JP2911828B2 - Multi-parameter eddy current measurement system with parameter compensation - Google Patents

Multi-parameter eddy current measurement system with parameter compensation

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JP2911828B2
JP2911828B2 JP19990896A JP19990896A JP2911828B2 JP 2911828 B2 JP2911828 B2 JP 2911828B2 JP 19990896 A JP19990896 A JP 19990896A JP 19990896 A JP19990896 A JP 19990896A JP 2911828 B2 JP2911828 B2 JP 2911828B2
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ティモシー・ジョン・ダニエルソン
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一般にうず電流セン
サ装置に係り、特に、導電性を有する被定物の複数のパ
ラメータを同時に計測するための単コイルを使用する装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to an eddy current sensor device, and more particularly to an apparatus using a single coil for simultaneously measuring a plurality of parameters of a conductive object.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】うず電
流センサは従来よりよく知られている。これらの装置
は、分離或いは電気抵抗等のパラメータを非接触計測す
るのが望まれるような様々な状況において使用される。
うず電流センサは、素材の変位(displacement)、電気的
性質、及び素材の電気的特性を変える他の物理的特徴
(例えば厚さやきず)を計測するのに用いられてきた。
そのような適用例の一つとして、磁性鋼ローラにおける
ランナアウト(runout)の計測が挙げられる。この場合、
ローラにおけるランナアウトを計測するのにうず電流セ
ンサシステムが用いられてきたが、この種のローラにお
いて一般的な透磁率変化に対する敏感さのため、その精
度が限定されてしまう。また、アルミニウム缶を成型中
その厚さの計測するのにも、うず電流センサシステムが
適用される。缶の製作過程においては、超硬パンチが用
いられ、アルミニウムカップが一連のダイスを介してド
ロー成形されて、缶の完成体が形成される。パンチの中
心線位置は缶の実際の厚さに影響すると共に、従来装置
においては、缶の見かけの厚さにも影響する可能性があ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION Eddy current sensors are well known in the art. These devices are used in various situations where it is desired to measure parameters such as separation or electrical resistance in a non-contact manner.
Eddy current sensors have been used to measure the displacement, electrical properties of a material, and other physical features that change the electrical properties of the material (eg, thickness and flaws).
One such application is the measurement of runout on magnetic steel rollers. in this case,
Eddy current sensor systems have been used to measure runner out on rollers, but their sensitivity to the typical permeability change in such rollers limits their accuracy. An eddy current sensor system is also used to measure the thickness of an aluminum can during molding. In the process of making the can, a carbide punch is used, and the aluminum cup is draw-formed through a series of dies to form a finished can. The centerline position of the punch affects the actual thickness of the can and, in conventional devices, may also affect the apparent thickness of the can.

【0003】うず電流を用いた厚さの検知は、従来の技
術において既に行われており、従来の装置には、システ
ムが距離に対して鈍感(insensitive)になるよう回路イ
ンピーダンスを調節するものが含まれる。このシステム
は、一般に、一つのドライバコイルと二つのピックアッ
プコイルとを備えた典型的な三コイルうず電流装置構成
を用いている。ドライバコイルがAC磁界により素材を
励磁すると共に、ピックアップコイルが、素材内に誘導
されるうず電流により生じたインピーダンス変化を検知
する。この技術は三つのコイルを用いているので、製作
コストが比較的高く、また、制限された範囲内で操作さ
れない場合、リフトオフ(lift-off ,センサと被計測物
との分離)による誤差に対しなお敏感である。他の装置
は、単コイルで被覆(クラッディング)厚さを検出する
ためにうず電流センサを用いているが、やはりリフトオ
フから生じる誤差には敏感である。厚さの変化を他の効
果から区別するため、複数の周波数を有した装置が開発
されているが、二つの周波数は実施するのに高コストと
複雑な回路構成とを要する。
[0003] Thickness sensing using eddy currents is already performed in the prior art, and some prior art devices adjust the circuit impedance so that the system is insensitive to distance. included. This system generally uses a typical three coil eddy current configuration with one driver coil and two pickup coils. The driver coil excites the material by the AC magnetic field, and the pickup coil detects a change in impedance caused by the eddy current induced in the material. Since this technology uses three coils, the manufacturing cost is relatively high, and if not operated within a limited range, errors due to lift-off (separation of the sensor from the object to be measured) can be reduced. Still sensitive. Other devices use eddy current sensors to detect cladding thickness with a single coil, but are still sensitive to errors resulting from lift-off. In order to distinguish thickness variations from other effects, devices with multiple frequencies have been developed, but the two frequencies require high cost and complicated circuitry to implement.

【0004】うず電流装置によって厚さを計測する他の
装置には、うず電流センサの直交インピーダンス出力を
用い、被計測物表面からのリフトオフを決定してそれと
同じ分を補償するものがある。リフトオフ誤差は、セン
サを特定のインピーダンスに物理的に移動し、その直交
インピーダンス成分を計測することによって修正され
る。しかしながら、この設計は幾つかの固有の問題を有
している。例えば、サーボシステムはセンサを物理的に
(動かして)位置付けなければならず、これにより高速
で使用できない、配置が制限される、装置の使用環境に
著しい制限が加えられるといった、装置の利用性を著し
く阻害する要求が生じる。さらに、適切な操作を行うた
めには、インピーダンス信号成分(実数及び虚数)が完
全に直交しなければならない。
Other devices for measuring thickness with an eddy current device use the orthogonal impedance output of an eddy current sensor to determine lift-off from the surface of the object to be measured and compensate for the same. Lift-off errors are corrected by physically moving the sensor to a particular impedance and measuring its quadrature impedance component. However, this design has some inherent problems. For example, the servo system must physically (moving) the sensor to position it, which limits the availability of the device, such as inability to use it at high speeds, limited placement, and severe restrictions on the environment in which the device is used. There is a demand for significant inhibition. Furthermore, for proper operation, the impedance signal components (real and imaginary) must be completely orthogonal.

【0005】一般に、既知の装置は、一つのパラメータ
のみを計測でき、通常はこのパラメータにもう一つのパ
ラメータが従属するように構成される。例えば、米国特
許第4,290,017 号に開示された装置及び方法は、ゲイン
を供給するための増幅器を備えたオシレータ(発振器)
と、増幅器の入力と出力とを接続するフィードバックル
ープと、そのループ内に接続され、発振器の信号のレベ
ルと周波数とを、被計測物サンプルの表面に誘導された
うず電流に応じて調整する2ポート強磁性共振器とを有
する。可変減衰器が設けられ、これはフィードバックル
ープに接続されて発振器のパワーレベルを調節する。ま
た調節可能な移相器(phase shifter)が設けられ、こ
れはループ内の信号の全移相を変化させる。また回路に
接続されたプローブも設けられ、これは、過渡モード(t
ransition mode) において、うず電流によって発生する
電磁場に反応するようになっている。プローブは強磁性
結晶を含み、外側回路ループがその結晶を取り巻き、内
側回路ループが外側ループに直交してその結晶を取り巻
く。この装置(米国特許第4,290,017 号)はシステムの
信号のマグニチュード及び位相の両方の変化の計測可能
であり、回路のインピーダンスの実部及び虚部を各々独
立して計測できる。
[0005] In general, known devices are configured such that only one parameter can be measured, usually another parameter being dependent on this parameter. For example, the apparatus and method disclosed in U.S. Pat. No. 4,290,017 discloses an oscillator with an amplifier for providing gain.
And a feedback loop connecting the input and output of the amplifier, and the level and frequency of the oscillator signal connected in the loop are adjusted according to the eddy current induced on the surface of the sample to be measured. A port ferromagnetic resonator. A variable attenuator is provided, which is connected to a feedback loop to adjust the power level of the oscillator. Also provided is an adjustable phase shifter, which changes the overall phase shift of the signal in the loop. Also provided is a probe connected to the circuit, which operates in transient mode (t
In ransition mode), it responds to the electromagnetic field generated by the eddy current. The probe comprises a ferromagnetic crystal with an outer circuit loop surrounding the crystal and an inner circuit loop surrounding the crystal orthogonal to the outer loop. This device (U.S. Pat. No. 4,290,017) is capable of measuring both magnitude and phase changes in the signal of the system and can independently measure the real and imaginary parts of the impedance of the circuit.

