JP2023050662A - 勾配磁界センサ、及び磁性物検出装置 - Google Patents

勾配磁界センサ、及び磁性物検出装置 Download PDF

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Atsushi Matsuda
洋介 長久保
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Abstract

Figure 2023050662000001
【課題】不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、着磁された異物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる勾配磁界センサを提供する。
【解決手段】直線形状の部分を有する第１磁気コアと、直線形状の部分を有する第２磁気コアと、前記第１磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されているＮ個の第１コイルと、前記第２磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されているＮ個の第２コイルと、前記第１磁気コアと前記第２磁気コアとが設けられる本体部と、を備え、前記Ｎ個の第１コイルのうち前記第１磁気コアの先端側からｎ番目の第１コイルは、前記Ｎ個の第２コイルのうち前記第２磁気コアの先端側からｎ番目の第２コイルと差動接続され、Ｎは、２以上の整数であり、ｎは、１以上Ｎ以下の範囲内の整数である、勾配磁界センサ。
【選択図】図２

Description

本発明は、勾配磁界センサ、及び磁性物検出装置に関する。
２つの異なる地点それぞれにおける磁界の強さの勾配を検出する勾配磁界センサについての研究、開発が行われている。ここで、当該勾配は、当該２つの異なる地点それぞれにおける磁界の強さの差分のことである。
勾配磁界センサは、２つの異なる地点それぞれにおける磁界の強さを検出するため、２つのセンサヘッドを備える。勾配磁界センサでは、これら２つのセンサヘッドのうちの一方が、これら２つの異なる地点のうちの一方における磁界の強さを検出する。また、勾配磁界センサでは、これら２つのセンサヘッドのうちの他方が、これら２つの異なる地点のうちの他方における磁界の強さを検出する。そして、勾配磁界センサは、これら２つのセンサヘッドから出力される信号に応じて、これら２つの異なる地点における磁界の強さの勾配を検出する。これら２つの異なる地点における磁界の強さの勾配は、磁界を変化させることが可能な物体（例えば、磁性体等）の有無によって変化する。これを利用し、勾配磁界センサは、このような物体を検出対象物とし、検出対象物を検出することができる。
しかしながら、勾配磁界センサが備える２つのセンサヘッドのそれぞれには、不感帯が存在し、検出対象物を検出することができないことがあった。
これに関し、直線形状を含む磁性体で形成され、且つ、当該磁性体に励磁用の交流電流及び直流電流が通電される第１磁気コアに、磁性体における直線形状の一部に磁気結合する第１検出コイルを配設して形成される第１センサヘッドと、直線形状を含む磁性体で形成され、且つ、当該磁性体に第１磁気コアに通電される励磁用の交流電流及び直流電流と共通の電流が通電され、第１磁気コアに対向して平行に配設される第２磁気コアに、磁性体における直線形状の一部であって第１検出コイルとは回転対称位置に差動結合で磁気結合する第２検出コイルを配設して形成される第２センサヘッドと、第１及び第２の各センサヘッドから出力される検出電圧に基づいて、勾配磁界を出力するセンサ回路とを備える勾配磁界センサが知られている（特許文献１参照）。
特開２０２０－１６５７１６号公報
ここで、特許文献１に記載された勾配磁界センサでは、第２検出コイルが第１検出コイルと回転対称位置に差動結合されるため、検出信号の波形は、検出対象物が磁気コアの長手方向の中心付近を通過した場合、２つの類似の山型のピークを有する双峰性の波形となる。しかしながら、当該勾配磁界センサでは、検出信号は、当該場合、第１検出コイルから出力される電圧の極性と、第２検出コイルから出力される電圧の極性とが同じ極性であるため、第１検出コイルと第２検出コイルとの差動結合の結果として、波高値が小さくなってしまうことがあった。更に、当該勾配磁界センサでは、検出信号の波形は、検出対象物が磁気コアの先端付近を通過した場合、極性及び大きさが異なる波高を有する単峰性の波形となってしまうことがあった。このように、当該勾配磁界センサでは、検出対象物の通過位置に応じて検出信号の波形が異なってしまうことがあった。これは、検出対象物の通過位置に応じて当該勾配磁界センサの感度が変わってしまうことを意味し、望ましいことではない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、検出対象物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる勾配磁界センサ、及び磁性物検出装置を提供することを課題とする。
本発明の一態様は、直線形状の部分を有する第１磁気コアと、直線形状の部分を有する第２磁気コアと、前記第１磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されているＮ個の第１コイルと、前記第２磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されているＮ個の第２コイルと、前記第１磁気コアと前記第２磁気コアとが設けられる本体部と、を備え、前記Ｎ個の第１コイルのうち前記第１磁気コアの先端側からｎ番目の第１コイルは、前記Ｎ個の第２コイルのうち前記第２磁気コアの先端側からｎ番目の第２コイルと差動接続され、Ｎは、２以上の整数であり、ｎは、１以上Ｎ以下の範囲内の整数である、勾配磁界センサである。
本発明によれば、不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、検出対象物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる。
磁性物検出装置１の構成の一例を示す図である。 勾配磁界センサ１２の回路構成の一例を示す図である。 検出回路ＤＴ１の構成の一例を示す図である。なお、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のうちの一部又は全部は、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、互いに異なる構成であってもよい。 信号処理部ＰＲの回路構成の一例を示す図である。 第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２のより詳細な構成の一例を示す図である。 勾配磁界センサ１２に対する検出対象物の相対的な位置を変化させながら、検出コイルＣＬ２ｎと差動接続された検出コイルＣＬ１ｎから出力される差動信号の電圧をプロットしたグラフの一例を示す図である。 勾配磁界センサ１２に対する検出対象物の相対的な位置を変化させながら、演算部Ｏ６から出力される検出信号の電圧をプロットしたグラフの一例を示す図である。 実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａの構成の一例を示す図である。 一様勾配磁界が印加された領域内に配置された勾配磁界センサ１２Ａにより直交方向に移動する所定の磁気モーメントが検出された場合において検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の一例を示す図である。 一様勾配磁界が印加された領域内に勾配磁界センサ１２Ａが配置されている場合において検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の他の例を示す図である。 一様勾配磁界が印加された領域内に勾配磁界センサ１２Ａが配置されている場合において検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の更に他の例を示す図である。 勾配磁界センサ１２Ｂの回路構成の一例を示す図である。
＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
＜磁性物検出装置の概要＞
まず、本実施形態に係る磁性物検出装置の概要について説明する。
実施形態に係る磁性物検出装置は、実施形態に係る勾配磁界センサを備える。実施形態に係る勾配磁界センサは、第１磁気コアと、第２磁気コアと、Ｎ個の第１コイルと、Ｎ個の第２コイルと、本体部を備える。第１磁気コアは、直線形状の部分を有する。第２磁気コアは、直線形状の部分を有する。Ｎ個の第１コイルは、第１磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されている。Ｎ個の第２コイルは、第２磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されている。本体部は、第１磁気コアと第２磁気コアとが設けられる。そして、Ｎ個の第１コイルのうち第１磁気コアの先端側からｎ番目の第１コイルは、Ｎ個の第２コイルのうち第２磁気コアの先端側からｎ番目の第２コイルと差動接続される。ただし、Ｎは、２以上の整数である。そして、ｎは、１以上Ｎ以下の範囲内の整数である。
これにより、実施形態に係る勾配磁界センサ、及び実施形態に係る磁性物検出装置は、不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、検出対象物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる。
以下では、実施形態に係る磁性物検出装置と、実施形態に係る勾配磁界センサとのそれぞれの構成について、詳しく説明する。
＜磁性物検出装置の構成＞
以下、磁性物検出装置の一例として磁性物検出装置１を例に挙げて、実施形態に係る磁性物検出装置の構成について説明する。ここで、実施形態では、直流電力に応じた電気信号、又は交流電力に応じた電気信号を伝送する導体のことを、伝送路と称して説明する。伝送路は、例えば、基板上にプリントされた導体であってもよく、導体が線状に形成された導線であってもよく、他の導体であってもよい。また、実施形態では、電圧と称した場合、所定の基準となる電位からの電位差を意味し、基準となる電位についての図示及び説明を省略する。ここで、基準となる電位は、如何なる電位であってもよい。実施形態では、一例として、基準となる電位がグラウンド電位である場合について説明する。また、実施形態では、グラウンドと称した場合、同一のグラウンドを示す。また、本明細書において、各回路図のコイルが有する２つの端子のうちドットが付されている方の端子を、ホット側の端子と称して説明する。また、本明細書において、各回路図のコイルが有する２つの端子のうちドットが付されていない方の端子を、コールド側の端子と称して説明する。
図１は、磁性物検出装置１の構成の一例を示す図である。
磁性物検出装置１は、検出対象物を磁界により検出する装置である。検出対象物は、磁界を変化させることが可能な物体のことである。検出対象物は、例えば、磁性体等のことである。
磁性物検出装置１は、例えば、枠体ＣＳと、第１ローラＲＬ１と、第２ローラＲＬ２と、着磁装置１１と、勾配磁界センサ１２と、情報処理装置２０を備える。そして、勾配磁界センサ１２は、第１センサヘッドＳ１と第２センサヘッドＳ２との２つのセンサヘッドを備える。なお、図１では、図が煩雑になるのを防ぐため、磁性物検出装置１における情報処理装置２０と他の部材とを接続するケーブルについては、省略している。また、磁性物検出装置１は、枠体ＣＳと、第１ローラＲＬ１と、第２ローラＲＬ２と、着磁装置１１と、情報処理装置２０とのうちの一部又は全部を備えない構成であってもよい。また、磁性物検出装置１は、枠体ＣＳと、第１ローラＲＬ１と、第２ローラＲＬ２と、着磁装置１１と、情報処理装置２０とのうちの一部又は全部に代えて、他の部材、他の装置等を、勾配磁界センサ１２とともに備える構成であってもよい。また、磁性物検出装置１は、枠体ＣＳと、第１ローラＲＬ１と、第２ローラＲＬ２と、着磁装置１１と、情報処理装置２０との全部に加えて、他の部材、他の装置等を、勾配磁界センサ１２とともに備える構成であってもよい。
枠体ＣＳには、磁性物検出装置１の各部材が取り付けられる。枠体ＣＳは、主として、図示しない天板と、図示しない底板と、天板と底板とを接続する複数の支柱とから構成される。図１に示した例では、枠体ＣＳの外形状は、ほぼ直方体形状である。なお、枠体ＣＳの外形状は、如何なる形状であってもよい。
枠体ＣＳの内部には、第１ローラＲＬ１と、第２ローラＲＬ２とが設けられている。
第１ローラＲＬ１は、検出対象物の付着の有無を検査される対象となるシート部材ＳＴがロール状に巻かれたローラのことである。第２ローラＲＬ２は、第１ローラＲＬ１から引き出されたシート部材ＳＴを所定の経路に沿って搬送させながら巻き取るローラのことである。第２ローラＲＬ２は、図示しないサーボモータ等により回転させられる。これにより、第２ローラＲＬ２は、第１ローラＲＬ１から引き出されたシート部材ＳＴを巻き取ることができる。すなわち、第２ローラＲＬ２は、駆動ローラである。そして、第１ローラＲＬ１は、第２ローラＲＬ２の回転に応じてシート部材ＳＴが巻き取られながら回転する受動ローラである。なお、当該サーボモータは、例えば、後述する情報処理装置２０により制御される。
シート部材ＳＴは、第１ローラＲＬ１から引き出されて第２ローラＲＬ２により巻き取られるまでの間に、着磁装置１１により発生させられた磁界の中を搬送させられる。これにより、シート部材ＳＴに付着した検出対象物は、磁化する。シート部材ＳＴは、当該磁界の中を搬送させられた後、勾配磁界センサ１２が検出対象物の有無を検出可能な所定の検出領域を搬送させられる。そして、シート部材ＳＴは、第２ローラＲＬ２に巻き付けられる。
ここで、着磁装置１１は、所定の磁化領域に所定の強さの磁界を発生させ、磁化領域内に入った磁性体を磁化する装置である。着磁装置１１については、既知の装置であるため、これ以上の詳細な説明を省略する。
勾配磁界センサ１２は、前述の検出領域における２つの異なる地点のそれぞれに配置されたセンサヘッド、すなわち、第１センサヘッドＳ１と第２センサヘッドＳ２とにより、当該２つの異なる地点における磁界の強さの勾配を検出する。これにより、勾配磁界センサ１２から出力される検出信号を取得する情報処理装置２０は、検出信号に基づいて、検出領域を搬送されたシート部材ＳＴに検出対象物が付着していたか否かを判定することができる。なお、以下では、説明の便宜上、第１センサヘッドＳ１が配置された地点と第２センサヘッドＳ２が配置された地点との２つの地点における磁界の強さの勾配を、単に勾配と称して説明する。
情報処理装置２０は、勾配磁界センサ１２と通信可能に接続される。そして、前述した通り、情報処理装置２０は、勾配磁界センサ１２から出力された検出信号に基づいて、検出領域を搬送されたシート部材ＳＴに検出対象物が付着していたか否かを判定する。
情報処理装置２０は、例えば、検出領域を搬送されたシート部材ＳＴに検出対象物が付着していたと判定した場合、前述のサーボモータを制御して第２ローラＲＬ２によるシート部材ＳＴの巻き取りを停止させるとともに、シート部材ＳＴに検出対象物が付着していたことを報知する報知処理を行う。報知処理は、例えば、情報処理装置２０のディスプレイに、シート部材ＳＴに検出対象物が付着していたことを示す情報を表示させる処理である。これにより、磁性物検出装置１のユーザは、シート部材ＳＴから検出対象物を除去すること、シート部材ＳＴを不良品として特定すること等を行うことができる。なお、報知処理は、このような表示処理に代えて、当該情報を示す音声、振動、光等を出力する処理であってもよい。
情報処理装置２０は、例えば、ノートＰＣ（Personal Computer）、タブレットＰＣ、デスクトップＰＣ、ワークステーション、多機能携帯電話端末（スマートフォン）、携帯電話端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等である。なお、情報処理装置２０は、マイコン等の他の情報処理装置であってもよい。
なお、磁性物検出装置１において、着磁装置１１と、勾配磁界センサ１２と、情報処理装置２０とのうちの一部又は全部は、一体に構成されてもよい。
また、検出対象物の付着の検査を磁性物検出装置１が行う対象は、シート部材ＳＴに代えて、検出対象物の有無の検査を行うことが可能な他の物体であってもよい。例えば、勾配磁界センサ１２を備えた磁性物探知機は、地中における磁性物の有無を検出する。この場合、当該磁性物探知機は、磁性物検出装置１の一例である。また、地中における磁性物は、当該場合における検出対象物の一例である。
＜勾配磁界センサの回路構成＞
以下、図２を参照し、勾配磁界センサ１２の回路構成について説明する。図２は、勾配磁界センサ１２の回路構成の一例を示す図である。
勾配磁界センサ１２は、交流電源接続端子ＣＴ１と、第１センサヘッドＳ１と、第２センサヘッドＳ２と、第０移相回路ＰＳ０と、交流電流制御部ＣＣ１と、検出回路ＤＴ１と、検出回路ＤＴ２と、検出回路ＤＴ３と、検出回路ＤＴ４と、信号処理部ＰＲと、検出信号出力端子ＣＴ２を備える。
