JP5085123B2 - Magnetic detection method for magnetic metal pieces - Google Patents
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Description
本発明は食品の磁気的検査方法に関し、例えばパック入り果汁に混入された磁性金属片の検出に有用なものである。 The present invention relates to a method for magnetically inspecting foods, and is useful, for example, for detecting magnetic metal pieces mixed in packed juice.
パック入り食品や飲料例えばパック入り果汁の製造におけるコンベヤラインでは、パックに内容物を充填した後、パックを閉封するまでの間に製造装置の部品、例えばベアリング、ボルト・ナットやネジまたは機械部品の破片等の異物が侵入する畏れがある。
従来、前記異物が侵入した不良製品の検出には、渦流方式の金属探知機が使用されている。
この方式では、移送路を挾んで送信コイルと一対の受信コイルとを配設し、この一対の受信コイルを差動的に接続している。従って、金属異物の侵入のない正常な製品の走行に対しては両受信コイルの出力が同じとなってその差動出力が0となる。他方、金属異物が侵入した不良製品の走行に対しては、金属異物に流れる渦電流のために貫通磁束が金属異物の通過位置変位に伴い変化し、その結果一対の受信コイルの差動出力が変化する。この差動出力の変化から不良製品が通過することを検出し、この不良製品をコンベヤラインから排除している。
しかしながら、この渦流方式金属探知法の使用では、パックが金属複合タイプの場合、例えばアルミ蒸着紙容器やアルミ箔ラミネート紙容器の場合、アルミが導電性であって渦電流が流れ、アルミ蒸着膜やアルミ箔によっても貫通磁束が変化されるから高精度の金属異物検出は困難である。
In conveyor lines for the production of packed foods and beverages such as packed fruit juice, the parts of the manufacturing equipment, such as bearings, bolts, nuts and screws, or mechanical parts, after filling the pack and before the pack is closed There is a possibility that foreign matter such as debris may enter.
Conventionally, eddy current type metal detectors are used to detect defective products that have entered the foreign matter.
In this system, a transmission coil and a pair of reception coils are disposed around the transfer path, and the pair of reception coils are differentially connected. Therefore, for a normal product running without intrusion of metal foreign objects, the outputs of both receiving coils are the same and the differential output is zero. On the other hand, when a defective product that has entered a metal foreign object is traveling, the penetrating magnetic flux changes with the displacement of the metal foreign object due to the eddy current flowing in the metal foreign object, and as a result, the differential output of the pair of receiving coils Change. It is detected from the change in the differential output that a defective product passes, and the defective product is excluded from the conveyor line.
However, in the use of this eddy current metal detection method, when the pack is a metal composite type, for example, an aluminum vapor-deposited paper container or an aluminum foil laminated paper container, aluminum is conductive and eddy current flows, Since the penetrating magnetic flux is also changed by the aluminum foil, it is difficult to detect a metallic foreign object with high accuracy.
前記製造工程中に容器内に侵入する金属異物は、製造装置の部品であるベアリング、ボルト・ナットやネジ等であって鉄若しくはフェライト系ステンレスであり、磁性金属であって加工歪や使用中の歪のために磁化されている。磁性の弱いオーステナイト系ステンレス部品であっても、破片では塑性変形のためにある程度磁化されている。 The metal foreign matter that enters the container during the manufacturing process is a bearing, bolt, nut, screw, etc., which is a part of the manufacturing apparatus, and is iron or ferrite-based stainless steel. Magnetized due to distortion. Even austenitic stainless parts with weak magnetism are magnetized to some extent due to plastic deformation.
そこで、前記製品中の容器内金属異物を磁化物としてとらえて磁気的に検出することが考えられる。
従来、前記の製造ラインにおいて、製品に侵入した金属異物を帯磁手段により磁化し、この磁化異物を磁気インピーダンス効果センサにより検出して製造ラインから排除することが提案されている(特許文献1)。
この検出方法によれば、容器が非磁性である以上、その容器に対する磁気インピーダンス効果センサの応答がなく、容器がアルミ複合構造等の導電性であっても問題はない。
Therefore, it is conceivable to detect the metal foreign matter in the container in the product as a magnetized material and detect it magnetically.
