JPH06317563A - 透磁性部材の損傷検出装置と検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透磁性材料で作られた補強ケーブルをその中
に有しているベルトコンベヤなどの部材の異常を検出す
るための装置を提供する。 【構成】 縦方向に隔てて、第１および第２の磁界成分
として磁界を生成するためのコイル手段が備えられてい
る。また、ホール効果センサが第１および第２の磁界成
分の変化に対して応答するように配置されている。第１
の実施例においては、１組のセンサを第１および第２の
磁界成分の間に配置する。また第２の実施例において
は、２組のセンサを互いに隔てて上記第１および第２の
位置に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透磁性材料でできた物
体または透磁性材料を含む物体の損傷および／または劣
化を電磁気的に検知し解析する手段に関するものであ
り、またこれらに関するデータを解析するための装置と
方法とに関するものである。特にゴム状のベルトなどの
比較的磁気を通さない材料中に、透磁性材料で作られた
補強ケーブルが埋め込まれている（従って隠れてい
る）、長く延びたベルトコンベヤなどの物品に対してこ
のような検知と解析を行うように適合された装置と方法
とに関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模なベルトコンベヤがいろいろな応
用に用いられているが、その中でも主要なものは鉱業に
おける応用であり、金属鉱石あるいはその他の材料が鉱
山から集合場所まで運ばれる。例えば、露天堀り鉱山に
おいては、低い位置から上の位置まで数千フィートある
いはときには数マイルの距離を延びているようなベルト
コンベヤを有していることも珍しくない。このようなベ
ルトは大抵は８フィートの幅を有し、また厚さは大抵の
場合は４インチである。ベルトの主材料としては、一般
的に適度の柔軟性を有するゴム状の材料が用いられ、ベ
ルトにはベルト中に埋め込まれて縦方向に伸張する複数
の金属ケーブルによって強化が施されている。問題の１
つは、連続して使用すると、補強用金属ケーブルが劣化
してくることである。例えば、ベルトコンベヤ材料に破
断が生じ、ここから水あるいは場合によっては酸（例え
ば水がベルトコンベヤの材料と反応することによって酸
ができる）が１つあるいはそれ以上のケーブルと接触
し、ケーブルが腐食することがある。ケーブルの損傷
は、ある種の衝撃からも起こり得るし、また劣化は自然
の磨耗あるいは長い間連続して使用したことの結果とし
て起こる金属疲労によって生じる。ときには、ケーブル
の損傷によって全体的が破断することもあるし、また、
ときには、ベルトが単に弱くなっただけの部分的な劣化
にとどまることもある。

【０００３】ベルト中の金属ケーブルは外部からは見え
ないので、ケーブルの損傷の大部分を検出することは困
難である。不幸なことに、損傷が重大となったときに初
めて外部から見えるようになり、その時にはすでにベル
トを使い続けるのが危険な状態となっている。この理由
によって、通常は、実際には補強ケーブルに本質的な劣
化が起こっているような場合においてでさえも、さらに
ある程度安全にベルトを使用することができるように、
過剰設計的に大きな故障マージンが取られているのが普
通である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、劣化が未だ外
部から見えるようになる前の早い時期において、ベルト
の劣化を（比較的、軽度の劣化でさえも）検知するため
の改善された手段を提供することは有用なことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の装置は、透磁性
部材が存在する作動領域に磁界を供給することによっ
て、縦方向軸を有する透磁性部材の異常を検出するよう
になされている。また、上記部材が上記装置に対して縦
方向軸に沿って動くように、装置が上記の部材に対して
配備される。装置は磁界を縦方向に隔てられた第１およ
び第２の磁界成分を作動領域の縦方向に隔てられた第１
および第２の位置に生成するコイル手段を有している。
また、第１および第２の磁界成分の変化に対して応答す
るようになされた検知手段が設けられている。こうし
て、異常な部材の部分が上記の第１および第２の磁界位
置を通過して、上記第１および第２の磁界成分の変化を
発生すると、異常によって発生された第１および第２の
磁界成分の変化に検知手段が応答して異常を検出するよ
うになされている。好適な形態においては、検知手段は
検知位置の磁界の強度に対して応答するようになされて
いる。また、１実施例においては、検知位置が上記磁界
成分の間となるように、検知手段が磁界成分の間に配置
される。また、界磁コイル手段は、第１および第２の磁
界成分の少なくとも一部分が検知位置を通って伸張する
ように配置されている。また、好適な形態においては、
検知手段は検知位置における第１および第２の磁界成分
の平衡からのずれに対して応答するようになされてい
る。さらに具体的には、コイル手段は、検知位置におい
て近接した部分の磁界が互いに対向するような第１およ
び第２の磁界ループを生成するようになされている。

【０００６】また、好適な形態においては、界磁コイル
手段は、第１および第２の磁界位置に、実質的に等しい
磁気抵抗が存在するときに、検知領域において第１およ
び第２の磁気成分が互いに平衡するようになされてい
る。第１および第２の磁界位置における磁気抵抗が異な
っているときには、第１および第２の磁界成分の強さか
異なり、これによって検知領域に正味の磁界が発生する
ようになされている。このように、異常が第１の磁界位
置、または第２の磁界位置に存在すると、それによって
第１あるいは第２の磁界成分のどちらかに磁気抵抗の変
化が生じ、検知位置における磁界強度が変化し、かくし
て検知手段が応答する。アマーチュア手段の好適な具体
的構造は、縦方向に間隔をおいて配置された３つのアマ
ーチュア部分すなわち、先端アマーチュア部分、後端ア
マーチュア部分、および先端と後端との間の中間アマー
チュア部分とからなるようなアマーチュア手段である。
コイル手段は、先端アマーチュア部分および中間アマー
チュア部分を通って伸張する第１の磁気ループとして第
１の磁界成分を生成し、また、後端アマーチュア部分お
よび中間アマーチュア部分を通って伸張する第２の磁気
ループとして第２の磁界成分を生成するようになされた
界磁コイル発生手段をさらに有している。先端および後
端磁気ループの一部分は上記の中央アマーチュア部分を
通り、これらは互いに逆向きとなるようになされてい
る。

