JPS62502988A - 金属検出方法および装置 - 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】 金属検出方法および装置 〔技術分野〕 本発明は金属検出方法および装置に関し、特に、限定されるわけではないが、− ｍ的に流体中、特に潤滑油中の金属破片の監視に適する。これらの用途の他に、 本発明は、硬貨のような比較的大きな金属の検出に利用できる。

〔背景技術〕 多くの技術応用分野では、互いに摺接する部品の潤滑性を保つ必要がある。有効 な潤滑方法が用いられているにもかかわらず、ある程度の期間が経過するうちに 、避けることのできない摩耗が生しる。

この結果、その部品の材料から小さい粒子が削り取られ、移動する油中に混入す る。潤滑油中の微粒子の量およびタイプを測定し、これをその装置の機械的条件 の指標として使用することができる。

油のサンプルを外部に抽出して分析することは比較的簡単であるが、油を使用中 の状態で連続して監視することには困難な問題があり、油が汚濁したときに変化 する適当な特性を測定する適当な変換装置が必要である。

潤滑油の微粒子汚濁を連続的に監視する′Ａ置の一例が、英国特許明細書筒１３ ４８８８１号に開示されている。この装置は、ブリッジ回路を使用し、油の流れ に磁気的に結合された二つのコイルのインピーダンスの、油により運ばれる粒子 に起因する微分変化を検出する。

英国特許明細書筒］　５１０１０３号および第２００４３７４Ａ号に開示された 装置は、同調回路のインダクタを金属粒子が通過すると、この回路の共振周波数 が変化することを利用し、粒子の存在を示す。

さらに英国特許明細書筒１５１０１０３号には、強磁性体、導電体および電気絶 縁体がコイルのインダクタンスに磁気的に結合したとき、それぞれ異なる効果を 発生することを示している。

本発明は、金属片を検出し、その金属片を構成する金属を示す方法および装置を 提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

本発明の第一の発明は、あうかしめ定められた径路に沿って移動する金属片を検 出する金属検出方法であり、容量およびインダクタで構成された共振回路を含み 、その発振周波数が上記インダクタのインダクタンスに依存し、その発振振幅が 上記インダクタの抵抗負荷に依存する発振器を設け、上記インダクタを上記径路 に磁気的に結合してこの径路に沿って移動するすべての金属片°を上記インダク タに結合させ、上記径路に沿って金属片が通過することによる発振周波数および 発振振幅の変化を測定し、上記あらかじめ定められた径路に沿って移動する金属 片の特性を出力表示する。

本発明の第二の発明は、あらかじめ定められた径路に沿って移動する金属片を検 出する金属検出装置であり、容量およびインダクタで構成された共振回路を含み 、その発振周波数が上記インダクタのインダクタンスに依存し、その発振振幅が 上記インダクタの抵抗負荷に依存する発振器を備え、上記インダクタは上記径路 に磁気的に結合され、上記発振器の発振周波数の変化を測定する第一の手段と、 上記発振器の発振振幅の変化を測定する第二の手段と、上記第一の手段および上 記第二の手段に応答し、上記径路に沿って移動する金属片の特性値を出力表示す る出力手段とを備える。

潤滑油、冷却液、木材バルブ等のスラリー、煙等の流体内に粒子として含まれる 金属片を検出できる。また、異なる国の種々の硬貨を可能な限り分類する硬貨通 過機構内の硬貨や、異なる金属の領域を有するクレジット・カードまたは身分証 明カードを検出できる。

上記あらかじめ定められた径路とインダクタとを磁気的に結合するために、この 径路をインダクタ内にｉ！！遇させる。

発振器としては、核磁気共鳴スペクトロメータ、磁力計および磁界安定＝ｉのた めに開発されたマージナル・オシレータ（ｍａｒｇｉｎａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏ ｒ）として知られる種類のものを用いることができる。このような発振器は、発 生した発振振幅が共振回路のインダクタの抵抗負荷に強く依存するように、高イ ンピーダンスまたは電流駆動の並列共振回路を使用する。

並列に接続されたインダクタおよび容量で構成された並列共振回路を有する発振 器について説明すると、磁気的にインダクタに結合される異なる金属片により、 以下の効果が得られる。

金属片が強磁性体の場合には、磁気回路の透磁率が増加することにより、インダ クタのインダクタンスが増加する。したがって、回路の共振周波数が低下し、発 振器は低い周波数で発振する。金属片の電気的抵抗がインダクタの負荷となり、 発振振幅が低下する。

金属片が非磁性体で、導電性があり、低抵抗である場合には、インダクタの磁界 により、金属片内に比較的強い渦電流が発生し、インダクタのインダクタンスを 減少させる。このため、金属片の大きさに依存する量だけ発振器の発振周波数が 高くなる。導電体とはいえ通常はいくらか抵抗があり、これがインダクタの負荷 となって発振振幅を低下させる。

