驱动电流I与相位的组合以使噪声输出最小的方法”。在导电异物11没有影响的条件下执行流程图。

首先，在第一步骤S1中，电流控制器6在使得噪声降低线圈5的相位固定并且改变驱动电流I的情况下获得噪声输出V_NI。接下来，在第二步骤S2中，电流控制器6确定噪声输出V_N1是否为最小值。根据是否观察到图4C所示的曲线图来执行该确定。

在噪声输出V_N1不是最小值的情况下，也就是说，在观察到图4A或图4B所示的曲线图的情况下，电流控制器6确定为“否”，并且处理返回到第一步骤S1。此后，电流控制器6在改变驱动电流I的情况下再次获得噪声输出V_N1。执行该循环(La：S1→S2→“否”→S1)，直到获得噪声输出V_N1的最小值为止。

通过该循环La，在噪声输出V_N1是最小值的情况下(在获得“驱动电流I和相位的组合”的情况下)，电流控制器6确定为“是”，并且处理进入第三步骤S3。

在第三步骤S3中，电流控制器6确定“作为最小值的噪声输出V_N1”是否小于“在使得驱动电流I固定且改变相位的情况下的噪声输出V_N2”。仅在第一次，将预定值用作噪声输出V_N2。此后，使用稍后描述的第五步骤S5中获得的噪声输出V_N2。

在第二步骤S2中所确定的“作为最小值的噪声输出V_N1”小于噪声输出V_N2的情况下(是：V_N2>V_N1)，处理进入第四步骤S4。

在第二步骤S2中所确定的“作为最小值的噪声输出V_N1”大于或等于噪声输出V_N2的情况下(是：V_N2<V_N1or V_N2＝V_N1)，处理不进入第四步骤S4，该流程图的处理结束。通过此时的驱动电流与相位的组合，电流控制器6确定获得了噪声输出V_N的最小值。

在第三步骤S3中电流控制器6确定为是(V_N2>V_N1)的情况下，电流控制器6通过在第四步骤S4中使得噪声降低线圈5的驱动电流I固定并且改变相位来获得噪声输出V_N2。

接下来，在第五步骤S5中，电流控制器6确定噪声输出V_N2是否为最小值。根据是否观察到图5所示的曲线图来执行该确定。

在噪声输出V_N2不为最小值的情况下，也就是说，在未观察到最小值并且观察到单调增加或单调减少的情况下，电流控制器6确定为“否”，处理返回到第四步骤S4，电流控制器6再次改变相位并且获得噪声输出V_N2。电流控制器6重复执行循环(Lb:S4→S5→“否”→S4)，直到获得噪声输出V_N2的最小值为止。

通过该循环Lb，在噪声输出V_N2是最小值的情况下(在获得“驱动电流I和相位的组合”的情况下)，电流控制器6确定为“是”，并且处理进入第六步骤S6。

在第六步骤S6中，电流控制器6确定“作为最小值的噪声输出V_N2”是否小于“在使得相位固定并且改变驱动电流I的情况下的噪声输出V_N1”。此时，使用在第二步骤S2中获得的噪声输出V_N1。

在第五步骤S5中确定的“作为最小值的噪声输出V_N2”小于噪声输出V_N1(是：V_N1>V_N2)的情况下，处理不结束，处理再次返回到第一步骤S1。

在第五步骤S5中确定的“作为最小值的噪声输出V_N2”大于或等于噪声输出V_N1(是：V_N1<V_N2或V_N1＝V_N2)的情况下，处理没有返回到第一步骤S1，该流程图的处理结束。通过此时的驱动电流与相位的组合，电流控制器6确定获得了噪声输出V_N的最小值。

如上所述，在本实施例中，电流控制器6通过使得噪声降低线圈5的相位固定并且改变驱动电流I来获得具有噪声输出V_N1的最小值的电流值(驱动电流I)。在该电流值(驱动电流I)下，电流控制器6通过改变噪声降低线圈5的相位来获得观察到噪声输出V_N2的最小值处的相位即，电流控制器6在改变驱动电流I和相位的情况下重复搜索噪声输出V_N的“最小值”，并且电流控制器6最终获得了得到噪声输出的“最小值”处的驱动电流I与相位的组合。通过该处理，可以将包括在来自磁性传感器4的输出信号中的噪声分量抑制到比传统方法小的水平。

