CN1839322A

CN1839322A - 磁传感器

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Publication number: CN1839322A
Application number: CNA2004800237806A
Authority: CN
Inventors: 小松章夫; 长木正锦
Original assignee: KK Mineruba
Current assignee: KK Mineruba; Minerva KK
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2024-08-12
Also published as: US20060202691A1; CN1839322B; JP2005062089A; EP1666906A4; US7382122B2; JP3781422B2; WO2005017547A1; EP1666906A1

Abstract

一种磁传感器，包括串联连接并将其一方作为与磁性检测介质(S)对峙的传感部(6)，而将另一方作为温度补偿部(7)的一对磁阻元件(1a、1b)；向所述一对磁阻元件(1a、1b)提供磁性互不相同的磁偏用的磁铁(5)；以及在将直流电压外加在这些串联连接的一对磁阻元件(1a、1b)的两端间之同时，还检测所述磁阻元件(1a、1b)公共接点的电位变化用的检测电路(8)。

Description

磁传感器

技术领域

本发明涉及检测磁性变量用的磁传感器，更具体为涉及利用磁阻元件检测印在纸张状介质上的磁性体状态用的磁传感器。

背景技术

很早就开始进行按照预定的图案将磁性体(磁性墨水)印刷(涂布)在纸币上。例如，现金自动存款机等金融设备、自动售货机、售票机等利用各自设备内装的磁传感器，对投入各设备的纸币等检测按照预定的图案设置的磁性体的状态，根据这一检测出的磁性图案判定纸币的真伪。

附带说明一下，这种磁传感器例如使用磁阻元件(磁阻效应元件：MR)。这种磁传感器将磁场的变化或磁性体的有无作为其电阻值的变化而进行捕捉。因此，利用磁阻元件的磁传感器，靠永久磁铁对该磁阻元件进行预先提供磁通的磁偏。磁阻元件通过施加磁偏在磁场强度和阻值呈线性的区域中使用。

另外，这种磁阻元件对于温度的变化相当敏感。因此，出于消除该温度依存关系，将两个磁阻元件串联连接使用磁传感器。具体为：特開平6-18278号公报揭示的磁传感器如图1A所示，两个(一对)磁传感器1a、1b通过电极2串联连接。该电极2的公共接点P为检测端。而且，从磁铁5发出的相同磁性的磁通(磁偏)，供给这些磁阻元件。图1A的电气等效图如图1B所示，两个磁阻元件1a、1b串联连接，直流电源装置3的电压加在其两端之间。再有，该等效电路中还连接将磁阻元件1a、1b的公共接点P的电平放大的放大器4。而且，再将该放大器4放大后的公共接点P的电位变化信号提供给例如判别纸币种类的检测部8。

这种磁传感器利用直流电源装置3，将直流电压加在串联连接的一对磁阻元件1a、1b的两端之间。而且，磁传感器用放大器4将磁阻元件1a、1b公共接点P的电位变化放大。磁传感器根据这种放大后的电位变化，检测例如印在纸币上的磁性墨水(磁性体)的状态(图案)。也就是说，这种磁传感器通过使磁阻元件1a、1b分别边靠近印有磁性体M的被检测体S边移动，从而检测出该磁性体M的状态(图案)。

例如，图1A表示使印成条纹状的磁性体M的被检测体S，边靠近磁传感器的磁阻元件1a、1b，边沿横切磁铁5射出的磁通的方向，以规定速度移动。如该图所示，永久磁铁5射出的磁通，随着印在被检测体S上的磁性体M靠近磁阻元件1a而集中在该磁性体M。因而，通过磁阻元件1a的磁通增加。即磁阻元件1a的阻值增加，由此，公共接点P的电位降低。

当磁性体M一方面远离磁阻元件1a，另一方面又接近磁阻元件1b时，通过磁阻元件1a的磁通减少。因此，磁阻元件1a，其阻值减小。另一方面，磁性体M接近磁阻元件1b的同时，通过磁阻元件1b的磁通增加。这时，磁阻元件1b的阻值增加。所以，公共接点P的电位上升。

