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JP2013167562A - Magnetic detector - Google Patents

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JP2013167562A JP2012031581A JP2012031581A JP2013167562A JP 2013167562 A JP2013167562 A JP 2013167562A JP 2012031581 A JP2012031581 A JP 2012031581A JP 2012031581 A JP2012031581 A JP 2012031581A JP 2013167562 A JP2013167562 A JP 2013167562A
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anisotropic magnetoresistive
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直樹 上山
Masaaki Hayashi
正明 林
Takahiro Yanagiuchi
孝洋 柳内
Masafumi Chikamori
雅文 近森
Jun Hisanaga
淳 久永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a quantity of magnetism of a magnetic substance as well as a detection of the magnetic substance.SOLUTION: A magnetic detector for detecting a magnetic substance moving in a bias magnetic field on the basis of a change in a magnetic field comprises: a magnet unit for generating a bias magnetic field; and an anisotropic magnetoresistance element arranged at a prescribed arrangement position. The anisotropic magnetoresistance element is arranged in such a direction that the direction of the magnetic substance moving in the bias magnetic field at the upper part of the magnetic unit, matches with the magnetosensitive direction of the anisotropic magnetoresistance element, and such a position that a magnetic flux density of the bias magnetic field of a magnetosensitive-direction component of the anisotropic magnetoresistance element approximates to 0 (zero).

Description

この発明は、磁性体を検出するための磁気検出装置に関し、特に、磁性体の磁気量を検出することができる磁気検出装置に関する。   The present invention relates to a magnetic detection device for detecting a magnetic material, and more particularly to a magnetic detection device capable of detecting the amount of magnetism of a magnetic material.

従来、様々な分野で磁性体を検出するための磁気検出装置が利用されている。例えば、紙葉類処理装置で、紙葉類の真偽や種類を識別するために磁気検出装置が利用される。紙葉類の中には、真偽や種類を識別できるように磁気インクを利用して印刷されたものや磁気スレッドを含むものが存在する。磁気検出装置を利用して、このような紙葉類の磁気特性を計測することにより紙葉類を識別することができる。   Conventionally, a magnetic detection device for detecting a magnetic material has been used in various fields. For example, in a paper sheet processing apparatus, a magnetic detection device is used to identify the authenticity and type of the paper sheet. Some paper sheets are printed using magnetic ink so that the authenticity and type can be identified, and some include a magnetic thread. A paper sheet can be identified by measuring the magnetic properties of such a paper sheet using a magnetic detection device.

例えば、特許文献1には、磁気検出装置で利用する磁気センサが開示されている。この磁気センサは、2列4個の異方性磁気抵抗素子(AMR)によって構成される。永久磁石によってバイアス磁界を印加して、バイアス磁界を磁性体が通過するときに生ずる磁界の変化をこの磁気センサによって検出する。これにより磁性体を検出することができる。   For example, Patent Document 1 discloses a magnetic sensor used in a magnetic detection device. This magnetic sensor is composed of two rows and four anisotropic magnetoresistive elements (AMR). A bias magnetic field is applied by a permanent magnet, and a change in the magnetic field generated when the magnetic material passes through the bias magnetic field is detected by the magnetic sensor. Thereby, a magnetic body can be detected.

複数の磁気センサを利用するライン型の磁気検出装置では、磁界を発生するための複数の磁石をライン状に配置して利用する。そして、これらの磁石の上方で、2列に配置された異方性磁気抵抗素子の列方向を磁石の配列方向と合わせるように、複数の磁気センサが配置される。磁気センサは、磁石列を側面から見た場合に、全ての異方性磁気抵抗素子の配置位置が、磁界強度が0(ゼロ)、最小値及び最大値を示す位置と一致することがないようにその配置位置が設定されている。また、磁石列を列方向から見た場合には、2列の異方性磁気抵抗素子間の中心線と、磁石列間の中心線とが一致するように配置される。すなわち、2列の磁石列間の中心線に対して対称な位置となるように、異方性磁気抵抗素子が配置される。なお、磁石列が1列である場合も同様に、この磁石列の中心線に対して対称な位置となるように、異方性磁気抵抗素子が配置される。   In a line-type magnetic detection device using a plurality of magnetic sensors, a plurality of magnets for generating a magnetic field are arranged and used in a line shape. Then, above these magnets, a plurality of magnetic sensors are arranged so that the column direction of the anisotropic magnetoresistive elements arranged in two rows matches the arrangement direction of the magnets. In the magnetic sensor, when the magnet array is viewed from the side, the arrangement positions of all anisotropic magnetoresistive elements do not coincide with the positions where the magnetic field strength is 0 (zero), the minimum value, and the maximum value. The arrangement position is set in When the magnet rows are viewed from the row direction, the center lines between the two anisotropic magnetoresistive elements and the center lines between the magnet rows are arranged so as to coincide with each other. That is, the anisotropic magnetoresistive element is disposed so as to be symmetric with respect to the center line between the two magnet rows. Similarly, when the number of magnet rows is one, the anisotropic magnetoresistive elements are arranged so as to be symmetrical with respect to the center line of this magnet row.

米国特許出願公開第2011/0148408号明細書US Patent Application Publication No. 2011/0148408

しかしながら、上記従来技術によれば、磁気センサによりバイアス磁界を通過する磁性体を検出することは可能であるが、磁性体の磁気量を計測することができないという問題がある。   However, according to the above-described prior art, it is possible to detect a magnetic body that passes a bias magnetic field by a magnetic sensor, but there is a problem that the amount of magnetism of the magnetic body cannot be measured.

複数の異方性磁気抵抗素子を利用する磁気センサでは、通常、複数の異方性磁気抵抗素子によりブリッジ回路を形成して、その中点電圧の変化に基づいて磁界の変化を検出する。ところが、磁性体を検出した際に各異方性磁気抵抗素子の抵抗値は、異方性磁気抵抗素子の配置位置におけるバイアス磁界の磁界強度によって変化する。異方性磁気抵抗素子を2列に配置して列間の中点電圧を計測する場合に、磁界強度が変化すると、各列の異方性磁気抵抗素子から出力される電圧値の関係が変化するため、中点電圧として出力される電圧波形も複雑に変化する。   In a magnetic sensor using a plurality of anisotropic magnetoresistive elements, a bridge circuit is usually formed by a plurality of anisotropic magnetoresistive elements, and a change in the magnetic field is detected based on a change in the midpoint voltage. However, when a magnetic material is detected, the resistance value of each anisotropic magnetoresistive element varies depending on the magnetic field strength of the bias magnetic field at the position where the anisotropic magnetoresistive element is disposed. When the anisotropic magnetoresistive elements are arranged in two rows and the midpoint voltage between the rows is measured, if the magnetic field strength changes, the relationship between the voltage values output from the anisotropic magnetoresistive devices in each row changes. Therefore, the voltage waveform output as the midpoint voltage also changes in a complicated manner.

バイアス磁界を発生する磁石に対する異方性磁気抵抗素子の配置位置は設計上固定されているが、製造誤差によるばらつきが含まれる。また、バイアス磁界を発生する磁石の磁力のばらつき、磁石の配置位置のばらつきもあるため、異方性磁気抵抗素子の配置位置における磁界強度がばらつく場合がある。   The arrangement position of the anisotropic magnetoresistive element with respect to the magnet that generates the bias magnetic field is fixed by design, but includes variations due to manufacturing errors. In addition, since there are variations in the magnetic force of the magnet that generates the bias magnetic field and variations in the arrangement position of the magnet, the magnetic field strength at the arrangement position of the anisotropic magnetoresistive element may vary.

