JP4312438B2

JP4312438B2 - 巻線型磁気センサ

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Publication number: JP4312438B2
Application number: JP2002267820A
Authority: JP
Inventors: 正男矢島; 正吾百瀬
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP2004108776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアに巻回された励磁コイルに通電することにより発生する磁束に対する被検出体の及ぼす変化を検出コイルにより検出することによって被検出体の識別・測定等を行えるように構成された巻線型磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＡＴＭ、自動販売機、自動券売機などには、挿入又は投入された磁気カードやコインなどの被検出体を検出する装置が用いられている。このような装置は、例えば図１５に示されているような巻線型の磁気センサを備えており、その磁気センサを構成しているセンサコアＳＣ１，ＳＣ２が、検出すべきコインや磁気カードなどの被検出体Ｃの表裏に対向するように配置されている。上記２つのセンサコアＳＣ１，ＳＣ２には、それぞれ励磁コイル３，検出コイル４が巻回されている。そして、上記励磁コイル３に通電したときに発生する磁束が前記被検出体Ｃに対して磁気的に作用することによって当該被検出体Ｃに渦電流が生じ、その渦電流に基づく磁束の変化を被検出体の検出信号として前記検出コイル４により検出する構成になされている。
【０００３】
一方、上記磁気センサには、図示は省略するが、上述した被検出体検出信号から被検出体を識別する被検出体識別手段が付設されている。その被検出体識別手段には、前記２つのセンサコアＳＣ１，ＳＣ２の間を被検出体Ｃが通過したときに検出コイル４から得られる各被検出体毎の基準出力値が予め格納されている。より具体的には、上記２つのセンサコアＳＣ１，ＳＣ２の間に被検出体Ｃが存在していない場合のセンサ待機時において前記検出コイル４から出力される待機出力信号のレベル値と、被検出体Ｃが通過したときにおける上記検出コイル４からの検出出力信号の最大レベル値との差が、各被検出体Ｃの種別毎に予め求められて上記被検出体識別手段に基準出力値としてそれぞれ格納されている。そして、それらの各基準出力値が、上述した被検出体検出信号と比較されることによって被検出体の検出が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような一般に広く用いられている巻線型磁気センサに用いられている励磁コイル３は、例えば図１６に示されているような定電圧回路から供給される一定電圧で駆動されている。その結果、巻線型磁気センサを使用している環境温度が変化した場合において、以下のような誤動作を招来するおそれがある。尚、以下に説明する問題は、磁気カードやコインなどの被検出体を検出する場合に限らず、他の被検出体の材質識別、導電率測定、被検出体の変位や形状、間隔測定等を行う場合においても同様に問題となる。
【０００５】
まず、図１７に示されているように、上記巻線型磁気センサに設けられたセンサコアＳＣの透磁率μは、センサコアＳＣに用いる磁性材の特性により、温度Ｔの変化に対応して種々の特性となる。例えば、温度Ｔの変化に対して増加傾向を示すもの（例１）、減少傾向を示すもの（例２）、増加の後減少するもの（例３）等、様々である。即ち、巻線型磁気センサの使用環境温度が変化した場合には、センサ感度が温度とともに変動するので、待機出力信号のレベル値と、検出出力信号のレベル値との差により被検出体の検出信号を求めたとしても、このレベル差も環境温度とともに変動してしまい、被検出体の検出を誤認識するおそれがある。
【０００６】
