JP2501992B2 - 直列共鳴発振器及びマイクロプロセッサを用いて流体内の鉄粒子を測定する電気検知装置 - Google Patents
直列共鳴発振器及びマイクロプロセッサを用いて流体内の鉄粒子を測定する電気検知装置Info
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16N—LUBRICATING
- F16N29/00—Special means in lubricating arrangements or systems providing for the indication or detection of undesired conditions; Use of devices responsive to conditions in lubricating arrangements or systems
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体媒体中の鉄粒子を
検出して測定する装置に関するものであり、特にエンジ
ン又は機械的伝動装置の潤滑油の中の鉄粒子を検出する
のに用いるものである。このような用途においては、エ
ンジン又は伝動装置の不具合又はその他の機械的故障に
ついての警告を与えるためにこのような粒子の監視を用
いることができる。本発明は、特に高い応力を受けるヘ
リコプタや航空機のエンジンなどの内燃機関の運転に特
に重要であり、不具合を前もって警告することによって
破滅的故障の起こる前に修正動作ができる。
検出して測定する装置に関するものであり、特にエンジ
ン又は機械的伝動装置の潤滑油の中の鉄粒子を検出する
のに用いるものである。このような用途においては、エ
ンジン又は伝動装置の不具合又はその他の機械的故障に
ついての警告を与えるためにこのような粒子の監視を用
いることができる。本発明は、特に高い応力を受けるヘ
リコプタや航空機のエンジンなどの内燃機関の運転に特
に重要であり、不具合を前もって警告することによって
破滅的故障の起こる前に修正動作ができる。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関又は歯車箱などの機械的伝動装
置にある金属部品が金属部品と非金属部品との間の摩擦
のために摩耗する。摩擦によって摩耗する結果、潤滑油
又は伝動油が金属で汚染する。汚染物は、さまざまな大
きさと形の金属粒子を含んでいる。流体内の金属粒子を
監視することによって内燃機関又は機械的動力伝動装置
又はその他の歯車箱などの関連の作動装置などの機械装
置の劣化を早期に警告できる。
置にある金属部品が金属部品と非金属部品との間の摩擦
のために摩耗する。摩擦によって摩耗する結果、潤滑油
又は伝動油が金属で汚染する。汚染物は、さまざまな大
きさと形の金属粒子を含んでいる。流体内の金属粒子を
監視することによって内燃機関又は機械的動力伝動装置
又はその他の歯車箱などの関連の作動装置などの機械装
置の劣化を早期に警告できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
循環液体系統において用いて捕獲された全蓄積粒子の質
量を測定する鉄粒子捕獲装置を提供することである。
循環液体系統において用いて捕獲された全蓄積粒子の質
量を測定する鉄粒子捕獲装置を提供することである。
【０００４】本発明の別の目的は、粒子捕獲装置に蓄積
された質量の関数である信号を蓄積した材料の評価のた
めに提供することである。
された質量の関数である信号を蓄積した材料の評価のた
めに提供することである。
【０００５】本発明の別の目的は大きなくず粒子または
くず粒子の迅速な蓄積の指示を提供することである。
くず粒子の迅速な蓄積の指示を提供することである。
【０００６】本発明の目的はまたプローブの周囲温度に
生ずる広範囲の増減に対して捕獲された全蓄積粒子の質
量を表す発生信号の精度を高める温度補償手段を提供す
ることである。
生ずる広範囲の増減に対して捕獲された全蓄積粒子の質
量を表す発生信号の精度を高める温度補償手段を提供す
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は流体系統の中を
循環する鉄粒子を捕獲するのに磁気吸引力を用いる。永
久磁石の回りに巻かれた電気インダクタンスコイルが金
属くずを調整するために油歯車箱の中に挿入するプロー
ブとして用いられる。センサープローブの入っている永
久磁石に鉄粒子が捕らえられるにつれて、その粒子によ
ってプローブの電気インダクタンスは、種々の粒子がコ
イルを通って接近することによって変化する。インダク
タンスコイルは直列共鳴回路の一部である。インダクタ
ンスコイルのインダクタンスの変化は直列共鳴回路に基
づく発振器の周波数を変えるのに用いられる。発振の周
期の変化は監視されてセンサープローブに付着するくず
の量に関係づけるためにマイクロプロセッサによって処
理される。
循環する鉄粒子を捕獲するのに磁気吸引力を用いる。永
久磁石の回りに巻かれた電気インダクタンスコイルが金
属くずを調整するために油歯車箱の中に挿入するプロー
ブとして用いられる。センサープローブの入っている永
久磁石に鉄粒子が捕らえられるにつれて、その粒子によ
ってプローブの電気インダクタンスは、種々の粒子がコ
イルを通って接近することによって変化する。インダク
タンスコイルは直列共鳴回路の一部である。インダクタ
ンスコイルのインダクタンスの変化は直列共鳴回路に基
づく発振器の周波数を変えるのに用いられる。発振の周
期の変化は監視されてセンサープローブに付着するくず