在上述的本实施例中，虽然首先改变驱动电流I，但是也可以首先改变相位并且此后，可以改变驱动电流I。

图2是示出通过使用导电异物检测设备1A(1)来检测导电异物的处理的框图。电流控制器3控制激励线圈2，并且AC磁场被施加到薄片10。通过从激励线圈2向薄片10上的导电异物11施加AC磁场，在导电异物11由磁性材料制成的情况下，通过磁化来产生磁场的变化。在导电异物11由非磁性材料制成的情况下，次级磁场变化由AC磁场在导电异物11中所产生的涡流产生。

更有效的是，磁性传感器4布置在激励线圈2正下方以及包括导电异物11的薄片10下面，并且磁性传感器4的磁敏感方向垂直于由激励线圈2引起的AC磁场。

电流控制器6通过使用在减小“背景噪声分量V_N”时通过上述方法获得的驱动电流和相位来驱动噪声降低线圈5。电流控制器6通过控制驱动电流和相位、根据来自激励线圈2的AC磁场来校正如下的背景噪声分量，该背景噪声分量的频率与由影响来自磁性传感器4的输出的分量引起的AC磁场的频率相同。通过该处理，可以提高作为输出信号分量与噪声分量之比的SNR。

通过经过带通滤波器7、过滤由元件和环境磁场引起的噪声，电流控制器6检测来自磁性传感器4的输出。通过该处理，噪声影响可以更小，并且可以检测磁场的变化。此外，通过针对每个设备控制驱动电流和相位，可以减小每个设备的个体差异，并且可以稳定地检测输出信号分量。

图3是示出当通过使用图1和图2所示的导电异物检测设备1A(1)来检测导电异物11时来自磁性传感器4的输出信号的波形的曲线图。

输出信号根据在恒定的AC磁场中磁性传感器4与导电异物11之间的距离而改变。出于该原因，在导电异物11沿着磁性传感器4的磁敏感方向在磁性传感器4正上方经过的情况下，在图3中示出了输出信号的形状。由于输出信号因由导电异物11中产生的涡流而产生的磁场的次级改变而引起，因此输出信号是AC信号。在图3中，示出了输出信号的振幅。在导电异物11存在于磁性传感器4正上方的情况下，也就是说，在导电异物11存在于最靠近磁性传感器4的狭窄区域中的情况下，由于因导电异物11中产生的涡流而产生的磁场的次级改变减少，因此输出信号小。

在上述实施例中，虽然磁性传感器4具有一个磁阻元件，但是如图7所示，磁性传感器4可以具有两个磁阻元件。

具体地，磁性传感器4具有第一磁阻元件4a和第二磁阻元件4b。第一磁阻元件4a和第二磁阻元件4b被布置成使得其磁敏感方向是彼此相反的方向。通过将第一磁阻元件4a和第二磁阻元件4b布置成使得其磁敏感方向是彼此相反的方向，可以显著抑制由环境磁场和这些元件的特性引起的噪声影响。

如图8所示，磁性传感器4的磁阻元件可以具有桥接电路8。在两个磁阻元件4a和4b(磁阻元件4)包括在磁性传感器4中的情况下，如图8所示，两个磁阻元件4a和4b(磁阻元件4)被布置成使得其磁敏感方向为彼此相反的方向。通过该布置，可以显著地抑制由环境磁场和这些元件的特性引起的噪声影响。在仅一个磁阻元件包括在磁性传感器4中的情况下，磁阻元件布置在磁阻元件4a的位置处。

在以上所述的本实施例中，电流控制器6通过控制噪声降低线圈5的驱动电流和相位来使得包括在来自磁性传感器4的输出信号中的噪声分量最小。然而，本发明不限于上述实施例。如图13所示，电流控制器3可以根据来自磁性传感器4的电信号来控制激励线圈2的驱动电流和相位以降低噪声。由于确定驱动电流和相位的方法与图6所示的方法相同，因此将省略对其的描述。

具体地，在导电异物检测设备1A(1)中，电流控制器3通过控制激励线圈2的驱动电流和相位来使得除了磁性改变以外的、频率与AC磁场的频率相同的噪声分量最小，该噪声分量包括在来自磁性传感器4的输出信号中。

由于确定激励线圈2的驱动电流和相位的步骤是与确定噪声降低线圈5的驱动电流和相位的步骤(参照图6)实际上相同的步骤，因此将省略对其的详细描述。

具体地，首先，电流控制器3在改变驱动电流的情况下获得具有噪声输出的最小值的电流值。在该电流值下，电流控制器3在改变激励线圈2的相位的情况下获得噪声输出最小处的相位。即，电流控制器3在改变驱动电流和相位的情况下重复搜索最小值，并且电流控制器3最终获得了得到噪声输出的最小值处的驱动电流与相位的组合。通过该处理，可以最小化包括在来自磁性传感器4的输出信号中的噪声分量。