【0006】米国特許第4,727,322 号は、プローブを表
面に近接させた結果として被計測物に発生するうず電流
により、例えば被計測物の厚さ等のシステムパラメータ
を計測するための方法及び装置を開示している。プロー
ブにおけるセンサは、複雑なインピーダンスの二つの直
交成分を計測する。第4,727,322 号による装置の操作に
際し、センサは、インピーダンスの一成分が所定値に達
し、特性値が他の成分の値として計測されるまで、被計
測物の方向に移動される。第1の成分は、センサと被計
測物との距離の変化に最も敏感な要素として 較正中に
選択される。
US Pat. No. 4,727,322 discloses a method and apparatus for measuring system parameters, such as the thickness of a workpiece, by means of eddy currents generated in the workpiece as a result of bringing the probe close to the surface. doing. The sensor in the probe measures two orthogonal components of complex impedance. In operation of the device according to US Pat. No. 4,727,322, the sensor is moved in the direction of the workpiece until one component of the impedance reaches a predetermined value and the characteristic value is measured as the value of the other component. The first component is selected during calibration as the element that is most sensitive to changes in the distance between the sensor and the measured object.

【0007】米国特許第3,358,225 号に開示された装置
は、うず電流計測器のためのリフトオフ補償技術につい
て詳述している。この装置はインピーダンスブリッジを
含み、インピーダンスブリッジは一定の周波数と電圧と
で作動する一つの発生器を有する。この装置は、導電性
を有するサンプルに近接して位置されたうず電流プロー
ブのインピーダンスを、このプローブに関連した標準イ
ンピーダンスと比較し、インピーダンスブリッジのアン
バランスの無効成分及び抵抗成分の出力を各々別々に供
給するために用いられる。この装置は、一つの出力の所
定部分を選択し、それを他の出力と合わせて、読取り装
置に接続された信号を供給し、検査中の被計測物サンプ
ルの厚さを示す機構を含む。
The apparatus disclosed in US Pat. No. 3,358,225 details a lift-off compensation technique for eddy current meters. The device includes an impedance bridge, which has one generator operating at a constant frequency and voltage. The device compares the impedance of an eddy current probe located in close proximity to a conductive sample with the standard impedance associated with the probe, and separates the output of the unbalanced reactive and resistive components of the impedance bridge from each other. Used to supply to. The apparatus includes a mechanism for selecting a predetermined portion of one output, combining it with the other output, providing a signal connected to a reader, and indicating the thickness of the sample under test.

【0008】うず電流非接触センサはまた、米国特許第
3,619,805 号に見られる非接触変位変換器と、被計測物
の瑕疵検知のための米国特許第4,755,753 号に示された
うず電流表面マッピングシステムとを含む。米国特許第
3,718,855 号及び第3,496,458 号のうず電流瑕疵検知シ
ステムは、その検知用センサプローブにおいて単コイル
に依存している。不規則な表面を調べる(スキャンす
る)のに用いられるうず電流プローブを支持する装置
(米国特許第4,644,274 号)において、他の単一のプロ
ーブ装置の例が見出される。この米国特許第4,438,754
号に見られる電磁システムは、器具と被計測物との間の
空間的な関係を検知し且つ遠隔制御するために用いられ
る。このシステムは、器具及び被計測物に対向して位置
され、その結果、磁束が磁気要素間を被計測物の表面を
貫いて通過する磁気装置に基づくものである。
An eddy current non-contact sensor is also disclosed in US Pat.
No. 3,619,805, and a eddy current surface mapping system shown in U.S. Pat. No. 4,755,753 for detecting defects in an object to be measured. U.S. Patent No.
The eddy current defect detection systems of 3,718,855 and 3,496,458 rely on a single coil in their sensing sensor probe. Another example of a single probe device is found in a device that supports eddy current probes used to scan (scan) irregular surfaces (US Pat. No. 4,644,274). This U.S. Patent No. 4,438,754
The electromagnetic system found in the signal is used to detect and remotely control the spatial relationship between the instrument and the device under test. The system is based on a magnetic device positioned opposite the instrument and the object to be measured, such that magnetic flux passes between the magnetic elements through the surface of the object to be measured.

【0009】これら従来装置は、一般に、複数のコイル
や周波数の必要であるという欠点、あるいは、異なるパ
ラメータ(素材の厚さ又は分離の度合い等)を同時に計
測できないという欠点を有する。単コイルしか用いず、
且つ二つのパラメータを同時計測できるうず電流装置で
あるのが望ましいのであり、本発明のシステムはそのよ
うな発明に近づくことを目的とする。
These conventional devices generally have the disadvantage of requiring a plurality of coils and frequencies, or the inability to simultaneously measure different parameters (such as the thickness of the material or the degree of separation). Using only a single coil,
It is desirable that the eddy current device be able to measure two parameters simultaneously, and the system of the present invention aims to approach such an invention.

【0010】[0010]

【発明の概要】本発明の目的は、一つの固定された周波
数で操作される一つのうず電流センサコイルを用いて二
つのパラメータ(例えば厚さ及び変位)を同時に計測す
る計測システムを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a measurement system for simultaneously measuring two parameters (eg, thickness and displacement) using one eddy current sensor coil operated at one fixed frequency. It is in.

【0011】本発明の他の目的は、素材の電気的性質の
変化に比較的鈍感な上記のようなタイプのシステムを提
供することにある。
It is another object of the present invention to provide a system of the above type which is relatively insensitive to changes in the electrical properties of the material.

【0012】本発明のさらに他の局面は、出力信号がシ
ステムインピーダンス平面において特定の点に位置する
(map to unique points)上記のようなタイプのシステム
を提供することである。
[0012] Still another aspect of the present invention is that the output signal is located at a specific point in the system impedance plane.
(map to unique points) To provide a system of the type described above.

【0013】本発明のさらに他の目的は、2個以上の変
数を検知できるように電気的出力信号を直交させる上記
のようなタイプのシステムを提供することである。
It is yet another object of the present invention to provide a system of the above type for orthogonalizing electrical output signals so that more than one variable can be sensed.

【0014】本発明のさらに他の目的は、温度を計測で
き、これを他の計測されたパラメータに対する修正要素
として使用可能な上記のようなタイプの装置を提供する
ことにある。
It is yet another object of the present invention to provide an apparatus of the type described above which can measure temperature and can use this as a correction factor for other measured parameters.

【0015】本発明のさらに他の局面は、一つのセンサ
で、限られたスペースで、過酷な環境下で、比較的単純
な電子装置で計測可能で、しかも計測パラメータに対し
良好な感度を維持する上述のようなタイプの装置を提供
するものである。
Still another aspect of the present invention is that a single sensor can measure in a limited space, in a harsh environment, with a relatively simple electronic device, and still maintain good sensitivity to measurement parameters. An apparatus of the type described above is provided.

【0016】本発明によれば、被計測物の物理的パラメ
ータ特性(パラメータは素材、厚さ、温度、透磁率及び
導電率を含む)を計測する方法が、システム電気パラメ
ータを特徴とする電気成分を有する励磁回路を設けるス
テップを含み、その励磁回路はさらに、上記システム電
気パラメータで定義される励磁回路インピーダンスを有
する。
According to the present invention, a method for measuring physical parameter characteristics (parameters include material, thickness, temperature, magnetic permeability, and conductivity) of an object to be measured includes an electric component characterized by system electric parameters. And providing an excitation circuit having an excitation circuit impedance defined by the system electrical parameters.

