JP2006275959A - Magnetic sensor correction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサの検出精度を高め得る磁気センサ補正装置に関する。 The present invention relates to a magnetic sensor correction apparatus that can improve the detection accuracy of a magnetic sensor.
トナー濃度等を測定する磁気センサとして、出力コイルがコアの中央部に巻かれ、その両側に基準コイルと検出コイルとが巻かれた差動トランスを備える磁気センサが知られている。 As a magnetic sensor for measuring toner concentration and the like, a magnetic sensor is known that includes a differential transformer in which an output coil is wound around a central portion of a core and a reference coil and a detection coil are wound on both sides thereof.
図9は、従来の差動トランスからなる磁気センサの出力特性を示したグラフである。図9に示すように磁気センサからの出力電圧はプラスマイナス10%ほどのバラツキがあることが分かる。そこで、従来の磁気センサでは、バラツキの少ない高精度の回路素子を用いる、或いはバラツキを高精度に補正し得る回路を用いる等して磁気センサの出力特性のバラツキを抑え、検出精度が高められていた。なお、特許文献1には、差動トランスを配線基板面に面実装することで、小型化を図った磁気センサが開示されている。
しかしながら、従来の磁気センサでは、高精度の回路素子を用いる、或いはバラツキを高精度に補正し得る回路を用いることで検出精度が高められていたため、回路規模の増大による磁気センサの大型化を招来することに加え、磁気センサの高コスト化を招くという課題を備えていた。 However, in the conventional magnetic sensor, since the detection accuracy is increased by using a high-precision circuit element or a circuit capable of correcting the variation with high accuracy, the magnetic sensor is increased in size due to an increase in circuit scale. In addition, there is a problem that the cost of the magnetic sensor is increased.
本発明の目的は、磁気センサの小型化及び低コスト化を図りつつ、磁気センサの検出精度を高めることができる磁気センサ補正装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the magnetic sensor correction | amendment apparatus which can raise the detection accuracy of a magnetic sensor, aiming at size reduction and cost reduction of a magnetic sensor.
本発明による磁気センサ補正装置は、磁束を検出する検出コイル、基準コイル、前記検出コイルと前記基準コイルとの差電圧を前記検出コイルにより検出された磁束として出力する出力コイルとを備える差動トランス、並びに前記検出コイルの近傍に配設されたキャリブレーションコイルを備える磁気センサと、前記キャリブレーションコイルに所定の交流電流を流した際に前記検出コイルにより検出される標準磁束の目標値に対するずれを補正値として算出する補正値算出手段と、前記補正値を基に、前記検出コイルにより検出された磁束を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。 A magnetic sensor correction apparatus according to the present invention includes a detection coil for detecting magnetic flux, a reference coil, and a differential transformer including an output coil for outputting a voltage difference between the detection coil and the reference coil as magnetic flux detected by the detection coil. And a magnetic sensor having a calibration coil disposed in the vicinity of the detection coil, and a deviation from a target value of a standard magnetic flux detected by the detection coil when a predetermined alternating current is passed through the calibration coil. It is characterized by comprising correction value calculation means for calculating as a correction value, and correction means for correcting the magnetic flux detected by the detection coil based on the correction value.
また、上記構成において、前記補正値を算出する補正値算出モードと、前記補正値を用いて前記検出コイルにより検出された磁束を補正する補正測定モードとのいずれかのモードに設定するモード設定手段を更に備え、前記補正値算出手段は、前記補正値算出モードが設定されている場合、前記キャリブレーションコイルに高周波電流を流し、前記補正測定モードが設定されている場合、キャリブレーションコイルに高周波電流を流さないことが好ましい。 Further, in the above configuration, mode setting means for setting a correction value calculation mode for calculating the correction value and a correction measurement mode for correcting the magnetic flux detected by the detection coil using the correction value. The correction value calculation means causes a high-frequency current to flow through the calibration coil when the correction value calculation mode is set, and a high-frequency current to the calibration coil when the correction measurement mode is set. It is preferable not to flow.
