JPH09512363A - 磁気要素を検出する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高い磁気−機械的結合係数を有する磁気要素を磁気信号によって検出する方法が示唆されている。要素は要素の共振周波数に影響を与える磁気バイアス場に晒され、磁場に影響される要素の性質が検出される。その期間内に知ることのできる性質を有する要素の存在か検出されるような期間内に、分離して存在する要素の位置を区分できる傾きでバイアス場の大きさが変更される。バイアス場は、同一面に配置された複数の要素が区別できるように交番場伝播方向に均質な性質を与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気要素の検出方法 発明の分野 本発明は、高い磁気−機械結合係数を有する磁気要素を検出する改善された方 法に関する。ある予め定められた配置中に存在する多数のそのような要素の検出 において、複雑な検出方法が実行されている。 先行技術の記述 先行する特許明細書において、応答領域内の異なった場所の配置された別個同 一の複数の要素を区別するために不均一なバイアス場を使用することは示唆され ている。あるコードを有する各セットを提供するために、それらの要素がどのよ うに構成されているかに係わらず、個々の要素から出力される信号をラベル等に 応じて１つのグループに迅速に結合するときに、問題がある。 発明の概要 本発明の目的は、複数の予備的な計測手段によって、より効果的に磁気要素を 検出することを目的とする。この目的は、請求項１に係る方法によって達成され る。さらなる目的および利点は以下の記述および請求項から明らかである。 図面に関する記述 添付図面において、 図１は、要素と磁場との間の種々の角度について適用されるバイ アス場の大きさに関する周波数応答の変化を示すグラフ、 図２は、周波数に関するＨαmin の最大値を示すグラフ、 図３は、３つの要素の位置の概略図、 図４は、ｔε〔０，１〕の関数として周波数変動を示す図、そして、 図５は、要素２の理論周波数応答を示す図である。 発明の詳細な記述 磁気要素の下記の検出を容易にするために、磁気バイアス場の１つの段階の設 定が最初に実行され、応答領域内の要素によって発生される信号の検出によって 追従される。第１段階がすべての方向に一定にバイアス場であり、第２段階がす べての方向の中の特定の方向に傾きのある１つのバイアス場であるバイアス場に 対する２段階の設定は、複数の要素に対する可能な無限数の位置を有限数に減ら すことを目的とする。バイアス場の第３段階は、要素のない位置を削除すること により、あるいは隠れた要素からの周波数応答を区別することによって、応答領 域内の要素の正確な数を見出すことを目的とする。 各バイアス場において、他の要素と同じ周波数で応答した場合には、要素は隠 されるかもしれない。理論的にはこれは極めて稀な状況であるが、電子回路の周 波数分解能が不足しているため実際にはしばしばあることである。２つの周波数 応答が相互に接近したときには、２つの周波数が等しくなる前にそれらの一方が 突然消えることが判っている。従って隠された要素を排除する１つの解法は、周 波数分解能を高めることである。 バイアス場の最初の２つの段階は絶対に必要であり、一対の非常に異なった場 を使用する。最後の段階は、中間のバイアス場を印加 することにある。 バイアス場の合計数を減少し、要素等の読みあるいは検出をより迅速とするた めにバイアス場のこの最後の段階を削除することが本発明の目的である。これは トラッキングを介してなされ得る。トラッキング中、中間のバイアス場は２つの 定められた場の間に発生される。その結果、中間トラッキングバイアス場によっ て与えられたすべてのデータは記憶され、新たなバイアス場の発生の代わりに隠 された要素を発見するために最後に使用される。 これは２つの条件のもとに可能であるが、 −第１の条件は、トラッキングによって発生される中間のバイアス場がバイア ス場の第３段階に対して良好な場を形成可能なように注意が払われるべきことで ある。場発生コイルにおける電流変動の適当な法則が２つの定められたバイアス 場の間で使用されるならば、これは達成され得る。 −第２の条件は、２つの定められたバイアス場の間のトラッキングにおける最 良のバイアス場は新たなデータが意味あるものとなるように選択することを可能 ならしめることである。 バイアス場の第１段階の目的は、可能な要素の方向の無限数を角度方向の有限 な数（要素の位置に関する情報はまだない）に低減することである。バイアス場 のこの段階は、また各要素の長さを検出する目的のためにも使用される。 要素の長さを検出するために、要素の周波数応答がバイアス場の強度に対して 描かれねばならない。この曲線を描くときに、要素の位置も方向も知られていな い場合は、最良の方法は一定の場を使用することである。図１は、要素と磁場の 間の種々の角度に対して適用されるバイアス場の大きさに対する周波数応答の変 動を示している。 最小周波数ｆmin の値は、要素の長さを与える。最小周波数におけるバイアス 場の大きさの値は、バイアス場については要素の角度の計算を許容する。もし角 度が非常に大きければ（即ち、＞８０°）、周波数変動は非常にゆっくりである か、あるいは要素は検出され得ない。一対の与えられた方向に対して一定バイア ス場の固定された順序を適用する代わりに、本発明に係るバイアス場の大きさは 、同じ一対の与えられた方向に対する最小値Ｈαmin と最大値Ｈαmax の間でト ラッキングされる。 バイアス場の大きさを変えずに、即ち場の回転によって与えられる情報を直接 使用することにより、直接要素の長さを検出する他の可能性がある。従って、バ イアス場の数は低減されるが、わずかに強い磁場が要求される。 バイアス場の第１段階において、要求される方向の数を知ることは重要である 。この数は、バイアス場と要素の間の最大検出角度に強く依存する。バイアス場 と９０°の角度をなす要素は検出され得ないので、少なくとも３方向が必要であ ることがすでに知られている。 本発明によれば、最大検出角度が５５°以上であるならば、３つの異なる方向 が十分であることが予測されている。この場合、３つの直交場が使用されるなら ば、要素と５５°以下の角度をなす少なくとも１つのバイアス場が常に存在する 。 従って、検出の最大角度を知ることは極めて重要である。一般的なバイアスア ルゴリズムにおいて、この情報は必要とされる。検出すべき（バイアス場と要素 との間の）最大角度の値を測定するために、この角度は各要素長さのために計測 されることが示唆されている。いったんこの値が知られたならば、一般的なバイ アスアルゴリズムは結果的に適用され得る。 いったんすべての可能な要素の方向が得られたならば、バイアス場の第２段階 によってある数の可能な要素の位置を検出するために、磁場方向は選択されなけ ればならない。これは情報のデータ処理によって達成され得る。いったん方向が 選択されると、主に同一の方向を有する１組の要素を検出するために一般的なバ イアスバルゴリズムの一部である１つのバイアスアルゴリズムが使用される。こ れは、所定の方向を有するバイアス場によってすべての要素が検出されることを 意味している。アルゴリズムはバイアス場の固定された順序を使用する。適用で きるバイアス場順序は、一般的なＲＳＯアルゴリズムあるいは隠された要素の検 出に要求される付加的なバイアス場によって与えられる。隠された要素は、トラ ッキング中の中間のバイアス場によって検出され得ることが仮定されている。 要素の長さを検出するために、その方向がＯＸ（検出方向）に沿い、その大き さがＨαmin である一定場がまず発生されねければならない。Ｈαmin の選択に はいくつかの可能性がある。Ｈαmin の最大値は、要素がいかなる長さを有する にせよ、ＨFrmin の最小値である。図２参照のこと。Ｈαmin の最小値は、０に 、あるいは経験的に決定され得る。 そして、一定場の大きさは、値Ｈαmax が達成されるまでトラッキングアルゴ リズムを使用して滑らかに増加される。値Ｈαmax は、要素の長さに係わらず最 大ＨFrmin 値と現在探索されているバイアス場と検出された要素との成す最大α max 角度とに依存するであろう。もし、αmax ＝５５°であれば、 Ｈαmax ＝ｍａｘ（ＨFrmin）／cos ５５° ＝１．７４ｍａｘ（ＨFrmin） ＲＳＯアルゴリズムのトラッキングによって与えられる曲線によって、１組の 要素が発見され、その長さは上述のアルゴリズムによ って決定され得る。 ２つの上述の定められたバイアス場の間のトラッキングによって、各要素とＯ Ｘ軸との間の角度を見出すことも可能であるが、正確な要素の方向は依然として 未知である。これらを決定するために、異なる方向を有する少なくとも２つの他 のバイアス場が要求される。 角度決定は、一般のバイアスアルゴリズムによって正確になされる。 以前のバイアス場によって得られた角度情報は有限数のあり得る角度を計算す るために十分であり、ＲＳＯアルゴリズムの統計学的計算はこのように働く。実 際、正確な要素の方向の未知に起因する制限だけが、仮定しなければならず同じ 場所でＯＸ軸と同じ角度をなす２つの要素を位置決めすることが不可能なことで ある。 ここで、それぞれの長さを有する検出された要素のリストが提供される。それ らの周波数応答は、他の要素の周波数応答と同一であるので隠された要素は検出 されないかもしれない。このような隠された要素は、３つの直交方向に傾きを有 する３つのバイアス場の固定された順序を適用することにより発見され得る。 −第１のバイアス場：ＯＸ方向に傾きを有するＯＸ方向に沿う磁場。 −第２のバイアス場：ＯＹ方向に傾きを有するＯＸ方向に沿う磁場。 −第３のバイアス場：ＯＺ方向に傾きを有するＯＸ方向に沿う磁場。 これら３つの場のいずれもが、そしてすべてが１次ベクトル多項式の近似であ る。従って各バイアス場に対する各検出された周波数は、容易に解くことのでき る１次方程式を与える。トラッキングに よって、各要素の位置を計算することが可能であり、隠された要素はもはや稀な 場合を除いて存在することはない。トラッキングアルゴリズムの中間データが隠 された要素の問題を解決するために使用されるように、２つのバイアス場の間で 傾きの正しい回転がなされるように注意が払われなければならない。 試験において、どのように要素が隠され、隠された要素のすべての場合を解決 するためにどのようにトラッキングアルゴリズムが使用されるかが学習される。 この試験において３つの要素に関する図３の状況が学習される。 ＯＸ方向に傾きを有するバイアス場が適用されたときに、要素１および２は同 一の周波数で共振する。ＯＹ方向に傾きを有するバイアス場が適用されたときに 、要素１および２は同一の周波数で応答する。その結果これら２つのバイアス場 によっては、２つの要素のみか検出されるが、実際には３つの要素があり、その １つは隠されている。 この問題に対する解は、（１，１）方向に沿う傾きを有する付加的なバイアス 場を適用することである。そして、３つの異なる周波数が検出され得る。 第１および第２のバイアス場の間のトラッキング中に傾きが適当に回転される ならば、付加的なバイアス場はすでにバイアス順序中に発生される。従って、す べての必要なデータは、すでに利用可能となる。トラッキングによって得られた 曲線は図４によるが、だい３の要素はａとｂとの間に検出される。 もし３つの要素が相互に極めて接近して配置されるか、非常に多数の要素が存 在するならば、この技法は働かないかもしれない。両者の場合において、要素２ はいわゆる「遮蔽された」ものであり、図５のように検出され得ない。 要素２の理論的周波数応答は点線で与えられるが、要素はトラッキング中に発 見され得ない。遮蔽効果がある。トラッキングはバイアス場Ｂ１とＢ２との間で なされる。両方のバイアス場が図中に表されている。単純な矢印は磁場方向を表 し、２重矢印は傾き方向を表す。 上述の試験は、要素が遮蔽される限界を見出すことである。遮蔽された要素の 概念は、双方が検出される場合には２つの要素の間の最小距離の概念の一般化で あることが観察され得る。この試験は、また２つの要素の最小距離をも与える。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年５月１５日 【補正内容】 バイアス場の最初の２つの段階は絶対に必要であり、一対の非常に異なった場 を使用する。最後の段階は、中間のバイアス場を印加することにある。 バイアス場の合計数を減少し、要素等の読みあるいは検出をより迅速とするこ とが本発明の目的である。これはトラッキングを介してなされ得る。トラッキン グ中、中間のバイアス場は２つの定められた場の間に発生される。