JP2003215108A - インダクタンス差検出回路及びそれを用いた磁気探傷装置，金属片検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】精度を確保しながらシンプルな構成のインダク
タンス差検出回路を提案し，低コストの磁気探傷装置，
金属片検出装置を実現提供することである。 【解決手段】本発明のインダクタンス差検出回路では，
一つのコンデンサに２つのコイルそれぞれを介して充
電，放電作用を行わせる自励発振回路，或いは各コイル
と抵抗との並列回路両端の過度応答波形を利用した自励
発振回路等を基本としてコイルのインダクタンス差に対
応するデューティ比を有するパルス列を出力させインダ
クタンス差を検出する。シンプルな検出回路で無調整で
機能する。さらに本発明の磁気探傷装置及び金属片検出
装置では，上記インダクタンス差検出回路を用い，二つ
のコイルの磁界分布内に被検体を配置，移動走査せし
め、２つのコイルがそれぞれ作る磁界分布が被検体の
傷，欠陥或いは金属片の存在等によってバランスを失し
た事を出力パルス列内のデューティ比変化から検知す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，２つのコイルのインダ
クタンス差検出回路に拘わり，特にシンプルな自励発振
回路によるインダクタンス差検出回路及びそれを用いた
磁気探傷装置，金属片検出回路等に拘わる。

【０００２】

【従来の技術】２つのコイルのインダクタンス差検出回
路には種々の回路が存在する。２つのコイルを含む交流
ブリッジを形成して交流信号を加え，電圧或いは電流を
監視する。或いはそれぞれのコイルを含む発振回路を有
して発振周波数差からインダクタンス差を検知する。等
々であるが，何れもアナログ回路の量が多く，調整点の
多さ或いはノイズに弱い，さらにコスト低減が困難等の
課題を有していた。

【０００３】インダクタンス差の検出回路をシンプルに
する手段として，磁歪式トルクセンサで抵抗，検出コイ
ルとで構成する無安定マルチバイブレータが知られ検討
された（例えば特公平０６−０４１８８９）。それらの
インダクタンス変化検出に挙げられた回路例を図１０に
示すが，トランジスタのベース端子に接続された抵抗が
ベース電流を制限すると共に時定数を決していて独立に
決められないので設定は微妙で発振の安定性に懸念があ
る。さらにトランジスタ内のベース抵抗も時定数に影響
を与えるのでそれらの抵抗，トランジスタのばらつきの
ために温度によるゼロ点変動が大で使用に耐えなかっ
た。

【０００４】磁気探傷装置，金属片検出装置は何れも励
磁フィールドの異常をもたらす源を探知する装置で原理
は共通である。前者は金属表面或いは内部の傷，欠陥に
よりフィールドに異常をもたらし，後者は空間内の金属
片，或いは鋼球等の存在によってフィールドの分布に影
響を与える。これらの検知手段にも種々有るが，従来良
く用いられているのは励磁フィールド異常検知である。
通常は高周波発振器を有し，励磁コイルにより高周波磁
界の場を作り，金属表面で生じる渦電流分布の変化，或
いは存在によって影響を受ける高周波磁界分布の変化を
検出する。これらの装置では高周波発振器，さらに検出
回路を必要とするが，アナログ回路量が多く，調整点も
多いなどの課題を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は，精度を確保しながらシンプルな構成のインダクタン
ス差検出回路を提案し，低コストの磁気探傷装置，金属
片検出装置を実現提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるインダクタ
ンス差検出回路は，二つのコイルがコンデンサの充電及
び放電に要する時間比に比例したデューティ比のパルス
列を出力する発振回路と，前記パルス列のデューティ比
識別手段とより構成され，２つのコイルのインダクタン
ス差を前記パルス列のデューティ比から検知することを
特徴とする。

【０００７】前記発振回路の具体的な回路として，発振
回路は二つのコイルをそれぞれコレクタ端子に負荷とし
て有し且つそれぞれのコレクタ端子を互いのベース端子
に直接クロス結合した二つのトランジスタのエミッタ端
子間をコンデンサで結合して構成されたエミッタ結合型
発振回路を提案する。

【０００８】更に他の具体的な回路として，コイルとダ
イオードとが直列に接続され互いにダイオードの向きを
逆にした二組の回路を並列に入出力端間に有し，コンデ
ンサを入力端に接続したヒステリシス特性のある反転増
幅器で構成する発振回路を提案している。

【０００９】更に他の具体的な回路として，二つのコイ
ルと，実質的にエミッタ結合され且つそれぞれのコレク
タ端子が互いのトランジスタのベース端子にクロス結合
されたた２つのトランジスタのコレクタ負荷として前記
各コイルと抵抗との並列回路をそれぞれ接続して前記二
つのコイルのインダクタンス差に比例したデューティ比
のパルス列を出力する発振回路を提案している。

【００１０】デューティ比識別手段の具体的な回路は，
抵抗とコンデンサとによる積分回路或いは低域通過フィ
ルター等でデューティ比の違いを電圧の差として得る回
路が最もシンプルである。ただ，最近の技術傾向として
測定値はディジタル化してマイクロコンピュータで処理
する場合が多く通常は前記積分回路の後にＡ／Ｄ変換器
を配置してディジタル化する。本発明によるインダクタ
ンス差検出回路ではデューティ比の変化するパルス列を
直接マイクロコンピュータに入力させて内部のタイマー
或いはカウンターによりパルス間隔及びパルスのデュー
ティ比を直接計数して検知する方法も提案している。