根据以上所述，公共接点P的电位如图1A所述，随着印在被检测体S上呈条纹状的磁性体M，靠近磁阻元件1a而渐渐减小。另一方面，随着该磁性体M远离磁阻元件1a，接近磁阻元件1b公共接点P的电位渐渐增加。然后，当磁性体M远离磁阻元件1b时，公共接点P的电位恢复至初始状态的电位。也就是说，采用上述构成的磁传感器随着磁性体M的移动，公共接点P的电位取与通常时的电位不同的值。具体地说：公共接点P的电位随着磁性体M的移动，公共接点P的电位取比通常时的电位低的状态(在涂布于被检测体S上的磁性体M靠近磁阻元件1a时)，和比通常时的电位高的状态(在涂布于被检测体S上的磁性体M靠近磁阻元件1b时)，

但是，上述构成的磁传感器，以串联连接的磁阻元件的公共接点处通常时的电位作为基准，随着被检测体的移动就取电位低的状态和高的状态。因此，检测印在被检测体上磁性体宽度的磁传感器存在检测电路变得复杂的问题。另外，被检测体的前边缘部或后边缘部到达磁传感器时，一方面取电位低的状态和高的状态，另一方面在磁性体通过磁传感器时的电位，变成和无磁性体时的电位相等。存在的问题是：该磁传感器也难以检测出印在被检测体上磁性体的浓度。

发明内容

本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种磁传感器，该磁传感器能简易而可靠地检测出印在被检测体上磁性体的宽度及其浓度。

为达到上述目的，本发明的磁传感器，包括：

串联连接的一对磁检测元件，

(1)将其一方作为与磁性检测介质对峙的传感部，

(2)并将其另一方作为不受该磁性检测介质磁性影响的温度补偿部的；

(3)向所述一对磁检测元件提供磁偏的磁铁；以及

(4)将直流电压加在所述串联连接的一对磁检测元件的两端间的同时，还检测所述磁检测元件公共接点电位变化的检测电路。

或者，本发明的磁传感器，用以下(1)～(3)的器件构成桥式电路，即

(1)与直流电源的输出线并联连接的第1及第2固定电阻；

(2)与所述第1固定电阻串联连接并与磁检测元件对峙的作为传感部的第1磁检测元件；

(3)与所述第2固定电阻串联连接作为不受所述磁检测元件的磁性影响的温度补偿部用的第2磁检测元件。

还有，该磁传感器还包括：

(4)向所述第1及第2磁检测元件分别提供磁偏的磁铁；以及

(5)检测所述第1固定电阻和所述第1磁检测元件的连接点以及所述第2固定电阻和所述第2磁检测元件的连接点两连接点间的电位变化用的检测电路。

即，本发明相关的磁传感器，利用不受磁性检测介质影响的温度补偿部对传感部的磁检测元件进行温度补偿，并检测磁检测介质(磁性体)的状态。因此，本发明相关的磁传感器，就能用简单的构成并可靠地检测出印在被检测体上磁性体的宽度及其浓度等，在实际应用上能获得相当好的效果。

附图说明

图1A为表示采用磁阻元件的现有磁传感器的立体图。

图1B为表示磁传感器的电气等效电路用的图。

图2为表示磁性体被印成条纹状的磁性检测介质一示例，和从图1示出的现有磁传感器输出的检测信号用的图。

图3为表示本发明一实施方式相关的磁传感器概要构成的立体图。

图4为表示从图3示出的磁传感器输出的检测信号一示例用的图。

图5为表示图3示出的磁传感器的变形例的方框图。

图6为表示本发明又一实施方式相关的磁传感器概要构成的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明相关的一实施方式的磁传感器进行说明。

实施例1

图3为表示本发明相关的磁传感器第1实施方式(实施例1)概要构成的立体图。还有，图3中和图1A及图1B的构成相同的构件标注和图1A及图1B相同的标号，并省略其说明。

该图中，1a、1b为磁检测元件。这种磁检测元件1a、1b具有根据配置该元件处的磁场强度大小其电阻值相应变化的特性。例如，将磁阻元件用于磁检测元件1a、1b。另外，这种磁传感器为将特性一致的一对磁阻元件(磁检测元件)1a、1b串联连接的传感器。而且，在磁传感器上设置向一对磁阻元件1a、1b提供磁偏的磁铁5。顺便要说明的是：磁铁5可以是永久磁铁也可以是电磁铁。总而言之，磁铁5只要是能向磁阻元件1a、1b提供磁偏的器件便可。