また、センサのインピーダンスをみると、上記のような透磁率μの温度変動に加えて、励磁コイル３の巻線抵抗値ＤＣＲも図１８に示すように環境温度Ｔの変化に従って変動する。つまり、巻線型磁気センサのセンサインピーダンスＺは、上述した透磁率μの温度変動と、巻線抵抗値ＤＣＲの温度変動とが混在したものとなっており、後述するように、駆動周波数における駆動コイルのインピーダンスの主成分が巻線抵抗値ＤＣＲであるような低周波領域では、巻線抵抗値ＤＣＲの直線的変化の方が透磁率μの温度変動による駆動コイルのインピーダンス変化より大きいので、センサインピーダンスＺは温度上昇とともに高くなる。また、駆動周波数が高くなると、センサインピーダンスに占めるインダクタンス成分が大きくなり、センサインピーダンスＺの温度変動は、図１７に示されているようなセンサコアＳＣに用いる磁性材の特性に近いものとなる。一方、駆動周波数が上記低周波領域と高周波数領域との中間の周波数領域の場合は、巻線抵抗値ＤＣＲによる変動と透磁率μとの変動とが加算されることとなるので、駆動周波数に応じて複雑な特性となる。
【０００７】
更に、コインなどの被検出体においては温度変化とともにその導電率が変化し、その導電率の変化は被検出体に発生する渦電流を変化させるから、この原因によっても検出出力が変化することになる。従って、従来のように励磁コイル３を定電圧駆動していると、温度上昇とともにセンサインピーダンスＺが高くなるような低周波数駆動をしている場合や、図１７における例１のような透磁率特性のセンサコアＳＣを用いた磁気センサを高周波数駆動している場合には、温度上昇に従って励磁コイル３の駆動電流Ｉが低下していくこととなり、その結果、図１９のように、温度Ｔの上昇に伴ってセンサ出力、すなわち上述した被検出体検出信号が減少することとなって、被検出体の検出動作に支障を来すおそれがある。
【０００８】
このように、従来の巻線型磁気センサから得られる被検出体検出信号の温度変動には、センサコアＳＣの透磁率μの温度変動に基づく変動分と、励磁コイル３の巻線抵抗値ＤＣＲに基づく変動分と、更に被検出体の導電率に基づく変化分とがあり、その合算された変動量は大きく、複雑な状態となっている。即ち、従来の構成では、個々の巻線型磁気センサ毎に温度特性にバラツキを生じることとなっている。従って、被検出体の検出精度を高めるには、まずその温度を正確に求める必要がある。
【０００９】
このような問題を解決するために、回路部又はセンサ部にサーミスタなどの温度検出素子を取り付けて環境温度を測定し、その測定温度に対応して被検出体検出信号を温度補正する技術も提案されてはいるが、必要なセンサ部分の温度を正確に測定することは難しいことから補正に誤差を生じやすく、しかも高価な装置になってしまう。
【００１０】
そこで本発明は、簡易な構成によって、容易かつ高精度な被検出体識別を行うことができるようにした巻線型磁気センサを提供することを目的とする。
【００１１】
【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かかる巻線型磁気センサでは、被検出体に対面配置されるセンサコアと、このセンサコアの一部に巻回された励磁用及び検出用コイルとを備え、上記励磁コイルに対して常時一定の電流を供給して駆動する定電流駆動回路が設けられている。この場合、前記励磁用及び検出用コイルは、励磁用コイルが検出用コイルを兼ねているような共通のコイルを兼用して用いてもよいし、別個の励磁コイル及び検出コイルを用いてもよい。
上記構成を有する巻線型磁気センサにおいて、励磁コイルを一定電流により駆動するようにしておけば、検出コイルからは、励磁コイルの巻線抵抗値ＤＣＲに基づく温度変動分を除外して得ることができることとなり、また、励磁コイルの出力を用いてそのセンサにおける温度を推定測定することができる。従って、その推定温度に基づいてセンサコアの透磁率や被検出体の温度変動分を除いた状態での被検出体検出信号を得ることができ、環境温度の変動に対して誤差の小さい巻線型磁気センサを容易に得ることができる。
【００１２】
また、本発明にかかる巻線型磁気センサでは、センサコアに被検出体が対向していないセンサ待機時においても、また、センサコアに被検出体が対向している状態であっても、前記定電流駆動回路により駆動される励磁コイルにおける駆動電圧のレベル値に基づいて、励磁コイル、即ち、センサの温度を推定することができる。
【００１３】