在以上所述的本实施例中，虽然激励线圈2的尺寸与噪声降低线圈5的尺寸相同，但是不一定要求相同尺寸。例如，噪声降低线圈5的直径可以小于激励线圈2的直径。通过使得噪声降低线圈5的直径小于激励线圈2的直径，可以有效地减小来自磁性传感器4的输出信号的噪声分量。

(第二实施例)

图9是示出第二实施例中的导电异物检测设备1B(1)的示例的图。在该图中，与第一实施例中的部件相对应的部件被分配了相同的附图标记，并且将省略对其的描述。

导电异物检测设备1B(1)具有传送薄片10的传送机构。例如，传送机构是传送辊20。通过与图1和图2相同的方法，检测到在一个方向上移动的薄片10上的导电异物11。通过在通过传送机构移动薄片10的情况下进行检查，可以与薄片10不接触地、顺序地执行导电异物11的检查，例如，可以在不停止生产点中的生产线的情况下执行导电异物11的检查。

[涡流检测设备]

图10是示出涡流检测设备30的示例以及示出涡流检测设备30检测在金属薄片15的表面上或者在金属薄片15中的缺陷16的框图的图。在该图中，与上述的导电异物检测设备1A(1)的部件相对应的部件被分配了相同的附图标记，并且将省略对其的描述。

涡流检测设备30包括激励线圈2、电流控制器3、磁性传感器4、噪声降低线圈5和电流控制器6。激励线圈2向AC磁场可以穿过的金属薄片(金属基本物质)15施加AC磁场。磁性传感器4检测由在金属薄片15的表面上或者在金属薄片15中的缺陷16引起的AC磁场的磁性改变。噪声降低线圈5通过向AC磁场施加预定的磁场来减小除了磁性改变以外的、频率与AC磁场的频率相同的噪声分量。电流控制器6控制噪声降低线圈5的驱动电流和相位。

当涡流检测设备30检测缺陷16时，电流控制器3驱动激励线圈2，并且AC磁场被施加。此时，通过激励线圈2产生的AC磁场在来自磁性传感器4的输出中直接或间接产生背景噪声。该背景噪声的频率基本上与AC磁场的频率相同。噪声降低线圈5被布置成最小化背景噪声。

在涡流检测设备30中，电流控制器6通过控制噪声降低线圈5的驱动电流和相位来使得除了磁性改变以外的、频率与AC磁场的频率相同的噪声分量最小。该噪声分量包括在来自磁性传感器4的输出信号中。

由于确定噪声降低线圈5的驱动电流和相位的步骤与导电异物检测设备1A(1)的步骤(参照图6)相同，因此将省略对其的详细描述。

在本实施例中，首先，电流控制器3在改变驱动电流I的情况下获得具有噪声输出V_N的最小值的电流值。在该电流值下，电流控制器3在改变相位的情况下获得噪声输出V_N最小的相位。即，电流控制器3在改变驱动电流I和相位的情况下重复地搜索最小值，并且电流控制器3最终获得了得到噪声输出的最小值处的驱动电流I与相位的组合。通过该处理，可以最小化包括在来自磁性传感器4的输出信号中的噪声分量。

当涡流检测设备30检测缺陷16时，电流控制器3控制激励线圈2，并且AC磁场被施加到金属薄片15上。通过从激励线圈2向金属薄片15的表面上或金属薄片15中的缺陷16施加AC磁场，涡流根据缺陷16的不连续部分而改变，并且产生了磁场的改变。磁性传感器4布置在激励线圈2的正下方以及包括缺陷16的金属薄片15下方，以使得磁性传感器4的磁敏感方向垂直于激励线圈2所产生的AC磁场。

电流控制器6通过在降低背景噪声分量时使用通过上述方法获得的驱动电流和相位来驱动噪声降低线圈5。电流控制器6通过控制驱动电流和相位、根据来自激励线圈2的AC磁场来校正如下的背景噪声分量，该背景噪声分量的频率与由影响来自磁性传感器4的输出的分量引起的AC磁场的频率相同。通过该处理，可以提高作为输出信号分量与噪声分量之比的SNR。

来自磁性传感器4的电信号通过带通滤波器7，并且对由元件和环境磁场引起的噪声进行滤波。电流控制器6检测滤波后的来自磁性传感器4的电信号。通过该处理，噪声影响可以更小，并且可以检测到由金属薄片15的表面上或金属薄片15中的缺陷16引起的磁场的改变。此外，通过针对每个设备控制驱动电流和相位，可以减小每个设备的个体差异，并且可以稳定地检测输出信号分量。