最後、に、金属片が非磁性で、導電性があるものの高抵抗である場合には、イン ダクタンスの低下により発振周波数が高くなり、渦電流のエネルギが金属片の抵 抗により吸収されて、インダクタの負荷となる。この負荷により、発振器により 生成される発振振幅が低下する。良導体の場合に比較して周波数の上昇は小さく 、これは渦電流が抵抗により削減されることによる。

本発明は、異なる金属の異なる性質によって生じる発振の変化を利用し、その金 属片を構成する金属を示す。このときの振幅変化は金属片の大きさに依存するの で、その金属片の大きさの値を出力することもできる。

発振器の発振周波数および発振振幅を適当な復調回路で測定し、その値に対応す る出力電圧、またはその値を表現する他の形態で出力する。異なる金属に対する 周波数および振幅の値を二次元グラフ上の点としてプロットすると、同じ金属に より構成される金属片の点は原点をほぼ中心とする扇形状の小さい領域に分布し 、大きな金属片の点は、小さい金属片の点より原点から遠くに分布する。

周波数および振幅の値を使用して検出された金属を示す一つの方法として、これ らの値を使用して陰極線管のビームを曲げ、得られる光のスポットが、異なる金 属のそれぞれに対応゛して、スクリーンの多数の領域のひとつに光のスポットを 得る。例えば調整試験を行った後に、スクリーンの種々の領域に印を付ける。他 の二次元表示の例として、陰極線管のかわりにプロツタを使用する。

周波数および振幅の値を使用する他の方法として、ディジタル形式に変換し、検 出されたと思われる金属を表示するようにプログラムされたディジクル計算手段 により処理する。これらの値が一以上の金属を示す場合には、可能な場合には以 前に検出された金属片を考慮して、異なる可能性のある金属を示すとともに、そ れぞれの可能性を表示するように、上記ディジタル計算手段をプログラムしてお く、ディジタル計算手段を使用することにより、（１）最大のパルス高さ、 （２）一定振幅範囲内のパルス数、 （３）検出されたパルスの輻（時間）、（４）パルスの曲線の下の領域、 （５）検出されたパルスの極性、 （６）液体中の微粒子汚濁のレベル、 （７）一定期間におけるパルス振幅の平均値、（８）粒径およびその材質 等の他の特性を知ることができる。

発振器の基本周波数を約１０Ｍ）ｌｚとすることにより、潤滑油中の金属粒子汚 濁を良好に検出することができ、一般的に、検出する金属片が大きいほど使用周 波数を低くする。金属片の大きさに範囲がある場合には、異なる周波数で動作す る複数の発振器を設けることが有益である。本発明を実施した装置で、約１５　 Ｏｎ＋程度までの鉄、真鍮、アルミニウムおよび銅を正しく識別できた。

他の構成として、発振器を異なる周波数に切替可能とし、発振器からの振幅およ び周波数を処理するコンピュータの制御により、最良の効果が得られるように周 波数を選択する。

本発明を完全に理解し、容易にその効果があることができるように、本発明の実 施例について添付図面を参照して説明する。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は装置のプロ７り構成図。

第２（ａ）図は第１図の装置に使用されるインジケータを示す図。

第２〜）図は第１図の駆動電子回路に含まれる発振器の回路図。

第３（ａ）図は第１図の駆動電子回路に含まれる周波数復調器のブロック構成図 。

第３（ｂ）図は第１図の駆動電子回路に含まれる振幅復調器のブロック構成図。

第４図は第１閣に示したアナログ・ディジタル変換器のブロック構成図−０ 第５図ｆａ）ないし第５図（幻は非鉄金属標本に対する振幅復調器および周波数 復調器からの出力を示す図。

第６図は第５図（ａｌないし第５図（栃に示した標本に対応する点を示すグラフ であり、ＦＭパルスの高さに対するＡＭパルスの高さをグラフ上にプロットした 図。

第７図＋ａ）ないし第７図（ｆｌは鉄を含む金属標本に対する振幅復調器および 周波数復調器の出力を示す図。

第８図は第７図（ａｌないし第７図（ｆｌに示した標本〇二対応する点を示すグ ラフであり、ＦＭパルスの高さに対するＡＭパルスの高さをグラフ上にプロット した図。

第９図は第３ｒｂ１図に示した増幅器および振幅復調器の回路図。

第１０図および第１１図は共に第３（ト））図に示した周波数復調器の回路図。

第１２　＋８１図および第１２Ｃｂ１図は振幅復調器および周波数復調器め出力 に対するスケーリング回路を示す図。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明の例として、添付図面を参照して、潤滑剤の流れから金属粒子を検出する ための装置であり、直径が約１５０ｐの粒子を検出することのできるＶｉＷにつ いて説明する。粒子の検出に加えて、この装置は、粒子を構成する金属およびそ の粒径を示す値を出力する。