の量に関係づけるためにマイクロプロセッサによって処
理される。
【０００８】航空機の動力伝動装置などの潤滑油内の鉄
粒子を監視することにおける固有の問題が広い範囲にわ
たって温度が変化するという問題である。航空機または
任意の他のエンジン内の伝動潤滑油の温度はそれの動作
時間を通じて何百度も変わる可能性がある。そのような
環境温度の変化は、本発明で用いられたプローブなどの
電気インダクタンスコイルの動作温度を変える傾向があ
る。普通のコイルの場合、コイルを形成している電線及
びコイルのインダクタンスの両方が温度と共に変化す
る。コイルの変化する動作温度を反映するインダクタの
変化する抵抗に依存する信号を得ることが、直列の共鳴
回路を用いて可能である。この信号は、発振器の測定周
期を修正してインダクタンス測定の精度を上げるために
温度補償を行うのに使用できる。
粒子を監視することにおける固有の問題が広い範囲にわ
たって温度が変化するという問題である。航空機または
任意の他のエンジン内の伝動潤滑油の温度はそれの動作
時間を通じて何百度も変わる可能性がある。そのような
環境温度の変化は、本発明で用いられたプローブなどの
電気インダクタンスコイルの動作温度を変える傾向があ
る。普通のコイルの場合、コイルを形成している電線及
びコイルのインダクタンスの両方が温度と共に変化す
る。コイルの変化する動作温度を反映するインダクタの
変化する抵抗に依存する信号を得ることが、直列の共鳴
回路を用いて可能である。この信号は、発振器の測定周
期を修正してインダクタンス測定の精度を上げるために
温度補償を行うのに使用できる。
【０００９】
【実施例】本発明は、「流体内の鉄粒子を測定する電気
的検知装置」の名称で１９８８年３月１５日に公布され
た米国特許第４，７３２，５７８号に開示されたものの
ようなくず収集装置を利用している。本発明は、伝動装
置内の潤滑油などの流体内に懸濁した鉄粒子を収集して
その量を測定する方法である。歯車箱又は内燃機関内の
伝動装置油などの潤滑流体内に懸濁される可能性のある
鉄粒子又はくずの量を監視することが望ましい。そのよ
うな監視を行うべき場所においてそのような鉄物質を収
集するためには、流体内に永久磁石を置いてそのような
粒子を引きつけることが望ましい。そのような鉄粒子が
磁石表面にいったん集まり始めると、どれだけの総量の
鉄粒子をそのような流体内に懸濁できるかを決定できる
ように鉄粒子をさらに測定してもよい。そのような鉄粒
子のあることは、機械的故障が迫っていることを示して
いることが多い。
的検知装置」の名称で１９８８年３月１５日に公布され
た米国特許第４，７３２，５７８号に開示されたものの
ようなくず収集装置を利用している。本発明は、伝動装
置内の潤滑油などの流体内に懸濁した鉄粒子を収集して
その量を測定する方法である。歯車箱又は内燃機関内の
伝動装置油などの潤滑流体内に懸濁される可能性のある
鉄粒子又はくずの量を監視することが望ましい。そのよ
うな監視を行うべき場所においてそのような鉄物質を収
集するためには、流体内に永久磁石を置いてそのような
粒子を引きつけることが望ましい。そのような鉄粒子が
磁石表面にいったん集まり始めると、どれだけの総量の
鉄粒子をそのような流体内に懸濁できるかを決定できる
ように鉄粒子をさらに測定してもよい。そのような鉄粒
子のあることは、機械的故障が迫っていることを示して
いることが多い。
【００１０】鉄粒子が磁石に集まると、そのような鉄粒
子の近くに電気インダクタを挿入してそのような粒子の
量を測定することが可能である。電気インダクタの付近
における磁心材料の透磁率を変えることによってそのイ
ンダクタのインダクタンス値を変えることが公知であ
る。したがって、磁石に集まった鉄粒子の付近での電気
コイルのインダクタンス変化が、集まったそのような粒
子の量を最終的に測定する入力手段を与える。
子の近くに電気インダクタを挿入してそのような粒子の
量を測定することが可能である。電気インダクタの付近
における磁心材料の透磁率を変えることによってそのイ
ンダクタのインダクタンス値を変えることが公知であ
る。したがって、磁石に集まった鉄粒子の付近での電気
コイルのインダクタンス変化が、集まったそのような粒
子の量を最終的に測定する入力手段を与える。
【００１１】図面の図１に移ると、流体の鉄粒子を収集
する電気センサプラグ６８が示されている。センサ６８
が本質的にはどんな流体容器にも、特に多くの異なる伝
動装置及び内燃機関システムに見られるような油だめや
伝動装置油箱に見いだすことのできるドレンプラグのよ
うなプラグとして設計される。センサ６８は、センサを
フレームに固定する一体レンチナット６３のついたセン
サ本体６５からなっている。このような固定の仕方は、
センサを被観測流体の容器の壁の中へボルト締めできる
ようにねじを切った表面ねじ６４によって容易になる。
磁石６７は、センサ６８の本体内に入っている。磁石６
７は、永久磁石であるが、実際には、センサ６８のねじ
付き部分を通り抜けて収集表面まで伸びていない。磁束
が磁極片６１を通して収集表面６０に伝えられる。磁極
片６１は、実際には被測定流体の中に突き出ているセン
サ６８の端に磁石６７を置く必要なく磁石６７からの磁
束を収集表面まで伸ばす働きをする。
する電気センサプラグ６８が示されている。センサ６８
が本質的にはどんな流体容器にも、特に多くの異なる伝
動装置及び内燃機関システムに見られるような油だめや
伝動装置油箱に見いだすことのできるドレンプラグのよ
うなプラグとして設計される。センサ６８は、センサを
フレームに固定する一体レンチナット６３のついたセン
