CN1442703A

CN1442703A - 磁性检测器

Info

Publication number: CN1442703A
Application number: CN02147305A
Authority: CN
Inventors: 鹫见和正; 长尾知彦; 本藏义信; 森正树
Original assignee: Aichi Chino Microtech K K
Current assignee: Aichi Chino Microtech K K
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2003-09-17
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: KR100566547B1; CN1217200C; EP1343019A2; US20030164765A1; KR20030072219A; TW200303991A; JP2003255029A; JP3786887B2; EP1343019A3; US6909368B2; TWI226450B

Abstract

本发明提供一种磁性检测器，它是由随着外部磁场其阻抗进行变化的磁性阻抗元件(MI元件)11、缠绕在该MI元件11上的检测线圈12及负反馈线圈13，和滤波器70组成，该滤波器70是配设在与磁性检测器的输出端和上述负反馈线圈13相连接的负反馈通路700上以作为对负反馈信号提供频率特性的频率特性提供手段。本发明能以高灵敏度的选择性高精度地对检测对象的频率范围内的磁性信号成分进行检测，同时能达到降低成本的目的。

Description

磁性检测器

(1)技术领域

本发明涉及一种对应外部磁场输出电信号的磁性检测器。

(2)背景技术

原来的磁性传感器(特开平2000-258517号)，如图10所示，设置有阻抗随着外磁场而进行变化的磁性阻抗元件I、把由该磁性阻抗元件I检测出的阻抗的变化变换为电信号的检测线圈C、对所述磁性阻抗元件I产生负反馈磁场的负反馈线圈NC和通过该负反馈线圈NC对所述磁性阻抗元件I产生负反馈磁场来抵消外部磁场的器件。

一般从地球上的地磁等自然界的磁场到人工磁场，因为有从直流到高频率为止的磁场的存在，在这种磁场环境中进行磁场检测的时候，除了检测目的的磁信号以外其它为不要成分，但是所述原有的磁性传感器，因为对检测目的的信号和不要信号不进行区别而进行测出，所以检测目的信号比不要信号成分小的时候通过放大器放大到所希望的值时不要成分将过于变大使信号饱和，导致精度下降。

为了解决上述问题在传感器的后面追加上所定的频率特性的滤波手段的话，为得到所要求的电流需要电流放大器，这样，装置变大的同时，因部件数的增加引起了价格的增高。

(3)发明内容

本发明的目的是提供一种磁性检测器，可对磁性检测器提供对应于检测目的信号和不要信号的频率关系的频率特性的磁性特性，对作为检测目的的信号能够有选择地高灵敏度地检测。

例如，当目的信号是值低的交流；不要信号成分是值高的直流信号成分的时候，需要对交流磁性信号成分以高灵敏度的选择性来测出，与这个相反目的信号是值低的直流而不要信号成分是值高的交流信号成分的时候，需要对直流磁性信号成分以高灵敏度的选择性来测出，而且目的信号是特定的频率范围的信号而不要信号成分是特定的信号范围以外的信号的时候需要对特定的频率范围的信号以高灵敏度的选择性来测出。

本发明的磁性检测器，它包括设有随着外部磁场阻抗进行变化的磁性阻抗元件、把由该磁性阻抗所检测出的阻抗的变化变换为电信号的检测线圈，和控制所述磁性阻抗元件的内部磁场的负反馈线圈，其特点是：与该磁性检测器的输出端和所述负反馈线圈进行连接的负反馈通路上，配置有对负反馈信号提供频率特性的频率特性提供手段。

本发明的磁性检测器，其进一步特点是，所述频率特性提供手段是使所述磁性阻抗元件的内部磁场为零而对磁性检测器提供频率特性的滤波器。

本发明是在配置有阻抗随着外磁场而进行变化的磁性阻抗元件、把由该磁性阻抗元件检测出的阻抗的变化变换为电信号的检测线圈，和控制所述磁性阻抗元件的内部磁场的负反馈线圈的磁性检测器基础上，对与该磁性检测器的输出端和所述负反馈线圈相连接的负反馈电路上配设有频率特性提供手段，由于对检测目的信号能以高灵敏度的选择性来检测而对负反馈信号提供频率特性，因此达到对检测目的的频率领域的磁性信号成分以高灵敏度的选择性高精度进行检测的同时，还降低成本。

