JP2012132887A - 導体異物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な装置構成で磁性体だけでなく微小非磁性導体片の検知をも確実に行い得る導体異物検知装置を提供する。
【解決手段】配管１の外周に、流体中の導体片に対応する周波数の変化を検出するための第一ＬＣ発振回路１０を構成する第一コイル１１と、第二ＬＣ発振回路２０を構成する第二コイル２１とを巻き付け、第一ＬＣ発振回路１０及び第二ＬＣ発振回路２０に、検出された周波数を重ね合わせたうなり波から両周波数の差分周波数となる矩形波を生成するフィルタ増幅回路３０を接続し、フィルタ増幅回路３０に、矩形波の周波数をカウントして数値処理し、導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１を通過する流体の流速に基づく判定時間幅毎の周波数の値を解析して検出値とし、検出値が予め設定された閾値を超えた場合に導体片検知信号を出力する演算処理装置４０を接続し、導体片検知信号に基づき表示器５０から警報を発する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導体異物検知装置に関するものである。

一般に、エンジンや減速器等の各種機器は、軸受や歯車、その他たくさんの摺動部分を有しており、該摺動部分の摩擦抵抗を低減して摩耗を防止するために、潤滑油を供給した状態で運転が行われるようになっているが、特にその使用条件が過酷な場合、摩耗の進行が速く、故障や破損が発生する可能性も高いことから、この種の機器においては、故障や破損につながるような摩耗を早期のうちに確実に検出する必要がある。

このため、潤滑油等の流体中に摩耗粉等の導体片が異物として含まれているか否かを検知することが非常に重要となっている。

尚、二つの発信回路を利用し、周波数の変化量を検出値として、磁性キャリアを含むトナー等の磁性体或いは導体を検出する磁気的検知装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

実用新案登録第２５７９４１３号公報

前記特許文献１に開示されている磁気的検知装置では、検知対象物によるインダクタンスの変化にて生じる周波数変動のみを検出しているが、検知対象物が非磁性導体片の場合、高周波磁界による導体片中に発生する渦電流により磁界が発生し、高周波磁界を打ち消す方向にインダクタンスが変化し、発振周波数を低下させる形となる。

しかしながら、前記導体片中に発生する渦電流は、該導体片の大きさの二乗に比例するため、導体片が小さい場合、渦電流量は非常に小さくなり、渦電流によるインダクタンスの変化も微小になってしまうこととなる。

即ち、前記特許文献１に開示されている磁気的検知装置のように単にインダクタンスの変化を監視するだけでは、微小非磁性導体片の検知は難しくなってしまうため、前記特許文献１に開示されている磁気的検知装置を、前記潤滑油等の流体中に摩耗粉等の導体片が異物として含まれているか否かを検知するための装置として利用することは困難となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、簡易な装置構成で磁性体だけでなく微小非磁性導体片の検知をも確実に行い得る導体異物検知装置を提供しようとするものである。

本発明は、内部を流体が流れる配管と、
該配管内部を流れる流体中の導体片に対応する周波数の変化を検出し得るよう前記配管の外周に第一コイルが巻き付けられた第一ＬＣ発振回路と、
前記配管内部を流れる流体中の導体片に対応する周波数の変化を検出し得るよう前記第一コイルより前記流体流通方向下流側における前記配管の外周に第二コイルが巻き付けられた第二ＬＣ発振回路と、
前記第一ＬＣ発振回路で検出された周波数と前記第二ＬＣ発振回路で検出された周波数とを重ね合わせたうなり波から前記両周波数の差分周波数となる矩形波を生成するフィルタ増幅回路と、
該フィルタ増幅回路で生成される矩形波の周波数をカウントして数値処理し、前記導体片が第一コイル及び第二コイルを通過する流体の流速に基づく判定時間幅毎の周波数の値を解析して検出値とし、該検出値が予め設定された閾値を超えた場合に導体片検知信号を出力する演算処理装置と、
該演算処理装置から出力される導体片検知信号に基づき警報を発する表示器と
を備えたことを特徴とする導体異物検知装置にかかるものである。

前記導体異物検知装置の演算処理装置においては、前記判定時間中の最大周波数と最小周波数との差を前記検出値とするよう構成することができる。

前記導体異物検知装置の演算処理装置においては、前記判定時間中の周波数の値を離散フーリエ級数展開し、前記判定時間から算出される特定周波数帯の振幅値のみを加算した値を検出値とするよう構成しても良い。

