DE69738282T2

DE69738282T2 - Detektionsgerät für magnetische Substanze in minimaler Menge in untersuchten langen Gegenständen

Info

Publication number: DE69738282T2
Application number: DE69738282T
Authority: DE
Inventors: Tatsuoki 1-1 Koyakita 1-chome Itami-shi Nagaishi; Hirokazu 1-1 Koyakita 1-chome Itami-shi Kugai; Hideo 1-1 Koyakita 1-chome Itami-shi Itozaki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: CA2208383A1; CA2208383C; JPH1010091A; KR980003630A; DE69738282D1; EP0814342B1; EP0814342A3; EP0814342A2; US6157190A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungseinrichtung einer magnetischen Substanz in geringer Menge. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung kontinuierlich mit hoher Empfindlichkeit Einheiten von feinen Teilchen erfassen, ohne ein zu untersuchendes Objekt in einer Form eines Drahts oder eines Stabs (Lod) zu zerstören.
Beschreibung des Stands der Technik
Eine fremde Materie, welche in einem länglichen Material enthalten ist, kann möglicherweise ernste Schwierigkeiten verursachen, sogar wenn die fremde Materie sehr klein ist. Zum Beispiel, soll Cu ein Drahtmaterial als elektrischer Leiter sein. Manchmal wird es auf weniger als 100 μm in Durchmesser gezogen. Jedoch treten Fehler in der Leitfähigkeit (runs out) im Kupfer beim Ziehprozess aus, wenn eine fremde Materie von weniger als 10 μm in dem Kupfermaterial enthalten ist. Zum Beispiel, wenn eine fremde Materie von weniger als 10 μm in seinem Isolationsmantel vorhanden ist, verschlechtert sich der Durchschlagbeständigkeit (proof pressure) einer Kabelleitung, die Energie mit einer Hochspannung von 500 kV leitet, extrem.
Als Verfahren, um fremde Materie in einem Material aufzuspüren, ist die Verwendung von elektrischer Induktion bekannt. Jedoch kann dieses Verfahren eine fremde Materie von mehr als ungefähr 100 μm aufspüren. Dementsprechend kann eine kleine fremde Materie von weniger als 100 μm nicht erfasst werden. Neue Verfahren, welche kleinere fremde Materie aufspüren können, werden benötigt.
Für diesen technischen Gegenstand, hat der Anmelder schon eine Patentanmeldung als US-Patentanmeldung No 08/273,433 eingereicht, die eine neue Erfassungseinrichtung betrifft.
Diese Einrichtung erfasst einen Drift bzw. eine Verschiebung eines magnetischen Felds, welches ein zu untersuchendes Objekt enthält, welcher durch das Vorhandensein einer fremden Materie verursacht wird. Diese Einrichtung umfasst einen SQUID (Superleitende Quanten Interferenz Vorrichtung) als magnetischen Sensor mit einer sehr hohen Empfindlichkeit. Dementsprechend werden Ausgangssignale des SQUIDs durch eine Verschiebung des umgebenden magnetischen Felds beeinträchtigt. Dann wird der Umfang des SQUIDs und des zu untersuchenden Objekts mit einem magnetischen Abschirmbehälter umgeben und die Bestimmung der magnetischen Substanz wird innerhalb des magnetischen Abschirmbehälters vollzogen. Ein magnetischer Abschirmbehälter ist zum Beispiel aus μ-Metall bzw. Permalloy gemacht.
Wenn ein zu untersuchendes Objekt jedoch ein sehr langes Objekt ist, wie ein Draht, kann das zu untersuchende Objekt nicht in einen magnetischen Abschirmbehälter aufgenommen werden. Dann wird das Aufspüren durchgeführt, während das zu untersuchende Objekt hinein- und herausgebracht wird. Mit anderen Worten, während des Aufspürens wird das zu untersuchende Objekt von einem Ende des magnetischen Abschirmbehälters aufgenommen und gleichzeitig aus dem anderen Ende des magnetischen Abschirmbehälters herausgeführt. Dementsprechend müssen ein Paar Öffnungen an dem magnetischen Abschirmbehälter gefertigt werden. Das zu untersuchende Objekt wird durch diese Öffnungen hinein- und herausgebracht.
