JP2003512597A - 物体の遠隔検出方法と物体の遠隔検出システムと物体の遠隔検出センサおよび磁気素子の長さを決定する方法 - Google Patents
物体の遠隔検出方法と物体の遠隔検出システムと物体の遠隔検出センサおよび磁気素子の長さを決定する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
物体の遠隔検出方法が提供される。この方法によれば、各物体(20)にはセンサの識別を表す少なくとも1個の磁気素子(31〜34)で構成された少なくとも1つのセンサ(30)が設けられる。当該磁気素子あるいは各磁気素子を励起するために第1電磁信号(50)を発生させて第2電磁信号(60)を生成し、この第2電磁信号の振幅を磁場(Hmod)で変調する。第2電磁信号(60、70)を復調することによって応答信号(80)を生成する。磁場(Hmod)の振幅の変化に対する応答信号の振幅の変化を検出し、検出された振幅変化に基づいて各磁気素子(31〜34)の長さなどの幾何学的特性を決定する。幾何学的特性からセンサ(30)の識別を決定する。
Description
【0001】
[技術分野]
本発明は、物体の遠隔検出方法と物体の遠隔検出システムと物体の遠隔検出セ
ンサとに係わる。各物体にセンサの識別を表す少なくとも1個の磁気素子で構成
されたセンサを設ける。ここで、この磁気素子を励起するために第1電磁信号を
発生させて、第2の電磁信号を生成する。この第2電磁信号の振幅を磁場で変調
する。そして、第2電磁信号を復調することによって応答信号を生成する。本発
明は、更に、同様の原理に基づいて磁気素子の長さを決定する方法にも係わる。
[先行技術の説明] 検出領域内の物体の存在、識別あるいは位置を検出するための確実で非接触な
方法を必要とする用途は数多い。一般的な適用例としては、例えば、商品の値札
つけ、生産ラインにおける構成部品の識別、再生利用工場での材料の種類の識別
あるいは店舗などでの電子物品監視などがある。
ンサとに係わる。各物体にセンサの識別を表す少なくとも1個の磁気素子で構成
されたセンサを設ける。ここで、この磁気素子を励起するために第1電磁信号を
発生させて、第2の電磁信号を生成する。この第2電磁信号の振幅を磁場で変調
する。そして、第2電磁信号を復調することによって応答信号を生成する。本発
明は、更に、同様の原理に基づいて磁気素子の長さを決定する方法にも係わる。
[先行技術の説明] 検出領域内の物体の存在、識別あるいは位置を検出するための確実で非接触な
方法を必要とする用途は数多い。一般的な適用例としては、例えば、商品の値札
つけ、生産ラインにおける構成部品の識別、再生利用工場での材料の種類の識別
あるいは店舗などでの電子物品監視などがある。
【0002】
適用例の中には、物体あるいは物品の存在を検出するだけで十分なものもあ
る。例えば、保護対象の物品が検出領域に運び込まれると、警報信号を出力する
よう構成された簡単な電子物品監視システムがそれである。このような簡単な適
用例では、磁気特性を有す薄い金属片あるいは金属ワイヤという形状のセンサ素
子を1個使用する。センサ素子の物理的特性に影響を与える交番磁場にセンサ素
子を曝し、円弧状の磁気発生/検出器により磁気的にこのセンサ素子を検出する
。交番磁場によって、センサ素子の双極子の磁気モーメントが定期的に切替わり
、これは、バルクハウゼン効果のジャンプとして周知の現象でありしばしば利用
される。この種のセンサは、例えば、米国出願第5,496,611号、欧州出
願第0,710,923号および欧州出願第0,716,393号で開示されて
いる。
る。例えば、保護対象の物品が検出領域に運び込まれると、警報信号を出力する
よう構成された簡単な電子物品監視システムがそれである。このような簡単な適
用例では、磁気特性を有す薄い金属片あるいは金属ワイヤという形状のセンサ素
子を1個使用する。センサ素子の物理的特性に影響を与える交番磁場にセンサ素
子を曝し、円弧状の磁気発生/検出器により磁気的にこのセンサ素子を検出する
。交番磁場によって、センサ素子の双極子の磁気モーメントが定期的に切替わり
、これは、バルクハウゼン効果のジャンプとして周知の現象でありしばしば利用
される。この種のセンサは、例えば、米国出願第5,496,611号、欧州出
願第0,710,923号および欧州出願第0,716,393号で開示されて
いる。
【0003】
別の単一素子センサ技術がWO97/29463とWO97/29464とに
記載されている。これによると、各センサは非晶質金属合金あるいは微小結晶質
金属合金製のワイヤ状の素子で構成されている。非晶質金属合金あるいは微小結
晶質金属合金の重要な特長は、交番変調磁場で透磁率を調整できる点である。巨
大磁気インピーダンスとして知られる物理的な効果に基づき、センサが電磁問合
せ信号によって励起されたときに、センサからの電磁応答信号の振幅を変調磁場
で変調する。応答信号の振幅変調を検出して、検出領域内にセンサが存在するこ
とを決定するために利用する。WO98/36393には同様の適用例が提示さ
れており、ここでは、極細非晶質ワイヤあるいは極細微小結晶質ワイヤがセンサ
素子として用いられている。これらワイヤ(マイクロワイヤとしても知られる)
は直径が30μm未満、好適には5〜15μmである。
記載されている。これによると、各センサは非晶質金属合金あるいは微小結晶質
金属合金製のワイヤ状の素子で構成されている。非晶質金属合金あるいは微小結
晶質金属合金の重要な特長は、交番変調磁場で透磁率を調整できる点である。巨