Conventionally, in the production line, it has been proposed to magnetize a metal foreign matter that has entered a product by a magnetic means, and to detect the magnetized foreign matter by a magneto-impedance effect sensor and eliminate it from the production line (Patent Document 1).
According to this detection method, since the container is non-magnetic, there is no response of the magneto-impedance effect sensor to the container, and there is no problem even if the container is conductive such as an aluminum composite structure.
磁気インピーダンス効果素子には、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用されている。
かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波電流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。
而るに、この通電中のアモルファスワイヤに外部磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と外部磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。
The magneto-impedance effect element uses an amorphous alloy wire with zero magnetostriction or negative magnetostriction, which has an outer shell portion in which magnetic domains whose spontaneous magnetization directions are opposite to each other in the circumferential direction of the wire are separated by domain walls. Has been.
The inductance voltage component in the output voltage between both ends of the wire generated when a high frequency current is applied to the zero magnetostrictive or negative magnetostrictive amorphous magnetic wire is easily increased in the circumferential direction by the circumferential magnetic flux generated in the cross section of the wire. It occurs due to the magnetized outer shell being magnetized in the circumferential direction. Accordingly, the circumferential magnetic permeability μθ depends on the circumferential magnetization of the outer shell.
Therefore, when an external magnetic field is applied to the energized amorphous wire, the magnetic flux acting on the outer shell portion having the easily magnetizable property in the circumferential direction is obtained by synthesizing the circumferential magnetic flux and the external magnetic flux by the energization. Is deviated from the circumferential direction and magnetization in the circumferential direction is less likely to occur, the circumferential permeability μθ is changed, and the inductance voltage is changed.
更に、上記通電電流の周波数がMHzオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ=(2ρ/wμθ)1/2(μθは前記した通り、円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμθにより変化し、このμθが前記した通り、外部磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も外部磁界で変動するようになる。 Further, when the frequency of the energization current is in the order of MHz, a high-frequency skin effect appears greatly, and the skin depth δ = (2ρ / wμθ) 1/2 (μθ is the circumferential permeability, as described above, and ρ is (The electrical resistivity, w indicates the angular frequency, respectively) varies with μθ, and this μθ varies with the external magnetic field as described above, so that the resistance voltage component in the output voltage across the wire also varies with the external magnetic field. Become.
そこで、この磁気インピーダンス効果素子を利用した外部磁界検出法(例えば、特許文献2参照)及び磁気インダクタンス効果を使用した外部磁界検出方法(例えば、特許文献3参照)が提案されている。 Therefore, an external magnetic field detection method using the magneto-impedance effect element (for example, see Patent Document 2) and an external magnetic field detection method using the magnetic inductance effect (for example, see Patent Document 3) have been proposed.
上記において、外部磁界の正負により上記磁界の周方向ずれφにも正負が生じるが、周方向の磁界の減少倍率cos(±φ)は変わらず、従ってμθの減少度は外部磁界の方向の正負によっては変化されない。従って、外部磁界−出力特性は磁界をx軸に、出力をy軸にとると、後述する図4の(イ)に示すように、y軸に対してほぼ左右対称となる。また、図4の(イ)に示すように、非線形になる。 In the above, the positive and negative of the external magnetic field causes the circumferential shift φ of the magnetic field to be positive or negative, but the reduction factor cos (± φ) of the circumferential magnetic field does not change, so the degree of decrease in μθ is positive or negative in the direction of the external magnetic field. Does not change. Therefore, the external magnetic field-output characteristics are substantially symmetrical with respect to the y axis as shown in FIG. 4A described later when the magnetic field is taken on the x axis and the output is taken on the y axis. In addition, as shown in FIG.
この磁気インピーダンス効果素子を使用した磁界検出回路は、基本的には、図5−1に示すように(1)磁気インピーダンス効果素子1’に高周波励磁電流を加えるための高周波電流源2’と、(2)磁気インピーダンス効果素子1’と、(3)磁気インピーダンス効果素子に加わる外部磁界Hexで前記高周波励磁電流(搬送波)を変調させた変調波を復調する検波回路3’と、(4)復調波を増幅する増幅器4’と、(5)検出出力端5’等から構成されている。
図5−2の(イ)は磁気インピーダンス効果素子に加えられる被検出磁界(外部磁界)Hexを、(ロ)は磁気インピーダンス効果素子に流される高周波励磁電流波(搬送波)Icを、(ハ)は磁気インピーダンス効果素子の出力としての変調波を、(ニ)は復調波をそれぞれ示している。
The magnetic field detection circuit using this magneto-impedance effect element basically has (1) a high-frequency
In FIG. 5B, (a) shows a detected magnetic field (external magnetic field) Hex applied to the magneto-impedance effect element, (b) shows a high-frequency excitation current wave (carrier wave) Ic passed through the magneto-impedance effect element, and (c). Represents a modulated wave as an output of the magneto-impedance effect element, and (d) represents a demodulated wave.
