JP2000131120A - 磁性体のレベル検知装置 - Google Patents

磁性体のレベル検知装置

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JP2000131120A
JP2000131120A JP32457598A JP32457598A JP2000131120A JP 2000131120 A JP2000131120 A JP 2000131120A JP 32457598 A JP32457598 A JP 32457598A JP 32457598 A JP32457598 A JP 32457598A JP 2000131120 A JP2000131120 A JP 2000131120A
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circuit
coil
amount
toner
oscillation
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JP32457598A
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Shunji Muraoka
俊二 村岡
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Hosiden Corp
Original Assignee
Hosiden Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非常に簡単な構成でありながら、微弱な磁性
体の有無又はその量を検知することができるように改良
する。 【構成】 互いが磁気的に結合しており且つトナーAの
量に応じてインダクタンスが変化するように配置された
コイルL1、L2と、一定の発振周波数αで発振しその
信号をコイルL1に出力する発振回路10と、コイルL
2との間で共振回路32が構成されるコンデンサC2
と、コイルL1との間で発振回路31が構成されるコン
デンサC1とを具備しており、コイルL1、L2、コン
デンサC1、C2により、トナーAの量が基準量Hであ
る状態で発振周波数αに同調する同調回路30が構成さ
れている。また、同調回路30から出力された信号を検
波する検波回路40と、検波回路40の出力電圧とトナ
ーAの基準量Hに対応した基準電圧とを比較し且つ当該
比較結果をトナーAが基準量Hを超えたか否かを示す信
号として出力する比較回路50が備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は例えばPPC(Plai
n Paper Copier) 、LBP(Laser Beam Printer) 等に
備えられる装置であって、トナー等の磁性体の有無又は
その量を非接触で検知する磁性体のレベル検知装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】この種の装置の従来例として実開平6-76
961 号公報及び実開昭64-43365号公報に開示されたトナ
ー濃度検出装置がある。そこでは、トナーボックスの近
傍に配置されたセンサコイルとコンデンサにより発振回
路が構成されており、ドナーボックス内のトナーの量が
変化すると、センサコイルのインダンタンスが変化して
発振周波数が変化し、これによりトナーの有無又はその
量を非接触で検知する基本回路構成となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例による場合、トナーが微弱な磁性体であることか
ら、トナーの量が変化しても、このとき生ずる発振周波
数の変化が極めて小さいという本質的な欠点がある。3
0μH程度のセンサコイルをトナー内に埋没させ、セン
サコイルのインダクタンスを測定してみたところ、数n
H程度しか変化しない。このようにインダクタンスの変
化が極めて小さいことから、発振周波数の変化も非常に
小さく、高精度な周波数変化検知回路を用いない以上、
実際問題として、トナーの有無又はその量を検知するこ
とは困難である。このような高精度な周波数変化検知回
路は非常に回路が複雑であり、高価格であることから、
全体の低コスト化を図る上で大きな問題となっている。
【0004】また、実開昭63-187160 号公報及び実開平
5-94857 号公報に開示されているように、センサ感度を