【００１１】本発明による磁気探傷装置では，上記のイ
ンダクタンス差検出回路を用い，２つのコイルで作る励
磁フィールド内に被検体である金属が等しく含まれるよ
う配置，走査してインダクタンス差の変化から異常を検
知する。その際，上記発振回路の発振周波数を制御して
フィールドの到達範囲を変え，或いは検出可能な欠陥の
サイズに適合する周波数を選択して検出確認精度を向上
できる事も提案している。

【００１２】さらに本発明による金属片検出装置では上
記のインダクタンス差検出回路を用い，２つのコイルで
作る励磁フィールド内に被検体を配置，移動することで
走査してインダクタンス差の変化から金属片を検知す
る。発振周波数を順次変えて検知可能な金属片サイズの
範囲を広げ，検出確認精度を向上できる構成も提案して
いる。

【００１３】

【作用】本発明のインダクタンス差検出回路では，一つ
のコンデンサに２つのコイルそれぞれを介して充電，放
電作用を行わせる自励発振回路，或いは各コイルに抵抗
を並列接続させて抵抗を通じて放電させる自励発振回路
等を基本とするので出力パルス列内の高レベル，低レベ
ルの時間幅はそれぞれのコイルのインダクタンスに比例
する。シンプルな回路でパルス列内のデューティ比にコ
イル以外の影響要素は少なくインダクタンス差検出回路
は無調整で機能する。

【００１４】さらに本発明の磁気探傷装置及び金属片検
出装置では，上記インダクタンス差検出回路を用い，二
つのコイルが形成する磁界分布内に被検体を配置，移動
走査せしめる。２つのコイルがそれぞれ作る磁界分布内
の状況が被検体の傷，欠陥或いは金属片の存在等によっ
てバランスを失したことを出力パルス列内のデューティ
比変化により検知する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明によるインダクタン
ス差検出回路及びそれを用いた磁気探傷装置，金属片検
出装置について，その実施例及び原理作用等を図面を参
照しながら説明する。

【００１６】本発明ではインダクタンス差を検出する新
規の検出回路を提案するが，本発明の実施例を説明する
前に従来の検出回路例を概観してその課題を明らかにす
る。図１１は一般に用いられている検出回路を簡略化し
て表してある。同図において，コイル１１，１２と抵抗
１１１，１１２とで構成されたブリッジに高周波発振器
１１３から高周波信号を加え，抵抗１１１，１１２とコ
イル１１，１２とで分圧された電圧をそれぞれ整流・平
滑回路１１４，１１５で直流電圧に変え，差動増幅器１
１６で差分出力を得る。コイル１１，１２両端の電圧は
差動増幅器１１６で差分を取るまでにそれぞれ整流・平
滑回路１１４，１１５を通るのでこれらのゲインバラン
スを保持するために何らかの調整部は存在し，また高周
波発振器１１３を別途必要とし，その出力も厳密に制御
されなければならず回路量は多い。

【００１７】検出回路をシンプルにするためにトルクセ
ンサで提案された検出回路例を図１０を用いて説明す
る。同図において，番号１０１はコイル１１，１２のイ
ンダクタンス差をデューティ比の異なるパルス列として
出力するマルチバイブレータ，番号１０２は波形整形回
路，番号１０３はデューティ比の異なるパルス列を電圧
出力に変える積分回路をそれぞれ示す。コイル１１，１
２はそれぞれトランジスタ１０４，１０５の負荷として
それらのコレクタ端子に接続され，トランジスタ１０
４，１０５のコレクタ端子は抵抗１０６を介してそれぞ
れトランジスタ１０５，１０４のベース端子に接続され
る。コンデンサ１０７はトランジスタ１０４，１０５の
スイッチング速度を速めるために用いられる。

【００１８】トランジスタ１０４，１０５のベース端子
に流入する電流は抵抗１０６によって制限され，発振の
時定数はコイル１１，１２のインダクタンスと抵抗１０
６によりそれぞれ決まる。したがってマルチバイブレー
タ１０１出力の高レベル，低レベルの時間幅はそれぞれ
コイル１１，１２のインダクタンスと抵抗１０６とで決
まり，コイル１１，１２のインダクタンス差は出力パル
スのデューティ比として検出できる。しかしトランジス
タ１０４，１０５のベース電流量は抵抗１０６にも依存
するので抵抗１０６の選定は独立では無く設定は微妙で
ある。さらにトランジスタ１０４，１０５内のベース抵
抗は抵抗１０６と直列になるので時定数に影響する。し
たがって抵抗１０６，トランジスタ１０４，１０５等の
ばらつきが直接に出力パルスのデューティ比に影響し，
温度によってゼロ点変動を引き起こす等の欠点が目立
ち，シンプルな構成ではあるが現在では省みられていな
い。

【００１９】図１は本発明の第一の実施例であるインダ
クタンス差の検出回路を示す。エミッタ結合型発振回路
を用い，出力パルス列のデューティ比はマイクロコンピ
ュータで直接識別する構成である。同図において，コイ
ル１１，１２はトランジスタ１４，１５の負荷としてコ
レクタ端子に接続され，トランジスタ１４，１５のコレ
クタ端子はそれぞれトランジスタ１５，１４のベース端
子にクロス結合され，コンデンサ１３がトランジスタ１
４，１５のエミッタ端子間に接続される。抵抗１６，１
７はトランジスタ１４，１５のオン時の電流を決め，番
号１８は波形整形用のコンパレータ，番号１９はマイク
ロコンピュータを示す。