第１センサヘッドＳ１は、直線形状の部分を有する第１磁気コアＣＲ１と、検出コイルＣＬ１１～検出コイルＣＬ１ＮのＮ個の検出コイルＣＬ１とを備える。そして、これらＮ個の検出コイルＣＬ１は、第１磁気コアＣＲ１が有する直線形状の部分に順に配置されている。換言すると、これらＮ個の検出コイルＣＬ１は、第１磁気コアＣＲ１が有する直線形状の部分に、第１磁気コアＣＲ１の先端側から順に巻回される。この場合、Ｎ個の検出コイルＣＬ１のそれぞれは、第１磁気コアＣＲ１と磁気結合する。そして、第１センサヘッドＳ１に磁界が印加された場合、Ｎ個の検出コイルＣＬ１のそれぞれに鎖交する磁束は、互いに等しくなる（又は、互いにほぼ等しくなる）。これは、これらＮ個の検出コイルＣＬ１のそれぞれが、磁性体である第１磁気コアＣＲ１の周りに巻回されており、且つ、磁性体の磁気抵抗が空気の磁気抵抗よりも低いためである。なお、第１磁気コアＣＲ１は、例えば、アモルファスリボン製であるが、これに限られない。また、第１磁気コアＣＲ１の直線形状の部分には、これらＮ個の検出コイルＣＬ１に加えて、１個以上の他のコイルが配置されている構成であってもよい。この場合、第１磁気コアＣＲ１の直線形状の部分において、これら１個以上の他のコイルは、Ｎ個の検出コイルＣＬ１よりも第１磁気コアＣＲ１の先端側又は第１磁気コアＣＲ１の基端側に配置される。
第２センサヘッドＳ２は、直線形状の部分を有する第２磁気コアＣＲ２と、検出コイルＣＬ２１～検出コイルＣＬ２ＮのＮ個の検出コイルＣＬ２とを備える。すなわち、第２センサヘッドＳ２は、第１センサヘッドＳ１が備える検出コイルＣＬ１の数と同じ数の検出コイルＣＬ２を備える。そして、これらＮ個の検出コイルＣＬ２は、第２磁気コアＣＲ２が有する直線形状の部分に順に配置されている。換言すると、これらＮ個の検出コイルＣＬ２は、第２磁気コアＣＲ２が有する直線形状の部分に、第２磁気コアＣＲ２の先端側から順に巻回される。この場合、Ｎ個の検出コイルＣＬ２のそれぞれは、第２磁気コアＣＲ２と磁気結合する。そして、第２センサヘッドＳ２に磁界が印加された場合、Ｎ個の検出コイルＣＬ２のそれぞれに鎖交する磁束は、互いに等しくなる（又は、互いにほぼ等しくなる）。これは、これらＮ個の検出コイルＣＬ２のそれぞれが、磁性体である第２磁気コアＣＲ２の周りに巻回されており、且つ、磁性体の磁気抵抗が空気の磁気抵抗よりも低いためである。なお、第２磁気コアＣＲ２は、例えば、アモルファスリボン製であるが、これに限られない。また、第２磁気コアＣＲ２の直線形状の部分には、これらＮ個の検出コイルＣＬ２に加えて、１個以上の他のコイルが配置されている構成であってもよい。この場合、第２磁気コアＣＲ２の直線形状の部分において、これら１個以上の他のコイルは、Ｎ個の検出コイルＣＬ２よりも第２磁気コアＣＲ２の先端側又は第２磁気コアＣＲ２の基端側に配置される。
ここで、Ｎは、２以上の整数であれば、如何なる整数であってもよい。以下では、一例として、Ｎが４である場合について説明する。この場合、第１センサヘッドＳ１は、図２に示したように、第１磁気コアＣＲ１と、検出コイルＣＬ１１～検出コイルＣＬ１４の４個の検出コイルとを備える。また、この場合、第２センサヘッドＳ２は、第２磁気コアＣＲ２と、検出コイルＣＬ２１～検出コイルＣＬ２４の４個の検出コイルとを備える。
第０移相回路ＰＳ０は、入力端子ＰＳ０１と、出力端子ＰＳ０２との２つの端子を有する。
交流電流制御部ＣＣ１は、入力端子ＣＣ１１と、入力端子ＣＣ１２と、出力端子ＣＣ１３と、出力端子ＣＣ１４を有する。また、交流電流制御部ＣＣ１は、第１移相回路ＰＳ１と、第１可変抵抗ＶＲ１１と、第１コンデンサＣ１、第２移相回路ＰＳ２と、第２可変抵抗ＶＲ１２と、第２コンデンサＣ２を備える。
検出回路ＤＴ１は、入力端子ＤＴ１１と、入力端子ＤＴ１２と、出力端子ＤＴ１３との３つの端子を有する。
検出回路ＤＴ２は、入力端子ＤＴ２１と、入力端子ＤＴ２２と、出力端子ＤＴ２３との３つの端子を有する。
検出回路ＤＴ３は、入力端子ＤＴ３１と、入力端子ＤＴ３２と、出力端子ＤＴ３３との３つの端子を有する。
検出回路ＤＴ４は、入力端子ＤＴ４１と、入力端子ＤＴ４２と、出力端子ＤＴ４３との３つの端子を有する。
信号処理部ＰＲは、入力端子ＰＲ１と、入力端子ＰＲ２と、入力端子ＰＲ３と、入力端子ＰＲ４と、出力端子ＰＲ５との５つの端子を有する。
また、勾配磁界センサ１２は、伝送路を介して、交流電源Ｐ１と接続される。より具体的には、勾配磁界センサ１２の交流電源接続端子ＣＴ１は、伝送路を介して、交流電源Ｐ１が有する２つの電源端子のうちの一方である第１電源端子Ｐ１１と接続される。そして、交流電源Ｐ１が有する２つの電源端子のうちの他方である第２電源端子Ｐ１２は、伝送路を介して、グラウンドに接地される。ここで、交流電源Ｐ１は、如何なる交流電源であってもよい。なお、交流電源接続端子ＣＴ１と第１電源端子Ｐ１１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、第２電源端子Ｐ１２とグラウンドとの間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、勾配磁界センサ１２は、伝送路を介して、情報処理装置２０と接続される。より具体的には、勾配磁界センサ１２の検出信号出力端子ＣＴ２は、伝送路を介して、情報処理装置２０と接続される。なお、検出信号出力端子ＣＴ２と情報処理装置２０との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、交流電源接続端子ＣＴ１は、伝送路を介して、第０移相回路ＰＳ０が有する入力端子ＰＳ０１と、検出回路ＤＴ１が有する入力端子ＤＴ１１と、検出回路ＤＴ２が有する入力端子ＤＴ２１と、検出回路ＤＴ３が有する入力端子ＤＴ３１と、検出回路ＤＴ４が有する入力端子ＤＴ４１とのそれぞれと接続される。そして、第０移相回路ＰＳ０が有する出力端子ＰＳ０２は、伝送路を介して、交流電流制御部ＣＣ１が有する入力端子ＣＣ１１と、交流電流制御部ＣＣ１が有する入力端子ＣＣ１２とのそれぞれと接続される。なお、交流電源接続端子ＣＴ１と入力端子ＰＳ０１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、交流電源接続端子ＣＴ１と入力端子ＤＴ１１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、交流電源接続端子ＣＴ１と入力端子ＤＴ２１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、交流電源接続端子ＣＴ１と入力端子ＤＴ３１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、交流電源接続端子ＣＴ１と入力端子ＤＴ４１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、出力端子ＰＳ０２と入力端子ＣＣ１１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、出力端子ＰＳ０２と入力端子ＣＣ１２との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、交流電流制御部ＣＣ１において、入力端子ＣＣ１１と出力端子ＣＣ１３との間には、伝送路を介して、第１移相回路ＰＳ１と、第１可変抵抗ＶＲ１１と、第１コンデンサＣ１とが直列に接続される。また、交流電流制御部ＣＣ１において、入力端子ＣＣ１２と出力端子ＣＣ１４との間には、伝送路を介して、第２移相回路ＰＳ２と、第２可変抵抗ＶＲ１２と、第２コンデンサＣ２とが直列に接続される。なお、入力端子ＣＣ１１と出力端子ＣＣ１３との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、第１移相回路ＰＳ１と、第１可変抵抗ＶＲ１１と、第１コンデンサＣ１とともに、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＣＣ１１と出力端子ＣＣ１３との間において、第１移相回路ＰＳ１と、第１可変抵抗ＶＲ１１と、第１コンデンサＣ１とは、如何なる順で直列に接続される構成であってもよい。また、入力端子ＣＣ１２と出力端子ＣＣ１４との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、第２移相回路ＰＳ２と、第２可変抵抗ＶＲ１２と、第２コンデンサＣ２とともに、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＣＣ１２と出力端子ＣＣ１４との間において、第２移相回路ＰＳ２と、第２可変抵抗ＶＲ１２と、第２コンデンサＣ２とは、如何なる順で直列に接続される構成であってもよい。
また、交流電流制御部ＣＣ１が有する出力端子ＣＣ１３とグラウンドとの間には、伝送路を介して、第１センサヘッドＳ１の第１磁気コアＣＲ１が接続される。また、交流電流制御部ＣＣ１の出力端子ＣＣ１４とグラウンドとの間には、伝送路を介して、第２センサヘッドＳ２の第２磁気コアＣＲ２が接続される。以下では、説明の便宜上、出力端子ＣＣ１３から第１磁気コアＣＲ１に流れる交流電流を、図２の矢印によって示されるように、第１交流励磁電流ＡＣ１と称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、出力端子ＣＣ１４から第２磁気コアＣＲ２に流れる交流電流を、図２の矢印によって示されるように、第２交流励磁電流ＡＣ２と称して説明する。なお、交流電流制御部ＣＣ１が有する出力端子ＣＣ１３とグラウンドとの間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、第１磁気コアＣＲ１とともに、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、交流電流制御部ＣＣ１が有する出力端子ＣＣ１４とグラウンドとの間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、第２磁気コアＣＲ２とともに、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、検出回路ＤＴ１が有する入力端子ＤＴ１２は、伝送路を介して、検出コイルＣＬ１１が有する２つの端子のうちのホット側の端子と接続される。また、検出コイルＣＬ１１が有する２つの端子のうちのコールド側の端子は、伝送路を介して、検出コイルＣＬ２１が有する２つの端子のうちのコールド側の端子と接続される。そして、検出コイルＣＬ２１が有する２つの端子のうちのホット側の端子は、伝送路を介して、グラウンドに接地される。すなわち、検出コイルＣＬ１１と検出コイルＣＬ２１とは、差動接続される。なお、入力端子ＤＴ１２と検出コイルＣＬ１１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出コイルＣＬ１１と検出コイルＣＬ２１との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出コイルＣＬ２１とグラウンドとの間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
ここで、検出コイルＣＬ１１の自己インダクタンスは、検出コイルＣＬ２１の自己インダクタンスと同じ（又は略同じ）である。これにより、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１１と検出コイルＣＬ２１とのそれぞれの一様磁界に対する感度を一致させることができる。換言すると、この場合、第１センサヘッドＳ１に所定の大きさＸ１の磁界を印加したことによって検出コイルＣＬ１１から出力される電圧を、第２センサヘッドＳ２に所定の大きさＸ１の磁界を印加したことによって検出コイルＣＬ２１から出力される電圧と、極性が反対の電圧、且つ、大きさが同じ電圧にすることができる。その結果、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１１と検出コイルＣＬ２１との組み合わせによって一様磁界を検出してしまうことを抑制することができる。なお、一様磁界は、本明細書において、一様磁界以外の磁界が印加されていない領域内において強さが位置に依らず一様に変化する磁界のことであり、例えば、地磁気、遠方外乱磁界等のことである。また、検出コイルＣＬ１１の自己インダクタンスは、検出コイルＣＬ２１の自己インダクタンスと異なる構成であってもよい。この場合、勾配磁界センサ１２は、例えば、第１センサヘッドＳ１に所定の大きさＸ１の磁界を印加した場合において検出コイルＣＬ１１から出力される電圧の大きさと、第２センサヘッドＳ２に所定の大きさＸ１の磁界を印加した場合において検出コイルＣＬ２１から出力される電圧の大きさとを一致させるような信号処理を行うことにより、一様磁界を検出してしまうことを抑制する。
また、検出回路ＤＴ２が有する入力端子ＤＴ２２は、伝送路を介して、検出コイルＣＬ１２が有する２つの端子のうちのホット側の端子と接続される。また、検出コイルＣＬ１２が有する２つの端子のうちのコールド側の端子は、伝送路を介して、検出コイルＣＬ２２が有する２つの端子のうちのコールド側の端子と接続される。そして、検出コイルＣＬ２２が有する２つの端子のうちのホット側の端子は、伝送路を介して、グラウンドに接地される。すなわち、検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ２２とは、差動接続される。なお、入力端子ＤＴ２２と検出コイルＣＬ１２との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ２２との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出コイルＣＬ２２とグラウンドとの間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
ここで、検出コイルＣＬ１２の自己インダクタンスは、検出コイルＣＬ２２の自己インダクタンスと同じ（又は略同じ）である。これにより、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ２２とのそれぞれの一様磁界に対する感度を一致させることができる。換言すると、この場合、第１センサヘッドＳ１に所定の大きさＸ１の磁界を印加したことによって検出コイルＣＬ１２から出力される電圧を、第２センサヘッドＳ２に所定の大きさＸ１の磁界を印加したことによって検出コイルＣＬ２２から出力される電圧と、極性が反対の電圧、且つ、大きさが同じ電圧にすることができる。その結果、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ２２との組み合わせによって一様磁界を検出してしまうことを抑制することができる。なお、検出コイルＣＬ１２の自己インダクタンスは、検出コイルＣＬ２２の自己インダクタンスと異なる構成であってもよい。この場合、勾配磁界センサ１２は、例えば、第１センサヘッドＳ１に所定の大きさＸ１の磁界を印加した場合において検出コイルＣＬ１２から出力される電圧の大きさと、第２センサヘッドＳ２に所定の大きさＸ１の磁界を印加した場合において検出コイルＣＬ２２から出力される電圧の大きさとを一致させるような信号処理を行うことにより、一様磁界を検出してしまうことを抑制する。
また、検出回路ＤＴ３が有する入力端子ＤＴ３２は、伝送路を介して、検出コイルＣＬ１３が有する２つの端子のうちのホット側の端子と接続される。また、検出コイルＣＬ１３が有する２つの端子のうちのコールド側の端子は、伝送路を介して、検出コイルＣＬ２３が有する２つの端子のうちのコールド側の端子と接続される。そして、検出コイルＣＬ２３が有する２つの端子のうちのホット側の端子は、伝送路を介して、グラウンドに接地される。すなわち、検出コイルＣＬ１３と検出コイルＣＬ２３とは、差動接続される。なお、入力端子ＤＴ３２と検出コイルＣＬ１３との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出コイルＣＬ１３と検出コイルＣＬ２３との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出コイルＣＬ２３とグラウンドとの間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
ここで、検出コイルＣＬ１３の自己インダクタンスは、検出コイルＣＬ２３の自己インダクタンスと同じ（又は略同じ）である。これにより、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１３と検出コイルＣＬ２３とのそれぞれの一様磁界に対する感度を一致させることができる。換言すると、この場合、第１センサヘッドＳ１に所定の大きさＸ１の磁界を印加したことによって検出コイルＣＬ１３から出力される電圧を、第２センサヘッドＳ２に所定の大きさＸ１の磁界を印加したことによって検出コイルＣＬ２３から出力される電圧と、極性が反対の電圧、且つ、大きさが同じ電圧にすることができる。その結果、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１３と検出コイルＣＬ２３との組み合わせによって一様磁界を検出してしまうことを抑制することができる。なお、検出コイルＣＬ１３の自己インダクタンスは、検出コイルＣＬ２３の自己インダクタンスと異なる構成であってもよい。この場合、勾配磁界センサ１２は、例えば、第１センサヘッドＳ１に所定の大きさＸ１の磁界を印加した場合において検出コイルＣＬ１３から出力される電圧の大きさと、第２センサヘッドＳ２に所定の大きさＸ１の磁界を印加した場合において検出コイルＣＬ２３から出力される電圧の大きさとを一致させるような信号処理を行うことにより、一様磁界を検出してしまうことを抑制する。
