(57)【要約】【課題】励磁コイル内でＭＩ素子に生じる出力電圧特異値を信号処理することにより、非磁性導体からなる対象物の位置、変位、ずれ、距離、厚さ、面ぶれ、振動表面の凹凸、回転数、速度、等を高感度検出できるセンサを提供する。【解決手段】  非磁性導体対象物の検出センサであって、該非磁性導体対象物が励磁コイルと磁気的に相互作用のない距離に離した場合および該非磁性導体対象物と励磁コイルが近接している場合、励磁コイル内及び励磁コイルの周縁外部のＭＩセンサの出力値に現れる最小値および最大値、および最大値から最小値への過渡曲線の任意の位置近辺で励磁コイルとＭＩセンサを固定してそれぞれ目的に合った高感度センサの提供を可能とする。【選択図】  図１
2006058274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気インピーダンス素子の外部磁場方向が励磁コイルの軸に対して垂直に配置され、かつ非磁性導体対象物の被検出面に対して、水平に配置された検出センサにおいて、非磁性導体対象物が該励磁コイルに近接した状態で、該励磁コイルの非磁性導体対象物側端面外部、内部、非磁性導体対象物と反対側端面外部へと該磁気インピーダンス素子測定点を移動する過程で生じる出力電圧の増大するところから、最大値、減少する領域、最小値、再度増大する範囲に設定値を設けることを特徴とする検出センサ
【請求項２】
磁気インピーダンス素子外部磁場方向が励磁コイルの軸に対して垂直に配置され、かつ非磁性導体対象物の被検出面に対して、水平に配置された検出センサにおいて、非磁性導体対象物からの磁気的影響ない状態において、該励磁コイルの非磁性導体対象物側端面外部、内部、非磁性導体対象物と反対側端面外部へと該磁気インピーダンス素子測定点を移動する過程で生じる出力電圧の減少するところから、最小値、増大する範囲に設定値を設けることを特徴とする検出センサ。
【請求項３】
磁気インピーダンス素子の外部磁場方向が励磁コイルの軸に対して垂直に配置され、かつ非磁性導体対象物の被検出面に対して、水平に配置された検出センサにおいて、非磁性導体対象物が該励磁コイルに近接した状態で、該励磁コイルの非磁性導体対象物側周縁端面外部、周縁外部、非磁性導体対象物と反対側周縁端面外部へと該磁気インピーダンス素子の測定点を移動する過程で生じる出力電圧の増大するところから、最大値、減少、最小値、再度増大する範囲に設定値を設けることを特徴とする検出センサ
【請求項４】
磁気インピーダンス素子の外部磁場方向が励磁コイルの軸に対して垂直に配置され、かつ非磁性導体対象物の被検出面に対して、水平に配置された検出センサにおいて、非磁性導体対象物からの磁気的影響ない状態において、該励磁コイルの非磁性導体対象物側周縁端面外部、周縁外部、非磁性導体対象物と反対側端面周縁外部へと該磁気インピーダンス素子測定点を移動する過程で生じる出力電圧の減少するところから、最小値、増大する範囲に設定値を設けることを特徴とする検出センサ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、非磁性導体からなる対象物の位置、距離、変位、ずれ、キズ、厚さ、面ブレ、軸振動、表面の凹凸、回転数、速度等を、励磁コイルと磁気インピーダンス素子（以下ＭＩ素子と略す）を用いて検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】  非磁性導体を検出対象として、位置、距離、変位、ずれ、キズ、厚さ、面ブレ、軸振動表面の凹凸、回転数、速度等を検出するセンサとして渦電流を利用したものが知られている。【０００３】  図３１は従来の渦電流を利用した検出センサ７の概念図である。同図の検出センサ７は空芯コイル９、発振回路１０、増幅器１１、信号処理回路１２から構成されている。