粒子の金属の種類によりその源およびブレークダウンの可能性がある位置を示し 、粒径が破損の性質を示すので、これらの情報は機械の状態の監視に有効である 。

第１図を参照すると、この装置は、流れる潤滑剤に結合されたトランスデユーサ および駆動電子回路ユニット１を含み、このユニット１内に、トランスデユーサ として同調回路インダクタを有する発振器が設けられ、この発振器の発振周波数 の変化およびその振幅の変化をそれぞれ示す二つのアナログ信号Ａ、Ｂを出力す る。これらのアナログ信号Ａ、、Ｂはブロック２に供給され、このブロック２は 、ドリフト補償回路３の出力に応じてアナログ信号Ａ、Ｈの直流成分を除去し、 ドリフト補償回路３は、ユニット１内の発振器と同じ構造の発振器を含み、ユニ ット１内のインダクタと同様の参照コイル４に接続されるが、潤滑剤の金属粒子 からは絶縁される。直流成分が除去された信号Ａ、Ｂは、ユニット１の金属粒子 に対する応答を示し、回路５に供給され、回路５はこれらの信号を増幅し、同一 の極性になるように所定の直流オフセットを付加する。これらの草種性信号をア ナログ・ディジタル変換器６によりディジタル形式に変換し、処理のためにマイ クロプロセッサ７に供給する。ドリフト補償回路３により除去された直流成分は 、個々の粒子を検出できないほど細かいスラッジにより潤滑剤が汚濁したことを 示すことができ、これもマイクロプロセッサ７に供給する。表示ユニット８は、 マイクロプロセッサ７により駆動され、検出された粒子が鉄、鋼、真鍮、アルミ ニウムまたは銅のいずれであるかを示す別にの出力を含む。

出力表示を生成することに加えて、マイクロプロセッサ７は得られた情報を蓄え 、この情報をさらに解読するためにコンピュータ９に送出する。コンピュータ９ に接続されたグラフインク・パフケージ１ｏは、表示ユニット１１に、装置によ り検出された鉄金属粒子および非鉄金属粒子をグラフインク表示するやこの表示 の詳細を第６図および第８図に詳細に示す。

この実施例のマイクロプロセッサ７は、５個の特定の金属に関する出力を生成す るが、相互交換可能なＲＯＭを用いて、例えば鉛およびニッケル等の他の金属の 量を表示させることができる。ユニット１内の発振器の発振周波数およびその振 幅の変化が異なる金属で同じ場合に、この装置がどのような８！械的装置を監視 するとしても、他の部分でその金属を使用していなければ、潤滑剤に混入する可 能性のある金属を知ることができる。したがって、マイクロプロセッサ７に挿入 するＲＯＭは、監視しようとする機構により選択し、これに従って表示ユニット ８の出力表示を修正する。ある応用において、粒子による周波数および振幅の変 化を十分に正確に監視できる場合には、参照コイルを設ける必要がなく、ドリフ ト修正を行う必要がないこともある。さらに、マイクロプロセッサ７およびグラ フィ７り・パフケージ１０を伴うコンピュータ９によるディジタル計算を単一の ユニー／　トで実行することもでき、表示ユニット８および１１をそれぞれの応 用に適するように結合または分散させることもできる。

トランスデユーサおよび駆動電子回路ユニット１は発振器を含み、この発振器は 容量およびインダクタにより構成される並列共振回路を含み、この共振回路によ り発振周波数を決定する。トランスデユーサの機能を実行するインダクタは非金 属パイプに巻かれた構造であり、このパイプ内を潤滑剤が流れる。第２（ａ）図 に示したように、パイプ２０はその外径が６１、内径が３ｍｍであり、３４　Ｓ ＷＧのエナメル被覆銅線をこのパイプ２ｏの外側に２４回巻き、６１延長したイ ンダクタ２１が設けられている。トランスデユーサのコイルが共振回路のすべて の誘導成分である必要はない。

発振器の回路図を第２（１））図に示す、この発振器は「マージナル・オシレー タ」と呼ばれ、インダクタ２１の自己インダクタンスが変化することにより発振 周波数が変化し、インダクタ２１の抵抗負荷の変化により発振振幅が変化する。

発振器内では、インダクタ２１がある長さの同軸ケーブル２３により容量２２に 並列に接続され、並列共振回路を構成する。インダクタ２１の一端および容量２ ２の一方の電極は接地線２４に接続され、他端は容量２５を経由してＦＥＴ２６ のゲートに接続され、ゲートはチョーク２７を経由して接地される。ＦＥＴ２６ のソースは容量２９を経由して第二のＦＥＴ２８のソースに接続され、二つのＦ ＥＴのソースはそれぞれ抵抗３ｏ、３１を経由して接地される。ＦＥＴ２８のゲ ートもまた接地される。導線３２は＋１５Ｖに保持され、抵抗３３．３４を経由 してそれぞれＦＥＴ２６．２８のドレインに接続される。