また、上記構成において、前記補正手段は、前記補正測定モードが設定されている場合、前記検出コイルにより検出された磁束に前記補正値を加算することが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the correction unit adds the correction value to the magnetic flux detected by the detection coil when the correction measurement mode is set.
また、上記構成において、前記基準コイル、前記出力コイル、前記検出コイル、及び前記キャリブレーションコイルは、センサ面側からこの順で同一のコアに巻かれていることが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the reference coil, the output coil, the detection coil, and the calibration coil are wound around the same core in this order from the sensor surface side.
請求項1記載の発明によれば、差動コイルを構成する検出コイルの近傍にキャリブレーションコイルを配設し、このキャリブレーションコイルに所定の交流電流を流した際に生じる磁束が標準磁束として検出コイルにより検出され、検出された標準磁束と予め定められた目標値とのずれ量が補正値として算出され、この補正値を基に、検出コイルにより検出された磁束が補正される。従って、高価な回路素子を採用する、或いは、素子のバラツキを補正する回路を採用しなくとも高精度な測定結果を得ることができる。そのため、装置の磁気センサの小型化及び低コスト化を図りつつ磁気センサの検出精度を高めることができる。 According to the first aspect of the present invention, the calibration coil is disposed in the vicinity of the detection coil constituting the differential coil, and the magnetic flux generated when a predetermined alternating current is passed through the calibration coil is detected as the standard magnetic flux. A deviation amount between the detected standard magnetic flux detected by the coil and a predetermined target value is calculated as a correction value, and the magnetic flux detected by the detection coil is corrected based on this correction value. Therefore, it is possible to obtain a highly accurate measurement result without using an expensive circuit element or a circuit that corrects element variation. Therefore, the detection accuracy of the magnetic sensor can be enhanced while reducing the size and cost of the magnetic sensor of the apparatus.
請求項2記載の発明によれば、補正測定モード時にはキャリブレーションコイルに電流が流れないため、検出精度をより高めることができる。 According to the second aspect of the present invention, since no current flows through the calibration coil in the correction measurement mode, the detection accuracy can be further improved.
請求項3記載の発明によれば、検出コイルによって検出された磁束に対して補正値が加算されて補正されるため、正確な値を算出することができる。 According to the third aspect of the present invention, the correction value is added to the magnetic flux detected by the detection coil for correction, so that an accurate value can be calculated.
請求項4記載の発明によれば、キャリブレーションコイルが、基準コイル、出力コイル、及び検出コイルが巻かれているコアと同一のコアに巻かれているため、簡便な構成によりキャリブレーションコイルを検出コイルの近傍に配置することができる。
According to the invention described in
図1は、本発明の実施の形態による磁気センサ補正装置のブロック図を示している。本実施の形態の磁気センサ補正装置は、複写機、プリンタ、デジタル複合機等の画像形成装置に適用されている。 FIG. 1 shows a block diagram of a magnetic sensor correction apparatus according to an embodiment of the present invention. The magnetic sensor correction apparatus according to the present embodiment is applied to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a digital multifunction peripheral.
本磁気センサ補正装置は、磁気センサ部1と制御部2とを備えている。磁気センサ部1は、画像形成装置が備える現像装置の現像タンク内に配設され、現像装置内に収容された磁性粉を含むトナーの濃度を測定する。本磁気センサ補正装置は、磁性紛を含むトナーを一定圧力でブロック状に押し固めたトナーブロックを用い、このトナーブロックと差動トランスT1のセンサ面T11との間隔を変化させた際に、差動トランスT1に生じた電圧を測定することによりトナー濃度を検出する。磁気センサ部1は、差動トランスT1、キャリブレーションコイルL4、センサ回路3、及び定電流駆動回路4を備えている。
The magnetic sensor correction apparatus includes a
図2は、差動トランスT1の構成図を示している。差動トランスT1は、基準コイルL2、出力コイルL3、検出コイルL1、及び円筒状のコア(ボビン)T12を備えている。検出コイルL1、出力コイルL3、及び基準コイルL2は、センサ面T11側からこの順番でコアに巻かれている。また、検出コイルL1とセンサ面T11との間にはキャリブレーションコイルL4が巻かれている。 FIG. 2 shows a configuration diagram of the differential transformer T1. The differential transformer T1 includes a reference coil L2, an output coil L3, a detection coil L1, and a cylindrical core (bobbin) T12. The detection coil L1, the output coil L3, and the reference coil L2 are wound around the core in this order from the sensor surface T11 side. A calibration coil L4 is wound between the detection coil L1 and the sensor surface T11.