大磁気インピーダンスとして知られる物理的な効果に基づき、センサが電磁問合
せ信号によって励起されたときに、センサからの電磁応答信号の振幅を変調磁場
で変調する。応答信号の振幅変調を検出して、検出領域内にセンサが存在するこ
とを決定するために利用する。WO98/36393には同様の適用例が提示さ
れており、ここでは、極細非晶質ワイヤあるいは極細微小結晶質ワイヤがセンサ
素子として用いられている。これらワイヤ(マイクロワイヤとしても知られる)
は直径が30μm未満、好適には5〜15μmである。
【0004】
上記の電子物品監視への適用例の中には、各センサに遠隔で検出可能な識別情
報を提供するものはない。しかし、高度な適用例では、例えば物品番号、連番あ
るいは材料コードといった識別情報をセンサが装着された各物体に添付すること
が必要である。WO88/01427で開示された適用例では、各センサあるい
はマーカに、非晶質強磁性材料製の磁歪片あるいは磁歪リボンを多数個設け、こ
れらの磁歪片あるいは磁歪リボンを、所定の角度関係を成してあるいは互いに所
定の距離を置いて配置する。センサの識別は、各センサ素子のもつ所定の関係お
よびセンサ素子のタイプにより表わす。センサ素子は磁気エネルギーによる機械
的共振で励起可能である。共振センサ素子から発生した磁気信号は、磁気的ある
いは誘導的に検出すればよい。
報を提供するものはない。しかし、高度な適用例では、例えば物品番号、連番あ
るいは材料コードといった識別情報をセンサが装着された各物体に添付すること
が必要である。WO88/01427で開示された適用例では、各センサあるい
はマーカに、非晶質強磁性材料製の磁歪片あるいは磁歪リボンを多数個設け、こ
れらの磁歪片あるいは磁歪リボンを、所定の角度関係を成してあるいは互いに所
定の距離を置いて配置する。センサの識別は、各センサ素子のもつ所定の関係お
よびセンサ素子のタイプにより表わす。センサ素子は磁気エネルギーによる機械
的共振で励起可能である。共振センサ素子から発生した磁気信号は、磁気的ある
いは誘導的に検出すればよい。
【0005】
同様なシステムがWO93/14478に記載されている。ここでは、センサ
あるいはマーカに多数の電気共振回路を設け、各電気共振回路は各磁気センサ素
子に誘導的に結合されている。各電気共振回路は励起されて電気的に振動し、共
振回路の共振周波数は、磁気素子の透磁率により外部の磁場によって調整可能で
あり、数個の同一センサの同時検出も可能である。
あるいはマーカに多数の電気共振回路を設け、各電気共振回路は各磁気センサ素
子に誘導的に結合されている。各電気共振回路は励起されて電気的に振動し、共
振回路の共振周波数は、磁気素子の透磁率により外部の磁場によって調整可能で
あり、数個の同一センサの同時検出も可能である。
【0006】
要するに、先行技術に係わる物体の遠隔検出センサは、各センサの存在のみを
検出可能な単一素子型あるいは各センサの識別をも検出可能な多素子型のもので
ある。単一素子センサは、設計製作が簡単であり従って単位コストも低い。一方
、多素子センサは、(特に、機械的に共振するセンサ素子用の)支持キャリアお
よび/あるいは(電気共振回路バージョン用の)容量性構成部品と誘導性構成部
品とを必要とする。従って、当然単位コストは高くなる。更に、上記の多素子セ
ンサは主に磁気的リンクあるいは誘導的リンクによって動作するので、検出シス
テムの動作間隔は極めて狭い。 [発明の概要] 本発明の目的は、先行技術の方法より実質的に低いコストで、各物体に装着さ
れたセンサの識別を決定することができる物体の遠隔検出方法、物体の遠隔検出
システムおよび物体の遠隔検出センサを提供することである。本発明の更なる目
的は、作動距離のある各センサ/物体の識別を検出するシステムであって、先行
技術のものより良いシステムを提供することである。
検出可能な単一素子型あるいは各センサの識別をも検出可能な多素子型のもので
ある。単一素子センサは、設計製作が簡単であり従って単位コストも低い。一方
、多素子センサは、(特に、機械的に共振するセンサ素子用の)支持キャリアお
よび/あるいは(電気共振回路バージョン用の)容量性構成部品と誘導性構成部
品とを必要とする。従って、当然単位コストは高くなる。更に、上記の多素子セ
ンサは主に磁気的リンクあるいは誘導的リンクによって動作するので、検出シス
テムの動作間隔は極めて狭い。 [発明の概要] 本発明の目的は、先行技術の方法より実質的に低いコストで、各物体に装着さ
れたセンサの識別を決定することができる物体の遠隔検出方法、物体の遠隔検出
システムおよび物体の遠隔検出センサを提供することである。本発明の更なる目
的は、作動距離のある各センサ/物体の識別を検出するシステムであって、先行
技術のものより良いシステムを提供することである。
【0007】
上記の目的は、上記のWO97/29463とWO97/29464とWO9
8/36393とに記載されたものに類似した方法とシステムとセンサ(言換え
れば、少なくとも1つの細い磁気ワイヤ状の非晶質金属合金あるいは微小結晶質
金属合金製の素子で構成されるセンサからの応答信号を変調するために、電磁励
起/検出および磁場を使用する)であるが、各センサが識別を表せるようにした
方法とシステムとセンサとを提供することによって達成される。これは、変調磁
場の振幅を変えて、センサからの応答信号の振幅のそれに対応する変化を検出す
ることによって可能である。これらの変動を利用して、センサの当該磁気素子あ
るいは各磁気素子の幾何学的特性、好適には素子の長さを決定する。ワイヤ状の
磁気素子の減磁係数は素子の長さに依存し、同様に応答信号の振幅は減磁係数に
