(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のコイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加しつつ、前記コイルセンサーの内部に存在する単体の物質の重量に対する前記コイルセンサーからの出力電圧を、前記４通りの周波数において計測して、前記単体の物質の重量と前記コイルセンサーからの出力電圧との関係を導出する導出ステップと、
前記コイルセンサーの内部に、透磁率と導電率とがそれぞれ異なる３種類の物質の混合物が、被計測対象物として存在している状態で、前記コイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加しつつ、前記コイルセンサーからの出力電圧を、前記４通りの周波数において計測する計測ステップと、
前記計測ステップにおいて計測された前記コイルセンサーからの出力電圧を、前記導出ステップにおいて導出された前記単体の物質の重量と前記コイルセンサーからの出力電圧との関係に適用して、前記被計測対象物に含まれる前記３種類の物質のそれぞれの重量および前記３種類の物質の混合率の少なくとも一方を算出する算出ステップと、
を含むことを特徴とする混合率計測方法。
【請求項２】
前記コイルセンサーからの出力電圧を、前記４通りの周波数の参照信号によって位相検波し、位相検波された前記コイルセンサーからの出力電圧のうち、前記４通りの周波数におけるそれぞれの周波数ごとに、出力電圧の実成分および虚成分のうちの一方の成分を選択して、前記重量および前記混合率の少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項１に記載の混合率計測方法。
【請求項３】
前記４通りの周波数を周波数の低い側から順にそれぞれ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数、および第４の周波数とした場合、位相検波された前記コイルセンサーからの出力電圧のうち、前記第１の周波数の実成分、前記第２の周波数の虚成分、前記第３の周波数の実成分、および前記第４の周波数の虚成分を採用して、前記重量および前記混合率の少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項２に記載の混合率計測方法。
【請求項４】
透磁体または導電体からなる３種類の物質の混合物を含む被計測対象物を計測可能な中空部を有するとともに、前記被計測対象物を位置させるのに応じて電圧を出力するコイルセンサーと、
前記コイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加可能に構成された交流信号印加手段と、
前記コイルセンサーからの出力電圧を前記４通りの周波数において計測可能に構成された計測手段と、
前記コイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加しつつ前記コイルセンサー内に存在する単体の物質の重量に対する前記コイルセンサーからの出力電圧を前記４通りの周波数において計測することにより導出された、前記単体の物質の重量と前記コイルセンサーからの出力電圧との関係のテーブルを格納する記録手段と、
前記計測手段によって計測された前記コイルセンサーからの出力電圧に基づいて、前記テーブルから、前記被計測対象物に含まれる透磁率と導電率とがそれぞれ異なる３種類の物質の混合物のそれぞれの重量の組み合わせを索出して前記３種類の物質の混合率を算出する制御手段と、
を備えることを特徴とする混合率計測装置。
【請求項５】
前記計測手段は、前記コイルセンサーからの出力電圧を、前記４通りの周波数の参照信号によって位相検波して前記制御手段に供給し、前記制御手段は、前記計測手段によって位相検波された前記コイルセンサーからの出力電圧のうち、前記４通りの周波数のそれぞれの周波数ごとに、出力電圧の実部および虚部のうちの一方の成分を選択して、前記３種類の物質の重量の組み合わせを前記テーブルから索出して、前記重量および前記混合率の少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項４に記載の混合率計測装置。
【請求項６】
前記４通りの周波数を周波数の低い側から順にそれぞれ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数、および第４の周波数とし、前記制御手段は、前記コイルセンサーからの出力電圧のうち、前記第１の周波数の実成分、前記第２の周波数の虚成分、前記第３の周波数の実成分、および前記第４の周波数の虚成分を採用して、前記重量の組み合わせを前記テーブルから索出して、前記重量および前記混合率の少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項５に記載の混合率計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体や導電体からなる３種類の物質を混合させた混合物におけるそれぞれの物質の重量および混合率を計測する混合率計測方法および混合率計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄鋼業においては、コークスや焼結鉱以外にスクラップ（屑鉄）も同時に原料として高炉に装入される場合がある。この場合に採用される技術が、特許文献１，２に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、磁性体や導電体の内部の異物の有無を検知する技術として、コイル方式の電磁気センサーによる被検査体中の異物検出方法を採用した電磁誘導型検出装置が記載されている。また、特許文献２には、コイル方式の電磁気センサーによる被測定物の重量計測装置および重量計測方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示された電磁誘導型検査装置は、磁性体と非磁性体とを被検査物とし、交流電流を出力する交流電源と、交流電流の印加により励磁して磁場を形成する励磁コイルと、該励磁コイルの励磁によって電磁誘導して起電力を発生させる少なくとも１つの誘導コイルとを備え、該誘導コイルを該励磁コイルの外周面あるいは内周面に密接に同軸巻回して一体に構成してなる検出コイル部と、検出コイル部の内部中空孔と一方端に対向する位置のいずれかに選択可能に設けられる被検査部と、誘導コイルの出力から被検査物による磁場の変化を検出する検出回路と、からなる電磁誘導型検査装置であって、該検出回路を、該検出コイル部と同一構成のインダクタを該検出コイル部に直列接続してなる平衡回路と、該平衡回路からの出力を増幅する増幅器と、該増幅器の出力から被検査物を判定する判定回路と、で構成されている。
【０００５】
また、特許文献２の被測定物の重量計測方法は、交流外部磁界印加コイルと測定コイルとから構成される交流式電磁誘導センサーを用意し、当該交流外部磁界印加コイルが造る磁界の方向に沿って被測定試料を通過させることにより、交流の位相変化に伴う磁界を変化させ、これによって測定コイルに起電力を誘起させ、交流外部磁界により誘起される信号と、被測定試料に関する磁気的物理量の信号の和である複合信号を被測定信号として測定した後、外部磁界により誘起される信号を除去して、被測定資料に関する正味の磁気的物理量の測定信号を検出し、これを基礎となる測定信号としてデジタル化して数値信号に変換し、当該数値信号に磁気的物理量換算係数を乗じて磁気的物理量を演算するように構成されている。