【００２０】電源投入時の状態は不定であるが，トラン
ジスタ１４がオンに転じたと考えると，電流はコイル１
１，トランジスタ１４，抵抗１６を流れ，さらにコンデ
ンサ１３，抵抗１７にも分流する。この時点で抵抗１７
の電圧降下は大であるのでトランジスタ１５のエミッタ
電位は十分に高くトランジスタ１５はオフに，トランジ
スタ１５のコレクタ端子及びトランジスタ１４のベース
端子は高レベルとなってトランジスタ１４はオンに保た
れる。コンデンサ１３への電荷蓄積が大になるとコンデ
ンサ１３を通じて抵抗１７に流れる電流は徐々に減り，
トランジスタ１５のエミッタ電位は徐々に低下する。ト
ランジスタ１５のベース端子はトランジスタ１４のコレ
クタ端子に接続されていてトランジスタ１５のエミッタ
端子との電位差が所定レベルに達するとトランジスタ１
５はオンになり，そのコレクタ端子電圧は下がるのでト
ランジスタ１４はオフとなる。コイル１２を流れる電流
はトランジスタ１５，抵抗１７を流れるが一部はコンデ
ンサ１３，抵抗１６を流れ，コンデンサ１３を逆方向か
ら充電する。このようにしてコイル１１，１２を通じて
コンデンサ１３を交互に逆方向から充電して自励発振を
継続する。

【００２１】トランジスタ１４，１５のコレクタ端子間
のレベル差をコンパレータ１８でパルス整形すると，そ
の高レベル，低レベルの持続時間はそれぞれコイル１
１，１２とコンデンサ１３とで決まる時定数に比例す
る。この出力をマイクロコンピュータ１９に入力して高
レベルの時間幅と周期との比からデューティ比を求めイ
ンダクタンス差を算出する。精度を少し犠牲にするなら
簡略的に高レベルの時間幅と低レベルの時間幅の差から
インダクタンス差を算出する事も出来る。

【００２２】前記発振回路において，抵抗１６，１７は
トランジスタ１４，１５を流れる電流値を設定し，出力
パルス列の時間幅にはコイル１１，１２のインダクタン
ス及びコンデンサ１３のみが関係し，その他の素子の影
響は少ない。検出回路に於けるコンデンサ１３の容量は
温度の影響を受けて発振周期が変化を受ける可能性有る
が，パルスのデューティ比には影響しない。また最近で
はディジタル処理をする例が多いので出力パルス列を直
接マイクロコンピュータ１９に入力して時間識別をさせ
てディジタル化する事にしたが，この段階で電源電圧そ
の他の変動要因の影響は少ない。

【００２３】また，トランジスタ１４，１５のコレクタ
端子からトランジスタ１５，１４のベース端子に直接ク
ロス結合をさせたが，トランジスタ１４，１５のコレク
タ端子にそれぞれエミッタフォロワー回路を設け，その
出力からトランジスタ１５，１４のベース端子にそれぞ
れ接続しても良く，発振動作の安定化に寄与できる。

【００２４】図２は第一の実施例における出力パルス列
を示し，同図を参照して第一の実施例の説明を補足す
る。横軸２１は時間を示し，図２（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれ図１のコンパレータ１８の出力パルス列２２，２３
を示す。出力パルス列２２，２３の高レベル，低レベル
の時間幅はコイル１１，１２を介して行うコンデンサ１
３の充電時間に比例するので高レベルの時間幅と低レベ
ルの時間幅の差からインダクタンス差を算出出来る。出
力パルス列２２，２３ではデューティ比Ｔ１／（Ｔ１＋
Ｔ２）は同じであるが，パルス周期（Ｔ１＋Ｔ２）が異
なる状態を示す。検出器間の差，或いは温度変動により
コイル１１，１２のインダクタンスが共に変化した場合
等に生じる可能性がある。

【００２５】図２（ｃ）はマイクロコンピュータ１９で
高レベルの時間幅Ｔ１，低レベルの時間幅Ｔ２等を計測
する方法を説明するための図である。マイクロコンピュ
ータ１９は出力パルス列２３を入力し，内蔵のカウンタ
ー或いはプログラムにより時間測定をする。十分に小さ
い時間間隔のパルス列２４で高レベルの時間幅Ｔ１，低
レベルの時間幅Ｔ２をカウントして測定する。その具体
的な方法にはマイクロコンピュータに内蔵するカウンタ
ーによる方法，パルス列２４のパルス間隔時間に対応す
るプログラムステップを何回繰り返すかをカウントする
方法等がある。またマイクロコンピュータではなく，カ
ウンター回路を用いてパルス数をカウントしても良い。

【００２６】図３は，マイクロコンピュータ１９によっ
てインダクタンス差を算出するプログラム例をフローチ
ャートで示した例である。

【００２７】［１．］，［２．］のステップにおいて，
マイクロコンピュータ１９内のカウンターを用いてコン
パレータ１８の出力から高レベルの時間幅Ｔ１，低レベ
ルの時間幅Ｔ２を得る。［３．］で高レベルの時間幅Ｔ
１を前回の値と比較検証し，その差が予め定めた所定の
値以上で有れば異常として［６．］で処理し，所定の値
以下で有れば正常として［４．］のステップに進む。
［４．］は検出した低レベルの時間幅Ｔ２を前回の値と
比較検証し，その差が予め定めた所定の値以上で有れば
異常として［６．］で処理し，所定の値以下で有れば正
常として［５．］のステップに進む。

【００２８】［５．］では（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｔ１＋Ｔ
２）からインダクタンス差を算出して［１．］に戻って
測定を継続する。インダクタンス差の算出は（Ｔ１−Ｔ
２）／（Ｔ１＋Ｔ２）の代わりにＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２）
としても良い。精度を若干犠牲にしても良いなら簡略的
にはＴ１−Ｔ２から算出することが出来る。