サ本体６５からなっている。このような固定の仕方は、
センサを被観測流体の容器の壁の中へボルト締めできる
ようにねじを切った表面ねじ６４によって容易になる。
磁石６７は、センサ６８の本体内に入っている。磁石６
７は、永久磁石であるが、実際には、センサ６８のねじ
付き部分を通り抜けて収集表面まで伸びていない。磁束
が磁極片６１を通して収集表面６０に伝えられる。磁極
片６１は、実際には被測定流体の中に突き出ているセン
サ６８の端に磁石６７を置く必要なく磁石６７からの磁
束を収集表面まで伸ばす働きをする。
【００１２】コイル６２は、図１に示された位置でハウ
ジング６５の内部に形成されている。このインダクタで
あるコイル６２は、磁極片６１と共軸の収集表面６０へ
の鉄物質の収集がコイル６２の磁心の透磁率の変化によ
ってコイル６２のインダクタンスを変える働きをする。
鉄物質が電気インダクタに近い場所に集まるとインダク
タのインダクタンス値を大きくすることが当業者にわか
るであろう。図１に示されたセンサ形状において、磁束
線が磁石６７によって作られ、磁極片６１を通って収集
表面６０へ送られ、収集表面６０の付近に吸引磁気帯域
を作りだす。鉄粒子が磁気帯域に入って収集表面に捕え
られると、それがコイル６２のインダクタンス値を変え
ることがわかる。コイル６２は、図示していない２本の
リード線を介してハウジング６５を通り抜けて電気コネ
クタ６６に接続されている。電気コネクタ６６は、ピン
６９が突き出ている電気プラグである。ピン６９の２本
のリード線は、コイルの両側からのリード線を表してい
る。ピン６９の第３のリード線は、最終的にはハウジン
グ６５に取りつけられる接地ピンである。この接地ピン
は、シールドケーブルによってコイル６２を以下に説明
するような任意の外部電子回路と接続できるようにす
る。
ジング６５の内部に形成されている。このインダクタで
あるコイル６２は、磁極片６１と共軸の収集表面６０へ
の鉄物質の収集がコイル６２の磁心の透磁率の変化によ
ってコイル６２のインダクタンスを変える働きをする。
鉄物質が電気インダクタに近い場所に集まるとインダク
タのインダクタンス値を大きくすることが当業者にわか
るであろう。図１に示されたセンサ形状において、磁束
線が磁石６７によって作られ、磁極片６１を通って収集
表面６０へ送られ、収集表面６０の付近に吸引磁気帯域
を作りだす。鉄粒子が磁気帯域に入って収集表面に捕え
られると、それがコイル６２のインダクタンス値を変え
ることがわかる。コイル６２は、図示していない２本の
リード線を介してハウジング６５を通り抜けて電気コネ
クタ６６に接続されている。電気コネクタ６６は、ピン
６９が突き出ている電気プラグである。ピン６９の２本
のリード線は、コイルの両側からのリード線を表してい
る。ピン６９の第３のリード線は、最終的にはハウジン
グ６５に取りつけられる接地ピンである。この接地ピン
は、シールドケーブルによってコイル６２を以下に説明
するような任意の外部電子回路と接続できるようにす
る。
【００１３】本発明は、温度変化によって引き起こされ
ることのある共鳴回路内の誤差とドリフトを求めて修正
する方法を含んでいる。あとで動作について説明する回
路をセンサ６８と合わせて用いて鉄くずの収集表面への
蓄積の正確な読みを与えることができる。本発明のさら
に一般的な適用においては、この回路を用いて、インダ
クタンスが温度の変化を受ける場合のインダクタのイン
ダクタンスの変化を測定する。
ることのある共鳴回路内の誤差とドリフトを求めて修正
する方法を含んでいる。あとで動作について説明する回
路をセンサ６８と合わせて用いて鉄くずの収集表面への
蓄積の正確な読みを与えることができる。本発明のさら
に一般的な適用においては、この回路を用いて、インダ
クタンスが温度の変化を受ける場合のインダクタのイン
ダクタンスの変化を測定する。
【００１４】従来技術においては、並列共鳴回路がイン
ダクタンスの変化を測定するように設計された装置にお
いて、特に電気インダクタプローブに蓄積するくず粒子
にインダクタンスの変化が関係づけられるように設計さ
れた装置において広く用いられてきた。そのような従来
技術の一例がツアプラヂス（Ｔｓａｐｒａｚｉｓ）ほか
の米国特許第４，８７８，０１９号にある。ツアプラヂ
スの特許に示されているように、並列共鳴回路を用いて
いるときに、これらの装置の温度補償を行うために他の
方法が取られた。並列共鳴回路を用いることに関連した
問題はそのような回路を流れる電流の大きさ又は共鳴時
点でそのような回路に生ずる電圧の大きさが周波数とキ
ャパシタンスとインダクタンスとの複雑な関数であるこ
とである。したがって、並列回路を通る電流又はその回
路の両端間に生ずる電圧の大きさを温度補償の修正を行
うために簡単な方法で用いることができない。
ダクタンスの変化を測定するように設計された装置にお
いて、特に電気インダクタプローブに蓄積するくず粒子
にインダクタンスの変化が関係づけられるように設計さ
れた装置において広く用いられてきた。そのような従来
技術の一例がツアプラヂス（Ｔｓａｐｒａｚｉｓ）ほか
の米国特許第４，８７８，０１９号にある。ツアプラヂ
スの特許に示されているように、並列共鳴回路を用いて
いるときに、これらの装置の温度補償を行うために他の
方法が取られた。並列共鳴回路を用いることに関連した
問題はそのような回路を流れる電流の大きさ又は共鳴時
点でそのような回路に生ずる電圧の大きさが周波数とキ
ャパシタンスとインダクタンスとの複雑な関数であるこ
とである。したがって、並列回路を通る電流又はその回
路の両端間に生ずる電圧の大きさを温度補償の修正を行
