JP2004108776A

JP2004108776A - Wound magnetic sensor

Info

Publication number: JP2004108776A
Application number: JP2002267820A
Authority: JP
Inventors: Masao Yajima; 矢島　正男; Shogo Momose; 百瀬　正吾
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP4312438B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily obtain a wound magnetic sensor having a small error to a variation in ambient temperature. <P>SOLUTION: Exciting coils 43c, 43d are driven by a constant current supplied from a constant current driving circuit 12d so that a temperature variation of a specimen detection signal is put into a condition of removing a variable based on winding resistance values DCR for the exciting coils 43c, 43d and corresponds to a variation based on a temperature variation of magnetic permeability μ of a sensor core. The temperature property of the magnetic permeability μ of the sensor core and the temperature property of applied voltage from the constant current driving circuit 12d to the exciting coils 43c, 43d are previously measured for estimating the ambient temperature of the wound magnetic sensor. The estimated temperature is easily and precisely corrected in accordance with the specimen detection signal by a temperature correcting means provided in a CPU 14. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアに巻回された励磁コイルに通電することにより発生する磁束に対する被検出体の及ぼす変化を検出コイルにより検出することによって被検出体の識別・測定等を行えるように構成された巻線型磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＡＴＭ、自動販売機、自動券売機などには、挿入又は投入された磁気カードやコインなどの被検出体を検出する装置が用いられている。このような装置は、例えば図１５に示されているような巻線型の磁気センサを備えており、その磁気センサを構成しているセンサコアＳＣ１，ＳＣ２が、検出すべきコインや磁気カードなどの被検出体Ｃの表裏に対向するように配置されている。上記２つのセンサコアＳＣ１，ＳＣ２には、それぞれ励磁コイル３，検出コイル４が巻回されている。そして、上記励磁コイル３に通電したときに発生する磁束が前記被検出体Ｃに対して磁気的に作用することによって当該被検出体Ｃに渦電流が生じ、その渦電流に基づく磁束の変化を被検出体の検出信号として前記検出コイル４により検出する構成になされている。
【０００３】
一方、上記磁気センサには、図示は省略するが、上述した被検出体検出信号から被検出体を識別する被検出体識別手段が付設されている。その被検出体識別手段には、前記２つのセンサコアＳＣ１，ＳＣ２の間を被検出体Ｃが通過したときに検出コイル４から得られる各被検出体毎の基準出力値が予め格納されている。より具体的には、上記２つのセンサコアＳＣ１，ＳＣ２の間に被検出体Ｃが存在していない場合のセンサ待機時において前記検出コイル４から出力される待機出力信号のレベル値と、被検出体Ｃが通過したときにおける上記検出コイル４からの検出出力信号の最大レベル値との差が、各被検出体Ｃの種別毎に予め求められて上記被検出体識別手段に基準出力値としてそれぞれ格納されている。そして、それらの各基準出力値が、上述した被検出体検出信号と比較されることによって被検出体の検出が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような一般に広く用いられている巻線型磁気センサに用いられている励磁コイル３は、例えば図１６に示されているような定電圧回路から供給される一定電圧で駆動されている。その結果、巻線型磁気センサを使用している環境温度が変化した場合において、以下のような誤動作を招来するおそれがある。尚、以下に説明する問題は、磁気カードやコインなどの被検出体を検出する場合に限らず、他の被検出体の材質識別、導電率測定、被検出体の変位や形状、間隔測定等を行う場合においても同様に問題となる。
【０００５】
まず、図１７に示されているように、上記巻線型磁気センサに設けられたセンサコアＳＣの透磁率μは、センサコアＳＣに用いる磁性材の特性により、温度Ｔの変化に対応して種々の特性となる。例えば、温度Ｔの変化に対して増加傾向を示すもの（例１）、減少傾向を示すもの（例２）、増加の後減少するもの（例３）等、様々である。即ち、巻線型磁気センサの使用環境温度が変化した場合には、センサ感度が温度とともに変動するので、待機出力信号のレベル値と、検出出力信号のレベル値との差により被検出体の検出信号を求めたとしても、このレベル差も環境温度とともに変動してしまい、被検出体の検出を誤認識するおそれがある。
【０００６】
また、センサのインピーダンスをみると、上記のような透磁率μの温度変動に加えて、励磁コイル３の巻線抵抗値ＤＣＲも図１８に示すように環境温度Ｔの変化に従って変動する。つまり、巻線型磁気センサのセンサインピーダンスＺは、上述した透磁率μの温度変動と、巻線抵抗値ＤＣＲの温度変動とが混在したものとなっており、後述するように、駆動周波数における駆動コイルのインピーダンスの主成分が巻線抵抗値ＤＣＲであるような低周波領域では、巻線抵抗値ＤＣＲの直線的変化の方が透磁率μの温度変動による駆動コイルのインピーダンス変化より大きいので、センサインピーダンスＺは温度上昇とともに高くなる。また、駆動周波数が高くなると、センサインピーダンスに占めるインダクタンス成分が大きくなり、センサインピーダンスＺの温度変動は、図１７に示されているようなセンサコアＳＣに用いる磁性材の特性に近いものとなる。一方、駆動周波数が上記低周波領域と高周波数領域との中間の周波数領域の場合は、巻線抵抗値ＤＣＲによる変動と透磁率μとの変動とが加算されることとなるので、駆動周波数に応じて複雑な特性となる。
【０００７】
更に、コインなどの被検出体においては温度変化とともにその導電率が変化し、その導電率の変化は被検出体に発生する渦電流を変化させるから、この原因によっても検出出力が変化することになる。従って、従来のように励磁コイル３を定電圧駆動していると、温度上昇とともにセンサインピーダンスＺが高くなるような低周波数駆動をしている場合や、図１７における例１のような透磁率特性のセンサコアＳＣを用いた磁気センサを高周波数駆動している場合には、温度上昇に従って励磁コイル３の駆動電流Ｉが低下していくこととなり、その結果、図１９のように、温度Ｔの上昇に伴ってセンサ出力、すなわち上述した被検出体検出信号が減少することとなって、被検出体の検出動作に支障を来すおそれがある。
【０００８】
このように、従来の巻線型磁気センサから得られる被検出体検出信号の温度変動には、センサコアＳＣの透磁率μの温度変動に基づく変動分と、励磁コイル３の巻線抵抗値ＤＣＲに基づく変動分と、更に被検出体の導電率に基づく変化分とがあり、その合算された変動量は大きく、複雑な状態となっている。即ち、従来の構成では、個々の巻線型磁気センサ毎に温度特性にバラツキを生じることとなっている。従って、被検出体の検出精度を高めるには、まずその温度を正確に求める必要がある。