【０００６】
これらの特許文献１，２に記載された技術によれば、対象物中に含まれる異物を検出できたり、被検査物の重量を計測できたりする。
【０００７】
また、特許文献３には、鉄鋼業における高炉に原料が装入される際の原料の混合率を計測する方法が開示されている。高炉では、磁性体である焼結とコークスとを同時に装入する操業が行われ、このときの混合率を測定して、原料の装入パターンなどの決定に利用する。特許文献３に記載された技術は、高炉の垂直シュートと呼ばれる部分に磁気センサーを取り付け、２つの周波数によって励磁し、原料が装入されて磁気センサー部を通過するときに現れる信号を測定し、この信号と予め計測しておいたそれぞれの原料の重量とセンサー出力との関係をもとに、時々刻々変化する混合率を順次計算していく技術である。この特許文献３に記載された技術によれば、２種類の物質の混合率を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２０８２号公報
【特許文献２】特開平８−１４９９４号公報
【特許文献３】特開２００７−２０４７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１，２に記載された技術においては、対象物中に含まれる物質の混合率を計測することは極めて困難である。すなわち、特許文献１に記載された装置においては、被検査物および被検査物に含まれる不純物重量の測定に関しては、何ら開示されておらず、原料の重量混合度を求める方法についての示唆もされていない。また、特許文献２に記載された方法においては、混合された物質の場合には個々の物質の重量を計測することが不可能であることから、混合された物質の重量混合度を求めることはできない。さらに、特許文献３に記載された技術であっても、コークスや焼結鉱といった磁性体や導電体からなる物質の混合物の場合、混合率を計測するのは２種類が限界であった。
【００１０】
そのため、従来技術においては、計測する必要がある磁性体や導電体からなる混合物が３種類の物質を含む場合には、３種類の物質のそれぞれの重量および混合率を直接計測することは不可能であった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁性体や導電体からなる３種類の物質を含む混合物において、混合物の状態で３種類の物質のそれぞれの混合率を計測することができる混合率計測方法および混合率計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る混合率計測方法は、中空のコイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加しつつ、コイルセンサーの内部に存在する単体の物質の重量に対するコイルセンサーからの出力電圧を、４通りの周波数において計測して、単体の物質の重量とコイルセンサーからの出力電圧との関係を導出する導出ステップと、コイルセンサーの内部に、透磁率と導電率とがそれぞれ異なる３種類の物質の混合物が、被計測対象物として存在している状態で、コイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加しつつ、コイルセンサーからの出力電圧を、４通りの周波数において計測する計測ステップと、計測ステップにおいて計測されたコイルセンサーからの出力電圧を、導出ステップにおいて導出された単体の物質の重量とコイルセンサーからの出力電圧との関係に適用して、被計測対象物に含まれる３種類の物質のそれぞれの重量および３種類の物質の混合率の少なくとも一方を算出する算出ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る混合率計測方法は、上記の発明において、コイルセンサーからの出力電圧を、４通りの周波数の参照信号によって位相検波し、位相検波されたコイルセンサーからの出力電圧のうち、４通りの周波数におけるそれぞれの周波数ごとに、出力電圧の実成分および虚成分のうちの一方の成分を選択して、重量および混合率の少なくとも一方を算出することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る混合率計測方法は、上記の発明において、４通りの周波数を周波数の低い側から順にそれぞれ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数、および第４の周波数とした場合に、位相検波されたコイルセンサーからの出力電圧のうち、第１の周波数の実成分、第２の周波数の虚成分、第３の周波数の実成分、および第４の周波数の虚成分を採用して、重量および混合率の少なくとも一方を算出することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る混合率計測装置は、透磁体または導電体からなる３種類の物質の混合物を含む被計測対象物を計測可能な中空部を有するとともに、被計測対象物を位置させるのに応じて電圧を出力するコイルセンサーと、コイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加可能に構成された交流信号印加手段と、コイルセンサーからの出力電圧を４通りの周波数において計測可能に構成された計測手段と、コイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加しつつコイルセンサー内に存在する単体の物質の重量に対するコイルセンサーからの出力電圧を４通りの周波数において計測することにより導出された、単体の物質の重量とコイルセンサーからの出力電圧との関係のテーブルを格納する記録手段と、計測手段によって計測されたコイルセンサーからの出力電圧に基づいて、テーブルから、被計測対象物に含まれる透磁率と導電率とがそれぞれ異なる３種類の物質の混合物のそれぞれの重量の組み合わせを索出して３種類の物質の混合率を算出する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る混合率計測装置は、上記の発明において、計測手段は、コイルセンサーからの出力電圧を、４通りの周波数の参照信号によって位相検波して制御手段に供給し、制御手段は、計測手段によって位相検波されたコイルセンサーからの出力電圧のうち、４通りの周波数のそれぞれの周波数ごとに、出力電圧の実部および虚部のうちの一方の成分を選択して、３種類の物質の重量の組み合わせをテーブルから索出して、重量および混合率の少なくとも一方を算出することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る混合率計測装置は、上記の発明において、４通りの周波数を周波数の低い側から順にそれぞれ、第１の周波数、第２の周波数、第３の周波数、および第４の周波数とし、制御手段は、コイルセンサーからの出力電圧のうち、第１の周波数の実成分、第２の周波数の虚成分、第３の周波数の実成分、および第４の周波数の虚成分を採用して、重量の組み合わせをテーブルから索出して、重量および混合率の少