ＦＥＴ２８のドレインは、プリセント抵抗３５および容量３６を経由して、て流 れる潤滑剤中の金属粒子によるインダクタ２１の抵抗負荷に発振振幅が応答する ように、抵抗３０．３１の値を選択し、抵抗３５を調節する。発振器の基本周波 数は約１０ＭＨｚである。同じ構造の発振器がドリフト補償回路３にも内蔵され ている。。

発振器の出力は緩衝増幅器に供給される。この緩衝増ｌｌ１ｉｉ器は、抵抗３８ および容量３９が並列に接続された負帰還径路を存する演算増幅器３７により構 成される。増幅器３７の非反転入力は、直列接続された容量４０および抵抗を経 由して、ＦＥ７２Ｂのドレインに接続される。

容量４０および抵抗４１の接続点は、抵抗４２を経由して接地される。緩衝増幅 器の目的は、出力端子４３に接続された復調回路から発振器を隔離することであ り、これにより、出力発振周波数および振幅がこれらの回路により影響を受けな いようにする。

ユニット１はまた、周波数復調器および振幅復調器を含み、発振器の発振周波数 の変化および発振振幅の変化に応した出力を生成する。第３（ａ）図は周波数復 調器のブロック構成図を示す、この周波数復調器はミキサ５０を含む。このミキ サ５０は、導線５１を経由して発振器の出力を受け取り、導線５２を経由して参 照発振器５３からの固定周波数の発振信号を受け取る。参照発振器５３は、マー ジナル・オシレータの修正された周波数がこの参照発振器５３の周波数と同しに なることがないように、基本周波数の一方の側で発振する構成である。

これらの周波数の差が、ミキサ５０から比較器５４を経由してマルチパイプレー ク５５に供給される。マルチパイプレーク５５は、固定幅のパルスを異なる周波 数で生成する。マルチパイプレーク５５の出力波形は低域通過フィルタ５６によ り滑らかにされ、出力線５７に、第３（ａ）図に示したような波形を出力する。

この出力の周波数変化が検出器２１を通過した金属粒子を表す。便利のため、こ の周波数復調器の出力をＲｅ　（ｄ）信号ということにする。

振幅復調器を第１＋１図に示す。この振幅復調器は、マージナル・オシレータの 出力を導線６１を経由して受け取る。この信号は、増幅器６２で増幅された後に 、振幅復調器６３本体に供給される。振幅復調器の出力は、低域通過フィルタ６ ４により滑らかにされ、第３（ｂ）図に示した波形で導線６５に出力される。便 利のため、この信号を虚数部、すなわち１ｍ（ｄ）信号という。

周波数復調器および振幅復調器がそれぞれ生成した実部信号および虚部信号を第 １図の波形Ａ、Ｂとして示した。これらの波形は、例えば潤滑剤中にスラフジが 蓄積することにより、ドリフトすることがある。そこで、ユニット２により、ド リフト補償回路３の出力に応じて直流成分を除去する６　ドリフト補償回路３は 、上述したように同じ種類の発振器、周波数復調器および振幅復゛澗器を含むが 、発振器は、潤滑剤中の金属粒子に反応するようには結合されていない、直流成 分を除去した後の波形は、増幅され、回路５により所定の直流オフセントに組み 合わされる。これにより、波形が常に同じ極性となり、変換器６により容易にデ ィジタル形式に変換できる。

第４図はアナログ・ディジクル変換器７０．７１のブロック構成図を示す。アナ ログ・ディジタル変換器７０．７１は、それぞれＲｅ（ｄ）信号、１ｍ　（ｄ） 信号を受け取り、８ピント並列信号を出力する。これらの信号はマルチプレクサ ７２により多重化され、周辺インクフェイス・アダプタ７３を経由してマイクロ プロセッサ７に連続して供給される。

マイクロプロセッサ７の構成は、データバスおよびアドレスバスによりＲＡＭ、 ＲＯＭおよびインクフェイス・チップに接続された一般的なマイクロプロセッサ 集積回路を使用することができるので、詳しくは説明しない、−例として、この 例ではＭＣ６８０９マイクロプロセツサ集積回路を使用した。