高めるために、3 又は4 個のコイルを組み合わせてトナ
ーの有無等を検知する提案もなされているが、必ずしも
抜本的な改善方法ではなく、高精度な位相検波回路等が
必要になる以上、上記従来例による場合と同様の問題が
指摘されている。
【0005】もっとも、トナーボックスの外側に圧電素
子を配置し、トナーの有無を圧電素子の振動状態の変化
として検出する方法もあるが、特殊な電極構造となるた
めにコスト高となるだけでなく、トナーが無い状態では
可聴帯域で発信音が発生するという欠点がある。特にト
ナーの有無は検知できても、そのアナログ量を検知する
ことは極めて困難である。
【0006】本発明は上記した背景の下で創作されたも
のであり、その目的とするところは、非常に簡単な構成
でありながら、微弱な磁性体の有無又はその量を検知す
ることができるようにした磁性体のレベル検知装置を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁性体のレ
ベル検知装置は、トナー等の磁性体の有無又はその量を
非接触で検知する磁性体のレベル検知装置であって、互
いが磁気的に結合しており且つ磁性体の量に応じてイン
ダクタンスが変化するように配置された第1、第2のコ
イルと、一定の発振周波数で発振しその信号を第1のコ
イルに出力する発振回路と、第2のコイルとの間で共振
回路が構成される第1のコンデンサとを具備しており、
第1、第2のコイル、第1のコンデンサにより、磁性体
の量が基準量である状態で発振回路の発振周波数に同調
する同調回路が構成されていることを特徴としている。
【0008】このような構成による場合、トナー等の磁
性体の量が基準量である状態では、第1、第2のコイ
ル、第1のコンデンサからなる同調回路が発振回路の発
振周波数で同調している。よって、同調回路のインピー
ダンスは最小となる。一方、磁性体の量が基準量から変
化すると、これに伴って第1、第2のコイルのインダク
タンスが変化し、同調回路の共振周波数も変化する。即
ち、同調回路の共振周波数が発振回路の発振周波数から
外れるので、同調回路のインピーダンスが増加する。こ
のように同調回路のインピーダンスは磁性体の量(正確
には、現在の磁性体の量と基準量との差)に応じて変化
することから、同調回路の出力も磁性体の量に応じて変
化する。
【0009】より好ましくは、同調回路から出力された
信号を検波する検波回路と、検波回路の出力電圧と磁性
体の基準量に対応した基準電圧とを比較し且つ当該比較
結果を磁性体が当該基準量を超えたか否かを示す信号と
して出力する比較回路とを備えるようにすることが望ま
しい。
【0010】このような構成による場合、磁性体の量が
基準量であるときには同調回路のQ値が最大であること
から、磁性体の量が基準量を超えたか否かが高精度に検
知されることになる。
【0011】より好ましくは、第1のコイルを磁性体か
ら離した位置に、第2のコイルを磁性体に近づけた位置
に両者を配置する一方、第1のコイルの入力インピーダ
ンスが低く、第2のコイルの出力インピーダンスが高く
なるような回路構成にすることが望ましい。
【0012】このような構2による場合、磁性体から離
れた位置に配置された第1のコイルは周辺のノイズ磁界
の影響を受け難くなる一方、磁性体に近づけた位置に配
置された第2のコイルによりこの近傍の磁界の変化が感
度良く検知されることになる。
【0013】より好ましくは、発振回路の発振周波数で
共振する発振回路が第1のコイルとの間で構成される第
2のコンデンサを備えるようにすることが望ましい。
【0014】このような構成による場合、磁性体の量が
基準量であるときに第1のコイルの両端の電圧が最大に
なることから、磁性体の量が基準量を超えたか否かを高
精度に検知することが可能になる。
【0015】より好ましくは、発振回路と第1のコイル
との間に設けられており且つ発振回路の出力信号を増幅
する増幅回路を備えるようにすることが望ましい。
【0016】このような構成による場合、発振回路と第
1のコイルとの間でアイソレーションを確保することが
可能になり、発振回路が安定して発振することになる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。ここではレーザプリンタに備えら
れた磁性体のレベル検知装置について説明する。図1は
同装置の回路図、図2はレーザプリンタ本体内のトナー
