JPH02269955A - 変化する電磁界を用いて材料の性質または特性を測定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は非金属材料の性質または％ａ　ｔ−６１１１
１定する方法に関する。この方法は、時間と共に変化す
る磁界に材料全通し、感知コイルに誘導される信号を処
理することを意味する。材料は非金属性であるが、それ
は例えば信号を発生させるうす電流の流れｔ作るのに用
いられる周波数で十分な導を率七有することがある。材
料に、本発明による方法で測定し得る微小信号をも主し
ることがある誘電率または反磁性をも有すると思われる
。

本発明の応用には、食品の識別や分類、食品の水分／塩
／砂糖含有量や成熟／新鮮あるいは円熟、アイスクリー
ムの空気含有ｋまたは冷凍度もしくはその両方、鉄添加
物の制御、温度次第である導電率含有する材料のバルク
またはコア温度の測定、および肉の脂肪／赤身／骨の比
の測定などが含まれている。

食品の性質や特性に伴う方法がここに述べられているが
、言う１でもなく、本発明は共晶工業での使用に制限さ
れない。

ＧＢ−Ａ−１３９８７３５は、動物の組織にある脂肪の
含有量を測定する方法および装置ｋ開示している。引用
文は、身体の細胞の大部分に邂解質全含むが、脂肪は電
解質を含まず、したがって脂肪は赤身肉よυも導′を率
がはるかに低いことを堅めている。またそれは、１０　
ＭＨｚ〜１００　ＧＨｚの範囲内のＶＨＦで、赤身は脂
肪ニジも多く導電し、特に１０　Ｍｎ２でに、赤身な脂
肪の約２０倍も導電することも教えている。引用文は、
「容量性または直接結合」、「放射性結合」および「誘
導性結合」全比較・対照するが、既知強度の電磁界の使
用を伴う誘導性結合の使用を特に教えている。この方法
はサンプル全界に導入すること（七扛が残ってい′ｆｃ
り捕えられている場合）、およびサンプルの界に及ばず
影響？測定することｔ含む。一般に、サンプルは外部の
影響に対して保護するように慎重に遮へいさｎている長
いコイルの軸線上に訛か詐る。コイルは高周波信号（１
０ＭＨｚ程度の）に工って付勢式ｎ５感知コイルは電力
増幅器に接続さｎた可変利得回路を制御するように帰還
装置に使用さ扛、そｎによって電磁界は事実上一定の値
に保た扛る。サンプルに誘導ちれる電流は、エネルギー
七７ユール熱の形で失わせる。この損失は、誘導電流の
電気慣性作用に腑えて、負荷−よたは駆動インピーダン
スの変化としてコイル装置に反射されて戻される。この
負荷インピーダンスの変化に、電力吸収の大きさを与え
るように感知されて、吸収された電力の童はサンプルの
体重についての脂肪／赤身官有量國関連さ扛る。

引用文は特に、負荷インピーダンスの実数部分が電力吸
収に及ぼす影響について良好な近似法全実行することが
できることを教えている（第１式）。

さらに詳しく述べれば、サンプルに誘導された電力ＣＰ
）にその寸法お：び物理特性に関連式れ、また周波数の
二乗（ω２）に関連１扛る。特にサンプルに誘導される
電力（Ｐ）（すなわち第１式）は、リアクタンスが抵抗
よりも２桁低い値を有する粂件の下で測定することがで
き、つまクリアクタンスを無視することができる。この
ような状態は、リアクタンスの作用全有効に除去するＶ
ＨＦ（ＭＨ２範囲ＩＦ３）の使用全意味する。換言すれ
ば、抵抗分の作用はＱ２に従って増■するが、無効分の
作用はωにのみ比例する。

この先行技術の方法はＶＨＦ　（例えば１０　Ｍｎ２　
）を使用するので、感知コイルに酵導き詐る（すなわち
サンプルによる）信号の無効分の変化を検出するのが不
可能であるのは、それが抵抗性信号により苦しめられる
ように微小だからである。したの使用を言ったシ教えた
シしない。しかし、以下で明らかになると思うが、本発
明が無効分と抵抗分の両方の変化ｋ　ｄＪＪ定すること
に依存しているのは、それが例えば引用文に使用さ扛る
周波数り夛も約２桁低い周波数で作動する方法を使用す
る。だげではなく、例えば感度の２桁高い検出法ｔも使
用するからである。こうして、ＧＢ−Ａ−１３９８７３
５と比べて、本発明は電力吸収の８１１３定に依存して
いない（その理由に測定の途中で電力が有効に変化しな
いからである）。

本発明は、結合の変化の結果として無効分に測定可能な
変化が生じるようにサンプルが特殊コイル装置を通され
るとい５点で、以下に説明する通シ動的方法をも使用す
る。（）Ｂ−Ａ−１３９８７３５では、その方法が静的
であるのに、サンダルがコイル装ｆｆｉ内で静止してい
るからであり、また本方法ハコイルの「９」を持っ負荷
インピーダンスをまず測定して次にサンプルによるコイ
ル「占有」で持つ負荷インピーダンスを次に測定する間
の差ＧＢ−Ａ−１３９８７３５は肉の中の脂肪／赤身の
比を（ｌｉｌＪ定する方法を開示しているが、そｎは食
品工業界にとって問題のどんな退却区域をも述べていな
い。しかし果物と野菜は一段と重要な食品源である（自
然発生の果物および野菜を処理することによって作ら才
りる食品を言む）。果物と野菜の腐敗による健康上の危
険は陶業界で遭遇するほどきびしくないと思われるが、
消費とそのマーケクテイングに対する適切さの面で七ｎ
らの品質を決めることがきわめて望ましい。この間ｌｌ
：１’に扱う本発明以前の有意義かつ実際的な提案はな
い。

