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【発明の名称】 センサ
【発明者】 【氏名】山本 文人
【住所又は居所】高知県香美郡香我美町下分684番地1 株式会社ミネルバ内

【氏名】右田 実雄
【住所又は居所】高知県香美郡香我美町下分684番地1 株式会社ミネルバ内

【氏名】小松 章夫
【住所又は居所】高知県香美郡香我美町下分684番地1 株式会社ミネルバ内

【要約】 【課題】高周波電磁界に対する被検出体の影響を検出することにより、被検出体が有する静電的、電磁的特性に注目して、非接触で被検出体の検出・識別等ができるセンサの提供。

【解決手段】高周波電源により駆動される第1の励磁コイルを、磁束ループを形成する磁性体のコア本体に巻回し、この第1の励磁コイルと第1の励磁側コンデンサとで共振回路を形成し、第1の励磁コイルと電磁的、静電的に結合する前記コア本体に巻回された第1の検出コイルと第1の検出側コンデンサからなる共振回路に誘起される電圧が、前記コア本体の磁気ギャップを備えた検出端近傍で、被検出体の静電的、電磁的に影響を受け変化することから、非接触で被検出体を検出・識別等する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 磁束ループを形成する磁性体のコア本体に巻回され、高周波電源により駆動される第1の励磁コイルと、この第1の励磁コイルと共に共振回路を形成する第1の励磁側コンデンサと、第1の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生し、前記コア本体が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって変化する、電磁界を検出する前記コア本体に巻回された第1の検出コイルと、この第1の検出コイルと共に共振回路を形成する第1の検出側コンデンサとを備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項2】 前記コア本体の検出端はその一部に磁気ギャップを有することを特徴とする請求項1に記載のセンサ。
【請求項3】 前記第1の励磁側コンデンサと第1の励磁コイルとの共振周波数と、第1の検出側コンデンサと第1の検出コイルとの共振周波数とが等しいことを特徴とする請求項1または2に記載の記載のセンサ。
【請求項4】 第1の磁束ループを形成する磁性体からなる第1のコア部と第2の磁束ループ部を形成する磁性体からなる第2のコア部とからなり、かつ第1のコア部の一部と第2のコア部の一部が一体をなすコア本体と、前記第1の磁束ループ部を励磁するべく第1のコア部に巻回され、高周波電源により駆動される第1の励磁コイルと、この第1の励磁コイルと共に共振回路を形成する第1の励磁側コンデンサと、前記第2の磁束ループ部を励磁するべく第2のコア部に巻回され、前記高周波電源により駆動される第2の励磁コイルと、この第2の励磁コイルと共に共振回路を形成する第2の励磁側コンデンサと、前記高周波電源により駆動される前記第1の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生し、上記第1のコア部が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって変化する、電磁界を検出する前記第1のコア部に巻回された第1の検出コイルと、この第1の検出コイルと共に共振回路を形成する第1の検出側コンデンサと、前記高周波電源により駆動される前記第2の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生する電磁界を検出する前記第2のコア部に巻回された第2の検出コイルと、この第2の検出コイルと共に共振回路を形成する第2の検出側コンデンサとを備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項5】 前記第1のコア部の検出端は、前記第2のコア部と一体をなす部分と相対する位置に第1の磁気ギャップを有し、前記第2のコア部は、前記第1のコア部と一体をなす部分と相対する位置に第2の磁気ギャップを有することを特徴とする請求項4に記載のセンサ。
