JP6493882B2 - 電磁センシング装置および電磁センシング方法 - Google Patents

Description

本発明は、大バルクハウゼンジャンプ現象を発生し得るように処理された複合磁性体の近傍に検知コイルを配設したセンシング装置、およびこれを用いる方法に関するものである。

大バルクハウゼンジャンプ現象は、複合磁性体に反転磁界を与えた場合に発生する急激な磁性変化である。この磁性変化は、与えられた磁界の反転速度に依存しないという特徴を有しており、物体の位置変化や回転の検出に利用される。
この現象の理論的説明は、特許文献（特許文献１、特許文献２参照）として掲げた公報に詳しく述べられているので説明を省略する。

図２（Ａ）は、大バルクハウゼンジャンプ現象を利用したセンシング装置の1例を描いた模式図である。
符号１を付して示したのは被検体であり、符号５を付して示したのはユニットボックスである。
可動部材である被検体１に磁石２が取り付けられており、静止部材であるユニットボックス５の中に、細い棒状の複合磁性体３と検知コイル４とが設置されている。

被検体１が移動しまたは回転して、これに取り付けられた磁石２の磁界が複合磁性体３に対して相対的に変化すると、該複合磁性体３が大バルクハウゼンジャンプ現象を発生して、検知コイル４に電気パルスを誘導する。
誘導電流は導出電線６を通って検知回路７に送られ、被検体１の運動が解析される。

特開２００７−２２５５３６号公報 特開２００６−３５２６０８号公報

前掲の図２（Ａ）のようにして被検体１の運動を検知すると、ユニットボックス５から検知回路７まで導出電線６を配線しなければならず、更に、検知された情報を利用する機器まで、該検知回路７から配線しなければならない。
遠隔地まで検出情報を伝えるには、電波又は光の利用が考えられる。公知技術によって遠隔地に情報を伝達するには図２（Ｂ）の構成が考えられる。

図２（Ｂ）参照。被検体１、磁石２、複合磁性体３および検知コイル４は前掲の図２（Ａ）と同様の構成部材である。
ユニットボックス５の中に電気パルスを検知する検知回路７と、該検知回路の検出信号を無線送信する送信回路８とが収納されている。９はアンテナである。
図示を省略するが、アンテナ９に代えて赤外線送信器またはレーザー発信機を設けても良い。

前述した図２（Ｂ）の構成によると、検知回路７や送信回路８に電力を供給するため、外部電源１１を設置しなければならない。
ユニットボックス５と別体に外部電源１１を設けると取扱いが面倒で、メンテナンス性が良くない。
該外部電源１１をユニットボックス５内に収納すると、電源を保守する手数を要し、かつ該ユニットボックス５にのぞき窓を設けなければならないので、ユニットボックスの密閉性を低下させる。

本発明は以上の事情に鑑みて為されたもので、密閉したユニットボックスの中に収納することができて、メンテナンスフリーな電磁センシングの技術を提供することを目的とする。

本発明の基本的な原理について、その１実施形態に対応する図１を参照して説明すると次の通りである。この［課題を解決するための手段］の欄は、図面との対照が容易なように括弧書きで図面符号を付記してあるが、この括弧付き符号は本発明の構成を図面のとおりに限定するものではない。

請求項１に係る発明の構成は（図１参照）、
大バルクハウゼンジャンプ現象を発生し得るように処理された複合磁性体（３）の近傍に検知コイル（４）を配設したセンシング装置において、
前記の検知コイルに発生した電気パルスを計数する回路（ＭＣＵ１４）と、計数した情報を入力する無線ユニット（１５）と、前記電気パルスを整流して計数回路および無線ユニットに供給する整流回路（１６）とを具備していることを特徴とする。
（注）本発明において「電気パルスを計数すること」と「センシング」とは同意である。
（注）無線ユニットを、赤外線またはレーザー発信機で代替することができ、本発明において均等である。

請求項２に係る発明の構成は、前記請求項１の発明装置の構成要件に加えて、
電気パルスを整流して得られた電力を蓄えて計数回路（１４）および無線ユニット（１５）に供給する電力貯蔵手段（１６ｃ）を備えていることを特徴とする。

請求項３に係る発明の構成は、前記請求項２の発明の構成要件に加えて、
検知コイルに発生した電気パルスを計数する回路（１４）と、計数した情報を入力する無線ユニット（１５）と、前記電気パルスを整流して計数回路および無線ユニットに供給する整流回路（１６）とが、ユニットボックス（５）内に密閉収納されていることを特徴とする。

