JP2003536053A - 位置および電磁場センサ - Google Patents

位置および電磁場センサ

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Abstract

(57)【要約】 位置および電磁場センサが提供される。センサはロビンソンマージナル発振器のような発振器をもとにする。ＲＦまたはマイクロ波電磁場を生成するためである。例えば金属製歯車のような不均一形状物体が場のなかを移動するので、場は電気感受率または磁気感受率の変化を受ける。いいかえれば、これは発振器にエネルギー損失を引き起こす。その大きさは、直流信号として出力される。電磁場を生成し、あるいは発生源近傍の移動しない物体を検出するために、センサは発振器コイル近傍の巨大なまたは大きな磁気抵抗構造を有し、それは虚の磁気感受率を有する。その磁気感受率は、検知される物体によってあるいは物体において生成される場の大きさと方向に強く依存する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この発明は物体とそれに関連した電磁場あるいはどちらか一方の位置を検出す
るためのセンサに関する。
【０００２】 本発明の第１の形態は、検知される不均一形状物体とセンサ間の相対的動作を
検出する感受率センサであって、センサの電磁場を生成する手段を含む発振器と
、前記発振器の電気的特性の変化に従って変動する信号を提供する出力部を含み
、検知される物体とセンサの電磁場を生成するための手段間の相対的動作により
、電磁場に電気感受率または磁気感受率の変化が与えられ、それによって前記発
振器の電気的性質のうちの少なくともひとつが変化するようにセンサが配置され
ている感受率センサを提供する。
【０００３】 電気感受率または磁気感受率の変化の使用は、多くの利点をもたらす。まず、
検出される物体はさまざまな材料で形成されてもよい。それは強磁性体、非強磁
性体、金属やセラミックプラスティックのような絶縁体でもよい。次に、センサ
の感度はこれまでの移動センサと比較して非常に高い。さらに、この感度は物体
とセンサ間の移動速度に依存しない。
【０００４】 センサの電磁場を生成するための手段は交流（ａ．ｃ．）場を生成してもよい
。好ましくはＲＦあるいはマイクロ波周波数である。センサの電磁場は交流電流
を通すための伝導性コイルあるいは交流電圧下のコンデンサによって生成されて
もよい。 使用すると、センサの電磁場は電気感受率または磁気感受率の変化を受ける。
この変化は発振器内で電磁エネルギー損失を変動させる。
【０００５】 センサの電磁場を生成するための手段が共振回路を共に形成するコイルと容量
性要素を含んでもよい。この場合、センサの出力部が共振回路の共振周波数の変
化に従って変動する信号を提供し、その共振周波数の変化はセンサの電磁場に与
えられる電気感受率または磁気感受率の実部の変化によってもたらされてもよい
。最も好ましくは、出力部は共振回路の共振周波数の変動に従って単調的に変動
する実質的な直流電圧を生成するための周波数／電圧変換器を含んでもよい。
【０００６】 コイルが非平面的であることが好ましい。平面でないコイルの使用には感度の
範囲に焦点を合わせるためとより高い空間分解能を得るための能力のような利点
がある。 代わりに、センサの出力部は共振回路の線質係数（Ｑ）の変動に従って変化す
る信号を提供してもよく、そのＱ値の変化はセンサの電磁場に与えられる電気感
受率または磁気感受率の虚部の変化によってもたらされてもよい。この場合、出
力部は共振回路の少なくとも一部分を横切る交流電圧の振幅と共に単調的に変動
する実質的な直流電圧を生成する検出段階を有してもよい。
【０００７】 発振器はロビンソンマージナル発振器、ファン・デル・ポールマージナル発振
器あるいは中間的な特徴を持った他の発振器の変形のような自己発振する閉ルー
プ発振器であれば好ましい。特に、ロビンソンマージナル発振器の場合、発振器
ループとリミッタ検出器の使用が好ましい。これは潜在的にＵＨＦ帯から直流ま
で使用でき、増幅雑音に依存しない。 リミッタ検出器と共の発振器ループの使用には、リミッタ検出器がガリウム砒
素または高電子移動度トランジスタを含むとき、同様の特別な利点がある。その
ようなデバイスの使用は１ギガヘルツ帯まで動作可能であり、空間分解能を向上
させる。
【０００８】 特に好ましい形態において、発明のセンサは検知される物体に関連した物体の
電磁場の測定もさらに可能である。この場合、センサは、センサの電磁場を生成
するための手段の近傍に配置され異方性の電気感受率または磁気感受率を有する
センサ要素からなり、物体の電磁場の大きさまたは方向の変化が検知される物体
に関連するようにセンサはさらに配置される。変化をセンサ要素が受けるためで
ある。そのようなセンサでは、センサ要素の電気感受率または磁気感受率の変化
を引き起こす。そのとき、センサの電磁場は電気感受率または磁気感受率の変化
を受ける。別のいいかたをすれば、発振器の少なくともひとつの電気的性質を変
化させる。
【０００９】 このようなセンサはマイクロ波ストリップ線路またはコイルとコンデンサから