うために簡単な方法で用いることができない。
【００１５】しかし、直列共鳴回路が同じ欠点に煩わさ
れないことがこれまで認められていなかった。図２に示
されたような直列共鳴回路の両端間に生ずる電圧は、Ｅ
＝ＩｘＺに等しく、ここでインピーダンスＺ＝１／ｊω
Ｃ＋ｊωＬ＋ＲＬである。この方程式において、１／ｊ
ωＣは、コンデンサのインピーダンスであり、ｊωＬ
は、インダクタのインピーダンスであり、ＲＬは、イン
ダクタ内の電線に関連したすべての抵抗及び接続電線の
すべての外部抵抗である。電圧を電流で割ると実効抵抗
Ｅ／Ｉ＝Ｚ＝１／ｊωＣ＋ｊωＬ＋ＲＬを得る。直列共
鳴回路に対する共鳴条件は、ω＝１／√ＬＣのとき生ず
る。この方程式の両辺に１＝［ｊωＣ／ｊωＣ］を掛け
ると、インピーダンスＺ＝１／ｊωＣ＋［ｊ２ω２ＣＬ
＋ｊωＣＲＬ］／ｊωＣを与え、Ｚ＝［１−ω２ＣＬ＋
ｊωＣＲＬ］／ｊωＣと簡約される。ω＝√ＬＣの共鳴
状態において、ω２＝１／ＬＣすなわち１＝ω２ＬＣを
上の式のω２ＬＣの代わりに代入すると、Ｚ＝［１−１
＋ｊωＣＲＬ］／ｊωＣとなり、簡約するとＺ＝ＲＬと
なる。
れないことがこれまで認められていなかった。図２に示
されたような直列共鳴回路の両端間に生ずる電圧は、Ｅ
＝ＩｘＺに等しく、ここでインピーダンスＺ＝１／ｊω
Ｃ＋ｊωＬ＋ＲＬである。この方程式において、１／ｊ
ωＣは、コンデンサのインピーダンスであり、ｊωＬ
は、インダクタのインピーダンスであり、ＲＬは、イン
ダクタ内の電線に関連したすべての抵抗及び接続電線の
すべての外部抵抗である。電圧を電流で割ると実効抵抗
Ｅ／Ｉ＝Ｚ＝１／ｊωＣ＋ｊωＬ＋ＲＬを得る。直列共
鳴回路に対する共鳴条件は、ω＝１／√ＬＣのとき生ず
る。この方程式の両辺に１＝［ｊωＣ／ｊωＣ］を掛け
ると、インピーダンスＺ＝１／ｊωＣ＋［ｊ２ω２ＣＬ
＋ｊωＣＲＬ］／ｊωＣを与え、Ｚ＝［１−ω２ＣＬ＋
ｊωＣＲＬ］／ｊωＣと簡約される。ω＝√ＬＣの共鳴
状態において、ω２＝１／ＬＣすなわち１＝ω２ＬＣを
上の式のω２ＬＣの代わりに代入すると、Ｚ＝［１−１
＋ｊωＣＲＬ］／ｊωＣとなり、簡約するとＺ＝ＲＬと
なる。
【００１６】したがって、直列共鳴回路の共鳴時のイン
ピーダンスは、ＲＬに比例することがわかる。したがっ
て、このような回路の両端間に生ずる電圧は、ＲＬに正
比例する。明かに、インピーダンス又は電圧は、それが
並列共鳴回路において見られたように周波数又はキャパ
シタンス又はインダクタンスに複雑に依存しない。ＲＬ
が温度と共に変化するとき、上記の結果として直列共鳴
回路の両端の電圧もまた温度と共に変化し、発振器の出
力を温度の効果に対して修正するのに用いることができ
る。
ピーダンスは、ＲＬに比例することがわかる。したがっ
て、このような回路の両端間に生ずる電圧は、ＲＬに正
比例する。明かに、インピーダンス又は電圧は、それが
並列共鳴回路において見られたように周波数又はキャパ
シタンス又はインダクタンスに複雑に依存しない。ＲＬ
が温度と共に変化するとき、上記の結果として直列共鳴
回路の両端の電圧もまた温度と共に変化し、発振器の出
力を温度の効果に対して修正するのに用いることができ
る。
【００１７】図３は、本発明の装置の略ブロック図を示
す。この装置は、直列共鳴回路網内のコンデンサと直列
のインダクタと、直列共鳴自励発振検出器と、デジタル
信号処理装置からなっている。自励発振検出器の動作
は、発振器によって発生された正弦波を整流して平均す
るために能動ピーク検出器と積分器を用いる直列共鳴タ
ンク設計に基づいている。この整流された平均信号は、
つぎにそれを元の正弦波に掛けるために精密乗算器へ送
られてシステムループを閉じ、つぎにピークピーク振幅
変動を最小にして自励発振を持続するのに必要な正フィ
ードバックを発生する。自励発振周波数は、直列ＬＣ回
路網の値によって作られる。センサーの一部分を形成す
る電気インダクタがくずを蓄積するにつれて、センサコ
イルのインダクタンスの値は変化し、それによって検出
器の共鳴発振周波数を変える。この回路は、検出器の振
幅を一定に保つ。これは、回路に対する一次温度補正又
は補償を与える。
す。この装置は、直列共鳴回路網内のコンデンサと直列
のインダクタと、直列共鳴自励発振検出器と、デジタル
信号処理装置からなっている。自励発振検出器の動作
は、発振器によって発生された正弦波を整流して平均す
るために能動ピーク検出器と積分器を用いる直列共鳴タ
ンク設計に基づいている。この整流された平均信号は、
つぎにそれを元の正弦波に掛けるために精密乗算器へ送
られてシステムループを閉じ、つぎにピークピーク振幅
変動を最小にして自励発振を持続するのに必要な正フィ
ードバックを発生する。自励発振周波数は、直列ＬＣ回
路網の値によって作られる。センサーの一部分を形成す
る電気インダクタがくずを蓄積するにつれて、センサコ
イルのインダクタンスの値は変化し、それによって検出
器の共鳴発振周波数を変える。この回路は、検出器の振
幅を一定に保つ。これは、回路に対する一次温度補正又
は補償を与える。
【００１８】発振器の出力は、くずがプローブに蓄積す
るにつれて発振器の周期の変化を測定するマイクロプロ
セッサに送られる。初期周期（くず粒子なしで測定され
たもの）との周期の差は、蓄積したくず粒子の量の尺度
である。同時にセンサコイルの抵抗（温度）に比例する
信号もまたマイクロプロセッサに与えられる。マイクロ
プロセッサは、補正係数を計算し、それを観測した周期
の変化に適用して温度差を補正する。マイクロプロセッ
サには発振の周期の現在の変化及び適用される温度補正