被検出磁界の振幅Hexと出力Eoutの振幅との関係を図示すると前記の左右対称性及び非線形性から図4の(イ)のように表わすことができる。
そこで、図5−1の回路において、6’で示す負帰還用コイルで負帰還をかけて図4の(ロ)に示すように特性を直線化することが行われている。
更に、図4の(ロ)の特性を、図4の(ハ)に示すようにバイアス磁界Hbにより矢印方向に移動させ、極性判別可能とすることも行われている。
The relationship between the amplitude H ex of the detected magnetic field and the amplitude of the output E out can be represented as shown in FIG.
Therefore, in the circuit of FIG. 5-1, a negative feedback coil indicated by 6 'is subjected to negative feedback to linearize the characteristics as shown in FIG.
Furthermore, as shown in FIG. 4C, the characteristic shown in FIG. 4B is moved in the direction of the arrow by the bias magnetic field Hb so that the polarity can be discriminated.
図6の(イ)及び(ロ)は前記磁気インピーダンス効果センサにおけるコイル付き磁気インピーダンス効果素子を示し、図6の(イ)に示すものでは、磁気インピーダンス効果素子に負帰還用コイル6’とバイアス磁界用コイル7’とを巻き付けてあり、図6の(ロ)に示すものでは、基板100’の片面に磁気インピーダンス効果素子1’を配設し、基板の100’他面に鉄芯103’を前記磁気インピーダンス効果1’とで磁気ループ回路を構成するように配設し、該鉄芯103’に負帰還用コイル6’とバイアス磁界用コイル7’とを巻き付けている(特許文献4)。
6A and 6B show a magneto-impedance effect element with a coil in the magneto-impedance effect sensor, and in the case shown in FIG. 6A, a
図6の(イ)に示すコイル付き磁気インピーダンス効果素子では、h’で示すように素子の中間から素子の軸方向に磁束が侵入しようとしても、コイルに渦電流が発生してその磁束が打ち消されるために、磁束は主に磁気インピーダンス効果素子の両端から素子内軸方向に通過する。
これに対し、図6の(ロ)に示すコイル付き磁気インピーダンス効果素子では、素子の両端のみならず、素子の中間表面からも磁束が素子内軸方向に通過する。
従って、図6の(ロ)に示すコイル付き磁気インピーダンス効果素子は、図6の(イ)に示すコイル付き磁気インピーダンス効果素子よりも、被検出磁束のピックアップ量が多く、検出感度に優れている。また、1個の磁気インピーダンス効果素子で磁気的検出できる領域が広大である。
In the magneto-impedance effect element with a coil shown in FIG. 6 (a), even if a magnetic flux enters from the middle of the element in the axial direction of the element as indicated by h ', an eddy current is generated in the coil and the magnetic flux cancels out. Therefore, the magnetic flux mainly passes from both ends of the magneto-impedance effect element in the element axial direction.
On the other hand, in the magneto-impedance effect element with a coil shown in FIG. 6B, the magnetic flux passes not only at both ends of the element but also from the intermediate surface of the element in the axial direction of the element.
Therefore, the magneto-impedance effect element with a coil shown in FIG. 6B has a larger amount of magnetic flux to be detected and has better detection sensitivity than the magneto-impedance effect element with a coil shown in FIG. . Further, the area that can be magnetically detected by one magneto-impedance effect element is vast.
ところで、磁気インピーダンス効果素子の長さは製作上制約される。例えば、磁気インピーダンス効果素子の両端を電極に接続するには、磁気インピーダンス効果素子の片端に+電極を、他端に−電極を当接して溶接電流を通電する溶接法が使用され、通電抵抗上、素子の長さが制約される。通常6mm以下とされている。
従って、図6の(ロ)に示すコイル付き磁気インピーダンス効果素子でも、前記した検出感度の向上や検出領域の拡大に制限がある。
By the way, the length of the magneto-impedance effect element is restricted in production. For example, in order to connect both ends of a magneto-impedance effect element to an electrode, a welding method is used in which a welding electrode is energized by contacting a + electrode on one end of the magneto-impedance effect element and a-electrode on the other end. The length of the element is limited. Usually 6 mm or less.
