JP4128652B2 - Magnetic sensor for discriminating magnetic characteristics of magnetic material and characteristic discriminating apparatus using the magnetic sensor - Google Patents

Magnetic sensor for discriminating magnetic characteristics of magnetic material and characteristic discriminating apparatus using the magnetic sensor Download PDF

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JP4128652B2
JP4128652B2 JP12165498A JP12165498A JP4128652B2 JP 4128652 B2 JP4128652 B2 JP 4128652B2 JP 12165498 A JP12165498 A JP 12165498A JP 12165498 A JP12165498 A JP 12165498A JP 4128652 B2 JP4128652 B2 JP 4128652B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性材料の磁気特性を判別するための磁気センサおよびその磁気センサを用いる特性判別装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、証券類やカード類の偽造防止対策として、ホログラム印刷のように一般に偽造困難な特殊印刷技術を用いたものや、磁気インクによるバーコードや図柄の印刷によるものや、紫外線,赤外線,等に反応する特殊インクによる印刷や、樹脂片,糸,あるいは金属片を紙あるいは樹脂の中に埋め込む形式の情報記録媒体が知られている。
このような特殊印刷をされた情報記録媒体の真偽を判定するために、真正品との目視による比較や、紫外線,赤外線照射によってインクからの反射,吸収量を検出する方法や、電波による反射,吸収量を検出する方法や、磁気センサにより塗布された磁気量あるいはパターンを検出する方法が知られている。
【0003】
このような場合に、一般に微小磁気検知用として用いられている磁気ヘッドの構造(例えばModel SST-80HPT サンエイテック株式会社)を図8に示す。ここで、21a,21b,21cは磁芯、22は中央の磁芯21a上に巻かれた励磁コイル、23は外側の磁芯21b上に巻かれたセンスコイル、24は外側の磁芯21c上に巻かれた補償コイル、25は中央の磁芯21aと外側の磁芯21bとの間に形成されたヘッドギャップである。
また、磁気ヘッドの空隙(幅Iのギャップ)と近傍磁界強度分布を図9に示す(参考文献:デジタル磁気記録 木澤誠著 昭光堂)。
磁気ヘッドのギャップ幅Iは、0.1〜0.4mm程度であるから検出対象となる磁性材料の大きさに比べ狭い。従って、磁気特性を得るために必要な磁界としては、漏洩磁束の占める領域が狭くかつその領域内でも位置により磁界の強さが大きく変化する磁場しか得ることができない。そのため磁界の強さの変化による磁束の変化を検出しようとした場合には、磁気材料に作用する磁界の強さが均一でなく、異なった磁界の強さによって励磁された磁気材料の磁束の積分値としてしか得ることができない。
【0004】
ここで、V:検出電圧、B:磁束密度、H:磁界強度、μ:磁性体の透磁率(但し非線形)とすると、検出電圧Vと磁束密度Bは次式(1)(2)のように表される。
【数1】
V=dB/dt ………(1)
B=μH ………(2)
(1)(2)式から各部分磁界強度dH1 ,dH2 ,dH3 の作用を考慮すると、
【数2】
V=μd(H1 +H2 +H3 …)/dt ………(3)
である。このためこの磁気ヘッドでは、特に保持力Hcの差異を明確に分離することができないという欠点を持つ。
【0005】
図10は狭ギャップ磁気ヘッドで磁性材料を測定した特性例であり、図10(a)は異なる保持力Ha,Hbを有する磁気材料のB−H特性I,IIである。また、図10(b)は均一磁界が磁気材料全体に作用している場合の各材料から検出した検知電圧(V=dB/dt)である。保持力Ha,Hb以上の強度で励磁されたときに、角形比の大きな強磁性体はパルス電圧を発生し、保持力の値が異なれば、位相差を持った2個のパルスが検出される。図10(c)は磁気材料の各部分に作用する磁界の強度が異なっているため、式(3)で示すように検出パルスが各部分からの積分値となり明確な位相差を検出することができない。
【0006】
次に、広ギャップを有する磁気ヘッドでは、磁路の幅が広いためヘッド周辺の影響が無視できなくなることと、磁気抵抗が大きくなり強い磁界を発生することが困難となる欠点がある。また、ヘッド周辺に金属が有るときには、センス信号と補償信号のバランスが崩れ、検出出力において励磁信号成分を相殺することが困難となり、そのための励磁成分の混入により微少な磁束変化を検出することができなくなる。
【0007】
また、一般にギャップ長が長くなると、磁気回路における磁気抵抗が大きくなり、強い磁界強度を得るのが難しい。その理由を次に述べる。
磁気ヘッドの比透磁率:μs、磁気ヘッドの軸の長さ:L、ギャップ長:La、総巻き数:N、流す電流:Iとすると、ギャップに生じる磁界は、
【数3】
H=μsN1/(L+μsLa) ………(4)
この式(4)が成立するのは、L<μsLaの時であるから、フェライト材を例にとるとμsは約2000程度であるので、Lが100mmとすると、Laは100/20000=0.05以下でないと成立しない。
【0008】
次に、情報記録媒体の真偽判定については、安全線条に強磁性体の箔,糸を用いて安全保証用データを記憶させた構成を用い、ある種の強磁性体素材のもつ特異な磁気特性を利用して安全保護紙の真偽判定をする本願出願人が先に提案した方法がある(特願平5−196688号「安全保護紙とその真偽判定装置」参照)。
さらに、強磁性体を情報記録体の一部として利用した場合、熱,スリット幅等による磁気強度の変化あるいは磁気特性の変化を磁気ヘッドや磁気コイルなどにより検出して、その変化を意味のあるデータとして利用してきた(特願平6−291994号「安全保護紙とその真偽判定装置」参照)。
また、強磁性体素材の持つ特異な磁気特性の判別方法の一つとして、励磁磁界強度の変化による強磁性体の持つ磁気履歴特性を利用した真偽判別方法もある(特願平成7−018343号「安全保護紙とその真偽判定装置」参照)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