Jedoch muss eine Immersion oder ein Eintauchen des äußeren magnetischen Feldes, welches durch die Öffnungen einfällt vermieden werden. In der Patentanmeldung wird ein magnetischer Abschirmbehälter mit einer speziellen Form verwendet, um ein langes zu untersuchendes Objekt zu untersuchen und die Immersion des äußeren magnetischen Feldes wird durch die Form des Behälters vermieden.
Aber es ist schwierig, einen magnetischen Abschirmbehälter mit einer komplizierten Form herzustellen. Zur gleichen Zeit ist es aktuell auch schwierig den Behälter zu handhaben, da einen komplizierte Form einen komplizierten Vorgang benötigt, um ein langes Material einzuführen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Erfassungseinrichtung mit einer hohen Detektivität bereitzustellen und die leicht zu verwenden ist.
Die Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Feldes und einen magnetischen Sensor.
Die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds erzeugen ein magnetisches Feld und ein zu untersuchendes Objekt läuft innerhalb der magnetischen Felds entlang seiner Gesamtlängenrichtung. Dann wird das zu untersuchende Objekt magnetisiert.
Der magnetische Sensor umfasst einen SQUID als Teil eines magnetischen Sensors. Der magnetische Sensor wird in der Nachbarschaft der Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts und noch später als die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds angeordnet. Wenn magnetische Substanzen in dem zu untersuchenden Objekt enthalten sind, verändert sich das magnetische Feld. Der magnetische Sensor erfasst die Veränderung der magnetischen Felds durch den SQUID.
In der Einrichtung der vorliegenden Erfindung, erzeugen die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds ein magnetisches Feld, welches in einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts steht. Dementsprechend wird das zu untersuchende Objekt in einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung magnetisiert. Andererseits ist die Empfindlichkeit des magnetischen Sensors in einer speziellen Richtung am höchsten.
Wenn ein magnetischer Sensor nur aus einem individuellen SQUID besteht, ist die Richtung, bei der die Detektivität am höchsten wird, die Richtung, die im rechten Winkel zur Bildungsoberfläche des SQUIDs steht. Wenn ein magnetischer Sensor einen SQUID und einen Fluss-Wandler umfasst, ist die Richtung die Richtung, welche rechtwinkelig zu der Ebene ist, einschließlich der Aufnehmerspule des Fluss-Wandlers.
Diese zwei Konfigurationen sind die Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung. In der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung, wird das zu untersuchende Objekt magnetisiert, bevor es von dem magnetischen Sensor untersucht wird. Dementsprechend wird eine magnetische Substanz in geringer Menge in einer bestimmten Richtung auch magnetisiert. Als ein Ergebnis wird die Notwendigkeit eines magnetischen Abschirmbehälters abgemildert.
Eine typische Anwendung der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ist die Untersuchung des Drahtstab- bzw. Profildraht (wire-rod)-Materials im Herstellungsprozess. In diesem Gebiet, ist die Tatsache klar, dass das meiste der fremden Materie in dem Objekt feine Eisenteilchen sind. In der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung läuft ein zu untersuchendes Objekt zunächst innerhalb eines magnetischen Felds, das durch die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds erzeugt wird und durchlauft dann die Nachbarschaft des magnetischen Sensors. Eine magnetische Substanz, die in dem zu untersuchenden Objekt enthalten ist, wird durch das magnetische Feld entsprechend jedes eigenen charakteristischen magnetischen Suszeptibilität magnetisiert. Wenn eine magnetisierte fremde Materie ein magnetisches Feld durchläuft, tritt in dem magnetischen Feld ein Verschiebung auf. Und der magnetische Sensor erfasst eine Verschiebung des magnetischen Feldes. Dies ist das Betriebsprinzip der Einrichtung der vorliegenden Erfindung.