なくとも一方を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る混合率計測方法および混合率計測装置によれば、磁性体や導電体からなる３種類の物質を含む混合物において、混合物の状態で３種類の物質のそれぞれの重量および混合率を計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による混合率計測装置を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態による混合率計測方法で採用する所定の周波数において計測した物質Ａの重量に対するセンサー出力の検量線を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態による混合率計測方法で採用する所定の周波数において計測した物質Ｂの重量に対するセンサー出力の検量線を示すグラフである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の一実施形態による混合率計測方法で採用する所定の周波数において計測した物質Ｃの重量に対するセンサー出力の検量線を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による混合率計測方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による混合率計測方法で採用する４通りの周波数において計測した物質Ａ，Ｂ，Ｃの重量に対するセンサー出力の検量線を示すグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、物質Ａに関して、あらかじめ計測した重量Ｍａの計測値と、本発明の一実施形態による混合率計測方法によって算出した重量Ｍａの算出値との関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、物質Ｂに関して、あらかじめ計測した重量Ｍｂの計測値と、本発明の一実施形態による混合率計測方法によって算出した重量Ｍｂの算出値との関係を示すグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、物質Ｃに関して、あらかじめ計測した重量Ｍｃの計測値と、本発明の一実施形態による混合率計測方法によって算出した重量Ｍｃの算出値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。
【００２１】
まず、本発明の理解を容易にするために、本発明者が上述した課題を解決するために行った種々の実験および鋭意検討について説明する。
【００２２】
すなわち、本発明者らは、特許文献３に記載された技術に基づいて、磁性体や導電体からなる３種類の物質の混合物に対して、それぞれの物質の混合率を計測する方法について検討を行った。本発明者の知見によれば、特許文献３に記載の従来技術による方法を用いると、コークス、焼結鉱、および鉄鉱石の混合物という３種類の物質を含む混合物において、コイルセンサーを用いて焼結鉱およびコークスの２種類の物質の重量を計測できる。ところが、この方法では、コークス、焼結鉱、および鉄鉱石のそれぞれの電磁気的性質から、コイルセンサーによって鉄鉱石の重量を計測することはできなかった。そのため、この方法では、混合物の総重量から、計測して得られた焼結鉱およびコークスの重量を減算することによって、鉄鉱石の重量を算出していた。
【００２３】
そこで、本発明者は、全てが磁性体や導電体である３種類の物質を混合させた混合物においても、この方法によってコイルセンサーを用いてそれぞれの物質の混合率を計測できるかについて検討を行った。ところが、鉄鉱石を含む３種類の混合物において各物質の混合率を計測して混合率を算出する場合と異なり、磁性体や導電体からなる３種類の物質を混合させた混合物においては、コイルセンサーによるそれぞれの物質の混合率の計測はできないことを知見した。なお、本発明においては、それぞれの物質が単体の状態で混合されている混合物を想定する。
【００２４】
そのため、本発明者らは、さらに鋭意検討を重ねて、互いに異なる３通りの周波数の交流信号をコイルセンサーに供給し、それぞれの周波数ごとに、コイルセンサーからの出力電圧を計測する方法を想起するに至った。すなわち、まず、物質ごとに重量を種々変えて、３通りの周波数の交流信号を供給したコイルセンサーによって計測を行う。コイルセンサーからの出力電圧には、位相のずれによって実成分（実部）と虚成分（虚部）とがある。そこで、コイルセンサーからの出力電圧の実成分と虚成分とのそれぞれにおいて、周波数ごとに、それぞれの物質の重量に対するコイルセンサーからの出力電圧の関係を導出して検量線を作成する。そして、周波数ごとに各物質において導出したそれぞれの検量線に沿って、コイルセンサーからの出力電圧の実成分および虚成分のそれぞれにおいて、各物質の重量に対する出力電圧の関係式を立式する。
【００２５】
一方、本発明者の知見によれば、３通りの周波数の交流信号を供給したコイルセンサーを用いて混合物の計測を行う場合、周波数ごとのコイルセンサーからの出力電圧は、個々の物質の重量に対応したコイルセンサーからの出力電圧の線形和になる。そのため、混合物を測定する際にコイルセンサーが出力する出力電圧は、周波数ごとに、各物質の重量に対応した出力電圧の実成分どうしの和、および虚成分どうしの和になる。
【００２６】
具体的には、磁性体や導電体からなる３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれに対して、コイルセンサーを用いて計測を行う際の互いに相違する３通りの周波数をそれぞれ、周波数ωn（ｎ＝１，２，３）とする。また、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれについて、周波数ごとのコイルセンサーの出力電圧Ｖan，Ｖbn，Ｖcnはそれぞれ、各物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃに依存する。そのため、物質が単一種類で存在した場合、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃの、周波数ωｎでのコイルセンサーの出力電圧Ｖan，Ｖbn，Ｖcnは、以下の（１）〜（３）式で表すことができる。
【００２７】
【数１】
0005387735.tif 000002
【００２８】
なお、（１）〜（３）式において、ｆnx、ｇnx、ｈnxはそれぞれ、物質Ａ，Ｂ，Ｃの重量の計測時のコイルセンサーからの出力電圧の実成分であって、周波数ωｎごとに互いに独立して導出された検量線に基づいて立式された関係式である。また、ｆny、ｇny、ｈnyはそれぞれ、物質Ａ，Ｂ，Ｃの計測時のコイルセンサーからの出力電圧の虚成分であって、周波数ωｎごとに互いに独立して導出された検量線に基づいて立式された関係式を示す。
【００２９】
また、これらの（１）〜（３）式はそれぞれ、以下の（１−１）式〜（３−２）式の６式と同値である。
【数２】
0005387735.tif 000003
さらに、周波数ωｎとして３通りの周波数を用いることから、（１−１）式〜（３−２）式に基づいて、合計（６×３＝）１８式の関係式が得られる。
【００３０】