マイクロプロセッサ７により実行される動作を説明する前に、周波数復調器およ び振幅復調器からそれぞれ得られるＲｅ　（ｄ）信号およびＩＩＩＩ（ｄ）信号 の波形について考慮する。第５図（ａｌないし第５図ｆｇｌは、異なる非鉄金属 の異なる粒子について、二つの復調器から得られる波形を示す。どの場合にも、 金属の電気的抵抗による発振振幅の減少があり、これをＡＭ波形の正方向のパル スにより示す。さらに、金属に導電性があることから発振周波数の増加が生じ、 これをＦＭ波形の負のパルスで示す、ここでは、真鍮、銅およびアルミニウムの 金属粒子による波形を示し、金属名に続く番号はその特定の粒子を示す。マイク ロプロセッサ７は、パルスの尖頭振幅を選択し、ＦＭパルスの高さに対するＡＭ パルスの高さのグラフを第６図に示すように表示させる。粒子がインダクタ２１ を異なる方向に通過すると、発振周波数および振幅がわずかに変化する。しかし 、第６図に示したように、各粒子によりグラフに生成された点は互いに°集まる 傾向があり、第５図ｆａｒないし第５図（幻に検出波形を示した７個の異なる粒 子に対応して、それぞれ７個の別々の集合となる。第６図に示した一点鎖線８０ ．８１．８２および８３は、グラフの領域を三つの別個の領域に分割し、異なる 金属の粒子に対応する点がこれらの領域に含まれると予想される。すなわち、真 鍮粒子は線８ｏと線８１との間に表され、アルミニウム粒子は線８１と線８２と の間に表され、銅粒子は！８２と線８３との間に表される。点線８４は周波数変 化のしきい値を示し、雑音によりこれ以下の周波数変化が生じることがあるので 、このような周波数変化は無視する。第６図に示したように、上記領域は一般に 原点から放射上に伸びる扇形であり、どの特定の金属の粒子に対する点も、粒径 が増大するほど原点から離れる。真鍮、アルミニウムおよび銅板外の非鉄金属を 検出する必要がある場合には、そのような金属用に装置を調整でき、第６図のグ ラフの対応する領域の形を調整により決定する。二つの異なる金属に対して導電 性および抵抗が同じ場合には、領域が不確実となることがある。一方の金属の粒 子である可能性を示すようにマイクロプロセッサをプログラムしておくことがで きる。

鉄金属の粒子を含む場合には、金属粒子によりインダクタ２１のインダクタンス が増加し、この結果、発振周波数が低下する。鉄金属は電気抵抗が大きいので、 インダクタ２１の負荷を増加させ、発振振幅を小さくする。６個の鉄粒子のＡＭ およびＦＭ波形を第７図ｔａ＋ないし第７図（ｆｌに示し、ＦＭパルスの高さに 対するＡＭパルスの高さをプロットしたグラフ上の点の分布を第８図に示す。一 点鎖線８５はグラフの領域を二つの領域に分割し、それぞれの領域が鉄の粒子お よび鋼の粒子により内存される。この場合にも、これらの領域は扇形となる。

第９図は振幅復調器の回路図を示す。この振幅復調器は入力端子６１を備え、こ の入力端子６１は多段トランジスタ増幅器を経由してゲルマニウム・ダイオード 検波器９０に接続され、このゲルマニウム・ダイオード検波器９０は振幅復調器 として動作する。二つの演算増幅器で構成された緩衝増幅器が設けられ、復調信 号を増幅して端子９１に出力する。第９図に示した増幅器はまた、増幅した信号 を端子９２を経由して周波数復調器に供給するために使用される。周波数復調器 の回路構成については第１０図および第１１図に示す。

第１Ｏ図は第３（ａ）図のブロック５０．５３．５４および５５の回路口であり 、周波数復調器を構成する。端子９２には第９図に示した増幅器からの増幅され た発振信号が得られ、中央タップの設けられたポテンショメータ９３によりレベ ルを調整した後に、排他論理和ゲート９４に入力として供給する。排他論理和ゲ ート９４の他方の入力には、発振器９５からの１０ＭＨｚの発振信号が供給され る。ゲート９４の出力は、約４ミリ秒の時定数を有する積分回路９６により平滑 化される。積分回路９６の出力は増幅比較器９７の入力に供給される。この比較 器９７のしきい値電圧はポテンショメータ９８により設定される。比較回路９７ の出力は単安定マルチバイブレーク９９に供給される。単安定マルチバイブレー ク９９は一定幅の出力パルスを生成する。積分器１００は華安定マルチバイブレ ーク９９の出力パルスを積分し、定常電圧として端子１０１に出力する。

第１０図に示した回路の動作において、排他論理和ゲート９４がミキサとして動 作し、入力発振信号を発振器９５により生成された１０ＭＨｚ信号に連結する。

発振器９５の周波数は、端子９２を経由して到来しそうな周波数の一方の側に選 択され、これによりゲート９４の出力は、入力された二つの発振信号の間の周波 数差によりパルス幅がシヌソイドに変化するパルスで構成される。このパルスを 積分器９６により平滑化し、シヌソイドに変化する電圧の零交差を比較器９７で 検出し、単安定マルチバイブレーク９９のトリガとして使用する。したがって、 マルチバイブレーク９９は、ゲート９４に供給される二つの発振信号の周波数差 で、パルス幅の等しい一連のパルスを出力する。積分器１００は、マルチパイプ レーク９９の出力パルスを平滑化し、周波数差に比例する電圧を出力する。これ により、端、子１０１に、第５図および第７図に示したＦＭ波形と同様の電圧波 形を出力する。