【０００７】検知手段は、縦軸方向に対してこれをよぎ
る方向に作動領域をよぎって互いに間隔をおいて配置さ
れた複数の磁気感知センサーを有している。第１の実施
例においては、このセンサーは中間アマーチュア部分の
下部先端部に配置されている。あるいは、これに代わる
構造として、このセンサーを中間アマーチュアの上部と
下部との間の位置に配置するようにすることもできる。
交流電流電源手段を用いて上記第１の界磁コイル手段に
交流電流を流し、交流磁界である上記第１および第２の
磁界成分を生成するようになされている。また、装置は
各センサーからの入力に応じて処理信号を生成するため
の受信手段を備えた回路手段をさらに有している。ま
た、この回路は、上記の各処理信号に応答してセンサー
からの処理信号に対応する複数のマルチプレクサ信号出
力を生成するためのマルチプレクサ手段をさらに有して
いる。また、マルチプレクサ信号出力を受信し、上記セ
ンサーのいずれに異常が発生したかを識別するための処
理手段が備えられている。また、回路手段は、上記第１
および第２の磁界成分の間隔を基準とする部材の直線的
な速度に対して反応する界磁コイル周波数制御手段を有
している。これは、上記コイル手段の交流磁界の周波数
を、第１の磁界位置から第２の磁界位置へと上記装置に
対して相対的な運動をしている部材の一つの部分の時間
間隔に関連づけることによって行われる。

【０００８】第２の実施例においては、装置は第１およ
び第２の縦方向に隔てられてそれぞれ第１および第２の
磁界位置に配置された検知手段部分を有している。第１
および第２の検知手段部分はそれぞれ第１および第２の
磁界成分の変化に対して反応するようになされている。
第２の実施例においては、界磁コイル手段は、第１およ
び第２の磁界位置に実質的に等しい磁気抵抗が存在して
いるときには、第１および第２の磁界成分が実質的に等
しい強度を有し、また、第１および第２の磁界位置の磁
気抵抗が異なっているときには、第１および第２の磁界
成分の強度が異なるようになされている。こうして、異
常がまず第１の磁界位置に発生し、次いで第２の磁界位
置に発生すると、磁界第１および第２の磁界成分の磁気
抵抗が変化し、検知位置における磁界強度が変化し、こ
れによって上記検知手段が反応をするようになされてい
る。好適な形態においては、先に述べたような３つのア
マーチュア部分からなるアマーチュア手段が備えられて
おり、第１の検知部分が先端アマーチュア部分と中間ア
マーチュア部分との間に位置し、第２の検知部分が後端
アマーチュア部分と中間アマーチュア部分との間に位置
するようになされている。

【０００９】また、望ましくは、交流電流電源手段を用
いて交流電流を上記コイル手段に流し、交流磁界の第１
および第２の磁界成分を生起させるようになされる。本
発明の方法は、上記の装置を用いるようにするものであ
る。透磁性部材が作動領域を通って移動するようにな
し、これによって第１および第２の成分の磁気抵抗を変
化させ、これを検知手段によって検知するようにするも
のである。その他の特徴については以下に詳細に説明す
る。

【００１０】

【実施例】図１および図２を参照する。図には、ゴム状
で適度の弾性を有し、かつ透磁率が比較的小さい材料で
作られた主要部１２を有するベルトコンベヤ１０の一部
分が示されている。主要部１２の内部には、複数の縦方
向に長く伸びたケーブル１４が、横方向に互いに間隔を
おいて実質的にベルトの幅全体にわたって埋め込まれて
いる。典型的には、幅が１２から９６インチで、垂直方
向の厚さが約１／２から４インチであるようなベルトの
場合で、２０から２４０本のケーブルを互いの間隔（中
心線から中心線までの間隔）が約0.４５から1.０インチ
となるようにして埋め込むことができる。このようなケ
ーブルの直径は、典型的なベルトにおける場合で、１／
２インチ以上のものを用いることができる。図中、１６
は本発明の装置全体を示したものであり、Ｗ型の継鉄１
２と、継鉄１８の２カ所１８ａ、１８ｂにそれぞれ巻か
れた２つの界磁コイル２０、２２と、継鉄１８の中央下
部２８に隣接して配置された１式のホール効果センサ２
６とからなっている。継鉄１８は、ベルト１０の真上
に、ベルト１０の幅全体にわたって伸びて配置されてい
る。この継鉄１８は、３つの垂直方向に配列した部分、
すなわち先端部３０、後端部３２、中間分３４とからな
っている。（説明の都合上、「先端」あるいは「前方」
という用語は図中矢印３６で示された方向にベルト１０
が走行しているときに、この走行方向において先となる
ものを指し、一方、「後端」あるいは「後方」はこの方
向に対して逆方向を指すものとする。）また、継鉄１８
は、垂直方向に配置された３つの部分３０−３４に接続
された（あるいはこれらと一体に作成された）上部に水
平方向に配置された部分３８を有している。先端および
後端の垂直部分３０および３２の下端４０は、ベルト１
０の上面４２からわずかに隔てられて上方に（例えば１
／４から２インチ上方に）（あるいは下面の下方に位置
するようにすることもできる）配置されている。継鉄１
８は、好適にはＷ型の複数の材料（例えば１／４インチ
の厚さ）を積層したものを用いることによって、継鉄１
８に生じる渦電流を低減するようにする。