なるＵＨＦタンク回路の近傍で、分離したセンサ要素により構成されてもよい。
そのようなセンサは非常に多様的であり、検出される物体の電気感受率または磁
気感受率の両方の変化、あるいは検出される物体に関連する物体の電磁場の大き
さまたは方向の変化、あるいはそれらの両方を検出できる。センサ自体は改良を
必要とせず、出力部は検知される物体のパラメータの変化に依存しない信号を生
成できる。検知される物体が動くと、それに関連した物体の電磁場がなくなり、
好ましい実施の形態におけるセンサは効果的に電気感受率または磁気感受率を一
定のままにするセンサ要素の存在を無視する。
【００１０】 別の構造で、センサ要素は発振器のコイル上につけられた薄膜またはそれ以外
のものとして形成されてもよい。その場合、ストリップライン構造とされてもよ
い。そのような構造は、発振器が電磁スペクトラムのマイクロ波周波数帯の共振
周波数を持つときに特に利点を有する。さらにセンサはマイクロ波動作センサと
磁場センサあるいはその一方として動作する。
【００１１】 センサ要素とセンサの電磁場を生成するための手段を共有する複合センサには
特別の利点がある。それは、動作する物体と時間に対して変化する電磁場を有す
る物体を共に測定できる。しかし、センサは動作する物体の測定を必要としない
。それゆえ、本発明の第２の形態に関連して、検知される物体に関連した物体の
電磁場を検出するための感受率センサを提供する。これは、センサの電磁場を生
成するための手段を含む発振器と、センサの電磁場を生成するための手段の近傍
に配置され、印加された電磁場の大きさと方向あるいはどちらか一方の関数とし
て変動する電気感受率または磁気感受率を有するセンサ要素と、前記発振器の電
気的性質の変化に従って変動する信号を提供する出力部を含み、検知される物体
に関連した物体の電磁場の大きさまたは方向の変化が、前記センサ要素によって
受けられると同時に、前記センサ要素の電気感受率または磁気感受率の変化が生
じ、それによって前記センサの電磁場が発振器の少なくともひとつの電気的性質
を変化させる変動電気感受率または変動磁気感受率を受けるようにセンサが配置
されている。
【００１２】 センサ要素がランタンストロンチウムマンガン（ＬＳＭＯ）のような巨大磁気
抵抗材料から形成されてもよい。そのような材料は非線形の磁化Ｍ（Ｈ）を有す
る。そのような非線形性は小さい磁場においてさえ生じる。センサは検知される
電磁場の発生源にセンサを近づける必要がない程の高い感度を有するからである
。クラマース・クローニッヒの関係によれば、これは印加された磁場において磁
気感受率の虚部の変動の大きい材料が特に適していることを意味する。そのため
、ＬＳＭＯに加えてパーマロイも使用できる。
【００１３】 印加された磁場において磁気感受率の虚部の変動の大きいセンサ要素がこれま
で選ばれているが、電気感受率の虚部の変動が印加された電場の関数である材料
を代わりにあるいは同様に使用できる。さらに、電気感受率と磁気感受率が共に
変動する材料も適している。
【００１４】 発明の第１の形態における特徴は発明の第２の形態においても同様である。 発明の感受率センサは特に所定の物体の検知あるいは測定に適している。その
結果、本発明はまた第１の形態の感受率センサとセンサによって検知される不均
一形状物体との組み合わせを提供する。不均一形状物体が前記センサに対して動
かされると同時に電気感受率または磁気感受率の変化によりセンサの電磁場を生
じさせる。
【００１５】 検知される物体が回転に対して不均一であれば好ましい。例えば、物体は少な
くともひとつの空間的に突き出た部分を有し、所定の時間でのセンサに対するそ
の突き出た部分の位置またはそれぞれの突き出た部分の位置が、当該時間でのセ
ンサの電磁場によって与えられる電気感受率または磁気感受率を定めてもよい。
すなわち、センサと動作する物体に共通する空間の範囲あるいはそれらの中間部
分には、検知される動作物体の一部が進むと、その効果によって変動する電気的
な磁気感受率を有する動作物体がある。 検知される物体は、ひとつあるいはそれ以上の突出部のあるカムや歯車でも望
ましい。
【００１６】 結果として、検知される物体は第２の電磁場生成手段を含んでもよい。これは
検知される物体に設置されてもよい。例えば小さな永久磁石である。あるいはそ
れに関連する他のものでもよい。生成される第２の電磁場は一定の振幅であって
もよい。さらに物体がセンサに対して動く場合、センサ要素の電気感受率あるい
は磁気感受率が変化する。代わりに、第２の電磁場は変動する振幅であってもよ
い。例えば、探知される物体のうえあるいは近傍にある小さな電磁石が、探知さ
れる物体の状態を示すためにオンとオフされてもよく、センサは検知される物体
上の電磁石の変化する磁場を検出できる。これはセンサのセンサ要素の感受率の
変化により行われる。
【００１７】 発明はまた第２の形態の感受率センサと検知される物体の結合に拡張される。
検知される物体はそれに加えて物体の電磁場の生成手段にも関連するためである
。 発明のさらに別の形態で、検知される不均一形状物体とセンサ間の相対的動作