【００２９】［６．］は高低レベルの時間幅Ｔ１，Ｔ２
の異常処理ルーチンであり，Ｔ１，Ｔ２を過去の履歴と
比較検証して過去の変動履歴から異常状態の頻度，連続
性等を調べて偶発的な誤りか，固定的な誤りかを判断す
る。誤りが確率的であり，頻度も少なければ偶発性と判
断して［１．］に進んで計測を繰り返す。誤りの頻度が
高く，連続性が高いと判断すれば固定障害と見なして
［７．］で上位システムに警告し，計測作業を停止す
る。

【００３０】図１，図２，図３で示したように本発明の
第一の実施例によれば，アナログ回路部分は殆ど無く，
ディジタル処理で計測を行うことが出来るので検出回路
は無調整で機能し，また検出器の異常判断等も行うこと
が出来る。

【００３１】図４は本発明の第二の実施例であるインダ
クタンス差の検出回路を示す。同図において，番号４８
は発振回路を，番号４９は積分回路をそれぞれ示す。発
振回路４８はコイル１１，１２とそれぞれダイオード４
２，４３とを直列接続して反転増幅器４４の入出力端間
に並列に接続し，反転増幅器４４の入力端にはコンデン
サ４１を接続して構成する。コンデンサ４１の他端は接
地し，回路及びコイル１１，１２へのケーブル等を含め
てシールドを容易としている。その場合，ダイオード４
２，４３は互いに逆向きに接続され，反転増幅器４４は
ヒステリシス特性を有するとする。積分回路４９は抵抗
４５，コンデンサ４６とで簡略に構成している。

【００３２】反転増幅器４４は入力端が第一のレベルよ
り低下すると出力は高レベルとなり，第二のレベルより
大になると出力は低レベルとなるとする。いま入力端が
第一のレベルより低とすると出力は高レベルとなり，電
流がダイオード４３，コイル１２を介してコンデンサ４
１を充電し，コンデンサ４１の電圧が上昇して第二のレ
ベルを超えると反転増幅器４４の出力は低レベルに転
じ，コイル１１，ダイオード４２を介してコンデンサ４
１の電荷を放電する。コンデンサ４１の電圧は徐々に低
下し，第一のレベルより下がると反転増幅器４４の出力
は高レベルに転じ，これを繰り返す。

【００３３】コンデンサ４１の充電はコイル１２とコン
デンサ４１による時定数に，放電はコイル１１とコンデ
ンサ４１による時定数によるので出力パルス列の高レベ
ルの時間幅はコイル１２のインダクタンスに，低レベル
の時間幅はコイル１１のインダクタンスに比例する事に
なる。積分器４９は抵抗４５，コンデンサ４６によって
出力パルス列を平滑化することでデューティ比の異なる
パルス列からデューティ比に比例した，つまりコイル１
１，１２のインダクタンス差に比例した直流電圧の出力
４７を得る。

【００３４】第二の実施例でも出力パルス列の高低レベ
ルの時間幅はそれぞれコイル１２，１１とコンデンサ４
１で決まり，他の要因の影響する余地は少ない。コンデ
ンサ４１の容量は温度変動の影響を受ける可能性有る
が，高低レベルの時間幅に等しく寄与するので発振周期
に影響はしてもデューティ比への影響は無い。ただ，反
転増幅器４４は一般に高低の出力レベルに対しての駆動
方法は非対称であるので温度変動の影響で高低のパルス
幅に非対称性が現れる可能性は残り，第一の実施例とは
精度面で使い分ける必要がある。また積分回路４９で電
圧出力とするので積分回路４９に入力するパルスの高低
のレベルは厳密に管理する必要がある。積分回路４９に
入力させる前にパルスの整形回路を配置すれば改善され
る。積分回路４９はコスト重視でシンプルな回路を用い
たが，高周波域を十分に減衰させることが出来る低域通
過フィルターで置き換えればリップルの少ない出力電圧
を得ることができる。

【００３５】図５は本発明の第三の実施例であるインダ
クタンス差の検出回路を示す。エミッタ結合型発振回路
を用い，出力パルス列のデューティ比はマイクロコンピ
ュータで直接識別してインダクタンス差を検知する構成
である。同図において，コイル１１，１２はそれぞれ抵
抗５１，５２と並列でトランジスタ５３，５４の負荷と
してコレクタ端子に接続され，トランジスタ５３，５４
のコレクタ端子はそれぞれトランジスタ５４，５３のベ
ース端子にクロス結合され，それぞれのエミッタ端子は
結合されている。抵抗５５はトランジスタ５３，５４の
オン時の電流を決める。番号５６は波形整形をするコン
パレータであり，番号５７はマイクロコンピュータを示
す。

【００３６】電源投入時の状態は不定であるが，トラン
ジスタ５３がオンに転じたと考えると，電流はコイル１
１と抵抗５１の並列回路を流れるが，直ちにはコイル１
１を電流は流れず抵抗５１のみを流れる。その結果トラ
ンジスタ５３のコレクタ端子，トランジスタ５４のベー
ス端子は低レベルとなりトランジスタ５４はオフとな
り，トランジスタ５４のコレクタ端子，トランジスタ５
３のベース端子は高レベルを維持してトランジスタ５３
はオン状態を持続する。時間経過と共にコイル１１に電
流が流れ始めトランジスタ５３のコレクタ電位は徐々に
上昇し，トランジスタ５４のベース電位も上昇するので
ついにはトランジスタ５４がオンに転じる。トランジス
タ５４がオンに転じるとトランジスタ５４のコレクタ，
トランジスタ５３のベース電位は低レベルとなり，トラ
ンジスタ５３はオフに転じる。時間経過と共にコイル１
２を流れる電流が増えるとトランジスタ５４のコレク
タ，トランジスタ５３のベース電位は上昇し，トランジ
スタ５３をオンに転じさせ，これを繰り返す。