【００１１】また、２つの界磁コイル２０および２２が
上部アマーチュア部分３８の先端および後端部分４４、
４６の周囲に巻かれており、これらのコイル２０および
２２は４７において交流電流電源に接続されている。こ
のように、界磁コイル２０および２２が２つの交流磁界
を発生し、そのうちの１つは先端部３０から先端部上部
継鉄部４４を通り、さらに中間継鉄部３４を通り、次い
でケーブル１４の継鉄３０と３４の部分の間に位置する
部分を通るループを伸びていることがわかろう。もう一
方の交流磁界は、後端部３４を通り、さらにこれに隣接
した上部継鉄部分４６を通り、さらに中間継鉄部３４を
通り、次いでケーブル１４の継鉄３２と３４の部分の間
に位置する部分を通るループを伸びている。ホール効果
センサ２６は、ベルト１０の幅方向に１列に等間隔に配
置され、わずかに（典型的には１／４から２インチ）ベ
ルト１０の上面４２から上方に隔てられている。センサ
２６は継鉄１８の中間部３４の下端に隣接させて、その
真下に配置されており、典型的には、これらのセンサ２
６は横方向に互いに１／４から１／２インチの間隔がお
かれる（中心線から中心までの距離）。各ホール効果セ
ンサ２８は、その活性軸（すなわち磁束を検知する軸）
が、上記継鉄１８の中間垂直部３４の下端４８から上方
に伸びる磁束と、あるいは下端４８から下方に伸びる磁
束と最大に交差するように配列される。また、中間継鉄
部３４の下端５８の位置は、先端部３０および後端部３
２の下端４０よりもわずかに高くなるようになされる。
ホール効果センサ２６の１式２４は適当な方法でアマー
チュア１８に直接に装着するか、あるいは他の適当な装
着手段に装着される。例えば、補助的な電子回路を含む
関連するプリント回路基板上にセンサ２６を装着するよ
うにもできる。また、アマーチュア１８、コイル２０、
２２、およびセンサ１式２４の全体が支持構造を用いて
ベルト上面に静的に近接させてしっかりと固定される。
理解を容易にするために、具体的な固定具は図示してい
ない。

【００１２】交流磁界として生成された磁力線は、磁気
抵抗が最も小さい経路を探すが、このとき、もし金属ケ
ーブル１４に損傷がなければこれらのケーブル１４が最
小の磁気抵抗経路を提供することになり、かくして磁力
線は継鉄の互いに隣り合った部分の間に位置する（すな
わち３０と３４との間、および３２と３４との間）ケー
ブル１４の部分が提供する経路に集中することとなる。
一方、もし継鉄の互いに隣り合った部分３０と３４との
間、あるいは３２と３４との間のどちらかのケーブルの
部分に破断あるいは腐食を生じていると、その断面積が
減少し、その結果、磁気抵抗がより大きくなるために、
ケーブル１４の隣接部分への磁力線の集中が少なくな
る。先に述べたように、界磁コイル２０および２２には
交流電流が流される。これらのコイル２０、２２の巻線
は、これらの２つのコイル２０、２２によって生成され
る磁界が任意の時刻においていつも必ず同じ向きとなっ
ているようになされている。従って、図２に示されてい
るように、交流電流のある半サイクルにおいて界磁コイ
ル２０および２２が生成する磁界の向きはいずれも時計
方向を向いている。他の半サイクルにおいては、磁界の
方向は逆向きとなり反時計方向となる。

【００１３】このことが、本発明の動作にどのように作
用するかを説明するために継鉄１８の先端部および後端
部の真下にあるベルト１０とケーブル１４の部分とが損
傷が全くなく完全であり、ケーブルがベルト中に同様に
配置され実質的に均一な直径を有しているような状態を
考えてみよう。このような場合では、ケーブルの２つの
部分が提供する磁気抵抗は実質的に等しい。図２からわ
かるように、同じ方向を向いた２つの磁気ループ（どち
らも時計方向まわりか、あるいはどちらも反時計方向ま
わりである）の中央の垂直部分３４における磁束の向き
は互いに逆向きになる。従って、もし、継鉄の先端部の
下および後端部の下のケーブルの２つの部分がどちらも
実質的に損傷がなく完全で同様に置かれており従ってこ
れらの２つのケーブル部分が等しい量の磁気抵抗を有
し、かつまた、２つの巻線（それぞれ同じアンペアター
ンを有する）によって生成される磁界の強度が同じであ
るものとすると、２つの磁気ループが同じ大きさを有す
ることとなる。従って、継鉄１８の垂直部分３４に存在
する磁界は互いに打ち消し合ってしまう。このような状
態において、磁界は２つの上部部分４４と４６を通って
後端継鉄部分３２を下方に伸び、次いで後端の空隙をわ
たり、さらにケーブル１４の継鉄１８の下部に存在する
部分を通り、次に先端の空隙を上に通り、さらに先端継
鉄部３０を上に通っていくことにより、実質的に閉じた
ループが形成される。４９によって示されている２つの
矢印は、一方が中央継鉄部３４に上方へ向かうものを、
他方が中央継鉄部３４から下方へ向かうものを表してい
るが、これらは互いに打ち消し合って、本質的に存在し
ない。また、磁界の一部分はベルト１０の真上の空間を
通って継鉄の３つの部分に漏れるが、その量は無視でき
る程度に小さい。

【００１４】次に、ケーブルあるいは線１４のどこかに
破断あるいは腐食などの異常が存在する状態を考えてみ
よう。ケーブル１４のそのような場所の変化は、ここを
通る磁界に対して磁気抵抗を増加させる結果となる。異
常部分を有するベルトのこの部分が継鉄１８の後端部の
下を通過すると（すなわち、後段部３０と中間部３４の
間を通過すると）、当該磁気ループの磁気抵抗が増加
し、従って、継鉄１８の後端部を通過する磁界強度が減
少する。これによって、２つの磁気ループの強度の平衡
が破れ（先端部の磁気ループの強度の方が大きくなって
いる）、従って電流の流れの向きに応じて中央部３４を
上向きあるいは下向きに通る正味の磁界が生じる。（図
２において、磁界が反時計方向である場合には、下向き
の正味の磁界がホール効果センサ２６中を通ってケーブ
ル中に向かう）こうして、ホール効果センサ２６によっ
てこの磁界が検出され、これに関する信号が発せられ
る。ベルトの損傷部分が中間部３４の真下を通過する瞬
間においては、継鉄１８の中間部３４よりも前方および
後方に存在するケーブル１４の主要部は実質的に互いに
同じ磁気抵抗を有している。従って、２つの磁気ループ
は平衡し、同時に中間部３４の磁束は実効的に０とな
り、従ってホール効果センサ２６は実際上磁界を検出し
ない。