Therefore, even in the magneto-impedance effect element with a coil shown in FIG. 6B, there is a limitation in improving the detection sensitivity and expanding the detection area.
本発明の目的は、パック入り食品や飲料に混入された磁性金属片の磁気インピーダンス効果センサによる高感度検出を可能にすることにある。 An object of the present invention is to enable high-sensitivity detection of a magnetic metal piece mixed in a packed food or beverage by a magneto-impedance effect sensor.
請求項1に係る磁性金属片の磁気的検知方法は、磁気インピーダンス効果センサを被検査物に対し相対的に移動させて被検査物内に混入されている磁性金属片を検出する方法であり、磁気インピーダンス効果素子に鉄芯を磁気ループ回路を構成するように設け、該鉄芯に負帰還用コイルとバイアス磁界用コイルとを巻装したコイル付き磁気インピーダンス効果素子を2箇、磁気インピーダンス効果素子を縦列に、しかも磁気インピーダンス効果素子の感磁軸方向の相互間隔を磁気インピーダンス効果素子の長さよりも短くして配設してなるセンサヘッドを備え、各磁気インピーダンス効果素子に加わる被検出磁界を各検波回路で検波し、それらの検波出力を差動増幅して検出する磁気インピーダンス効果センサを使用し、前記相対的移動方向に対し、センサヘッドの磁気インピーダンス効果素子の方向を直角の方向に向けることを特徴とする。
請求項2に係る磁性金属片の磁気的検知方法は、請求項1の磁性金属片の磁気的検知方法において、被検査物であるパック入りの食品や飲料物に磁界をかけて磁性金属片を磁化することを特徴とする。
請求項3請に係る磁性金属片の磁気的検知方法は、請求項1〜2何れかの磁性金属片の磁気的検知方法において、磁気的に検査される被検出面に、磁気インピーダンス効果センサヘッドにおける磁気インピーダンス効果素子の取り付けられた側の面を対面させることを特徴とする。
請求項4に係る磁性金属片の磁気的検知方法は、縦列のコイル付き磁気インピーダンス効果素子の負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルが直列に接続され、磁気インピーダンス効果素子1aと1bとの対向する端aとbのうちの磁気インピーダンス効果素子1aの端aが接地され、磁気インピーダンス効果素子1aの端aに対する同素子1aの差動増幅器側に接続され、磁気インピーダンス効果素子1bの前記端bが差動増幅器がわに接続され、磁気インピーダンス効果素子1bの前記端bに対する同素子1bの他端が接地されていることを特徴とする。
The magnetic metal piece magnetic detection method according to
The magnetic metal piece magnetic detecting method according to
A magnetic metal piece magnetic detection method according to
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a magnetic metal strip magnetic detection method in which a negative feedback coil and a bias magnetic field coil of a magnetic impedance effect element with a series of coils are connected in series, and the
磁気インピーダンス効果素子に負帰還がかけられると共にバイアス磁界がかけられるが、磁気インピーダンス効果素子に負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルが直接に巻き付けられていないので、磁気インピーダンス効果素子の軸方向に素子両端からのみならず中間表面からも被検出磁界の磁束が通過する。
磁気インピーダンス効果素子自体の長さが制約されても、磁気インピーダンス効果素子の縦列本数を増すことにより、実質的に磁気インピーダンス効果素子全長を長くでき、被検出磁界の磁束のピックアップ量を多くできるから、検出感度を高くできる。
また、縦列素子間の感磁軸方向の間隔が充分に狭くされているから、検出領域の切れをよく抑制して拡大できる。 従って、パック入り食品または飲料に混入された磁性金属片を確実に検知できる。
A negative feedback is applied to the magneto-impedance effect element and a bias magnetic field is applied. However, since the negative feedback coil and the bias magnetic field coil are not directly wound around the magneto-impedance effect element, the element is arranged in the axial direction of the magneto-impedance effect element. The magnetic flux of the detected magnetic field passes not only from both ends but also from the intermediate surface.