前記導体異物検知装置の演算処理装置においては、前記判定時間中の周波数の値を離散ウェーブレットにて時間周波数解析し、前記判定時間から算出される特定周波数帯に対応するレベルを予め選定し、該選定したレベルの最大値と最小値との差を検出値とするよう構成することもできる。

本発明の導体異物検知装置によれば、簡易な装置構成で磁性体だけでなく微小非磁性導体片の検知をも確実に行い得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の導体異物検知装置の実施例を示す概要構成図である。 本発明の導体異物検知装置の実施例を示す制御回路図である。 本発明の導体異物検知装置の実施例における回路各部から出力される波形の一例を示す線図であって、（ａ）は第一コイルの部分で検出されるＡ部波形を示す線図、（ｂ）は第二コイルの部分で検出されるＢ部波形を示す線図、（ｃ）は第一ＬＣ発振回路で検出された周波数と第二ＬＣ発振回路で検出された周波数とを重ね合わせたＣ部波形を示す線図、（ｄ）はダイオードから出力されるＤ部波形を示す線図、（ｅ）はフィルタ増幅回路の増幅部から演算処理装置へ出力されるＥ部波形示す線図である。 本発明の導体異物検知装置の実施例におけるＣＰＵとしての演算処理装置４０にてカウントされ数値処理される出力周波数の信号波形の一例を示す線図である。 図４に示す出力周波数の信号波形から判定時間中の最大周波数と最小周波数との差を検出値とする例を示す説明図である。 図４に示す出力周波数の信号波形から判定時間中の周波数の値を離散フーリエ級数展開して検出値を算出する例を示す説明図である。 図４に示す出力周波数の信号波形から判定時間中の周波数の値を離散ウェーブレット展開して検出値を算出する例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図５は本発明の導体異物検知装置の実施例であって、内部を潤滑油等の流体が流れる配管１の外周に、該配管１内部を流れる流体中の導体片に対応する周波数の変化を検出するための第一ＬＣ発振回路１０を構成する第一コイル１１を巻き付け、該第一コイル１１より前記流体流通方向下流側における前記配管１の外周に、該配管１内部を流れる流体中の導体片に対応する周波数の変化を検出するための第二ＬＣ発振回路２０を構成する第二コイル２１を巻き付け、前記第一ＬＣ発振回路１０及び第二ＬＣ発振回路２０に、前記第一ＬＣ発振回路１０で検出された周波数と前記第二ＬＣ発振回路２０で検出された周波数とを重ね合わせたうなり波から前記両周波数の差分周波数となる矩形波を生成するフィルタ増幅回路３０を接続し、該フィルタ増幅回路３０に、該フィルタ増幅回路３０で生成される矩形波の周波数をカウントして数値処理し、前記導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１を通過する流体の流速に基づく判定時間幅毎の周波数の値を解析して検出値とし、該検出値が予め設定された閾値を超えた場合に導体片検知信号を出力するＣＰＵ（Central Processing Unit）としての演算処理装置４０を接続し、該演算処理装置４０に、該演算処理装置４０から出力される導体片検知信号に基づき警報を発する表示器５０を接続するようにしたものである。

本実施例の場合、前記第一ＬＣ発振回路１０は、図２に示す如く、前記第一コイル１１と、第一電流制限抵抗１２と、第一トランジスタ１３と、二つの第一コンデンサ１４，１５とを備えてなる構成を有し、第一電流制限抵抗１６を介してアース接続されている。

前記第二ＬＣ発振回路２０は、図２に示す如く、前記第二コイル２１と、第二電流制限抵抗２２と、第二トランジスタ２３と、二つの第二コンデンサ２４，２５とを備えてなる構成を有し、第二電流制限抵抗２６を介してアース接続されている。

前記フィルタ増幅回路３０は、図２に示す如く、二つのコンデンサ３１，３２と抵抗３３とからなるフィルタ部３０ａと、トランジスタ３４と二つの抵抗３５，３６とからなる増幅部３０ｂと、抵抗３７と、ダイオード３８とを備えてなる構成を有し、前記抵抗３５，３６，３７が電源電圧ＶＤＤに接続され、前記コンデンサ３１と抵抗３３とトランジスタ３４とがアース接続され、前記トランジスタ３４と抵抗３６とが前記演算処理装置４０に接続されている。