に関する情報を伝達するために標準のＲＳ−２３２直列
インターフェースを介して質問できる。代わりに、マイ
クロプロセッサは、温度の変化を補正された周期の値、
したがって蓄積とたくず粒子の総量の補正指示を出力す
る。
るにつれて発振器の周期の変化を測定するマイクロプロ
セッサに送られる。初期周期（くず粒子なしで測定され
たもの）との周期の差は、蓄積したくず粒子の量の尺度
である。同時にセンサコイルの抵抗（温度）に比例する
信号もまたマイクロプロセッサに与えられる。マイクロ
プロセッサは、補正係数を計算し、それを観測した周期
の変化に適用して温度差を補正する。マイクロプロセッ
サには発振の周期の現在の変化及び適用される温度補正
に関する情報を伝達するために標準のＲＳ−２３２直列
インターフェースを介して質問できる。代わりに、マイ
クロプロセッサは、温度の変化を補正された周期の値、
したがって蓄積とたくず粒子の総量の補正指示を出力す
る。
【００１９】図３に見られるように、直列共鳴回路網１
は、演算増幅器２の負入力に接続されている。増幅器２
の出力は、整流器３によって整流され、積分比較器４に
加えられる。積分比較器４の出力５は、４象限乗算器６
のＸ入力に加えられる。乗算器６が正と負の両方の信号
を取り扱えるように乗算器６が４象限乗算器であること
は、この回路の目的に重要である。演算増幅器２の出力
は、また乗算器６のＹ入力にも加えられる。乗算器６に
おいて、Ｙ入力は、乗算器６からの演算増幅器２の出力
と同相の積出力信号を得るようにＸ入力を掛けられる。
乗算器６の出力は、演算増幅器２の正入力に加えられ
る。このようにして、乗算器６のＸ入力にフイードバッ
クされる電圧は、乗算器６のＹ入力における信号の値が
演算増幅器の正入力にフィードバックされるとき共鳴フ
イードバックを生ずるように適当に増幅される。したが
って、共鳴周波数がシフトしても、検出器は、振動の振
幅を一定に維持する。
は、演算増幅器２の負入力に接続されている。増幅器２
の出力は、整流器３によって整流され、積分比較器４に
加えられる。積分比較器４の出力５は、４象限乗算器６
のＸ入力に加えられる。乗算器６が正と負の両方の信号
を取り扱えるように乗算器６が４象限乗算器であること
は、この回路の目的に重要である。演算増幅器２の出力
は、また乗算器６のＹ入力にも加えられる。乗算器６に
おいて、Ｙ入力は、乗算器６からの演算増幅器２の出力
と同相の積出力信号を得るようにＸ入力を掛けられる。
乗算器６の出力は、演算増幅器２の正入力に加えられ
る。このようにして、乗算器６のＸ入力にフイードバッ
クされる電圧は、乗算器６のＹ入力における信号の値が
演算増幅器の正入力にフィードバックされるとき共鳴フ
イードバックを生ずるように適当に増幅される。したが
って、共鳴周波数がシフトしても、検出器は、振動の振
幅を一定に維持する。
【００２０】積分比較器４からの出力信号は、乗算器６
にフイードバックされるだけでなく、ゲイン・オフセッ
ト増幅器７を介してマイクロプロセッサ８のＡ／Ｄ入力
に加えられる。この電圧は、温度と共に変化する直列共
鳴回路の抵抗、すなわちインダクタの可変抵抗を反映す
る。マイクロプロセッサ８は、くず粒子が直列共鳴回路
網１にあるインダクタに付着していないとき、中にある
か又は付随の固定記憶装置９に発振器の共鳴周波数の周
期を記憶している。使用時には、インダクタンスが変化
するにつれて、振動の周期が変化する。マイクロプロセ
ッセ８の中のプログラムは、現在測定された周期と記憶
された初期周期の間の周期の変化を測定する。周期の変
化は、インダクタのインダクタンスの変化の尺度であ
り、これは、磁石によってインダクタプローブに引きつ
けられたくず粒子の数の尺度である。同時に、マイクロ
プロセッサ８は、Ａ／Ｄ入力にプローブの温度変化に比
例する信号を与えられる。適当なアルゴリズムを用い
て、マイクロプロセッサ８は、インダクタに及ぼす非線
形温度効果の補正として、測定した周期に補正又は補償
を加える。上述のように、標準のＲＳ−２３２直列イン
ターフエース１０を介して現在の共鳴周波数、加えられ
る温度補正又は温度補正した周期情報を含む種々の形式
の情報をこの装置に質問してもよい。
にフイードバックされるだけでなく、ゲイン・オフセッ
ト増幅器７を介してマイクロプロセッサ８のＡ／Ｄ入力
に加えられる。この電圧は、温度と共に変化する直列共
鳴回路の抵抗、すなわちインダクタの可変抵抗を反映す
る。マイクロプロセッサ８は、くず粒子が直列共鳴回路
網１にあるインダクタに付着していないとき、中にある
か又は付随の固定記憶装置９に発振器の共鳴周波数の周
期を記憶している。使用時には、インダクタンスが変化
するにつれて、振動の周期が変化する。マイクロプロセ
ッセ８の中のプログラムは、現在測定された周期と記憶
された初期周期の間の周期の変化を測定する。周期の変
化は、インダクタのインダクタンスの変化の尺度であ
り、これは、磁石によってインダクタプローブに引きつ
けられたくず粒子の数の尺度である。同時に、マイクロ
プロセッサ８は、Ａ／Ｄ入力にプローブの温度変化に比
例する信号を与えられる。適当なアルゴリズムを用い
て、マイクロプロセッサ８は、インダクタに及ぼす非線
形温度効果の補正として、測定した周期に補正又は補償
を加える。上述のように、標準のＲＳ−２３２直列イン
ターフエース１０を介して現在の共鳴周波数、加えられ
る温度補正又は温度補正した周期情報を含む種々の形式
の情報をこの装置に質問してもよい。
【００２１】図４は、本発明の装置の検出器の完全回路
図である。
図である。
【００２２】コイルＬ１はプローブ６８にあるインダク
