JP2021533349A - 金属物体の誘導分析 - Google Patents
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Abstract
【課題】コイルシステムに対する温度作用がいかなる影響も有することなく、それに加え、広い周波数範囲において、分析すべき金属の誘導特性のスペクトル分析を可能とする、誘導分析方法ないし誘導検知方法を創作する。
【解決手段】金属物体を誘導分析するための測定装置及び方法は、誘導的に互いに結合されている、励磁電圧を用いて励磁可能な少なくとも１つの励磁コイル（１.１）と、少なくとも１つの受信コイル（１.２）と含んだコイル装置を含む。評価ユニットを用い、測定装置の出力信号（５.４）が評価される。励磁電圧（２.５）のスロープ形状の電圧信号を発生させるための手段が、励磁コイルを流れるスロープ形状の電流のための予設定部として設けられている。所定の制御装置が、励磁コイル（１.１）の基点における電流を、金属物体（１.６）により変調され且つ励磁電圧の変化において作用をもたらすスロープ形状の励磁電流が発生するように制御する。それによりコイルシステムに対する温度作用がいかなる影響も有することなく、それに加え、広い周波数範囲において、分析すべき金属の誘導特性のスペクトル分析を可能とする、誘導分析方法ないし誘導検知方法が創作される。
【選択図】図５
【解決手段】金属物体を誘導分析するための測定装置及び方法は、誘導的に互いに結合されている、励磁電圧を用いて励磁可能な少なくとも１つの励磁コイル（１.１）と、少なくとも１つの受信コイル（１.２）と含んだコイル装置を含む。評価ユニットを用い、測定装置の出力信号（５.４）が評価される。励磁電圧（２.５）のスロープ形状の電圧信号を発生させるための手段が、励磁コイルを流れるスロープ形状の電流のための予設定部として設けられている。所定の制御装置が、励磁コイル（１.１）の基点における電流を、金属物体（１.６）により変調され且つ励磁電圧の変化において作用をもたらすスロープ形状の励磁電流が発生するように制御する。それによりコイルシステムに対する温度作用がいかなる影響も有することなく、それに加え、広い周波数範囲において、分析すべき金属の誘導特性のスペクトル分析を可能とする、誘導分析方法ないし誘導検知方法が創作される。
【選択図】図５
Description
（関連の出願）
本出願は、2018年7月30日付けで提出のドイツ特許出願第 10 2018 118 408.5 号、並びに2018年8月27日付けで提出のドイツ特許出願第 10 2018 120 912.6 号の優先権を主張するものであり、それらのそれぞれの開示内容は、明示的にすべて本出願の対象として本明細書に組み込み記載されているものとする。
本出願は、2018年7月30日付けで提出のドイツ特許出願第 10 2018 118 408.5 号、並びに2018年8月27日付けで提出のドイツ特許出願第 10 2018 120 912.6 号の優先権を主張するものであり、それらのそれぞれの開示内容は、明示的にすべて本出願の対象として本明細書に組み込み記載されているものとする。
（発明の分野）
本発明は、請求項１ないし８の上位概念に記載した、金属物体を分析するための測定装置並びに方法に関する。
本発明は、請求項１ないし８の上位概念に記載した、金属物体を分析するための測定装置並びに方法に関する。
（定義）
本出願の枠内でコイルの「誘導特性」について言及される場合、これは、エネルギー放出に対する作用（影響を及ぼすこと）、特に受信コイルにおいて受信される信号の位相及び／又は振幅に対する作用に関するものである。
本出願の枠内でコイルの「誘導特性」について言及される場合、これは、エネルギー放出に対する作用（影響を及ぼすこと）、特に受信コイルにおいて受信される信号の位相及び／又は振幅に対する作用に関するものである。
また「高抵抗（Hochohmig）」とは、本出願の枠内では、温度に基づく電線抵抗の変化が評価すべき出力信号に対して作用をもたないか又はたかだか無視できる程度の作用しかもたないように、受信コイルの出力信号が高抵抗（高インピーダンス）で読み取られることを意味する。
（本発明の背景（並びにその問題点））
金属物体を分析するための誘導センサは、１つのコイルを用い、検査すべき金属内に侵入する交番磁界を発生させる。この磁界に対する作用に基づき、例えば、金属種類、又は金属に対するコイルの間隔が推定される。後者は、例えば「層厚測定」で使用され、当該層厚測定では、金属とコイルの間にあり誘導的には作用を及ぼすことのできない塗料層（ラッカー層）の厚さが決定される。
金属物体を分析するための誘導センサは、１つのコイルを用い、検査すべき金属内に侵入する交番磁界を発生させる。この磁界に対する作用に基づき、例えば、金属種類、又は金属に対するコイルの間隔が推定される。後者は、例えば「層厚測定」で使用され、当該層厚測定では、金属とコイルの間にあり誘導的には作用を及ぼすことのできない塗料層（ラッカー層）の厚さが決定される。
交番磁界を発生させるためのコイルは、任意の周波数の矩形信号又は正弦信号を用いてコントロールされ、極めて異なる方式で構成されていることが可能である。典型的な財宝探知機は、しばしば「結合解除されたコイル」を使用する。この際、１つのコイル（励磁コイル）は、交流を用いてコントロールされ、交番磁界を提供する。１つの第２コイル（受信コイル）は、励磁コイルの上昇する磁力線と下降する磁力線が受信コイル内で互いに相殺するように機械的に配設され、従ってこのコイルは（金属作用がない場合には）出力信号を提供しない。磁力線の対称性は、金属作用がある場合に初めて変わり、対応する電気信号を受信コイルにおいて取り出すことができる。このことは、例えば、下記特許文献１（DE 43 39 419 C2）から「ダブルＤ」方法として公知である。しかしながらこの測定方法は、励磁コイルと受信コイルが共通の対称軸線をもたないという欠点を有する。
