JP3956279B2

JP3956279B2 - センサ

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Publication number: JP3956279B2
Application number: JP2001392352A
Authority: JP
Inventors: 文人山本; 実雄右田; 章夫小松
Original assignee: 株式会社ミネルバ
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP2003194958A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電磁界を用い、非接触で被検出体を検出・識別、または被検出体が含んでいる水分や溶融物を検出・識別するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、センサは、被検出体が有する電気的または磁気的な変化を検出することで、上記被検出体を検出したり、あるいは識別したりする。たとえば、紙幣を識別するセンサでは、紙幣に金属箔のメタルスレッドを設け、磁気ヘッドによりメタルスレッドの有無を検出することで、紙幣を識別するようにしたものがある。
【０００３】
また、被検出体（個体、粉状物または気体）が含有する水分（たとえば、紙、肥料または空気が含有する水分）や、液体に溶融した溶融物の濃度を測定する場合、被検出物をサンプリングして測定することが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁気ヘッドを使用した上記センサでは、被検出体（たとえば紙幣等）と磁気ヘッドの磁気検出面（以下、「検出面」）とを密着させないと、磁気ヘッドから被検出体のメタルスレッド部に到達する磁束の損失（いわゆるスペーシングロス）が増大してしまうので、ローラにより磁気ヘッドの検出面に紙幣を押しつけるようにしている。このため、紙幣が磁気ヘッドの検出面を摺動することで、検出面が磨耗し、磁気ヘッドの耐久性を劣化させ、また、紙幣も皺がよったりしてしまう、という問題がある。
【０００５】
このように、従来のセンサは、被検出体の特定の性質（たとえば、磁性体の透磁率）のみを検出するように構成されているために、上記問題を生じさせている。
また、固形物、粉状物等が含有する水分、液体に溶融している溶融物の濃度等の測定を被検体のサンプリングによって行うと、被検体をサンプリングして測定する装置を別途用意しなければならず、且つ被検体をリアルタイムに測定ができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、被検出体が高周波電磁界に晒されたときの特性（静電的さらには電磁的特性）に注目し、被検出体が高周波電磁界に与える影響を検出することにより、非接触で種々の被検出体の検出・識別、または被検出体が含んでいる水分や溶融物をリアルタイムに検出・識別することができるセンサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明によれば、請求項１では、磁束ループを形成する磁性体のコア本体に巻回され、高周波電源により駆動される第１の励磁コイルと、この第１の励磁コイルと共に共振回路を形成する第１の励磁側コンデンサと、第１の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生し、前記コア本体が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって変化する、電磁界を検出する前記コア本体に巻回された第１の検出コイルと、この第１の検出コイルと共に共振回路を形成する第１の検出側コンデンサとを備えたセンサが提供される。
【０００８】
このように構成されるセンサであれば、第１の励磁コイルを駆動する高周波電源により、第１の励磁コイルと第１の励磁側コンデンサとからなる共振回路に共振電流が流れてコア本体に磁束ループが発生し、第１の検出コイルと第１の検出側コンデンサとからなる共振回路に高周波電流が誘起されて、第１の検出コイルの両端に電磁結合による高周波電圧を発生させる。