タンクを示す模式図、図3はトナータンクに取り付けら
れたトナーセンサの一部破断側面図である。
【0018】ここに掲げる磁性体のレベル検知装置は、
図2に示すトナータンク60内のトナーAの有無を非接
触で検知する装置である。ここでは、トナータンク60
の外面の下方位置に取り付けられたトナーセンサ70の
内部に設けられており、トナータンク60内のトナーA
の量が基準量Lを超えているか否かを検知し、超えてい
るとき(トナーAが有ると判定する状態)にはLレベル
の電圧を、超えていないとき(トナーAが無いと判定す
る状態)にはHレベルの電圧を信号としてレーザプリン
タの全体を制御するための図外のマイコンに出力する基
本構成となっている。
【0019】トナータンク60内のトナーAの量が基準
量Lを超えていれば何ら支障なくプリンタ動作を行って
も良いが、基準量Lより下であるときにはトナーAの残
量が僅かであるということをユーザに前もって警告した
りプリンタ動作を強制的に停止させることが必要になる
ので、このような磁性体のレベル検知装置をレーザプリ
ンタに備えることが必要になる。
【0020】磁性体のレベル検知装置の回路構成は図1
に示す通りである。図中10は発振回路、20は増幅回
路、30は同調回路、40は検波回路、50は比較回路
である。Vccはトナーセンサ70に供給された電源電
圧を示している。以下、各構成部を順次説明する。
【0021】発振回路10はセラミック発振子CO、抵
抗R2、R3、コンデンサC3、C4、トランジスタQ
1から構成されており、一定の発振周波数αで発振しそ
の信号を増幅回路20を介して同調回路30に出力する
ようになっている。この発振回路10は大きく分ける
と、負性抵抗回路(抵抗R2、R3、コンデンサC3、
C4及びトランジスタQ1)と共振器(セラミック発振
子CO)から構成されている。
【0022】発振周波数αは専ら経済的な理由により数
MHzから数十MHzに選定されている。即ち、周波数
を低くすると、同調回路30のコイルL1、L2のイン
ダクタンス及びコンデンサC1、C2のキャパシタンス
が大きくなり寸法的に大きいものを用いることが必要に
なる一方、周波数を高くすると、回路設計上の取り扱い
が難しくなりコストアップを招来するからである。ま
た、共振器としてセラミック発振子COを用いたのは、
水晶発振子等に比べて安価であり、容易に発振周波数の
安定化を図ることができるという理由からである。
【0023】増幅回路20は発振回路10と共振回路3
1(後述する)との間に設けられており、発振回路10
の出力信号を増幅するようになっている。これはカップ
リング用コンデンサC5、抵抗R4、R5及びトランジ
スタQ2から構成されている。
【0024】増幅回路20により発振回路10の出力信
号が増幅されることから、共振回路31が安定して動作
するだけでなく、トランジスタQ2のベース・コレクタ
間が高インピーダンスであることから、発振回路10と
共振回路31との間のアイソレーションが十分に確保さ
れ、発振回路10が共振回路31とは無関係に安定して
発振することになる。
【0025】同調回路30は、コイルL1(第1のコイ
ルに相当する)とコンデンサC1(第2のコンデンサに
相当する)を並列して接続した共振回路31と、コイル
L2(第2のコイルに相当する)とコンデンサC2(第
1のコンデンサに相当する)を並列して接続した共振回
路32から構成されている。コイルL1、L2は互いが
磁気的に結合しており、トナーAの量に応じてインダク
タンスが変化するように配置されている。
【0026】コイルL1、コイルL2のインダクタンス
及びコンデンサC1、C2のキャパシタンスは、図2に
示すようにトナーAの量が基準量Lである状態で発振周
波数αに同調するように選定されている。なお、基準量
Lはどのように設定してもかまわず、トナーAがトナー
タンク60に全く無くなった状態で発振周波数αに同調
するようにしても選定しても良い。
【0027】周囲温度の変化に対する安定性を向上させ
るために、ここではコイルL2とコンデンサC2につい
て互いの温度特性が逆になるものを用いることにより、
温度補償を行うようにしている。共振回路31、32と
して並列共振回路を用いたのは、回路構成を簡単にする
ためである。即ち、装置が電圧信号出力方式であるの
で、並列共振回路を用いた方が電流/電圧変換回路等の
付加的な回路が不要になるからである。
【0028】検波回路40はカップリング用コンデンサ