を検出する方法を提供する。これは、発振器が電気的性質を複数有し、発振器に
よってセンサの電磁場を生成するステップと、センサの電磁場が電気感受率また
は磁気感受率の変化を受けるようにセンサに対して物体を移動し、それにより発
振器手段の電気的性質を変化させるステップと、前記電気的性質のうちの少なく
ともひとつの変化を検出するステップを含む。
【００１８】 検知される物体に関連する物体の電磁場検知方法もまた提供される。方法は発
振器が電気的性質を複数有し、発振器によってセンサの電磁場を生成するステッ
プと、検出される物体においてまたはその近傍での物体の電磁場を生成するステ
ップと、前記物体の電磁場の方向または大きさを変動させるステップと、発振器
は異方的な磁気または電気感受率を有し、前記発振器近傍にあるセンサ要素の電
気感受率または磁気感受率の変動を測定することにより前記物体の電磁場の方向
または大きさの変化を検出するステップを含む。
【００１９】 まとめると、本発明は機械的な構成要素、光線、磁場、電場、そのほかの実体
の位置と動きを検出するセンサを提供する。これには磁気感受率と電気感受率あ
るいはどちらか一方の変動を測定する。これらの変動は磁気感受率と電気感受率
あるいはどちらか一方を有するセンサの集まり、動作するシステムあるいはその
両方におけるいくつかの成分や空間の範囲で結果として生じる。磁気と電気感受
率は実数成分または虚数成分あるいはその両方を有しており、その値は検出され
る機械的あるいはその他の動作によって変調される。
【００２０】 発明は多くの方法で実行されてもよく、いくつかの形態は添付される図を参照
して、例示の方法により説明される。 図１ 本発明の実施の形態１に係るセンサを示す図である。 図２ 本発明の実施の形態２に係るセンサを示す図である。 図３ 本発明の実施の形態３に係るセンサを示す図である。 図４ 本発明の実施の形態４に係るセンサを示す図である。
【００２１】 図１は、発明の実施の形態１に係るセンサの回路図を示す。回路１０は、タン
ク回路３０に接続された閉ループロビンソン型発振器２０を有する。タンク回路
３０は、コイル５０に並列の可変コンデンサ４０に接続されたコンデンサとコイ
ルを有する。コイル５０は、センサ要素６０に巻きつけられており、ランタンス
トロンチウムマンガン（ＬＳＭＯ）のような巨大磁気抵抗材料からなる。この材
料の感受率は、印加される磁場の変化によって、大きく変化する。
【００２２】 図１の回路におけるトランジスタＴ１とＴ２には３つの機能がある。一つ目は
、閉ループロビンソン型発振器２０の動作を維持するための増幅であり、二つ目
は、雑音振幅に依存しないフィードバックを行うための制限動作であり、三つ目
は、出力部信号を生成するための検出である。トランジスタＴ１とＴ２によるこ
れら３つの機能は分離されてもよく、それを後述する図２の接続に示す。
【００２３】 発振器２０はタンク回路３０の共振周波数で動作する。その共振周波数は、コ
イル５０のインダクタンスと可変コンデンサ４０のキャパシタンスで定められる
。発振するときの振幅は、タンク回路３０における電気的損失の関数となる。い
いかえると、コイル５０による電磁場で与えられる感受率の関数である。これに
ついては後述する。
【００２４】 ＲＦ振幅は、直流信号に変換される。さらにその信号は、回路出力部７０に送
るためにトランジスタＴ３とＴ４で増幅される。トランジスタＴ５とＴ６はそれ
ぞれ、供給電力の平滑化と、周波数出力の生成を行う。 図１のセンサによる検知にはさまざまな異なった方法がある。それをこれから
説明する。
【００２５】 ［１］検知される物体の可変感受率 検知される物体８０は、タンク回路３０のコイル５０部分に設置される。図１
の物体８０は、歯車である。歯車が回転し、その歯車は回転に対して不均一であ
るため、コイル５０で生成された電磁場は、電気感受率または磁気感受率によっ
て歯車の材料に依存した周期的な変動を受ける。特に、回路３０で生成された電
磁場による磁気感受率の虚部の変化は、時間の関数である。この変化は、コイル
５０のＲＦ損失に変換される。いいかえると、これは回路１０の線量係数Ｑを低
くし、さらに回路のＲＦ信号の振幅が変化することである。変化するＲＦ振幅は
検出されて、変化する直流電圧に変換される。感受率の変動は回転速度に関連し
ており、この変動は直接センサの出力電圧において、相当する変動に変換される
。
【００２６】 このようにして、図１のセンサは、所定の物体の動作を検知する。今の場合、
動作は回転である。この物体はコイル５０による電磁場に対して変動する磁気感
受率を示す。これはセンサの利点である。なぜなら、測定に対して磁気材料、非
磁気材料、金属で構わないからである。
【００２７】 図１の検知される物体８０は歯車であるが、センサのコイル５０を直線的に通
過する不均一形状物体も同様に電磁場に対して感受率の変化を示すと理解される
。それゆえ、これも検知される。事実、固定された検知するための不均一形状物
体を測定することさえも可能である。例えば、異なる位置にあるコイル５０の配
列を置き、それらを切り替え、あるいは検知しようとする固定物体に対してセン
サを動かすことによって実現される。