特願平5−196688号「安全保護紙とその真偽判定装置」において提示されているように、合金比率と製法により容易に偽造できない磁気特性を有する強磁性体をその材料そのものであると判別する手法として、励磁磁界強度の変化による磁気履歴特性を調べることで磁気特性のわずかな差異をも容易に判別できることが示されている。
しかしながら紙やプラスチックカードに付加された小片を高速度で大量に判別するにはその判別装置が大がかりとなる傾向があった。
例えば1mm幅の磁気材料小片が付加されているカード類が、10m/sの速度で判別機器を通過する場合、100μs以内に励磁信号を変調させる等の手段で磁気履歴特性を検出する必要があるため、励磁周波数が高くなる等の欠点がある。
【0010】
また、非接触でかつ大量に処理する場合には、判別する磁気材料の磁気特性(保磁力Hc,磁束密度Bm,角形比等)を絶対値として検出,比較することは、励磁磁界を一様に磁性材料に印加することが難しいため、従来の磁気センサでは困難であった。
【0011】
本発明の第1の目的は、情報記録媒体に用いられている磁性材料の磁気特性を容易に検知することができる磁気センサを提供することにある。
本発明の第2の目的は、構造容易にして高い判別能力を有する磁性材料の磁気特性判別装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本願第1の目的を達成するために、本発明による磁気材料の磁気特性判別のための磁気センサは、
縦断面がE字形を有する軟磁性材磁芯と、
該軟磁性材磁芯の中央アーム上に巻回された励磁コイルと、
該軟磁性材磁芯の二つの外側アームの一方上に巻回された検知コイルと、
該軟磁性材磁芯の二つの外側アームの他方上に巻回された補償コイルと、
前記軟磁性材磁芯の中央アームの端部と前記検知コイルが巻回された外側アームの端部とを橋絡するように配置されて、検知対象磁性体をガイド走行させるガイドパスを具有せしめるように形成された非磁性硬質材料のガイド板と、
該ガイド板の前記ガイドパスに沿いかつ前記橋絡する部分に位置するように該ガイド板の表面または内部に配置された既知磁気特性の比較用磁性材料と、
を備え、
前記検知対象磁性体が前記ガイドパスを走行したときに、該検知対象磁性体の磁気特性を示す検知出力が前記検知コイルから得られるように構成されている。
【0013】
また、本願第2の目的を達成するために、本発明による磁性材料の磁気特性判別装置は、
縦断面がE字形を有する軟磁性材磁芯と、
該軟磁性材磁芯の中央アーム上に巻回された励磁コイルと、
該軟磁性材磁芯の二つの外側アームの一方上に巻回された検知コイルと、
該軟磁性材磁芯の二つの外側アームの他方上に巻回された補償コイルと、
前記軟磁性材磁芯の中央アームの端部と前記検知コイルが巻回された外側アームの端部とを橋絡するように配置されて、検知対象磁性体をガイド走行させるガイドパスを具有せしめるように形成された非磁性硬質材料のガイド板と、
該ガイド板の前記ガイドパスに沿いかつ前記橋絡する部分に位置するように該ガイド板の表面または内部に配置された既知磁気特性の比較用磁性材料と、
前記励磁コイルに励磁電流を流す励磁用電源と、
前記検知コイルからの検知出力と前記補償コイルからの補償出力との差分をとり前記励磁電流による励磁磁界の影響を抑制した差動検知出力を取り出す差動増幅器と、
該差動増幅器からの比較用磁性材料による前記差動検知出力と前記検知対象磁性体による前記差動検知出力との位相差に相当する位相情報を取り出す位相比較回路と、
該位相比較回路からの前記位相情報を予め記憶された標準情報と比較して前記検知対象磁性体の磁気特性の判別をする判別回路と、
を備えた構成を有している。
ここで、前記励磁用電源からの前記励磁電流は、間欠発振する少なくとも一波長の正弦波または歪み成分の少ないように変調された正弦波とすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
磁気センサにおいて、ギャップ長が長い場合には、ギャップからの漏れ磁界の経路により磁気抵抗が決定し、一意には磁界の強さは決定できず、実験的あるいはシミュレイション的手法が用いられる。
本発明では、磁芯の形状をE型とし補償用信号を得るために検出用信号と近接した同じ面に磁路を形成させている。このため、金属が接近してきても検出側と補償側が同一な影響を受けるため、互いにキャンセル可能となり微少な磁束変化を検知することができる。
本発明による磁気ヘッドでは、磁芯にフェライトを用いており、その最大磁界強度は同一巻数を持った有限長空芯コイルの中心磁界に比べ約5倍の強度が得られている。
すなわち、広ギャップを有する磁気ヘッドで強い磁界を得るには、磁芯の透磁率による寄与には限界があり、総巻数と電流を大きくする必要がある。総巻数を増やした場合には、自己インダクタンスの増加となり励磁周波数を高くすることができず、判別物の搬送速度が限定される。
電流を増やした場合は、巻線の抵抗値による熱の発生を無視することはできず、しかも励磁電源が大型になる。
【0015】
(a)磁気特性判別の容易性
本発明による広ギャップ磁気センサは判別すべき磁気材料の大きさに比べ充分大きな均一磁界を持たせることがき、式(1),(2)から式(5)に示す検出電圧Vを検出できる。
【数4】
V=dμH/dt ………(5)
しかしながら、検出したパルス波形の励磁磁界強度変化に対する位相情報を絶対値として正確に測定することは次の理由で困難である。
「センサ,アンプ系の位相ばらつき」
磁気センサの励磁磁界強度や磁気センサ,検出アンプ等の位相ばらつきを一定にすることが難しい。
そのため真偽判定をする場合、位相情報を絶対値で比較することができない欠点をもつ。この場合、予め磁気特性の判明している磁気材料を磁気センサの内部に組み込んでおけば、励磁磁界強度やアンプ系の位相が変化しても被測定材料とのピーク間の開き具合を測定することで容易に真偽判定をすることができる。
【0016】
(b)磁気材料が組み込まれたセンサの利点
広ギャップ型の磁気センサは広い領域に均一磁界を作れるとはいっても限界がある。図1に本発明の実施例の磁気センサの作る磁界強度を示す。均一と見なせる部分はギャップ中央の10平方mmの部分であり、周辺部分はしだいに小さくなっていく。
このことは、カードのように連続的に被測定物の真偽判定を必要とする場合、磁気強度が異なる部分を通過するため、パルス波形の位相変化を生じ、磁気特性と被測定物とを対応ずけするのが困難となる。