Even if the length of the magneto-impedance effect element itself is constrained, increasing the number of columns of the magneto-impedance effect element can substantially increase the total length of the magneto-impedance effect element and increase the amount of magnetic flux pick-up of the detected magnetic field. The detection sensitivity can be increased.
In addition, since the interval in the magnetosensitive axis direction between the tandem elements is sufficiently narrowed, the detection region can be well suppressed and enlarged. Therefore, the magnetic metal piece mixed in the packed food or beverage can be reliably detected.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1−1は本発明において使用する磁気インピーダンス効果センサの回路図の一例を示している。
図1−1において、1は磁気インピーダンス効果素子、6は負帰還用コイル、7はバイアス磁界用コイル、1a,1bはコイル付き磁気インピーダンス効果素子、Aは二箇のコイル付き磁気インピーダンス効果素子1a,1bを直列に縦列接続した磁気インピーダンス効果センサヘッドを示している。
図1−2の(イ)はそのコイル付き磁気インピーダンス効果素子の一例を示す側面図、図1−2の(ロ)は同じく底面図、図1−2の(ハ)は図1−2の(ロ)におけるハ−ハ断面図である。
図1−2において、100は基板チップであり、例えばセラミックス板を使用できる。101は基板片の片面に設けた電極であり、磁気インピーダンス効果素子接続用突部102を備えている。この電極は導電ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。1は電極101,101の突部102,102間に溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、零磁歪乃至負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。103は鉄やフェライト等からなるC型鉄芯、6xはC型鉄芯に巻装した負帰還用コイル、7は同じくバイアス磁界用コイルであり、磁気インピーダンス効果素子1とC型鉄芯103とでループ磁気回路を構成するように、C型鉄芯103の両端を基板片100の他面に接着剤等で固定してある。鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1-1 shows an example of a circuit diagram of a magneto-impedance effect sensor used in the present invention.
1-1, 1 is a magnetoimpedance effect element, 6 is a negative feedback coil, 7 is a bias magnetic field coil, 1a and 1b are coiled magnetoimpedance effect elements, and A is two coiled
1-2 (a) is a side view showing an example of the coiled magneto-impedance effect element, FIG. 1-2 (b) is a bottom view, and FIG. 1-2 (c) is FIG. 1-2. It is a ha sectional drawing in (b).
In FIG. 1-2, 100 is a board | substrate chip and can use a ceramic board, for example.
磁気インピーダンス効果素子1には、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用される。かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波励磁電流を流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のアモルファスワイヤの軸方向に信号磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と信号磁界磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。この変動現象は磁気インダクタンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流(搬送波)が被検出磁界(信号波)で変調される現象ということができる。更に、上記通電電流の周波数がMHzオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ=(2ρ/wμθ)1/2(μθは前記した通り円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμθにより変化し、このμθが前記した通り、信号磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も信号磁界で変動するようになる。この変動現象は磁気インピーダンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流(搬送波)が信号磁界(信号波)で変調される現象ということができる。
The magneto-
前記磁気インピーダンス効果センサヘッドにおいて、磁気インピーダンス効果素子を直列に配置させ、しかも磁気インピーダンス効果素子の感磁軸方向の相互間隔を磁気インピーダンス効果素子の長さよりも短くしてあり、その間隔は磁気インピーダンス効果素子の長さの1/4以下とすることが好ましい。例えば、磁気インピーダンス効果素子の長さ5mmに対し、前記間隔を1mmに設定する。 In the magneto-impedance effect sensor head, the magneto-impedance effect elements are arranged in series, and the mutual interval in the magnetosensitive axis direction of the magneto-impedance effect element is shorter than the length of the magneto-impedance effect element. It is preferable to set it to 1/4 or less of the length of the effect element. For example, the interval is set to 1 mm for a length of 5 mm of the magneto-impedance effect element.