独立請求項の上位概念の基礎を成す下記特許文献２（US 2008/0150537 A1）から、パルスインダクションタイプの金属探知機が公知であり、この金属探知機は、金属物体と、エネルギーの吸収と解放に基づき金属を模倣する鉱物とを区別することができる。最初の測定インターバル中に、測定すべき物体は、スロープ形状で立ち上がる磁界により作用を及ぼされ、この磁界は、後続の第２の測定中には、測定すべき対象内でまだ作用をもたらすことができ、それにより第２の測定の測定値に作用を及ぼすことができる。物体内に残るエネルギーの量は、金属性の目標物では同じ信号を誘導するが磁性的な鉱物では異なる信号を誘導する両極性の電流スロープを含んだコイル励磁パルス列において所定のインターバル中に発生される信号を比較することにより測定される。しかしこの金属探知機は、金属物体の精密な分析には用いられない。予め定められた基準と電圧振幅制御とに依存し、出力信号は、マイクロコントローラとＤＡＣを介してゼロに制御される。励磁コイルの基点（ベースポイント）における制御は行われない。
下記特許文献３（DE 10 2012 001 202 A1）から、相互作用の解離のために部分的に重なり合って配設されており誘導的に互いに結合されたコイルを用い、金属物体を位置測定するためのセンサが公知である。この際、励磁コイルと受信コイルは、実質的に同一のコイル形状を有し、互いにねじれて及び／又はずらされて配設されており、この際、対称的に配設された重なり合う複数の領域が形成されている。更に交互に重なり合って屈曲蛇行する区間が設けられている。励磁コイルと受信コイルの間の完全な相互作用解離にもかかわらず、この方法は、両方のコイルシステムの共通の対称軸線をもって作動する。
他の方法は、好ましくは直列に接続された２つのコイルを使用し、これらのコイルのうち一方は、金属存在により作用を及ぼされる測定コイルであり、他方は、基準コイルを表し、好ましくは、測定コイルから離れて配設されている。互いに１８０度ずらされた２つの正弦信号又は矩形信号が両方のコイルに供給されると、コイルパラメータが正確に同じ場合には、供給された信号は、両方のコイルの中央タップにおいて相殺される。金属が測定コイルに近づくと初めて、測定コイルの誘導特性が変化し、対応する信号を中央タップにおいて読み取ることができる。
他の測定方法は、３つのコイルを使用し、これらのコイルは、機械的に直列に軸線対称で相前後して取り付けられる。中央のコイルに交流が流されると、それぞれ両方の他方のコイルには、これらのコイルが互いに適切に配線されている場合には再び消滅する信号が生成される。外側に位置する両方のコイルの一方への金属接近は、このコイルの誘導特性を変化させ、それにより完全な消滅は生ぜず、そのように発生した信号から金属の存在又は種類を推定することができる。また逆のかたち、即ち２つの送信コイルを外側に有し、１つの受信コイルを内側に有するかたちも使用される。
上述の複数のシステムは、通常、金属作用に対する感度を高めるために、正弦形状の振動ないし所望の共振挙動で作動する。この際、受信回路の励起周波数と共振周波数が正確に一致しないと不利であり、なぜならその際には、位相誤差ないし振幅誤差が生じることがあるためである。
測定システムに対する温度作用も、不利に作用することになり、なぜなら温度作用時には、コイル電線の内部抵抗が変化する可能性があり、このことが共振回路の位相ないし振幅の変位をもたらすためである。送信コイル又は測定コイルに対する温度作用を補償するために、幾つかの測定システムは、コイルシステムによる間欠的な電流測定を使用し、それにより温度依存の内部抵抗を検出している。そしてそのように獲得された抵抗測定値を用い、実際の金属種類決定のための修正ファクタを実行することができる。
未知の金属の誘導分析が実行されるのであれば、測定周波数が適切に予め選択されるべきである。より複雑な（ないし手間のかかる）方法は、通常は切り替え可能な複数の周波数で作動し、この際、ここでは効率的な温度補償が特に困難である。
上述の誘導システムでは、既知の金属上の塗料厚を測定することもできる。塗料厚の存在は、金属表面とコイルシステムの間の間隔が、受信回路内で測定される励起信号の振幅と位相を変化させることを意味する。このためにも測定システムの良好な温度補償が達成されなくてはならない。
他の方法（下記特許文献４：CA 2 951 848 A1）は、１つの矩形パルスを１つの送信コイルに送信し、このパルスのオフの後に、検知すべき又は分析すべき金属の誘導反応を、その送信コイル又は他の１つのコイルを用いて測定する。
つまり、通常、誘導測定システムでは、１つ又は複数のコイルが、所定の周波数の正弦信号又は矩形信号、或いは単一の矩形パルスを用いて励起され、これらの励起されたコイルシステムに対する金属の誘導作用により、励起コイルの１つにおいて、又は放出された交番磁界を検知するために特別に取り付けられた別個の複数の検知コイルにおいて、振幅変化及び／又は位相変化が測定可能とされる。
全てのこれらの誘導分析システム又は誘導検知システムにおいて、温度変化は、送信コイルシステムないし受信コイルシステムの誘導特性に対して望ましくない作用を及ぼすことになり、それにより多くのシステムには、温度補償法が設けられている。