【０００９】
また、第１の励磁コイルに流れる高周波電流はこの第１の励磁コイルの両端に高周波電圧を発生させ、この高周波電圧は、浮遊静電容量で第１の検出コイルに静電結合されて第１の検出コイルの両端に静電結合による高周波電圧を発生させる。
したがって、コア本体の検出端の近傍を通過する被検出体によって、静電的結合である浮遊静電容量が影響を受け、第１の検出コイルの両端に発生する高周波電圧が変化するので、被検出体を検出・識別することができる。
【００１０】
請求項２では、コア本体の検出端に設けた磁気ギャップで漏洩磁束を生じさせる。この漏洩磁束は、第１の励磁コイルと第１の検出コイルとの電磁結合に寄与するので、この漏洩磁束が被検出体によって影響を受けると、第１の励磁コイルと第１の検出コイルとの間の電磁的結合が変化し、被検出体によって影響を受ける静電的結合とあいまって、第１の検出コイルの両端に発生する高周波電圧が変化して、被検出体を検出・識別することができる。
【００１１】
請求項３では、第１の励磁側コンデンサと第１の励磁コイルとの共振周波数と、第１の検出側コンデンサと第１の検出コイルとの共振周波数とが等しい。したがって、高周波電源の周波数を上記共振周波数と同一周波数とすれば、被検出体が上記それぞれの共振周波数に浮遊静電容量による静電的影響を与えて、それぞれの共振周波数を変化させ、第１の検出コイルが検出する高周波電圧が大きく変化することになるので、センサの感度を向上することができる。
【００１２】
請求項４では、第１の磁束ループを形成する磁性体からなる第１のコア部と第２の磁束ループ部を形成する磁性体からなる第２のコア部とからなり、かつ第１のコア部の一部と第２のコア部の一部が一体をなすコア本体と、前記第１の磁束ループ部を励磁するべく第１のコア部に巻回され、高周波電源により駆動される第１の励磁コイルと、この第１の励磁コイルと共に共振回路を形成する第１の励磁側コンデンサと、前記第２の磁束ループ部を励磁するべく第２のコア部に巻回され、前記高周波電源により駆動される第２の励磁コイルと、この第２の励磁コイルと共に共振回路を形成する第２の励磁側コンデンサと、前記高周波電源により駆動される前記第１の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生し、上記第１のコア部が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって変化する、電磁界を検出する前記第１のコア部に巻回された第１の検出コイルと、この第１の検出コイルと共に共振回路を形成する第１の検出側コンデンサと、前記高周波電源により駆動される前記第２の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生する電磁界を検出する前記第２のコア部に巻回された第２の検出コイルと、この第２の検出コイルと共に共振回路を形成する第２の検出側コンデンサとを備えたセンサが提供される。
【００１３】
このように構成されるセンサであれば、第１の励磁コイルに接続される高周波電源により、第１の励磁コイルと第１の励磁側コンデンサとからなる共振回路の高周波電流で第１のコア部が励磁されて、第１の磁束ループが生じ、第１の検出コイルに高周波電流を誘起し、第１の検出コイルと第１の検出側コンデンサとからなる共振回路に高周波電流を流して第１の検出コイルの両端に電磁結合による高周波電圧を発生させる。
【００１４】
また、第１の励磁コイルに流れる高周波電流はこの第１の励磁コイルの両端に高周波電圧を発生させ、この第１の励磁コイルの両端の高周波電圧は、浮遊静電容量で第１の検出コイルに静電結合されて第１の検出コイルの両端に静電結合による高周波電圧を発生させる。
同様にして、第２の検出コイルと第２の検出側コンデンサとからなる共振回路に流れる高周波電流によって発生する第２の磁束ループによる電磁的結合と、第２の励磁コイルと第２の検出コイルとの静電結合によって第２の検出コイルの両端に静電結合により第２の検出コイルには高周波電圧が発生する。
【００１５】