この結果、同じ磁性体が通過した場合でも磁気センサによって出力電圧の波形が異なることになり、電圧波形の変化に基づき磁性体が通過したことを検出することはできるが、電圧波形に基づき通過した磁性体の磁気量を計測することは困難である。   As a result, even if the same magnetic material passes, the output voltage waveform differs depending on the magnetic sensor, and it can be detected that the magnetic material has passed based on the change in the voltage waveform, but it has passed based on the voltage waveform. It is difficult to measure the magnetic quantity of a magnetic material.

これを解決するには、2列に配置される異方性磁気抵抗素子の配置位置における磁界強度を一定にすればよいが、バイアス磁界を発生する永久磁石の磁力を揃えることは困難である。また、磁気センサから出力される電圧波形を、磁界強度を考慮して補正したり、異方性磁気抵抗素子の配置位置を磁界強度に合わせて変更することも困難である。   To solve this, the magnetic field strength at the arrangement position of the anisotropic magnetoresistive elements arranged in two rows may be made constant, but it is difficult to make the magnetic forces of the permanent magnets that generate the bias magnetic field uniform. It is also difficult to correct the voltage waveform output from the magnetic sensor in consideration of the magnetic field strength, or to change the arrangement position of the anisotropic magnetoresistive element according to the magnetic field strength.

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたもので、磁性体の検出に加えて、この磁性体の磁気量をも計測可能な磁気検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object thereof is to provide a magnetic detection device capable of measuring the magnetic quantity of the magnetic material in addition to the detection of the magnetic material. To do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、バイアス磁界中を移動する磁性体を磁界の変化に基づいて検出する磁気検出装置であって、前記バイアス磁界を発生させる磁石ユニットと、前記磁石ユニットの上方で前記磁性体が前記バイアス磁界中を移動する方向と感磁方向とが一致し、かつ、前記バイアス磁界の前記感磁方向成分の磁束密度が0(ゼロ)近傍となる位置に配置されて、前記磁性体の通過による前記磁界の変化を検出するための異方性磁気抵抗素子とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a magnetic detection device for detecting a magnetic body moving in a bias magnetic field based on a change in the magnetic field, and generating the bias magnetic field. And the direction in which the magnetic body moves in the bias magnetic field above the magnet unit and the magnetic sensitive direction coincide with each other, and the magnetic flux density of the magnetic sensitive direction component of the bias magnetic field is in the vicinity of 0 (zero). And an anisotropic magnetoresistive element for detecting a change in the magnetic field due to the passage of the magnetic material.

また、本発明は、上記発明において、複数の前記異方性磁気抵抗素子がアレイ状に1列に配置されることを特徴とする。   Moreover, the present invention is characterized in that, in the above invention, the plurality of anisotropic magnetoresistive elements are arranged in a line in an array.

また、本発明は、上記発明において、前記磁石ユニットは、同極性の磁極を上方に向けて前記感磁方向に並べて配置された2列以上の磁石によって形成されることを特徴とする。   Moreover, the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the magnet unit is formed by two or more rows of magnets arranged side by side in the magnetosensitive direction with magnetic poles having the same polarity facing upward.

また、本発明は、上記発明において、前記磁石ユニットは、1列の磁石及び該磁石による磁界分布を制御するためのヨークによって形成されることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that, in the above invention, the magnet unit is formed by a row of magnets and a yoke for controlling a magnetic field distribution by the magnets.

また、本発明は、上記発明において、前記異方性磁気抵抗素子を固定抵抗と直列に接続して電圧を印加することによりハーフブリッジ回路を形成し、その中点電圧の変化に基づいて前記磁性体を検出することを特徴とする。   Further, according to the present invention, in the above invention, a half-bridge circuit is formed by connecting the anisotropic magnetoresistive element in series with a fixed resistor and applying a voltage, and based on the change in the midpoint voltage, the magnetic It is characterized by detecting the body.

本発明によれば、異方性磁気抵抗素子の感磁方向を検出対象となる磁性体の移動方向に合わせて、かつ、この素子をバイアス磁界の磁性体移動方向の成分が0(ゼロ)近傍となる位置に配置することにより、バイアス磁界の磁界強度のばらつきによる影響を受けずに磁性体を正確に検出すると共に、この磁性体の磁気量を計測することができる。   According to the present invention, the magnetic sensing direction of the anisotropic magnetoresistive element is matched to the moving direction of the magnetic substance to be detected, and the element of the bias magnetic field in the magnetic substance moving direction is close to 0 (zero). The magnetic material can be accurately detected without being affected by variations in the magnetic field intensity of the bias magnetic field, and the magnetic quantity of the magnetic material can be measured.

また、本発明によれば、異方性磁気抵抗素子を1列のアレイ状に配置することによって、紙葉類等の磁気特性を計測することができる。   In addition, according to the present invention, magnetic characteristics of a paper sheet or the like can be measured by arranging the anisotropic magnetoresistive elements in an array of one row.

また、本発明によれば、バイアス磁界を発生する磁石ユニットを、例えば、N極を上方に向けて配置された2列以上の磁石によって構成することにより、計測位置における磁束の方向及び密度が計測に有利な状態となるように異方性磁気抵抗素子を配置することができる。   Further, according to the present invention, the direction and density of the magnetic flux at the measurement position can be measured by configuring the magnet unit that generates the bias magnetic field with, for example, two or more rows of magnets arranged with the north pole facing upward. An anisotropic magnetoresistive element can be arranged so as to be in an advantageous state.

また、本発明では、バイアス磁界を発生する磁石ユニットを1列にする場合にヨークを用いる。これにより計測位置における磁束の方向及び密度が計測に有利な状態となるように異方性磁気抵抗素子を配置することができる。   In the present invention, the yoke is used when the magnet units for generating the bias magnetic field are arranged in a row. Thus, the anisotropic magnetoresistive element can be arranged so that the direction and density of the magnetic flux at the measurement position are in an advantageous state for measurement.

また、本発明によれば、異方性磁気抵抗素子と固定抵抗を利用したハーフブリッジ回路を形成してバイアス磁界の変化を計測することにより、磁性体の磁気量を計測することができる。   Further, according to the present invention, it is possible to measure the magnetic quantity of the magnetic material by forming a half bridge circuit using an anisotropic magnetoresistive element and a fixed resistance and measuring a change in the bias magnetic field.