Daher, kann die Einrichtung der vorliegenden Erfindung magnetische Substanzen in extrem kleinen Mengen mit hoher Empfindlichkeit erfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Erfassung mit dem SQUID in dem magnetischen Abschirmbehälter durchgeführt. Ein magnetischer Abschirmbehälter definiert einen Bereich, welcher durch Abschirmen des äußeren magnetischen Feldes abgedeckt ist. Das innere magnetische Feld wird nicht durch die Verschiebung des magnetischen Feldes der Einrichtung gestört. Der magnetische Abschirmbehälter kann zum Beispiel aus μ-Metall hergestellt werden.
Wenn ein zu untersuchendes Objekt übrigens ein längliches Material ist, wird eine Öffnung zum Hindurchführen des zu untersuchenden Objekts in dem magnetischen Abschirmbehälter eingerichtet. Außerdem muss der Innendurchmesser der Öffnungen, wenn das längliche Material hintereinander durchgeführt wird, während es untersucht wird, größer sein als der Durchmesser des zu untersuchenden Objekts. Wenn der Innendurchmesser der Öffnungen jedoch zu groß ist, dringt das äußere magnetische Feld in den Behälter durch die Öffnungen ein. Dies ist natürlich nicht wünschenswert.
Aus diesem Grund umfasst die Einrichtung der vorliegenden Erfindung eine charakteristische Struktur. In der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein zu untersuchendes Objekt in einer eigenen Richtung magnetisiert, bevor es von einem magnetischen Sensor erfasst wird. Magnetisierung wird nämlich in dem magnetischen Feld erzeugt, welches in einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts liegt. Dementsprechend, erfasst der magnetische Sensor eine Verschiebung des magnetischen Feldes, welches sich in einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts befindet. Auf der anderen Seite ist ein magnetisches Feld, das von den Öffnungen eindringt, ein magnetisches Feld, welches parallel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts liegt. Dementsprechend kann die Beeinträchtigung von dem äußeren magnetischen Feld effektiv durch einen magnetischen Abschirmbehälter mit einer einfachen Konfiguration verhindert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Einrichtung der vorliegenden Erfindung verschiedene magnetische Sensoren. Jeder magnetische Sensor ist an jedem Standort derart angeordnet, dass der Abstand von dem zu untersuchenden Objekt gegeneinander unterschiedlich ist. Jeder magnetische Sensor weist eine einzelne Ausgabe auf. Jede Ausgabe des magnetischen Sensors entspricht einem konstanten magnetischen Feld und einem Abstand zwischen dem zu untersuchenden Objekt und jedem magnetischen Sensor. Dementsprechend kann die tatsächliche Verschiebung aus dem Unterschied der Ausgaben der magnetischen Sensoren bestimmt werden. Daher kann der Effekt des äußeren magnetischen Feldes beseitigt werden.
Einiges Rauschen, das von dem SQUID selbst erzeugt wird, ist außerdem vorhanden und die Ausgabe des SQUIDS enthält auch diese Art von Rauschen. Es ist wünschenswert einen Filter zu verwenden, um dieses Rauschen zu beseitigen. Ein Filter wird zwischen dem Signalverarbeitungskreis und der Ausgabevorrichtung eingefügt. Der Filter lässt nur Signale mit einer besonderen Frequenzbandbreite durchlaufen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, kann der SQUID als ein magnetischer Sensor aus einem oxidischen, supraleitenden, dünnen Film gebildet sein. Da ein oxidischer, supraleitender, dünner Film eine hohe kritische Supraleitungstemperatur hat, wird er durch Kühlen mit flüssigem Stickstoff zum Supraleiter. Flüssiger Stickstoff ist nicht teuer und die Speisung mit flüssigem Stickstoff ist stabil. Dementsprechend sind die laufenden Kosten des magnetischen Sensors mit einem SQUID mit einem supraleitenden dünnen Film niedrig und die Handhabung einer SQUIDs im Betrieb ist einfach.