因此，采用上述方案，本发明的磁性检测器，是通过在与所述磁性检测器的输出端和所述负反馈线圈相连接的负反馈电路上配设的所述频率特性提供手段对负反馈信号提供频率特性，从而可对检测目的信号的频率领域的磁性信号成分以高灵敏度高精度进行检测，同时能降低成本。

本发明的磁性检测器，由于构成所述频率特性提供手段的所述滤波器使所述磁性阻抗元件的内部磁场为零，而对磁性检测器提供能选择性地检测出作为检测目的的频率领域的磁性信号成分的频率特性的器件，因此能达到以低价格高灵敏度的选择性精度良好地检测出为检测目的的频率领域的磁性信号成分的效果。

(4)附图说明

图1所示为本发明第1较佳实施例的磁性检测器的集成电路图。

图2所示为本发明第2较佳实施例的磁性检测器的集成电路图。

图3所示为本发明第2较佳实施例的由磁性检测器构成的X方向，Y方向，Z方向的地磁观测器使用实例的集成电路图。

图4所示为本发明第3较佳实施例的由磁性检测器构成的纸币检测装置使用实例的侧视图。

图5所示为第3较佳实施例的磁性检测器的集成电路图。

图6所示为第4较佳实施例的磁性检测器的滤波器的带通滤波特性线图。

图7所示为第4较佳实施例的磁性检测器的集成电路图。

图8所示为第4较佳实施例的使用磁性检测器的磁性出入口系统的全体示意图。

图9所示为第4较佳实施例的磁性检测器的详细集成电路图。

图10所示为原有的磁性传感器的组成图。

(5)具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例结合附图进行详细说明。

(第1较佳实施例)

本发明的第1较佳实施例的磁性检测器，如图1所示，包括：随着外部磁场阻抗进行变化的磁性阻抗元件(MI元件)11、绕在该MI元件11周围上的检测线圈12及负反馈线圈13，和滤波器70；该滤波器70是通过对与磁性检测器的输出端和所述负反馈线圈13相连接的负反馈电路700上配设的负反馈信号提供频率特性，并对所述负反馈信号的频率领域的信号成分非常小的频率特性的磁性信号成分能高灵敏度地进行检测的频率特性提供手段。

本第1较佳实施例的磁性检测器，如图1所示，具有输出两个同期脉冲的信号发生器30、与所述检测线圈12相连接的检测电路40和放大检波输出的放大器60。

所述磁性阻抗元件(以下称为MI元件)11，与所述信号发生器30的输出两个同期脉冲端的一个输出端31相接。

所述MI元件11，其阻抗是随着对应于外部磁场的作用于内部的内部磁场的变化而进行变化。从所述输出端31加上脉冲时MI元件11上通过对应于所述阻抗的电流。MI元件11上缠绕的所述检测线圈12通过由所述电流而产生的电压，来输出对应于外部磁场的信息。

所述检波电路40，与所述信号发生器30的另一个输出端32相连接。该检波电路40，由模拟开关41及电容器42组成的抽样控制电路构成，所述检测线圈12的电压由输出端子32的信号的定时来进行控制。

所述放大器60，是放大所述抽样控制电路的电压从输出端子P输出对应对于磁场的信号。

所述滤波器70是构成与磁性检测器的输出端子P和所述负反馈线圈13相连接的所述负反馈电路700上配设的对负反馈信号提供频率特性的频率特性提供手段，它是通过对以对应于外部磁场进行变化的所述MI元件11的内部磁场为零的极性而缠绕在所述MI元件11上的另一个线圈的所述负反馈线圈13进行负反馈，以使所述负反馈线圈13上流过电流来对所述对应于外部磁场作用的所述MI元件11的内部磁场进行抵消的器件。

由上述构成所组成的本第1较佳实施例的磁性检出器，所述输出端子P点的信号中的对应于所述滤波器70的频率特性的频率领域的信号成分通过反馈线圈13进行磁性负反馈。

通过该负反馈能使所述MI元件11的内部磁场相抵消减弱到接近零，所以，所述检测线圈12上出现的只通过滤波器70的频率领域的信号成分为非常小。

一方面，没能通过所述滤波器70的频率领域的信号成分不被负反馈，所述MI元件11的内部磁场不减弱，所述检测线圈12上变换成电压的磁场信号就那样通过放大器60放大输出，所以对作为目的的频率领域内的磁性信号成分能有选择性的高灵敏度地进行检测。