【０００９】
このような問題を解決するために、回路部又はセンサ部にサーミスタなどの温度検出素子を取り付けて環境温度を測定し、その測定温度に対応して被検出体検出信号を温度補正する技術も提案されてはいるが、必要なセンサ部分の温度を正確に測定することは難しいことから補正に誤差を生じやすく、しかも高価な装置になってしまう。
【００１０】
そこで本発明は、簡易な構成によって、容易かつ高精度な被検出体識別を行うことができるようにした巻線型磁気センサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる巻線型磁気センサでは、被検出体に対面配置されるセンサコアと、このセンサコアの一部に巻回された励磁用及び検出用コイルとを備え、上記励磁コイルに対して常時一定の電流を供給して駆動する定電流駆動回路が設けられている。この場合、前記励磁用及び検出用コイルは、励磁用コイルが検出用コイルを兼ねているような共通のコイルを兼用して用いてもよいし、別個の励磁コイル及び検出コイルを用いてもよい。
上記構成を有する巻線型磁気センサにおいて、励磁コイルを一定電流により駆動するようにしておけば、検出コイルからは、励磁コイルの巻線抵抗値ＤＣＲに基づく温度変動分を除外して得ることができることとなり、また、励磁コイルの出力を用いてそのセンサにおける温度を推定測定することができる。従って、その推定温度に基づいてセンサコアの透磁率や被検出体の温度変動分を除いた状態での被検出体検出信号を得ることができ、環境温度の変動に対して誤差の小さい巻線型磁気センサを容易に得ることができる。
【００１２】
また、本発明にかかる巻線型磁気センサでは、センサコアに被検出体が対向していないセンサ待機時においても、また、センサコアに被検出体が対向している状態であっても、前記定電流駆動回路により駆動される励磁コイルにおける駆動電圧のレベル値に基づいて、励磁コイル、即ち、センサの温度を推定することができる。
【００１３】
この励磁コイルにおける温度の推定ができるようにするために、温度検出用の低周波信号を前記励磁コイルに印加し、上記低周波信号の出力値に基づいて上記励磁コイルの温度を推定する。この場合、上記低周波信号は、直流信号がコイルのインダクタンス成分を除くために好ましいが、低周波信号であってもコイルのインダクタンス成分の割合を小さくできるので、充分用いることができる。このように低周波信号を励磁コイルに印加するようにすれば、温度による変動をほぼ直線的に変化する励磁コイルの巻線抵抗値ＤＣＲ成分として扱うことができ、励磁コイルの温度を高精度で推定することができる。
【００１４】
励磁コイルの温度を推定することができれば、これはセンサそのものを構成する温度であるから、その励磁コイルの推定温度値に基づいて前記被検出体の検出信号を補正する温度補正手段を設けた場合、その補正結果は非常に信頼性の高い出力値とすることができる。
【００１５】
なお、温度検出用の低周波信号は、それ自体で被検出体の検出をすることのできる低周波の検出信号を用い、一つの低周波信号を兼用するようにしてもよいし、又は、被検出体を検出するための検出信号が低周波信号であったとしても、温度検出用の低周波信号を、これとは異なる更に低周波の信号としてもよい。
【００１６】
上記被検出体を検出するための検出信号として高周波信号が好ましい場合は、励磁コイルに印加する交流信号を、温度検出用の低周波信号と被検出体識別用の高周波信号とを加算した信号とするのがよい。このように、被検出体識別用の信号と温度検出用の信号とを加算するようにすれば、それぞれの目的に最も好適な周波数を選択使用することができ、例えば、被検出体識別用の信号として高周波信号を印加すれば、被検出体の変位又は形状を検出するに好適なセンサとすることができる。
【００１７】
このときの温度検出用のコイルは、励磁コイルとは別のコイルとしてセンサ内に配置し、これを別の駆動回路により駆動するようにしても良い。このようにすれば、センサ内の任意の場所の温度を測ることが可能となる。
【００１８】
上記構成を有する巻線型磁気センサにおいては、センサにおける温度が正確に測定できれば、センサコアＳＣの透磁率μの温度特性や、被検出体の温度特性などを予め測定しておくことによって、その巻線型磁気センサに対して、総合的にある温度に対する補正値を求めることが可能となり、その推定温度を温度補正手段に用いることによって被検出体検出信号が容易かつ高精度に温度補正することができる。
【００１９】
例えば、上記励磁コイルに印加した温度検出用の低周波信号は、励磁コイル両端の電圧からローパスフィルタを介してその出力を取り出すことにより、上記励磁コイルの巻線抵抗値に基づく上記励磁コイルの温度を推定値として求めることができ、この推定温度値に基づいて、その推定温度値に対応する前記センサコアの透磁率の温度変動及び前記被検出体に発生するうず電流の温度変動に基づく変動分を求め、又は、その変動分を除外した前記被検出体の補正検出出力を得るようにすることができる。
【００２０】
前記被検出体の補正検出出力を求めるにあたっては、前記励磁コイルの巻線抵抗値に基づく電圧と温度との関係テーブルと、前記センサコアの透磁率の温度変動及び前記被検出体に発生するうず電流の温度変動に基づく出力変動と温度との関係から定められた補正テーブルとを設けておき、これらのテーブルに基づいて、前記被検出体の補正検出出力を得るようにしておけば、補正検出出力を簡単に求めることができる。
【００２１】
なお、温度検出のためにはセンサコアの励磁コイルを用いることがセンサの構成を簡単にするために好ましいが、励磁コイルとは別の温度検出用コイルをセンサコアに巻回し、上記温度検出用コイルに対して常時一定の電流を供給して駆動する温度用定電流駆動回路を備えるように構成することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
被検出体検出装置の全体は、図４に示されているように、後述する磁気センサ部１１に対して、励磁コイルの駆動及び検出コイルの検出を行う励磁／検出回路１２が接続されており、その励磁／検出回路１２によって得られた被検出体検出信号が、Ａ／Ｄ変換器１３を通してＣＰＵ１４に送られ、最終的な検出信号が得られる。一方、上記磁気センサ部１１には、励磁コイル３の温度を検出するため励磁コイル３の駆動電圧を検出する駆動電圧検出回路１５が接続されており、その駆動電圧検出回路１５から、Ａ／Ｄ変換器１６を通して出力される信号によって、励磁コイル３の温度を検出し、その温度を用いて上記被検出体検出信号の温度補正が行われるようになっている。
【００２３】
上記磁気センサ部１１としては、例えば図１、図２に示されている巻線型磁気センサ４０を用いることができる。この巻線型磁気センサ４０は、被検出体の変位を検出する変位センサ、ＩＣカードのＩＣ接点を検出するＩＣ接点検出センサなどとして用いられるものであって、図示を省略した回路制御部に接続されている。
【００２４】
巻線型磁気センサ４０自体は、一枚の薄板形状部材からなるセンサコア体４１の中央基体コア部４１ａに対して、検出用コイル４２が巻回された磁気差動型の構造を備えており、上記中央基体コア部４１ａの図示上下方向両側には、係止鍔部４１ｂをそれぞれ介して一体的に連接された一対の軸端コア部４１ｃ，４１ｄの各々に対して、励磁用コイル４３ｃ，４３ｄがそれぞれ巻回されている。
【００２５】
上記一対の軸端コア部４１ｃ，４１ｄのうちの図示下側に配置された一方側の軸端コア部４１ｃが、検出すべき被検出体Ｃと対面可能に配置されている。このとき本実施形態では、前記中央基体コア部４１ａを通して他方側の軸端コア部４１ｄに至る軸心ＣＸの方向（図示上下方向）が、前記被検出体Ｃの移動方向に略直交する位置関係に設定されている。そして、上記一方側の軸端コア部４１ｃに対して被検出体Ｃが、上記軸心ＣＸに略直交する方向に沿って往復移動、または、上記軸心ＣＸの方向に沿って往復移動されることによって、これら一方側の軸端コア部４１ｃと被検出体Ｃとが互いに対向しつつ近接・離間され、それらの両部材４１ｃ，Ｃどうしが互いに適宜の距離範囲内において対面したときに、前記被検出体Ｃの存在（有り）を検出したり、その移動量を検出する構成になされている。なお、上記被検出体Ｃが固定された状態で、巻線型磁気センサ４０側が移動する構成であってもよい。
【００２６】