Wie oben erwähnt detailliert beschrieben, verwirklicht die vorliegende Erfindung folgenden Vorteil. Die Einrichtung kann magnetische Substanzen von extrem geringer Menge mit einer Größe von Dutzenden von um Größe von einem zu untersuchenden Objekt erfassen, welches aufeinanderfolgend läuft. Dementsprechend kann eine erhebliche Qualitätsprüfung im Herstellungsprozess von länglichen Materialien durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wird des Weiteren durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren verstanden werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine Schrägansicht (figure of squint), um das Grundgerüst der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
2 ist eine Teilschnittzeichnung (part dap), welche die konkrete Konstruktion der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Teilschnittzeichnung, welche die Konstruktion von verwendbaren magnetischen Sensoren in der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Graph, der resultierend unter Verwendung der Erfassungseinrichtung, die in 2 gezeigt ist, untersucht wird.
Das Betriebsprinzip der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 erklärt.
Das zu untersuchende Objekt 1 ist ein längliches Material und bewegt sich entlang eines konstanten Pfads. Die Erfassungseinrichtung verfügt über ein Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds 2 und einen magnetischen Sensor 3, welche entlang des zu untersuchenden Objekts 1 angeordnet sind. Die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds 2 erzeugen ein magnetisches Feld, welches sich in einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts 1 befindet.
Zunächst durchläuft das zu untersuchende Objekt 1 das Innere des magnetischen Felds. Wenn eine magnetische Substanz in dem zu untersuchende Objekt 1 enthalten ist, wird die magnetische Substanz gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität magnetisiert, wenn sie durch das Innere des magnetischen Felds läuft. Als nächstes läuft das zu untersuchende Objekt 1 nahe an dem magnetischen Sensor 3 vorbei, welcher ein SQUID umfasst. Der SOUID wird auf einer Ebene gebildet, die in rechtem Winkel zu dem magnetischen Feld ist.
Wenn keine magnetische Substanz in dem zu untersuchenden Objekt 1 enthalten ist, gibt der SQUID ein konstantes Signal aus, welches der magnetischen Suszeptibilität des zu untersuchenden Objekts 1 entspricht. Wenn eine magnetische Substanz in dem zu untersuchende Objekt 1 enthalten ist, wird das magnetische Feld charakteristisch (peculiar) von der magnetischen Substanz verändert und die Ausgangsspannung des SQUIDs ändert sich. Ein SQUID ist sehr empfindlich, um eine Verschiebung eines magnetischen Felds zu erfassen. Dementsprechend können magnetische Substanzen von geringer Menge aufgespürt werden.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsform 1
2 ist eine Schrägansicht, um das Grundgerüst der Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung zu zeigen. In 1 wurde gleiche Referenznummer zu jedem Element hinzugefügt, welches ein allgemeines Element in 1 ist.
Diese Erfassungseinrichtung umfasst Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds 2, einen magnetischen Sensor 3 und einen magnetischen Abschirmbehälter 4.
Die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds 2 umfassen ein Paar Permanentmagneten 21 und ein Joch 22. Das Joch 22 führt die Permanentmagneten 21 magnetisch zusammen. Das magnetische Feld wird von einem Permanentmagnet zu einem anderen Permanentmagnet erzeugt.
Der magnetische Sensor besteht aus einem Hitzeisolationsbehälter 34 und einem SQUID, der horizontal auf der Grundplatte (base) des Hitzeisolationsbehälters angeordnet ist. Der Hitzeisolationsbehälter 34 ist mit einem Kühlmedium gefüllt (met). Der SQUID ist parallel zu der Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts angeordnet. Zugleich ist der SQUID im rechten Winkel zu dem magnetischen Feld angeordnet, welches durch ein Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds erzeugt wird, da der magnetische Fluss, der durch den SQUID läuft maximal wird. Der SQUID funktioniert als magnetischer Sensor mit einer hohen Empfindlichkeit.