同図において符号１は非磁性導体対象物である。この検出センサ７は発振回路１０より、空芯コイル９に交流電流を流し交流磁束８を発生させる。該非磁性導体対象物１の表面とセンサ間の距離が短くなると、交流磁束の一部が非磁性導体対象物の内部に侵入して渦電流を発生し、その渦電流により発生した反磁界が交流磁束８を打ち消し、コイル電圧は低下する。反対に、該非磁性導体対象物１の表面とセンサ間の距離が長くなるとコイル電圧は増加する。そこで、このコイル電圧を信号として増幅器で増幅し、信号処理回路で処理する。【０００４】しかし、このような回転センサは、例えば、コイル径を１０ｍｍ以下に小型化すると感度が落ち、渦電流の反磁場の強さが急激に低下するため、測定対象物の表面積が小さい場合や測定対象物と励磁コイルとの距離（リフトオフと定義する）がおよそ１ｍｍ以上の場合には測定が困難となる。様々な分野で該センサの小型化の要請がある。例えばアルミニウム製測定対象物の凹凸上下の落差が１ｍｍ以下の測定の場合、径１０ｍｍ以下の励磁コイルを使用して安全を見てリフトオフを１ｍｍ以上の測定が困難となる。このような問題に対しては、コイルの巻き数を増やし、コイル電圧を上げること試られたが、十分な信号を得るに到っていない。【０００５】これに対して、近年、ＭＩ素子が、高感度消費電流が少なく、形状が小さいことから注目され、例えば、車載センサとして車速センサ、位置センサ、高さ測定センサ、ポジションセンサ等、また工場内生産ラインとして各種近接センサ、工場内搬送装置などに使用されているか、又はされつつある（特許文献１）。
しかしながら、ＭＩ素子は基本的に非磁性物質に応答しないために、非磁性導体の測定個所に磁性物質を取り付けるが、あるいは蒸着をして使用する必要がある。一方測定個所の取り付けが不可能な場所や測定環境によっては好ましくはない場合がある。【０００６】  そこで、位置、距離、変位、ずれ、キズ、厚さ、面ブレ、軸振動、表面の凹凸、回転数、速度等を測定する場合、非磁性導体対象物に磁性物質を取り付けや蒸着することなくそのままの形態で高感度に求められるようにすることが求められている。なお、ＭＩ素子を利用した渦電流センサとしては、金属の欠陥検出を目的としたもの（非特許文献１）や、金属体との距離を検出するものが既に提案されているが感度の点で低いかもしくは不明確である。
【特許文献１】    特開２００２−１９５８６４号
【特許文献２】    特開２００３−２７３７１８号
【非特許文献１】    日本応用磁気学会誌、２３、１４５３−１４５６（１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は、ＭＩ素子を利用したセンサにより、非磁性体対象物の位置、変位、ずれ、キズ、厚さ、面ブレ、軸振動、表面の凹凸、回転数、速度をその非磁性導体対象物に磁性物質を取り付けたり、蒸着したりすることなく、そのままの形態で高感度に求める構成と方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記の目的を達成するため、本発明は、非磁性導体対象物の位置、距離、変位、ずれ、キズ、厚さ、面ブレ、軸振動、表面の凹凸、回転数、速度を検出するセンサであって、非磁性体導体対象物を励磁する励磁コイル、励磁コイルにより非磁性体導体対象物による磁束変化を検出するＭＩ素子、及びＭＩ素子により検出された信号を処理する演算回路を備えた検出センサ７を提供する。
【発明の効果】