另外，利用直流电源装置3将直流电压加在串联连接的磁阻元件1a、1b的两端之间。而且，将其电位变化信号放大的放大器4连接到磁阻元件1a、1b的公共接点P。该放大器4的输出信号，提供给例如判别印着磁性体M的纸币种类用的检测部8。这种检测部8根据放大器4输出的输出信号变化(图案变化)，判别纸币等的真伪。图3示出的磁传感器的电气等效电路和图1B示出的现有磁传感器相同。

在这样构成的磁传感器中，磁阻元件1a起传感部6的作用，例如用于检测用磁性墨水印在纸币等磁性检测介质(被检测体)S上的磁性体M，具体将在以后详细阐述。另一方面，串联连接的磁阻元件1b配置成不受所述磁性体的磁性影响，起补偿设置在传感部6上的磁阻元件1a的温度特性的温度补偿部7的作用。

在大致如上所述构成的磁传感器中，作为本发明的特征之处如以下所述。

第一点为向一对磁阻元件1a、1b提供磁性互不相同的磁偏。

第二点为将一方的磁阻元件1a作为传感部6，而另一方的磁阻元件1b作为温度补偿部7。

即，传感部6具有与磁性检测介质S对峙的磁阻元件1a。而另一方面，温度补偿部7具有补偿传感部6的磁阻元件1a温度特性用的磁阻元件1b。

在上述构成的磁传感器中，磁性检测介质(例如用磁性墨水印刷的纸币)S靠近，使其与传感部6的磁阻元件1a对峙。这时的纸币S以规定的速度移动，印在该纸币S上的磁性体M横切磁铁5射出的磁通。于是，从磁铁5射出的磁通集中在印在纸币S上的磁性体M的部位。因此，在磁性体M的部位横切该磁阻元件1a时，通过传感部6的磁阻元件1a的磁通增加。

由此，这种磁阻元件1a的电阻值增加。

另一方面，温度补偿部7的磁阻元件1b配置在比传感部6的磁阻元件1a离纸币S的距离远的位置。因此，温度补偿部7的磁通几乎不受印在该纸币S上的磁性体M的影响。因此，温度补偿部7的磁阻元件1b的电阻值几乎没有变化。所以，印在纸币S上磁性体M的有无及其浓度，仅检测传感部6的磁阻元件1a。

具体地说：在这样构成的磁传感器中，例如如图2所示，使印成条纹状的磁性体M的磁性检测介质S靠近传感部6的磁阻元件1a，同时还以规定的速度移动该磁性检测介质S使其横切磁铁5射出的磁通。于是，磁阻元件1a、1b公共接点P的电位如图4所示地变化。

即，当磁性检测介质S上印有磁性体M的区域靠近图3示出的传感部6的磁阻元件1a时，磁铁5射出的磁通集中在该磁性体M的区域。因此，磁阻元件1a的电阻值增加。另一方面，温度补偿部7-侧的磁阻元件1b的电阻值不受印在磁性检测介质S上磁性体M的影响。

因此，其电阻值几乎不变化。由此，串联连接的磁阻元件1a、1b间公共接点P的电位因磁阻元件1a的电阻值的增加而降低。而且，当印在磁性检测介质S上的磁性体M远离该磁阻元件1a时，传感部6的磁阻元件1a的电阻值恢复为初始值。以后，磁阻元件1a、1b的公共接点P的电位随着印成条纹状的磁性体M的接近及离开，反复变化。

另外，磁阻元件1a的电阻值根据印在磁性检测介质S上的磁性体M的印刷间距及其宽度而相应变化。因此，串联连接的磁阻元件1a、1b间的公共接点P的电位根据磁性体M的印刷间距及其宽度而相应变化(电位降低)。即，磁性体M的印刷宽度可以根据公共接点P的电位变成小于等于规定阈值的持续时间和磁性检测介质S的移动速度之积而求得。

