JP2017072456A - 微小磁性体検知センサおよび異物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小磁性体の確実な検出を可能にするとともに、検査対象物内における位置および姿勢が不特定な状態で混入している微小磁性体の異物の検出に対し、漏れのない検出を可能にすること。【解決手段】２つの感磁体１１および１２を互いの感度軸ｓが成す角がほぼ９０度となる略２次元方向に配置された磁気インピーダンス素子１と、異物である微小磁性体による局部磁界を検出した前記２つの感磁体１１および１２が出力する減衰振動電圧を処理して増幅する信号処理回路２０と出力信号ｍ１およびｍ２を２乗演算する２個の２乗演算器２１と２乗された信号ｍ１２およびｍ２２を加算する加算器２２と、加算出力の平方根演算を行い平方根出力ｍｓを出力するルート演算器２３とから成る信号処理装置２とから成り、検出漏れの無い、高精度の微小磁性体の有無を検出可能にする微小磁性体検出センサ。【選択図】 図１２

Description

本発明は、例えば地磁気等による自然磁化、あるいは人工的な磁化により磁石化している微小磁性体を検知する微小磁性体検知センサおよび検査対象物内に異物として混入された微小磁性体を検知する異物検知装置に関するものである。

従来の磁性体検知装置は、例えば、図２４（特許文献１の図５）に示されるように、書類を載置可能な書類載置面ＰＤに多数のフラックスゲート型磁気検出素子Ｓが分布して配設されているセンサユニットＳＵと、前記複数のフラックスゲート型磁気検出素子Ｓからの検出信号に基づいて、書類にステープル等が付着しているか否かを判定するコントロールボックスを備えるものである。

前記フラックスゲート型磁気検出素子Ｓは、図２５に示されるように例えばパーマロイまたはセンダストなどの軟磁気特性を有する材料を環状に成形した磁心ＣＯに励磁用コイルＲＣおよび検出用コイルＤＣを卷装したものである。

また、他の従来の金属検出装置としては、図２６（特許文献２の図１０（ｂ））に示されるように包装材で包装された被検査物Ｗである製品内の金属異物を検出するもので、被検査物Ｗを搬送路内で搬送するコンベアＣＢと、被検査物Ｗ中の金属ｍを磁化する着磁部Ｍと、被検査物Ｗの搬送方向に対して直交する直交方向に鋭指向性を有するとともに、直交方向に複数のフラックスゲートセンサが配設された上下対向型のセンサヘッドＳＥを有し、前記着磁部Ｍにより着磁された被検査物Ｗ中の金属ｍの残留磁気の直交方向の成分を検出する検出ヘッドＨと、前記被検査物Ｗが検出ヘッドＨを通過する時に検出された該検出ヘッドＨの複数のセンサヘッドＳＥからの検出信号がＡＤ変換器ＡＳによりＡＤ変換され、変換されたデジタル信号に基づいて判定用閾値を参照して、被検査物Ｗ中の金属ｍの有無を判定する判定手段ＰＳとを備えるものが提案されている。

特開２００６−１８９３７６号公報 特開２０１４−２９３２３号公報

上記従来の特許文献１に記載の磁性体検知装置は、前記フラックスゲート型磁気検出素子Ｓがパーマロイまたはセンダストなどの軟磁気特性を有する材料を環状に成形した1個の大型のロの字状の磁心（コア）ＣＯの上下延在部に励磁用コイルＲＣおよび検出用コイルＤＣを卷装する、いわゆる平行（閉磁路型）フラックスゲート型素子であるため、磁気検出素子が大型になることから、後述するように隣り合うセンサの間の距離が長くなることから、その間に位置する微小磁性体を検出できない場合があるという問題があった。

また、本発明者等が前記従来の磁気検出素子を備えた磁性体検知装置によって、微小磁性体検出の試験を数多く行なったところ、精度良く検出できない場合が生じることが判明した。そして、詳細にその原因を調査したところ、下記に説明する知見を得た。
すなわち、特許文献１に記載の磁性体検知装置は、書類の左端において、縦方向に位置していることが予め分かっているステープルを検知するものであるため、前記フラックスゲート型磁気検出素子Ｓの磁性体であるパーマロイまたはセンダストなどの軟磁気特性を有する材料を環状に成形した１個の磁心（コア）Ｃの配設方向を、書類の左端に縦方向に位置しているステープルを感度良く検出できるように決定することが出来るが、被検査物がステープル以外の場合、具体的には、被検査物Ｗの製品内において位置および姿勢（角度）が不特定な状態で混入しているような金属片を検知する場合には、センサの感磁体である前記１個の磁心（コア）Ｃの配置によって決まるコアの中心軸である感磁軸ｓの１軸方向に対する前記金属片の相対的位置および姿勢によって検出感度が依存するため、前記フラックスゲート型磁気検出素子の磁心（コア）Ｃに対して検出感度の低い位置および姿勢で金属片が位置する場合には、検出出来ない場合が生じるということが分かった。
また、特許文献２の従来の金属検出装置も図２、３から1個のパーマロイの大型磁性体を備える１つの磁気検出素子を搬送路の幅方向の複数箇所に配置したものであり、このように1個のパーマロイの大型磁性体の配設方向で決まる特定の一軸方向における磁界を検出する磁気検出素子を用いた場合には、前記した特許文献１に記載の磁性体検知装置と同様に磁性体が被検査物内における相対的位置および、姿勢（角度）が不特定な状態で混入しているような場合には、検出できないおそれが生じる可能性がある。

さらに特許文献２に記載の従来の金属検出装置において、前記センサヘッドＳＨで用いられる複数のセンサが、上述と同様に図２５（ａ）に示される平行型のフラックスゲートセンサである場合には、大型であり、後述するように隣り合うセンサの間の距離が長くなることから、その間に位置する微小磁性体を検出できない領域が存在する可能性があるという問題があった。

また前記金属検出装置は、センサが平行型のフラックスゲートセンサによって構成されているので、感磁体がパーマロイなどの軟磁気特性を有する材料の１個の磁心（コア）ＣＯによって構成されるものであるため、被検査物Ｗの製品内に混入した金属片が該１個の磁心（コア）ＣＯの配置によって決まるコアの中心軸である感磁軸ｓの１軸方向に対して検出感度が低い位置および姿勢の状態である場合には、検出できない場合があるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、微小磁性体の確実な検出を可能にするとともに、検査対象物内における位置および姿勢が不特定な状態で混入している微小磁性体の異物の検出を確実に可能とすることを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、磁気検出素子の感磁体として検出感度が高く小型化が可能でありアモルファスワイヤ、アモルファスリボンその他のアモルファス材料を用いることに着目するとともに、感磁体に対する微小磁性体の相対的な位置および姿勢に関係なく検出できるようにする必要があることに着目し、かかる着目に基づき１つのセンサにアモルファス材料より成る少なくとも２個以上の感磁体を用いて、１つの感磁体では微小磁性体が検知できない場合でも、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるように配設されている残りの感磁体によって微小磁性体を検出するという本発明の第１の技術的思想に着眼した。そして本発明者らは、さらに研究開発を重ねた結果、センサ内の感磁体に対する微小磁性体の相対的位置および姿勢に関係なく、微小磁性体を確実に検出する本発明に到達した。つまり検査対象物内において混入している微小磁性体の異物の位置および姿勢が不特定な状態であっても、異物の確実な検知を可能とする本発明に到達したのである。

また本発明者らは、前記磁気検出素子における少なくとも２つの感磁体が磁気的に干渉しないように配置する必要があることに着目し、前記磁気検出素子における一つの感磁体に前記感度軸の延長線が、残りの感磁体に接触（衝突）しないように配置するという本発明の第２の技術的思想に着眼し、少なくとも２個の感磁体が互いに磁気的に干渉することなく、微小磁性体の異物の検出を行うことを可能にする本発明に到達した。

さらに本発明者らは、本発明の微小磁性体検出センサを検出領域内に多数配設して、該検出領域内に微小磁性体が位置する場合には、微小磁性体の局部磁界を検出した前記微小磁性体検知センサが出力する出力信号に基づき、表示装置の前記検出領域に対応する表示部内に微小磁性体を表示する異物検出装置の発明に到達し、検査対象物内に混入している異物の有無、前記検査領域における前記異物の位置および姿勢に応じて表示することを可能にする本発明に到達した。

以上の検討の結果得られた本発明（請求項１に記載の第１発明）の微小磁性体検出センサは、
アモルファス材料の感磁体にパルス電流または交流電流が通電された場合に、前記感磁体の周辺に位置する磁石化している微小磁性体が発生する局部磁界に対応する電圧を出力する磁気検出素子と、
前記電圧を信号処理して出力信号を出力する信号処理装置とから成り、
前記磁気検出素子が、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるように配設された少なくとも２個の感磁体より成るものである。

本発明（請求項２に記載の第２発明）の微小磁性体検出センサは、
前記第１発明において、
前記少なくとも２個の感磁体が、２次元的に配設されているものである。

本発明（請求項３に記載の第３発明）の微小磁性体検出センサは、
前記第１発明において、
少なくとも３個の感磁体が、空間において３次元的に磁気的に干渉しないように配設されているものである。

本発明（請求項４に記載の第４発明）の微小磁性体検出センサは、
前記第２発明において、
微小磁性体の局部磁界を検出する２個の感磁体が、矩形の基板の隣り合う２辺の端部に沿って接触しないように直交関係に配設され、
前記２個の感磁体に接続され、パルス電流または交流電流を通電する駆動回路が前記基板に配設されるとともに、
前記２個の感磁体に接続され、前記２個の感磁体によって検出された前記微小磁性体の局部磁界に基づく電圧を信号処理する信号処理装置が前記基板に配設されているものである。

本発明（請求項５に記載の第５発明）の微小磁性体検出センサは、
前記第３発明において、
微小磁性体の局部磁界を検出する３個の感磁体が、互いの感度軸が成す角度が略直角になる３次元方向に配設され、
前記３個の感磁体に接続された前記信号処理装置が、前記３個の感磁体の出力信号に基づき前記微小磁性体が発する局部磁界の全磁力信号成分を求めるものである。

本発明（請求項６に記載の第６発明）の微小磁性体検出センサは、
前記第１発明において、
前記少なくとも２個の感磁体が、前記一つの感磁体の前記感度軸またはその延長線が、残りの感磁体に接触しないように配置されているものである。

本発明（請求項７に記載の第７発明）の微小磁性体検出センサは、
前記第１〜６発明において、
前記磁気検出素子として、磁気インピーダンス素子または直交フラックスゲート型検出素子を用いるものである。

本発明（請求項８に記載の第８発明）の異物検出装置は、
アモルファス材料の感磁体にパルス電流または交流電流が通電された場合に、前記感磁体の周辺に位置する磁石化している微小磁性体が発生する局部磁界に対応する電圧を出力する磁気検出素子と、
前記電圧を信号処理して出力信号を出力する信号処理装置と、
該信号処理装置の出力信号に基づき表示部に表示を行う表示装置とから成り、
前記磁気検出素子が、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるようにある面に配設された少なくとも２個の感磁体より成り、同一平面における検出領域内において間隔を置いて多数配設されるとともに、
前記検出領域内に載置された検査対象物内に磁石化した微小磁性体の異物が混入されている場合には、該微小磁性体の局部磁界を検出した前記磁気検出素子が出力する前記電圧に基づき前記信号処理装置が信号処理することにより、前記微小磁性体が発する局部磁界の大きさを求め、前記表示装置が前記表示部において前記検出領域内において載置された前記検査対象物内に混入されている前記微小磁性体の異物を表示するように構成されているものである。

本発明（請求項９に記載の第９発明）の異物検出装置は、
前記第８発明において、
前記磁気検出素子として、磁気インピーダンス素子または直交フラックスゲート型検出素子を用いるものである。