タである。コイルＬ１は、コンデンサＣ１７と共同して
直列共鳴回路網を構成する。直列共鳴回路網は、増幅器
Ａ１の負入力に接続されている。増幅器Ａ１の出力Ａ
は、増幅器Ａ２とトランジスタＱ２、Ｑ３及びＱ４から
なる整流器回路に加えられる。トランジスタＱ４のコレ
クタに現れる整流信号は、マイクロプロセッサ８の周期
測定（入力補償）線ｉに加えられる。Ｂにある整流出力
は、入力抵抗Ｒ１８及びフィードバックコンデンサＣ２
０のついた積分比較器増幅器Ａ３に加えられる。積分比
較器の出力は、線Ｃを通って乗算器Ｍ１のＸ入力に加え
られる。積分比較器の出力は、また、分圧器回路網Ｒ１
９及びＲ１５を通してゲイン・オフセット増幅器Ａ４の
正入力にも加えられる。ゲイン・オフセット増幅器Ａ４
の線Ｄにある出力は、マイクロプロセッサ８の線ｊを通
ってＡ／Ｄ入力に加えられる。マイクロプロセッサ８の
ＶＲＨ入力線ｈに加えられる基準電圧が線Ｅに引き出さ
れる。増幅器Ａ１の出力Ａは、また、分圧器回路網Ｒ２
０とＲ２１を介して線Ｆを通って乗算器Ｍ１のＹ入力に
も加えられる。乗算器Ｍ１は、出力としてＸ掛けるＹの
積を持つ４象限乗算器である。したがって、線Ｆに現れ
る信号は、線Ｃを通って乗算器Ｍ１に入る信号の値を掛
けれる。乗算器Ｍ１の線Ｃの上の出力は、増幅器Ａ１の
正入力に加えられ、フィードバックループを完成する。
タである。コイルＬ１は、コンデンサＣ１７と共同して
直列共鳴回路網を構成する。直列共鳴回路網は、増幅器
Ａ１の負入力に接続されている。増幅器Ａ１の出力Ａ
は、増幅器Ａ２とトランジスタＱ２、Ｑ３及びＱ４から
なる整流器回路に加えられる。トランジスタＱ４のコレ
クタに現れる整流信号は、マイクロプロセッサ８の周期
測定（入力補償）線ｉに加えられる。Ｂにある整流出力
は、入力抵抗Ｒ１８及びフィードバックコンデンサＣ２
０のついた積分比較器増幅器Ａ３に加えられる。積分比
較器の出力は、線Ｃを通って乗算器Ｍ１のＸ入力に加え
られる。積分比較器の出力は、また、分圧器回路網Ｒ１
９及びＲ１５を通してゲイン・オフセット増幅器Ａ４の
正入力にも加えられる。ゲイン・オフセット増幅器Ａ４
の線Ｄにある出力は、マイクロプロセッサ８の線ｊを通
ってＡ／Ｄ入力に加えられる。マイクロプロセッサ８の
ＶＲＨ入力線ｈに加えられる基準電圧が線Ｅに引き出さ
れる。増幅器Ａ１の出力Ａは、また、分圧器回路網Ｒ２
０とＲ２１を介して線Ｆを通って乗算器Ｍ１のＹ入力に
も加えられる。乗算器Ｍ１は、出力としてＸ掛けるＹの
積を持つ４象限乗算器である。したがって、線Ｆに現れ
る信号は、線Ｃを通って乗算器Ｍ１に入る信号の値を掛
けれる。乗算器Ｍ１の線Ｃの上の出力は、増幅器Ａ１の
正入力に加えられ、フィードバックループを完成する。
【００２３】図５に示されたマイクロプロセッサ８は、
マイクロプロセッサ８に調整時間ベースを与える外部水
晶発振器入力を線２９と３０に持っている。マイクロプ
ロセッサプロクラムは、単位時間ごとに入力線８に達す
るパルスの数を数え、共鳴回路の振動の周期を計算す
る。マイクロプロセッサ８は、インダクタＬ１にくず粒
子が付着していないときのインダクタＬ１に関連した発
振の周期の値を記憶できる固定記憶装置を内部とアドレ
スバスを通してマイクロプロセッサに接続されるものの
両方を備えている。くず粒子が蓄積するにつれて、イン
ダクタＬ１のインダクタンスは変わり、それによって、
直列共鳴発振器の振動の周期を変える。マイクロプロセ
ッサ８は、新しい周期を測定し、新しい周期と記憶され
た基準周期との間の差を計算する。周期の変化は、イン
ダクタＬ１のインダクタンスの変化、したがって蓄積し
たくず粒子の量の尺度である。インダクタＬ１が非常に
大きな温度変化を受けるので、インダクタンスは、温度
と共に変わることになる。上述のようにインダクタを通
る抵抗も温度と共に変化することになる。ゲイン・オフ
セット増幅器Ａ４から線Ｄを通る出力信号は発振器にお
いて周期の変化を温度変化の効果について補正するため
にマイクロプロセッサ８のソフトウエアに組み込まれた
アルゴリズムと関連して使用できるデジタル値にマイク
ロプロセッサ８のＡ／Ｄ入力によって変換される。した
がって、マイクロプロセッサ８は、周期の変化、すなわ
ちインダクタンスの測定値を温度について補正すること
によって、これまで従来技術において利用できなかった
インダクタンス測定の精度を与える。たとえば、この性
質の共鳴回路において普通に見られる発振器の周波数の
全変化は、インダクタンスがくず粒子の蓄積によって変
化した場合、約２％程度である。同時に、温度効果によ
るインダクタンスの変化は、１％程度であることがあ
る。したがって、温度の効果を注意深く制御しなけれ
ば、問題にしている信号は、インダクタについての温度
変化の結果として大きくゆがめられる可能性があること
を極めて明らかに知ることができる。本発明の装置の回
路構成は、インダクタＬ１で達成できる温度についての
補正の精度を少なくとも４倍だけ改良する。すなわち、
その精度は、インダクタＬ１を組み込んでいるプローブ
が本発明の直列共鳴回路において用いられるとき、従来
技術の並列共鳴回路において同じインダクタプローブを
用いるのに比べて約４倍よい。
マイクロプロセッサ８に調整時間ベースを与える外部水
晶発振器入力を線２９と３０に持っている。マイクロプ
ロセッサプロクラムは、単位時間ごとに入力線８に達す
るパルスの数を数え、共鳴回路の振動の周期を計算す
る。マイクロプロセッサ８は、インダクタＬ１にくず粒
子が付着していないときのインダクタＬ１に関連した発
振の周期の値を記憶できる固定記憶装置を内部とアドレ
スバスを通してマイクロプロセッサに接続されるものの