この励磁コイルにおける温度の推定ができるようにするために、温度検出用の低周波信号を前記励磁コイルに印加し、上記低周波信号の出力値に基づいて上記励磁コイルの温度を推定する。この場合、上記低周波信号は、直流信号がコイルのインダクタンス成分を除くために好ましいが、低周波信号であってもコイルのインダクタンス成分の割合を小さくできるので、充分用いることができる。このように低周波信号を励磁コイルに印加するようにすれば、温度による変動をほぼ直線的に変化する励磁コイルの巻線抵抗値ＤＣＲ成分として扱うことができ、励磁コイルの温度を高精度で推定することができる。
【００１４】
励磁コイルの温度を推定することができれば、これはセンサそのものを構成する温度であるから、その励磁コイルの推定温度値に基づいて前記被検出体の検出信号を補正する温度補正手段を設けた場合、その補正結果は非常に信頼性の高い出力値とすることができる。
【００１５】
なお、温度検出用の低周波信号は、それ自体で被検出体の検出をすることのできる低周波の検出信号を用い、一つの低周波信号を兼用するようにしてもよいし、又は、被検出体を検出するための検出信号が低周波信号であったとしても、温度検出用の低周波信号を、これとは異なる更に低周波の信号としてもよい。
【００１６】
上記被検出体を検出するための検出信号として高周波信号が好ましい場合は、励磁コイルに印加する交流信号を、温度検出用の低周波信号と被検出体識別用の高周波信号とを加算した信号とするのがよい。このように、被検出体識別用の信号と温度検出用の信号とを加算するようにすれば、それぞれの目的に最も好適な周波数を選択使用することができ、例えば、被検出体識別用の信号として高周波信号を印加すれば、被検出体の変位又は形状を検出するに好適なセンサとすることができる。
【００１７】
このときの温度検出用のコイルは、励磁コイルとは別のコイルとしてセンサ内に配置し、これを別の駆動回路により駆動するようにしても良い。このようにすれば、センサ内の任意の場所の温度を測ることが可能となる。
【００１８】
上記構成を有する巻線型磁気センサにおいては、センサにおける温度が正確に測定できれば、センサコアＳＣの透磁率μの温度特性や、被検出体の温度特性などを予め測定しておくことによって、その巻線型磁気センサに対して、総合的にある温度に対する補正値を求めることが可能となり、その推定温度を温度補正手段に用いることによって被検出体検出信号が容易かつ高精度に温度補正することができる。
【００１９】
例えば、上記励磁コイルに印加した温度検出用の低周波信号は、励磁コイル両端の電圧からローパスフィルタを介してその出力を取り出すことにより、上記励磁コイルの巻線抵抗値に基づく上記励磁コイルの温度を推定値として求めることができ、この推定温度値に基づいて、その推定温度値に対応する前記センサコアの透磁率の温度変動及び前記被検出体に発生するうず電流の温度変動に基づく変動分を求め、又は、その変動分を除外した前記被検出体の補正検出出力を得るようにすることができる。
【００２０】
前記被検出体の補正検出出力を求めるにあたっては、前記励磁コイルの巻線抵抗値に基づく電圧と温度との関係テーブルと、前記センサコアの透磁率の温度変動及び前記被検出体に発生するうず電流の温度変動に基づく出力変動と温度との関係から定められた補正テーブルとを設けておき、これらのテーブルに基づいて、前記被検出体の補正検出出力を得るようにしておけば、補正検出出力を簡単に求めることができる。
【００２１】
なお、温度検出のためにはセンサコアの励磁コイルを用いることがセンサの構成を簡単にするために好ましいが、励磁コイルとは別の温度検出用コイルをセンサコアに巻回し、上記温度検出用コイルに対して常時一定の電流を供給して駆動する温度用定電流駆動回路を備えるように構成することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
被検出体検出装置の全体は、図４に示されているように、後述する磁気センサ部１１に対して、励磁コイルの駆動及び検出コイルの検出を行う励磁／検出回路１２が接続されており、その励磁／検出回路１２によって得られた被検出体検出信号が、Ａ／Ｄ変換器１３を通してＣＰＵ１４に送られ、最終的な検出信号が得られる。一方、上記磁気センサ部１１には、励磁コイル３の温度を検出するため励磁コイル３の駆動電圧を検出する駆動電圧検出回路１５が接続されており、その駆動電圧検出回路１５から、Ａ／Ｄ変換器１６を通して出力される信号によって、励磁コイル３の温度を検出し、その温度を用いて上記被検出体検出信号の温度補正が行われるようになっている。
