(57)【要約】      （修正有）【課題】被探知磁性体のピーク磁界強度が磁気センサの検出可能な上限磁界強度を越える場合でも、その磁性体の位置の探知を可能とする。【解決手段】２個の感磁素子を所定の間隔を隔て所定の同一感磁方向にて配設し両感磁素子の感磁出力を差動増幅して検出出力とする差動式磁気センサＳｅを使用し、この差動式磁気センサＳｅまたは磁性体Ａを所定の方向に走行させて差動式磁気センサＳｅの検出出力が実質的に０となる位置を探知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサを被探知磁性体に対し、または被探知磁性体に対し磁気センサを走行させることによりその磁性体の位置を探知する方法であり、前記磁気センサに、２個の感磁素子を所定の間隔を隔て所定の同一感磁方向にて配設し両感磁素子の感磁出力を差動増幅して検出出力とする差動式磁気センサを使用し、この差動式磁気センサまたは磁性体を前記所定の方向に走行させて差動式磁気センサの検出出力が実質的に０となる位置を探知することを特徴とする磁性体の検知方法。
【請求項２】
磁気センサを被探知磁性体に対し、または被探知磁性体に対し磁気センサを走行させ、その走行中に検出可能な上限値以上の磁界が作用する場合にその磁性体の位置を探知する方法であり、前記磁気センサに、２個の感磁素子を所定の間隔を隔て所定の同一感磁方向にて配設し両感磁素子の感磁出力を差動増幅して検出出力とする差動式磁気センサを使用し、この差動式磁気センサまたは磁性体を前記所定の方向に走行させて差動式磁気センサの検出出力が実質的に０となる位置を探知することを特徴とする磁性体の検知方法。
【請求項３】
差動式磁気センサが、磁界強度の絶対値が差動増幅される差動式磁気センサであることを特徴とする請求項１または２記載の磁性体の探知方法。
【請求項４】
差動式磁気センサに、勾配磁界検出センサを使用することを特徴とする請求項１〜３何れか記載の磁性体の探知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体の位置を探知する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁性体の位置を磁気センサのスキャニングにより探知することが知られている。例えば、カテーテルを患者の口または鼻から食道を経て胃にまで挿入する場合、カテーテルの先端に磁性体を取付け、前記の挿入中、磁気センサを人体の表面に沿い走行させて磁性体の位置を探知することが知られている。（例えば、特許文献１，２）
【特許文献１】特開２００４−２１５９９２公報
【特許文献２】特表平９−５０３０５４号公報
【０００３】
垂直方向に磁化された磁性体に対し、所定の高さの経路に沿う磁界の垂直成分強度の絶対値の分布は、磁性体の直上位置を頂点とする山状となる。磁性体の位置を磁気センサにより探知するには、従来では、この磁界分布の山のピーク位置を探知している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、磁性体の磁化が強くて前記のピーク磁界強度がセンサにおける検出可能な上限値を越える場合、前記従来法では、磁性体の位置を探知できない。
食料品や衣料品の製造工程では、機械破片等の鉄系磁性異物を除去するための検査が要求されている。しかしながら、異物の大きさ、磁化率（応力や地磁気により磁化される）により、前記したピーク磁界強度が相違し、磁化率の高い異物では、ピーク磁界強度が磁気センサの検出可能な上限値を越えてその異物の探知が不可となり、検査の信頼性を充分に保証し難い。
【０００５】
本発明の目的は、被探知磁性体のピーク磁界強度が磁気センサの検出可能な上限磁界強度を越える場合でも、その磁性体の位置の探知を可能とする方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る磁性体の検知方法は、磁気センサを被探知磁性体に対し、または被探知磁性体に対し磁気センサを走行させることによりその磁性体の位置を探知する方法であり、前記磁気センサに、２個の感磁素子を所定の間隔を隔て所定の同一感磁方向にて配設し両感磁素子の感磁出力を差動増幅して検出出力とする差動式磁気センサを使用し、この差動式磁気センサまたは磁性体を前記所定の方向に走行させて差動式磁気センサの検出出力が実質的に０となる位置を探知することを特徴とする。
請求項２に係る磁性体の検知方法は、磁気センサを被探知磁性体に対し、または被探知磁性体に対し磁気センサを走行させ、その走行中に検出可能な上限値以上の磁界が作用する場合にその磁性体の位置を探知する方法であり、前記磁気センサに、２個の感磁素子を所定の間隔を隔て所定の同一感磁方向にて配設し両感磁素子の感磁出力を差動増幅して検出出力とする差動式磁気センサを使用し、この差動式磁気センサまたは磁性体を前記所定の方向に走行させて差動式磁気センサの検出出力が実質的に０となる位置を探知することを特徴とする。