【００３７】トランジスタ５３，５４のコレクタ端子の
レベル差をコンパレータ５６でパルス整形すると，その
高レベル，低レベルの持続時間はそれぞれコイル１１，
１２と抵抗５１，５２，５５等とで決まる時定数に比例
する。この出力をマイクロコンピュータ５７に入力して
高レベルの時間幅と周期との比からデューティ比を求め
インダクタンス差を算出する。精度を少し犠牲にするな
ら簡略的に高レベルの時間幅と低レベルの時間幅の差か
らインダクタンス差を算出する事も出来る。

【００３８】前記発振回路において，抵抗５５はトラン
ジスタ５３，５４を流れる電流値を設定するが，省略し
ても回路は動作する。またトランジスタ５３，５４のエ
ミッタからそれぞれ小さな抵抗を介して抵抗５５に接続
しても良い。出力パルス列の時間幅にはコイル１１，１
２のインダクタンス及び抵抗５１，５２，５５のみが関
係し，その他の素子の影響は少ない。抵抗は温度係数の
小さい素子を選べるので温度変動により発振周期が変化
を受ける量は少なく，当然パルス列のデューティ比には
影響しない。また最近ではディジタル処理をする例が多
いので出力パルス列を直接マイクロコンピュータ５７に
入力して時間識別をさせてディジタル化する事にした
が，この段階で電源電圧その他の変動要因の影響は少な
い。

【００３９】以上に各実施例で説明したインダクタンス
差検出回路は，何れもアナログ回路部分は少なく無調整
で機能し，ＩＣ化も容易である。応用面でもインダクタ
ンス変化を利用する各種の位置検出器，回転軸のねじれ
により磁性体の透磁率変化，或いは磁気抵抗変化を利用
したトルクセンサ，磁気探傷装置，金属片検出装置，磁
気カード検出装置等幅広く応用できる。以下にはそれら
への応用例として磁気探傷装置，金属片検出装置への実
施例を示す。

【００４０】図６は本発明の第四の実施例である磁気探
傷装置の概略構成を示す。図６（ａ）は検出部概略を，
図６（ｂ）は出力のダイパルス（ｄｉｐｕｌｓｅ）波形
をそれぞれ示す。同図に於いて，磁気探傷装置は２つの
検出コイル６１，６２と，検出回路部６３と，図示して
いない走査機構手段と等から構成され，２つの検出コイ
ル６１，６２は検査対象となる金属の被検体６５に近接
して配置され，被検体６５は走査機構手段により矢印６
６に沿ってが移動させられる。検出回路部６３は，図
１，図４，図５に示した何れのインダクタンス差検出回
路でも構成できる。番号６４は出力の引き出し線を示
す。

【００４１】図１，図４，図５に示したインダクタンス
差検出回路は電源が入れば自動的に発振を始め，検出コ
イル６１，６２から交流磁束６７を発生させる。交流磁
束６７は金属である被検体６５の表面から内部に浸透し
ようとするが，被検体６５表面には交流磁束の変化を妨
げるような方向に渦電流が流れ，検出コイル６１，６２
のインダクタンスを見かけ上減少させる。ここで被検体
６５表面に傷が存在すると前記渦電流は流れにくくな
り，検出コイル６１，６２のインダクタンスの減少傾向
は弱められることになり，見かけ上のインダクタンスは
増大する。そして被検体６５上の傷が検出コイル６１の
磁界分布内に有れば検出コイル６１のインダクタンスが
通常より大となる。

【００４２】磁気探傷装置では本来有ってはならない傷
或いは欠陥等の有無を確認する装置であるから当然に傷
或いは欠陥の密度は低く，仮に検出コイル６１の真下に
傷が存在しても検出コイル６２の真下の被検体６５面に
も傷が存在する確率は非常に小さい筈である。逆もまた
同様である。図６（ａ）に示す検出回路部６３は検出コ
イル６１，６２のインダクタンス差検出回路を基本にし
ているので互いに他方の検出コイル側を基準としながら
被検体６５の傷，欠陥有無を検査することになる。留意
すべきは検出コイル６１，６２と被検体６５との関係を
出来るだけ同一条件に維持しながら相対的に移動させる
走査機構手段とすることである。

【００４３】本実施例で検出コイル６１，６２の配列は
被検体６５の移動方向６６に沿っている。したがって，
もし被検体６５表面に傷があり，検出コイル６１のイン
ダクタンス変化として検知された場合，被検体６５の移
動時間，検出コイル６１，６２間の距離によって決まる
時間の後には検出コイル６２にもインダクタンスの変化
として現れる筈である。図６（ｂ）は検出回路部６３の
出力波形を示している。横軸６８は時間を，縦軸６９は
電圧を示す。番号６ａは被検体６５表面に傷が無く，検
出コイル６１，６２のインダクタンスが平衡な場合の出
力レベルを示している。番号６ｂ，６ｃはそれぞれ被検
体６５表面の傷が検出コイル６１のインダクタンスを変
化させ，次に検出コイル６２のインダクタンスを変化さ
せた事を示す。傷のサイズ，検出コイル６１，６２のサ
イズ，相対位置関係にも依存するが，出力波形は図６
（ｂ）のように２つのパルスが連続したダイパルス（ｄ
ｉｐｕｌｓｅ）波形として必ず現れる。

【００４４】本発明の磁気探傷装置に於いて，２つの検
出コイル６１，６２と被検体６５との配置条件は同一と
すべきであるが，上に示したようにダイパルス波形が現
れることを前提として磁気探傷装置を構成すれば，２つ
の検出コイル６１，６２と被検体６５との配列条件を緩
和できるし，またノイズ等妨害信号に対して検出確認の
精度を向上できる。これらのダイパルス波形の識別確認
は複数レベルの電圧比較器と論理回路とで構成できる
が，より柔軟で確かな手段は出力波形をディジタル化し
てマイコンに取り込み，ソフトウエア処理により識別す
ることである。

