JP2000329858A - 同調回路を持った磁気センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 センサ−の検出能力をより増大させることに
より、測定精度、分析能力を向上させる。 【解決手段】 センサ−回路に、コンデンサ−を付け、
センサ−回路を発振器の周波数に同調させることによ
り、センサ−回路の“Ｑ”を最大限に大きくする。この
結果センサ−のインピ−ダンス変化に対する、ブリッジ
出力電圧の変化も最大となる。更に、センサ−を被検体
に接触、接近させた状態で再度同調をとる。この点が、
被検体の同調点となり、この被検体に対しては他の金属
と比較して“Ｑ”が高くなる。被検体と一体で同調をと
ったセンサ−回路は、極めて“Ｑ”が高いため、わずか
なインピ−ダンスの変化でも検出でき金属の識別、キ
ズ、破損、疲労の検出、成分の分析までも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、現在まで単に“金属
探知器”として利用されていた磁気センサ−に、金属の
識別及び、キズ、破損、疲労、成分等、を非接触で検出
可能にした磁気センサ−に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１参照。本図は現在一般的に利用され
ている金属探知器の構成回路である。基本理論は、２：
抵抗、３：センサ−コイル、から構成されるブリッジ回
路を、５：電圧計の指示が極小になる様にバランスをと
る。このバランス状態で３：センサ−コイルに金属を近
づけると、センサ−コイルのインピ−ダンスが変化し、
ブリッジのバランスが崩れ、５：電圧計が振れ検出信号
を発生する。つまり金属の“有無”の判定を目的とする
性能である。従来の磁気センサ−が産業上での活用が無
かった原因は次の通りである。（イ）被検体の大きさに
よって異なるが、一般的に検出距離が最大２ｍｍ程度と
短く、リミットスイッチなどわずかに利用されただけで
ある。（ロ）金属の“有無”の検出のみで、どんな材質
であるかは分析出来ない。（ハ）現在までに磁性体と、
非磁性体とを区別するセンサ−が開発されたが、検出距
離が１〜２ｍｍと短く利用は限られた範囲内である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以下、この磁気センサ
−が検出対象とする金属を〔被検体〕と表現する。本願
はこれらの短所を改善するもので、（イ）現状の磁気セ
ンサ−の検出方法と同じ条件で、検出距離を増加させ非
接触での検出を可能にする。（ロ）単に金属の“有無”
だけでなく、その材質までも識別可能にする。（ハ）特
定の被検体に対してのみ検出能力を向上させ、その被検
体の“変質”“キズ”等も検出可能にする。（ニ）セン
サ−を連続的に、被検体上を移動させながら異常検出を
可能にする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１対応。図２参
照。センサ−コイルとブリッジにより構成されている同
調回路において、１：オシレ−タ−の周波数“ｆ”Ｈｚ
と、６：ＶＲ１、７：ＶＲ２を調整することによって回
路の同調をとる。この結果、回路の“Ｑ”が大きくなる
ため、センサ−コイルのインピ−ダンス変化に対する、
ブリッジ出力電圧の変化は非同調時のＱ倍になる。この
結果、出力電圧、検出距離共に極めて大きくなり、この
状態は全ての被検体に適用する。３：センサ−コイルを
検出対象とする被検体に接触、又はその条件に合わせて
接近させ再度同調をとる。この点がその被検体の同調点
であり、この付近が最も変化率の大きい点である。故に
この課題を解決するための手段は、従来のブリッジ回路
に、８：“同調コンデンサ−”を追加し、被検体と接
触、または接近させた状態で回路の同調をとる。但し、
その同調点が最良でない場合目的に応じて、その前後で
インピ−ダンスの変化に対する、電圧の変化が最も大き
い点に設定する。