図1−1において、2は磁気インピーダンス効果素子に高周波励磁電流を加えるための高周波電流源回路、3は磁気インピーダンス効果素子の軸方向に作用する被検出磁界H(信号波)で前記高周波励磁電流(搬送波)を変調させた被変調波を復調する検波回路、4は復調波を増幅する増幅回路、5は検出出力端、60は負帰還回路、70はバイアス磁界用+Vcc電源である。 1-1, 2 is a high-frequency current source circuit for applying a high-frequency excitation current to the magneto-impedance effect element, and 3 is a detected magnetic field H (signal wave) acting in the axial direction of the magneto-impedance effect element. A detector circuit for demodulating the modulated wave modulated by (carrier wave), 4 an amplifier circuit for amplifying the demodulated wave, 5 a detection output terminal, 60 a negative feedback circuit, and 70 a bias magnetic field + Vcc power source.
図1−3の(イ)は図1−1の回路を備えた磁気インピーダンス効果センサの正面図を、図1−3の(ロ)は同じく側面図をそれぞれ示している。
図1−3において、Bは本体基板であり、前記した高周波電流源回路2、検波回路3、増幅回路4、検出出力端5、負帰還回路60、バイアス磁界用+Vcc電源等を搭載してある。
Aはセンサヘッドであり、ヘッド基板Cに前記のコイル付き磁気インピーダンス効果素子1a,1bを磁気インピーダンス効果素子1を表に出すように、しかも両磁気インピーダンス効果素子1,1を縦列で、磁気インピーダンス効果素子1,1間の間隔を磁気インピーダンス効果素子1の長さの1/4以下にして搭載してあり、電磁的検出面上に沿ってのセンサの相対的移動に対し、センサヘッドの磁気インピーダンス効果を電磁的検出面に近接させて相対スキャニングさせる得る向きで導体継手d,…によりセンサ本体Bに連結してある。
1-3 (a) is a front view of the magneto-impedance effect sensor having the circuit of FIG. 1-1, and (b) in FIG. 1-3 is a side view of the same.
In FIG. 1-3, B is a main body board on which the high-frequency
A is a sensor head, and the magnetic
図2の(イ)は図1−1〜図1−3により説明した磁気インピーダンス効果センサを使用して本発明に係る方法により食品を検査する方法を示す側面図、(ロ)は平面図であり、p,…はパック入り果汁を、cはコンベアをそれぞれ示し、パックp内に混入した磁性金属片をコンベア上流で着磁装置mにより着磁し、センサヘッドAの縦列直列接続の磁気インピーダンス効果素子1,1の向きを移送方向xに対し直角方向に向け、センサヘッドAの磁気インピーダンス効果素子1,1をパックpの底面に近接させるようにパックp,…をコンベアcで移送していき、混入磁性金属片から発生する磁界の磁気インピーダンス効果素子1,1に対する軸方向成分をピックアップして磁性金属片の混入を検知する。この場合、前記した通り、縦列磁気インピーダンス効果素子のピックアップ磁束量を多くでき、しかもセンサヘッドの磁気インピーダンス効果素子とパック内底面に沈降した磁性金属片との距離が充分に短く磁気インピーダンス効果素子に強い被検出磁界を加えることができるので、高感度の検出が可能である。パックは移動させずに、磁気インピーダンス効果センサを移動させることもできる。
なお、磁性金属片が強磁性体、例えばフェライト系ステンレスであれば、通常、加工歪や使用中の歪により相当に磁化されているから、着磁を省略してもよい。磁性の弱い、例えばオーステナイト系ステンレスである場合、着磁は不可欠である。
2A is a side view showing a method for inspecting food by the method according to the present invention using the magneto-impedance effect sensor described with reference to FIGS. 1-1 to 1-3, and FIG. 2B is a plan view. P,... Represents packed fruit juice, c represents a conveyor, magnetic metal pieces mixed in the pack p are magnetized by the magnetizing device m upstream of the conveyor, and the magnetic impedance of the sensor head A connected in series The packs p,... Are transferred by the conveyor c so that the
If the magnetic metal piece is a ferromagnetic material, for example, ferritic stainless steel, it is usually magnetized considerably due to processing strain or strain in use, and thus magnetization may be omitted. Magnetization is indispensable when the magnetism is weak, for example, austenitic stainless steel.
上記の実施例では、コイル付き磁気インピーダンス効果素子の縦列個数を二箇としているが、3個以上とすることも可能である。 In the above embodiment, the number of columns of the magneto-impedance effect elements with coils is two, but it can be three or more.