具体的には、計測対象となる物質Ａ，Ｂ，Ｃについて、所定の周波数ω1の交流信号を供給したコイルセンサーを用いて、各物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃに対するコイルセンサーからの出力電圧の実成分および虚成分を計測すると、物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれについて、図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃに示すようなグラフ（検量線）が得られる。
【００３１】
図２Ａに示すように、物質Ａにおいては、重量Ｍａが増加するのに伴って、コイルセンサーからの出力電圧（センサー出力）の実成分が増加する関係を有する一方、虚成分は減少する関係を有することが分かる。そして、図２Ａに示す実成分の検量線に沿って、（１−１）式のＶa1x＝ｆ1x（Ｍａ，ω1）として、重量Ｍａに対して増加関数となる関係式を立式でき、虚成分の検量線に沿って、（１−２）式のＶa1y＝ｆ1y（Ｍａ，ω1）として、重量Ｍａに対して減少関数となる関係式を立式できる。これによって、図２Ａに示す実成分の検量線および虚成分の検量線から、物質Ａの重量Ｍａを変数として周波数ω1に依存する、実成分と虚成分との２つの関係式を、互いに独立して立式することができる。
【００３２】
同様に、物質Ｂにおいては、図２Ｂに示す実成分および虚成分の検量線に沿って、（２−１）式のＶb1x＝ｇ1x（Ｍb，ω1）として増加関数となる関係式と（２−２）式のＶb1y＝ｇ1y（Ｍb，ω1）として増加関数となる関係式とを、互いに独立して立式することができる。さらに、物質Ｃにおいては、図２Ｃに示す実成分および虚成分の検量線に沿って、（３−１）式のＶc1x＝ｈ1x（Ｍc，ω1）として増加関数となる関係式と（３−２）式のＶc1x＝ｈ1x（Ｍc，ω1）として増加関数となる関係式とを、互いに独立して立式することができる。以上の物質Ａ，Ｂ，Ｃにおける関係式は、３通りの周波数ωn（ｎ＝１，２，３）のそれぞれに、実成分および虚成分の２つの関係式を互いに独立して立式することができる。
【００３３】
また、これらの物質Ａ，Ｂ，Ｃが混合された混合物を、交流信号を供給したコイルセンサーを用いて計測すると、周波数ごとのコイルセンサーからの出力電圧Ｖｎ（ｎ＝１，２，３）は、以下の（４）式で表すことができる。
【数３】
0005387735.tif 000004
【００３４】
このように、混合物を計測する際のコイルセンサーからの出力電圧Ｖｎは、周波数ωｎごとに、各物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃに依存する出力電圧の実成分どうしの和と、虚成分どうしの和として表される。
【００３５】
併せて、本発明者は、周波数ごとに、実成分の関係式と虚成分の関係式とのいずれを採用するかについての検討を行った。表１は、周波数の低い側から順に第１の周波数ω1、第２の周波数ω2、第３の周波数ω3とした（ω1＜ω2＜ω3）場合、３通りの周波数ω1，ω2，ω3において、実成分の関係式と虚成分の関係式とのうちの採用する関係式の組み合わせを示す表である。
【００３６】
【表１】
0005387735.tif 000005
【００３７】
例えば、表１において関係式の組み合わせの番号がＮｏ．５の場合、周波数ωｎごとのコイルセンサーからの出力電圧Ｖｎに関して、物質の重量を計測する際に採用する関係式を、第１の周波数ω1の虚部、第２の周波数ω2の実部、および第３の周波数ω3の実部とする。この場合、採用する関係式は、以下の（５）〜（７）の３式になる。
【数４】
0005387735.tif 000006
なお、計測結果についても、選択した関係式の組み合わせと同じ組み合わせのコイルセンサーからの出力電圧の計測結果を採用する。
【００３８】
具体的には、例えば、表１に示す関係式の組み合わせの番号がＮｏ．５の場合、コイルセンサーからの出力電圧Ｖｎを、周波数ごとの計測が可能なロックインアンプを用いて位相検波することにより、第１の周波数ω1での虚成分の出力電圧Ｖ1y、第２の周波数ω2での実成分の出力電圧Ｖ2x、および第３の周波数での実成分の出力電圧Ｖ3xに分離してそれぞれ計測する。これらの計測されたコイルセンサーからの出力電圧Ｖ1y，Ｖ2x，Ｖ3xの数値をそれぞれ（５）式〜（７）式に当てはめると、重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを３つの未知数とした３元連立方程式が得られるので、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出できるはずである。
【００３９】
本発明者は、表１に示す関係式の組み合わせ番号がＮｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８の場合においても同様に、第１〜第３の周波数において〇が記されている成分の関係式を順次採用して、関係式の組み合わせの検討を行った。すなわち、関係式の組み合わせの番号がＮｏ．１〜Ｎｏ．８の８通りの関係式の組み合わせをそれぞれ採用して、実際の重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃが既知である物質Ａ，Ｂ，Ｃについて、コイルセンサーからの出力電圧Ｖｎを関係式に当てはめて、重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃをそれぞれ算出した。その結果を表２に示す。ここで、物質Ａとしては焼結鉱を採用して既知の重量Ｍａ0は６．５ｋｇであり、物質Ｂとしてはコークスを採用して既知の重量Ｍｂ0は２．０ｋｇであり、物質Ｃとしてはスクラップを採用して既知の重量Ｍｃ0は０．５ｋｇである。また、最大誤差率は、３種類の物質におけるそれぞれの既知の重量Ｍａ0，Ｍｂ0，Ｍｃ0と算出した各重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃとの誤差における、既知の重量に対する比率（誤差率）の中で最も大きい誤差率である。この一実施形態において、最大誤差率は以下の（Ａ）式で表される。
【数５】
0005387735.tif 000007
【００４０】
【表２】
0005387735.tif 000008
【００４１】
表２から、関係式の組み合わせをどのように選択しても、物質Ａ，Ｂ，Ｃのいずれかの重量については、既知の重量に対して３０％を超えた非常に大きな誤差になることから、実用的ではないことがわかる。
【００４２】
そこで本発明者は、表２に示す結果によって得た知見に基づいて、さらに鋭意検討を行った。そして、重量の計測に採用する交流信号の周波数を、すでに検討した３通りから４通りにすることを想起するに至った。すなわち、上述した（１）〜（４）式において、３通りの周波数ωｎ（ｎ＝１，２，３）に、さらに第４の周波数ω4の周波数を用いた関係式を追加して、第４の周波数ω4でも計測を行うことを想起するに至った。
【００４３】