ＧＢ−Ａ−１６０３５７８はいろいろな金属物体間を区
別する方法を開示している。特に、それは各ｊん波数用
の磁界全供給するように複数個の周波数が順次適用され
るコイル組立体の使用を教えている。同−金屑だが異な
る断面積を有するサンプルがコイル組立体に導入δｎて
いる。谷金属サンプルによる電圧不平衡の真の抵抗分が
そのとき測定される。真の抵抗分全ゼロ度の移相（すな
わち印却ｊ８波数の位相の１°以内）に関係させるよう
に、７多相補償が大切である。２個の整合済２次コイル
がバッキング（ｂｕｃｋｉｎｇ　）関係に接続され７Ｊ
１つ可変抵抗器が２欠コイル配列に接続されている１つ
の実施例も説明される。引用文は主とじて金属検出を取
９扱っているが、そｆＬは王として導電性の動物組織に
関する試験結果全得る工うに１〜１０　ＭＨｚのゴ絶囲
まで周汲数七増〃ｕすることに触れている。

この引用文は只料品の品質ｋ　Ｋ鋏と共に存在する問題
の種類紮述べていないほかに、そｔは王として具の抵抗
分の６１；」定に依存し、したがって不発明とは全く別
イ固のものである。

したがって、本発明の直面する全敗的な問題は、非金属
材料、ｌ（”ｑＫ責品の性質や特性ｒ測定づ−゛るのに
用いらｎ、ρ箋つ正確で確実な結果？ｉ−提供する工う
に異なる材料に加えら７Ｌるだけの来秋性のある一般的
な方法ケ提供することである。

本発明に＝９、非金属材料の性質またに特性音０１１」
定する方法は、 （ａＪ　　時間と共に変化する電磁界全１欠コイルに発
生させる段階と、 （’ｂｌ　　電磁界の近くに感知コイル全用意する段階
と、（Ｃ）　　非磁気材料ｋｔ電磁界内導入し、それに
よって信号が感知コイル内に作らｎる前記導入段階と、 （ω　感知コイルに作ら扛た信号を検出しかつそれを用
いて前記材料の性質や特性を測定する前記検出段階と全
含み、その方法は ｔｅｌ　　前記電磁界内の前記材料の存在により感知コ
イルに誘導さ牡る信号の無効分に区別可能な変化を与え
る前記ｔａ界全全発生せる周波数を使用することと、 （ｆ）　　前記電磁界のみによシ感知コイルに誘導され
るどんな電圧でも除去し、七ｎによって前記無効分の変
化上検出する装置の感度全改良することと、 （ｇ）材料が前記電磁界全通過するにつれて、材料の複
合インピーダンスにより感知コイルに誘導される信号の
抵抗分および無効分を測定することと、 （ｈ）　　複合インピーダンスの前記成分を用いて非金
属材料の性質−？特性全測定すること、全有することｔ
−特命としている。

抵抗分および無効分は直角位相分、すなわち９０′だけ
位相が離れた成分として６（１ｊ定されるので、それら
に例えばアルガン（Ａｒｇａｎａ　）図表の上の点とし
て測定さ扛る。そのＬすな図の上で、１つの軸線は真の
抵抗？表わし、また他の軸は真のりアクタンスを表わし
、点の位置は真の抵抗分と無効分の座標と対応している
。全く同様に、抵抗分および無効分に、当業名周知の同
等のパラメータである振幅および位相測定によって表わ
すことができる。別の極またはカーテシアン座標上使用
することができ、あるいは同じ複合インピーダンス情報
を供給するこｔと同等のどんなものでも使用することが
できる。そのような別法は、各成分が例えば無効分と抵
抗分の両万全含むことがある場合でも、「無効分および
抵抗分」という語句によってカバーさ扛る。主な要求事
項は、複合インピーダンスが座標系または他の同様に表
わされるものの上の点（周波数次第）の軌跡として測定
し得ることである。

複合インピーダンスの成分は、９０°の相対位相差で作
動する別々の位相検出器によって感知される。（しかし
、成分は座標の決定的な対が引き出でれる異なる相対位
相差でも感知される。）直角位相成分で作動する位相検
出器は純然たる無効分および抵抗分音容易に測定するこ
とができる。

（しかし、おのおのが無効分および抵抗分（または振幅
と位相）′に測定し得る無効ならびに抵抗の両成分によ
る信号全作る位相検出器も使用されることがある。） 適当な場合として、変化する′ｉａ磁界全発生させるの
に用いられる周波数は５０　ＫＨｚ〜Ｉ　ＭＨｚの範囲
内であるが、使用周波数は測定すべき性質または特性を
有する非金属材料のサイズならびに％徴に左右される。

通常、周波数な区別し得る無効作用（すなわち抵抗作用
によって圧倒さｎない）を作るようにＫＢＺ範囲内にあ
ると思われる。

感知コイルは１次コイルの近くにあるので、それは通常
、直接結合の結果としてそこに誘導される大きな電圧全
有するものと思われる。この電圧が除去されなげればな
らないのは、非金属材料の電磁界通過による結合の変化
が無限小に小さい（例えば本発明は後者の変化を感知す
るために１００万分の１の感度を有することがある）か
らである。

感知コイルに誘導されるどんな電圧でも除去される本発
明による装置上使用することによって、検出の感度は増
加さｎて、サンプルの電磁界通過による結合の極めて微
小な変化は検出可能である。

この感度により、先行技術の引用文の場合よジもはるか
に低い周波数全使用することができる。し九がって抵抗
分は先行技術よりも何千分の１も小さく、無効分の桁よ
りも小さい桁全有し、七ｎによって座標糸で測定される
有意義な複合インピーダンスが併給さ扛る。

直接結合電圧は、１つのケースでは、感知コイルの巻線
の面が１欠コイルの巻線の面に垂直であるように、感知
コイル全配列することによって除去することができる。

これは後者の電圧を大幅に減少しかつより小さい作用を
無視することができる。しかし、直接結合電圧が１次コ
イルによ）発生さＲ，６電磁界によジ感仰コ・アル内に
反対の電圧ヲ篩弄することによって平衡される場合は、
他のコイル構造が可能である。この場合には、直接結合
電圧は２次コイル装置ｉｔ全平衡させることにニジ釣り
合わさＩＬる。こｎμ反対の゛電圧が作らｎる遊ひコイ
ルを使用することによって実際に連成て扛るが、これが
別の方法で１仄コイルと共動しないのは、七才しかコイ
ル装置を辿り、七ｎＫ沿って非金属材料が感知コイル内
に複合インピーダンス信号を発生させるように通る通路
の部分全形成しないからでめる。こｎらのコ・アルの構
造を下記に詳しく説明する。