ここに基準とする位相と振幅をもった基準パルスが存在すれば、簡単に磁気特性の相違を判別することができる。前例の移動する磁性材料からのパルスは図2の点線矢印のように移動するパルスとして検出される。移動パルスはある位置まで移動し、また逆の方向に移動するので、最大に変化した位置と基準パルスとの比較を行えばよい。
【0017】
磁気特性判別装置において、磁気特性はその特性を表すには透磁率,飽和磁束密度,角形比,初透磁率等の要素を持っており複雑である。例えば、透磁率のみをとってみても、強磁性体においては非線形であるのが一般的であり、その非線形性も励磁周波数,励磁強度,温度等の条件に依存しているため、微妙な違いを判別することは判別装置の負担を大きくする欠点を持っている。
本発明において、直接表示する方法であると、基準となる磁性材料に真偽判定の真正品と同一物を用いれば、検出パルスと基準パルスが全く重なり合うか否かを見るだけで、容易に判別が可能となり、簡易型の判別装置としては好適のものを製作することができる。
本発明による特性判定装置は、類似した磁気特性を持ち予め磁気特性の判明している磁気材料を磁気センサに組み込んでおくことにより、基準となる位相と振幅を有するパルスが常に表示面に存在することになるから、その位相差の大きさを比べることで簡単にかつ精度よく真偽判別することが可能となる。
【0018】
【実施例】
図3に本発明の磁気センサの実施例を示す。1は、磁気センサの磁芯であり、縦断面がE字形を有し、比透磁率が約2400のフェライト材を用いる。磁芯力材料はこのほかパーマロイ,センダスト等の高透磁率の材料でもよい。2は、磁芯1の中央のアーム上に巻回された励磁コイルであり、0.3φの導線を約2500ターン巻く。3は、磁芯1の二つの外側アームの一方上に巻回されたセンスコイルであり、0.075φの導線を約100ターン巻く。4は、磁芯1の二つの外側アームの他方上に巻回された補償コイルであり、0.075φの導線を約100ターン巻く。補償コイル4は、センスコイル3に生じる励磁信号成分をキャンセルするためのものである。5は、磁芯1の中央アームの端部と検知コイル3が巻回された外側アームの端部とを橋絡するように配置されたガイド板で硬質プラスチックあるいはセラミック材でできており、被検出物をガイド走行させるガイドパスを具備するように形成されている。非磁性金属材料以外であっても、励磁磁界による渦電流効果により、磁束バランスがくずれるので好ましくなく、かつ被検出物のそのガイドパス上での接触磨耗に耐えられる硬質なセラミック等の非金属を用いる。6は、比較用磁気材料であり、磁気センサの磁界が均一である前記の橋絡部分に比較材料と形状が等価な磁気特性の明確な磁気材料をガイド板5に張り付けるか又は埋め込みをしておく。
真偽判定をする場合、真正の材料を比較用磁気材料6として用いることも可能であり、判定回路が簡略化される。また、比較用磁気材料6を固定して張り付けるのではなく、例えば、ガイド板5を交換できる構造にして、簡単に交換できるようにしておくこともできる。
【0019】
図4に特性判定装置のブロック図を示す。ここで、7は、励磁用電源で10Vp-p 、周波数5KHzの正弦波を励磁コイルに加える。8は、差動アンプであり、センスコイル3と補償コイル4からの信号の差分を得る。
ここでは省略してあるがセンスコイル3と補償コイル4からの信号は振幅,位相とも多少違っており、励磁磁界の影響を最小にするため振幅,位相を変化させる回路を含む。9は、位相比較回路であり、比較用磁気材料6からの信号パルスと被測定磁気材料からの信号パルスを比較して、それらの位相差に相当する値をデジタル値とし判別回路に送る。
10は、判別回路であり、位相比較情報からの位相差情報を予め記憶していた真である材料の時の情報と比較して、一致すれば真正品であり、一致しなければ偽造物であるとして表示装置あるいは他の制御装置に通知する。これらの表示・制御・装置としてはマイクロコンピュータを用いるのが一般的である。
判別回路10は位相差情報以外にパルスの振幅,形状,履歴特性,ノイズ特性などを加味することも可能であり、さらに真偽判定の精度が向上する。
【0020】
図5は位相比較回路9の具体例であり、図6は同回路の動作を示す信号のタイミングチャートである。ここで、11はコンパレータであり、検出したパルスを設定された比較電圧と比較して、入力信号たとえば0−5Vの基準レベルと比較して2値化する。パルス間の時間を測定するために、パルス間のみ「1」となる状態を作る。例えば、12はJ−Kフリップフロップであり、(a)に示すパルスが入力される毎に、(b)に示す1/0の状態をとる波形整形パルスが作られる。(c)に示すフリップフロップ12の状態1/0により、NANDゲート13でカウント用クロックCKをゲートして、(d)に示す如きカウントロックを発生する。このゲートされたクロックをバイナリカウンタ14がカウントする。カウント値は(e)に示す励磁開始タイミング信号RESETがリセットし励磁開始時には常に0の状態としておく。励磁終了後に(f)に示すSETパルスに同期して、データバッファ15でカウント値を一時記憶する。記憶されたデータは判別回路10にて真正の値と比較され、正しければ真、異なっていれば偽の判定を行い、表示装置あるいは他の制御装置に送られる。
【0021】
本発明における磁気センサの励磁電源が大型になり易い欠点を除去するために、間欠励磁方法によると、間欠期間の全期間に対する比率が小さければ、その比率等で熱を低下させ、励磁電源の供給電力能力を増大し得るメリットがあり、その欠点を実用上補うことができる。図7は間欠励磁波形例である。
もちろん、その間欠励磁波形はひずみ成分を含む矩形波ではなく正弦波あるいは(Sinx)/x等のなめらかに立ち上がる波形であるほうが、回路系,磁芯を作る磁性材からでる歪みを最小にするためには好ましい。
【0022】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、強磁性体の磁性特性の違いにより真偽判定する装置において、判別する磁性材料の大きさに比べ、充分大きな一様磁界を発生し、その一部に真正品あるいは比較基準となる磁気材料を予め埋め込んだ磁気センサとセンサから得られる基準パルスと検出パルスの位相情報から判別を行うことで、簡単に且つ精度良く真偽判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による磁気センサとその励磁磁界強度を示す略図である。
【図2】本発明装置における被検出物の移動に伴う検出パルスを示す波形図である。
【図3】本発明による磁気センサの実施例を示す斜視図である。
【図4】本発明による真偽判定装置例を示すブロック図である。
【図5】本発明に用いる位相比較回路の具体例を示すブロック図である。
【図6】図5の位相比較回路における信号波形を示すタイミングチャートである。