その結果、中 間トラッキングバイアス場によって与えられたすべてのデータは記憶され、新た なバイアス場の発生の代わりに隠された要素を発見するために最後に使用される 。 これは２つの条件のもとに可能であるが、 −第１の条件は、トラッキングによって発生される中間のバイアス場がバイア ス場の第３段階に対して良好な場を形成可能なように注意が払われるべきことで ある。場発生コイルにおける電流変動の適当な法則が２つの発生されるべきバイ アス場の間で使用されるならば、これは達成され得る。 −第２の条件は、２つの発生されたバイアス場の間のトラッキングにおける最 良のバイアス場は新たなデータが意味あるものとなるように選択することを可能 ならしめることである。 バイアス場の第１段階の目的は、可能な要素の方向の無限数を角度方向の有限 な数（要素の位置に関する情報はまだない）に低減することである。バイアス場 のこの段階は、また各要素の長さを検出する目的のためにも使用される。 ＲＳＯアルゴリズムのトラッキングによって与えられる曲線によって、一対の 要素が発見され、その長さは上述のアルゴリズムによって決定され得る。 ２つの上述の定められたバイアス場の間のトラッキングによって、各要素とＯ Ｘ軸との間の角度を見出すことも可能であるが、正確な要素の方向は依然として 未知である。これらを決定するために、異なる方向を有する少なくとも２つの他 のバイアス場が要求される。 角度決定は、一般のバイアスアルゴリズムによって正確になされる。 以前のバイアス場によって得られた角度情報は有限数のあり得る角度を計算す るために十分であり、ＲＳＯアルゴリズムの統計学的計算はこのように働く。実 際、正確な要素の方向の未知に起因する制限だけが、仮定しなければならず同じ 場所でＯＸ軸と同じ角度をなす２つの要素を位置決めすることが不可能なことで ある。 ここで、それぞれの長さを有する検出された要素のリストが提供される。それ らの周波数応答は、他の要素の周波数応答と同一であるので隠された要素は検出 されないかもしれない。このような隠された要素は、３つの直交方向に傾きを有 する３つのバイアス場の固定された順序を適用することにより発見され得る。 −第１のバイアス場：ＯＸ方向に傾きを有するＯＸ方向に沿う磁場。 −第２のバイアス場：ＯＹ方向に傾きを有するＯＸ方向に沿う磁場。 −第３のバイアス場：ＯＺ方向に傾きを有するＯＸ方向に沿う磁場。 これら３つの場のいずれもが、そしてすべてが１次ベクトル多項 式の近似である。従って各バイアス場に対する各検出された周波数は、容易に解 くことのできる１次方程式を与える。トラッキングによって、各要素の位置を計 算することが可能であり、隠された要素はもはや稀な場合を除いて存在すること はない。トラッキングアルゴリズムの中間データが隠された要素の問題を解決す るために使用されるように、２つのバイアス場の間で傾きの正しい回転がなされ るように注意が払われなければならない。 【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年６月２８日 【補正内容】 明細書 磁気要素を検出する方法 発明の分野 本発明は、高い磁気−機械結合係数を有する磁気要素を検出する改善された方 法に関する。ある予め定められた配置中に存在する多数のそのような要素の検出 において、複雑な検出方法が実行されている。 先行技術の記述 先行する特許明細書において、応答領域内の異なった場所の配置された別個同 一の複数の要素を区別するために不均一なバイアス場を使用することは示唆され ている。あるコードを有する各セットを提供するために、それらの要素がどのよ うに構成されているかに係わらず、個々の要素から出力される信号をラベル等に 応じて１つのグループに迅速に結合するときに、問題がある。 ＷＯ−Ａ−９３／１４４７８は、応答領域内の対象を検出する方法および装置 を開示している。各対象は、ラベルが独自性を有するような予め定められたコー ド構造に配列された１組の磁気要素からなるラベルを具備している。要素の磁気 的性質は、発振する要素の存在、および各要素の共振周波数の検出によって決定 される。応答領域を複数の異なる異質の磁気バイアス場に晒すことによって、応 答領域内に存在するすべてのラベルを検出し、区別することが可能である。