したがって、第１のコア部が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって、静電的結合である浮遊静電容量による結合が影響を受け、第１の検出コイルの両端に発生する高周波電圧が変化するので、被検出体を検出・識別することができる。
一方、上記第１のコアの近傍に被検出体が存在しない場合は、第１の励磁コイルと第１の検出コイルとの電磁的、静電的結合と、第２の励磁コイルと第２の検出コイルとの電磁的、静電的結合とが同一条件となり、両検出コイルによって検出される高周波電圧が等しい。
【００１６】
ここで、両検出コイルによって検出される高周波電圧を引き算処理することで、被検出体による第１の検出コイルの両端に発生する高周波電圧の変化分だけを検出することができる。
そうすると、センサの各励磁コイルや検出コイルが周囲温度や湿度同等の環境条件によって変化し、第１の検出コイルによって検出される高周波電圧および第２の検出コイルによって検出される高周波電圧が変動しても、これら検出される高周波電圧の変動分を打ち消すことができ、センサは環境条件の変化によっても安定に動作する。
【００１７】
請求項５では前記第１のコア部の検出端に第１の磁気ギャップにより漏洩磁束が発生して、被検出体を電磁的に検出でき、静電的検出とあいまって、被検出体を検出・識別することができる。なお、前記第２のコア部が有する第２の磁気ギャップは、第１のコア部の磁束ループが第２のコア部の磁束ループと同一条件となるように作用し、第１の検出コイルおよび第２の検出コイルが検出する各検出電圧を揃える作用を有する。
【００１８】
請求項６では、各励磁側の共振周波数と各検出側の共振周波数とが等しいので、高周波電源の周波数を上記共振周波数とすれば、被検出体が、第１のコア部の第１の励磁コイル、第１の励磁側コンデンサ、第１の検出コイルおよび第１の検出側コンデンサにそれぞれ静電的影響を与えて、第１のコア部側の励磁側および検出側の共振周波数を変化させる。したがって、第１の検出コイルが検出する高周波電圧が大きく変化し、センサの感度を向上することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るセンサを説明する。
図１は、本発明に係るセンサの第１の実施形態における概略構成を示す図である。
センサ１のコア本体１０は、略コの字状の一対のコア１１、１２の両端部を互いに対向させて突合わせた構造をなす。そして、コア１１の一側部１１ａおよびコア１２の一側部１２ａとが僅かに外方に張り出し山形をなし、検出端１０ａを形成している。なお、図１中の１１ｂはコア１１の他側部であり、図１中の１２ｂはコア１２の他側部である。
【００２０】
そして、コア１１には、励磁コイル１３が巻回され、また、コア１２には、検出コイル１４が巻回されている。励磁コイル１３に接続された励磁側コンデンサ１５は励磁コイル１３と共に励磁側共振回路Ｔ１を形成し、一方、検出コイル１４に接続された検出側コンデンサ１６は検出コイル１４と共に検出側共振回路Ｔ２を形成している。なお、励磁側コンデンサ１５は、励磁コイル１３が有する、あるいは励磁コイル１３と他の構成要素（たとえば検出コイル１４）との間に存在する浮遊静電容量を含んでおり、検出側コンデンサ１６も同様である。
【００２１】
以上のように構成されるセンサ１では、励磁コイル１３の両端１３ａ、１３ｂに、高周波電源１７から、上記各共振回路Ｔ１、Ｔ２の共振周波数に等しい周波数の高周波電圧（周波数ｆｏ）が印加される。
センサ１が有する検出コイル１４の両端１４ａ、１４ｂは、信号処理回路１８の信号入力端子１８ａ、１８ｂに接続されている。
【００２２】
図２は、信号処理回路１８の概略構成を示す図である。図２中の１９は整流回路であり、検出コイル１４から検出される高周波電圧を整流して直流電圧を出力する。図２中の２０はアンプであり、整流回路１９の直流出力を増幅して信号処理回路１８の出力端子１８ｃに出力する。
以下にセンサ１の作用について図３〜６を用いて説明する。
【００２３】