また、検出回路ＤＴ４が有する入力端子ＤＴ４２は、伝送路を介して、検出コイルＣＬ１４が有する２つの端子のうちのホット側の端子と接続される。また、検出コイルＣＬ１４が有する２つの端子のうちのコールド側の端子は、伝送路を介して、検出コイルＣＬ２４が有する２つの端子のうちのコールド側の端子と接続される。そして、検出コイルＣＬ２４が有する２つの端子のうちのホット側の端子は、伝送路を介して、グラウンドに接地される。すなわち、検出コイルＣＬ１４と検出コイルＣＬ２４とは、差動接続される。なお、入力端子ＤＴ４２と検出コイルＣＬ１４との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出コイルＣＬ１４と検出コイルＣＬ２４との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出コイルＣＬ２４とグラウンドとの間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
ここで、検出コイルＣＬ１４の自己インダクタンスは、検出コイルＣＬ２４の自己インダクタンスと同じ（又は略同じ）である。これにより、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１４と検出コイルＣＬ２４とのそれぞれの一様磁界に対する感度を一致させることができる。換言すると、この場合、第１センサヘッドＳ１に所定の大きさＸ１の磁界を印加したことによって検出コイルＣＬ１４から出力される電圧を、第２センサヘッドＳ２に所定の大きさＸ１の磁界を印加したことによって検出コイルＣＬ２４から出力される電圧と、極性が反対の電圧、且つ、大きさが同じ電圧にすることができる。その結果、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１４と検出コイルＣＬ２４との組み合わせによって一様磁界を検出してしまうことを抑制することができる。なお、検出コイルＣＬ１４の自己インダクタンスは、検出コイルＣＬ２４の自己インダクタンスと異なる構成であってもよい。この場合、勾配磁界センサ１２は、例えば、第１センサヘッドＳ１に所定の大きさＸ１の磁界を印加した場合において検出コイルＣＬ１４から出力される電圧の大きさと、第２センサヘッドＳ２に所定の大きさＸ１の磁界を印加した場合において検出コイルＣＬ２４から出力される電圧の大きさとを一致させるような信号処理を行うことにより、一様磁界を検出してしまうことを抑制する。
なお、検出コイルＣＬ１１と検出コイルＣＬ２１とのそれぞれの自己インダクタンスと、検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ２２とのそれぞれの自己インダクタンスと、検出コイルＣＬ１３と検出コイルＣＬ２３とのそれぞれの自己インダクタンスと、検出コイルＣＬ１４と検出コイルＣＬ２４とのそれぞれの自己インダクタンスとの一部又は全部は、互いに同じ自己インダクタンスであってもよく、互いに異なる自己インダクタンスであってもよい。ただし、検出コイルＣＬ１１と検出コイルＣＬ２１とのそれぞれの自己インダクタンスと、検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ２２とのそれぞれの自己インダクタンスと、検出コイルＣＬ１３と検出コイルＣＬ２３とのそれぞれの自己インダクタンスと、検出コイルＣＬ１４と検出コイルＣＬ２４とのそれぞれの自己インダクタンスとの全部が、互いに同じ自己インダクタンスであった場合、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１１と検出コイルＣＬ２１との組み合わせの感度と、検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ２２との組み合わせの感度と、検出コイルＣＬ１３と検出コイルＣＬ２３との組み合わせの感度と、検出コイルＣＬ１４と検出コイルＣＬ２４との組み合わせの感度とを一致させることができる。その結果、勾配磁界センサ１２は、一様磁界を検出してしまうことを抑制することができるとともに、後述するように、勾配磁界コイル等によって生じるような一様勾配磁界を検出してしまうことを抑制することができる。ある一様勾配磁界が印加された領域内では、当該領域内の各位置における磁界の強さが均一な磁界であり、且つ、当該領域内の各位置において一様に強度が周期的に変化する磁界のことである。一様勾配磁界が発生する要因としては、例えば、製造ラインを駆動するモータ等による振動等が挙げられる。例えば、製造ラインに設けられた勾配磁界センサ１２は、磁気シールド等の磁性体によって覆われた状態で使用されることがある。この場合、製造ラインの振動に応じてこの磁性体も振動し、変動磁界が発生する。このような変動磁界は、勾配磁界センサ１２によって一様勾配磁界として検出されることがある。このようにして発生する一様勾配磁界は、磁気ノイズとして振る舞うため、勾配磁界センサ１２による検出対象物の検出を妨げてしまうことがある。勾配磁界センサ１２は、このような一様勾配磁界を検出してしまうことを抑制することができる。
ここで、検出コイルＣＬ１ｎのインダクタンスと検出コイルＣＬ２ｎのインダクタンスとは、例えば、検出コイルＣＬ１ｎの単位長さあたりの巻き数と、検出コイルＣＬ２ｎの単位長さあたりの巻き数とを一致させ、且つ、検出コイルＣＬ１ｎの中心軸方向における長さと、検出コイルＣＬ２ｎの中心軸方向における長さとを一致させることにより、一致させることができる。なお、検出コイルＣＬ１ｎのインダクタンスと検出コイルＣＬ２ｎのインダクタンスとを一致させる方法は、他の方法であってもよい。
また、信号処理部ＰＲが有する入力端子ＰＲ１は、伝送路を介して、検出回路ＤＴ１が有する出力端子ＤＴ１３と接続される。また、信号処理部ＰＲが有する入力端子ＰＲ２は、伝送路を介して、検出回路ＤＴ２が有する出力端子ＤＴ２３と接続される。また、信号処理部ＰＲが有する入力端子ＰＲ３は、伝送路を介して、検出回路ＤＴ３が有する出力端子ＤＴ３３と接続される。また、信号処理部ＰＲが有する入力端子ＰＲ４は、伝送路を介して、検出回路ＤＴ４が有する出力端子ＤＴ４３と接続される。また、信号処理部ＰＲが有する出力端子ＰＲ５は、伝送路を介して、検出信号出力端子ＣＴ２と接続される。なお、入力端子ＰＲ１と出力端子ＤＴ１３との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＰＲ２と出力端子ＤＴ２３との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＰＲ３と出力端子ＤＴ３３との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＰＲ４と出力端子ＤＴ４３との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、出力端子ＰＲ５と検出信号出力端子ＣＴ２との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
次に、図３を参照し、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４それぞれの回路構成について説明する。以下では、一例として、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のそれぞれが、互いに同じ構成である場合について説明する。このため、以下では、検出回路ＤＴ１の構成を例に挙げて検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４それぞれの構成を説明し、検出回路ＤＴ２～検出回路ＤＴ４それぞれの構成についての説明を省略する。図３は、検出回路ＤＴ１の構成の一例を示す図である。なお、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のうちの一部又は全部は、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、互いに異なる構成であってもよい。
検出回路ＤＴ１は、位相検波回路ＰＤと、ローパスフィルタＬＦと、誤差アンプＥＡと、抵抗Ｒ１とを備える。そして、位相検波回路ＰＤは、入力端子ＰＤ１と、入力端子ＰＤ２と、出力端子ＰＤ３との３つの端子を有する。
検出回路ＤＴ１において、入力端子ＤＴ１１は、伝送路を介して、位相検波回路ＰＤが有する入力端子ＰＤ１と接続される。また、位相検波回路ＰＤが有する出力端子ＰＤ３は、伝送路を介して、ローパスフィルタＬＦが有する入力端子と接続される。また、ローパスフィルタＬＦが有する出力端子は、伝送路を介して、誤差アンプＥＡが有する反転入力端子と接続される。また、誤差アンプＥＡが有する非反転入力端子は、伝送路を介して、グラウンドに接地される。また、誤差アンプＥＡが有する出力端子は、伝送路を介して、検出回路ＤＴ１が有する出力端子ＤＴ１３と、抵抗Ｒ１が有する２つの端子のうちの一方とのそれぞれと接続される。また、抵抗Ｒ１が有する２つの端子のうちの他方は、伝送路を介して、位相検波回路ＰＤが有する入力端子ＤＴ１２と、第３コンデンサＣ３が有する２つの端子のうちの一方と接続される。また、第３コンデンサＣ３が有する２つの端子のうちの他方は、伝送路を介して、位相検波回路ＰＤが有する入力端子ＰＤ２と接続される。このように、検出回路ＤＴ１は、ＰＳＤ（Phase Sensitive Detector）回路である。なお、入力端子ＤＴ１１と位相検波回路ＰＤとの間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、位相検波回路ＰＤとローパスフィルタＬＦとの間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、ローパスフィルタＬＦと誤差アンプＥＡとの間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、誤差アンプＥＡとグラウンドとの間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、誤差アンプＥＡと出力端子ＤＴ１３との間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、誤差アンプＥＡと抵抗Ｒ１との間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、抵抗Ｒ１と第３コンデンサＣ３との間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、第３コンデンサＣ３と位相検波回路ＰＤとの間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、抵抗Ｒ１と第３コンデンサＣ３とを接続する伝送路と入力端子ＤＴ１２との間には、検出回路ＤＴ１が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
次に、図４を参照し、信号処理部ＰＲの回路構成について説明する。図４は、信号処理部ＰＲの回路構成の一例を示す図である。
信号処理部ＰＲは、バッファＢ１～バッファＢ４の４つのバッファと、増幅部Ａ１～増幅部Ａ４の４つの増幅部と、演算部Ｏ１～演算部Ｏ６の６つの演算部と、差動アンプＤＡと、ハイパスフィルタＨＦ１～ハイパスフィルタＨＦ４の４つのハイパスフィルタと、全波整流器ＦＲ１～全波整流器ＦＲ３の３つの全波整流器と、ヒステリシスコンパレータＨＣと、インバータＩＶを備える。
バッファＢ１～バッファＢ４の４つのバッファのそれぞれは、例えば、ボルテージフォロワ等であるが、これに限られない。
増幅部Ａ１～増幅部Ａ４の４つの増幅部のそれぞれは、例えば、オペアンプ等であるが、これに限られない。
演算部Ｏ１～演算部Ｏ６の６つの演算部のそれぞれは、例えば、加算器であるが、これに限られない。
信号処理部ＰＲにおいて、バッファＢ１が有する入力端子は、伝送路を介して、信号処理部ＰＲの入力端子ＰＲ１と接続される。また、バッファＢ１が有する出力端子は、伝送路を介して、増幅部Ａ１が有する入力端子と接続される。また、増幅部Ａ１が有する出力端子は、伝送路を介して、演算部Ｏ１が有する２つの入力端子のうちの一方と、演算部Ｏ４が有する２つの入力端子のうちの一方とのそれぞれと接続される。また、バッファＢ２が有する入力端子は、伝送路を介して、信号処理部ＰＲの入力端子ＰＲ２と接続される。また、バッファＢ２が有する出力端子は、伝送路を介して、増幅部Ａ２が有する入力端子と接続される。また、増幅部Ａ２が有する出力端子は、伝送路を介して、演算部Ｏ１が有する２つの入力端子のうちの他方と、演算部Ｏ２が有する２つの入力端子のうちの一方とのそれぞれと接続される。また、バッファＢ３が有する入力端子は、伝送路を介して、信号処理部ＰＲの入力端子ＰＲ３と接続される。また、バッファＢ３が有する出力端子は、伝送路を介して、増幅部Ａ３が有する入力端子と接続される。また、増幅部Ａ３が有する出力端子は、伝送路を介して、演算部Ｏ２が有する２つの入力端子のうちの他方と、演算部Ｏ３が有する２つの入力端子のうちの一方とのそれぞれと接続される。また、バッファＢ４が有する出力端子は、伝送路を介して、増幅部Ａ４が有する入力端子と接続される。また、増幅部Ａ４が有する出力端子は、伝送路を介して、演算部Ｏ３が有する２つの入力端子のうちの他方と、演算部Ｏ４が有する２つの入力端子のうちの他方とのそれぞれと接続される。なお、入力端子ＰＲ１とバッファＢ１との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、バッファＢ１と増幅部Ａ１との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、増幅部Ａ１と演算部Ｏ１との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、増幅部Ａ１と演算部Ｏ４との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＰＲ２とバッファＢ２との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、バッファＢ２と増幅部Ａ２との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、増幅部Ａ２と演算部Ｏ１との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、増幅部Ａ２と演算部Ｏ２との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＰＲ３とバッファＢ３との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、バッファＢ３と増幅部Ａ３との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、増幅部Ａ３と演算部Ｏ２との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、増幅部Ａ３と演算部Ｏ３との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＰＲ４とバッファＢ４との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、バッファＢ４と増幅部Ａ４との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、増幅部Ａ４と演算部Ｏ３との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、増幅部Ａ４と演算部Ｏ４との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、信号処理部ＰＲにおいて、演算部Ｏ１が有する出力端子は、伝送路を介して、差動アンプＤＡが有する２つの入力端子のうちの一方と接続される。また、演算部Ｏ３が有する出力端子は、伝送路を介して、差動アンプＤＡが有する２つの入力端子のうちの他方と接続される。差動アンプＤＡが有する出力端子は、伝送路を介して、ハイパスフィルタＨＦ１が有する入力端子と接続される。また、ハイパスフィルタＨＦ１が有する出力端子は、伝送路を介して、全波整流器ＦＲ１が有する入力端子と接続される。