获取上述作用的本第1较佳实施例的磁性检测器，是通过在所述负反馈电路700上插入所述滤波器70，来取得实现具有频率选择性的磁性检测器的效果。

本第1实施例的磁性检测器，排除不要的信号只对磁性信号中为目的的频率成分能以灵敏度高的选择性来检测出。

而且本第1实施例的磁性检测器，只通过在负反馈电路700上插入由少数部件所组成的频率选择电路的所述滤波器70，不需要CR要素以外的电流放大器，就能解决在原来的磁性传感器的後端部上需追加采取所定的频率特性的过滤器的手段，和为了获得所要求的电流而需要的电流放大器而使装置变大的同时，因部件数的增大引起价格提高的问题，同时，对后述的实施例中采用多个的磁性传感器(磁场变动检测器)时候，有利于节省空间和费用。

而且，所述滤波器70可以根据使用目的采用低频通过滤波器、高频通过滤波器、带通滤波器及带断滤波器等。

也就是说，作为目的信号为低频交流不要信号成分为高频直流信号成分的时候需要对交流的磁性信号以高灵敏度的选择性进行检出，这时，采用低频率通过滤波器。

以此相反作为目的信号为低频直流不要信号成分为高频交流信号成分的时候，采用高频率通过滤波器。

(第2较佳实施例)

本第2较佳实施例的磁性检测器，是适用于能高精度地检测出地磁的地震预报等研究用的地磁观测器，以下进行说明。

地磁或者岩石上被着磁的磁场，是直流或者以与其相接近的极低频进行非常缓慢地变动，而且其大小也非常小。因此电动机，发电机等人工的交流磁场信号的混入，成为测量的障碍。所以本实施例中，实现了排除交流成分以高灵敏度的选择性只检测出几乎为直流磁场成分的磁性传感器。

本第2实施例的磁性检测器，如图2所示电气电路基本上与图1所示的所述第1实施例相同，不同的是滤波器70采用了高频通过滤波器，现对这个不同部分为重点来进行说明。

所述滤波器70，为由电容器C71及电阻R71构成的高频通过滤波器，截止频率由电容器容量和阻抗之积来决定，这里作为一例为0.01Hz。

电容器C71的一端与磁性检测器的输出端P相连接另一端和电阻R71一起与所述负反馈线圈13相连接，0.01Hz以上的交流信号成分被负反馈。

这样，本第2实施例的磁性检测器100只对0.01Hz以下的直流信号成分或者与其相近的缓慢地进行变动的磁性信号灵敏度高，对为障碍的交流磁场成分进行排除只对为目的的频率领域的磁性信号成分能高精度地进行测定。

图3为，在X方向，Y方向及Z方向上用3个图2所示的本第2实施例的磁性检测器100来构成的地磁观测器的例子。

即各个磁性检测器X，Y，Z，是配设为在各个矢量方向上具有灵敏度轴的形式，用3个检测器来检测出3次元的直流磁场成分的器件。

各个输出信号，通过A/D变换器71输入到计算机中，通过程序根据演算式把磁场矢量进行数据处理。

(第3实施例)

本第3实施例的磁性检测器，如图4所示是用于检测纸币的检查等被印刷出的油墨中所含有的磁性体的磁场的磁性检测器。

纸币的检查，通常如图4所示，在纸币的插入口到用滚轮搬送到装置内部的过程中，当持有不随纸币的移动的磁场的油墨通过磁性检测器的近傍时的瞬时进行磁场变化的检查。

持有油墨的磁场，因为非常微弱需要灵敏度高的磁性检测器，当磁性检测器的灵敏度高的话就不能忽视地磁的成分，根据纸币检测装置的放置位置，方向等地磁成分以误差量混入进来，会出现引起磁性检测器的饱和等障碍，所以需要排除这些。

