УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ МАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА
MAGNETIC SUBSTANCE DETECTION DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству обнаружения магнитного материала для обнаружения магнитного материала, содержащегося в перемещающемся объекте, подлежащем проверке.
Предшествующий уровень техники
[0002] Как общеизвестно, магнитные чернила применяются путем печатания на объектах, подлежащих проверке, таких как бумажные деньги и ценные бумаги, или полоса из магнитного материала вводится в объекты методом изготовления бумаги; и, на стадии распределения, объекты, подлежащие проверке, перемещаются в фиксированном направлении и исследуются на наличие магнитного материала, который, как ожидается, должен содержаться в нем, тем самым оценивая подлинность объекта.
[0003] Как раскрыто, например, в патентном документе 1, упомянутом ниже, устройство обнаружения магнитного материала для использования в таком случае выполнено следующим образом: ферромагнитный тонкопленочный магниторезистивный элемент, имеющий линейный сегмент, продолжающийся ортогонально направлению перемещения магнитного материала, сформирован на верхней поверхности плоской подложки; плоская подложка расположена под траекторией перемещения магнитного материала таким образом, чтобы быть наклоненной по отношению к направлению перемещения магнитного материала; один магнит расположен под подложкой и формирует магнитные силовые линии, которые проходят через ферромагнитный тонкопленочный магниторезистивный элемент по эллиптическим магнитным траекториям; и посредством использования изменения в сопротивлении ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента в ответ на перемещение магнитного материала обнаруживается присутствие магнитного материала. В этом случае магнит формирует магнитные силовые линии, которые проходят через подложку перпендикулярно подложке в непосредственной близости от ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, так чтобы прикладывать магнитное поле смещения (магнитное поле, формируемое магнитом в состоянии, в котором магнитный материал отсутствует), более низкое по напряженности, чем насыщенное магнитное поле ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, к ферромагнитному тонкопленочному магниторезистивному элементу в направлении, ортогональном направлению протяженности линейного сегмента ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента в плоскости подложки, при этом ферромагнитный тонкопленочный магниторезистивный элемент изменяет сопротивление в ответ на изменение, вызванное перемещением магнитного материала, в магнитном поле, направленном в направлении, ортогональном направлению протяженности линейного сегмента ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента в плоскости подложки.
Документ предшествующего уровня техники
Патентный документ
[0004] Патентный документ 1: Японский патент № 4894040
Сущность изобретения
[0005] Однако, поскольку вышеупомянутое изменение сопротивления ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента обусловлено использованием малого изменения магнитного поля, направленного в направлении, ортогональном к направлению протяженности линейного сегмента ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, если величина магнитного поля смещения изменяется, то изменение сопротивления в ответ на перемещение магнитного материала сильно варьирует. Направление и распределение магнитных силовых линий, формируемых магнитом, зависят от формы магнита, в частности, формы поверхности магнитного полюса магнита, расположенного в направлении к ферромагнитному тонкопленочному магниторезистивному элементу. Поэтому, если только магнит не был сформирован с высокой точностью, так что никакая ошибка не проявляется в образовании формы магнита, в частности, формы поверхности магнитного полюса магнита, расположенного в направлении к ферромагнитному тонкопленочному магниторезистивному элементу, обнаружение изменения в сопротивлении ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, то есть обнаружение перемещающегося магнитного материала, не может быть выполнено с высокой степенью точности.
[0006] Настоящее изобретение было создано для решения вышеуказанной проблемы, и задачей изобретения является создание устройства обнаружения магнитного материала, которое даже если магнит, приспособленный для приложения магнитного поля смещения к ферромагнитному тонкопленочному магниторезистивному элементу, сформирован с некоторой погрешностью, может обнаружить изменение в сопротивлении ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, то есть перемещающийся магнитный материал, с высокой точностью. В последующем описании признаков изобретения, для простоты понимания настоящего изобретения, признаки сопровождаются указанными в скобках ссылочными позициями соответствующих компонентов вариантов осуществления; однако указание ссылочных позиций не должно интерпретироваться как ограничивающее признаки изобретения соответствующими компонентами вариантов осуществления.
[0007] Для достижения указанной выше цели, признаком изобретения является устройство обнаружения магнитного материала для обнаружения магнитного материала (MS), содержащегося в объекте (ОВ), подлежащем проверке, который перемещается в первом направлении (направлении оси Х), содержащее удлиненный первый магнит (12) и удлиненный второй магнит (13), которые продолжаются параллельно второму направлению (направлению оси Y), ортогональному к первому направлению, и намагничены противоположно друг к другу в третьем направлении (направлении оси Z), ортогональном к первому и второму направлениям, и магнитный датчик, имеющий ферромагнитный тонкопленочный магниторезистивный элемент (23, 24, 23-1, 23-2, 24-1, 24-2), который имеет линейный сегмент, продолжающийся по существу вдоль второго направления в плоскости подложки (22), расположенной на траектории магнитных силовых линий между первым магнитом и вторым магнитом, и изменяет свое сопротивление в ответ на изменение магнитного поля, направленного в направлении, ортогональном к второму направлению в плоскости подложки, причем устройство обнаружения магнитного материала характеризуется тем, что первый магнит и второй магнит прикладывают магнитное поле смещения меньшей напряженности, чем насыщенное магнитное поле ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, к ферромагнитному тонкопленочному магниторезистивному элементу в направлении, ортогональном к второму направлению в плоскости подложки.
[0008] В настоящем изобретении, сконфигурированном таким образом, первый магнит и второй магнит являются удлиненными и продолжаются параллельно второму направлению и намагничены противоположно друг другу в третьем направлении. Таким образом, первый магнит и второй магнит генерируют магнитные силовые эллиптической формы в плоскости, ортогональной к второму направлению; и даже если возникает некоторая погрешность в образовании форм первого и второго магнитов, в частности, форм поверхностей магнитных полюсов, магнитные силовые линии стабилизированы по направлению, и магнитные силовые линии, проходящие через ферромагнитный тонкопленочный магниторезистивный элемент, фиксированы по направлению все время. В результате, магнитное поле смещения, приложенное к ферромагнитному тонкопленочному магниторезистивному элементу и направленное в направлении, ортогональном к второму направлению в плоскости подложки, стабилизировано без включения флуктуаций, так что может иметься стабилизированное изменение в сопротивлении ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента в ответ на перемещение магнитного материала, и магнитный материал может быть обнаружен с высокой точностью. Кроме того, путем регулирования расстояния между первым магнитом и вторым магнитом, можно изменять форму траектории магнитных силовых линий различными способами, тем самым облегчая установку магнитного поля смещения, прикладываемого в вышеупомянутом направлении к ферромагнитному тонкопленочному магниторезистивному элементу. Кроме того, посредством предоставления первого магнита и второго магнита, магнитная сила (напряженность магнитного поля) во втором направлении и магнитная сила в плоскости, ортогональной к второму направлению, могут быть стабилизированы в широком диапазоне вдоль второго направления, так что присутствие магнитного материала может быть точно обнаружено в широком диапазоне вдоль второго направления.
[0009] Еще один признак настоящего изобретения заключается в том, что плоскость подложки наклонена по отношению к первому направлению, и линейный сегмент ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента продолжается в плоскости подложки и наклонен на предопределенный угол по отношению к второму направлению в плоскости подложки.
[0010] В соответствии с этой конфигурацией, посредством разности между компонентами в третьем направлении магнитных силовых линий, сформированных первым и вторым магнитами на противоположных концах ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, в ферромагнитном тонкопленочном магниторезистивном элементе в фиксированном направлении генерируется магнитный поток вдоль направления протяженности ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, при этом изменение в сопротивлении ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента может быть стабилизировано.
[0011] Другим признаком настоящего изобретения является обеспечение покрывающего элемента, который сформирован из магнитного материала и покрывает поверхности магнитных полюсов первого и второго магнитов противоположно магнитному датчику.
[0012] В соответствии с этой конфигурацией, распределение магнитных силовых линий, формируемых первым и вторым магнитами на стороне в направлении к ферромагнитному тонкопленочному магниторезистивному элементу, может быть свободно от влияния внешнего магнитного поля и, таким образом, стабилизировано, тем самым точность в обнаружении магнитного материала может быть увеличена.
[0013] Еще одним признаком настоящего изобретения является то, что магнитный датчик имеет первый магниторезистивный элемент и второй магниторезистивный элемент, которые в том же самом положении вдоль второго направления в плоскости подложки сформированы из соответствующих ферромагнитных тонкопленочных магниторезистивных элементов, имеющих линейные сегменты, обращенные друг к другу, и плоскость подложки наклонена на предопределенный угол относительно первого направления, так что магнитные силовые линии, формируемые первым и вторым магнитами, проходят через плоскость подложки таким образом, чтобы быть перпендикулярными к плоскости подложки в центральном положении между первым магниторезистивным элементом и вторым магниторезистивным элементом, так что магнитное поле смещения, приложенное в упомянутом направлении к первому магниторезистивному элементу, становится по существу противоположным по направлению к магнитному полю смещения, приложенному в упомянутом направлении к второму магниторезистивному элементу.
[0014] В соответствии с этой конфигурацией, магнитные поля смещения, приложенные в направлении, ортогональном к направлению протяженности первого и второго магниторезистивных элементов в плоскости подложки, направлены по существу в противоположных направлениях и имеют одинаковую величину, так что первый магниторезистивный элемент и второй магниторезистивный элемент могут изменять свои сопротивления по существу симметрично во взаимно противоположных положительном и отрицательном направлениях в ответ на перемещение магнитного материала в первом направлении, тем самым упрощая использование изменения в сопротивлениях первого и второго магниторезистивных элементов.
[0015] Еще одним признаком настоящего изобретения является обеспечение электрической цепи (31), в которой первый магниторезистивный элемент (23) и второй магниторезистивный элемент (24) соединены последовательно, и предопределенное напряжение приложено между противоположными концами соединенных первого и второго магниторезистивных элементов для вывода напряжения в точке соединения между первым магниторезистивным элементом и вторым магниторезистивным элементом.
[0016] В соответствии с этой конфигурацией, так как первый магниторезистивный элемент и второй магниторезистивный элемент соединены по полумостовой схеме, может быть получено большое выходное напряжение.