なお、演算部Ｏ１と差動アンプＤＡとの間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、演算部Ｏ３と差動アンプＤＡとの間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、差動アンプＤＡとハイパスフィルタＨＦ１との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、ハイパスフィルタＨＦ１と全波整流器ＦＲ１との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、信号処理部ＰＲにおいて、演算部Ｏ２が有する出力端子は、伝送路を介して、ハイパスフィルタＨＦ２が有する入力端子と接続される。また、ハイパスフィルタＨＦ２が有する出力端子は、伝送路を介して、全波整流器ＦＲ２が有する入力端子と接続される。なお、演算部Ｏ２とハイパスフィルタＨＦ２との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、ハイパスフィルタＨＦ２と全波整流器ＦＲ２との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、信号処理部ＰＲにおいて、全波整流器ＦＲ１が有する出力端子は、伝送路を介して、演算部Ｏ５が有する２つの入力端子のうちの一方と接続される。また、全波整流器ＦＲ２が有する出力端子は、伝送路を介して、演算部Ｏ５が有する２つの入力端子のうちの他方と接続される。なお、全波整流器ＦＲ１と演算部Ｏ５との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、全波整流器ＦＲ２と演算部Ｏ５との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、信号処理部ＰＲにおいて、演算部Ｏ４が有する出力端子は、伝送路を介して、ハイパスフィルタＨＦ３が有する入力端子と接続される。また、ハイパスフィルタＨＦ３が有する出力端子は、伝送路を介して全波整流器ＦＲ３が有する入力端子と接続される。なお、演算部Ｏ４とハイパスフィルタＨＦ３との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、ハイパスフィルタＨＦ３と全波整流器ＦＲ３との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、信号処理部ＰＲにおいて、演算部Ｏ５が有する出力端子は、伝送路を介して、演算部Ｏ６が有する２つの入力端子のうちの一方と接続される。また、全波整流器ＦＲ３が有する出力端子は、伝送路を介して、演算部Ｏ６が有する２つの入力端子のうちの他方と接続される。また、演算部Ｏ６が有する出力端子は、伝送路を介して、ハイパスフィルタＨＦ４が有する入力端子と接続される。また、ハイパスフィルタＨＦ４が有する出力端子は、伝送路を介して、ヒステリシスコンパレータＨＣが有する入力端子と接続される。ヒステリシスコンパレータＨＣが有する出力端子は、伝送路を介して、インバータＩＶが有する入力端子と接続される。また、インバータＩＶが有する出力端子は、伝送路を介して、信号処理部ＰＲの出力端子ＰＲ５と接続される。なお、演算部Ｏ５と演算部Ｏ６との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、全波整流器ＦＲ３と演算部Ｏ６との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、演算部Ｏ６とハイパスフィルタＨＦ４との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、ハイパスフィルタＨＦ４とヒステリシスコンパレータＨＣとの間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、ヒステリシスコンパレータＨＣとインバータＩＶとの間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、インバータＩＶと出力端子ＰＲ５との間には、信号処理部ＰＲが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
以上のような構成により、勾配磁界センサ１２は、第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２を用いた検出対象物の有無の検出を行うことができる。より具体的には、勾配磁界センサ１２は、第１センサヘッドＳ１の４個の検出コイルＣＬ１のそれぞれから出力される電圧と、第２センサヘッドＳ２の４個の検出コイルＣＬ２から出力される電圧とに応じて、検出対象物の有無を検出することができる。
ここで、図５を参照し、第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２のより詳細な構成について説明する。図５は、第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２のより詳細な構成の一例を示す図である。また、図５は、第１磁気コアＣＲ１の中心軸ＡＸ１と、第２磁気コアＣＲ２の中心軸ＡＸ２との両方を含む平面において勾配磁界センサ１２を切断した場合における勾配磁界センサ１２の断面図でもある。
図５に示したように、勾配磁界センサ１２は、第１センサヘッドＳ１と、第２センサヘッドＳ２と、本体部ＭＢを備える。ここで、本体部ＭＢは、第１磁気コアＣＲ１と第２磁気コアＣＲ２とが設けられる筐体である。本体部ＭＢには、交流電源接続端子ＣＴ１と、第０移相回路ＰＳ０と、交流電流制御部ＣＣ１と、検出回路ＤＴ１と、検出回路ＤＴ２と、検出回路ＤＴ３と、検出回路ＤＴ４と、信号処理部ＰＲと、検出信号出力端子ＣＴ２とのうちの少なくとも一部が備えられる。以下では、一例として、本体部ＭＢには、交流電源接続端子ＣＴ１と、第０移相回路ＰＳ０と、交流電流制御部ＣＣ１と、検出回路ＤＴ１と、検出回路ＤＴ２と、検出回路ＤＴ３と、検出回路ＤＴ４と、信号処理部ＰＲと、検出信号出力端子ＣＴ２との全部が備えられる場合について説明する。ただし、図５では、図を簡略化するため、本体部ＭＢの内部の構成については、省略されている。
第１磁気コアＣＲ１の直線形状の部分は、第２磁気コアＣＲ２の直線形状の部分と平行（又は略平行）である。図５に示した例では、第１磁気コアＣＲ１は、全体が中心軸ＡＸ１とともに延伸する直線形状である。また、当該例では、第２磁気コアＣＲ２は、全体が中心軸ＡＸ２とともに延伸する直線形状である。すなわち、当該例では、全体が直線形状の第１磁気コアＣＲ１は、全体が直線形状の第２磁気コアＣＲ２と平行（又は略平行）である。なお、第１磁気コアＣＲ１の直線形状の部分は、第２磁気コアＣＲ２の直線形状の部分と非平行であってもよい。
また、図５に示した例では、第１磁気コアＣＲ１と第２磁気コアＣＲ２とのそれぞれは、互いの直線形状の部分が略平行となるように本体部ＭＢから予め決められた方向に突出している。予め決められた方向は、図５の紙面左方であるが、これに限られない。なお、第１磁気コアＣＲ１の直線形状の部分と、第２磁気コアＣＲ２の直線形状の部分とは、同軸上（又は略同軸上）に位置する構成であってもよい。
また、図５に示した例では、第１磁気コアＣＲ１の直線形状の部分は、第１磁気コアＣＲ１の直線形状の部分及び第２磁気コアＣＲ２の直線形状の部分とのそれぞれと直交する直交方向（すなわち、中心軸ＡＸ１及び中心軸ＡＸ２のそれぞれと直交する方向であり、且つ、中心軸ＡＸ１及び中心軸ＡＸ２を含む平面に沿った方向）から見た場合、第２磁気コアＣＲ２の直線形状の部分とすべて（又は略すべて）重なっている。なお、第１磁気コアＣＲ１の直線形状の部分は、当該場合、第２磁気コアＣＲ２の直線形状の部分と一部が重なっている構成であってもよい。
また、図５に示した例では、Ｎ個の検出コイルＣＬ１のうちのｎ番目の検出コイルＣＬ１ｎは、直交方向から見た場合、Ｎ個の検出コイルＣＬ２のうちのｎ番目の検出コイルＣＬ２ｎとすべて（又は略すべて）重なっている。このため、当該例では、勾配磁界センサ１２において、第１センサヘッドＳ１の形状（構造）は、第２センサヘッドＳ２の形状（構造）と同じ（又は略同じ）形状（構造）である。換言すると、勾配磁界センサ１２において、４個の検出コイルＣＬ１が巻回された第１磁気コアＣＲ１と、４個の検出コイルＣＬ２が巻回された第２磁気コアＣＲ２とは、線対称に配置されている。これにより、勾配磁界センサ１２は、第１センサヘッドＳ１の形状と、第２センサヘッドＳ２の形状との差異に起因した勾配磁界センサ１２の感度の変動の発生を抑制することができる。換言すると、これにより、勾配磁界センサ１２は、第１センサヘッドＳ１の感度分布と、第２センサヘッドＳ２の感度分布との対称性を担保することができる。
ここで、Ｎ個の検出コイルＣＬ１のうちのｎ番目の検出コイルＣＬ１ｎの予め決められた方向に対する巻回方向は、Ｎ個の検出コイルＣＬ２のうちのｎ番目の検出コイルＣＬ２ｎの予め決められた方向に対する巻回方向と逆方向である。そして、検出コイルＣＬ１ｎが有する２つの端子のうちのコールド側の端子は、検出コイルＣＬ２ｎが有する２つの端子のうちのコールド側の端子と接続される。これにより、検出コイルＣＬ１ｎは、前述した通り、検出コイルＣＬ２ｎと差動接続される。その結果、検出コイルＣＬ１ｎから出力される電圧の極性は、検出コイルＣＬ２ｎから出力される電圧の極性と反対である。なお、検出コイルＣＬ１ｎと検出コイルＣＬ２ｎとの差動接続は、他の方法により実現されてもよい。例えば、検出コイルＣＬ１ｎと検出コイルＣＬ２ｎとは、電圧の極性を反転させる素子（例えば、インバータ等）を介して差動接続される構成であってもよい。この場合、検出コイルＣＬ１ｎの予め決められた方向に対する巻回方向と、検出コイルＣＬ２ｎの予め決められた方向に対する巻回方向とを同じ方向であり、検出コイルＣＬ１ｎのコールド側の端子は、電圧の極性を反転させる素子を介して、検出コイルＣＬ２ｎのホット側の端子と接続される。その結果、この場合、検出コイルＣＬ１ｎから出力される電圧の極性は、検出コイルＣＬ２ｎから出力される電圧の極性と同じである。また、電圧の極性を反転させることは、例えば、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のそれぞれ、信号処理部ＰＲ等により行われてもよい。
また、図５に示した例では、Ｎ個の検出コイルＣＬ１において互いに隣り合う２個の検出コイルＣＬ１同士は、絶縁され、且つ、接触している。また、当該例では、Ｎ個の検出コイルＣＬ２において互いに隣り合う２個の検出コイルＣＬ２同士は、絶縁され、且つ、接触している。換言すると、勾配磁界センサ１２では、Ｎ個の検出コイルＣＬ１において互いに隣り合う２個の検出コイルＣＬ１同士は、互いの間に隙間がないように第１磁気コアＣＲ１に巻回されている。また、勾配磁界センサ１２では、Ｎ個の検出コイルＣＬ２において互いに隣り合う２個の検出コイルＣＬ２同士は、互いの間に隙間がないように第２磁気コアＣＲ２に巻回されている。これにより、勾配磁界センサ１２は、検出対象物から発生している磁束を第１磁気コアＣＲ１及び第２磁気コアＣＲ２へ効率的に取り込ませることができ、その結果、検出対象物の検出精度を向上させることができる。また、これにより、勾配磁界センサ１２は、第１センサヘッドＳ１における４個の検出コイルＣＬ１それぞれの磁気モーメントに対する感度の分布の周期を、これら４個の検出コイルＣＬ１の配置間隔の周期と一致させることができる。また、勾配磁界センサ１２は、第２センサヘッドＳ２における４個の検出コイルＣＬ２それぞれの磁気モーメントに対する感度の分布の周期を、これら４個の検出コイルＣＬ２の配置間隔の周期と一致させることができる。その結果、勾配磁界センサ１２は、ノイズの影響を精度よく除去することができる。
＜実施形態に係る勾配磁界センサの動作＞
次に、勾配磁界センサ１２の動作について説明する。
上記のような回路構成の勾配磁界センサ１２において、交流電源Ｐ１は、交流電源接続端子ＣＴ１に交流電流を入力する。交流電源接続端子ＣＴ１に入力された交流電流は、２つに分岐される。２つに分岐された交流電流の一方は、交流励磁電流として第０移相回路ＰＳ０に入力される。また、２つの分岐された交流電流の他方は、参照信号として、検出回路ＤＴ１が有する入力端子ＤＴ１１と、検出回路ＤＴ２が有する入力端子ＤＴ２１と、検出回路ＤＴ３が有する入力端子ＤＴ３１と、検出回路ＤＴ４が有する入力端子ＤＴ４１とのそれぞれに入力される。
第０移相回路ＰＳ０に入力された交流励磁電流は、第０移相回路ＰＳ０により移相された後、第１交流励磁電流ＡＣ１と第２交流励磁電流ＡＣ２との２つの交流励磁電流に分岐される。
第１交流励磁電流ＡＣ１は、第１移相回路ＰＳ１、第１可変抵抗ＶＲ１１、第１コンデンサＣ１を介して第１磁気コアＣＲ１に流れる。このため、第１交流励磁電流ＡＣ１は、第１移相回路ＰＳ１により移相され、第１可変抵抗ＶＲ１１により振幅が調整される。これにより、４個の検出コイルＣＬ１のうちのｎ番目の検出コイルＣＬ１ｎには、第１磁気コアＣＲ１に流れた第１交流励磁電流ＡＣ１と、検出コイルＣＬ１ｎに印加された磁界の強さとに応じた電圧が誘起される。すなわち、これにより、検出コイルＣＬ１ｎからは、当該電圧が出力される。そして、当該電圧は、外部から検出コイルＣＬ１ｎに印加された磁界の強さに応じて変化する。以下では、説明の便宜上、検出コイルＣＬ１ｎに誘起される電圧を、第１誘起電圧と称して説明する。なお、第１コンデンサＣ１は、ＡＣ（Alternating Current）カップリングのためのコンデンサである。第１コンデンサＣ１の存在により、勾配磁界センサ１２では、直流電流が出力端子ＣＣ１３から入力端子ＣＣ１１へ流れてしまうことを抑制することができる。
第２交流励磁電流ＡＣ２は、第２移相回路ＰＳ２、第２可変抵抗ＶＲ１２、第２コンデンサＣ２を介して第２磁気コアＣＲ２に流れる。このため、第２交流励磁電流ＡＣ２は、第２移相回路ＰＳ２により移相され、第２可変抵抗ＶＲ１２により振幅が調整される。これにより、４個の検出コイルＣＬ２のうちのｎ番目の検出コイルＣＬ２ｎには、第２磁気コアＣＲ２に流れた第２交流励磁電流ＡＣ２と、検出コイルＣＬ２ｎに印加された磁界の強さとに応じた電圧が誘起される。すなわち、これにより、検出コイルＣＬ２ｎからは、当該電圧が出力される。そして、当該電圧は、外部から検出コイルＣＬ２ｎに印加された磁界の強さに応じて変化する。以下では、説明の便宜上、検出コイルＣＬ２ｎに誘起される電圧を、第２誘起電圧と称して説明する。なお、第２コンデンサＣ２は、ＡＣカップリングのためのコンデンサである。第２コンデンサＣ２の存在により、勾配磁界センサ１２では、直流電流が出力端子ＣＣ１４から入力端子ＣＣ１２へ流れてしまうことを抑制することができる。
勾配磁界センサ１２では、検出コイルＣＬ１１に誘起された第１誘起電圧と、検出コイルＣＬ２１に誘起された第２誘起電圧とに応じた信号が、差動信号Ｖｏｕｔ１として検出回路ＤＴ１が有する入力端子ＤＴ１２に入力する。また、勾配磁界センサ１２では、検出コイルＣＬ１２に誘起された第１誘起電圧と、検出コイルＣＬ２２に誘起された第２誘起電圧とに応じた信号が、差動信号Ｖｏｕｔ２として検出回路ＤＴ２が有する入力端子ＤＴ２２に入力する。また、勾配磁界センサ１２では、検出コイルＣＬ１３に誘起された第１誘起電圧と、検出コイルＣＬ２３に誘起された第２誘起電圧とに応じた信号が、差動信号Ｖｏｕｔ３として検出回路ＤＴ３が有する入力端子ＤＴ３２に入力する。また、勾配磁界センサ１２では、検出コイルＣＬ１４に誘起された第１誘起電圧と、検出コイルＣＬ２４に誘起された第２誘起電圧とに応じた信号が、差動信号Ｖｏｕｔ４として検出回路ＤＴ４が有する入力端子ＤＴ４２に入力する。
ここで、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のそれぞれは、入力される差動信号が異なるだけで、互いに同じ動作を行う。このため、以下では、検出回路ＤＴ１の動作を例に挙げて、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４それぞれの動作について説明する。そして、本実施形態では、検出回路ＤＴ２～検出回路ＤＴ４それぞれの動作については、説明を省略する。
検出回路ＤＴ１の位相検波回路ＰＤは、入力された差動信号Ｖｏｕｔ１と、交流電源Ｐ１から入力された参照信号とのずれに応じた信号を、検波信号としてローパスフィルタＬＦに入力する。ローパスフィルタＬＦは、位相検波回路ＰＤから入力された検波信号から所定の第１周波数以上の成分を除去した出力信号を誤差アンプＥＡの反転入力端子に出力する。誤差アンプＥＡは、誤差アンプＥＡの反転入力端子に入力された出力信号の電位とグラウンド電位との電位差に応じた信号を検出信号として、検出信号出力端子ＣＴ２と抵抗Ｒ１とのそれぞれに出力する。なお、第３コンデンサＣ３は、ＡＣカップリングのためのコンデンサである。また、第３コンデンサＣ３が有する端子のうち位相検波回路ＰＤと接続された端子と反対側の端子には、バッファ回路（例えば、ボルテージフォロワ等）が接続される。このバッファ回路については、図を簡略化するため、図示を省略している。
抵抗Ｒ１に入力された検出信号は、図示しないバッファ回路の存在により、第３コンデンサＣ３へ入力されることなく、帰還電流として入力端子ＤＴ１２から検出コイルＣＬ１１に向かって流れていく。
このような動作を行う検出回路ＤＴ１には、調整を行うことにより、差動信号Ｖｏｕｔ１の信号レベルが０［Ｖ］である場合、信号レベルが０［Ｖ］の検出信号を検出信号出力端子ＣＴ２から出力させ、差動信号Ｖｏｕｔ１の信号レベルが０［Ｖ］ではない場合、信号レベルが０［Ｖ］ではない検出信号を検出信号出力端子ＣＴ２から出力させることができる。なお、検出回路ＤＴ１の調整については、既知であるため、これ以上の詳細な説明を省略する。