【請求項6】 前記第1の励磁コイルと前記第1の励磁側コンデンサとの共振周波数と、前記第2の励磁コイルと前記第2の励磁側コンデンサとの共振周波数と、前記第1の検出コイルと前記第1の検出側コンデンサとの共振周波数と、前記第2の検出コイルと前記第2の検出側コンデンサとの共振周波数とがそれぞれ等しいことを特徴とする請求項5または4に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電磁界を用い、非接触で被検出体を検出・識別、または被検出体が含んでいる水分や溶融物を検出・識別するセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、センサは、被検出体が有する電気的または磁気的な変化を検出することで、上記被検出体を検出したり、あるいは識別したりする。たとえば、紙幣を識別するセンサでは、紙幣に金属箔のメタルスレッドを設け、磁気ヘッドによりメタルスレッドの有無を検出することで、紙幣を識別するようにしたものがある。
【0003】また、被検出体(個体、粉状物または気体)が含有する水分(たとえば、紙、肥料または空気が含有する水分)や、液体に溶融した溶融物の濃度を測定する場合、被検出物をサンプリングして測定することが多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気ヘッドを使用した上記センサでは、被検出体(たとえば紙幣等)と磁気ヘッドの磁気検出面(以下、「検出面」)とを密着させないと、磁気ヘッドから被検出体のメタルスレッド部に到達する磁束の損失(いわゆるスペーシングロス)が増大してしまうので、ローラにより磁気ヘッドの検出面に紙幣を押しつけるようにしている。このため、紙幣が磁気ヘッドの検出面を摺動することで、検出面が磨耗し、磁気ヘッドの耐久性を劣化させ、また、紙幣も皺がよったりしてしまう、という問題がある。
【0005】このように、従来のセンサは、被検出体の特定の性質(たとえば、磁性体の透磁率)のみを検出するように構成されているために、上記問題を生じさせている。また、固形物、粉状物等が含有する水分、液体に溶融している溶融物の濃度等の測定を被検体のサンプリングによって行うと、被検体をサンプリングして測定する装置を別途用意しなければならず、且つ被検体をリアルタイムに測定ができないという問題がある。
【0006】本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、被検出体が高周波電磁界に晒されたときの特性(静電的さらには電磁的特性)に注目し、被検出体が高周波電磁界に与える影響を検出することにより、非接触で種々の被検出体の検出・識別、または被検出体が含んでいる水分や溶融物をリアルタイムに検出・識別することができるセンサを提供することを目的とする。
【0007】
【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よれば、請求項1では、磁束ループを形成する磁性体のコア本体に巻回され、高周波電源により駆動される第1の励磁コイルと、この第1の励磁コイルと共に共振回路を形成する第1の励磁側コンデンサと、第1の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生し、前記コア本体が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって変化する、電磁界を検出する前記コア本体に巻回された第1の検出コイルと、この第1の検出コイルと共に共振回路を形成する第1の検出側コンデンサとを備えたセンサが提供される。
【0008】このように構成されるセンサであれば、第1の励磁コイルを駆動する高周波電源により、第1の励磁コイルと第1の励磁側コンデンサとからなる共振回路に共振電流が流れてコア本体に磁束ループが発生し、第1の検出コイルと第1の検出側コンデンサとからなる共振回路に高周波電流が誘起されて、第1の検出コイルの両端に電磁結合による高周波電圧を発生させる。
【0009】また、第1の励磁コイルに流れる高周波電流はこの第1の励磁コイルの両端に高周波電圧を発生させ、この高周波電圧は、浮遊静電容量で第1の検出コイルに静電結合されて第1の検出コイルの両端に静電結合による高周波電圧を発生させる。したがって、コア本体の検出端の近傍を通過する被検出体によって、静電的結合である浮遊静電容量が影響を受け、第1の検出コイルの両端に発生する高周波電圧が変化するので、被検出体を検出・識別することができる。
【0010】請求項2では、コア本体の検出端に設けた磁気ギャップで漏洩磁束を生じさせる。この漏洩磁束は、第1の励磁コイルと第1の検出コイルとの電磁結合に寄与するので、この漏洩磁束が被検出体によって影響を受けると、第1の励磁コイルと第1の検出コイルとの間の電磁的結合が変化し、被検出体によって影響を受ける静電的結合とあいまって、第1の検出コイルの両端に発生する高周波電圧が変化して、被検出体を検出・識別することができる。