図1は、本発明に係る磁気検出装置の構成概略を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a magnetic detection device according to the present invention. 図2は、本実施形態に係る磁気センサの構成及び該磁気センサを利用した計測回路の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the magnetic sensor according to the present embodiment and a configuration of a measurement circuit using the magnetic sensor. 図3は、本実施形態に係る磁気センサの出力電圧の電圧波形を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a voltage waveform of the output voltage of the magnetic sensor according to the present embodiment. 図4は、磁気センサの構成が異なる磁気検出装置の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a magnetic detection device having a different configuration of the magnetic sensor. 図5は、図4に示す磁気センサの構成及び該磁気センサを利用した計測回路の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the magnetic sensor illustrated in FIG. 4 and a configuration of a measurement circuit using the magnetic sensor. 図6は、本実施形態に係るバイアス磁界の解析面を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an analysis surface of the bias magnetic field according to the present embodiment. 図7は、本実施形態に係るバイアス磁界のベクトル分布を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a vector distribution of the bias magnetic field according to the present embodiment. 図8は、本実施形態に係るバイアス磁界の磁束密度の強度分布を示す図である。FIG. 8 is a view showing the intensity distribution of the magnetic flux density of the bias magnetic field according to the present embodiment. 図9は、本実施形態に係るバイアス磁界用磁石と磁気センサの配置位置を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the arrangement positions of the bias magnetic field magnet and the magnetic sensor according to the present embodiment. 図10は、本実施形態に係るバイアス磁界の解析を行う複数の解析面を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a plurality of analysis planes for analyzing the bias magnetic field according to the present embodiment. 図11は、複数の解析面におけるバイアス磁界の磁束密度の強度分布を重ね合わせた図である。FIG. 11 is a diagram in which intensity distributions of magnetic flux densities of bias magnetic fields on a plurality of analysis surfaces are superimposed. 図12は、バイアス磁界用磁石の構成が異なる磁気検出装置の例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a magnetic detection device having a different configuration of the bias magnetic field magnet. 図13は、図12に示す磁気検出装置のバイアス磁界の解析例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an analysis example of the bias magnetic field of the magnetic detection device illustrated in FIG. 12. 図14は、図12に示すバイアス磁界用磁石と磁気センサの配置位置を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the arrangement positions of the bias magnetic field magnet and the magnetic sensor shown in FIG. 図15は、バイアス磁界を磁石とヨークによって発生する本磁気検出装置の例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the present magnetic detection device that generates a bias magnetic field using a magnet and a yoke. 図16は、図15に示す磁気検出装置のバイアス磁界の解析例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an analysis example of the bias magnetic field of the magnetic detection device illustrated in FIG. 15. 図17は、図15に示すバイアス磁界用磁石と磁気センサの配置位置を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing the arrangement positions of the bias magnetic field magnet and the magnetic sensor shown in FIG. 図18は、従来の磁気検出装置の構成概略を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional magnetic detection device. 図19は、従来の磁気センサの構成及び該磁気センサを利用したセンサ回路の構成を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of a conventional magnetic sensor and a configuration of a sensor circuit using the magnetic sensor. 図20は、従来の磁気センサの出力電圧の電圧波形のばらつき原因を模式的に示す図である。FIG. 20 is a diagram schematically showing the cause of variation in the voltage waveform of the output voltage of the conventional magnetic sensor. 図21は、従来の磁気センサのセンサ感度のばらつき原因を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing the cause of variation in sensor sensitivity of a conventional magnetic sensor.

以下に添付図面を参照して、この発明に係る磁気検出装置について詳細に説明する。本実施形態に係る磁気検出装置の特徴を明らかにするために、関連技術として、従来の磁気検出装置について説明を行った後、本実施形態に係る磁気検出装置について説明する。なお、以下の説明では、本実施形態に係る装置や構成要素には200より小さい符号を付して、関連技術に係る装置や構成要素には200以上の符号を付すことにより、これらを区別している。   Hereinafter, a magnetic detection device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to clarify the features of the magnetic detection device according to the present embodiment, as a related technique, after describing a conventional magnetic detection device, the magnetic detection device according to the present embodiment will be described. In the following description, devices and components according to the present embodiment are denoted by reference numerals smaller than 200, and devices and components according to the related technology are denoted by reference numerals 200 or more to distinguish them. Yes.

まず、本実施形態に関連する技術として、従来利用されている磁気検出装置について図18〜図21を参照しながら説明する。図18は、従来利用されている磁気検出装置201の一例を示す図である。図18(a)は、磁気検出装置201を正面(X軸負方向)から見た図であり、同図(b)は上方(Z軸正方向)から見た図であり、同図(c)は側面(Y軸正方向)から見た図である。   First, as a technique related to the present embodiment, a conventionally used magnetic detection device will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a magnetic detection device 201 that has been conventionally used. 18A is a diagram of the magnetic detection device 201 viewed from the front (X-axis negative direction), and FIG. 18B is a diagram viewed from above (Z-axis positive direction). ) Is a view seen from the side (Y-axis positive direction).

磁気検出装置201は、感磁素子である異方性磁気抵抗素子211及び212を含む磁気センサ210と、磁気センサ210による磁性体の検出に利用するバイアス磁界を発生するための磁石221及び222と、磁気センサ210を実装するための実装基板230とを有している。磁気センサ210は、上方(Z軸正方向)で、Y軸方向に磁性体が通過した場合のバイアス磁界の変化を検出するように、異方性磁気抵抗素子211及び212の感磁方向がY軸方向となるように配置されている。   The magnetic detection device 201 includes a magnetic sensor 210 including anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 which are magnetosensitive elements, and magnets 221 and 222 for generating a bias magnetic field used for detection of a magnetic material by the magnetic sensor 210. And a mounting substrate 230 for mounting the magnetic sensor 210. The magnetic sensor 210 has a magnetic sensing direction of the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 in the Y direction so as to detect a change in the bias magnetic field when the magnetic material passes in the Y axis direction above (Z axis positive direction). It arrange | positions so that it may become an axial direction.

磁気検出装置201では、複数の磁石221及び222がX軸方向を列方向として各々アレイ状に配置され、2列の磁石列を形成している。また、同じくX軸方向を列方向として複数の磁気センサ210が1列にアレイ状に配置される。2列に配置された複数の磁石221及び222の上面(Z軸正方向)側に、1枚の実装基板230が配置され、この実装基板230の上面側に磁気センサ210が配置される。このとき、磁気センサ210は、2列の異方性磁気抵抗素子211及び212の間の中心線220と、2列の磁石221及び222の間の中心線220とが一致するように組み付けられる。すなわち、2列の磁石列の中心線220に対して対称な位置に異方性磁気抵抗素子211及び212が配置される。   In the magnetic detection device 201, a plurality of magnets 221 and 222 are arranged in an array with the X-axis direction as the column direction, forming two rows of magnet rows. Similarly, a plurality of magnetic sensors 210 are arranged in an array in a row with the X-axis direction as the column direction. One mounting substrate 230 is disposed on the upper surface (Z-axis positive direction) side of the plurality of magnets 221 and 222 disposed in two rows, and the magnetic sensor 210 is disposed on the upper surface side of the mounting substrate 230. At this time, the magnetic sensor 210 is assembled so that the center line 220 between the two rows of anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 and the center line 220 between the two rows of magnets 221 and 222 coincide. That is, the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 are arranged at positions symmetrical with respect to the center line 220 of the two magnet rows.

図19は、磁気センサ210の内部構成を示す図である。図19(a)に示すように、磁気センサ210では、Y軸方向に並ぶように配置された2つの異方性磁気抵抗素子211及び212が、各端子213a〜213cと同図に示すように接続されている。そして、各磁気センサ210で、図19(b)に示すようにハーフブリッジ型の回路を形成する。端子213aに電圧(+V)を印加し、端子213cを接地(GND)して、磁性体を検出した場合の異方性磁気抵抗素子211及び212の中点電圧を出力電圧(Vout)として端子213bで計測する。なお、これらの回路は、実装基板230を利用して形成されるか、磁気センサ210又は磁気検出装置201の外部に設けられる。   FIG. 19 is a diagram illustrating an internal configuration of the magnetic sensor 210. As shown in FIG. 19A, in the magnetic sensor 210, two anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 arranged so as to be aligned in the Y-axis direction have the terminals 213a to 213c as shown in FIG. It is connected. Each magnetic sensor 210 forms a half-bridge circuit as shown in FIG. A voltage (+ V) is applied to the terminal 213a, the terminal 213c is grounded (GND), and the midpoint voltage of the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 when the magnetic material is detected is set as the output voltage (Vout). Measure with Note that these circuits are formed using the mounting substrate 230 or provided outside the magnetic sensor 210 or the magnetic detection device 201.