上記構成より成る第１発明の微小磁性体検出センサは、前記磁気検出素子を構成する最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるように配設された少なくとも２個のアモルファス材料の感磁体が、パルス電流または交流電流が通電されると、周辺に位置する磁化により磁石化している微小磁性体が発生する局部磁界に対応する電圧を出力するので、前記１つの感磁体から出力された電圧が零に近くても、感度軸が異なる方向に配設された残りの感磁体が電圧を確実に検出して出力することから、前記少なくとも２個の感磁体に対する相対的姿勢にかかわらず微小磁性体の確実な検出を可能にするという効果を奏する。

上記構成より成る本第２発明の微小磁性体検出センサは、前記第１発明において、前記磁気検出素子を構成する前記少なくとも２個のアモルファス材料の感磁体が、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるとともに、２次元的に配設されているので、仮に２次元的に配設された一つの感磁体によって出力される電圧が零に近くても、感度軸が異なる方向に２次元的に配設された残りの感磁体が検出して電圧を確実に出力することから、前記少なくとも２個の感磁体に対する微小磁性体の２次元的な相対的位置および姿勢にかかわらず、微小磁性体の確実な検出を可能にするという効果を奏する。

上記構成より成る本第３発明の微小磁性体検出センサは、前記第１発明において、少なくとも３個の感磁体が、空間において３次元的に磁気的に干渉しないように配設されているので、仮に３次元的に配設された一つの感磁体によって出力される電圧が零に近くても、感度軸が異なる方向に３次元的に配設された残りの少なくとも２個のうち、いずれかの感磁体が電圧を検出して出力することから、前記少なくとも３個の感磁体に対する微小磁性体の３次元的な相対的位置および姿勢にかかわらず、微小磁性体の確実な検出を可能にするという効果を奏する。

上記構成より成る本第４発明の微小磁性体検出センサは、前記第２発明において、微小磁性体の局部磁界を検出する前記２個の感磁体が、前記矩形の基板の隣り合う２辺の端部に沿って接触しないように直交関係に配設され、前記２個の感磁体に接続され、パルス電流または交流電流を通電する駆動回路が前記基板に配設されるとともに、前記２個の感磁体に接続され、前記２個の感磁体によって検出された前記微小磁性体の局部磁界に基づく電圧を信号処理する前記信号処置装置が前記基板に配設されているので、上記基板を検査領域内に必要数並置することにより、前記領域内に位置する前記微小磁性体の検出を可能にするという効果を奏する。

上記構成より成る本第５発明の微小磁性体検出センサは、前記第３発明において、微小磁性体の局部磁界を検出する３個の感磁体が、互いの感度軸が成す角度が直角になる３次元方向に配設され、前記３個の感磁体に接続された前記信号処理装置が、前記３個の感磁体の出力信号に基づき、前記微小磁性体が発する磁界の全磁力信号成分を求めるものであるので、前記微小磁性体の前記３個の感磁体に対する３次元における相対的ないかなる姿勢に対しても安定な位置および姿勢に応じた検出を可能にするという効果を奏する。

上記構成より成る本第６発明の微小磁性体検出センサは、前記第１発明において、前記少なくとも２個の感磁体が、前記一つの感磁体の前記感度軸またはその延長線が、残りの感磁体に接触しないように配置されているので、前記少なくとも２個の感磁体が磁気的に干渉することなく、前記微小磁性体の精確な検出を可能にするという効果を奏する。

上記構成より成る本第７発明の微小磁性体検出センサは、前記第１〜６発明で用いる前記磁気検出素子として、磁気インピーダンス素子または直交(開磁路)フラックスゲート型検出素子を用いるものである。本第７発明の微小磁性体検出センサは、どちらの素子もアモルファス材料を感磁体として用い、パルス電流または高周波電流（磁気インピーダンス素子）、交流電流(直交フラックスゲート型検出素子)を通電することにより、周囲の磁場の強さに応じた電圧を出力することにより、磁場を検出できるもので、高感度かつ小型化が可能な磁気検出素子であり、前記微小磁性体の精確な検出を可能にするという効果を奏する。なお、フラックスゲートセンサには、直交型以外に従来多く用いられていたパーマロイをコアとする平行フラックスゲートセンサがあるが、こちらのタイプは、小型化が困難なため、本発明には適さない。

上記構成より成る本第８発明の異物検出装置は、上述した構成の前記磁気検出素子が、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるように配設された少なくとも２個の感磁体より成り、同一平面における前記検査領域内において間隔を置いて多数配設されているので、前記検査領域内に磁石化した微小磁性体の異物が位置する場合には、該微小磁性体の局部磁界を検出した前記磁気検出素子が出力する前記電圧に基づき、前記信号処理装置が信号処理することにより、前記微小磁性体が発する局部磁界の大きさを求め、前記表示装置が前記表示部において、前記検出領域内において載置された前記検査対象物内に混入されている前記微小磁性体を表示するので、前記検査領域内に載置された検査対象物内に混入している異物の二次元的な位置および姿勢に応じた表示を可能にするという効果を奏する。
なお、ここで、磁気検出素子により求める微小磁性体が発する局部磁界の大きさとは、例えば、感磁体が２個の場合には、２個の感磁体の感磁軸を含む平面に沿う成分として求めることができ、互いに感磁軸が直交するように３個の感磁体を設けた場合には、第５発明と同様に全磁力成分として求めることができる。

上記構成より成る本第９発明の異物検出装置は、前記第８発明で用いる前記磁気検出素子として、磁気インピーダンス素子または直交フラックスゲート型検出素子を用いるものである。そして、本第９発明の異物検出装置は、前記した本第７発明と同様の理由により、前記微小磁性体の精確な検出を可能な異物検出装置を提供可能にできるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態における感磁体と搬送される微小磁石体の相対的な位置や向きと検出出力の関係を示す斜視図および線図である。 第１実施形態において、微小磁石体の長手方向が搬送方向に配置されて搬送される場合の検出出力の関係を示す斜視図および線図である。 第１実施形態において、微小磁性体の長手方向が搬送方向に対して直交関係で配置されて搬送される場合の検出出力の関係を示す斜視図および線図である。 第１実施形態の微小磁性体検出センサにおける磁気インピーダンス素子を構成する複数の感磁体の微小磁性体に対する配設態様を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の微小磁性体検出センサにおける磁気インピーダンス素子を構成する２個の感磁体の微小磁性体に対する配設態様を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態の微小磁性体検出センサにおける磁気インピーダンス素子を構成する３個の感磁体の微小磁性体に対する配設態様を示す斜視図および微小磁性体が特異な位置および姿勢において位置する場合の磁束検出を説明するための斜視図である。 本発明の第５実施形態の微小磁性体検出センサおよび従来のフラックスゲートセンサにおける検出ヘッド部内における３個の感磁体の配設態様を示す斜視図である。 第５実施形態および第４実施例における微小磁性体検出センサのベルトコンベアを利用する異物検出装置の適用例を示す斜視図である。 隣り合う２個の３次元磁気検出ヘッドに配置される２個の感磁体の間の距離を１０ｍｍ、１４ｍｍ、２０ｍｍに変えた場合の２個の感磁体が検出した検出出力の加算出力の分布図を示す線図である。 その他の３次元磁気検出ヘッドを構成する矩形基板の例を示す平面図および斜視図である。 本発明の第１実施例の微小磁性体検出センサの外観および検査状態を示す斜視図である。 本発明の第２実施例の微小磁性体検出センサの２個の感磁体の配置態様および信号処理装置を説明するためのブロック説明図である。 本発明の第３実施例の微小磁性体検出センサの３個の感磁体の配置態様および信号処理装置を説明するためのブロック説明図である。 本発明の第４実施例の異物検出装置の３次元磁気検出ヘッドと信号処理装置を示す斜視図および詳細回路図である。 本発明の第５実施例の微小磁性体検出センサの検査用の架台を示す斜視図である。 本第５実施例の検査用の架台の基板に列設されるセンサユニットのパッケージを示す斜視図である。 本第５実施例の検査用の架台、信号処理装置を構成するマイクロプロセッサおよび表示装置および表示装置における複数の表示態様の要部を説明するための説明図である。 本第５実施例における信号処理装置を構成するマイクロプロセッサにおける絶対値演算、レベル分け、色分け表示用のカラー選択を行う手順を説明するためのチャート図である。 ２個および３個の感磁体の配置態様を説明するための説明図である。 検出ヘッドにおける感磁体の配置態様と感度との関係を説明するための説明図である。 磁気検出ヘッドに３個の感磁体が３次元配置されている場合の微小磁石体の局部磁界の検出態様を説明する説明図である。 本第５実施例における信号処理装置をアナログ電気回路によって構成する変形例と、レベル分けの調整を説明するための詳細回路図である。 本発明の微小磁性体検出センサを生体磁気計測に適用した適用例を説明するための説明図である。 従来のフラックスゲート型磁気検出素子を用いたステープル検知装置を示す斜視図である。 従来のステープル検知装置における平行フラックスゲート型磁気検出素子および第５実施形態のＭＩ磁気センサ、第６実施例の直交フラックスゲート型磁気検出素子および変形例の平行フラックスゲート型磁気検出素子の基本構造を説明するための説明図である。 従来の平行フラックスゲート型磁気検出素子を用いた金属検出装置を説明するための説明図である。 第６実施例の直交（開磁路型）のフラックスゲート磁気検出素子を示す平面図である。 第６実施例における信号処理回路を示す回路図である。

以下、本発明の最良の実施形態について、実施形態および実施例に基づき図面を用いて説明する。

実施形態１

たとえば食品中に含まれる鉄系異物は、微小な鉄片、鉄球あるいは鉄粒などである。これら鉄類は、自然界では、地磁気によって着磁されているので、いわば微小な磁石体であると考えることが出来る。こういった微小磁石体の検出は、微小磁性体が発生する局部磁界を磁気センサで検出することによって行う。近年たとえば鉄球の直径が０．３ｍｍあるいはさらに０．１ｍｍなどと、より小さな異物を検出したいという要求が高まっている。

磁石体の直径が小さくなるほど発生する局部磁界の強さはどんどん微弱になるので、これを見落とすことなく検知するためには、信号対ノイズの比を十分確保するため、数ｎＴ（ナノテスラ）以上の計測ができる高感度な磁気センサが必要である。

また食品中の異物検査は、梱包体や包装品の内部の食品などに当接して傷つけることがないように磁気センサを一定の距離を隔てて配設することが必要であり、距離の増加とともに検出する磁界の強さはより微弱になるため、磁気センサにはさらなる高感度化が要求される。

このような背景において従来技術による検査装置では異物である微小磁石体と磁気センサの感磁体との相対的な位置や向きの状態により、磁気センサが出力する信号に大小のむらが生じ、見落としが発生したりする場合があった。

この原因について検討した結果、以下のことが明らかになった。
鉄系異物を微小磁石体として捉え、その磁界すなわち磁束φの流れを考えると、図１（ａ）に示されるようにＮ極から磁束が出てカーブを描いてＳ極へ還る局部磁界を形成する。すなわち両端のN極あるいはＳ極の近傍では磁束の密度が高いので磁界の強さＨは大であるが、そこから遠ざかるにしたがって磁界の強さは小さくなり、磁石体の周辺では、場所によって磁束の向きや磁界の強さＨが変化する。

異物としての微小磁石体の磁軸ｐ（Ｎ極とＳ極を含む軸）は一般的に３次元方向の任意の傾きで存在するので、磁気センサの感磁体１０が所定の向きで固定されている場合、前記微小磁石体の磁界Ｈを感磁体の感度軸（感度が最大になる軸）ｓの方向成分として検出することになる。

したがって微小磁石体の磁軸ｐと感磁体の感度軸ｓとの成す相対角がθであれば、感磁体周辺の外部磁界がＨのとき、感磁体１０への磁気入力はＨ×ｃｏｓθとなる。ここで上述のように前記磁軸と感度軸の方向がほぼ一致すると、すなわち相対角θがほぼ０であるとｃｏｓθはほぼ１であるから、外部磁界Ｈとｃｏｓθの積はほぼＨであり、磁気センサの感磁体には、ほぼ周辺磁界の強さＨに相当する磁界が入力され、出力信号もＨに対応する。