なお、差動トランスT1は図2に示すものに代えて図3に示すものを採用してもよい。図3に示す差動トランスT1は、図2のようにコアT12にキャリブレーションコイルL4を巻くのではなく、キャリブレーションコイルL4をコアT12の検出コイルL1側の端面に貼り付けて構成されている。 The differential transformer T1 may employ the one shown in FIG. 3 instead of the one shown in FIG. The differential transformer T1 shown in FIG. 3 is configured by attaching the calibration coil L4 to the end surface of the core T12 on the detection coil L1 side, instead of winding the calibration coil L4 around the core T12 as shown in FIG. .
図1に示す制御部2は、1チップCPUから構成され、CPU21、A/D変換器22、ROM23、RAM24、分周器(1/N)25、オシュレータ(OSC)26、及びスイッチ27を備えている。オシュレータ26には水晶発振器28が接続されている。また、オシュレータ26は分周器25及びスイッチ27を介して定電流駆動回路4と接続されている。CPU21は、A/D変換器22を介してセンサ回路3と接続されると共に、ROM23及びRAM24と接続されている。また、CPU21は、スイッチ27をオンオフするための制御信号をスイッチ27に出力する。なお、本実施の形態では、制御部2は、補正値算出手段、補正手段、及びモード設定手段に相当する。
The
CPU21は、例えば、操作部5により受け付けられたユーザによる操作指令に従って、補正値算出モード及び補正測定モードのいずれかのモードに磁気センサ補正装置の動作モードを設定する。操作部5としては、例えば本磁気センサ補正装置が適用される画像形成装置が備えるタッチパネルが該当する。
For example, the
また、CPU21は、補正値算出モードを設定している場合、スイッチ27をオンにして、オシュレータ26により生成され、分周器25により周波数がN分の1に分周された高周波信号を定電流駆動回路4に出力する。
Further, when the correction value calculation mode is set, the
図4は、センサ回路3及び定電流駆動回路4の回路図を示している。センサ回路3は、交流増幅回路31、発振回路32、及び検波回路33を備えている。交流増幅回路31は、差動トランスT1、キャリブレーションコイルL4、コンデンサC5、及び抵抗R6を備えている。差動トランスT1は検出コイルL1、基準コイルL2、及び出力コイルL3を備えている。検出コイルL1及び基準コイルL2は出力される電圧が逆相となるように巻かれている。出力コイルL3は検出コイルL1及び基準コイルL2と磁気的に接続されている。コンデンサC5及び抵抗R6は、出力コイルL3と並列接続され、一端が接地され、他端がコンデンサC4に接続されている。検出コイルL1はコンデンサC6を介して接地されると共に、定電流駆動回路4に接続されている。
FIG. 4 shows a circuit diagram of the
また、交流増幅回路31は、トランジスタQ1、抵抗R2〜R5、及びコンデンサC3,C4を備えている。トランジスタQ1は、npnバイポーラトランジスタから構成され、エミッタは抵抗R3を介して接地され、抵抗R3にはコンデンサC3が並列接続されている。トランジスタQ1のベースは抵抗R5を介して接地されると共に、コンデンサC4を介して出力コイルL3と接続されている。トランジスタQ1のベースコレクタ間には抵抗R4,R2が接続されている。トランジスタQ1のコレクタは、検波回路33と接続されていると共に、抵抗R2を介して電源Vccと接続されている。
The
発振回路32は、トランジスタQ2、抵抗R7,R8,R18、及びコンデンサC7〜C9を備えるコルピッツ型LC発振回路であり、差動トランスT1を駆動させる。トランジスタQ2は、npnバイポーラトランジスタから構成され、エミッタには抵抗R7が接続されると共に、コンデンサC10が接続されている。抵抗R7にはコンデンサC8が並列接続されている。トランジスタQ2のコレクタエミッタ間にはコンデンサC7が接続されている。トランジスタQ2のベースは、抵抗R8を介して接地され、抵抗R8にはコンデンサC9が並列接続されている。また、トランジスタQ2のベースは、抵抗R18を介して検出コイルL1及びキャリブレーションコイルL4と接続されている。トランジスタQ2のコレクタは基準コイルL2と接続されている。
The