本出願人は、細胞質構造物を有する野菜物質の甲に高周
波数でうず電流が流れることを発見した。

これμ、そのような物質が特に医はで測定式れた場合に
非導電体として常時見なされる点で驚くべき作用である
。ここに使用された周波数で生じるこの導電率は、細胞
プラント構造内に形成される容量性素子によることが判
明した。第４図はアボガドナシのような植物材料の容量
性および抵抗性作用金モデル化する概略等価回路の図で
ある。容量性うす電流は前もって磁気材料とのみ期み合
わされた正の無効分ケ生じる。第６凶はグラフの軸が直
角位相の無効分２よび抵抗分を表わす概略アルガン図表
である。一定の共晶は独！才の位はに置かれる正の無効
分を有することがこのグラフから見ら扛る。

アざガドナシの工うな果物の場合には、使用周波数は無
効分と抵抗分が比較できかつ位相差が約４５°であるよ
うな周波数であることができる。これは、無効分と抵抗
分との間の位相角が果物の成熟（または劣化）につれて
変化し、したがって果物がその新鮮さの尺度であること
ｔも発見した点で有利である。したがって、無効分が抵
抗分と比較できる周波数が選択式れることが望ましい。

したがって本発明が食品分析の新分野全開拓しているの
は、七ｎが各種食品の鮮度や成熟度會検査したり、それ
らの準備、貯蔵または増扱いと組み合わされる工程￥Ｃ
桐御したすする異なつ九方法で使用することができるか
らである。

特に、不発明はうす電流がｖｊ、４さ扛たり、導電率や
反蜂性籍法を有する食品の鮮度や成熟度を担１ｊ定する
万＠’ａ［供するが不方法は、 （ａ）＃間に↓る食品の愛化勿表わす複合インピーダン
スのモデル値を供給する段階と、 （Ｌ＋）　　高Ａ波超磁界會通治したとき食品内に誘導
式れる直圧の無効分の区別し得る変化上杵る周波数にぶ
る前記隠峰界ケ発生式せる段階と、（ＣＪ　　前記電磁
界のみにエフ感知コイル内に誘導されるどんな電圧でも
除去し、そのｇ仰コイルは前記無効分および抵抗分を慣
用するのに用いらｎる前記除去段階と、 （ａ）　　賞品のａ付インピーダンスに工９感知コイル
内Ｖこ誘導される無効分と抵抗分のいす扛？も測定する
段階と、 （θ）食品の鮮に一？成熟度ケ測定するのに用いられる
最迩の相関を供給する工すに前記モデル値と前記成分と
を相関させる段階とを含んでいる。

野菜、例えはポテトやアボガドナシ、またはメロンの場
合、野菜はその基本組成だけではなくその鮮度にも左右
される測定可能な導を率を有するものと思わ匹る。その
ような物質が腐敗するにつれて、細胞境界に変化が起こ
り、こｔらは抵抗分の増那および容量分の減少につなが
る。これらの変化は腐敗の程度を測定するのに用いられ
、したがって本発明は例えば果物の分類やその貯蔵寿命
の測定、例えば市場出荷時の標示、ならびに他の諸目的
に適用することができる。

肉の場合、脂肪、赤身および骨の相対的割合がその導電
率に影響すると思われる。また、抵抗分の方が重要であ
り、それは肉の一部におけるこれらの構成部分の割合に
対するガイドとして使用することができる。しかし、本
発明は別法として、例えば空気乾燥のサラミのような肉
の成熟度を測定するのに使用することができる。この場
合、５日から２５日まで経つと、導電率の読みは最初の
値の半分まで漸減し、し九がって抵抗分の変化は乾燥工
程を監視するための測定として、また薄切シのための適
当な成熟度のイン−ライン検査として貴重であることが
判明している。

不発明がコイル装置全通過する異なる食品全識別するの
に用いられるのは、異なる食品が異なる％僧の無効分お
よび抵抗分を供給するからである。

感知さ扛た信号の位相は電磁界を作る駆動・電圧の位相
に関係がちり、感知された信号の振幅および位相は使用
周波数次第である。し九がって、これらの特徴全知ｎば
、食品？誠別することができる。

一定の食品は、例えば脂肪と油のよ５な完全な絶縁物の
場合のように、無効分も抵抗分をも示さないことがある
。しかし、脂肪はその反磁性透磁率により負の無効分を
持っている。純粋な水もその反磁性透磁率（μｍ０．９
９９９９１　’）により無効分のみを持っており、純粋
なときそれは導電しない。そのような値を検出する所要
の精度な１００万分の９であるが、こｎは位相角上感知
・測定する感度により本発明で達成することができる。

蛇口からの生水は顕著な導電度を示す十分なミネラル要
素を含んでお）、したがって−段と強い効果を作る。

果物おＬび野菜は、磁気作用とのみ前もって組み合わ式
れる正の無効作用で示すことが判明している。これは七
扛らの細胞の性質によるが、この場合うす電流は細胞の
境界に形成されるキャパシタンスに工９（ここに使用さ
牡た周ｍミ数で）強められる。無効分め変化および無効
分と抵抗分との両方の変化が品質の変化上表わすことが
できるのは、野菜および果物の成熟がこｎらの成分のい
ずれか一方もしくは両方の変更につながる細胞構造の変
化音生じさせるからである。本発明の感度のみが測定可
能なこｎらの変史全示している。

こうして、本発明は人間の介在や取扱いを必要としない
で食品の鮮度および品質？検査する準備手段を提供する
のに用いられる。七ｎはまた、検査される食品全損傷さ
せずに用いられかつ「オン・ライン」、すなわち食品が
コンベア・ベルトで輸送さルている場所で使用すること
ができる。