【0011】請求項3では、第1の励磁側コンデンサと第1の励磁コイルとの共振周波数と、第1の検出側コンデンサと第1の検出コイルとの共振周波数とが等しい。したがって、高周波電源の周波数を上記共振周波数と同一周波数とすれば、被検出体が上記それぞれの共振周波数に浮遊静電容量による静電的影響を与えて、それぞれの共振周波数を変化させ、第1の検出コイルが検出する高周波電圧が大きく変化することになるので、センサの感度を向上することができる。
【0012】請求項4では、第1の磁束ループを形成する磁性体からなる第1のコア部と第2の磁束ループ部を形成する磁性体からなる第2のコア部とからなり、かつ第1のコア部の一部と第2のコア部の一部が一体をなすコア本体と、前記第1の磁束ループ部を励磁するべく第1のコア部に巻回され、高周波電源により駆動される第1の励磁コイルと、この第1の励磁コイルと共に共振回路を形成する第1の励磁側コンデンサと、前記第2の磁束ループ部を励磁するべく第2のコア部に巻回され、前記高周波電源により駆動される第2の励磁コイルと、この第2の励磁コイルと共に共振回路を形成する第2の励磁側コンデンサと、前記高周波電源により駆動される前記第1の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生し、上記第1のコア部が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって変化する、電磁界を検出する前記第1のコア部に巻回された第1の検出コイルと、この第1の検出コイルと共に共振回路を形成する第1の検出側コンデンサと、前記高周波電源により駆動される前記第2の励磁コイルに流れる高周波電流に基づき発生する電磁界を検出する前記第2のコア部に巻回された第2の検出コイルと、この第2の検出コイルと共に共振回路を形成する第2の検出側コンデンサとを備えたセンサが提供される。
【0013】このように構成されるセンサであれば、第1の励磁コイルに接続される高周波電源により、第1の励磁コイルと第1の励磁側コンデンサとからなる共振回路の高周波電流で第1のコア部が励磁されて、第1の磁束ループが生じ、第1の検出コイルに高周波電流を誘起し、第1の検出コイルと第1の検出側コンデンサとからなる共振回路に高周波電流を流して第1の検出コイルの両端に電磁結合による高周波電圧を発生させる。
【0014】また、第1の励磁コイルに流れる高周波電流はこの第1の励磁コイルの両端に高周波電圧を発生させ、この第1の励磁コイルの両端の高周波電圧は、浮遊静電容量で第1の検出コイルに静電結合されて第1の検出コイルの両端に静電結合による高周波電圧を発生させる。同様にして、第2の検出コイルと第2の検出側コンデンサとからなる共振回路に流れる高周波電流によって発生する第2の磁束ループによる電磁的結合と、第2の励磁コイルと第2の検出コイルとの静電結合によって第2の検出コイルの両端に静電結合により第2の検出コイルには高周波電圧が発生する。
【0015】したがって、第1のコア部が有する検出端の近傍を通過する被検出体によって、静電的結合である浮遊静電容量による結合が影響を受け、第1の検出コイルの両端に発生する高周波電圧が変化するので、被検出体を検出・識別することができる。一方、上記第1のコアの近傍に被検出体が存在しない場合は、第1の励磁コイルと第1の検出コイルとの電磁的、静電的結合と、第2の励磁コイルと第2の検出コイルとの電磁的、静電的結合とが同一条件となり、両検出コイルによって検出される高周波電圧が等しい。
【0016】ここで、両検出コイルによって検出される高周波電圧を引き算処理することで、被検出体による第1の検出コイルの両端に発生する高周波電圧の変化分だけを検出することができる。そうすると、センサの各励磁コイルや検出コイルが周囲温度や湿度同等の環境条件によって変化し、第1の検出コイルによって検出される高周波電圧および第2の検出コイルによって検出される高周波電圧が変動しても、これら検出される高周波電圧の変動分を打ち消すことができ、センサは環境条件の変化によっても安定に動作する。
【0017】請求項5では前記第1のコア部の検出端に第1の磁気ギャップにより漏洩磁束が発生して、被検出体を電磁的に検出でき、静電的検出とあいまって、被検出体を検出・識別することができる。なお、前記第2のコア部が有する第2の磁気ギャップは、第1のコア部の磁束ループが第2のコア部の磁束ループと同一条件となるように作用し、第1の検出コイルおよび第2の検出コイルが検出する各検出電圧を揃える作用を有する。