【００２３】
上記磁気センサ部１１としては、例えば図１、図２に示されている巻線型磁気センサ４０を用いることができる。この巻線型磁気センサ４０は、被検出体の変位を検出する変位センサ、ＩＣカードのＩＣ接点を検出するＩＣ接点検出センサなどとして用いられるものであって、図示を省略した回路制御部に接続されている。
【００２４】
巻線型磁気センサ４０自体は、一枚の薄板形状部材からなるセンサコア体４１の中央基体コア部４１ａに対して、検出用コイル４２が巻回された磁気差動型の構造を備えており、上記中央基体コア部４１ａの図示上下方向両側には、係止鍔部４１ｂをそれぞれ介して一体的に連接された一対の軸端コア部４１ｃ，４１ｄの各々に対して、励磁用コイル４３ｃ，４３ｄがそれぞれ巻回されている。
【００２５】
上記一対の軸端コア部４１ｃ，４１ｄのうちの図示下側に配置された一方側の軸端コア部４１ｃが、検出すべき被検出体Ｃと対面可能に配置されている。このとき本実施形態では、前記中央基体コア部４１ａを通して他方側の軸端コア部４１ｄに至る軸心ＣＸの方向（図示上下方向）が、前記被検出体Ｃの移動方向に略直交する位置関係に設定されている。そして、上記一方側の軸端コア部４１ｃに対して被検出体Ｃが、上記軸心ＣＸに略直交する方向に沿って往復移動、または、上記軸心ＣＸの方向に沿って往復移動されることによって、これら一方側の軸端コア部４１ｃと被検出体Ｃとが互いに対向しつつ近接・離間され、それらの両部材４１ｃ，Ｃどうしが互いに適宜の距離範囲内において対面したときに、前記被検出体Ｃの存在（有り）を検出したり、その移動量を検出する構成になされている。なお、上記被検出体Ｃが固定された状態で、巻線型磁気センサ４０側が移動する構成であってもよい。
【００２６】
このような構成を有する本実施形態にかかる巻線型磁気センサ４０において、上記検出用コイル４２から得られる検出出力は、一対の励磁用コイル４３ｃ，４３ｄにより発生される逆方向の対向磁界φ１，φ２の和に相当する磁界に基づくものとなっており、従って、上述した被検出体Ｃが存在していない（無し）か、または被検出体Ｃが巻線型磁気センサ４０から十分な遠方（無限遠）にある場合には、上記逆方向の対向磁界φ１，φ２の絶対値は等しくなって（｜φ１｜＝｜φ２｜）、上記検出用コイル４２からの出力は「０」となる。一方、巻線型磁気センサ４０と被検出体Ｃとが、相対的に近接して適宜の範囲内に存在する（有り）の状態になると、これら両者間の距離の変化に対応して、上記被検出体Ｃに発生する渦電流が変化し、それにより、上述した逆方向の対向磁界φ１，φ２のバランスが崩れ、磁界φ１が小さくなる。そして、そのときの対向磁界φ１，φ２の絶対値の差（｜φ１｜−｜φ２｜）に相当する磁界に基づいて、上記検出用コイル４２から差動出力が得られる。
【００２７】
上述した被検出体検出装置に用いられている上記励磁／検出回路１２は、例えば図５に示されているような構成になされている。
まず、水晶発振器１２ａからの出力を分周器１２ｂで適宜に分周して得られたクロック信号が、ローパスフィルター（ＬＰＦ）１２ｃを通して定電流回路１２ｄに送られる。この定電流回路１２ｄは、例えば図３に示されているような構成を有しており、既に説明したように、励磁コイル４３ｃ，４３ｄに対して常時一定の駆動電流が供給されるようになっている。
【００２８】
再び図５に戻って、検出コイル４２の出力側には、プリアンプ１２ｅが接続されているとともに、そのプリアンプ１２ｅからの出力が、帯域フィルター１２ｆ、検波器１２ｇ及びローパスフィルター（ＬＰＦ）１２ｈを通して、被検出体検出信号Ｖ0 になされている。
【００２９】
ここで、本発明にかかる定電流回路として、上述した図３に示されているような励磁コイル３を定電流駆動する回路を考えてみる。