図20は、磁気センサ210からの出力電圧(Vout)の計測例を示す図である。図20では、上段及び中段の図の縦軸が磁気抵抗素子の抵抗値を示し、下段の図の縦軸が電圧値を示している。横軸はいずれの図でも時間を示している。磁気センサ210は、2列の異方性磁気抵抗素子211及び212の間の中心線220と、2列の磁石221及び222の間の中心線220とが一致するように配置されるが、この配置位置は異方性磁気抵抗素子211及び212に印加されるバイアス磁界の強度が等しくなるように設定されたものである。磁性体が磁気センサ210の上方を図18に示すY軸正方向に通過すると、一方の異方性磁気抵抗素子211の抵抗値Rcが、図20(a)上段に示すように変化する。そして、移動する磁性体が他方の異方性磁気抵抗素子212の上方を通過するときには、この異方性磁気抵抗素子212の抵抗値Rdが、図20(a)中段に示すように変化する。このとき、それぞれの抵抗値は同じように変化するが、この変化は2つの素子間の距離分だけずれて現れる。この結果、異方性磁気抵抗素子211と212の中点では、図20(a)下段に示すようにRcとRdの抵抗値の差分として出力電圧Voutが計測される。   FIG. 20 is a diagram illustrating a measurement example of the output voltage (Vout) from the magnetic sensor 210. In FIG. 20, the vertical axis in the upper and middle diagrams shows the resistance value of the magnetoresistive element, and the vertical axis in the lower diagram shows the voltage value. The horizontal axis shows time in any figure. The magnetic sensor 210 is arranged such that the center line 220 between the two rows of anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 and the center line 220 between the two rows of magnets 221 and 222 coincide. The arrangement position is set so that the intensity of the bias magnetic field applied to the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 is equal. When the magnetic material passes above the magnetic sensor 210 in the positive Y-axis direction shown in FIG. 18, the resistance value Rc of one anisotropic magnetoresistive element 211 changes as shown in the upper part of FIG. When the moving magnetic material passes over the other anisotropic magnetoresistive element 212, the resistance value Rd of the anisotropic magnetoresistive element 212 changes as shown in the middle part of FIG. At this time, each resistance value changes in the same way, but this change appears with a shift of the distance between the two elements. As a result, at the midpoint of the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212, the output voltage Vout is measured as the difference between the resistance values of Rc and Rd as shown in the lower part of FIG.

ところが、磁気センサ210の組立誤差、磁石221及び222の組立誤差、磁石221及び222の磁力のばらつき等によって、各異方性磁気抵抗素子211及び212の配置位置におけるバイアス磁界の強度に差異が生じると、異方性磁気抵抗素子211及び212のセンサ感度に差が生ずることになる。   However, due to an assembly error of the magnetic sensor 210, an assembly error of the magnets 221 and 222, a variation in the magnetic force of the magnets 221 and 222, etc., a difference occurs in the intensity of the bias magnetic field at the positions where the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 are arranged. Thus, there is a difference in sensor sensitivity between the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212.

図21は、横軸を磁界強度、縦軸を異方性磁気抵抗素子の出力電圧として、バーバーポール型の異方性磁気抵抗素子の感度の例を示した図である。異方性磁気抵抗素子211及び212の配置位置での磁界強度(図21上の左右方向の位置)が異なると、例えば、図21に示すように、同じ磁性体が通過して磁界強度がΔHy変化した場合でも、異方性磁気抵抗素子211の感度Δrcが、異方性磁気抵抗素子212の感度Δrdよりも小さくなる。このため、図20(a)に示す計測結果が得られた同じ磁性体が、同じ位置を通過した場合でも、同図(b)に示すように、異方性磁気抵抗素子211の抵抗値Rcが、異方性磁気抵抗素子212の抵抗値Rdよりも低い値を示す。この結果、同じ磁性体が通過したにも拘わらず、図20(a)及び(b)に示すように、計測される出力電圧Voutは異なる検知波形を示す。   FIG. 21 is a diagram showing an example of the sensitivity of a barber pole type anisotropic magnetoresistive element, with the horizontal axis representing the magnetic field strength and the vertical axis representing the output voltage of the anisotropic magnetoresistive element. If the magnetic field strength (position in the left-right direction on FIG. 21) at the positions where the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 are different, for example, as shown in FIG. 21, the same magnetic material passes and the magnetic field strength becomes ΔHy. Even when it changes, the sensitivity Δrc of the anisotropic magnetoresistive element 211 becomes smaller than the sensitivity Δrd of the anisotropic magnetoresistive element 212. For this reason, even when the same magnetic body from which the measurement result shown in FIG. 20A is obtained passes through the same position, the resistance value Rc of the anisotropic magnetoresistive element 211 is shown in FIG. Shows a value lower than the resistance value Rd of the anisotropic magnetoresistive element 212. As a result, the measured output voltage Vout shows a different detection waveform as shown in FIGS. 20A and 20B even though the same magnetic material has passed.

また、異方性磁気抵抗素子211及び212の配置位置における磁界強度の関係から、異方性磁気抵抗素子211の抵抗値が異方性磁気抵抗素子212の抵抗値より大きくなった場合も、図20(c)に示すように、同図(a)及び(b)とは異なる出力電圧Voutが計測されることになる。   In addition, when the resistance value of the anisotropic magnetoresistive element 211 is larger than the resistance value of the anisotropic magnetoresistive element 212 due to the relationship of the magnetic field strength at the positions where the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 are arranged, FIG. As shown in FIG. 20C, an output voltage Vout different from those shown in FIGS.

このように、図18及び図19に示す磁気検出装置201では、組立誤差や磁石の磁力のばらつきによって各異方性磁気抵抗素子211及び212の配置位置での磁界強度が異なると、同じ磁性体を検出した場合でも、図20(a)〜(c)に示すように出力電圧Voutの検知波形が変化する。このため、出力電圧Voutの検知波形の変化に基づいて磁性体の通過を検出することはできるが、出力電圧Voutの電圧値と磁性体の磁気量との関係を特定することができず磁気量を計測することができない。   As described above, in the magnetic detection device 201 shown in FIGS. 18 and 19, if the magnetic field strengths at the positions where the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 are different due to assembly errors and variations in magnet magnetic force, the same magnetic material is used. Even when the signal is detected, the detection waveform of the output voltage Vout changes as shown in FIGS. For this reason, although the passage of the magnetic material can be detected based on the change in the detection waveform of the output voltage Vout, the relationship between the voltage value of the output voltage Vout and the magnetic amount of the magnetic material cannot be specified, and the magnetic amount Cannot be measured.

次に、本実施形態に係る磁気検出装置1について説明する。図1は、磁気検出装置1の構成概略を示す図である。図1(a)は、磁気検出装置1を正面(X軸負方向)から見た図であり、同図(b)は上方(Z軸正方向)から見た図であり、同図(c)は側面(Y軸正方向)から見た図である。磁気検出装置1は、感磁素子である異方性磁気抵抗素子11を含む磁気センサ10と、磁気センサ10による磁性体検出及び磁気量計測に利用するバイアス磁界を発生するための磁石21及び22と、磁気センサ10を実装するための実装基板30とを有している。磁気センサ10は、上方(Z軸正方向)で、Y軸方向に磁性体が通過した場合のバイアス磁界の変化を検出するように、異方性磁気抵抗素子11の感磁方向がY軸方向となるように配置されている。なお、磁気センサ10から出力される信号の処理は、磁気検出装置1内に別途設けられた信号処理基板によって行われる。   Next, the magnetic detection device 1 according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the magnetic detection device 1. 1A is a diagram of the magnetic detection device 1 viewed from the front (X-axis negative direction), and FIG. 1B is a diagram viewed from above (Z-axis positive direction). ) Is a view seen from the side (Y-axis positive direction). The magnetic detection device 1 includes a magnetic sensor 10 including an anisotropic magnetoresistive element 11 that is a magnetosensitive element, and magnets 21 and 22 for generating a bias magnetic field used for magnetic substance detection and magnetic quantity measurement by the magnetic sensor 10. And a mounting substrate 30 for mounting the magnetic sensor 10. In the magnetic sensor 10, the anisotropic magnetic resistance element 11 has a magnetic sensitive direction in the Y-axis direction so as to detect a change in the bias magnetic field when the magnetic material passes in the Y-axis direction above (Z-axis positive direction). It is arranged to become. The signal output from the magnetic sensor 10 is processed by a signal processing board provided separately in the magnetic detection device 1.