上記の実施例では、コイル付き磁気インピーダンス効果素子を直列接続し、その直列接続素子の出力を検波回路で検波しているが、図3−1に示すように、ヘッドの各コイル付き磁気インピーダンス効果素子1a,1bの出力端の変調波を各検波回路3a,3bで検波し、これらの検波出力を差動増幅回路40で差動増幅し、その差動増幅出力を各コイル付き磁気インピーダンス効果素子1a,1bの負帰還用コイル6,6に負帰還させることもできる。
この場合、両磁気インピーダンス効果素子に作用する地磁気や周辺鉄系構造物から発せられるノイズ磁界が同等であるので、地磁気等のノイズを除去できる。
In the above embodiment, the magneto-impedance effect elements with coils are connected in series, and the output of the series-connection elements is detected by the detection circuit. As shown in FIG. The modulated waves at the output ends of the
In this case, noise such as geomagnetism can be removed because the geomagnetism acting on both magnetoimpedance effect elements and the noise magnetic field emitted from the surrounding iron-based structure are equivalent.
図3−1により説明した差動検出方式を検証するために、ヘッドの各磁気インピーダンス効果素子に長さ5mm、外径30μmφの組成Co70.5B15Si10Fe4.5のアモルファスワイヤを使用し、アモルファスワイヤ間の相互間隔を3mmとしたセンサヘッドを、表面磁束密度4000Gの磁石で着磁した1mmφの鉄球に対し、図3−2の(イ)〔平面図〕及び(ロ)〔側面図〕に示す距離y、xをy=3mm,x=3mmとして移動させたところ、検出出力は図3−3の(イ)の通りであり、y=5mm,x=1mmとして移動させたところ、検出出力は図3−3の(ロ)の通りであり、充分に高感度で検出し得ることを確認できた。 In order to verify the differential detection method described with reference to FIG. 3-1, an amorphous wire of composition Co 70.5 B 15 Si 10 Fe 4.5 having a length of 5 mm and an outer diameter of 30 μmφ is applied to each magneto-impedance effect element of the head. Using a sensor head having an inter-amorphous wire spacing of 3 mm and a 1 mmφ iron ball magnetized with a magnet having a surface magnetic flux density of 4000 G, (a) (plan view) and (b) in FIG. When the distances y and x shown in [Side view] are moved with y = 3 mm and x = 3 mm, the detection output is as shown in FIG. 3-3 (a), and the movement is performed with y = 5 mm and x = 1 mm. As a result, the detection output was as shown in (b) of FIG. 3-3, and it was confirmed that the detection could be performed with sufficiently high sensitivity.
前記の実施例では、コイル付き磁気インピーダンス効果素子の感磁軸方向の相互間隔が磁気インピーダンス効果素子の長さよりも小さくなるように一直線上に縦列配置しているが、磁気インピーダンス効果素子の感磁軸方向の相互間隔が磁気インピーダンス効果素子の長さよりも小さく保ちながら、、磁気インピーダンス効果素子の感磁軸方向以外の方向へはずらせして縦列配置することもできる。
本発明においては、縦列配置のコイル付き磁気インピーダンス効果素子を直列接続した磁気インピーダンス効果センサヘッドを二箇使用し、各センサヘッドの出力端の変調波を各検波回路で検波し、これらの検波出力を差動増幅回路で差動増幅し、その差動増幅出力を各コイル付き磁気インピーダンス効果素子の負帰還用コイルに負帰還させ、両センサヘッドの向きを同じにして本体に導体継手により連結することもできる。
この場合、両センサヘッドに作用する地磁気や周辺鉄系構造物から発せられるノイズ磁界を同等にできるので、地磁気等のノイズを除去できる。
In the above embodiment, the magneto-impedance effect elements with coils are arranged in a straight line so that the mutual interval in the magneto-sensitive effect direction of the magneto-impedance effect elements is smaller than the length of the magneto-impedance effect element. It is also possible to dispose the magnetic impedance effect elements in a column by shifting them in directions other than the magnetosensitive axis direction while keeping the mutual distance in the axial direction smaller than the length of the magnetoimpedance effect element.
In the present invention, two magneto-impedance effect sensor heads in which magneto-impedance effect elements with coils arranged in series are connected in series are used, the modulation wave at the output end of each sensor head is detected by each detection circuit, and these detection outputs are output. Differential amplification is performed by a differential amplifier circuit, and the differential amplification output is negatively fed back to the negative feedback coil of the magneto-impedance effect element with each coil, and both sensor heads are oriented in the same direction and connected to the main body by a conductor joint. You can also.