検波回路33は、抵抗R1、コンデンサC1,C2、及びダイオオードD1,D2を備えている。ダイオードD1はアノードがコンデンサC2を介してトランジスタQ1のコレクタに接続されると共に、ダイオードD2のカソードと接続されている。ダイオードD2のアノードは接地されている。ダイオードD1のカソードは、コンデンサC1を介して接地され、コンデンサC1は抵抗R1と並列接続され、制御部2の入力ポートに接続されている。GNDは制御部2のグランドポートを示し、接地されている。
The
定電流駆動回路4は、トランジスタQ3,Q4、抵抗R9〜R17、及びコンデンサC10〜C14を備えている。トランジスタQ3は、npnバイポーラトランジスタから構成され、エミッタは、抵抗R12及び抵抗R13を介して接地されると共に、コンデンサC14及び抵抗R17を介してトランジスタQ4のコレクタに接続されている。コンデンサC13は抵抗R13と並列接続されている。トランジスタQ3のコレクタはコンデンサC11を介してトランジスタQ4のベースに接続されている。トランジスタQ3のベースコレクタ間には、抵抗R11及び抵抗R9が接続されている。トランジスタQ3のベースはコンデンサC10を介して発振回路32が接続されると共に、抵抗R10を介して接地されている。コンデンサC10は発振回路32から交流電圧を取り出す為の結合コンデンサである。
The constant
トランジスタQ4は、npnバイポーラトランジスタから構成され、エミッタは、抵抗R16を介して接地されている。また、抵抗R16にはコンデンサC12が並列接続されている。 The transistor Q4 is composed of an npn bipolar transistor, and the emitter is grounded via a resistor R16. A capacitor C12 is connected in parallel to the resistor R16.
また、定電流駆動回路4は、トランジスタQ5及び抵抗R19,R20を備えている。トランジスタQ5はpnpバイポーラトランジスタから構成され、エミッタは電源Vccと接続され、コレクタは、トランジスタQ4のエミッタと接続されている。トランジスタQ5のエミッタベース間には抵抗R19が接続され、ベースは抵抗R20を介して制御部2の出力ポートに接続されている。
The constant
次に、磁気センサ補正装置の動作について説明する。補正値算出モードが設定されている場合、スイッチ27がオンされ、トランジスタQ5がオフされ、キャリブレーションコイルL4を駆動するための交流電圧が発振回路32からコンデンサC10を介して取り出される。コンデンサC10からの交流電圧は、トランジスタQ3,Q4で増幅されて、キャリブレーションコイルL4を駆動させる。キャリブレーションコイルL4に流れる高周波電流は抵抗R19とトランジスタQ4とによって制限される。又、この高周波電流は、抵抗R17とコンデンサC14とによってトランジスタQ3のエミッタに負帰環がかけられることにより、振幅が一定に保たれる。これにより、キャリブレーションコイルL4からは一定の磁束(標準磁束)が発生する。
Next, the operation of the magnetic sensor correction device will be described. When the correction value calculation mode is set, the
検出コイルL1はこの標準磁束の影響を受けて基準コイルL2との磁気バランス崩して差電圧を出力コイルL3に発生させる。この差電圧はトランジスタQ1で増幅されて検波回路33で直流電圧に変換されてA/D変換器22によりA/D変換され、CPU21により標準電圧Vcとして取得される。CPU21は、この標準電圧Vcと予め定められた目標値Vpとの差を補正値Vd(=Vp−Vc)として算出し、補正値VdをRAM24に保持させる。なお、目標値Vpは実験等によって得られた値である。
Under the influence of the standard magnetic flux, the detection coil L1 breaks the magnetic balance with the reference coil L2, and generates a differential voltage in the output coil L3. This differential voltage is amplified by the transistor Q1, converted to a DC voltage by the
一方、補正測定モードが設定されている場合、スイッチ27がオフされ、トランジスタQ5がオンされるため、トランジスタQ4がオフとなる結果、キャリブレーションコイルL4は駆動されない。
On the other hand, when the correction measurement mode is set, since the