【0017】その方法は、予め選択された直径の電気コ
イルを有するセンサを設けるステップをも含む。そのコ
イルは、被計測物からの選択された分離距離に位置され
る。一つの予め選択された角周波数の励磁信号がコイル
に発生され、その角周波数は、被計測物の透磁率及び抵
抗率と分離距離との有効積が、励磁回路インピーダンス
平面の一つの点に位置するよう予め選択される。その方
法は、励磁信号の電圧の振幅(マグニチュード)を計測
するステップ、励磁信号の相を計測するステップ、一つ
の励磁回路インピーダンス平面の点を示す信号を発生す
るステップ、所望の一つ或いはそれ以上のパラメータの
計算値を示す信号を発生するステップをさらに含む。
The method also includes providing a sensor having an electrical coil of a preselected diameter. The coil is located at a selected separation distance from the measured object. An excitation signal of one preselected angular frequency is generated in the coil, and the angular frequency is such that the effective product of the magnetic permeability and resistivity of the DUT and the separation distance is located at a point on the excitation circuit impedance plane. Is selected in advance. The method includes the steps of measuring the amplitude (magnitude) of the voltage of the excitation signal, measuring the phase of the excitation signal, generating a signal indicating a point on one excitation circuit impedance plane, one or more desired ones. Generating a signal indicative of the calculated value of the parameter.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0019】上述したように、うず電流センサは様々な
用途において用いられてきているが、一般に、うず電流
センサは、距離などの一つの特定のパラメータに対して
高い感度を持つように設計されている。本発明は、厚さ
や距離などの多数のパラメータを同時に関知し、ある計
測方法の結果を、別の計測の好ましくない感度を補正す
るために用いる。本発明の利点は、1個の低コストのセ
ンサコイルを用いること、およびセンサの周波数を別の
周波数に切り換えるのを避けることである。さらに、本
システムは、あるパラメータの数値を別のパラメータの
数値で補正する能力を有し、結果として優れた精度を有
する。また、温度を検知することも可能であり、よっ
て、これを他のパラメータへの第3の補正要因として用
いることができる。
As mentioned above, eddy current sensors have been used in a variety of applications, but in general, eddy current sensors are designed to be highly sensitive to one particular parameter, such as distance. I have. The present invention knows a number of parameters, such as thickness and distance, simultaneously and uses the results of one measurement method to compensate for the undesired sensitivity of another measurement. An advantage of the present invention is that it uses one low cost sensor coil and avoids switching the sensor frequency to another frequency. Further, the system has the ability to correct the value of one parameter with the value of another parameter, resulting in excellent accuracy. It is also possible to detect the temperature, so that it can be used as a third correction factor for other parameters.

【0020】一般に、本システムによって3つの主要な
パラメータを感知することができ、これらの主要パラメ
ータは、電気的特性、厚さ、および距離である。うず電
流センサによる検知は、r2 ωμσの積で表される定数
により決定される。“r”のパラメータは、構成を変更
可能なコイルの半径を表し、本実施の形態においては定
数である。“ω”のパラメータは、コイルを励磁するこ
とに用いられる電流または電圧の角周波数であり、本実
施の形態においては変更可能であるが、一般には、連結
した回路構成を単純にするため定数である。“μ,σ”
のそれぞれのパラメータは、素材の透磁率および導電率
である。うず電流センサによって検知される素材の実効
導電率は、対象素材または対象結合構造(target geome
try )の厚さによって変化することに注意されたい。し
たがって、素材の厚さは、実際のμおよびσの数値が定
数であれば、決定することができる。
In general, three major parameters can be sensed by the present system, which are electrical properties, thickness, and distance. The detection by the eddy current sensor is determined by a constant expressed by the product of r 2 ωμσ. The parameter “r” indicates the radius of the coil whose configuration can be changed, and is a constant in the present embodiment. The parameter of “ω” is an angular frequency of a current or a voltage used to excite the coil, and can be changed in the present embodiment, but is generally a constant to simplify a connected circuit configuration. is there. “Μ, σ”
Are the magnetic permeability and conductivity of the material. The effective conductivity of the material sensed by the eddy current sensor is determined by the target material or target geometry.
Note that it depends on the thickness of the try). Therefore, the thickness of the material can be determined if the actual values of μ and σ are constants.

【0021】本システムは、標準的な3つのコイルによ
る構成を必要とせずに被計測物の厚さを計測する。別の
言い方をすれば、ただ1つのコイルを用い、また、イン
ピーダンス成分を直交させる必要がない。うず電流セン
サを用いることによる距離(または変位)の感知は、本
システムの別の典型的な応用例の1つである。距離を検
知するシステムは、インダクタンス,抵抗の変化を検知
するか、又は両パラメータを合成したもの(例えばQ
値,Q=ωL/R)を検知する。一般に、これらの既知
のシステムは、素材の常に一定であるような特性に依存
する。(常に一定であるような素材特性が望ましいの
は、)それらの素材物性が出力信号結果に影響するから
である。
The present system measures the thickness of an object to be measured without requiring a standard three-coil configuration. Stated another way, only one coil is used, and there is no need to make the impedance components orthogonal. Sensing distance (or displacement) by using eddy current sensors is another typical application of the system. A system for detecting a distance detects a change in inductance and resistance, or a system that combines both parameters (for example, Q
Value, Q = ωL / R). In general, these known systems rely on properties of the material that are always constant. Material properties that are always constant are desirable because their material properties affect the output signal results.

【0022】本発明においては、特定の距離及び特定の
電気的特性の下において、システムのインピーダンスが
複素インピーダンス平面における特定の点になることが
認識されている。ある構成において、パラメータは、数
学的に直交する等積(equivalents )に分解でき、この
結果、一つのパラメータが別のパラメータの関数にな
る。しかしながら、他の状況下では、そのような解析が
妨げられる。とにかく、システムのインピーダンスを示
す信号は、ある特定の変数の集合としてのインピーダン
ス平面における特定の点に写像されることになる。出力
信号は、実部および虚部のインピーダンス部分、位相お
よびマグニチュード、または他のインピーダンスの組み
合わせに対応する。変数またはパラメータの集合は、厚
さおよび距離、または素材の特性および距離に対応す
る。
It has been recognized in the present invention that, under certain distances and certain electrical characteristics, the impedance of the system is at a particular point in the complex impedance plane. In some arrangements, the parameters can be decomposed into mathematically orthogonal equivalents, such that one parameter is a function of another. However, under other circumstances, such analysis is hampered. Regardless, a signal indicative of the impedance of the system will be mapped to a particular point in the impedance plane as a particular set of variables. The output signal corresponds to the real and imaginary impedance portions, phase and magnitude, or other impedance combinations. The set of variables or parameters corresponds to thickness and distance, or material properties and distance.

【0023】r2 ωμσとして上述したスケーリングパ
ラメータは、従来のシステムにおいてインピーダンス出
力の特性を決定するための手段として普通に用いられて
おり、ある種の素材には適当である。しかし、r、ω、
μ、σによりインピーダンス特性が決定されるにして
も、素材の相対的な透磁率が単一でないので、これらの
パラメータの積のみをスケーリングパラメータとして用
いる場合、あまり正確さが期待できない。これは、ファ
クタが複雑になりこれを解析で表すのが困難で、多くの
場合数値解析により最適化されることを意味する。
The scaling parameter described above as r 2 ωμσ is commonly used in conventional systems as a means to determine the characteristics of the impedance output and is appropriate for certain materials. However, r, ω,
Even if the impedance characteristics are determined by μ and σ, since the relative magnetic permeability of the material is not unitary, if only the product of these parameters is used as the scaling parameter, very little accuracy can be expected. This means that the factors are complex and difficult to represent by analysis, and are often optimized by numerical analysis.