両方を備えている。くず粒子が蓄積するにつれて、イン
ダクタＬ１のインダクタンスは変わり、それによって、
直列共鳴発振器の振動の周期を変える。マイクロプロセ
ッサ８は、新しい周期を測定し、新しい周期と記憶され
た基準周期との間の差を計算する。周期の変化は、イン
ダクタＬ１のインダクタンスの変化、したがって蓄積し
たくず粒子の量の尺度である。インダクタＬ１が非常に
大きな温度変化を受けるので、インダクタンスは、温度
と共に変わることになる。上述のようにインダクタを通
る抵抗も温度と共に変化することになる。ゲイン・オフ
セット増幅器Ａ４から線Ｄを通る出力信号は発振器にお
いて周期の変化を温度変化の効果について補正するため
にマイクロプロセッサ８のソフトウエアに組み込まれた
アルゴリズムと関連して使用できるデジタル値にマイク
ロプロセッサ８のＡ／Ｄ入力によって変換される。した
がって、マイクロプロセッサ８は、周期の変化、すなわ
ちインダクタンスの測定値を温度について補正すること
によって、これまで従来技術において利用できなかった
インダクタンス測定の精度を与える。たとえば、この性
質の共鳴回路において普通に見られる発振器の周波数の
全変化は、インダクタンスがくず粒子の蓄積によって変
化した場合、約２％程度である。同時に、温度効果によ
るインダクタンスの変化は、１％程度であることがあ
る。したがって、温度の効果を注意深く制御しなけれ
ば、問題にしている信号は、インダクタについての温度
変化の結果として大きくゆがめられる可能性があること
を極めて明らかに知ることができる。本発明の装置の回
路構成は、インダクタＬ１で達成できる温度についての
補正の精度を少なくとも４倍だけ改良する。すなわち、
その精度は、インダクタＬ１を組み込んでいるプローブ
が本発明の直列共鳴回路において用いられるとき、従来
技術の並列共鳴回路において同じインダクタプローブを
用いるのに比べて約４倍よい。
【００２４】図６の略図は、適当なアドレス指定で選択
できる追加の固定記憶装置を備えている。なお、標準Ｒ
Ｓ−２３２直列出力が設けられている。ＲＳ−２３２を
介して、マイクロプロセッサ８に質問できる。種々の形
の情報がマイクロプロセッサから利用できる。たとえ
ば、共鳴発振器の現在の周波数が取り出せ、初期条件と
比較した現在の瞬間における周波数の変化が取り出せ、
適用される温度補正の度数が取り出せる。このデータ
は、マイクロプロセッサによって質問を保留するあらか
じめ定めた長さの時間記憶されてもよい。大形のくず粒
子が機械的装置の故障寸前にこれらの装置に生成される
ことが多いことは、公知である。くず粒子の濃度の迅速
な増加が機械的部品の故障寸前に見られることが知られ
ている。したがって、マイクロプロセッサの中のプログ
ラムに大形の粒子又は所定の期間中のより迅速な粒子蓄
積を反映するインダクタンスの大きな変化の各事象を識
別して個別の記憶装置に取っておかせることができる。
マイクロプロセッサには、同様にして装置におけるこれ
らの種類の変化の発生に関して質問することができる。
できる追加の固定記憶装置を備えている。なお、標準Ｒ
Ｓ−２３２直列出力が設けられている。ＲＳ−２３２を
介して、マイクロプロセッサ８に質問できる。種々の形
の情報がマイクロプロセッサから利用できる。たとえ
ば、共鳴発振器の現在の周波数が取り出せ、初期条件と
比較した現在の瞬間における周波数の変化が取り出せ、
適用される温度補正の度数が取り出せる。このデータ
は、マイクロプロセッサによって質問を保留するあらか
じめ定めた長さの時間記憶されてもよい。大形のくず粒
子が機械的装置の故障寸前にこれらの装置に生成される
ことが多いことは、公知である。くず粒子の濃度の迅速
な増加が機械的部品の故障寸前に見られることが知られ
ている。したがって、マイクロプロセッサの中のプログ
ラムに大形の粒子又は所定の期間中のより迅速な粒子蓄
積を反映するインダクタンスの大きな変化の各事象を識
別して個別の記憶装置に取っておかせることができる。
マイクロプロセッサには、同様にして装置におけるこれ
らの種類の変化の発生に関して質問することができる。
【００２５】したがって、コイルが非常に大きな温度変
化を受けているときでさえ、本発明の装置はコイルのイ
ンダクタンスの変化を精密に測定する手段を提供するこ
とがわかる。本発明において、粒子チップ検出器を用い
るときの例が与えられているが、回路は、センサが可変
インダクタンスからなる他の装置にも等しく適用でき
る。
化を受けているときでさえ、本発明の装置はコイルのイ
ンダクタンスの変化を精密に測定する手段を提供するこ
とがわかる。本発明において、粒子チップ検出器を用い
るときの例が与えられているが、回路は、センサが可変
インダクタンスからなる他の装置にも等しく適用でき
る。
【図１】 被測定鉄粒子を含む流体のタンクに挿入する
のに用いられる型のセンサプローブの図である。
のに用いられる型のセンサプローブの図である。
【図２】 直列共鳴回路の代表的略図を示している。
【図３】 本発明の主要構成要素の電子ブロック図であ
り、図４〜６に出てくる回路図の簡易化略図である。
り、図４〜６に出てくる回路図の簡易化略図である。
【図４】 センサ及び発振器の詳細回路図である。
【図５】 マイクロプロセッサ回路構成の詳細回路図で
ある。
ある。
【図６】 固定記憶装置の詳細回路図である。
１ 直列共鳴回路網 ２ 演算増幅器 ３ 整流器 ４ 積分比較機 ６ 乗算器 ７ ゲイン・オフセット増幅器 ８ マイクロプロセッサ ９ 固定記憶装置 １０ ＲＳ−２３２ 直列インタフエース ６０ 収集表面 ６１ 磁極片 ６２ コイル ６７ 磁石 ６８ センサ