【０００９】  本発明の検出センサはＭＩ素子を励磁コイルの内部、または外部に配置し、非磁性導体対象物に発生する渦電流による反磁場の影響を直接的に及び励磁コイルを介して効果的に検出センサ出力信号として利用する方法である。高感度で小型化にすることが実現できる。例えば従来の磁気抵抗素子の感度が１ガウス程度であるのに対して、１０−６ガウス程度の高感度のＭＩ素子を反磁場の影響を効果的に取り出すために励磁コイルの内部または外部に配置して後述するコイル磁場の相互作用を利用して更に感度を高め、演算回路を除いたセンサヘッド部を縦横数ｍｍないしそれ以下の寸法に小型化し、検出精度を向上すると同時に、従来測定不可能であったリフトオフでの測定を可能にすることができる。具体的に説明する。励磁コイル内部または励磁コイル周縁外部に設置されたＭＩ素子は励磁コイル内部または励磁コイル周縁外部の設置位置により出力電圧値は異なる。例１として、非磁性導体対象物の渦電流反磁界の影響を受けない環境下では、コイル長さ方向のおよそ中央で出力電圧値は最小値ピークを示す。この後非磁性導体対象物を励磁コイルに近づけると即ちリフトオフを小さくすると出力電圧値は増加し、さらに近接すると最大値に達する。ここで感度を下式に定義する。
感度（％）＝（出力電圧比の最大値−出力電圧比の最小値）×１００（１）
出力電圧値比の最大値を１とすると、ほぼ１００％の感度が得られる。ただし、出力電圧比の最小値は目的に合わせて該ピークより大きい値を用いてもよい。（１）式は後述する他の構成についても成立する。電流反磁界の影響を例２として、非磁性導体対象物の渦電流反磁場を受ける環境下即ち励磁コイルと非磁性導体対象物が近接した状態にある励磁コイル内でＭＩ素子の位置によって出力電圧が最大値ピークとなる領域（領域１とする）、最小値ピークとなる領域（領域２とする）及び最大値から最小値に変化する過渡領域（領域３とする）の３つの領域が存在する。領域１の場合、非磁性導体対象物と励磁コイルの間隔を広げると、即ちリフトオフを大きくするにつれ出力電圧は小さくなる。（１）式を用いて感度を求めることができる。ただし、出力電圧比の最大値は用途に応じて該ピークより小さい値を用いてもよい。領域２の場合非磁性導体対象物と励磁コイルの間隔を広げると、即ちリフトオフを大きくすると、出力電圧は大きくなる。領域３の場合、リフトオフを大きくすると、出力電圧は一端小さくなるが、次に大きくなり複雑な変位を示す。従って、これらの特性を利用して非磁性体対象物の位置、距離、変位、ずれ、キズ、厚さ、面ブレ、軸振動、表面の凹凸、回転数、速度の計測に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。図１は本発明の一実施例の検出センサ概念図である。この検出センサ７は、センサヘッド部１３が励磁コイル２及び、ＭＩ素子３で構成されており、また、回路部が励磁用発振回路１４、ＭＩ素子用発振回路１５、及び保持回路１７と増幅器１１からなる演算回路１８で構成されている。ＭＩ素子３は、その外部磁場感知方向（長手方向）が励磁コイル２の軸に対して垂直に該コイル内部または周縁外部（図は省略）に配置されており、非磁性導体対象物１の面に対して水平となるように配置されて使用される。このように励磁コイル２とＭＩ素子３を配置することにより、リフトオフを大きくした場合の感度の向上を大幅に図ることができる。本発明において、ＭＩ素子３としては例えば、直径２０から３０μｍ、長さ約０．５ｍｍから１．０ｍｍの棒状のアモルハスワイヤを使用する。この他、ＭＩ素子としては、ガラス等の基板に蒸着により形成した薄膜ＭＩ素子を使用してもよく、その場合、薄膜ＭＩ素子の大きさは、例えば、縦１〜３ｍｍ×横２〜４ｍｍ×厚さ０．２〜１．５ｍｍ程度となる。ＭＩ素子の出力電圧はコイルの巻数、コイル形状、コイル電圧により異なるので、相対比、即ち出力電圧比を代わりに用いることによって全ての図を関連づけることができる。【００１１】本発明は非磁性導体対象物、励磁コイルおよびＭＩ素子の配置された構成において、ＭＩ素子の位置に依存して、出力電圧が異なることおよび該位置でのリフトオフ特性が異なることから適切な励磁コイルとＭＩ素子の位置関係を決定し用途に合った検出センサを提供する。