【図7】本発明に用いる間欠励磁波形例図である。
【図8】従来の狭ギャップ型磁気センサの構造例を示す略図である。
【図9】狭ギャップヘッドの磁界分布例を示す特性図である。
【図10】狭ギャップ型磁気センサによる検出波形例を示す磁気材料のB−H特性図(a),一様磁界中の磁性材からの検知信号例図(b),一様磁界でない場合の検知信号例図(c)である。
【符号の説明】
1 磁芯
2 励磁コイル
3 センスコイル
4 補償コイル
5 ガイド板
6 比較用磁気阻止
7 励磁用電源
8 差動アンプ
9 位相比較回路
10 判別回路
11 コンパレータ
12 J−Kフリップフロップ
13 NANDゲート
14 バイナリカウンタ
15 データバッファ
21a,21b,21c 磁芯
22 励磁コイル
23 センスコイル
24 補償コイル
25 ヘッドギャップ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensor for discriminating the magnetic characteristics of a magnetic material and a characteristic discriminating apparatus using the magnetic sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventional measures to prevent counterfeiting of securities and cards include those using special printing technology that is generally difficult to forge, such as holographic printing, barcodes and designs printed with magnetic ink, ultraviolet rays, infrared rays, etc. There are known information recording media in which printing is performed with special ink that reacts, and resin pieces, threads, or metal pieces are embedded in paper or resin.
In order to determine the authenticity of such specially printed information recording media, a visual comparison with authentic products, a method of detecting reflection and absorption from ink by ultraviolet and infrared irradiation, and reflection by radio waves , A method for detecting the amount of absorption and a method for detecting a magnetic amount or pattern applied by a magnetic sensor are known.
[0003]
In such a case, the structure of a magnetic head (for example, Model SST-80HPT Saneitech Co., Ltd.) generally used for detecting minute magnetism is shown in FIG. Here, 21a, 21b and 21c are magnetic cores, 22 is an exciting coil wound on the central magnetic core 21a, 23 is a sense coil wound on the outer magnetic core 21b, and 24 is on the outer magnetic core 21c. A compensation coil 25 is wound around a head gap formed between the central magnetic core 21a and the outer magnetic core 21b.
Fig. 9 shows the magnetic head gap (width I gap) and the magnetic field intensity distribution in the vicinity (reference: digital magnetic recording by Makoto Kizawa, Shokodo).
Since the gap width I of the magnetic head is about 0.1 to 0.4 mm, it is narrower than the size of the magnetic material to be detected. Therefore, as a magnetic field necessary for obtaining the magnetic characteristics, only a magnetic field in which the region occupied by the leakage magnetic flux is narrow and the strength of the magnetic field varies greatly depending on the position within the region can be obtained. For this reason, when an attempt is made to detect a change in magnetic flux due to a change in the magnetic field strength, the magnetic field strength acting on the magnetic material is not uniform, and the integration of the magnetic flux of the magnetic material excited by a different magnetic field strength. Can only be obtained as a value.