そして、３通りの周波数を用いた場合と同様に、算出すべき未知数が３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃであることから、それぞれの周波数ωn（ｎ＝１，２，３，４）におけるコイルセンサーの出力電圧Ｖｎを計測し、関係式を実成分または虚成分から適宜選択して４式立式し、この連立方程式を解くことによって、それぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出できると考えた。
【００４４】
具体的には、まず、周波数ωｎ（ｎ＝１，２，３，４）ごとに、図２Ａ〜図２Ｃに示すような、各物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃに対するコイルセンサーからの出力電圧の実成分および虚成分の検量線を作成する。そして、周波数ごとに、各物質Ａ，Ｂ，Ｃにおける実成分の検量線と虚成分の検量線とに沿って、関係式ｆnx、ｆny、ｇnx、ｇny、ｈnx、ｈnyを、合計２４式導出する。これらの関係式がすべて重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの１次式であれば、それぞれの周波数ωｎにおけるコイルセンサーからの出力電圧の実成分または虚成分を適切に組み合わせることによって、重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを未知数とした３元連立１次方程式を立式できる。そして、この３元連立１次方程式を解くことによって、物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出することができる。
【００４５】
ところが、本発明者が、周波数ごとに、磁性体や導電体からなる３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃに関して関係式を２４式導出したところ、物質Ａ，Ｂ，Ｃの磁性や導電性が大きい場合などでは、上述した関係式ｆnx，ｆny，ｇnx，ｇny，ｈnx，ｈnyはそれぞれ、重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの２次以上の多項式になることが判明した。これらの関係式ｆnx，ｆny，ｇnx，ｇny，ｈnx，ｈnyが２次以上の多項式になると、３元連立方程式を立式することは可能であっても、これを直接解くことによって重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出することは極めて困難になる。そこで、本発明者は、３元連立方程式を解く方法に代えて、数値計算により近似解を求める方法を採用することを想起した。
【００４６】
具体的には、物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃに関して、上述のように計測に用いる周波数ごとに検量線を作成して、これらの検量線に沿った関係式を立式する。そして、これらの関係式に基づいて、計測に用いる周波数ごとに、各物質Ａ，Ｂ，Ｃの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの数値データと、これらの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの数値データに対応して出力されると推定可能なコイルセンサーからの出力電圧の数値データとの関係を導出して、推定電圧のテーブルを作成する。
【００４７】
また、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃの混合物を被計測対象物として計測した場合のコイルセンサーからの出力電圧Ｖｎは、計測に用いる交流信号の周波数ごとに異なる。そこで、推定電圧のテーブルから、それぞれの周波数ωｎにおいて、被計測対象物を計測した際のコイルセンサーからの出力電圧Ｖｎの実成分または虚成分と、各物質Ａ，Ｂ，Ｃにおける推定電圧の実成分どうしまたは虚成分どうしの線形和との差が、４通りの周波数において最小になるような、各物質Ａ，Ｂ，Ｃの推定電圧の組み合わせを索出する。そして、索出された推定電圧の組み合わせに対応した、各物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの組み合わせを索出することによって、それぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出することができる。
【００４８】
本発明者は、このような４通りの周波数ωｎ（ｎ＝１，２，３，４）の交流信号をコイルセンサーに供給しつつ被計測対象物を計測して、数値計算によって近似解を求める方法を採用すると、上述した３通りの周波数を用いた場合に比して、計測精度が極めて向上することを見出すに至った。
【００４９】
さらに、本発明者は、４通りの周波数ωｎ（ｎ＝１，２，３，４）を用いて３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出するのに、周波数ごとの実部または虚部のいずれの関係式を用いるのが好ましいか、すなわち好適な関係式の組み合わせについて検討を行った。その結果、重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの算出に用いるそれぞれの周波数における関係式の最も好ましい組み合わせとしては、周波数が低い方から順に、第１の周波数ω1の実成分、第２の周波数ω2の虚成分、第３の周波数ω3の実成分、第４の周波数ω4の虚成分であることを知見した。すなわち、コイルセンサーによって物質Ａ，Ｂ，Ｃを計測し、重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出する際に用いる関係式としては、以下の（８）〜（１１）式を採用するのが好ましいことを見出した。
【００５０】
【数６】
0005387735.tif 000009
【００５１】
具体的には、本発明者は、上述した４通りの周波数ωｎの交流信号をコイルセンサーに供給して、上述の重量が既知である物質Ａ，Ｂ，Ｃの混合物からなる被計測対象物を計測し、４通りの周波数ωｎにおけるそれぞれのコイルセンサーからの出力電圧Ｖｎを、それぞれの実成分と虚成分とを上述の組み合わせとして、それぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出した。その結果、物質Ａ（コークス）の既知の重量が６．５ｋｇであるのに対し、算出した重量が６．４３ｋｇ、物質Ｂ（焼結鉱）の既知の重量が２．０ｋｇであるのに対し、算出した重量が２．２５ｋｇ、物質Ｃ（スクラップ）の既知の重量が０．５ｋｇであるのに対し、算出した重量が０．５８ｋｇであった。このように、４通りの周波数ωｎの交流信号をコイルセンサーに供給して、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃからなる被計測対象物を計測して、それぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出すると、極めて高い精度で重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを算出できることが確認された。そして、それぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃが得られれば、被計測対象物における物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの混合割合、すなわち混合率を算出することができる。
