JPS5830689A - 導電性ル−プを使用して対象物を検出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】 本発明は、導電性ループによる検知、特に道路の車輌、
パイプライン、またはその他の主として導電性である金
属で作られた対象物を検知するための方法と回路装置に
関する。

導電性ループを備えた検出方法はいくつかの利点を有す
るととがよ〈知られている。

例えば、 一検出における場所的な部分が適切に制限される。

−ルーズの溶状を変えるととＫよって、検出の限度もま
た変えられる。

一非導電性対象物によって測定過程が妨害されない。

一測定ユニットが保守を必要としない。

導電性ループが適用される従来の方法の１つけ、主とし
て検出ループが発振回路の誘導性部材を形成するように
展開される（多くの場合、共振周波数けｌ０ＫＴ（、以
上である）。検出そわ自身は、ループの誘導率が、導電
性であってループの附近に配置された対象物によりて影
響を受け、それにより渦電流効果に基づいて磁束の量が
変位されるという現象に基づいている。誘導率の変化に
基づいて発振回路の周波数もまた変化し、この変化と対
象物の距離および他のパラメータとの間に明確な相°互
関係が存在する。測定け１つの段階で行われる。

従来の方法の１つけ米国特許第３，９４３，３３９号「
誘導性ループ検出装置」Ｋ開示されている。他の方法も
また導電性ループを使用するが、信号処理方法の相違が
米国特許第２，９４３．３０６号　「車輌検出製雪」お
よび米国特許第３，１６４，８０２号、およびドイツ頭
特許第２．８１７，６７０号　「誘導性ループ検出装置
」ｋ記載されている。

しかしながら、これらの方法は上述の利点の外にいくつ
かの特像的力欠点もまた示している。対象物によって生
ずるループの誘導率の変化が小さい（１０−”またはそ
れ以下のオーダ）・の場合に、対象物の大きさが不十分
またはループと対象物の間の距離が大という理由から、
連続な方法において絶対誘導率を測定するような検出は
非常に困難であり、ある限界以上は実現の可能性がない
。

困ｌ＃表点け、発振回路および処理回路のパラメータ自
身もまた温度および構感要素やエージング等の影響のも
とで変化し小さ力信号の検知において誤つた検出を拒す
るという事実によシ生ずる。

この場合理想的即ち無限に安定化した回路素子が設定さ
れ外ければ、ループの歪みから生ずる欠点社除失され力
い。

従りて誘導性ループ検出装置を使用する方法は絶対誘導
率の測定に基づくものではなく、相対誘導率で測定さ引
、る。即ち前段階で測定された値と比較された誘導率の
変化が検知される。

この相対変化と対象物の間の関係を生み出すためにいく
つかの解決法が提案されている。一部は前述の公報であ
り、他にけフランス国特許第１．５５５．６５９号「車
輌検出装置」、日本国特許第４２−５２８３４号「道路
における車輌の検出装置」において記載されている。

しかしながら、相対測定方法に基づいて誘導性ループ検
出装置を使用する方法は２つの基本的な欠陥を有してい
る。１つけ対象物がある時間その位置を変えないと検出
装置はその対象物を「忘れる」ことであ〕、他の１つけ
スイッチ切換後またけ供給電圧の不足があると、検出装
置は検出されるべき対象物がその周囲に存在するのか否
かを（前段階のループ誘導率の値が示されていたいので
）決定することができないことである。

米国特許第３，９４３，３３９号に基づいてカノガ（Ｃ
ＡＮＱＧＡ）社により作られた誘導性ループ検出装置−
従来の装置の中では最良のパラメータを示す−け、対象
物が１０”のオーダのループ誘導率の変化が生じた場合
に、最大一時間の保持時間が保証されている。

設定された目標は３つの段階からなる方法によって達成
される。す々わち、 （ａ）　　導電性ループに励磁用直流電流を供給し、該
励磁は、該導電性ループの周辺の導電性物体又はその表
面層上に存在する渦電流に拘らず、該導電性ループによ
る磁束が最小限静止状態に近似する程度に対象物を貫通
するまで行う段階、山）導電性ループによる励磁を中断
し、該中断を自己誘導による過渡現象が導電性ループ内
で実際に終了するまで維持する段階、および（Ｃ）　　
導電性ループにおいて対象物内の渦電流によシ維持され
緩慢に減少する磁束によシ誘起される電圧を測定する段
階、である。