図３に示すように、コア本体１０の検出端１０ａの近傍に、被検出体が存在しない場合、高周波電源１７の周波数ｆｏに共振した励磁側共振回路Ｔ１には共振電流が流れ、この共振電流によって、コア本体１０には、磁束ループ３０が発生すると共に、励磁コイル１３の両端１３ａと１３ｂとの間には共振電流による高周波電圧が発生し、この高周波電圧で励磁コイル１３は高周波電界を発生する。
【００２４】
このようにして発生したコア本体の磁束ループ３０は検出コイル１４に周波数ｆｏの高周波電流を誘起する。また、励磁コイル１３で生じた前記高周波電界は、励磁コイル１３と検出コイル１４との間に介在する浮遊静電容量からなるコンデンサ４１、４２によって検出コイル１４に伝達され、検出コイル１４の両端に高周波電圧を発生させる。
【００２５】
そうすると、高周波電源１７の周波数ｆｏに共振した検出側共振回路Ｔ２には共振電流が流れ、検出コイル１４の両端１４ａと１４ｂとの間に生じる高周波電圧（以下、「検出電圧」）は、高周波電源１７で励磁された励磁コイル１３が発生する電磁界を検出コイル１４が検出する場合における最も高い電圧となる。
図６（ａ）は、励磁側共振回路Ｔ１と検出側共振回路Ｔ２が周波数ｆｏに共振した場合の検出コイル１４の検出電圧を示すものであり、高周波電源１７の周波数ｆｏで最も検出電圧が高くなる（ｅｍ（Ｖｐ−ｐ））。なお図６は横軸が周波数で、縦軸が検出コイル１４の検出電圧（Ｖｐ−ｐ）である。
【００２６】
ここで、図４に示すように、たとえば、センサ１のコア本体１０が有する検出端１０ａで検出される被検出体５０が、テープ様の非磁性体メタルスレッド５０ａをその表面に備えた紙幣であるとする。
この場合、検出端１０ａの近傍を通過する被検出体５０のメタルスレッド５０ａは、その平面部をもって検出端１０ａ側に位置するので、メタルスレッド５０ａの形状・寸法に依存してメタルスレッド５０ａと励磁コイル１３との間には浮遊静電容量からなるコンデンサ４１ａが形成され、同様にメタルスレッド５０ａと検出コイル１４との間にはコンデンサ４２ａが形成される。こうして形成されるコンデンサ４１ａ、４２ａは、メタルスレッド５０ａの作用で、それぞれ前記コンデンサ４１、４２よりも静電容量が大きい。したがって、図６（ｂ）で実線に示すように、励磁側共振回路Ｔ１，検出側共振回路Ｔ２ともに、共振周波数がたとえばｆ１まで低下する。そうすると高周波電源１７による検出コイル１４の検出電圧はｅ１（Ｖｐ−ｐ）となって、検出端１０ａの近傍に被検出体が存在しない場合（ｅｍ（Ｖｐ−ｐ））に比べて低下する。
【００２７】
かくして、メタルスレッド５０ａによる浮遊静電容量（静電的）によって被検出体５０が有するメタルスレッド５０ａを検出することができる。
こうした検出コイル１４の検出電圧低下は、メタルスレッド５０ａの形状・寸法で決定される。したがって、検出コイル１４の検出電圧低下とメタルスレッド５０ａの形状・寸法との関係を予め実測しておくことで、被検出体５０がメタルスレッド５０ａを有しているか否かというメタルスレッド５０ａの有無だけでなく、上記測定した所定の形状・寸法のメタルスレッド５０ａか否かを判定するこができ、メタルスレッド５０ａを有した被検出体５０の検出に加え被検出体５０の識別をすることもできる。したがって、メタルスレッド５０ａが、メッシュ状に形成されている場合や、文字等の打ち抜きがなされている場合にも、上記検出・識別が可能である。
【００２８】
次に、検出コイル１４の検出電圧の処理は、図２に示す信号処理回路１８で行われる。具体的には、信号処理回路１８は検出コイル１４の検出電圧を整流回路１９で整流し、アンプ２０で増幅して信号処理回路１８の出力端子１８ｃに出力する。たとえば、出力端子１８ｃをアナログ・ディジタル変化機能を有するマイクロプロセッサ等に接続することで、前述した被検出体５０の検出・識別を行うことも可能である。
【００２９】
以上、コア本体１０の検出端１０ａでは、コア１１の一側部１１ａとコア１２の一側部１２ａとが当接している例を示したが、図５に示すように、一側部１１ａと一側部１２ａとは当接せず磁気ギャップ１０ｂ（たとえばギャップ間隔１ｍｍ程度以下）を形成することにより、さらに電磁的な被検出体５０の検出・識別を行うことも可能である。
【００３０】