C6、ダイオードD1、D2、抵抗R6、コンデンサC
7、バッファアンプOP1から構成されており、同調回
路30から出力された信号を検波し、検波した信号をバ
ッファアンプOP1を介して比較回路50に出力するよ
うになっている。
【0029】抵抗R6及びコンデンサC7の時定数は、
バッファアンプOP1の入力レベルがリップルにより変
動しないように高くすることが望ましい。ただ、この時
定数が高くなるに従って、コンデンサC7の外形が大き
くなるだけでなく、コストアップを招来するので、ここ
では抵抗R6の定数値を数百kΩ〜数MΩ程度、コンデ
ンサC7のキャパシタンスを0.01μF〜数μF程度
に選定している。
【0030】比較回路50は可変抵抗器VR、コンパレ
ータOP2から構成されており、検波回路40の出力電
圧とトナーAの基準量Lに対応した基準電圧とを比較
し、この比較結果をトナーAが基準量Lを超えたか否か
を示す信号としてOUTPUT端子に出力するようにな
っている。
【0031】基準電圧は電源電圧Vccを可変抵抗器V
Rで分圧することにより生成されており、可変抵抗器V
Rを微調整することによりトナーAの量が基準量Lであ
る状態で検波回路40から出力される電圧と略等しくな
るように設定されている。
【0032】次に、トナーセンサ70の内部構造につい
て図3を参照して説明する。図中71は略円筒状をなし
た樹脂性のケース、72はコイルL1、L2を除いた上
記回路部品が実装された基板、73はコイルL1、L2
が巻回されたニッケル亜鉛系フェライトからなるコア、
75は円板状のパッキンである。
【0033】ケース71の先端部はトナータンク60の
外面に形成された穴61に挿入されており、この状態で
トナーセンサ70がトナータンク60にネジ止めされて
いる。このためにケース71のフランジ部には合計2箇
所のネジ止め用の穴711が形成されている。
【0034】ケース71の先端部の内部にはコイルL
1、L2が巻回されたコア73が取り付けられている。
コア73の端面はケース71から露出しており、トナー
タンク60の内面に臨むようになっている。
【0035】コイルL1とコイルL2とはコア74の同
軸上に配列されており、コイルL1は図中左側、言い換
えると、トナーAから離した位置に、コイルL2は図中
右側、言い換えると、トナーAに近づけた位置に配置さ
れている。
【0036】このようなコイルL1、L2と基板72に
実装されたコンデンサC1、C2とは図外のリード線を
介して接続されている。このリード線の長さを短くして
ノイズの影響を受け難くするために、コイルL1、L2
だけでなく、他の回路部品もトナーセンサ70に内蔵す
るようにしている。
【0037】なお、図3には図示されていないが、ケー
ス72の外面にはコネクタが設けられており、このコネ
クタを介して電源電圧Vccが入力される一方、比較回
路50の出力信号が出力されるようになっている。
【0038】以上のように構成された磁性体のレベル検
知装置の動作について説明する。まず、電源電圧Vcc
が供給されると、同装置が作動し、発振回路10がトナ
ーAの量に無関係に一定の発振周波数αで発振し、この
信号が増幅回路20を介して共振回路31に入力され
る。
【0039】トナーAの量が基準量Hに等しいときに
は、同調回路30の同調周波数が発振周波数αに等し
く、同調回路30としてのインピーダンスは最小であ
り、同調回路30から出力されるレベルは最大となる。
このとき検波回路40の出力電圧が基準電圧より僅かに
大きいことから、比較回路50の出力はLレベルとな
る。
【0040】一方、トナーAの量が基準量Hを超えてお
り図2に示すLLであるときには、コイルL1、L2の
インダクタンスが上記に比べて低くなり、これに伴っ
て、同調回路30の同調周波数が発振周波数αから外れ
て小さくなり、同調回路30としてのインピーダンスも
高くなる。よって、同調回路30から出力されるレベル
も上記に比べて低下する。このとき検波回路40の出力
電圧は基準電圧より小さいことから、比較回路50の出
力はHレベルとなる。
【0041】トナーAの量が基準量Hを大きく超えてお
り図2に示すLHであるときには、コイルL1、L2の
インダクタンスが更に低くなり、同調回路30から出力
されるレベルも更に低下する。検波回路40の出力電圧
は基準電圧より小さい点に変わりはないので、比較回路
50の出力はHレベルのままである
【0042】即ち、トナータンク60内のトナーAの量