以下に図面に従って本発明の実施例を詳＃！に説明する
。

本発明の要旨は第１図に示される構成によシ説明される
。第１図にはループＨの附近に置かれた導電性対象物り
が示される。ループＨの一方の端は端子ＯＶＫ接続され
、他方の端は抵抗ｒを介して過電圧抑止ユニットＴＯの
一方の端子およびスイッチング素子Ｘの一方の極に接続
され同時に整形および増幅ユニットＪＷＫ接続される。

スイッチング素子にの他方の極上電圧端子Ｕｗ　Ｋ接続
される。１１彫シよび増幅ユニットＪＥの出力は制御回
路Ｖの入力ＫＩｌ続され、該制御回路Ｖの出力の１つは
スイッチング素子にの制御人力に接続され（点線で示す
）、該制御回路Ｖの他方の出力は整形シよび増幅エニツ
）ＪΣの抑止入力に接続され、さらに皺制御回路Ｖの出
力は出力端子ＫＩＫ接続される一週常、抵抗ｒはループ
Ｈの内部抵抗で示される。

最初の状態として導電性対象物りがループＨの附近に配
置されていない場合を説明する。

スイッチング素子Ｘが閉塞されると、電流゛がループ！
［ｋ供給される（館１の段階）。電流がループＨの誘導
率と抵抗ｒのオーム抵抗によシ限定される場合には、損
失を減することができるために得策なことである。ここ
では支配する電流の直流成分、すなわちループ■内に磁
束φＨを誘起する直流を使用する。

スイッチング素子Ｋが開放されると、磁束φ■は、好適
にけツェナー特性を備えた過電圧抑止ユニットＴＧＫよ
り規定された電圧に依存して、非常に短い時間内に完全
に終了する（自己誘導による過渡過程が終了される第２
の段階）。その後ループＨは元の状態に戻り、理論的に
は終端における電圧は零に等しくカる。

過電圧抑止装置ＴＯの機能は回路の他のユニットによっ
て実施される。ループＨけさらに１抑止し得る整形およ
び増幅回路ＪＥＫ接続され、実際にはスイッチング素子
Ｘの閉塞が開始されてから自己誘導による過渡過程の終
了まで制御回路ＶＫよって抑止される。整形および増幅
回路ＪＥの出力は、好適には積分形混信防止ユニットで
提供されるが、制御回路Ｖの入力に接続される。制御回
路Ｖけ、１１ＩＩＢ装置の他の回路の制御を行う他に１
整合、比較および信号処理回路として機能する。

従って、自己誘導による過渡過程が終了すると、整夢お
よび増ｓａｗ、ｘΣは、その抑止が解除された後に％ル
ープの終端において測定された電圧を標本化し、整彫シ
よび増幅エニツ）ＪＩＫよって予備処理される（第３の
段ｗＩ）。

実際に、電圧が零であることを考慮すると、制御回路Ｖ
け出力端子ＫＩにおいて対応する論理情報を与・え、そ
の後、予備設定周波数において測定期間が新九に開始さ
れる。導電性対象物りがループＨの両辺に配置される場
合にけ、方法は以下のようＫｌ＆定される。

磁束φＨの一部φＬは導電性対象物例えば金属シートを
貫通する。φＬは金属シー）ＬＰＩＫ生ずる渦電流に依
存する速度で金属シートを通過しループとシートが結合
する。スイッチング素子Ｋが閉塞してＶる間社磁気結合
の程度は静止状態の値に好適ｋｒｒ似するよう外方法で
制御回路ＶＫよって制御される。スイッチング素子暮を
開放した後、シートを貫通しなかった磁束φＨ−φＬ　
は前述の場合のように同じ方法で素早く終了する。渦電
流ｔｂは実質的に低い割合で磁束φＬが終了することを
許容する。ループ電流！の消滅の後、磁束φＬは磁界内
に再配置され、金属シー）Ｌは励磁素子と擾ることが考
えられ、磁束φＬの一部φ０は身−プ■を通過する。磁
束φ６の緩慢な減少はループＨ内において標本化期間Ｋ
ｇめ得る直流を誘起するＯ 従って、基本的な測定サイクルは３つの段階で生ずる。