本発明の課題は、コイルシステムに対する温度作用がいかなる影響も有することなく、それに加え、広い周波数範囲において、分析すべき金属の誘導特性のスペクトル分析を可能とする、誘導分析方法ないし誘導検知方法を創作することである。
前記課題は、特許請求項１ないし８に記載した特徴を有する装置ないし方法により解決される。有利な更なる構成は、従属特許請求項の対象である。特許請求項に個別に記載された特徴は、技術的に有意義なかたちで互いに組み合わせ可能であり、本明細書から説明される内容により及び図面からの詳細により補足することができ、その際には本発明の更なる変形形態が示されることになる。
以下、発明を実施するための形態について説明する。
本発明によるそのような測定システムは、接近センサなどとして、金属材料、材料組成（多層配置／多重金属薄板）、材料厚（金属薄板厚測定）、塗料厚決定（金属に対するコイルシステムの間隔）、例えば金属壁の背後にある金属物体の検知（例えば自動車内の閉じたクラッチハウジング内のクラッチチェーンの位置）を分析するために使用されることが可能であるべきである。
誘導特性のスペクトル分析の枠内で、測定システムの出力信号内には、個々の周波数のスペクトルが示され、それらの誘導特性は、金属種類と金属特性に応じて多かれ少なかれ出力信号に強く作用を及ぼし且つ出力信号を変化させる。検査すべき対象に関するこれらの情報は、好ましくは、出力信号のフーリエ変換により獲得されることが可能である。
そのために、金属物体を誘導分析するための測定装置では、励磁電圧を用いて励磁コイルが励磁される。励磁コイルは、受信コイルと誘導的に結合されている。出力信号は、受信コイルにおいて評価のために読み取られる（取り出される）。励磁電圧は、スロープ形状（傾斜形状）の電圧信号として、比較ステージ（比較部）を備えた制御装置（レギュレータデバイス）に供給され、該制御装置は、測定の最初に即ちスロープの立ち上がりの瞬間に有効であり且つ磁界の発生に対抗作用するコイルの自己誘導に対し、コイル入力部において、以下のように変化をもたらす。即ちコイルの基点（ベースポイント）における抵抗において励磁電圧の予設定されたスロープ形状の形状が再び正確に生ずるように、変化をもたらす。従ってスロープ形状の電圧信号を発生させるための手段は、励磁コイルを流れるスロープ形状の電流のための予設定部（プリセット部）として設けられており、この際、制御装置は、励磁コイルの基点における電流を、スロープ形状の励磁電流が発生するように制御し、この際、コイルに流入する電流は、金属物体により変調（modulieren）され、励磁電圧の変化において作用をもたらす。実際に、つまりスロープ形状に立ち上がる磁界、即ち好ましくは非線形の磁界が、励磁コイル内で生成し、この磁界が、検査すべき物体内に侵入し、金属物体により時間的に変調されることが示された。
出力信号に基づき、物体の種類、性質、また層厚や層状態（ないし層構造）に関する情報が得られる。基点ないし基点抵抗における電流の測定を介した制御の種類により、励磁コイルに対する温度作用、従って発生する磁界に対する温度作用も排除される。
好ましくは、制御装置は、連続的に増加する励磁電流が発生するように、励磁コイルの基点における電流を制御し、この際、励磁電流を発生させるためのスロープ形状の電圧信号中の金属物体の作用は、励磁電流に対し、励磁コイルの基点における電流を制御することにより、以下のように作用を及ぼす。即ちこの電圧変化から、作用を及ぼす金属に関して対応の測定値を取り出すことができるように作用を及ぼす。この情報は、熱的な作用の解離のために、受信コイルを介して読み出されることが可能である。そのように作用を及ぼされた出力信号は、金属物体内の深くまで行き届く金属物体の所望の分析を可能にする。
この際、有利には、金属物体の金属の種類は、励磁電流の強さを、磁界の立ち上がりの時間中に、侵入深さに時間的に依存して変化させる作用要因であることが分かった。それにより合金の組成についても金属物体の層構造についても同様に導出することができる。
好ましくは、励磁電圧のスロープ形状の電圧信号を発生させるための手段は、スロープ形状の立ち上がりの初めに、先ず、当該スロープ形状の立ち上がりと比べて急勾配の励磁電圧の立ち上がりを発生させる。それにより励磁コイルに電流を流す際には、実際にスロープ形状の励磁電流が生じ、この励磁電流は、金属の作用により非線形の磁界構成（磁界特性曲線）をもたらすことが保証されている。
好ましくは、受信コイルは、励磁コイルに対して隣接して及び／又は平行に配設されている。同様に受信コイルと励磁コイルは、バイファイラ巻きとすることができる。このことは、分析を損なうことなくコイル装置の省スペースの構造を可能にする。
受信コイルの温度安定性も保証するために、好ましくは、受信コイルにおける出力信号は、高抵抗（高インピーダンス）で読み取られている。
最適な結果は、好ましくは、制御装置が比較器（コンパレータ）を含み、その第１の入力部に励磁電圧が印加し、その第２の入力部に励磁コイルの基点抵抗における電圧が印加する場合に得られる。
本方法により、金属物体の誘導分析のために、励磁電圧を用いて励磁可能な少なくとも１つの励磁コイルに電流が流され、測定装置の出力信号が金属物体の分析のために評価されると、同じ利点が得られる。制御された励磁電圧が、励磁電圧の実質的にスロープ形状の電圧信号として励磁コイルに供給され、励磁コイルの基点ないし基点抵抗における電流が、以下のように制御されることにより、スロープ形状の励磁電流が実際に発生する。即ち、この励磁電流は、金属物体のエネルギー吸収により変調されたものであり且つそれにより予設定された理想的なスロープ形状から、制御された励磁電圧のずれを生じさせるように制御されることにより、スロープ形状で立ち上がる磁界による物体内への侵入が可能とされ、この磁界侵入は、物体の分析のために受信コイルから周波数スペクトルの分析を可能にする。