逆に相対角θが大きくなり９０°近くになると、ｃｏｓθがほぼ０であるから周辺磁界Ｈとの積もほぼ０であるので、感磁体１０への磁界の入力が減少することになるので、信号の出力は小さくなるか０になる。
すなわち微小磁石体と感磁体１０との距離が同じでも微小磁石体の磁軸ｐと感磁体の感度方向ｓとの成す相対角θによって、検出される信号すなわち検出出力は、０〜Ｈの範囲で大小に変化することになる。

たとえば検出信号が大きく取得される例としてベルトコンベア１Ｂによって梱包体およびその中の微小磁石体が、前述の図１（ａ）における矢印方向に運ばれることを例について説明する。
感磁体１０の感度軸ｓが垂直にセットされた磁気センサが微小磁石体の磁界を検出する場合において、該磁石体の磁軸ｐがおおよそ垂直で、かつ該感磁体のほぼ直下を微小磁石体が通過するときには磁石体の磁束のうちの磁軸方向の流れと磁気センサの感磁体の感度方向が略一致するので、相対角はほぼ０となり、したがって上述に示されるようにｃｏｓθはほぼ１であるから、周辺磁界Ｈとの積はＨであるから、検出信号はほぼ減衰することなく、図１（ｂ）に示されるように時系列信号は大きな出力のピークを持った波形になる。

また、図２（ａ）に示されるように微小磁石体の磁軸ｐがベルトコンベア１Ｂの進行方向を向いており、かつ感磁体１０の直下を前記微小磁石体が通過するときには、前記磁石体のＮ、Ｓ２つの磁極から出る強い磁界（磁束）の垂直成分を磁気センサの感磁体が検出して大きな信号出力を得る。この場合の時系列信号は、図２（ｂ）に示されるように磁石体両端のＮ、Ｓの２つの極は符号が異なるので、出力は正、負のピークをもつ電圧波形になる。

これとは逆に信号が小さく取得される例としては、図３（ａ）に示されるように微小磁石体の磁軸ｐがベルトコンベア１Ｂと平行で、かつベルトコンベアの進行方向に対して直角方向のときに、磁気センサの感磁体の直下すなわち感度軸の直下を該微小磁石体の中央部分が通過するときである。すなわち、磁石体の磁束φの流れと磁気センサの感磁体の感度軸ｓが直角すなわち前記相対角がほぼ９０°になるため、上述に示されるようにｃｏｓθがほぼ０であるので、周辺磁界Ｈとの積もほぼ０であるから、前記感磁体への磁気入力はゼロあるいは非常に小さくなり、検出信号出力はゼロあるいはゼロ近くに小さくなり、その時系列信号は図３（ｂ）に示されるようになる。このようなときには異物すなわち微小磁石体が存在しても検出されず、いわゆる死角が生じることになり検査の見落としが発生することになる。
このような問題は異物検査として、所定の領域を１つの感磁体の感度軸方向を固定した磁気センサを用いて、微小磁石体の検出を行おうとすることに起因しており、避けられない問題である。
なお、以上説明した図１〜３に示す波形は、以上の説明で予測される波形を単に示したものではなく、実際に前記したような環境を人工的に準備して実験により確認した結果を示したものである。特に、図３（ｂ）に示す波形は、１軸のみ測定可能な磁気センサを用いた従来の異物検出装置での測定限界を示すもので、本発明を完成するに到った重要なデータを示すものである。

本発明の第１実施形態は、上述の検討にもとづき従来の磁気センサが１つの感磁体によって検出していた領域に対して磁気センサの感磁体を複数個用いて、それら各々の最大感度方向である感度軸方向が互いに異なる方向になるように配設することで、任意の方向に向いている微小磁石体の磁界を、前記複数の異なる感度軸方向成分として検出するので、微小磁石体と磁気センサの感磁体との相対的な位置や向きの状況に依存しないで死角を生じることなく検出することができ、それぞれの感磁体が検出した磁気信号を利用することで、またはそれぞれの信号を互いに信号処理することにより、見落としのない高精度な微小磁石体の検出を可能にするものである。
さらに第１実施形態は、磁気センサが複数の感磁体を使うので、信号処理することで得られる信号レベルも高くなり、高感度な微小磁石体の検出を可能にするものである。

第１実施形態においては、梱包体中の異物検知を行う例について説明したが、本第１実施形態におけるアプリケーションとしては、局部磁界を発するものの検出、たとえば書類のなかのホチキスや磁性インクの検出、フィルム中の鉄粉検出、粉体中の鉄分検出、磁気パターン計測などへの応用が考えられる。
また本第１実施形態は、脳磁図、心磁図などの生体磁気現象の計測にも利用できる。

第１実施形態の微小磁性体検出センサは、図４に示されるように複数のアモルファス材料の感磁体を有する磁気インピーダンス素子を用いるもので、それぞれの感度軸ｓを互い異なる方向になるように配設して１つの領域を計測するので、微小磁石体がその磁軸ｐが任意の方向を向いた状態において、検査対象物に内包されていても、その磁界を前記磁気センサの各感磁体１１〜１４がそれぞれの感度軸ｓの方向の成分として検出することにより、それぞれ出力信号を出力するものである。

したがって第１実施形態の微小磁性体検出センサは、ひとつの感磁体が有意の大きさの出力信号を出力することができない場合でもいずれかの感磁体が有意な大きさの出力信号を出力することができるとともに、すべての感磁体が有意な大きさの出力信号を出力した場合には、すべての出力信号を用いて信号処理することにより、精度高くかつ高感度の微小磁石体の検出ができるので、見落としのない異物検査装置を実現することが出来るという効果を奏する。

実施形態２

第２実施形態の微小磁性体検出センサは、図５に示されるように２つのアモルファス材料の感磁体１１、１２を有する磁気インピーダンス素子を用いて互いの感度軸ｓ１、ｓ２の成す角度が略９０°（略２次元）になるように配設することにより、任意の方向を向いた前記微小磁石体が発生する局部磁界を、前記２つの感磁体１１、１２がそれぞれの感度軸ｓ１、ｓ２の方向の成分として検出するものである。

第２実施形態の微小磁性体検出センサは、前記微小磁石体の局部磁界の磁束はカーブを描くので、梱包体に内包された微小磁石体がベルトコンベアなどでの移動に伴って、２つの感磁体のそれぞれに感度軸方向の成分が現れるため、これを検出することにより２つの感磁体１１、１２の信号のいずれかから、あるいは２つの感磁体１１、１２からの２つの信号を一緒に用いて信号処理することによって、わずか２個の感磁体１１、１２を有する磁気インピーダンス素子によって、死角を生じない高精度な微小磁石体の検出が可能になり、見落としのない異物検出装置を実現することができるという効果を奏する。

実施形態３

第３実施形態の微小磁性体検出センサは、図６に示されるように磁気センサの３つの感磁体１１、１２、１３の互いの感度軸方向の成す角度が略９０度（略３次元）になるように配設することにより、任意の方向を向いた微小磁石体が発する局部磁界を前記３つの感磁体１１、１２、１３によってそれぞれの感度軸方向の成分として検出され、検出した信号を出力するものである。
前記第2実施形態における直交関係の感磁体１１、１２の長手方向の中点を通る破線の交点と交わる垂直線ｑ上に微小磁石体が（垂直方向にＮＳ）位置する場合は、図６（ｂ）に示されるように二つの感磁体１１、１２を通過する磁束ｍ１とｍ２、ｍ３とｍ４はそれぞれ同じ大きさ（経過距離、角度が同じ）であり感磁体の両端方向へ向かう。感磁体の二つの端は極性が互いに反対であるから、感磁体１１，１２の出力はゼロになり、このときは磁石体を検出することが出来ないことになる。

しかしながら、本第３実施形態は、破線で示した垂直方向に感度軸を持つｚ軸用の感磁体１３を追加して設けることにより、図６（ｂ）に示されるようにｚ軸成分ｍ５を検知できるようになる。すなわち図２１に示されるように任意の方向を向いた磁界Ｈは３次元方向ｘ、ｙ、ｚの３つの方向成分Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚの合成により検出できるので、３つの方向成分Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚの２垂値Ｈｘ^２、Ｈｙ^２、Ｈｚ^２の和の平方根演算をすることにより、センサが置かれている場所の磁界（全磁力）Ｈを求めることができる。すなわち微小磁石体による局部磁界Ｈがいかなる方向を向いていても、３個の感磁体１１、１２、１３が３次元配置されたセンサヘッドにおいては、死角のない磁気計測が可能になるのである。

この検出された３つの信号成分を合わせると感磁体が置かれている場所における前記局部磁界Ｈの全磁力成分に相当するので、３個の感磁体１１、１２、１３が置かれた場所である３次元空間における前記局部磁界Ｈのすべての方向成分を欠落することなく検出するので、いずれかの感磁体の検出信号から、あるいは感磁体１１、１２、１３からの３つの検出信号を一緒に用いて信号処理することにより、微小磁石体と磁気センサの感磁体１１、１２、１３との相対的な位置や向きの状況に依らないで、安定度が高くかつより高感度で見落としのない異物の検出装置を実現することを可能にするという効果を奏する。

実施形態４

なお、前記第１ないし第３実施形態の微小磁性体検出センサにおいては、磁気センサの複数の各感磁体のそれぞれの検出信号を共に用いる信号処理として、合成、フィルタ、平均、強調などの演算を行うことができる（第４実施形態）。これにより、より高精度な磁気信号を得ることが出来るので、磁気的な背景ノイズに影響されない見落としのない微小磁石体の検出が可能になるという効果を奏する。

実施形態５

第５実施形態の微小磁性体検出センサは、前記第１ないし第４実施形態において磁気センサの磁気インピーダンス素子としてアモルファスワイヤまたはアモルファスリボンからなる磁気コアを感磁体とする磁気センサである。アモルファスワイヤはたとえば数１００μｍ以下の直径で数１０ｍｍ以下の長さ、代表的には数ｍｍの長さであり、そしてアモルファスリボンは数１００μｍ以下の厚さで数ｍｍ以下の幅そして数１０ｍｍ以下の長さ、代表的には数ｍｍの長さであるという、ともに非常に小さな寸法でありながら、高い磁気―電気変換能力を持つため、超小型の磁気センサヘッドの構築を可能にするものである。

例えば、磁気センサの感磁体を中心とするヘッド部を多数並設する場合のように最も小容積なスペースに収容して略３次元（３方向）に配設する例を考えると、３つの感磁体の磁軸が互いに機械的かつ磁気的にも干渉しない状態において、ヘッド部全体の大きさを最小にする配置として、図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、３つの感磁体の中心軸である感磁軸が成す角度が互いに９０度となるように組み合わせた３次元磁気センサヘッドの外観寸法（占有空間寸法）が、各感磁体の長さを一辺とする立方体となる配置を考えることができる。

数ｎＴレベルの計測ができるアモルファスワイヤのようなアモルファス材料を感磁体とするＭＩ磁気センサ（磁気インピーダンスセンサ）のヘッド（ＭＩ素子）は、図２５（ｂ）に示されるように例えばＭＩ磁気センサにおいて、ヘッド部は、直径略１０μｍで、長さが略６ｍｍのアモルファスワイヤを台座に固定して、その上からコイルが巻回された簡単な構造であるため、磁気センサヘッド部の長さが略６ｍｍ、平均直径が１．５ｍｍにすることができる。

一方、数ｎＴレベルの計測ができ、高感度でもっとも小型と言われている、フラックスゲート磁気センサのヘッド部は長さが２０ｍｍ、直径が１０ｍｍと大型である。こういった従来型のいわゆる平行フラックスゲートセンサの感磁体は代表的にはパーマロイのような高透磁率材料をトランス（変圧器）と同じように閉磁路構造をつくり、1個の大型のある方向に配置されたコアＣＯに励磁用コイルＲＣおよび検出用コイルＤＣの２個のあるいは３個のコイルを巻回するという複雑な構造をとるため、大型化するので、仮にこの平行フラックスゲートセンサの感磁体を３次元方向に配置して３次元磁気センサヘッドを構成すると図２５（ａ）に示されるようになり、図２５（ｂ）に示されるようにアモルファスワイヤのコアに１個のコイル１０Ｃを巻装するＭＩ磁気センサや開磁路型の直交フラックスゲートセンサのように小型に構成することが難しいことが確認された。