【0024】その結果として、本システムは、鋼製ロー
ラーのランアウト(runout)または上述した缶厚
さを計測する応用例において容易に用いることができ
る。本システムは、ローラー内の透磁率の変化に対して
鈍感な鋼製ローラーのランアウトの計測を可能にする。
本発明において、缶の厚さは、パンチの中心線位置の計
測と同時に確かめられ、従って、厚さの制御に役立つば
かりでなく、パンチの位置変更によって生じる見かけの
厚さの誤差を補正することにも用いられ得る。
As a result, the present system can be readily used in steel roller runout or can thickness measurement applications as described above. The system allows for the measurement of the run-out of a steel roller that is insensitive to changes in magnetic permeability within the roller.
In the present invention, the thickness of the can is ascertained simultaneously with the measurement of the centerline position of the punch, thus not only helping in controlling the thickness, but also compensating for the apparent thickness error caused by the repositioning of the punch. Can also be used.

【0025】本発明により提供されるセンサ配置を有す
るシステムの配線略図が、図1に示されている。システ
ム10は、電気制御回路構成要素12を含み、電気制御
回路構成要素12は、ライン14を介して磁励信号をセ
ンサ16にもたらす。センサ16は、センサボディ18
とセンサボディ18の末端に配置されたセンサコイル2
0とから構成される。センサコイル20は、被計測物2
2に接して位置される。
A schematic wiring diagram of a system having a sensor arrangement provided by the present invention is shown in FIG. The system 10 includes an electrical control circuit component 12 that provides an excitation signal to the sensor 16 via line 14. The sensor 16 includes a sensor body 18
And sensor coil 2 arranged at the end of sensor body 18
0. The sensor coil 20 is connected to the object 2
2 is located.

【0026】被計測物22は、基体24および外側のク
ラッディング26を含む。システムは、センサと被計測
物との間の間隙に相当する“リフトオフ”28を計測す
るように構成可能である。
The measured object 22 includes a base 24 and an outer cladding 26. The system can be configured to measure a "lift-off" 28, which corresponds to the gap between the sensor and the workpiece.

【0027】センサのインピーダンス変化は、励磁信号
周波数(ω)、センサコイルの平均半径(r)および対
象素材の導電率(σ)を含む幾つかのパラメータの関数
である。当業者であれば、導電率が単純に1/ρで表さ
れ、“ρ”(ロー)が抵抗率であるということが分かる
であろう。計測の対象である素材の透磁率(μ)および
対象までの距離(d)も同じくファクター(要因)であ
る。もし、周波数および直径が固定されていれば、イン
ピーダンスはσ、μ、またはdによって変化するであろ
う。センサコイルの直径が特定されていれば、既知の数
値的方法を用いて、コイルがσおよびμおよびdを組み
合わせた積に対して鋭敏になるように周波数を見つける
ことができる。この周波数は、σ、μのパラメータの組
み合わせが主に複素インピーダンス相に影響し、一方、
パラメータdが主に複素インピーダンス出力の振幅(マ
グニチュード)に影響して、お互いに独立するように変
更可能である。相対透磁率が均一、すなわち、μr
1の素材に関しては、コイル周波数はσおよびμおよび
dの積に関連する。他の状況において数値的方法を用い
て最適化されたσおよびμおよびdの“組み合わせ”
は、以下“実効積”として言及される。上述したよう
に、実部および虚部のインピーダンスは、インピーダン
ス出力の位相および振幅(マグニチュード)に数学的に
関連しており、従って、どちらの変数を用いてもよい。
この2つの効果(インピーダンス出力の位相及び振幅
(マグニチュード))は数学的に選り分けることが可能
なので、特定の周波数を見つけることは必要条件ではな
いが、一般的には特定の周波数を見つけることが望まし
い。
The change in impedance of the sensor is a function of several parameters including the excitation signal frequency (ω), the average radius of the sensor coil (r), and the conductivity of the target material (σ). One skilled in the art will recognize that conductivity is simply expressed as 1 / ρ, and “ρ” (low) is resistivity. The magnetic permeability (μ) of the material to be measured and the distance (d) to the object are also factors. If the frequency and diameter are fixed, the impedance will change with σ, μ, or d. Given the diameter of the sensor coil, one can use known numerical methods to find the frequency such that the coil is sensitive to the combined product of σ and μ and d. This frequency depends on the combination of the parameters σ and μ mainly affecting the complex impedance phase, while
The parameter d mainly affects the amplitude (magnitude) of the complex impedance output and can be changed so as to be independent of each other. The relative permeability is uniform, ie, μr =
For one material, the coil frequency is related to the product of σ and μ and d. "Combinations" of σ and μ and d optimized using numerical methods in other situations
Is referred to below as the “effective product”. As mentioned above, the impedance of the real and imaginary parts is mathematically related to the phase and amplitude (magnitude) of the impedance output, and therefore either variable may be used.
Finding a particular frequency is not a requirement, but generally finding a particular frequency is possible because the two effects (phase and magnitude (magnitude) of the impedance output) can be mathematically sorted out. desirable.

【0028】本発明は温度補償を行うことも可能であ
る。素材パラメータ(例えば厚さ、σ又はμ)が一定な
らば、温度変化によりセンサコイル直列抵抗が、それに
比例して変化する。抵抗変化は、複素インピーダンスの
実数部における変化として現れる。温度変化の補正は、
それ故、特定の温度及び距離もまた複素インピーダンス
平面上の特定の点に位置されると認識することにより、
なされ得る。上記の技術は距離計測の温度変化を補正す
るのに用いられる。
The present invention can also perform temperature compensation. If the material parameters (eg, thickness, σ or μ) are constant, the temperature change will cause the sensor coil series resistance to change in proportion thereto. The resistance change appears as a change in the real part of the complex impedance. Correction of temperature change
Therefore, by recognizing that a particular temperature and distance is also located at a particular point on the complex impedance plane,
Can be done. The above technique is used to compensate for temperature changes in distance measurements.

【0029】図2は、数値解析の既知の方法を用い、電
気的特質及び距離が正規化インピーダンスに及ぼす効果
を図によって示したものである。(グラフの)垂直軸2
9は正規化された虚数部コイルインピーダンスに対応
し、水平軸30はセンサコイルの正規化された実数部イ
ンピーダンスに対応する。図2に示される曲線31,3
2,34,36は、γ,σ,μ,ω及びd(変位)に特
定の値を取る場合を各々示している。距離は点38で無
限大に設定され、一方、曲線40,42,44,46は
定変位の線に対応する。見出し48には、素材曲線の各
々について、μオームcmで表されるρ(ロー)の値が
挙げられている。
FIG. 2 graphically illustrates the effect of electrical properties and distance on normalized impedance using a known method of numerical analysis. Vertical axis 2 (of the graph)
9 corresponds to the normalized imaginary part coil impedance, and the horizontal axis 30 corresponds to the normalized real part impedance of the sensor coil. Curves 31, 3 shown in FIG.
Reference numerals 2, 34, and 36 indicate cases where γ, σ, μ, ω, and d (displacement) take specific values. The distance is set to infinity at point 38, while the curves 40, 42, 44, 46 correspond to lines of constant displacement. Heading 48 lists the value of ρ (low) in μOhm cm for each material curve.

【0030】適切なインピーダンスを発生させるために
は、以下のステップが実行されねばならない。第1に、
特定のパラメータ組すなわち計測の“目標”が、以下の
ように決定されねばならにない。
To generate the proper impedance, the following steps must be performed. First,
A particular set of parameters, or measurement "goals", must be determined as follows.

【0031】1)素材(素材の鈍感さ(insensitivit
y))に影響されない変位出力信号を作成する。
1) Material (insensitivit of material)
Create a displacement output signal that is not affected by y)).

【0032】2)素材の抵抗率に比例した出力信号を作
成する。
2) Create an output signal proportional to the resistivity of the material.

【0033】3)抵抗率の出力信号及び変位の出力信号
を作成する。
3) Create a resistivity output signal and a displacement output signal.

【0034】4)透磁性に比例した出力信号を作成す
る。
4) Create an output signal proportional to the magnetic permeability.

【0035】5)透磁性及び変位に比例した出力信号を
作成する。
5) Create an output signal proportional to magnetic permeability and displacement.