このような構成を有する本実施形態にかかる巻線型磁気センサ４０において、上記検出用コイル４２から得られる検出出力は、一対の励磁用コイル４３ｃ，４３ｄにより発生される逆方向の対向磁界φ１，φ２の和に相当する磁界に基づくものとなっており、従って、上述した被検出体Ｃが存在していない（無し）か、または被検出体Ｃが巻線型磁気センサ４０から十分な遠方（無限遠）にある場合には、上記逆方向の対向磁界φ１，φ２の絶対値は等しくなって（｜φ１｜＝｜φ２｜）、上記検出用コイル４２からの出力は「０」となる。一方、巻線型磁気センサ４０と被検出体Ｃとが、相対的に近接して適宜の範囲内に存在する（有り）の状態になると、これら両者間の距離の変化に対応して、上記被検出体Ｃに発生する渦電流が変化し、それにより、上述した逆方向の対向磁界φ１，φ２のバランスが崩れ、磁界φ１が小さくなる。そして、そのときの対向磁界φ１，φ２の絶対値の差（｜φ１｜−｜φ２｜）に相当する磁界に基づいて、上記検出用コイル４２から差動出力が得られる。
【００２７】
上述した被検出体検出装置に用いられている上記励磁／検出回路１２は、例えば図５に示されているような構成になされている。
まず、水晶発振器１２ａからの出力を分周器１２ｂで適宜に分周して得られたクロック信号が、ローパスフィルター（ＬＰＦ）１２ｃを通して定電流回路１２ｄに送られる。この定電流回路１２ｄは、例えば図３に示されているような構成を有しており、既に説明したように、励磁コイル４３ｃ，４３ｄに対して常時一定の駆動電流が供給されるようになっている。
【００２８】
再び図５に戻って、検出コイル４２の出力側には、プリアンプ１２ｅが接続されているとともに、そのプリアンプ１２ｅからの出力が、帯域フィルター１２ｆ、検波器１２ｇ及びローパスフィルター（ＬＰＦ）１２ｈを通して、被検出体検出信号Ｖ０　になされている。
【００２９】
ここで、本発明にかかる定電流回路として、上述した図３に示されているような励磁コイル３を定電流駆動する回路を考えてみる。
この定電流駆動回路では、入力電圧Ｖｉｎ　と、純抵抗ＲＬの端部電圧が常時同じになるようにフィードバックがかけられた状態となっており、いわゆる入力端子の仮想短絡状態が形成されている。従って、抵抗ＲＬに流れる電流は、（入力電圧Ｖｉｎ　）／（電流設定抵抗ＲＬ）となる。ここで、上記入力電圧Ｖｉｎ　として周波数ｆの正弦波を用いることとすれば、励磁コイル３と抵抗ＲＬに流れる電流を正弦波状にすることができる。そして、励磁コイル３におけるＤＣＲやＬが変動しても、オペアンプの出力が飽和しない範囲では、上述した関係は保たれることとなる。従って、励磁コイル３のインピーダンスが変動しても、常に一定の電流値で駆動することができる。例えば、入力電圧Ｖｉｎ　に対して１Ｖｐ−ｐの正弦波を印加した場合には、１０Ωに設定した抵抗ＲＬに１００ｍＡｐ−ｐの正弦波状の電流が流れる。
【００３０】
この図３に示すような定電流回路を用いる定電流回路１２ｄでは、励磁コイル側からみたインピーダンスが高く、励磁コイルと駆動回路との間に長い配線を使用すると回路が不安定になり易いことから、発振したり、Ｓ／Ｎ比が劣化する場合がある。そこで、図５中において破線部分で囲んだ部位における定電流回路１２ｄや、検出コイル４２のプリアンプ１２ｅなどをセンサ内に組み込んで、センサ部の近傍に配置することとすれば、駆動回路側の安定化とＳＮ比の向上が図られるとともに、センサシステムとしての安定性確保とＳＮ比の向上が達成されることとなる。
【００３１】
なお、ここでは、図５中の発振器１２ａとローパスフィルター（ＬＰＦ）１２ｃとを用いて低周波数の正弦波を得るようにしており、励磁コイル４３ｃ，４３ｄに対して、温度検出用と被検出体を検出するための検出信号とを兼用した低周波信号を用いた例を示している。なお、この図５において、一点鎖線から図示左方側の部分を一体型とせず、外部側に配置することによって外部供給を行うようにして良いし、二点鎖線から左側部分を外部配置しても良い。
【００３２】
駆動周波数の異なるセンサを隣接して配置する場合などにおいては、異なるセンサ相互の位相ズレが存在していると、ビートが発生して出力に揺らぎを生じる場合がある。このような場合には、共通の発振器１２ａを用い、それぞれのセンサを共通の発振器１２ａにより駆動するような構成にしておけば、互いに位相が揃った周波数を分周器で容易に作成することができるという利点が得られる。
【００３３】
このような構成の実施形態にかかる巻線型磁気センサにおいては、励磁コイル４３ｃ，４３ｄが定電流駆動回路１２ｄから供給される一定電流により駆動されていることから、巻線型磁気センサから得られる被検出体検出信号の温度変動は、励磁コイル４３ｃ，４３ｄの巻線のインピーダンス変動分が除かれた状態となっており、センサコアＳＣの透磁率μの温度変動に基づく変動に対応したものとなっている。従って、環境温度の変動に対して誤差の小さい巻線型磁気センサが容易に得られる。
【００３４】
従って、例えばセンサコアＳＣの透磁率μの温度特性を予め求めておき、また、上述した駆動電圧検出回路１５における定電流駆動回路１２ｄから励磁コイル４３ｃ，４３ｄへの印加電圧の温度特性などを予め測定しておけば、巻線型磁気センサの環境温度が直ちに推定されることとなり、その推定温度を、前記ＣＰＵ１４内に設けられた後述するような温度補正手段に用いることによって、被検出体検出信号を容易かつ高精度に補正することができる。
【００３５】
このような温度補正手段による被検出体検出信号の温度補正は、センサコアＳＣの透磁率μが温度に対して単調に変化する場合に特に良好な結果が得られるが、このような常温の範囲で単調な特性を示すセンサコアは、容易に入手することができる。
【００３６】
ここで、上述した駆動電圧検出回路１５は、例えば図６に示されている実施形態におけるような構成とすることができる。この図６にかかる駆動電圧検出回路は、温度検出用の低周波信号を励磁コイル４３ｃ，４３ｄの両端部の電圧値として差動増幅器２１で観察するようにしたものであって、その差動増幅器２１からの出力を、検波回路２２及びローパスフィルター（ＬＰＦ）２３を通すことにより励磁コイル４３ｃ，４３ｄの駆動電圧Ｖ０Ｚを得るようにしたものである。
【００３７】
センサコア体を有する巻線型磁気センサの駆動周波数が低く、その駆動周波数におけるインダクタンスが小さい場合には、コイルのインピーダンスは巻線抵抗値ＤＣＲが支配的となり、インピーダンスの寄与率はｃｏｓθの二乗で決まることとなり、コア形状、巻数、周波数によって異なるが、ほとんどが巻線抵抗値ＤＣＲの成分となる。従って、センサの駆動周波数は低い周波数を用いることが、容易に巻線抵抗値ＤＣＲの変動を求めるためには好ましい。
【００３８】
上記励磁コイルの駆動電圧と温度との関係は、予め測定されたデータにより関係付けが行われており、上述した被検出体検出装置（図４参照）のＣＰＵ１４内にテーブル又は数式として格納されている。そして、上述した駆動電圧検出回路１５によって、励磁コイルの両端部における電圧の実効値が求められ、この電圧の実効値から上記ＣＰＵ１４に設けられた適宜の温度補正手段において比較されることによって、現時点における励磁コイルの温度が推定され、その推定温度値に基づいて被検出体検出信号の補正が、次のようにして行われるようになっている。
【００３９】
例えば、ＣＰＵ１４内では、図７に示されているように、温度補正のフローが実行されるようになっている。この例では、被検出体の通過がなされていない待機時に温度を求めるようにしてある。温度補正動作がスタートすると、まず、現時点での最新データの読み込みが行われ（ステップ１）、次いで、被検出体Ｃ、例えばコインの通過がなされていないことが確認された後（ステップ２のＮｏ）、励磁コイル両端の駆動電圧と温度との関係に基づいて励磁コイルの温度推定が実行される（ステップ３）。これにより得られた励磁コイルの推定温度は、ＣＰＵ１４内の適宜のメモリＭ内に書き込まれて定期的に更新される。そして、実際に被検出体Ｃの投入が行われて被検出体検出装置を被検出体Ｃが通過した場合には（ステップ２のＹｅｓ）、上記メモリＭから呼び出された温度推定値が用いられて、被検出体検出信号の補正処理（ステップ４）が実行される。
【００４０】
ところで、コイルのインダクタンスは周波数に比例して大きくなることから、励磁コイルに印加する周波数を高くした場合に励磁コイルのインピーダンスに占めるコイルのインダクタンスＬの割合が高くなるので、高い周波数を温度検出用として用いることは好ましくない。
【００４１】
具体的には、次の表１のコイルのように、インダクタンスが小さく巻線抵抗値ＤＣＲの大きいコイルにおいても巻線抵抗値ＤＣＲのインピーダンスへの寄与率は極めて低くなる。
【表１】