再有，当磁性体M的浓度高的区域靠近磁阻元件1a时，通过该磁阻元件1a的磁通也增加。随着这一磁通的增加，磁阻元件1a的阻值也增加。即，公共接点P的电位降低变大。也就是公共接点P的电位与磁性体M的浓度成比例。因此，本发明一实施方式相关的磁传感器，也能检测磁性体M的浓度。

还有，如上所述，本发明一实施方式相关的磁传感器的结构做成：使得一方磁铁5发出的磁通分别贯穿一对磁阻元件1a、1b。但本发明一实施方式相关的磁传感器的结构也可以做成：例如如图5所示，利用各个磁铁5使得各磁铁5发出的磁通贯穿磁阻元件1a、1b(变形例)。在这种情况下，可以将一方磁阻元件1a作为与磁性检测介质S对峙的传感部6。而另一方磁阻元件1b作为补偿传感部6的磁阻元件1a温度特性用的温度补偿部7。

这种将实施方式变形后的磁传感器，可以使温度补偿部7的磁阻元件1b的温度保持在和传感部6的磁阻元件1a附近的温度相同的温度。通过这样，磁传感器利用温度补偿部7能补偿磁阻元件1a的温度特性。具体地说：温度补偿部7的磁阻元件1b设置在离开传感部6的磁阻元件1a和磁性检测介质(例如纸币)S间的间隔的位置上。也就是说，使磁阻元件1b不受磁性检测介质S中磁性体M的影响。而且，磁阻元件1b的温度保持成和传感部6的磁阻元件1a附近的温度相同。因而，磁传感器能补偿磁阻元件1a的温度特性。通过这样，磁传感器只要检测各磁阻元件1a、1b公共接点P的电位变化，就能检测出印在磁性检测介质S上磁性体M的印刷间距及其宽度、以及磁性体M的浓度。

这样构成的磁传感器，将串联连接的一对磁阻元件1a、1b中的一方作为靠近磁性检测介质S的传感部6，所以只有在印在磁性检测介质S上的磁性体M的区域靠近该传感部6时，磁阻元件1a的电阻值才变化。因此，磁传感器通过检测串联连接的一对磁阻元件1a、1b公共接点P的电位变化，能检测出印在磁性检测介质S上磁性体M的存在及其宽度。

另外，本发明一实施方式相关的磁传感器根据印在磁性检测介质S上的磁性体M的印刷间隔及其宽度，串联连接的磁阻元件1a、1b间公共接点P的电位变化。因而本发明一实施方式相关的磁传感器能检测出印在磁性检测介质S上的磁性体M的印刷间隔及其宽度。

再有，本发明的磁传感器，因从磁铁5射出的磁通与印在磁性检测介质S上磁性体M的浓度成正比，故仅有磁阻元件1a的电阻值变化。因此，本发明的磁传感器能将印在磁性检测介质S上的磁性体M的浓度作为电位变化的信号检测出来。

另外，本发明一实施方式相关的磁传感器，将特性一致的一对磁阻元件1a、1b串联连接，并检测其公共接点P的电位，所以即使例如磁传感器环境温度发生变化，由于磁阻元件1a、1b各自的电阻值同样地变化，磁阻元件1a、1b公共接点P的电位不会因温度变化而变化，因此，可以消除设在传感部6上磁阻元件1a的温度依存关系。

还有，更理想的是：为了不受来自印在磁性检测介质S上的磁性体M的影响，最好在温度补偿部7一侧的磁阻元件1b上设置磁屏蔽(图中未示出)。当然，在将温度补偿部7一侧的磁阻元件1b磁屏蔽以外，只要能对传感部6一侧磁阻元件1a进行温度补偿，则也可以将磁阻元件1b离开，配置在不受印在磁性检测介质S上磁性体M影响的位置。

这样，本发明一实施方式相关的磁传感器，通过使印在磁性检测介质S上的磁性体M不影响磁阻元件1b，从而能更加可靠地提高检测印在磁性检测介质S上的磁性体M的检测精度。

实施例2

图6为表示本发明相关的磁传感器的第2实施方式(实施例2)的概要构成方框图。还有，该图中，与前述现有磁传感器(图1A)及第1实施方式(图3)的构成相同的构件标注同一标号其说明省略。