在图10中，虽然金属薄片15布置在激励线圈2下方并且磁性传感器4布置在激励线圈2的正下方以及金属薄片15的下方以使得磁性传感器4的磁敏感方向垂直于由激励线圈2所产生的AC磁场，但是本发明不限于本实施例。例如，磁性传感器4和噪声降低线圈5可以被布置在激励线圈2正下方，并且金属薄片15可以被布置在较远的下方。

(示例)

以下描述检验实施例的效果的示例。虽然在下述的示例中描述了具体数字值，但是这些数字值仅仅是示例并且本发明不限于这些数字值。

在第一示例和第二示例中，导电异物检测设备用于在异物不存在的状态下控制噪声降低线圈的驱动电流和相位以使得包括在来自磁性传感器的输出信号中的噪声分量最小。

[第一示例]

在第一示例中，如图1所示，使用了具有被用作磁性传感器的巨型磁阻元件(GMR)的导电异物检测设备。电流控制器用于在32.7661[kHz]、129.3Vp-p以及0度的条件下控制内部直径＝20[mm]、R＝0.19[Ω]和L＝0.205[mH]的激励线圈。磁性传感器的GMR被用作桥接电路的计量器。激励线圈与磁性传感器之间的距离被设置为约6[mm]，并且噪声降低线圈与磁性传感器之间的距离被设置为约4[mm]。在利用相同的极性电流进行驱动的情况下，来自激励线圈的磁场和来自噪声降低线圈的磁场彼此方向相反。

通过上述方法，获得使得噪声分量最小的驱动电流与相位的组合。当电流控制器用于在32.7661[kHz](相同频率)、52.9Vp-p以及131度的条件下驱动内部直径＝20[mm]、R＝0.19[Ω]和L＝0.205[mH]的噪声降低线圈时，磁性传感器的输出与在激励控制器控制激励线圈之前的输出大致相同。因此，减小了频率与AC磁场的频率相同的噪声分量。

[第二示例]

在第二示例中，如图7所示，使用了具有用作磁性传感器的两个巨型磁阻元件(GMR)的导电异物检测设备。电流控制器用于在32.7661[kHz]、129.3Vp-p以及0度的条件下控制内部直径＝20[mm]、R＝0.19[Ω]和L＝0.205[mH]的激励线圈。磁性传感器的两个GMR被用作桥接电路的电力供给的两个计量器，并且被施加到两个GMR中的每一个上的偏置磁场彼此方向相反。激励线圈与磁性传感器之间的距离被设置为约6[mm]，以及噪声降低线圈与磁性传感器之间的距离被设置为约4[mm]。在利用相同极性电流进行驱动的情况下，来自激励线圈的磁场和来自噪声降低线圈的磁场彼此方向相反。

通过上述方法，获得了使得噪声分量最小的驱动电流与相位的组合。当电流控制器用于在32.7661[kHz](相同频率)、27Vp-p以及13.2度的条件下驱动内部直径＝20[mm]、R＝0.19[Ω]和L＝0.205[mH]的噪声降低线圈时，来自磁性传感器的输出与在激励控制器控制激励线圈之前的输出大致相同。因此，减小了频率与AC磁场的频率相同的噪声分量。

在第三示例和第四示例中，通过控制导电异物的位置并且将输出的振幅最大的位置处的信号分量与包括在输出信号中的噪声分量进行比较来获得SNR。

[第三示例]

在第三示例中，如图1所示，使用了具有用作磁性传感器的巨型磁阻元件(GMR)的导电异物检测设备。在与第一示例相同的条件下执行的非磁性铝球的导电异物检测。导电异物布置在磁性传感器正上方约1[mm]的平面内。导电异物沿着磁性传感器的磁敏感方向移动通过磁性传感器正上方的位置，并且输出信号被检测到。

电流控制器用于在32.7661[kHz](相同频率)、52.9Vp-p以及131度的条件下控制内部直径＝20[mm]、R＝0.19[Ω]和L＝0.205[mH]的激励线圈。

此时，从桥接电路经过仪表放大器(未示出)的信号的SNR为1.10。来自仪表放大器的信号通过中心频率为32.77[kHz]以及Q为约30的带通滤波器。通过带通滤波器的信号的SNR为1.77。来自带通滤波器的信号通过中心频率为32.7661[kHz]的晶体振荡器滤波器。通过晶体振荡器滤波器的信号的SNR为13.8。