必要な周波数でサイクルを繰シ返す場合には連続的な測
定が実現される。

ここで述べられ六方法Ｆｉ１つ以上のループの回路装置
においても強磁性材料で作られた対象物においても同様
であるが、磁束の配ｆｊｌが変わる。２つのループ配置
の接続は第２図に示される。ことに示されていかい回路
装置のユニットは第１図に対応する。通常の必要性に従
えば、制御ユニットＶけ、Ｊｌ′＆る方法において標本
化の期間に到達する振幅の変化を有する信号を処理する
。最も簡単な形において信号は比較器によシ比較されレ
ベルおよびイエス−ノー情報か送出される。異なる方法
、例えばアナログ測定で設定するように設計された場合
には、対象物とループ等の間の距離は与えられる。必要
に応じて例えば雑音の多い環境の場合には、論理誤差補
正またはレベル変換が爽施さ引る。制御回路Ｖの回路装
置のいくつかの可能性の内の１つが＠３ｗＪに示される
。とこで、ＡＭＶ　　　−制御可能な無安定スリップ・
フロップ、 ＭＭＶ　　　−単安定フリップ拳フロクプ、ＲＭＭＶ　
　−再開始の可能性を備えた単安定フリップ・フロップ
、 τ　　　−遅延素子、 ＡＮＤ　　　−アンドゲート、 ＩＮＶ　　　−インバータ、 ＣＯＭＰ　　−比較器、 Ｍｅ　　　−マイｊ　ｔ２Ｈｙビ為−タ（入力ＰＲＯＧ
−８！Ｌｑ該マイクｐコンビ為−タに含 まれるいくつかのプロゲラ−から必 要なプログラムを選択するために供 給される）、 ＣＧ　　　−制御可能な発振器、 Ｐ　　　−発振器の調整素子、 Ｒ−抵抗器、 ＵＣ−直流電圧、　であるっ 簡単な場合として、素子ｐｃ　、ＲＭＭＶ、ＩＮＶ２゜
ＣＧ２　およびＰ２け、素子ＣＧＩ　およびＲと同様に
、１つづつ又はまとめて省略し得る。素子ＣＧＩおよび
Ｒが回路装置に含まれない場合には、比較器ＣＯＭＰの
基準入力は素子ＰＩＫ直接接続される。

壕ず始めに制御ユニットＶがマイク−コンビ為−タμＣ
を含まない場合について考察する。この場合、測定過程
の周期的時間は制御可能な無安定フリップ・フロップＡ
ＭＶ　Ｋより制御され、一方、１つの部分時間すなわち
標本は単安定フロップ・フ四ツ２ＭＭＶ　ｌ　、ＭＭＶ
　２　　および遅延素子τによって制御される。

発振器ＣＧＩＫよつて比較のレベルは調整すれ、一方発
振器ＣＧ２は雑音の多い環境１Ｋをいて主として重要で
あるヒステリシスの調１１に提供される。

再開始の可能性を備えた単安定クリップ・フロップＲＭ
ＭＶの時間設定は無安定スリップ・フロップＡＭＶの周
期的時間よシも好適にけ長い。とのような方法において
、信号レベルの継続性は出力端子Ｋｒにおいて達成され
る。制御ユニツ）Ｖがマイクロコンビへ−タＳＣを含む
場合には、マイクロコンビ島−タμＣは第３図において
示される多くの回路素子（ＡＭＶ　＊　ＭＭＶ　１　＊
　ＭＭＶ　２　ｅ　　ｆ　ｅＩＮＶ　１＊　ＩＮＶ　２
　ｅ　ＡＮＤ　＊ＲＭＭＶ）Ｏ機能を行ない得る。雑音
の多い環境においては、マイクルコンビ為−タ５ｃＩｄ
誤差補正を備えたいくつかの測定用プ冒グラムを有する
。

簡単な説明０１つとして測定結果の変化は結果が２３★
たは３つの周期に存在する場合にのみ受入れられる。こ
の場合、拡大されたプルグラムに従りて得られる測定結
果の補正は通常の測定方法の周期的時間よシ実賓的に短
い周期的側室時間においてマイクロコンビ１−タμＣＫ
よ）制御される。