【0018】請求項6では、各励磁側の共振周波数と各検出側の共振周波数とが等しいので、高周波電源の周波数を上記共振周波数とすれば、被検出体が、第1のコア部の第1の励磁コイル、第1の励磁側コンデンサ、第1の検出コイルおよび第1の検出側コンデンサにそれぞれ静電的影響を与えて、第1のコア部側の励磁側および検出側の共振周波数を変化させる。したがって、第1の検出コイルが検出する高周波電圧が大きく変化し、センサの感度を向上することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るセンサを説明する。図1は、本発明に係るセンサの第1の実施形態における概略構成を示す図である。センサ1のコア本体10は、略コの字状の一対のコア11、12の両端部を互いに対向させて突合わせた構造をなす。そして、コア11の一側部11aおよびコア12の一側部12aとが僅かに外方に張り出し山形をなし、検出端10aを形成している。なお、図1中の11bはコア11の他側部であり、図1中の12bはコア12の他側部である。
【0020】そして、コア11には、励磁コイル13が巻回され、また、コア12には、検出コイル14が巻回されている。励磁コイル13に接続された励磁側コンデンサ15は励磁コイル13と共に励磁側共振回路T1を形成し、一方、検出コイル14に接続された検出側コンデンサ16は検出コイル14と共に検出側共振回路T2を形成している。なお、励磁側コンデンサ15は、励磁コイル13が有する、あるいは励磁コイル13と他の構成要素(たとえば検出コイル14)との間に存在する浮遊静電容量を含んでおり、検出側コンデンサ16も同様である。
【0021】以上のように構成されるセンサ1では、励磁コイル13の両端13a、13bに、高周波電源17から、上記各共振回路T1、T2の共振周波数に等しい周波数の高周波電圧(周波数fo)が印加される。センサ1が有する検出コイル14の両端14a、14bは、信号処理回路18の信号入力端子18a、18bに接続されている。
【0022】図2は、信号処理回路18の概略構成を示す図である。図2中の19は整流回路であり、検出コイル14から検出される高周波電圧を整流して直流電圧を出力する。図2中の20はアンプであり、整流回路19の直流出力を増幅して信号処理回路18の出力端子18cに出力する。以下にセンサ1の作用について図3〜6を用いて説明する。
【0023】図3に示すように、コア本体10の検出端10aの近傍に、被検出体が存在しない場合、高周波電源17の周波数foに共振した励磁側共振回路T1には共振電流が流れ、この共振電流によって、コア本体10には、磁束ループ30が発生すると共に、励磁コイル13の両端13aと13bとの間には共振電流による高周波電圧が発生し、この高周波電圧で励磁コイル13は高周波電界を発生する。
【0024】このようにして発生したコア本体の磁束ループ30は検出コイル14に周波数foの高周波電流を誘起する。また、励磁コイル13で生じた前記高周波電界は、励磁コイル13と検出コイル14との間に介在する浮遊静電容量からなるコンデンサ41、42によって検出コイル14に伝達され、検出コイル14の両端に高周波電圧を発生させる。
【0025】そうすると、高周波電源17の周波数foに共振した検出側共振回路T2には共振電流が流れ、検出コイル14の両端14aと14bとの間に生じる高周波電圧(以下、「検出電圧」)は、高周波電源17で励磁された励磁コイル13が発生する電磁界を検出コイル14が検出する場合における最も高い電圧となる。図6(a)は、励磁側共振回路T1と検出側共振回路T2が周波数foに共振した場合の検出コイル14の検出電圧を示すものであり、高周波電源17の周波数foで最も検出電圧が高くなる(em(Vp−p))。なお図6は横軸が周波数で、縦軸が検出コイル14の検出電圧(Vp−p)である。
【0026】ここで、図4に示すように、たとえば、センサ1のコア本体10が有する検出端10aで検出される被検出体50が、テープ様の非磁性体メタルスレッド50aをその表面に備えた紙幣であるとする。この場合、検出端10aの近傍を通過する被検出体50のメタルスレッド50aは、その平面部をもって検出端10a側に位置するので、メタルスレッド50aの形状・寸法に依存してメタルスレッド50aと励磁コイル13との間には浮遊静電容量からなるコンデンサ41aが形成され、同様にメタルスレッド50aと検出コイル14との間にはコンデンサ42aが形成される。こうして形成されるコンデンサ41a、42aは、メタルスレッド50aの作用で、それぞれ前記コンデンサ41、42よりも静電容量が大きい。したがって、図6(b)で実線に示すように、励磁側共振回路T1,検出側共振回路T2ともに、共振周波数がたとえばf1まで低下する。そうすると高周波電源17による検出コイル14の検出電圧はe1(Vp−p)となって、検出端10aの近傍に被検出体が存在しない場合(em(Vp−p))に比べて低下する。
