JP5482039B2

JP5482039B2 - 検知装置

Info

Publication number: JP5482039B2
Application number: JP2009206051A
Authority: JP
Inventors: 浩良井上; 司松田; 昭治山口
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: JP2011058840A

Description

本発明は、検知装置に関する。

従来、物品監視システムのゲートの検知能力を低下させることなく、空間の有効利用を図る技術が開示されている（特許文献１参照）。

特許文献１の物品監視システムでは、同文献の図２に示すように、送信アンテナハウジング１１Ａ及び受信アンテナハウジング１１Ｂは、それぞれ、台座部分１２Ａ及び１２Ｂと、コイル状アンテナが内蔵された枠部分１３Ａ及び１３Ｂと、それに囲まれた２つの空間部分１４Ａ、１５Ａ及び１４Ｂ、１５Ｂで構成される。空間部分１４Ａ及び１４Ｂには、表示装置１６Ａ及び１６Ｂがそれぞれ嵌めこまれている。送信アンテナハウジング１１Ａ及び受信アンテナハウジング１１Ｂは、店の出入口に対向して配置され、その間に客が通るための空間が形成されている。

特開２００２−３１９０７７号公報

本発明は、磁性金属の接近の影響を受けることなく大バルクハウゼン効果を有する磁性体の通過を検知する検知装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明である検知装置は、交番磁界を発生する磁界発生コイルと、巻数が変更可能であり、前記交番磁界により電流が誘導される第１のコイルと、前記第１のコイルと異なる位置に配置され、前記交番磁界により電流が誘導される第２のコイルと、前記第１及び第２のコイルからそれぞれ出力される信号に基づく差動信号が一定時間以上閾値を超えた場合に、前記第１及び前記第２のコイルに誘導される電流の大きさの差が小さくなるように、前記第１のコイルの巻数を切り替える巻数切替え手段と、前記差動信号に基づいて、大バルクハウゼン効果を有する磁性体を検知する検知手段と、を備えている。

請求項２の発明である検知装置は、請求項１に記載の検知装置であって、前記検知手段は、巻数切替え手段の切替え動作により前記差動信号の周波数が閾値周波数より高くなった場合に、一定時間経過してから、前記差動信号に基づいて磁性体の通過を検知する。

請求項１の発明によれば、磁性金属の接近の影響を受けることなく大バルクハウゼン効果を有する磁性体を検知することができる。

請求項２の発明によれば、検知手段が、巻数切替え手段の切替え動作により差動信号の周波数が閾値周波数より高くなった場合に、一定時間経過前に差動信号に基づいて磁性体を検知する場合に比較して、コイルの巻数切替えによるノイズの影響を低減することができる。

本発明の実施の形態に係る検知装置の概略的な構成を示す図である。検知装置の回路構成を示す図である。大バルクハウゼン効果を説明するための図である。検知装置の詳細な回路構成を示す図である。検知ルーチンを示すフローチャートである。受信コイルの近くに磁性金属がない場合における（Ａ）２つの受信コイルからそれぞれ出力される信号、（Ｂ）差動増幅アンプから出力される信号を示す図である。受信コイルに磁性金属が接近した場合における（Ａ）２つの差動コイルからそれぞれ出力される信号、（Ｂ）差動アンプから出力される信号を示す図である。受信コイルの巻数が大きくなるように切り替えられた場合の（Ａ）２つの差動コイルからそれぞれ出力される信号、（Ｂ）差動アンプから出力される信号を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る検知装置の概略的な構成を示す図である。検知装置は、大バルクハウゼン効果を有する磁性体の埋め込まれたタグが通過したかを検知して、通過した場合に警報を発するものである。

検知装置は、２つの対向するセキュリティゲート１０と、各セキュリティゲート１０からの信号に基づいてタグの通過を検知するコントローラ２０と、セキュリティゲート１０の上部に取り付けられ、タグの通過が検知された場合に光が発せられる警告灯３０と、を備えている。

たとえばある空間から持ち出してはならない重要書類にタグを付与しておき、セキュリティゲート１０をその空間の出入り口に設置しておくと、タグが付与された重要書類が空間から持ち出される際に警告灯３０が点灯し、重要書類の持ち出しが制限される。

ここで、各セキュリティゲート１０は、交番磁界を発生する励磁コイル１１と、外部からの磁界によって誘導されて電流が流れる受信コイル１２、１３と、を備えている。

図２は、検知装置の回路構成を示す図である。セキュリティゲート１０は、励磁コイル１１と、受信コイル１２、１３と、交流信号である励磁信号を発生する励磁信号発生部１４と、励磁信号に基づいて励磁コイル１１を励磁させるための励磁電流を発生する励磁電流駆動部１５と、受信コイル１２、１３の巻数をそれぞれ独立に切り替え可能な巻数切替え部１６と、を備えている。