[0004]
Here, when V is the detection voltage, B is the magnetic flux density, H is the magnetic field strength, and μ is the magnetic permeability of the magnetic material (however, it is non-linear), the detection voltage V and the magnetic flux density B are expressed by the following equations (1) and (2). It is expressed in
[Expression 1]
V = dB / dt (1)
B = μH (2)
(1) From the equation (2), considering the effects of the partial magnetic field strengths dH 1 , dH 2 , and dH 3 ,
[Expression 2]
V = μd (H 1 + H 2 + H 3 ...) / Dt (3)
It is. For this reason, this magnetic head has a drawback that the difference in the holding force Hc cannot be clearly separated.
[0005]
FIG. 10 is an example of characteristics measured with a narrow gap magnetic head, and FIG. 10A shows BH characteristics I and II of magnetic materials having different holding forces Ha and Hb. FIG. 10B shows the detection voltage (V = dB / dt) detected from each material when a uniform magnetic field acts on the entire magnetic material. When excited with an intensity greater than the holding forces Ha and Hb, a ferromagnetic material having a large squareness ratio generates a pulse voltage. If the holding force values are different, two pulses having a phase difference are detected. . Since the intensity of the magnetic field acting on each part of the magnetic material is different in FIG. 10C, the detection pulse becomes an integral value from each part as shown in Equation (3), and a clear phase difference can be detected. Can not.
[0006]
Next, a magnetic head having a wide gap has the disadvantages that the influence of the periphery of the head cannot be ignored because the magnetic path is wide, and that it is difficult to generate a strong magnetic field due to an increase in magnetic resistance. In addition, when there is metal around the head, the balance between the sense signal and the compensation signal is lost, and it becomes difficult to cancel the excitation signal component in the detection output. become unable.
[0007]
In general, when the gap length is increased, the magnetic resistance in the magnetic circuit is increased, and it is difficult to obtain a strong magnetic field strength. The reason is as follows.
Assuming that the relative permeability of the magnetic head is μs, the length of the axis of the magnetic head is L, the gap length is La, the total number of turns is N, and the current to be applied is I, the magnetic field generated in the gap is
[Equation 3]
H = μsN1 / (L + μsLa) (4)
Since this expression (4) is established when L <μsLa, μs is about 2000 when a ferrite material is taken as an example. Therefore, when L is 100 mm, La is 100/20000 = 0. It is not established unless it is less than 05.
[0008]
Next, for authenticity determination of information recording media, a safety line is used to store safety assurance data using ferromagnetic foils and threads, and a certain kind of ferromagnetic material has a peculiarity. There is a method previously proposed by the applicant of the present application that uses a magnetic property to determine the authenticity of a safety-protective paper (see Japanese Patent Application No. 5-196688, “Safety-Protective Paper and Its Authenticity Determination Device”).
Furthermore, when a ferromagnetic material is used as a part of an information recording material, a change in magnetic strength or a change in magnetic characteristics due to heat, slit width, etc. is detected by a magnetic head or a magnetic coil, and the change is meaningful. It has been used as data (see Japanese Patent Application No. 6-291994, “Safety Protective Paper and its Authenticity Determination Device”).
Also, as one of the methods for discriminating the unique magnetic properties of the ferromagnetic material, there is a true / false discrimination method using the magnetic history properties of the ferromagnetic material due to the change of the excitation magnetic field strength (Japanese Patent Application No. Hei 07-018343). No. “Safety Protective Paper and its Authenticator”).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As presented in Japanese Patent Application No. 5-196688 "Safety Protective Paper and its Authenticity Judgment Device", it is determined that a ferromagnetic material having magnetic properties that cannot be easily counterfeited by the alloy ratio and manufacturing method is the material itself. As a technique for this, it is shown that even a slight difference in magnetic characteristics can be easily discriminated by examining magnetic hysteresis characteristics due to changes in the excitation magnetic field strength.
However, in order to discriminate a large amount of small pieces attached to paper or a plastic card at a high speed, the discriminating apparatus tends to be large.
For example, when cards with a 1 mm width magnetic material piece are passed through a discrimination device at a speed of 10 m / s, it is necessary to detect magnetic history characteristics by means such as modulating the excitation signal within 100 μs. Therefore, there are drawbacks such as an increase in excitation frequency.
[0010]
Further, when processing a large amount in a non-contact manner, the magnetic characteristics (coercive force Hc, magnetic flux density Bm, squareness ratio, etc.) of the magnetic material to be detected are detected and compared as absolute values. Since it is difficult to apply the magnetic material to a magnetic material, it has been difficult with a conventional magnetic sensor.
[0011]
A first object of the present invention is to provide a magnetic sensor that can easily detect magnetic characteristics of a magnetic material used in an information recording medium.
A second object of the present invention is to provide an apparatus for discriminating magnetic properties of a magnetic material that has a simple structure and high discrimination ability.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object of the present application, a magnetic sensor for discriminating magnetic characteristics of a magnetic material according to the present invention comprises:
A soft magnetic core having an E-shaped longitudinal section;
An exciting coil wound on the central arm of the soft magnetic core;
A sensing coil wound on one of the two outer arms of the soft magnetic core;
A compensation coil wound on the other of the two outer arms of the soft magnetic core;
Provided with a guide path that guides the magnetic body to be detected, arranged so as to bridge the end of the central arm of the soft magnetic material magnetic core and the end of the outer arm around which the detection coil is wound. A non-magnetic hard material guide plate formed as follows:
A comparative magnetic material of known magnetic properties disposed on or in the guide plate along the guide path of the guide plate and located in the bridging portion;
With
When the detection target magnetic body travels along the guide path, a detection output indicating the magnetic characteristics of the detection target magnetic body is obtained from the detection coil.
