JP2013101129A - 渦電流センサ及び検出物判別回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流磁界の印加により導電体である検出物に渦電流を発生させる交流磁界発生用コイルと、前記渦電流による磁界を検出する一定方向に感度を持った磁気センサとを有し、磁気センサの感磁方向と同一方向に磁界が通過するように前記交流磁界発生用コイルと磁気センサを配置し、前記交流磁界発生用コイルと磁気センサとの間の磁束線を横切るように検出物が通過するようにして、前記交流磁界発生用コイルからの磁界が検出物の渦電流に変化することによる磁界の損失分を検出するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図3
Description
ここで、周波数fで変化する磁界Bは以下の式で表される。
また、巻数n、断面積Sのコイルの断面に対して磁力線が垂直になるように設置したとき、コイルの両端に発生する電圧eは以下の式で表される。
よって、磁場Bに置かれたコイルの端子間に生じる電圧の最大値V0は、前記の数式(2)にcos(ωt)=1を代入することにより、次のように表すことができる。
また、図2(b)に示すように、中心点24に対して向かい合う磁気抵抗素子18と21及び19と20でそれぞれハーフブリッジを構成して、これらの中点からの出力をそれぞれOutAとOutBとして取り出す。なお、本実施例ではモールドパッケージ14によって基板15とバイアス磁石16を保持する構成としたが、基板15上の中心点24とバイアス磁石16の位置関係さえ正しければ、保持方法を限定するものではない。
さらに検出物13が磁気センサ11に近づいて磁気センサ11の感磁中心と検出物13が重なる位置まで近づくと、交流磁界発生用コイル12の中心からほぼ放射線状に渦電流が発生している関係上、水平方向の磁界は減少してほぼ垂直方向の磁界のみの状態となるため、図1(c)に示すように、磁気センサ11の出力信号は減少する。
その後検出物13が磁気センサ11の感磁中心から徐々に離れていくと、図1(c)に示すように、再度水平方向の磁界が増加して出力信号も増加するが、さらに検出物が遠ざかるにつれて出力信号は減少していく。
この図3において、11は、永久磁石によって微弱な磁界でバイアスされた異方性磁気抵抗素子からなる磁気センサであり、12は、交流磁界発生用コイルであり、13は、硬貨等の検出物である。磁気センサ11は、前記実施例1と同様に、図2に示す異方性磁気抵抗素子(18〜21)を利用したものを用いる。
この実施例2は、交流磁界発生用コイル12と磁気センサ11との間を検出物13が通過するように配置したことを特徴とするものである。
この数式(5)からも分かるように、表皮深さdと電気抵抗ρ(導電率σ)との関係は、一方が判明すれば他方が判明する関係にあることから、これを検出物13の判定に役立てることが可能となる。
基本波形の最大値では通過時の渦電流による損失が無視できるので殆ど最大値に変化はないが、高調波成分については表皮効果による渦電流の損失が大きく発生する。すなわち、検出物13の材質、厚み等に応じて表皮効果による渦電流の損失分が異なるため、これに基づいて検出物13を判別することが可能となる。
磁気センサ11は異方性磁気抵抗素子を利用しているものであるため、周波数特性は直流から数MHz以上まで平坦であり、検出物13の厚さ、電気抵抗に応じて簡単に変更できる。
また、前記実施例においては、磁気センサ11は4つの異方性磁気抵抗素子を用いて構成しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも1つ以上の異方性磁気抵抗素子があれば構成可能である。
Claims (3)
- 交流磁界の印加により導電体である検出物に渦電流を発生させる交流磁界発生用コイルと、前記渦電流による磁界を検出する一定方向に感度を持った磁気センサとを有し、磁気センサの感磁方向と同一方向に磁界が通過するように前記交流磁界発生用コイルと磁気センサを配置し、前記交流磁界発生用コイルと磁気センサとの間の磁束線を横切るように検出物が通過するようにして、前記交流磁界発生用コイルからの磁界が検出物の渦電流に変化することによる磁界の損失分を検出するようにしたことを特徴とする渦電流センサ。
- 渦電流を発生させる交流印加磁界を方形波若しくはパルス波とし、前記方形波若しくはパルス波に含まれる高調波成分を使用して検出物の特定を行うことを特徴とする請求項1記載の渦電流センサ。
- 方形波若しくはパルス波からなる交流磁界の印加により導電体である検出物に渦電流を発生させる交流磁界発生用コイルと、前記渦電流による磁界を検出する一定方向に感度を持った磁気センサとを有し、磁気センサの感磁方向と同一方向に磁界が通過するように前記交流磁界発生用コイルと磁気センサを配置し、前記交流磁界発生用コイルと磁気センサとの間の磁束線を横切るように検出物が通過するようにし、前記交流磁界発生用コイルからの磁界が検出物の渦電流に変化することによる磁界の損失分を検出するようにした渦電流センサを搭載し、
この渦電流センサによって検出した検出信号から特定周波数以上の高周波成分を抽出するためのハイパスフィルタと、
このハイパスフィルタの出力と前記検出信号とを比較する比較回路とを具備し、
前記比較回路の出力から得られる検出物の渦電流による変動比率の関係から電気抵抗を推測して、検出物の材質を判別することを特徴とする検出物判別回路。
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