[0017] Еще одним признаком настоящего изобретения является то, что магнитный датчик дополнительно имеет третий магниторезистивный элемент (23-2) и четвертый магниторезистивный элемент (24-2), обеспеченные в положениях, простирающихся во втором направлении от первого магниторезистивного элемента (23-1) и второго магниторезистивного элемента (24-1) в плоскости положки, причем третий и четвертый магниторезистивные элементы сформированы соответствующими ферромагнитными тонкопленочными магниторезистивными элементами и имеют линейные сегменты, которые продолжаются по существу вдоль второго направления в плоскости подложки и которые обращены друг к другу, и третий и четвертый магниторезистивные элементы имеют сопротивления, которые изменяются в ответ на изменение в магнитном поле, направленном в направлении, ортогональном к второму направлению в плоскости подложки;
устройство обнаружения магнитного материала сконфигурировано так, что магнитные силовые линии, формируемые первым и вторым магнитами, проходят через плоскость подложки таким образом, чтобы быть перпендикулярными к плоскости подложки в центральном положении между третьим магниторезистивным элементом и четвертым магниторезистивным элементом, так что магнитное поле смещения, приложенное в упомянутом направлении к третьему магниторезистивному элементу становится по существу противоположным по направлению к магнитному полю смещения, приложенному в упомянутом направлении к четвертому магниторезистивному элементу, и магнитное поле смещения, приложенное в упомянутом направлении к третьему магниторезистивному элементу, становится таким же по направлению, что и магнитное поле смещения, приложенное в упомянутом направлении к первому магниторезистивному элементу; и устройство обнаружения магнитного материала дополнительно содержит электрическую цепь (32), в которой вывод первого магниторезистивного элемента, расположенного по направлению к третьему магниторезистивному элементу, соединен с выводом четвертого магниторезистивного элемента, расположенного по направлению к второму магниторезистивному элементу, вывод второго магниторезистивного элемента, расположенного по направлению к четвертому магниторезистивному элементу, соединен с выводом третьего магниторезистивного элемента, расположенного в направлении к первому магниторезистивному элементу, вывод первого магниторезистивного элемента, расположенного противоположно третьему магниторезистивному элементу, соединен с выводом второго магниторезистивного элемента, расположенного противоположно четвертому магниторезистивному элементу, вывод третьего магниторезистивного элемента, расположенного противоположно первому магниторезистивному элементу, соединен с выводом четвертого магниторезистивного элемента, расположенного противоположно второму магниторезистивному элементу, и предопределенное напряжение приложено между точкой соединения между первым магниторезистивным элементом и вторым магниторезистивным элементом и точкой соединения между третьим магниторезистивным элементом и четвертым магниторезистивным элементом для вывода дифференциального напряжения между напряжением в точке соединения между первым магниторезистивным элементом и четвертым магниторезистивным элементом и напряжением в точке соединения между вторым магниторезистивным элементом и третьим магниторезистивным элементом.
[0018] В соответствии с этой конфигурацией, поскольку первый магниторезистивный элемент, второй магниторезистивный элемент, третий магниторезистивный элемент и четвертый магниторезистивный элемент соединены по полномостовой схеме, выходное напряжение может быть в два раза больше, чем в случае вышеупомянутого полумостового соединения. Кроме того, электрическая цепь выводит дифференциальное напряжение между напряжением в точке соединения между первым магниторезистивным элементом и четвертым магниторезистивным элементом и напряжением в точке соединения между вторым магниторезистивным элементом и третьим магниторезистивным элементом, причем, даже если шумы содержатся, соответственно, в магнитном поле смещения, которое вызывает изменение в сопротивлениях первого магниторезистивного элемента и третьего магниторезистивного элемента, и в магнитном поле смещения, которое вызывает изменение в сопротивлениях второго магниторезистивного элемента и четвертого магниторезистивного элемента, изменения в сопротивлениях, вызванные этими шумами, компенсируют друг друга, тем самым улучшая отношение сигнал/шум (S/N) выходного напряжения.
[0019] Еще одним признаком настоящего изобретения является то, что магнитный датчик дополнительно имеет третий магниторезистивный элемент (23-2) и четвертый магниторезистивный элемент (24-2), обеспеченные в положениях, простирающихся во втором направлении от первого магниторезистивного элемента (23-1) и второго магниторезистивного элемента (24-1) в плоскости подложки, причем третий и четвертый магниторезистивные элементы сформированы соответствующими ферромагнитными тонкопленочными магниторезистивными элементами и имеют линейные сегменты, которые продолжаются по существу вдоль второго направления в плоскости подложки и которые обращены друг к другу, и третий и четвертый магниторезистивные элементы имеют сопротивления, которые изменяются в ответ на изменение в магнитном поле, направленном в направлении, ортогональном к второму направлению в плоскости подложки; устройство обнаружения магнитного материала сконфигурировано так, что магнитные силовые линии, сформированные первым и вторым магнитами, проходят через плоскость подложки таким образом, чтобы быть перпендикулярными к плоскости подложки в центральном положении между третьим магниторезистивным элементом и четвертым магниторезистивным элементом, так что магнитное поле смещения, приложенное в упомянутом направлении к третьему магниторезистивному элементу, становится по существу противоположным по направлению к магнитному полю смещения, приложенному в упомянутом направлении к четвертому магниторезистивному элементу, и магнитное поле смещения, приложенное в упомянутом направлении к третьему магниторезистивному элементу, становится таким же по направлению, что и магнитное поле смещения, приложенное в упомянутом направлении к первому магниторезистивному элементу; и устройство обнаружения магнитного материала дополнительно содержит электрическую цепь (32), в которой вывод первого магниторезистивного элемента, расположенного противоположно третьему магниторезистивному элементу, соединен с выводом второго магниторезистивного элемента, расположенного противоположно четвертому магниторезистивному элементу, вывод третьего магниторезистивного элемента, расположенного противоположно первому магниторезистивному элементу, соединен с выводом четвертого магниторезистивного элемента, расположенного противоположно второму магниторезистивному элементу, вывод первого магниторезистивного элемента, расположенного в направлении к третьему магниторезистивному элементу, соединен с выводом четвертого магниторезистивного элемента, расположенного в направлении к второму магниторезистивному элементу, вывод второго магниторезистивного элемента, расположенного в направлении к четвертому магниторезистивному элементу, соединен с выводом третьего магниторезистивного элемента, расположенного в направлении к первому магниторезистивному элементу, и предопределенное напряжение приложено между точкой соединения между первым магниторезистивным элементом и четвертым магниторезистивным элементом и точкой соединения между вторым магниторезистивным элементом и третьим магниторезистивным элементом для вывода дифференциального напряжения между напряжением в точке соединения между первым магниторезистивным элементом и вторым магниторезистивным элементом и напряжением в точке соединения между третьим магниторезистивным элементом и четвертым магниторезистивным элементом.
[0020] В соответствии с этой конфигурацией, поскольку первый магниторезистивный элемент, второй магниторезистивный элемент, третий магниторезистивный элемент и четвертый магниторезистивный элемент соединены по полномостовой схеме, выходное напряжение может быть в два раза больше, чем в случае вышеупомянутого полумостового соединения. В этом случае также, электрическая цепь выводит дифференциальное напряжение между напряжением в точке соединения между первым магниторезистивным элементом и вторым магниторезистивным элементом и напряжением в точке соединения между третьим магниторезистивным элементом и четвертым магниторезистивным элементом, причем даже если шумы содержатся, соответственно, в магнитном поле смещения, которое вызывает изменение в сопротивлениях первого магниторезистивного элемента и третьего магниторезистивного элемента, и в магнитном поле смещения, которое вызывает изменение в сопротивлениях второго магниторезистивного элемента и четвертого магниторезистивного элемента, изменения в сопротивлениях, вызванные этими шумами, компенсируют друг друга, тем самым улучшая отношение S/N выходного напряжения.
[0021] Еще одним признаком настоящего изобретения является обеспечение намагничивающего устройства (40), расположенного в стороне от магнитного датчика и предназначенного для намагничивания магнитного материала, прежде чем магнитный датчик обнаружит магнитный материал.
[0022] В соответствии с этой конфигурацией, даже если магнитный материал, образованный из магнитно-твердого материала, намагничивается различным образом перед исследованием, поскольку намагничивающее устройство намагничивает магнитный материал всегда в фиксированное состояние, выходное напряжение всегда находится в фиксированном состоянии, так что присутствие магнитного материала может быть точно обнаружено.
[0023] Кроме того, настоящее изобретение может быть воплощено в способе обнаружения магнитного материала, содержащегося в перемещающемся объекте, подлежащем проверке.
Краткое описание чертежей
[0024] Фиг. 1 - схематичный продольный вид в сечении устройства обнаружения магнитного материала согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2(А) - вид в перспективе устройства обнаружения магнитного материала в разобранном виде и (В)-(D) - виды в перспективе, показывающие, как устройство обнаружения магнитного материала собирается.
Фиг. 3(А) - вид сверху, показывающий пример магниторезистивного элемента на подложке, и (В) и (С) - виды сверху, показывающие другие примеры магниторезистивных элементов на подложке.
Фиг. 4(А) - вид в перспективе подложки и магнитов для пояснения примера расположения магниторезистивных элементов на подложке и (В) - пояснительный вид для объяснения магнитных потоков, формируемых в продольных направлениях магниторезистивных элементов.
Фиг. 5 - диаграмма, показывающая электрическую схему на гибкой подложке печатной схемы.
Фиг. 6(А) - вид, показывающий расположение магниторезистивных элементов по отношению к магнитным силовым линиям между магнитами, и (В) - увеличенный пояснительный вид для пояснения состояния магнитных силовых линий, проходящих через магниторезистивные элементы, показанные на (А).
Фиг. 7 - график, показывающий характеристику изменения в сопротивлении магниторезистивного элемента в ответ на напряженность магнитного поля.
Фиг. 8 - график, показывающий характеристики изменения в сопротивлениях магниторезистивных элементов в ответ на перемещение магнитного материала.
Фиг. 9(А) - график, показывающий изменение, вдоль направления протяженности магнита, в магнитной силе в направлении протяженности магнита в случае предоставления двух магнитов и в случае предоставления одного магнита, и (В) - график, показывающий изменение, вдоль направления протяженности, в магнитной силе в плоскости, образованной направлением протяженности магнита, и направлением намагничивания магнита в случае предоставления двух магнитов и в случае предоставления одного магнита.
Фиг. 10(А) - принципиальная электрическая схема, показывающая пример расположения и соединений магниторезистивных элементов магнитного датчика, соединенных по полномостовой схеме, и (В) - принципиальная электрическая схема, показывающая другой пример расположения и соединений магниторезистивных элементов магнитного датчика, соединенных по полномостовой схеме.
Фиг. 11 - принципиальная электрическая схема магнитного датчика, который использует один магниторезистивный элемент.