【００２８】 ［２］磁場の検出 上述の場合、電気感受率や磁気感受率による変化は検知される物体そのものに
よってもたらされる。この物体は、不均一形状をもち、センサと相対的に移動さ
せられる。この場合において、センサ要素６０は回路１０の必須要素ではない。
前述のとおり物体８０そのものの移動が、コイル５０による場に対して、電気感
受率や磁気感受率を変化させるからである。しかしながら、センサ要素６０は印
加された磁場の方向と大きさあるいはどちらか一方と共に変化する感受率を有す
るので、ふたつめの動作モードが、同一回路で提供されてもよい。
【００２９】 ふたつめの動作モードで、検知される物体８０は電磁場の発生源のそのうえに
設置される。最も直接的な場合、発生源は単に小さな永久磁石である。物体８０
はセンサ１０と相対的に動くので、センサ要素６０において永久磁石による磁場
は変化する。前述の説明と同様に、センサ要素６０の感受率の虚部は印加される
磁場と共に変化する。コイル５０の近傍のセンサ要素６０によって、コイル５０
は変化する磁気感受率を受け、それにより電磁場を生成する。磁気感受率のうち
、特に虚部の感受率が変化し、これによって回路１０に電磁気的損失が生じる。
そのとき、物体８０そのものの動作による感受率の変化を伴う。例えば前述の通
りである。
【００３０】 このふたつめの動作モードは動作する物体８０の測定に限らない。物体８０で
生成される電磁場の大きさの変化も同様にセンサ要素６０によって検知される。
それゆえ、小さな電磁石が検知される物体の上部または近傍に設置されてもよい
。電磁石がオンとオフを切り替えると、センサ要素６０における感受率の変化の
効果によって、変化がセンサで検知される。
【００３１】 センサ要素６０の材料の適切な選択により、センサは検出に要求されたいかな
る磁場の範囲に対して、適合した感度を有してもよい。例えば、磁場の変化の検
出が単に要求され、変化の大きさは重要でない場合、急峻な磁気的特異性を有す
る磁気材料が選択される。この材料の感度は、非常に大きいが、磁場強度の定量
的測定に適していない。対照的に、定量的な磁場強度の測定のために、センサ要
素６０に選択される磁気材料は、広い磁場範囲で平滑な磁気的特徴をもつような
ものである。この場合、コイル５０によるＲＦ磁場で動くエレクトロニクスは、
自ら振動し、高周波閉ループを形成するので、センサはアナログ電圧としてのデ
ータのみならず無線周波数におけるデータも出力する。後者はＭＨｚのオーダー
であるが、数Ｈｚのオーダーに対しても測定できる。それゆえ場検出センサは、
非常に大きな感度を有し、事実その性能はマイクロホニック雑音のみによって制
限される。
【００３２】 図２は変更したセンサ８５を示し、これは図１のセンサ１０より大きくそして
分解された処理機能を有する。図２の変更したセンサ８５のタンク回路３０はコ
イル５０に並列の固定コンデンサ９０とセンサ要素６０を含む。トランジスタＴ
１とＴ２は付加的なコンデンサと抵抗と共にチェリー／フーパー増幅器対１００
を構成する。チェリー／フーパー対１００の出力は、トランジスタＴ３とＴ４で
構成されるリミッタと検出器１１０に供給される。トランジスタＴ３とＴ４はロ
ングテールドペアとして動作する。
【００３３】 図３は別のセンサ配置２００を示す。これは図１と図２のセンサと比較して空
間分解能が改善されている。センサ配置２００はコイルＬとふたつのコンデンサ
Ｃ１とＣ２を含むタンク回路２１０を有する。タンク回路は、図２のセンサと同
様にロングテールドペア検出器２２０に接続される。しかしながら、図２のセン
サとは対照的に、ロングテールドペアはトランジスタＴ１とＴ２はＧａＡｓＦＥ
Ｔｓまたは高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴｓ）により構成される。そのよ
うなデバイスの使用によって図３のセンサ配置２００の動作周波数はギガヘルツ
まであげられる。一方、高い効果のロングテールドペア検出器構成は維持してい
る。
【００３４】 ＧａＡｓのようなＩＩＩ‐Ｖデバイスの典型的な低入力インピーダンスは、タ
ンク回路のインピーダンスが低くされていることを要求する。コイルＬは典型的
なワイヤの一重ループであるため、これはコンデンサＣ１とＣ２のコンデンサタ
ッピングによって実現される。可変コンデンサＣ５は図３でも使用される。これ
はフィードバックされる電流パルスの大きさを調節するためであり、いいかえれ
ば、発振の振幅は調節されてもよい。
【００３５】 ふたつのダイオードＤ１とＤ２は−１．２Ｖの負電位を規定する。これにエミ
ッタ抵抗が取り付けられる。この１．２Ｖ電位は典型的な＋／−１５ボルトの電
圧レールより小さいので、エミッタ抵抗は１５／１．２で小さくなる。いいかえ
れば、検出効率が１５／１．２倍改善する。なお、検出効率は、エミッタ抵抗の
コンダクタンスに比例する。 ロングテールドペアＴ１とＴ２に適しているトランジスタには、ＢＦＥ５０５
、ＢＦＥ５２０、ＢＦＧ５０５、ＢＦＧ５２０、ＢＦＧ５９０のようなものがあ
る。
【００３６】 図４は、センサ１２０の一部分である。これは、特にＵＨＦ周波数よりマイク