依存するので、検出された振幅の変化から磁気素子の長さを決定することが可能
である。センサの識別は、磁気素子の長さで表される。すなわち、第1の長さの
素子は第1の識別を示し、第2の長さの素子は第2の識別を示すという具合であ
る。都合よくは、各センサは、互いに所定の空間的関係を持つように配置された
1つ以上の磁気素子で構成される。長さの異なる素子を使用することによって、
長さばかりでなく素子間の空間的な関係でもセンサの識別を表すことができる。
8/36393とに記載されたものに類似した方法とシステムとセンサ(言換え
れば、少なくとも1つの細い磁気ワイヤ状の非晶質金属合金あるいは微小結晶質
金属合金製の素子で構成されるセンサからの応答信号を変調するために、電磁励
起/検出および磁場を使用する)であるが、各センサが識別を表せるようにした
方法とシステムとセンサとを提供することによって達成される。これは、変調磁
場の振幅を変えて、センサからの応答信号の振幅のそれに対応する変化を検出す
ることによって可能である。これらの変動を利用して、センサの当該磁気素子あ
るいは各磁気素子の幾何学的特性、好適には素子の長さを決定する。ワイヤ状の
磁気素子の減磁係数は素子の長さに依存し、同様に応答信号の振幅は減磁係数に
依存するので、検出された振幅の変化から磁気素子の長さを決定することが可能
である。センサの識別は、磁気素子の長さで表される。すなわち、第1の長さの
素子は第1の識別を示し、第2の長さの素子は第2の識別を示すという具合であ
る。都合よくは、各センサは、互いに所定の空間的関係を持つように配置された
1つ以上の磁気素子で構成される。長さの異なる素子を使用することによって、
長さばかりでなく素子間の空間的な関係でもセンサの識別を表すことができる。
【0008】
本発明の別の目的、特長および優位性は、特許請求の範囲からと同様に次の詳
細な開示、又は図面から明白である。
細な開示、又は図面から明白である。
【0009】
本発明の好適な実施例について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
[発明の詳細な開示]
図1は、センサ30が、本発明の一つの実施例に従って用いられている物体の
遠隔検出システムの代表的実施例を示す。送信アンテナ11と受信アンテナ12
とは検出領域10内に配置される。送信アンテナ11は出力段階13に動作可能
に接続される。同様に出力段階13は制御部14に接続される。出力段階は、市
場で入手可能な様々な駆動増幅回路と高周波数fHFの交番電流を生成する手段
とで構成される。この高周波交番電流が供給されると送信アンテナ11を通って
流れ、高周波電磁場が送信アンテナの周囲に発生する。この電磁場を利用して後
に詳細に説明するように、検出領域10内に存在するセンサ30を励起して、セ
ンサが、送信アンテナ11から第1電磁信号50を受信するや否や第2の電磁信
号60を送信するようになる。この第2電磁信号60は、受信アンテナ12に受
信され対応する電気信号70へと変換される。
遠隔検出システムの代表的実施例を示す。送信アンテナ11と受信アンテナ12
とは検出領域10内に配置される。送信アンテナ11は出力段階13に動作可能
に接続される。同様に出力段階13は制御部14に接続される。出力段階は、市
場で入手可能な様々な駆動増幅回路と高周波数fHFの交番電流を生成する手段
とで構成される。この高周波交番電流が供給されると送信アンテナ11を通って
流れ、高周波電磁場が送信アンテナの周囲に発生する。この電磁場を利用して後
に詳細に説明するように、検出領域10内に存在するセンサ30を励起して、セ
ンサが、送信アンテナ11から第1電磁信号50を受信するや否や第2の電磁信
号60を送信するようになる。この第2電磁信号60は、受信アンテナ12に受
信され対応する電気信号70へと変換される。
【0010】
受信アンテナ12は、動作可能な入力段階15に接続され、帯域フィルタ回路
と増幅回路などの増幅機能と信号処理機能を備えた従来の手段で構成される。入
力段階15は、受信信号70を復調する手段と応答信号80として制御部14へ
供給する手段とで構成される。
と増幅回路などの増幅機能と信号処理機能を備えた従来の手段で構成される。入
力段階15は、受信信号70を復調する手段と応答信号80として制御部14へ
供給する手段とで構成される。
【0011】
送信アンテナ11および受信アンテナ12は、周知の方法で高周波電気信号と
電磁信号との間の変換を行う。好適には、アンテナは回転偏波特性(全方向を最
適に網羅するために)を備えたらせん状アンテナあるいは従来の末端給電型ある
いは中心給電型半波ホイップアンテナである。ただし、別の周知の型のアンテナ
でも同様に可能である。
電磁信号との間の変換を行う。好適には、アンテナは回転偏波特性(全方向を最
適に網羅するために)を備えたらせん状アンテナあるいは従来の末端給電型ある
いは中心給電型半波ホイップアンテナである。ただし、別の周知の型のアンテナ
でも同様に可能である。
【0012】
検出領域10には、更に、変調磁場Hmodを発生するコイルなどの手段16
が設けられる。手段16は駆動段階17を介して制御部14に接続される。駆動
段階17は、手段16へと供給される変調電流Imodを発生する手段で構成さ
れる。ここで、この変調磁場Hmodを検出領域10の重要な部分に発生する。
変調磁場Hmodは周波数がおよそ500Hz〜800Hzで、電磁励起信号と
電磁応答信号とは周波数が1.3GHzか2.45GHzというギガヘルツ帯域