この定電流駆動回路では、入力電圧Ｖin と、純抵抗ＲLの端部電圧が常時同じになるようにフィードバックがかけられた状態となっており、いわゆる入力端子の仮想短絡状態が形成されている。従って、抵抗ＲLに流れる電流は、（入力電圧Ｖin ）／（電流設定抵抗ＲL）となる。ここで、上記入力電圧Ｖin として周波数ｆの正弦波を用いることとすれば、励磁コイル３と抵抗ＲLに流れる電流を正弦波状にすることができる。そして、励磁コイル３におけるＤＣＲやＬが変動しても、オペアンプの出力が飽和しない範囲では、上述した関係は保たれることとなる。従って、励磁コイル３のインピーダンスが変動しても、常に一定の電流値で駆動することができる。例えば、入力電圧Ｖin に対して１Ｖｐ−ｐの正弦波を印加した場合には、１０Ωに設定した抵抗ＲLに１００ｍＡｐ−ｐの正弦波状の電流が流れる。
【００３０】
この図３に示すような定電流回路を用いる定電流回路１２ｄでは、励磁コイル側からみたインピーダンスが高く、励磁コイルと駆動回路との間に長い配線を使用すると回路が不安定になり易いことから、発振したり、Ｓ／Ｎ比が劣化する場合がある。そこで、図５中において破線部分で囲んだ部位における定電流回路１２ｄや、検出コイル４２のプリアンプ１２ｅなどをセンサ内に組み込んで、センサ部の近傍に配置することとすれば、駆動回路側の安定化とＳＮ比の向上が図られるとともに、センサシステムとしての安定性確保とＳＮ比の向上が達成されることとなる。
【００３１】
なお、ここでは、図５中の発振器１２ａとローパスフィルター（ＬＰＦ）１２ｃとを用いて低周波数の正弦波を得るようにしており、励磁コイル４３ｃ，４３ｄに対して、温度検出用と被検出体を検出するための検出信号とを兼用した低周波信号を用いた例を示している。なお、この図５において、一点鎖線から図示左方側の部分を一体型とせず、外部側に配置することによって外部供給を行うようにして良いし、二点鎖線から左側部分を外部配置しても良い。
【００３２】
駆動周波数の異なるセンサを隣接して配置する場合などにおいては、異なるセンサ相互の位相ズレが存在していると、ビートが発生して出力に揺らぎを生じる場合がある。このような場合には、共通の発振器１２ａを用い、それぞれのセンサを共通の発振器１２ａにより駆動するような構成にしておけば、互いに位相が揃った周波数を分周器で容易に作成することができるという利点が得られる。
【００３３】
このような構成の実施形態にかかる巻線型磁気センサにおいては、励磁コイル４３ｃ，４３ｄが定電流駆動回路１２ｄから供給される一定電流により駆動されていることから、巻線型磁気センサから得られる被検出体検出信号の温度変動は、励磁コイル４３ｃ，４３ｄの巻線のインピーダンス変動分が除かれた状態となっており、センサコアＳＣの透磁率μの温度変動に基づく変動に対応したものとなっている。従って、環境温度の変動に対して誤差の小さい巻線型磁気センサが容易に得られる。
【００３４】
従って、例えばセンサコアＳＣの透磁率μの温度特性を予め求めておき、また、上述した駆動電圧検出回路１５における定電流駆動回路１２ｄから励磁コイル４３ｃ，４３ｄへの印加電圧の温度特性などを予め測定しておけば、巻線型磁気センサの環境温度が直ちに推定されることとなり、その推定温度を、前記ＣＰＵ１４内に設けられた後述するような温度補正手段に用いることによって、被検出体検出信号を容易かつ高精度に補正することができる。
【００３５】
このような温度補正手段による被検出体検出信号の温度補正は、センサコアＳＣの透磁率μが温度に対して単調に変化する場合に特に良好な結果が得られるが、このような常温の範囲で単調な特性を示すセンサコアは、容易に入手することができる。
【００３６】
ここで、上述した駆動電圧検出回路１５は、例えば図６に示されている実施形態におけるような構成とすることができる。この図６にかかる駆動電圧検出回路は、温度検出用の低周波信号を励磁コイル４３ｃ，４３ｄの両端部の電圧値として差動増幅器２１で観察するようにしたものであって、その差動増幅器２１からの出力を、検波回路２２及びローパスフィルター（ＬＰＦ）２３を通すことにより励磁コイル４３ｃ，４３ｄの駆動電圧Ｖ0Zを得るようにしたものである。
【００３７】
センサコア体を有する巻線型磁気センサの駆動周波数が低く、その駆動周波数におけるインダクタンスが小さい場合には、コイルのインピーダンスは巻線抵抗値ＤＣＲが支配的となり、インピーダンスの寄与率はｃｏｓθの二乗で決まることとなり、コア形状、巻数、周波数によって異なるが、ほとんどが巻線抵抗値ＤＣＲの成分となる。従って、センサの駆動周波数は低い周波数を用いることが、容易に巻線抵抗値ＤＣＲの変動を求めるためには好ましい。