ロ波を使用した物体８０の検知に適している。発振器、リミッタ、検出器を構成
している図１、図２、図３の構成要素は図４のセンサ１２０においてひとつのブ
ロックにまとめられており、これをマイクロ波トランジスタＴ１で表す。図４の
タンク回路３０’は伝送線路に類似している。誘導性と容量性関数はマイクロ波
周波数において明らかに小さくなるからである。センサ要素６０’は、タンク回
路３０’のストリップ線路につけられた磁気薄膜である。センサ要素６０’の感
受率の変化はトランジスタＴ１における特性の異なる部分にはたらき、それゆえ
異なった直流電流が出力される。この直流電流は関連する制御エレクトロニクス
によって出力電圧の変動に変換される。この制御エレクトロニクスは図示されて
いない。
【００３７】 図１から図４で述べたセンサは、多様的であり、これはさまざまな材料ででき
た不均一形状物体を定量的や定性的に検出や測定できる。同時にセンサ素子の使
用は、センサ素子が電気分極率と磁化率あるいはどちらか一方を有するので、検
知される物体での磁場の大きさと方向あるいはどちらか一方の定性的測定と定量
的測定を可能にする。ここで電気分極率と磁化率は印加される磁場の方向と大き
さあるいはどちらか一方により変化する。センサ素子の形状はそれが大きすぎる
場合を除いて重要でない。大きすぎる場合、センサの空間分解能が劣化する。し
かしながら、センサ素子そのものの中に共振回路を配置するのに役立つ。これに
より、コイルによって生成される電磁場の最大透過率を確定できる。これは、コ
イルそのものにセンサ素子をつけることに対する利点の理由のひとつである。
【００３８】 上述されたセンサは既にモータ付車両から内部燃焼エンジンの配電器でテスト
されている。センサに対するローターの回転動作は周期的な変化となるために、
センサコイルでの感受率を引き起こす。センサは点火時間を制御できる信号を生
成する。この適用について、センサは従来のセンサにより高い利点があると示さ
れている。なぜなら、長時間１０００ＯＣを超える温度に耐え、優れた信号雑音
比を有し、実際マイクロホニック雑音のみで制限されるからである。さらに、セ
ンサは除去されるための低エンジン速度において「スキッピング」でき、内部燃
焼エンジンから大量の炭酸水素放出を削減する。センサはローターが金属的や磁
気的でなくてもその動きを検出できる。センサのさらなる利点は、ローター速度
にかかわらず大出力信号を生成可能なことである。 センサを非常に安価で製作できることも理解されるであろう。
【００３９】 センサの別の適用は地下に埋められたプラスティック材料の検出である。この
場合、センサを埋められたプラスティック材料に対して動かす必要がある。これ
は探知棒の上にセンサを設置し、この探知棒を地面に挿入することで実行されて
もよい。挿入している間、センサは検出される信号の原因となるプラスティック
材料に対して動く。出力信号はプラスティック材料と探知棒間の相対的な速度に
依存しないので、検出を成功させるために探知棒を特別な速度で挿入する必要が
ない。この代わりに、センサの配列が空間的に互いに離れて設置された固定探知
棒によって、連続して測定されてもよい。
【００４０】 代わりの適用は、例えばプラスティック製ケーブル、パイプ、非金属公共事業
用パイプの検出について検討されている。プラスティック製ケーブルの一例は、
ファイバー光ケーブルである。さらに、センサは血液のような不均一流動体の流
れを検出することも可能である。 この発明の原理を理解することにより、ほかの適用は当業者にとって明らかで
あろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るセンサを示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２に係るセンサを示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３に係るセンサを示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態４に係るセンサを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F077 AA18 CC02 NN17 NN21 PP06 PP14 TT07 TT08 TT82

Claims (59)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検知される不均一形状物体とセンサ間の相対的動作を検出す
    る感受率センサであって、 センサの電磁場を生成する手段を含む発振器と、 前記発振器の電気的特性の変化に従って変動する信号を提供する出力部を含み
    、 検知される物体とセンサの電磁場を生成するための手段間の相対的動作により
    、電磁場に電気感受率または磁気感受率の変化が与えられ、それによって前記発
    振器の電気的性質のうちの少なくともひとつが変化するようにセンサが配置され
    ていることを特徴とする感受率センサ。
  2. 【請求項２】 センサの電磁場を生成するための手段が交流（ａｃ）場の生