【0027】かくして、メタルスレッド50aによる浮遊静電容量(静電的)によって被検出体50が有するメタルスレッド50aを検出することができる。こうした検出コイル14の検出電圧低下は、メタルスレッド50aの形状・寸法で決定される。したがって、検出コイル14の検出電圧低下とメタルスレッド50aの形状・寸法との関係を予め実測しておくことで、被検出体50がメタルスレッド50aを有しているか否かというメタルスレッド50aの有無だけでなく、上記測定した所定の形状・寸法のメタルスレッド50aか否かを判定するこができ、メタルスレッド50aを有した被検出体50の検出に加え被検出体50の識別をすることもできる。したがって、メタルスレッド50aが、メッシュ状に形成されている場合や、文字等の打ち抜きがなされている場合にも、上記検出・識別が可能である。
【0028】次に、検出コイル14の検出電圧の処理は、図2に示す信号処理回路18で行われる。具体的には、信号処理回路18は検出コイル14の検出電圧を整流回路19で整流し、アンプ20で増幅して信号処理回路18の出力端子18cに出力する。たとえば、出力端子18cをアナログ・ディジタル変化機能を有するマイクロプロセッサ等に接続することで、前述した被検出体50の検出・識別を行うことも可能である。
【0029】以上、コア本体10の検出端10aでは、コア11の一側部11aとコア12の一側部12aとが当接している例を示したが、図5に示すように、一側部11aと一側部12aとは当接せず磁気ギャップ10b(たとえばギャップ間隔1mm程度以下)を形成することにより、さらに電磁的な被検出体50の検出・識別を行うことも可能である。
【0030】この場合、磁気ギャップ10b近傍に漏洩磁束30aが多く発生するので、非磁性体である前記メタルスレッド50aが磁気ギャップ10b近傍に存在すると、メタルスレッド50aの形状・寸法に依存して、メタルスレッド50aには、漏洩磁束30aによる渦電流が流れる。そうすると、この渦電流とメタルスレッド50aの電気抵抗によって渦電流損が発生する。この渦電流損は、励磁コイル13から検出コイル14に伝達されるエネルギーの損失となる。またエネルギー損失は励磁コイル13と検出コイル14とのQファクターの低下をもたらし、励磁側共振回路T1および検出側共振回路T2の共振電流を低下させる。図6(c)に示すように、上記渦電流損とQファクター低下は検出コイル14の検出電圧をe2(Vp−p)へと低下させる。具体的には、共振周波数低下の影響(図6(b))と共に、検出コイル14の検出電圧は、図6(d)に示すようにe3(Vp−p)まで低下することになる。
【0031】したがって、磁気ギャップ10bを有するセンサ1の場合には、メタルスレッド50aによる浮遊静電容量の変化(静電的)に加えて、さらに漏洩磁束による渦電流損の影響(電磁的)により、被検出体50が有するメタルスレッド50aを検出することができる。かくして、上記第1の実施形態に係るセンサによれば、被検出体が有する静電的特性、さらには電磁的特性に注目し、被検出体が高周波電磁界に与える影響を非接触で検出し、被検出体の検出と識別をすることができる。
【0032】なお、被検出体が有するメタルスレッドの形状によって、メタルスレッドの検出・識別に適した高周波電源の周波数を選択する。上記実施形態においては、たとえば10kHz〜10MHzの範囲で周波数を選択している。図7は、本発明に係るセンサの第2の実施形態における概略構成を示す図である。なお第1の実施形態と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0033】センサ2のコア本体60は略Eの字状の一対のコア61、62が対向して配置され、コア61、62はそれぞれ、両側部61a、61bと両側部62a、62bおよび中央部61c、62cを有している。そして、一側部61aと62aの端面、他側部61bと62bの端面、中央部61cと62cの端面は、それぞれ当接され、コア本体60は略8字形状とされており、一側部61a、62aとが僅かに外方に張り出し山形をなし、検出端60aを形成している。
【0034】コア61の一側部61aと中央部61cとの間には、第1の励磁コイル63が巻回され、コア62の一側部62aと中央部62cとの間には、第1の検出コイル64が巻回されている。また、コア61の他側部61bと中央部61cとの間には、第2の励磁コイル65が巻回され、コア62の他側部62bと中央部62cとの間には、第2の検出コイル66が巻回されている。