本第５実施形態においては、ＭＩ磁気センサの組み合わせヘッド部は、図７（ｂ）に示されるように感磁体を６ｍｍ角の立方体の稜線に沿って配置するものであるから、最小６ｍｍ×６ｍｍ×６ｍｍであり、従来型のフラックスゲートセンサによって３次元ヘッドを構成したものは、２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍであり、それぞれセンサ方式の３次元ヘッドの幅寸法は、本第５実施形態のＭＩ磁気センサが６ｍｍ、従来型のフラックスゲート磁気センサヘッドは、２０ｍｍである。

ここで異物検知装置への実用的適用例を示すと、ベルトコンベアで搬送される梱包体中に内在する微小磁石体を検知する場合には、微小磁石体の発する磁気の強さ、磁気センサを配設するベルトからの高さ（距離）、磁気センサが有効に磁気検出できるベルト面上での広さすなわち視野半径を考慮して、図８に示されるように前記搬送路であるベルトコンベア１Ｂを横断する方向に磁気センサユニット（３次元配置したヘッド）ｕ１〜ｕｎを複数セット、センサ把持装置ＳＨに配置する必要がある。
このとき、検出するべき微小磁石体がベルトコンベア１Ｂの幅内のどの位置に存在しても、すなわち配設した複数の磁気センサ（磁気ヘッドである感磁体）に対して微小磁石体がどの位置を通過しても検査の見落としが生じないように各センサユニットの磁界検知視野内において、微小磁石体の検出感度が一定レベル以上であり、ほぼ一様である必要がある。

図９（ａ）中符号ａで例示するのは、感磁体の直下（横軸の０位置）を中心に微小磁石体を左右（図９では横軸の−、＋）に移動させたときの磁気インピーダンス素子の出力を表すものであり、微小磁石体が感磁体の真下にあるとき約３０ｎＴ（ナノテスラ）相当の出力を１として、左右に移動させるとその出力が減少することを表している。この例では０．２ｍｍの鉄球を検出したときのものであり、微小磁石体すなわち鉄球を直下から左または右へ５ｍｍ移動させると、その出力はほぼ５０％に減少し、さらに０位置からそれ以上離れる方向に移動させると、出力はゼロに向かって減衰する。

このとき１０ｍｍ離れた隣にもう一つの磁気インピーダンス素子の感磁体を配設して同様の測定をした場合、その出力を表示すると図９（ａ）中の符号ｂの様に前記符号ａとほぼ同様の波形が、１０ｍｍ右側にずれた形になる。
ここで前記隣り合う２つの磁気センサの信号を加算すると、図９（ａ）中の符号ｃの様に２つのピークを持った波形になり、最大値が１．０３、最小値が０．９５で、平均値に対する変動は±略７％に収まり、鉄球が５ｍｍ移動してもさほど大きな信号の変動にはならないので、センサユニットの磁界検知視野内のどの位置に微小磁石体が存在しても、ほぼ同じ感度で検出することができる。
したがってこのようにベルトコンベア１Ｂの幅方向全体に磁気センサを１０ｍｍごとに配設すれば、見落としのない異物検知を実現することができるのである。

このように１０ｍｍごとに感磁体すなわち磁気検出ヘッドを配設することができるのは上述のようにアモルファス材料としてアモルファスワイヤまたはアモルファスリボンを感磁体とする磁気センサすなわちＭＩ磁気センサか、または磁気回路が従来と異なる図２５（ｂ）に示される棒状で磁束が空中に出る開磁路型の直交フラックスゲート磁気センサ（縦型フラックスゲート磁気センサ）によって実現されるものである。またアモルファスワイヤを感磁体とするＭＩ磁気センサあるいは開磁路型の直交フラックスゲートセンサはワイヤにコイルを巻回するのみの簡単な構造のため、製造価格が非常に安価であることも特徴であり、数多く使用しても異物検知装置全体に対する大きなコストアップにはならないメリットがある。

一方上述したように従来の図２５（ｂ）に示される環状の一形態としてロの字状の磁路のため、磁路が閉じられているため磁束が空気中に出ない閉磁路型平行フラックスゲート磁気センサは、サイズが大きいため、検出ヘッドを１０ｍｍごとに配設することができないので、本第５実施形態のような異物検知装置を実現することができず、また高価であるので数多く使用するためにはコストアップを免れないのである。

上述においては、各センサユニットの感度が、ほぼ５０％になるところで両者の磁界検知視野を重ねるようにすると、２つの磁気センサユニットの信号の和演算による信号の大きさ（感度）のむらを最小にすることができる例を示したものである。
しかしながら異物検知においては、ある大きさ以上の磁界強度が「有る」か「無し」かという判別をすることになるので、磁気信号の大きさ（レベル）が、閾値から明白に乖離しているか否かの判断をするのが通例であり、感度が数％、あるいは数十％という程度の違いは、ノイズによりマスクされることを考慮すると、あまり大きな問題にならないことが多いと思われる。

たとえば図９（ｂ）に示される例のように、隣り合う符号ａおよびｂのセンサユニットの感磁体間の距離を、約１４ｍｍ程度に拡げて、感度がお互いに２５％程度で重ねる場合には、ａ、ｂ２つのセンサユニットの感磁体の検出信号の和を示す図９（ｂ）中の符号ｃの最小感度は、最大値の５０％程度になる。したがって、感度変動をさほど厳しく設定しなくてもよい場合には、このような使い方も可能であると考えられる。

なお前記従来型の平行フラックスゲートセンサを使用する場合は、上述した様にセンサ間距離が２０ｍｍ以上離れることになるので、同様に概算すると図９（ｃ）に示されるようになり、図９（ｃ）中の隣り合う符号ａおよびｂ２つのセンサユニットの感磁体の検出信号の和を示す符号ｃの最小出力（感度）は、最大値の２０％以下になり、あまり実用的とはいえないことになる。
すなわち図９（ｃ）から明らかな様に感度５０％以下の領域が１０ｍｍに亘り延在するので、かかる領域内に位置する微小磁性体の検出漏れが発生する可能性があることになる。

このように本実施形態の適用例においては、アモルファスワイヤまたはアモルファスリボンからなる磁気コアを感磁体とすることにより、非常に小さな寸法で複数のセンサヘッドを構築することが可能であり、従来１つのセンサで検出していた一定の領域（たとえば直径数ｍｍ〜数十ｍｍを検出）に、２方向あるいはそれ以上の複数方向の磁界検出を可能にする感磁体を備えるセンサヘッドを配設して、前記微小磁石体を見落とすことなく検出することが可能になった。

またアモルファスワイヤを使用するＭＩ磁気センサは、超高感度のため微小磁石体の磁界の強さが数百ｐＴあるいはそれ以下の磁界の検出も可能であるから、パーマロイ材などの磁気シールド筒によって磁気センサと梱包体を周辺の磁気ノイズから遮断することにより、さらに非常に小さな鉄異物の検出または遠方からの異物検出が可能になるのである。

なお上述においては、感磁体である磁気ヘッドを最も小容量のスペースにおいて３次元に組み合わせる例について説明をしたが、センサユニットすなわち感磁体を複数配設する場合において、１０ｍｍよりもすこし広い間隔が許容される場合には、電子回路基板に一体的に組み立てられたセンサを、そのまま３個組み合わせて３次元磁気センサユニットを構成することができる。

上記センサは、図１０（ａ）および（ｂ）に示される様に電子回路基板の長手方向の一端において幅方向に対して磁気ヘッドが平行に設置されているＡ型と電子回路基板の長手方向の一端において長手方向に対して磁気ヘッドが平行に設置されているＢ型の２種類が存在する。なお図１０（ａ）および（ｂ）においては電子回路基板とＭＩ磁気センサヘッドのみが代表的に表示されている。

また図１０（ｃ）に示される様に上記２種類のセンサの基板を、前記Ａ型２個Ｂ型１個をコの字状に配置して組み合わせることにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向を計測する３次元磁気センサを実現することができる。
本磁気センサは、前記Ａ型およびＢ型ともに、電子回路基板の幅寸法は１１ｍｍ、長さ寸法は３５ｍｍであるので３次元磁気センサユニットとしての最少幅寸法は１１ｍｍである。

第１実施例の微小磁性体検出センサは、図１１に示されるように、互いの感度軸ｓが異なる方向に配設された複数の感磁体を備えたセンサユニット１Ｕと、先端に前記センサユニットが配設され、他端に握部が形成された握り棒１Ｇとから成り、ユーザーは握部を握って先端の前記センサユニットを検査対象物に接近させて、表面に沿って移動することにより、混入されている異物の微小磁性体を検知するものである。前記センサユニット１Ｕは、センサカバー１Ｃ内に収納されている。

前記センサユニット１Ｕは、図４または図６に示されるように複数の感磁体１１〜１４が同一平面においてランダムな方向に配置するか、３次元方向に３個の感磁体を配置して、図示しないセンサカバー１Ｃ内に収納された信号処理装置によって、検出信号を信号処理するとともに、一定レベル以上の検出信号が出力されたら前記センサカバーＩＣの一部に配設された点灯部１Ｔを点灯させるように構成されている。

前記検査対象の梱包体に内包される異物すなわち微小磁石体を検知するために、前記センサカバーを前記梱包体に近づけて、梱包体の表面に沿って移動させることによって、微小磁石体の異物を検知した場合には、前記点灯部１Ｔを点灯させるものである。

第１実施例の微小磁性体検出センサは、前記複数の感磁体または磁気センサの感度軸ｓが互いに異なる方向に配設されているので、微小磁石体が前記梱包体内においていかなる方向を向いていても、また握り棒の持ち方（姿勢、傾き）が如何にあろうとも、見落としのない検査を可能にするという効果を奏する。

第２実施例の微小磁性体検出センサは、図１２に示されるように磁気インピーダンス素子を構成する２つの感磁体を互いの感度軸ｓ１、ｓ２が成す角がほぼ９０度となる略２次元方向（２次元平面）に配置するものであり、異物である微小磁石体による局部磁界を、信号処理装置２において、前記２つの感磁体（磁気センサ）から出力される減衰振動電圧を処理して増幅する信号処理回路２０の出力信号ｍ１、ｍ２を用いて、それぞれを２個の２乗演算器２１により２乗してから加算器２２により加算して、そしてルート演算器２３によりその平方根を演算することによって、前記二つの感度軸を含む面の磁気成分ｍｓを算出するものである。

前記感磁体１１および１２は、その感度軸ｓ１、ｓ２がそれぞれの最大感度軸をｘ、ｙ軸としてひとつの面内に互いの角度を９０度になるように２次元に配置されている。検出対象である微小磁石体が発している磁界ｍｒは、図１２（ｂ）に示されるものであり、その前記ｘ−ｙ面内成分の強さはｍｓであり、一方の感磁体１１で検出する感度軸ｓ１に沿う成分ｍ１と感磁体１２が検出する感度軸ｓ２に沿う成分ｍ２との２つの成分として検出される。

すなわち、２つの感磁体１１および１２によって検出されたｍ１、ｍ２の大きさを図１２（ｂ）において矢印の長さで表すとき、それぞれの矢印の先端から各軸に対して直角に引かれた２つの破線の交点Ｃまでの長さはそれぞれｍ２、ｍ１に等しい。したがって交点Ｃと０点を結ぶ矢印の長さｍｓは、Ｃを先端とする０からの矢印ｍｓが平方根演算された磁気成分であり、直角三角形の理によりｍ１の２乗値とｍ２の２乗値とを加算して平方根を求められるものであり、上述の磁石体が発している局部磁界ｍｒの先端から垂線を下ろして、上記２次元平面において点Ｃで接することになる。

本第２実施例の微小磁性体検出センサは、微小磁石体の磁界は局部磁界であるため、磁束の帰路の途中には必ず前記２つの感度軸ｓ１およびｓ２を含む面を通過する磁気成分ｍｓがあるので、この成分を算出することにより、微小磁石体の磁界ｍｒの前記２つの感磁体の感磁軸ｓ１、ｓ２を含む面に沿う成分（図１０（ｂ）では例えば水平面）であるので、見落としの無い高精度の微小磁石体の有無の検査装置を実現することができるという効果を奏する。