このようにして、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のそれぞれは、出力端子から検出信号を出力する。すなわち、検出回路ＤＴ１は、差動信号Ｖｏｕｔ１に応じた検出信号を信号処理部ＰＲに出力する。また、検出回路ＤＴ２は、差動信号Ｖｏｕｔ２に応じた検出信号を信号処理部ＰＲに出力する。検出回路ＤＴ３は、差動信号Ｖｏｕｔ３に応じた検出信号を信号処理部ＰＲに出力する。また、検出回路ＤＴ４は、差動信号Ｖｏｕｔ４に応じた検出信号を信号処理部ＰＲに出力する。ここで、この際、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のそれぞれは、検出信号の出力タイミングを同期させる。出力タイミングを同期させる方法は、既知の方法であってもよく、これから開発される方法であってもよい。
信号処理部ＰＲは、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のそれぞれから入力された検出信号に対して、各種の信号処理を行う。信号処理部ＰＲが有する機能のうちの一部又は全部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよい。ただし、信号処理部ＰＲが有する機能のうちの一部又は全部がソフトウェアにより実現される場合、信号処理部ＰＲに入力される各検出信号は、Ａ（Analog）／Ｄ（Digital）変換器によりデジタルデータに変換される。以下では、一例として、信号処理部ＰＲの全部がハードウェアにより実現されている場合について説明する。
具体的には、信号処理部ＰＲでは、例えば、検出回路ＤＴ１から入力された検出信号が、バッファＢ１により一時的に記憶される。図４に示した例では、当該検出信号は、○の中に１が入った記号によって示されている。以下では、説明の便宜上、当該記号を、○１によって示す。バッファＢ１に当該検出信号が記憶された後、増幅部Ａ１は、バッファＢ１に記憶された当該検出信号を読み出し、読み出した当該検出信号を、予め決められたゲインに基づいて増幅する。増幅部Ａ１により増幅された当該検出信号は、演算部Ｏ１と演算部Ｏ４とのそれぞれに入力される。なお、信号処理部ＰＲは、バッファＢ１を備えない構成であってもよい。この場合、信号処理部ＰＲでは、検出回路ＤＴ１から入力された検出信号は、増幅部Ａ１に入力される。
また、信号処理部ＰＲでは、例えば、検出回路ＤＴ２から入力された検出信号が、バッファＢ２により一時的に記憶される。図４に示した例では、当該検出信号は、○の中に２が入った記号によって示されている。以下では、説明の便宜上、当該記号を、○２によって示す。バッファＢ２に当該検出信号が記憶された後、増幅部Ａ２は、バッファＢ２に記憶された当該検出信号を読み出し、読み出した当該検出信号を、予め決められたゲインに基づいて増幅する。増幅部Ａ２により増幅された当該検出信号は、演算部Ｏ１と演算部Ｏ２とのそれぞれに入力される。なお、信号処理部ＰＲは、バッファＢ２を備えない構成であってもよい。この場合、信号処理部ＰＲでは、検出回路ＤＴ２から入力された検出信号は、増幅部Ａ２に入力される。
また、信号処理部ＰＲでは、例えば、検出回路ＤＴ３から入力された検出信号が、バッファＢ３により一時的に記憶される。図４に示した例では、当該検出信号は、○の中に３が入った記号によって示されている。以下では、説明の便宜上、当該記号を、○３によって示す。バッファＢ３に当該検出信号が記憶された後、増幅部Ａ３は、バッファＢ３に記憶された当該検出信号を読み出し、読み出した当該検出信号を、予め決められたゲインに基づいて増幅する。増幅部Ａ３により増幅された当該検出信号は、演算部Ｏ２と演算部Ｏ３とのそれぞれに入力される。なお、信号処理部ＰＲは、バッファＢ３を備えない構成であってもよい。この場合、信号処理部ＰＲでは、検出回路ＤＴ３から入力された検出信号は、増幅部Ａ３に入力される。
また、信号処理部ＰＲでは、例えば、検出回路ＤＴ４から入力された検出信号が、バッファＢ４により一時的に記憶される。図４に示した例では、当該検出信号は、○の中に４が入った記号によって示されている。以下では、説明の便宜上、当該記号を、○４によって示す。バッファＢ４に当該検出信号が記憶された後、増幅部Ａ４は、バッファＢ４に記憶された当該検出信号を読み出し、読み出した当該検出信号を、予め決められたゲインに基づいて増幅する。増幅部Ａ４により増幅された当該検出信号は、演算部Ｏ３と演算部Ｏ４とのそれぞれに入力される。なお、信号処理部ＰＲは、バッファＢ４を備えない構成であってもよい。この場合、信号処理部ＰＲでは、検出回路ＤＴ４から入力された検出信号は、増幅部Ａ４に入力される。
また、信号処理部ＰＲでは、演算部Ｏ１は、例えば、増幅部Ａ１により増幅された検出信号と、増幅部Ａ２により増幅された検出信号とを加算する。演算部Ｏ１は、加算した後の検出信号を差動アンプＤＡに入力する。図４に示した例では、当該検出信号を、「○１＋○２」によって示されている。
また、信号処理部ＰＲでは、演算部Ｏ２は、例えば、増幅部Ａ２により増幅された検出信号と、増幅部Ａ３により増幅された検出信号とを加算する。演算部Ｏ２は、加算した後の検出信号をハイパスフィルタＨＦ２に入力する。図４に示した例では、当該検出信号を、「○２＋○３」によって示されている。
また、信号処理部ＰＲでは、演算部Ｏ３は、例えば、増幅部Ａ３により増幅された検出信号と、増幅部Ａ４により増幅された検出信号とを加算する。演算部Ｏ３は、加算した後の検出信号を差動アンプＤＡに入力する。図４に示した例では、当該検出信号を、「○３＋○４」によって示されている。
また、信号処理部ＰＲでは、演算部Ｏ４は、例えば、増幅部Ａ１により増幅された検出信号と、増幅部Ａ４により増幅された検出信号とを加算する。演算部Ｏ４は、加算した後の検出信号をハイパスフィルタＨＦ３に入力する。図４に示した例では、当該検出信号を、「○１＋○４」によって示されている。
また、信号処理部ＰＲでは、差動アンプＤＡは、例えば、演算部Ｏ１から入力された検出信号と、演算部Ｏ３から入力された検出信号との差動信号を新たな検出信号として生成し、生成した検出信号をハイパスフィルタＨＦ１に入力する。これにより、ハイパスフィルタＨＦ１は、当該検出信号から、直流成分を除去する。すなわち、ハイパスフィルタＨＦ１は、当該検出信号から所定の第１周波数以下の成分を除去した信号を、新たな検出信号として全波整流器ＦＲ１に入力する。
また、信号処理部ＰＲでは、全波整流器ＦＲ１は、ハイパスフィルタＨＦ１から入力された検出信号を全波整流し、全波整流した後の信号を新たな検出信号として演算部Ｏ５に入力する。
また、信号処理部ＰＲでは、ハイパスフィルタＨＦ２は、演算部Ｏ２から入力された検出信号から、直流成分を除去する。すなわち、ハイパスフィルタＨＦ２は、当該検出信号から第１周波数以下の成分を除去した信号を、新たな検出信号として全波整流器ＦＲ２に入力する。
また、信号処理部ＰＲでは、全波整流器ＦＲ２は、ハイパスフィルタＨＦ２から入力された検出信号を全波整流し、全波整流した後の信号を新たな検出信号として演算部Ｏ５に入力する。
また、信号処理部ＰＲでは、演算部Ｏ５は、全波整流器ＦＲ１から入力された検出信号と、全波整流器ＦＲ２から入力された検出信号とを加算する。演算部Ｏ５は、加算した後の検出信号を演算部Ｏ６に入力する。
また、信号処理部ＰＲでは、ハイパスフィルタＨＦ３は、演算部Ｏ４から入力された検出信号から、直流成分を除去する。すなわち、ハイパスフィルタＨＦ３は、当該検出信号から第１周波数以下の成分を除去した信号を、新たな検出信号として全波整流器ＦＲ３に入力する。
また、信号処理部ＰＲでは、全波整流器ＦＲ３は、ハイパスフィルタＨＦ３から入力された検出信号を全波整流し、全波整流した後の信号を新たな検出信号として演算部Ｏ６に入力する。
また、信号処理部ＰＲでは、演算部Ｏ６は、演算部Ｏ５から入力された検出信号と、全波整流器ＦＲ３から入力された検出信号とを加算する。演算部Ｏ６は、加算した後の検出信号をハイパスフィルタＨＦ４に入力する。
また、信号処理部ＰＲでは、ハイパスフィルタＨＦ４は、演算部Ｏ６から入力された検出信号から、直流成分を除去する。すなわち、ハイパスフィルタＨＦ４は、当該検出信号から第１周波数以下の成分を除去した信号を、新たな検出信号としてヒステリシスコンパレータＨＣに入力する。
また、ヒステリシスコンパレータＨＣは、第１閾値と、第１閾値よりも低い第２閾値との２つの閾値を有する。信号処理部ＰＲでは、ヒステリシスコンパレータＨＣは、ハイパスフィルタＨＦ４から入力された検出信号の信号レベルが、第１閾値を超えて大きい場合、又は、第２閾値を超えて小さい場合、シグナルであると判定し、Ｌレベルの信号をインバータＩＶに入力する。一方、ヒステリシスコンパレータＨＣは、ハイパスフィルタＨＦ４から入力された検出信号の信号レベルが、第１閾値と第２閾値との間の範囲内である場合、ノイズであると判定し、Ｈレベルの信号をインバータＩＶに入力する。これにより、勾配磁界センサ１２は、当該検出信号がノイズであるか否かを判定することができ、その結果、検出対象物を精度よく検出することができる。
また、信号処理部ＰＲでは、インバータＩＶは、ヒステリシスコンパレータＨＣからＨレベルの信号が入力された場合、Ｌレベルの信号を出力端子ＰＲ５から非検出信号として出力する。一方、インバータＩＶは、ヒステリシスコンパレータＨＣからＬレベルの信号が入力された場合、Ｈレベルの信号を検出信号として出力端子ＰＲ５から出力する。従って、勾配磁界センサ１２は、検出対象物を検出した場合、Ｈレベルの信号を検出信号として出力する。なお、インバータＩＶは、情報処理装置２０への検出信号としてＨレベルの信号を出力した方が情報処理装置２０側で扱いやすいと考えられるため、勾配磁界センサ１２に備えられている。このため、勾配磁界センサ１２は、インバータＩＶを備えない構成であってもよい。この場合、勾配磁界センサ１２は、Ｌレベルの信号を検出信号として出力する。
なお、信号処理部ＰＲでは、ヒステリシスコンパレータＨＣは、ハイパスフィルタＨＦ４から入力された検出信号の信号レベルが、第１閾値を超えて大きい場合、又は、第２閾値を超えて小さい場合、シグナルであると判定し、Ｈレベルの信号を出力端子ＰＲ５から検出信号として出力する構成であってもよい。この場合、ヒステリシスコンパレータＨＣは、ハイパスフィルタＨＦ４から入力された検出信号の信号レベルが、第１閾値と第２閾値との間の範囲内である場合、ノイズであると判定し、Ｌレベルの信号を出力端子ＰＲ５から非検出信号として出力する。そして、この場合、信号処理部ＰＲは、インバータＩＶを備えない。
また、信号処理部ＰＲでは、ヒステリシスコンパレータＨＣは、ハイパスフィルタＨＦ４から入力された検出信号の信号レベルが、第１閾値を超えて大きい場合、又は、第２閾値を超えて小さい場合、シグナルであると判定し、Ｈレベルの信号をインバータＩＶに入力する構成であってもよい。この場合、ヒステリシスコンパレータＨＣは、ハイパスフィルタＨＦ４から入力された検出信号の信号レベルが、第１閾値と第２閾値との間の範囲内である場合、ノイズであると判定し、Ｌレベルの信号をインバータＩＶに入力する。そして、この場合、インバータＩＶは、ヒステリシスコンパレータＨＣからＬレベルの信号が入力された場合、Ｈレベルの信号を出力端子ＰＲ５から非検出信号として出力し、ヒステリシスコンパレータＨＣからＨレベルの信号が入力された場合、Ｌレベルの信号を検出信号として出力端子ＰＲ５から出力する。
また、信号処理部ＰＲでは、ヒステリシスコンパレータＨＣは、ハイパスフィルタＨＦ４から入力された検出信号の信号レベルが、第１閾値を超えて大きい場合、又は、第２閾値を超えて小さい場合、シグナルであると判定し、Ｌレベルの信号を出力端子ＰＲ５から検出信号として出力する構成であってもよい。この場合、ヒステリシスコンパレータＨＣは、ハイパスフィルタＨＦ４から入力された検出信号の信号レベルが、第１閾値と第２閾値との間の範囲内である場合、ノイズであると判定し、Ｈレベルの信号を出力端子ＰＲ５から非検出信号として出力する。そして、この場合、信号処理部ＰＲは、インバータＩＶを備えない。
ここで、検出コイルＣＬ２ｎと差動接続された検出コイルＣＬ１ｎから出力される差動信号の電圧と、勾配磁界センサ１２の不感帯との関係について説明する。図６は、勾配磁界センサ１２に対する検出対象物の相対的な位置を変化させながら、検出コイルＣＬ２ｎと差動接続された検出コイルＣＬ１ｎから出力される差動信号の電圧をプロットしたグラフの一例を示す図である。図６に示したグラフの横軸は、直交方向から第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２を見た場合における検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ１３との境界を横軸の原点とし、横軸の原点からの正負それぞれの方向への距離を示す。また、当該グラフの縦軸は、検出コイルＣＬ２１と差動接続された検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ２２と差動接続された検出コイルＣＬ１２、検出コイルＣＬ２３と差動接続された検出コイルＣＬ１３、検出コイルＣＬ２４と差動接続された検出コイルＣＬ１４のそれぞれから出力される差動信号の電圧を示す。ただし、これらの差動信号の電圧の極性は、Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋで定義されている。具体的には、この一例では、検出コイルＣＬ１ｎの誘起電圧の極性が正の場合におけるこれら差動信号の電圧の極性が、正として定義されている。また、当該グラフにおける曲線Ｆ１は、第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２のそれぞれと検出対象物との間の距離を一定に保ちながら、第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２の先端側から第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２の基端側まで検出対象物を移動させた場合において、検出コイルＣＬ２１と差動接続された検出コイルＣＬ１１から出力される差動信号の電圧をプロットした各点を順に繋いだ曲線である。また、当該グラフにおける曲線Ｆ２は、当該場合において、検出コイルＣＬ２２と差動接続された検出コイルＣＬ１２から出力される差動信号の電圧をプロットした各点を順に繋いだ曲線である。また、当該グラフにおける曲線Ｆ３は、当該場合において、検出コイルＣＬ２３と差動接続された検出コイルＣＬ１３から出力される差動信号の電圧をプロットした各点を順に繋いだ曲線である。また、当該グラフにおける曲線Ｆ４は、当該場合において、検出コイルＣＬ２４と差動接続された検出コイルＣＬ１４から出力される差動信号の電圧をプロットした各点を順に繋いだ曲線である。
図６に示したように、勾配磁界センサ１２では、従来において横軸の原点の位置に存在した不感帯が存在しない。例えば、横軸の原点から－２５［ｍｍ］の位置では、曲線Ｆ１が示すように、検出コイルＣＬ２１と差動接続された検出コイルＣＬ１１から出力される差動信号の電圧は、０［ｍＶｐｐ］である。しかしながら、当該位置において、検出コイルＣＬ２２と差動接続された検出コイルＣＬ１２、検出コイルＣＬ２３と差動接続された検出コイルＣＬ１３、検出コイルＣＬ２４と差動接続された検出コイルＣＬ１４のそれぞれから出力される差動信号の電圧は、０［ｍＶｐｐ］ではない。すなわち、これは、勾配磁界センサ１２において、当該位置が不感帯ではないことを示している。また、例えば、横軸の原点から－１０［ｍｍ］の位置では、曲線Ｆ２が示すように、検出コイルＣＬ２２と差動接続された検出コイルＣＬ１２から出力される差動信号の電圧は、０［ｍＶｐｐ］である。しかしながら、当該位置において、検出コイルＣＬ２１と差動接続された検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ２３と差動接続された検出コイルＣＬ１３、検出コイルＣＬ２４と差動接続された検出コイルＣＬ１４のそれぞれから出力される差動信号の電圧は、０［ｍＶｐｐ］ではない。すなわち、これは、勾配磁界センサ１２において、当該位置も不感帯ではないことを示している。また、例えば、横軸の原点から＋５［ｍｍ］の位置では、曲線Ｆ３が示すように、検出コイルＣＬ２３と差動接続された検出コイルＣＬ１３から出力される差動信号の電圧は、０［ｍＶｐｐ］である。しかしながら、当該位置において、検出コイルＣＬ２１と差動接続された検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ２２と差動接続された検出コイルＣＬ１２、検出コイルＣＬ２４と差動接続された検出コイルＣＬ１４のそれぞれから出力される差動信号の電圧は、０［ｍＶｐｐ］ではない。すなわち、これは、勾配磁界センサ１２において、当該位置も不感帯ではないことを示している。また、例えば、横軸の原点から＋２０［ｍｍ］の位置では、曲線Ｆ４が示すように、検出コイルＣＬ２４と差動接続された検出コイルＣＬ１４から出力される差動信号の電圧は、０［ｍＶｐｐ］である。しかしながら、当該位置において、検出コイルＣＬ２１と差動接続された検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ２２と差動接続された検出コイルＣＬ１２、検出コイルＣＬ２３と差動接続された検出コイルＣＬ１３のそれぞれから出力される差動信号の電圧は、０［ｍＶｐｐ］ではない。すなわち、これは、勾配磁界センサ１２において、当該位置も不感帯ではないことを示している。