[0013]
In order to achieve the second object of the present application, the magnetic property discrimination device for a magnetic material according to the present invention comprises:
A soft magnetic core having an E-shaped longitudinal section;
An exciting coil wound on the central arm of the soft magnetic core;
A sensing coil wound on one of the two outer arms of the soft magnetic core;
A compensation coil wound on the other of the two outer arms of the soft magnetic core;
Provided with a guide path that guides the magnetic body to be detected, arranged so as to bridge the end of the central arm of the soft magnetic material magnetic core and the end of the outer arm around which the detection coil is wound. A non-magnetic hard material guide plate formed as follows:
A comparative magnetic material of known magnetic properties disposed on or in the guide plate along the guide path of the guide plate and located in the bridging portion;
An excitation power source for supplying an excitation current to the excitation coil;
A differential amplifier that takes out the difference between the detection output from the detection coil and the compensation output from the compensation coil and takes out the differential detection output that suppresses the influence of the excitation magnetic field due to the excitation current;
A phase comparison circuit for extracting phase information corresponding to a phase difference between the differential detection output by the magnetic material for comparison from the differential amplifier and the differential detection output by the magnetic material to be detected;
A determination circuit that compares the phase information from the phase comparison circuit with previously stored standard information to determine the magnetic characteristics of the magnetic material to be detected;
It has the composition provided with.
Here, the excitation current from the excitation power supply can be a sine wave of at least one wavelength that oscillates intermittently or a sine wave modulated so as to have a small distortion component.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In a magnetic sensor, when the gap length is long, the magnetoresistance is determined by the path of the leakage magnetic field from the gap, and the strength of the magnetic field cannot be uniquely determined, and an experimental or simulation method is used.
In the present invention, a magnetic path is formed on the same surface close to the detection signal in order to obtain a compensation signal by making the shape of the magnetic core E type. For this reason, even if the metal approaches, the detection side and the compensation side are affected by the same effect, so that they can be canceled out and a minute change in magnetic flux can be detected.
In the magnetic head according to the present invention, ferrite is used for the magnetic core, and the maximum magnetic field strength is about five times that of the central magnetic field of a finite-length air-core coil having the same number of turns.
That is, in order to obtain a strong magnetic field with a magnetic head having a wide gap, there is a limit to the contribution due to the magnetic permeability of the magnetic core, and it is necessary to increase the total number of turns and the current. When the total number of turns is increased, the self-inductance is increased and the excitation frequency cannot be increased, and the conveyance speed of the discriminating object is limited.
When the current is increased, the generation of heat due to the resistance value of the winding cannot be ignored, and the excitation power source becomes large.
[0015]
(A) Ease of discriminating magnetic characteristics The wide gap magnetic sensor according to the present invention can have a uniform magnetic field sufficiently larger than the size of the magnetic material to be discriminated. Equations (1), (2) to (5) The detection voltage V shown in FIG.
[Expression 4]
V = dμH / dt (5)
However, it is difficult to accurately measure the phase information with respect to the excitation magnetic field strength change of the detected pulse waveform as an absolute value for the following reason.
"Phase variation of sensor and amplifier system"
It is difficult to make the magnetic field excitation magnetic field strength and phase variations of the magnetic sensor, detection amplifier, etc. constant.
Therefore, there is a drawback that phase information cannot be compared with absolute values when authenticity determination is performed. In this case, if a magnetic material whose magnetic properties are known in advance is incorporated in the magnetic sensor, the degree of opening between peaks with the measured material is measured even if the excitation magnetic field strength or the phase of the amplifier system changes. Therefore, it is possible to easily determine authenticity.
[0016]
(B) Advantages of a sensor incorporating a magnetic material Although a wide gap type magnetic sensor can produce a uniform magnetic field in a wide area, there is a limit. FIG. 1 shows the magnetic field strength produced by the magnetic sensor of the embodiment of the present invention. The portion that can be regarded as uniform is a portion of 10 mm 2 in the center of the gap, and the peripheral portion gradually becomes smaller.
This means that when it is necessary to continuously determine the authenticity of the object to be measured, such as a card, it passes through the part where the magnetic intensity is different. It becomes difficult to deal with.
If there is a reference pulse having a reference phase and amplitude, it is possible to easily determine the difference in magnetic characteristics. The pulse from the moving magnetic material of the previous example is detected as a moving pulse as indicated by a dotted arrow in FIG. Since the movement pulse moves to a certain position and moves in the opposite direction, it is only necessary to compare the position changed to the maximum with the reference pulse.
[0017]
In the magnetic characteristic discriminating apparatus, the magnetic characteristic has complicated elements such as magnetic permeability, saturation magnetic flux density, squareness ratio, and initial magnetic permeability to express the characteristic. For example, even if only the magnetic permeability is taken, it is generally non-linear in ferromagnetic materials, and the non-linearity also depends on conditions such as excitation frequency, excitation intensity, temperature, etc., so there are subtle differences. Discriminating is disadvantageous in increasing the burden on the discriminating device.
In the present invention, when the direct display method is used, if the same magnetic material as the reference magnetic material is used as the reference magnetic material, it can be easily discriminated simply by checking whether the detection pulse and the reference pulse overlap at all. Therefore, a simple discrimination device can be manufactured.
In the characteristic determination apparatus according to the present invention, a pulse having a reference phase and amplitude is always present on the display surface by incorporating a magnetic material having similar magnetic characteristics and a known magnetic characteristic into the magnetic sensor. Therefore, authenticity can be easily and accurately determined by comparing the magnitudes of the phase differences.