磁気検出装置1では、複数の磁石21及び22がX軸方向を列方向として各々アレイ状に配置され、2列の磁石列を形成している。また、同じくX軸方向を列方向として複数の磁気センサ10が1列にアレイ状に配置される。2列に配置された複数の磁石21及び22の上面(Z軸正方向)側に、1枚の実装基板30が配置され、この実装基板30の上面側に磁気センサ10が配置される。このとき、磁気センサ10は、異方性磁気抵抗素子11の位置が、2列の磁石21及び22の間の中心線20上となるように組み付けられる。   In the magnetic detection device 1, a plurality of magnets 21 and 22 are arranged in an array with the X-axis direction as a column direction to form two magnet rows. Similarly, a plurality of magnetic sensors 10 are arranged in an array in a row with the X-axis direction as the column direction. One mounting board 30 is arranged on the upper surface (Z-axis positive direction) side of the plurality of magnets 21 and 22 arranged in two rows, and the magnetic sensor 10 is arranged on the upper surface side of the mounting board 30. At this time, the magnetic sensor 10 is assembled such that the position of the anisotropic magnetoresistive element 11 is on the center line 20 between the two rows of magnets 21 and 22.

このように、本実施形態に係る磁気検出装置1では、磁気センサ10が感磁素子である異方性磁気抵抗素子11を1つだけ有し、この異方性磁気抵抗素子11の位置が2列の磁石列の間で中心線上となるように、磁気センサ10を配置する点が、従来の磁気検出装置201と異なっている。なお、正確には、異方性磁気抵抗素子11の配置位置は、バイアス磁界の磁界分布に基づいて決定されるものであるが、これについての詳細は後述する。   As described above, in the magnetic detection device 1 according to the present embodiment, the magnetic sensor 10 has only one anisotropic magnetoresistive element 11 that is a magnetosensitive element, and the position of the anisotropic magnetoresistive element 11 is 2. The point which arrange | positions the magnetic sensor 10 so that it may be on a center line between the magnet rows of a row | line | column differs from the conventional magnetic detection apparatus 201. FIG. To be precise, the arrangement position of the anisotropic magnetoresistive element 11 is determined based on the magnetic field distribution of the bias magnetic field, and details thereof will be described later.

図2は、磁気センサ10の内部構成を示す図である。図2(a)に示すように、磁気センサ10では、1つの異方性磁気抵抗素子11が、Y軸方向略中央に配置され、各端子13a及び13bと接続されている。磁気センサ10の端子13a及び13bは、実装基板30に含まれる固定抵抗12を利用して、図2(b)に示すハーフブリッジ型の回路を形成するように接続される。具体的には、端子13aに電圧(+V)を印加して、端子13bを実装基板30に設けられた固定抵抗12の一端に接続する。そして、固定抵抗12の他端を接地(GND)して、磁性体を検出した際の異方性磁気抵抗素子11と固定抵抗12からなるハーフブリッジの中点電圧を出力電圧(Vout)として端子13bで計測する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration of the magnetic sensor 10. As shown in FIG. 2A, in the magnetic sensor 10, one anisotropic magnetoresistive element 11 is disposed at the approximate center in the Y-axis direction and is connected to the terminals 13a and 13b. The terminals 13 a and 13 b of the magnetic sensor 10 are connected so as to form a half-bridge circuit shown in FIG. 2B by using the fixed resistor 12 included in the mounting substrate 30. Specifically, a voltage (+ V) is applied to the terminal 13 a and the terminal 13 b is connected to one end of the fixed resistor 12 provided on the mounting substrate 30. The other end of the fixed resistor 12 is grounded (GND), and the half-point voltage of the half bridge composed of the anisotropic magnetoresistive element 11 and the fixed resistor 12 when the magnetic material is detected is output as the output voltage (Vout). Measure at 13b.

このように、本実施形態に係る磁気検出装置1では、不感磁素子である固定抵抗12を利用して、これを感磁素子である異方性磁気抵抗素子11と直列に接続してハーフブリッジ回路を形成する点が従来の磁気検出装置201と異なっている。   As described above, in the magnetic detection device 1 according to the present embodiment, the fixed resistor 12 that is a magnetosensitive element is used, and this is connected in series with the anisotropic magnetoresistive element 11 that is a magnetosensitive element. It differs from the conventional magnetic detector 201 in that a circuit is formed.

図3は、磁気センサ10からの出力電圧(Vout)の計測例を示す図である。図3では、上段および中段の図の縦軸が磁気抵抗素子の抵抗値を示し、下段の図の縦軸が電圧値を示している。横軸はいずれの図も時間を示している。磁性体が異方性磁気抵抗素子11の上方を図1に示すY軸正方向に通過した場合には、磁性体の磁気量に応じて、異方性磁気抵抗素子11の抵抗値Raは図3上段に示すように変化する。これに対して、固定抵抗12の抵抗値Rbは、同図中段に示すように一定で磁性体による影響を受けない。この結果、RaとRbの中点では、図3下段に示すようにRaとRbの抵抗値の差分として出力電圧Voutが計測される。   FIG. 3 is a diagram illustrating a measurement example of the output voltage (Vout) from the magnetic sensor 10. In FIG. 3, the vertical axis in the upper and middle diagrams shows the resistance value of the magnetoresistive element, and the vertical axis in the lower diagram shows the voltage value. The horizontal axis shows time in all the figures. When the magnetic material passes above the anisotropic magnetoresistive element 11 in the positive direction of the Y axis shown in FIG. 1, the resistance value Ra of the anisotropic magnetoresistive element 11 depends on the amount of magnetism of the magnetic material. 3 Changes as shown in the upper part. On the other hand, the resistance value Rb of the fixed resistor 12 is constant and not affected by the magnetic material as shown in the middle part of FIG. As a result, at the midpoint between Ra and Rb, the output voltage Vout is measured as the difference between the resistance values of Ra and Rb as shown in the lower part of FIG.

異方性磁気抵抗素子11の配置位置のずれ(組立誤差)や磁石の磁力ばらつきによってバイアス磁界の強度が設計値よりずれた場合でも、異方性磁気抵抗素子11の抵抗値Raは変化するが、固定抵抗12の抵抗値Rbは変化しない。このため、バイアス磁界強度の変化により出力電圧Voutは変化するが、図20に示す従来の磁気検出装置201のように出力電圧Voutの検知波形が複雑に変化することはない。   Even when the intensity of the bias magnetic field is deviated from the design value due to the displacement (assembly error) of the arrangement position of the anisotropic magnetoresistive element 11 and the magnetic force variation of the magnet, the resistance value Ra of the anisotropic magnetoresistive element 11 changes. The resistance value Rb of the fixed resistor 12 does not change. For this reason, although the output voltage Vout changes due to the change in the bias magnetic field intensity, the detection waveform of the output voltage Vout does not change in a complicated manner unlike the conventional magnetic detection device 201 shown in FIG.

