JP2001505649A - 渦電流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 渦電流センサ（１）に交流及び評価回路（３）を供給できる少なくとも一つの測定コイル（２）を取り付ける。この渦電流センサを使えば測定コイルのインピーダンスに与える温度影響を、簡単な工夫と評価回路を用いて確実に補償相殺することができる。このために、渦電流センサには補償コイル（４）を設け、これには交流を加えることができ、またこの補償コイルを測定コイルに近付け、即ち相互に熱接触状態に保ち、補償コイル（４）および測定コイル（２）の電場とを相互に直交できるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】 渦電流センサ 本発明は交流と評価回路との供給可能な少なくとも一つの測定用コイルを備え た渦電流センサに関する。 検討対象種類の渦電流センサを用いて、例えば距離を測定したり、または測定 対象物の導電率さえも測定できる。測定対象物の材料および品質に応じて、渦電 流センサを使って測定対象物の表面被覆の別特性、例えば被覆厚み等でも測定が 可能である。渦電流センサについての別利用分野としては、薄い箔の厚み測定が 挙げられる。 渦電流センサは、強磁場、高温、比較的高汚染条件等のもとで、問題とされる 環境状態の測定にこのセンサが適合していることから、工業環境の測定に使用さ れることが多い。しかし、温度の変動が大きいと、渦電流センサの測定に影響し て来ることがある。従って本発明は、渦電流センサを使って得られる測定データ に及ぼすこの種の影響の補償を行なうことに関係している。 温度の変動は二つの点で渦電流の測定結果に影響して来る。その第一は、測定 コイルの複素インピーダンスでは、特に複素インピーダンスの実部が変動する。 しかしこの他に、複素インピーダンスの虚部の僅かな温度依存性ですら測れるこ とがある。その第二は、測定対象物またはその材料の導電率が、同じく温度と共 に変動することである。ある温度範囲のもとでは、測定対象物の温度とその導電 率との間には、殆ど直線関係が見られる。測定対象物材料の導電率は、測定用コ イルを介して材料中に誘導される渦電流に有効に働くため、測定対象物材料の導 電率は再度カップリングのフィードバックを介して、測定用コイルまたはそのイ ンピーダンスに影響を与える。測定データに示される温度影響が完全に相殺され る状態は、従って両効果が相殺される時点でのみ可能であり、つまり測定用コイ ルのインピーダンスに示される温度影響と、測定用対象物材料の導電率に及ぽす 温度影響の両効果が挙げられる。 国際特許出願書ＰＣＴ／ＤＥ９３／００７０３、公告ＷＯ９４／０３７７８に は、測定用コイルの出力信号に与える温度影響の補償方法が開示されており、こ れによればｄｃ電圧が、測定用コイルに供給されるａｃ電圧に重ね合わされてい る。 これに対し出力信号のｄｃ電圧成分は温度の影響のみを受け、この結果、温度 影響が測定でき、ｄｃ電圧成分を介して分離が可能で、このため出力信号のｄｃ 電圧成分の評価のもとで温度影響が検討され補償されることとなる。 公知の方法においては測定用コイルの出力信号のｄｃ電圧成分は測定用コイル のインピーダンスの実部に与える温度影響の相殺にのみ役立つ。従って測定用コ イルのインピーダンスの虚部に働く温度影響はおそらく取り去ることはできない 。測定対象物の導電率により温度が影響を受けることによる、測定用コイルの出 力信号に与える温度の影響については、この場合測定用コイルおよび測定対象物 が同一温度に曝される場合に限って相殺される。特に高温の場合にはこの条件が 満たされることは少ない。 従って本発明の目的は、簡単な構成と評価回路のもとに、測定用コイルインピ ーダンスの実部と虚部の両用に示す温度影響を確実に補償する、懸案の渦電流セ ンサの記述説明にある。 請求の範囲１に記載の特徴を備えた本発明の渦電流センサであれば、上記の目 的を果たすことができる。従って当初に記載した渦電流センサは、同じく交流を 供給できる補償コイルを測定コイルの間近に熱接触させて、補償コイルおよび測 定コイルの電磁場が相互に直交するよう配設される。 