[0018]
【Example】
FIG. 3 shows an embodiment of the magnetic sensor of the present invention. Reference numeral 1 denotes a magnetic core of a magnetic sensor, which uses a ferrite material having an E-shaped longitudinal section and a relative permeability of about 2400. In addition, the magnetic core force material may be a material with high magnetic permeability such as permalloy or sendust. Reference numeral 2 denotes an exciting coil wound on the central arm of the magnetic core 1 and winds a lead wire of 0.3φ about 2500 turns. Reference numeral 3 denotes a sense coil wound on one of the two outer arms of the magnetic core 1, and winds a 0.075φ lead wire for about 100 turns. Reference numeral 4 denotes a compensation coil wound on the other of the two outer arms of the magnetic core 1 and winds a 0.075φ lead wire for about 100 turns. The compensation coil 4 is for canceling the excitation signal component generated in the sense coil 3. Reference numeral 5 is a guide plate arranged so as to bridge the end of the central arm of the magnetic core 1 and the end of the outer arm around which the detection coil 3 is wound, and is made of hard plastic or ceramic material. It is formed to have a guide path that guides the detected object. Other than non-magnetic metal materials, non-metallic materials such as hard ceramics that can withstand contact wear on the guide path of the object to be detected are not preferable because the magnetic flux balance is lost due to the eddy current effect caused by the excitation magnetic field. Use. Reference numeral 6 is a magnetic material for comparison, and a magnetic material having a clear magnetic characteristic equivalent in shape to the comparative material is attached to or embedded in the guide plate 5 in the bridge portion where the magnetic field of the magnetic sensor is uniform. Keep it.
When authenticity determination is performed, an authentic material can be used as the comparative magnetic material 6, and the determination circuit is simplified. Further, instead of fixing and sticking the comparative magnetic material 6, for example, the guide plate 5 can be replaced so that it can be easily replaced.
[0019]
FIG. 4 shows a block diagram of the characteristic determination apparatus. Here, reference numeral 7 denotes an excitation power source that applies a sine wave of 10 Vp-p and a frequency of 5 KHz to the excitation coil. A differential amplifier 8 obtains a difference between signals from the sense coil 3 and the compensation coil 4.
Although omitted here, the signals from the sense coil 3 and the compensation coil 4 are somewhat different in amplitude and phase, and include a circuit for changing the amplitude and phase in order to minimize the influence of the excitation magnetic field. Reference numeral 9 denotes a phase comparison circuit that compares the signal pulse from the comparison magnetic material 6 with the signal pulse from the magnetic material to be measured, and sends a value corresponding to the phase difference as a digital value to the discrimination circuit.
10 is a discriminating circuit, which compares the phase difference information from the phase comparison information with the information of the true material stored in advance, and if it matches, it is a genuine product, and if it does not match, it is a counterfeit. The display device or other control device is notified as being present. A microcomputer is generally used as the display / control / device.
The discriminating circuit 10 can take into account the amplitude, shape, history characteristics, noise characteristics, etc. of the pulse in addition to the phase difference information, and the accuracy of the true / false judgment is further improved.
[0020]
FIG. 5 is a specific example of the phase comparison circuit 9, and FIG. 6 is a signal timing chart showing the operation of the circuit. Here, 11 is a comparator, which compares the detected pulse with a set comparison voltage and compares it with a reference level of an input signal, for example, 0-5V, and binarizes it. In order to measure the time between pulses, a state that is “1” only between pulses is created. For example, 12 is a J-K flip-flop, and each time the pulse shown in (a) is input, a waveform shaping pulse that takes the 1/0 state shown in (b) is created. According to the state 1/0 of the flip-flop 12 shown in (c), the count clock CK is gated by the NAND gate 13 to generate a count lock as shown in (d). The binary counter 14 counts this gated clock. The count value is always set to 0 when the excitation start timing signal RESET shown in (e) is reset and excitation is started. After the excitation is completed, the count value is temporarily stored in the data buffer 15 in synchronization with the SET pulse shown in (f). The stored data is compared with a true value by the discriminating circuit 10, and if it is correct, it is determined to be true, and if it is different, it is determined to be false and sent to a display device or another control device.
[0021]
In order to eliminate the disadvantage that the excitation power source of the magnetic sensor in the present invention tends to be large, according to the intermittent excitation method, if the ratio of the intermittent period to the whole period is small, the heat is reduced by that ratio and the supply of excitation power There is a merit that power capacity can be increased, and the disadvantage can be compensated practically. FIG. 7 is an example of an intermittent excitation waveform.
Of course, the intermittent excitation waveform is not a rectangular wave containing a distortion component, but a sine wave or a waveform that rises smoothly, such as (Sinx) / x, in order to minimize the distortion caused by the magnetic material forming the circuit system and the magnetic core. Is preferred.
[0022]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the apparatus for determining authenticity based on the difference in the magnetic properties of the ferromagnetic material generates a sufficiently large uniform magnetic field compared to the size of the magnetic material to be determined. It is possible to make true / false judgments easily and accurately by discriminating from the magnetic sensor in which a genuine product or a magnetic material to be used as a reference for comparison is preliminarily embedded, and discrimination from the phase information of the reference pulse and detection pulse obtained from the sensor. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention and its exciting magnetic field strength.
FIG. 2 is a waveform diagram showing detection pulses that accompany the movement of an object to be detected in the apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a magnetic sensor according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a true / false determination apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a specific example of a phase comparison circuit used in the present invention.
6 is a timing chart showing signal waveforms in the phase comparison circuit of FIG. 5;
FIG. 7 is an example of an intermittent excitation waveform used in the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing a structural example of a conventional narrow gap type magnetic sensor.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a magnetic field distribution example of a narrow gap head.