が徐々に減ってきて、基準量Hにまで低下すると、比較
回路50がHレベルからLレベルに切り変わる。Hレベ
ルからLレベルに切り変わるポイントはトナーAの量が
基準量Hに等しい状態である。この状態では同調回路3
0の同調周波数が発振周波数αに等しく、同調回路30
としてのインピーダンスは最小となる。このように同調
回路30のQ値が高い状態で、トナーAの量が基準量H
を超えたか否かを検知していることになるので、その検
知精度は非常に高い。
【0043】なお、トナーAの量が基準量Hより下にな
ると、コイルL1、L2のインダクタンスが上記に比べ
て低くなることから、比較回路50の出力はLレベルか
らHレベルに戻ることになる。
【0044】また、コイルL1をトナーAから離した位
置に、コイルL2をトナーAに近づけた位置に各々を配
置する一方、コイルL1の入力インピーダンスが低く、
コイルL2の出力インピーダンスが高くなるような回路
構成となっており、この点も、検知精度が非常に高くな
る要因の一つとなる。なぜなら、コイルL1は周辺のノ
イズ磁界の影響を受け難くなる一方、コイルL2により
この近傍だけの磁界の変化が感度良く検知されるからで
ある。なお、シールドをコイルL1、L2の周りに配置
すれば、指向性を持たせることができるので、より効果
的である。
【0045】コイルL1の入力インピーダンスが低いの
は、コイルL1の一端が電源に接続されている一方、そ
の他端がトランジスタQ2のコレクタ、エミッタ、抵抗
R5を介して接地されているからである。コイルL2の
出力インピーダンスが高いのは、コイルL2の一端が接
地されている一方、その他端がカップリング用コンデン
サC6、ダイオードD3を介してバッファアンプOP1
の入力に接続されているからである。
【0046】更に、コイルL1に並列にコンデンサC1
を接続し、共振回路31を構成しているので、トナーA
の量が基準量LであるときにコイルL1の両端の電圧が
最大になることから、この点も検知精度が非常に高くな
る要因の一つとなる。
【0047】以上のことから、たとえトナーAのような
粉状の微弱な磁性体であっても、トナーAの量が基準量
Lを超えたか否かを高精度で安定して検知することが可
能になる。しかも発振回路10が1つで良い点も含め
て、回路構成は非常にシンプルとなり、高価な回路部品
を用いる必要もないことから、大幅なコストダウンを図
ることが可能になる。
【0048】上記した回路は、トナーAの量が基準量L
を超えたか否かを検知する回路であるが、同調回路30
の出力信号の周波数等や検波回路40の出力信号のレベ
ルは、トナーAの量と基準量Lとの差に比例することか
ら、トナーAの量を定量的に検知してアナログ出力する
ことも可能である。この場合、少なくとも比較回路50
が不要になるだけでなく、コイルL1、L2やコア74
の寸法を大きくしたり、トナーセンサ70の取り付ける
位置、言い換えると、トナーAの基準量Lを適宜変更す
ることが必要になる。
【0049】なお、本発明8磁性体のレベル検知装置は
レーザプリンタだけの適用に止まらず、PPC等にも適
用可能である。また、トナーだけでなく、他の微弱な磁
性体の有無又はその量を非接触で検知することも当然に
可能である。
【0050】第1、第2のコイルについては、互いが磁
気的に結合しており、磁性体の量に応じてインダクタン
スが変化するように配置されている限り、両者の配置、
位置関係、結線等は問われず、中間タップにより1つの
コイルで作成するようにしても良い。
【0051】発振回路については、一定の周波数の信号
を生成して出力できる限り、どのような構成のものを用
いて良く、インバータICやOPアンプ等を用いたもの
であってもかまわない。
【0052】第2のコイルとの間で共振回路が構成され
る第1のコンデンサについては直列共振回路でも良く、
その他の複合的な共振回路を構成するようにしてもかま
わない。
【0053】同調回路についても同様であり、第1、第
2のコイル、第1のコンデンサにより、磁性体の量が基
準量である状態で発振回路の発振周波数に同調する回路
構成である限り、どのようなものであっても良く、第1
のコイルとの間で共振回路が構成される第2のコンデン
サを省略することも可能である。
【0054】
【発明の効果】以上、本発明の請求項1に係る磁性体の
レベル検知装置による場合、トナー等の磁性体の量の変
化を共振周波数の変化として検知するのではなく、同調