该图中，1a、1b为特性一致的磁检测元件(例如磁阻元件)。这种磁阻元件1a、1b分别串联连接固定电阻9a、9b。在这样由串联连接的磁阻元件1a、1b及固定电阻9a、9b组成的一对的电路上，固定电阻9a、9b一侧各自开放端之间及磁阻元件1a、1b一侧各自开放端之间，互相连接构成桥式电路。这种桥式电路的磁阻元件1a、1b上，分别设置提供磁偏的磁铁5。这种桥式电路将一方磁阻元件1a作为与磁性检测介质S对峙的传感部6。另外，该桥式电路将另一方磁阻元件1b作为对传感部6的磁阻元件1a的温度特性进行补偿用的温度补偿部7。

还有，上述磁铁5起向磁阻元件1a、1b提供磁偏的作用，所以这种磁铁5的结构有别于实施例(1)示出的方式做成：用两块磁铁，提供给各个磁阻元件1a及1b。这时，温度补偿部7的磁阻元件1b为了不受磁性检测介质S中磁性体M的影响，被置于远离该磁性检测介质(例如纸币)S的位置。该温度补偿部7的磁阻元件1b的温度保持成和传感部6的磁阻元件1a附近的环境温度相同的温度。而且，温度补偿部7的磁阻元件1b起补偿传感部6的磁阻元件1a的温度特性的作用。另外，温度补偿部7的磁阻元件1b也可以代替固定电阻9a、9b用特性一致的一对磁阻元件构成。

这样构成的本发明相关的磁传感器的第2实施例，利用直流电源装置3将直流电压加在连接固定电阻9a、9b的端子和连接磁阻元件1a、1b的端子之间。而且，两个固定电阻9a、9b和两个磁阻元件1a、1b间各自的连接点，与将两连接点间的电位差(电压值)的电平放大的放大器(差动放大器)4连接。该放大器4的输出提供给检测部8。而检测部8如后所述，根据印在磁性检测介质S上的磁性体M的状态(图案)，判定印在磁性检测介质S上的磁性体M的浓度。

这样构成的本发明相关的磁传感器第2实施例，虽然图中未示出，但为了和传感部6的磁阻元件1a对峙，使磁性检测介质(例如用磁性墨水印刷的纸币)靠近。而且以规定的速度使纸币移动，使得印在该纸币上的磁性体横切磁铁5射出的磁通。于是，从磁铁5射出的磁通集中在印在纸币上的磁性体的部位。由此，传感部6的磁阻元件1a透过其内部的磁通增加。因此，该磁阻元件1a的电阻值增加。

另一方面，温度补偿部7的磁阻元件1b位于离开传感部6的磁阻元件1a和纸币间的间隔的位置上。因此，温度补偿部7的磁通几乎不受印在该纸币上的磁性体的影响。因此，温度补偿部7的磁阻元件1b其电阻值几乎不变化。所以只用传感部6的磁阻元件1a，就能检测有无印在纸币上的磁性体及其浓度。

因此，传感部6的磁阻元件1a和固定电阻9a连接的P点电位，随着磁性体的靠近而上升。另一方面，温度补偿部7的磁阻效应元件1b和固定电阻9b连接的Q点电位不变化。该P点的电位变化就被放大器4放大后提供给检测部8。因此，本发明相关的第2实施例示出的磁传感器，通过检测器8检测出放大器4输出的电位变化信号，从而能和上述实施例1相同地检测出磁性体的涂布状态及其宽度、以及磁性体M的浓度。

这样构成的本发明的第2实施例相关的磁传感器，使桥式电路中的一对磁阻元件1a、1b中的一方靠近磁性检测介质S作为传感部6。因而，该磁传感器只有印在磁性检测介质S上磁性体M的区域靠近该传感部6时，磁阻元件1a的电阻值变化。也就是说，一方面，传感部6的磁阻元件1a和固定电阻9a连接的P点电位随着磁性体的靠近而上升，而另一方面，温度补偿部7的磁阻效应元件1b和固定电阻9b连接的Q点电位不变化。因此，本发明第2实施例涉及的磁传感器，通过捕捉P点和Q点间的电位差(电位变化)，从而能检测出印在磁性检测介质S上磁性体M的存在及其宽度，以及磁性体M的浓度。