第１１図に示した６次パターワアース低域通過能動フィルタにより、端子１０１ の出力波形をさらに滑らかにする。このフィルタは１ｋＨｚのカットオフ周波数 を有する慣用的な構成であるので、ここでは詳細には説明しない。

第１２　ｆａ１図および第１２　ｆｂ１図に示した回路により、それぞれ振幅復 調および周波数復調された信号をスケーリングし、第４図のアナログ・ディジタ ル変換器７０．７１に供給する。粒径の箱別が広く、パルスの幅の変化が大きく 変化する場合には、スケーリング回路のかわりに対数増幅器を使用し、復調信号 の変化範囲を圧縮することができる。

粒子がインダクタ２１を通過すると、周波数および振幅が変化し、最大値まで増 加しその後に再び減少する。慣用的な尖頭値標本化回路を使用して、アナログ信 号の尖頭値を選択してアナログ・ディジタル変換器に供給することもできるが、 アナログ・ディジタル変換器で変換した後のディジタル形式の信号により、マイ クロプロセッサが尖頭値を選択する構成がより便利である。ディジタル信号の尖 頭値を選択することがマイクロプロセッサ７のディジタル計算容量の需要を過剰 に増大させ、コンピュータ９が他の計算機能を実行する必要がある場合には、別 個のディジタル・ピーク値選択回路を設けてもよい。マイクロプロセッサ７は、 コンピュータ９と共同で、これらのピーク値を種々の方法で使用する。第一に、 周波数変化信号のピーク値を使用して、異なる金属に対応する振幅変化範囲の境 界値を選択し、入力振幅変化を上記境界値と比較し、検出された金属が何かを出 力する。このときマイクロプロセうす７は、特性の金属を示すように表示ユニッ ト８を動作させる。周波数および振幅の変化の値は検出された粒径に依存するの で、これらの値をマイクロプロセッサ７内のスケールと比較し、検出された粒径 を表示する。

各金属の総数およびまたは総重量をマイクロプロセッサ７またはコンピュータ９ に蓄え、これらの量を表示することができ、その量が所定のしきい値を越えたと きに警告表示を発生することもできる。

非常に大きな粒子を検出したとき、または粒子の流速が大きいときにも警告表示 を発生することができる。警告表示を発生するしきい値は、異なる金属で変化さ せることができる。

上述したように、コンピュータ９は、グラフインク・パンケージ１０により、表 示ユニット１１に、検出した鉄粒子および非鉄粒子の表示を行う、この表示は、 一定の大きさの範囲で検出された特定の材料の粒子数または質量を明るさまたは 色で表示し、機構の機械的状態の評価を素早く視覚的に表示することができる。

マイクロプロセッサ７およびコンピュータ９は、入力された値について種々の特 性の監視および解釈を行う構成である。このような特性の例として、 ＋１１　最大のパルス高さ、 （２）一定振幅範囲内のパルス数、 （３）検出されたパルスの幅、すなわち時間間隔、（４）パルスの曲線の下のＬ Ｑ　域、 （５）検出されたパルスの極性、 （６）液体中の微粒子汚濁のレベル、 （７）一定期間におけるパルス振幅の平均値、（８）粒子の数、粒径および材質 、 （９）監視する機械の耐用期間にわたる粒子の数、粒径および材質の傾向の分析 （このデータは不揮発性メモリに蓄える必要がある） がある。

受は取ったパルスを基本として、マイクロプロセッサおよびコンピュータがしき いレベルを適応的に変化させるようにプログラムし、例えば、油中に炭素粒子が 蓄積し、その導電率によりインダクタの負荷が徐々に増加し、発振器の出力振幅 が減少した場合でも、ひとつの金属を他と区別できるようにする。ある時間間隔 のパルスの振幅の連続的変化を利用して、上述のドリフト補償のかわりに適応的 な修正を行うことができろ。パルスの時間幅がパイプに沿った油の流速を示し、 油フィルタの障害を検出できる。

マイクロプロセッサは取り外し可能なＲＯＭを含み、このＲＯＭに異なる金属群 に関するデータを蓄える。これによりマイクロプロセッサは、発振振幅および強 度の変化により、選択された金属群を区別することができる。したがって、特定 の読出し専用メモリを選択し、マイクロプロセッサに差し込むかまたは切り替え て接続することにより、装置の利用状態により発生しそうな金属に適合させるこ とができる。同様に、表示ユニット１１に特定の金属の特性を記入した取り外し 可能な透明の目盛板（オーバレイ）を設け、検出された粒子の性質を容易に評価 できるようにすることもできる。粒径が発振周波数および発振振幅の変化に影響 するので、目盛板に粒径を示す線を設けてもよい。