このように、本実施形態に係る磁気検出装置1では、感磁素子である異方性磁気抵抗素子11を1つしか含まないため、組立誤差や磁石の磁力のばらつき等があった場合でも、異方性磁気抵抗素子11の抵抗値が変化するに留まる。出力電圧Voutの値が変化するのみで、検知波形には影響がない。また、この電圧の変化は、例えばソフト処理によるゲイン調整によって、容易に調整することができる。このため、出力電圧Voutの増幅器のゲイン調整を行って、磁性体の磁気量に応じた出力電圧Voutを得ることが可能となる。すなわち、本実施形態に係る磁気検出装置1では、磁性体を検出するだけではなく、これに加えて検出した磁性体の磁気量を計測することが可能となる。このように、磁気検出装置1は、ゲイン調整を行う機能を有している。なお、このゲイン調整手段は、磁気センサ10をアレイ化した場合に、チャンネル間の感度のばらつきを補正するための手段としても利用することができる。   Thus, since the magnetic detection apparatus 1 according to the present embodiment includes only one anisotropic magnetoresistive element 11 that is a magnetosensitive element, even when there is an assembly error, a variation in the magnetic force of the magnet, or the like, The resistance value of the anisotropic magnetoresistive element 11 only changes. Only the value of the output voltage Vout changes, and the detected waveform is not affected. Further, this voltage change can be easily adjusted by, for example, gain adjustment by software processing. For this reason, it is possible to adjust the gain of the amplifier of the output voltage Vout to obtain the output voltage Vout corresponding to the magnetic quantity of the magnetic material. That is, the magnetic detection device 1 according to the present embodiment can not only detect the magnetic material but also measure the magnetic amount of the detected magnetic material. Thus, the magnetic detection device 1 has a function of performing gain adjustment. This gain adjusting means can also be used as means for correcting variation in sensitivity between channels when the magnetic sensor 10 is arrayed.

なお、本実施形態に係る磁気検出装置1が、図1及び図2に示すように不感磁素子として利用する固定抵抗12を実装基板30上に設ける態様に限定されるものではない。例えば、磁気センサが固定抵抗を含む態様であっても構わない。磁気センサが固定抵抗を含む場合の構成を図4及び図5を参照しながら説明する。   Note that the magnetic detection device 1 according to the present embodiment is not limited to a mode in which the fixed resistor 12 used as a magnetosensitive element is provided on the mounting substrate 30 as shown in FIGS. 1 and 2. For example, the magnetic sensor may include a fixed resistor. A configuration when the magnetic sensor includes a fixed resistor will be described with reference to FIGS.

図4は、磁気検出装置1の異なる態様を示す図である。このように、磁気検出装置1が、感磁素子である異方性磁気抵抗素子111及び不感磁素子である固定抵抗112の両方を含む磁気センサ110を利用する態様であっても構わない。この場合も、磁気センサ110を、異方性磁気抵抗素子111の位置が、2列の磁石21及び22の間の中心線20上となるように配置して、図5に示すように計測回路を構成すればよい。   FIG. 4 is a diagram showing a different aspect of the magnetic detection device 1. As described above, the magnetic detection device 1 may be configured to use the magnetic sensor 110 including both the anisotropic magnetoresistive element 111 that is a magnetosensitive element and the fixed resistor 112 that is a magnetosensitive element. Also in this case, the magnetic sensor 110 is arranged so that the position of the anisotropic magnetoresistive element 111 is on the center line 20 between the two rows of magnets 21 and 22, and a measurement circuit as shown in FIG. May be configured.

図5は、図4に示す磁気センサ110の内部構成を示す図である。図5(a)に示すように磁気センサ110内部で異方性磁気抵抗素子111と固定抵抗112とを接続して、同図(b)に示すようにハーフブリッジ回路を形成する。これにより、図1及び図2に示す磁気センサ10の場合と同様に、磁性体の通過によって抵抗値の変化が生じ、図3に示すように出力電圧Voutを計測することができる。   FIG. 5 is a diagram showing an internal configuration of the magnetic sensor 110 shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the anisotropic magnetoresistive element 111 and the fixed resistor 112 are connected inside the magnetic sensor 110 to form a half-bridge circuit as shown in FIG. 5B. Thereby, as in the case of the magnetic sensor 10 shown in FIGS. 1 and 2, the resistance value changes due to the passage of the magnetic material, and the output voltage Vout can be measured as shown in FIG.

次に、磁気検出装置1における感磁素子の配置位置の設定方法について詳細を説明する。図6は、異方性磁気抵抗素子11の配置位置を決定するために磁界分布の解析を行う解析面40を示す模式図である。解析面40は、異方性磁気抵抗素子11及び磁石(21及び22)の上方で、磁性体300が通過する位置を含むように設定される。なお、図6には、従来の磁気検出装置201との比較のため、従来の異方性磁気抵抗素子211及び212の配置位置を破線で示している。   Next, details of the method for setting the arrangement position of the magnetosensitive element in the magnetic detection device 1 will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing an analysis surface 40 for analyzing the magnetic field distribution in order to determine the arrangement position of the anisotropic magnetoresistive element 11. The analysis surface 40 is set to include a position where the magnetic body 300 passes above the anisotropic magnetoresistive element 11 and the magnets (21 and 22). In FIG. 6, the arrangement positions of the conventional anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 are indicated by broken lines for comparison with the conventional magnetic detection device 201.

異方性磁気抵抗素子11は、感磁方向がY軸方向と一致するように配置される。そして、その上方をY軸方向に通過する磁性体300の検出及び磁気量の計測を行う。磁気検出装置1では、2列の磁石21及び22の上方(Z軸正方向)で中心線20上に異方性磁気抵抗素子11が配置されるが、この配置位置は、磁石21及び22によるバイアス磁界の磁界分布に基づいて設定される。   The anisotropic magnetoresistive element 11 is arranged so that the magnetosensitive direction coincides with the Y-axis direction. And the detection of the magnetic body 300 which passes the upper direction in the Y-axis direction, and the measurement of a magnetic quantity are performed. In the magnetic detection device 1, the anisotropic magnetoresistive element 11 is disposed on the center line 20 above the two rows of magnets 21 and 22 (in the positive Z-axis direction). It is set based on the magnetic field distribution of the bias magnetic field.

具体的には、Y軸方向のバイアス磁界の変化を正確に計測するため、感磁素子である異方性磁気抵抗素子11を、バイアス磁界のYZ成分ベクトルの向きがZ軸に略平行となる位置、言い換えればY軸方向の磁界強度が0(ゼロ)近傍となる位置に配置することが好ましい。   Specifically, in order to accurately measure the change in the bias magnetic field in the Y-axis direction, the anisotropic magnetoresistive element 11 that is a magnetosensitive element is used so that the direction of the YZ component vector of the bias magnetic field is substantially parallel to the Z-axis. It is preferable to arrange at a position, in other words, at a position where the magnetic field strength in the Y-axis direction is near 0 (zero).

図7は、バイアス磁界のYZ成分ベクトルを表示した図である。この分布図は、図6に示すように、磁石21及び22の上方に設定した解析面40内のベクトル分布を示している。図7では、本実施形態に係る磁気検出装置1の異方性磁気抵抗素子11の配置位置51と、従来装置の異方性磁気抵抗素子211及び212の配置位置251及び252とを示している。   FIG. 7 is a diagram showing the YZ component vector of the bias magnetic field. As shown in FIG. 6, this distribution chart shows a vector distribution in the analysis surface 40 set above the magnets 21 and 22. FIG. 7 shows the arrangement position 51 of the anisotropic magnetoresistive element 11 of the magnetic detection device 1 according to the present embodiment and the arrangement positions 251 and 252 of the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 of the conventional apparatus. .