Der magnetischen Abschirmbehälter 4 umhüllt einen magnetischen Sensor 3 und einen Teil des zu untersuchenden Objekts 1, das sich nahe an dem magnetischen Sensor 3 vorbei bewegt. Der magnetischen Abschirmbehälter 4 vermeidet eine Störung durch das umgebende magnetische Feld auf den magnetischen Sensor 3.
Das Ausgabesignal des magnetischen Sensors 3 wird an eine Signalverarbeitungseinheit 5 geleitet, die auf einer FLL (Flussgekoppelter Regelkreis (flux locked loop)) Kreis basiert. Außerdem ist ein Schreiber 6 als Aufzeichnungsvorrichtung an der Signalverarbeitungseinheit 5 angebracht.
Eine der konkreten Konstruktionen des magnetischen Sensors kann als der in 3 gezeigte magnetische Sensor 3 verwendet werden.
Ein SQUID ohne angefügte Vorrichtung funktioniert übrigens als magnetischer Sensor. Die Empfindlichkeit des SQUIDs als ein magnetischer Sensor kann jedoch durch gemeinsame Verwendung mit einem Flusswandler verbessert werden.
Der magnetische Sensor 3, der in 3 gezeigt ist, umfasst einen SQUID 32 und einen Flusswandler 31. Der SQUID 32 und der Flusswandler 31 sind jeweils als ein supraleitender dünner Film auf einem Substrat gebildet. In dem Flusswandler 31 sind eine Aufnehmerspule 31A und eine Eingangsspule 31B miteinander verbunden. Die Aufnehmerspule 31A hat eine geringe Windungsanzahl. Im Gegensatz dazu hat die Eingangsspule 31B eine große Windungsanzahl. Der Mittelpunkt der Eingangsspule 31B und der Mittelpunkt des SQUIDs 32 stimmen überein. Außerdem sind der Flusswandler 31 und die SQUID 32 in dem Hitzeisolationsbehälter 34 aufgenommen. Der Hitzeisolationsbehälter 34 ist mit einem Kühlmedium 33 zum Beispiel flüssigen Stickstoff gefüllt (met).
In 3 sind der SQUID 32 und der Flusswandler 31 separat gezeichnet. Aktuell hängen jedoch der SQUID und der Flusswandler zusammen, während sich der supraleitende dünne Film, der den SQUID 32 bildet, auf der unteren Oberfläche des Substrats befindet. Zur gleichen Zeit wird bevorzugt eine Isolierschicht zwischen dem SQUID 32 und dem Flusswandler 31 eingefügen, um keinen Kurzschluss zu erzeugen.
Außerdem sind aktuell die Eingangsspule 31B und der SQUID 32 übertrieben in 3. Aber ihre Abmessungen (abbreviations) sind fast von gleichem Ausmaß. Andererseits ist die Länge der Eingangsspule 31B auf der Platte (on the bank) ungefähr 1/8 der Gesamtlänge der Aufnehmerspule 31A auf der Platte (on the bank). In 3 unterbleibt die Darstellung der individuellen elektrischen Verdrahtung.
Ein magnetischer Sensor kann durch einen Gradiometer ersetzt werden. Sogenannte Gradiometer umfasst ein Paar elektrischer Spulen, die eine entgegengesetzte Richtung zueinander haben. Variationen eines Magnetfeldes, welches sich als ganzes ändert, wie ein Magnetfeld der Umgebung, werden verhindert. Dementsprechend gibt es einige Fälle, in denen ein magnetischer Abschirmbehälter weggelassen werden kann.
Die oben erwähnte Erfassungseinrichtung ist aktualisiert worden.
Der SQUID und der Flusswandler sind aus einem dünnen Y₁Ba₂Cu₃O_7-x Film gemacht, der auf einem SrTiO₃-Substrat angeordnet ist und gemustert ist. Der Schwach-Kopplungs-Bereich (weck link department) der SQUID macht die Musterbreite des dünnen Films schmal.