    成に適合するものである請求項１に記載の感受率センサ。
  3. 【請求項３】 センサの電磁場を生成するための手段が交流電流を通すため
    の伝導性コイルを含む請求項１また２に記載の感受率センサ。
  4. 【請求項４】 センサの電磁場を生成するための手段が交流電圧下のコンデ
    ンサを含む請求項１また２に記載の感受率センサ。
  5. 【請求項５】 電気感受率または磁気感受率の変化を与えられるセンサの電
    磁場が同時に発振器内で電磁エネルギー損失の変化を引き起こす請求項１から４
    のいずれかに記載の感受率センサ。
  6. 【請求項６】 センサの電磁場を生成するための手段が共振回路を共に形成
    するコイルと容量性要素を含む請求項１から５のいずれかに記載の感受率センサ
    。
  7. 【請求項７】 コイルが非平面的である請求項６に記載の感受率センサ。
  8. 【請求項８】 出力部が共振回路の共振周波数の変化に従って変動する信号
    を提供し、その共振周波数の変化はセンサの電磁場に与えられる電気感受率また
    は磁気感受率の実部の変化によってもたらされる請求項６また７に記載の感受率
    センサ。
  9. 【請求項９】 出力部は前記共振回路の共振周波数の変動に従って単調的に
    変動する実質的な直流電圧を生成するための周波数／電圧変換器を含む請求項８
    に記載の感受率センサ。
  10. 【請求項１０】 出力部は共振回路の線質係数（Ｑ）の変化に従って変動す
    る信号を提供し、そのＱ値の変化はセンサの電磁場に与えられる電気感受率また
    は磁気感受率の虚部の変化によってもたらされる請求項６に記載の感受率センサ
    。
  11. 【請求項１１】 出力部は共振回路の少なくとも一部分を横切る交流電圧の
    振幅と共に単調的に変動する実質的な直流電圧を生成する検出段階を有する請求
    項１０に記載の感受率センサ。
  12. 【請求項１２】 発振器が自己発振する閉ループ発振器である請求項１から
    １１のいずれかに記載の感受率センサ。
  13. 【請求項１３】 発振器がマージナル発振器である請求項１２に記載の感受
    率センサ。
  14. 【請求項１４】 発振器が発振器ループとリミッタ検出器を含むロビンソン
    マージナル発振器である請求項１３に記載の感受率センサ。
  15. 【請求項１５】 １ギガヘルツを超えた動作を行うためにＲＦ増幅要素とし
    て動作するひとつまたはそれ以上のガリウム砒素または高電子移動度トランジス
    タをさらに含む請求項１２から１４のいずれかに記載の感受率センサ。
  16. 【請求項１６】 検知される物体に関連した物体の電磁場をさらに測定する
    ために、 センサの電磁場を生成するための手段の近傍に配置され、印加された電磁場の
    大きさと方向あるいはどちらか一方の関数で変動する電気感受率または磁気感受
    率を有するセンサ要素をさらに含み、 検知される物体に関連した物体の電磁場の大きさと方向あるいはどちらか一方
    の変化が、前記センサ要素によって受けられると同時に、前記センサ要素の電気
    感受率または磁気感受率の変化が生じ、それによって前記センサの電磁場が発振
    器の少なくともひとつの電気的性質を変化させる変動電気感受率または変動磁気
    感受率を受けるようにさらにセンサが配置されている請求項１から１５のいずれ
    かにに記載の感受率センサ。
  17. 【請求項１７】 検知される物体に関連した物体の電磁場を検出するための
    感受率センサであって、 センサの電磁場を生成するための手段を含む発振器と、 センサの電磁場を生成するための手段の近傍に配置され、印加された電磁場の
    大きさと方向あるいはどちらか一方の関数として変動する電気感受率または磁気
    感受率を有するセンサ要素と、 前記発振器の電気的性質の変化に従って変化する信号を提供する出力部を含み
    、 検知される物体に関連した物体の電磁場の大きさまたは方向の変化が、前記セ
    ンサ要素によって受けられると同時に、前記センサ要素の電気感受率または磁気
    感受率の変化が生じ、それによって前記センサの電磁場が発振器の少なくともひ
    とつの電気的性質を変化させる変動電気感受率または変動磁気感受率を受けるよ
    うにセンサが配置されていることを特徴とする感受率センサ。
  18. 【請求項１８】 センサの電磁場を生成するための手段が交流（ａ．ｃ．）
    場の生成に適合するものである請求項１７に記載の感受率センサ。
  19. 【請求項１９】 センサの電磁場を生成するための手段が交流電流を通すた
    めの伝導性コイルを含む請求項１７または１８に記載の感受率センサ。
  20. 【請求項２０】 センサの電磁場を生成するための手段が交流電圧下のコン
    デンサを含む請求項１７または１８に記載の感受率センサ。
  21. 【請求項２１】 電気感受率または磁気感受率の変化で与えられるセンサの
    電磁場が同時に発振器内で電磁エネルギー損失の変化を引き起こす請求項１７か