本発明によれば、最初に気付く点は渦電流センサの測定信号の評価にあたって は、測定コイルのインピーダンスＺAの実部ＲAと虚部ＸAが本質的に知られてお り、虚部ＸAと実部ＲAの商に基づき複素インピーダンスＺAの位相角ψが下式 ｔａｎψ＝ＸA／ＲAで表されることである。 このためには、複素コイルインピーダンスの実部に及ぼす温度影響を取り去る必 要があるばかりでなく、虚部に与える温度影響も除いてお〈要がある。本発明に よれば、さらに気付くこととして、測定コイルと同一温度影響を受けた補償コイ ルを使って、最も簡単な方式で測定コイルのインピーダンスの虚部に及ぼす温度 影響を求めることができる。発明によれば、従って測定コイルに補償コイルを組 み込み、この補償コイルに交流を負荷することができ、測定コイルと熱接触を保 ち、測定コイルと補償コイルとの間に温度勾配を設けないようにする。さらに本 発明で認められる点は、補償コイルを使って測定対象物が補償コイルのインピ− ダンスに影響しない場合に限り、測定コイルインピーダンスの虚部に見られる温 度影響を確実に検出することができる。従って本発明により補償コイルを取り付 け、補償コイルと測定コイルとの電磁場が相互に直交するようにできる。この場 合、測定対象物は、本発明の渦電流センサをこの測定対象物の存在により、測定 コイルのインピーダンスに最大の効果が得られる位置付けとした場合、補償コイ ルのインピーダンスには何等影響を与えないはずである。もし測定コイルと補償 コイルの複素インピーダンスを適正な回路手段を使って部材の相互から差し引く とすると、もっぱら距離に影響され、材料により変動するインピーダンス値が得 られるはずである。本発明による提示のセンサ配列により、測定コイルのインピ ーダンスに加える温度影響を十分相殺できるであろう。 もともと本発明による渦電流センサのコイル構成には、幾つもの違った構成が 考えられる。特に有利な変動要因としては、ドーナツ形のコアを備えた変圧器の 巻き方に似た補償コイルを巻きつけたドーナツ形状測定用コイルを取り付けてい る点が挙げられる。なお、補償コイルをドーナツ状に構成して、補償コイル内部 にドーナツコアに似た測定用コイルを構成させることも考えられる。このコイル 配設による測定コイルと補償コイルが空間的に接近していることから、この両コ イルの同一温度が保証される。さらに、この場合補償コイルで起こされる電磁場 が測定コイルの電磁場と直交することも確かである。 コイル構成の安定性については、測定コイルをコイル状に巻き付ける場合有利 な条件になるはずである。コイルの形状は例えばプラスチック等の誘電性材料と することができる。この場合、コイルの形状は測定コイルのインピーダンスに影 響しないはずである。しかし、コイルの形状が強磁性材料を使っていると、この 場合には信号増幅の意味でコイルはコイルコアとして働くため、特に有利となる であろう。 センサ信号が明確にかつ信頼できる評価を示す点については、測定コイルのイ ンピーダンスおよび補償コイルのインピーダンスが、同一環境条件のもとで実質 的に変わらない場合、特に有利な条件となる。このことは例えばワイヤー径、回 転数、形状等のコイル要因を適正に選ぶことにより達せられる。温度補償は特に 意図した追加計算を要することなく、測定コイルおよび補償コイルの複素インピ ーダンスを単純に成分に準じて差し引くことにより、達せられるであろう。 この様に調整済みの測定コイルインピーダンスＺＣ、または調整した実部のＲ Ｃおよび調整済みの虚部ＸＣは、何れもソフトウェアー例えば相応じて計算に入 れたマイクロプロセッサを用い、また回路図等のハードウェアーを使って求める ことができる。 回路図を使って測定コイルの調整インピーダンスを求めるには、測定コイルお よび補償コイルを直交電圧成分を供給する共通電源に連結するのが、特に好まし い。特に有利な方式としては、サイン／コサイン波発生機を利用する。この場合 には、測定コイルおよび補償コイルのそれぞれの出力信号と、電圧源のコサイン またはサイン成分とを単純に掛け合わせることにより、コイルインピーダンスの 実部および虚部が求められるであろう。 