第３実施例の微小磁性体検出センサは、図１３（ａ）に示されるように磁気インピーダンス素子を構成する３つの感磁体１１〜１３の互いの感度軸ｓ１、ｓ２、ｓ３が成す角度をほぼ９０度となる略３次元方向に設定するものであり、上述の第２実施例と同様に異物すなわち微小磁石体が発する磁界を前記三つの感磁体１１〜１３から出力される減衰振動電圧に基づく信号処理回路２０の出力信号ｍ１、ｍ２、ｍ３を用いて、信号処理装置２による信号処理によりそれぞれを２乗演算器２１により２乗してｍ１^２、ｍ２^２、ｍ３^２を求めて、加算器２２により２乗値の和を求め、そしてルート演算器２３により２乗値の和の平方根を演算することにより、前記微小磁石体が発している磁界に相当する全磁力信号成分ｍｔを演算するものである。

図１３（ｂ）に示されるように３次元配置された３個の感磁体１１〜１３に感磁軸に沿う成分である出力信号ｍ１、ｍ２、ｍ３の２乗値の和の演算を行い、その平方根を求めた全磁力信号成分ｍｔが、前記磁石体が発する磁界に相当するものである。
この全磁力信号成分ｍｔは、磁石体と感磁体１１〜１３との距離すなわち前記磁石体の感磁体１１〜１３との相対的な位置で決まる磁界の強さであるから、感磁体または磁気センサの感度軸と微小磁石体との成す角度によって信号が大小に変化するということが存在しなくなるので、安定度が高い高精度の異物検査装置を実現できるという効果を奏する。

なお前記信号処理装置２において行った平方根演算をすることなく、（ｍ１^２＋ｍ２^２＋ｍ３^２）の情報から異物の有無を判断する態様も可能である。また２乗演算することもなくｍ１、ｍ２、ｍ３個々の信号の大きさから、異物の有無を判断する態様も可能であり、強調処理として、３乗および４条値を演算することにより、異物の有無を判断する態様も可能である。

第４実施例の異物検出装置は、図８および図１４に示されるように３つのＭＩ磁気センサの互いの感度軸が略直交するように略３次元方向に配設して成る磁気インピーダンス素子１のセンサユニットｕ１１〜ｕｍｎを複数用いて、梱包体を搬送するベルトコンベア１Ｂの上方で、かつ該梱包体と干渉しない高さで前記ベルトコンベア１Ｂの幅を横断して前記複数のセンサユニットを配設することにより、通過する前記梱包体に内包される微小磁石体の異物の有無を検出するものである。

前記センサユニットｕ１１〜ｕｍｎは、各ユニットが計測する領域に空白ができないように、互いのセンサユニットの検出領域が一部重なるような間隔でベルトコンベア１Ｂを幅方向に横断して配置される。図８においてはベルトコンベア１Ｂの移動方向に対して横一列に並べて示しているが、これにこだわらずそれぞれのセンサユニットｕ１１〜ｕｍｎをベルトコンベア１Ｂの前後方向にずらして配置することも可能である。またこれらセンサユニットｕ１１〜ｕｍｎをベルトコンベア１Ｂの下部に配置することや、ベルトコンベア１Ｂの上部および下部に同時に配置することも可能である。

前記センサユニットｕ１１〜ｕｍｎには、図１４（ａ）に示されるようにそれぞれＭＩ磁気センサの３個の感磁体１１〜１３の感度軸ｓ１、ｓ２、ｓ３が略３次元方向のｘ、ｙ、ｚ方向に沿って配設されている。

図１４（ａ）に示されるように３次元方向に配設されたＭＩ磁気センサの感磁体であるｘ、ｙ、ｚ方向に配設された検出素子である感磁体１１（Ｘ）、１２（Ｙ）、１３（Ｚ）は、図１４（ｂ）において示される電気回路で駆動されるとともに、信号処理が行われる様に構成されている。

第４実施例における信号処理装置において、３次元に配置された各感磁体１１、１２、１３を駆動する駆動回路ＰＡは、図１４（ｂ）に示されるように１ＭＨｚのパルスＰ１を出力する外部のパルス発振回路Ｐに接続され、該パルス発振回路Ｐから供給されるパルスＰ１を入力して、所定の電圧のパルスに増幅して１ＭＨｚの駆動パルスを、接続された感磁体１１、１２、１３に出力するように構成されている。

タイミング回路Ｔｃは、図１４（ｂ）に示されるように前記駆動回路ＰＡの出力端子に接続されるとともに、後述するアナログスイッチＳＷの制御端子に接続され、前記パルス発振回路Ｐが出力するパルスＰ１と同期する制御パルスＰ２を前記アナログスイッチＳＷの制御端子に出力するように構成されている。

信号処理装置２を構成する３個の信号処理回路２０は、ｘ方向、ｙ方向またはｚ方向に配設された感磁体１１、１２、１３に入力端が接続され、前記タイミング回路Ｔｃから出力される制御パルスＰ２の入力と同期して、感磁体１１、１２、１３の周辺の微小磁性体が発生する局部磁界に対応して、前記感磁体１１、１２、１３に巻回された検出コイル１１Ｃ〜１３Ｃが出力する減衰振動電圧を出力端より出力するように構成されているアナログスイッチＳＷと、該アナログスイッチＳＷの出力端に一端が接続され、他端がバイアス電圧を供給するために電源電圧を分圧する抵抗器ｒ１およびｒ２の接続点に接続され、前記アナログスイッチＳＷから出力される前記感磁体１１、１２、１３に巻回された前記検出コイル１１Ｃ〜１３Ｃが出力した減衰振動電圧を保持するホールドコンデンサＣｈと、前記アナログスイッチＳＷの出力端に接続され、該アナログスイッチＳＷから出力される前記感磁体１１、１２、１３に巻回された検出コイル１１Ｃ〜１３Ｃが出力したｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の減衰振動電圧を増幅して、３方向成分の磁気信号ｍｘ、ｍｙ、ｍｚをそれぞれ出力する増幅器Ａとから成る。

Ａ／Ｄ変換器２４は、前記信号処理回路２０の各増幅器Ａの出力端に入力端が接続され、入力された前記３方向成分の磁気信号ｍｘ、ｍｙ、ｍｚをデジタル信号に変換して、マイクロプロセッサ２５に出力するように構成されている。

マイクロプロセッサ２５は、プログラムに従いデジタル化された磁気信号ｍｘ、ｍｙ、ｍｚの２乗演算を行うことによりｍｘ^２、ｍｙ^２、ｍｚ^２をそれぞれ求めて、その和ｍｘ^２＋ｍｙ^２＋ｍｚ^２を求めた上で、その平方根√（ｍｘ^２＋ｍｙ^２＋ｍｚ^２）を演算するように構成されている。

以下にその動作を記述する。前記センサユニットｕ１１〜ｕｍｎ内に収納された磁気インピーダンス素子１であるＭＩ磁気センサは同じものであるから、ここでは代表的に前記センサユニットｕ１における３個の感磁体について説明する。

ＭＩ素子のｘ、ｙ、ｚ方向に配設された感磁体１１、１２、１３である各アモルファスワイヤｗは、外部の前記パルス発振回路Ｐから供給されるパルスＰ１を受けた前記パルス増幅器ＰＡによってパルス通電される。パルス電流が流れた瞬間に各アモルファスワイヤｗに巻回されたコイル１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃの両端にはＭＩ（磁気インピーダンス）効果によりアモルファスワイヤ周辺の外部磁界に対応する振幅の減衰振動電圧Ｖｔを発生する。

この減衰振動電圧は、前記コイル１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃの一端に接続されたアナログスイッチＳＷにより所定のタイミングでホールドコンデンサＣｈに保持される。このホールドコンデンサＣｈの電圧Ｖｈは、ｘ、ｙ、ｚ方向に配設された感磁体１１、１２、１３の周辺の外部磁界の感度軸方向成分に対応する磁気信号である。

この磁気信号は、前記パルスが繰り返すごとに更新されるとともに、前記ｕ１からｕｎの各センサユニットのＭＩ素子を構成するｘ、ｙ、ｚ方向に配設された各アモルファスワイヤｗはすべて前記パルス発振回路Ｐから供給されるパルスＰ１に対応して同時にパルス通電される。これによってすべての磁気センサが同時に磁気検出を行い、互いに他のセンサからのノイズの影響を受けることを防ぐことができる。

ここではパルスＰ１の繰り返しの速さ、すなわち前記パルス発振回路の周波数を１ＭＨｚとした。なお、前記アナログスイッチＳＷが開閉して、前記ホールドコンデンサＣｈが前記減衰振動電圧を保持するタイミングは、前記パルス発振回路ＰのパルスＰ１と同期するタイミング回路ＴｃのパルスＰ２によって決められる。

なお、抵抗器ｒ１、ｒ２により電源電圧を分圧して生成されたバイアス電圧は、コイル１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃを通してアナログスイッチＳＷに供給される。

前記ＭＩ素子のｘ、ｙ、ｚ方向に配設されたアモルファスワイヤｗの周辺の外部磁界の方向成分に対応する磁気信号は、それぞれ増幅器Ａによって所定の増幅がなされ、３方向成分の磁気信号ｍｘ、ｍｙ、ｍｚが出力される。以上説明したＭＩ磁気センサを構成する磁気インピーダンス素子１と信号処理回路２０が配設されたパッケージＣ１、Ｃ２、Ｃ３は同様の構成より成るものである。

感磁体１１、１２、１３によって検出された各磁気信号ｍｘ、ｍｙ、ｍｚは、前記Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換された後、前記マイクロプロセッサ２５に入力され、該マイクロプロセッサ２５により√（ｍｘ^２＋ｍｙ^２＋ｍｚ^２）の演算が行われるように信号処理がなされ、その結果センサユニットｕ１１が計測した外部磁界の全磁力成分ｍｔ１１として出力される。同様に各ユニットからｍｔ１２〜ｍｔｍｎが出力される。

これをもとにソフトウエアに従い前記マイクロプロセッサ２５による判定装置によって判定がなされて、その結果前記微小磁石体が検出されたならば、前記マイクロプロセッサ２５から出力により表示のランプが点灯するとともに、ブザー音で警告をする。

上記作用を奏する第４実施例の異物検出装置は、以上の信号処理装置２を構成する電気回路より成る前記信号処理回路２０およびマイクロプロセッサ２５における信号処理が、前記各センサユニットｕ１１〜ｕｍｎごとに施されて、最終的にはセンサユニットごとの全磁力信号成分ｍｔ１１〜ｍｔｍｎが得られるので、これをもとにソフトウエアによる判定装置としての判定がなされて、その結果前記微小磁石体が検出されたならば、マイクロプロセッサ２５から出力として表示のランプが点灯するとともに、ブザー音で警告をするので、微小磁石体の局部磁界を検出することにより、見落としのない着磁手段を備えていないシンプルな構成の異物検知装置が実現されるという効果を奏する。

第５実施例の異物検出装置は、図１５および図１６に示されるようにセンサユニットとしてＭＩ磁気センサの２個の感磁体の互いの感度軸が略直交するように略２次元方向に配設して成る２次元磁気センサを複数個用いて、それらを架台の下面に２次元配置して、架台の上面に載置された梱包体または包装品に内包された微小磁石体からなる異物の有無を検査するものである。

図１５に示されるように対向する２個の脚部Ｌに両端が支持された架台Ｔは、梱包体を載せるためのものであり、その下方の一定距離の位置に配置された基板Ｂに載置されたセンサユニットＵ（ｕ１１〜ｕｍｎ）が、一例として縦方向に１８個、横方向に３２個配列されている。前記架台Ｔと基板Ｂと上下方向の位置関係は、少なくとも一方を、高さ調整用のビスその他により固着するか、駆動モータ（図示せず）により、上下位置を調整できるようにして、画面の表示状態に応じて、調整できるようにしたり、最も距離を少なくするためには、前記架台Ｔとは別部材の前記基板Ｂを無くして、前記架台Ｔの上面に複数のセンサユニットＵを埋設する態様を採用することが出来る。