好ましくは、励磁コイルの基点における電流は、連続的に増加する励磁電流が発生するように、理想的なスロープ形状からの励磁電圧のずれにより、予設定されたスロープ電圧と基点における電圧との比較により、制御される。この際、励磁電流を発生させるためのスロープ形状の電圧信号中の金属物体の作用は、励磁電流に対し、励磁コイルの基点における電流を制御することにより、次のように作用を及ぼす。即ちこの電圧変化から、作用を及ぼす金属に関して対応の測定値を取り出すことができるように作用を及ぼす。この情報は、熱的な作用の解離のために、受信コイルを介して読み出されることが可能である。そのように作用を及ぼされた受信コイルの出力信号は、金属物体内の深くまで行き届く金属物体の所望の分析を可能にする。
好ましくは、制御装置は、連続的に増加する励磁電流が発生するように、励磁コイルの基点における電流を制御する。そのように作用を及ぼされた出力信号は、金属物体内の深くまで行き届く金属物体の所望の分析を可能にする。
有利には、励磁電流の強さは、金属物体の金属の種類により変化される。それにより合金の組成についても金属物体の層構造についても同様に導出することができる。
好ましくは、励磁電圧のスロープ形状の電圧信号の初めに、先ず、当該スロープ形状の（本来の）立ち上がりと比べて急勾配の励磁コイルの励磁電圧の立ち上がりが制御されて提供される。それにより励磁コイルに電流を流す際において、実際に、非線形の磁界構成（Magnetfeldaufbau）をもたらす、スロープ形状の励磁電流が生ずる。
好ましくは、受信コイルは、励磁コイルに対して隣接して及び／又は平行に配設されている。同様に受信コイルと励磁コイルは、バイファイラ巻きとすることができる。このことは、分析を損なうことなくコイル装置の省スペースの構造を可能にする。
受信コイルの温度安定性も保証するために、本方法により、好ましくは、受信コイルにおける出力信号は、高抵抗（高インピーダンス）で読み取られる。
以下、本発明を、添付の図面に図示した実施例に基づき詳細に説明する。
（好ましい実施例の詳細な説明）
さて、本発明を例示として添付の図面に関連して詳細に説明する。しかしながらこれらの実施例は、あくまでも例示であり、本発明のコンセプトを所定の装置に限定するものではない。本発明の実施例を詳細に説明する前に、本発明が装置の各々の構成部材並びに各々の方法ステップに限定されているものではないことを指摘しておくが、それはそれらの構成部材並びに方法が変更可能なためである。またここで使われている概念は、特別な実施形態を説明するためだけに定められており、限定として使われるものではない。それに加え、本明細書又は本請求項で単数形又は不定冠詞が使われる場合には、それらの要素が複数形であってもよいものとするが、勿論、全体の関連で明らかに単数形又は不定冠詞でなくてはならない場合は別である。
さて、本発明を例示として添付の図面に関連して詳細に説明する。しかしながらこれらの実施例は、あくまでも例示であり、本発明のコンセプトを所定の装置に限定するものではない。本発明の実施例を詳細に説明する前に、本発明が装置の各々の構成部材並びに各々の方法ステップに限定されているものではないことを指摘しておくが、それはそれらの構成部材並びに方法が変更可能なためである。またここで使われている概念は、特別な実施形態を説明するためだけに定められており、限定として使われるものではない。それに加え、本明細書又は本請求項で単数形又は不定冠詞が使われる場合には、それらの要素が複数形であってもよいものとするが、勿論、全体の関連で明らかに単数形又は不定冠詞でなくてはならない場合は別である。
固有の誘導測定システムは、極めて簡単なコイル装置から成り、この際、電子装置は、既知の測定方法と比較してごく僅かなコンポーネントだけから構成されている。
図１による測定システム１.３のコイル装置は、少なくとも２つのコイルから成り、これらのコイルは、好ましくは平面平行に配向されている。この際、両方のコイルのうち一方は、励磁コイル（実線）１.１として働き、他方は、受信コイル（点線）１.２として働く。本実施例において、コイル装置１.３は、それぞれ１つの励磁コイル１.１と１つの受信コイル１.２とから成るが、複数の励磁コイルないし受信コイルを使用することもできる。
最も簡単な場合としてコイルシステムは、バイファイラ巻きの２つのコイルを備えた１つの巻型（巻き取り本体）から構成されている。この構成は、励磁コイル１.１と受信コイル１.２の間に間隔が必要とされないことを意味する。受信コイル１.２と励磁コイル１.１が直接的に相並んで配設されているか或いはまた互いに入り組むように配設されているコイル装置も可能である。励磁コイル１.１と受信コイル１.２のターン数は、異なっていてもよい。好ましくは、励磁コイルは、受信コイルよりも線径（電線の太さ）が大きくてターンが少ない。
古典的な誘導測定システムと異なり、励磁コイル１.１は、正弦信号又は矩形信号、或いは方形パルスを用いて励起されるのではなく、図２の励磁電圧２.５の曲線経過により図示されているように、スロープ（傾斜）の形状で好ましくはゼロから始まり一様に立ち上がる直流電流（直流電力）により励起される。基本的に金属物体の分析のためには、１回の測定で十分であるとすることができる。連続的な測定が望まれる場合には、１回の測定を時間的（ないし周期的）に繰り返すことができる。