【００４５】図７は本発明の第五の実施例であるワイヤ
ロープの磁気探傷装置を示す。図７（ａ）は検出部と検
出回路とを，図７（ｂ）は出力波形とを示す。同図に於
いて，ワイヤロープ７１の磁気探傷装置はフェライト等
の磁性体で構成されたＥ字コア７２に検出コイル７５，
７６を巻回し，それらの検出コイル７５，７６を一部と
する発振回路７８，積分回路７９，識別部７ａとで構成
する。ワイヤーロープ７１はエレベータ，クレーン等に
装着され，矢印７７に示すよう移動するものとするが，
ワイヤロープ７１の移動方向にＥ字コア７２の２つの空
隙部７３，７４が対向するよう配置する。

【００４６】発振回路７８は検出コイル７５，７６によ
りＥ字コア７２を励磁し，発生磁束は２つの空隙部７
３，７４から漏れ出てワイヤロープ７１を介してまたＥ
字コア７２に戻る。ワイヤロープ７１は通常は鋼線の撚
り線であるので磁束を良く通すが，過大の張力が加えら
れると撚り線の一部から破断を始め，ワイヤロープ７１
中を磁束は通りにくくなる。検出コイル７５の側の磁気
回路中にワイヤロープ７１の一部破断部が含まれると検
出コイル７５のインダクタンスは減少し，両検出コイル
７５，７６間にアンバランスが発生する。その結果はす
でに説明したように発振回路７８からはデューティ比の
異なるパルス列として出力され，積分回路７９で電圧に
変換される。

【００４７】検出コイル７６の磁気回路中に現れたワイ
ヤロープ７１の一部破断部は時間的に遅れて検出コイル
７５の磁気回路中を通過するので積分回路７９の出力端
に現れる電圧波形は図７（ｂ）に示すようにダイパルス
波形となる。すなわち，検出コイル７５，７６のインダ
クタンスが平衡しているときは番号７ｅで示す出力レベ
ルであるが，ワイヤロープ７１の一部破断部が検出コイ
ル７６の磁気回路中に現れると番号７ｆ，検出コイル７
５の磁気回路中に現れると番号７ｇで示すような波形変
動を引き起こす。識別部７ａはＡ／Ｄ変換器とマイクロ
コンピュータとで構成してこの出力波形を監視し，特徴
のあるダイパルス波形を認識してワイヤロープ７１の一
部破断を識別するのでノイズ他による誤検出を防ぐこと
が出来る。番号７ｃは時間を，番号７ｄは電圧をそれぞ
れ示す。

【００４８】発振回路７８内の可変抵抗器７ｂはトラン
ジスタのエミッタ間に配置したコンデンサの電荷を逃が
すことで充電時間を制御し，発振周波数を変化せしめ
る。ワイヤロープ７１に交流磁束を加えると，渦電流と
ワイヤロープを構成する線径等の関係で磁束がワイヤロ
ープ７１内部に浸透し難くなる場合があるが何通りかの
発振周波数を選んで順次ワイヤロープ７１に加えること
にすればそれらの懸念は払拭できる。実際の使用に当た
ってはＦＥＴのソース−ドレイン間の抵抗をゲート電圧
で制御することにして電子的に抵抗を変え，発振周波数
を制御することが便利である。また，このように発振周
波数を順次変化させることは第四の実施例として示した
磁気探傷装置に於いても被検体表面から内部に浸透でき
る磁束の深さを制御できるのでさらに有効である。

【００４９】図８は本発明の第六の実施例である鋼球検
出装置を示す。第五の実施例を示した図７に於いて，ワ
イヤロープ７１を樹脂製中空円筒８１，その樹脂製中空
円筒８１中を移動する鋼球８２，８３等で入れ替えた構
造である。番号８４は鋼球の移動方向を示し，鋼球８
２，８３は一つの鋼球が異なる時間に位置する態様を示
す。

【００５０】磁気空隙部７３，すなわち検出コイル７５
の磁気回路中に鋼球８３があると磁気抵抗は減少するの
で検出コイル７５のインダクタンスは増大する。同様に
鋼球８２では検出コイル７６のインダクタンスが増大す
ることになる。従って，出力波形は図８（ｂ）に示すよ
うに第五の実施例と同様にダイパルス波形となり，識別
部７ａでノイズの影響を排除して精度良く検出できるこ
とになる。

【００５１】図９は本発明の第七の実施例である金属片
検出装置を示す。食品中の金属異物，或いは衣服製品中
の金属針等の検出確認に使用される。２つの検出コイル
９３，９４はその面が平行にならないよう互いに傾けて
配置され，検出コイル９３，９４を含む発振回路９５，
積分回路９６，識別部９７等で構成されている。被検体
９１は２つの検出コイル９３，９４を挿通して番号９２
で示されるよう移動する。

【００５２】この金属片検出装置は本来有ってはならな
い食品中の金属異物或いは衣服中に残された金属針等が
存在しないことを確認するのが主目的であるから，それ
ら金属異物或いは金属針等は希にしか存在しない。図９
（ａ）に示す発振回路９５は検出コイル９３，９４のイ
ンダクタンス差検出回路を基本にしているので互いに他
方の検出コイル側を基準参照としながら被検体９１中の
金属異物或いは金属針等有無を検査することになる。こ
の点は第四の実施例に示した磁気探傷装置と考え方は同
様である。