Фиг. 12 - схематичный продольный вид в сечении устройства обнаружения магнитного материала согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 13(A) и (B) - пояснительные виды для пояснения изменения магнитных силовых линий, проходящих через магниторезистивные элементы, в ответ на прохождение намагниченного магнитного материала.
Фиг. 14 - график, показывающий пример характеристик изменения в сопротивлениях магниторезистивных элементов в ответ на перемещение магнитного материала во втором варианте осуществления.
Фиг. 15 - график, показывающий другой пример характеристик изменения в сопротивлениях магниторезистивных элементов в ответ на перемещение магнитного материала во втором варианте осуществления.
Фиг. 16(А)-(С) - виды, показывающие примеры расположения магнитов в намагничивающем устройстве для намагничивания магнитного материала.
Режимы выполнения изобретения
[0025] а. Первый вариант осуществления
Сначала со ссылкой на чертежи будет описано устройство обнаружения магнитного материала согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 1 представляет собой схематичный продольный вид в сечении устройства обнаружения магнитного материала. Фиг. 2(А) представляет собой вид в перспективе устройства обнаружения магнитного материала в разобранном виде, и фиг. 2(B), 2(C) и 2(D) представляют собой виды в перспективе, показывающие, каким образом собирается устройство обнаружения магнитного материала.
[0026] Объект ОВ, подлежащий проверке, который, как ожидается, содержит магнитный материал MS, перемещается прямолинейно в направлении, указанном стрелками в плоскости, которая содержит направление L перемещения (направление оси Х), и устройство обнаружения магнитного материала используется, чтобы судить о подлинности проверяемого объекта ОВ. Проверяемый объект ОВ, такой как банкноты или ценные бумаги, содержит магнитные чернила, наносимые путем печати, или полосу магнитного материала, вводимую методом изготовления бумаги. Устройство обнаружения магнитного материала расположено под плоскостью, которая содержит направление L перемещения проверяемого объекта ОВ, и обнаруживает, присутствует или нет магнитный материал MS, посредством использования изменения в магнитных силовых линиях, вызванного перемещением магнитного материала MS, содержащегося в проверяемом объекте ОВ. Хотя на чертеже не показано, проверяемый объект ОВ перемещается с использованием транспортировочных пластин, роликов и т.д.
[0027] Устройство обнаружения магнитного материала включает в себя корпус 11, магниты 12 и 13, элементы 14 фиксации магнитов, крышку 15, а также опорные элементы 21 подложек, подложки 22, ферромагнитные тонкопленочные магниторезистивные элементы 23 и 24 и гибкие подложки 25 печатных схем.
[0028] Корпус 11 является опорным элементом, который выполнен из магнитного материала (например, из нержавеющей стали, которая является магнитно-мягким материалом), имеет по существу U-образное сечение, взятое вдоль плоскости X-Z, и является удлиненным в направлении оси Y, и который открыт вверх в направлении оси Z. Магниты 12 и 13 являются постоянными магнитами, образованными ферритовыми магнитами, имеют прямоугольное поперечное сечение, взятое вдоль плоскости X-Z, являются удлиненными в направлении оси Y и намагничены противоположно друг другу в направлении оси Z. Магниты 12 и 13 имеют одинаковую форму. В этом варианте осуществления магнит 12 имеет северный полюс на верхней поверхности магнитного полюса в направлении оси Z и южный полюс на нижней поверхности магнитного полюса, в то время как магнит 13 имеет южный полюс на верхней поверхности магнитного полюса в направлении оси Z и северный полюс на нижней поверхности магнитного полюса. Корпус 11 является покрывающим элементом в настоящем изобретении и покрывает поверхности магнитных полюсов магнитов 12 и 13, расположенные противоположно ферромагнитным тонкопленочным магниторезистивным элементам 23 и 24. Корпус 11 имеет множество прямоугольных сквозных отверстий 11а, сформированных в его основании и расположенных вдоль его продольного направления.
[0029] Элементы 14 фиксации магнитов сформированы из смолы (полимера), имеют прямоугольное сечение, взятое вдоль плоскости X-Z, и являются удлиненными в направлении оси Y. Элементы 14 фиксации магнитов удерживают магниты 12 и 13 параллельно друг другу с предопределенным расстоянием в направлении оси Х между ними и имеют множество прямоугольных сквозных отверстий 14а, сформированных в центральной области по отношению к оси Х и продолжающихся сквозь них в направлении оси Z между их верхней и нижней поверхностями. Длина (высота) в направлении оси Z элементов 14 фиксации магнитов равна длине (высоте) в направлении оси Z магнитов 12 и 13, и сквозные отверстия 14а обращены к сквозным отверстиям 11а, соответственно, корпуса 11.
[0030] Крышка 15 сформирована из упругого немагнитного материала, имеющего высокую жесткость (например, нержавеющей стали), имеет, по существу, U-образное поперечное сечение, взятое вдоль плоскости X-Z, вытянута в направлении оси Y и открыта вниз в направлении оси Z. Крышка 15 закрывает магниты 12 и 13, элементы 14 фиксации магнитов, опорные элементы 21 подложек, подложки 22 и гибкие подложки 25 печатных схем, которые собраны в корпусе 11.
[0031] Корпус 11 и крышка 15 имеют одинаковую длину в направлении оси Y, и длина по оси Y магнитов 12 и 13 несколько короче, чем половина длины в направлении оси Y корпуса 11 и крышки 15. Длина в направлении оси Y элементов 14 фиксации магнитов несколько короче, чем длина магнитов 12 и 13. Как показано на фиг. 2(В), множество элементов 14 фиксации магнитов (в настоящем варианте осуществления два элемента 14 фиксации магнитов) прикреплены к внутренней нижней поверхности корпуса 11 в центральной области по отношению к направлению оси Х, продолжаясь при этом в направлении оси Y. Множество магнитов 12 и множество магнитов 13 (в настоящем варианте осуществления два магнита 12 и два магнита 13) прикреплены к соответствующим противоположным боковым поверхностям, по отношению к направлению оси Х, элементов 14 фиксации магнитов. В этом случае, нижние поверхности, по отношению к направлению оси Z, магнитов 12 и 13 прикреплены к внутренней нижней поверхности корпуса 11 и образованы зазоры между внешними боковыми поверхностями, по отношению к направлению оси Х, магнитов 12 и 13 и внутренними боковыми поверхностями, по отношению к направлению оси Х, корпуса 11, соответственно. Множество магнитов 12 приведены в контакт друг с другом в направлении оси Y, и множество магнитов 13 приведены в контакт друг с другом в направлении оси Y; однако некоторый зазор (например, зазор 0,2 мм или меньше) может существовать между ними.
[0032] Опорный элемент 21 подложки выполнен из синтетической смолы и является удлиненным в направлении оси Y. Опорный элемент 21 подложки имеет сечение в форме прямоугольного треугольника, ортогональное к направлению оси Y (сечение в плоскости X-Z), и его гипотенуза наклонена приблизительно на 45 градусов по отношению к двум другим сторонам. Длина вдоль направления оси Y опорного элемента 21 подложки по существу равна длине, полученной делением длины вдоль направления оси Y одного элемента 14 фиксации магнита, на число сквозных отверстий 14а, и подготавливается множество (в данном варианте осуществления равное удвоенному числу сквозных отверстий 14а одного элемента 14 фиксации магнита, то есть 14) опорных элементов 21 подложек. Множество опорных элементов 21 подложек расположены на верхней поверхности магнита 12 и на верхней поверхности элемента 14 фиксации магнита в направлении к магниту 12, в ряд с их продольным направлением, выровненным с направлением оси Y в положениях вдоль направления оси Y сквозных отверстий 14а элемента 14 фиксации магнита, и закреплены своими нижними поверхностями на верхних поверхностях. Поэтому наклонная поверхность опорного элемента 21 подложки образует угол приблизительно 45 градусов по отношению к плоскости X-Y; т.е. верхним поверхностям магнитов 12 и 13. Угол наклонной поверхности опорного элемента 21 подложки и верхней поверхности подложки 22 по отношению к плоскости X-Y; т.е. верхним поверхностям магнитов 12 и 13 не обязательно равен приблизительно 45 градусов, но может быть в пределах от 10 градусов до 65 градусов.
[0033] Подложка 22 выполнена из немагнитного материала в форме плоской пластины, имеющей по существу тот же размер, что и размер наклонной поверхности опорного элемента 21 подложки, и прикреплена задней поверхностью к наклонной поверхности опорного элемента 21 подложки. Число подложек 22 равно числу опорных элементов 21 подложек. По меньшей мере верхняя поверхность подложки 22 является плоской и формирует угол приблизительно 45 градусов по отношению к плоскости X-Y. Ферромагнитные тонкопленочные магниторезистивные элементы 23 и 24 являются магниторезистивными элементами (например, AMR элементами), которые сформированы из ферромагнитного магниторезистивного материала в форме тонких пленок на верхней поверхности подложки 22 путем распыления или подобного процесса. В нижеследующем описании, для простоты, ферромагнитные тонкопленочные магниторезистивные элементы 23 и 24 называются просто магниторезистивными элементами 23, 24. Магниторезистивные элементы 23 и 24 имеет соответствующие линейные сегменты, продолжающиеся по существу прямолинейно в направлении оси Y, и сформированы параллельно с направлением оси Y на верхней поверхности подложки 22, причем линейные сегменты обращены друг к другу. Магниторезистивные элементы 23 и 24 изменяют свои сопротивления между своими противоположными концами вдоль своего направления протяженности (направления оси Y) в соответствии с напряженностью магнитного поля (магнитной силой) в плоскости, ортогональной к направлению оси Y, на верхней плоскости подложки 22.
[0034] В соответствии с приведенным выше описанием, магниторезистивные элементы 23, 24 имеют соответствующие линейные сегменты, которые продолжаются прямолинейно, по существу, в направлении оси Y; однако направления протяженности магниторезистивных элементов 23 и 24, т.е. линейных сегментов магниторезистивных элементов 23, 24, обеспечены на верхней поверхности (плоскости) подложки 22 таким образом, чтобы быть наклоненными под предопределенным углом по отношению к направлению оси Y. Предопределенный угол находится в диапазоне от 1 градуса до 45 градусов.