【００１５】次に、ベルト１０がさらに前方に移動し
て、ケーブル１４の異常部分が継鉄１８の先端部の下を
通過すると、先端部の磁気ループの磁気抵抗が増大す
る。従って、再び２つの磁気ループの間の平衡が破れ、
後部の磁気ループの方が強くなり、従って異常部分に近
いホール効果センサ２６を上方あるいは下方に通る磁力
線が発生する。ホール効果センサ２６によって生成され
た信号によって、異常部分の性質と対応する「指紋」が
生成される。例えば、もし異常がケーブルの１カ所ある
いはそれ以上の箇所で鋭い破断を示しているときには、
短く明確な信号が生成されるものと考えてよい。一方、
もし異常が腐食であり、ケーブル１４の長さ方向に長く
続いているような場合、従ってベルトの長さ方向に対し
て長く続いているような場合には、この異常は先の場合
とは異なった指紋を有する。先に述べたように、ホール
効果センサを移動するベルトコンベヤに適用させた場合
に起こり得る１つの誤差要因は、ベルトの位置が垂直方
向に変動することによって起こるある程度のフラッタで
ある。もし、ベルト１０がホール効果センサ２６により
近い位置を移動すると、空隙が小さくなり、従ってホー
ル効果センサ２６によって検出される磁界の大きさが変
化してしまう。

【００１６】この問題は以下のようにして軽減される。
１つあるいはそれ以上のホール効果センサをベルト１０
に近接させて配置する際に、これらの配置の方法をコイ
ル２０および２２が生成する変動する磁界に対して第２
の実施例において開示されているような応答を行うよう
に配置する。ベルト１０が装置１６に向かって移動し、
これから離れていくにつれて、空隙が増加あるいは減少
すると、これらの特別なホール効果センサによって検知
される磁界の大きさが変化する。ベルトコンベヤ１０の
ケーブル１４の長さ方向の大部分には異常がないものと
仮定することができるから、装置１６に向かって近づき
これから離れていくベルトの「健康な」な部分を表す
「サイン」を作成することができる。こうして、基準信
号を作成し、ホール効果センサ２６の他の信号をこれと
比較するようにし、上記の効果を考慮に入れた上で、異
常の「指紋」を解析することができる。次に図３を参照
しながら、本発明の回路について説明する。図３におい
て、２６は複数のセンサ２６からなるホール効果センサ
の一式１４のなかの１つのホール効果センサを示したも
のである。先に述べたように、継鉄１８の２つの磁気ル
ープに不平衡が存在していると、継鉄１８の中間部の下
端４８の近くの磁界に変動が起こり、これがその位置の
センサによって検出される。各ホール効果センサ２６は
正電圧源に５０において接続されており、また各センサ
２６のＧＮＤ端子５１は接地されている。出力端子５２
はそれぞれ結合キャパシタ５３とライン５４を介してそ
れぞれの増幅器５６の入力端子に接続されている。一般
に、このような３つの接続は、入手できるホール効果素
子に対する接続法の代表的なものである。キャパシタ５
３は、センサ２６の信号出力中に存在するＤＣ成分（す
なわち、オフセット）を有効に阻止するためのものであ
る。

【００１７】各差動増幅器５６の出力は、ライン５７を
介して関連する帯域通過フィルタ５８に供給され、ここ
で一定より低い周波数と高い周波数の信号が除去され
る。より低い周波数の信号は例えばベルト１０の上下あ
るいは横方向への変動によって生じる。より高い周波数
の信号は関連するサンプルホールド回路６２のいろいろ
な原因によって起こり得る。なお、ここで各ホール効果
センサ２６ごとに、それぞれに関連するキャパシタ５
３、増幅器５６、帯域通過フィルタ５８、およびサンプ
ルホールド回路６２が備えられていることを注意してお
こう。従って、磁界２６ａが生成されるごとに（異常を
検出したことに応じて）、関連するセンサ２６が作動
し、各センサ２６からの信号はキャパシタ５３を通過し
て、関連する増幅器５６によって増幅され、帯域通過フ
ィルタ５８を経由して関連するサンプルホールド回路６
２に供給される。サンプルホールド回路６２の出力は関
連するライン６３を通ってマルチプレクサ６４に供給さ
れ、ここでいろいろなサンプルホールド回路６２からの
すべての入力（図中６５と示されている）を次々に連続
して読みとり、単一の出力６７として出力する。

【００１８】各サンプルホールド回路６２は帯域通過フ
ィルタ５８から送られてくる信号をいつサンプルホール
ドすべきかを指示する入力信号を６６から受け取る。サ
ンプルホールド回路の出力はマルチプレクサ６４に送ら
れて、マルチプレクサ６４からの出力はライン６７を介
してアナログディジタル変換器６８に送られる。また、
マルチプレクサ制御回路６９が備えられており、ここか
らサンプリング指示信号が６６を介して各サンプルホー
ルド回路６２に対して送られる。また、このマルチプレ
クサ制御回路６９は、ライン７０を介して信号を送り、
マルチプレクサをステップさせる。アナログディジタル
変換器６８は、フラッグ信号とデータ出力とをそれぞれ
ライン７２とライン７３とを介してプロセッサ７４に送
る。送るライン７２を介してのフラッグ信号は単にプロ
セッサに対してデータが送られようとしていることを知
らせるためだけのものであり、実際のデータ伝送はライ
ン７３を介して（すでに述べたように）行われる。ま
た、マルチプレクサ制御回路６９は、ライン７５を介し
て出力をプロセッサ７４に送り、関連するホール効果セ
ンサ２６からの信号がどのチャネルを経由して送られよ
うとしているかに関する情報を送る。

【００１９】プロセッサ７４は、ライン７６を介して信
号をタイムベースジェネレータ７７に送り、ここからタ
イミング信号がライン７８を介してマルチプレクサ制御
回路６９に送られる。さらに、タイムベースジェネレー
タ７７はライン７９を介して信号を正弦波ＲＯＭ８０に
送り、ここでタイムベースジェネレータ７７からの信号
がディジタル的に符号化された正弦波に変換され、これ
がディジタル・アナログ・ビット選択回路８１に送ら
れ、ここで滑らかな正弦波が生成され低域通過フィルタ
８２を介して増幅器８３に供給される。増幅器８３から
の出力はライン８４を介して送られ、これが界磁コイル
２０および２２を駆動する電流となり、従って、これに
よって継鉄１８中に磁界が生成される。またタイミング
回路８５が設けられており、これがコンベヤ１０の速度
に反応して、ベルトコンベヤの速度に関する信号をプロ
セッサ７４に送る。すると、プロセッサ７４はタイミン
グ信号をライン７６を介してタイムベースジェネレータ
７７に送る。さらに、装置１６に温度補償機能を備える
ようにすることもできる。たとえば、さらに１つのホー
ル効果センサ２６を他のホール効果センサ２６に隣接し
た位置に設けて磁界に反応するようにするとともに、周
囲温度が変化したときに、このホール効果センサ２６か
ら基準信号をプロセッサ７４に送り、ベルト１０中のケ
ーブルの異常の検出を行うための多数のセンサ２６が受
ける温度の影響に対してプロセッサ７４が温度補償を行
えるようにすることもできる。

