JP2011158358A

JP2011158358A - 検知装置

Info

Publication number: JP2011158358A
Application number: JP2010020472A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yamaguchi; 昭治山口; Seigo Makita; 聖吾蒔田; Hiroyoshi Inoue; 浩良井上
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-02-01
Also published as: JP5573205B2

Abstract

【課題】設置面に磁性材料が含まれる場合でも磁性体の検知が行える検知装置を提供する。
【解決手段】交番磁界が設置面に作用することにより検知コイル１２、１３で検知されるノイズが予め定められた許容レベル未満となるように交番磁界の設置面への伝搬を遮蔽する非磁性体金属からなる遮蔽部が少なくとも一部に設けられ、アンテナを支持する支持台１４を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、検知装置に関する。

特許文献１には、検知領域に交番磁界を発生する励磁手段と、交番磁界と被検知物体との位置関係を変化させるために前記被検知物体を所持する所持者の位置を前記検知領域内で強制的に移動させる移動手段と、交番磁界の印加により被検知物体に付与された磁性体から発生される信号に基づき該被検知物体を検知する検知手段とを備える物体検知装置が記載されている。

特開２００８−４６００４号公報

本発明は、設置面に磁性材料が含まれる場合でも磁性体の検知が行える検知装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明である検知装置は、磁性体に磁化反転を生じさせる交番磁界を発生する励磁コイル及び前記磁性体の磁化反転による磁場の変化を検知する検知コイルが設けられた２つのアンテナ部と、前記交番磁界が設置面に作用することにより前記検知コイルで検知されるノイズが予め定められた許容レベル未満となるように前記交番磁界の設置面への伝搬を遮蔽する非磁性体金属からなる遮蔽部が少なくとも一部に設けられ、前記２つのアンテナ部を決められた距離だけ離して向かい合わせた状態で当該アンテナ部の底面から支持する支持台と、を備えている。

請求項２の発明である検知装置は、請求項１に記載の検知装置であって、前記アンテナ部は、前記検知コイルがそれぞれ２つ設けられ、前記交番磁界に誘導される交流電流が互いに逆位相になるように直列に接続され、２つの前記検知コイルを直列に接続した直列回路に流れる電気信号から前記交番磁界を発生させる交流電流の周波数と同じ周波数のノイズを除去する除去手段をさらに備えている。

請求項３の発明である検知装置は、請求項１又は請求項２に記載の検知装置であって、前記許容レベルを、前記磁化反転により前記検知コイルに発生するパルス電流の電流値としている。

請求項４の発明である検知装置は、請求項１〜請求項３に記載の検知装置であって、前記支持台全体を、非磁性体金属により形成している。

請求項１の発明によれば、２つのアンテナ部を底面から支持する支持台に遮蔽部を設けない場合と比較して、設置面に磁性材料が含まれる場合でも磁性体の検知が行うことが容易になる。

請求項２の発明によれば、直列回路に流れる電気信号から交番磁界を発生させる交流電流の周波数と同じ周波数のノイズの除去を行わない場合と比較して、支持台で生じた渦電流によるノイズが２つの検知コイルにおいて異なって検知される場合であっても、磁性体の検知精度を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、許容レベルをパルス電流の電流値よりも大きくした場合と比較して、信号レベルの変化量を閾値と比較することで磁性体の検知を行うことが容易となる。

請求項４の発明によれば、支持台の一部を非磁性体金属で形成する場合と比較して、ノイズの遮蔽効果を高めることが容易となる。

第１の実施の形態に係る検知装置の概略的な構成を示す斜視図である。第１の実施の形態に係る検知装置の詳細な構成を示すブロック図である。大バルクハウゼン効果を説明するための図である。検知コイルに発生する気信号の一例を示す波形図である。実施の形態に係る検知装置の検知コイルに発生する電気信号の一例を示す波形図である。第２の実施の形態に係る検知装置の概略的な構成を示す斜視図である。第２の実施の形態に係る検知装置の詳細な構成を示すブロック図である。第２の実施の形態に係るフィルタ回路の周波数特性の一例を示す図である。差動増幅アンプから出力される信号の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１（Ａ）〜（Ｃ）に、本発明の実施の形態に係る検知装置の構成を示す平面図が示されている。なお、図１（Ａ）は検知装置の上面図であり、図１（Ｂ）は検知装置の正面図であり、図１（Ｃ）は検知装置の側面図である。