【００３８】
上記励磁コイルの駆動電圧と温度との関係は、予め測定されたデータにより関係付けが行われており、上述した被検出体検出装置（図４参照）のＣＰＵ１４内にテーブル又は数式として格納されている。そして、上述した駆動電圧検出回路１５によって、励磁コイルの両端部における電圧の実効値が求められ、この電圧の実効値から上記ＣＰＵ１４に設けられた適宜の温度補正手段において比較されることによって、現時点における励磁コイルの温度が推定され、その推定温度値に基づいて被検出体検出信号の補正が、次のようにして行われるようになっている。
【００３９】
例えば、ＣＰＵ１４内では、図７に示されているように、温度補正のフローが実行されるようになっている。この例では、被検出体の通過がなされていない待機時に温度を求めるようにしてある。温度補正動作がスタートすると、まず、現時点での最新データの読み込みが行われ（ステップ１）、次いで、被検出体Ｃ、例えばコインの通過がなされていないことが確認された後（ステップ２のＮｏ）、励磁コイル両端の駆動電圧と温度との関係に基づいて励磁コイルの温度推定が実行される（ステップ３）。これにより得られた励磁コイルの推定温度は、ＣＰＵ１４内の適宜のメモリＭ内に書き込まれて定期的に更新される。そして、実際に被検出体Ｃの投入が行われて被検出体検出装置を被検出体Ｃが通過した場合には（ステップ２のＹｅｓ）、上記メモリＭから呼び出された温度推定値が用いられて、被検出体検出信号の補正処理（ステップ４）が実行される。
【００４０】
ところで、コイルのインダクタンスは周波数に比例して大きくなることから、励磁コイルに印加する周波数を高くした場合に励磁コイルのインピーダンスに占めるコイルのインダクタンスＬの割合が高くなるので、高い周波数を温度検出用として用いることは好ましくない。
【００４１】
具体的には、次の表１のコイルのように、インダクタンスが小さく巻線抵抗値ＤＣＲの大きいコイルにおいても巻線抵抗値ＤＣＲのインピーダンスへの寄与率は極めて低くなる。
【表１】

このような場合は、コア透磁率の温度特性を利用した温度計とすることができる。しかしながら、用いるコア材は、その温度特性が必ずしも温度計として好ましいものとは限らないので、この場合には、以下のように構成するのがよい。
【００４２】
例えば図８に示されているＤＣＲ検出回路において、駆動側に直流のバイアス電源ＶDC３１を印加しておくことによって、励磁コイル４３ｃ，４３ｄの両端における直流電位を、プリアンプ３２及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３を通してＤＣＲを求めるようにしている。ここで、直流のバイアス電源ＶDC３１は、低周波数における最も低い周波数の例とみなすことができる。このようにバイアス電源ＶDC３１によって僅かな直流分をコイルに加えても、センサ出力である被検出体検出信号（＝ｄφ／ｄｔ）は、コアが飽和しない範囲内であれば影響を受けることはない。
【００４３】
このような図８に示されているＤＣＲ検出回路を、実際に５つの巻線型磁気センサに用いて、励磁コイル４３ｃ，４３ｄにおける駆動電圧Ｖ0Zの温度変動を測定してみたところ、図９に示されているように、各巻線型磁気センサ毎のバラツキが小さく、温度に対して直線性のよい特性が得られることが判明した。従って、同一の補正データを全てのセンサに用いることができる。
【００４４】
一方、上記と同様に５つの巻線型磁気センサを用いて、その待機時における検出出力信号のレベル値の温度変動を測定してみたところ、図１０に示される結果が得られた。この場合は、コア透磁率の温度特性を利用した温度計となる。この結果によれば、各巻線型磁気センサ毎のバラツキが比較的大きくなっているが、一定の傾向があるので、各巻線型磁気センサ毎に補正曲線を決定しておくで温度補正をすることができる。
【００４５】
このようなＤＣＲ検出回路を、実際の装置として用いるには、例えば図１１に示されているような構成になされる。