このように、従来装置では、2つの異方性磁気抵抗素子211及び212が、磁界ベクトルの方向がZ軸に対して角度を有する位置251及び252に配置されていた。これに対して、本実施形態に係る磁気検出装置1では、磁界ベクトルの方向がZ軸に略平行となる位置51に異方性磁気抵抗素子11が配置される。   As described above, in the conventional device, the two anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 are arranged at the positions 251 and 252 in which the direction of the magnetic field vector has an angle with respect to the Z axis. On the other hand, in the magnetic detection apparatus 1 according to the present embodiment, the anisotropic magnetoresistive element 11 is disposed at a position 51 where the direction of the magnetic field vector is substantially parallel to the Z axis.

図8は、Y軸方向の磁束密度の強度分布を示す図である。組立誤差を考慮すると、従来装置の異方性磁気抵抗素子211及び212が配置される位置251及び252は、例えば、各々が図8に示す矩形領域261及び262内のいずれかの位置を取り得ることになる。従来装置では、2つの異方性磁気抵抗素子211及び212が、磁束密度の分布が密になる位置251及び252に配置するよう設定されていたので、矩形領域261及び262内での配置位置が異なると磁界強度が大きく変化することになる。これが、図20及び図21に示すように、異方性磁気抵抗素子211及び212の感度や磁気センサ210の出力電圧Voutがばらつくことの原因となっていた。   FIG. 8 is a diagram showing the intensity distribution of the magnetic flux density in the Y-axis direction. In consideration of the assembly error, the positions 251 and 252 where the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 of the conventional device are arranged can take any position within the rectangular regions 261 and 262 shown in FIG. 8, for example. It will be. In the conventional apparatus, since the two anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 are set to be arranged at the positions 251 and 252 where the distribution of the magnetic flux density is dense, the arrangement positions in the rectangular regions 261 and 262 are If they are different, the magnetic field strength changes greatly. As a result, the sensitivity of the anisotropic magnetoresistive elements 211 and 212 and the output voltage Vout of the magnetic sensor 210 vary as shown in FIGS.

これに対して、本実施形態に係る磁気検出装置1では、磁束密度が0(ゼロ)近傍となる位置51に異方性磁気抵抗素子11を配置する。このため、従来装置と同様の組立誤差を考慮した矩形領域61内で、配置位置51が変化した場合でも、磁束密度の変化による影響は小さい。また、磁石21及び22の磁力が変化した場合でも、同様に磁束密度の変化による影響は小さい。   On the other hand, in the magnetic detection device 1 according to the present embodiment, the anisotropic magnetoresistive element 11 is arranged at a position 51 where the magnetic flux density is near 0 (zero). For this reason, even when the arrangement position 51 changes in the rectangular area 61 in consideration of the assembly error similar to the conventional apparatus, the influence due to the change in the magnetic flux density is small. Further, even when the magnetic force of the magnets 21 and 22 is changed, the influence of the change in the magnetic flux density is also small.

このように、感磁方向がY軸方向である異方性磁気抵抗素子11を、YZ平面における磁界ベクトルの方向がZ軸方向と略平行となる位置、すなわちY軸方向の磁界強度が0(ゼロ)近傍となる位置51に配置することにより、組立誤差や磁石21及び22の磁力のばらつきによる影響を抑制できる。このため、Y軸方向に移動する磁性体の検出及び磁気量の計測を行うことができる。なお、具体的には、異方性磁気抵抗素子11が配置される感磁方向の磁界強度が±1mT以下であることが好ましい。   In this way, the anisotropic magnetoresistive element 11 whose magnetic sensing direction is the Y-axis direction is applied to a position where the direction of the magnetic field vector in the YZ plane is substantially parallel to the Z-axis direction, that is, the magnetic field strength in the Y-axis direction is 0 By disposing at the position 51 in the vicinity of (zero), it is possible to suppress the effects of assembly errors and variations in the magnetic force of the magnets 21 and 22. For this reason, it is possible to detect a magnetic body moving in the Y-axis direction and measure the amount of magnetic force. Specifically, it is preferable that the magnetic field strength in the magnetosensitive direction in which the anisotropic magnetoresistive element 11 is disposed is ± 1 mT or less.

図9は、2列の磁石21及び22によるバイアス磁界の分布と、磁石21及び22に対する異方性磁気抵抗素子11の配置位置51の例を示す図である。バイアス磁界を考慮して異方性磁気抵抗素子11の配置位置51が決定されると、この位置51に異方性磁気抵抗素子11を配置するため、磁気センサ10と磁石21及び22の位置が調整される。磁気センサ10の位置は、磁石21及び22との間にある実装基板30によって調整されるが、実装基板30のみによって位置調整ができない場合には、実装基板30下面にスペーサを設けたり、実装基板30の板厚を変更することによって位置調整を行う。   FIG. 9 is a diagram showing an example of the distribution of the bias magnetic field by the two rows of magnets 21 and 22 and the arrangement position 51 of the anisotropic magnetoresistive element 11 with respect to the magnets 21 and 22. When the arrangement position 51 of the anisotropic magnetoresistive element 11 is determined in consideration of the bias magnetic field, the positions of the magnetic sensor 10 and the magnets 21 and 22 are determined in order to arrange the anisotropic magnetoresistive element 11 at this position 51. Adjusted. The position of the magnetic sensor 10 is adjusted by the mounting substrate 30 between the magnets 21 and 22, but if the position cannot be adjusted only by the mounting substrate 30, a spacer may be provided on the lower surface of the mounting substrate 30, or the mounting substrate The position is adjusted by changing the plate thickness of 30.

なお、異方性磁気抵抗素子11の配置位置51は、1つの解析面による磁界分布を考慮して設定される態様に限らず、複数の解析面における磁界分布を考慮して設定される態様であっても構わない。例えば、図10に示すように、異方性磁気抵抗素子11が配置される位置で複数の解析面41a〜41cを設定して、これらの設定面での解析結果を考慮して異方性磁気抵抗素子11の配置位置を決定する。具体的には、図11に示すように、複数の解析面41a〜41cにおけるY軸方向の磁束密度分布を合成して、この結果から、磁束密度が0(ゼロ)近傍となる位置を異方性磁気抵抗素子11の配置位置51とする。   In addition, the arrangement position 51 of the anisotropic magnetoresistive element 11 is not limited to an aspect set in consideration of the magnetic field distribution on one analysis plane, but in an aspect set in consideration of the magnetic field distribution on a plurality of analysis planes. It does not matter. For example, as shown in FIG. 10, a plurality of analysis surfaces 41a to 41c are set at positions where the anisotropic magnetoresistive element 11 is arranged, and the anisotropic magnetism is taken into consideration in consideration of the analysis results on these setting surfaces. The arrangement position of the resistance element 11 is determined. Specifically, as shown in FIG. 11, the magnetic flux density distribution in the Y-axis direction on the plurality of analysis surfaces 41a to 41c is synthesized, and from this result, the position where the magnetic flux density is near 0 (zero) is anisotropic. The position 51 of the magnetoresistive element 11 is assumed.

また、磁気検出装置1が、2列の磁石21及び22を利用してバイアス磁界を発生する場合を示したが、本実施形態がこれに限定されるものではない。例えば、バイアス磁界を発生する磁石ユニットとして、2列の磁石を利用する態様の他、3列以上の磁石を利用してもよいし、1列の磁石とヨークを利用する態様であっても構わない。   Moreover, although the case where the magnetic detection apparatus 1 generate | occur | produces a bias magnetic field using the magnets 21 and 22 of 2 rows was shown, this embodiment is not limited to this. For example, as a magnet unit that generates a bias magnetic field, in addition to an aspect using two rows of magnets, three or more rows of magnets may be used, or one row of magnets and a yoke may be used. Absent.