この場合、磁気ギャップ１０ｂ近傍に漏洩磁束３０ａが多く発生するので、非磁性体である前記メタルスレッド５０ａが磁気ギャップ１０ｂ近傍に存在すると、メタルスレッド５０ａの形状・寸法に依存して、メタルスレッド５０ａには、漏洩磁束３０ａによる渦電流が流れる。そうすると、この渦電流とメタルスレッド５０ａの電気抵抗によって渦電流損が発生する。この渦電流損は、励磁コイル１３から検出コイル１４に伝達されるエネルギーの損失となる。またエネルギー損失は励磁コイル１３と検出コイル１４とのＱファクターの低下をもたらし、励磁側共振回路Ｔ１および検出側共振回路Ｔ２の共振電流を低下させる。図６（ｃ）に示すように、上記渦電流損とＱファクター低下は検出コイル１４の検出電圧をｅ２（Ｖｐ−ｐ）へと低下させる。具体的には、共振周波数低下の影響（図６（ｂ））と共に、検出コイル１４の検出電圧は、図６（ｄ）に示すようにｅ３（Ｖｐ−ｐ）まで低下することになる。
【００３１】
したがって、磁気ギャップ１０ｂを有するセンサ１の場合には、メタルスレッド５０ａによる浮遊静電容量の変化（静電的）に加えて、さらに漏洩磁束による渦電流損の影響（電磁的）により、被検出体５０が有するメタルスレッド５０ａを検出することができる。
かくして、上記第１の実施形態に係るセンサによれば、被検出体が有する静電的特性、さらには電磁的特性に注目し、被検出体が高周波電磁界に与える影響を非接触で検出し、被検出体の検出と識別をすることができる。
【００３２】
なお、被検出体が有するメタルスレッドの形状によって、メタルスレッドの検出・識別に適した高周波電源の周波数を選択する。上記実施形態においては、たとえば１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲で周波数を選択している。
図７は、本発明に係るセンサの第２の実施形態における概略構成を示す図である。なお第１の実施形態と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
センサ２のコア本体６０は略Ｅの字状の一対のコア６１、６２が対向して配置され、コア６１、６２はそれぞれ、両側部６１ａ、６１ｂと両側部６２ａ、６２ｂおよび中央部６１ｃ、６２ｃを有している。そして、一側部６１ａと６２ａの端面、他側部６１ｂと６２ｂの端面、中央部６１ｃと６２ｃの端面は、それぞれ当接され、コア本体６０は略８字形状とされており、一側部６１ａ、６２ａとが僅かに外方に張り出し山形をなし、検出端６０ａを形成している。
【００３４】
コア６１の一側部６１ａと中央部６１ｃとの間には、第１の励磁コイル６３が巻回され、コア６２の一側部６２ａと中央部６２ｃとの間には、第１の検出コイル６４が巻回されている。また、コア６１の他側部６１ｂと中央部６１ｃとの間には、第２の励磁コイル６５が巻回され、コア６２の他側部６２ｂと中央部６２ｃとの間には、第２の検出コイル６６が巻回されている。
【００３５】
ここで、第１の励磁コイル６３には、第１のコンデンサ６７が接続され第１の励磁側共振回路Ｔ１を形成し、第１の検出コイル６４には、第２のコンデンサ６８が接続され第１の検出側共振回路Ｔ２を形成している。同様に、第２の励磁コイル６５には、第３のコンデンサ６９が接続され第２の励磁側共振回路Ｔ３を形成し、第２の検出コイル６６には、第４のコンデンサ７０が接続され第２の検出側共振回路Ｔ４を形成している。
【００３６】
第１の励磁コイル６３と第２の励磁コイル６５は直列に接続されて、高周波電源１７で駆動されるようになっている。一方、第１の検出コイル６４と第２の検出コイル６６は、それぞれ独立に信号処理回路７８に接続されるようになっている。そして、各共振回路Ｔ１〜Ｔ４の共振周波数は高周波電源１７の周波数ｆｏに一致している。
【００３７】
また、図８に示すように、第１の励磁コイル６３に流れる共振電流で発生する磁束ループ３１は、第１のコア部を形成する、第１の励磁コイル６３が巻回されたコア６１の部分と、コア６１の一側部６１ａと、コア６２の一側部６２ａと、第１の検出コイル６４が巻回されたコア６２の部分と、コア６２の中央部６２ｃと、そしてコア６１の中央部６１ｃの部分とへ循環する。
【００３８】