一方面，检测器所检测出的油墨的磁场是脉冲状的交流信号，而地磁为直流成分。所以，通过实现对交流成分能选择性的测出的磁场检测器来达到高精度的纸币检查。

本第3实施例的磁性检测器101，如图5所示，是只对交流成分选择性地测出的电路，电路基本上与图1相同，不同的是滤波器70采用的是低频通过滤波器，下面将对不同点作为重点来进行说明。

所述滤波器70，由电容器C72及电阻R72来构成低频通过滤波器，截止频率由电容器容量和电阻值的乘积来决定，本第3实施例设定为10Hz。

所述电阻R72电极的一端与磁性检测器的输出端P相连接，另一端与电容器C72一起和所述负反馈线圈13相连接，10Hz以下的直流信号成分被负反馈。

这样，本第3实施例的磁性检测器101，对10Hz以上的交流磁性信号灵敏度高，对为障碍的直流磁场成分进行排除而对作为目的的频率领域的磁性信号成分能高精度地进行检测。

(第4实施例)

本第4实施例的磁性检测器，是用于对人是否带有刀子及其它磁性体进行检查的磁性出入口系统的磁性检测器。

磁性体，因为是自然着磁所以伴随着人的移动磁场产生变化，由自然着磁形成的磁性体的磁性量为微小量，通常比地磁量还小。所以需要只对作为目的的所述磁场变动成分(信号)能以高灵敏度地有选择性的检测出的磁性检测器。

而且被着磁的磁性体，由人随身带着移动的时候到达磁性检测器的磁场变动信号的频率成分，当人的移动速度从1cm/秒到10m/秒的范围时，为0.01Hz到10Hz的范围。

本第4实施例，为了对0.01Hz以上及10Hz以下的磁性信号有选择性地进行检测，可以采用如图7所示的负反馈电路700上配置有由通过0.01Hz以下的信号的低频过滤器(R75，C75)和通过10Hz以上的信号的高频滤波器(R76，C76)所构成的带阻滤波器的形态，和如图9所示的负反馈电路700上配置的通过0.01Hz以下的信号的低频滤波器771的同时，有为了衰减排除10Hz以上的不要的磁性信号而在输出端P的后端追加的能得到衰减特性的2次低频滤波器772的形态，磁性检测器102为具有如图6所示的频率特性的部件。

所述的图9所示的磁性检测器，在输出端P的后段上追加了2次低频滤波器772，因为电动机及计算机等的人工磁性干扰成分高，这是为了强力排除高的磁性干扰，来提高检测精度。

所以图7及图9所示的检测器，与实现如图6所示的只对0.01Hz以上及10Hz以下的磁性信号有选择性地进行检测的具有带通滤波特性的磁性检测器为等价，可以实现高精度的磁性出入口系统。

本第4实施例的检测器102，如图6或图9所示是只对从0.01Hz到10Hz的带域的磁性信号成分有选择性地进行检测的检测器，电路基本上与图1所示的所述第1实施例相同，不同的只是滤波器70采用的是带阻滤波器，下面对不同部分作为重点进行说明。

信号发生器30，如图9所示由逻辑元件及电阻和电容构成其输出端31对MI元件11，另一个输出端32对检波电路40的模拟开关41发生各个相互为同步的脉冲信号。

所述滤波器70，如图7所示是由电容器C75及C76，电阻R75及电阻76，加法放大器75所构成的带阻滤波器。带阻滤波器，具有低频通过特性和高频通过特性，低频通过的截止频率由电容器C75的容量和电阻R75的电阻值的乘积来决定，这里为0.01Hz。高频通过的截止频率由电容器C76的容量和电阻R76的电阻值的乘积来决定，本第4实施例设定为10Hz。

所述电阻R75一端的电极，与磁性检测器的输出端P相连接，另一端电极，与电容器C75一起和加法放大器75的一个输入端相接，来构成低频滤波器751。

而且所述电容器C76一端的电极，与同所述电阻R75一样的磁性检测器的输出端P相连接，另一端电极与电阻R76一起和加法放大器75的另一个输入端相接，来构成高频滤波器761。