【０００５】請求項２対応。図３参照。センサ−回路の
同調曲線に於いて、金属Ａ：鉄 金属Ｂ：銅 金属Ｃ：
アルミとする。ここで、Ｚａ：鉄の同調インピ−ダンス
Ｚｂ：銅の同調インピ−ダンス Ｚｃ：アルミが同調す
るインピ−ダンスである。この曲線からセンサ−回路の
インピ−ダンスを“Ｚａ”点に設定すると、鉄：Ｖａ、
銅：Ｖｂ、アルミ：Ｖｃ、とそれぞれの材質に応じた電
圧を得ることができる。故に、センサ−回路のインピ−
ダンスを複数の被検体を検知出来る値に設定し、その出
力電圧を目的に応じて処理する設定方法とする。

【０００６】請求項３対応。請求項１に記載の磁気セン
サ−でセンサ−回路を、請求項１対応の要領で送電線の
正常な材質に同調させることにより、送電線のキズ、素
線切れ、変質などの検出をする送電線検査機とする。
尚、送電線の正常な材質とは、サビ、素線切れ、被覆の
破れ、等がない電線を示す。

【０００７】請求項４対応。図４参照。請求項１に記載
の別磁気センサーで、３：センサ−コイルに、１５：補
助コイルを追加することにより、センサ−回路のインピ
−ダンス変化率が増加し、従来の金属探知機では検出で
きないＳＵＳ３１６の小片を検出する探知機（図４参
照）。尚、ＳＵＳ３１６の小片とは、太さ０．５ｍｍ、
長さ２０ｍｍの針金状のＳＵＳ３１６を示す。

【０００８】

【発明の実施の形態】図２参照。本発明は、図１に示す
現在一般的に知られている金損探知機の基本回路に、
８：同調コンデンサーを追加している。このコンデンサ
−を追加したことにより、１：発振器のｆ：周波数を調
整して回路の同調をとることができる。この結果、基本
回路を有した金属探知器と比較して２０ｄｂ以上検出能
力が向上した。この様にセンサ−回路の同調をとった
後、１６：被検体に接触または接近した状態で再度同調
をとり、その同調点またはその付近にある最も変化率の
大きい点にインピ−ダンスを設定する。この点にセンサ
−回路のインピ−ダンスを設定をすることにより、従来
の金属探知器の能力では考えられなかった機能の大幅な
向上と、これまで得られなかった新しい機能を生み出し
ている。その作用を生む理論を次に説明する。

【０００９】図２参照。同調回路については、（イ）図
１のように４：センサーコイルのみであれば、この回路
のＱは極小である。（ロ）そこで、８：同調コンデンサ
ーを追加し、１：発振器の周波数に同調させると回路の
“Ｑ”が極めて高くなる。（ハ）回路の“Ｑ”が高くな
った結果センサー回路の出力電圧もＱ倍となり、（ニ）
同時に選択度も“Ｑ”倍向上する。（ホ）次に、センサ
−を被検体に接触、又は接近させると“渦電流”の影響
でセンサ−のインピ−ダンスが変化し、（ヘ）同調点が
移動する。（ト）この状態で再度同調をとると、（チ）
この点が“被検体の同調点”である。（リ）被検体にセ
ンサ−を同調させたことにより、センサ−はこの金属に
対してのみ極めて高い“Ｑ”になる。（ヌ）“Ｑ”が極
めて高くなったことにより、金属のわずかな状態変化で
も電圧に変換できる。この結果、金属の識別、キズ、破
損、疲労検出、異質分析等可能である。

【００１０】これらの機能を有益に活用する実施形態は
次の通りである。（イ）単にセンサーとして利用する用
途としては、エレベ−タ−用ワイヤ−ロ−プのリアルタ
イムでの異常監視、送電線検査機、金属種の識別、金属
純度の識別、コインセンサー、商品に混入している針な
どの異物検知、溶接部の異常検知、焼き入れの有無。
（ロ）測定器としての用途は、被検体との距離測定、圧
力や重さ測定器。（ハ）金属の配置を情報として処理す
る用途としては、無人搬送機の誘導、盲人用の白杖、
鍵、物の仕分け機。等に応用可能である。