内にある。ただし、この範囲外の周波数でも可能である。
が設けられる。手段16は駆動段階17を介して制御部14に接続される。駆動
段階17は、手段16へと供給される変調電流Imodを発生する手段で構成さ
れる。ここで、この変調磁場Hmodを検出領域10の重要な部分に発生する。
変調磁場Hmodは周波数がおよそ500Hz〜800Hzで、電磁励起信号と
電磁応答信号とは周波数が1.3GHzか2.45GHzというギガヘルツ帯域
内にある。ただし、この範囲外の周波数でも可能である。
【0013】
箱状のパケージの形で図1に概略が示された物体20は、少なくとも2つの磁
気センサ素子31〜34で構成された本発明のセンサ30を備えている。この磁
気センサ素子は、互いに関係を持つように配置され,センサの識別あるいはセン
サが装着された物体20の識別を表す。このセンサ素子は、電磁的に検出可能で
あり、磁気材料から作成される。この磁気材料の透磁率は磁場で調整可能であり
、巨大磁気インピーダンスとして周知の効果ににより、高周波インピーダンスは
磁気材料の透磁率に依存する。この巨大磁気インピーダンスを利用して、センサ
30から送信され、受信アンテナ12によって信号70として受信される第2電
磁信号60の振幅変調を行う。変調磁場Hmodでこの振幅を変調する。
気センサ素子31〜34で構成された本発明のセンサ30を備えている。この磁
気センサ素子は、互いに関係を持つように配置され,センサの識別あるいはセン
サが装着された物体20の識別を表す。このセンサ素子は、電磁的に検出可能で
あり、磁気材料から作成される。この磁気材料の透磁率は磁場で調整可能であり
、巨大磁気インピーダンスとして周知の効果ににより、高周波インピーダンスは
磁気材料の透磁率に依存する。この巨大磁気インピーダンスを利用して、センサ
30から送信され、受信アンテナ12によって信号70として受信される第2電
磁信号60の振幅変調を行う。変調磁場Hmodでこの振幅を変調する。
【0014】
上記のシステムに類似のシステムが、WO97/29463とWO97/29
464とWO98/36393とに開示されていて、全部が参照され本明細書に
引用されている。
464とWO98/36393とに開示されていて、全部が参照され本明細書に
引用されている。
【0015】
センサ30の第1実施例を図2に示す。センサ30は、薄い紙かプラスティッ
クなどのセンサ本体35で構成され、センサ本体35上には、センサ素子4個3
1、32、33および34が接着などによって搭載される。あるいは、素子4個
34〜34は、センサが装着される物体20の材料に直接組込まれる。この点に
ついては後に詳細に説明する。
クなどのセンサ本体35で構成され、センサ本体35上には、センサ素子4個3
1、32、33および34が接着などによって搭載される。あるいは、素子4個
34〜34は、センサが装着される物体20の材料に直接組込まれる。この点に
ついては後に詳細に説明する。
【0016】
センサ素子31〜34の材料は、上記のWO98/36393に記載のものと
基本的には同一でありうる。すなわち、図2の実施例の場合、センサ素子31〜
34は、(Fe0.06Co0.94)72.5Si12.5B15などのコバ
ルトの豊富な非晶質金属合金で作成される。センサ素子は、長さがおよそ5〜1
00mmで横断直径が7μmから55μmの間の極細金属ワイヤとして形成され
る。本発明の重要な特長は、各素子31〜34が、後に詳細に説明するように、
異なる所定の長さ11〜14を持っている点である。更に、ワイヤは、ガラスな
どの誘電体材料の薄い被覆が施されている。その被覆は、厚みが好適には金属ワ
イヤの心線の太さ(直径)より小さい。このようなワイヤは、普通マイクロワイ
ヤと呼ばれ、溶融金属合金と外周の溶融ガラス管とを高速で牽引することによっ
て生産される。
基本的には同一でありうる。すなわち、図2の実施例の場合、センサ素子31〜
34は、(Fe0.06Co0.94)72.5Si12.5B15などのコバ
ルトの豊富な非晶質金属合金で作成される。センサ素子は、長さがおよそ5〜1
00mmで横断直径が7μmから55μmの間の極細金属ワイヤとして形成され
る。本発明の重要な特長は、各素子31〜34が、後に詳細に説明するように、
異なる所定の長さ11〜14を持っている点である。更に、ワイヤは、ガラスな
どの誘電体材料の薄い被覆が施されている。その被覆は、厚みが好適には金属ワ
イヤの心線の太さ(直径)より小さい。このようなワイヤは、普通マイクロワイ
ヤと呼ばれ、溶融金属合金と外周の溶融ガラス管とを高速で牽引することによっ
て生産される。
【0017】
あるいは、センサ素子31〜34の材料は、非晶質のものではなく微小結晶質
のものでもよい。更に、ガラス製の被覆はなしで済ましてもよく、太さ(横断直
径)は好適な実施例のものより太くても良い。横断直径は、100μmから20
0μmの間が有用であり、特に、WO97/29463やWO97/29464
にあるようにおよそ125μmが有用であることが分ている。しかし、この場合
、ワイヤはもはやマイクロマイヤとは呼ばれないで、上記のとは異なる方法であ
って磁気センサ素子の技術分野で周知の方法で生産される。要は、本発明のセン
サは、センサについての独立請求項に定義されているように様々な種類の磁気セ
ンサ素子で構成されるものである。
のものでもよい。更に、ガラス製の被覆はなしで済ましてもよく、太さ(横断直
径)は好適な実施例のものより太くても良い。横断直径は、100μmから20
0μmの間が有用であり、特に、WO97/29463やWO97/29464