無効分および抵抗分はデイジタル値に変撲することがで
き、これらの値は次に特定な種類の食品の受入れ可能ま
たに不可能な品質を表わすディゾタル値の範囲と比較式
する。

別法として、またはさらに、ディジタル値のライブラリ
ーは異なる食品について記憶されるので、異なる種類の
宗品全、例えばコノピユータ・プログラムに従って最良
の相関？計算することにより区別することができる。デ
ィジタル値は、例えば肉の甲の脂肪／赤身／骨の相対的
な割合ｋ　＋ｉｌｌ定する試験値と比較するために記ｗ
１嘔することがある。

あらゆる場合に、食品は適当な信号処理装置と、望まし
くない品目全拒絶したりそれらｔ在庫管理の目的で評価
するなどのような一定の動作？果たす装置とを営む装置
の感知ヘッド′に簡単に通ることができる。

本発明の１つの実施例によυ、不方法は（ａ）　　時間
と共に変化する電磁界全発生させる第１コイル装置と、 （１））　　前記第１コイル装置に隣接して前記電磁界
のみによシミ圧が誘導さ扛る第２コイル装置であシ、前
記第１および第２コイル袈置はいずｎも非金属材料が通
ルる領域を囲む前記第２コイル装置と、 （Ｃ）　　前記第１コイル装置に隣接するが前記領域を
囲まない第６コイル装置であり、前記第２コイル装置に
誘導さｎｆｃ電圧に事実上釣り合わせる工うにそこに反
対の電圧が誘導される。Ｃ′）な寸法に作らｎる前記第
６コイル？：置と全含む、感知ヘッドによって実行され
る。

上記の感知ヘッドは、コイル装置に通されるす／プルの
断面の垂直面にうず′４．Ｒｋ誘導する軸線方向の″ｒ
ｌＬ出界を使用する。（−・ンバーガーのような）平ら
な製品では、水平面内に一段と有効なうず電流の通路が
あり、こｔは垂直な成砧昇？要求する。

後場の場合には、感知ヘッドに （ａ）　　時間と共に変化する電磁界上発生させる第１
コイル装置と、 （１））　　前記電磁界のみに↓シミ圧が誘導さ扛る前
記第１コイル装置に隣接するｇ２コイル装置であシ、前
記第１および第２コイル装置は非磁気材料が通るべき感
知ヘッドを経る通路全形成するように隔置さｎている平
行な面内に巻かれている前記第２コイル装置と、 （Ｃ１前記第１コイル装置に平行な面内に同じく巻か扛
るが前記通路を形成するために七扛と共動しない第３コ
イル装置であり、前記第２コイル装置に誘導される電圧
ｔ４１実上釣り合わせるようにそこに反対の電圧が誘導
場ｎる工うな寸法に作られかつ負か詐る前記第６コイル
装置と、を含んでいる。

ある場合には、第６コイル装置は下記を會む感知ヘッド
全供給することによってなしで隣ますことができる： （ａｌ　　時間と共に変化する電磁界上発生させる第１
コイル装置と、 （ｂ）前記第１コイル装置に隣接配置式詐るが前記第１
コイル装置の巻線の面に垂直なその巻線の面を持つ第２
コイル装置と、 （ｃ）　　前記第１および第２コイル装置に隣接して非
磁気材料を輸送すべき通路を形成する装置であジ、前記
第１および第２コイル装置は非磁気材料が前記通路で輸
送されるときに共動し、七ｎによって前記第２コイル装
置に信号が誘導式ｎる、前記通路形成装置。

上記の感知ヘッドはどれでも、さらに下記全含む装置に
使用δ扛る： （ａｌ　　前記第２コイル装置に誘導さ扛る信号の無効
分の区別可能な変化を供給する周波数によって前記第１
コイル装Ｒ金付努させる装置と、（ｂ）　　材料全前記
領域に通しｆｃり、前記通路に沿って通す装置と、 （ｃ）　　非磁気材料の通過により前記第２コイル装置
にある（ｉ号音感知する装置と、 （ｔｉ）　　信号の無効分および抵抗分音測定する装置
と、＜８）　　無効分および抵抗分に応じて非金属材料
の特性全識別したり測定する装置。

本発明は、検出さ扛た信号の無効分および抵抗分がおの
おの電磁界を通る非磁気材料のサイズならびに方位（Ｋ
＠界の方向に左右さ扛る）に工って異なる影響を受ける
ことがある点で、もう１つの問題点を１識する。例えば
、果物はサイズが変わることがあるが、そ扛は全体とし
て一定の形状と導を率を有することができる（例えばメ
ロンの場合のように）。別なものとして、チーズ片は同
じサイズと形状を有することができるが、それらは異な
る方位にｔｉ界を通過することができるであろう。こう
して、電磁界？通過する材料の断面の変化は、感知さｎ
た脈動信号と脈動電磁界との間の相対位相角の変化によ
り無効分と抵抗分全変化させる。これらの変化はサイズ
または方位もしくはその両方に関するデータ？入力した
９、等級対象物を大小別に分類しかつ七ｎらを感知以前
に方向づける段階を踏むことによって補償することがで
きるが、こｎは労力や費用および時間のかかる動作とな
る。

本発明は、上記の方法で、無効分および抵抗分音処理し
かつ電磁界全通過する材料の断面の変化によって事実上
影響を受けない値上計算する処理された成分を用いる段
１ｉｔｕ示すことによって、この追加の問題を解決する
。

不発明の好適な実施例では、無効分および抵抗分は下記
の式に従って処理される： Ｋ　　　−− ｒ　　　Ｒα ただしＲは感知された信号の抵抗分の振幅であり、Ｘは
感知式れた信号の無効分の振幅であり、αは常時０．５
（α＜　ｉ、ｏ　（コイルに関する材料の形態、すなわ
ちその形状および方位に左右される）のような幕（べ＠
）であり、Ｋｒは計算される振幅である。この振幅Ｋｒ
は材料の導電率の変化によって変わるが、それは検出帯
にある電磁界を通過する材料の断面に事実上無関係であ
る。