請求項３に係る磁性体の検知方法は、請求項１または２の磁性体の探知方法において、差動式磁気センサが磁界強度の絶対値に対し差動増幅される差動式磁気センサであることを特徴とする。
請求項４に係る磁性体の検知方法は、請求項１〜３何れかの磁性体の探知方法において、差動式磁気センサに、勾配磁界検出センサを使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
（１）図１に示すように、被探知磁性体に対し所定の高さを隔てた経路に沿っての被探知磁性体Ａの磁界強度分布をＨ（ｘ）とし、差動式磁気センサの各感磁素子Ｅ１，Ｅ２の検出可能な上限値をＨｈ、下限値をＨＬとする。差動式磁気センサＳｅを前記の経路に沿って走行させていき、差動式磁気センサの中央点ｏが被探知磁性体Ａの直上に達すると、各感磁素子Ｅ１，Ｅ２が感磁する磁界強度がｈｃ，ｈｄとなり、磁界強度分布の垂直線ｎ−ｎ’に対する左右対称性から、ｈｃ＝ｈｄが成立する。従って、各感磁素子Ｅ１，Ｅ２の検出出力が等しくなって差動式磁気センサＳｅの検出出力が０となる位置から磁性体Ａの位置を探知できる。
（２）差動式であるために、従って、同一値同位相の入力に対する差動出力が０となるから、地磁気等の一様外乱磁界や差動各回路に発生するコモンモードノイズを打ち消すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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において、Ａは磁化された磁性体を示し、磁化方向が垂直方向であるとする。Ｈ（ｘ）は磁性体に対し所定の高さを隔てた水平経路に沿っての磁性体の垂直方向磁界強度の分布を示している。Ｓｅは差動式磁気センサであり、２個の感磁素子Ｅ１，Ｅ２を距離Ｌを隔てて配設してなり、各感磁素子の感磁可能な上限磁界強度がＨｈであり、下限磁界強度がＨＬである。図１におけるｐ−ｐ間の距離Ｌｈ、ｐ’−ｐ’間の距離ＬＬに対し、２個の感磁素子Ｅ１，Ｅ２間の距離Ｌを、Ｌｈ＜Ｌ＜ＬＬを満たすように設定してある。
【０００９】
本発明により磁性体の位置を探知するには、差動式磁気センサを上記経路に沿い、かつ各感磁素子Ｅ１，Ｅ２の感磁軸方向を垂直方向に向けて走行させていく。図２において、（イ）→（ロ）→（ハ）→（ニ）は差動式磁気センサの経時位置を示している。
図２の（イ）では、差動式磁気センサの感磁素子Ｅ１が磁界強度ｈａに対する感磁出力を発生し、感磁素子Ｅ２が磁界強度ｈｃに対する感磁出力を発生する。ｈａとｈｃとに差があり、差動増幅出力は０にならない。（ロ）では、差動式磁気センサの感磁素子Ｅ１が磁界強度ｈｂに対する感磁出力を発生し、感磁素子Ｅ２が上限磁界Ｈ０に対する感磁飽和出力を発生する。ｈｂとＨ０とに差があり、差動増幅出力は０にならない。（ハ）では、差動式磁気センサの感磁素子Ｅ１が磁界強度ｈｃに対する感磁出力を発生し、感磁素子Ｅ２が磁界強度ｈｄに対する感磁出力を発生する。（ニ）では、差動式磁気センサの感磁素子Ｅ１が磁界強度ｈｄに対する感磁出力を発生し、感磁素子Ｅ２が磁界強度ｈｅに対する感磁出力を発生する。ｈｄとｈｅとに差があり、差動増幅出力は０にならない。
（ハ）において、差動式磁気センサの中央点が被探知磁性体Ａの直上に位置すると、磁界強度分布の垂直線ｎ−ｎ’に対する左右対称性から、ｈｃ＝ｈｄが成立する。従って、各感磁素子Ｅ１，Ｅ２の感磁出力が等しくなって差動式磁気センサの差動検出出力が０になる位置から磁性体Ａの位置を探知できる。
【００１０】
図２の（ハ）に対し、図３に示すように差動式磁気センサＳｅの中央点が磁性体Ａの直上位置からΔＬずれると、各感磁素子Ｅ１，Ｅ２の感磁磁界強度ｈｃ、ｈｄにΔｈの差が生じて差動式磁気センサＳｅの差動検出出力に差ΔＥｏｕｔが生じるが、差ΔＥｏｕｔが予め定めた所定の微小値以内であれば、ΔＬを充分に小さく抑えることができ、差動式磁気センサの両感磁素子の感磁出力差が予め定めた所定の微小値以内になる差動式磁気センサの位置からでも、磁性体の位置を充分な精度で探知できる。
【００１１】
上記の例では、磁性体の磁化方向を垂直方向としたが、磁性体の磁化方向は通常、垂直方向のものと水平方向とのものとのベクトル合成方向で与えられる。
図４の（イ）は、磁化方向が水平方向の磁性体の、磁性体に対して所定高さの経路に沿っての垂直方向磁界強度の分布を示し、磁性体の位置を対称中心とする点対称である。しかし、その磁界強度に対する絶対値強度の分布は、図４の（ロ）に示すように、磁性体を通る垂直線に対し左右対称となる。図４の（ロ）において、Ｈｈは各感磁素子が磁気飽和無く感磁可能な上限磁界強度を、ＨＬは下限磁界強度を示している。