【0035】ここで、第1の励磁コイル63には、第1のコンデンサ67が接続され第1の励磁側共振回路T1を形成し、第1の検出コイル64には、第2のコンデンサ68が接続され第1の検出側共振回路T2を形成している。同様に、第2の励磁コイル65には、第3のコンデンサ69が接続され第2の励磁側共振回路T3を形成し、第2の検出コイル66には、第4のコンデンサ70が接続され第2の検出側共振回路T4を形成している。
【0036】第1の励磁コイル63と第2の励磁コイル65は直列に接続されて、高周波電源17で駆動されるようになっている。一方、第1の検出コイル64と第2の検出コイル66は、それぞれ独立に信号処理回路78に接続されるようになっている。そして、各共振回路T1〜T4の共振周波数は高周波電源17の周波数foに一致している。
【0037】また、図8に示すように、第1の励磁コイル63に流れる共振電流で発生する磁束ループ31は、第1のコア部を形成する、第1の励磁コイル63が巻回されたコア61の部分と、コア61の一側部61aと、コア62の一側部62aと、第1の検出コイル64が巻回されたコア62の部分と、コア62の中央部62cと、そしてコア61の中央部61cの部分とへ循環する。
【0038】また、第2の励磁コイル65に流れる共振電流で発生する磁束ループ32は、第2のコア部を形成する、第2の励磁コイル65が巻回されたコア61の部分と、コア61の中央部61cと、コア62の中央部62cと、第2の検出コイル66が巻回されたコア62の部分と、コア62の他側部62bと、そしてコア61の他側部61bとへ循環する。
【0039】以上のように構成されるセンサ2では、第1の励磁コイル63と第2の励磁コイル65が高周波電源17で励磁される。したがって、第1の励磁コイル63と第1の検出コイル64との関係は、第1の実施例における励磁コイル13と検出コイル14との関係と同一であり、第1の励磁コイル63と第1の検出コイル64とは磁束ループ31で磁気的に結合すると共に、第1の励磁コイル63と第1の検出コイル64との間に介在する浮遊静電容量で静電的に結合する。また、第2の励磁コイル65と第2の検出コイル66との間も、磁束ループ32で磁気的に結合すると共に、第2の励磁コイル65と第2の検出コイル66との間に介在する浮遊静電容量で静電的に結合する。
【0040】図10は、信号処理回路78の概略構成を示す図である。第1の信号入力端子78a、78bには、第1の検出コイル64の両端64a、64bが接続され、第1の検出コイル64の検出電圧は整流回路19aで整流されてアンプ20aで直流増幅される。第2の信号入力端子78c、78dには、第2の検出コイル66の両端66a、66bが接続され、第2の検出コイル66の検出電圧は整流回路19bで整流されてアンプ20bで直流増幅される。
【0041】図10中の21は引き算回路であり、第1の検出コイル64の検出電圧に基づくアンプ20aの出力電圧から、第2の検出コイル66の検出電圧に基づくアンプ20bの出力電圧を減算して、信号処理回路78の出力とする作用を有している。すなわち、信号処理回路78は、センサ2の検出コイル64、66の検出電圧を差動回路として処理することになる。
【0042】ここで、コア本体60の検出端60a近傍に被検出体50が存在しなければ、第1の検出コイル64が検出する電圧と、第2の検出コイル66が検出する検出電圧は等しい。そうすると、引き算回路21の出力はゼロ(V)になる。この第2実施形態においては、センサ2に共通に影響を与える環境条件、たとえば、温度変化や湿度変化に伴い、励磁コイル63、65、検出コイル64、66が影響を受けたとき、これらコイルの電気的特性は同じように変動することから、各検出コイル64、66の出力電圧は同じように変化する。したがって、信号処理回路78が出力する信号では、上記各コイル64、66の出力電圧変動が(引き算され)打ち消されることになる。すなわち、センサ2は信号処理回路78と共に、環境条件の影響を受け難いセンサとして作用する。
【0043】次に、図8に示すように、センサ2のコア本体60の検出端60aの近傍を被検出体50が通過すると、メタルスレッド50aの形状・寸法に依存してメタルスレッド50aと第1の励磁コイル63との間には浮遊静電容量からなるコンデンサ41bが形成され、同様にメタルスレッド50aと第1の検出コイル64との間にはコンデンサ42bが形成される。こうして形成されるコンデンサ41b、42bによって、第1の励磁側共振回路T1と第1の検出側共振回路T2の共振周波数が、たとえばf1まで低下する。一方、第2の励磁側共振回路T3と第2の検出側共振回路T4は、被検出体50の影響を受けないので、これら共振回路T3、T4の共振周波数foは変化しない。そうすると、第1の検出コイル64の検出圧が図6(b)にようにem(Vp−p)からe1(Vp−p)まで低下し、一方、第2の検出コイル66の検出圧は被検出体50の影響を受けないのでem(Vp−p)から低下しない。