【００２０】このような異常部分が継鉄１８の後ろ側の
部分の下を通過すると、後ろ側のループの磁気抵抗経路
が変化し（一般的には磁気抵抗が増大する）、これによ
って後ろ側のループの磁界が弱められる。こうして、先
端のループと後端のループとで平衡が破れ、正味の磁束
が継鉄１８の中央部３４に現れる。こうして中央部３４
の下端４０から上方に向かうか、または下端４０から下
方に向かう磁束が発生し、これがホール効果センサ２６
によって検出される。同様にして、この異常部分が継鉄
１８の先端部分の下を通過すると、先端部のループが弱
い非平衡状態が発生する。このようにして、センサ２６
が信号を伝送するのは、異常が検出されたときのみであ
る。前述のように、各ホール効果センサ２６はその信号
を関連するキャパシタ５３、増幅器５６、およびフィル
タ５８を介して関連するサンプルホールド回路に送る。
いろいろなサンプルホールド回路からの出力は、マルチ
プレクサ６４に送られる。図３に示した回路の動作をま
とめてみると、前述のように、センサ２６が異常部分に
よって生じた磁界の非平衡によって生成された磁束に応
答する。このように、ベルトコンベヤのケーブル１４が
損傷を受けていないときには、ベルトの長さ方向に一定
距離だけ隔たった部分の透磁率は実際上互いに等しい。
その結果、センサ２６の位置には事実上磁界が存在せ
ず、従って、センサ２６は出力信号を発生しない。

【００２１】例えば、ベルト１０の局所的な部分におい
て１本の、あるいはそれ以上の本数のケーブル１４が異
常を有している状態（例えば特定の場所で１本あるいは
２本のケーブルが損傷しているような状態）を考えてみ
よう。マルチプレクサ６４はマルチプレクサ制御回路６
９の制御のもとにステップ動作を行い、出力６３を次々
と連続的にモニタする。マルチプレクサ制御回路６９
は、これらの信号をさらにアナログディジタル変換器６
８に送る。ライン７３を介してアナログディジタル変換
器６８から伝送されたデータはプロセッサ７４によって
受信される。このデータはさらにプロセッサ７４から何
らかの方法で表示するか、あるいは記憶するようにでき
る。あるいは、さらに処理を行って所望の形式の情報を
供給するようにすることも可能である。なお、プロセッ
サ７４はさらに他の機能も有している。すなわち、プロ
セッサ７４は、タイミング回路８５から、ベルト１０の
速度に関する信号の入力を行う。プロセッサ７４はこの
情報を用いてタイムベースジェネレータ７７に信号を送
り、このタイムベースジェネレータ７７からこの情報が
ラインを介してマルチプレクサ制御回路６９にさらに送
られる。この情報はマルチプレクサ制御回路６９がベル
ト１０の直線的な速度に合わせてその動作を行うタイミ
ングを決定するために必要である。

【００２２】また、タイムベースジェネレータは正弦波
ＲＯＭ８０を介して正弦波信号を発生し、これをディジ
タル・アナログ・ビット選択回路８１、フィルタ８２、
および増幅器８３に供給して、コイル２０および２２を
駆動するための電流を生成する。次に第２の実施例につ
いて、図４、５、６を参照しながら説明する。図には、
前述のようなゴム状で適度の弾性を有する材料で作られ
た主要部１２を有するベルトコンベヤ１０の一部分が示
されている。図中、１１６は本発明の第２の実施例の装
置全体を示したものであり、Ｗ型の継鉄１１８と、継鉄
１１８の２カ所１１８ａ、１１８ｂにそれぞれ巻かれた
２つの界磁コイル１２０、１２２と、継鉄１１８の１８
ａと１８ｂの２つの部分に隣接してホール効果センサ２
８が配置された２式のホール効果センサ１２４、１２６
とからなっている。継鉄１１８は、ベルト１０の真上
に、ベルト１０の幅全体にわたって伸びて配置されてい
る。この継鉄１１８は、３つの垂直方向に配列した部
分、すなわち先端部１３０、後端部１３２、中間部１３
４とからなっている（説明の都合上、「先端」あるいは
「前方」という用語は図中矢印１３６で示された方向に
ベルト１０が走行しているときに、この走行方向におい
て先となるものを指し、一方、「後端」あるいは「後
方」はこの方向の対して逆方向を指すものとする。）ま
た、継鉄１１８は、垂直方向に配置された３つの部分１
３０−１３４に接続された（あるいはこれらと一体に作
成された）上部に水平方向に配置された部分１３８を有
している。３つの垂直部分１３０−１３４の下端１４０
は、ベルト１０の上面１４２からわずかに隔てられて
（例えば１インチ以下）上方に（あるいは下面の下方に
位置するようにすることもできる）配置されている。