請求項４の発明に係る方法は、
大バルクハウゼンジャンプ現象を発生する複合磁性体（３）の近傍に検知コイル（４）を配設し、該複合磁性体に対して磁界の変化を及ぼす部材（磁石２）の移動をセンシングするとともに、センシングした情報を無線ユニット（１５）によって送信する方法において、
前記検知コイル（４）に発生した電気パルスを整流し、センシング回路（１４）および無線ユニット（１５）の電源として用いることを特徴とする。
（注）電気パルスの全部を整流する必要は無く、電気パルスの１部分を整流すれば足りる。

請求項５の発明に係る方法は、前記請求項４の発明方法の構成要件に加えて、
電気パルスを整流した電力の１部分を電力貯蔵手段（１６ｃ）に蓄え、センシング回路および電磁波送信回路の電源として用いることを特徴とする。

請求項１の発明装置を適用すると、従来においては単に情報検知の信号としてのみ利用していた電気パルスを、エネルギー源としても活用して、計数回路および無線ユニットの電源とする。これにより、外部電源を必要とせずに検出した信号を遠隔地に送信することができる。

請求項２の発明を前記請求項１の発明に併せて適用すると、当該電磁センシング装置を小形軽量に構成することが出来、しかも電源のメンテナンスに手数を要しない。

請求項３の発明を前記請求項２の発明に併せて適用すると、当該装置を構成する主要な静止部材が、ユニットボックス内に密閉して収納されるので、メンテナンス性が良い上に、耐久性に優れている。

大バルクハウゼンジャンプ現象を発生する複合磁性体の近傍に検知コイルを配設して、前記複合磁性体に対して磁界の変化を及ぼす部材の移動をセンシングするとともに、
センシングした情報を無線ユニットによって送信する場合、請求項４に係る発明方法を適用すると、
検知コイルに発生した電気パルスの1部分を整流することによって無線ユニットの電源が得られるので、外部電源を必要としない。

本発明の１実施形態を示す模式的な系統図である。 図２（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ従来例のセンシング装置を描いた模式的な系統図である。

図１に示した構成部材の内、被検体１，磁石２，複合磁性体３及び検知コイル４は図２（従来例）に示した構成部材と同様ないし類似である。
検知コイル４に誘導された電気パルスは入力切替リレー１２によって２つに分けられ、２分された電気パルスの片方がリミッタ回路１３を介してマイクロ コントローラ ユニット（ＭＣＵ）１４に送られるとともに、その他方は整流回路１６に送られる。
（注）上記のマイクロ コントローラ ユニット（ＭＣＵ）は、前記の電気パルスを計数して解析する回路を備えている。

説明の便宜上、この段落で本実施形態の概要的な動作を説明し、個々の構成部材の構造機能は後に詳しく述べる。
複合磁性体３に生じる電気パルスを思考的に、信号成分とエネルギー成分とに区分して、
（イ）信号成分はマイクロ コントローラ ユニット１４によって計数・解析し、得られた情報を無線ユニット１５によって送信する。
（ロ）エネルギー成分は整流蓄電回路１６によって直流電力に変換し、前記マイクロ コントローラ ユニット１４や無線ユニット１５に供給する。

前述のごとく、電気パルスを信号成分とエネルギー成分とに区分するという技術的思想が本発明の基本であって、従来は信号としか認識していなかった電気パルスをエネルギー源として利用する。
実際問題として、整流蓄電回路１６で発生した直流電力の電圧,電流がマイクロ コントローラ ユニット１４及び無線ユニット１５の所要電圧,電流に適合しなければならないので、本実施形態においては入力切替リレー１２やリミッタ回路１３を設けて次のごとく自動的に制御する。

マイクロ コントローラ ユニット１４は、動作に必要な電力が供給されると、データの入力をスタンバイするとともに、入力切替リレー１２に対して、パルス信号の入力を可能ならしめるように切り替える命令信号を送る。
この命令信号を受けた入力切替リレー１２は、リミッタ回路１３にパルス信号を送る。
リミッタ回路１３は、パルス信号のピーク電圧がマイクロ コントローラ ユニット１４の定格電圧を超えないように処理して該マイクロ コントローラ ユニットに送る。

マイクロ コントローラ ユニット１４は処理されたパルス信号に基づいて、予め設定されていたプログラムに従って被検体１の運動状態を算出する（本例においては、被検体の回転速度および延べ回転数を算出した）。
算出されたデータは無線ユニット１５に送られる。
無線ユニット１５は、特定小電力無線局用のマイクロアンテナを備えていて、前記のデータを無線送信する。
図示を省略するが、前記無線ユニット１５及びマイクロアンテナに代えて赤外線送信器、またはレーザー送信器を設けることも出来る。