In this case, it is possible to equalize the geomagnetism acting on both sensor heads and the noise magnetic field generated from the surrounding iron-based structure, so that noise such as geomagnetism can be removed.
前記の磁気インピーダンス効果素子には、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤの外、アモルファスリボン、アモルファススパッタ膜等も使用できる。 As the magneto-impedance effect element, an amorphous ribbon, an amorphous sputtered film, or the like can be used in addition to zero magnetostrictive or negative magnetostrictive amorphous wires.
前記の磁気インピーダンス効果素子1には、遷移金属と非金属の合金で非金属が10〜30原子%組成のもの、特に遷移金属と非金属との合金で非金属量が10〜30原子%を占め、遷移金属がFeとCoで非金属がBとSiであるかまたは遷移金属がFeで非金属がBとSiである組成のものを使用することができ、例えば、組成Co70.5B15Si10Fe4.5、長さ2000μm〜6000μm、外径30μm〜50μmφのものを使用できる。
The magneto-
高周波励磁電流には、例えば連続正弦波、パルス波、三角波等の通常の高周波を使用でき、高周波励磁電流源としては、例えばハートレー発振回路、コルピッツ発振回路、コレクタ同調発振回路、ベース同調発振回路のような通常の発振回路の外、水晶発振器の矩形波出力を直流分カットコンデンサを経て積分回路で
積分しこの積分出力の三角波を増幅回路で増幅する三角波発生器、CMOS−ICを発振部として使用した三角波発生器等を使用できる。
For the high-frequency excitation current, a normal high frequency such as a continuous sine wave, a pulse wave, or a triangular wave can be used. As the high-frequency excitation current source, for example, a Hartley oscillation circuit, a Colpitts oscillation circuit, a collector tuned oscillation circuit, a base tuned oscillation circuit In addition to the normal oscillation circuit, a square wave generator that integrates the square wave output of the crystal oscillator through a DC component cut-off capacitor with an integration circuit and amplifies the triangular wave of this integration output with an amplification circuit, and uses a CMOS-IC as the oscillation unit Can be used.
検波回路としては、例えば被変調波を演算増幅回路で半波整流しこの半波整流波を並列RC回路またはRCローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成、被変調波をダイオードで半波整流しこの半波整流波を並列RC回路またはRCローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成等を使用できる。
また、被変調波(周波数fs)に同調させた周波数fsの方形波を被変調波に乗算して信号波をサンプリングする同調検波を使用することができる。
上記の実施例では、被変調波の復調によって信号磁界(信号波)を取り出しているが、これに限定されず、磁気インピーダンス効果素子に作用する信号磁界(信号波)で変調された高周波励磁電流波(搬送波)から信号磁界を検波し得るものであれば、適宜の検波手段を使用できる。
As the detection circuit, for example, a configuration in which a modulated wave is half-wave rectified by an operational amplifier circuit and the half-wave rectified wave is processed by a parallel RC circuit or an RC low-pass filter to obtain an envelope output of the half-wave rectified wave, the modulated wave The half-wave rectified wave is processed by a diode, and the half-wave rectified wave is processed by a parallel RC circuit or an RC low-pass filter to obtain an envelope output of the half-wave rectified wave.
Further, it is possible to use tuning detection in which a signal wave is sampled by multiplying the modulated wave by a square wave having a frequency fs tuned to the modulated wave (frequency fs).
In the above embodiment, the signal magnetic field (signal wave) is extracted by demodulating the modulated wave. However, the present invention is not limited to this, and the high-frequency excitation current modulated by the signal magnetic field (signal wave) acting on the magneto-impedance effect element. As long as the signal magnetic field can be detected from the wave (carrier wave), an appropriate detection means can be used.
1 磁気インピーダンス効果素子
1a コイル付き磁気インピーダンス効果素子
1b コイル付き磁気インピーダンス効果素子
2 励磁電流源
3 検波回路
3a 検波回路
3b 検波回路
4 増幅器
40 差動増幅器
5 検出出力端
6 負帰還磁界用コイル
7 バイアス磁界用コイル
A センサヘッド
B 本体基板
C ヘッド基板
d 導体継手
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