Außerdem wurde die Stufenunterschiede (difference in grade), die eine Höhe (bearing height) von 1600 Å aufweisen, auf dem Substrat gebildet, bevor der dünne Film angeordnet wurde. Eine künstliche Korngröße (grain boundary) in dem dünnen Film wird an einer Stelle des Stufenunterschieds gebildet. Die künstliche Korngröße trägt auch zu der Bildung einer schwachen Kopplung bei.
Die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds wurden mit permanenten Magneten gebildet und angeordnet, sodass das zu untersuchende Objekt durch das innere magnetische Feld von ungefähr 0,1 Tesla läuft. Das erzeugte magnetische Feld war in rechtem Winkel zu der Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts.
Außerdem war die Eingangsspule des Flusswandlers, welche auf der Ebene angeordnet ist, rechtwinkelig zu dem erzeugten magnetischen Fluss. Die Eingangsspule war 15 mm von dem Durchgang des zu untersuchendes Objekts entfernt angeordnet. Es ist für die Empfindlichkeit des magnetischen Sensors bevorzugt, das der Abstand zwischen dem zu untersuchenden Objekt und dem Magneten. Jedoch ist der Abstand durch die Dicke des Abschirmbehälters 34 auf 15 mm begrenzt. Ein magnetischer Abschirmbehälter, der mit einem Paar Öffnungen gebildet ist, damit das zu untersuchende Objekt durchgehen kann, wurde aus μ-Metall gefertigt. Die Öffnungen haben einen Durchmesser von 20 mm und sind einfache Bohrungen mit Nichts zusätzlich.
Wir bestätigen eine Aktualisierung der oben erwähnten Erfassungseinrichtung. Polyesterleitungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurden hergerichtet. Es wurde vorher überprüft, dass die Polyesterleitungen keine fremde Materie enthalten. Zur gleichen Zeit, wurde Eisenpulver mit einem Durchmesser von 60 μm, 100 μm oder 180 μm bereitgestellt. Die Polyesterleitung wurde auf dem Eisenpulver befestigt und wurde ein zu untersuchendes Objekt. Die Polyesterleitung wurde mit der Einrichtung untersucht, während es mit 10 m pro Sekunde laufen gelassen wurde.
Das Ausgabesignal der Signalverarbeitungseinrichtung 5 wurde in den Schreiber 6 durch einen Filter eingebracht. Der Filter war ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 10 Hz. Der Schreiber 6 zeichnete Messergebnisse (mesurement resultant) auf, welche in 4 beschrieben sind.
Wir konnten bestätigen, dass Eisenpulver mit 60 μm Teilchengröße erfasst wurden.
Als nächstes untersuchen wir einen Effekt durch die Richtung des magnetischen Felds über die Anordnung des magnetischen Sensors. Zunächst wurden Komponenten ähnlich der Erfassungseinrichtung wie oben erwähnt bereitgestellt. Eine weitere Erfassungseinrichtung zum Vergleich wurde mit diesen Komponenten bestückt. Jedoch waren in der Erfassungseinrichtung zum Vergleich die Winkel der Permanentmagneten der Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds unterschiedlich. Die Winkel der Permanentmagnete variieren 90 Grad von dem Winkel der Magnete der Einrichtung der vorliegenden Erfindung. Dementsprechend wird die Richtung des magnetischen Felds parallel zu der Bildungsoberfläche des Flusswandlers und des SQUIDs.
Als ein Beispiel, wurden Nylonleitungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm bereitgestellt. Es wurde vorher untersucht, dass die Nylonleitungen keine fremde Materie enthalten. Eisenpulver mit einer Teilchengröße von 500 μm wurden auf der Nylonleitung befestigt.
Die Nylonleitung wurde von der oben erwähnten Erfassungseinrichtung untersucht. Zur gleichen Zeit, wurde dieselbe Probe durch die Erfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung untersucht. Als ein Ergebnis war die Empfindlichkeit der vorliegenden Erfindung ungefähr 3 Mal höher als die der Vergleichseinrichtung. Mit anderen Worten, die Variation des Ausgangssignals des magnetischen Sensors war 3 Mal so hoch.