また、第２の励磁コイル６５に流れる共振電流で発生する磁束ループ３２は、第２のコア部を形成する、第２の励磁コイル６５が巻回されたコア６１の部分と、コア６１の中央部６１ｃと、コア６２の中央部６２ｃと、第２の検出コイル６６が巻回されたコア６２の部分と、コア６２の他側部６２ｂと、そしてコア６１の他側部６１ｂとへ循環する。
【００３９】
以上のように構成されるセンサ２では、第１の励磁コイル６３と第２の励磁コイル６５が高周波電源１７で励磁される。したがって、第１の励磁コイル６３と第１の検出コイル６４との関係は、第１の実施例における励磁コイル１３と検出コイル１４との関係と同一であり、第１の励磁コイル６３と第１の検出コイル６４とは磁束ループ３１で磁気的に結合すると共に、第１の励磁コイル６３と第１の検出コイル６４との間に介在する浮遊静電容量で静電的に結合する。また、第２の励磁コイル６５と第２の検出コイル６６との間も、磁束ループ３２で磁気的に結合すると共に、第２の励磁コイル６５と第２の検出コイル６６との間に介在する浮遊静電容量で静電的に結合する。
【００４０】
図１０は、信号処理回路７８の概略構成を示す図である。第１の信号入力端子７８ａ、７８ｂには、第１の検出コイル６４の両端６４ａ、６４ｂが接続され、第１の検出コイル６４の検出電圧は整流回路１９ａで整流されてアンプ２０ａで直流増幅される。第２の信号入力端子７８ｃ、７８ｄには、第２の検出コイル６６の両端６６ａ、６６ｂが接続され、第２の検出コイル６６の検出電圧は整流回路１９ｂで整流されてアンプ２０ｂで直流増幅される。
【００４１】
図１０中の２１は引き算回路であり、第１の検出コイル６４の検出電圧に基づくアンプ２０ａの出力電圧から、第２の検出コイル６６の検出電圧に基づくアンプ２０ｂの出力電圧を減算して、信号処理回路７８の出力とする作用を有している。すなわち、信号処理回路７８は、センサ２の検出コイル６４、６６の検出電圧を差動回路として処理することになる。
【００４２】
ここで、コア本体６０の検出端６０ａ近傍に被検出体５０が存在しなければ、第１の検出コイル６４が検出する電圧と、第２の検出コイル６６が検出する検出電圧は等しい。そうすると、引き算回路２１の出力はゼロ（Ｖ）になる。
この第２実施形態においては、センサ２に共通に影響を与える環境条件、たとえば、温度変化や湿度変化に伴い、励磁コイル６３、６５、検出コイル６４、６６が影響を受けたとき、これらコイルの電気的特性は同じように変動することから、各検出コイル６４、６６の出力電圧は同じように変化する。したがって、信号処理回路７８が出力する信号では、上記各コイル６４、６６の出力電圧変動が（引き算され）打ち消されることになる。すなわち、センサ２は信号処理回路７８と共に、環境条件の影響を受け難いセンサとして作用する。
【００４３】
次に、図８に示すように、センサ２のコア本体６０の検出端６０ａの近傍を被検出体５０が通過すると、メタルスレッド５０ａの形状・寸法に依存してメタルスレッド５０ａと第１の励磁コイル６３との間には浮遊静電容量からなるコンデンサ４１ｂが形成され、同様にメタルスレッド５０ａと第１の検出コイル６４との間にはコンデンサ４２ｂが形成される。こうして形成されるコンデンサ４１ｂ、４２ｂによって、第１の励磁側共振回路Ｔ１と第１の検出側共振回路Ｔ２の共振周波数が、たとえばｆ１まで低下する。一方、第２の励磁側共振回路Ｔ３と第２の検出側共振回路Ｔ４は、被検出体５０の影響を受けないので、これら共振回路Ｔ３、Ｔ４の共振周波数ｆｏは変化しない。そうすると、第１の検出コイル６４の検出圧が図６（ｂ）にようにｅｍ（Ｖｐ−ｐ）からｅ１（Ｖｐ−ｐ）まで低下し、一方、第２の検出コイル６６の検出圧は被検出体５０の影響を受けないのでｅｍ（Ｖｐ−ｐ）から低下しない。
【００４４】
したがって、信号処理回路７８の整流回路１９ａの直流出力電圧が整流回路１９ｂの直流出力電圧より低くなるので、引き算回路２１の出力が負電圧となる。すなわち、センサ２は、環境条件の影響を軽減したうえで、センサ１と同様に静電的に被検出体５０の検出と識別をすることができる。
次に、図９に示すように、コア本体６０の検出端６０ａでは、コア６１の一側部６１ａとコア６２の一側部６２ａとは当接せず、第１の磁気ギャップ６０ｂを形成してもよい。この場合、第１の磁気ギャップ６０ｂ近傍で漏洩磁束３１ａが発生することは第１の実施例の場合と同様である。したがって、漏洩磁束３１ａによって被検出体５０のメタルスレッド５０ａで渦電流損が生じ、また第１の励磁コイル６３と第１の検出コイル６４のＱファクター低下により、第１の検出コイル６４の検出圧が図６（ｃ）にようにｅ２（Ｖｐ−ｐ）へと低下する。