そして、検出コイルL1にトナーブロックが接近すると、検出コイルL1と基準コイルL2との磁気バランスが崩れ、出力コイルL3に交流の差電圧が発生する。この差電圧はトランジスタQ1で増幅され、ダイオードD1,D2で整流されて直流電圧に変換され、A/D変換器22に入力され、A/D変換され、測定電圧VmとしてCPU21に入力される。CPU21は、RAM24から補正値Vdを読み出し、入力された測定電圧Vmに加算し、測定電圧Vmを補正する。これにより、トナー濃度、又はトナー残量が検出される。
When the toner block approaches the detection coil L1, the magnetic balance between the detection coil L1 and the reference coil L2 is lost, and an AC differential voltage is generated in the output coil L3. This differential voltage is amplified by the transistor Q1, rectified by the diodes D1 and D2, converted into a DC voltage, input to the A /
図5は、磁気センサ部1のセンサ面T11及びトナーブロックの間隔と、磁気センサ部1の出力電圧との関係を表したグラフである。縦軸は磁気センサ部1の出力電圧(V)を示し、横軸はセンサ面T11とトナーブロックとの距離(mm)を示している。図5に示すように、センサ面T11とトナーブロックとの隙間が狭くなるにつれて出力電圧が上昇していることが分かる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the sensor surface T11 of the
図6は、キャリブレーションコイルL4を駆動させたときの磁気センサ部1の出力特性を示したグラフである。縦軸は磁気センサ部1の出力電圧を示し、横軸はキャリブレーションコイルL4に流れる高周波電流を示している。図6に示すように高周波電流が増大するにつれて出力電圧が上昇していることが分かる。これら二つのグラフが示すように、キャリブレーションコイルL4に流す高周波電流はセンサ面T11とトナーブロックとの距離に対応しており、両グラフは同じような曲線を描いているため、キャリブレーションコイルL4に流す高周波電流を制御すれば、任意の濃度を持ったトナーブロックを擬似的に作り出す事が可能である。
FIG. 6 is a graph showing output characteristics of the
なお、図5に示す磁気センサ部1の出力特性は、図7に示すような回路構成を採用することで測定された。図7は、磁気センサ部1の出力特性を測定する際の機器構成を示す図面である。図7に示すように、磁気センサ部1は、電圧計を介して電源供給装置PSと接続されている。この電圧計により図4に示す入力ポート及びGNDポート間の電圧が測定される。キャリブレーションコイルL4は交流電流計を介してファンクションジェネレータFGと接続されている。この電流計によりキャリブレーションコイルL4に流れる高周波電流が測定される。ファンクションジェネレータFGによりキャリブレーションコイルL4に流す高周波電流が生成される。
The output characteristics of the
以上説明したように、本磁気センサ補正装置によれば、検出コイルL1の近傍にキャリブレーションコイルL4を設け、補正値算出モードが設定されている場合、このキャリブレーションコイルL4により所定の高周波電流を流したときに生じる標準磁束が標準電圧Vcとして検出され、検出された標準電圧Vcと、この標準電圧Vcに対して予め定められた目標値Vpとの差が補正値Vdとして算出され、RAM24に保持される。 As described above, according to the magnetic sensor correction apparatus, when the calibration coil L4 is provided in the vicinity of the detection coil L1 and the correction value calculation mode is set, a predetermined high-frequency current is generated by the calibration coil L4. The standard magnetic flux generated when the current flows is detected as the standard voltage Vc, and a difference between the detected standard voltage Vc and a target value Vp set in advance with respect to the standard voltage Vc is calculated as a correction value Vd. Retained.