    ら２０のいずれかに記載の感受率センサ。
  22. 【請求項２２】 センサの電磁場を生成するための手段が共振回路を共に形
    成するコイルと容量性要素を含む請求項１７から２１のいずれかに記載の感受率
    センサ。
  23. 【請求項２３】 コイルが非平面的である請求項２２に記載の感受率センサ
    。
  24. 【請求項２４】 センサの電磁場を生成するための手段がストリップ線路あ
    るいは伝送線路部分を含む請求項１７から２２のいずれかに記載の感受率センサ
    。
  25. 【請求項２５】 出力部が共振回路の共振周波数の変化に従って変動する信
    号を提供し、その共振周波数の変化はセンサの電磁場に与えられる電気感受率ま
    たは磁気感受率の実部の変化によってもたらされる請求項２２から２４のいずれ
    かに記載の感受率センサ。
  26. 【請求項２６】 出力部は前記共振回路の共振周波数の変動に従って単調的
    に変動する実質的な直流電圧を生成するための周波数／電圧変換器を含む請求項
    ２５に記載の感受率センサ。
  27. 【請求項２７】 出力部は共振回路の線質係数（Ｑ）の変化に従って変動す
    る信号を提供し、そのＱ値の変化はセンサの電磁場に与えられる電気感受率また
    は磁気感受率の虚部の変化によってもたらされる請求項２２から２４のいずれか
    に記載の感受率センサ。
  28. 【請求項２８】 出力部は共振回路の少なくとも一部分を横切る交流電圧の
    振幅を伴って単調的に変動する実質的な直流電圧を生成する検出段階を有する請
    求項２７に記載の感受率センサ。
  29. 【請求項２９】 発振器が自己発振する閉ループ発振器である請求項１７か
    ら２８のいずれかに記載の感受率センサ。
  30. 【請求項３０】 発振器がマージナル発振器である請求項２８に記載の感受
    率センサ。
  31. 【請求項３１】 発振器が発振器ループとリミッタ検出器を含むロビンソン
    マージナル発振器である請求項３０に記載の感受率センサ。
  32. 【請求項３２】 １ギガヘルツを超えた動作を行うためにＲＦ増幅要素とし
    て動作するひとつまたはそれ以上のガリウム砒素または高電子移動度トランジス
    タをさらに含む請求項２９から３１のいずれかに記載の感受率センサ。
  33. 【請求項３３】 センサ要素が巨大磁気抵抗材料から形成される請求項１７
    から３２のいずれかに記載の感受率センサ。
  34. 【請求項３４】 巨大磁気抵抗材料がランタンストロンチウムマンガン（Ｌ
    ＳＭＯ）である請求項３３に記載の感受率センサ。
  35. 【請求項３５】 センサ要素が分離した構成要素として形成され、コイルは
    関連した電磁場が前記センサ要素の少なくとも一部を横切るように配置される請
    求項２１または２２に記載の感受率センサ。
  36. 【請求項３６】 タンク回路に無線周波数（ＲＦ）信号を供給する電源装置
    をさらに含む請求項３５に記載の感受率センサ。
  37. 【請求項３７】 センサ要素が前記ストリップ線路または伝送線路部分のコ
    イルにつけられた薄膜として形成されている請求項２４に記載の感受率センサ。
  38. 【請求項３８】 前記ストリップ線路または伝送線路部分にマイクロ波周波
    数での信号を提供する電源装置をさらに含む請求項３７に記載の感受率センサ。
  39. 【請求項３９】 請求項１から１５のいずれかに記載の感受率センサとセン
    サによって検知される不均一形状物体との組み合わせであって、 不均一形状物体が前記センサと相対的に動かされると同時に電気感受率または
    磁気感受率の変化によりセンサの電磁場を生じさせることを特徴とする組み合わ
    せ。
  40. 【請求項４０】 検知される物体が回転に対して不均一である請求項３９に
    記載の組み合わせ。
  41. 【請求項４１】 検知される物体は少なくともひとつの空間的に突き出た部
    分を有し、所定の時間でのセンサに対するその突き出た部分の位置またはそれぞ
    れの突き出た部分の位置が、当該時間でのセンサの電磁場によって与えられる電
    気感受率または磁気感受率を定める請求項４０に記載の組み合わせ。
  42. 【請求項４２】 検知される物体が歯車である請求項４１に記載の組み合わ
    せ。
  43. 【請求項４３】 検知される不均一形状物体が強磁性、非強磁性、金属また
    はプラスティック材料から形成される請求項３９から４２のいずれかに記載の組
    み合わせ。
  44. 【請求項４４】 請求項１３に従って、一定振幅の物体の電磁場を生成する
    ための手段が検知される物体に対して配置され、センサに対する前記物体の動作
    が前記センサ要素の電気感受率または磁気感受率の前記変化を生じさせる請求項
    ３９から４３のいずれかに記載の組み合わせ。
  45. 【請求項４５】 請求項１３または４４に従って、さまざまな振幅の物体の
    電磁場を生成するための手段が検知される物体に対して配置され、第２の電磁場