このような場合は、コア透磁率の温度特性を利用した温度計とすることができる。しかしながら、用いるコア材は、その温度特性が必ずしも温度計として好ましいものとは限らないので、この場合には、以下のように構成するのがよい。
【００４２】
例えば図８に示されているＤＣＲ検出回路において、駆動側に直流のバイアス電源ＶＤＣ３１を印加しておくことによって、励磁コイル４３ｃ，４３ｄの両端における直流電位を、プリアンプ３２及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３を通してＤＣＲを求めるようにしている。ここで、直流のバイアス電源ＶＤＣ３１は、低周波数における最も低い周波数の例とみなすことができる。このようにバイアス電源ＶＤＣ３１によって僅かな直流分をコイルに加えても、センサ出力である被検出体検出信号（＝ｄφ／ｄｔ）は、コアが飽和しない範囲内であれば影響を受けることはない。
【００４３】
このような図８に示されているＤＣＲ検出回路を、実際に５つの巻線型磁気センサに用いて、励磁コイル４３ｃ，４３ｄにおける駆動電圧Ｖ０Ｚの温度変動を測定してみたところ、図９に示されているように、各巻線型磁気センサ毎のバラツキが小さく、温度に対して直線性のよい特性が得られることが判明した。従って、同一の補正データを全てのセンサに用いることができる。
【００４４】
一方、上記と同様に５つの巻線型磁気センサを用いて、その待機時における検出出力信号のレベル値の温度変動を測定してみたところ、図１０に示される結果が得られた。この場合は、コア透磁率の温度特性を利用した温度計となる。この結果によれば、各巻線型磁気センサ毎のバラツキが比較的大きくなっているが、一定の傾向があるので、各巻線型磁気センサ毎に補正曲線を決定しておくで温度補正をすることができる。
【００４５】
このようなＤＣＲ検出回路を、実際の装置として用いるには、例えば図１１に示されているような構成になされる。
まず、発振器５１からのクロック信号は、２つの分周器５２ａ，５２ｂによって例えば１ＭＨｚの高周波信号と、励磁コイルにおけるコイルのインピーダンスにおいて、そのＤＣＲ成分が主要となるような周波数として、例えば１ｋＨｚの低周波信号とに分周され、それら２つの信号が、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５３ａ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５３ｂを通して加算回路５４に送られ、そこで、上記高低両信号が混合された後に、定電流回路５５に用いられ、その定電流回路５５によって励磁コイル４３ｃ，４３ｄに駆動電流が供給される。
【００４６】
上記励磁コイル４３ｃ，４３ｄに与えられる電圧は、オペアンプ５６を介して外部に取り出されるように構成されており、そこからローパスフィルタ（ＬＰＦ）５７を通して上述した１ＭＨｚの高周波信号が除去され、１ＫＨｚの低周波信号のみが、検波器５８、及びその検波器５８のリプルを取り除くローパスフィルタ（ＬＰＦ）５９を通して取り出され、ＤＣＲ成分に対応する励磁コイル４３ｃ，４３ｄの駆動電圧が得られるようになっている。
【００４７】
検出コイル４２からの検出出力信号は、プリアンプ６１からハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２を通して上述した１ＫＨｚの低周波信号が除去され、１ＭＨｚの高周波信号のみが、検波器６３、及びその検波器６３のリプルを取り除くローパスフィルタ（ＬＰＦ）６４を通して取り出されて被検出体の検知信号が得られるようになっている。このような構成を用いれば、被検出体の検知信号として高周波信号を用いているので、被検出体の変位、位置の変動や被検出体の形状を検出するのに有効な磁気センサとすることができ、特に、高速移動する被検出体に用いられる近接センサなどの検出精度や応答速度が向上される。
【００４８】
また、複数の巻線型磁気センサを各々異なる周波数で駆動する場合には、例えば図１２に示されているような駆動回路が用いられる。この場合は、被検出体の変位、位置の変動や被検出体の形状を検出するのに、例えば１ＭＨｚの高周波信号を用い、被検出体の材質識別、導電率測定には、例えば１００ＫＨｚの低周波信号を用い、更に、温度検出用の低周波信号として、例えば４ＫＨｚの低周波信号を用いた例である。このようにすれば、それぞれの目的に応じた周波数信号を用いて、被検出体の検出及び温度検出をすることができる。上述したように位相が異なる複数の周波数を同時に用いた場合には、位相差の状況などで出力振幅が揺らぐことがあるが、このような駆動回路を用いれば、位相の揃った駆動信号を得ることができ、出力の揺らぎが解消される。
【００４９】
図１３及び図１４に示されている巻線型センサは、磁気カードリーダに設けられるものの一例を表しており、図示を省略した磁気カードに形成された磁気ストライプの種別を検知するように構成されている。具体的には、ハウジング７１内に装着されたセンサコア７２の基体コア部７３に対して励磁コイル７４が巻回されているとともに、その基体コア部７３の側部（図１３の上方部）に、被検出体としての磁気カードと対向するように配置された２つの対向コア部７５，７５が突出するように形成されており、それらの各対向コア部７５に対して検出コイル７６が巻回されている。このような構成の巻線型センサを用いた装置に対しても同様な作用・効果を得ることができる。
【００５０】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。
【００５１】
例えば、本発明は、上述した実施形態にかかる構造の巻線型磁気センサに限定されることはなく、励磁コイルの磁束の磁気的作用によって被検出体に発生した渦電流に基づくインピーダンス変化を検出コイルにより検出するようにしたものであれば、多種多様な巻線型磁気センサに対しても同様に適用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明にかかる巻線型磁気センサは、励磁コイルに対して常時一定の電流を供給して駆動する定電流駆動回路を設け、その定電流駆動回路から供給される一定電流により励磁コイルを駆動したことによって、巻線型磁気センサから得られる被検出体の検出信号の温度変動を除いた状態とすることができ、環境温度の変動に対して誤差の小さい巻線型磁気センサを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】巻線型磁気センサに用いられている磁気センサ部の一例を拡大して表した側面説明図である。
【図２】図１に表した巻線型磁気センサの磁気センサ部を使用する場合の位置関係を表した斜視説明図である。
【図３】定電流回路の一例を表した線図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる被検出体検出装置全体の概略構成を表した線図である。
【図５】図４に示された被検出体検出装置に用いられている励磁検出回路の一例を表した線図である。
【図６】図５に表された被検出体検出装置に用いられている駆動電流検出回路の一例を表した線図である。
【図７】被検出体検出信号の補正手順の一例を表した線図である。
【図８】ＤＣＲ検出回路の一例を表した線図である。
【図９】図８に示されているＤＣＲ検出回路を用いて励磁コイルの駆動電圧の温度変動を測定した結果を表した線図である。
【図１０】図８に示されているＤＣＲ検出回路を用いて待機出力信号の温度変動を測定した結果を表した線図である。
【図１１】図８に表されたＤＣＲ検出回路を、実際の装置として用いる場合の構成例を表した線図である。
【図１２】複数の巻線型磁気センサを各々異なる周波数で駆動する場合の駆動回路例を表した線図である。
【図１３】本発明を適用する巻線型磁気センサの他の実施形態における概略構造を表した側面説明図である。
【図１４】図１３に表した巻線型磁気センサの平面説明図である。
【図１５】本発明に用いられる巻線型磁気センサに設けられた磁気センサ部分の構造を表した側面説明図である。
【図１６】定電圧回路の一例を表した線図である。
【図１７】センサコアの透磁率の温度変化を表した線図である。
【図１８】励磁コイルの巻線抵抗値ＤＣＲの環境温度変化を表した線図である。
【図１９】定電圧駆動した場合のセンサインピーダンスと励磁コイルの駆動電流との関係を模式的に表した線図である。
【符号の説明】
１１　磁気センサ部
１２　励磁検出回路
１４　ＣＰＵ（温度補正手段）
４０　巻線型磁気センサ
４１　センサコア体
４１ｃ，４１ｄ　軸端コア部
４１ａ　中央基体コア部
４２　検出用コイル
４３ｃ，４３ｄ　励磁用コイル
Ｃ　被検出体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is configured such that identification / measurement of an object to be detected and the like can be performed by detecting, using a detection coil, a change exerted by the object to magnetic flux generated by energizing an excitation coil wound around a core. The present invention relates to a wound magnetic sensor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In general, an ATM, a vending machine, a vending machine, and the like use a device that detects an object to be detected such as a magnetic card or a coin inserted or inserted. Such a device is provided with, for example, a wound magnetic sensor as shown in FIG. 15, and the sensor cores SC1 and SC2 constituting the magnetic sensor are used to detect a coin or a magnetic card to be detected. It is arranged so as to face the front and back of the detection object C. An excitation coil 3 and a detection coil 4 are wound around the two sensor cores SC1 and SC2, respectively. The magnetic flux generated when the excitation coil 3 is energized magnetically acts on the detection target C, thereby generating an eddy current in the detection target C. The change in the magnetic flux based on the eddy current is generated. The detection coil 4 detects the detection target object as a detection signal.
[0003]
On the other hand, although not shown, the magnetic sensor is provided with a detection target identifying means for identifying the detection target from the detection target detection signal described above. A reference output value for each detected object obtained from the detection coil 4 when the detected object C passes between the two sensor cores SC1 and SC2 is stored in the detected object identification means in advance. More specifically, the level value of the standby output signal output from the detection coil 4 during standby of the sensor when the object C is not present between the two sensor cores SC1 and SC2, The difference from the maximum level value of the detection output signal from the detection coil 4 when C has passed is determined in advance for each type of the detected object C and stored as a reference output value in the detected object identification means. Have been. The detected object is detected by comparing each of the reference output values with the detected object detection signal described above.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the exciting coil 3 used in such a generally used wound magnetic sensor is driven by a constant voltage supplied from a constant voltage circuit as shown in FIG. 16, for example. As a result, when the environmental temperature in which the wound magnetic sensor is used changes, the following malfunction may be caused. Note that the problems described below are not limited to the case of detecting an object to be detected such as a magnetic card or a coin, but also include material identification of other objects to be detected, conductivity measurement, displacement and shape of an object to be detected, interval measurement, and the like. Is also a problem.
[0005]
First, as shown in FIG. 17, the magnetic permeability μ of the sensor core SC provided in the above-mentioned wire-wound magnetic sensor depends on the characteristics of the magnetic material used for the sensor core SC and various characteristics corresponding to changes in the temperature T. It becomes. For example, there are various types such as those showing an increasing tendency (Example 1), those showing a decreasing tendency (Example 2), and those decreasing after increasing (Example 3) with respect to the change of the temperature T. That is, when the use environment temperature of the wound magnetic sensor changes, the sensor sensitivity fluctuates with the temperature. Therefore, the difference between the level value of the standby output signal and the level value of the detection output signal indicates the detection signal of the object to be detected. Even if is obtained, this level difference also fluctuates with the environmental temperature, and there is a possibility that the detection of the detection target is erroneously recognized.
[0006]
Looking at the impedance of the sensor, in addition to the above-described temperature change of the magnetic permeability μ, the winding resistance value DCR of the exciting coil 3 also changes according to the change of the environmental temperature T as shown in FIG. In other words, the sensor impedance Z of the wound magnetic sensor is a mixture of the above-described temperature fluctuation of the magnetic permeability μ and the temperature fluctuation of the winding resistance DCR. In a low frequency region in which the main component of the impedance of the coil is the winding resistance DCR, the linear change of the winding resistance DCR is larger than the impedance change of the drive coil due to the temperature change of the magnetic permeability μ. Z increases with increasing temperature. When the driving frequency increases, the inductance component occupying the sensor impedance increases, and the temperature variation of the sensor impedance Z becomes close to the characteristics of the magnetic material used for the sensor core SC as shown in FIG. On the other hand, when the driving frequency is in the frequency range between the low frequency range and the high frequency range, the fluctuation due to the winding resistance DCR and the fluctuation in the magnetic permeability μ are added. Depending on the characteristics will be complicated.
[0007]
Furthermore, in a detection object such as a coin, its conductivity changes with a change in temperature, and the change in the conductivity changes the eddy current generated in the detection object. Become. Therefore, when the excitation coil 3 is driven at a constant voltage as in the conventional case, the drive is performed at a low frequency such that the sensor impedance Z increases as the temperature rises. When the magnetic sensor using the sensor core SC is driven at a high frequency, the drive current I of the exciting coil 3 decreases as the temperature rises. As a result, as shown in FIG. As a result, the sensor output, that is, the above-described detection target object detection signal decreases, which may hinder the detection operation of the detection target object.