２次元磁気センサユニットＵはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＩＣ技術により製作された小型の２次元ＭＩ磁気センサがひとつのパッケージＰ内に収納配置されており、その大きさは例えば約３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍでありながら、高感度の磁気センサを構成するものである。

センサユニットのパッケージＰの内部は、図１６に示されるようにパッケージ基板ＰＢ上のｘ、ｙの２次元方向に配置された基板ＳＢ上に検知コイル１１Ｃおよび１２Ｃが巻装された感磁体１１、１２が配設されるとともに、この２つのＭＩ素子の感磁体１１、１２を共通で駆動するための駆動回路ＤＣと信号処理およびデジタル出力に変換する信号処理回路ＳＰが前記パッケージ基板ＰＢ上に配置されており、パッケージＰから順次出力されるｘ、ｙ方向の信号出力ｍｘ、ｍｙは、ＭＩ素子の感磁体１１および１２の周辺の外部磁界である微小磁性体の局部磁界の大きさに対応する前記検知コイル１１Ｃおよび１２Ｃの検出出力が、デジタル化された磁気信号である。

前記配列された合計５７６個のセンサユニットＵを備える２次元磁気センサの信号は、図１７に示されるように前記基板Ｂのプリント配線により外部へ取り出し、外部のマイクロコンピュータ２５により信号処理される。

具体的には各センサユニットＵ毎にｘ、ｙ方向の感磁体１１および１２の磁気信号ｍｘ、ｍｙに基づき２乗和の平方根すなわち√（ｍｘ^２＋ｍｙ^２）を算出して、異物による微小磁石体による局部磁界の水平成分を求めるものである。

表示装置３の表示画面３０における表示は、この水平成分の大きさを前記２次元配列したセンサユニットＵに対応する合計５７６個の表示点により２次元の濃淡表示、色分け表示、明暗表示あるいは段階の数字表示等で行う。

感磁体１１および１２をｘ、ｙの２次元方向に配設した前記センサである前記ユニットｕ１１〜ｕｍｎであるパッケージＰを、２次元的に配列してなる異物検知装置の信号処理および検査結果の表示法について、以下説明する。

図１７において、複数のセンサユニットが載置された基板ＢからケーブルＷを介して前記センサユニットｕ１１〜ｕｍｎの磁気情報データが、マイクロコンピュータ２５に順次取り込まれ、コンピュータソフトウエアのデータ処理機能により、検出された各磁気信号の大きさが１点ごとに、たとえば磁気の強さの弱い順から例えば５段階あるいは８段階のレベルに分けられ、ディスプレイ装置３の表示画面３０上にセンサユニットの配列と対応するセグメントを配列して、カラーの色分け表示あるいは明暗表示または濃淡表示を行なうものである。

信号処理については、図１８に示されるフローチャートに従い説明する。ステップＳ１において、前記センサユニットｕ１１〜ｕｍｎが検出した磁気データ（磁界の強さ）を順次取り込み、ステップＳ２において、記憶する。

ステップＳ３において、前記記憶したデータを読み出して絶対値処理を行う。ここで絶対値演算というのは、前記センサユニットｕ１１〜ｕｍｎのそれぞれに内蔵される２つの磁気センサを構成する感磁体が検出するｘ、ｙの磁気信号出力ｍｘ、ｍｙにもとづいて、それぞれの２乗和の平方すなわち√（ｍｘ^２＋ｍｙ^２）を演算して、前記２つの感磁体ｘ、ｙを含む面内磁気成分をもとめるとともに、それぞれの正負の符号を取り去り｜ｍｘ｜、｜ｍｙ｜とするために、２乗することでｍｘ^２、ｍｙ^２を求めて正負の符号を取り去り、出力する態様とともに、ステップＳ７として小さな信号をより小さく、大きな信号をより大きく拡大する信号強調処理を施した後に出力する態様がある。
この絶対値演算は微小磁石体の向きにより磁気センサが検出する信号がＮ、Ｓに対応して信号の極性が、正であったり負であったりするので、すべて同一極性に変換するものである。すなわち正極性でも負極性でも絶対値が大きければ、異物が大きいことに対応するという技術認識に基づくものである。

ステップＳ４において、前記絶対値化したデータまたは強調処理を施したデータを、信号の大きさを順次5段階または８段階の磁界強さのレベルに分けて、ステップＳ５において、５段階または８段階の各レベルに対応するカラー、たとえば白、黄、緑、青、赤を該当するセグメントすなわち表示点に割り当てることにより、色分け表示を行う。色分け表示された部分を拡大して示した図１７（ｂ）において、第５段階の赤はＲｅｄの「Ｒ」、第４段階の青はＢｌｕｅの「Ｂ」、第３段階の緑はＧｒｅｅｎの「Ｇ」の文字を前記セグメントすなわち表示点に表示した。

ステップＳ６においては、カラーディスプレー画面３０に前記センサユニットに対応する配列のセグメント毎にカラー表示するとともに、その次の新しいデータに更新するためステップＳ１へ戻るように設定されている。

前記5段階のレベル分けの方法は、例えば０〜＜５０ｎＴ、５０ｎＴ〜＜１００ｎＴ、１００ｎＴ〜＜５００ｎＴ、５００ｎＴ〜＜１０００ｎＴ、１０００以上の５段階であるが検査対象によっては分別レベルを調整することも必要になるので、適宜そのレベルを変更する機能を持たせている。したがって、５段階のレベル分けから段階数を変更して８段階のレベル分けに変更するために、細かく分割することを容易に行うことが出来る。

段階数毎にレベル分けの磁界の強さのレベルを決定して予め記憶しておき、段階数を指定すれば変更できるようにする方法か、あるいは微小磁性体の表示状態を見た上で、レベル分けの磁界の強さのレベルを任意に設定調整出来るようにする方法その他が考えられる。

異物の発生する磁界が強い場合あるいは磁気センサの感度が高い場合には、異物のサイズが小さくても、異物の周囲に発生している局部磁界および磁束を検出するものであることから、周辺の複数のセンサが検出することにより、ディスプレイに表示される色分け表示（輝度表示）が実際の異物の大きさよりも大きくすなわち広い面積の多数の表示点において表示されるため、異物の有無を検出すればいい場合は問題無いが、混入している異物の位置を精確に把握したい場合には、図１７（ｂ）においては、３４個のセンサに対応する３４個のセグメントである表示点において、色分け表示が示されるので、異物の位置が不明瞭になる場合がある。
これを避けるために図１８に示されるようにステップＳ７において、必要に応じて検出した磁気信号に対して、後述する強調演算処理を施すことにより、最も強い信号あるいはそのグループを際立たせて、異物の概略の２次元的位置を表示することが可能になる。

検出した磁気信号を前出の絶対値処理のように２乗することにより、図１８（ｂ）に示されるように低レベルの信号をより小さく、高レベルの信号をより大きくすることが出来るが、必要に応じて例えば３乗、４乗の演算を行うことも可能である。また検出した磁気信号に対して非線形演算処理を施すことにより、高レベルの信号をより大きくすることも可能である。さらに検出した磁気信号のレベル分けのステップを不等間隔にすることにより、低レベルに対してはステップを低く、高レベルに対してはステップをより高くすることも可能である。

また、前記表示画面３０において、最高輝度（最高信号レベル）の表示点が複数の場合には、輝度重心点を求めることにより、異物の概略位置を絞り込んで表示画面３０の該当の表示点において、表示することも可能である。図１８（ｄ）は、強調処理として輝度重心点を求めた場合の結果の一例であり、第５段階の赤は「Ｒ」で２個、第４段階の青は「Ｂ」で２個の合計４個の表示点に絞られ表示されるもので、異物の位置が明確になったことを示している。

上記構成より成る第５実施例の異物検出装置は、見落としのない高感度な微小磁石体の検出を可能にし、前記表示装置３の表示画面の色分け表示により架台Ｔ上に載置された梱包体と内包された微小磁石体の異物の有無を報知し、前記架台Ｔ上の微小磁石体の位置および姿勢に応じた表示を可能にするとともに、検査対象物である梱包体または包装物を搬送手段により移動させること無く、架台Ｔ上に載置して検査できるため、検査装置をシンプル且つコンパクトにまとめることが出来るとともに、複数の梱包体を同時に検出することが可能であるという効果を奏する。

第６実施例の開磁路型のフラックスゲート磁気センサは、本発明をフラックスゲート磁気センサに適用したものであり、図２７および図２８に示されるようにアモルファスワイヤを感磁体として、これに検出コイルＣ６を巻回した直交フラックスゲート磁気検出素子によって構成されるものである。

フラックスゲート磁気検出素子は、一例として長さ６ｍｍのセラミックス基板６Ｂの長手方向に感磁体として２本のアモルファスワイヤＡＷ１、ＡＷ２を平行に配設して、その上からコイルＣ６を巻回し、コイルＣ６の直径はもっとも大きなところで１．６ｍｍであった。

上記２本のアモルファスワイヤＡＷ１、ＡＷ２と同様の２本のアモルファスワイヤＡＷ３、ＡＷ４（図示せず）を、異なる角度例えば互いに直角に配設された第２の基板６Ｂ２（図示せず）の上に長手方向に配設するものである。
したがってフラックスゲート磁気検出素子の寸法は、長さが６ｍｍ、直径が最大１．６ｍｍであり、同一の構成の磁気インピーダンス素子とほぼ同程度の小型で製作できる。

なお、前記アモルファスワイヤＡＷ１、ＡＷ２は、２本とも磁気回路的には両端が空中に開放されており、いわゆる直交型（開磁路型）であり、該フラックスゲート磁気検出素子を構成するアモルファスワイヤＡＷ１、ＡＷ２の一端は外部と電気的接続のための電極ａ、ｂが設けてあり、もう一方の端は２つのアモルファスワイヤＡＷ１、ＡＷ２を電極ｄにより電気的接続されている。

図２８は、その信号処理回路を構成する電気回路であり、所定の周波数および電圧の発振回路ＯＳＣと、該発振回路ＯＳＣに一端が接続されるとともに他端が設置された直流電圧源Ｅおよび抵抗器Ｒ１を、直列にアモルファスワイヤＡＷ１の一端に前記電極ａを介して接続し、所定の交流励磁およびバイアス励磁を行うように構成されている。

前記検出コイルＣ６の出力端子には、検出した外部磁場の大きさに対応する交流電圧が出力され、コンデンサＣ１６の一端に接続され、他端を介して増幅器Ａ１の入力端に接続され、該増幅器Ａ１により所定のレベルに増幅された出力は、位相調整回路ＰＫから出力された前記発振回路ＯＳＣの交流電圧を参照信号として同期検波回路ＤＫによって同期検波されて、磁気信号に対応する電圧に変換されるように構成されている。

この同期検波回路ＤＫの出力は、増幅器Ａ２と、前記同期検波回路ＤＫの出力端子および前記増幅器Ａ２の入力端子に接続された抵抗器Ｒ３６と、前記増幅器Ａ２の入力端子と出力端子に接続されたコンデンサＣ２６とからなる積分回路ＩＫを介して、その出力は抵抗器Ｒ２６を通じて前記検出コイルＣ６に接続され、負帰還されるように構成されている。
これによりゼロ位法によってオフセットがなくなるため、安定で線形性のよいフラックスゲートセンサとして動作するものであり、出力は前記積分回路ＩＫの出力を出力端子Ｐから得ることができるように構成されている。

上記構成より成る第６実施例の直交型（開磁路型）のフラックスゲート磁気センサは、異なる角度で配設された基板６Ｂ上に、２本ずつの配設された２組（４個）のアモルファスワイヤＡＷ１〜ＡＷ４によって検出された微小磁石体の局部磁界に対応する交流電圧を前記信号処理回路によって信号処理して、出力端子より出力するので、上述の実施例と同様に２乗演算器により２乗値を求め、次に加算器によりその和を求めて、ルート演算器により平方根を求めることにより、それぞれ磁場成分ｍｓを求めるので、見落としの無い高精度の微小磁石体の有無を検出することを実現するという効果を奏する。