Ausführungsform 2
Die Erfassungseinrichtung dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Einrichtung der ersten Ausführungsform indem es zwei magnetische Sensoren aufweist.
Das Betriebsprinzip ist dasselbe, wie im Falle der ersten Ausführungsform. Und jeder magnetische Sensor hat auch die gleiche Konstruktion als magnetischer Sensor, die in 3 gezeigt ist.
Der erste magnetische Sensor ist an der gleichen Stelle angeordnet, wie in der ersten Ausführungsform. Der erste magnetische Sensor ist nämlich an der Stelle angeordnet, die 15 mm von dem zu untersuchende Objekt weg war. Im Gegensatz dazu ist der zweite magnetische Sensor 100 mm mehr von dem zu untersuchenden Objekt entfernt, als der erste magnetische Sensor. Und der zweite magnetische Sensor ist parallel zu dem ersten magnetischen Sensor angeordnet.
Eine Ausgabe des ersten magnetischen Sensors und eine Ausgabe des zweiten magnetischen Sensors sind jeweils Ausgaben durch FFL-Kreise. Die Signalverarbeitungseinheit umfasst einen Operationsverstärker, welcher die Ausgaben der beiden FLL-Kreise an seinem Eingabe-Ende empfangt. Der Operationsverstärker gibt den Unterschied zwischen den Ausgaben der beiden FLL-Kreise aus. Das Ausgabesignal des Operationsverstärkers wird mit dem Signalverarbeitungskreis der ersten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie eine Ausgabe des magnetischen Sensors gehandhabt. Derartige Konstruktionen können den Effekt des Erd-Magnetfeld und Hintergrund-Magnetfeld reduzieren. Es gibt einige Fälle, in denen die Verwendung des magnetischen Abschirmbehälter vermeiden werden kann.
Sogar einer Erfassungseinrichtung mit einer derartigen Konstruktion war es möglich magnetische Substanzen von minimal 60 μm aktuell zu erfassen.
In der Erfassungseinrichtung mit der oben erwähnten Konstruktion, wird ein Signal, welches der Existenz einer fremden Materie entspricht, von der Ausgabe des magnetischen Sensors bereitgestellt. Der Grund dafür ist, dass die Intensität eines magnetischen Feldes umgekehrt proportional zur 3. Potenz der Entfernung und dass der erste magnetische Sensor nahe dem zu untersuchenden Objekt angeordnet ist. In dem oben erwähnten Beispiel ist die Detektivität des ersten magnetischen Sensors ungefähr 450 mal der Detektivität des zweiten magnetischen Sensors.
Der Abstand zwischen dem ersten magnetischen Sensor und dem zweiten magnetischen Sensor ist übrigens nicht auf 100 mm begrenzt. Größere Entfernungen sind möglich solange andere Konditionen es ermöglichen, da die Signalstärke erhöht werden kann. Wenn nun der Abstand zwischen dem ersten magnetischen Sensor und dem zu untersuchenden Objekt „X₁" ist und der Abstand zwischen den zweiten magnetischen Sensor und dem zu untersuchende Objekt „X₂" ist, ergibt sich die folgende Beziehung von Ausdruck 1 zwischen der Ausgangsspannung S₁ des ersten magnetischen Sensors und der Ausgangsspannung S₂ des zweiten magnetischen Sensors: S1/S2 = (X1/X2)–3 Ausdruck 1
Dementsprechend kann, wenn es eine geringe Verschiebung der Ausgangsspannung zwischen den magnetischen Sensoren gibt, die Erfassungseinrichtung eine magnetische Substanz theoretisch erfassen.
Jedoch ist es aktuell bevorzugt, dass die Ausgangsspannung eines magnetischen Sensors mehr als zwei Mal der Ausgangsspannung des anderen magnetischen Sensors beträgt. Wenn der Abstand zwischen dem ersten magnetischen Sensor und dem zu untersuchende Objekt 15 mm ist, ist der Abstand des zweiten magnetischen Sensors und des zu untersuchende Objekt, das die oben erwähnte Bedingung erhält, 19 mm. Dieser Wert kann aus Ausdruck 1 erhalten werden.