Claims (6)
- 【請求項１】 流体中を運び去られる鉄粒子を検知する
手段であり、 （ａ）二つの磁極を備え、一方の磁極は前記流体の内部
に置かれている磁極片を接続されている磁石と、 （ｂ）電導性材料で作られ、前記磁石に接続された前記
磁極片と共軸に配置されたコイルと、 （ｃ）前記コイルに接続され、前記コイルのインダクタ
ンスを測定する直列共鳴電子回路を備え、 前記直列共鳴回路が前記検知手段の温度補償を定める手
段を備えていることを特徴とする鉄粒子検知装置。 - 【請求項２】 前記直列共鳴回路が前記コイルとコンデ
ンサの直列共鳴回路網を備えている請求項１に記載の鉄
粒子検知装置。 - 【請求項３】 前記直列共鳴回路がさらに直列共鳴発振
器、ゲイン・オフセット増幅器及び振動の周期と前記増
幅器のゲインを表す信号とに応じて前記温度補償を定め
るマイクロプロセッサを備える請求項２に記載の鉄粒子
検知装置。 - 【請求項４】 前記マイクロプロセッサの出力が前記コ
イルの温度補償されたインダクタンスを表す信号であ
り、したがってまた前記磁石に接続された前記磁極片上
か又はすぐ近くに蓄積した鉄物質の量を表す請求項３に
記載の鉄粒子検知装置。 - 【請求項５】 前記直列共鳴発振器が反転入力、整流
器、積分比較器及び乘算器に接続された直列共鳴回路網
を備える増幅器を備え、前記増幅器の出力が整流されて
前記積分比較器の入力に加えられるまえに前記乘算器の
第一の入力に加えられ、前記積分比較器の出力が前記乘
算器の第二の入力に加えられ、前記乘算器の出力が前記
増幅器の非反転入力に加えられることを特徴とする請求
項３に記載の鉄粒子検知装置。 - 【請求項６】 前記マイクロプロセッサへの第一の入力
が前記整流器の出力に接続され、さらに前記マイクロプ
ロセッサへの第二の入力がＡ／Ｄ変換器を介して前記直
列共鳴回路網の両端間の電圧に比例する前記ゲイン・オ
フセット増幅器の状態を表す信号に接続されている請求
項３に記載の鉄粒子検知装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US65911091A | 1991-02-22 | 1991-02-22 | |
| US07/659110 | 1991-02-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH075137A JPH075137A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2501992B2 true JP2501992B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=24644075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4034642A Expired - Fee Related JP2501992B2 (ja) | 1991-02-22 | 1992-02-21 | 直列共鳴発振器及びマイクロプロセッサを用いて流体内の鉄粒子を測定する電気検知装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5334932A (ja) |
| JP (1) | JP2501992B2 (ja) |
| DE (1) | DE4205344A1 (ja) |
| FR (1) | FR2673290A1 (ja) |
| GB (1) | GB2253061B (ja) |
| IT (1) | IT1258348B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102142932B1 (ko) * | 2019-04-25 | 2020-08-10 | 주식회사 솔지 | 윤활유 내의 철성마모입자 농도 진단센서 |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5675249A (en) * | 1994-03-10 | 1997-10-07 | Simmonds Precision Products, Inc. | Portable optical fluid debris detector including cover and calibrating magnet |
| US5742234A (en) * | 1995-02-28 | 1998-04-21 | Vickers, Inc. | Particle detection and destruction in fluid systems |
| DE19524353A1 (de) * | 1995-07-04 | 1997-01-09 | Joerg Prof Dr Ing Hoffmann | Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von magnetisierbaren Partikeln in Öl und Hydraulikflüssigkeiten |
| US5608315A (en) * | 1995-08-21 | 1997-03-04 | Caterpillar Inc. | Apparatus for detecting particles in a fluid and a method for operating same |
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