【００４５】
かくして、第１の検出コイル６４の検出電圧は図６（ｄ）にようにｅｍ（Ｖｐ−ｐ）からｅ３（Ｖｐ−ｐ）まで低下することになるが、一方、第２の検出コイル６６の検出電圧は、被検出体５０の影響を受けないのでｅｍ（Ｖｐ−ｐ）から低下しない。
なお、コア本体６０の他側部６１ｂとコア６２の他側部６２ｂにも、同様に第２の磁気ギャップ６０ｃを形成することにより、漏洩磁束３２ａを発生させ、第２の励磁コイル６５と第２の検出コイル６６を磁気的に結合する磁束ループ３２を、第１の励磁コイル６３と第１の検出コイル６４を磁気的に結合する磁束ループ３１の条件に揃えることができる。こうして、被検出体５０が検出端６０ａの近傍に存在しないとき、第１の検出コイル６４の検出電圧と第２の検出コイル６６の検出電圧とを揃えることができる。
【００４６】
また、第１の励磁コイル６３と第２の励磁コイル６５とを上述したように、直列接続するのではなく、並列接続して高周波電源１７に接続してもよい。
以上、被検出体がメタルスレッドを有する紙幣の場合を例に説明したが、被検出体はかかる紙幣に限定されない。
たとえば、被検出体５０を紙とし、センサ１の検出端１０ａ近傍に該紙を配置すれば、該紙の誘電率が該紙に含まれる水分によって変化するので、たとえば図４における浮遊静電容量４１ａ、４２ａの変化を生じる。このように静電的検出によって、該紙に含まれる水分を検出・識別することができる。
【００４７】
また、該紙の誘電体損失が該紙に含まれる水分によって変化するので、静電的に該紙における高周波電磁界の損失が生じ、励磁コイルから検出コイルに伝達されるエネルギーの損失を生じると共に、上記誘電体損は前述のＱファクター低下を生じて、該紙に含まれる水分を検出・識別することができる。
また、被検出体５０が粉状物（たとえば肥料）の場合においても、上記と同様に水分の含有率による浮遊静電容量が変化し、また誘電体損失も変化するので前述のＱファクターが低下し、水分の含有率を検出できる。
【００４８】
気体（たとえば空気）においても水分の含有率による浮遊静電容量の変化、誘電体損失の変化で水分の含有率を検出・識別できる。
さらに、被検出体５０が溶融物を含む液体である場合には、溶融物の濃度によって、被検出体５０の誘電率・誘電体損失が変化するので、浮遊静電容量の変化と、誘電体損失に伴う前述のＱファクターの低下から、被検出体５０である液体の溶融物の濃度を静電的に検出・識別できる。
【００４９】
また、被検出体５０である液体が導電性を有している場合には、該液体で渦電流損を生じるところからも、電磁的検出より、液体の溶融物の濃度を検出・識別できる。
このように、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のセンサによれば、被検出体が有する電磁的、静電的特性に注目し、高周波電磁界に対する被検出体の影響を静電的さらには電磁的に検出することで、非接触で種々の被検出体の検出・識別、または被検出体が含んでいる水分や溶融物をリアルタイムに検出・識別することができるという効果が得られる（請求項１〜３）。さらに、請求項４〜６によれば、センサが受ける環境条件の影響を軽減して、上記の検出・識別を安定して行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセンサの第１の実施形態における概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態のセンサに接続される信号処理回路の概略構成を示す図である。
【図３】図１のセンサの浮遊静電容量の様子を示す模式図である。
【図４】図１のセンサによる被検出体の検出・識別の様子を示す模式図である。
【図５】本発明に係るセンサの第１の実施形態において、コア本体に磁気ギャップを設けた場合の被検出体の検出・識別の様子を示す模式図である。