マイクロコンビエータμＣｔｆ比較器ＣＯＭＰの基準レ
ベルを調整することによってアナログ測定を行う。

第１図および第２図に示される概略的構成の外に渦電流
を有するループ検出装置がいくつかの方法で形成される
。いくつかの可能な実施例が以下に示される。

１、ループおよび情報が集められエネルギが供給される
場所との間の距離が離わていることが度々起こシ、従り
て、ループＨ＠（Ｈ）によシ必要とされる電流が僅かに
供給される。この場合、渦電流ループ検出装置の１つの
説明として、スイッチング素子にの前後に局部的エネル
ギ愛成器（例えば変圧整流機）が使用されると、結果と
して、よシ小なる電流がよシ大なる電圧の線路上に流れ
る。

２、遠隔の測定場所の場合には、渦電流ループ検出装置
の制御回路Ｖの機能は好適に２つの部分に分けられる。

従って、ループＨ・、Ｈｗ　（Ｈ）の周辺に配置される
他の回路−第３図において、素子ＭＭＶ　１　ｅ　ＭＭ
Ｖ　２　ｅ　Ｉ　ＮＶ　１　ｅ　ＡＮＤ　ｅ　τａＣＯ
ＭＰおよびＰＩ−に有用であゐためＫｌｉｌ約定必要と
される制御回路Ｖの一部は、同じユニットに配置され、
一方、主として論理的信号処理（第３図において、素子
ＡＭＶ、ＲＭＭＶ＃およびμＣ）を行なう他方の部分は
、情報集取場所又は中実装置に配置される。

３、　　＊電流ループ検出装置を包含する装置は分−さ
れた制御ユニツ）０中央部分が共通部分として形成され
ゐような方法において有利に％威される。

４、分割された制御エニツＦを有する渦電流ループ検出
装置の実施例の１つとして、２つめ部分は整合エニツＦ
と同様信号伝送のための１つ又はそれ以上の個々の逓信
路が形成される。信号伝送のための通信路は個々のプア
に配置されゐか又はエネルギ伝達のためにコア上に形成
される。このＩＩ２明が第４図に示される。

とこで、 Ｍｌ（−測定結果の処理が行われる場所、丁Ｌ　−エネ
ルギとデータ伝送用の紗路、８Ｒチー送受信および供給
エネルギ分割ユニツ゛ト　、 ５、好適外実施例として渦電流ループ検出装置け、１１
１１による磁気的雑音を抑止するために１つ又は複数の
ループが補正ループとして形成ｉｉる。

補止ループの、最も簡単表説明は蒙５図に示される。ル
ープのこの形体は、雑音磁束の変化が反対符号の向き合
りだ信号電圧で巻かれたループ素子内に誘起されるので
磁気的雑音の抑止又は減少にとりて適切である。ループ
の終端の電圧は１つのループ素子の電圧の合計ｌ／Ｃ勢
しく、仁のことはＳなる符号の電圧が互に減じられるこ
とを意味する。雑音磁束の変化の範囲が反対符号で巻か
れたループ素子の両方と同じである場合にけ、防書艙１
は完全に補正される。同時に有用を信号の検出はととで
示される発明の実施例によって影響されない。

零発ＷＡＫよる方法は、部室過程が絶対的ａＳ牲を示す
ＩＩシにおいて主ＩＰ１目的を実現する。距離が径の３
５倍を越える場合に１反作用は距離の６乗で−じられＣ
ｍ導性検出装置は３乗であるが）、従って遠隔導電性対
象Ｉ＃祉宛全に省略される。

従って導電性対象物がループの附近にない場合にけ、測
定し得る信号は零に尋しく、一方対象物が現われても、
信号は着しく零からはずれる。上述の渦電流検出装置は
導電性対象物をｍｓするためのいくつかの分野に適用さ
れ、利点は以下の場合に＃も明らかである。すなわち、 −環墳が著しぐ汚染されている（はこ夛、雨、霧、雷、
４Ｉ）場合、 一濡度が急速かつ著しく変化する場合、−測定ループを
変彫させたい場合、 −伊の調整なしで連続的な測定が必要とされる場合−で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による、励磁ループと測定ループが共
通のループで形成され検出されるべき対象物が強磁性材
料製では力い場合の回路装置を示すブロック図、 第２図は、励磁ループと測定ループを示すブロック図、 第３図は、制御回路のブロック図、 ［４図上、分割された制御ユニットのブロック図、およ
び 第５図１および穎は、補正ループの最も簡単な形体を示
す図であり０ （符号の説明） ■・・・制御回路 ＪＥ・・・ＩＦ形および増幅ユニット Ｔ　Ｏ−・・過電圧抑止ユニット ■・・・導電性ループ Ｌ−・・導電性対象物 ＡＭＶ−・・無安定フリップ・フｉツブＭＭＶ、ＲＭＭ
Ｖ−・・単安定フリップ・フｅツブτ・・・遅延素子 Ａ）ＪＤ−・・アンドゲート μＣ−・・マイクロコンビ＾−タ ＣＧ・・・発！Ｉ器 Ｐ・・・調整素子 Ｒ・・・抵　抗 ８Ｒ〒・・・供給エネルギ分割ユニｙ）特許出願人 ビラチ　ビラモス　オートマチカ フォパラリプゾ　ニス　ジャルト バララト 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　松　下　　　操 弁理士　山　口　昭　之