にあるようにおよそ125μmが有用であることが分ている。しかし、この場合
、ワイヤはもはやマイクロマイヤとは呼ばれないで、上記のとは異なる方法であ
って磁気センサ素子の技術分野で周知の方法で生産される。要は、本発明のセン
サは、センサについての独立請求項に定義されているように様々な種類の磁気セ
ンサ素子で構成されるものである。
【0018】
図2の実施例によれば、4個のセンサ素子31〜34は互いに一定の角度を成
して配置される。先に述べたように、センサ素子31〜34は、接着ラベルなど
のキャリア35に装着されるか、例えば接着などの方法で関係する物体20に直
接添付される。あるいは、センサ素子を衣類といった物品あるいは別の商品に縫
込むか織込む。この場合、センサの識別は物品の等級あるいは型を表わす。ある
いは、センサ素子をダンボールや紙やプラスチック膜などの梱包材料の中もしく
は再利用物品(例えば、プラスチック製の容器やガラス製のビンやダンボール製
のパッケージ)の中に一体化する。この場合、センサの識別は各再利用物品の材
料の種類などを表わしている。
して配置される。先に述べたように、センサ素子31〜34は、接着ラベルなど
のキャリア35に装着されるか、例えば接着などの方法で関係する物体20に直
接添付される。あるいは、センサ素子を衣類といった物品あるいは別の商品に縫
込むか織込む。この場合、センサの識別は物品の等級あるいは型を表わす。ある
いは、センサ素子をダンボールや紙やプラスチック膜などの梱包材料の中もしく
は再利用物品(例えば、プラスチック製の容器やガラス製のビンやダンボール製
のパッケージ)の中に一体化する。この場合、センサの識別は各再利用物品の材
料の種類などを表わしている。
【0019】
センサ30(あるいは関係する物体20)の識別は、部分的には、センサ素子
31〜34間の角度偏向で表される。センサを組立てる工程で、センサ素子は、
所定の配置の組合せの中から選ばれた特定の配置に従って並べられる。
31〜34間の角度偏向で表される。センサを組立てる工程で、センサ素子は、
所定の配置の組合せの中から選ばれた特定の配置に従って並べられる。
【0020】
センサの第2実施例を図3に示す。センサ40は磁気センサ素子4個41、4
2、43および44が搭載された矩形のキャリア45からなる。磁気センサ素子
41〜44は、図2に係わる段落で述べたのと類似もしくは同一のものでよい。
しかし、図2とは異なり、図3のセンサ40のセンサ素子41〜44は、隣接す
る素子間が横方向に離れた状態で互いに平行に配置される。図2の各センサ素子
31〜34と同様に、図3のセンサ素子41〜44はセンサ素子41〜44全部
でセンサ40の識別を形成する異なる長さを有する。図2のセンサ30とは異な
り、図3のセンサ40の場合、センサ素子41〜44間の空間的関係には何の付
加情報もない。
2、43および44が搭載された矩形のキャリア45からなる。磁気センサ素子
41〜44は、図2に係わる段落で述べたのと類似もしくは同一のものでよい。
しかし、図2とは異なり、図3のセンサ40のセンサ素子41〜44は、隣接す
る素子間が横方向に離れた状態で互いに平行に配置される。図2の各センサ素子
31〜34と同様に、図3のセンサ素子41〜44はセンサ素子41〜44全部
でセンサ40の識別を形成する異なる長さを有する。図2のセンサ30とは異な
り、図3のセンサ40の場合、センサ素子41〜44間の空間的関係には何の付
加情報もない。
【0021】
ここで、磁気センサ素子の長さを判定する方法について図4を参照して説明す
る。以下の説明は図2のセンサ30に着目した場合のものである。先に述べたよ
うに、本発明の1つの局面によれば、磁気センサ素子31〜34の長さはセンサ
30の識別を形成するための符号化パラメータとして用いられてもよい。この長
さは、減磁係数として知られる素子の磁気特性から決定される。減磁係数は、外
部の磁場に係わる磁気素子の固有磁化を表し、次に示すように特に素子の長さと
横断面の面積とに依存する。
る。以下の説明は図2のセンサ30に着目した場合のものである。先に述べたよ
うに、本発明の1つの局面によれば、磁気センサ素子31〜34の長さはセンサ
30の識別を形成するための符号化パラメータとして用いられてもよい。この長
さは、減磁係数として知られる素子の磁気特性から決定される。減磁係数は、外
部の磁場に係わる磁気素子の固有磁化を表し、次に示すように特に素子の長さと
横断面の面積とに依存する。
【0022】
磁気センサ素子は、長さがcで直径がaのワイヤであるとすれば、素子の縦方
向減磁係数Ncは次のように表わされる。
向減磁係数Ncは次のように表わされる。
【0023】
【数1】
【0024】
ここでrはc/aに等しい。
【0025】
横方向減磁係数Naは次の数式から求められる。
【0026】
Nc+2Na=4π
先に述べたように、磁気素子のインピーダンスは素子の透磁率に依存する。変
調磁場により透磁率を変えると、インピーダンスも変わる。究極的には、変調磁
場により電磁応答信号の振幅変調が行われる。
調磁場により透磁率を変えると、インピーダンスも変わる。究極的には、変調磁
場により電磁応答信号の振幅変調が行われる。
【0027】
振幅変調のエネルギーは、変調磁場の振幅ばかりでなく電磁励起信号の高周波
(HF)エネルギーと素子の長さとに依存する。長さが振幅変調エネルギーに影
響を与えるのは、振幅変調は透磁率によって行われ、同様に透磁率は減磁係数に
依存し、減磁係数は上記の数式から明らかなように素子の長さに依存するからで
ある。
(HF)エネルギーと素子の長さとに依存する。長さが振幅変調エネルギーに影