另外，本发明第2实施例相关的磁传感器，根据印在磁性检测介质S上的磁性体M的存在及其宽度，以及磁性体M的浓度，传感部6的磁阻元件1a和固定电阻9a连接的P点电位变化。因此，磁传感器就能检测出印在磁性检测介质S上的磁性体M的存在及其宽度，以及磁性体M的浓度。

当然，本发明第2实施例相关的磁传感器利用特性一致的一对磁阻元件1a、1b构成桥式电路。因此，磁传感器即使例如磁传感器的环境温度发生变化，磁阻元件1a、1b各自的电阻值仍旧相同地变化。因此，磁传感器能根据温度变化而使磁阻元件1a、1b公共接点P及Q各自的电位相同地变化。因此，能消除磁阻元件1a、1b对温度的依存关系。

还有，更理想的是：在温度补偿部7一侧的磁阻元件1b上，最好设置不受印在磁性检测介质S上磁性体M的影响的磁屏蔽(图中未示出)。当然，在将温度补偿部7一侧的磁阻元件1b磁屏蔽以外，只要能对传感部6一侧磁阻元件1a进行温度补偿，则也可以将磁阻元件1b配置在不受印在磁性检测介质S上磁性体M影响的位置。

这样，本发明第2实施例相关的磁传感器，通过使印在磁性检测介质S上的磁性体M不影响磁阻元件1b，从而能更加可靠地提高检测印在磁性检测介质S上的磁性体M的检测精度。

以上，如所说明的那样，根据本发明的磁传感器，由于使串联连接的磁阻元件中的一方与磁性检测介质对峙作为传感部，所以通过使印在纸币等上的磁性体靠近，从而仅有传感部的磁阻元件其电阻值变化。而且，磁传感器将这一电阻值的变化作为串联连接的磁阻元件公共接点的电位变化进行检测。因此，磁传感器能以简单的构成，并通过使纸币等以规定的速度移动，根据由此得到的电气信号的变化及其电平，能可靠地检测出印在磁性检测介质上磁性体的宽度及其浓度。

另外，磁传感器具有使串联连接的一对磁阻元件中的一方与磁性检测介质对峙的传感部，另一方为温度补偿部。因此，本发明的磁传感器对磁阻元件进行温度补偿，同时能以简单的构成、可靠地检测印在被检测体上磁性体的印刷宽度及其浓度。

或者如上所述，由桥式电路组成的磁传感器，具备使一对磁阻元件中的一方与磁性检测介质靠近的传感部。因此，只有在印在磁性检测介质上磁性体的区域靠近该传感部时磁阻元件的电阻值才变化。由此，一方面，传感部的磁阻元件和固定电阻间连接点的电位随着磁性体的靠近而上升，另一方面，温度补偿部的磁阻元件和固定电阻间连接点的电位不变化。因此，本发明的磁传感器，通过检测出各个连接点的电位差(电位变化)，从而能检测出印在磁性检测介质(纸币等)上磁性体的存在及其宽度等，在实际应用上能取得相当好的效果。

Claims

1.一种磁传感器，其特征在于，包括：

串联连接的一对磁检测元件，将其一方作为与磁性检测介质对峙的传感部，并将其另一方作为不受该磁性检测介质磁性影响的温度补偿部；

向所述一对磁检测元件提供磁偏的磁铁；以及

将直流电压加在所述串联连接的一对磁检测元件的两端间的同时，还检测所述磁检测元件公共接点电位变化的检测电路。

2.一种磁传感器，其特征在于，包括；

与直流电源的输出线并联连接的第1及第2固定电阻；

与所述第1固定电阻串联连接并与磁检测元件对峙的作为传感部的第1磁检测元件；

与所述第2固定电阻串联连接作为不受所述磁检测元件磁性影响的温度补偿部用的第2磁检测元件；

向所述第1及第2磁检测元件分别提供磁偏的磁铁；以及

检测所述第1固定电阻和所述第1磁检测元件的连接点以及所述第2固定电阻和所述第2磁检测元件的连接点的两连接点之间的电位变化用的检测电路。