[0035] Этот признак будет описан более конкретно; как показано на фиг. 3(А), магниторезистивные элементы 23 и 24 имеют, например, два линейных субсегмента 23а и 23b и два линейных субсегмента 24а и 24b, соответственно, сформированные путем разделения соответствующих линейных сегментов, продолжающихся, по существу, в направлении оси Y; и линейные субсегменты 23а, 23b, 24a и 24b обеспечены на верхней поверхности подложки 22 таким образом, чтобы быть наклоненными по отношению к направлению оси Y. В этом варианте осуществления, линейные субсегменты 23а, 23b повышаются на их показанных правых концах, и линейные субсегменты 24а, 24b опускаются на их показанных правых концах; однако линейные субсегменты 23а, 23b, 24a и 24b могут быть наклонены в любом направлении, если линейные субсегменты 23а и 23b наклонены в одном и том же направлении, и линейные субсегменты 24a и 24b наклонены в одном и том же направлении. Одни концы линейных субсегментов 23а и 24а соединены, соответственно, с выводами 27а и 27b, обеспеченными на подложке 22, через проводники 26a и 26b. Другой конец линейного субсегмента 23а соединен посредством проводника 26d с другим концом линейного субсегмента 23b; другой конец линейного субсегмента 24а соединен посредством проводника 26е с одним концом линейного субсегмента 24b; другие концы линейных субсегментов 23b и 24b соединены друг с другом посредством проводника 26f; и, таким образом, магниторезистивный элемент 23, состоящий из линейных субсегментов 23а и 23b, и магниторезистивный элемент 24, состоящий из линейных субсегментов 24a и 24b, соединены последовательно. Точка соединения между магниторезистивными элементами 23 и 24, т.е. точка соединения между линейными субсегментами 23b и 24b, соединена с выводом 27с через проводник 26с. Проводники 26а-26f сформированы на верхней поверхности подложки 22 из электропроводного материала (немагнитного материала) путем напыления или подобного процесса. Выводы 27a и 27b предназначены для приложения напряжения (+Vb, GND) между магниторезистивными элементами 23 и 24, соединенными последовательно, и вывод 27с предназначен для вывода в качестве выходного напряжения Vout напряжения между магниторезистивными элементами 23 и 24. Два магниторезистивных элемента 23 и 24 (линейные субсегменты 23а, 23b, 24а и 24b) и проводники 26а-26f образуют один магнитный датчик согласно настоящему изобретению.
[0036] В настоящем варианте осуществления каждый из линейных субсегментов магниторезистивных элементов 23 и 24 разделен на два субсегмента; однако каждый из линейных сегментов может быть разделен на три или более субсегментов. Но и в этом случае множество линейных субсегментов, сформированных путем разделения линейного сегмента магниторезистивного элемента 23, наклонены в одном и том же направлении, и множество линейных субсегментов, сформированных путем разделения линейного сегмента магниторезистивного элемента 24, наклонены в одном и том же направлении. Кроме того, как показано на фиг. 3(В), каждый из линейных сегментов магниторезистивных элементов 23 и 24 может быть неразделенным и иметь форму одного линейного сегмента, обеспеченного на верхней поверхности подложки 22 таким образом, чтобы быть наклоненным по отношению к направлению оси Y. В этом случае одни концы линейных сегментов магниторезистивных элементов 23 и 24 соединены с выводами 27a и 27b, предусмотренными на подложке 22, через проводники 26а и 26b, соответственно, как в вышеописанном случае. Другие концы линейных сегментов магниторезистивных элементов 23 и 24 соединены друг с другом через проводник 26f, тем самым соединяя магниторезистивные элементы 23 и 24 последовательно; и точка соединения между магниторезистивными элементами 23 и 24 через проводник 26c соединена с выводом 27с, предусмотренным на подложке 22. В этом случае два магниторезистивных элемента 23 и 24 и проводники 26а-26c и 26f образуют один магнитный датчик в соответствии с настоящим изобретением.
[0037] Кроме того, как показано на фиг. 3(С), участок, продолжающийся в направлении оси Y каждого из магниторезистивных элементов 23 и 24, может быть сложенным так, что каждый из магниторезистивных элементов 23 и 24 имеет два линейных сегмента. В этом случае магниторезистивный элемент 23 состоит из пары линейных сегментов 23А и 23В; линейный сегмент 23А состоит из линейных субсегментов 23a и 23b, как в вышеописанном случае; и линейный сегмент 23B состоит из линейных субсегментов 23c и 23d. Линейные субсегменты 23с и 23d и линейные субсегменты 23а и 23b обеспечены на верхней поверхности подложки 22, так что линейные субсегменты 23с и 23d обращены к линейным субсегментам 23а и 23b и параллельны им, соответственно. Магниторезистивный элемент 24 состоит из пары линейных сегментов 24А и 24В; линейный сегмент 24А состоит из линейных субсегментов 24a и 24b, как в вышеописанном случае; и линейный сегмент 24B состоит из линейных субсегментов 24c и 24d. Линейные субсегменты 24с и 24d и линейные субсегменты 24а и 24b обеспечены на верхней поверхности подложки 22, так что линейные субсегменты 24с и 24d обращены к линейным субсегментам 24а и 24b и параллельны им, соответственно.
[0038] Другой конец линейного субсегмента 23с соединен через проводник 26g с одним концом линейного субсегмента 23d, и другие концы линейных субсегментов 23b и 23d соединены друг с другом через проводник 26h, при этом линейные субсегменты 23а и 23b и линейные субсегменты 23с и 23d соединены последовательно в свернутом виде. Другой конец линейного субсегмента 24с соединен через проводник 26i с одним концом линейного субсегмента 2d, и другие концы линейных субсегментов 24b и 24d соединены друг с другом через проводник 26j, при этом линейные субсегменты 24а и 24b и линейные субсегменты 24с и 24d соединены последовательно в свернутом виде. В этом случае один конец линейного субсегмента 23а магниторезистивного элемента 23 и один конец линейного субсегмента 24а магниторезистивного элемента 24 соединены с выводами 27а и 27b, обеспеченными на подложке 22, через проводники 26а и 26b, соответственно, как в вышеописанном случае. Один конец линейного субсегмента 23с магниторезистивного элемента 23 и один конец линейного субсегмента 24с магниторезистивного элемента 24 соединены друг с другом чрез проводник 26k, при этом магниторезистивные элементы 23 и 24 соединены последовательно; и точка соединения между магниторезистивными элементами 23 и 24 соединена с выводом 27с, обеспеченным на подложке 22, через проводник 26с. В этом случае два магниторезистивных элемента 23 и 24 (линейные сегменты 23А, 23В, 24А и 24B) и проводники 26а-26е и 26g-26k образуют один магнитный датчик в соответствии с настоящим изобретением.
[0039] Далее описывается причина того, почему направления протяженности магниторезистивных элементов 23, 24 (линейных сегментов магниторезистивных элементов 23, 24) наклонены по отношению к направлению оси Y на верхней поверхности (плоскости) подложки 22. Для того чтобы, в ответ на магнитное поле, стабильно изменять сопротивления магниторезистивных элементов 23 и 24, т.е. ферромагнитных тонкопленочных магниторезистивных элементов, образованных из AMR, магнитная сила в фиксированном направлении должна быть приложена в продольном направлении магниторезистивных элементов 23, 24, то есть в направлении легкого намагничивания. Другими словами, в случае, когда магниторезистивные элементы 23 и 24 вытянуты в направлении оси Y, магнитные силовые линии, сформированные магнитами 12 и 13, проходят в основном в плоскости X-Z; таким образом, магнитная сила не формируется в магниторезистивных элементах 23 и 24, и работа магниторезистивных элементов 23 и 24 является нестабильной. Таким образом, в этом варианте осуществления, направления протяженности магниторезистивных элементов 23 и 24 наклонены на предопределенный угол по отношению к направлению оси Y на верхней поверхности подложки 22, чтобы стабилизировать работу магниторезистивных элементов 23 и 24.
[0040] Этот конструктивный признак будет описан с помощью подложки 22, имеющей магниторезистивные элементы 23 и 24, сконфигурированные, как показано на фиг. 3(A); в состоянии, в котором подложка 22 закреплена на опорном элементе 21 подложки, показанном на фиг. 1, как показано на фиг. 4(А), верхняя поверхность подложки 22 наклонена примерно на 45 градусов (угол в диапазоне от 10 до 65 градусов) по отношению к верхним поверхностям магнитов 12 и 13, то есть плоскости X-Y. Таким образом, как показано на фиг. 4(В), возникает разница между расстояниями (расстояниями в направлении оси Z) от верхних поверхностей магнитов 112 и 13 до противоположных концов линейных субсегментов 23а, 23b, 24a и 24b магниторезистивных элементов 23 и 24. Таким образом, магнитная сила Hza, приложенная к тем концам линейных субсегментов 23а, 23b, 24a и 24b, которые расположены ближе к верхним поверхностям магнитов 12 и 13, больше, чем магнитная сила Hzb, приложенная к тем концам линейных субсегментов 23а, 23b, 24a и 24b, которые расположены дальше от верхних поверхностей магнитов 12 и 13 (Hza>Hzb). Эта разность Hza-Hzb между магнитными силами Hza и Hzb создает магнитный поток в линейных субсегментах 23а, 23b, 24a и 24b магниторезистивных элементов 23 и 24 в проиллюстрированных направлениях. Посредством увеличения разности Hza-Hzb магнитных сил до некоторой степени, магниторезистивные элементы 23 и 24 стабилизируются. Таким образом, линейные субсегменты 23а, 23b, 24а и 24b магниторезистивных элементов 23 и 24 наклонены на некоторый угол по отношению к направлению оси Y для обеспечения стабилизации. Это также применимо для вышеописанных различным образом модифицированных магниторезистивных элементов 23 и 24.
[0041] Гибкая подложка 25 печатной схемы является тонкой, гибкой подложкой печатной схемы, содержащей расположенные на ней компоненты электрической схемы и предназначенной для использования в электрическом монтаже, подготавливается в количестве по числу опорных элементов 21 подложек и подложек 22 (в настоящем варианте осуществления, 14 штук) и электрически соединяется и прикрепляется к подложке 22. При сборке опорных элементов 21 подложек, подложек 22 и гибких подложек 25 печатных схем, как показано на фиг. 2(B), подложки 22 закрепляются на опорных элементах 21 подложек, и гибкие подложки 25 печатных схем закрепляются на соответствующих подложках 22. магниторезистивные элементы 23 и 24 и проводники 26а-26f предварительно формируют на подложках 22 путем напыления или аналогичного процесса. Сборки из опорного элемента 21 подложки, подложки 22 и гибкой подложки 25 печатной схемы размещаются на магнитах 12 и на элементах 14 фиксации магнитов, так что нижние поверхности опорных элементов 21 подложек прочно прикрепляются к верхним поверхностям магнитов 12 и к верхним поверхностям элементов 14 фиксации магнитов, расположенных в направлении к магнитам 12; затем нижние концевые части гибких подложек 25 печатных схем вставляются сверху вниз через сквозные отверстия 14а элементов 14 фиксации магнитов и сквозные отверстия 11а корпуса 11, соответственно (состояние, показанное на фиг. 2(С)). Затем, крышка 15 устанавливается сверху на корпус 11 (состояние, показанное на фиг. 2(D)). Крышка 15 упруго фиксируется на корпусе 11.