【００５２】
その後、本発明者は、物質Ａ，Ｂ，Ｃの重量の算出精度をより一層向上させるために、重量の計測に採用する交流信号の周波数を１通り増やして５通りにする方法について検討した。すなわち、上述した（１）〜（３）式において、４通りの周波数ωｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、さらに第５の周波数ω5を用いた計測と関係式とを加え計測精度が向上するか否かの検討を行った。
【００５３】
しかしながら、周波数を５通りにすると、コイルセンサーの出力と重量との関係式を導くのに非常に長い時間を要したり計算が煩雑になったりした上に、実際に計測を行って重量を算出すると、かえって重量の算出精度が低下することがわかった。そこで、本発明者は、交流信号を供給したコイルセンサーを用いて、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを計測する際に採用する交流信号の周波数の採用数としては、４通りが望ましいとの結論に至った。本発明は、以上の検討に基づいて案出されたものである。
【００５４】
（混合率計測装置）
次に、上述した本発明者の鋭意検討に基づいて案出された混合率計測方法を行うための、本発明の一実施形態による混合率計測装置について説明する。図１は、この一実施形態による混合率計測装置を示す。
【００５５】
図１に示すように、この一実施形態による混合率計測装置１は、発振部１０、検出コイル計測部２０、電流値計測部３０、制御部４０、励磁コイル５１および検出コイル５２からなるコイルセンサー５０、電流計５３、アンプ６１、および差動アンプ６２を有して構成されている。
【００５６】
交流信号印加手段としての発振部１０は、互いに異なる周波数の交流信号を出力する４つの発振器１１，１２，１３，１４から構成されている。それぞれの発振器１１〜１４はそれぞれ、２つの発振チャンネル１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａおよび発振チャンネル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂを有する。それぞれの発振器１１〜１４が備える、２つの発振チャンネル１１ａ〜１４ａおよび発振チャンネル１１ｂ〜１４ｂは、発振器１１〜１４ごとに互いに同一の周波数で位相や振幅が異なる交流信号を出力する。
【００５７】
計測手段としての検出コイル計測部２０は、互いに相違する４通りの周波数における交流電圧を計測するための、４つのロックインアンプ２１，２２，２３，２４を備える。電流値計測部３０は、検出コイル計測部２０と同様の周波数において、検出コイル計測部２０におけるロックインアンプ２１〜２４にそれぞれ対応した、４つのロックインアンプ３１，３２，３３，３４を備える。ロックインアンプ２１〜２４，３１〜３４はそれぞれ、特定信号を検出する機能と増幅させる機能とを併せ持った特定信号検出増幅手段であり、特定の周波数の信号を検出して増幅可能に構成されている。
【００５８】
４つの発振器１１〜１４における一方の発振チャンネル１１ａ〜１４ａはそれぞれ、互いに異なる第１〜第４の周波数ωｎ（ｎ＝１，２，３，４）の交流信号を出力する。４つの発振チャンネル１１ａ〜１４ａが出力した交流信号は、合流器１５によって合流した後にアンプ６１を通じて、コイルセンサー５０の励磁コイル５１に供給される。
【００５９】
コイルセンサー５０の励磁コイル５１は、被計測対象物１００を位置させることができる中空部分を有する。そして、この中空部分に磁性体や導電体などを含む互いに異なる性質の３種類の物質の混合物である被計測対象物１００が存在すると、励磁コイル５１は、発振器１１〜１４からの交流信号の入力に応じて、被計測対象物１００を励磁可能に構成されている。また、励磁コイル５１は電流計５３を介して接地されている。電流計５３は励磁コイル５１に流れる電流値を計測して、その出力を電流値計測部３０のロックインアンプ３１〜３４に供給する。これらのロックインアンプ３１〜３４によって、励磁コイル５１に流れる電流を周波数ごとに計測することができるので、インピーダンスを算出することができる。
【００６０】
また、励磁コイル５１に近接して、励磁コイル５１と同様の中空部分を有する検出コイル５２が設けられている。検出コイル５２は、その一端が接地され、励磁コイル５１で励磁されたそれぞれの物質の磁気応答が他端に電圧信号として出力する。そして、検出コイル５２に現れた電圧信号は、差動アンプ６２の一方の入力端子に供給される。また、それぞれの発振器１１〜１４の他方の発振チャンネル１１ｂ〜１４ｂが出力した交流信号が、それぞれに設けられた可変抵抗および可変コイルを介して合流器１６で合流した後に、差動アンプ６２の他方の入力端子に供給される。差動アンプ６２は、２つの入力信号の差分を一定係数の差動利得で増幅させる。
【００６１】
また、発振部１０の発振器１１〜１４はそれぞれ、参照信号を出力してロックインアンプ２１〜２４にそれぞれ供給する。同時に、発振器１１〜１４が出力した参照信号は、電流値計測部３０のロックインアンプ３１，３２，３３，３４にもそれぞれ供給される。
【００６２】
検出コイル計測部２０のそれぞれのロックインアンプ２１〜２４からの出力は、４通りの周波数ωｎごとのコイルセンサー５０の検出コイル５２からの出力電圧のデータとして、制御部４０のアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）４２に供給されてデジタルデータに変換された後、データ記録部４１に格納される。これにより、コイルセンサー５０が被計測対象物１００を計測した際に出力する出力電圧が、周波数ごとに独立した電圧のデータとなってデータ記録部４１に供給される。また、電流値計測部３０のそれぞれのロックインアンプ３１〜３４の出力は、４通りの周波数ωｎごとのコイルセンサー５０の励磁コイル５１の出力電流のデータとして、制御部４０のＡ／Ｄ変換部４３に供給されてデジタルデータに変換され、データ記録部４１に格納される。
【００６３】
制御部４０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）やＲＯＭおよびＲＡＭなどから構成される記憶手段（いずれも図示せず）、およびデータ記録部４１などの記録手段を備えている。制御部４０のデータ記録部４１は、外部から入力されたデータを記録可能に構成され、上述した推定電圧のテーブルがデータベースとして格納される。また、制御部４０は、入力されたデータに基づいて、各種演算処理を実行したり、格納されたテーブルからデータを索出したりできるように構成され、この一実施形態で行われるデータの索出および各種演算処理を実行することができる。
【００６４】
（混合率計測方法）
次に、以上のように構成された、本発明の一実施形態による混合率計測装置を用いた混合率計測方法について説明する。図３は、この一実施形態による混合率計測方法を示すフローチャートである。
【００６５】