【0044】したがって、信号処理回路78の整流回路19aの直流出力電圧が整流回路19bの直流出力電圧より低くなるので、引き算回路21の出力が負電圧となる。すなわち、センサ2は、環境条件の影響を軽減したうえで、センサ1と同様に静電的に被検出体50の検出と識別をすることができる。次に、図9に示すように、コア本体60の検出端60aでは、コア61の一側部61aとコア62の一側部62aとは当接せず、第1の磁気ギャップ60bを形成してもよい。この場合、第1の磁気ギャップ60b近傍で漏洩磁束31aが発生することは第1の実施例の場合と同様である。したがって、漏洩磁束31aによって被検出体50のメタルスレッド50aで渦電流損が生じ、また第1の励磁コイル63と第1の検出コイル64のQファクター低下により、第1の検出コイル64の検出圧が図6(c)にようにe2(Vp−p)へと低下する。
【0045】かくして、第1の検出コイル64の検出電圧は図6(d)にようにem(Vp−p)からe3(Vp−p)まで低下することになるが、一方、第2の検出コイル66の検出電圧は、被検出体50の影響を受けないのでem(Vp−p)から低下しない。なお、コア本体60の他側部61bとコア62の他側部62bにも、同様に第2の磁気ギャップ60cを形成することにより、漏洩磁束32aを発生させ、第2の励磁コイル65と第2の検出コイル66を磁気的に結合する磁束ループ32を、第1の励磁コイル63と第1の検出コイル64を磁気的に結合する磁束ループ31の条件に揃えることができる。こうして、被検出体50が検出端60aの近傍に存在しないとき、第1の検出コイル64の検出電圧と第2の検出コイル66の検出電圧とを揃えることができる。
【0046】また、第1の励磁コイル63と第2の励磁コイル65とを上述したように、直列接続するのではなく、並列接続して高周波電源17に接続してもよい。以上、被検出体がメタルスレッドを有する紙幣の場合を例に説明したが、被検出体はかかる紙幣に限定されない。たとえば、被検出体50を紙とし、センサ1の検出端10a近傍に該紙を配置すれば、該紙の誘電率が該紙に含まれる水分によって変化するので、たとえば図4における浮遊静電容量41a、42aの変化を生じる。このように静電的検出によって、該紙に含まれる水分を検出・識別することができる。
【0047】また、該紙の誘電体損失が該紙に含まれる水分によって変化するので、静電的に該紙における高周波電磁界の損失が生じ、励磁コイルから検出コイルに伝達されるエネルギーの損失を生じると共に、上記誘電体損は前述のQファクター低下を生じて、該紙に含まれる水分を検出・識別することができる。また、被検出体50が粉状物(たとえば肥料)の場合においても、上記と同様に水分の含有率による浮遊静電容量が変化し、また誘電体損失も変化するので前述のQファクターが低下し、水分の含有率を検出できる。
【0048】気体(たとえば空気)においても水分の含有率による浮遊静電容量の変化、誘電体損失の変化で水分の含有率を検出・識別できる。さらに、被検出体50が溶融物を含む液体である場合には、溶融物の濃度によって、被検出体50の誘電率・誘電体損失が変化するので、浮遊静電容量の変化と、誘電体損失に伴う前述のQファクターの低下から、被検出体50である液体の溶融物の濃度を静電的に検出・識別できる。
【0049】また、被検出体50である液体が導電性を有している場合には、該液体で渦電流損を生じるところからも、電磁的検出より、液体の溶融物の濃度を検出・識別できる。このように、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセンサによれば、被検出体が有する電磁的、静電的特性に注目し、高周波電磁界に対する被検出体の影響を静電的さらには電磁的に検出することで、非接触で種々の被検出体の検出・識別、または被検出体が含んでいる水分や溶融物をリアルタイムに検出・識別することができるという効果が得られる(請求項1〜3)。さらに、請求項4〜6によれば、センサが受ける環境条件の影響を軽減して、上記の検出・識別を安定して行うことができるという効果が得られる。
【出願人】 【識別番号】391051832
【氏名又は名称】株式会社ミネルバ
【住所又は居所】高知県香美郡香我美町下分684番地1
【出願日】 平成13年12月25日(2001.12.25)
【代理人】 【識別番号】100090022
【弁理士】
【氏名又は名称】長門 侃二
【公開番号】 特開2003−194958(P2003−194958A)
【公開日】 平成15年7月9日(2003.7.9)
【出願番号】 特願2001−392352(P2001−392352)