[0042] Электрический монтаж выполняется на гибкой подложке 25 печатной схемы, тем самым формируя электрическую схему, включающую в себя полумостовую схему магниторезистивных элементов 23 и 24. Как показано на фиг. 5, электрическая схема обеспечивает то, что напряжение постоянного тока (DC) +Vb прикладывается к выводам 27а множества подложек 22; выводы 27b заземлены (GND); и усилители 31 соединены с выводами 27c, соответственно. Таким образом, DC напряжение +Vb прикладывается между магниторезистивными элементами 23 и 24, соединенными последовательно, и выходное напряжение Vout выводится через усилитель 31. Эти схемы могут быть обеспечены на схемных устройствах, соединенных с гибкими подложками 25 печатных схем, а не на гибких подложках 25 печатных схем.
[0043] Далее будет подробно описано взаимное расположение магнитов 12 и 13 и магниторезистивных элементов 23 и 24. В состоянии, в котором проверяемый объект ОВ (магнитный материал MS), отсутствует, магнитные силовые линии, направленные от магнита 12 к магниту 13, предполагают эллиптическую форму в плоскости X-Z, как показано стрелками на фиг. 6(А) и (В). На траектории магнитных силовых линий находится плоскость, которая содержит направление L перемещения проверяемого объекта ОВ, и магниторезистивные элементы 23 и 24 на подложке 22 расположены между этой плоскостью и магнитом 12. В этом случае, магниты 12 и 13 и подложка 22, имеющая магниторезистивные элементы 23 и 24, сформированные на ней, расположены так, что в плоскости X-Z, магнитная силовая линия перпендикулярна плоскости, которая содержит магниторезистивные элементы 23 и 24, то есть верхней поверхности подложки 22, в центральном положении Ро между магниторезистивным элементом 23 и магниторезистивным элементом 24 Po (положении, в котором расстояние до магниторезистивного элемента 23 и расстояние до магниторезистивного элемента 24 равны друг другу) на прямой линии, которая соединяет магниторезистивный элемент 23 и магниторезистивный элемент 24. Поэтому в плоскости X-Z направление магнитной силовой линии, проходящей через магниторезистивный элемент 23 (вектор Н1 магнитной силовой линии) и направление магнитной силовой линии, проходящей через магниторезистивный элемент 24 (вектор Н2 магнитной силовой линии) наклонены по существу симметрично наружу по отношению к магнитной силовой линии, проходящей через центральное положение Po (вектор Но магнитной силовой линии). Другими словами, вектора Н1 и Н2 магнитных силовых линий наклонены в противоположных направлениях по отношению к плоскости, которая параллельна направлению оси Y и ортогональна верхней поверхности подложки 22. Так как расстояние между магниторезистивными элементами 23 и 24 мало, то вектора Н1 и Н2 магнитных силовых линий имеют по существу одинаковую величину.
[0044] Кроме того, если вектора Н1 и Н2 магнитных силовых линий разложить на горизонтальные компоненты H1x и Н2х и вертикальные компоненты H1y и H2y, соответственно, параллельные и перпендикулярные верхней поверхности подложки 22, горизонтальные компоненты H1x и Н2х направлены противоположно друг другу и имеют по существу одинаковую величину. Вертикальные компоненты H1y и H2y направлены в том же самом направлении и имеют по существу одинаковую величину.
[0045] Далее будет описана характеристика ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента (анизотропного магниторезистивного элемента), используемого для формирования магниторезистивных элементов 23 и 24, относительно изменения в сопротивлении по отношению к магнитному полю. Как показано на фиг. 7, сопротивление между противоположными концами, вдоль направления протяженности, ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента, максимизируется, когда напряженность магнитного поля в направлении, ортогональном к направлению протяженности ферромагнитного тонкопленочного магниторезистивного элемента в плоскости, где присутствует тонкая пленка, равна "0", уменьшается, когда абсолютное значение напряженности магнитного поля увеличивается, и становится, по существу, постоянной, когда напряженность магнитного поля достигает напряженности магнитного поля насыщения. В частности, в настоящем варианте осуществления, сопротивление максимизируется, когда горизонтальные компоненты H1x и Н2х равны "0", постепенно уменьшается, по мере того как горизонтальные компоненты H1x и Н2х увеличиваются, и становится, по существу, постоянным, когда горизонтальные компоненты H1x и Н2х увеличиваются и достигают напряженности насыщенного магнитного поля.
[0046] Поэтому, предпочтительно, магниты 12 и 13 прикладывают магнитные поля смещения к магниторезистивным элементам 23 и 24, так что, в ответ на прохождение проверяемого объекта ОВ (магнитного материала MS), сопротивления магниторезистивных элементов 23 и 24 изменяются в значительной степени, не переходя в насыщение. Таким образом, в состоянии, в котором проверяемый объект ОВ (магнитный материал MS) отсутствует, горизонтальные компоненты H1x и Н2х, при которых сопротивления магниторезистивных элементов 23 и 24 предполагают среднее значение (центральное значение) максимальных сопротивлений, предполагаемых магниторезистивными элементами 23 и 24 в ходе изменения магнитного поля, и сопротивления, предполагаемые магниторезистивными элементами 23 и 24 во время приложения насыщенного магнитного поля, устанавливаются как магнитные поля смещения. В этом случае, как описано выше, в состоянии, в котором проверяемый объект ОВ (магнитный материал MS), отсутствует, горизонтальные компоненты H1x и Н2х направлены противоположно друг другу и имеют, по существу, одинаковую величину; таким образом, напряженность магнитного поля магнитов 12 и 13, расстояния между магнитами 12 и 13 и магниторезистивными элементами 23 и 24 и т.д. устанавливаются таким образом, что, как показано на фиг. 7, горизонтальные компоненты H1x и Н2х становятся, соответственно, магнитными полями смещения +Hb и -Hb. На фиг. 7 опорное сопротивление Rb указывает сопротивления магниторезистивных элементов 23 и 24 в состоянии, в котором магнитные поля смещения +Hb и -Hb приложены как горизонтальные компоненты H1x и Н2х к магниторезистивным элементам 23 и 24. Опорное сопротивление Rb, по существу, равно среднему значению максимальных сопротивлений, предполагаемых магниторезистивными элементами 23 и 24 в ходе изменения магнитного поля, и сопротивлений, предполагаемых магниторезистивными элементами 23 и 24 во время приложения насыщенного магнитного поля.
[0047] Таким образом, в состоянии, когда магнитное поле смещения +Hb прикладывается к магниторезистивному элементу 23, сопротивление магниторезистивного элемента 23 постепенно уменьшается от опорного сопротивления Rb, в то время как абсолютное значение |H1x| горизонтальной компоненты H1x увеличивается по отношению к магнитному полю смещения +Hb (увеличение в положительном направлении, соответствующем направлению вверх вправо на фиг. 6(В)), и постепенно увеличивается от опорного сопротивления Rb, в то время как абсолютное значение |H1x| горизонтальной компоненты H1x уменьшается (уменьшение в положительном направлении, соответствующем направлению вверх вправо на фиг. 6(В)). Сопротивление магниторезистивного элемента 24 постепенно уменьшается от опорного сопротивления Rb, в то время как абсолютное значение |H2x| горизонтальной компоненты H2x увеличивается по отношению к магнитному полю смещения -Hb (увеличение в отрицательном направлении, соответствующем направлению вниз влево на фиг. 6(В)), и постепенно увеличивается от опорного сопротивления Rb, в то время как абсолютное значение |H2x| горизонтальной компоненты H2x уменьшается (уменьшение в отрицательном направлении, соответствующем направлению вниз влево на фиг. 6(В)). В особенности, как будет описано ниже, настоящий вариант осуществления не связан с тем явлением, что когда магнитное поле изменяется в ответ на перемещение магнитного материала MS, горизонтальная компонента Н1х магнитного поля, проходящего через магниторезистивный элемент 23, становится отрицательной, а горизонтальная компонента Н2х магнитного поля, проходящего через магниторезистивный элемент 24, становится положительной.
[0048] Далее будет описана работа сконфигурированного таким образом устройства обнаружения магнитного материала в соответствии с первым вариантом осуществления. Как показано на фиг. 1, проверяемый объект ОВ, который имеет магнитный материал MS, перемещается в направлении L перемещения над устройством обнаружения магнитного материала. Магнитный материал MS вытянут по своей длине в направлении оси Y в проверяемом объекте ОВ. В состоянии, в котором магнитный материал MS расположен далеко от магниторезистивных элементов 23 и 24, поскольку магнитное поле, создаваемое магнитами 12 и 13 и проходящее через магниторезистивные элементы 23 и 24, не подвергается влиянию магнитного материала MS, горизонтальные компоненты H1x и Н2х векторов Н1 и Н2 магнитных силовых линий в магниторезистивных элементах 23 и 24 удерживаются на значениях магнитных полей смещения +Hb и -Hb, соответственно, и сопротивления между противоположными концами магниторезистивных элементов 23 и 24 удерживаются на опорном сопротивлении Rb. Когда магнитный материал MS приближается к магниторезистивным элементам 23 и 24, магнитное поле, создаваемое магнитами 12 и 13 и проходящее через магниторезистивные элементы 23 и 24, начинает подвергаться влиянию магнитного материала MS; соответственно, горизонтальные компоненты H1x и Н2х векторов Н1 и Н2 магнитных силовых линий в магниторезистивных элементах 23 и 24 изменяются, при этом сопротивления между противоположными концами магниторезистивных элементов 23 и 24 начинают изменяться.