このためには、評価回路にそれぞれ測定コイルと補償コイルの後に二つの倍率 器を取り付けると良い。この場合、各倍率器には対応コイルの出力電圧および電 圧源の二電圧成分の一つを付加する。一つの倍率器の出力側には、関連コイルイ ンピーダンスの実部をタップ立てすれば良く、一方では対応する虚部を別の倍率 器の出力側にタップ立てすることができる。各倍率器の出力側には低域フィルタ ーを取り付け、回路図操作の結果生ずる倍率器の出力信号の比較的高周波数成分 を篩い分けすれば、好都合である。コイルインピーダンスの実部と虚部との違い は、簡単にそれぞれの倍率器の後に加算器を取り付けて求めることができる。 本発明による渦電流センサの好ましい別変形としては、ブリッジ回路を使って 測定コイルおよび補償コイルの出力信号を評価し得る方法が挙げられる。このた めには、必要があれば測定コイル及び補償コイルを、抵抗器Ｒ１とＲ２と共にブ リッジ回路に連結し、対応する電源の直交成分とに好都合に供給されるようにす る。 しかし、測定コイルおよび補償コイルの発振回路にコンデンサＣ１およびＣ２ を取り付け、回路を完結させることもできる。最終的には、測定コイルおよび補 償コイルをリンギング発振器中で操作することも可能である。 特に好ましい本発明による渦電流センサの変形では、測定コイルを若干半径方 向に伸長させ、つまり比較的小半径ｒを持たせたものがある。 この点については、既に認めるように、温度の変動による測定対象物材料の導 電率については、測定コイルの複素インピーダンスの位相角ψに変動を生じる。 しかし、この位相角ψはまた例えば測定対象物および測定コイル間の距離のよう に、測定対象物の影響を受けるため、測定対象物と無関係に温度影響度を求める ことは、極めて厄介である。現在までの所、何の形状についても問題を分析的に 独立して、解決可能の逆関数を決める所まで至っていない。しかし、測定コイル が半径方向に多少伸長していることから、逆分析可能の推定モデルを見出すこと は可能である。従って、位相角ψまたはｔａｎψは測定対象物の伝導率または温 度の単一関数に過ぎず、この結果測定距離、つまり測定対象物及び渦電流センサ 間の距離に影響されることは最早生ずることはない。見込まれる推定距離は形状 と測定対象物材料の一関数であり、測定コイルのインピーダンスの実部及び虚部 から直接に求めることができる。距離依存のｔａｎψ成分は、測定距離を求めた 後修正しても良い。この際の推定誤差は相殺される。もともとエラー傾向の高い 推定計算に関わらず、測定対象物材料の測定距離および導電率は、相互に別々に 計算の対象として残される。強磁性材料であって追加してｔａｎψに影響を与え る測定対象物の材料の比透磁率については、材料の同定に十分役立つ測定対象物 質材料の導電率と透磁率との比率を計算することができる。同様にこの例にあっ ては、測定対象物の材料温度が測定距離の計算に及ぼす影響は一切ない。 位相角ψまたはｔａｎψを温度の関数として求める条件下では、本発明による 渦電流センサを使って、全く異なる測定可能の変数を見出すことができる。この 場合、評価回路にプログラマブルマイクロコンピュータを設けると好都合である 。 このように対応する物理関係に基づき、またセンサの特定定数を知ることによ り、非強磁性体測定の対象物質と渦電流センサまたは測定コイル間距離ｈ等のセ ンサ特定定数を知ることにより、次式によりｈを求めることができる。 ｈ＝ｋ１Ｉｎ〔ｋ２／ＸＣｆ(ｔａｎψ，ω，r)〕 さらに、測定対象物質の導電率σは次式で求められる。 σ＝ｆ（ｋ３ｔａｎ2ψ／ωｒ2） 当初に述べたように、本発明の渦電流センサを用いて薄箔の厚みを測定できる 。箔の導電率が知られている場合は、その厚みｄは次式で表わせられる。 ｄ＝ｆ（ｋ４ｔａｎψ／ｒωσ） なお、渦電流センサおよびまたは測定コイルと薄箔間の距離ｈを決めることが できる。しかしこの例では、この箔の厚みｄは測定コイルの渦電流の浸透深さｈ より小さくなければならず、その値は次式で表わせられる。 ｈ＝ｆ（ｋ５ｔａｎ2ψ／（１＋ｔａｎ2ψ）ＸＣ） 最終的には本発明の渦電流センサは、強磁性体の測定対象物と渦電流センサま たは測定コイルとの間の距離ｈの測定に使われ、この場合ｈは次式で表わされる 。 