【００２３】また、２つの界磁コイル１２０および１２
２が上部アマーチュア部分１３８の先端および後端部分
１４４、１４６の周囲に巻かれており、これらのコイル
１２０および１２２は１４７を介して交流電流電源に接
続されている。このように、界磁コイル１２０および１
２２が２つの交流磁界を発生し、そのうちの１つは先端
部１３０から先端部上部継鉄部１４４を通り、さらに中
間継鉄部１３４を通り、次いでケーブル１４のアマーチ
ュア部分１３０と１３４の部分の間に位置する部分を通
るループを伸びていることがわかろう。もう一方の交流
磁界は、後端部１３４を通り、さらにこれに隣接した上
部アマーチュア部分１４６を通り、さらに中間アマーチ
ュア部分１３４を通り、次いでケーブル１４の継鉄１３
２と１３４の部分の間に位置する部分を通るループを伸
びている。前側のホール効果センサ１式１２８は、ベル
ト１０の幅方向に１列に等間隔に配置され、わずかに
（典型的には１／４から２インチ）ベルト１０の上面１
４２から上方に隔てられている。センサ１２４は先端ア
マーチュア部分１３０と中間アマーチュア部分１３４の
途中に配置されている。典型的には、これらのセンサ１
２８は横方向に互いに１／４から１／２インチの間隔で
配置するようにできる（中心線から中心までの距離）。
各ホール効果センサ１２４は、その活性軸（すなわち磁
束を検知する軸）が、垂直部１３０の下端１４０と垂直
部１３４の下端１４０の間に伸びる磁束と交差するよう
にベルト１０の上部に配列されている。また、後ろ側の
センサ１式１２６は後端アマーチュア部分１３２と中間
アマーチュア部分１３４の途中に前側のホール効果セン
サ１式１２８と実質的に同じようにして配置されてい
る。ホール効果センサ１２８の２組１２４および１２６
は、補助的な電子回路を含む関連するプリント回路基板
上にセンサ２６を装着するようにもできる。また、アマ
ーチュア１１８、コイル１２０、１２２、およびセンサ
２式１２４、１２６の全体が支持構造を用いてベルト上
面に静的に近接させてしっかりと固定される。理解を容
易にするために、具体的な固定具は図示していない。

【００２４】交流磁界として生成された磁力線は磁気抵
抗が最も小さい経路を探すが、このとき、もし金属ケー
ブル１４に損傷が全くなければこれらのケーブル１４が
最小の磁気抵抗経路を提供することになり、かくして磁
力線は継鉄の互いに隣り合った部分の間に位置する（す
なわち１３０と１３４との間、および１３２と１３４と
の間）ケーブル１４の部分が提供する経路に集中するこ
ととなる。一方、もし継鉄の互いに隣り合った部分１３
０と１３４との間、あるいは１３２と１３４との間のど
ちらかのケーブルの部分に破断あるいは腐食を生じてい
ると、その断面積が減少し、その結果、磁気抵抗がより
大きくなるために、ケーブル１４の隣接部分への磁力線
の集中が少なくなる。こうして、もし特定のホール効果
センサ１２８がより強い磁界を検知したとすると、この
ことは、ケーブル１４近くを通る隣接磁気抵抗経路が増
大したことを意味しており、従って何らかの形の損傷が
存在することを示している。各センサ１２８の出力は、
界磁コイル１２０あるいは１２２のアンペアターン積、
およびセンサ１２８自身の磁束に対する感度、センサ１
２８の磁力線に対する位置、補強ケーブル１４の透磁
率、ケーブル部分に隣接する位置の磁力線に対する位置
の関数である。

【００２５】この第２の実施例の磁力線を検知すること
に関する動作は、第１の実施例の場合とは異なってお
り、以下に説明するようにして行われる。装置１１６
は、図４および５に示されているように（また上記のよ
うに）配置され、交流電流が２つの巻線、すなわち２つ
の界磁コイル１２０および１２２に流される。またベル
トコンベヤ１０が装置１１６の下を通って長さ方向に移
動するようにセットされる。また２組１２４、１２６の
ホール効果センサ１２８が、その点においてホール効果
センサ１２８を通って伸びる磁界の強度の何らかの変化
を検知しないかどうかがモニタされる。各センサ１２８
の出力は補強ケーブル１４の近隣部分の透磁率、および
ケーブル１４の近隣部分の磁力線に対する位置と反比例
関係を有している。また、センサ１２８の出力の大きさ
は、これと交差する任意の磁束（すなわち磁力線）の強
度の直接的な関係となっている。従って、上述のよう
に、コイル１２０または１２２によって生成された磁界
中に透磁性材料を全く存在しないと、強い磁束（最大磁
力線交差）が現れ、これによって大きな出力が発生す
る。何らかの透磁性材料が存在すると、それによって磁
力線にとってより磁気抵抗の小さな経路が形成されて、
磁力線はこの経路を通るようになるので、ホール効果セ
ンサ１２８が出会う磁束の大きさが低減し、従ってその
出力が小さくなる。すでに述べたように、ホール効果セ
ンサの使用上においてベルトコンベヤの運動を関連する
誤差原因となり得るものとして、ベルトコンベヤがある
程度の上下運動をすることがある。従って、もしベルト
１０がホール効果センサ２８により近づくと、空隙が狭
くなり、従って、ホール効果センサ１２８によって検知
される磁界に変化が生じる。後にさらに詳細に説明する
ように、この問題は、この第２の実施例においては２つ
の縦方向に並べられたセンサ１２８の組１２４および１
２６の信号が互いに相関を有するようにし、これによっ
てこのベルトフラッタによる悪影響を消すことで低減さ
れる。これは以下のようにしてなされる。

【００２６】すなわち、継鉄１１８に電流を流すための
電源周波数を２組のホール効果センサ１２４、１２６の
縦方向の間隔に対して、またベルト１０の直進速度に対
して制御し、各正弦波の時間間隔がベルトのある部分が
ホール効果センサの組１２６の下の位置から他方のホー
ル効果センサの組１２４まで到達するまでの時間と等し
くなるようにする。ここで、例えば、ベルトにフラッタ
が起こり、ベルトが上方に短い距離だけ動いて２組のホ
ール効果センサ１２８により近づいたものと仮定しよ
う。このとき、磁界のうち２つのホール効果センサ１２
８を通過する分の強度が低減するものと考えてよい。ケ
ーブルのある与えられた部分が最初に後ろ側のセンサ１
２８の組１２６の下にあるときと、次に前側のセンサ１
２８の組１２４の下にきたときに、その特定の界磁コイ
ル１２０あるいは１２２に流される２つの正弦波部分が
検知装置によって比較される。もし、これら２つの正弦
波の大きさが同じ程度に異なっていたとすると、このこ
とはベルト１０がホール効果センサ１２８に対してより
近づいたか、または遠ざかった状態となっていることを
示している。これについては後に本発明の回路を図６と
関連して説明する際にさらに詳細に説明する。