[0049] Сначала будет описано изменение в сопротивлении магниторезистивного элемента 23; как показано на фиг.8, в состоянии, в котором магнитный материал MS присутствует вблизи магниторезистивного элемента 23, когда магнитный материал MS расположен в положении Ао, где вектор Н1 магнитной силовой линии является тем же, что и в состоянии, в котором магнитный материал MS отсутствует, горизонтальная компонента вектора H1x магнитной силовой линии, проходящего через магниторезистивный элемент 23, является магнитным полем смещения Hb, и сопротивление магниторезистивного элемента 23 является опорным сопротивлением Rb. Когда магнитный материал MS перемещается вправо из положения Ао в направлении L перемещения, магнитные силовые линии вытягиваются вправо под действием магнитного материала MS; соответственно, горизонтальная компонента H1x вектора Н1 магнитных силовых линий, проходящего через магниторезистивный элемент 23, становится больше, чем магнитное поле смещения Hb, и сопротивление магниторезистивного элемента 23 постепенно уменьшается от значения опорного сопротивления Rb. В положении А1 магнитного материала MS горизонтальная компонента Н1х максимальна, и сопротивление магниторезистивного элемента 23 минимально. Однако, когда магнитный материал MS перемещается дальше вправо из положения A1, магнитные силовые линии вытягиваются дальше вправо; таким образом, магнитные силовые линии, проходящие через магниторезистивный элемент 23, уменьшаются, так что горизонтальная компонента H1x начинает уменьшаться, сопротивление магниторезистивного элемента 23 постепенно увеличивается, чтобы стать равным опорному сопротивлению Rb. Затем, когда магнитный материал MS перемещается еще больше вправо и теряет влияние на магнитное поле, горизонтальная компонента H1x вектора Н1 магнитных силовых линий, проходящего через магниторезистивный элемент 23, возвращается к магнитному полю смещения +Hb, и сопротивление магниторезистивного элемента 23 возвращается к опорному сопротивлению Rb.
[0050] С другой стороны, в состоянии, в котором магнитный материал MS расположен слева и вблизи положения Ао, как результат влияния магнитного материала MS, вытягивающего магнитные силовые линии, вектор Н1 магнитных силовых линий, проходящий через магниторезистивный элемент 23, наклоняется влево; горизонтальная компонента H1x становится меньше, чем магнитное поле смещения +Hb, и сопротивление магниторезистивного элемента 23 становится больше, чем опорное сопротивление Rb. Однако в этом случае, по сравнению со случаем, в котором магнитный материал MS расположен справа от положения Ао, так как магнитный материал MS расположен дальше от магниторезистивного элемента 23, изменение в сопротивлении магниторезистивного элемента 23 мало. Когда магнитный материал MS перемещается дальше влево, вектор Н1 магнитных силовых линий приближается к таковому в состоянии, в котором магнитный материал MS отсутствует; горизонтальная компонента H1x начинает увеличиваться; и сопротивление магниторезистивного элемента 23 постепенно уменьшается, чтобы стать равным опорному сопротивлению Rb. Затем, когда магнитный материал MS перемещается еще больше влево и теряет влияние на магнитное поле, горизонтальная компонента H1x вектора Н1 магнитных силовых линий, проходящего через магниторезистивный элемент 23, возвращается к магнитному полю смещения +Hb, и сопротивление магниторезистивного элемента 23 возвращается к опорному сопротивлению Rb. Сопротивление магниторезистивного элемента 23 изменяется в ответ на положение магнитного материала MS вдоль направления L перемещения, как показано сплошной линией на графике на фиг. 8.
[0051] Что касается магниторезистивного элемента 24, когда магнитный материал MS расположен в положении А3, в котором вектор Н2 магнитных силовых линий является тем же, что и в состоянии, в котором магнитный материал MS отсутствует, горизонтальная компонента Н2х вектора H2 магнитных силовых линий, проходящего через магниторезистивный элемент 24, является магнитным полем смещения -Hb, и сопротивление магниторезистивного элемента 24 является опорным сопротивлением Rb. В этом случае вектор Н2 магнитных силовых линий находится в симметричном соотношении с вектором Н1 магнитных силовых линий по отношению к вектору Ho магнитных силовых линий, проходящему через центральное положение между магниторезистивными элементами 23 и 24 перпендикулярно к верхней поверхности подложки 22; и горизонтальная компонента Н2х вектора H2 магнитных силовых линий противоположна горизонтальной компоненте H1x по отношению к положительному и отрицательному направлениям, чтобы стать магнитным полем смещения -Hb. Поэтому сопротивление магниторезистивного элемента 24 изменяется в зависимости от положения магнитного материала MS в направлении L перемещения, так что изменение сопротивления магниторезистивного элемента 24, по существу, инвертировано по отношению к опорному сопротивлению Rb, как представлено пунктирной линией на фиг. 8. Различие между положением Ао и положением А3 следует из различия по положению между магниторезистивными элементами 23 и 24 на верхней поверхности подложки 22; и, поскольку расстояние между магниторезистивными элементами 23 и 24 мало, то расстояние между положениями Ао и A3 является малым.
[0052] Таким образом, при перемещении в направлении L перемещения проверяемого объекта OB, содержащего магнитный материал MS, сопротивления магниторезистивных элементов 23 и 24 изменяются, как показано на графике на фиг. 8. Между тем, магниторезистивные элементы 23 и 24, как показано на электрической схеме на фиг. 5, соединены последовательно, и DC напряжение (+Vb, GND) приложено к противоположным концам соединенных магниторезистивных элементов 23 и 24. Напряжение в точке соединения между магниторезистивными элементами 23 и 24 выводится в качестве выходного напряжения Vout через усилитель 31. Таким образом, выходное напряжение Vout соответствует разности между изменениями сопротивлений магниторезистивных элементов 23 и 24 (разности между графиком, показанным сплошной линией, и графиком, показанным пунктирной линией, на фиг. 8). В результате, выходное напряжение Vout соответствует удвоенному значению изменения сопротивления магниторезистивного элемента 23 (или магниторезистивного элемента 24). В приведенном выше описании, был описан только один магнитный датчик, составленный из магниторезистивных элементов 23 и 24; однако в случае множества магнитных датчиков, составленных из множества пар, каждая из которых состоит из магниторезистивных элементов 23 и 24, выходное напряжение Vout аналогичным образом выводится из каждого из усилителей 31. В результате, магнитный материал MS, вытянутый в направлении оси Y и предусмотренный в проверяемом объекте ОВ, может быть обнаружен посредством выходных напряжений Vout.
[0053] В устройстве обнаружения магнитного материала, которое сконфигурировано и работает, как описано выше, два магнита 12 и 13 выполнены в линейной форме и расположены таким образом, чтобы продолжаться в направлении оси Y параллельно друг другу, и намагничиваются противоположно друг другу в направлении оси Z. Таким образом, магнитные силовые линии между магнитами 12 и 13 формируются в эллиптической форме в плоскости X-Z, и даже если есть некоторая погрешность в формах, в частности, формах поверхностей магнитных полюсов магнитов 12 и 13, магнитные силовые линии стабилизированы по направлению, и магнитные силовые линии, проходящие через магниторезистивные элементы 23 и 24, всегда постоянны по направлению. В результате, магнитные поля смещения +Hb и -Hb, приложенные к магниторезистивным элементам 23 и 24, соответственно, стабилизированы и не флуктуируют; таким образом, изменение сопротивлений магниторезистивных элементов 23 и 24 в зависимости от перемещения магнитного материала MS может быть стабилизировано, за счет чего магнитный материал MS может быть обнаружен с высокой точностью. Кроме того, путем регулировки расстояния между магнитами 12 и 13 можно изменять форму траекторий магнитной силы различным образом, тем самым упрощая установку магнитных полей смещения +Hb и -Hb для магниторезистивных элементов 23 и 24.
[0054] Кроме того, было установлено, что посредством предоставления двух магнитов 12 и 13 можно стабилизировать магнитную силу в направлении оси Y и магнитную силу в плоскости X-Z в направлении оси Y. На фиг. 9(A) и 9(B) представлены графики, показывающие изменение вдоль направления оси Y магнитной силы в направлении оси Y и магнитной силы в плоскости X-Z сплошными линиями в случае предоставления двух магнитов 12, 13, и пунктирными линиями в случае предоставления только одного магнита, как описано в разделе, относящемся к предшествующему уровню техники. Как можно понять из графиков на фиг. 9(А) и 9(В), по сравнению со случаем предоставления только одного магнита, в случае предоставления двух магнитов 12 и 13 магнитная сила в направлении оси Y и магнитная сила в плоскости X-Z стабилизированы вдоль направления оси Y в широких диапазонах, соответственно. В результате, за счет предоставления двух магнитов 12 и 13, как в вышеописанном первом варианте осуществления, изменение в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23 и 24; т.е. существование магнитного материала MS может быть точно обнаружено в широком диапазоне вдоль направления протяженности удлиненных магнитов 12 и 13.
[0055] В первом варианте осуществления, описанном выше, направления протяженности магниторезистивных элементов 23 и 24 или линейных субсегментов 23a-23d и 24а-24d магниторезистивных элементов 23 и 24 наклонены по отношению к направлению оси Y на верхней поверхности подложки 22. Таким образом, посредством разности между компонентами Hza и Hzb в направлении оси Z магнитных силовых линий, формируемых магнитами 12 и 13 на противоположных концах магниторезистивных элементов 23 и 24 или линейных субсегментов 23а-23d и 24а-24d магниторезистивных элементов 23 и 24, магнитные потоки в фиксированных направлениях формируются в магниторезистивных элементах 23 и 24 или линейных субсегментах 23а-23d и 24а-24d магниторезистивных элементов 23 и 24 вдоль направлений протяженности, за счет чего изменение в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23 и 24 может быть стабилизировано. В результате, точность обнаружения магнитного материала MS посредством устройства обнаружения магнитного материала может быть повышена.
[0056] К тому же, в первом варианте осуществления, корпус 11 сформирован из магнитного материала (нержавеющей стали, которая представляет собой магнитно-мягкий материал) и покрывает поверхности магнитных полюсов магнитов 12 и 13, расположенных противоположно магниторезистивным элементам 23 и 24. Таким образом, распределение магнитных силовых линий, сформированных магнитами 12 и 13 и расположенных в направлении к магниторезистивным элементам 23 и 24, может не испытывать влияния внешнего магнитного поля и, тем самым, стабилизировано, за счет чего можно повысить точность обнаружения магнитного материала MS посредством устройства обнаружения магнитного материала.
[0057] Кроме того, в первом варианте осуществления, описанном выше, удлиненные магниторезистивные элементы 23 и 24 расположены параллельно друг другу и обращены друг к другу на верхней поверхности подложки 22, которая расположена таким образом, чтобы быть наклоненной по отношению к плоскости X-Y; и магнитные силовые линии, сформированные магнитами 12 и 13, проходят через подложку 22 таким образом, чтобы быть перпендикулярными к верхней поверхности подложки 22 в центральном положении между магниторезистивными элементами 23 и 24. Таким образом, магнитные поля смещения, приложенные в направлении, ортогональном к направлению протяженности магниторезистивных элементов 23 и 24 на верхней плоскости подложки 22, направлены, по существу, в противоположных направлениях и имеют ту же самую величину, так что магниторезистивные элементы 23 и 24 могут изменять свои сопротивления по существу симметрично во взаимно противоположных положительном и отрицательном направлениях в ответ на перемещение магнитного материала MS в направлении оси Х, тем самым облегчая использование изменения в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23 и 24. К тому же, магниторезистивные элементы 23 и 24, которые образуют один магнитный датчик, соединены по полумостовой схеме для получения выходного напряжения Vout; поэтому, по сравнению со случаем использования одного магниторезистивного элемента, изменение в выходном напряжении Vout может быть увеличено.