先ず、アルミニウム非磁性導体対象物１、励磁コイル２及びＭＩ素子３の順で構成する図２の位置関係により得られる出力電圧比の特性を図３に示す。この構成の場合、該出力電圧はリフトオフが０ｍｍで最低値を示すが、リフトオフの数値が増大するにつれ増大して１０ｍｍに至るとほぼ飽和する傾向がある。即ち、励磁コイル２がＭＩ素子３よりもアルミニウム非磁性導体対象物１により近距離にある場合、該出力電圧はリフトオフの数値が増大するにつれ増大する。（現象Ｂとする）。【００１２】  次に、アルミニウム非磁性導体対象物１、ＭＩ素子３及び励磁コイル２の順で構成する図４の位置関係により得られる出力電圧比の特性を図５に示す。該出力電圧はリフトオフが０ｍｍで最高値を示すが、リフトオフの数値が増大するにつれ減少して１０ｍｍに至るとほぼ飽和する傾向がある。即ち、励磁コイル２がＭＩ素子３よりもアルミニウム非磁性導体対象１から遠距離にある場合、該出力電圧はリフトオフの数値が増大するにつれ減少する。（現象Ａとする．）。【００１３】  図６の構成において、ＭＩ素子３を励磁コイル２内部の適切な位置に配置し、現象Ａと現象Ｂのバランスをとることによって高感度の検出センサ７を得ることが可能となる。【００１４】  例えば、リフトオフを最大限広げてアルミニウム非磁性導体対象物１からの渦電流反磁界の影響をなくし、ＭＩ素子３をコイル内で移動するか、もしくはＭＩ素子３を固定して励磁コイル２を移動すると出力電圧は位置ごとに変化し最小値が現れることを図７に示す。出力電圧が最小となる該バランスの取れた近辺で励磁コイル２を固定すると、例えば図８に示すリフトオフが減少するにつれ該２つの現象Ａ，Ｂのバランスが崩れるために、出力電圧値が大幅に増加するため高感度センサが可能となる。【００１５】  例えば、アルミニウム非磁性導体対象物１を励磁コイル２に近接状態とし、ＭＩ素子３を励磁コイル２内で移動すると出力電圧は位置ごとに変化し最大値と最小値が現れることを図９に示す。該出力電圧が最小値を示す位置、即ち、該２つの現象Ａ，Ｂのバランスの取れた状態である該位置近辺でＭＩ素子３を固定して高感度の検出センサ７が作成できる。例えば図１０のリフトオフが増加するにつれアルミニウム非磁性導体対象物１に生じた渦電流の反磁場の影響で該２つの現象Ａ，Ｂのバランスが崩れ、出力電圧値が大幅に変化する高感度検出センサ７となる。【００１６】  該出力電圧が最大値を示す位置、即ち、該２つの現象Ａ，Ｂのバランスの取れていない状態である該位置近辺でＭＩ素子３を固定して高感度の検出センサ７が作成できる。例えば図１１のようにリフトオフが増加するにつれアルミニウム非磁性導体対象物１に生じた渦電流の反磁場の影響で該２つの現象Ａ，Ｂのバランスが整い、出力電圧値が大幅に減少する高感度検出センサ７となる。【００１７】  このようにしてアルミニウムを非磁性導体対象物１として異なる出力特性が高感度の３種類の検出センサ７は用途に応じて選択することができる。その際、出力電圧の最小値もしくは最大値の位置は励磁コイル２、ＭＩ素子３の形状、寸法により依存するが、必ず励磁コイル２の内部、もしくは側面近辺に限られる。また、励磁コイル２とＭＩ素子３の位置関係から得られる図７、図９の出力電圧信号から任意の感度の検出センサ７の設定が可能である。【００１８】  これまで、ＭＩ素子３が励磁コイル２内部にあるとき、または励磁コイル側面近辺に配置されているときについて述べてきたが、ここでＭＩ素子３がコイル周縁外部に配置しても感度特性が同じ傾向を持つことを説明する。図１６のようにコイルの周縁外部にＭＩ素子３を配置する本考案もまた性能の高い検出器を提供する。