【００５３】金属異物が検出コイル９３或いは９４のフ
ィールド中に存在すると，渦電流効果によりその検出コ
イルのインダクタンスを減少せしめる。金属異物が磁性
体であると逆にインダクタンスを増大させる。したがっ
て，金属異物が検出コイル９４を，そして検出コイル９
３を通過したとするとその出力波形は図９（ｂ）に示す
ようになる。番号９ｂは検出コイル９３，９４に何ら金
属異物が係わっていない時の出力レベル，番号９ｃは検
出コイル９４近傍に金属異物が存在して影響を及ぼして
いる時，番号９ｄは検出コイル９３近傍に金属異物が存
在している時の波形である。図６（ｂ），図７（ｂ），
図８（ｂ）のようにダイパルス波形とならなかったのは
検出コイル９３，９４が互いに傾いていて金属異物の影
響が異なるからである。識別部９７は番号９ｂで示す電
圧レベルを基準にして上下に振れる電圧レベルを監視し
て金属異物の存在を検知する。その際，完全にではない
が，番号９ｃ，９ｄの波形，被検体９１の移動速度，検
出コイル９３，９４間の距離等から番号９ｃ，９ｄの波
形の妥当性を確認することは可能でノイズ等の影響を軽
減は出来る。番号９９は時間を，番号９ａは電圧をそれ
ぞれ示す。

【００５４】このような金属片検出装置に於いて，検出
対象となる食品中の金属異物或いは衣服中に残された金
属針等は必ずしも球形では無く，またそれが被検体９１
中に存在する方向も一様では無い。磁束の方向，交流磁
束の周波数，金属異物のサイズ及び方向の分布等の間で
検出に最適の条件は存在するが，常に維持する事は難し
い。それらを確実に検出できるよう検出コイル９３，９
４は互いに傾けて配置したのであるが，さらに図７で示
す第五の実施例で説明したように図９（ａ）に示す第七
の実施例でも可変抵抗９８を発振回路９５中のコンデン
サに並列接続させて検出コイルの励磁周波数を変化走査
せしめ，多様なそれら金属異物或いは金属針等に対して
検出に最適な励磁周波数が存在するよう制御して検出の
精度を向上させることが出来る。

【００５５】

【発明の効果】以上の実施例で説明したように本発明の
インダクタンス差検出回路によれば，２つのコイルを含
む簡単な自励発振回路によりインダクタンスの差をデュ
ーティ比の異なるパルス列として出力し，積分回路或い
はカウンター等によってデューティ比の異なるパルス列
を電圧出力或いはデジタル出力として２つのコイルのイ
ンダクタンス差を知ることが出来る。本発明のインダク
タンス差検出回路はアナログ回路部分は少なく，ほぼ無
調整で機能するのでＩＣ化も容易である。

【００５６】また本発明の磁気探傷装置，金属片検出装
置は本発明のインダクタンス差検出回路を用いて２つの
コイルを相互に基準コイルとして参照しながら検査を行
い得るもので簡単な回路構成でありながらほぼ無調整で
検査を実施し得る。また，２つの検出コイルを走査方向
に配置すると傷或いは金属片の存在により特徴あるダイ
パルス波形が現れ，これを識別確認させることで信頼性
の高い磁気探傷装置，金属片検出装置を実現できる。

【００５７】本発明によるインダクタンス差検出回路は
実施例で示した例以外にも位置検出器，トルクセンサ，
磁気カード検出装置，コイン識別装置等へ広く応用出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施例のインダクタンス差検
出回路

【図２】 第一の実施例での出力パルス列

【図３】 本発明の第一の実施例におけるプログラムフ
ロー図

【図４】 本発明の第二の実施例のインダクタンス差検
出回路

【図５】 本発明の第三の実施例のインダクタンス差検
出回路

【図６】 本発明の第四の実施例の磁気探傷装置

【図７】 本発明の第五の実施例のワイヤロープ磁気探
傷装置

【図８】 本発明の第六の実施例の鋼球検出装置

【図９】 本発明の第六の実施例の金属針検出装置

【図１０】 従来提案されたマルチバイブレータ検出回
路

【図１１】 従来提案されたブリッジ方式の検出回路

【符号の説明】

１１，１２・・コイル， １３・・・コンデ
ンサ，１４，１５・・トランジスタ， １６，１７
・・抵抗，１８・・・コンパレータ， １９・
・・マイクロコンピュータ，２１・・・時間，
２２，２３・・出力パルス列，２４・・・小
さい時間間隔のパルス列，４１・・・コンデンサ，
４２，４３・・ダイオード，４４・・・反転増
幅器， ４５・・・抵抗，４６・・・コンデ
ンサ， ４７・・・出力，４８・・・発振回
路， ４９・・・積分回路，５１，５２・
・抵抗， ５３，５４・・トランジスタ，
５５・・・抵抗， ５６・・・コンパ
レータ，５７・・・マイクロコンピュータ，６１，６２
・・検出コイル， ６３・・・検出回路部，６４
・・・出力の引き出し線， ６５・・・被検体，６
６・・・移動方向， ６７・・・交流磁
束，６８・・・時間， ６９・・・電
圧，６ａ，６ｂ，６ｃ・・出力レベル，７１・・・ワイ
ヤロープ， ７２・・・Ｅ字コア，７３，７４
・・空隙部， ７５，７６・・検出コイル，
７７・・・移動方向， ７８・・・発振回
路，７９・・・積分回路， ７ａ・・・識
別部，７ｂ・・・可変抵抗器， ７ｃ・・・
時間，７ｄ・・・電圧， ７ｅ，７
ｆ，７ｇ・・出力レベル，８１・・・樹脂製中空円筒，
８２，８３・・鋼球，８４・・・移動方向，９
１・・・被検体， ９２・・・移動方
向，９３，９４・・検出コイル， ９５・・・発
振回路，９６・・・積分回路， ９７・・
・識別部，９８・・・可変抵抗， ９９・
・・時間，９ａ・・・電圧， ９ｂ，
９ｃ，９ｄ・・出力レベル，１０１・・・マルチバイブ
レータ， １０２・・・波形整形回路，１０３・・
・積分回路， １０４，１０５・・トラ
ンジスタ，１０６・・・抵抗， １
０７・・・コンデンサ１０８・・・抵抗，
１０９・・・コンデンサ，１１１，１１２・・
抵抗， １１３・・高周波発振器，１１
４，１１５・・整流・平滑回路， １１６・・・差動
増幅器