一方、補正測定モードが設定されている場合、キャリブレーションコイルL4への高周波電流が遮断され、トナーブロックをセンサ面T11に近づけたときに差動トランスT1にて生じた電圧が測定電圧Vmとして取得され、測定電圧Vmに補正値Vdが加算され、測定電圧が補正される。そのため、高価な回路素子を用いなくとも、高精度にトナー濃度を測定することができる。その結果、磁気センサ部1の小型化及び低コスト化を図りつつ、磁気センサ部1の検出精度を高めることができる。
On the other hand, when the correction measurement mode is set, the high-frequency current to the calibration coil L4 is cut off, and the voltage generated in the differential transformer T1 when the toner block is brought close to the sensor surface T11 is acquired as the measurement voltage Vm. Then, the correction value Vd is added to the measurement voltage Vm, and the measurement voltage is corrected. Therefore, the toner density can be measured with high accuracy without using an expensive circuit element. As a result, it is possible to increase the detection accuracy of the
なお、磁気センサ補正装置は、図1に示す構成に限定されず、図8に示す構成を採用してもよい。図1に示す磁気センサ補正装置では、制御部2が補正値Vdを測定電圧Vmに加算するというようにソフトウェア的に測定電圧Vmを補正していたが、図8に示す磁気センサ補正装置では、測定電圧Vmに補正値Vdが加算され、補正された測定電圧Vmが制御部2に入力されるように交流増幅回路31のゲインを調節して、測定電圧Vmを補正する。すなわち、ハードウェア的に測定電圧Vmを補正することを特徴としている。また、制御部2からの信号に代えて、発振回路32からの信号を用いてキャリブレーションコイルL4を駆動させることを特徴としている。
Note that the magnetic sensor correction device is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and the configuration shown in FIG. 8 may be adopted. In the magnetic sensor correction apparatus shown in FIG. 1, the
但し、この場合、図8に示すように、制御部2にD/A変換器29を加える必要があることに加えて、交流増幅回路31に制御部2からゲインを調整するために出力された制御信号を受けてゲインを変動させる回路を交流増幅回路31に設ける必要がある。
However, in this case, as shown in FIG. 8, in addition to the necessity to add the D /
T1 差動トランス
3 センサ回路
4 定電流駆動回路
5 操作部
21 CPUコア
22 A/D変換器
25 分周器
26 オシュレータ
27 スイッチ
28 水晶発振器
29 D/A変換器
31 交流増幅回路
32 発振回路
33 検波回路
T11 センサ面
T12 コア
Vcc 電源
Vc 標準電圧
Vd 補正値
Vm 測定電圧
Vp 目標値
T1
Claims (4)
前記キャリブレーションコイルに所定の交流電流を流した際に前記検出コイルにより検出される標準磁束の目標値に対するずれを補正値として算出する補正値算出手段と、
前記補正値を基に、前記検出コイルにより検出された磁束を補正する補正手段とを備えることを特徴とする磁気センサ補正装置。 A detection coil for detecting magnetic flux, a reference coil, a differential transformer including an output coil for outputting a difference voltage between the detection coil and the reference coil as a magnetic flux detected by the detection coil, and a coil arranged in the vicinity of the detection coil A magnetic sensor comprising a calibration coil provided;
Correction value calculation means for calculating a deviation from a target value of the standard magnetic flux detected by the detection coil when a predetermined alternating current is passed through the calibration coil as a correction value;
A magnetic sensor correction device comprising: correction means for correcting the magnetic flux detected by the detection coil based on the correction value.
前記補正値算出手段は、前記補正値算出モードが設定されている場合、前記キャリブレーションコイルに高周波電流を流し、前記補正測定モードが設定されている場合、前記キャリブレーションコイルに高周波電流を流さないことを特徴とする請求項1記載の磁気センサ補正装置。 A mode setting means for setting a correction value calculation mode for calculating the correction value and a correction measurement mode for correcting the magnetic flux detected by the detection coil using the correction value;
The correction value calculation means passes a high-frequency current through the calibration coil when the correction value calculation mode is set, and does not flow a high-frequency current through the calibration coil when the correction measurement mode is set. The magnetic sensor correction apparatus according to claim 1.
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