具体的には、図12に示すように、3列の磁石21〜23を利用してもよい。この場合でも、図13に示すようにY軸方向の磁束密度分布を考慮して異方性磁気抵抗素子11の配置位置51を設定する。そして、異方性磁気抵抗素子11と磁石21〜23との位置関係が図14に示す関係となるように異方性磁気抵抗素子11を配置すればよい。   Specifically, as shown in FIG. 12, three rows of magnets 21 to 23 may be used. Even in this case, the arrangement position 51 of the anisotropic magnetoresistive element 11 is set in consideration of the magnetic flux density distribution in the Y-axis direction as shown in FIG. And the anisotropic magnetoresistive element 11 should just be arrange | positioned so that the positional relationship of the anisotropic magnetoresistive element 11 and the magnets 21-23 may become the relationship shown in FIG.

また、図15に示すように、1列の磁石25とX軸方向から見た側面が凹型形状のヨーク70を利用してもよい。この場合でも、図16に示すようにY軸方向の磁束密度分布を考慮して異方性磁気抵抗素子11の配置位置51を設定する。そして、異方性磁気抵抗素子11と磁石25及びヨーク70との位置関係が図17に示す関係となるように異方性磁気抵抗素子11を配置すればよい。なお、図13及び図16に示す異方性磁気抵抗素子11の配置位置51は、同一の組立誤差を考慮して設定したものであるが、図16では異方性磁気抵抗素子11を配置可能な領域が、図13よりも広くなっている。すなわち、図15に示すように磁石25とヨーク70を利用した場合には、異方性磁気抵抗素子11を配置可能な範囲が広くなる。   Further, as shown in FIG. 15, a row of magnets 25 and a yoke 70 having a concave shape when viewed from the X-axis direction may be used. Even in this case, the arrangement position 51 of the anisotropic magnetoresistive element 11 is set in consideration of the magnetic flux density distribution in the Y-axis direction as shown in FIG. Then, the anisotropic magnetoresistive element 11 may be arranged so that the positional relationship between the anisotropic magnetoresistive element 11 and the magnet 25 and the yoke 70 becomes the relationship shown in FIG. 13 and 16 are set in consideration of the same assembly error, but the anisotropic magnetoresistive element 11 can be arranged in FIG. This area is wider than in FIG. That is, as shown in FIG. 15, when the magnet 25 and the yoke 70 are used, the range in which the anisotropic magnetoresistive element 11 can be disposed is widened.

上述してきたように、本実施形態によれば、磁気センサ10で利用する感磁素子である異方性磁気抵抗素子11を1つとして、この異方性磁気抵抗素子11の感磁方向を検出対象となる磁性体の移動方向に合わせると共に、異方性磁気抵抗素子11の配置位置を感磁方向の磁束密度が0(ゼロ)近傍となる位置とすることで、通過する磁性体の検出に加えて、磁性体の磁気量を計測することができる。異方性磁気抵抗素子11がバイアス磁界の変化による影響を受け難い位置に配置されるので、組立誤差により異方性磁気抵抗素子11の配置位置がずれた場合でも、正確な計測を行うことが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, one anisotropic magnetoresistive element 11 that is a magnetosensitive element used in the magnetic sensor 10 is used, and the magnetic sensitive direction of the anisotropic magnetoresistive element 11 is detected. By matching the moving direction of the target magnetic body and setting the position of the anisotropic magnetoresistive element 11 at a position where the magnetic flux density in the magnetosensitive direction is near 0 (zero), it is possible to detect the passing magnetic body. In addition, the amount of magnetism of the magnetic material can be measured. Since the anisotropic magnetoresistive element 11 is disposed at a position that is not easily affected by the change of the bias magnetic field, accurate measurement can be performed even when the disposed position of the anisotropic magnetoresistive element 11 is shifted due to an assembly error. It becomes possible.

また、磁性体の位置と磁気量とを正確に検出することが可能となるので、例えば、磁気インク等の磁性体を利用して紙葉類上に文字や記号が形成されている場合に、これらの文字や記号を認識することが可能となる。   In addition, since it is possible to accurately detect the position and magnetic quantity of the magnetic material, for example, when characters and symbols are formed on the paper using a magnetic material such as magnetic ink, These characters and symbols can be recognized.

以上のように、本発明は、磁性体の検出及び該磁性体の磁気量を検出するために有用な技術である。   As described above, the present invention is a useful technique for detecting a magnetic material and detecting the magnetic quantity of the magnetic material.

1、201 磁気検出装置
10、110、210 磁気センサ
11、111、211、212 異方性磁気抵抗素子
12、112 固定抵抗
21〜25、221、222 磁石
30、230 実装基板
70 ヨーク
300 磁性体
1,201 Magnetic detection device 10, 110, 210 Magnetic sensor 11, 111, 211, 212 Anisotropic magnetoresistive element 12, 112 Fixed resistance 21-25, 221, 222 Magnet 30, 230 Mounting substrate 70 Yoke 300 Magnetic body

Claims (5)

バイアス磁界中を移動する磁性体を磁界の変化に基づいて検出する磁気検出装置であって、
前記バイアス磁界を発生させる磁石ユニットと、
前記磁石ユニットの上方で前記磁性体が前記バイアス磁界中を移動する方向と感磁方向とが一致し、かつ、前記バイアス磁界の前記感磁方向成分の磁束密度が0(ゼロ)近傍となる位置に配置されて、前記磁性体の通過による前記磁界の変化を検出するための異方性磁気抵抗素子と
を備えることを特徴とする磁気検出装置。
A magnetic detection device for detecting a magnetic body moving in a bias magnetic field based on a change in the magnetic field,
A magnet unit for generating the bias magnetic field;
Position where the direction in which the magnetic body moves in the bias magnetic field above the magnet unit coincides with the magnetic sensitive direction, and the magnetic flux density of the magnetic sensitive direction component of the bias magnetic field is near 0 (zero). And an anisotropic magnetoresistive element for detecting a change in the magnetic field due to the passage of the magnetic body.
複数の前記異方性磁気抵抗素子がアレイ状に1列に配置されることを特徴とする請求項1に記載の磁気検出装置。   The magnetic detection device according to claim 1, wherein the plurality of anisotropic magnetoresistive elements are arranged in a line in an array. 前記磁石ユニットは、同極性の磁極を上方に向けて前記感磁方向に並べて配置された2列以上の磁石によって形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気検出装置。   3. The magnetic detection device according to claim 1, wherein the magnet unit is formed by two or more rows of magnets arranged with the same polarity magnetic poles facing upward in the magnetic sensing direction. 4. 前記磁石ユニットは、1列の磁石及び該磁石による磁界分布を制御するためのヨークによって形成されることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の磁気検出装置。   The magnetic detection device according to claim 1, wherein the magnet unit is formed by a row of magnets and a yoke for controlling a magnetic field distribution by the magnets. 前記異方性磁気抵抗素子を固定抵抗と直列に接続して電圧を印加することによりハーフブリッジ回路を形成し、その中点電圧の変化に基づいて前記磁性体を検出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁気検出装置。   A half-bridge circuit is formed by applying a voltage by connecting the anisotropic magnetoresistive element in series with a fixed resistor, and detecting the magnetic body based on a change in a midpoint voltage thereof. Item 5. The magnetic detection device according to any one of Items 1 to 4.
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