上述の実施例の磁気インピーダンスセンサに置き換えて、本第６実施例の開磁路型のフラックスゲート磁気センサの性能を確かめたところ、前記図１（ｂ）および図２（ｂ）と類似の結果（波形）を得ることが出来た。
また、上記第６実施例において、前記積分回路ＩＫおよび負帰還回路Ｒ２６を省略すれば、前記同期検波回路ＰＫの出力を、磁気信号の出力とすることが出来るが、電気回路の製作費を低コスト化することが可能であり、ゼロ点ドリフトが目立つことになる場合があり得る。本第６実施例においては、１個のフラックスゲート磁気センサにおいて、感磁体として２本のアモルファスワイヤＡＷ１、ＡＷ２を用いる例について説明したが、コストダウンのために１本のアモルファスワイヤに減らしたり、逆に３本以上のアモルファスワイヤを利用し、さらに感度を高めることも可能であるが、上述の磁気インピーダンスセンサにおいても同様である。

上述の実施形態および実施例は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することが出来る本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

例えば、感磁体を備えた磁気センサを少なくとも２個用いて、それぞれの最大感度方向を互いに異なる方向に配設して所定の領域を計測する微小磁石体検知センサを採用可能であり、任意の方向を向いている微小磁石体の磁界を、前記複数の異なる感度軸成分として検出する第１の態様が採用可能であり、微小磁石体と磁気センサの感磁体との相対的な信号や向きに依存しないで死角を生ずることなく検出することができ、見落としのない高精度な微小磁石体の検出を可能にするものである。

上記第１の態様において、複数個のセンサの隣り合うセンサとの最大感度方向を少なくとも３０度以上異なった状態で配設する第２の態様が採用可能であり、一方のセンサが微小磁石体との相対角度θが９０度の場合は、出力が零になるような場合でも、他方のセンサは、３０度以上角度が異なるので、微小磁石体との相対角度θが６０度以下になり、微小磁石体の局部磁界の少なくとも約２分の１の検出出力を得ることができるので、実用的である。

上記第１の態様において、２つの感磁体を備えた磁気センサの最大感度方向が互いに成す角度が略９０度（略２次元）の方向に配設された第３の態様の微小磁石体検出センサが採用可能であり、一方のセンサが微小磁石体との相対角度θが９０度で出力零の場合でも、他方のセンサは、９０度角度が異なるので、微小磁石体との相対角度θが０度になるため、微小磁石体の１００％の局部磁界を検出することが出来るものである。

上記第１の態様において、３つの感磁体を備える磁気センサの最大感度方向が互いに成す角度が略９０度で略３次元方向に配設された第４の態様の微小磁石体検出センサが採用可能であり、微小磁石体が３次元空間の任意の姿勢であったとしても、３次元における３つの感度軸成分を検出することができるので、死角のない磁気計測を可能にするものである。

複数の各感磁体または磁気センサのそれぞれの信号を共に用いて信号処理して磁気信号を得る第５の態様の微小磁石体検出センサが採用可能であり、見落としのない高感度で高精度の微小磁石体の検出を可能にするものである。

アモルファスワイヤまたはアモルファスリボンからなる磁気コアを感磁体とする第６の態様の磁気センサが採用可能であり、高感度の微小磁石体の検出を可能にするものである。

検出対象の微小磁石体が搬送され通過する領域を監視するために、前記搬送路の路幅を横断して磁気センサを複数個配設する第７の態様の微小磁石体検出装置が採用可能であり、搬送された梱包物内に内包された微小磁石体の異物検出を可能にするものである。

検出対象の微小磁石体が存在する領域を監視するために磁気センサを複数個略２次元的に配置する第８の態様の微小磁石体検出装置が採用可能であり、監視領域に載置された梱包された商品に内包された微小磁石体の異物検出を可能にするものである。

検出対象の微小磁石体を内包または混入している梱包体が、たとえばベルトコンベア１Ｂにより通過するのをベルトコンベア１Ｂの全幅にわたって監視するための技術であり、複数の感磁体を複数方向に配設した磁気センサを、磁気センサユニットを複数個用いる第９の態様は、個々の検出する領域が互いに一部重複するように前記ベルトコンベアの幅を横断して配設することで、見落としのない微小磁石体検出装置を実現するものである。

また、検出対象の微小磁石体を内包または混入している梱包体が、存在する領域を監視するために、複数の感磁体を複数方向に配設した磁気センサユニットを複数個用いて、これを略２次元的に配置する第１０の態様は、梱包体を移動させることなく前記監視領域において載置された状態において、微小磁石体の存在を検出する異物検出装置を実現することもできる。
本発明の第１１の態様の異物検出装置は、アモルファス材料の感磁体にパルス電流または交流電流が通電された場合に、前記感磁体の周辺に位置する磁石化している微小磁性体が発生する局部磁界に対応する電圧を出力する磁気検出素子と、前記電圧を信号処理して出力信号を出力する信号処理装置と、該信号処理装置の出力信号に基づき表示部に表示を行う表示装置とから成り、前記磁気検出素子が、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるようにある面に配設された少なくとも２個の感磁体より成り、同一平面における検出領域内において間隔を置いて多数配設されるとともに、前記検出領域内に載置された検査対象物内に磁石化した微小磁性体の異物が混入されている場合には、該微小磁性体の局部磁界を検出した前記磁気検出素子が出力する前記電圧に基づき前記信号処理装置が信号処理することにより、前記微小磁性体が発する局部磁界の大きさ（例えば、感磁体が２個の場合は、２個の感磁体の感磁軸を含む平面に沿う成分、互いに直交する３個の感磁体を使う場合は、全磁力成分）を求め、前記表示装置が前記表示部において前記検出領域内において載置された前記検査対象物内に混入されている前記微小磁性体の異物を表示するように構成されているものである。

上述の第５実施例において、分割レベルの調整をソフトウエアで実行する例について説明したが、本発明としてはそれに限定されるものではなく、レベル変更の方法および分割レベルの調整をアナログ電気回路を用いて行う変形例を採用することが可能であり、図２２を用いて以下に説明する。

図２２において磁気センサユニットｕ１１〜ｕｍｎは、検出信号であるアナログ信号電圧を出力するものであり、アナログ電圧を切り替えて伝達するアナログスイッチであるマルチプレクサＭによって順次絶対値回路Ａｂｓに伝達される。この切換えタイミングは、たとえば１ｍｓである。本変形例におけるセンサユニットの数は例えば縦１８個、横３２個の合計５７６個であるので約５７６ｍｓ毎に周回することになる。

前記絶対値回路Ａｂｓは、正の入力電圧も負の入力電圧もすべて正の電圧として出力する機能を持つＩＣである。上述の様に検出した磁界が正であっても負であってもその信号の絶対値が大きければ異物が大きいということになるので、それに対応させるものである。かくして正の信号電圧は、演算増幅器ＯＰ１〜ＯＰ４からなる4個のアナログコンパレータの正極性の入力端子に並列に接続される。演算増幅器ＯＰ１〜ＯＰ４の負極性の入力端子は、それぞれ電源とグランドに接続された半固定可変抵抗器ＶＲ１〜ＶＲ４の摺動電極によって、互いに異なる所定の電圧Ｖ１〜Ｖ４に設定された参照電圧が入力されている。

この代表的に図２２において示した４個のコンパレータ回路ＯＰ１〜ＯＰ４は、絶対値回路から出力された電圧ＶＡｂｓとそれぞれの参照電圧Ｖ１〜Ｖ４とを比較し、０ボルト〜Ｖ１ボルト、Ｖ１〜Ｖ２ボルト、Ｖ２〜Ｖ３ボルト、Ｖ３〜Ｖ４ボルト、Ｖ４ボルト以上の５段階のレベルに分ける。
なお、予め使用において必要と思われる最大数のコンパレータ例えば２０個をスイッチ要素を介して前記絶対値回路Ａｂｓの出力端子に接続し、例えば８個のコンパレータを使う場合は、８個のスイッチ要素をオンにする態様か、前記スイッチ要素を介挿しないで全てのコンパレータを絶対値回路に予め接続しておき、例えば５個のコンパレータを使う場合は、５個のコンパレータの基準電圧を設定し、その他のコンパレータは最大値に設定して、動作しないようにする態様を採用することが出来る。

すなわち各コンパレータ回路ＯＰ１〜ＯＰ４は、絶対値回路から出力された電圧ＶＡｂｓがそれぞれの参照電圧よりも低ければ０ボルトを出力し、それぞれの参照信号よりも高くなれば正の５ボルトの電圧を出力する。

各４つのコンパレータの出力端は、それぞれ入力抵抗Ｒ１〜Ｒ４を持つ加算回路ＯＰ１１に接続される。前記入力抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、ともに同じ抵抗値であり、たとえば５０ｋΩ、帰還抵抗Ｒ５はＲ１〜Ｒ４の１／５の値でたとえば１０ｋΩである。

したがって入力抵抗Ｒ１〜Ｒ４のいずれの入力端子から信号が入力されても前記加算回路の出力端子における加算係数は−１／５である。ここで「−」すなわち負の符号が付くのは負極性の入力端子に接続されるからである。

また加算回路ＯＰ１１の出力端子に接続されるＯＰ１２と抵抗Ｒ１１とＲ１２からなる符号反転回路の係数は−１である。

したがって、前記絶対値回路の出力信号ＶＡｂｓすなわち前記4個のコンパレータの入力電圧が、前記参照電圧Ｖ１よりも低いときはすべてのコンパレータの出力は０ボルトであり、符号反転回路の出力Ｖｔも０ボルトである。ＶＡｂｓがＶ１を超えてＶ２よりも低いときはＯＰ１からなるコンパレータの出力のみが５ボルトを出力する。このとき符号反転回路の出力端子の電圧Ｖｔは１ボルトを出力する。

そしてＶＡｂｓがＶ４ボルトを超えると、すべてのコンパレータの出力が５ボルトになるので、符号反転回路の出力はＶｔは４ボルトになる。
すなわち前記ＶＡｂｓが０ボルト〜Ｖ１ボルトのときはＶｔは０ボルト、Ｖ１〜Ｖ２ボルトのときは１ボルト、Ｖ２〜Ｖ３ボルトのときは２ボルト、Ｖ３〜Ｖ４ボルトのときは３ボルト、Ｖ４ボルト以上のときは４ボルトである。

すなわち前記絶対値回路の出力、すなわち前記センサユニットｕ１１〜ｕｍｎの磁気信号がレベル分けされて、符号反転回路の出力電圧Ｖｔとして５段階の信号電圧として出力されることになる。ここにおいて前記ＶＲ１〜ＶＲ４は固定可変抵抗器であるから、必要に応じて任意に調整することができるのである。

なお前記符号反転回路の出力端子は、図示していないコンピュータのアナログ入力端子に接続される。コンピュータは、入力された電圧Ｖｔに対応して、０ボルトは黒、１ボルトは灰色、２ボルトは白、３ボルトは黄、４ボルトは赤の5段階のカラー選択をして、前記５７６個の2次元セグメントに対応して色分け表示を行うものである。

また上述の第５実施例におけるセンサユニットｕ１１〜ｕｍｎの配列は、縦横が一直線上かつ等間隔に並べるものであるが、それに限らず、部分的に配置の密度を高くしたり低くしたりする変形例を採用することもできる。

また前記外部コンピュータによる信号処理について、本第５実施例においては、各センサユニットごとの全磁力信号をひとつずつ独立して色分け表示または濃淡表示したが、隣り合うあるいは近傍の複数のセンサユニットの信号を含めてフィルタ、平均化や信号強調などの信号処理をして、より精度の高い異物検知装置を実現する変形例を採用することも可能である。

