JPH11304893A - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ

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JPH11304893A
JPH11304893A JP12165398A JP12165398A JPH11304893A JP H11304893 A JPH11304893 A JP H11304893A JP 12165398 A JP12165398 A JP 12165398A JP 12165398 A JP12165398 A JP 12165398A JP H11304893 A JPH11304893 A JP H11304893A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】近傍の強磁性体又は導電性金属体の影響が少な
くかつ、被検出対象物である異方性磁性体の検出方向に
無関係に磁気特性が検知できる磁気センサを提供する。 【解決手段】棒状の強磁性体材料で形成された内芯と、
該内芯の中央部に配置された励磁コイルと、該内芯の一
端部に配置された検知コイルと、該内芯の他端部に配置
された補償コイルと、該内芯の一端と他端で一様な微小
ギャップを形成し、かつ、該内芯,該励磁コイル,該検
知コイルおよび該補償コイルを包囲するように配置され
た筒形の強磁性体材料で形成された外芯とを備えた構成
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体の磁気特性
を検知するためのセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の磁気センサの1例として、特願平
7−169334号「磁気センサ」〔特開平8−338
864号公報参照〕において提示されている空芯の励磁
コイルを用いるものでは、一般的な磁気ヘッドに見られ
る細長いヘッドギャップを持たないため、円形に巻かれ
た励磁コイルの作る励磁磁界の方向(磁界ベクトル)
は、励磁コイルの端面上で全方向を向いている。このた
め異方性を有する強磁性体片をその励磁コイルの端面に
配置された検知コイルを用いて検出しようとした場合、
強磁性体が端面上でいかなる方向を向いても異方性の磁
化容易軸に磁界ベクトルが一致して、強磁性体が磁化さ
れ、それにより、磁気特性の検出が容易になる。図4は
従来の空芯形磁気センサの構造図を示す。ここで、11
は非磁性材料の空芯ボビン、12は検知出力をとり出す
検知コイル、13は補償コイル、14は励磁電流を流す
励磁コイルである。しかし、この磁気センサが作る矢印
1 が示す如き磁界の磁束は自由空間を通るいわゆる開
磁路を形成するものであるため、近傍にある鉄などの強
磁性材、あるいは銅などの導電性金属の影響を受けやす
い欠点がある。そのため、このような空芯形磁気センサ
を搬送装置等の導電金属を含む一般的な機器に組み込む
ことは極めて難しく、使用される範囲が限られている。
【0003】次に、周辺の金属体からの影響度について
述べる。図4に示されたような従来の全方向性空芯形磁
気センサでは、励磁コイル14によって作られる磁界は
自由空間に磁気センサの数倍程の大きな広がりを持って
いる。そのため、近傍に磁気材料があると検知コイル1
2と補償コイル13が交差する磁束間に差異が生じ、励
磁磁界による大きな信号を両コイル12,13の各出力
の差動合成により相殺することができなくなり、被検出
物による磁束変化を効率よく検知することが困難にな
る。近傍にある磁気材料以外にも銅,アルミニウムなど
の導電性金属においても過電流により発生する磁界によ
り同様の問題が発生する。
【0004】また、従来のギャップ型磁気センサでは、
自由空間を通る磁界は極めて狭いギャップ部分のみであ
るので近傍にある磁性材料の影響をほとんど受けない。
しかし、一方このような磁気センサの欠点として、従来
からの直線ギャップ型磁気センサに比べ、検出部分が狭
いことが上げられる。
【0005】図5は従来のギャップ型磁気ヘッド15の
外観図であって、磁気ギャップ16の作る磁界は矢印A
2 にて示すように一方向である。図6はある種の異方性
を有する強磁性体の磁化容易軸方向(a)と磁化困難軸
方向(b)の磁化特性例である。
【0006】図6(a)(b)で示した特性を持つ強磁
性体片17を図5の磁気ヘッドで図7に示すように配置
して検出すると、磁気ヘッド15の作る磁界方向A2
矢印A3 で示す磁化容易軸の方向が一致している場合に
は、図7(a)のように磁化容易軸方向の磁化特性がパ
ルス信号として得られる。一方、磁化方向A2 と磁化容
易軸の方向A3 とが一致していない場合には、図7
(b)のように磁化強度に比例した歪みの少ない正弦波
状信号が得られるものが一般的である。検出した信号と
磁性体の特性との対応の関係を判別し、真偽判別を行う
ためには、異方性を有する磁性体片の場合、常に磁化方
向と試験片の磁化容易軸方向とが同一方向を向いている