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性ループを使用して対象物を検出する方法にお
   いて、該方法が下記の３つの段階、すなわち、 （１）　　導電・性ループに＃ｍＦ＠直流電流を供給し
   、該励′ｍは、該導電性ループの周辺の導電性物体又は
   その表面層上に存在する渦電流に拘らず、該導電性ルー
   プｔｔｃｘる磁束が最小限静止状態に近似する程度に対
   象物を貫通するまで行う段階、伽）　導電性ループによ
   る励！を中断し、該中断を自己誘、導による過渡現象が
   導電性ループ内で実際に終了するまで維持する段階、お
   よび（Ｃ）　　導電性ループにおいて対象物内の渦電流
   により雑持さｉｓ慢に械少する磁束によシ誘起される電
   圧を測定する段階、 ｔＸ備するヒとを％命とする導電性ループを位置＾ｉ 用して対象物を検出する方法。 ２６　　連続的外測定が３つの段階を迅速に行うととＫ
   よシ実現されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。 ３、該第３の段階において、測定が標本化によシ行われ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の方法。 ４、導電性ループによる検出のための回路装置は励磁ル
   ープ（Ｈａ）および測定ループ（ＨＭ）から成り、該励
   磁ループ（Ｈ（１）はスイッチング素子卸を介して直流
   電圧端子（ＵＭ）Ｋ接続され、測定ループ（Ｈｗ）は整
   形および増幅回路（ＪＥ）を介して制御回路ＣＶ’）Ｋ
   接続され、該制御回路には出力端子（ＫＩ）が設けられ
   、該制御回路ｆｆ）の出力の１つけスイッチング素子（
   Ｋ）の制御入力に接続され、一方該制御回路（Ｖ）の他
   方の出力は整形および増幅回路（ＪＥ）の抑止入力に接
   続されるととをＩＩＩＰ黴とする導電性ループを使用し
   て対象物を検出するための回路装置。 ５、励磁ループ（Ｈａ）の終端と過電圧抑止装皺（〒Ｇ
   ）の間が接続されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項に記載の回路装置。 ６、励磁ループ（Ｈａ）および測定ループ（Ｈｍ）が°
   １つの共通ループ（Ｈ）として形成されることをｑＩｆ
   ｌｌとする特許請求の範囲第４項又は第５項に記載の回
   路装置。 ７、スイッチング素子（Ｋ）と直流電圧端子（ＵＭ）と
   の間に局部電流整合エネルギ変成器が挿入されることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項〜第６項のいずれかに
   記載の回路装置。 ８、スイッチング素子（Ｋ）と励磁ループ（Ｈａ）の間
   に局部電流整合エネルギ変成器が挿入古れることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項〜第６項のいずれかに記載
   の回路装置。 ９、制御回路（Ｖ）　ａ、ループＣＨ）に有用ガ回路の
   直接制御を確保する一方の部分がループ（財）の附近に
   配置され、他方の部分がループ（Ｈ）の遠隔地例えば中
   央測定場所に配置されるような２つの部分に分劉される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第８項のいす
   ゎかに記載の回路装置。 １０、　　共通の制御回路が部分的に設はられた１つ以
   上のループ（Ｉ（）が含まれることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項〜第９項のいすわかに記載の回路装置。 １１、測定ループ（ＨＭ）　Ｋ垂直に配置された表面上
   に、雑音磁束の磁力線に沿２て形成されるべき皺測定ル
   ープ（ＨＭ）の投影が、巻線の方向が他のループ素子の
   方向と対照している少なくとも１つのループ素子を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項〜第１０項のい
   ずれかに記載の回路装置。・