図３に示すように、まず、ステップＳＴ１においては、発振器１１〜１４から出力される交流信号の４通りの周波数ωｎのそれぞれにおいて、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃの重量と誘導起電力が補償されたコイルセンサー５０からの出力電圧との関係を求める、単一物質特性試験を実施する。これにより、周波数ωｎごとに、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃに対する出力電圧の検量線が作成される。その後、ステップＳＴ２に移行して、周波数ωｎごとに作成された検量線から、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃに対するコイルセンサー５０からの出力電圧の関係式ｆnx，ｆny，ｇnx，ｇny，ｈnx，ｈnyを立式する。
【００６６】
その後、ステップＳＴ３に移行して、４通りの周波数ωｎのそれぞれについて、被計測対象物１００となる混合物を構成する物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃと、コイルセンサー５０からの出力電圧との組み合わせを、具体的な数値により算出する。そして、ステップＳＴ４において、４通りの周波数ωｎのそれぞれについて、３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの種々の組み合わせと、これらの種々の組み合わせに対応する種々のコイルセンサー５０からの出力電圧とを、個々に具体的な数値を用いてまとめ、推定電圧のテーブルを作成する。
【００６７】
一方、ステップＳＴ５において、検出コイル５２には、励磁コイル５１の作る磁場によって誘導起電力が誘導されていることから、検出コイル５２による計測精度の低下を防止するために、被計測対象物１００がコイルセンサー５０を通過していない状態で、コイルセンサー５０の検出コイル５２の０点調整を行う。これによって、コイルセンサー５０の検出コイル５２の初期状態を０Ｖに調節する。
【００６８】
その後、ステップＳＴ６に移行して、混合率計測装置１により被計測対象物１００の計測を行う。すなわち、コイルセンサー５０の中心に測定対象となる３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃの混合物である被計測対象物１００を載置したり通過させたりする。これによって、コイルセンサーの中空部に存在する被計測対象物１００に応じて、コイルセンサー５０からの出力電圧がロックインアンプ２１〜２４に供給される。
【００６９】
続いて、ステップＳＴ７に移行すると、それぞれのロックインアンプ２１〜２４において、それぞれ所定の４通りの周波数ωｎで位相検波が行われる。そして、それぞれのロックインアンプ２１〜２４が、４通りの周波数ωｎにおいて、コイルセンサー５０からの出力電圧を計測する。これによって、４通りの周波数ωｎのそれぞれにおけるコイルセンサー５０からの出力電圧が、それぞれのロックインアンプ２１〜２４によって、実成分と虚成分との２つの計測電圧のデータとして出力される。この計測電圧のデータは、それぞれのロックインアンプ２１〜２４から制御部４０に供給される。なお、上述したステップＳＴ１〜ＳＴ４と、ステップＳＴ５〜ＳＴ７とは、互いに独立させて並行して行うことも可能である。
【００７０】
ステップＳＴ１〜ＳＴ７の実行後、ステップＳＴ８に移行すると、制御部４０は、周波数ωｎごとに実成分または虚成分を選択して、ステップＳＴ１〜ＳＴ４において作成されたテーブルにおける推定電圧と、ステップＳＴ５〜ＳＴ７において計測されたコイルセンサー５０からの出力電圧である計測電圧との比較を行う。
【００７１】
その後、ステップＳＴ９に移行して、制御部４０が、計測電圧とテーブルにおける推定電圧との差が最小になる、物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの組み合わせを、推定電圧のテーブルから索出して、物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃとする。そして、ステップＳＴ１０に移行して、制御部４０は、索出した重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃの組み合わせに基づいて、被計測対象物１００の全体の重量に対する物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの混合率を算出する。
【００７２】
以上により、この一実施形態による混合率計測方法によって、物質Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの重量Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃが算出され、混合率が得られる。
【００７３】
（実施例）
次に、上述した一実施形態に基づいた実施例について説明する。この実施例においては、計測する磁性体または導電体からなる３種類の物質Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、製鉄原料のコークス、焼結鉱、およびスクラップ（屑鉄）の３種類である。そして、これらのコークス、焼結鉱、およびスクラップにおいて、あらかじめそれぞれの重量に対するコイルセンサー５０からの出力電圧の関係を、３種類の物質のそれぞれの重量を変化させて計測して、検量線を作成することにより、関係式を立式した。ここで、混合率計測装置としては、図１に示す混合率計測装置１を用いた。また、コイルセンサー５０としては、励磁コイル５１と検出コイル５２とを直径３００ｍｍφの中空コイルから構成し、それらのターン数をいずれも３０ターンとした。また、計測に用いる４通りの周波数ωｎは、第１の周波数ω1を５０ｋＨｚ、第２の周波数ω2を１２８ｋＨｚ、第３の周波数ω3を１５０ｋＨｚ、第４の周波数ω4を１８５ｋＨｚとした。
【００７４】
図４は、これらの周波数ωｎ（ｎ＝１，２，３，４）ごとに、コークス、焼結鉱、およびスクラップの３種類の個々の物質の種々の重量に対するコイルセンサー５０からの出力電圧における、実成分および虚成分の２本の検量線を示す、１２通りのグラフである。制御部４０は、これらの検量線に基づいて、それぞれの周波数ωｎにおいて、それぞれの物質の重量に対するコイルセンサー５０からの出力電圧の関係式を、それぞれの周波数ωｎにおける関係式の実成分または虚成分から選択して立式する。なお、この実施例においては、コークス、焼結鉱、およびスクラップの個々の物質の重量に対するコイルセンサー５０からの出力電圧の検量線のうち、第１の周波数ω1が５０ｋＨｚの実成分、第２の周波数ω2が１２８ｋＨｚの虚成分、第３の周波数ω3が１５０ｋＨｚの実成分、第４の周波数ω4が１８５ｋＨｚの虚成分である検量線を採用する。そして、制御部４０は、これらの周波数ωｎごとの関係式に基づいて、コークス、焼結鉱、およびスクラップの個々の物質の重量の数値のデータと、この各物質の重量に対するコイルセンサー５０からの出力電圧のデータとから、推定電圧のテーブルを作成して、データ記録部４１に格納する。
【００７５】