検知装置は、大バルクハウゼン効果を有する磁性体の埋め込まれたタグが通過したかを検知して、通過した場合に警報を発するものである。

検知装置は、２つのセキュリティゲート１０と、２つのセキュリティゲート１０を向かい合わせて並列に支持する支持台１４と、各セキュリティゲート１０の動作を制御する制御部２０と、タグの通過が検知された場合に光が発せられる警告灯４０と、を備えている。なお、制御部２０は、２つのセキュリティゲート１０の何れかの内部に設けてもよく、また、支持台１４内に設けてもよく、また、２つのセキュリティゲート１０とは別体として設けてもよい。警告灯４０も２つのセキュリティゲート１０の何れかに設けてもよく、また、２つのセキュリティゲート１０とは別体として設けてもよい。本実施の形態に係る検知装置は、セキュリティゲート１０と支持台１４の間に調整部材１６を設けて、セキュリティゲート１０の高さの調整が行えるようにしている。

検知装置は、２つのセキュリティゲート１０の間の空間がタグを検知する検知領域とされている。たとえば、重要書類などのある空間から持ち出してはならない物品４１にタグを付して一体としておき、セキュリティゲート１０をその空間の出入り口に設置しておくと、タグが付された重要書類が空間から持ち出される際に警告灯４０が点灯し、重要書類の持ち出しが制限される。

ここで、各セキュリティゲート１０は、交番磁界を発生する励磁コイル１１と、外部からの磁界によって誘導されて電流が流れる検知コイル１２、１３と、を備えている。本実施の形態では、検知コイル１２、１３は横方向に並んで対称に設けられている。

図２は、第１の実施の形態に係る検知装置の詳細な構成を示す図である。

セキュリティゲート１０は、励磁コイル１１と、検知コイル１２、１３と、励磁コイル１１に磁界を発生させるための励磁電流を供給する励磁電流供給部１５と、検知コイル１２、１３に誘導されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換する信号処理部２１と、変換されたデジタル信号に基づいてタグの通過を検知するコントローラ２２と、を備えている。

ここで、検知コイル１２、１３は、平面上で隣り合い、かつ、巻線方向が逆になるように配置されている。検知コイル１２の一端は信号処理部２１に接続され、検知コイル１２の他端は検知コイル１３の一端に接続されている。また、検知コイル１３の他端は信号処理部２１に接続されている。

コントローラ２２は、マイクロコンピュータによって構成され、ＣＰＵ（中央処理装置）２２Ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２Ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２Ｃ、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部２２Ｄを備えており、全体の動作を制御する。

励磁電流供給部１５は、コントローラ２２からの制御により、励磁コイル１１に対して交流電流を供給する。

励磁コイル１１は、励磁電流供給部１５から交流電流が供給されることにより励磁され、正弦波のように磁界が変化する交番磁界を発生する。そして、検知コイル１２、１３では、励磁コイル１１で発生された交番磁界によって交流電流が誘導されると共に、大バルクハウゼン効果を有する磁性体を含んだタグが交番磁界内に存在する場合は、磁化反転によってパルス電流が生じる。

図３（Ａ）（Ｂ）は、大バルクハウゼン効果を説明するための図である。

大バルクハウゼン効果は、図３（Ａ）に示すＢ−Ｈ特性、つまり、ヒステリシスループがほぼ長方形で、保磁力（Ｈｃ）が比較的小さな材料、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉからなるアモルファス磁性材料を交番磁界中においた際に、急峻な磁化反転が起きる現象である。大バルクハウゼン効果を有する磁性体は、正負それぞれ定った強度よりも大きな強度の磁界が作用した際に磁化反転する。このため、励磁コイル１１に励磁電流を流して交番磁界を発生させ、その交番磁界中にタグを置くと、磁化反転時に、タグの近傍に配置された検知コイル１２、１３にパルス状の電流が流れる。

例えば、励磁コイルにより図３（Ｂ）の上段に示す交番磁界が発生した場合、検知コイル１２、１３には、図３（Ｂ）の下段に示すようなパルス電流が流れる。

ただし、検知コイル１２、１３の電流には、このパルス電流だけでなく、交番磁界によって誘導される交流電流も含まれている。本実施の形態では、この検知コイル１２、１３に誘導される交流電流を相殺させるために、検知コイル１２、１３を巻線方向が逆になるように接続している。

タグに含まれる磁性体の材料（磁性材料）としては、一般には永久磁石、例えば希土類系のネオジュウム（Ｎｄ）-鉄（Ｆｅ）-ボロン（Ｂ）を主成分としたもの、サマリウム（Ｓｍ）-コバルト（Ｃｏ）を主成分としたもの、アルニコ系のアルミ（Ａｌ）-ニッケル（Ｎｉ）-コバルト（Ｃｏ）を主成分としたもの、フェライト系のバリュウム（Ｂａ）又はストロンチウム（Ｓｒ）と酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を主成分としたものや、その他に軟質磁性材料、酸化物軟質磁性材料等がある。上記大バルクハウゼン効果を起こす磁性材料としては、基本組成がＦｅ-Ｃｏ-ＳｉやＣｏ−ＦｅＮｉ系であるアモルファス磁性材料を用いることが好ましい。