本発明も非磁性導体対象物１、励磁コイル２及びＭＩ素子３の３者が関係する位置構成に基づく出力信号の特異点を効果的に利用した高感度、高精度の検出センサ７を提供する。【００１９】  図１２、図１４、図１６はアルミニウム非磁性導体対象物１、ＭＩ素子３及び励磁コルとの位置関係と出力電圧を説明するための概念図である。図１２において、アルミニウム非磁性導体対象物１に対向して励磁コイル２、斜め前方に該励磁コイル２が位置するようにＭＩ素子３が配置されている構成の場合、該出力電圧はリフトオフが０ｍｍで最低値を示すが、リフトオフの数値が増大するにつれ増大し、１０ｍｍに至りほぼ飽和する。図２の構成の検出センサ７と同じ傾向があることを図１３が示している。即ち励磁コイル２がＭＩ素子３よりもアルミニウム非磁性導体対象物１により近距離にある場合該出力電圧はリフトオフの数値が増大するにつれ増大する現象Ｂを示す。【００２０】  図１４において、アルミニウ厶非磁性導体対象物１に対向してＭＩ素子３、該ＭＩ素子３の斜め後方に該励磁コイル２が位置する構成の場合、図１５において該出力電圧はリフトオフが０ｍｍで最高値を示すが、リフトオフが増大するにつれ減少して１０ｍｍに至るとほぼ飽和する。この傾向は図４の構成の検出センサ７と同じ傾向があることを示している。即ち、アルミニウム非磁性導体対象物１に対して、励磁コイル２がＭＩ素子３よりも遠距離にある場合、該出力電圧はリフトオフの数値が増大するにつれ減少する全く逆の現象Ａ示す。【００２１】  図１６はアルミニウム非磁性導体対象物１に対向して励磁コイル２の周縁外部に近接してＭＩ素子３が配置される構成を示している。現象Ａと現象Ｂの影響を受け、励磁コイル２内のＭＩ素子３の出力電圧は設置される位置に依存する。【００２２】  ＭＩ素子３もしくは励磁コイル２の間隔を２００ｍｍ以上離した場合、即ちアルミニウム非磁性導体対象物１の渦電流反磁界の影響を無視できる距離において、該励磁コイル２と該ＭＩ素子３の位置関係から生ずる特性について説明する。ＭＩ素子３が非対象物側励磁コイル周縁外部端面から励磁コイル２に沿って反対面の励磁コイル周縁外部に至った後までの過程でＭＩ素子３測定点が該励磁コイル２の周縁外部に沿って移動する図１６のとき、ＭＩ素子３の出力電圧値は下降し、ＭＩ素子３がコイル周縁外部範囲内で最小となることを図１７に示す。この最小値を示す位置では現象Ａ，Ｂが拮抗し、共に打ち消しあってバランスが励磁コイル２内部で保たれているものと考える。リフトオフ距離を狭めると、反磁界の影響が現れ、バランスが崩れ出力電圧が増加して、図１８の高出力電圧変化が得られる。【００２３】  非磁性導体対象物１と励磁コイル２間の距離を近接して、ＭＩ素子３が非磁性導対象物側励磁コイル周縁外部端面に近接した位置から、該励磁コイル周縁外部に沿って反対面の近接位置に至るまでの過程で、ＭＩ素子３の位置と出力電圧値の関係を図１９に示す。コイル非磁性導体対象物１側外側からＭＩ素子３が移動するにつれ、出力電圧は増大し、最大値に到達する。この最大値までに至る任意の位置で作成した検出センサ７はリフトオフが大きくなるにつれ出力電圧が低下する図２０の傾向を持ち、この領域を領域１とする。【００２４】  更にＭＩ素子３が移動すると出力電圧は最大値から最小値に向かって減少する。この領域を領域３とする。領域３で作成した検出センサ７は図２１のようにリフトオフが大きくなるにつれ出力電圧が減少する現象Ａと増加する現象Ｂが混在する。ＭＩ素子３が移動すると出力電圧は最小値に達する。最小値近辺で作成した検出センサ７はリフトオフが大きくなるにつれ、出力電圧も大きくなる図２２の結果を得る。この領域を領域２とする。更に、ＭＩ素子３が励磁コイル２の反対側の周縁外部端面近辺に至るまで、増加し最大値に達しその後低下する。【００２５】  検出センサ７の感度調整法について説明する