【0036】6)厚さに比例した出力信号を作成する。6) Create an output signal proportional to the thickness.

【0037】7)厚さ及び変位に比例した出力信号を作
成する。
7) Create an output signal proportional to thickness and displacement.

【0038】8)温度及び変位に比例した出力信号を作
成する。
8) Create an output signal proportional to temperature and displacement.

【0039】9)温度及びσμ(実効積)に比例した出
力信号を作成する。
9) Create an output signal proportional to temperature and σμ (effective product).

【0040】上述のパラメータ組のうちの1組が一旦選
択されたなら、最適の解を見出す上で補足的に行ってよ
いことが他にもある。例えば、パラメータのわずかな変
化(例えば同じ素材に異なるメッキがされている場合の
変化)を補正するような場合には、パラメータにおける
大きな変化(例えば完全に異なる素材間の変化)が、こ
の補足の一例である。図2に示されている例において、
本システムは、アルミニウム(ρ=3.3μオームc
m),ハフニウム(ρ=30μオームcm),ステンレ
ス鋼(ρ=60μオームcm),及びインコネル(ρ=
120μオームcm)に対して効果的なセンサを提供し
ている。図2の諸曲線を形成するように構成されている
本システムは、(被計測物の)厚さ0から0.10cm
にかけて、被計測物の素材に影響されない直線状の変位
出力信号を作成する。本発明における教示は、上述のど
のパラメータの組に対しても、また、他の導電性を有す
る素材に対しても適用できることに注意されたい。
Once one of the above parameter sets has been selected, there are other things that may be supplemented in finding the optimal solution. For example, when compensating for small changes in parameters (for example, when different plating is performed on the same material), a large change in parameters (for example, a change between completely different materials) may be supplemented by this supplement. This is an example. In the example shown in FIG.
This system uses aluminum (ρ = 3.3 μOhm c
m), hafnium (ρ = 30 μOhm cm), stainless steel (ρ = 60 μOhm cm), and inconel (ρ = 30 μOhm cm)
120 μOhm cm). The system configured to form the curves of FIG. 2 has a thickness (of the object to be measured) of 0 to 0.10 cm.
To generate a linear displacement output signal that is not affected by the material of the object to be measured. It should be noted that the teachings of the present invention can be applied to any of the above set of parameters, as well as other conductive materials.

【0041】本システムにおいては、また、コイルのあ
る特定の幾何学的形状を選択することが求められる。一
般に、コイルの直径が小さく、高いQ値を有し、かつ製
造コストが低いことが望ましい。図2の曲線を形成する
のに用いられるコイルの幾何学的形状は、その内径が
0.17cm,外形が0.38cm,長さが0.25c
mでマグネットワイヤが640回転巻き付けてある。本
システムには、これらの変数が、インピーダンス平面を
形成するために設けられる。電気的パラメータに対し敏
感かつ変位に対しても非常に敏感であり、(グラフにお
いて)ほぼ直線状の出力を示すように、ある特定の周波
数(ω)が選択されねばならない。本システムにおい
て、出力信号発生時に出力が直線状であることは要求さ
れず、出力信号の後処理が簡単になる。信号の一般的な
周波数は5KHzと10KHzとの間である。周波数パ
ラメータは、本システムによって実行されるアルゴリズ
ムにより、システムの全てのパラメータが許容できる敏
感さを有するようになるまで反復される。使用されるア
ルゴリズムは、数値方法を用いた周知の方程式を実行す
るものである。ここで使用されるアルゴリズムからの出
力は、変位及び抵抗率の異なるパラメータにおける実数
部と定数部との関係を示すべくグラフ化される。
The present system also requires that a particular geometry of the coil be selected. Generally, it is desirable for the coil to have a small diameter, a high Q value, and a low manufacturing cost. The geometry of the coil used to form the curve of FIG. 2 is 0.17 cm inner diameter, 0.38 cm outer diameter, and 0.25 c long.
m, the magnet wire is wound 640 times. In the system, these variables are provided to form an impedance plane. A particular frequency (ω) must be chosen so that it is sensitive to electrical parameters and very sensitive to displacement, and shows a substantially linear output (in the graph). In this system, it is not required that the output be linear when the output signal is generated, which simplifies post-processing of the output signal. Typical frequencies of the signal are between 5 KHz and 10 KHz. The frequency parameters are iterated by the algorithm executed by the system until all parameters of the system have acceptable sensitivity. The algorithm used is one that implements well-known equations using numerical methods. The output from the algorithm used here is graphed to show the relationship between the real part and the constant part for different parameters of displacement and resistivity.

【0042】図2に示されるように、温度,周波数,変
位(もしくはリフトオフ),及び抵抗率と透過性との組
み合わせがすべて一定なある特定のコイルの幾何学的形
状に関しては、その一定の変位(リフトオフ)曲線を定
義するインピーダンス平面上、特定の一点がある。も
し、未知のパラメータのうちの2つ(例えば、抵抗率/
透過性の組み合わせと変位,厚さと変位など)のみが変
化するならば、一般にコイルの幾何学的形状と操作周波
数との関係において特定の出力パラメータの組(例え
ば、変位と抵抗率など)にインピーダンス平面上のある
特定一点が対応することが見出される。
As shown in FIG. 2, for a particular coil geometry where the temperature, frequency, displacement (or lift-off), and the combination of resistivity and permeability are all constant, the constant displacement There is a specific point on the impedance plane that defines the (lift-off) curve. If two of the unknown parameters (eg, resistivity /
If only the combination of permeability and displacement, thickness and displacement, etc. change, then in general the impedance between a particular set of output parameters (eg, displacement and resistivity, etc.) in relation to coil geometry and operating frequency One particular point on the plane is found to correspond.

【0043】図に示されている本発明の好適実施例が、
図3においてより詳細に図示されている。本システムの
電子図路12は、発信器(オシレータ)50を有し、オ
シレータ50はインピーダンス回路網(ネットワーク)
52,うず電流センサ16及び一般に並列共振(parall
el resonating )コンデンサ54を駆動する。オシレー
タ50は所定の周波数(W)及び振幅(ZrLO°)で
駆動され、0度を計測されたとき一般に一連のコンデン
サを介してインピーダンスネットを励磁する。インピー
ダンスネットワーク,並列キャパシタンス及びオシレー
タの周波数は、上述の計測の目的に基づき、センサでの
駆動信号(ZsLφ°)の振幅及び位相のオシレータに
対する変化を最適にするように選択される。検知信号が
回線56にもたらされ、振幅検知回路58及び位相検知
回路60により復調されて、回線62及び回線64に各
々独立した振幅出力信号及び位相出力信号が作り出され
る。これらの信号はプロセッサ70に送られる前にアナ
ログ−デシタル変検器66,68に送られ、その結果、
プロセッサ70での処理のため用いられる信号がセンサ
からの振幅出力信号及び位相出力信号(各々独立してい
る)になる。これらの信号が回線71(計測されている
パラメータのうち少くとも1つに関連している)にデジ
タルもしくはアナログどちらかの出力信号をもたらすべ
く処理される。当業者であればアナログ処理もまた利用
し得ることは、明らかであろう。
The preferred embodiment of the present invention shown in the figures
This is illustrated in more detail in FIG. The electronic diagram path 12 of the present system has a transmitter (oscillator) 50, and the oscillator 50 is an impedance network.
52, eddy current sensor 16 and generally parallel resonance (parallel
el resonating) Drive the capacitor 54. Oscillator 50 is driven at a predetermined frequency (W) and amplitude (ZrLO °) and, when measured at 0 degrees, generally excites the impedance net through a series of capacitors. The impedance network, the parallel capacitance and the frequency of the oscillator are chosen to optimize the change in amplitude and phase of the drive signal (ZsLφ °) at the sensor to the oscillator, based on the measurement objectives described above. The sensing signal is provided on line 56 and demodulated by amplitude sensing circuit 58 and phase sensing circuit 60 to produce independent amplitude and phase output signals on lines 62 and 64, respectively. These signals are sent to analog-to-digital converters 66, 68 before being sent to processor 70, so that
The signals used for processing by the processor 70 are the amplitude output signal and the phase output signal (each independently) from the sensor. These signals are processed to provide either digital or analog output signals on line 71 (associated with at least one of the parameters being measured). It will be apparent to one skilled in the art that analog processing may also be used.