このように、勾配磁界センサ１２では、４つの差動信号のうちの１つの電圧が０［ｍＶｐｐ］になることがあったとしても、４つの差動信号のうちの残りの３つの電圧が０［ｍＶｐｐ］にならない。このため、勾配磁界センサ１２では、不感帯が存在しない。また、勾配磁界センサ１２では、第１センサヘッドＳ１の形状と第２センサヘッドＳ２の形状とが同じであるため、第１センサヘッドＳ１の感度分布は、第２センサヘッドＳ２の感度分布と一致する。これらは、この一例のようにＮが４である場合に特有のことではなく、Ｎが２、３等であっても同様であり、Ｎが５以上であっても同様である。
また、図７は、勾配磁界センサ１２に対する検出対象物の相対的な位置を変化させながら、演算部Ｏ６から出力される検出信号の電圧をプロットしたグラフの一例を示す図である。図７に示したグラフの横軸は、直交方向から第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２を見た場合における検出コイルＣＬ１２と検出コイルＣＬ１３との境界を横軸の原点とし、横軸の原点からの正負それぞれの方向への距離を示す。また、当該グラフの縦軸は、演算部Ｏ６から出力される検出信号の電圧を示す。また、当該グラフにおける曲線Ｆ５は、第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２のそれぞれと検出対象物との間の距離を一定に保ちながら、第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２の先端側から第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２の基端側まで検出対象物を移動させた場合において、演算部Ｏ６から出力される検出信号の電圧をプロットした各点を順に繋いだ曲線である。換言すると、曲線Ｆ５は、勾配磁界センサ１２の感度分布を示す。一方、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ６は、従来の勾配磁界センサの感度分布を示す。
図７に示したように、曲線Ｆ６が示す電圧は、第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２の先端から第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２の基端までの範囲（すなわち、－３０［ｍｍ］～＋３０［ｍｍ］の範囲）に亘って、曲線Ｆ６が示す電圧の最大値の半分の値以上となっている。これは、曲線Ｆ６が示す従来の勾配磁界センサの感度分布と異なり、勾配磁界センサ１２の感度分布に不感帯が存在しないことを意味する。また、曲線Ｆ６が示す感度分布は、勾配磁界センサ１２に対する検出対象物の通過位置に応じた不感帯が存在していないことを示す。換言すると、当該感度分布では、勾配磁界センサ１２に対する検出対象物の通過位置に応じた感度の落ち込みが抑制されており、勾配磁界センサ１２に対する検出対象物の通過位置の違いによる感度の違いが、従来の勾配磁界センサの感度分布と比較して、小さくなっている（従来の勾配磁界センサの感度分布と比較して、均一な感度分布に近づいている）。すなわち、勾配磁界センサ１２は、不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、検出対象物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる。また、勾配磁界センサ１２がこのような特徴を有するため、複数の勾配磁界センサ１２は、互いのセンサヘッド同士を直交方向において重ならないように配置することで、アレイ化することもできる。
なお、この一例では、勾配磁界センサ１２の信号処理部ＰＲは、検出回路ＤＴ１から出力された検出信号○１と、検出回路ＤＴ２から出力された検出信号○２と、検出回路ＤＴ３から出力された検出信号○３と、検出回路ＤＴ４から出力された検出信号○４とに基づいて、○１＋○２、○２＋○３、○３＋○４、○１＋○４の４つの信号を作り、その後、｜（○１＋○２）－（○３＋○４）｜と、｜○２＋○３｜と、｜○１＋○４｜との３つの信号を加算する信号処理を行っていた。この信号処理は、トライアンドエラーにより得られた信号処理であり、他の信号処理と比べて、勾配磁界センサ１２の感度がよくなることに加えて、勾配磁界センサ１２に対する検出対象物の通過位置に応じた感度の変動も小さい。しかしながら、信号処理部ＰＲは、他の信号処理を行う構成であってもよい。この他の信号処理には、○１、○２、○３、○４のそれぞれが示す信号のうちの一部又は全部の減算が含まれてもよい。この場合、信号処理部ＰＲは、減算器を備える。例えば、この場合、信号処理部ＰＲが備える演算部Ｏ１～演算部Ｏ６のうちの一部又は全部は、減算器であってもよい。
ここで、演算部Ｏ１～演算部Ｏ６のような加算器又は減算器を勾配磁界センサ１２が備えることにより、勾配磁界センサ１２は、擬似的にＮの値を小さくすることができる。すなわち、この場合、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１及び検出コイルＣＬ２それぞれの数を、擬似的に少なくすることができる。その結果、勾配磁界センサ１２は、ユーザが所望する形状の感度分布で検出対象物の検出を行うことができる。
また、増幅部Ａ１～増幅部Ａ４を勾配磁界センサ１２が備えることにより、勾配磁界センサ１２は、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のそれぞれから出力される検出信号の平衡調整を行うことが出来る。
また、全波整流器ＦＲ１～全波整流器ＦＲ３を勾配磁界センサ１２が備えることにより、勾配磁界センサ１２は、極性の違いによって検出信号同士が打ち消し合ってしまうことを抑制することができる。
＜実施形態の変形例１＞
以下、実施形態の変形例１について説明する。なお、実施形態の変形例１では、実施形態と同様な構成部に対して同じ符号を付して説明を省略する。実施形態の変形例１では、勾配磁界センサ１２は、信号処理部ＰＲに代えて、差動アンプＤＦを備える。また、当該変形例１では、一例として、Ｎ＝２である場合について説明する。すなわち、当該変形例１では、勾配磁界センサ１２は、検出コイルＣＬ１１～検出コイルＣＬ１４のうちの検出コイルＣＬ１３及び検出コイルＣＬ１４を備えず、検出コイルＣＬ２１～検出コイルＣＬ２４のうちの検出コイルＣＬ２３及び検出コイルＣＬ２４を備えず、検出回路ＤＴ１～検出回路ＤＴ４のうちの検出回路ＤＴ３及び検出回路ＤＴ４を備えない。図８は、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２の構成の一例を示す図である。以下では、説明の便宜上、当該変形例１に係る勾配磁界センサ１２を、勾配磁界センサ１２Ａと称して説明する。
図８に示したように、実施形態の変形例１では、検出回路ＤＴ１の出力端子ＤＴ１３は、伝送路を介して、差動アンプＤＦが有する入力端子ＤＦ１と接続される。また、検出回路ＤＴ２の出力端子ＤＴ２３は、伝送路を介して、差動アンプＤＦが有する入力端子ＤＦ２と接続される。そして、差動アンプＤＦが有する出力端子ＤＦ３は、伝送路を介して、検出信号出力端子ＣＴ２と接続される。なお、検出回路ＤＴ１と差動アンプＤＦとの間には、勾配磁界センサ１２Ａが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、検出回路ＤＴ２と差動アンプＤＦとの間には、勾配磁界センサ１２Ａが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
このような構成の勾配磁界センサ１２Ａにおいて、検出回路ＤＴ１は、入力された差動信号Ｖｏｕｔ１に応じた検出信号を差動アンプＤＦに入力する。
また、勾配磁界センサ１２Ａにおいて、検出回路ＤＴ２は、入力された差動信号Ｖｏｕｔ２に応じた検出信号を差動アンプＤＦに入力する。
差動アンプＤＦは、検出回路ＤＴ１から入力された検出信号と、検出回路ＤＴ２から入力された検出信号との差動信号を新たな検出信号として、検出信号出力端子ＣＴ２に出力する。
このような動作によって、勾配磁界センサ１２Ａは、実施形態に係る勾配磁界センサ１２と同様に、不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、検出対象物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる。また、勾配磁界センサ１２Ａは、実施形態に係る勾配磁界センサ１２と同様に、勾配磁界コイル等によって生じるような一様勾配磁界を検出してしまうことを抑制することができる。
図９は、一様勾配磁界が印加された領域内に配置された勾配磁界センサ１２により直交方向に移動する所定の磁気モーメントが検出された場合において検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の一例を示す図である。ただし、図９は、シミュレーションによって得られた検出信号を示している。図９に示したグラフの横軸は、経過時間を示す。ただし、当該グラフの横軸の原点は、第１センサヘッドＳ１と第２センサヘッドＳ２との両方から等距離になる位置を磁気モーメントが通過したタイミングを示す。当該グラフの縦軸は、検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の電圧を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ７は、検出回路ＤＴ１から出力される検出信号の電圧の変化を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ８は、検出回路ＤＴ２から出力される検出信号の電圧の変化を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ９は、差動アンプＤＦから出力される検出信号の変化を示す。図９に示したように、当該グラフの横軸の原点周り以外では、曲線Ｆ７及び曲線Ｆ８は、ほぼ重なっている。そして、当該グラフの横軸の原点周り以外では、曲線Ｆ７及び曲線Ｆ８は、正弦波状の曲線となっている。これは、検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ１２、検出コイルＣＬ２１、検出コイルＣＬ２２のそれぞれが、一様勾配磁界を検出しているためである。一方、当該グラフの横軸の原点周りでは、曲線Ｆ７及び曲線Ｆ８は、磁気モーメントの検出に応じて、ピークを形作っている。ここで、差動アンプＤＦは、曲線Ｆ７が示す検出信号と、曲線Ｆ８が示す検出信号との差動信号を出力する。このため、曲線Ｆ９は、曲線Ｆ７と曲線Ｆ８との差分になっている。その結果、曲線Ｆ９では、当該グラフの横軸の原点周り以外では、電圧が０［Ｖ］になっている。これは、勾配磁界センサ１２Ａが一様勾配磁界を検出せず、磁気モーメントのみを検出していることを示している。
図１０は、一様勾配磁界が印加された領域内に勾配磁界センサ１２が配置されている場合において検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の他の例を示す図である。ただし、図１０に示した例では、検出回路ＤＴ１及び検出回路ＤＴ２から、一様勾配磁界において発生すると推定される正弦波の信号を試験的な検出信号として出力させている。図１０に示したグラフの横軸は、経過時間を示す。また、当該グラフの縦軸は、検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の電圧を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ１０は、検出回路ＤＴ１から出力される検出信号の電圧の変化を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ１１は、検出回路ＤＴ２から出力される検出信号の電圧の変化を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ１２は、差動アンプＤＦから出力される検出信号の変化を示す。この場合も、当該グラフに示したように、差動アンプＤＦから出力される検出信号の変化を示す曲線である曲線Ｆ１２は、曲線Ｆ１０と曲線Ｆ１１との差分となっている。その結果、曲線Ｆ１２では、図１０において見えている全範囲において、電圧が０［Ｖ］になっている。
図１１は、一様勾配磁界が印加された領域内に勾配磁界センサ１２が配置されている場合において検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の更に他の例を示す図である。ただし、図１１に示した例では、実際に第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２により一様勾配磁界が検出された場合において検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号を示している。図１１に示したグラフの横軸は、経過時間を示す。また、当該グラフの縦軸は、検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、差動アンプＤＦのそれぞれから出力される検出信号の電圧を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ１３は、検出回路ＤＴ１から出力される検出信号の電圧の変化を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ１４は、検出回路ＤＴ２から出力される検出信号の電圧の変化を示す。また、当該グラフにプロットされた曲線Ｆ１５は、差動アンプＤＦから出力される検出信号の変化を示す。この場合も、当該グラフに示したように、差動アンプＤＦから出力される検出信号の変化を示す曲線である曲線Ｆ１５は、曲線Ｆ１３と曲線Ｆ１４との差分となっている。その結果、曲線Ｆ１５では、図１１において見えている全範囲において、電圧が０［Ｖ］になっている。これは、実際の勾配磁界センサ１２Ａでも一様勾配磁界を検出しないことを示している。
以上のように、勾配磁界センサ１２Ａは、勾配磁界コイル等によって生じるような一様勾配磁界を検出してしまうことを抑制することができる。
ここで、勾配磁界センサ１２Ａにおいて一様勾配磁界が検出されてしまうことが抑制される原理について説明する。なお、この原理は、実施形態に係る勾配磁界センサ１２において一様勾配磁界が検出されてしまうことが抑制される原理と同じである。
＜勾配磁界センサ１２において一様勾配磁界が検出されてしまうことが抑制される原理＞
以下では、一例として、一様磁界及び一様勾配磁界が勾配磁界センサ１２Ａに印加されているとともに、所定の磁気モーメントが勾配磁界センサ１２Ａの検出領域内を搬送される場合を考える。また、以下では、説明の便宜上、時刻ｔにおいて磁気モーメントから第１センサヘッドＳ１に印加される磁界の強さをＢ１（ｔ）、時刻ｔにおいて磁気モーメントから第２センサヘッドＳ２に印加される磁界の強さをＢ２（ｔ）、時刻ｔにおいて第１センサヘッドＳ１及び第２センサヘッドＳ２に印加される一様磁界の強さをＢｕ（ｔ）、時刻ｔにおける第１センサヘッドＳ１に印加される一様勾配磁界の強さをＢｇ１（ｔ）、時刻ｔにおいて第２センサヘッドＳ２に印加される一様勾配磁界の強さをＢｇ２（ｔ）によって表す。
この場合、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ１１に誘起された第１誘起電圧Ｖ１１（ｔ）、及び、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ１２に誘起された第１誘起電圧Ｖ１２（ｔ）は、以下の式（１）によって表される。時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ２１に誘起された第２誘起電圧Ｖ２１（ｔ）、及び、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ２２に誘起された第２誘起電圧Ｖ２２（ｔ）は、以下の式（２）によって表される。
Figure 2023050662000002
Figure 2023050662000003
ここで、上記の式（１）及び式（２）におけるκは、磁界の強さを電圧に変換する比例定数を示す。また、上記の式（１）及び式（２）におけるＮｃは、検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ１２、検出コイルＣＬ２１、検出コイルＣＬ２２それぞれの巻き数を示す。また、上記の式（１）及び式（２）におけるＳは、検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ１２、検出コイルＣＬ２１、検出コイルＣＬ２２それぞれのコイル面の断面積を示す。あるコイルのコイル面は、当該コイルとして巻回された導体と、当該コイルが有する開口部とを含む厚みを持った仮想的な平面のことである。そして、当該コイル面の断面積は、当該平面の上面又は下面の面積のことである。