検出センサ７の感度は非磁性導体対象物１、ＭＩ素子３および励磁コイル２の位置関係から得られる曲線より容易に設定できる。
一例として、ＭＩ素子３もしくは励磁コイル２の間隔を非磁性導体対象物１から２００ｍｍ上離した場合、即ちアルミニウム非磁性導体対象物１の渦電流反磁界の影響を無視できる距離において、非磁性導体対象物側励磁コイル２面の外、励磁コイル２内、非磁性導体対象物側励磁コイル反対面の外の順にＭＩ素子３を移動させながら出力電圧値を測定すると、励磁コイル２内部で、図７のように零に近い最小値を含む曲線が得られる。この出力電圧が最小値を示す位置で励磁コイル２とＭＩ素子３を接着剤で固定し検出センサ７を形成する。ここで検出センサ７とアルミニウム非磁性導体対象物１間のリフトオフを図８に示すように小さくすると、出力電圧信号はおおきくなり、さらにリフトオフが零では最大値となる。具体的に説明すると、信号の初期値、例えばリフトオフが２００ｍｍのとき零に近い値が設定でき、リフトオフが、例えば、０ｍｍのとき、出力電圧は最高値近くに大きくなるために、ほぼ１００パーセントの高感度の信号を得ることができる高感度センサを提供できる。この説明は図６のＭＩ素子３が励磁コイル２の内部にある場合であるが、図１６のようにＭＩ素子３が励磁コイル２の周縁外部にあっても出力電圧の最小値となる位置でＭＩ素子３と励磁コイル２を固定して図１８に示している高感度の検出センサ７を提供することが可能である。【００２６】  また励磁コイル２に流す電流を調整することで高い出力の得られる検出センサ７を提供できる。なお零点はＭＩ素子３や励磁コイル２の微妙な形状、寸法により励磁コイル２内部で変動するが、上述の電気的手法で零点の位置を見出してＭＩ素子３と励磁コイル２を容易に固定することができる。【００２７】  二例として、ＭＩ素子３もしくは励磁コイル２が磁性導体対象物と間隔が０ｍｍで近接した場合、即ちアルミニウム非磁性導体対象物１の渦電流反磁界の影響を受ける距離において、非磁性導体対象物側励磁コイル２側面、励磁コイル２内、非磁性導体対象物側励磁コイル２反対面の外の順に固定したＭＩ素子３を内在して励磁コイル２を移動させながら出力電圧値を測定した結果を図９に示す。特に図６の範囲で増大、最大値、減少、最小値、再度増大と複雑な変化をする。この出力電圧が最小値を示す位置で励磁コイル２とＭＩ素子３を接着剤で固定し検出センサ７を形成する。ここで検出センサ７とアルミニウム非磁性導体対象物１間のリフトオフを大きくすると、図１０に示すように出力電圧信号は大きくなる。
この説明は図６のＭＩ素子３が励磁コイル２の内部にある場合であるが、図１６のようにＭＩ素子３が励磁コイル２の周縁外部にあっても出力電圧の最小値となる位置でＭＩ素子３と励磁コイル２を固定して作成した検出センサ７を用いて図２２に示すリフトオフの増加に対する出力電圧の増加率の大きい高感度の検出センサ７の提供することが可能である。【００２８】  次に、図９の出力電圧が最大値を示す位置で励磁コイル２とＭＩ素子３を接着剤で固定し検出センサ７を形成する。図１１に示すリフトオフの増加に対する出力電圧を測定し、減少率の大きい高感度の検出センサ７の提供することが可能である。
この説明は図６のＭＩ素子３が励磁コイル２の内部にある場合であるが、図１６のようにＭＩ素子３が励磁コイル２の周縁外部にあっても出力電圧の最大値となる位置でＭＩ素子３と励磁コイル２を固定して作成したセンサヘッドを用いて図２０に示すリフトオフの増加対する出力電圧の減少率の大きい高感度の検出センサ７の提供することが可能である。【００２９】  銅、真鍮、ステンレス、鉄などの非磁性導体対象物はアルミニウム非磁性導体対象物と感度が異なるが、出力特性はほぼ同じ傾向であり、例えばリフトオフが増加するにつれ出力電圧値のより高い特性をもつ高感度検出センサが可能となる。また、リフトオフを最大限広げてＭＩ素子３をコイル内で移動し出力電圧が最小となる近辺でＭＩ素子３を固定すると、リフトオフが増加するにつれより出力電圧値のより低くなる特性をもつ高感度検出センサ７が可能となる。