響を与えるのは、振幅変調は透磁率によって行われ、同様に透磁率は減磁係数に
依存し、減磁係数は上記の数式から明らかなように素子の長さに依存するからで
ある。
【0028】
従って、変調磁場の振幅を増大すれば、応答信号の振幅変調エネルギーは、素
子の長さに依存した基本的に直線的な係数に基づいて増加する。
子の長さに依存した基本的に直線的な係数に基づいて増加する。
【0029】
変調磁場の振幅と応答信号の振幅変調エネルギーとの間の基本的に直線的な関
係は、図5に示すように実験的に実証されている。
係は、図5に示すように実験的に実証されている。
【0030】
図5は、長さの異なる(7cm、7.5cm、8cm、8.5cm、9.5c
m、10.5cmおよび11.5cm)素子7個に対して、変調磁場を発生させ
るために使われる変調電流の振幅の増加に対する応答信号の振幅をプロットして
ある。各長さに対する傾きKも示してある。
m、10.5cmおよび11.5cm)素子7個に対して、変調磁場を発生させ
るために使われる変調電流の振幅の増加に対する応答信号の振幅をプロットして
ある。各長さに対する傾きKも示してある。
【0031】
上記の結果の適用例の概略を図4に示す。図4では、傾きK1〜K4が図2に
示すセンサ30の磁気素子4個31〜34に対して示されている。第1磁気素子
31は長さl1であり、第4磁気素子34の長さl4と同一である。更に、第2
磁気素子32は長さl2であり、第1と第4の磁気素子31と34の長さl1=
l4より短い。最後に、第3磁気素子33の長さl3は磁気素子31と32と3
4の長さl1とl2とl4より長い。
示すセンサ30の磁気素子4個31〜34に対して示されている。第1磁気素子
31は長さl1であり、第4磁気素子34の長さl4と同一である。更に、第2
磁気素子32は長さl2であり、第1と第4の磁気素子31と34の長さl1=
l4より短い。最後に、第3磁気素子33の長さl3は磁気素子31と32と3
4の長さl1とl2とl4より長い。
【0032】
上述の通り、第1磁気素子31の減磁係数は磁気素子の長さl1に依存する。
また、第1磁気素子31の減磁係数によって、この素子からの応答信号の振幅は
、変調磁場Hmodの振幅に直線的(傾きK1)に依存する。第1と第4の磁気
素子31と34は長さが同一l1=l4なので、図4に共通の線型の傾き一本で
示したように、傾きK1とK4も同一である。更に、第2磁気素子32の長さl 2 は、上記の長さl1=l4より短いので、第2磁気素子32に関連の傾きK2 は図4に示すように変調磁場Hmodの振幅により少く依存する。同様に、最も
長い磁気素子33に関する傾きK3は、図4の最上部に示された傾きK3から分
かる様に変調磁場Hmodの振幅に最も強く依存する。
また、第1磁気素子31の減磁係数によって、この素子からの応答信号の振幅は
、変調磁場Hmodの振幅に直線的(傾きK1)に依存する。第1と第4の磁気
素子31と34は長さが同一l1=l4なので、図4に共通の線型の傾き一本で
示したように、傾きK1とK4も同一である。更に、第2磁気素子32の長さl 2 は、上記の長さl1=l4より短いので、第2磁気素子32に関連の傾きK2 は図4に示すように変調磁場Hmodの振幅により少く依存する。同様に、最も
長い磁気素子33に関する傾きK3は、図4の最上部に示された傾きK3から分
かる様に変調磁場Hmodの振幅に最も強く依存する。
【0033】
磁気素子31〜34の長さl1〜l4の決定は次のように行われる。すなわち
、変調磁場Hmodの振幅HをΔHだけ増加して、第1の値から第2の値へと変
える。変調磁場Hmodの第1振幅と第2振幅とに対する、復調応答信号80の
振幅Aを決定する。換言すれば、変調磁場Hmodの振幅の変化ΔHに対する応
答信号の振幅の変化ΔAを決定する。次に、傾きKをK=ΔA/ΔHで算出する
。例えば、第3素子33の傾きK3はΔA3/ΔHと算出され、第2磁気素子3
2に関連の傾きK2はΔA2/ΔHと算出される。傾きKと磁気素子の長さとの
間には所定の関係があるので、磁気素子31〜34の長さl1〜l4は決定され
た傾きK1〜K4から算出できる。好適には、制御部14に、傾きK1〜K4か
ら長さl1〜l4を決定するための相互参照データを記憶するメモリを設けてい
る。更に、制御部14のメモリには、素子長l1は第1コード値に対応し、素子
長l2は第2コード値に対応するというように、素子長をコード値へとマップす
るための第2の相互参照表を格納する。先に述べたように、磁気素子31〜34
間の角度偏向に別のコード値を対応づけても良い。この場合、センサ30の全コ
ードは、長さl1〜l4と素子31〜34間の角度関係とに基づいて形成される
。
、変調磁場Hmodの振幅HをΔHだけ増加して、第1の値から第2の値へと変
える。変調磁場Hmodの第1振幅と第2振幅とに対する、復調応答信号80の
振幅Aを決定する。換言すれば、変調磁場Hmodの振幅の変化ΔHに対する応
答信号の振幅の変化ΔAを決定する。次に、傾きKをK=ΔA/ΔHで算出する
。例えば、第3素子33の傾きK3はΔA3/ΔHと算出され、第2磁気素子3
2に関連の傾きK2はΔA2/ΔHと算出される。傾きKと磁気素子の長さとの
間には所定の関係があるので、磁気素子31〜34の長さl1〜l4は決定され
た傾きK1〜K4から算出できる。好適には、制御部14に、傾きK1〜K4か
ら長さl1〜l4を決定するための相互参照データを記憶するメモリを設けてい
る。更に、制御部14のメモリには、素子長l1は第1コード値に対応し、素子
長l2は第2コード値に対応するというように、素子長をコード値へとマップす