并且所述加法放大器75的输出端，与所述负反馈线圈13相连接，对0.01Hz以下的信号成分和10Hz以上的磁性信号进行负反馈。这样，排除了不要0.01Hz以下的信号成分及10Hz以上的信号成分，能实现伴随着所述磁性体的移动只对从0.01Hz到10Hz的磁场变动信号能选择性地进行检测的高灵敏度的磁性检测器。

如图7所示的放大器60(图9中的符号66与此相当)，如图7及图9所示由OP增幅器及电阻和电容器构成向输出端P输出信号。

如图9所示的频率选择电路7，相当于如图7所示的所述滤波器70。构成所述频率选择电路7的一部分的低频通过滤波器771，由图9中的OP增幅器5及电阻R51和电容器C51构成，截止频率为0.01Hz，相当于图7的所述滤波器70的所述低频滤波器751。该低频通过滤波器771，输入进所述放大器66的输出端P的电压，把0.01Hz以下的滤波输出反馈到反馈线圈13。

以电压形式被检测出的对应着外部磁场的MI元件11的阻抗变化的信号，经过检测线圈12和检波电路40用放大器66进行放大后被输出。该输出信号中的根据所述低频通过滤波器771的低频通过特性被选择的低频信号成分，通过负反馈线圈13被磁性负反馈，得到磁性性的相杀，使得含有向地磁的直流的极低频的信号为非常小。

一方面没有通过图9上的所述频率选择电路7的所述低频通过滤波器771的频率成分即磁场变动成分，通过放大器66进行放大。这样通过在负反馈电路700上插入频率选择电路7能实现对目的信号成分有选择的高灵敏度地进行检测的磁场变动检测器。

如图9所示的所述磁场变动检测器，在放大器66的输出端P上，为了可靠地消除电动机及计算机等的人工性的高磁性干扰成分，连接了构成所述频率选择电路7的一部分的低频通过滤波器772。该低频通过滤波器772，通过衰减由OP放大器6及电阻R61，R62和由电容器C61，C62所构成的10Hz的截止频率以上的磁性信号来实现低频通过滤波特性，作为其输出端OUT的磁场变动检测器的性能，和如图7所示的磁性检测器一样最终能实现如图6所示的0.01～10Hz的频率特性。

本第4实施例的磁性检测器，是适用于如图8所示的磁性出入口系统的器件。

出入口本体，由设有人能通过的宽度的铝制板45来组成。通道部分的板4里面的上下左右上配设了S1到S24的24个所述磁场变动检测器。24个磁场变动检测器全部具有同样的特性，以其中的一个为例来加于说明。

所述24个磁场变动检测器的输出端OUT，各个与多路转接器MI相连接，各个的磁场变动信号，输入到计算机C1中。

计算机C1，是对各个的磁场变动信号通过信号处理来求出是否在所设定的大的磁场变动以上，通过求出的结果对是否持有向刀物样的磁性体及所持有的磁性体的部位进行判断并显示在显示器上，能可靠地检测出所持有的磁性体及所在部位。

所述的实施例是为了说明而表示的实际例子，本发明不限制于这些，只要从权利要求范围，发明的详细说明及图面的记载到企业能认识并且与本发明的技术思想相一致的话，就可以进行更改及附加。

所述的实施例是对检测线圈和负反馈线圈是以分别的线圈所构成的例子进行了说明，本发明不限制于这些，也可以采用通过一个线圈一起实现检测线圈的机能和负反馈线圈的机能的实施形态。

Claims

1.一种磁性检测器，包括随着外部磁场其阻抗进行变化的磁性阻抗元件、把由该磁性阻抗所检测出的阻抗的变化变换为电信号的检测线圈，和控制所述磁性阻抗元件的内部磁场的负反馈线圈，其特征在于：

与该磁性检测器的输出端子和所述负反馈线圈进行连接的负反馈通路上配置有对负反馈信号提供频率特性的频率特性提供手段。

2.如权利要求1所述的磁性检测器，其特征在于：

所述频率特性提供手段是为使所述磁性阻抗元件的内部磁场为零而对磁性检测器提供频率特性的滤波器。

3.如权利要求2所述的磁性检测器，其特征在于：

所述滤波器为高频率通过滤波器。

4.如权利要求2所述的磁性检测器，其特征在于：

所述滤波器为低频率通过滤波器。

5.如权利要求2所述的磁性检测器，其特征在于：

所述滤波器为带阻滤波器。

6.如权利要求2所述的磁性检测器，其特征在于：

所述磁性阻抗元件，其阻抗是随着对应于外部磁场的而作用于内部的内部磁场的变化而进行变化，当加上电压时流过对应于所述阻抗的电流，所述磁性阻抗元件上缠绕的检测线圈产生基于对应所述磁性阻抗元件的电流的电压。