回路の共振周波数の変化として検知する構成となってい
るので、たとえ微弱な磁性体であっても、その磁性体の
有無又はその量を高精度に検知することができ、装置の
高精度化を図ることができる。しかも非常に簡単な構成
で実現できることから、大幅なコストダウンを図ること
も可能になる。
【0055】本発明の請求項2に係る磁性体のレベル検
知装置による場合、磁性体の量が基準量であるときには
同調回路のQ値が最大であることから、磁性体の量が基
準量を超えたか否かを高精度に検知することが可能にな
る。
【0056】本発明の請求項3に係る磁性体のレベル検
知装置による場合、磁性体から離れた位置に配置された
第1のコイルは周辺のノイズ磁界の影響を受け難くなる
一方、磁性体に近づけた位置に配置された第2のコイル
によりこの近傍の磁界の変化が感度良く検知される構成
となっているので、ノイズ磁界の影響が小さくなり、磁
性体の有無又はその量を高精度に検知することが可能に
なる。
【0057】本発明の請求項4に係る磁性体のレベル検
知装置による場合、磁性体の量が基準量であるときに第
1のコイルの両端の電圧が最大になる構成となっている
ので、磁性体の量が基準量を超えたか否かを高精度に検
知することが可能になる。
【0058】本発明の請求項5に係る磁性体のレベル検
知装置による場合、発振回路と第1のコイルとの間のア
イソレーションを確保することができ、発振回路を安定
して発振させることが可能になることから、装置として
の安定性が増すというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するための図であっ
て、レーザープリンタに備えられた磁性体のレベル検知
装置の回路図である。
【図2】同レーザプリンタ本体内のトナータンクを示す
模式図である。
【図3】同トナータンクに取り付けられたトナーセンサ
の一部破断側面図である。
【符号の説明】
10 発振回路 20 増幅回路 30 同調回路 L1、L2 コイル C1、C2 コンデンサ 31、32 共振回路 40 検波回路 50 比較回路 60 トナータンク A トナー H 基準量

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トナー等の磁性体の有無又はその量を非
    接触で検知する磁性体のレベル検知装置において、互い
    が磁気的に結合しており且つ磁性体の量に応じてインダ
    クタンスが変化するように配置された第1、第2のコイ
    ルと、一定の発振周波数で発振しその信号を第1のコイ
    ルに出力する発振回路と、第2のコイルとの間で共振回
    路が構成される第1のコンデンサとを具備しており、第
    1、第2のコイル、第1のコンデンサにより、磁性体の
    量が基準量である状態で発振回路の発振周波数に同調す
    る同調回路が構成されていることを特徴とする磁性体の
    レベル検知装置。
  2. 【請求項2】 同調回路から出力された信号を検波する
    検波回路と、検波回路の出力電圧と磁性体の基準量に対
    応した基準電圧とを比較し且つ当該比較結果を磁性体が
    当該基準量を超えたか否かを示す信号として出力する比
    較回路とを備えたことを特徴とする請求項1記載の磁性
    体のレベル検知装置。
  3. 【請求項3】 第1のコイルを磁性体から離した位置
    に、第2のコイルを磁性体に近づけた位置に両者を配置
    する一方、第1のコイルの入力インピーダンスが低く、
    第2のコイルの出力インピーダンスが高くなるような回
    路構成にしたことを特徴とする請求項1又は2記載の磁
    性体のレベル検知装置。
  4. 【請求項4】 発振回路の発振周波数で共振する発振回
    路が第1のコイルとの間で構成される第2のコンデンサ
    を備えたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の磁
    性体のレベル検知装置。
  5. 【請求項5】 発振回路と第1のコイルとの間に設けら
    れており且つ発振回路の出力信号を増幅する増幅回路を
    備えたことを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の
    磁性体のレベル検知装置。
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