ｈ＝ｋ１Ｉｎ〔ｋ２／ＸＣｆ（μｒ/σ，ω，ｒ）〕 但し式中 μｒ／σ＝（ｋ６r√２（ｔａｎψ＋√２＋ｔａｎ2ψ））2 で表わされる。 前式中でのｋ１からｋ６は事前設定できる定数を示す。ωは測定コイルおよび 補償コイル用の供給電圧の角振動数を表わす。 所謂電圧調整発振器（ＶＣＯ）は電源として使用し、供給電圧の角振動数ωを 調整してインピーダンスの調整虚部をゼロ（ＸＣ＝０）となるように調整する。 このことから同様にｔａｎψはゼロに等しくなる。その結果上記記載の測定可能 の変数の決定は極めて簡素化される。 好ましい態様で本発明の教示内容を改良し、さらに開発を推し進める余地が幾 つも考えられる。これについては一方で請求項１に記載の内容を参考にし、他方 で図面を参考にして本発明の実施例の以下の説明に基づき引例として掲げる。好 ましい実施例と共に、一般に好ましい構成さらには教示内容の進展状況を述べる こととする。 図１は本発明に基づく渦電流センサの構成図を示す。 図２は本発明による渦電流センサを備えた測定回路の実施例を示す。 図１には交流と評価回路３を供給できる測定コイル２から成る渦電流センサ１ が示されている。 本発明によれば、交流を供給できる補償コイル４が測定コイル２の直ぐ近くに 据付けされている。この補償コイル４は測定コイル２に対して、補償コイル４と 測定コイル２との電磁場が直交するよう配設されている。測定コイル２の間近に 補償コイル４が取り付けられる結果、両コイル２と４は熱接触状態にあり、特に この両コイル２と４間には実質的に温度勾配は生じていない。 図示した実施例においては、円形形状の測定コイル２を有し、このコイルの回 りにドーナツコア状の巻きつけ方式で補償コイル４を巻き付ける。この連結状態 では、補償コイル４がドーナツ型コイルを形成している。この結果測定コイル２ も補償コイル４の内部でドーナツ型のコアを構成している。 この時点で再度指摘しておきたい点は、コイルの配列の空間構成は、温度、温 度勾配、遮蔽影響、水分等の同一環境条件が両コイルに影響すること、つまり測 定コイルと補償コイルに影響が及ぶことを確かめるべきである。 図示した実施例においては、測定コイル２をプラスチックリング形状にコイル 形状５に巻き付け、空気−コアコイルを構成させている。しかし、このコイル形 状５はまた強磁性材料製としても良く、従って測定コイル２の出力信号を増幅さ せるコイルコアとしても役立つている。 図１に示す渦電流センサ１の例では、測定コイル２および補償コイル４の電磁 場の配向現象に適合されるだけでなく、コイルのインピーダンスにも適合される 。測定コイル２のインピーダンスおよび補償コイル４のインピーダンスは同一環 境 条件では同一と見越されている。このコイルインピーダンスの調整は、コイル要 因例えばワイヤー材料、ワイヤー径、回転数、形状等をそれぞれ合わせ考慮選定 することにより、簡単に実施できる。重要なことは、二組のコイルインピーダン スの実部と虚部がペアとなって等しく働くことにある。 図示の実施例において、コイルの配列はケーシング６内で調整される。ケーシ ング６の適合材料としては、プラスチック、セラミック、強磁性または非強磁性 鋼までも挙げられる。 図示した渦電流センサ１の測定コイル２の半径ｒは、測定コイル２のインピー ダンスの位相角ψまたはｔａｎψが対応する測定対象物７の、導電率の一関数に 過ぎず、また測定距離ｈ、即ち渦電流センサ１と測定対象物７の表面との間の値 に影響されない大きさとする。 本発明による渦電流センサ用の図２に示す測定回路は電圧源を有し、サインと コサイン出力と可変角振動数を備えた交流電圧発生器（ＶＣＯ）８の形態で提供 される。この電圧制御発振器（ＶＣＯ）８は、測定コイル２および補償コイル４ 用の供給電圧を発生させる。 コイル配列の出力Ａでは、測定コイル２のインピーダンスはタップ形成操作が できる。同様にコイル配設の出力端Ｂでは、補償コイル４のインピーダンスをタ ップ形成できる。ＡとＢとの出力にそれぞれ二組の倍率器９と１０または１１と １２を連結する。