[0008]
As described above, the temperature fluctuation of the detection target detection signal obtained from the conventional wound magnetic sensor is based on the fluctuation based on the temperature fluctuation of the magnetic permeability μ of the sensor core SC and the winding resistance DCR of the exciting coil 3. There is a variation and a variation based on the conductivity of the object to be detected, and the total variation is large and complicated. That is, in the conventional configuration, the temperature characteristics vary among the individual wound magnetic sensors. Therefore, in order to increase the detection accuracy of the object to be detected, it is first necessary to accurately determine the temperature.
[0009]
In order to solve such a problem, a technology has been proposed in which a temperature detecting element such as a thermistor is attached to a circuit or a sensor to measure an environmental temperature, and a temperature of an object detection signal is corrected in accordance with the measured temperature. However, since it is difficult to accurately measure the required temperature of the sensor portion, errors are likely to occur in the correction, and the device becomes expensive.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a wound-type magnetic sensor capable of easily and accurately identifying an object to be detected with a simple configuration.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a wound type magnetic sensor according to the present invention includes a sensor core disposed to face an object to be detected, and an exciting and detecting coil wound around a part of the sensor core. A constant current drive circuit is provided which constantly supplies a constant current to the coil to drive the coil. In this case, the excitation coil and the detection coil may use a common coil in which the excitation coil also functions as the detection coil, or may use a separate excitation coil and the detection coil. .
In the wound-type magnetic sensor having the above configuration, if the excitation coil is driven by a constant current, it can be obtained from the detection coil excluding a temperature fluctuation based on the winding resistance DCR of the excitation coil. And the temperature of the sensor can be estimated and measured using the output of the exciting coil. Therefore, based on the estimated temperature, it is possible to obtain a detection target detection signal in a state where the magnetic permeability of the sensor core and the temperature fluctuation of the detection target are removed, and the wound magnetic field has a small error with respect to the fluctuation of the environmental temperature. A sensor can be easily obtained.
[0012]
Further, in the wire wound magnetic sensor according to the present invention, the constant current drive is performed even when the sensor is in a standby state in which the object to be detected does not face the sensor core or when the object to be detected is facing the sensor core. The temperature of the exciting coil, that is, the temperature of the sensor can be estimated based on the level value of the drive voltage in the exciting coil driven by the circuit.
[0013]
In order to estimate the temperature of the exciting coil, a low-frequency signal for detecting temperature is applied to the exciting coil, and the temperature of the exciting coil is estimated based on the output value of the low-frequency signal. In this case, the low-frequency signal is preferably a DC signal for removing the inductance component of the coil, but can be sufficiently used even for a low-frequency signal because the ratio of the inductance component of the coil can be reduced. If a low-frequency signal is applied to the exciting coil in this manner, fluctuations due to temperature can be treated as a DCR component of a winding resistance value of the exciting coil that changes almost linearly, and the temperature of the exciting coil can be accurately determined. Can be estimated.
[0014]
If the temperature of the exciting coil can be estimated, since this is the temperature constituting the sensor itself, a case where temperature correction means for correcting the detection signal of the object to be detected based on the estimated temperature value of the exciting coil is provided. The correction result can be an extremely reliable output value.
[0015]
As the low-frequency signal for temperature detection, a low-frequency detection signal capable of detecting the object to be detected by itself may be used, and a single low-frequency signal may be used. Even if the detection signal for detecting the detection object is a low-frequency signal, the low-frequency signal for temperature detection may be a different lower-frequency signal.
[0016]
When a high-frequency signal is preferable as the detection signal for detecting the object, a signal obtained by adding a low-frequency signal for temperature detection and a high-frequency signal for object detection to an AC signal to be applied to the excitation coil. Good to do. In this way, by adding the signal for detecting the object and the signal for detecting the temperature, it is possible to select and use the most suitable frequency for each purpose. When a high-frequency signal is applied as a signal, a sensor suitable for detecting the displacement or shape of the detection target can be obtained.
[0017]
The coil for temperature detection at this time may be arranged in the sensor as a coil different from the excitation coil, and may be driven by another drive circuit. In this way, it is possible to measure the temperature at any location in the sensor.
[0018]
In the wound type magnetic sensor having the above configuration, if the temperature in the sensor can be measured accurately, the temperature characteristics of the magnetic permeability μ of the sensor core SC and the temperature characteristics of the object to be detected are measured in advance, so that the wound type magnetic sensor can be used. A correction value for a certain temperature can be obtained comprehensively for the magnetic sensor, and the detected object detection signal can be corrected easily and with high accuracy by using the estimated temperature as the temperature correction means.
[0019]
For example, the low-frequency signal for temperature detection applied to the excitation coil is obtained by extracting the output from the voltage between both ends of the excitation coil through a low-pass filter, thereby obtaining the temperature of the excitation coil based on the winding resistance value of the excitation coil. Can be obtained as an estimated value.Based on the estimated temperature value, a variation based on the temperature variation of the magnetic permeability of the sensor core corresponding to the estimated temperature value and the temperature variation of the eddy current generated in the object to be detected is calculated. It is possible to obtain a corrected detection output of the object to be obtained or excluding the fluctuation.
[0020]
In obtaining the corrected detection output of the detection object, a relation table between a voltage and a temperature based on the winding resistance value of the excitation coil, a temperature fluctuation of the magnetic permeability of the sensor core, and an eddy current generated in the detection object If a correction table determined from the relationship between the output fluctuation based on the temperature fluctuation and the temperature is provided, and a correction detection output of the object to be detected is obtained based on these tables, the correction detection output Can be easily obtained.
[0021]
Note that it is preferable to use the excitation coil of the sensor core for temperature detection in order to simplify the configuration of the sensor.However, a temperature detection coil different from the excitation coil is wound around the sensor core, and the temperature detection coil is used. On the other hand, it is also possible to provide a constant current drive circuit for temperature that always supplies a constant current to drive.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 4, the entirety of the object detection device has an excitation / detection circuit 12 that drives an excitation coil and detects a detection coil connected to a magnetic sensor unit 11 described below. The detected object detection signal obtained by the excitation / detection circuit 12 is sent to the CPU 14 through the A / D converter 13 to obtain a final detection signal. On the other hand, a drive voltage detection circuit 15 for detecting a drive voltage of the excitation coil 3 for detecting the temperature of the excitation coil 3 is connected to the magnetic sensor unit 11. The temperature of the exciting coil 3 is detected by a signal output through the converter 16, and the temperature of the detection target detection signal is corrected using the detected temperature.
[0023]
As the magnetic sensor section 11, for example, the wound magnetic sensor 40 shown in FIGS. 1 and 2 can be used. The wire-wound magnetic sensor 40 is used as a displacement sensor for detecting a displacement of the object to be detected, an IC contact detection sensor for detecting an IC contact of an IC card, and the like, and is connected to a circuit control unit (not shown). ing.
[0024]
The wound magnetic sensor 40 itself has a magnetic differential structure in which a detection coil 42 is wound around a central base core portion 41a of a sensor core body 41 formed of a single thin plate-shaped member.