ここで、受信コイル１２、１３は、平面上で隣り合い、かつ、巻線方向が逆になりように配置されている。受信コイル１２の一端はアナログ信号処理部２１に接続され、受信コイル１２の他端は受信コイル１３の一端に接続されている。また、受信コイル１３の他端はアナログ信号処理部２１に接続されている。

励磁コイル１１は、励磁電流駆動部１５から供給される交流の励磁電流によって励磁され、正弦波のように磁界が変化する交番磁界を発生する。そして、受信コイル１２、１３では、励磁コイル１１で発生された交番磁界によって交流電流が誘導されると共に、大バルクハウゼン効果を有する磁性体を含んだタグが交番磁界内に存在する場合は、磁化反転現象によって急峻なパルス電流が生じる。

図３は、大バルクハウゼン効果を説明するための図である。大バルクハウゼン効果は、図３（Ａ）に示すＢ−Ｈ特性、つまり、ヒステリシスループがほぼ長方形で、保磁力（Ｈｃ）が比較的小さな材料、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉからなるアモルファス磁性材料を交番磁界中においた際に、急峻な磁化反転が起きる現象である。このため、励磁コイル１１に励磁電流を流して交番磁界を発生させ、その交番磁界中にタグを置くと、磁化反転時に、タグの近傍に配置された第１の検知コイル１２及び第２の検知コイル１３にパルス状の電流が流れる。

例えば、励磁コイルにより図３（Ｂ）の上段に示す交番磁界が発生した場合、受信コイル１２、１３には、図３（Ｂ）の下段に示すようなパルス電流が流れる。

ただし、受信コイル１２、１３の電流には、このパルス電流だけでなく、交番磁界によって誘導される交流電流も含まれている。このため、図１に示すコントローラ２０では、受信コイル１２、１３の電流からパルス電流のみを抽出する処理が行われる。

ここで、受信コイル１２、１３の巻数をＮＡ、ＮＢ、受信コイル１２、１３が交番磁界から受ける磁束をそれぞれφＡ、φＢ、受信コイル１２、１３がタグから受ける磁束をφＳＡ、φＳＢとすると、受信コイル１２、１３が受信する電流ｉは、次の式のようになる。

なお、ｋは定数であり、第１項は励磁電流のキャンセル項であり、第２項はパルス電流の検出項である。

また、タグに含まれる磁性体の材料（磁性材料）としては、一般には永久磁石、例えば希土類系のネオジュウム（Ｎｄ）-鉄（Ｆｅ）-ボロン（Ｂ）を主成分としたもの、サマリウム（Ｓｍ）-コバルト（Ｃｏ）を主成分としたもの、アルニコ系のアルミ（Ａｌ）-ニッケル（Ｎｉ）-コバルト（Ｃｏ）を主成分としたもの、フェライト系のバリュウム（Ｂａ）又はストロンチウム（Ｓｒ）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を主成分としたものや、その他に軟質磁性材料、酸化物軟質磁性材料等がある。上記大バルクハウゼン効果を起こす磁性材料としては、基本組成がＦｅ-Ｃｏ-ＳｉやＣｏ−ＦｅＮｉ系であるアモルファス磁性材料を用いることが好ましい。

磁性材料の形状は、大バルクハウゼン効果を起こすのに適した形状であれば特に限定されない。但し、大バルクハウゼン効果を起こすには、断面積に対応する長さが必要となってくることから、線状（ワイヤ状）や帯状であることが好ましく、ワイヤ状であることがより好ましい。

磁性材料がワイヤ状である場合には、大バルクハウゼン効果を起こすために必要な最小直径として１０μｍ以上であることが好ましい。また、最大直径としては特に限定はされないが、記録媒体（用紙）表面に磁性材料が露出することを抑制するために、その直径は記録媒体の厚みに依存し、例えば９０μｍ前後の厚さの記録媒体の場合には、６０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。

磁性材料の長さとしては、大バルクハウゼン効果を起こすために必要な最小長さとして５ｍｍ以上が好ましい。アモルファス磁性材料の最大長については、内部に含有されたときに、記録媒体から露出されない程度の長さであればよく、特に限定はされないが、４３０ｍｍ以下であることが好ましい。

また、コントローラ２０は、図２に示すように、受信コイル１２、１３からのアナログ信号を処理するアナログ信号処理部２１と、アナログ信号処理部２１で処理された信号に基づいてタグの通過を判別する信号判別部２２と、を備えている。アナログ信号処理部２１及び信号判別部２２は、具体的には次のように構成されている。