従ってコイル装置１.３は、金属物体１.６に対して磁気的に誘導された相互作用を及ぼす。
スロープ形状の励磁電圧２.５が直接的に励磁コイル１.１の供給接続部（接続端）２.２に印加されると仮定すると、自己誘導に基づき、励磁コイルを流れる電流は、励磁電圧２.５の電圧曲線に直接的に従うのではなく時間的にずれて従うことになる。このことは、励磁コイル１.１の基点（ベースポイント）において基点抵抗２.３が配設され、基点抵抗２.３において、発生する電圧２.４の結果として励磁コイル電流が測定されると、可視化される。図４は、このことを明らかにしている。励磁電圧２.５の曲線は、供給接続部２.２におけるスロープ形状の電圧の立ち上がりに対応し、曲線４.１は、その結果として得られる電流を示しており、基点抵抗２.３において電圧値として測定されたものに対応する（より良い明確化のために、励磁コイルにおける電圧と、受信コイルにおける電圧とは、非比例スケールで図示されている）。
従って、励磁電流が、励磁電圧２.５の予設定された曲線経過に正確に従うようにするために、当該回路は、図３に示されているように補足される：励磁電圧２．５が演算増幅器（比較器）３.１の非反転入力部（＋）３.３に供給される。その出力部は、励磁コイル１.１の供給接続部２.２に給電する。更に反転入力部（−）は、基点抵抗２.３（と励磁コイル１.１の間の接続端）に接続され、基点抵抗２.３の電圧２.４を取得する。この措置により励磁電流は、アクティブに制御され、今や励磁電圧２.５の曲線経過に正確に対応する。
従って、励磁電圧２.５のスロープ形状の電圧信号を発生させるための手段は、励磁コイル１.１を流れるスロープ形状の電流のための予設定部（プリセット部）として設けられている。説明した制御装置は、励磁コイル１.１の基点における電流を、金属物体１.６により変調され且つ励磁電圧の変化において作用をもたらすスロープ形状の励磁電流が発生するように制御する。
好ましくは、当該制御装置は、基点抵抗において連続的に増加する励磁電流が発生するように、励磁コイル１.１の基点における電流を制御し、この際、金属物体１.６の作用は、励磁電流のスロープ形状の立ち上がり中に励磁電流の強さを変化させる。特にこの作用（即ち強さの変化）は、金属物体の金属の種類に起因し、それについては、更に後続段落で詳しく説明する。
図４における制御装置の作用を正確に観察すると、励磁電圧２.５のスロープ形状の電圧信号を発生させるための手段は、スロープ形状の立ち上がりの初めに、先ず、当該スロープ形状の立ち上がりと比べて急勾配の励磁電圧の立ち上がり４.２を発生させることが示されている。
供給接続部２.２においてそれにより発生する電圧３.２は、好ましくは、スロープ開始時に最初は強く立ち上がり、その後、線形領域に移行し、励磁電圧２.５の曲線経過の予設定に従うことになる。それにより基点抵抗２.３における電圧は、好ましい一実施形態では、予設定された励磁電圧２.５の曲線経過に正確に従うことになる。電圧の立ち上がり４.２は、励磁コイル１.１の自己インダクタンスに対して対抗作用を与え、そのようにしてコイル電流の線形的な立ち上がりをもたらす。このことは、金属物体１.６内に侵入する磁界が徐々に増大することをもたらす。
またこの措置により、オーム巻線抵抗の変化に表れ、従ってコイルのインダクタンスないし品質に表れる、励磁コイル１.１に対する温度の影響も排除されている。なぜなら励磁電流が今や励磁電圧２.５の予設定された電圧曲線に直接的に従うためである。またこのことは、励磁電圧２.５の曲線経過が非線形に選択される場合、及び／又は例えば金属の影響の除去（Metallausblendung）を達成するために励磁電圧２.５の曲線経過が意識的に変更される場合にも当てはまる。励磁コイル１.１を流れる電流が磁界を規定するので、この磁界は、上述の措置により、もはや温度依存ではない。
受信コイル１.２は、通常は送信コイルと受信コイルの間の結合解離が望まれている典型的な誘導分析システムとは対照的に、励磁コイル１.１のすぐ近くに直接的に取り付けられている。また「ハードな」結合を伴う図１によるバイファイラ巻線装置を使用することもできる。また受信コイル１.２と励磁コイル１.１は、共通のフェライトコア、好ましくは片側で閉じたシェルコア（Schalenkern）（ポットコア）を使用することもできる。
予設定された励磁電圧２.５の結果として基点抵抗２.３において得られるように、励磁コイル１.１にスロープ形状の電流６.２が提供されると、受信コイル１.２には、スロープの立ち上がりの時間の間、図６による純粋な直流電圧６.１（一定の電圧）が生成される。そして、金属接近の場合又は金属物体上にコイル装置が置かれた場合にその時間範囲内でその直流電圧の変化を評価することができる。
受信コイル１.２内に電流が流れない場合、完全な温度不感性が達成される。このことは、受信コイル１.２の一方の端部がＧＮＤ（グラウンド）に置かれる場合において、他方の端部では、極めて高抵抗でのみ、発生する電圧が読み取られる（取り出される）ことを意味する。
好ましくは、後続回路の入力抵抗は、メガオームの範囲内にあるべきであろう。それにより受信コイル１.２内に特記すべき（有意の）電流は流れず、従って温度に起因する巻線内の抵抗変化が作用を及ぼすことはないことが保証される。そのような回路の入力部は、例えば、受信コイル１.２を僅か数ｐＡで負荷するだけの演算増幅器のＦＥＴ入力部とすることができる。