【００２７】ホール効果センサ１２８の前と後ろの２つ
の組１２４と１２６の間の間隔とちょうど等しい距離だ
け、互いに隔たったベルト上の２カ所を考えてみよう。
２つの巻線１２０および１２２の交流電流は互いに同位
相となっており、その周波数はベルト１０の移動速度
と、ホール効果センサ１２４と１２６の間隔とを基準に
して制御される。従って、この２点は間隔を置いて設け
られたホール効果センサ１２８の前方および後方の２つ
の組１２４および１２６とに隣接するとともに、同時に
ベルトの２つの隔てられた部分とも隣接している。も
し、縦方向に隔てられた２つのケーブル位置のケーブル
１４が損傷を受けていないものとすると、同じ磁気抵抗
を有する経路が２つの縦方向に隔てられたホール効果セ
ンサ１２８の下に形成されるので、ベルトがホール効果
センサ１２８に近づくか、あるいは離れたかした状態に
おいては、縦方向に隔てられた２つのホール効果センサ
１２８によって検知される正弦波の大きさは互いに同じ
量だけ同時に大きくなるかあるいは同時に小さくなる。
一方、ケーブル１４の１つがある場所で異常を有してい
るものと仮定し、このとき、この異常部分から、２つの
ホール効果センサの組１２４と１２６の間隔と同じ距離
だけ縦方向に隔てられた部分を考えよう。このような状
況において、ケーブル１４の異常部分がホール効果セン
サ１２８の後ろ側の組１２６の下にきたとき、ホール効
果センサ１２８の後ろ側の組１２６は、異常点が接近し
たその瞬間にホール効果センサ１２８の後ろ側の組１２
６を通過する磁界が増加することを検知することによっ
て、この異常部分を検出する。一方、隣接の前側の組１
２４のホール効果センサ１２８はケーブルの損傷のない
部分の真上にあるので、その磁界が乱されることはな
い。その後の短い時間の経過後にこの異常部分は後ろ側
のホール効果センサの組１２６の下から前のホール効果
センサの組１２４の位置まで移動し、ここで、この異常
部分によって先端継鉄１８の磁界パターンが乱されて、
損傷のないケーブル部分の場合とは異なったものとな
り、これがホール効果センサの前の組１２４によって検
知される。後にさらに説明するように、本発明の制御回
路は、このような状態を磁界強度の変化が単なるフラッ
タに基づくものであるような他の状態と識別する能力を
有している。

【００２８】また、前に述べたように、解析結果によれ
ば、検出された信号の「指紋」は検出された異常の種類
に応じて変化することがわかっている。例えば、もし明
瞭な破断がケーブル１４に存在していると、この破断部
分が後ろのセンサの組１２６の下から前のセンサの組ま
で動く時間は、比較的短く、また短い時間の間に続けて
２つの急激な磁界変化が生じる。一方、異常が広く領域
にわたる腐食であり、この領域が２つのセンサの組１２
４と１２６の間をもっと長い時間にわたって通過してい
くものと仮定しよう。このような状況では、より長い時
間にわたるかなり異なった指紋が得られる。異常部分に
よって生成された信号の形と時間とを解析することによ
って、異常部分の性質をさらに正確につきとめることが
可能である。さて、図６を参照しながら、本発明の第２
の実施例の回路を説明しよう。第２の実施例の回路は第
１の実施例の回路と非常によく似ているが、ホール効果
センサの組１２４および１２６からの信号が最初に処理
されるしかたが異なっている。図において、先端部の界
磁コイルによって生成される磁界が１２０ａで，また後
ろ側の界磁コイルによって生成される磁界が１２２ａで
表わされている。これらの磁界１２０ａおよび１２２ａ
はホール効果センサ１２８の前側および後ろ側の組１２
４および１２６と交差することがわかろう。各ホール効
果センサ１２８は、第１の実施例におけるのと同様に、
正の電圧源に１５０を介して接続されており、また各セ
ンサ１２８のＧＮＤ端子は接地されている。また出力端
子１５２はそれぞれ結合キャパシタ１５３と、ライン１
５４を介して差動増幅器１５６の入力端子に接続されて
いる。

【００２９】第１の実施例の場合と同様に、複数の差動
増幅器１５６が具備されていて、各差動増幅器１５６は
それぞれの帯域通過フィルタ１５８に接続され、前の部
分と後ろの部分のそれぞれの対が、それに関連する差動
増幅器１５６およびフィルタ１５８に接続されている。
ここで注意すべきことは、２つの磁界１２０ａおよび１
２０ｂは互いに位相が同じ２つの正弦波の形で変化する
ことである。差動増幅器１５６はこれらの２つの正弦波
の差異を検出する。２つの正弦波の差は、通常は何らか
の異常があることを示している。一方、もし正弦波の大
きさが同時に変化している場合（ベルトのフラッタなど
による）には、これによって差動増幅器１５６に出力が
生じることはない。このようにして（前に述べたよう
に）、ベルトのフラッタによって信号強度が影響される
ことの潜在的な問題が低減されており、また差動増幅器
１５６はケーブル１４に損傷や破断などの異常が存在す
るときにのみ信号を生成する。この実施例の回路の残り
の部分は、第１の実施例の図３に示した回路と実際上同
じである。従って、第２の実施例の回路についてさらに
説明する必要はないであろう。

【００３０】この第２の実施例においては、振動磁界を
生成するやり方に少なくとも４つの変形が可能である。
これらを図７から１０を参照しながら説明する。図７
は、磁界が同相であり、コイル１２０および１２２によ
って生成されるこの２つの磁界の方向が同一方向である
ようになされた場合を示したものである。ホール効果セ
ンサの向きは同方向に配置される。従って出力信号は同
相となる。このような状態において、増幅器１５６とし
て、差動増幅器を用いて２つのホール効果センサの組に
よって生成された信号の差を検出する。図８は、第２の
方法を示したものであり、磁界の方向は同じであるが、
ホール効果センサの向きは逆向きとなっており、ホール
効果センサからの信号出力が逆位相となるようになされ
ている。この例においては、図８のａおよびｂで示され
ているように、信号は互いに逆位相であり、増幅器とし
ては、差動増幅器を用いる代わりに加算増幅器が用いら
れる。第３の方法を図９に示す。この場合には、磁界を
逆相とし、ホール効果センサの向きを同じとしている。
この例では、図８に示された状態と同様に、得られるホ
ール効果センサの出力信号は逆相となる。従って、増幅
器１５６としては、この場合においても加算増幅器が用
いられる。