るための第2の相互参照表を格納する。先に述べたように、磁気素子31〜34
間の角度偏向に別のコード値を対応づけても良い。この場合、センサ30の全コ
ードは、長さl1〜l4と素子31〜34間の角度関係とに基づいて形成される
。
【0034】
変調磁場Hmodの瞬間的な振幅Hは、駆動段階17から変調磁場Hmodを
発生させるために手段(コイル)16へと供給される変調電流の瞬間的な振幅か
ら決定することができるので便利である。
発生させるために手段(コイル)16へと供給される変調電流の瞬間的な振幅か
ら決定することができるので便利である。
【0035】
図3に示すセンサ40の磁気素子41〜44の長さについても、図2のセンサ
30に関する上記の方法と同様の方法で決定できる。
30に関する上記の方法と同様の方法で決定できる。
【0036】
本発明の基本原理は、磁気素子の長さを決定する方法としても利用される。こ
の方法によれば、次の段階がとられる。
の方法によれば、次の段階がとられる。
【0037】
1. 磁気素子を励起用の電磁放射線に曝す。
【0038】
2. 磁気素子を第1振幅の磁場に曝す。
【0039】
3. 磁気素子からの電磁応答信号の第1振幅を検出する。
【0040】
4. 磁気素子を第2振幅の磁場に曝す。
【0041】
5. 磁気素子からの電磁応答信号の第2振幅を検出する。
【0042】
6. 電磁応答信号の第1振幅と第2振幅との間の第1差異を決定する。
【0043】
7. 磁場の第1振幅と第2振幅との間の第2差異を決定する。
【0044】
8. 好適には、第1差異を第2差異で除し、その商を異なる所定の長さをも
つ磁気素子に係わる減磁係数を表した予め記憶された1組の値と比較することに
よって、第1差異と第2差異とから究極的に磁気素子の長さを決定する。
つ磁気素子に係わる減磁係数を表した予め記憶された1組の値と比較することに
よって、第1差異と第2差異とから究極的に磁気素子の長さを決定する。
【0045】
本発明の範囲内として、各磁気素子の長さ以外の特性を上記の目的のための符
号化パラメータとして用いても良い。既に述べたように、固有磁化および減磁係
数は、素子長だけでなく直径又は横断面の面積に依存する。従って、図2と図3
を参照して述べた磁気素子31〜34と41〜44との代わりにおよび/あるい
は磁気素子31〜34と41〜44に加えて横断面の面積が異なる磁気センサ素
子を用いれることにより、素子の直径を符号化のために使用できる。
号化パラメータとして用いても良い。既に述べたように、固有磁化および減磁係
数は、素子長だけでなく直径又は横断面の面積に依存する。従って、図2と図3
を参照して述べた磁気素子31〜34と41〜44との代わりにおよび/あるい
は磁気素子31〜34と41〜44に加えて横断面の面積が異なる磁気センサ素
子を用いれることにより、素子の直径を符号化のために使用できる。
【0046】
本発明について2,3の代表的実施例に基づいて述べた。ただし、上記以外の
他の実施例も、独立した特許請求項に定義された発明の範囲内であれば実現可能
である。
他の実施例も、独立した特許請求項に定義された発明の範囲内であれば実現可能
である。
【図1】
本発明に係わる方法とセンサとが適用された物体の遠隔検出システムを示す図
である。
である。
【図2】
本発明にかかわるセンサの第1実施例の概略図であって、長さの異なる磁気素
子が互いに角度を成して配置されていることを示す図である。
子が互いに角度を成して配置されていることを示す図である。
【図3】
上記センサの別の実施例の概略図であって、長さの異なる磁気センサ素子が互
いに平行に配置され素子の長手方向に対して横方向にそれぞれの距離分離されて
いることを示す図である。
いに平行に配置され素子の長手方向に対して横方向にそれぞれの距離分離されて
いることを示す図である。
【図4】
本発明の基盤となる基本原理を示すグラフである。
【図5】
長さの異なる磁気素子セットに対して得られた実験結果を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Fターム(参考) 2F063 AA11 AA19 AA49 BB03 DA01
DA05 GA01 KA10
2G017 AA01 AD51 BA03
5B072 CC27 DD04
5E040 AA00 BD03 CA20
Claims (19)
- 【請求項1】 物体の遠隔検出方法であって、各物体(20)にはセンサ(
30)が設けられ、前記センサ(30)は所定の幾何学的形状を持ち、センサの
識別を表す少なくとも1つの磁気素子(31〜34)で構成され、前記磁気素子
あるいは前記各磁気素子を励起するために第1の電磁信号(50)を発生させて
第2の電磁信号(60)を生成し、第2電磁信号(60)の振幅を磁場(Hmo d )で変調し、第2電磁信号(60、70)を復調して応答信号(80)を生成
するという方法であって、 ア)前記磁場(Hmod)の振幅の変化(ΔH)に対する応答信号(80)の
振幅の変化(ΔA)を検出する段階と、 イ)段階ア)の結果から、前記磁気素子あるいは前記各磁気素子(31〜34
)の幾何学的特性を決定する段階と、 ウ)段階イ)の結果から、前記センサ(20)の識別を決定する段階と によることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記幾何学的特性は前記磁気素子あるいは前記各磁気素子(
31〜34)の長さ(l1〜l4)である請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記幾何学的特性は前記磁気素子あるいは前記各磁気素子(