    の前記振幅の変化が前記センサ要素の電気感受率または磁気感受率の前記変化を
    生じさせる請求項３９から４３のいずれかに記載の組み合わせ。
  46. 【請求項４６】 請求項１６から３８のいずれかに記載の感受率センサと検
    知される物体との組み合わせであって、検知される物体がそれとともに物体の電
    磁場を生成するための手段と関連していることを特徴とする組み合わせ。
  47. 【請求項４７】 物体の電磁場を生成するための手段が検出される物体に対
    して配置され、一定振幅の物体の電磁場を生成するとき、センサに対する前記物
    体の動作が、前記センサ要素の電気感受率または磁気感受率の前記変化を生じさ
    せる請求項４６に記載の組み合わせ。
  48. 【請求項４８】 物体の電磁場を生成するための手段が、変化する振幅の物
    体の電磁場を生成するとき、物体の電磁場の前記振幅変化が前記センサ要素の電
    気感受率または磁気感受率の前記変化を生じさせる請求４６に記載の組み合わせ
    。
  49. 【請求項４９】 検知される不均一形状物体とセンサ間の相対的動作を検出
    する方法であって、 発振器が電気的性質を複数有し、発振器によってセンサの電磁場を生成するス
    テップと、 センサの電磁場が電気感受率または磁気感受率の変化を受けるようにセンサに
    対して物体を移動し、それにより発振器手段の電気的性質を変化させるステップ
    と、 前記電気的性質のうちの少なくともひとつの変化を検出するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  50. 【請求項５０】 検知される物体が回転に対して不均一であり、方法はセン
    サと相対的に物体を回転させるステップをさらに含む請求項４９に記載の方法。
  51. 【請求項５１】 前記電気的性質の少なくともひとつの変化を検出するステ
    ップは、不均一形状物体がセンサと相対的に動くと同時に、前記発振器の電磁気
    的損失の変化を測定することを含む請求項４９または５０に記載の方法。
  52. 【請求項５２】 発振器の電磁気的損失の変化を測定するステップは、発振
    器の線質係数の変動を測定することを含む請求項５１に記載の方法。
  53. 【請求項５３】 発振器の電磁気的損失の変化を測定するステップは、発振
    器の共振周波数の変動を測定することを含む請求項５１または５２に記載の方法
    。
  54. 【請求項５４】 発振器はコイルとコンデンサを含み、方法は共振周波数で
    発振器を動作させるステップと、前記共振周波数の変化を検出するステップをさ
    らに含む請求項４９から５１のいずれかに記載の方法。
  55. 【請求項５５】 検出するステップは周波数の変化を電圧の変化に変換する
    ステップと、実質的な直流電圧を生成するステップを含む請求項５４に記載の方
    法。
  56. 【請求項５６】 発振器はコイルとコンデンサを含み、方法は共振周波数で
    発振器を動作させるステップと、発振器の線質（Ｑ）係数の変化を検出するステ
    ップをさらに含む請求項４９から５１のいずれかに記載の方法。
  57. 【請求項５７】 検出するステップは、発振器の少なくとも一部を横切る交
    流電圧の振幅を十分な直流電圧に変換することを含む請求項４６に記載の方法。
  58. 【請求項５８】 検出される物体においてまたはその近傍で物体の電磁場を
    生成するステップと、 前記発振器近傍にあるセンサ要素の電気感受率または磁気感受率の変化を測定
    することにより、前記物体の電磁場の方向または大きさの変化を検出するステッ
    プを含み、その磁気感受率または電気感受率は印加された電磁場の大きさと方向
    あるいはその一方の関数として変化し、前記物体の電磁場の方向または大きさが
    変化すると同時に、前記センサ要素は発振器の前記電気的性質のうちの少なくと
    もひとつの前記変化を生じさせ、 それによって方法は不均一形状物体動作とその場所あるいはその近傍で生成さ
    れた物体電磁場における変化の両方を検知できる請求項４９から５７のいずれか
    に記載の方法。
  59. 【請求項５９】 検知される物体に関連する物体の電磁場検出方法であって
    、 発振器が電気的性質を複数有し、発振器のよってセンサの電磁場を生成するス
    テップと、 検出される物体においてまたはその近傍での物体の電磁場を生成するステップ
    と、 前記物体の電磁場の方向または大きさを変動させるステップと、 発振器は印加された磁場の大きさと方向あるいはその一方の関数として変化す
    る磁気感受率または電気感受率を有し、前記発振器近傍にあるセンサ要素の電気
    感受率または磁気感受率の変動を測定することにより、前記物体の電磁場の方向
    または大きさの変化を検出するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
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