したがって本発明の装置は、純然たる無効分および抵抗
分音処理しかつ電磁界を通過する材料の断面に事実上無
関係な値上計算する信号処理装置を含むことが望ましい
。さらに詳しく述べｎば、処理装置ＦＸ、Ｒ，Ｘおよび
αの上記式に従って無効分および抵抗分を表わすティジ
タル値全操作しがつＫｒに基づく信号全供給するように
プログラムされる。そのような信号はいろいろな方法に
、すなわち材料上認識し、品質を検査し、不良衷品七拒
否し、または工程（例えば構成要素が変わることがある
ンーセーク肉製品七遵続して作る工程）を管理するのに
用いられる。実際には、重要な変化が監祝されて、小さ
な変化は無視ちれたり、例えば相関法を適用して除去さ
扛ることがある。

本発明の実施例を付図に関してこれから説明する。

第１図から、送信コイル１は高周波数の範囲から選択嘔
れた周波数を発生させることができるＲＩＦ（無線周波
数）源２に接続されている。その１次コイルは選択さｎ
た周仮数全供給され、したがって七ｎは周期的に変化す
る電磁界奮発生石せる。使用周波数は普通５０　ＫＨｚ
〜５００　ＫＨｚの範囲内である。（しかしそれらは小
さい品目はど高くなると７しわれる。）２次すなわち受
信コイル３はコイル１の近くに置かれて、両コイル１お
よび３は材料が検出のために通り得る面積を包囲する。

もう１つの２次コイル４は、巻数がコイル３の２倍で（
すなわち間隔が一段と密である）かつ面積が約１１５と
して概略的に表わさ扛ている。さらに、それは感知する
ための材料が通り得る面ａ’ｉ包囲していない。材料が
通るコイル３は、コイル４よりもコイル１から遠く隔て
らｎている（例えばコイル４がコイル１から「ｄ」だけ
離れているならば、コイル１と３は約２ｄｌｌ！れてい
る）。このコイル配列は、各コイル３おＬび４が同じイ
ンダクタンスを有しかつ同じ誘導電圧に捕捉するような
配列である。しかし、そｎ、ｒ：）は反対方向に巻かれ
、つまりこれらの電圧は相互に打消し合う。したがって
、比較的導電性の材料がコイル１および３を通過される
とき、材料にうず電流が作らｎｌこれらはコイル１と３
との間にのみ結合を生じ、それにぶってコイル３に信号
が発生される。

そのようなコイル配列は、材料の流れを示す矢印の方向
にコイル１および３を通過する非磁気材料から複合イン
ピーダンス信号全検出するのに用いられる。材料は果物
や野菜の詰め合せ１７？は単品の形をしていることがあ
ったり、ンーセークのように連続していることもある。

個別の品目では、コイル１と３の内部寸法およびコイル
３と４との間の距離は品目（例えばコンベア・ペル））
Ｋ合うことが望ましく、こｎらの寸法は品目のサイズよ
りも著しく大きくない。そうでなければ、コイル装置を
通るごく小さい品目は役に立つ感知信号を作るためによ
υ高い周波数を必要とし、こｎは抵抗分と比較して無効
分全滅らす。連続する非金属材料の場合には、材料の前
部がコイル装置に入るにつれて結合に変化が見ら扛、信
号はそのとき安定しているが材料の大部分は、さらに結
合の変化が生じるとき、材料の終りになる１で、コイル
装置を通過する。この理由で、第１１面に関して下記に
説明されるコイル装置全使用する万がよい。

ある自然食品の導電率は（金属に比べて）極めて低いが
、もしそれらの断面が比較的大きいならば、誘導電圧は
最大磁束を囲む表面の近くで特に顕著となり、それによ
って適当なＪへ波数および十分な電磁界強度で十分なう
ず電流が流さｎ、感知コイル３によって検出し得る信号
が供給８′ｎる。

第１図において、コイル４は２次コイル装置を平衡姑せ
るので、うず電流の流牡に１９１５号全検出する検出感
度が増ｍ’ｇｎる。その感度により、感知されｆｃ倍信
号無効分の微小な変化上検出することができる。大部分
の食品では表面から内方に変化が庄じるにつｔて（例え
は劣化、乾燥などにより）、こ扛らの変化は抵抗分およ
び無効分に影響ｔ＆はし、七ｎらはコイル装置によって
有利に検出することができる＠ コイル３に発生さｎた信号は一部抵抗性でλつ一部無効
性となる。こｎらの取分は２個の別な位相検出器５．６
七使用して測定することができる。

これらは直角位相で作動されることが望１しく、またそ
ｎらは感知電圧の七ｎぞ扛の抵抗分および無効分に応動
するように調節される。この調節は、事実上無効分’ｔ
−ｆ、　９０’でノ発生させるようにフェライト製品を
コイル１および３に送り込み、次に事実上無効分ｋ（Ｏ
Ｑでン発生葛せるようにコイル１お１び３七通して抵抗
膜の１片を送ることによって、位相検出器を校正して実
行することができる。これによって、位相検出器の軸線
は、食品を感知する装置が使用される前に、０″′と９
０″に調節することができる。

感知された信号の抵抗分および無効分は、非磁気材料の
コイル装置通過中にピーク値に違し、アルゴリズムを使
用する既知のディジタル法を用いて各通過中に抜き増ら
詐る一連の値からＲおよびＸのピーク値の対が得られる
。アルゴリズムはＸの記号上も決定する。次にマイクロ
プロセッサはピーク値のディジタル化さｎた対全１受入
れ可能ま九は受入れ不能な値を表わす記憶済データと比
較する。この記憶済データはＲおよびＸの所定のディジ
タル値の対の表の形ｔしていることがある。