一方、コイルセンサー５０からの出力電圧のうちの採用する計測値においては、立式した関係式と同じ成分の計測値を採用する。すなわち、コイルセンサー５０からの出力電圧Ｖｎのうち、ロックインアンプ２１が計測する第１の周波数ω1が５０ｋＨｚでの出力電圧の実成分Ｖ1x、ロックインアンプ２２が計測する第２の周波数ω2が１２８ｋＨｚでの出力電圧の虚成分Ｖ2y、ロックインアンプ２３が計測する第３の周波数ω3が１５０ｋＨｚでの出力電圧の実成分Ｖ3x、ロックインアンプ２４が計測する第４の周波数ω4が１８５ｋＨｚでの出力電圧の虚成分Ｖ4yを選択して、重量の算出に用いる。
【００７６】
そして、制御部４０は、推定電圧のテーブルから、それぞれの周波数ωｎ（ｎ＝１，２，３，４）での上述したコイルセンサー５０からの出力電圧と最も差が小さい推定電圧を周波数ωｎごとに索出して、コークス、焼結鉱、およびスクラップのそれぞれの重量を算出する。
【００７７】
図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃはそれぞれ、コークス、焼結鉱、およびスクラップに関して、あらかじめ計測して既知であるそれぞれの重量（測定重量）と、この一実施形態による混合率計測装置１を用いてコークス、焼結鉱、およびスクラップの混合物を、被計測対象物１００として計測した重量（算出重量）との関係を示すグラフである。図５Ａおよび図５Ｂから、焼結鉱およびコークスについては、ほとんど誤差がなく、極めて精度良く重量を算出できることが分かる。また、スクラップの結果については直線補正が必要ではあるが、いずれの算出重量も補正直線（図５Ｃ中、点線部）上に位置していることから、適切な補正を行うことにより精度上問題ないことがわかる。
【００７８】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、磁性体や導電体からなる３種類の物質を含む混合物を被計測対象物１００として、互いに相違する４通りの周波数の交流信号を用いてコイルセンサー５０により計測を行っていることにより、３種類の物質を計測して、それぞれの重量を精度良く算出することが可能になる。
【００７９】
また、コークス、焼結鉱、およびスクラップ（屑鉄）の混合物を被計測対象物として高炉などに装入する場合、高炉内のように通常の方法では測定困難な環境であっても、装入される混合物に含まれる物質の混合率を計測することが可能になる。さらに４通りのそれぞれの周波数ωｎにおけるコイルセンサーからの出力電圧の実成分および虚成分から、周波数ωｎごとに実成分および虚成分から特定の成分を適切に選択することによって、さらに重量の算出精度を向上させることが可能になる。
【００８０】
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【００８１】
例えば、上述の一実施形態においては、互いに異なる４通りの周波数として、第１の周波数ω1を５０ｋＨｚ、第２の周波数ω2を１２８ｋＨｚ、第３の周波数ω3を１５０ｋＨｚ、第４の周波数ω4を１８５ｋＨｚとしているが、必ずしもこれらの周波数に限定されるものではなく、種々の値を採用することが可能である。
【００８２】
上述の一実施形態においては、互いに異なる４通りの周波数を用いることから、同時に測定を行う場合に４つの発振器１１〜１４および４つのロックインアンプ２１〜２４を用いているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。具体的には、制御部４０において４つの周波数を合成した信号を生成し、ＤＡ変換器を用いて出力させることも可能である。この場合、それぞれの周波数の参照信号も同時に生成するとともに出力する。さらに、コイルセンサー５０が出力した信号と励磁信号に同期した信号とをＡＤ変換して制御部に入力して、制御部において位相検波処理による計算を行うことも可能である。
【００８３】
また、上述の一実施形態においては、コイルセンサー５０を、励磁コイル５１および検出コイル５２のみの構成としているが、コイルセンサー５０の中空部に被計測対象物１００が存在していない場合であっても、励磁コイル５１の励磁によって検出コイル５２内に誘導起電力が生じる場合がある。この場合、誘導起電力は、被計測対象物１００により生じる信号と同等または、それ以上に大きくなる可能性がある。そこで、あらかじめ誘導起電力を打ち消すような構成を採用することも可能である。具体的には、コイルセンサー５０と同一の構成で同様の特性を有する補償コイルを用い、発振部１０から励磁コイル５１に供給される電流を分岐させて、同じ励磁電流によって補償コイルの励磁コイル側を励磁させる。一方、補償コイルの検出コイル側を検出コイル５２と直列につないで差分を取るようにする。これにより、誘導起電力が０Ｖに近い値である場合に、検出コイル５２による検出を精度良く測定することができる。なお、この方法によっても誘導起電力が大きい場合には、励磁電流と同期した交流信号を出力することによって、差動アンプ６２において出力が０Ｖに近づくように出力電圧と位相とを調節する構成を採用することも可能である。
【００８４】
また、上述の一実施形態においては、コイルセンサー５０を励磁コイル５１および検出コイル５２から構成しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、高い耐熱性を有する例えばセラミックスなどの不導体からなる円筒状の管体に、励磁コイル５１および検出コイル５２を巻き付けた構成を採用しても良い。また、コイルセンサー５０の構成として、検出コイル５２上に励磁コイル５１を巻き付ける構成を採用しても良い。
【符号の説明】
【００８５】
１  混合率計測装置
１０  発振部
１１，１２，１３，１４  発振器
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ  発振チャンネル
１５，１６  合流器
２０  検出コイル計測部
２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４  ロックインアンプ
３０  電流値計測部
４０  制御部
４１  データ記録部
４２，４３  アナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）
５０  コイルセンサー
５１  励磁コイル
５２  検出コイル
５３  電流計
６１  アンプ
６２  差動アンプ
１００  被計測対象物
【要約】
【課題】被計測対象物が透磁率や導電率がそれぞれ異なる３種類の物質の混合物からなる場合であっても、この混合物に含まれる物質の質量および混合率を計測すること。
【解決手段】コイルセンサーに４通りの周波数の交流信号を印加しつつ単体の物質の重量に対するコイルセンサーからの出力電圧を各周波数で計測して、重量に対するコイルセンサーからの出力電圧の検量線を導出し、関係式を立式する。関係式から数値データからなるテーブルを作成する。透磁率と導電率とが異なる３種類の物質の混合物である被計測対象物１００がコイルセンサー５０内に位置した状態で、４通りの周波数におけるコイルセンサー５０からの出力電圧を位相検波して計測し、各周波数での出力電圧を計測する。計測した４通りの出力電圧に基づいて、テーブルから最も近い数値を索出し、３種類の物質のそれぞれの重量を算出して混合率を算出する。
【選択図】図１【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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