本発明の他の応用として、種々の硬貨に対応して動作して異なる国の硬貨を識別 できる硬貨供給機構に用い、硬貨の識別を行うことができる。このような装置で は、受は入れた硬貨をインダクタ内に通過させ、これにより、上述したように発 振器の発振周波数および振幅を変化させる。このような応用では、硬貨に含まれ る金属の重量が大きく、比較的低い周波数が適しているので、基本発振周波数を 約１００ｋＨｚとする。最大の振幅変化および周波数変化を単純に検出するため 、硬貨がインダクタ内で一時的に停止するように硬貨の通路を構成し、例えば径 路を２字形にする。硬貨がマイクロスイッチを作動させ、このときに、周波数お よび振幅の変化の値を検出する回路を動作させる構成とすることもできる。同様 の構成は、異なる金属の領域が設けられているクレジットカードおよび身分証明 カードの確認に使用することができる。

以上の可能な修正例において、別個の発振器を使用した連続的なドリフト修正の 代わりに、マージナル・オシレータのトランスデユーサのコイルの位置に参照コ イルを接続して振幅および周波数が変化しないようにし、断続的にドリフト修正 を行うこともできる。これらの振幅および周波数をマイクロプロセッサ７に記憶 し、粒子の検出時に得られた値から差し引く。トランスデユーサのコイルを使用 していない短い時間に、いくらかの粒子がこのコイルを通過するかもしれない、 しかし、その時間は全体の時間のほんの一部であり、統計的には重要ではない、 ドリフト修正はまた、ディジタル計算手段により、この手段が受け取った値を基 礎に行うこともできる。

粒子がインダクタを通過することは単純であり、このような粒子をインダクタに 磁気的に結合する方法は効果的であるが、硬貨の識別等に用いる場合には、通過 する径路を別の構成とし、インダクタの配置を変更することにより、より良い結 果が得られる場合もある。

ＦＩＧ、２（ａ）。

Ｆｔｃｙ、２ωノ。

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国際調査報告 八Ｎｌｆ：Ｘ　Ｔｏ　’ＬｄＥ　ＩＮＴＥＲＮＡτｌ０ＮＡＬ　Ｓ三ＡＲＣＦ、 Ｒ三ＦＯＲＴ　ＱＮ