別法として、ＲおよびＸのディジタル化され九菅−り値
は下記の第（１）式に適用されるが、その式からコイル
装置を通る非磁気材料の異なる断面を考慮に入れるより
に値Ｋｒが決定される。こうして、欠にそｒ′ＬにＫｒ
が第２の流れ因に示される通りに工。ｖ　＜　Ｋｒ　（
Ｋｈｉｇｈによって定められる受入れ可能な範囲内にあ
るかどうかｔ決定する゛ことができる。グラフ式の語に
おいて、Ｋｒの最適値はαの値により第５図に示さｎた
曲線と対応する。受入れ可能なに工。、およびＫｈｉｇ
ｈの制限は、原点全通って第５図に示され九曲線の各側
にわたっている同様な曲線（あるいは亘線）である。計
算値Ｋｒかに工。。とＫｈ□ｇｈのエベロープ内にある
限り、材料は受入れ可能である。測定値と所定の記憶済
の値との間で所要の比較全行うようにマイクロプロセッ
サ９ａによって使用されるデータがメモリ９ｂに記憶さ
れる。記憶済の値は校正手順中にコイル装置に既知の「
良好な」サンプルを通してそれらｔ表の形に記憶するこ
とによって得ら牡、または測定値に最も良く合うαおよ
び町の値を計算するアルプリズム七使用することができ
る。

２つ以上の周波数を用いることによって、ＲおよびＸの
ディジタル化されたピーク値は、非磁気材料の性質や特
性を測定する際に周波数が考慮に入れられるように、周
波数に関連つけることができる。ＲおよびＸの値は使用
周仮数次第であるので、これらのパラメータを等価回路
（第４図）に関連させることができ、この等価回路のＯ
，Ｒおよびｒの値はサンプル材料用に計算さ扛、またこ
れに基づいて比較を行うことができる。この場合に、Ｏ
，Ｒおよびｒは受入れ町ｆ７ｅ／受入ｎ不司能値に関す
る所定の制限内で変化する。

測定値上「受は入れ」たり「受は入ｎない」という考え
は、コンベア・ベルトで輸送さ牡るサンプルを「受は入
ＡＪ　７ｃり「拒否する」ことに適用でき、こｎは一定
の応用に、例えば成熟した果物がいくつかの異な、６部
類に分類１扛る場合に役立つと思わｎる。し〃為し、「
受入ｔ」および「拒否」の応用は必ずしもＪＲ求さ扛ず
、ある場合には、試験中の材料の品質や性質を測定する
ために選択さｎたパラメータの連続表示が望ましい。例
えば、不装置はパラメータの表示が「日替り」売ジの見
積もり會５Ｔ能にしたり、これらの日付が所定のアルゴ
リズムに従って表示さする野菜物品の貯蔵寿命を決定し
たシするのに用いられる。別法として、表示された情報
は手動フィードバック制御に使用さｎたり、自動フィー
ドバック系にチャネル化されて、食品生産物の装造中に
材料の構成要素が変わる連続形式での材料の生産のよう
な工程を制御する。

第２図に関して、感昶コイル全通過する非磁気材料の異
なる断面による影響は、下記の式に従って（位相検出器
からの無効分および抵抗分のピークである）電圧Ｒなら
びにＸｉ処理することにより事実上除去されることが示
される： １・−７°゛°°°°゛°°゛°°°°°゛°（１）た
だしＫｒは計算された振幅であり、αはコイル１および
２に関する材料の形態（すなわちその断面）に左右され
る幕（べ＠）である。一般に、非金属および可変断面を
持つ導電性の低い材料では、αは０．５となる傾向があ
る。

細胞構造物を有する果物および野菜の場合には、ＲとＸ
との間に非直線関係が存在するので、α−１の値は正の
りアクタンスと正の抵抗により形成される象限内で望ま
しい。

したがって、すべての考えられる食品製造および食品生
産物をカバーするためには、０．５＜αく１．０である
。

ＫｒＯ値は一般に、特定の材料’ｔ％微づけるサイズＶ
Ｃ無関係なパラメータを表わし、またそのサイズ、方位
またに断面（感知ヘッドから見た断面）によって事実上
影響を受けない。

異なる形状や組成、例えば球に近かつ友り、導電率が一
様でない生産物によって最良の結果を与える最適な式全
誘導することができる。コイル間隔に関する材料のサイ
ズもαの値に影響する。

所定の式全値ＲおよびＸに適用する代わシに、これらの
値の間の最適な関係が試行＠誤によって求めらｎる。例
えば、同じ既知の導を率および異なる既知の断面で持つ
一連の試験サンプルは検出帯全通されて、合成値Ｒおよ
びＸはメモリに記憶される。そのと＋ａＲ，Ｘおよび断
面の間の関係はスクリーン上に曲線（または直線）とし
てグラフ表示されるので、断面による影響を直線状にす
る傾向のある式の見積夛が行われ、したがってαが求め
られる。この工程は最良の補償式と最良のα値を得るた
めに繰夛返すことができる。このα値は、変化する断面
による影響全除去するようにプログラムさノＬるマイク
ロプロセッサの入力であるかも知れない。

第５図は異なる断面を持つが、おのおのの場合に、一定
の大きな導′＃！Ｌ率を有する食品のＲ，Ｘ関係ケ概略
的に示す。負のりアクタンス象限にある少しへこんだ曲
線が注目さするのは、この回度が変化する断面の影響金
除去するαの最良値を選ぶことによって事実上直線にδ
れる。上部工りアクタンス象限にある食品、例えば細胞
質野菜なα−１を有する。

これらのグラフの背後にある埋Ｍは次の通りである： 抵抗信号分は材料の導′ｅＬ率の直接の目安である。

作られた信号（Ｒ，ｌは導電率および直径（またＬ正方
形断面）の第４ｊｌと共に直接に変化し、すなわち Ｒ−Ｉ　Ｋｚｄ４　　　・・・・・・・・・・・・・−
・・・・・・（υ無効分は非磁気物質では正また法具と
なる。第６図において、例えば、点１１．１９および２
０はそれぞれ鉄添加穀類（Ｒ−３１２）について！−＋
３１７７４、アボガドナシ（Ｒ−２２１５６’。