まず、発振器５１からのクロック信号は、２つの分周器５２ａ，５２ｂによって例えば１ＭＨｚの高周波信号と、励磁コイルにおけるコイルのインピーダンスにおいて、そのＤＣＲ成分が主要となるような周波数として、例えば１ｋＨｚの低周波信号とに分周され、それら２つの信号が、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５３ａ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５３ｂを通して加算回路５４に送られ、そこで、上記高低両信号が混合された後に、定電流回路５５に用いられ、その定電流回路５５によって励磁コイル４３ｃ，４３ｄに駆動電流が供給される。
【００４６】
上記励磁コイル４３ｃ，４３ｄに与えられる電圧は、オペアンプ５６を介して外部に取り出されるように構成されており、そこからローパスフィルタ（ＬＰＦ）５７を通して上述した１ＭＨｚの高周波信号が除去され、１ＫＨｚの低周波信号のみが、検波器５８、及びその検波器５８のリプルを取り除くローパスフィルタ（ＬＰＦ）５９を通して取り出され、ＤＣＲ成分に対応する励磁コイル４３ｃ，４３ｄの駆動電圧が得られるようになっている。
【００４７】
検出コイル４２からの検出出力信号は、プリアンプ６１からハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２を通して上述した１ＫＨｚの低周波信号が除去され、１ＭＨｚの高周波信号のみが、検波器６３、及びその検波器６３のリプルを取り除くローパスフィルタ（ＬＰＦ）６４を通して取り出されて被検出体の検知信号が得られるようになっている。このような構成を用いれば、被検出体の検知信号として高周波信号を用いているので、被検出体の変位、位置の変動や被検出体の形状を検出するのに有効な磁気センサとすることができ、特に、高速移動する被検出体に用いられる近接センサなどの検出精度や応答速度が向上される。
【００４８】
また、複数の巻線型磁気センサを各々異なる周波数で駆動する場合には、例えば図１２に示されているような駆動回路が用いられる。この場合は、被検出体の変位、位置の変動や被検出体の形状を検出するのに、例えば１ＭＨｚの高周波信号を用い、被検出体の材質識別、導電率測定には、例えば１００ＫＨｚの低周波信号を用い、更に、温度検出用の低周波信号として、例えば４ＫＨｚの低周波信号を用いた例である。このようにすれば、それぞれの目的に応じた周波数信号を用いて、被検出体の検出及び温度検出をすることができる。上述したように位相が異なる複数の周波数を同時に用いた場合には、位相差の状況などで出力振幅が揺らぐことがあるが、このような駆動回路を用いれば、位相の揃った駆動信号を得ることができ、出力の揺らぎが解消される。
【００４９】
図１３及び図１４に示されている巻線型センサは、磁気カードリーダに設けられるものの一例を表しており、図示を省略した磁気カードに形成された磁気ストライプの種別を検知するように構成されている。具体的には、ハウジング７１内に装着されたセンサコア７２の基体コア部７３に対して励磁コイル７４が巻回されているとともに、その基体コア部７３の側部（図１３の上方部）に、被検出体としての磁気カードと対向するように配置された２つの対向コア部７５，７５が突出するように形成されており、それらの各対向コア部７５に対して検出コイル７６が巻回されている。このような構成の巻線型センサを用いた装置に対しても同様な作用・効果を得ることができる。
【００５０】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。
【００５１】
例えば、本発明は、上述した実施形態にかかる構造の巻線型磁気センサに限定されることはなく、励磁コイルの磁束の磁気的作用によって被検出体に発生した渦電流に基づくインピーダンス変化を検出コイルにより検出するようにしたものであれば、多種多様な巻線型磁気センサに対しても同様に適用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明にかかる巻線型磁気センサは、励磁コイルに対して常時一定の電流を供給して駆動する定電流駆動回路を設け、その定電流駆動回路から供給される一定電流により励磁コイルを駆動したことによって、巻線型磁気センサから得られる被検出体の検出信号の温度変動を除いた状態とすることができ、環境温度の変動に対して誤差の小さい巻線型磁気センサを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】巻線型磁気センサに用いられている磁気センサ部の一例を拡大して表した側面説明図である。