図２に示す回路において、前記第一コイル１１の部分で検出されるＡ部波形は図３（ａ）に示されるようなものとなり、前記第二コイル２１の部分で検出されるＢ部波形は図３（ｂ）に示されるようなものとなり、前記第一ＬＣ発振回路１０で検出された周波数と前記第二ＬＣ発振回路２０で検出された周波数とを重ね合わせたＣ部波形は図３（ｃ）に示されるようなものとなり、前記ダイオード３８から出力されるＤ部波形は図３（ｄ）に示されるようなものとなり、前記フィルタ増幅回路３０の増幅部３０ｂから前記演算処理装置４０へ出力されるＥ部波形は図３（ｅ）に示されるようなものとなる。

又、前記演算処理装置４０にてカウントされ数値処理される出力周波数の信号波形は、例えば、図４に示されるようなものとなるが、該出力周波数が全体的に緩やかに変化しているのは、素子の温度特性の個体差や温度の不均一等によるものである。

尚、前記表示器５０においては、流体中に導体片が混入していることが検知された際、警報を画面上に表示し且つスピーカから音を出すようにしているが、画面上への表示、又は音の出力のいずれか一方のみを選択可能であることは勿論である。

一方、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０はそれぞれ、１［ＭＨｚ］以上の高周波で発振するように各素子の値を決め、又、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０の周波数の差、つまり、出力周波数が１００［ｋＨｚ］以下になるように各周波数を調整してあり、本実施例の場合、前記第一ＬＣ発振回路１０の発振周波数が第二ＬＣ発振回路２０の発振周波数より低くなるように設定してある。因みに、前記第一ＬＣ発振回路１０の周波数は、第一コンデンサ１４，１５の静電容量と、第一コイル１１のインダクタンス、第一電流制限抵抗１２，１６の大きさで決定されるが、具体的には、第一コイル１１の巻き数によって、大まかな発振周波数を調整し、最終的な微調整は、第一電流制限抵抗１６を可変抵抗器とし、その抵抗値を調整することにより、出力周波数を調整している。同様に、前記第二ＬＣ発振回路２０の周波数は、第二コンデンサ２４，２５の静電容量と、第二コイル２１のインダクタンス、第二電流制限抵抗２２，２６の大きさで決定されるが、具体的には、第二コイル２１の巻き数によって、大まかな発振周波数を調整し、最終的な微調整は、第二電流制限抵抗２６を可変抵抗器とし、その抵抗値を調整することにより、出力周波数を調整している。但し、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０の周波数の調整は、他の部分を調整することによって行うようにすることも原理的には可能である。

更に、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０は、同等の特性を有し、出力波の周波数は、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０の周波数の差であるため、前記第一コイル１１と第二コイル２１は、互いに近い位置に（例えば、図１に示す配管１の軸線方向における間隔Ｌがおよそ５０［ｍｍ］以下となるように）配置することにより、温度変化や振動等の環境変化による外乱ノイズによる影響を、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０の双方に同等の周波数変化として与えるようにしてある。尚、前記第一コイル１１と第二コイル２１の位置は、配管１の径にも依存し、配管１の径が大きくなると、第一コイル１１と第二コイル２１の巻き数を少なくしても、該第一コイル１１と第二コイル２１のインダクタンスが大きくなり、発振周波数を高くできなくなるため、発振周波数を確保するためには、前記第一コイル１１と第二コイル２１の直径はそれぞれ２０［ｍｍ］程度とし、これに合わせた外径の配管１を選定することが好ましい。

又、前記演算処理装置４０においては、図５に示す如く、前記導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１を通過する流体の流速に基づく判定時間中の最大周波数と最小周波数との差を前記検出値とするようにしてある。

尚、前記演算処理装置４０においては、図６に示す如く、前記導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１を通過する流体の流速に基づく判定時間中の周波数の値を離散フーリエ級数展開し、前記判定時間から算出される特定周波数帯の振幅値のみを加算した値を検出値とすることも可能である。この場合、前記特定周波数帯は、実験によって予め決定しておいても良い。因みに、図６に示す例の場合、前記特定周波数帯の振幅値のみを加算した検出値は、
２．５＋４＋３＝９．５
として扱われる。