について！−＋１０４５３、およびポテト（Ｒ−４３５
４８）についてＸ−＋１７９９８の正すブクタンス値を
表わ丁。点２２−２８はそれぞれパｆｉ−（Ｒ−１７２
，１にツいてＸ−−１１７７４、マーガリｙ（Ｒ”３９
２）にツいてＸ　−−１２４４１蒸溜水（Ｒ−３９２）
についてｘ−−７６６６、蛇口（Ｄ水（ｕ−１２６６８
）について！　−−７４９１脂肪の少ない細かく刻んだ
肉（Ｒ−１２６２６８についてｘ−−１７６６６、標準
のＩｖｔｉｌ刀鳥く刻んだ肉（Ｒ−１４９０２）ｆ’ｃ
）いてｘ−−１８３４４、およびチーズ（Ｒ−１０９１
０８）にツいテＸ　−−１７０３の負すアクタンス値？
表わす。反磁性透磁率効果は試験中の物質によって占め
らｎる容積に比例する負信号を与える。長い品目または
連続し次材群でな、容積が断面（ｄ四方）に比例するの
は結合コイル間の距離が固定されるからである。

こうして無効信号は Ｘ　−Ｋ２ａ２　　・・・・・・・・・・−・・−・−
・す・・　（２＋無無効分と抵抗信号の比ｘ　／　ＲＢ
、ｄ（被検査材料のサイズ）と共に明確に変化する位相
角の正接である。

しかしサイズ（ｄＪは第（１）式の平方根勿取り、第（
２）式のｄ２の代わシに下記七与えることによって除２
、　去することができる： ３、　　　　Ｘ″″１′５で この値Ｋｒは試験中の材料のサイズにいまは無関係であ
るのが％徴である。

小さい品目では、もし試験中の物体が分離状でコイル間
隔（すなわち・１．２および６の間）より小さいならば
、第（２）式の無効信号はｄの３乗に比例すると思わｎ
る。こうして第（３）式の分母にあるＲのＳは平方根で
はなくてＲ５′４になる。

これは、αが制限０．５と１．０との間で変化すること
が望ましい理由である。

上述の通り、果物および野菜は正の無効作用を示す。そ
れらは、漏ｎ抵抗ｒと並列に接続されているキャパシタ
ンスＣｔｌ−含む第４図に示されるような等価回路によ
ってもモデル化することができる。ポテトの場合には、
Ｒ−１０００Ω、ｒ−■およびｃ　−１０００ｐＰの値
を使用すると、周波数範囲１００　ＫＨｚ　〜１５００
　ＫＨｚにわ九るＯ−Ｒモデルのベクトル・プロットは
第７図に示されるブロク）ｔ−作る。より低い周波数で
は、これはポテト−サンプルの実際の測定とびったジ合
うことを示す（↓り高い周波数が実際に使用さｎないの
に、無効分が周波数の増加と共に減少するからでちる）
。

さらに、低い周波数では、曲線の形状は、例えば第６図
が実際に測定されたＲおよびＸの値を示すアボガドナシ
の場合に似ている。これらの値はＲ−６００Ω、ｒ−５
０００Ωおよび０　＝　５００　ｐｌＦの場合の値を持
つ等価回路（第４図）の上でモデル化することができる
。

こｎらの図から認められる通り、周数数範囲５０〜５０
０　ＫＨｚが野菜の測定に望ましい。５０ＫＨｚ以下で
に、Ｒおよびｘ（グいすｎも余り小さ過ぎて使用するこ
とができない。第７図は、抵抗信号はＩ　ＭＨｚ　ｋ越
えて増加するが、無効信号にゼロまで減少することｔ示
す。薄膜壁が導電性流体の面積に隣接して離れている野
菜材料の細胞境界で、キャパシタンス０は上ると考えら
扛る。こうして材料が劣化するにつれて、細胞境界線破
壊して、感知信号の抵抗分が増加されかつ無効分が減少
する。これは、ある野菜材料が冷凍されたシきびしい寒
さを受は九ときにも生じ、っまシ本発明にそのような材
料においてこれを検出することができ曇　る。どんな場
合でも、２つ以上のＭＩ技数での測定は、等価胞路のパ
ラメータ０．Ｒおよびｒに関する値ｔ′提供し、それに
より材料の特性上−段と完壁に説明するパラメータの組
を得ることができる。

使用周波数を表わすディジタル値はＯ，Ｒおよびｖｋ測
測定るためにＲならびにＸ値と共にマイクロプロセッサ
９ｂによって使用されるメモリ９ａに記憶される。

上記の方法を用いる測定が温度によって影響されるのは
、大部分の材料の導電率が温度次第だからである。しか
し、別の装置によって材料の温度を感知することによっ
て、温度に無関係なパラメータのｍを得るように修正ま
たは補償を施すことができる。、第１図に示さ牡る通り
、放射線温度感知器２１はコイル装置１および３におけ
るサンプル表面の温度？検出する。温度値は、マイクロ
プロセッサ９ｂに入力を供給するＡ　／　Ｄ変換器２２
によってディジタルの形に変換嘔扛る。マイクロプロセ
ッサ（グビークのＲおよびＸ値に補償を施す適当なアル
ゴリズムに二つでもプログラムでれるので、そｎらは温
度に無関係である。

第１図に示さｎｆＣコイル配列は大部分の応用に使用さ
れるが、それはｍ線方向のに磁界ケ作り、つまり感知コ
イル３に誘導される信号はコイル装置を通過するサンプ
ルの断面積の変化に↓つで影＃ζｎる。この影響は第９
図に示されるコイル配列で垂直′ＪＬ磁界を作ることに
よっである程度１で減少させることができる。