必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の欠点を考慮し、近傍の強磁性体又は導電性金
属体の影響が少なくかつ、被検出対象物である異方性磁
性体の検出方向に無関係に磁気特性が検知できる磁気セ
ンサを提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による磁気センサは、棒状の強磁性体材料で
形成された内芯と、該内芯の中央部に配置された励磁コ
イルと、該内芯の一端部に配置された検知コイルと、該
内芯の他端部に配置された補償コイルと、該内芯の一端
と他端で一様な微小ギャップを形成し、かつ、該内芯,
該励磁コイル,該検知コイルおよび該補償コイルを包囲
するように配置された筒形の強磁性体材料で形成された
外芯と、を備えた構成を有している。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明による磁気センサは異方性
のある強磁性体片の磁気特性を読み取り方向に関係な
く、しかも検出センサ周辺にある磁性材、あるいは金属
体の影響の少ない磁気センサが次のような構造によって
可能である。
【0010】図1は本発明による磁気ヘッド10のギャ
ップ部分を示す外観図(a)と縦断面図(b)であり、
1は内芯、2は外芯、3は検知コイル、4は補償コイ
ル、5は励磁コイルである。端面上の内芯1と外芯2間
で連続した円形ギャップ7を有しており、励磁コイル5
で発生した励磁磁界は内芯1と外芯2を矢印A0 のよう
に通り、ギャップ7の位置で強い磁束密度をもつ。磁気
ベクトルはギャップ7にほぼ垂直に交さするので、ギャ
ップ7が円形であれば図1(a)矢印A00のように水平
方向全ての向きに存在することになる。
【0011】磁気異方性を持つ強磁性体片を上記の磁気
ヘッド10上に置いた場合に、検知コイル3に得られる
信号強度は、e:検知信号, φ:磁束としたときファ
ラデーの法則から、
【数1】e=−dφ/dt ……(1)
【0012】B:磁束密度、 s:検知コイル3のなす
閉曲面としたとき、
【数2】 e=−(d/dt)(∫Bds) ……(2) H:磁界、 μ:被検出物の透磁率としたとき
【数3】 e=−(d/dt)(∫μHds) ……(3)
【0013】ここで、被検出物の透磁率μは異方性であ
り印加磁界に対して方向特性を持つから、θ:印加磁界
と被検出物とのなす角としたとき
【数4】μ=μ(θ) ………(4) 式(3)に代入すると、
【数5】 e=−(d/dt)(∫∫μ(θ)Hdθds) ……(5)
【0014】このことから、異方性を有する磁気材料を
本発明による磁気ヘッド10で検出した場合、異方性の
方向特性は各方向での積分値として検知することがで
き、360度積分されるので、被検出物の磁化容易軸と
センサとのなす角が任意であっても同じ検出信号が得ら
れる。積分値として検知された検出信号と従来の磁気セ
ンサによる磁気容易軸のみでの検出信号を比較すると多
少の差異はあるが、材料判別には充分であるとの結果を
得た。
【0015】図2のごとく互いの影響が少ないため複数
の磁気センサ10を並べて置くことができ、この欠点も
解消できる。このような並べて置いた磁気センサ10
被検出物20が小さくかつ通過位置が定まらない場合の
検出センサとして用いることができる。
【0016】
【実施例】図3に本発明の磁気センサの具体的実施例の
縦断面図(a)と平面図(b)を示す。1は磁気センサ
の内芯であり、円柱の如き棒状をなす、比透磁率約24
00のフェライト材からなる。2は外芯であり、円筒の
如き筒形をなし、内芯1と同じ材料からなる。また組立
て上容易なように外芯2は中心において上下に分離でき
るようになっている。内芯1および外芯2はフェライト
以外にもパーマロイあるいはセンダストのような軟磁性
材であってもよい。3は検知コイルであり、0.075
φの導線が内芯1の上端近くに置かれたボビンに100
ターン巻かれている。4は補償コイルであり、検知コイ
ル3と同じく100ターン巻かれ、内芯1の下端に置か
れる。5は励磁コイルであり、0.3φの導線が200
ターン巻かれている。6は内芯1を固定するための固定
用スペーサであり、内芯1と外芯2の間は0.3mmの円
形間隔が保たれている。
【0017】励磁コイル5に正弦波状電流を流し、内芯
1を磁化する。この励磁電流によって生じる磁束はと内
芯1から0.3mmのギャップ7を通り、外芯2を通る磁
路を形成する。大部分の磁路は図1に矢印A0 で示され
た経路を通り、磁束の漏れの大部分はギャップ7の位置
に存在する。この位置に被検出物が存在すると、その被
検出物に磁界が印加され、被検出物の磁気特性に応じた
磁束の変化を生じ、検知コイル3にその変化分が電圧変
化として検出される。この変化は励磁信号に比べ非常に
微量であるが、補償コイル4には変化のない励磁信号が
検出されるので、検知コイル3の出力と補償コイル4の
出力を差動合成する差動増幅器を用いれば、大きな励磁
信号は相殺され、微量な磁気変化による検知出力のみ取