7.如权利要求6所述的磁性检测器，其特征在于：

设置有输出脉冲的信号发生器、与所述检测线圈相接续输出检波的检波电路，和放大检波输出的放大器。

8.如权利要求7所述的磁性检测器，其特征在于：

所述信号发生器，把产生的脉冲对所述磁性阻抗元件及所述检波电路进行输出。

9.如权利要求8所述的磁性检测器，其特征在于：

所述检波电路由模拟开关及电容器组成的抽样控制电路构成，所述检测线圈的输出电压由所述信号发生器输出的脉冲的定时来进行控制。

10.如权利要求9所述的磁性检测器，其特征在于，所述负反馈线圈，是通过与对应于外部磁场进行变化进行作用的所述磁性阻抗元件的内部磁场进行相抵消为零的极性进行负反馈。

11.如权利要求1所述的磁性检测器，其特征在于，所述频率特性提供手段，对不需要的信号进行排除而从磁性信号中只对为目的的频率成分进行选择性的检测。

12.如权利要求10所述的磁性检测器，其特征在于，所述滤波器由电容和电阻构成，是截止频率为0.01Hz的高频率通过滤波器。

13.如权利要求12所述的磁性检测器，其特征在于，配设有3个检测器以在各个X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上具有灵敏度轴，而构成检测3次元的直流磁场成分的地磁观测器。

14.如权利要求13所述的磁性检测器，其特征在于，从所述3个磁性检测器输出的输出信号，是通过A/D变换器输入到计算机中，通过程序根据演算式作为磁场矢量进行数据处理。

15.如权利要求10所述的磁性检测器，其特征在于，所述滤波器由电容和电阻构成，是截止频率为10Hz的低频率通过滤波器。

16.如权利要求15所述的磁性检测器，其特征在于，它构成对为直流的地磁成分进行排除，而对纸币的油墨的为脉冲状的交流信号的磁场信号进行检测的纸币检测装置。

17.如权利要求10所述的磁性检测器，其特征在于，所述滤波器是由使0.01Hz以下的信号通过的低频率通过滤波器和使10Hz以上的信号通过的高频率通过滤波器来形成带阻滤波器。

18.如权利要求17所述的磁性检测器，其特征在于，所述信号发生器由逻辑元件及电阻和电容构成，一个输出端对所述磁性阻抗元件以及另一个输出端对所述检波电路的模拟开关输出各个相互为同步的脉冲信号。

19.如权利要求18所述的磁性检测器，其特征在于，所述的滤波器是由在并联电路中各个以串联及并联形式配设的2个电容器和电阻，和加法放大器构成的带阻滤波器；带阻滤波器具有低频通过特性和高频通过特性。

20.如权利要求19所述的磁性检测器，其特征在于，所述加法放大器的输出端与所述负反馈线圈相连接，对0.01Hz以下的信号成分和10Hz以上的磁性信号进行负反馈，排除不要的0.01Hz以下的信号成分及10Hz以上的信号成分，能伴随着所述磁性体的移动只对从0.01Hz到10Hz的磁场变动信号能选择性地进行检测。

21.如权利要求19所述的磁性检测器，其特征在于，是由铝制板来构成的具有人能通过的宽度的出入口，和通道部分的板里面的上下左右上间隔配设的数个磁性检测器的出入口本体构成磁性出入口系统。

22.如权利要求21所述的磁性检测器，其特征在于具有：

与设置在所述出入口本体部上的所述数个磁性检测器的输出端分别相连接的多路转接器；

对以次序获取的各个的磁场变动信号，通过信号处理求出各个磁场变动信号是否在所设定的大的磁场变动以上的计算机；及

从求出的结果对是否持有向刀物样的磁性体及所持有的磁性体的部位进行判断并显示的显示器。