倍率器９と１１とは測定コイル２及び補償コイル４の各インピ ーダンスを供給電圧のコサイン成分に連説させ、対応インピーダンスの実部分が 倍率器９および１１の出力側に現われるようにする。しかし、倍率器１０と１２ とは、測定コイル２と補償コイル４のそれぞれのインピーダンスと、供給電圧の サイン成分に連接させて、対応するインピーダンスの虚部がそれぞれの倍率器１ ０と１２の各出力側に現われるようにする。 ここで注記しておきたい点は、初期の測定コイルと補償コイル間の“無負荷” インピーダンスの構造上必要とされる違いが、倍率器に引き続く異なる増幅要素 により、回路内で相殺されることである。本実施例においては低域フィルター１ ３を倍率器９−１１の出力に取り付けている。これらの低域フィルターの狙いは 、回路構成により生ずる比較的高い周波数を示す信号成分を追い出すことにあ る。しかし、決定したコイルインピーダンスの評価範囲内では、このフィルター はそれほど重要な意味を持たない。 測定コイル２および補償コイル４のインピーダンスの実部を基本的に代表する 倍率器９および１１の出力信号を差異測定用の加算器１４に供給する。この加算 器１４の出力信号はこの場合、測定コイル２のインピーダンスの調整済みの実部 を表わす。従って加算器１５は倍率器１０および１２の出力、即ち測定コイル２ のインピーダンスおよび補償コイル４のインピーダンスの虚部を受け入れる役割 のものである。このため加算器１５の出力信号は測定コイルのインピーダンスの 調整済みの虚部を表わす。 測定コイル２および補償コイル４の出力信号が、供給電圧のサインおよびコサ イン成分の重ね合わせを避けるため、電圧給源８と測定コイル２および補償コイ ル４との間に緩衝器１６を挿入する。この緩衝器により上記のフィードバック現 象が避けられる。 結論として図２に関して指摘したい点は、同図は測定コイルおよび補償コイル のインピーダンスの回路評価の一例を示したに過ぎないことである。評価法とし ては、例えば適合ブリッジ回路または発振回路を使ったものも挙げられる。結局 の所、測定コイルおよび補償コイルをリンギング発振器内で操作すれば良いのか もしれない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月１５日（１９９８．９．１５） 【補正内容】 請求の範囲 １．評価回路（３）、少なくとも一つの測定コイル（２）および少なくとも一つ の補償コイル（４）を備え、測定コイル（２）および補償コイル（４）には交流 を供給することができ、補償コイル（４）を測定コイル（２）の間近に取り付け 、補償コイル（４）および測定コイル（２）の電磁場を相互に直交させる構成の 装置において、その測定コイル（２）がドーナツコイル形状を示すことを特徴と し、かつ補償コイル（４）を測定コイル（２）のコイル形状の周りに巻きつけ、 補償コイル（４）と測定コイル（２）とを熱接触状態に保ち、さらに測定コイル （２）を補償コイル（４）の内側でドーナツコア状に取り付けることを特徴とす る渦電流センサ。 ２．補償コイル（４）をドーナツコイル形状とすることを特徴とする、請求項１ に記載の渦電流センサ。 ３．測定コイル（２）をコイル形状（５）の周りに巻き付けることを特徴とする 、請求項１または２に記載の渦電流センサ。 ４．コイル形状（５）を誘電材料、好ましくはプラスチック製とすることを特徴 とする、請求項３に記載の渦電流センサ。 ５．コイル形状（５）を強磁性材料製とすることを特徴とする、請求項３に記載 の渦電流センサ。 ６．測定コイルのインピーダンス（ＺA＝ＲA＋ＸA）および補償コイルのインピ ーダンス（ＺB＝ＲB＋ＸB）を、同一環境条件のもとで基本的に同一とすること を特徴とする、請求項１から５の何れかに記載の渦電流センサ。 ７．評価回路（３）が測定コイルのインピーダンスの調整実部分ＲＣを測定コイ ルおよび補償コイルの実部分差（ＲＣ＝ＲB−ＲA）として測定する装置から成る ことを特徴とし、かつ評価回路（３）がＸＣの調整虚部分を測定コイルおよび補 償コイルのインピーダンスの虚部分差（ＸＣ＝ＸB−ＸA）として測定する装置か ら成ることを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載の渦電流センサ。 ８．測定コイル（２）および補償コイル（４）を、直交電圧成分に供給する電圧 源（８）、できればサイン／コサイン波発生器に連結することを特徴とする、請 求項１から７の何れかに記載の渦電流センサ。 ９．評価回路（３）に二組の倍率器（９−１２）をそれぞれ測定コイル（２）及 び補償コイル（４）の後に設け、角倍率器（９−１２）で対応するコイル（２− ４）の出力電圧および電圧源（８）の二電圧成分の一つを受入れ、結果として− 組の倍率器（９−１１）の出力側で、それぞれコイルインピーダンスの実部分Ｒ AおよびＲB部分をタップ形成とすることができ、一方、コイルインピーダンスの 虚部分のＸAまたはＸBをそれぞれ他の倍率器（１０、１２）の出力側でタップ形 成できることを特徴とする、請求項８に記載の渦電流センサ。 １０．低域フィルター（１３）を倍率器（９−１２）の出力側に連結することを 特徴とする、請求項９に記載の渦電流センサ。 １１．加算器（１４、１５）をそれぞれ二組の倍率器（９−１２）に連結し、そ の出力側でコイルインピーダンスの実部分または虚部分をタップ形成とできるこ とを特徴とする、請求項９または１０に記載の渦電流センサ。 １２．測定コイルおよび補償コイルをブリッジ回路に連結することを特徴とする 、請求項１から８の何れかに記載の渦電流センサ。 １３．ブリッジ回路に抵抗器Ｒ１およびＲ２を設けることを特徴とする、請求項 １２に記載の渦電流センサ。 １４．測定コイルおよび補償コイルにコンデンサＣ１およびＣ２を取り付け、発 振回路を構成することを特徴とする、請求項１から８の何れかに記載の渦電流セ ンサ。 １５．測定コイルおよび補償コイルをリンギング発振器で操作することを特徴と する、請求項１から８の何れかに記載の渦電流センサ。 １６．評価回路（３）に測定コイルインピーダンスの調整実部分のＲC、および 調整虚部分のＸC評価用として、プログラム可能のマイクロプロセッサを設ける ことを特徴とする、請求項１から１５の何れかに記載の渦電流センサ。 １７．測定コイル（２）および補償コイル（４）のインピーダンスの実部分と虚 部分をそれぞれ測定することを特徴とすると共に、実部分から虚部分を差し引く ことにより、測定コイル（２）のインピーダンスの調整実部分、ＲC＝ＲB−ＲA および調整虚部分、ＸC＝ＸB−ＸAを求めることを特徴とする、請求項１から１ ６の 何れかに記載の渦電流センサの操作方法。 １８．調整虚部分を調整実部分で除することにより、測定コイル（２）のインピ ーダンスの位相角ψを、ｔａｎψ＝ＸC／ＲC式から求めることを特徴とする、請 求項１５または１６に記載の渦電流センサの請求項１７による操作方法。 １９．非強磁性の測定対象物（７）と渦電流センサ（１）または測定コイル（２ ）との間隔距離ｈを ｈ＝ｋ１Ｉｎ〔ｋ２／ＸCf（ｔａｎψ，ω，ｒ）〕式から求めるこ とを特徴とする、請求項１８に記載の方法。 但し式中のｋ１およびｋ２は事前に設定できる定数、ωは測定コイル（２）およ び補償コイル（４）用の供給電圧の角振動数とする。 ２０．測定対象称物（７）の導電率σを σ＝ｆ（ｋ３ｔａｎ2ψ／ωｒ2）式から求めることを特徴とする、 請求項１８または１９に記載の方法。 但し式中のｋ３は事前に設定できる定数、およびωは測定コイル（２）および補 償コイル（４）用の供給電圧の角振動数とする。 ２１．既知導電率σの薄箔の厚みｄを、 ｄ＝ｆ（ｋ４ｔａｎψ／ｒωσ）式から求めることを特徴とする、 請求項１８または１９に記載の方法。但し式中ｋ４は事前に設定できる定数、ω は測定コイル（２）および補償コイル（４）用の供給電圧の角振動数とする。 ２２．渦電流センサ（１）または測定コイル（２）と薄箔との間隔距離ｈを、そ の箔の厚みが渦電流の測定コイル（２）内への浸透深さより小とした場合、その 距離ｄをｋ５が事前に設定できる定数とした次式 ｈ＝ｆ（ｋ５ｔａｎ2ψ／（１＋ｔａｎ2ψ）ＸC） から求めることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の方法。 ２３．