【図２】図１に表した巻線型磁気センサの磁気センサ部を使用する場合の位置関係を表した斜視説明図である。
【図３】定電流回路の一例を表した線図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる被検出体検出装置全体の概略構成を表した線図である。
【図５】図４に示された被検出体検出装置に用いられている励磁検出回路の一例を表した線図である。
【図６】図５に表された被検出体検出装置に用いられている駆動電流検出回路の一例を表した線図である。
【図７】被検出体検出信号の補正手順の一例を表した線図である。
【図８】ＤＣＲ検出回路の一例を表した線図である。
【図９】図８に示されているＤＣＲ検出回路を用いて励磁コイルの駆動電圧の温度変動を測定した結果を表した線図である。
【図１０】図８に示されているＤＣＲ検出回路を用いて待機出力信号の温度変動を測定した結果を表した線図である。
【図１１】図８に表されたＤＣＲ検出回路を、実際の装置として用いる場合の構成例を表した線図である。
【図１２】複数の巻線型磁気センサを各々異なる周波数で駆動する場合の駆動回路例を表した線図である。
【図１３】本発明を適用する巻線型磁気センサの他の実施形態における概略構造を表した側面説明図である。
【図１４】図１３に表した巻線型磁気センサの平面説明図である。
【図１５】本発明に用いられる巻線型磁気センサに設けられた磁気センサ部分の構造を表した側面説明図である。
【図１６】定電圧回路の一例を表した線図である。
【図１７】センサコアの透磁率の温度変化を表した線図である。
【図１８】励磁コイルの巻線抵抗値ＤＣＲの環境温度変化を表した線図である。
【図１９】定電圧駆動した場合のセンサインピーダンスと励磁コイルの駆動電流との関係を模式的に表した線図である。
【符号の説明】
１１磁気センサ部
１２励磁検出回路
１４ＣＰＵ（温度補正手段）
４０巻線型磁気センサ
４１センサコア体
４１ｃ，４１ｄ軸端コア部
４１ａ中央基体コア部
４２検出用コイル
４３ｃ，４３ｄ励磁用コイル
Ｃ被検出体

Claims

被検出体に対面配置されるセンサコアと、このセンサコアの一部に巻回された励磁コイル及び検出コイルと、を備え、
前記励磁コイルに通電することにより発生する磁束の前記被検出体に対応した変化を前記検出コイルにより検出して前記被検出体の検出信号を得るように構成された巻線型磁気センサにおいて、
前記励磁コイルに対して常時一定の電流を供給して駆動する定電流駆動回路が設けられ、その定電流駆動回路から前記励磁コイルに印加されている駆動電圧のレベル値から、前記励磁コイルのその時点での温度を推定し、その推定温度値に基づいて前記被検出体の検出信号を補正する温度補正手段が設けられたものであって、
１つの発振器からの出力を被検出体識別用の高周波信号と温度検出用の低周波信号とに分周し、それら２つの信号を加算した信号を前記定電流駆動回路に入力し、該定電流駆動回路から前記被検出体識別用の高周波信号と前記温度検出用の低周波信号とからなる駆動電流を前記励磁コイルに供給するように構成するとともに、
前記温度補正手段は、前記励磁コイルに印加されている駆動電圧のレベル値から前記高周波信号を除去して前記低周波信号を取り出すことにより前記励磁コイルにおける前記低周波信号の駆動電圧を得て、該低周波信号の駆動電圧のレベル値から前記励磁コイルの温度を推定するとともに、前記検出コイルから取り出される前記高周波信号を前記被検出体の検知信号として用いるように構成されていることを特徴とする巻線型磁気センサ。
前記励磁コイル及び検出コイルは、共通のコイルを兼用して用いるか、別個に設けられた励磁コイル及び検出コイルを用いることを特徴とする請求項１記載の巻線型磁気センサ。
前記励磁コイルにおける温度検出用の低周波信号は、前記励磁コイル両端の電圧をローパスフィルタを介して取り出すことにより、前記励磁コイルの巻線抵抗値に基づいて前記励磁コイルの温度を推定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の巻線型磁気センサ。