検出対象物の通過位置ｘに応じた検出コイルＣＬ１１による磁気モーメントの検出感度をα１１、検出対象物の通過位置ｘに応じた検出コイルＣＬ１２による磁気モーメントの検出感度をα１２、検出対象物の通過位置ｘに応じた検出コイルＣＬ２１による磁気モーメントの検出感度をα２１、検出対象物の通過位置ｘに応じた検出コイルＣＬ２２による磁気モーメントの検出感度をα２２によって表すと、検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ１２、検出コイルＣＬ２１、検出コイルＣＬ２２それぞれの検出感度が等しい場合、以下の式（３）が成り立つ。なお、α１１、α１２、α２１、α２２のそれぞれは、検出対象物の通過位置ｘの関数である。
Figure 2023050662000004
この場合、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ１１に誘起された第１誘起電圧と、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ２１に誘起された第２誘起電圧との差動信号Ｖ１（ｔ）は、以下の式（４）のように表される。また、この場合、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ１２に誘起された第１誘起電圧と、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ２２に誘起された第２誘起電圧との差動信号Ｖ２（ｔ）は、以下の式（５）のように表される。
Figure 2023050662000005
Figure 2023050662000006
式(４)に示すように、時刻ｔにおける差動信号Ｖ１（ｔ）は、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ１１に誘起される第１誘起電圧Ｖ１１（ｔ）と、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ２１に誘起される第２誘起電圧Ｖ２１（ｔ）との差により得られる。このため、差動信号Ｖ１（ｔ）では、一様磁界の強さＢｕ（ｔ）の成分がキャンセルアウトしている。また、式(５)に示すように、時刻ｔにおける差動信号Ｖ２（ｔ）は、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ１２に誘起される第１誘起電圧Ｖ１２（ｔ）と、時刻ｔにおいて検出コイルＣＬ２２に誘起される第２誘起電圧Ｖ２２（ｔ）との差により得られる。このため、差動信号Ｖ２（ｔ）でも、一様磁界の強さＢｕ（ｔ）の成分がキャンセルアウトしている。
そして、時刻ｔにおいて差動アンプＤＦから出力される検出信号Ｖ０（ｔ）は、以下の式（６）に示したように、式（４）に示した差動信号Ｖ１（ｔ）と、式（５）に示した差動信号Ｖ２（ｔ）との差により得られる。
Figure 2023050662000007
上記の式（６）に示すように、検出信号Ｖ０（ｔ）では、一様勾配磁界の強さＢｇ１（ｔ）と、一様勾配磁界の強さＢｇ２（ｔ）との両方がキャンセルアウトしている。これは、勾配磁界センサ１２Ａでは、一様磁界が検出されてしまうことが抑制されているとともに、一様勾配磁界が検出されてしまうことが抑制されていることを示している。以上のような原理により、勾配磁界センサ１２Ａは、一様磁界を検出してしまうことを抑制することができるとともに、一様勾配磁界を検出してしまうことを抑制することができる。
＜実施形態の変形例２＞
以下、実施形態の変形例２について説明する。なお、実施形態の変形例２では、実施形態と同様な構成部に対して同じ符号を付して説明を省略する。また、以下では、説明の便宜上、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２を、勾配磁界センサ１２Ｂと称して説明する。また、実施形態の変形例２において説明する事項は、実施形態のみならず、実施形態の変形例１に適用されてもよい。
図１２は、勾配磁界センサ１２Ｂの回路構成の一例を示す図である。
勾配磁界センサ１２Ｂは、交流電源接続端子ＣＴ１と、第１センサヘッドＳ１と、第２センサヘッドＳ２と、第０移相回路ＰＳ０と、交流電流制御部ＣＣ１と、検出回路ＤＴ１と、検出回路ＤＴ２と、検出回路ＤＴ３と、検出回路ＤＴ４と、信号処理部ＰＲと、検出信号出力端子ＣＴ２とに加えて、直流電源接続端子ＣＴ３と、直流電流制御部ＣＣ２を備える。また、直流電流制御部ＣＣ２は、入力端子ＣＣ２１と、出力端子ＣＣ２２と、出力端子ＣＣ２３を有する。また、直流電流制御部ＣＣ２は、第１可変抵抗ＶＲ２１と、第１インダクタＬ１と、第２可変抵抗ＶＲ２２と、第２インダクタＬ２を備える。
また、勾配磁界センサ１２Ｂは、伝送路を介して、交流電源Ｐ１に加えて、直流電源Ｐ２とも接続される。より具体的には、勾配磁界センサ１２Ｂが有する直流電源接続端子ＣＴ３は、伝送路を介して、直流電源Ｐ２が有する正極電源端子と接続される。そして、直流電源Ｐ２が有する負極電源端子は、伝送路を介して、グラウンドに接地される。ここで、直流電源Ｐ２は、如何なる直流電源であってもよい。なお、直流電源接続端子ＣＴ３と当該正極電源端子との間には、勾配磁界センサ１２Ｂが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、当該負極電源端子とグラウンドとの間には、勾配磁界センサ１２Ｂが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、直流電源接続端子ＣＴ３は、伝送路を介して、直流電流制御部ＣＣ２が有する入力端子ＣＣ２１と接続される。なお、直流電源接続端子ＣＴ３と直流電流制御部ＣＣ２との間には、勾配磁界センサ１２Ａが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、直流電流制御部ＣＣ２において、入力端子ＣＣ２１と出力端子ＣＣ２２との間には、伝送路を介して、第１可変抵抗ＶＲ２１と、第１インダクタＬ１とが直列に接続される。また、直流電流制御部ＣＣ２において、入力端子ＣＣ２１と出力端子ＣＣ２３との間には、伝送路を介して、第２可変抵抗ＶＲ２２と、第２インダクタＬ２とが直列に接続される。なお、入力端子ＣＣ２１と出力端子ＣＣ２２との間には、勾配磁界センサ１２Ａが有する機能を損なわない範囲内において、第１可変抵抗ＶＲ２１と、第１インダクタＬ１とともに、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＣＣ２１と出力端子ＣＣ２２との間において、第１可変抵抗ＶＲ２１と、第１インダクタＬ１とは、如何なる順で直列に接続される構成であってもよい。また、入力端子ＣＣ２１と出力端子ＣＣ２３との間には、勾配磁界センサ１２Ａが有する機能を損なわない範囲内において、第２可変抵抗ＶＲ２２と、第２インダクタＬ２とともに、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。また、入力端子ＣＣ２１と出力端子ＣＣ２３との間において、第２可変抵抗ＶＲ２２と、第２インダクタＬ２とは、如何なる順で直列に接続される構成であってもよい。
また、直流電流制御部ＣＣ２の出力端子ＣＣ２２は、交流電流制御部ＣＣ１が有する出力端子ＣＣ１３と第１磁気コアＣＲ１とを接続する伝送路と、他の伝送路を介して接続されている。なお、出力端子ＣＣ２２と、交流電流制御部ＣＣ１が有する出力端子ＣＣ１３と第１磁気コアＣＲ１とを接続する伝送路との間には、勾配磁界センサ１２Ａが有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
また、直流電流制御部ＣＣ２の出力端子ＣＣ２３は、交流電流制御部ＣＣ１が有する出力端子ＣＣ１４と第２磁気コアＣＲ２とを接続する伝送路と、他の伝送路を介して接続されている。なお、出力端子ＣＣ２３と、交流電流制御部ＣＣ１が有する出力端子ＣＣ１４と第２磁気コアＣＲ２とを接続する伝送路との間には、勾配磁界センサ１２が有する機能を損なわない範囲内において、他の回路素子、他の装置等が接続される構成であってもよい。
次に、勾配磁界センサ１２Ｂの動作について説明する。
上記のような回路構成の勾配磁界センサ１２Ｂにおいて、直流電源Ｐ２は、直流電源接続端子ＣＴ３に直流電流を入力する。直流電源接続端子ＣＴ３に入力された直流電流は、直流励磁電流として直流電流制御部ＣＣ２に入力される。
直流電流制御部ＣＣ２に入力された直流励磁電流は、第１直流励磁電流ＤＣ１と第２直流励磁電流ＤＣ２との２つの直流励磁電流に分岐される。
直流電流制御部ＣＣ２において、第１直流励磁電流ＤＣ１は、第１可変抵抗ＶＲ２１により大きさが調整される。そして、第１直流励磁電流ＤＣ１は、出力端子ＣＣ２２から第１磁気コアＣＲ１に入力する。これにより、４個の検出コイルＣＬ１のうちのｎ番目の検出コイルＣＬ１ｎには、第１磁気コアＣＲ１に流れた第１交流励磁電流ＡＣ１と、第１磁気コアＣＲ１に流れた第１直流励磁電流ＤＣ１と、検出コイルＣＬ１ｎに印加された磁界の強さとに応じた電圧が誘起される。すなわち、勾配磁界センサ１２Ｂにおいても、当該電圧は、外部から検出コイルＣＬ１ｎに印加された磁界の強さに応じて変化する。以下では、説明の便宜上、当該電圧を、第３誘起電圧と称して説明する。なお、第１インダクタＬ１は、ＤＣ（Direct Current）カップリングのためのインダクタである。第１インダクタＬ１の存在により、勾配磁界センサ１２Ｂでは、交流電流が出力端子ＣＣ２２から入力端子ＣＣ２１へ流れてしまうことを抑制することができる。
一方、直流電流制御部ＣＣ２において、第２直流励磁電流ＤＣ２は、第２可変抵抗ＶＲ２２により大きさが調整される。そして、第２直流励磁電流ＤＣ２は、出力端子ＣＣ２３から第２磁気コアＣＲ２に入力する。これにより、４個の検出コイルＣＬ２のうちのｎ番目の検出コイルＣＬ２ｎには、第２磁気コアＣＲ２に流れた第２交流励磁電流ＡＣ２と、第２磁気コアＣＲ２に流れた第２直流励磁電流ＤＣ２と、検出コイルＣＬ２ｎに印加された磁界の強さとに応じた電圧が誘起される。すなわち、勾配磁界センサ１２Ｂにおいても、当該電圧は、外部から検出コイルＣＬ２ｎに印加された磁界の強さに応じて変化する。以下では、説明の便宜上、当該電圧を、第４誘起電圧と称して説明する。なお、第２インダクタＬ２は、ＤＣカップリングのためのインダクタである。第２インダクタＬ２の存在により、勾配磁界センサ１２Ｂでは、交流電流が出力端子ＣＣ２３から入力端子ＣＣ２１へ流れてしまうことを抑制することができる。
勾配磁界センサ１２Ｂでは、検出コイルＣＬ１１に誘起された第３誘起電圧と、検出コイルＣＬ２１に誘起された第４誘起電圧とに応じた信号が、差動信号Ｖｏｕｔ１として検出回路ＤＴ１が有する入力端子ＤＴ１２に入力する。また、勾配磁界センサ１２Ｂでは、検出コイルＣＬ１２に誘起された第３誘起電圧と、検出コイルＣＬ２２に誘起された第４誘起電圧とに応じた信号が、差動信号Ｖｏｕｔ２として検出回路ＤＴ２が有する入力端子ＤＴ２２に入力する。また、勾配磁界センサ１２Ｂでは、検出コイルＣＬ１３に誘起された第３誘起電圧と、検出コイルＣＬ２３に誘起された第４誘起電圧とに応じた信号が、差動信号Ｖｏｕｔ３として検出回路ＤＴ３が有する入力端子ＤＴ３２に入力する。また、勾配磁界センサ１２Ｂでは、検出コイルＣＬ１４に誘起された第３誘起電圧と、検出コイルＣＬ２４に誘起された第４誘起電圧とに応じた信号が、差動信号Ｖｏｕｔ４として検出回路ＤＴ４が有する入力端子ＤＴ４２に入力する。
なお、検出回路ＤＴ１、検出回路ＤＴ２、検出回路ＤＴ３、検出回路ＤＴ４、信号処理部ＰＲのそれぞれの動作については、実施形態において説明した動作と同様の動作である。このため、以下では、これらの動作について、詳細な説明を省略する。
以上のような構成であっても、勾配磁界センサ１２Ｂは、実施形態に係る勾配磁界センサ１２と同様に、不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、着磁された異物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる。
なお、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれは、第０移相回路ＰＳ０を備えない構成であってもよい。
また、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれは、第１移相回路ＰＳ１と第２移相回路ＰＳ２とのいずれか一方を備えない構成であってもよい。
また、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれは、第１可変抵抗ＶＲ１１と第２可変抵抗ＶＲ１２とのいずれか一方を備えない構成であってもよい。
また、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれは、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２との少なくとも一方を備えない構成であってもよい。ただし、前述した通り、これらはＡＣカップリングのためのコンデンサである。このため、当該勾配磁界センサ１２は、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２との両方を備えている方が望ましい。
また、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれでは、交流電流制御部ＣＣ１は、第１可変抵抗ＶＲ１１に代えて、又は、第１可変抵抗ＶＲ１１に加えて、第１交流励磁電流ＡＣ１の振幅を増幅する第１増幅回路を備える構成であってもよい。
また、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれでは、交流電流制御部ＣＣ１は、第２可変抵抗ＶＲ１２に代えて、又は、第２可変抵抗ＶＲ１２に加えて、第２交流励磁電流ＡＣ２の振幅を増幅する第２増幅回路を備える構成であってもよい。
また、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれは、交流電流制御部ＣＣ１の第１移相回路ＰＳ１の移相量、第１可変抵抗ＶＲ１１の抵抗値、第２移相回路ＰＳ２の移相量、第２可変抵抗ＶＲ１２の抵抗値のそれぞれを調整することにより、第１センサヘッドＳ１の感度と第２センサヘッドＳ２の感度とを近づけることができる。すなわち、これにより、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれは、第１センサヘッドＳ１の感度と第２センサヘッドＳ２の感度とを平衡させ、検出対象物を検出する精度を向上させることができる。
また、上記において説明した第１磁気コアＣＲ１は、直列に接続された２以上の磁性体を含む構成であってもよい。この場合、第１磁気コアＣＲ１は、これら２以上の磁性体のうちの一部又は全部は、非磁性の導体によって直列に接続される構成であってもよい。ここで、例えば、磁性体ＣＲ１Ａと磁性体ＣＲ１Ｂとの２つの磁性体を第１磁気コアＣＲ１が含んでいる場合、第１磁気コアＣＲ１では、磁性体ＣＲ１Ａと磁性体ＣＲ１Ｂとは、非磁性の導体によって接続される。そして、磁性体ＣＲ１Ａが有する端部のうち導体と接続されている端部と反対側の端部には、交流電流制御部ＣＣ１の出力端子ＣＣ１３と接続される端子が設けられる。また、磁性体ＣＲ１Ｂが有する端部のうち導体ＣＲ１Ｃと接続されている端部と反対側の端部には、グラウンドに接地される端子が設けられる。
また、上記において説明した第２磁気コアＣＲ２は、直列に接続された２以上の磁性体を含む構成であってもよい。この場合、第２磁気コアＣＲ２は、これら２以上の磁性体のうちの一部又は全部は、非磁性の導体によって直列に接続される構成であってもよい。なお、複数の磁性体を含む第２磁気コアＣＲ２の構成については、複数の磁性体を含む第１磁気コアＣＲ１の構成と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。