整流蓄電回路１６は電力貯蔵手段の１例としての電気２重層コンデンサ（キャパシタ）１６ｃを備えている。本発明を実施する場合、リチウムイオン電池やニッケル水素電池など適宜の電力貯蔵手段を適用することができる。
該電気２重層コンデンサの蓄電量が乏しくなると、マイクロ コントローラ ユニット１４がこれを検知して入力切替リレー１２を切り替え、検知コイル４で発生した電気パルスの全量を整流蓄電回路１６に供給させる。
また、電気２重層コンデンサの充電率が１００％を超えると、入力切替リレー１２を制御し、整流蓄電回路１６への電気パルス入力を制限して過充電を防止する。
さらに、電気２重層コンデンサは、イオン分子が電荷を蓄えるため、充放電による劣化は少なく、１０万から１００万回程度の充放電サイクルが可能であり、蓄電の技術分野に好適に採用される。

無線ユニット（または赤外線送信器やレーザー送信器）１５から送信される情報は、適宜に離間した箇所で受信し、
ａ．液晶画面もしくはブラウン管に表示して監視し、
ｂ．電話回線によって更に遠隔の箇所に送信し、
ｃ．ＣＰＵに入力して設備全体の制御に協力し、
ｄ．ＨＥＭＳ(Home Energy Management System) またはＢＥＭＳ(Building Energy Management System)等のＥＭＳ(Energy Management System)に入力し、
ｅ．防犯システムに入力する 等、各種の実用的な用途に供することができる。

図1を参照して以上に説明した実施形態においては整流蓄電回路１６が、電力貯蔵手段（キャパシタ）を備えていて、電気パルスを整流して得られた電力を一旦電力貯蔵手段に蓄えてからマイクロ コントローラ ユニット１４や無線ユニット１５に供給したが、これと異なる実施形態として、電力貯蔵手段を省略することもできる。
この実施形態を実施するには、検知コイル４の出力をなるべく大きく設計製作するとともに、マイクロ コントローラ ユニット１４や無線ユニット１５の消費電力が小さいように設計製作する必要が有る。

１…被検体
２…磁石
３…複合磁性体
４…検知コイル
５…ユニットボックス
６…導出電線
７…検知回路
８…送信回路
９…アンテナ
１０…送電配線
１１…外部電源
１２…入力切替リレー
１３…リミッタ回路
１４…マイクロ コントローラ ユニット（ＭＣＵ）
１５…無線ユニット
１５ａ…マイクロアンテナ
１６…整流蓄電回路
１６ｃ…電力貯蔵手段の１例としての電気磁石２重層コンデンサ（キャパシタ）

Claims (5)

1. 大バルクハウゼンジャンプ現象を発生し得るように処理された複合磁性体の近傍に検知コイルを配設したセンシング装置において、
   前記の検知コイルに発生した電気パルスを計数する回路と、
   計数した情報を入力する無線ユニットと、
   前記電気パルスを整流して計数回路および無線ユニットに供給する整流回路と、
   前記電気パルスの供給を前記計数回路と前記整流回路との間で切り替える入力切替リレーと
   を具備していることを特徴とする電磁センシング装置。
2. 前記電気パルスを整流して得られた電力を計数回路および無線ユニットに供給する整流回路は、電力貯蔵手段を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の電磁センシング装置。
3. 検知コイルに発生した電気パルスを計数する回路と、計数した情報を入力する無線ユニットと、前記電気パルスを整流して計数回路および無線ユニットに供給する整流回路とが、ボックス内に密閉収納されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁センシング装置。
4. 大バルクハウゼンジャンプ現象を発生する複合磁性体の近傍に検知コイルを配設して、前記複合磁性体に対して磁界の変化を及ぼす部材の移動をセンシングするとともに、
   センシングした情報を電磁波によって送信する方法において、
   入力切替リレーによって、前記検知コイルに発生した電気パルスを、前記検知コイルに発生した電気パルスを計数する回路と、前記電気パルスを整流して前記計数回路および無線ユニットに供給する整流回路との間で切り替えて供給し、
   前記検知コイルに発生した電気パルスを整流し、センシング回路および電磁波送信回路の電源として用いることを特徴とする電磁センシング方法。
5. 電気パルスを整流した電力の１部分を電力貯蔵手段に蓄え、センシング回路および電磁波送信回路の電源として用いることを特徴とする請求項４に記載の電磁センシング方法。

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