Exciting coils

43c and 43d are provided on both sides of the central base core portion 41a in the vertical direction in the drawing with respect to each of the pair of shaft

end core portions

41c and 41d integrally connected via the locking flange portions 41b. Each is wound.
[0025]
One of the pair of shaft

end core portions

41c and 41d, which is disposed on the lower side in the drawing, is arranged so as to be able to face the detection target C to be detected. At this time, in the present embodiment, the direction of the axis CX (the vertical direction in the drawing) that reaches the shaft end core portion 41d on the other side through the central base core portion 41a is substantially perpendicular to the moving direction of the detection target C. Is set to The detected object C reciprocates along the direction substantially orthogonal to the axis CX or reciprocates along the direction of the axis CX with respect to the one-side shaft end core portion 41c. Thus, when the shaft end core portion 41c on one side and the detection object C are approached and separated from each other while facing each other, and when the two members 41c and C face each other within an appropriate distance range, The configuration is such that the presence (presence) of the detection target C is detected and the amount of movement thereof is detected. Note that the configuration may be such that the winding type magnetic sensor 40 moves while the detection target C is fixed.
[0026]
In the wound type magnetic sensor 40 according to the present embodiment having such a configuration, the detection output obtained from the detection coil 42 is generated by the opposing magnetic fields φ1 and φ2 generated by the pair of

excitation coils

43c and 43d in the opposite directions. Therefore, the detection target C is not present (absent) or the detection target C is sufficiently far away from the wire-wound magnetic sensor 40 (infinity). ), The absolute values of the opposing magnetic fields φ1 and φ2 in the opposite directions become equal (| φ1 | = | φ2 |), and the output from the detection coil 42 becomes “0”. On the other hand, when the wound magnetic sensor 40 and the detection target C are in a state of being relatively close to each other and existing within an appropriate range (present), the above-described detection is performed in response to a change in the distance between the two. The eddy current generated in the detection body C changes, whereby the balance between the opposing magnetic fields φ1 and φ2 in the above-described directions is lost, and the magnetic field φ1 decreases. Then, a differential output is obtained from the detection coil 42 based on a magnetic field corresponding to the difference (| φ1 | − | φ2 |) between the absolute values of the opposing magnetic fields φ1 and φ2 at that time.
[0027]
The excitation / detection circuit 12 used in the object detection device described above has, for example, a configuration as shown in FIG.
First, a clock signal obtained by appropriately dividing the output from the crystal oscillator 12a by the frequency divider 12b is sent to the constant current circuit 12d through the low-pass filter (LPF) 12c. The constant current circuit 12d has a configuration as shown in FIG. 3, for example, and a constant drive current is always supplied to the

exciting coils

43c and 43d as described above. ing.
[0028]
Returning to FIG. 5 again, a preamplifier 12e is connected to the output side of the detection coil 42, and the output from the preamplifier 12e is passed through a bandpass filter 12f, a detector 12g, and a low-pass filter (LPF) 12h. The detection object detection signal V0 is provided.
[0029]
Here, as the constant current circuit according to the present invention, a circuit for driving the excitation coil 3 at a constant current as shown in FIG. 3 will be considered.
In this constant current drive circuit, feedback is applied so that the input voltage Vin and the end voltage of the pure resistance RL are always the same, and a so-called virtual short-circuit state of the input terminal is formed. Therefore, the current flowing through the resistor RL is (input voltage Vin) / (current setting resistor RL). Here, if a sine wave having a frequency f is used as the input voltage Vin, the current flowing through the exciting coil 3 and the resistor RL can be made into a sine wave. Then, even if the DCR or L in the exciting coil 3 fluctuates, the above relationship is maintained as long as the output of the operational amplifier is not saturated. Therefore, even if the impedance of the exciting coil 3 fluctuates, it can be driven always with a constant current value. For example, when a sine wave of 1 Vp-p is applied to the input voltage Vin, a sine wave current of 100 mAp-p flows through the resistor RL set to 10Ω.
[0030]
In the constant current circuit 12d using the constant current circuit as shown in FIG. 3, the impedance is high when viewed from the excitation coil side, and if a long wiring is used between the excitation coil and the drive circuit, the circuit is likely to be unstable. Oscillating or the S / N ratio may be degraded. Therefore, if the constant current circuit 12d and the preamplifier 12e of the detection coil 42 in the portion surrounded by the broken line in FIG. 5 are incorporated in the sensor and arranged near the sensor section, the stability of the drive circuit side can be improved. As a result, the stability of the sensor system and the improvement of the SN ratio are achieved.
[0031]
In this case, a low-frequency sine wave is obtained by using the oscillator 12a and the low-pass filter (LPF) 12c in FIG. An example is shown in which a low-frequency signal that is also used as a detection signal for detecting a signal is used. In FIG. 5, the external supply may be performed by arranging the portion on the left side of the drawing from the dashed-dotted line on the outside instead of forming an integral type, or by arranging the left side from the dashed-dotted line on the outside. Is also good.
[0032]
For example, when sensors having different driving frequencies are arranged adjacent to each other, if there is a phase shift between the different sensors, a beat may be generated and the output may fluctuate. In such a case, if a common oscillator 12a is used and each sensor is driven by the common oscillator 12a, it is possible to easily create frequencies having the same phase with each other with the frequency divider. The advantage that it can be obtained is obtained.
[0033]
In the wound type magnetic sensor according to the embodiment having such a configuration, since the