また、上記において説明した第１センサヘッドＳ１では、第１磁気コアＣＲ１に所定の磁界が印加された場合において検出コイルＣＬ１ｎから出力される電圧の極性は、第１磁気コアＣＲ１に所定の磁界が印加された場合において、検出コイルＣＬ１ｎ＋１から出力される電圧の極性と同じであった。このため、上記において説明した第２センサヘッドＳ２でも、第２磁気コアＣＲ２に所定の磁界が印加された場合において検出コイルＣＬ２ｎから出力される電圧の極性は、第２磁気コアＣＲ２に所定の磁界が印加された場合において、検出コイルＣＬ２ｎ＋１から出力される電圧の極性と同じであった。これは、図４に示した回路図に応じた信号処理を信号処理部ＰＲが効率よく行えるため、都合がよかったからである。このような事情から、上記において説明した第１センサヘッドＳ１では、第１磁気コアＣＲ１に所定の磁界が印加された場合において、Ｎ個の検出コイルＣＬ１のうちの一部から出力される電圧の極性は、信号処理部ＰＲが行う信号処理の構成に応じて、第１磁気コアＣＲ１に所定の磁界が印加された場合において、Ｎ個の検出コイルＣＬ１のうちの残り全部から出力される電圧の極性と異なる構成であってもよい。この場合、上記において説明した第２センサヘッドＳ２では、第２磁気コアＣＲ２に所定の磁界が印加された場合において、Ｎ個の検出コイルＣＬ２のうちの一部から出力される電圧の極性も、信号処理部ＰＲが行う信号処理の構成に応じて、第２磁気コアＣＲ２に所定の磁界が印加された場合において、Ｎ個の検出コイルＣＬ２のうちの残り全部から出力される電圧の極性と異なる。例えば、上記において説明した第１センサヘッドＳ１では、第１磁気コアＣＲ１に所定の磁界が印加された場合において検出コイルＣＬ１２から出力される電圧の極性は、信号処理部ＰＲが行う信号処理の構成に応じて、第１磁気コアＣＲ１に所定の磁界が印加された場合において、検出コイルＣＬ１１、検出コイルＣＬ１３、検出コイルＣＬ１４のそれぞれから出力される電圧の極性と異なる構成であってもよい。この場合、上記において説明した第２センサヘッドＳ２でも、第２磁気コアＣＲ２に所定の磁界が印加された場合において検出コイルＣＬ２２から出力される電圧の極性は、第２磁気コアＣＲ２に所定の磁界が印加された場合において、検出コイルＣＬ２１、検出コイルＣＬ２３、検出コイルＣＬ２４のそれぞれから出力される電圧の極性と異なる。また、例えば、上記において説明した第１センサヘッドＳ１では、第１磁気コアＣＲ１に所定の磁界が印加された場合において検出コイルＣＬ１ｎから出力される電圧の極性は、信号処理部ＰＲが行う信号処理の構成に応じて、第１磁気コアＣＲ１に所定の磁界が印加された場合において、検出コイルＣＬ１ｎ＋１から出力される電圧の極性と異なる構成であってもよい。この場合、上記において説明した第２センサヘッドＳ２でも、第２磁気コアＣＲ２に所定の磁界が印加された場合において検出コイルＣＬ２ｎから出力される電圧の極性は、第２磁気コアＣＲ２に所定の磁界が印加された場合において、検出コイルＣＬ２ｎ＋１から出力される電圧の極性と異なる。これらにより、実施形態に係る勾配磁界センサ１２、実施形態の変形例１に係る勾配磁界センサ１２Ａ、実施形態の変形例２に係る勾配磁界センサ１２Ｂのそれぞれは、信号処理部ＰＲの信号処理の効率を向上させることができる。
以上のように、実施形態に係る勾配磁界センサ（上記において説明した例では、勾配磁界センサ１２、勾配磁界センサ１２Ａ、勾配磁界センサ１２Ｂ）は、直線形状の部分を有する第１磁気コア（上記において説明した例では、第１磁気コアＣＲ１）と、直線形状の部分を有する第２磁気コア（上記において説明した例では、第２磁気コアＣＲ２）と、第１磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されているＮ個の第１コイル（上記において説明した例では、４個の検出コイルＣＬ１）と、第２磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されているＮ個の第２コイル（上記において説明した例では、４個の検出コイルＣＬ２）と、第１磁気コアと第２磁気コアとが設けられる本体部（上記において説明した例では、本体部ＭＢ）と、を備え、Ｎ個の第１コイルのうち第１磁気コアの先端側からｎ番目の第１コイル（上記において説明した例では、検出コイルＣＬ１ｎ）は、Ｎ個の第２コイルのうち第２磁気コアの先端側からｎ番目の第２コイル（上記において説明した例では、検出コイルＣＬ２ｎ）と差動接続され、Ｎは、２以上の整数であり、ｎは、１以上Ｎ以下の範囲内の整数である。これにより、勾配磁界センサは、不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、着磁された異物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる。
また、勾配磁界センサでは、第１磁気コアの直線形状の部分は、第２磁気コアの直線形状の部分と略平行である、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、第１磁気コアの直線形状の部分と、第２磁気コアの直線形状の部分とは、略同軸上に位置している、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、第１磁気コアと第２磁気コアとのそれぞれは、互いの直線形状の部分が略平行となるように本体部から予め決められた方向に突出している、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、第１磁気コアの直線形状の部分は、第１磁気コアの直線形状の部分及び第２磁気コアの直線形状の部分のそれぞれと直交する直交方向から見た場合、第２磁気コアの直線形状の部分の少なくとも一部と重なっている、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、第１磁気コアの直線形状の部分は、直交方向から見た場合、第２磁気コアの直線形状の部分と略すべて重なっている、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、ｎ番目の第１コイルは、直交方向から見た場合、ｎ番目の第２コイルと略すべて重なっている、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、Ｎ個の第１コイルにおいて互いに隣り合う２個の第１コイル同士は、絶縁され、且つ、接触しており、Ｎ個の第２コイルにおいて互いに隣り合う２個の第２コイル同士は、絶縁され、且つ、接触している、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、ｎ番目の第１コイルの自己インダクタンスは、ｎ番目の第２コイルの自己インダクタンスと略同じである、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、Ｎ個の第１コイルそれぞれの自己インダクタンスの合計は、Ｎ個の第２コイルそれぞれの自己インダクタンスの合計と略同じである、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、Ｎ個の第１コイルが巻回された第１磁気コアと、Ｎ個の第２コイルが巻回された第２磁気コアとは、線対称に配置されている、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、第１磁気コアに所定の磁界が印加された場合においてｎ番目の第１コイルから出力される電圧の極性は、第１磁気コアに所定の磁界が印加された場合において、Ｎ個の第１コイルのうち第１磁気コアの先端側からｎ＋１番目の第１コイルから出力される電圧の極性と同じであり、第２磁気コアに所定の磁界が印加された場合においてｎ番目の第２コイルから出力される電圧の極性は、第２磁気コアに所定の磁界が印加された場合において、Ｎ個の第２コイルのうち第２磁気コアの先端側からｎ＋１番目の第２コイルから出力される電圧の極性と同じである、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、第１磁気コアに所定の磁界が印加された場合においてＮ個の第１コイルのうちの一部から出力される電圧の極性は、第１磁気コアに所定の磁界が印加された場合において、Ｎ個の第１コイルのうちの残り全部から出力される電圧の極性と反対であり、第２磁気コアに所定の磁界が印加された場合においてＮ個の第２コイルのうちの一部から出力される電圧の極性は、第２磁気コアに所定の磁界が印加された場合において、Ｎ個の第２コイルのうちの残り全部から出力される電圧の極性と反対である、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサは、ｎ番目の第１コイルから出力される電圧と、ｎ番目の第２コイルから出力される電圧との差分に応じた電圧が電圧信号として入力される信号処理部（上記において説明した例では、信号処理部ＰＲ）を更に備える、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、信号処理部は、電圧信号の加算又は減算を行う演算部（上記において説明した例では、演算部Ｏ１～演算部Ｏ６のそれぞれ）を備える、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、信号処理部は、電圧信号を増幅する増幅部（上記において説明した例では、増幅部Ａ１～増幅部Ａ４）を備える、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、信号処理部は、電圧信号の絶対値を出力する絶対値出力部（上記において説明した例では、全波整流器ＦＲ１～全波整流器ＦＲ３のそれぞれ）を備える、構成が用いられてもよい。
また、勾配磁界センサでは、信号処理部は、シグナルとノイズとを弁別する弁別部（上記において説明した例では、ヒステリシスコンパレータＨＣ）を備える、構成が用いられてもよい。
また、実施形態に係る磁性物検出装置（上記において説明した例では、磁性物検出装置１）は、上記に記載の勾配磁界センサを備える。これにより、磁性物検出装置は、不感帯が生じてしまうことを抑制しつつ、着磁された異物の通過位置に応じた感度の変動を抑制することができる。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。
１…磁性物検出装置、１１…着磁装置、１２、１２Ａ、１２Ｂ…勾配磁界センサ、２０…情報処理装置、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４…増幅部、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４…バッファ、Ｃ１…第１コンデンサ、Ｃ２…第２コンデンサ、Ｃ３…第３コンデンサ、ＣＣ１…交流電流制御部、ＣＣ２…直流電流制御部、ＣＬ１、ＣＬ１ｎ、ＣＬ１Ｎ、ＣＬ２、ＣＬ２ｎ、ＣＬ２Ｎ、ＣＬ１１、ＣＬ１２、ＣＬ１３、ＣＬ１４、ＣＬ２１、ＣＬ２２、ＣＬ２３、ＣＬ２４…検出コイル、ＣＲ１…第１磁気コア、ＣＲ２…第２磁気コア、ＣＳ…枠体、ＣＴ１…交流電源接続端子、ＣＴ２…検出信号出力端子、ＣＴ３…直流電源接続端子、ＤＡ、ＤＦ…差動アンプ、ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、ＤＴ４…検出回路、ＥＡ…誤差アンプ、ＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３…全波整流器、ＨＣ…ヒステリシスコンパレータ、ＨＦ１、ＨＦ２、ＨＦ３、ＨＦ４…ハイパスフィルタ、ＩＶ…インバータ、Ｌ１…第１インダクタ、Ｌ２…第２インダクタ、ＬＦ…ローパスフィルタ、ＭＢ…本体部、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６…演算部、Ｐ１…交流電源、Ｐ２…直流電源、ＰＤ…位相検波回路、ＰＲ…信号処理部、ＰＳ０…第０移相回路、ＰＳ１…第１移相回路、ＰＳ２…第２移相回路、Ｒ１…抵抗、ＲＬ１…第１ローラ、ＲＬ２…第２ローラ、Ｓ１…第１センサヘッド、Ｓ２…第２センサヘッド、ＳＴ…シート部材、ＶＲ１１…第１可変抵抗、ＶＲ１２…第２可変抵抗、ＶＲ２１…第１可変抵抗、ＶＲ２２…第２可変抵抗

Claims (19)

  1. 直線形状の部分を有する第１磁気コアと、
    直線形状の部分を有する第２磁気コアと、
    前記第１磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されているＮ個の第１コイルと、
    前記第２磁気コアが有する直線形状の部分に順に配置されているＮ個の第２コイルと、
    前記第１磁気コアと前記第２磁気コアとが設けられる本体部と、
    を備え、
    前記Ｎ個の第１コイルのうち前記第１磁気コアの先端側からｎ番目の第１コイルは、前記Ｎ個の第２コイルのうち前記第２磁気コアの先端側からｎ番目の第２コイルと差動接続され、
    Ｎは、２以上の整数であり、
    ｎは、１以上Ｎ以下の範囲内の整数である、
    勾配磁界センサ。
  2. 前記第１磁気コアの直線形状の部分は、前記第２磁気コアの直線形状の部分と略平行である、
    請求項１に記載の勾配磁界センサ。
  3. 前記第１磁気コアの直線形状の部分と、前記第２磁気コアの直線形状の部分とは、略同軸上に位置している、
    請求項２に記載の勾配磁界センサ。
  4. 前記第１磁気コアと前記第２磁気コアとのそれぞれは、互いの直線形状の部分が略平行となるように前記本体部から予め決められた方向に突出している、
    請求項２に記載の勾配磁界センサ。
  5. 前記第１磁気コアの直線形状の部分は、前記第１磁気コアの直線形状の部分及び前記第２磁気コアの直線形状の部分のそれぞれと直交する直交方向から見た場合、前記第２磁気コアの直線形状の部分の少なくとも一部と重なっている、
    請求項４に記載の勾配磁界センサ。
  6. 前記第１磁気コアの直線形状の部分は、前記直交方向から見た場合、前記第２磁気コアの直線形状の部分と略すべて重なっている、
    請求項５に記載の勾配磁界センサ。
  7. 前記ｎ番目の第１コイルは、前記直交方向から見た場合、前記ｎ番目の第２コイルと略すべて重なっている、
    請求項５又は６に記載の勾配磁界センサ。
  8. 前記Ｎ個の第１コイルにおいて互いに隣り合う２個の第１コイル同士は、絶縁され、且つ、接触しており、
    前記Ｎ個の第２コイルにおいて互いに隣り合う２個の第２コイル同士は、絶縁され、且つ、接触している、
    請求項１から７のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  9. 前記ｎ番目の第１コイルの自己インダクタンスは、前記ｎ番目の第２コイルの自己インダクタンスと略同じである、
    請求項１から８のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  10. 前記Ｎ個の第１コイルそれぞれの自己インダクタンスの合計は、前記Ｎ個の第２コイルそれぞれの自己インダクタンスの合計と略同じである、
    請求項１から９のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  11. 前記Ｎ個の第１コイルが巻回された前記第１磁気コアと、前記Ｎ個の第２コイルが巻回された前記第２磁気コアとは、線対称に配置されている、
    請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  12. 前記第１磁気コアに所定の磁界が印加された場合において前記ｎ番目の第１コイルから出力される電圧の極性は、前記第１磁気コアに前記所定の磁界が印加された場合において、前記Ｎ個の第１コイルのうち前記第１磁気コアの先端側からｎ＋１番目の第１コイルから出力される電圧の極性と同じであり、
    前記第２磁気コアに前記所定の磁界が印加された場合において前記ｎ番目の第２コイルから出力される電圧の極性は、前記第２磁気コアに前記所定の磁界が印加された場合において、前記Ｎ個の第２コイルのうち前記第２磁気コアの先端側からｎ＋１番目の第２コイルから出力される電圧の極性と同じである、
    請求項１から１１のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  13. 前記第１磁気コアに所定の磁界が印加された場合において前記Ｎ個の第１コイルのうちの一部から出力される電圧の極性は、前記第１磁気コアに前記所定の磁界が印加された場合において、前記Ｎ個の第１コイルのうちの残り全部から出力される電圧の極性と反対であり、
    前記第２磁気コアに前記所定の磁界が印加された場合において前記Ｎ個の第２コイルのうちの一部から出力される電圧の極性は、前記第２磁気コアに前記所定の磁界が印加された場合において、前記Ｎ個の第２コイルのうちの残り全部から出力される電圧の極性と反対である、
    請求項１から１１のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  14. 前記勾配磁界センサは、前記ｎ番目の第１コイルから出力される電圧と、前記ｎ番目の第２コイルから出力される電圧との差分に応じた電圧が電圧信号として入力される信号処理部を更に備える、
    請求項１から１３のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  15. 前記信号処理部は、電圧信号の加算又は減算を行う演算部を備える、
    請求項１４に記載の勾配磁界センサ。
  16. 前記信号処理部は、電圧信号を増幅する増幅部を備える、
    請求項１４又は１５に記載の勾配磁界センサ。
  17. 前記信号処理部は、電圧信号の絶対値を出力する絶対値出力部を備える、
    請求項１４から１６のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  18. 前記信号処理部は、シグナルとノイズとを弁別する弁別部を備える、
    請求項１４から１７のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサ。
  19. 請求項１から１８のうちいずれか一項に記載の勾配磁界センサを備える、
    磁性物検出装置。
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