第９図において、送信コイル１は所要周波数で時間と共
に変化する１！破界ｒ発生させるＲＦ蔚（図示さ扛てい
ない）に接続されている。コイル１に並列に巻か扛た２
久コイル″ｊ−なわち受信コイル３は、非磁性材料が例
えばコンベア拳ベルト（図示さＶ−でいない）の上で通
過する間隙を形成するように、コイル１〃）ら隔置さ扛
ている。コイル３に似ているが反対の巻線を持つも９１
つの２次コイル４もコイル１と３との間と同じ間隔だけ
コイル１から隔置されている。コイル３の巻線モコイル
１に並列である。コイル４は、コイル１と３との間隙？
通るサンプルに誘導さ扛る信号の感知には無関係である
。しρ１し、等しくかつ反対の電圧がコイル３および４
に誘導さｒｌそｎによって電磁界のみによりコイル３に
誘導さｔた電圧はコイル４に誘導さ扛る等しく〃）っ反
対の電圧によって釣力合わさ扛る。したがってコイル３
は、サンプルがコイル装置７適過することによる結合の
変化に敏感である。これらの相違とは別に、本装置ｊｔ
は第１図に示さ扛る装置に全体として似ている。

第９図に示されるコイル配列は垂直電磁界を作るので、
与えら扛た「高さ」の、すなわち電磁界の垂直方向に測
定さｆｌ、た非Ｓ性材料の通過によシコイル２に誘導き
ｎた信号は、断面の変化に事実上鈍感である。こ扛は、
コイル＊　置に通過しているコンベア・ベルト上に個々
のバナナ装置くことに関して一段と容易に理解されるが
、バナナにサイズが似ているがランダムな置き刀にエフ
異なる方位でコイル装置に到達する。例えば、あるバナ
ナは運動の方向に対しＩｔＩＩ線よりももつと横に到着
することがある。づ丁面におけるそのような変化は、感
知コイルに誘導さする信号に重大な変化を作らない。し
刀１し、もし材料の「高さ」が変化す扛ば、例えば薄い
バナナや厚いバナナがコイル組立体を通過さｆ１７’（
ならば、こｎらの高さの変化による断面の変化は、値Ｋ
ｒｋ無効分および抵抗分と関連させる上述の方法によっ
て補償する必要がある。

第９内に示さｎだコイル装置も電磁界の方向から見てう
ず電流の発生上利用すると思わ扛る。したがってこｎは
、本発明により役立って使用される無効分および抵抗分
音助成する。

バナナの場合、サンプルはそれらが摘む用意を整えてい
るときを決定するように測定することができる。これが
特に役立つのは、バナナが未熟または過熟の状態で店に
到達しないように、正しい成熟の段階でバナナケ摘むこ
とが大切だからである。

第９因のコイル配列は、薄切９の肉’ｌ’ｔは肉製品の
ような薄い材料またはハンバーガーのＬうな薄い食品の
上で測定を行うと！８にも好適である。

もう１つのコイル配列が第１０図に示さ扛ている。この
場合、断面で示さ扛ている送信コイル１の巻線は、同じ
く断面で示さ扛ている受信コイル３の巻線の面に垂直な
面にある。し友がって、「平衡コイル」が不要であるの
は、コイル１ト３が直角でありかつ非磁性材料のサンプ
ルの不在時に結合を持たないからである。この配列にパ
イプラインｌ’３に流扛ている非磁性材料ケ監視するの
に特に適しており、そのようなパイプラインＰの断面が
第１０図に示さ扛ている。

本発明のいろいろな応用に関して、材料の導電率が温度
と共に変化する材料の温度全測定するのに応用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による検出器ヘッド内にめりかつ軸線方
向の電磁界を発生させるのに用いら詐るコイルの概略図
、第２図は流ｎ図、第６図に異なる材料の無効分および
抵抗分がアルガン図の上で測定式れるグラフ図、第４丙
はポテトを几はアボガドナシのような野菜物質のキャパ
シタンスならびに抵抗をモデル化する等価回路を示す図
、第５図は異なる食品のサイズと共に無効分および抵抗
分が変化するのを示すグラフ図、第６丙は同じサイズの
アボガドナシの測定さ牡た無効分および抵抗分を示すグ
ラフ図であり、各成分は異なる周波数で測定される前記
グラフ、第７図にいろいろな周波数で第５図の等価回路
によりモデル化され九ポテトのコンピュータ予測を示す
同様なグラフ図、第８図はアボガドナシが成熟する時間
にわたるナシの無効分および抵抗分の変化？示すグラフ
図、第９図は垂直電磁界を発生させる異なるコイル形状
を有する別の検出器ヘッド？示す図、第１０図は感知コ
イルが１欠コイルに対して垂直である異なるコイル形状
で持つも９１つの検出器ヘッドで示す図。 符号の説明： １．３，４・・・コイル；２・・・ＲＦｍ；５・・・抵
抗位相検出器：６・・・無効位ａ慎出器；７．８．２２
・・・Ａ　／　ｎ変−！Ａ器：９−・・マイクロクロセ
ッサ；９ａ・・・メモリ；２１−・感知器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非金属材料の性質または特性を測定する方法であつ
   て、 ａ）時間と共に変化する電磁界を１次コイル内に発生さ
   せる段階と、 ｂ）電磁界の近くに感知コイルを用意する段階と、 ｃ）非磁気材料を電磁界内に導入しそれによつて信号が
   感知コイル円に作られる前記導入段階と、ｄ）感知コイ
   ルに作られる信号を検出しかつそれを用いて前記材料の
   性質または特性を測定する前記検出段階とを含み、 ｅ）前記電磁界内の前記材料の存在により感知コイルに
   誘導される信号の無効分に区別可能な変化を与える前記
   電磁界を発生させる周波数を使用することと、 ｆ）前記電磁界のみにより感知コイルに誘導されるどん
   な不質的電圧でも除去し、それによつて前記無効分の変
   化を検出する装置の感度を改良することと、 ｇ）材料が前記電磁界を通過するにつれて、材料の複合
   インピーダンスにより感知コイルに誘導される信号の抵
   抗分および無効分を測定することと、 ｈ）複合インピーダンスの前記成分を用いて、非金属材
   料の性質または特性を測定すること、を有することを特
   徴とする方法。