exciting coils

43c and 43d are driven by the constant current supplied from the constant current drive circuit 12d, the detection target obtained from the wound type magnetic sensor is obtained. The temperature fluctuation of the body detection signal is such that the impedance fluctuation of the windings of the excitation coils 43c and 43d is removed, and corresponds to the fluctuation based on the temperature fluctuation of the magnetic permeability μ of the sensor core SC. . Therefore, it is possible to easily obtain a wound-type magnetic sensor having a small error with respect to the fluctuation of the environmental temperature.
[0034]
Therefore, for example, the temperature characteristics of the magnetic permeability μ of the sensor core SC are obtained in advance, and the temperature characteristics of the voltage applied to the excitation coils 43c and 43d from the constant current drive circuit 12d in the drive voltage detection circuit 15 are measured in advance. If this is done, the environmental temperature of the wound magnetic sensor is immediately estimated, and the detected temperature is used for a temperature correction unit, which will be described later, provided in the CPU 14 so that the detected object detection signal is obtained. Correction can be made easily and with high accuracy.
[0035]
The temperature correction of the detected object detection signal by such a temperature correction means can obtain a particularly good result when the magnetic permeability μ of the sensor core SC monotonically changes with respect to the temperature. Sensor cores exhibiting monotonic characteristics are readily available.
[0036]
Here, the above-described drive voltage detection circuit 15 can be configured, for example, as in the embodiment shown in FIG. The drive voltage detection circuit shown in FIG. 6 is configured to observe a low-frequency signal for temperature detection as a voltage value at both ends of the

exciting coils

43c and 43d by the differential amplifier 21. The output from 21 is passed through a detection circuit 22 and a low-pass filter (LPF) 23 to obtain a drive voltage V0Z for the

exciting coils

43c and 43d.
[0037]
When the driving frequency of a wound magnetic sensor having a sensor core body is low and the inductance at the driving frequency is small, the coil impedance is dominated by the winding resistance DCR, and the impedance contribution rate is determined by the square of cos θ. And most of the components of the winding resistance DCR vary depending on the core shape, the number of turns, and the frequency. Therefore, it is preferable to use a low driving frequency of the sensor in order to easily obtain the fluctuation of the winding resistance DCR.
[0038]
The relationship between the drive voltage of the excitation coil and the temperature is related by data measured in advance, and is stored as a table or a mathematical expression in the CPU 14 of the object detection device (see FIG. 4) described above. I have. The drive voltage detection circuit 15 determines the effective value of the voltage at both ends of the excitation coil, and compares the effective value of the voltage with the appropriate temperature correction means provided in the CPU 14 to determine the current value. The temperature of the exciting coil at is estimated, and the detected object detection signal is corrected based on the estimated temperature value as follows.
[0039]
For example, a temperature correction flow is executed in the CPU 14 as shown in FIG. In this example, the temperature is obtained at the time of standby when no object is passed. When the temperature correction operation is started, first, the latest data at the present time is read (step 1), and then it is confirmed that the detected object C, for example, a coin has not passed (No in step 2). ), The temperature of the exciting coil is estimated based on the relationship between the drive voltage and the temperature at both ends of the exciting coil (step 3). The estimated temperature of the exciting coil obtained in this way is written in an appropriate memory M in the CPU 14 and is periodically updated. Then, when the detected object C is actually inserted and the detected object C passes through the detected object detection device (Yes in step 2), the temperature estimation value called from the memory M is used. Then, the correction processing of the detected object detection signal (step 4) is executed.
[0040]
By the way, since the inductance of the coil increases in proportion to the frequency, when the frequency applied to the excitation coil is increased, the ratio of the inductance L of the coil to the impedance of the excitation coil increases. Is not preferred.
[0041]
Specifically, even in a coil having a small inductance and a large winding resistance DCR, as in the coil of Table 1, the contribution ratio of the winding resistance DCR to the impedance is extremely low.
[Table 1]

In such a case, a thermometer utilizing the temperature characteristics of the core permeability can be provided. However, the core material to be used is not always preferable in temperature characteristics as a thermometer. In this case, it is preferable to configure as follows.
[0042]
For example, in the DCR detection circuit shown in FIG. 8, by applying a DC bias power supply VDC 31 to the drive side, the DC potentials at both ends of the

exciting coils

43 c and 43 d are converted to the preamplifier 32 and the low-pass filter (LPF) 33. DCR is obtained through Here, the DC bias power supply VDC 31 can be regarded as an example of the lowest frequency in the low frequency. Even if a slight DC component is applied to the coil by the bias power supply VDC 31, the object detection signal (= dφ / dt), which is the sensor output, is not affected as long as the core is not saturated. .
[0043]
When such a DCR detection circuit shown in FIG. 8 was actually used for five winding-type magnetic sensors, the temperature fluctuation of the drive voltage V0Z in the excitation coils 43c and 43d was measured. As described above, it has been found that there is little variation among the winding type magnetic sensors, and characteristics with good linearity with respect to temperature can be obtained. Therefore, the same correction data can be used for all sensors.
[0044]
On the other hand, when the temperature fluctuation of the level value of the detection output signal during standby was measured using the five wound magnetic sensors in the same manner as described above, the result shown in FIG. 10 was obtained. In this case, the thermometer utilizes the temperature characteristics of the core permeability. According to this result, although the variation among the respective wound-type magnetic sensors is relatively large, there is a certain tendency, so that the temperature correction can be performed by determining the correction curve for each of the wound-type magnetic sensors. .
[0045]
In order to use such a DCR detection circuit as an actual device, for example, a configuration as shown in FIG. 11 is made.
First, the clock signal from the oscillator 51 is converted by the two frequency dividers 52a and 52b into a high-frequency signal of, for example, 1 MHz and a low frequency of, for example, 1 kHz, as a frequency at which the DCR component is dominant in the coil impedance of the exciting coil. Frequency signal, and the two signals are sent to an addition circuit 54 through a high-pass filter (HPF) 53a and a low-pass filter (LPF) 53b. The driving current is supplied to the

exciting coils

43c and 43d by the constant current circuit 55.
[0046]
The voltage applied to the