【００３１】最後の方法を図１０に示す。この場合で
は、磁界が逆相で、ホール効果センサの向きが逆向きと
なっている。このとき得られる出力信号は、図７の場合
と同様に同相であり、従って差動増幅器１５６が用いら
れる。本発明において、その基本的な教えから逸脱する
ことなしにいろいろな変形が可能であることは明白であ
ろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施例の等角図であ
り、ベルトコンベヤの欠陥の検知に用いられる本発明の
装置を示したものである。

【図２】図２は、図１の装置の側面図であり、ベルトコ
ンベヤの断面が示されている。

【図３】図３は、本発明の第１の実施例の制御回路と装
置とを示した概略図である。

【図４】図４は、図１と同様の等角図であり、本発明の
第２の実施例を示したものである。

【図５】図５は、図４に示した第２の実施例の側面図
（図２と同様）である。

【図６】図６は、図４および図５に示した第２の実施例
の制御回路と装置とを示した概略図である。

【図７】図７は、第２の実施例において、磁界のとり得
る向きの１つを図式的に示したものである。

【図８】図８は、第２の実施例において、磁界のとり得
る向きの他の１つを図式的に示したものである。

【図９】図９は、第２の実施例において、磁界のとり得
る向きのさらに他の１つを図式的に示したものである。

【図１０】図１０は、第２の実施例において、磁界のと
り得る向きのさらに他の１つを図式的に示したものであ
る。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦方向軸を有する透磁性部材の異常を、
   磁界を前記透磁性部材が位置する作動領域に発生させる
   ことによって検出するようになされた装置において、前
   記部材が前記装置に対して前記縦方向軸に沿って動くこ
   とが可能なように、前記装置が前記部材に対して配置さ
   れており、前記装置が： ａ）前記磁界を縦方向に隔てられた第１および第２の磁
   界成分として前記作動領域の縦方向に隔てられた第１お
   よび第２の磁界位置に生成するためのコイル手段と； ｂ）前記第１および第２の磁界成分の変化に対して応答
   するようになされた検知手段；を備えており、これによ
   って、前記部材の異常部分が前記第１および第２の磁界
   位置を通過するときに、前記第１および第２の磁界成分
   に変化を発生させ、前記検知手段が前記異常によって発
   生された前記第１および第２の磁界成分の変化に応答し
   て前記異常を検出するようになされていることを特徴と
   する装置。
2. 【請求項２】 前記検知手段が、検知位置の磁界強度に
   応答するようになされていることを特徴とする請求項１
   に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記検知手段が、前記磁界成分の間に配
   置され、前記検知手段の位置が前記磁界成分の間に位置
   するようになされ、また、前記界磁コイル手段が前記第
   １および第２の磁界成分のそれぞれの少なくとも一部が
   前記検知位置を通って伸びるようになされていることを
   特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記コイル手段が、第１および第２の磁
   界ループを生成するようになされており、前記第１およ
   び第２の磁界ループが互いに隣接する部分を前記検知位
   置に有しており、前記隣接部分においては、第１および
   第２の磁界ループの向きが互いに逆向きとなるようにな
   されており、また、前記界磁コイル手段が、実質的に等
   しい磁気抵抗が前記第１および第２の磁界成分位置に存
   在しているときには、第１および第２の磁界成分が前記
   検知領域において互いに本質的に平衡、また、前記第１
   および第２の磁界位置における前記磁気抵抗が異なって
   いるときには、第１および第２の磁界成分の強度が異な
   りこれによって正味の磁界成分が前記検知領域において
   発生されるようになされており、これによって、前記異
   常が前記第１または第２の磁界位置に位置しているとき
   に、異なった磁界抵抗が前記第１または第２の磁界成分
   中にもたらされ、これによって前記検知位置における磁
   界強度が変化し、この変化に対して前記検知手段が応答
   するようになされていることを特徴とする請求項１に記
   載の装置。
5. 【請求項５】 前記コイル手段が縦方向に隔てられた３
   つのアマーチュア部分、すなわち、先端アマーチュア部
   分と、後端アマーチュア部分と、前記先端および後端ア
   マーチュア部分の間に配置された中間アマーチュア部分
   とを有するアマーチュア手段を有し、前記コイル手段
   が、前記第１の磁界成分を前記先端アマーチュア部分と
   前記中間アマーチュア部分とを通って伸びる磁界ループ
   として生成し、前記第２の磁界成分を前記後端アマーチ
   ュア部分と、前記中間アマーチュア部分とを通って伸び
   る第２の磁界ループとして生成するようになされた界磁
   コイル生成手段をさらに有し、前方および後方磁界ルー
   プの一部分が前記中間アマーチュア部分を互いに逆向き
   に通過するようになされていることを特徴とする請求項
   １に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記検知手段が前記縦方向軸に対してこ
   れを横切る方向に互いに隔てて複数の磁気反応センサを
   配置し前記作動領域をよぎって伸びる１組の前記センサ
   を構成するようになされた複数の磁気反応センサを有し
   ていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記センサが前記中間アマーチュア部分
   の下端部分に配置されていることを特徴とする請求項６
   に記載の装置。
8. 【請求項８】 交流電流を前記コイル手段に流すことに
   より前記第１および第２の磁界成分を交流磁界として生
   成するための交流電流電源手段をさらに有していること
   を特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記検知手段が複数のセンサを有してお
   り、前記装置が、前記センサの各々からの入力に応答し
   て処理信号を生成するための受信手段を有する回路手段
   をさらに有しており、前記回路手段が、前記処理信号に
   応答してセンサからの処理信号に対応する複数のマルチ
   プレクサ信号出力を生成するマルチプレクサ手段と、お
   よび前記マルチプレクサ信号出力を受信して前記センサ
   のどれかに関連する異常を識別する処理手段とをさらに
   有していることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記検知手段が、縦方向に隔てられて
    それぞれ前記第１および第２の磁界位置に配置された第
    １および第２の検知手段部分を有しており、前記第１お
    よび第２の検知手段部分が前記第１および第２の磁界成
    分の変化に対して応答するようになされていることを特
    徴とする請求項２に記載の装置。