図５は、ここで説明した測定方法のための可能な一実施形態を示している。クロックジェネレータ５.１が、スロープジェネレータ５.２のために例えば１００ｍｓごとにスタートクロックを提供する。各スタートクロックによりスロープジェネレータ５.２がスタートし、例えば２０ｍｓの長さのスロープ信号を励磁電圧として比較器３.１に提供し、比較器３.１は、励磁電圧に従う電流が励磁コイル１.１を流れるよう作動する。スロープ形状の信号を発生させる回路は、当業者には既知であるので、ここで詳細に説明することは省略する。
高いスロープ電流を発生させるためには、比較器３.１のあとにパワートランジスタを接続することもできる。更にインピーダンス変換器５.３を増幅器として接続することができる。しかしスロープ電流が適切で且つターン数が適合されている場合には、受信コイルにおける評価可能な電圧は、数ボルトの値をとることになり、従って更なる増幅が必要となることはない。
以下で議論される図７の曲線経過は、実際には、以下の回路バリエーションを用いて検出されたものである：コイル１.１及び１.２はそれぞれ１００ターン、バイファイラ巻き、巻型（ボビン）Ｄ＝１０ｍｍ、フェライトシェルコア。最大スロープ電流は２００ｍＡの値であった。受信コイル１.２における電圧６.１は、金属作用がない場合には１.８Ｖｐｐの値であった。
スロープ長は、１５ｍｓの値をとり、これは、正弦形状の振動で換算すると「最低（最も深い）」周波数としてほぼ６７Ｈｚに対応するであろう。信号６.１の立ち上がり速度から計算された最大周波数は、ほぼ２００ｋＨｚに対応した。従って６７Ｈｚから２００ｋＨｚまでの全周波数範囲が１回の測定においてカバーされた。
金属表面に対するコイル装置の間隔は、１ｍｍの値であった。従ってコイル装置は、まさしくほぼ金属物体１.６上に載置されると言えるが、このことは、好ましくは、測定装置の使用において通常の場合とも言える。
測定システムのコイル装置１.３に対して金属作用（影響）がある場合には、出力信号５.４の振幅経過が変化し、つまり図６に図示された曲線６.１が変化する。その振幅経過は、金属作用がない場合には、厳密に直線的であり、直流電圧の性質を有し、それに対し、その振幅経過は、異なる金属の金属種類又は組成に応じ、予設定された箇所において図示された曲線から外れることになる。
図７は、このことを明らかにしている。図７における太線の曲線６.１は、金属作用がない場合の出力信号５.４を示している。曲線６.１の値からのより高い電圧に向かうずれは、領域７.１０ Ferroに図示されている強磁性材料（ferromagnetic material）を表している。常磁性物質（paramagnetic substance）ないし反磁性物質（diamagnetic substance）は、領域７.１１ Paraに図示されているように、曲線６.１の電圧をより低い値に向かって変化させる。
つまり強磁性物質に関する本質的な情報は、実質的に、低周波数時、即ち曲線の終了時における出力信号５.４の電圧の高さに潜んでおり、信号の立ち上がりとそれに続く曲線の経過では幾らか弱くなっている。曲線７.１は、０.５ｍｍの厚さの鉄製薄板における経過を示し、曲線７.７は、２ｍｍの厚さの鉄製薄板における経過を示し、曲線７.１２は、２０ｍｍの厚さの鉄製薄板における経過を示している。
常磁性物質ないし反磁性物質は、それらの磁気的な相互作用を特に高周波数部分の範囲内、即ち信号の立ち上がりの範囲内で示し、それに対し、それらは、低周波数の範囲内では、曲線６.１の値（金属作用がない場合の測定値）に近付く。
以下、様々な面状の材料（金属薄板）から得られる幾つかの曲線の描写について説明する。
５０μｍの厚さの金箔は、曲線７.８に図示されているように、極めて高い周波数の範囲内でのみ信号の立ち上がりを変化させる。
１ｍｍの厚さの同じアルミニウム薄板について、そのうちの１つには５０μの厚さの塗料層が設けられているが、それらは、特有の周波数範囲内で明らかに異なる曲線を発生させる（７.１５）。
異なる金属薄板のサンドイッチ構成は、例えば、７.２による曲線経過をもたらすことができる。
金属薄板の厚さに応じ、曲線の立ち上がりは「遅れ」る、つまり曲線の立ち上がりは、薄い金属薄板よりも厚い金属薄板においてより遅く行われる。曲線７.３は、３ｍｍの厚さのアルミニウムに対応し、曲線７.４は、５ｍｍの厚さのアルミニウムに対応し、曲線７.５及びそれに続く７.１３では、１０ｍｍの厚さのアルミニウムに対応する。
この曲線描写により本発明の特殊性について説明することもできる。曲線７.５は、点線７.１３で図示されているそれに続く曲線とともに、１０ｍｍの厚さのアルミニウム薄板における曲線経過に対応する。しかし１０ｍｍの厚さのこの第１のアルミニウム薄板の背後に第２の強磁性材料がある場合には、変化した曲線７.１４で図示されているように、第１の材料の厚さにより決定された時点７.９から曲線は折れ曲がっている。第１の非強磁性材料が厚いほど、曲線変化は、より遅く行われる。因みに出力信号は、材料特有の情報を取得するために、フーリエ分析にかけられることが可能である。
出力信号５.４は、金属作用がない場合には、スロープの立ち上がり中、実質的に直流電圧に似ている。出力信号の変化は、金属の種類、性質、厚さに関する情報を含み、この情報は、好ましくは、フーリエ分析を用いて獲得することができる。
スロープの形状、従って（センサが金属に囲まれている場合など）周囲の金属により変化されるスロープの形状も、周囲の金属の影響を除去（auszublenden）するように修正可能である。