磁化方向が水平方向の磁性体の位置を探知するには、差動式磁気センサの各感磁素子に磁界強度の絶対値に対し感磁出力するものを使用し、差動式磁気センサの両感磁素子の間隔をＬｈ＜Ｌ＜ＬＬを満たすように設定し、前記と同様にして磁性体の位置を探知する。
【００１２】
本発明において、差動式磁気センサには、磁界強度の絶対値の入力に対し差動増幅される差動式磁気センサが使用される。
【００１３】
前記差動式磁気センサには、所定の距離Ｌを隔てて配設した両感磁素子の感磁出力差を検出出力とする勾配磁界センサを使用することができる。
【００１４】
前記の距離Ｌは、被探知磁性体の磁化強度や各感磁素子の検出可能上限磁界強度などに左右される。通常、前記した経路の高さに対し、  ０．５〜５倍の範囲内で設定される。距離Ｌを調整可能としておき、探知経路の高さ等に応じ調整することもできる。
【００１５】
上記の例では、感磁素子の感磁軸方向を垂直方向に向けて感磁素子に感磁させる磁界強度を垂直磁界強度としているが、感磁素子の感磁軸方向を水平方向に向けて水平磁界強度を感磁させるようにしてもよい。
【００１６】
上記の例では、差動式磁気センサを走行させているが、例えば、コンベアにより搬送される部品中に磁性体異物が含まれているか否かを検査する場合、差動式磁気センサを固定し、この差動式磁気センサの直下または直上に部品を走行させることができる。
【００１７】
本発明に実施にあたり、被探知磁性体を磁化器により垂直方向または水平方向の単一方向に磁化したうえで本発明を実施することもできる。
【００１８】
前記の感磁素子には、磁気インピーダンス効果素子、ＭＲ素子、フラックスゲートコイル等を使用できる。
図５−１は、感磁素子として磁気インピーダンス効果素子を使用した差動式磁気センサの一例を示している。
図５−１において、１は磁気インピーダンス効果素子を、２は検波回路を、３は差動増幅回路を、４は検出出力端を、５は負帰還用コイルを、６は励磁電流源をそれぞれ示している。
前記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。
上記において、被検出磁界（信号波）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、図５−１において、検波回路２の出力と素子の感磁磁界強度とは、感磁磁界強度をｘ軸に、検波出力をｙ軸にとると、図５−２の（イ）に示すように、ｙ軸に対して左右対称となり、負帰還により図５−２の（ロ）に示すような直線特性とされる。従って、被検出磁界の正負に関係なく絶対値が同じであれば、同一出力となる。
【００１９】
図６−１は感磁素子として磁気インピーダンス効果素子を使用した差動式磁気センサの別例を示し、磁気インピーダンス効果素子１にバイアス磁界用コイル７を付設して検波回路２の出力端での出力特性を図６−２の（イ）に示すような、０点を通る直線特性とし、検波出力を両波整流回路８で整流して図６−２の（ロ）に示すような直線特性としている。
【００２０】
前記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。
磁気インピーダンス効果素子１の組成としては、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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る磁性体の探知方法における磁性体の磁界強度分布と差動式磁界センサを示す図面である。
【図２】本発明に係る磁性体の探知方法における差動式磁気センサの移動状態を示す図面である。
【図３】本発明に係る磁性体の探知方法における位置探知精度を示すために使用した図面である。
【図４】磁性体の磁化方向が水平方向であるときの本発明に係る磁性体の探知方法を示すための図面である。
【図５−１】本発明で使用する差動式磁界検出センサの一例を示す回路図である。
【図５−２】同上差動式磁界検出センサの特性を示す図面である。
【図６−１】本発明で使用する差動式磁界検出センサの別例を示す回路図である。
【図６−２】同上差動式磁界検出センサの特性を示す図面である。
【符号の説明】
【００２２】
Ｓｅ          差動式磁気センサ
Ｅ１            感磁素子
Ｅ２            感磁素子
Ｌ            感磁素子Ｅ１，Ｅ２間の間隔
Ｈｈ          感磁上限磁界強度
ＨＬ          感磁下限磁界強度
Ａ            磁性体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６−１】
2008209241.tif 000009
【図６−２】
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