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つのコイルがコンデンサの充電及び放
   電に要する時間比に比例したデューティ比のパルス列を
   出力する発振回路と，パルス幅を微小時間間隔で計数す
   る計数手段或いは積分回路で構成する前記パルス列のデ
   ューティ比識別手段とより構成され，２つのコイルのイ
   ンダクタンス差を前記パルス列のデューティ比から検知
   することを特徴とするインダクタンス差検出回路
2. 【請求項２】 請求項１記載のインダクタンス差検出回
   路に於いて，発振回路は二つのコイルをそれぞれコレク
   タ端子に負荷として有し且つそれぞれのコレクタ端子を
   互いのベース端子にクロス結合した二つのトランジスタ
   のエミッタ間をコンデンサで結合して構成されたエミッ
   タ結合型発振回路であることを特徴とするインダクタン
   ス差検出回路
3. 【請求項３】 請求項１記載のインダクタンス差検出回
   路に於いて，コイルとダイオードとが直列に接続され互
   いにダイオードの向きを逆にした二組の回路を並列に入
   出力端間に有し，コンデンサを入力端に接続したヒステ
   リシス特性のある反転増幅器で発振回路を構成したこと
   を特徴とするインダクタンス差検出回路
4. 【請求項４】 二つのコイルと，実質的にエミッタ結合
   され且つそれぞれのコレクタ端子が互いのトランジスタ
   のベース端子にクロス結合された２つのトランジスタの
   コレクタ負荷として前記各コイルと抵抗との並列回路を
   それぞれ接続して前記二つのコイルのインダクタンスに
   対応するデューティ比のパルス列を出力する発振回路
   と，パルス幅を微小時間間隔で計数する計数手段或いは
   積分回路で構成する前記パルス列のデューティ比識別手
   段とより構成され，２つのコイルのインダクタンス差を
   前記パルス列のデューティ比から検知することを特徴と
   するインダクタンス差検出回路
5. 【請求項５】 金属を含む被検体に対して一対のコイル
   はほぼ同一条件となるよう配置され，前記コイルを含む
   請求項１から４までの何れかのインダクタンス差検出回
   路と，走査手段と，識別部とより構成され，前記一対の
   コイルで前記被検体を走査してインダクタンス差検出回
   路はインダクタンス差の変化に対応してディジタル値或
   いはアナログ電圧を出力し，識別部が被検体の異常を識
   別確認することを特徴とする磁気探傷装置
6. 【請求項６】 金属を含む被検体に対して一対のコイル
   はほぼ同一条件となるよう配置され，前記コイルを含む
   請求項１から３までの何れかのインダクタンス検出回路
   と，走査手段と，識別部とより構成され，前記インダク
   タンス差検出回路の前記コンデンサに直列或いは並列に
   接続される可変抵抗を制御する事により発振周波数を制
   御しながら前記一対のコイルで前記被検体を走査してイ
   ンダクタンス差検出回路はインダクタンス差の変化に対
   応してディジタル値或いはアナログ電圧を出力し，識別
   部が被検体の異常を識別確認することを特徴とする磁気
   探傷装置
7. 【請求項７】 請求項５或いは６記載の磁気探傷装置に
   於いて，一対のコイルは被検体との前記相対的な移動方
   向に平行に配置され，出力に現れるダイパルス波形から
   前記識別部が被検体の異常を確認して検知精度を向上で
   きることを特徴とする磁気探傷装置
8. 【請求項８】 被検体を一対のコイルの励磁フィールド
   内に含むよう配置し，前記コイルを含む請求項１から４
   までの何れかのインダクタンス差検出回路と，走査手段
   と，識別部とより構成され，前記一対のコイルで前記被
   検体を走査してインダクタンス差検出回路はインダクタ
   ンス差の変化に対応してディジタル値或いはアナログ電
   圧を出力し，識別部が被検体の金属片を識別確認するこ
   とを特徴とする金属片検出装置
9. 【請求項９】 被検体を一対のコイルの励磁フィールド
   内に含むよう配置し，前記コイルを含む請求項１から３
   までの何れかのインダクタンス差検出回路と，走査手段
   と，識別部とより構成され，前記インダクタンス差検出
   回路の前記コンデンサに直列或いは並列に接続される可
   変抵抗を制御する事により発振周波数を制御しながら前
   記一対のコイルで前記被検体を走査してインダクタンス
   差検出回路はインダクタンス差の変化に対応してディジ
   タル値或いはアナログ電圧を出力し，識別部が被検体の
   金属片を識別確認することを特徴とする金属片検出装置
10. 【請求項１０】 請求項８或いは９記載の金属片検出装
    置に於いて，一対のコイルは被検体との前記相対的な移
    動方向に平行に配置され，出力に現れるダイパルス波形
    から前記識別部が被検体内の金属片を確認して検知精度
    を向上できることを特徴とする金属片検出装置
11. 【請求項１１】 請求項８或いは９記載の金属片検出装
    置に於いて，一対のコイルは被検体に対してそれぞれ異
    なった角度を有して配置され，被検体内の金属片検知精
    度を向上できることを特徴とする金属片検出装置