図４は、検知装置の詳細な回路構成を示す図である。巻数切替え部１６は、受信コイル１２の巻数がＮ_Ａ１、Ｎ_Ａ２、Ｎ_Ａ３であるときのそれぞれの端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、端子１６ａ、１６ｂ、１６ｃのいずれか１つに接続されるスイッチ１６ｄと、受信コイル１３の巻数がＮ_Ｂ１、Ｎ_Ｂ２、Ｎ_Ｂ３であるときのそれぞれの端子１６ｈ、１６ｉ、１６ｊと、端子１６ｈ、１６ｉ、１６ｊのいずれか１つに接続されるスイッチ１６ｋと、を備えている。なお、スイッチ１６ｄ、１６ｋの出力側は、抵抗Ｒを介して互いに接続されている。

ここで、スイッチ１６ｄ、１６ｋは、本実施形態では機械式スイッチであるが、これに限定されるものではない。例えば、スイッチ１６ｄ、１６ｋは、半導体スイッチ又は電磁式スイッチであってもよい。

アナログ信号処理部２１は、抵抗Ｒの両端電圧（スイッチ１６ｄ、１６ｋからそれぞれ出力された信号電圧）の差動を増幅して出力する差動増幅アンプ３１と、差動増幅アンプ３１から出力された信号の波形を整形する波形整形回路３２と、波形整形回路３２で波形整形された信号のうち所定帯域の信号を出力するバンドパスフィルタ３３と、を備えている。

差動増幅アンプ３１は、受信コイル１２、１３からそれぞれ出力された２つの信号の差動を増幅することで、交番磁界によって発生した電流をキャンセルすると共に、大バルクハウゼン効果によって生じたパルス電流を増幅して出力する。

信号判定部２２は、アナログ信号処理部２１のバンドパスフィルタ３３から出力された信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）３４と、巻数切替え部１６のスイッチ１６ｄ、１６ｋの切替えを制御する中央処理演算ユニット（ＣＰＵ：Central Processing Unit）３５と、タグの通過を検知するための判定処理を行う判定回路３６と、を備えている。

ＣＰＵ３５は、ＡＤＣ３４から供給された信号のレベルと、差動増幅アンプ３１の電源電圧のレベル（飽和レベル）ＬＶ１と、を比較して、ＡＤＣ３４から供給された信号のレベルが飽和レベルＬＶ１以上の場合に、受信コイル１２、１３のうち、磁束が増加した側の巻数を減少させる、又は、磁束が減少した側の巻数を増加させるように、巻数切替え部１６のスイッチ１６ｄ又はスイッチ１６ｋを切り替える。

判定回路３６は、ＡＤＣ３４から出力された信号のレベルと閾値ＬＶ２（＞ＬＶ１）とを比較して、その信号のレベルが閾値ＬＶ２を超えた場合に、タグの通過があったと判定し、警告灯３０を点灯させる。以上のように構成された検知装置では、次のルーチンが実行される。

図５は、検知ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１では、ＣＰＵ３５は、ＡＤＣ３４から出力された信号に基づいて、差動増幅アンプ３１の出力を測定して、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、ＣＰＵ３５は、差動増幅アンプ３１の出力が一定時間以上飽和しているかを判定する。具体的には、ＣＰＵ３５は、ＡＤＣ３４から出力された信号のレベルが一定時間以上飽和レベルＬＶ１を超えているかを判定する。そして、肯定判定の場合はステップＳ３へ進み、否定判定の場合はステップＳ６へ進む。

ステップＳ３では、ＣＰＵ３５は、受信コイル１２、１３にそれぞれ誘導される電流の大きさの差が小さくなるように、巻数切替え部１６のスイッチ１６ｄ又はスイッチ１６ｋの切替えを制御する。

例えば、ＣＰＵ３５は、ＡＤＣ３４から出力される信号のレベルをモニターしながら、例えば、受信コイル１２、１３のうち磁束が増加した側の巻数が減少するように、又は、磁束が減少した側の巻数が増加するように、巻数切替え部１６のスイッチ１６ｄ又はスイッチ１６ｋの切替えを制御する。そして、ＣＰＵ３５は、上記信号のレベルが最小値に近付くように、巻数切替え部１６を制御する。そして、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、ＣＰＵ３５は、巻数切替え部１６のスイッチ１６ｄ又はスイッチ１６ｋの切替えによって、ノイズ（リンギング）が発生しているかを判定する。ＣＰＵ３５は、例えば、ＡＤＣ３４から出力された信号の周波数が交番磁界の周波数の１０倍以上であるか、又は、ＡＤＣ３４から出力された信号の電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）が閾値以上であるかを判定する。そして、肯定判定の場合の場合はステップＳ５へ進み、否定判定の場合はステップＳ２へ戻る。