磁性材料の形状は、大バルクハウゼン効果を起こすのに適した形状であれば特に限定されない。但し、大バルクハウゼン効果を起こすには、断面積に対応する長さが必要となってくることから、線状（ワイヤ状）や帯状であることが好ましく、ワイヤ状であることがより好ましい。

磁性材料がワイヤ状である場合には、大バルクハウゼン効果を起こすために必要な最小直径として１０μｍ以上であることが好ましい。また、最大直径としては特に限定はされないが、たとえば、記録媒体（用紙）に磁性材料を漉き込んで一体とする場合、記録媒体の表面に磁性材料が露出することを抑制するために、その直径は記録媒体の厚みに依存し、例えば９０μｍ前後の厚さの記録媒体の場合には、６０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。

磁性材料の長さとしては、大バルクハウゼン効果を起こすために必要な最小長さとして５ｍｍ以上が好ましい。アモルファス磁性材料の最大長については、内部に含有されたときに、記録媒体から露出されない程度の長さであればよく、特に限定はされないが、４３０ｍｍ以下であることが好ましい。

信号処理部２１（図２参照）は、両端電圧（検知コイル１２の他端及び検知コイル１３の一端からそれぞれ出力された信号電圧）の差動を増幅して出力する差動増幅アンプ３１と、差動増幅アンプ３１から出力された信号の波形を整形する波形整形回路３２と、波形整形回路３２で波形整形された信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３４と、を備えている。なお、信号処理部２１は、波形整形回路３２とＡＤＣ３４の間に、入力した信号から磁性体の磁化反転によって生じるパルス電流に対応する予め定めた帯域の信号を抽出して出力するバンドパスフィルタをさらに備えるようにしてもよい。

コントローラ２２は、ＡＤＣ３４から出力されたデジタル信号のレベルが閾値を超えたか否かを判定するか、あるいはデジタル信号の波形形状が磁性体の磁化反転による波形形状であるかどうかを相互相関法等により判定することでタグの通過の有無を検知し、タグの通過が検知された場合、警告灯４０を点灯させる。

次に、本実施の形態に係る検知装置によるタグの検知について説明する。

コントローラ２２は、タグの検知を行う場合、励磁電流供給部１５を制御して励磁コイル１１に対して交流電流を供給する。

これにより、励磁コイル１１は、交番磁界を発生する。検知コイル１２、１３には、励磁コイル１１で発生された交番磁界によって交流電流が誘導される。また、検知コイル１２、１３には、タグが付された物品４１が各セキュリティゲート１０の間を通過した際に、タグに含まれた磁性体の磁化反転によってパルス電流が生じる。

検知コイル１２、１３に交番磁界によって誘導された交流電流は、検知コイル１２、１３の巻線方向が逆になるように接続されているため互いに打ち消されるが、検知コイル１２、１３に磁性体の磁化反転によって誘導されたパルス電流は、信号処理部２１によりデジタル信号に変換される。

コントローラ２２は、入力されるデジタル信号により示される波形データに基づいてタグの通過の有無を検知し、タグの通過が検知された場合は警告灯４０を光らせてタグの通過が検知されたことを通知する。

ところで、セキュリティゲート１０が設置された設置面（床面）に磁性材料（鉄系材料）が含まれると、励磁コイル１１から交番磁界を発生させた場合、図４に示すように、励磁コイル１１から発生した磁界により設置面が磁化されてそこからのノイズが検知コイル１２、１３で検出され、本来検出すべきパルス電流が検知しづらくなる。

そこで、本実施の形態に係る検知装置では、支持台１４を非磁性金属材により形成した。このように支持台１４を非磁性金属材により形成することにより、励磁コイル１１から発生した交番磁界は、支持台１４でうず電流として消費され、交番磁界が設置面まで到達しづらくなる。これにより、図５に示すように、励磁磁界による設置面からのノイズが検知コイル１２、１３に入射しづらくなるため、高精度で、磁性体を付加した物品４１の判別が行える。なお、検知コイル１２、１３には、交番磁界により支持台１４で発生するうず電流により、交番磁界と同じ周期で電流が発生するが、本実施の形態では検知コイル１２、１３は横方向に並んで対称に設けており、支持台１４に対して検知コイル１２、１３が対称となり、検知コイル１２、１３の巻線方向が逆になるように接続されているため互いに打ち消される。

この支持台１４に用いる非磁性金属材としては、例えば、非磁性ステンレス鋼、ＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４等の非透磁率１．１の材料がより高い効果を得られる。非磁性ステンレス鋼やアルミ等の材料は、コスト、強度等により適宜選定すればよいが、特に重心を下げ、転倒を避け安定を得るには非磁性ステンレス鋼、が望ましい。さらに、２つのセキュリティゲート１０と支持台１４をネジ止め等により一体的に形成することで、転倒時の支点距離が大きくなることで、１台の励磁検知アンテナを設置台に取り付ける場合よりも転倒しにくい構造となる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。