要素 の共振周波数の名目的な値は異質の磁気バイアス場によって異なる範囲にオフセ ットする。もし可能な要素コードの数が大きければ、および／または、もし多数 のラベルが応答領域内に存 在すれば、すべてのラベルを完全かつ正確に検出するために多数の異なるバイア ス場か発生されなければならない。 発明の概要 本発明の目的は、複数の予備的な計測手段によって、より効果的に磁気要素を 検出することを目的とする。この目的は、請求項１に係る方法によって達成され る。さらなる目的および利点は以下の記述および請求項から明らかである。 いったんすべての可能な要素の方向が得られたならば、バイアス場の第２段階 によってある数の可能な要素の位置を検出するために、磁場方向は選択されなけ ればならない。これは情報のデータ処理によって達成され得る。いったん方向が 選択されると、主に同一の方向を有する一対の要素を検出するために一般的なバ イアスバルゴリズムの一部である１つのバイアスアルゴリズムが使用される。こ れは、所定の方向を有するバイアス場によってすべての要素が検出されることを 意味している。アルゴリズムはバイアス場の固定された順序を使用する。適用で きるバイアス場順序は、一般的なＲＳＯアルゴリズムあるいは隠された要素の検 出に要求される付加的なバイアス場によって与えられる。隠された要素は、トラ ッキング中の中間のバイアス場によって検出され得ることか仮定されている。 要素の長さを検出するために、その方向がＯＸ（検出方向）に沿い、その大き さがＨαmin である一定場がまず発生されねければならない。Ｈαmin の選択に はいくつかの可能性かある。Ｈαmin の最大値は、要素がいかなる長さを有する にせよ、ＨFrmin の最小値である。ここでＨFrmin は最小共振周波数Frmin にお ける磁気バイアス場の強度値である。図２参照のこと。Ｈαmin の最小値は、０ にあるいは経験的に決定され得る。 そして、一定場の大きさは、値Ｈａmax が達成されるまでトラッキングアルゴ リズムを使用して滑らかに増加される。値Ｈαmax は、要素の長さに係わらず最 大ＨFrmin 値と現在探索されているバイアス場と検出された要素との成す最大α max 角度とに依存するであろう。もし、αmax ＝５５°であれば、 Ｈαmax ＝ｍａｘ（ＨFrmin）／cos ５５° ＝１．７４ｍａｘ（ＨFrmin） 請求の範囲 １．各磁気要素が高い磁気−機械結合係数を有し、応答領域内の要素の長さ・ 向きおよび位置のような属性が、要素の共振周波数に影響を与える複数の異なる 磁気バイアス場に要素を晒すことによって、そして各磁気バイアス場に対する要 素の周波数応答を検出ことによって検出される応答領域内の磁気要素を磁気信号 によって検出する方法であって、 磁気バイアス場の第１段階の各磁気バイアス場が空間的に均質、即ち応答領域 内で変化しない大きさを有する磁気バイアス場の第１段階に要素を晒し、 磁気バイアス場の第２段階の各磁気バイアス場が異なる方向に空間的な傾きを 有する、即ち応答領域内て変化する大きさを有する磁気バイアス場の第２段階に 要素を晒し、 前記第２段階の磁気バイアス場の間に前記第２段階の磁気バイアス場の傾きを 回転することによって発生される中間磁気バイアス場に要素を晒すことを特徴と する応答領域内の磁気要素を磁気信号によって検出する方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．共振周波数に影響を与える磁気バイアス場に晒される高い磁気−機械結合 係数を有する磁気要素のバイアス場によって影響される性質を磁気信号によって 検出する方法であって、 所定の期間に検出される性質を有する要素の存在が検出されるような期間内で バイアス場が変更されること、 バイアス場が、同一平面に存在する複数の要素が分離される交番場伝播方向を 有する均質な性質を与えられること、 存在する複数の要素が分離されるように異なる傾きでバイアス場が変更される こと、を特徴とする方法。 ２．バイアス場が要素の位置に応じて適応して変更されることを特徴とする請 求項１に記載の方法。 ３．局所的に増加された傾きを発生することによって、検出分解能が高められ ることを特徴とする請求項１に記載の方法。