特定の金属又は金属混合物において発生する曲線は、例えば、所定のデータベースに保存されることが可能であり、その後、保存されている曲線と比較し、分析すべき未知の材料を識別又は規定することが可能である。
同時に、この測定方法により、勿論、材料を、応力（圧縮、延び）によるそれらの結晶構造の特定の変化について検査し、或いはひび又は材料欠陥を検知することもできる。
更なる一実施形態において、励磁電流は、図８による連続的に上昇及び下降するスロープ信号８.１に従うこともできる。それにより出力信号５.４は、図８において曲線８.２で図示されているように、正と負の値をとり、或いは金属作用がある場合には単一のスロープの場合と同じ曲線経過の変化８.３を有し、この変化は、追加的に負の領域にも（鏡面反射的に）反映されている。この構成は、特に金属種類の速やかな変化、又は速やかな位置変化が検知されるべき場合に適している。
図９によるマイクロコントローラ９.３を使用した励磁信号と受信信号のコントロールと評価により、本測定システムは、特に簡単に構成される。なぜなら、塗料厚測定、二重金属薄板認識、多層分析、材料決定などのような様々な課題のために温度安定的で安価な分析方法を可能にするために、実質的に電流ドライバ９.２と基点抵抗２.３だけが必要とされるためである。マイクロコントローラ９.３は、例えば測定された値を、データベースを用いて比較するため、又は例えば直接的にディスプレイ上に表示するために、ディスプレイユニット又は評価ユニットへの通信チャネル９.１を有することができる。
従って、任意の金属物体１.６の誘導特性を測定するためのシステムが創作され、この際、コイルシステムと測定に対する温度作用は、影響を及ぼすことはない。それにもかかわらずこのシステムは、１回の測定で例えば５０Ｈｚ〜２００ｋＨｚの広いスペクトル範囲をカバーし、この際、必要とされる電子的な手間は僅かである。
特にスロープ長が例えば１００ｍｓを超えるようにスロープ電流がゆっくりと立ち上がる場合には、大きな侵入深さを際立たせることができる。出力信号５.４のフーリエ分析により、例えば１０ｍｍの直径を有するカップコアコイル装置を用い、それぞれ１〜２ｍｍの厚さを有する様々な金属薄板（真鍮、アルミニウム、銅、青銅など）の任意に重なり合って配置された３つの層を、それらの順番に関して検出し、並びに個々の金属薄板厚を検出することができた。それにより本測定装置と本方法は、深さ分析や金属薄板厚測定にも適していることが明らかになる。直径５０ｍｍの大きさでフェライトコアのない平坦なコイル装置を用い、例えば非鉄金属内を３０ｍｍ超の深さまで見ることができる。
勿論、本説明には極めて様々な修正形や変更形や適合形が含まれるが、これらは添付の請求項に対する均等の範囲内で展開するものである。
１.１ 励磁コイル
１.２ 受信コイル
１.３ コイル装置
１.４ 励磁電流
１.５ 受信コイルの電圧
１.６ 金属物体
１.７ 磁気的に誘導された相互作用
２.２ 供給接続部
２.３ 基点抵抗（ベースポイント抵抗）
２.４ 基点抵抗における電圧
２.５ 予設定された励磁電圧の曲線経過
３.１ 比較器（演算増幅器）
３.２ 比較器の出力
３.３ 比較器の非反転入力部
４.１ 基点抵抗における電圧値
４.２ 電圧の立ち上がり
５.１ クロックジェネレータ
５.２ スロープジェネレータ
５.３ 高抵抗入力部を有するインピーダンス変換器又は増幅器
５.４ 出力信号
６.１ ５.４の振幅経過
６.２ ２.５の結果として２.３における電流経過
７.１ ０.５ｍｍの厚さの鉄製薄板による曲線形状
７.２ ３つの金属薄板のサンドイッチ構造体による曲線形状
７.３ ３ｍｍのアルミニウムによる曲線形状
７.４ ５ｍｍのアルミニウムによる曲線形状
７.５ １０ｍｍのアルミニウムと５ｍｍの鉄製薄板による曲線形状
７.６ ５ｍｍのアルミニウムと５ｍｍの鉄製薄板による曲線形状
７.７ ２ｍｍの厚さの鉄製薄板による曲線形状
７.８ ５０μｍの金箔による曲線形状
７.９ 曲線経過内での折れ曲がり
７.１０ 強磁性物質の領域
７.１１ 常磁性物質ないし反磁性物質の領域
７.１２ ２０ｍｍの鉄製薄板による曲線形状
７.１３ 曲線７.５の続き
７.１４ 他の強磁性金属による曲線形状の変化
７.１５ １ｍｍの厚さで１つは３０μのコーティングをもつ同じ金属薄板の曲線形状
８.１ 上昇及び下降するスロープ信号
８.２ 正と負の値を有する出力信号
８.３ 金属作用がある場合の変化した曲線経過
９.１ ディスプレイユニット又は評価ユニットへの通信チャネル
９.２ 電流ドライバ
９.３ マイクロコントローラ
１.２ 受信コイル
１.３ コイル装置
１.４ 励磁電流
１.５ 受信コイルの電圧
１.６ 金属物体
１.７ 磁気的に誘導された相互作用
２.２ 供給接続部
２.３ 基点抵抗（ベースポイント抵抗）
２.４ 基点抵抗における電圧
２.５ 予設定された励磁電圧の曲線経過
３.１ 比較器（演算増幅器）
３.２ 比較器の出力
３.３ 比較器の非反転入力部
４.１ 基点抵抗における電圧値
４.２ 電圧の立ち上がり
５.１ クロックジェネレータ
５.２ スロープジェネレータ
５.３ 高抵抗入力部を有するインピーダンス変換器又は増幅器
５.４ 出力信号
６.１ ５.４の振幅経過
６.２ ２.５の結果として２.３における電流経過
７.１ ０.５ｍｍの厚さの鉄製薄板による曲線形状
７.２ ３つの金属薄板のサンドイッチ構造体による曲線形状
７.３ ３ｍｍのアルミニウムによる曲線形状
７.４ ５ｍｍのアルミニウムによる曲線形状
７.５ １０ｍｍのアルミニウムと５ｍｍの鉄製薄板による曲線形状
７.６ ５ｍｍのアルミニウムと５ｍｍの鉄製薄板による曲線形状