作为上述结果，电流控制器用于控制噪声降低线圈以减小除了由导电异物引起的磁性改变以外的、频率与AC磁场的频率相同的噪声分量，抑制了频率基本上与信号分量的磁性改变的频率相同的背景噪声的影响。

具体地，由于通过使用带通滤波器使通过频率的带宽缩窄来抑制频率与信号分量的频率不同的噪声分量，因此提高了作为输出分量与噪声分量之比的SNR。

[第四示例]

在第四示例中，如图7所示，使用了具有用作磁性传感器的两个巨型磁阻元件(GMR)的导电异物检测设备。在与第二示例相同的条件下执行的非磁性铝球的导电异物检测。导电异物布置在磁性传感器正上方约1[mm]的平面内。导电异物沿着磁性传感器的磁敏感方向移动通过磁性传感器正上方的位置，并且输出信号被检测到。

电流控制器用于在32.7661[kHz](相同频率)、27Vp-p以及13.2度的条件下控制内部直径＝20[mm]、R＝0.19[Ω]和L＝0.205[mH]的激励线圈。

此时，从桥接电路经过仪表放大器的信号的SNR为2.25。来自仪表放大器的信号通过中心频率为32.77[kHz]并且Q为约30的带通滤波器。通过带通滤波器的信号的SNR为5.13。来自带通滤波器的信号通过中心频率为32.7661[kHz]的晶体振荡器滤波器。通过晶体振荡器滤波器的信号的SNR为36.8。

作为上述结果，电流控制器用于控制噪声降低线圈以减小除了由导电异物引起的磁性改变以外的、频率与AC磁场的频率相同的噪声分量，抑制了频率基本上与信号分量的磁性改变的频率相同的背景噪声的影响。

具体地，通过将磁性传感器布置成使得两个巨型磁阻元件的磁敏感方向是彼此相反的方向，抑制了由环境磁场和元件的特性引起的噪声影响并且提高了SNR。

作为参考实验，在与第二示例相同的条件下执行的非磁性铝球的导电异物检测。导电异物布置在磁性传感器正上方约1[mm]的平面内。导电异物沿着磁性传感器的磁敏感方向移动通过磁性传感器正上方的位置，并且输出信号被检测到。此时，从桥接电路经过仪表放大器、带通滤波器和晶体振荡器滤波器的信号的SNR为1.74。带通滤波器的中心频率为32.77[kHz]，并且带通滤波器的Q为约30。晶体振荡器滤波器的中心频率为32.7661[kHz]。出于该原因，虽然可以检测到更小的异物，但是SNR变得更小。

虽然以上描述并说明了本发明的优选实施例，但是应该理解，这些实施例是本发明的示例且不被认为是限制性的。在不背离本发明的范围的情况下可以进行添加、省略、替换和其他变型。因此，本发明不被认为是通过以上描述来限制，而是仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (6)

1.一种导电异物检测设备，包括：

激励线圈，其被配置为向基本物质施加AC磁场，所述AC磁场穿过所述基本物质；

磁性传感器，其被配置为检测由所述基本物质的表面上或者所述基本物质中的导电异物引起的所述AC磁场的改变；

噪声降低线圈，其被配置为通过产生针对所述AC磁场的预定磁场来降低除了所述AC磁场的改变以外的、频率实质上与所述AC磁场的频率相同的噪声；以及

电流控制器，其被配置为控制所述噪声降低线圈的驱动电流和相位以使除了所述AC磁场的改变以外的、频率实质上与所述AC磁场的频率相同的噪声最小。

2.根据权利要求1所述的导电异物检测设备，还包括带通滤波器和锁定放大器中的任何一个，

其中，所述电流控制器被配置为经由所述带通滤波器或所述锁定放大器检测来自所述磁性传感器的输出信号分量。

3.根据权利要求2所述的导电异物检测设备，其中，

所述带通滤波器包括振荡器，并且

所述振荡器是晶体振荡器、陶瓷振荡器和硅振荡器中的任一个。

4.根据权利要求1所述的导电异物检测设备，其中，

所述磁性传感器是电阻根据所施加的磁场而改变的磁阻元件和电阻抗根据所施加的磁场而改变的磁阻抗元件中的任一个。

5.根据权利要求4所述的导电异物检测设备，其中，

所述磁性传感器包括第一磁阻元件和第二磁阻元件，

所述第一磁阻元件和所述第二磁阻元件的磁敏感方向是彼此相反的方向。

6.根据权利要求1所述的导电异物检测设备，还包括谐振电路，在该谐振电路中电容器连接至所述激励线圈。