31〜34)の直径である請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記磁気素子あるいは前記各磁気素子(31〜34)は、非
晶質金属合金あるいは微小結晶質金属合金製のワイヤとして形成される請求項1
から請求項3のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 前記センサ(20)は、互いに所定の空間的関係をもつよう
に配置された前記磁気素子(31〜34)の少なくとも2個で構成された請求項
1から請求項4のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 前記の少なくとも2個の磁気素子(31〜34)は長さが異
なっている請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記の少なくとも2個の磁気素子(41〜44)は前記セン
サ(40)内に互いに平行に配置された請求項5あるいは請求項6に記載の方法
。 - 【請求項8】 前記の少なくとも2個の磁気素子(31〜34)は互いに角
度を成して配置された請求項5〜請求項6のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項9】 物体の遠隔検出システムであって、各物体(20)には少な
くとも1個の磁気センサ素子(31〜34)で構成されたセンサ(30)が設け
られ、第1電磁信号(50)を検出領域(10)へ送信するための送信手段(1
1、13)と、前記送信手段からの第1電磁信号に応答して前記センサから発生
した第2電磁信号(60、70)を受信するための受信手段(12、15)と、
前記センサから前記第2電磁信号が発生している最中に前記第2電磁信号を変調
するための磁場(Hmod)を発生させる変調手段(16)と、前記受信手段に
よって受信されるや否や前記第2電磁信号(70)を復調して応答信号(80)
を生成する復調手段(15)とで構成されるシステムであって、 前記磁場(Hmod)の振幅の変化(ΔH)に対する前記応答信号(80)の
振幅の変化(ΔA)を検出して、検出された振幅変化から前記磁気素子あるいは
前記各磁気素子(31〜34)の幾何学的特性を決定し、決定された前記幾何学
的特性からセンサ(30)の識別を決定する処理手段(14)によることを 特徴とするシステム。 - 【請求項10】 細長い磁気素子(31〜34)の長さ(l1〜l4)を決
定する方法であって、 前記磁気素子(31〜34)を電磁放射線(50)に曝す段階と、 前記磁気素子を第1振幅の磁場(Hmod)に曝す段階と、 前記磁気素子からの電磁応答信号(60、70)の第1振幅を検出する段階と
、 前記磁気素子を第2振幅の前記磁場に曝す段階と、 前記磁気素子からの前記電磁応答信号の第2振幅を検出する段階と、 前記電磁応答信号の前記第1振幅と前記第2振幅との間の第1差異(ΔA)を
決定する段階と、 前記磁場の前記第1振幅と前記第2振幅との間の第2差異(ΔH)を決定する
段階と、 前記第1差異と前記第2差異とから前記磁気素子(31、34)の長さ(l1 〜l4)を決定する段階と、 を特徴とする方法。 - 【請求項11】 物体の遠隔検出センサ(30)であって、前記センサの識
別あるいは前記センサが装着された物体(20)の識別を表す空間的関係をもっ
て配置された少なくとも2個の磁気素子(31〜34)であって、前記磁気素子
は電磁的に検出されるというセンサで構成され、 前記各磁気素子(31〜34)は、非晶質金属合金あるいは微小結晶質金属合
金製のワイヤであって、前記センサ(30)の少なくとも1つの他の磁気素子の
長さとは異なる長さ(l1〜l4)をもつワイヤとして形成され、各素子の長さ
を利用して前記センサの識別を表すこと、 を特徴とするセンサ。 - 【請求項12】 前記各磁気素子(31〜34)の直径は100μm〜20
0μmである請求項11に記載のセンサ。 - 【請求項13】 前記各磁気素子(31〜34)の直径は7μm〜55μm
である請求項11に記載のセンサ。 - 【請求項14】 前記各磁気素子(31〜34)にはガラスなどの誘電材の
被覆が施されている請求項11〜請求項13のいずれか1項に記載のセンサ。 - 【請求項15】 前記各磁気素子(31〜34)の非晶質金属合金あるいは
微小結晶質金属合金は、高周波の電磁エネルギーと低周波の磁気エネルギー(H mod )とに曝されると巨大磁気インピーダンス効果を発揮する請求項11〜請
求項14のいずれか1項に記載のセンサ。 - 【請求項16】 前記各磁気素子(31〜34)の非晶質金属合金あるいは
微小結晶質金属合金は、コバルトの占める割合が大きい請求項11〜請求項15
のいずれか1項に記載のセンサ。 - 【請求項17】 前記各磁気素子(31〜34)の非晶質金属合金あるいは
微小結晶質金属合金の組成は(Fe0.06Co0.94)72.5Si12. 5 B15である請求項11〜請求項16のいずれか1項に記載のセンサ。 - 【請求項18】 前記磁気素子(41〜44)は前記センサ(40)内に互
いに平行に配置されている請求項11〜請求項17のいずれか1項に記載のセン
サ。 - 【請求項19】 前記磁気素子(31〜34)は前記センサ(30)内に互
いに角度を成して配置されている請求項11〜請求項18のいずれか1項に記載
のセンサ。
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