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．あらかじめ定められた径路に沿って移動する金属片を検出する金属検出方法 において、 容量およびインダクタで構成された共振回路を含み、その発振周波数が上記イン ダクタのインダクタンスに依存し、その発振振幅が上記インダクタの抵抗負荷に 依存する発振器を設け、上記インダクタを上記径路に磁気的に結合してこの径路 に沿って移動するすべての金属片を上記インダクタに結合させ、上記径路に沿っ て金属片が通過することによる発振周波数および発振振幅の変化を測定し、 上記あらかじめ定められた径路に沿って移動する金属片の特性を出力表示する ことを特徴とする金属検出方法。
2. ２．あらかじめ定められた径路をインダクタ内に通して、この径路に沿って移動 するすべての金属片をインダクタの内側に通過させ、金属片の上記イングククの 磁気回路への磁気的結合が最大となったときにその金属片による周波数および振 幅の変化が尖頭値となり、出力表示は周波数および振幅の変化の尖頭値に応答す る請求の範囲第１項に記載の金属検出方法。
3. ３．尖頭値をディジタル表示し、 このディジタル表示の信号に応答して出力表示を行うようにプログラムされたデ ィジタル計算手段にこの信号を供給する請求の範囲第２項に記載の金属検出方法 。
4. ４．出力表示は金属片中の検出された金属の名前を含む請求の範囲第３項に記載 の金属検出方法。
5. ５．出力表示は検出された金属片の大きさの表示を含む請求の範囲第３項または 第４項に記載の金属検出方法。
6. ６．出力表示は、検出されたすべての金属片または特定の金属を含む金属片に対 して、金属片の検出速度、一つの金属片の大きさまたは一定の時間間隔内に検出 された材料の量がしきい値を越えたとき、またはこれらの値のいずれかが連続的 に増加するときに生成される警告表示を含む請求の範囲第３項ないし第５項のい ずれかに記載の金属検出方法。
7. ７．出力表示は、金属片により生じた周波数変化に対して同じく金属片により生 じた振幅変化の値をグラフ上のその金属片の割り当てられた点に表示し、この表 示には、異なる金属に対応する領域に印を設ける請求の範囲第１項ないし第６項 のいずれかに記載の金属検出方法。
8. ８．周波数および振幅の参照値を引き出し、参照値のすべての変化を考慮して周 波数および振幅の変化の値を修正する請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか に記載の金属検出方法。
9. ９．あらかじめ定められた径路に沿って移動する金属片を検出する金属検出装置 において、 容量およびインダクタで構成された共振回路を含み、その発振周波数が上記イン ダクタのインダクタンスに依存し、その発振振幅が上記インダクタの抵抗負荷に 依存する発振器を備え、上記インダクタは上記径路に磁気的に結合され、上記発 振器の発振周波数の変化を測定する第一の手段と、上記発振器の発振振幅の変化 を測定する第二の手段と、上記第一の手段および上記第二の手段に応答し、上記 径路に沿って移動する金属片の特性値を出力表示する出力手段とを備えた ことを特徴とする金属検出装置。
10. １０．インダクタはコイルであり、 あらかじめ定められた径路はこのコイル内を通過し、金属片の上記インダクタの 磁気回路への磁気的結合が最大となったときにその金属片による周波数および振 幅の変化が尖頭値となる構成であり、出力手段は、周波数および振幅の変化の尖 頭値に応答する構成である 請求の範囲第９項に記載の金属検出装置。
11. １１．あらかじめ定められた径路は、この径路を通過する金属片とインダクタと の磁気的結合が最大値に近くなる位置で、この金属片が短い時間実質的に留まる 構成であり、 この短い時間の間に周波数および振幅の変化の値を出力手段に供給する構成であ る 請求の範囲第９項に記載の金属検出装置。
12. １２．出力手段は、 入力された周波数および振幅の変化の値のディジタル表示する手段と、 このディジタル表示の信号に応答して出力表示を発生するようにプログラムされ たディジタル計算手段とを含む 請求の範囲第１０項または第１１項に記載の金属検出装置。
13. １３．出力手段は、金属片内で検出された金属片を表示する手段を含む請求の範 囲第１２項に記載の金属検出装置。
14. １４．出力手段は、檢出された金属片の大きさを表示する手段を含む請求の範囲 第１２項または第１３項に記載の金属検出装置。
15. １５．すべての金属または特定の金属に対して、（ａ）特定の期間に検出された 金属片の数が一定の値を越えたとき、（ｂ）特定の粒径より大きな金属片が検出 されたとき、（Ｃ）特定の時間間隔に蓄積された検出された金属片内の材料の総 量が一定の値より多いとき、 （ｄ）金属片の検出速度または検出された金属片に含まれる材料の蓄積速度が一 定の時間内にわたり増加したときのいずれかの条件の一以上に応答して警告表示 を発生する手段を含む 請求の範囲第１２項ないし第１４項のいずれかに記載の金属検出装置。
16. １６．計算手段は、不揮発性記憶手段を含み、長い期間にわたって検出された金 属片に関するデータを蓄積し、そのデータを解析して出力を生成する構成である 請求の範囲第１２項ないし第１５項のいずれかに記載の金属検出装置。
17. １７．出力手段は、金属片により生じた周波数変化に対して同じく金属片により 生じた振幅変化の値をグラフ上のその金属片の割り当てられた点に表示する表示 手段を含み、 この表示手段は、異なる金属に対応する領域に印が設けられた構成である 請求の範囲第１２項ないし第１６項のいずれかに記載の金属検出装置。
18. １８．表示手段は複数の交換可能な透明の目盛板を含み、この目盛板には、異な る金属に対応する領域に異なる金属群を示す印が設けられた 請求の範囲第１７項に記載の金属検出装置。
19. １９．ディジタル計算手段は、このディジタル計算手段が発振周波数および発振 振幅の変化により選択された承の金属を区別するための異なる金属群に関するデ ータを蓄える読出し専用メモリを含み、特定の読出し専用メモリを選択してディ ジタル計算手段に接続し、この装置を特定の用途に利用するときに発生しそうな 金属に適合させる構成である 請求の範囲第１２項ないし第１９項のいずれかに記載の金属検出装置。
20. ２０．発振器はマージナル・オシレータである請求の範囲第９項ないし第１９項 のいずれかに記載の金属検出装置。
21. ２１．共振回路は並列に接続されたインダクタおよび容量を含み、発振器は、共 振回路に接続された高インビーダンス入力端子と、共振回路への正帰還を設ける 接続の高インビーダンス出力端子とを含み、 増幅器は、発振器により生成された発振振幅が上記共振回路の共振時の抵抗に依 存する構成である 請求の範囲第９項ないし第１９項のいずれかに記載の金属検出装置。
22. ２２．上述した発振器と同じ構成であるが金属片に磁気的に結合されるのではな く参照コイルに接続された第二の発振器と、この第二の発振器の生成した発振周 波数および発振振幅の変化を上記上述した発振器が生成した発振周波数および発 振振幅からこれらの値の変化を測定する前に差し引く減算手段とを含む請求の範 囲第９項ないし第２１項のいずれかに記載の金属検出装置。
23. ２３．金属片には磁気的に結合されていない参照コイルと、この参照コイルを周 期的に発振器のインダクタの位置に接続する手段と、 この参照コイルを上記発振器に接続したときに、上記発振器が発生する発振周波 数および発振振幅の変化に応じて、上記発振器に上記インダクタを接続したとき に上記発振器が発注する発振同波数および発振振幅の変化を修正する手段と を含む請求の範囲第９項ないし第２１項に記載の金属検出装置。