【００１１】

【実施例】送電線検査機。図５参照。３：センサ−コイ
ル、９：搬送機、１０：被覆電線、１１：制御ユニッ
ト。使用方法は、センサ−回路を“電線の材質”に同調
させ、送電上を走行させる。走行中センサ−が検出した
“キズ”“素線切れ”等のデ−タ−をモデムを介して地
上受信機に送信する。３：センサ−コイルは、電線の材
質に同調させ、９：搬送機により、送電線上を移動しな
がら素線切れ、サビ、傷、等を検出する送電線検査機。

【００１２】

【発明の効果】（イ）請求項１対応。図６参照。センサ
ー部分に同調回路を追加し、センサ−回路を発信器の周
波数に同調させることによりセンサ−回路の“Ｑ”は最
大となる。Ｑが大きくなったことにより、センサ−コイ
ルのインピ−ダンス変化に対する、出力電圧の変化は極
めて大きくなる。この結果、金属の材質及び異常状態の
変化を分析する機能を得た。 （ロ）請求項２対応。図７参照。センサ−回路のインピ
−ダンスを“Ｚａ”に設定することにより、複数の被検
体を一つのセンサ−で検出できる。これは、そのセンサ
−回路が同調するインピ−ダンスは、金属の種類によっ
て異なるためである。Ｚａは金属Ａ、Ｚｂは金属Ｂ、Ｚ
ｃは金属Ｃ、の同調点である。ここで、“Ｚａ”に設定
点をおくと、センサ−回路の出力電圧はそれぞれ金属
Ａ、Ｂ、Ｃ、に対して“Ｖａ”“Ｖｂ”“Ｖｃ”とな
る。この電圧を、あらかじめ設定してある基準電圧と比
較することで、金属“Ａ、Ｂ、Ｃ”を識別することがで
きる。 （ハ）請求項３対応。図５は送電線検査機の斜視図であ
る。センサ−回路を送電線の材質に同調させることによ
り、非接触で被覆の上からでも送電線の“サビ”“素線
切れ”を検出可能とした。 （ニ）請求項４対応。センサ−コイルを図４の如く巻き
“ＳＵＳ３１６”にセンサ−回路を同調させることによ
り、食品、薬品業界で使用されているＳＵＳ３１６の小
片を検出可能とした。この結果、折損したフィルタ−な
どの小片を製造工程中に発見することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のブリッジ回路図である。

【図２】従来技術のブリッジ回路に同調コンデンサ−を
追加した回路図である。

【図３】金属の材質が異なれば、センサ−回路が同調す
るインピ−ダンスも異なる例を示したで図である。

【図４】センサ−コイルに補助コイルを追加した図であ
る。

【図５】送電線検査機の斜視図である。

【図６】センサ−回路の同調曲線を示した図である。

【符号の説明】

１ 発振器 ２ 抵抗 ３ センサーコイル ４ 発振器の周波数ｆ ５ 電圧計 ６ バランス抵抗 ７ バランス抵抗 ８ 同調コイル ９ 搬送機 １０ 被覆電線 １１ 制御ユニット １２ 補助コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】センサ−回路を発振器の周波数に同調さ
   せ、ブリッジ部分とセンサ−コイル部分及び被検体を一
   体として、同調をとることとしたことを特徴とする磁気
   センサ−。
2. 【請求項２】請求項１に記載の磁気センサー回路で、回
   路のインピ−ダンスを選択することにより複数の金属を
   一つのセンサ−で検出、識別することとしたことを特徴
   とする磁気センサ−。
3. 【請求項３】請求項１，２，に記載のセンサ−回路を送
   電線の材質に同調させることにより、裸線は言うまでも
   なく被覆のある電線でも無接触で、素線切れ又はキズ等
   を検出することとしたことを特徴とする磁気センサ−。
4. 【請求項４】センサ−コイルの巻き方を、図４の如く補
   助コイルを追加することにより、従来の金属探知器では
   検出できない、高品質ステンレスＳＵＳ３１６の小片を
   検出できるることを特徴とする磁気センサ−。