Vergleich
Wir vergleichen die Erfassungseinrichtungen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform.
Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2,8 mm wurde als zu untersuchendes Objekt bereitgestellt. Rauschen mit einer zufälligen Frequenz wurde zunächst die Ausgabe des magnetischen Sensors. Dieses Rauschen wurde entsprechend einer Bewegungsgeschwindigkeit des zu untersuchenden Objekts erzeugt und eine effektive Erfassung konnte nicht fertig gestellt werden. Eine mögliche Ursache ist, dass eine magnetische Substanz kontinuierlich in dem zu untersuchende Objekt existiert und der magnetische Sensor es erfasst. Es wird vermutet, dass die magnetische Substanz im Kupfer als feste Lösung existiert.
Als nächstes wurde ein Bandpassfilter an der Ausgabe der Datenverarbeitungseinheit 5 eingeführt. Das Passband des Filters wurde auf eine Spitzen Frequenz des Rauschens angepasst, entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Drahts. Die Messbedingungen einschließlich der Filtercharakteristiken sind in der folgenden Tabelle gezeigt. Tabelle

zu untersuchendes Objekt Cu-Leitung

Geschwindigkeit der Cu-Leitung 40 m/Minute

Grenzfrequenz des Bandpassfilters 20 Hz und 1 Hz

Dämpfungssteigung des Filters 42 dB/okt.
Durch eine Verwendung der Einrichtung mit der oben erwähnten Konstruktion, konnten feine Eisenteilchen von 60 μm erfasst werden. Ein S/N-Verhältnis der Erfassung war mehr als 5.

Claims

Erfassungseinrichtung, die angepasst ist, ein Objekt (1) zu untersuchen, das ein längliches Material ist, das sich in die Gesamtlängsrichtung bewegt, und die angepasst ist, eine magnetische Substanz in geringer Menge zu erfassen, die in dem zu untersuchenden Objekt enthalten ist, wobei die Erfassungseinrichtung umfasst: – ein Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds (2), das ein magnetisches Feld in einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu untersuchenden Objekts erzeugt; und – einen magnetischen Sensor (3), der einen SQUID einschließt, zum Untersuchen einer Verschiebung des magnetischen Feldes, das parallel zu dem magnetischen Feld ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der magnetische Sensor (3) einen ersten magnetischen Sensor, der nahe bei dem zu untersuchenden Objekt angeordnet ist, und einen zweiten magnetischen Sensor einschließt, der in einer größeren Entfernung zu dem Objekt angeordnet ist als der erste magnetische Sensor.
Erfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds (2) und der magnetischen Sensor (3) aufeinanderfolgend entlang des Pfads des zu untersuchenden Objekts (1) angeordnet sind.
Erfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der magnetische Sensor (3) und ein Teil des zu untersuchenden Objekts (1), das nahe an dem magnetischen Sensor (3) vorbeiläuft, von einem magnetischen Abschirmbehälter (4) umgeben sind, der die Untersuchungszone definiert.
Erfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Unterschied zwischen der Ausgabe des ersten magnetischen Sensors und der Ausgabe des zweiten magnetischen Sensors als eine Ausgabe des magnetischen Sensors behandelt wird.
Erfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der zweite magnetische Sensor ein SQUID (32) ist, der mit einem oxidischen, supraleitenden, dünnen Film gebildet ist.
Erfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der erste magnetische Sensor (3) ein Fluss-Wandler (31) ist.
Erfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Felds (2) einen Permanentmagneten (21) umfasst, der nahe bei dem zu untersuchenden Objekt (1) angeordnet ist.
Erfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der magnetische Sensor (3) angepasst ist, ein Signal durch einen Bandpassfilter auszugeben, der eine Charakteristik gemäß der Bewegungsgeschwindigkeit des zu untersuchenden Objekts (1) aufweist.