図６には、第２の実施の形態に係る検知装置が示されている。なお、上記第１の実施の形態と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態に係るセキュリティゲート１０は、検知コイル１２、１３が縦方向に並んで対称に設けられている。

図７は、第２の実施の形態に係る検知装置の詳細な構成を示す図である。なお、上記第１の実施の形態と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

信号処理部２１は、波形整形回路３２で波形整形された信号から交番磁界を発生させる交流電流の周波数と同じ周波数のノイズを除去するフィルタリングを行うフィルタ回路３３をさらに備えている。

図８には、フィルタ回路３３の周波数特性の一例が示されている。本実施の形態に係るフィルタ回路３３は、交番磁界を発生させる交流電流の周波数と同じ周波数に負のピークを有しており、交番磁界の周波数に同期して発生するノイズを除去する。

ここで、タグの検知を行う際に、励磁コイル１１から交番磁界が発生した場合、支持台１４には、交番磁界により支持台１４で発生するうず電流が発生する。検知コイル１２、１３には、このうず電流により電流が発生するが、本実施の形態では検知コイル１２、１３が縦方向に並んでおり、支持台１４からの距離が異なるため、うず電流により検知コイル１２、１３に発生する電流量が異なる。このため、差動増幅アンプ３１から出力される信号には、図９に示すように、パルス電流と共に交番磁界の周波数と同じ周波数のノイズが発生する。フィルタ回路３３は、この交番磁界の周波数に同期したノイズを除去するフィルタリングを行う。これにより、支持台１４からうず電流により発生するノイズが除去される。

なお、上記各実施の形態では、交番磁界を遮蔽する遮蔽部として支持台１４全体を非磁性金属材により形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、遮蔽部として非磁性体金属による金属層を支持台１４に設けて、交番磁界の設置面への到達を抑制するようにしてもよい。

この遮蔽部を設ける範囲は、交番磁界が設置面に作用することにより検知コイル１２、１３で検知されるノイズが、予め規定された許容レベル以上発生する範囲を少なくとも覆う必要があり、磁性体の磁界反転により生じるパルス電流よりも交番磁界による設置面からのノイズが小さくなる範囲を覆うことが好ましい。遮蔽部は必ずしも支持台の表面に設ける必要はない。上部に磁性体がなければ、支持台の内部でもよい。

また、上記各実施の形態では、検知コイル１２、１３を縦方向に並んで配置した際にフィルタ回路３３を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の実施の形態のように、検知コイル１２、１３を横方向に並んで配置して支持台１４に対して検知コイル１２、１３が対称となる場合でも、うず電流によって検知コイル１２、１３に発生する電流量が異なるために、差動増幅アンプ３１から出力される信号に交番磁界の周波数に同期したノイズが発生する場合がある。このため、第１の実施の形態においてもフィルタ回路３３を設けてもよい。

また、上記各実施の形態では、検知コイル１２、１３の巻線方向が逆になるように接続して検知コイル１２、１３に交番磁界によって誘導された交流電流を互いに打ち消す場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、検知コイル１２、１３のアナログ信号をデジタル変換した後に差を求めて交流電流を打ち消すようにしてもよい。

なお、本発明において、支持台には２つを超える数のアンテナ部が設けられていても構わない。

また、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。

１０セキュリティゲート
１１励磁コイル
１２，１３検知コイル
１４支持台
３３フィルタ回路

Claims

磁性体に磁化反転を生じさせる交番磁界を発生する励磁コイル及び前記磁性体の磁化反転による磁場の変化を検知する検知コイルが設けられた２つのアンテナ部と、
前記交番磁界が設置面に作用することにより前記検知コイルで検知されるノイズが予め定められた許容レベル未満となるように前記交番磁界の設置面への伝搬を遮蔽する非磁性体金属からなる遮蔽部が少なくとも一部に設けられ、前記２つのアンテナ部を決められた距離だけ離して向かい合わせた状態で当該アンテナ部の底面から支持する支持台と、
を備えた検知装置。
前記アンテナ部は、前記検知コイルがそれぞれ２つ設けられ、前記交番磁界に誘導される交流電流が互いに逆位相になるように直列に接続され、
２つの前記検知コイルを直列に接続した直列回路に流れる電気信号から前記交番磁界を発生させる交流電流の周波数と同じ周波数のノイズを除去する除去手段をさらに備えた
請求項１項記載の検知装置。
前記許容レベルを、前記磁化反転により前記検知コイルに発生するパルス電流の電流値とした
請求項１又は請求項２記載の検知装置。
前記支持台全体を、非磁性体金属により形成した
請求項１〜請求項３の何れか１項記載の検知装置。