[0058] В первом варианте осуществления, описанном выше, магниторезистивные элементы 23 и 24, которые образуют один магнитный датчик, соединены по полумостовой схеме для получения выходного напряжения Vout. Однако эта конфигурация может быть заменена следующей конфигурацией: один магнитный датчик состоит из четырех магниторезистивных элементов 23-1, 23-2, 24-1 и 24-2; и магниторезистивные элементы 23-1, 23-2, 24-1 и 24-2 соединены по полномостовой схеме для получения выходного напряжение Vout. В этом случае, как показано на фиг. 10(А), магниторезистивные элементы 23-1, 23-2, 24-1 и 24-2 обеспечены на верхней поверхности одной подложки 22. Магниторезистивные элементы 23-1 и 24-1 сформированы аналогично магниторезистивным элементам 23 и 24, упомянутым выше, и проводники на подложке также аналогичны таковым в случае магниторезистивных элементов 23 и 24. Относительно выводов, выводы 27a-1, 27b-1 и 27c-1 соответствуют вышеупомянутым выводам 27a, 27b и 27c, соответственно. Магниторезистивные элементы 23-2 и 24-2, выводы 27a-2, 27b-2 и 27c-2 и проводники для соединения элементов и выводов сконфигурированы подобно случаю магниторезистивных элементов 23-1 и 24-1, выводов 27a-1, 27b-1 и 27c-1 и проводников для соединения элементов и выводов, и обеспечены симметрично по отношению к направлению оси Y, т.е. в положениях, разнесенных в направлении оси Y от магниторезистивных элементов 23-1 и 24-1 на верхней поверхности подложки 22, магниторезистивные элементы 23-2 и 24-2 расположены на верхней поверхности подложки 22 таким образом, чтобы продолжаться по существу вдоль направления оси Y и быть обращенными друг другу. Однако может быть использована следующая конфигурация: магниторезистивные элементы 23-1 и 24-1, выводы 27a-1, 27b-1 и 27c-1 и проводники для соединения элементов и выводов обеспечены на одной подложке 22, и магниторезистивные элементы 23-2 и 24-2, выводы 27a-2, 27b-2 и 27с-2 и проводники для соединения элементов и выводов обеспечены на другой подложке 22.
[0059] На гибкой подложке 25 печатной схемы выводы 27a-1, 27b-1 и 27c-1 и выводы 27a-2, 27b-2 и 27c-2 электрически соединены следующим образом. DC напряжение +Vb приложено к выводу 27c-1, и вывод 27с-2 заземлен (GND). Вывод 27а-1 и вывод 27b-2 соединены, и точка соединения между ними соединена с неинвертирующим входом усилителя 32. Вывод 27b-1 и вывод 27a-2 соединены, и точка соединения между ними соединена с инвертирующим входом усилителя 32. Таким образом, магниторезистивные элементы 23-1 и 24-2 соединены последовательно; напряжение Vb-GND приложено к противоположным концам соединенных магниторезистивных элементов 23-1 и 24-2; напряжение в точке соединения между магниторезистивными элементами 23-1 и 24-2 подано на неинвертирующий вход усилителя 32. Кроме того, магниторезистивные элементы 24-1 и 23-2 соединены последовательно; напряжение Vb-GND приложено к противоположным концам соединенных магниторезистивных элементов 24-1 и 23-2; и напряжение в точке соединения между магниторезистивными элементами 24-1 и 23-2 подается на неинвертирующий вход усилителя 32. Усилитель 32 выводит дифференциальное напряжение между неинвертирующим входом и инвертирующим входом в качестве выходного напряжения Vout.
[0060] Посредством таких соединений формируется полномостовая схема; таким образом, в ответ на перемещение магнитного материала MS, сопротивления магниторезистивных элементов 23-1 и 24-2 изменяются во взаимно противоположных положительном и отрицательном направлениях, и сопротивления магниторезистивных элементов 23-2 и 24-1 изменяются во взаимно противоположных положительном и отрицательном направлениях; и напряжение в точке соединения между магниторезистивным элементом 23-1 и магниторезистивным элементом 24-2, и напряжение в точке соединения между магниторезистивным элементом 24-1 и магниторезистивным элементом 23-2 также изменяются во взаимно противоположных положительном и отрицательном направлениях. К тому же напряжения в двух точках соединения подаются на неинвертирующий вход и инвертирующий вход, соответственно, усилителя 31, и усилитель 31 выводит дифференциальное напряжение между двумя точками соединения; поэтому усилитель 31 действительно выводит выходное напряжение Vout, соответствующее сумме напряжений в двух точках соединения. В результате, выходное напряжение Vout, которое должно быть получено, может быть в два раза больше, чем в случае полумостовой схемы соединения, упомянутой выше.
[0061] Посредством усилителя 32, выводящего дифференциальное напряжение между двумя точками соединения, даже если шумы содержатся, соответственно, в горизонтальной компоненте H1x, которая вызывает изменение в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23-1 и 23-2, и в горизонтальной компоненте Н2х, которая вызывает изменение в сопротивлениях магниторезистивных элементов 24-1 и 24-2, изменения в сопротивлениях, вызванные шумами, компенсируют друг друга, тем самым улучшая отношение S/N выходного напряжения Vout.
[0062] Кроме того, магниторезистивные элементы 23-1, 23-2, 24-1 и 24-2 и усилитель 32 могут быть соединены по полномостовой схеме, как показано на фиг. 10(В), вместо вышеупомянутого полномостового соединения по фиг. 10(А). Более конкретно, DC напряжение +Vb приложено к выводам 27b-1 и 27a-2, а выводы 27a-1 и 27b-2 заземлены (GND). Вывод 27с-1 соединен с инвертирующим входом усилителя 32, вывод 27с-2 соединен с неинвертирующим входом усилителя 32. Таким образом, магниторезистивные элементы 24-1 и 23-1 соединены последовательно; напряжение Vb-GND приложено к противоположным концам соединенных магниторезистивных элементов 24-1 и 23-1; и напряжение в точке соединения между магниторезистивными элементами 24-1 и 23-1 подается на инвертирующий вход усилителя 32. Кроме того, магниторезистивные элементы 23-2 и 24-2 соединены последовательно; напряжение Vb-GND приложено к противоположным концам соединенных магниторезистивных элементов 23-2 и 24-2; и напряжение в точке соединения между магниторезистивными элементами 23-2 и 24-2 подается на неинвертирующий вход усилителя 32. Усилитель 32 выводит дифференциальное напряжение между неинвертирующим входом и инвертирующим входом в качестве выходного напряжения Vout.
[0063] Посредством таких соединений, кроме того, формируется полномостовая схема; таким образом, в ответ на перемещение магнитного материала MS, сопротивления магниторезистивных элементов 23-2 и 24-2 изменяются во взаимно противоположных положительном и отрицательном направлениях, и сопротивления магниторезистивных элементов 24-1 и 23-1 изменяются во взаимно противоположных положительном и отрицательном направлениях; и напряжение в точке соединения между магниторезистивным элементом 23-2 и магниторезистивным элементом 24-2 и напряжение в точке соединения между магниторезистивным элементом 24-1 и магниторезистивным элементом 23-1 также изменяются во взаимно противоположных положительном и отрицательном направлениях. Также, напряжения в двух точках соединения подаются на неинвертирующий вход и инвертирующий вход, соответственно, усилителя 31, и усилитель 31 выводит дифференциальное напряжение между двумя точками соединения; поэтому, в этом случае также, усилитель 31 в действительности выводит выходное напряжение Vout, соответствующее сумме напряжений в двух точках соединения; таким образом, как и в предыдущем случае, выходное напряжение Vout, которое должно быть получено, может быть в два раза больше, чем в случае полумостового соединения, упомянутого выше.
[0064] К тому же в этом случае, посредством усилителя 32, выводящего дифференциальное напряжение между двумя точками соединения, даже если шумы содержатся, соответственно, в горизонтальной компоненте H1x, которая вызывает изменение в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23-1 и 23-2, и в горизонтальной компоненте H2x, которая вызывает изменение в сопротивлениях магниторезистивных элементов 24-1 и 24-2, эти шумы компенсируют друг друга, тем самым улучшая отношение S/N выходного напряжения Vout.
[0065] Кроме того, один магнитный датчик может состоять из одного магниторезистивного элемента, а не из множества магниторезистивных элементов 23 и 24 (или 23-1, 23-2, 24-1 и 24-2). В этом случае, как показано на фиг. 11, только магниторезистивный элемент 23 обеспечивается на верхней поверхности подложки 22, и DC напряжение +Vb подается на вывод 27c. Магниторезистивные элементы 23, проводники и выводы 27a и 27c выполнены аналогично случаю первого варианта осуществления, описанного выше. Вывод 27а соединен с одним концом постоянного сопротивления 33, предусмотренного на гибкой подложке 25 печатной схемы, а другой конец постоянного сопротивления 33 заземлен (GND). Точка соединения между магниторезистивным элементом 23 и постоянным сопротивлением 33 соединена с входом усилителя 31, и усилитель 31 выводит выходное напряжение Vout.
[0066] Даже в этой конфигурации, поскольку может быть получено выходное напряжение Vout, которое изменяется в соответствии с изменением в сопротивлении магниторезистивного элемента 23, которое осуществляется в ответ на перемещение магнитного материала MS, может быть обнаружен магнитный материал MS, содержащийся в проверяемом объекте ОВ. Однако выходное напряжение Vout в этом случае равно примерно половине такового в случае первого варианта осуществления, описанного выше.
[0067] Магниторезистивные элементы 23, 24, 23-1, 23-2, 24-1 и 24-2 на фиг. 10(А) и 10(В) и фиг. 11, показывающих модификации первого варианта осуществления, описанные выше, могут быть разделены, каждый, на три или более линейных сегментов или могут предполагать, каждый, форму одного линейного сегмента, как описано со ссылкой на фиг. 3(А) и 3(В). Кроме того, как описано со ссылкой на фиг. 3(С), участок каждого продолжающегося в направлении оси Y магниторезистивного элемента 23, 24, 23-1, 23-2, 24-1 и 24-2 может быть сложен так, что каждый из магниторезистивных элементов имеет два или более линейных сегментов.