７.７ ２ｍｍの厚さの鉄製薄板による曲線形状
７.８ ５０μｍの金箔による曲線形状
７.９ 曲線経過内での折れ曲がり
７.１０ 強磁性物質の領域
７.１１ 常磁性物質ないし反磁性物質の領域
７.１２ ２０ｍｍの鉄製薄板による曲線形状
７.１３ 曲線７.５の続き
７.１４ 他の強磁性金属による曲線形状の変化
７.１５ １ｍｍの厚さで１つは３０μのコーティングをもつ同じ金属薄板の曲線形状
８.１ 上昇及び下降するスロープ信号
８.２ 正と負の値を有する出力信号
８.３ 金属作用がある場合の変化した曲線経過
９.１ ディスプレイユニット又は評価ユニットへの通信チャネル
９.２ 電流ドライバ
９.３ マイクロコントローラ
Claims (13)
- 金属物体（１.６）を誘導分析するために定められて適している測定装置であって、
− 誘導的に互いに結合されている、励磁電流[電圧の誤記]を用いて励磁可能な少なくとも１つの励磁コイル（１.１）と、少なくとも１つの受信コイル（１.２）を含んだコイル装置と、
− 前記励磁コイル（１.１）に電流を流すための電子装置と、
− 該測定装置の出力信号（５.４）を評価するための評価ユニットとを備え、
− 励磁電圧（２.５）のスロープ形状の電圧信号を発生させるための手段が、前記励磁コイルを流れるスロープ形状の電流のための予設定部として設けられている構成であり、
− 制御装置が、前記励磁コイル（１.１）の基点における電流を、金属物体（１.６）により変調され且つ前記励磁電圧の変化において作用をもたらすスロープ形状の励磁電流が発生するように制御すること
を特徴とする測定装置。 - 前記制御装置は、連続的に増加する励磁電流が発生するように、前記励磁コイル（１.１）の基点における電流を制御し、前記励磁電流のスロープ形状の立ち上がり中の金属物体（１.６）の作用は、前記励磁電流の強さを変化させること
を特徴とする、請求項１に記載の測定装置。 - 金属物体（１.６）の金属の種類が、前記励磁電流の強さを変化させる作用要因であること
を特徴とする、請求項２に記載の測定装置。 - 前記励磁電圧（２.５）のスロープ形状の電圧信号を発生させるための前記手段は、スロープ形状の立ち上がりの初めに、先ず、磁界に対抗作用する前記励磁コイルの自己誘導を克服するために、当該スロープ形状の立ち上がりと比べて急勾配の励磁電圧の立ち上がり（４.２）を発生させること
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記受信コイル（１.２）は、前記励磁コイル（１.１）に対して隣接して及び／又は平行に配設されていること
を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記受信コイル（１.２）における出力信号（５.４）は、高抵抗で読み取られていること
を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記制御装置は、演算増幅器（３.１）又は比較器を含み、その第１の入力部（３.３）に前記励磁電圧（２.５）が印加され、その第２の入力部に前記励磁コイル（１.１）の基点抵抗（２.３）における電圧（２.４）が印加されること
を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の測定装置。 - 測定装置を用いて金属物体（１.６）を誘導分析するための方法であって、
前記測定装置は、誘導的に互いに結合されている、励磁電圧（２.５）を用いて励磁可能な少なくとも１つの励磁コイル（１.１）と、少なくとも１つの受信コイル（１.２）を含んだコイル装置を備え、
前記励磁コイル（１.１）に電流が流され、前記測定装置の出力信号（５.４）が金属物体を分析するために評価され、
前記励磁電圧（２.５）のスロープ形状の電圧信号が、前記励磁コイル（１.１）を流れるスロープ形状の電流のための予設定信号として供給される構成であり、
前記励磁コイル（１.１）の基点において前記励磁コイル（１.１）を流れる電流が、スロープ形状の励磁電流が基点抵抗（２.３）において発生するように制御され、前記励磁コイルを流れる電流は、金属物体（１.６）により変調され、前記励磁電圧の変化において作用をもたらすこと
を特徴とする方法。 - 前記励磁コイル（１.１）の基点における電流は、連続的に増加する励磁電流が発生し且つその強さが前記励磁電流のスロープ形状の立ち上がり中に金属物体（１.６）の作用により変化されるように、制御されること
を特徴とする、請求項８に記載の方法。 - 前記励磁電流の強さは、金属物体（１.６）の金属の種類により変化されること
を特徴とする、請求項９に記載の方法。 - 前記励磁電圧（２.５）のスロープ形状の電圧信号の初めに、先ず、前記励磁コイル（１.１）における電圧についてスロープ形状の立ち上がりと比べて急勾配の立ち上がり（４.２）が行われること
を特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。 - 前記受信コイル（１.２）は、前記励磁コイル（１.１）に対して隣接して及び／又は平行に配設されること
を特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。 - 前記受信コイル（１.２）における出力信号（５.４）は、高抵抗で読み取られること
を特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法。
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