又、前記演算処理装置４０においては、図７に示す如く、前記導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１を通過する流体の流速に基づく判定時間中の周波数の値を離散ウェーブレットにて時間周波数解析し、前記判定時間から算出される特定周波数帯に対応するレベルを予め選定し、該選定したレベルの最大値と最小値との差を検出値とすることも可能である。因みに、図７に示す例の場合、四つのレベル−１〜レベル−４のうちレベル−２が選定され、該レベル−２の最大値と最小値との差から検出値は、
１０−（−１０）＝２０
として扱われる。

次に、上記実施例の作用を説明する。

配管１内部を流れる潤滑油等の流体中に導体片が異物として混入していた場合に、該導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１が巻き付けられた箇所を通過すると、周波数の変化が第一ＬＣ発振回路１０及び第二ＬＣ発振回路２０によって検出され、該第一ＬＣ発振回路１０で検出された周波数と第二ＬＣ発振回路２０で検出された周波数とを重ね合わせたうなり波からフィルタ増幅回路３０において前記両周波数の差分周波数となる矩形波が生成され、該フィルタ増幅回路３０で生成される矩形波の周波数が演算処理装置４０においてカウントされて数値処理される。

ここで、前記演算処理装置４０においては、例えば、図５に示す如く、前記導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１を通過する流体の流速に基づく判定時間中の最大周波数と最小周波数との差が検出値とされる。或いは、図６に示す如く、前記導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１を通過する流体の流速に基づく判定時間中の周波数の値を離散フーリエ級数展開し、前記判定時間から算出される特定周波数帯の振幅値のみを加算した値が検出値とされる。或いは、図７に示す如く、前記導体片が第一コイル１１及び第二コイル２１を通過する流体の流速に基づく判定時間中の周波数の値を離散ウェーブレットにて時間周波数解析し、前記判定時間から算出される特定周波数帯に対応するレベルを予め選定し、該選定したレベルの最大値と最小値との差が検出値とされる。

そして、前記検出値が予め設定された閾値を超えた場合に演算処理装置４０から導体片検知信号が出力され、該演算処理装置４０から出力される導体片検知信号に基づき表示器５０から警報が発せられる。

本実施例の場合、渦電流によるインダクタンスの変化に加えて、渦電流損失が利用される。渦電流を発生させるエネルギーは、第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０より供給されたものであるので、第一電流制限抵抗１２，１６や第二電流制限抵抗２２，２６を設けると共に、増幅能力に制限のある第一トランジスタ１３と第二トランジスタ２３を設け、第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０に電流制限を施しておくことにより、渦電流損失によって第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０中の電力が消費され、発振周波数が低下する。即ち、渦電流によるインダクタンスの変化と渦電流損失による電力消費の両方が、発振周波数を低下させる。よって、より微小な非磁性導体片まで検知可能となる。因みに、特許文献１に開示されている磁気的検知装置では、論理ゲートを使っており、これは、信号がＯＮ／ＯＦＦの区別だけであるので、増幅率無限大を意味し、本実施例とは全く異なっている。

更に、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０は、同等の特性を有し、出力波の周波数は、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０の周波数の差であるため、本実施例のように、前記第一コイル１１と第二コイル２１は、直径をそれぞれ２０［ｍｍ］程度とし、これに合わせた外径の配管１を選定すると共に、第一コイル１１と第二コイル２１を互いに近い位置に（例えば、図１に示す配管１の軸線方向における間隔Ｌがおよそ５０［ｍｍ］以下となるように）配置すれば、温度変化や振動等の環境変化によって生じる外乱ノイズによる影響は、前記第一ＬＣ発振回路１０と第二ＬＣ発振回路２０の双方に同等の周波数変化として与えることが可能となり、前記外乱ノイズによる周波数変動が引き算され、出力周波数に影響を与えないようにすることが可能となる。