り出すことができる。
【0018】表1,表2に従来の直線型ギャップを有す
る磁気センサと本発明による磁気センサとで異方性のあ
る磁気材料(A)をそれぞれ測定した結果を示す。被測
定物は厚さ0.2μmのコバルト(Co)を基とした強
磁性体膜で異方性は1軸においてかなり強いものであ
る。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】表1は直線型ギャップを有する磁気センサ
で被測定物を測定した結果である。表2は本発明による
磁気センサで被測定物を測定した結果である。検知コイ
ルに生じる検知信号eの電圧Vは式(3)から励磁磁界
Hに対する磁束密度Bの微分形であり、また磁性体の磁
気特性はB−H特性によって表されるので、検知電圧が
磁性体の磁気特性に基づくものであり、検出電圧の形状
および波高値を比較すれば磁気材料の真偽判定が可能で
ある。被測定物の容易軸における磁気特性は表1の角度
θ=90度における波高値、及び高調波成分として表さ
れるので、本発明の無指向性磁気センサで検出された表
2の角度θが0度から180度までの値を比較した結
果、波高値では5割程度低く、3次,5次,7次の高調
波では0.06dB割程度異なった値となっている。
【0022】表3,表4は別素材(B)による測定例で
あって、0.2μmのニッケル(Ni)を基とした強磁
性体膜であり、表1と表3の90度における波高値と各
高調波を比較すると、それぞれの数値が異なっており、
これから素材Aと素材Bの各磁気特性は相異なっている
と判断することができる。また、本発明の磁気センサで
素材A,素材Bを測定した表2と表4では波高値,各高
調波とも相異なっており、この結果から、表2,表4の
比較であっても磁気特性の差別をすることができ、材料
の判別が可能であることがわかる。
【0023】
【表3】
【0024】
【表4】
【0025】ここに示したものは2種類の材料(A)
(B)であるが、その他磁化容易軸において磁気特性の
異なった材料は、本発明の磁気センサによっても判別す
ることができた。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強磁性体の磁気特性によって材料の判別する際に用いら
れる磁気センサにおいて、近傍の導電体からの影響を受
けずに異方性を持った磁性材料の磁気特性を検出方向に
無関係に読み出し、判別が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による磁気ヘッドの外観図(a)と縦断
面図(b)である。
【図2】本発明による磁気ヘッドを複数個並列に並べた
例を示す外観図である。
【図3】本発明による磁気センサの実施例を示す縦断面
図(a)と平面図(b)である。
【図4】従来の全方向性磁気センサを示す縦断面図であ
る。
【図5】従来のギャップ型磁気センサを示す外観図であ
る。
【図6】異方性磁性材料の磁気特性を示す磁化容易軸方
向の磁化特性(a)と磁化困難軸方向の磁化特性(b)
である。
【図7】強磁性体片に対する従来のギャップ型磁気ヘッ
ドでの読み出し例を示す強磁性体片の配置外観及び磁化
容易軸方向の読み出し波形(a)と磁化困難軸方向の読
み出し波形(b)を示す図である。
【符号の説明】
1 内芯 2 外芯 3 検知コイル 4 補償コイル 5 励磁コイル 6 固定用スペーサ 7 ギャップ 10 磁気ヘッド 11 空芯ボビン 12 検知コイル 13 補償コイル 14 励磁コイル 15 ギャップ型磁気ヘッド 16 ギャップ 17 強磁性体片 20 被検出物

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 棒状の強磁性体材料で形成された内芯
    と、 該内芯の中央部に配置された励磁コイルと、 該内芯の一端部に配置された検知コイルと、 該内芯の他端部に配置された補償コイルと、 該内芯の一端と他端で一様な微小ギャップを形成し、か
    つ、該内芯,該励磁コイル,該検知コイルおよび該補償
    コイルを包囲するように配置された筒形の強磁性体材料
    で形成された外芯と、 を備えた磁気センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の前記磁気センサが複数
    個列状に配置されたことを特徴とする磁気センサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014134448A (ja) * 2013-01-10 2014-07-24 Kyushu Univ 磁気特性測定装置、磁気特性測定プローブ及び磁気特性測定方法
US20210016014A1 (en) * 2017-12-21 2021-01-21 Sanofi Drug Delivery Device with Non-Contact Sensor

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