【0044】位相及び振幅平面に平行移動する成分を
(結果的に発生する)センサインピーダンスが有するよ
うに、インピーダンスネットワーク及び平行キャパシタ
ンスが選択される。一般的なケースにおいては、計測さ
れた効果が位相及び振幅平面において直交している必要
はない。むしろ、参照用テーブルあるいは数値的方法を
用いて位相座標及び振幅座標を抵抗率(もしくは厚さ等
の他のパラメータ)及び変位に平行に移せる場合、上記
インピーダンスの構成要素が平面上のある特定の一点に
対応して位置することが必要である。しかし、(このと
き)数値解析を用いることにより、出力信号の位相及び
振幅が特殊な性質(直線的な変位,温度の相対的安定
性,位相の効果及び振幅の効果がほぼ直交すること等)
を有するように、共振キャパシタンス及びインピーダン
スネットワークを選択可能である。もし位相における特
徴と振幅における特徴とが直交するならば、2つの信号
がほとんど影響し合わないため、処理がずっと容易にな
る。一つの例として、一方の出力信号が距離に、他方の
出力信号が素材の特質に関連している場合がある。しか
し、パラメータの一方が独立しており、他方のパラメー
タがこの独立したパラメータに従属している場合、解が
得られる可能性はもっと高くなる。つまり、この場合パ
ラメータが各々独立している場合よりも解がずっと容易
に得られる。
The impedance network and the parallel capacitance are chosen such that the (resulting) sensor impedance has a component that translates into the phase and amplitude planes. In the general case, the measured effects need not be orthogonal in the phase and amplitude planes. Rather, if the phase and amplitude coordinates can be translated parallel to resistivity (or other parameters such as thickness) and displacement using a look-up table or a numerical method, then the impedance component may be at a particular plane. It is necessary to be located corresponding to one point. However, by using the numerical analysis (at this time), the phase and amplitude of the output signal have special characteristics (linear displacement, relative stability of temperature, phase effect and amplitude effect are almost orthogonal).
The resonant capacitance and impedance network can be selected to have If the features in phase and features in amplitude are orthogonal, the processing is much easier because the two signals have little effect. As one example, one output signal may be related to distance and the other output signal may be related to material characteristics. However, if one of the parameters is independent and the other parameter is dependent on this independent parameter, the solution is more likely to be obtained. That is, in this case, the solution is much easier to obtain than when the parameters are independent.

【0045】図4及び図5に示されている曲線を形成す
るために、インピーダンスネットワークは一連の抵抗
(100Ω)及びコンデンサ(1250pF)からな
る。平行コンデンサは5000pFであり、センサは上
述のように45ΩのDC抵抗を有する。この構成によ
り、主に出力信号の電圧マグニチュードにおいて出現す
る変位が計測されると共に、主に位相電圧(phase volt
age )として起こる抵抗率の及ぼす効果がもたらされ
る。図4において、軸72は位相電圧に対応し、一方、
軸74は出力信号の電圧のマグニチュードを示す。見出
し76は、異なる種類の素材を各々抵抗率の値によって
示している。ゆえに、曲線78−84は、変位を抵抗率
の関数として示している。同じデータを各素材の厚さに
より特定される曲線(見出し97参照)を用いて、図5
に示される一群の変位曲線86−96としてグラフ化す
ることができる。ここでもまた、位相及びマグニチュー
ド平面上のある特定の一点が、ある特定の変位及び抵抗
率に移される。
To form the curves shown in FIGS. 4 and 5, the impedance network consists of a series of resistors (100Ω) and capacitors (1250 pF). The parallel capacitor is 5000 pF and the sensor has a DC resistance of 45Ω as described above. With this configuration, the displacement appearing mainly in the voltage magnitude of the output signal is measured, and the phase voltage (phase volt) is mainly measured.
age) has the effect of resistivity occurring. In FIG. 4, axis 72 corresponds to the phase voltage, while
The axis 74 shows the magnitude of the voltage of the output signal. The heading 76 indicates different types of materials by their resistivity values. Thus, curves 78-84 show displacement as a function of resistivity. Using the same data and a curve specified by the thickness of each material (see heading 97), FIG.
Can be graphed as a group of displacement curves 86-96 shown in FIG. Again, a particular point on the phase and magnitude plane is shifted to a particular displacement and resistivity.

【0046】幾つかの変位において計測された位相電圧
により形成された一群の変位曲線98−104が、図6
に図示されている。見出し106は、各素材の抵抗率を
示す。素材に対する出力信号の位相は、変位に対して比
較的独立しているが、完全に独立してはいないことに注
目されたい。実験において素材を選び分け特定するため
に、好適実施例のプロセッサ回路に単純な電圧比較器回
路を付加してもよい。
A group of displacement curves 98-104 formed by the phase voltages measured at several displacements are shown in FIG.
Is shown in FIG. The heading 106 indicates the resistivity of each material. Note that the phase of the output signal relative to the material is relatively independent of displacement, but not completely independent. A simple voltage comparator circuit may be added to the processor circuit of the preferred embodiment to select and identify the material in the experiment.

【0047】図7は、出力信号の電圧のマグニチュード
をセンサの変位と比較して図示したものである。曲線1
07−112の出力信号は、見出し114に抵抗率が示
されている各種の素材に対するオフセットシフトにより
特徴づけられる。素材を決定するべく位相電圧からの情
報を用いながら、本システムはオフセット補正信号を既
知の方法で発生させ、オフセット補正信号は曲線107
−112の信号に付加されて、素材から比較的影響を受
けない変位出力信号を作成し、同時にその素材が何かを
認識する出力信号を作成する。
FIG. 7 illustrates the magnitude of the voltage of the output signal in comparison with the displacement of the sensor. Curve 1
The output signal of 07-112 is characterized by an offset shift for the various materials whose resistivity is indicated in the heading 114. Using the information from the phase voltage to determine the material, the system generates an offset correction signal in a known manner, and the offset correction signal
A displacement output signal that is added to the signal of −112 to be relatively unaffected by the material is created, and at the same time, an output signal that identifies what the material is is created.

【0048】本発明は上述のシステムに代わる別の実施
例を含む。上述したように、缶製造過程においては、ア
ルミニウム製のカップ体を一連の型を介して引き延ばし
て完成された缶体を形成するため、パンチが使用され
る。型の磨耗や他の要因により起こる缶の厚さ変化に比
べ、パンチの厚さの変化はわずかに長い期間にわたり起
こる。缶の厚さの他に、上記の製造過程においてパンチ
の中心線が動く位置を知ることが望ましい。図8に示さ
れるセンサの構造は、缶の厚さ及びパンチの中央線が動
く位置の両方を同時に計測することを可能にし、よって
図1に関連して説明されたセンサの構造よりも幾つかの
点で有利である。
The present invention includes another alternative to the system described above. As described above, in the can manufacturing process, punches are used to stretch the aluminum cup body through a series of molds to form a completed can body. The change in punch thickness occurs over a slightly longer period of time as compared to the change in can thickness caused by mold wear and other factors. In addition to the thickness of the can, it is desirable to know the position at which the center line of the punch moves during the above manufacturing process. The structure of the sensor shown in FIG. 8 makes it possible to measure both the thickness of the can and the position at which the center line of the punch moves at the same time, and thus has several advantages over the structure of the sensor described in connection with FIG. It is advantageous in the point.