【図６】被検出体の影響を受けて図１のセンサの共振回路特性が変化する様子を示す模式図である。
【図７】本発明に係るセンサの第２の実施形態における概略構成を示す図である。
【図８】図７のセンサによる被検出体の検出・識別の様子を示す模式図である。
【図９】本発明に係るセンサの第２の実施形態において、コア本体に磁気ギャップを設けた場合の概略構成を示す図である。
【図１０】第２の実施形態のセンサに接続される信号処理回路の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２センサ
１０、６０コア本体
１０ａ、６０ａ検出端
１０ｂ、６０ｂ第１の磁気ギャップ
１３、６３第１の励磁コイル
１４、６４第１の検出コイル
１５、６７第１の励磁側コンデンサ
１６、６８第１の検出側コンデンサ
１７高周波電源
５０被検出体
６０ｃ第２の磁気ギャップ
６５第２の励磁コイル
６６第２の検出コイル
６９第２の励磁側コンデンサ
７０第２の検出側コンデンサ

Claims

磁束ループを形成する磁性体のコア本体に巻回され、高周波電源により駆動される第１の励磁コイルと、
この第１の励磁コイルと共に共振回路を形成する第１の励磁側コンデンサと、
第１の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生し、前記コア本体が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって変化する、電磁界を検出する前記コア本体に巻回された第１の検出コイルと、
この第１の検出コイルと共に共振回路を形成する第１の検出側コンデンサと
を備えたことを特徴とするセンサ。
前記コア本体の検出端はその一部に磁気ギャップを有すること
を特徴とする請求項１に記載のセンサ。
前記第１の励磁側コンデンサと第１の励磁コイルとの共振周波数と、第１の検出側コンデンサと第１の検出コイルとの共振周波数とが等しいことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
第１の磁束ループを形成する磁性体からなる第１のコア部と第２の磁束ループ部を形成する磁性体からなる第２のコア部とからなり、かつ第１のコア部の一部と第２のコア部の一部が一体をなすコア本体と、
前記第１の磁束ループ部を励磁するべく第１のコア部に巻回され、高周波電源により駆動される第１の励磁コイルと、
この第１の励磁コイルと共に共振回路を形成する第１の励磁側コンデンサと、
前記第２の磁束ループ部を励磁するべく第２のコア部に巻回され、前記高周波電源により駆動される第２の励磁コイルと、
この第２の励磁コイルと共に共振回路を形成する第２の励磁側コンデンサと、
前記高周波電源により駆動される前記第１の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生し、上記第１のコア部が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって変化する、電磁界を検出する前記第１のコア部に巻回された第１の検出コイルと、
この第１の検出コイルと共に共振回路を形成する第１の検出側コンデンサと、
前記高周波電源により駆動される前記第２の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生する電磁界を検出する前記第２のコア部に巻回された第２の検出コイルと、
この第２の検出コイルと共に共振回路を形成する第２の検出側コンデンサと
を備えたことを特徴とするセンサ。
前記第１のコア部の検出端は、前記第２のコア部と一体をなす部分と相対する位置に第１の磁気ギャップを有し、
前記第２のコア部は、前記第１のコア部と一体をなす部分と相対する位置に第２の磁気ギャップを有すること
を特徴とする請求項４に記載のセンサ。
前記第１の励磁コイルと前記第１の励磁側コンデンサとの共振周波数と、前記第２の励磁コイルと前記第２の励磁側コンデンサとの共振周波数と、前記第１の検出コイルと前記第１の検出側コンデンサとの共振周波数と、前記第２の検出コイルと前記第２の検出側コンデンサとの共振周波数とがそれぞれ等しいことを特徴とする請求項５または４に記載のセンサ。