FIG. 10 is a BH characteristic diagram of a magnetic material showing an example of a waveform detected by a narrow gap type magnetic sensor, an example of a detection signal from a magnetic material in a uniform magnetic field (b), and a case where the magnetic field is not uniform. It is a detection signal example figure (c).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic core 2 Excitation coil 3 Sense coil 4 Compensation coil 5 Guide board 6 Magnetic block for comparison 7 Excitation power supply 8 Differential amplifier 9 Phase comparison circuit 10 Discrimination circuit 11 Comparator 12 JK flip-flop 13 NAND gate 14 Binary counter 15 Data buffer 21a, 21b, 21c Magnetic core 22 Excitation coil 23 Sense coil 24 Compensation coil 25 Head gap

Claims (3)

縦断面がE字形を有する軟磁性材磁芯と、
該軟磁性材磁芯の中央アーム上に巻回された励磁コイルと、
該軟磁性材磁芯の二つの外側アームの一方上に巻回された検知コイルと、
該軟磁性材磁芯の二つの外側アームの他方上に巻回された補償コイルと、
前記軟磁性材磁芯の中央アームの端部と前記検知コイルが巻回された外側アームの端部とを橋絡するように配置されて、検知対象磁性体をガイド走行させるガイドパスを具有せしめるように形成された非磁性硬質材料のガイド板と、
該ガイド板の前記ガイドパスに沿いかつ前記橋絡する部分に位置するように該ガイド板の表面または内部に配置された既知磁気特性の比較用磁性材料と、
を備え、
前記検知対象磁性体が前記ガイドパスを走行したときに、該検知対象磁性体の磁気特性を示す検知出力が前記検知コイルから得られるように構成された
磁性材料の磁気特性判別のための磁気センサ。
A soft magnetic core having an E-shaped longitudinal section;
An exciting coil wound on the central arm of the soft magnetic core;
A sensing coil wound on one of the two outer arms of the soft magnetic core;
A compensation coil wound on the other of the two outer arms of the soft magnetic core;
Provided with a guide path that guides the magnetic body to be detected, arranged so as to bridge the end of the central arm of the soft magnetic material magnetic core and the end of the outer arm around which the detection coil is wound. A non-magnetic hard material guide plate formed as follows:
A comparative magnetic material of known magnetic properties disposed on or in the guide plate along the guide path of the guide plate and located in the bridging portion;
With
A magnetic sensor for discriminating magnetic characteristics of a magnetic material configured to obtain a detection output indicating the magnetic characteristics of the detection target magnetic body from the detection coil when the detection target magnetic body travels along the guide path. .
縦断面がE字形を有する軟磁性材磁芯と、
該軟磁性材磁芯の中央アーム上に巻回された励磁コイルと、
該軟磁性材磁芯の二つの外側アームの一方上に巻回された検知コイルと、
該軟磁性材磁芯の二つの外側アームの他方上に巻回された補償コイルと、
前記軟磁性材磁芯の中央アームの端部と前記検知コイルが巻回された外側アームの端部とを橋絡するように配置されて、検知対象磁性体をガイド走行させるガイドパスを具有せしめるように形成された非磁性硬質材料のガイド板と、
該ガイド板の前記ガイドパスに沿いかつ前記橋絡する部分に位置するように該ガイド板の表面または内部に配置された既知磁気特性の比較用磁性材料と、
前記励磁コイルに励磁電流を流す励磁用電源と、
前記検知コイルからの検知出力と前記補償コイルからの補償出力との差分をとり前記励磁電流による励磁磁界の影響を抑制した差動検知出力を取り出す差動増幅器と、
該差動増幅器からの比較用磁性材料による前記差動検知出力と前記検知対象磁性体による前記差動検知出力との位相差に相当する位相情報を取り出す位相比較回路と、
該位相比較回路からの前記位相情報を予め記憶された標準情報と比較して前記検知対象磁性体の磁気特性の判別をする判別回路と、
を備えた磁性材料の磁気特性判別装置。
A soft magnetic core having an E-shaped longitudinal section;
An exciting coil wound on the central arm of the soft magnetic core;
A sensing coil wound on one of the two outer arms of the soft magnetic core;
A compensation coil wound on the other of the two outer arms of the soft magnetic core;
Provided with a guide path that guides the magnetic body to be detected, arranged so as to bridge the end of the central arm of the soft magnetic material magnetic core and the end of the outer arm around which the detection coil is wound. A non-magnetic hard material guide plate formed as follows:
A comparative magnetic material of known magnetic properties disposed on or in the guide plate along the guide path of the guide plate and located in the bridging portion;
An excitation power source for supplying an excitation current to the excitation coil;
A differential amplifier that takes out the difference between the detection output from the detection coil and the compensation output from the compensation coil and takes out the differential detection output that suppresses the influence of the excitation magnetic field due to the excitation current;
A phase comparison circuit for extracting phase information corresponding to a phase difference between the differential detection output by the magnetic material for comparison from the differential amplifier and the differential detection output by the magnetic material to be detected;
A determination circuit that compares the phase information from the phase comparison circuit with previously stored standard information to determine the magnetic characteristics of the magnetic material to be detected;
An apparatus for discriminating magnetic properties of magnetic materials.
前記励磁用電源からの前記励磁電流は、間欠発振する少なくとも一波長の正弦波または歪み成分の少ないように変調された正弦波であることを特徴とする請求項2に記載の磁性材料の磁気特性判別装置。3. The magnetic characteristic of the magnetic material according to claim 2, wherein the exciting current from the exciting power source is a sinusoidal wave having at least one wavelength that oscillates intermittently or a sine wave modulated so as to have a small distortion component. Discriminator.
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