上述の第５実施例においては、センサユニットｕ１１〜ｕｍｎの矩形パッケージ内の略同一平面において２個の感磁体１１および１２を、その一端の間に一定の間隔を置いてＬ字状に配置する例について説明したが、本発明としてはそれに限定されるものではなく、図１９（ａ）ないし（ｃ）に示されるようにパッケージ内の上下に間隔をおいた２個の水平面の一方の水平面にＴ字状または十字状の横方向に延在する横棒部１Ｔを配置するとともに、他方の水平面に縦方向に延在する縦棒部１Ｌを配置することにより、２個の感磁体を積層配置して、感磁体１Ｌの感磁軸またはその延長線が他方の感磁体１Ｔに接触または衝突することが無いように配置することにより、微小磁性体が発生して前記矩形パッケージを通過する磁束および磁界局部をより有効に捕捉して検知することが出来るようにすることも可能である。上方に配置される一方の感磁体１Ｔは、パッケージの上面または上面に近い部位に配設し、他方の感磁体１Ｌは、パッケージの下面または下面の近い部位に配設する態様も採用可能である。

また、センサユニットの矩形または円形パッケージ内の同一平面において、図１９（ｄ）に示されるように３個の感磁体１１、１２、１３を略Ｙ字状に１２０度の角度間隔で配置するとともに、３個の感磁体の一端が集中する中央部には間隔を保持して、各感磁体１１の感磁軸またはその延長線が、その他の感磁体に接触または衝突することが無いように配置することにより、仮に１個の感磁体の出力が０またはそれに近い場合でも、残り２個の感磁体の出力に基づき検知することが出来るので、同一平面における互いの感磁体の磁気的干渉を有効に回避して、微小磁性体が発生して、前記パッケージを通過する磁束および局部磁界をより有効に捕捉して検知することが出来るようにする変形例を採用することも可能である。

さらに図１９（ｅ）は、センサユニットの矩形または円形パッケージ内の上下方向の異なる水平面に配置した３個の感磁体が互いに１２０度の相対角になるように積層配置することにより、平面積の小さなパッケージ内に３個の感磁体１１、１２、１３を積層配置したものであるが、この配置とした場合には、漏れのない検出が可能になるピッチの短いセンサのパッケージの配置とすることが可能になるとともに、感磁体の互いの磁気的干渉を有効に回避して、微小磁性体が発生する前記パッケージを通過する磁束および局部磁界をより有効に捕捉して検知することが出来るようにするとともに、３個の感磁体による高感度な局部磁界検出を可能にする変形例として採用することが可能になる。

また微小磁性体が発生する磁束の方向が特定されているような場合には、図２０（ａ）に示されるように磁束が集中する磁軸方向に複数の感磁体１１〜１４の各一端を指向させると、感磁体１１〜１４の数が多いほど信号を集めることが出来る（加算）ので高感度化することができるが、図２０（ｂ）に示されるように磁軸に対して直交する方向すなわち微小磁性体および発生する磁束が水平になると磁束と感磁体１１〜１４の感度軸が直角近くになるため、感度が下がることになる。結局図２０（ｃ）ないし（ｅ）に示されるように３個の感磁体１１〜１３がｘ、ｙ、ｚ方向の３次元配置されている場合は、３個の感磁体１１〜１３が万偏に磁界を検知するので、その場の全磁力をまたはそれに近い計測が可能になるということが出来る。

また３個の感磁体１１〜１３の３次元の配置においては、その場の全磁力の計測が可能になるので、これで微小磁性体の検出における見落としはなくなるが、図２０（ｃ）に示されるように３個の感磁体１１〜１３が立方体のパッケージの１つの頂点につながる３つの稜線に沿って配設される感磁軸およびその延長線の一端を前記頂点に集中的に集める配置の場合は上述と同じ特徴であり、そのコーナー部の延長線方向から微小磁性体からの磁束が来るときは図２０（ａ）と同様に高感度になるが磁束がどの方向から来るかわからない一般的な場合には立方体のパッケージの離れた稜線に沿うように３個の磁性体１１〜１３が配置されているすなわち１つの稜線を介して隣り合う稜線に沿って２個の感磁体１１、１２が配設され、感磁体１１、１２の長手方向の中点から引いた重線の交点に感磁体１３を感磁体１１が配設された稜線と垂直な稜線に平行になるように配設されている図２０（ｄ）および図２０（ｅ）に示されるセンサと同じ傾向の感度を呈する。

図２０（ｄ）および図２０（ｅ）に示されるセンサは、感磁体相互の磁気的干渉を避けるため感磁体１１〜１３の感磁軸またはその延長線が他の感磁体に接触または衝突しないようにするために一定の距離離したもので、感磁体１１および１２の長手方向の中点から引いた垂線の投影面における交点に垂直に配置して、感磁軸１１および１２によって磁性体の局部磁界が０またはそれに近い場合でも、感磁体１３によって磁性体の局部磁界を検出できるようにした態様である。

任意の地点における任意の方向を向いた磁界Ｈは、３次元方向ｘ、ｙ、ｚの３つの方向成分の合成で表すことができるので、図２１（ａ）に示されるように磁気ヘッドの３つの感磁体１１〜１３の感度軸をそれぞれ３つの方向に配設して計測した信号Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚを用いて、上記図２１（ａ）に示した演算を行うことによりセンサが置かれている場所における磁界Ｈを検出することができる。

すなわち図２１（ｂ）に示されるように微小磁石体からの磁界Ｈがいかなる方向を向いていても、上記磁気ヘッド内に３次元配置された３つの感磁体１１、１２、１３を用いることにより、微小磁性体の局部磁界の死角のない磁気計測が可能になるのである。

上述した異物検出装置において、梱包体に内包される微小磁石体すなわち異物検知を行う例について説明したが、本発明の他の応用として３次元方向の磁気センサを磁気センサユニットとして、これを複数使用して柔軟性のあるシート例えば天然繊維の布あるいは化学繊維の布に２次元的に配設して、このシートによって、図２３に示されるように例えば仰向けに寝ている人体の上面を覆うように密着させることにより、人体の筋収縮や神経活動の際に生じる活動電流により発生する磁界や、脳や消化器に取り込まれた残留磁性物質（磁石）が作る磁場を計測することによって生体磁気現象を計測する生体磁気計測を行うことも可能である。
なお前記のシートを用いることなく、センサユニットを人体の一部である特定の部位またはおよび不特定な部位に密着させてもよい。

上述の第５実施例の異物検出装置において、一例として図１７（ｂ）において梱包体中に内包された異物に対応して表示装置の表示画面の基盤目状のセグメント内を、色分け、濃淡表示、明暗表示する例について説明したが、それ以外にも図１７（ｃ）に示されるように表示画面３０上に規則的な頂面が小円の前記表示点を構成する点灯体を多数配置して、梱包物中に内包された異物に対応する点灯体が「赤」、「青」、「緑」の文字による点灯色で点灯することにより、頂面の点灯円の直径が大きくなり、色分けで点灯する態様を採用することが可能である。
また上述においては、磁石体または磁石化した磁性体の局部磁界の検出に適用する態様について説明したが、本発明はそれ以外にも磁化した磁性体の局部磁界の検出にも適用する態様も採用することが出来るものである。

上述の第５実施例の異物検出装置において、一例として矩形の基板およびパッケージ内に２個の感磁体を配置する例について説明したが、それ以外にも円形または五角形、八角形などの多角形の基板およびパッケージ内に少なくとも２個の感磁体を配置する態様を採用することが出来る。

以上の実施例の説明は、主として磁気インピーダンス素子を用いた例により説明したが、一例を示した開磁路型の直交フラックスゲート型検出素子を用いても、磁気インピーダンス素子と同様に小型化可能であって、かつ感磁体の軸方向に対し極めて高感度な磁気検出性能を得られるので、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるように少なくとも２個の感磁体を配設することにより、姿勢が不特定な状態で混入している微小磁性体の異物検出に対して検出漏れのない微小磁性体検出センサ及び異物検出装置の提供を可能とすることが出来る。
また、図２５（ｃ）に示されるようにアモルファスワイヤを縦長のロの字状に形成したコア１０の両側の上下延在部に励磁コイル１０Ｒをそれぞれ巻装するとともに、前記上下延在部を包囲するように検知コイル１０Ｃ´を巻装した閉磁路型の平行フラックスゲート型検出素子において、前記励磁コイル１０Ｒに交流電流を通電して、局部磁界に対応する電圧を検知コイルによって検出して、信号処理回路によって局部磁界に対応する信号を出力する変形例も採用することが可能である。

包装品、梱包体中に混入している微小磁性体の異物検知、書類中の微小磁性体または磁性インクの検出、フィルム中の鉄粉検出、移動体中の鉄粉検出、磁気パターン計測への応用、生体磁気現象の計測などの用途に好適である。

１ 磁気インピーダンス素子
２ 信号処理装置
３ 表示装置
１０、１１、１２、１３ 感磁体
１Ｂ ベルトコンベア
２０ 信号処理回路
２１ ２乗演算器
２２ 加算回路
２３ ルート演算器
２４ Ａ／Ｄ変換器
２５ マイクロプロセッサ
Ｐ パッケージ

Claims (9)

1. アモルファス材料の感磁体にパルス電流または交流電流が通電された場合に、前記感磁体の周辺に位置する磁石化している微小磁性体が発生する局部磁界に対応する電圧を出力する磁気検出素子と、
   前記電圧を信号処理して出力信号を出力する信号処理装置とから成り、
   前記磁気検出素子が、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるように配設された少なくとも２個の感磁体より成ることを特徴とする微小磁性体検出センサ。
2. 前記請求項１において、
   前記少なくとも２個の感磁体が、２次元的に配設されていることを特徴とする微小磁性体検出センサ。
3. 前記請求項１において、
   少なくとも３個の感磁体が、空間において３次元的に磁気的に干渉しないように配設されていることを特徴とする微小磁性体検出センサ。
4. 前記請求項２において、
   微小磁性体の局部磁界を検出する２個の感磁体が、矩形の基板の隣り合う２辺の端部に沿って接触しないように直交関係に配設され、
   前記２個の感磁体に接続され、パルス電流または交流電流を通電する駆動回路が前記基板に配設されるとともに、
   前記２個の感磁体に接続され、前記２個の感磁体によって検出された前記微小磁性体の局部磁界に基づく電圧を信号処理する信号処理装置が前記基板に配設されていることを特徴とする微小磁性体検出センサ。
5. 前記請求項３において、
   微小磁性体の局部磁界を検出する３個の感磁体が、互いの感度軸が成す角度が略直角になる３次元方向に配設され、
   前記３個の感磁体に接続された前記信号処理装置が、前記３個の感磁体の出力信号に基づき前記微小磁性体が発する局部磁界の全磁力信号成分を求めることを特徴とする微小磁性体検出センサ。
6. 前記請求項１において、
   前記少なくとも２個の感磁体が、前記一つの感磁体の前記感度軸の延長線が、残りの感磁体に接触しないように配置されていることを特徴とする微小磁性体検出センサ。
7. 前記磁気検出素子として、磁気インピーダンス素子または直交フラックスゲート型検出素子を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の微小磁性体検出センサ。
8. アモルファス材料の感磁体にパルス電流または交流電流が通電された場合に、前記感磁体の周辺に位置する磁石化している微小磁性体が発生する局部磁界に対応する電圧を出力する磁気検出素子と、
   前記電圧を信号処理して出力信号を出力する信号処理装置と、
   該信号処理装置の出力信号に基づき表示部に表示を行う表示装置とから成り、
   前記磁気検出素子が、最大感度方向である感度軸が互いに異なる方向になるようにある面に配設された少なくとも２個の感磁体より成り、同一平面における検出領域内において間隔を置いて多数配設されるとともに、
   前記検出領域内に載置された検査対象物内に磁石化した微小磁性体の異物が混入されている場合には、該微小磁性体の局部磁界を検出した前記磁気検出素子が出力する前記電圧に基づき前記信号処理装置が信号処理することにより、前記微小磁性体が発する局部磁界の大きさを求め、前記表示装置が前記表示部において前記検出領域内において載置された前記検査対象物内に混入されている前記微小磁性体の異物を表示するように構成されていることを特徴とする異物検出装置。
9. 前記磁気検出素子として磁気インピーダンス素子または直交フラックスゲート型検出素子を用いることを特徴とする請求項８に記載の異物検出装置。

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