exciting coils

43c and 43d is configured to be taken out to the outside via an operational amplifier 56, from which the high-frequency signal of 1 MHz is removed through a low-pass filter (LPF) 57, and the low-frequency signal of 1 kHz is removed. Only the frequency signal is extracted through a detector 58 and a low-pass filter (LPF) 59 for removing the ripple of the detector 58, so that a drive voltage for the excitation coils 43c and 43d corresponding to the DCR component is obtained.
[0047]
From the detection output signal from the detection coil 42, the above-mentioned low frequency signal of 1 KHz is removed from the preamplifier 61 through a high-pass filter (HPF) 62, and only the high frequency signal of 1 MHz passes through the detector 63 and the ripple of the detector 63. It is taken out through a low-pass filter (LPF) 64 to be removed, and a detection signal of an object to be detected is obtained. With such a configuration, since a high-frequency signal is used as a detection signal of the detection target, a magnetic sensor that is effective for detecting the displacement, the change in the position of the detection target, and the shape of the detection target is used. In particular, the detection accuracy and response speed of a proximity sensor or the like used for an object moving at high speed are improved.
[0048]
When driving a plurality of wire-wound magnetic sensors at different frequencies, for example, a drive circuit as shown in FIG. 12 is used. In this case, a high-frequency signal of, for example, 1 MHz is used to detect the displacement and position of the object and the shape of the object, and a low-frequency signal of, for example, 100 KHz is used for material identification and conductivity measurement of the object. In this example, a low-frequency signal of, for example, 4 KHz is used as a low-frequency signal for temperature detection using a high-frequency signal. With this configuration, the detection target and the temperature can be detected using the frequency signals corresponding to the respective purposes. When a plurality of frequencies having different phases are used at the same time as described above, the output amplitude may fluctuate due to a phase difference situation or the like. However, using such a drive circuit, a drive signal with the same phase is obtained. Output fluctuations can be eliminated.
[0049]
The wire-wound sensor shown in FIGS. 13 and 14 is an example of what is provided in a magnetic card reader, and is configured to detect the type of a magnetic stripe formed on a magnetic card (not shown). I have. Specifically, the exciting coil 74 is wound around the base core 73 of the sensor core 72 mounted in the housing 71, and the side of the base core 73 (the upper part in FIG. 13) Two opposing

core portions

75, 75 disposed so as to oppose the magnetic card as the object to be detected are formed so as to protrude, and a detection coil 76 is wound around each opposing core portion 75. ing. The same operation and effect can be obtained for an apparatus using the wound sensor having such a configuration.
[0050]
As described above, the embodiments of the invention made by the inventor have been specifically described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and it can be said that various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Not even.
[0051]
For example, the present invention is not limited to the wound-type magnetic sensor having the structure according to the above-described embodiment, and detects an impedance change based on an eddy current generated in a detection target by a magnetic effect of a magnetic flux of an excitation coil. The present invention can be similarly applied to various kinds of wire-wound magnetic sensors as long as they are detected by the following method.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, the wound-type magnetic sensor according to the present invention is provided with the constant current drive circuit that always supplies a constant current to the excitation coil and drives the same, and the constant current drive circuit supplies the constant current. By driving the excitation coil, it is possible to eliminate the temperature fluctuation of the detection signal of the object to be detected obtained from the winding type magnetic sensor, and to easily obtain the winding type magnetic sensor having a small error with respect to the environmental temperature fluctuation. Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged side view illustrating an example of a magnetic sensor unit used in a wound magnetic sensor.
FIG. 2 is a perspective explanatory view showing a positional relationship when the magnetic sensor unit of the wound-type magnetic sensor shown in FIG. 1 is used.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a constant current circuit.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an entirety of a detection target detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an excitation detection circuit used in the device for detecting an object to be detected illustrated in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a drive current detection circuit used in the device for detecting an object to be detected illustrated in FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a procedure for correcting a detection target detection signal.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a DCR detection circuit.
9 is a diagram showing a result of measuring a temperature fluctuation of a drive voltage of an exciting coil using the DCR detection circuit shown in FIG. 8;
FIG. 10 is a diagram illustrating a result of measuring a temperature change of a standby output signal using the DCR detection circuit illustrated in FIG. 8;
11 is a diagram showing a configuration example in a case where the DCR detection circuit shown in FIG. 8 is used as an actual device.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a drive circuit when a plurality of wire-wound magnetic sensors are driven at different frequencies.
FIG. 13 is an explanatory side view showing a schematic structure of another embodiment of the wound magnetic sensor to which the present invention is applied.
FIG. 14 is an explanatory plan view of the wire-wound magnetic sensor shown in FIG. 13;
FIG. 15 is an explanatory side view showing a structure of a magnetic sensor portion provided in a wire wound magnetic sensor used in the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a constant voltage circuit.
FIG. 17 is a diagram showing a temperature change of the magnetic permeability of the sensor core.
FIG. 18 is a diagram showing a change in environmental temperature of a winding resistance value DCR of an exciting coil.
FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a relationship between a sensor impedance and a drive current of an exciting coil when driving at a constant voltage.
[Explanation of symbols]
11 Magnetic sensor unit
12 Excitation detection circuit
14 CPU (temperature correction means)
40 Wound magnetic sensor
41 Sensor core body
41c, 41d Shaft end core
41a Central base core part
42 Detection coil
43c, 43d Excitation coil
C Detected object

Claims

A sensor core disposed facing the object to be detected, and an excitation coil and a detection coil wound around a part of the sensor core,
In the winding type magnetic sensor configured to detect a change corresponding to the detection target of the magnetic flux generated by energizing the excitation coil by the detection coil and obtain a detection signal of the detection target,
A winding type magnetic sensor, comprising: a constant current drive circuit that constantly supplies a constant current to the excitation coil to drive the excitation coil.

2. The wire-wound magnetic sensor according to claim 1, wherein the excitation coil and the detection coil also serve as a common coil, or use separately provided excitation coils and detection coils.

From the level value of the drive voltage applied to the exciting coil from the constant current drive circuit, the temperature of the exciting coil at that time is estimated, and the detection signal of the object to be detected is corrected based on the estimated temperature value. 2. The wire-wound magnetic sensor according to claim 1, further comprising a temperature compensating unit that performs temperature compensation.

A drive voltage to be applied to the excitation coil is applied by an AC signal, and a detection signal corresponding to the object to be detected is obtained from the detection coil, and a low-frequency signal for temperature detection is applied to the excitation coil. 4. The wire-wound magnetic sensor according to claim 3, wherein the temperature of the exciting coil is estimated based on an output value of the low frequency signal for temperature detection.

5. The wire-wound magnetic sensor according to claim 4, wherein the AC signal applied to the exciting coil also serves as the low-frequency signal for detecting the temperature or is another AC signal.

5. The wound magnetic sensor according to claim 4, wherein the low frequency signal for detecting temperature is a DC signal.

An AC signal is applied to the excitation coil and a detection signal of the object is obtained from the detection coil. Further, the AC signal to the excitation coil is converted into a low-frequency signal for temperature detection and a signal for object identification. 4. The wound magnetic sensor according to claim 3, wherein the signal is a signal obtained by adding the high-frequency signal.

The AC signal applied to the excitation coil includes a low-frequency signal for detecting temperature in the excitation coil, and by extracting a voltage across the excitation coil through a low-pass filter, the winding resistance of the excitation coil is reduced. The temperature of the excitation coil is estimated based on the detected temperature value, and based on the estimated temperature value, the fluctuation of the magnetic permeability of the sensor core and the fluctuation based on the temperature fluctuation of the eddy current generated in the detection object are corrected. 5. The wound magnetic sensor according to claim 4, wherein a correction detection output of the body is obtained.

The corrected detection output of the detected object includes a voltage-temperature relationship table based on the winding resistance value of the exciting coil, temperature fluctuation of the magnetic permeability of the sensor core, and temperature fluctuation of the eddy current generated in the detected object. 9. The wire-wound magnetic sensor according to claim 8, wherein a corrected detection output of the detected object is obtained based on a correction table determined from a relationship between an output fluctuation based on the temperature and the temperature.

A temperature detecting coil wound around a part of the sensor core, and a constant current driving circuit for temperature that constantly drives and drives a constant current to the temperature detecting coil,
From the level value of the drive voltage applied to the temperature detection coil from the temperature constant current drive circuit, the temperature at the time in the temperature detection coil is estimated, and the detected temperature is estimated based on the estimated temperature value. 2. The wire-wound magnetic sensor according to claim 1, further comprising temperature correction means for correcting a body detection signal.