[0068] b. Второй вариант осуществления
Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 12. Во втором варианте осуществления, устройство обнаружения магнитного материала имеет намагничивающее устройство 40 для намагничивания магнитного материала MS, содержащегося в проверяемом объекте ОВ, до предопределенного условия, прежде чем обнаружение магнитного материала MS будет выполняться устройством обнаружения магнитного материала, как описано в разделе, относящемся к первому варианту осуществления. В случае, если магнитный материал MS, содержащийся в проверяемом объекте ОВ, образован из магнитно-мягкого материала, присутствие магнитного материала MS может быть точно обнаружено устройством обнаружения магнитного материала в соответствии с первым вариантом осуществления, описанным выше; однако в случае, в котором магнитный материал MS сформирован из магнитно-твердого материала, магнитный материал MS может быть предварительно намагничен; магнитный материал MS может быть намагничен устройством обнаружения магнитного материала, таким как в первом варианте осуществления, или магнитный материал MS может быть намагничен внешним магнитным полем. Если магнитный материал MS, образованный из магнитно-твердого материала, намагничивается таким образом, вышеупомянутые магнитные силовые линии, формируемые магнитами 12 и 13, испытывают влияние магнитной силы магнитного материала MS; следовательно, изменение в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23 и 24, вызванное вышеупомянутыми векторами Н1 и Н2 магнитных силовых линий, становится неравномерным, что приводит к сбою в точном обнаружении изменения в сопротивлениях, т.е. сбою в точном обнаружении магнитного материала MS.
[0069] Намагничивающее устройство 40 размещено вдоль направления L перемещения проверяемого объекта ОВ и имеет магнит 41, который является постоянным магнитом. Магнит 41 генерирует относительно сильные магнитные силовые линии в направлении, перпендикулярном к плоскости перемещающегося объекта OB, подлежащего проверке, и намагничен так, что поверхность, обращенная к проверяемому объекту ОВ, намагничивается, например, как северный полюс, а поверхность, противоположная проверяемому объекту ОВ, намагничивается как южный полюс. Направление намагничивания может быть инвертировано, так что поверхность, обращенная к проверяемому объекту ОВ, намагничивается, например, как южный полюс, а поверхность, противоположная проверяемому объекту ОВ, намагничивается как северный полюс. Магнит 41 размещен в корпусе 42, выполненном из магнитного материала (например, нержавеющей стали, которая является магнитно-мягким материалом), как в случае корпуса 11. Корпус 42 сформирован так, чтобы покрывать магнит 41, за исключением его поверхности, которая обращена к проверяемому объекту ОВ, причем магнитная сила, генерируемая магнитом 41, не влияет на магнитные силовые линии, генерируемые магнитами 12 и 13. Также, нет необходимости обеспечивать корпус 42 такой длины, так как магнит 41 расположен на удалении от магнитов 12 и 13 в такой степени, чтобы не влиять на магниты 12 и 13. Другие элементы конфигурации подобны таковым для устройства обнаружения магнитного материала согласно вышеописанному первому варианту осуществления, обозначены теми же ссылочными позициями, что и в первом варианте осуществления, и их повторное описание опущено.
[0070] В сконфигурированном таким образом втором варианте осуществления, когда магнитный материал MS, образованный из магнитно-твердого материала и содержащийся в проверяемом объекте OB, проходит через намагничивающее устройство 40, даже если магнитный материал MS уже намагничен различными путями, магнитный материал MS намагничивается посредством намагничивающего устройства 40 всегда до фиксированного состояния и затем перемещается в положение над магнитами 12 и 13 и магниторезистивными элементами 23 и 24. В этом случае, как и в вышеописанном первом варианте осуществления, вектора Н1 и Н2 магнитных силовых линий, генерируемые магнитами 12 и 13, испытывают влияние при прохождении магнитного материала MS и изменяются в ответ на прохождение магнитного материала MS, при этом сопротивления магниторезистивных элементов 23 и 24 изменяются соответственно. В этом случае изменение в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23 и 24 напоминает таковое в случае вышеописанного первого варианта осуществления, но несколько отличается от случая первого варианта осуществления, так как вектора Н1 и Н2 магнитных силовых линий, включающие в себя горизонтальные компоненты Н1х и Н2х, испытывают влияние магнитных силовых линий, генерируемых магнитным материалом MS.
[0071] Например, в случае, в котором нижняя поверхность магнита 41 намагничена как северный полюс, верхняя поверхность магнитного материала MS, содержащегося в проверяемом объекте ОВ, намагничена как южный полюс, и нижняя поверхность намагничена как северный полюс. Поэтому, как показано на фиг. 13(А), когда магнитный материал MS расположен между магнитами 12 и 13 и относительно далеко от магниторезистивных элементов 23, 24, магнитные силовые линии, генерируемые магнитами 12 и 13 и проходящие через магниторезистивные элементы 23 и 24, вытягиваются вверх в направлении оси Z. Затем, как показано на фиг. 13(В), когда магнитный материал MS находится между магнитами 12 и 13 и в непосредственной близости от магниторезистивных элементов 23 и 24, магнитные силовые линии, генерируемые магнитами 12 и 13 и проходящие через магниторезистивные элементы 23 и 24, отталкиваются и отжимаются вниз в направлении оси Z. В результате, сопротивление магниторезистивного элемента 23 изменяется, как показано сплошной линией на фиг. 14, и сопротивление магниторезистивного элемента 24 изменяется, как показано пунктирной линией на фиг. 14. Таким образом, хотя выходное напряжение Vout отличается по форме характеристики от такового в первом варианте осуществления, и в этом втором варианте осуществления, как и в первом варианте осуществления, магниторезистивные элементы 23 и 24 соединены по полумостовой схеме, и выходное напряжение Vout с полумостовой схемы стабилизируется, так что присутствие магнитного материала MS может быть точно обнаружено с использованием выходного напряжения Vout. Кроме того, даже если магнитный материал MS, образованный из магнитно-твердого материала, намагничен различным образом, за счет нового намагничивания посредством намагничивающего устройства 40 выходное напряжение Vout находится всегда в фиксированном состоянии, за счет чего присутствие магнитного материала MS может быть точно обнаружено.
[0072] В случае, в котором нижняя поверхность магнита 41 намагничена как южный полюс, верхняя поверхность магнитного материала MS, содержащегося в проверяемом объекте ОВ, намагничена как северный полюс, и нижняя поверхность намагничена как южный полюс. Поэтому, в этом случае, как результат прохождения через магнитный материал MS, магнитные силовые линии, генерируемые магнитами 12 и 13, вытягиваются в направлении магнитного материала MS более сильно, чем в случае вышеописанного первого варианта осуществления. В этом случае сопротивление магниторезистивного элемента 23 изменяется в ответ на перемещение магнитного материала MS, как показано сплошной линией на фиг. 15, и сопротивление магниторезистивного элемента 24 изменяется, как показано пунктирной линией на фиг. 15. Поэтому, в этом случае также, подобно случаю первого варианта осуществления, магниторезистивные элементы 23 и 24 соединены по полумостовой схеме, и выходное напряжение Vout из полумостовой схемы стабилизируется, так что присутствие магнитного материала MS может быть точно обнаружено с использованием выходного напряжения Vout. В этом случае также, даже если магнитный материал MS, образованный из магнитно-твердого материала, намагничен различным образом, за счет нового намагничивания посредством намагничивающего устройства 40 выходное напряжение Vout находится всегда в фиксированном состоянии, за счет чего присутствие магнитного материала MS может быть точно обнаружено.
[0073] Приведенное выше описание ссылается на магнитный материал MS, образованный из магнитно-твердого материала; однако устройство обнаружения магнитного материала в соответствии с вторым вариантом осуществления может быть использовано для обнаружения магнитного материала MS, образованного из магнитно-мягкого материала. Если магнитный материал MS представляет собой магнитно-мягкий материал, намагничивание магнитного материала MS магнитом 41 исключается, прежде чем магнитный материал MS будет перемещен в положение в непосредственной близости от магниторезистивных элементов 23 и 24. Затем вблизи магниторезистивных элементов 23 и 24 магнитный материал MS реагирует на магнитное поле, генерируемое магнитами 12 и 13, подобно случаю вышеописанного варианта осуществления. В результате, в этом случае также выходное напряжение Vout, которое должно быть получено, подобно таковому в случае первого варианта осуществления; таким образом, магнитный материал MS может быть обнаружен аналогичным образом, как в первом варианте осуществления.
[0074] В данном втором варианте осуществления магнит 41 обеспечен выше, в направлении оси Z, траектории перемещения магнитного материала MS; однако магнит 41 может быть предусмотрен под траекторией. Кроме того, как показано на фиг. 16(А), магнит 43 и корпус 44 могут быть дополнительно предусмотрены под траекторией перемещения магнитного материала MS. В этом случае, противоположные поверхности магнитных полюсов верхнего и нижнего магнитов 41 и 43 намагничены как взаимно противоположные магнитные полюса. Кроме того, как показано на фиг. 16(В), магнит 45 может быть размещен смежно с магнитом 41 в корпусе 42; в этом случае поверхность магнитного полюса магнита 41, расположенного в направлении к траектории магнитного материала MS, и поверхность магнитного полюса магнита 45, расположенного в направлении к траектории, намагничены как взаимно противоположные полюса. Кроме того, как показано на фиг. 16(С), два магнита 43 и 46, расположенные в корпусе 44, могут быть размещены под траекторией магнитного материала MS таким образом, чтобы быть обращенными к магнитам 41 и 45, расположенным в корпусе 42, показанном на фиг. 16(В).
[0075] Кроме того, вместо намагничивающего устройства 40, которое использует постоянные магниты 41, 43, 45, 46, можно также обеспечить намагничивающее устройство, которое использует электромагнит. В этом случае при обнаружении сопротивлений магниторезистивных элементов 23 и 24, изготовленных из магнитно-твердого материала, электромагнит функционирует, чтобы намагничивать магнитный материал MS для обнаружения изменения в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23 и 24. При обнаружении сопротивлений магниторезистивных элементов 23 и 24, изготовленных из магнитно-мягкого материала, электромагнит не действует, чтобы не намагничивать магнитный материал MS, для обнаружения изменения в сопротивлениях магниторезистивных элементов 23 и 24.
[0076] Кроме того, в устройстве обнаружения магнитного материала в соответствии со вторым вариантом осуществления, различные модификации, описанные выше в разделе, относящемся к первому варианту осуществления, также могут быть применены.
[0077] Настоящее изобретение было описано со ссылками на первый и второй варианты осуществления. Однако настоящее изобретение не ограничивается ими, но может быть модифицировано в различных формах без отклонения от объекта настоящего изобретения.