ステップＳ５では、ＣＰＵ３５は、機械式のスイッチ１６ｄ、１６ｋを有する巻数切替え部１６の切替え動作によるリンギングが終了するのを待機すべく、一定時間待機して、ステップＳ２へ戻る。

一方、ステップＳ６では、判定回路３６は、タグが通過したかを検知する。具体的には、判定回路３６は、ＡＤＣ３４から出力された信号のレベルが閾値ＬＶ２を超えたか否かを判定する。肯定判定の場合の場合はステップＳ７に進み、否定判定の場合はステップＳ１へ戻る。

ステップＳ７では、判定回路３６は、タグが通過したことを警報するために、警告灯３０を点灯させて、本ルーチンが終了する。そして、再びステップＳ１に戻り、本ルーチンが再び実行される。そして、本ルーチンが実行されることで、受信コイル１２、１３のいずれかの近くに磁性金属が接近しても、タグの通過が検知される。

図６は、受信コイル１２、１３のいずれの近くにも磁性金属がない場合における（Ａ）２つの受信コイル１２、１３からそれぞれ出力される信号、（Ｂ）差動増幅アンプ３１から出力される信号を示す図である。

同図（Ａ）に示すように、交番磁界によって受信コイル１２、１３に誘導される信号は、振幅がほぼ同じで位相が１８０度異なっている。一方の受信コイル１２にタグが近付くと、受信コイル１２に誘導される電流にタグ信号（パルス電流成分）が現れる。そして、同図（Ｂ）に示すように、差動増幅アンプ３１の出力信号は、交番磁界によって誘導された電流成分が完全に除去されたタグ信号のみとなる。

図７は、受信コイル１３に磁性金属が接近した場合における（Ａ）２つの差動コイルからそれぞれ出力される信号、（Ｂ）差動アンプから出力される信号を示す図である。

同図（Ａ）に示すように、受信コイル１２に誘導される電流は変化しないが、受信コイル１３に誘導される電流が大きく増加する。このため、同図（Ｂ）に示すように、差動増幅アンプ３１の出力信号は、飽和してタグ信号が消滅しており、タグ通過の検知に使用できない。

図８は、受信コイル１３に磁性金属が接近し、受信コイル１２の巻数が大きくなるように切り替えられた場合の（Ａ）２つの差動コイルからそれぞれ出力される信号、（Ｂ）差動アンプから出力される信号を示す図である。

受信コイル１２の巻数が大きくなるように切り替えられると、同図（Ａ）に示すように、受信コイル１２に誘導される電流が大きくなる。このため、同図（Ｂ）に示すように、差動増幅アンプ３１の出力信号は、励磁電流のキャンセル項に相当する成分が存在するものの、飽和していないので、タグ信号が現れ、タグ通過の検知に使用できる。

なお、タグはセキュリティーゲート１０を通過していくので、受信コイル１２、１３との相対距離が時間に応じて変化する。よって、パルス電流の検出項が検出されなくなることはない。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。例えば、受信コイル１２、１３は共に巻数が変更可能であるが、いずれか一方の受信コイルの巻数が変更可能であってもよい。この場合、ＣＰＵ３５は、受信コイル１２、１３にそれぞれ誘導される電流の大きさの差が小さくなるように、上記いずれか一方の受信コイルの巻数を切り替えればよい。

１１励磁コイル
１２，１３受信コイル
１６巻数切替え部
２１アナログ信号処理部
２２信号判別部
３０警告灯
３１差動増幅アンプ
３５ＣＰＵ

Claims

交番磁界を発生する磁界発生コイルと、
巻数が変更可能であり、前記交番磁界により電流が誘導される第１のコイルと、
前記第１のコイルと異なる位置に配置され、前記交番磁界により電流が誘導される第２のコイルと、
前記第１及び第２のコイルからそれぞれ出力される信号に基づく差動信号が一定時間以上閾値を超えた場合に、前記第１及び前記第２のコイルに誘導される電流の大きさの差が小さくなるように、前記第１のコイルの巻数を切り替える巻数切替え手段と、
前記差動信号に基づいて、大バルクハウゼン効果を有する磁性体を検知する検知手段と、
を備えた検知装置。
前記検知手段は、巻数切替え手段の切替え動作により前記差動信号の周波数が閾値周波数より高くなった場合に、一定時間経過してから、前記差動信号に基づいて磁性体を検知する
請求項１記載の検知装置。