【0049】図8に、一対の向き合ったセンサ116,
118から成る差動センサアッセンブリ114が示され
ており、2つのセンサ116,118は、断面図で示さ
れている基体(基板)120に面している。基体120
はクラッディング122を含み、クラッティング122
はパンチ124の外表面に受容されている。回線12
6,128にもたらされるセンサ出力信号は変位に対応
し、各出力信号の電圧のマグニチュードから派生したも
のである。これらの信号が差動的に組み合わされて1つ
の差動出力信号が作成され、この差動出力信号はパンチ
の中心線位置を計算するために用いられる。差動出力信
号は缶がそこにあってもなくてもあまり影響を受けず、
ゆえに、パンチの中心線の位置をより正確に計測できる
ので、この点において本発明は有利である。図8の差動
センサの実施例によれば、また、温度がより安定すると
共に且つより直交する出力信号がもたらされ、この出力
信号は、厚さを計測するのに用いられる位相出力信号の
リフトオフ補正に使用する上で充分なマグニチュードを
有する。
FIG. 8 shows a pair of opposed sensors 116,
A differential sensor assembly 114 comprising 118 is shown, with two sensors 116, 118 facing a substrate 120 shown in cross-section. Substrate 120
Includes a cladding 122 and a cladding 122
Are received on the outer surface of the punch 124. Line 12
The sensor output signals provided at 6,128 correspond to displacements and are derived from the magnitude of the voltage of each output signal. These signals are differentially combined to create one differential output signal, which is used to calculate the centerline position of the punch. The differential output signal is not significantly affected whether or not the can is there,
Therefore, the present invention is advantageous in this point because the position of the center line of the punch can be measured more accurately. The embodiment of the differential sensor of FIG. 8 also results in a more stable and more orthogonal output signal, which is a phase output signal that is used to measure thickness. It has enough magnitude to be used for lift-off correction.

【0050】図9は、本発明に対応して設けられた第1
の変形例としてのセンサシステムの単純化された概略図
である。システム130は、図1に示されるシステムと
実施的に同一であり、回線134を介して励磁信号をセ
ンサ136にもたらす制御回路構成要素132を含む。
センサ136の内部には、センサコイル138がその一
端が被計測物140に隣接するよう配置される。被計測
物140は、基体142及び外側のクラッティング14
4を含む。
FIG. 9 shows a first embodiment provided according to the present invention.
FIG. 9 is a simplified schematic diagram of a sensor system as a variation of FIG. System 130 is substantially identical to the system shown in FIG. 1 and includes control circuit components 132 that provide an excitation signal to sensor 136 via line 134.
Inside the sensor 136, a sensor coil 138 is disposed such that one end thereof is adjacent to the measured object 140. The object to be measured 140 includes a base 142 and the outer clatting 14.
4 inclusive.

【0051】システム130には、励磁信号をコントロ
ーラから回線148を介して受容する第2センサ146
がさらに含まれる。センサ146は被計測物140から
距離を置いて配置され、よって被計測物140から電磁
的に影響されない。しかし、第2センサ146は、第1
センサ136と実質的に同一の環境内にあるように、よ
って、第1センサ136と同じ時間に同じ温度にあるよ
うに位置される。従って、第1センサ136及び第2セ
ンサ146の各信号を、温度の変動により生じる信号値
のあらゆるドリフトを除去するために使用できる。第2
のセンサの被計測物140からより距離をおいたコイル
からの信号は、コントローラにより受容される。コント
ローラを有する制御回路構成要素132は、第2コイル
からの信号のインピーダンスを基体表面に近い第1コイ
ルからの信号と比較することにより達成される補償(co
mpensation term )をもたらす。ゆえに、温度の変動に
より引き起こされた第1センサ136内での信号のドリ
フトが一切除去される。この構成において、本発明の複
数のコイルを使用するが、しかし使われ方は従来の技術
による装置における使われ方と同じではない。従来例の
ように励磁コイル及びセンサコイルから成る一組のコイ
ルを使用するのではなく、本発明は第2のコイルを温度
補償の目的のために使うだけである。
The system 130 includes a second sensor 146 that receives an excitation signal from the controller via line 148.
Is further included. The sensor 146 is arranged at a distance from the measured object 140 and is not electromagnetically affected by the measured object 140. However, the second sensor 146 does not
It is positioned to be in substantially the same environment as sensor 136, and thus at the same time and at the same temperature as first sensor 136. Accordingly, the signals of the first sensor 136 and the second sensor 146 can be used to eliminate any drift in signal value caused by temperature variations. Second
The signal from the coil of the sensor at a greater distance from the object 140 is received by the controller. A control circuit component 132 having a controller provides compensation (co) achieved by comparing the impedance of the signal from the second coil to the signal from the first coil near the substrate surface.
mpensation term). Hence, any signal drift in the first sensor 136 caused by temperature fluctuations is eliminated. In this configuration, the multiple coils of the present invention are used, but not in the same manner as in prior art devices. Instead of using a set of coils consisting of an excitation coil and a sensor coil as in the prior art, the present invention only uses the second coil for the purpose of temperature compensation.

【0052】図10は、本発明に従って設けられる第2
の変形例としてのシステム150の単純化された概略図
であり、被計測物151の位置を決定するべく差動的に
操作される2つのセンサを特徴とする。システム150
において、センサ152,154は各々回線158,1
60を介してコントローラ156情報をやり取りする。
センサ152,156は差動的に操作され、各センサに
対する被計測物の位置を示す第1の信号及び第2の信号
を発生する。センサ152から送られ受容される信号の
マグニチュードが、センサ154からの信号のマグニチ
ュードから索引される。被計測物の厚さを示す信号は、
最初に各センサからの位相出力に関連している。この厚
さに関する信号は、差動的なマグニチュード信号による
位置に起因する誤差をコントローラにより補正される。
この第2の変形例としてのシステム150の位置出力
は、その第2センサが上記のように使用されるため被計
測物の厚さ及び温度による影響からさらに離れることが
できる。
FIG. 10 shows a second embodiment provided according to the present invention.
FIG. 9 is a simplified schematic diagram of a variation of the system 150, featuring two sensors that are differentially operated to determine the position of the object 151 to be measured. System 150
, Sensors 152 and 154 are connected to lines 158 and 1 respectively.
The controller 156 exchanges information via 60.
The sensors 152 and 156 are operated differentially, and generate a first signal and a second signal indicating the position of the measured object with respect to each sensor. The magnitude of the signal sent and received from sensor 152 is indexed from the magnitude of the signal from sensor 154. The signal indicating the thickness of the object to be measured is
First, it relates to the phase output from each sensor. The signal relating to the thickness is corrected by the controller for an error due to the position due to the differential magnitude signal.
The position output of this second alternative system 150 can be further deviated from the effects of the thickness and temperature of the workpiece because the second sensor is used as described above.

【0053】本発明は、その好適実施例に関して図示さ
れ説明されたが、当業者であれば、本発明の精神及び範
囲から逸脱することなく様々な他の変更,省略及び追加
をこれになく得ることは理解されよう。
Although the present invention has been shown and described with respect to preferred embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that various other changes, omissions and additions can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It will be understood.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明により提供されるシステムの単純化され
た概略図である。
FIG. 1 is a simplified schematic diagram of a system provided by the present invention.

【図2】図1のシステムにより実行されるアルゴリズム
を用いた正規化インピーダンスに対する電気的性質及び
距離の効果を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph illustrating the effect of electrical properties and distance on normalized impedance using an algorithm performed by the system of FIG.

【図3】図1のシステムの電気的回路構成要素のより詳
細な概略図である。
FIG. 3 is a more detailed schematic diagram of the electrical circuit components of the system of FIG.

【図4】図1のシステム出力信号を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a system output signal of FIG. 1;

【図5】図の出力信号を示す2番目のグラフであり、一
群の変位曲線として示されている。
FIG. 5 is a second graph showing the output signal of the figure, shown as a group of displacement curves.

【図6】被計測物の表面からの複数のセンサ変位におい
て計測された位相電圧により形成された一群の変位曲線
を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a group of displacement curves formed by phase voltages measured at a plurality of sensor displacements from the surface of the measurement object.