しかも、本実施例のように、前記第一ＬＣ発振回路１０の発振周波数が第二ＬＣ発振回路２０の発振周波数より低くなるように設定した場合、導体片が第一コイル１１に近づくと第一ＬＣ発振回路１０から出力される発振周波数は下がるものの、前記導体片がまだ近づいていない第二コイル２１側の第二ＬＣ発振回路２０から出力される発振周波数は変化せず、続いて、前記導体片が第一コイル１１から遠ざかると第一ＬＣ発振回路１０から出力される発振周波数は元に戻るものの、前記導体片が近づいた第二コイル２１側の第二ＬＣ発振回路２０から出力される発振周波数は下がる形となるため、前記ＣＰＵとしての演算処理装置４０にてカウントされ数値処理される出力周波数の信号は、図４に示す如く、導体片が第一コイル１１を通過する際に上昇して元に戻り、続いて、第二コイル２１を通過する際に下降して元に戻る変化を起こす。尚、逆に、前記第一ＬＣ発振回路１０の発振周波数が第二ＬＣ発振回路２０の発振周波数より高くなるように設定した場合、出力周波数の信号は、導体片が第一コイル１１を通過する際に下降して元に戻り、続いて、第二コイル２１を通過する際に上昇して元に戻る変化を起こす形となる。つまり、配管１の軸線方向へ所要間隔をあけて第一コイル１１と第二コイル２１を配置し、それらの内部を導体片が通過するようにすることにより、出力周波数の変化量を二倍にすることができ、より高感度に検知が行えることとなる。

又、特許文献１に開示されている磁気的検知装置のように、周波数信号をＦ／Ｖ変換回路にて電圧信号に変換すると、変換時の誤差が避けられないが、本実施例のように、前記フィルタ増幅回路３０で生成される矩形波の周波数を演算処理装置４０にてカウントして数値処理すれば、変換誤差を排除し、導体片を高感度に検知することが可能となる。

尚、前記導体片が大きいほど周波数変動は大きくなるため、前記閾値を複数設定することにより、導体片の大きさに応じた導体片検知信号を前記演算処理装置４０から出力することも可能である。

こうして、簡易な装置構成で磁性体だけでなく微小非磁性導体片の検知をも確実に行い得る。因みに、本実施例の導体異物検知装置は、磁性体に対しては更に強く反応するため、導体片が磁性体である場合には、非磁性導体片よりも更に小さい磁性導体片を検出することができる。

尚、本発明の導体異物検知装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 配管
１０ 第一ＬＣ発振回路
１１ 第一コイル
１２ 第一電流制限抵抗
１３ 第一トランジスタ
１４ 第一コンデンサ
１５ 第一コンデンサ
２０ 第二ＬＣ発振回路
２１ 第二コイル
２２ 第二電流制限抵抗
２３ 第二トランジスタ
２４ 第二コンデンサ
２５ 第二コンデンサ
３０ フィルタ増幅回路
３０ａ フィルタ部
３０ｂ 増幅部
３１ コンデンサ
３２ コンデンサ
３３ 抵抗
３４ トランジスタ
３５ 抵抗
３６ 抵抗
４０ 演算処理装置
５０ 表示器

Claims (4)

1. 内部を流体が流れる配管と、
   該配管内部を流れる流体中の導体片に対応する周波数の変化を検出し得るよう前記配管の外周に第一コイルが巻き付けられた第一ＬＣ発振回路と、
   前記配管内部を流れる流体中の導体片に対応する周波数の変化を検出し得るよう前記第一コイルより前記流体流通方向下流側における前記配管の外周に第二コイルが巻き付けられた第二ＬＣ発振回路と、
   前記第一ＬＣ発振回路で検出された周波数と前記第二ＬＣ発振回路で検出された周波数とを重ね合わせたうなり波から前記両周波数の差分周波数となる矩形波を生成するフィルタ増幅回路と、
   該フィルタ増幅回路で生成される矩形波の周波数をカウントして数値処理し、前記導体片が第一コイル及び第二コイルを通過する流体の流速に基づく判定時間幅毎の周波数の値を解析して検出値とし、該検出値が予め設定された閾値を超えた場合に導体片検知信号を出力する演算処理装置と、
   該演算処理装置から出力される導体片検知信号に基づき警報を発する表示器と
   を備えたことを特徴とする導体異物検知装置。
2. 前記演算処理装置において、前記判定時間中の最大周波数と最小周波数との差を前記検出値とするよう構成した請求項１記載の導体異物検知装置。
3. 前記演算処理装置において、前記判定時間中の周波数の値を離散フーリエ級数展開し、前記判定時間から算出される特定周波数帯の振幅値のみを加算した値を検出値とするよう構成した請求項１記載の導体異物検知装置。
4. 前記演算処理装置において、前記判定時間中の周波数の値を離散ウェーブレットにて時間周波数解析し、前記判定時間から算出される特定周波数帯に対応するレベルを予め選定し、該選定したレベルの最大値と最小値との差を検出値とするよう構成した請求項１記載の導体異物検知装置。

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