強磁性測定対称物と渦電流センサ（１）または測定コイル（２）との間隔 距離ｈを次式 ｈ＝ｋ１Ｉｎ〔ｋ２／ＸＣｆ（μｒ／σ，ω，ｒ）〕から求めるこ とを特徴とする、請求項２０に記載の方法。 但し式中のμｒ／σは次式 μｒ／σ＝（ｋ6ｒ√２（ｔａｎψ＋√２＋ｔａｎ2ψ））2で与えら れ、式中ｋ１およびｋ６は事前に設定できる定数、μｒは測定対象物の比透磁率 、ωは測定コイル（２）および補償コイル（４）用の供給電圧の角振動数とする 。 ２４．供給電圧の角振動数を制御して、調整虚部分ＸＣ＝０従ってｔａｎψ＝０ とすることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。 ２５．測定対象物（７）と渦電流センサ（１）との間隔を定めた後、ｔａｎψの 距離依存部分を修正する、請求項１８から２４の何れかに記載の方法。 ２６．決定した距離ｈおよび／または決定導電率σを線形化することを特徴とす る、請求項１８から２５の何れかに記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニエツカエウスキイ、マーク ロシア国 サマラ 443011 ガラクチオノ フスカヤ 141 (72)発明者 ヴィスパイントナー、カール ドイツ国 オルテンブルク ディー― 94496 パザウエル・ストラーセ 55

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．交流および評価回路（３）の供給可能な少なくとも一つの測定コイル（２） を備え、同様に交流の供給可能な補償コイル（４）をこの測定コイル（２）の間 近に、つまり相互に熱接触を保つように配設し、補償コイル（４）および測定コ イル（２）の電磁場を相互に直交させることを特徴とする、渦電流センサ（１） 。 ２．測定コイル（２）がドーナツコイル形状であり、かつ補償コイル（４）を測 定コイル（２）のそのコイル形状の回りに巻き付けることを特徴とする、請求項 １に記載の渦電流センサ。 ３．補償コイル（４）がドーナツコイル形状であり、かつ測定コイル（２）を補 償コイル（４）中でドーナツ形状に配設することを特徴とする、請求項１または ２に記載の渦電流センサ。 ４．測定コイル（２）をコイル形状（５）の周りに巻き付けることを特徴とする 、請求項１から３の何れかに記載の渦電流センサ。 ５．コイル形状（５）を誘電材料、好ましくはプラスチック製とすることを特徴 とする、請求項４に記載の渦電流センサ。 ６．コイル形状（５）を強磁性材料製とすることを特徴とする、請求項４に記載 の渦電流センサ。 ７．測定コイルのインピーダンス（ＺA＝ＲA＋ＸA）および補償コイルのインピ- ダンス（ＺB＝ＲB＋ＸB）とを、同一環境条件のもとで基本的に同一とすること を特徴とする、請求項１から６の何れかに記載の渦電流センサ。 ８．評価回路（３）が測定コイルのインピーダンスの調整実部分ＲＣを測定コイ ルおよび補償コイルの実部分差（ＲＣ＝ＲB−ＲA）として測定する装置から成る ことを特徴とし、かつ評価回路（３）がＸＣの調整虚部分を測定コイルおよび補 償コイルのインピーダンスの虚部分差（ＸＣ＝ＸB−ＸA）として測定する装置か ら成ることを特徴とする、請求項１から７の何れかに記載の渦電流センサ。 ９．測定コイル（２）および補償コイル（４）を、直交電圧成分に供給用の電圧 供給源、できればサイン／コサイン波発生器に連結することを特徴とする、請求 項１から８の何れかに記載の渦電流センサ。 １０．評価回路（３）に二組の倍率器（９−１２）をそれぞれ測定コイル（２） および補償コイル（４）の後に設け、各倍率器（９−１２）で対応するコイル（ ２−４）の出力電圧および電圧源（８）の二電圧成分の一つを受入れ、結果とし て一組の倍率器（９−１１）の出力側で、それぞれコイルインピーダンスの実部 分ＲAおよびＲB部分をタップ形成とすることができ、一方コイルインピーダンス の虚部分のＸAまたはＸBをそれぞれ他の倍率器（１０、１２）の出力側でタップ 形成できることを特徴とする、請求項９に記載の渦電流センサ。 １１．低域フィルター（１３）を倍率器（９−１２）の出力側に連結することを 特徴とする、請求項１０に記載の渦電流センサ。 １２．加算器（１４、１５）をそれぞれ二組の倍率器（９−１２）に連結し、そ の出力側でコイルインピーダンスの実部分または虚部分をタップ形成できること を特徴とする、請求項１０または１１に記載の渦電流センサ。 １３．測定コイルおよび補償コイルをブリッジ回路に連結することを特徴とする 、請求項１から９の何れかに記載の渦電流センサ。 １４．ブリッジ回路に抵抗器Ｒ１およびＲ２を設けることを特徴とする、請求項 １３に記載の渦電流センサ。 １５．測定コイルおよび補償コイルにコンデンサＣ１およびＣ２を取り付け、発 振回路を構成することを特徴とする、請求項１から９の何れかに記載の渦電流セ ンサ。 １６．測定コイルおよび補償コイルをリンギング発振器で操作することを特徴と する、請求項１から９の何れかに記載の渦電流センサ。 １７．測定コイル（２）が比較的小半径ｒを有することを特徴とする、請求項１ から１６の何れかに記載の渦電流センサ。 １８．評価回路（３）に測定コイルインピーダンスの調整実部分のＲＣ、および 調整虚部分のＸＣ評価用として、プログラム可能のマイクロプロセッサを設ける ことを特徴とする、請求項１から１７の何れかに記載の渦電流センサ。 １９．測定コイル（２）および補償コイル（４）のインピーダンスの実部分と虚 部分をそれぞれ測定することを特徴とすると共に、実部分から虚部分を差し引く ことにより、測定コイル（２）のインピーダンスの調整実部分 ＲＣ＝ＲB−ＲAおよび 調整虚部分 ＸＣ＝ＸB−ＸAを求めることを特徴とする、請求項１から１８の何 れかに記載の渦電流センサの操作方法。 ２０．調整虚部分を調整実部分で除することにより、測定コイル（２）のインピ ーダンスの位相角ψを、ｔａｎψ＝ＸＣ／ＲＣ式から求めることを特徴とする、 請求項１７または１８に記載の渦電流センサの請求項１９による操作方法。 ２１．非強磁性の測定対称物（７）と渦電流センサ（１）または測定コイル（２ ）との間隔距離を ｈ＝ｋ１Ｉｎ〔ｋ２／ＸＣｆ（ｔａｎψ，ω，ｒ）〕式 から求めることを特徴とする、請求項20に記載の方法。 但し式中のｋ１およびｋ２は予め設定できる定数、ωは測定コイル（２）および 補償コイル（４）用の供給電圧の角振動数とする。 ２２．測定対象物（７）の導電率σを σ＝ｆ（ｋ３ｔａｎ2ψ／ωｒ2）式から求めることを特徴とする 、請求項２０または２１に記載の方法。 但し式中のｋ３は予め設定できる定数、およびωは測定コイル（２）および補償 コイル（４）への供給電圧の角振動数とする。 ２３．既知導電率σの薄箔の厚みｄを ｄ＝ｆ（ｋ４ｔａｎψ／ｒωσ）式から求めることを特徴とする 、請求項２０または２１に記載の方法。 但し、式中ｋ４は事前に定め得る定数、ωは測定コイル（２）および補償コイル （４）向け供給電圧の角振動数とする。 ２４．渦電流センサ（１）または測定コイル（２）と薄箔間隔距離ｈを、その箔 の厚みが渦電流の測定コイル（２）内への浸透深さより小とした場合、距離ｄを ｋ５が事前に定め得る定数とした次式 ｈ＝ｆ（ｋ５ｔａｎ2ψ／（１＋ｔａｎ2ψ）ＸＣ） から求めることを特徴とする、請求項２０または２１に記載の方法。 ２５．強磁性測定対象物と渦電流センサ（１）または測定コイル（２）との間隔 距離ｈを次式 ｈ＝ｋ１Ｉｎ〔ｋ２／ＸＣｆ(μｒ／σ，ω，r)〕から求めること を特徴とする、請求項２０に記載の方法。 但し式中のμｒ／σは次式 μｒ／σ＝（ｋ６ｒ√２（ｔａｎψ＋√２＋ｔａｎ2ψ））2で表わ され、式中ｋ１、ｋ２、およびｋ６は事前に定め得る定数、μｒは測定対象物の 比透磁率、ωは測定コイル（２）および補償コイル（４）向け供給電圧の角振動 数とする。 ２６．供給電圧の角振動数を制御して、調整虚部分ＸＣ＝０従ってｔａｎψ＝０ とすることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。 ２７．測定対象物（７）と渦電流センサ（１）との間隔を決定した後、ｔａｎψ の距離依存部分を修正する、請求項２０から２６の何れかに記載の方法。 ２８．決定した距離ｈおよびまたは決定導電率σを線形化することを特徴とする 。請求項２０から２７の何れかに記載の方法。