【図7】本システムによりもたらされる出力信号の電圧
のマグニチュードを被計測物からのセンサ変位と比較し
て示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the magnitude of the voltage of the output signal provided by the system in comparison with the sensor displacement from the object to be measured.

【図8】本発明の実施例の一部であって図1に示されて
いるシステムの変形例としての差動センサアッセンブリ
を示す単純化された概略図である。
FIG. 8 is a simplified schematic diagram illustrating a differential sensor assembly that is part of an embodiment of the present invention and is a variation of the system illustrated in FIG.

【図9】本発明により提供される別の変形例であって、
2つのセンサを特徴とするシステムの単純化された概略
図である。
FIG. 9 is another variation provided by the present invention,
FIG. 2 is a simplified schematic diagram of a system featuring two sensors.

【図10】本発明により提供されるもう1つの別の変形
例であって、被計測物の位置を決定するべく差動的に操
作される2つのセンサを特徴とするシステムの単純化さ
れた概略図である。
FIG. 10 is another variation provided by the present invention, which is a simplified version of a system featuring two sensors that are differentially operated to determine the position of an object to be measured. It is a schematic diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 うず電流センサ 12 信号条件化電気装置 14 接続ケーブル 20 コイル 22 被計測物 Reference Signs List 10 Eddy current sensor 12 Signal conditioning electric device 14 Connection cable 20 Coil 22 DUT

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 596111575 1500 Garden of the G ods Road Colorado Springs,COLORADO,U SA (56)参考文献 特開 昭63−81262(JP,A) 特開 平6−300593(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01D 21/02 G01B 7/06 G01N 27/90 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (73) Patent holder 596111575 1500 Garden of the Gods Road Colorado Springs, COLORADO, USA (56) References JP-A-63-81262 (JP, A) JP-A-6-300593 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01D 21/02 G01B 7/06 G01N 27/90

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被計測物の物理的パラメータ特性を計測
する方法であって、上記被計測物の物理的パラメータが
素材,厚さ,温度,透磁率及び導電率を含み、予め選択
された直径の電気コイルを有する電流センサを設けるス
テップと、上記コイルを上記被計測物から分離距離だけ
離して位置するステップと、選択された角周波数の励磁
信号を上記コイルに供給するステップと、上記励磁信号
を計測して上記被計測物のパラメータを決定するステッ
プとを含む方法において、 システムの電気的パラメータを決定する電気的構成要素
を有すると共に、上記システムの電気的パラメータによ
り決定される励磁回路インピーダンスをさらに有する励
磁回路を設けるステップと、 上記被計測部の透磁率と抵抗率との実効積及び上記分離
距離が励磁回路インピーダンス平面において一点に位置
するように選択された一つの角周波数において、励磁信
号を上記コイルに供給するステップと、 上記励磁信号の電圧の振幅(マグニチュード)を計測す
るステップと、 上記励磁信号の位相を計測するステップと、 上記励磁回路インピーダンス平面上の一点を示す信号を
発生させるステップと、上記物理的パラメータ及び上記分離距離を含むパラメー
タのうち所望の二つの計算値を示す 信号を発生させるス
テップとを含むことを特徴とする方法。
1. A method for measuring a physical parameter characteristic of an object to be measured, wherein the physical parameters of the object to be measured include a material, a thickness, a temperature, a magnetic permeability, and a conductivity; Providing a current sensor having an electric coil, positioning the coil at a separation distance from the object to be measured, supplying an excitation signal of a selected angular frequency to the coil, Measuring the parameters of the object to be measured by measuring the excitation circuit impedance determined by the electrical parameters of the system. A step of providing an exciting circuit further comprising: an effective product of the magnetic permeability and the resistivity of the measured part and the separation distance are determined by an exciting circuit Supplying an excitation signal to the coil at one angular frequency selected to be located at a point on the impedance plane; measuring an amplitude (magnitude) of a voltage of the excitation signal; and a phase of the excitation signal. Measuring; a step of generating a signal indicating one point on the excitation circuit impedance plane; and a parameter including the physical parameter and the separation distance.
Generating a signal indicative of the desired two calculated values of the data .
【請求項2】 上記被計測物の透磁率及び導電率の実効
積が上記インピーダンスの虚成分としてのみ機能し、上
記分離距離の大きさが上記インピーダンスの実成分とし
てのみ機能するように予め選択された一つの角周波数に
おいて、励磁信号を上記コイルに供給するステップと、
上記被計測物の透磁率及び導電率の積の計算値を示す信
号を発生させるステップとをさらに含む請求項1記載の
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the effective product of the magnetic permeability and the electrical conductivity of the object to be measured functions only as an imaginary component of the impedance, and the magnitude of the separation distance functions only as a real component of the impedance. Supplying an excitation signal to the coil at the single angular frequency;
Generating a signal indicative of a calculated value of the product of the magnetic permeability and the conductivity of the device under test.
【請求項3】 被計測物の物理的パラメータ特性を計測
するシステムであって、上記被計測物の物理的パラメー
タが素材,厚さ,温度,透磁率及び導電率を含み、電流
センサと、上記センサを上記被計測物から分離距離だけ
離して位置する手段と、予め選択されたある角周波数で
励磁信号を上記センサに供給する信号発生手段と、上記
励磁信号を計測して上記被計測物のパラメータを決定す
る手段とを含むシステムにおいて、 システムの電気的パラメータを決定する電気的構成要素
を有すると共に、上記システムの電気的パラメータによ
り決定される励磁回路インピーダンスをさらに有する励
磁回路と、 上記励磁回路に電気的に接続され、直径が予め選択され
た一つの電気コイルを有するセンサと、 上記被計測物の透磁率と抵抗率との実効積及び上記分離
距離が励磁回路インピーダンス平面において一点に位置
するように予め選択された一つの角周波数において励磁
信号を上記コイルに供給する信号発生手段と、 上記励磁信号の電圧のマグニチュードを計測する手段
と、 上記励磁信号の位相を計測する手段と、上記物理的パラメータ及び上記分離距離を含むパラメー
タのうち所望の二つの計算値を示す 出力信号を発生させ
るプロセッサ手段とを含むことを特徴とするシステム。
3. A system for measuring physical parameter characteristics of an object to be measured, wherein the physical parameters of the object to be measured include a material, a thickness, a temperature, a magnetic permeability, and a conductivity. Means for positioning the sensor at a separation distance from the object to be measured, signal generating means for supplying an excitation signal to the sensor at a preselected angular frequency, and measuring the excitation signal to measure the object to be measured. Means for determining a parameter, comprising: an electrical component for determining an electrical parameter of the system; and an exciting circuit further having an exciting circuit impedance determined by the electrical parameter of the system; and A sensor having one electric coil, the diameter of which is pre-selected, and the effective product of the magnetic permeability and resistivity of the object to be measured. Signal generation means for supplying an excitation signal to the coil at one angular frequency selected in advance so that the separation distance is located at one point on an excitation circuit impedance plane; andmeans for measuring the magnitude of the voltage of the excitation signal. Means for measuring the phase of the excitation signal, and parameters including the physical parameters and the separation distance.
Processor means for generating an output signal indicative of a desired two calculated values of the data.
【請求項4】 上記被計測物の励磁率及び導電率の上記
実効積が上記インピーダンスの虚成分としてのみ機能
し、上記分離距離の大きさが上記インピーダンスの実成
分としてのみ機能し、上記プロセッサ手段が、上記被計
測物の励磁率と導電率との実効積の計算値を示す信号を
発生させる手段を含む請求項3記載のシステム。
4. The processor means wherein the effective product of the excitability and the conductivity of the measured object functions only as an imaginary component of the impedance, and the magnitude of the separation distance functions only as a real component of the impedance. 4. The system according to claim 3, further comprising means for generating a signal indicative of a calculated value of an effective product of the excitability and the conductivity of the object to be measured.
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