【実施例】  実施例１【００３０】試−１
励磁コイル２軸線上にＭＩ素子３を配置する図２、図４及び図６の様態からなる検出セサ７であって、高感度、高精度が取得できる確実な感度調整方法について説明する。
ＭＩセンサ３及び励磁コイル２はアルミニウム製非磁性導体対象物１からの渦電流反磁界の影響を受けない距離例えば２００ｍｍ以上の間隔にする。励磁コイル２としては、例えば、線径０．０１ｍｍ〜１ｍｍの銅線からなる、外径４．１４ｍｍ、内径３．０２及び厚み．０．８ｍｍのパンケーキ型励磁コイル２を使用した励磁コイル２には５Ｖｐ−ｐの８０ｋＨｚの周波数交流電圧を加えた測定はコイル内部ばかりでなく、その延長上においても測定した。出力はシンクロスコープで観察した。観察例を図２４，２５．２６に示す。横軸が時間に対して、縦軸は出力電圧である。図２４は出力電圧が１０ｍＶ以下、図２５は出力電圧が約１５０ｍＶ、図２６が約４００ｍＶ出力の各例である。
励磁コイル２がアルミニウム製非磁性導体対象物１に向かってＭＩ素子３の前方にある図２の様態のとき、リフトオフが大きくなるにつれて、出力電圧比は上昇する図３の現象Ｂを示した。励磁コイル２がアルミニウ厶製非磁性導体対象物１に向かってＭＩ素子３の後方にある図４の様態のとき、リフトオフが大きくなるにつれて、出力電圧比は下降する図５の現象Ａを示した。【００３１】ＭＩ素子３を励磁コイル２内、外部で出力電圧を測定しながら移動させると、出力電圧は移動につれて下降しほぼ零近くまで到達後再度上昇したことにより励磁コイル２内部で最小値を得ることができた。結果を図７に示す。この最小値を示す位置で励磁コイル２とＭＩ素子３の両方を接着剤または機械的に固定した検出センサ７を成した。図８に検出センサ７を用いて測定したリフトオフと出力電圧比の関係を示す。リフトオフが減少するにつれて出力電圧の増加が大きく、ほぼ１００パーセントの高感度を得ることができた。【００３２】試−２
励磁コイル２軸線上に平行にＭＩ素子３を配置した図２、図４、図６の３様態から構成からなる検出センサ７の高精度、高感度が取得できる第２番目の感度調整方法を説明する。ＭＩ素子３及び励磁コイル２はアルミニウム製非磁性導体対象物１と近接して配置し、積極的にアルミニウム製非磁性導体対象物１の影響を受けるようにした（リフトオフ０ｍｍ）。ＭＩ素子３をアルミニウム製非磁性導体対象物１側から励磁コイル２軸線に平行に順次励磁コイル２内を通って該対象物と反対側に移動させたときの移動距離と出力電圧比の関係を図９に示す。ＭＩ素子３が励磁コイル２内部に存在する図６の様態では、現象Ａと現象Ｂの相互作用がより顕著に現れる領域である。０．８ｍｍ幅の励磁コイル２内部で最大（領域１）と最小（領域２）の二つのピーク値と両ピーク間にまたがる斜線（領域３）が示された。領域１の近辺で形成した検出センサ７はリフトオフの増加に伴う出力電圧比の減少率が大きいことを図１１に示した。【００３３】  領域２の近辺で形成した検出センサ７はリフトオフの増加につれて出力電圧比変化が大きくなることを図１０に示した。【００３４】  領域３の近辺では励磁コイル２とＭＩ素子３の位置の微小な変化により、リフトオフの増加に伴い出力電圧は一旦減少するが、直ぐに増加するＡ，Ｂの２現象からなる傾向を図２３に示した。
実施例２
試−３【００３５】  励磁コイル２の周縁外部にＭＩ素子３を配置した図１２、図１４及び図１６の３様態から構成からなる検出センサ７の高精度、高感度が取得できる簡単明瞭な感度調整方法を説明する。ＭＩ素子３及び励磁コイル２はアルミニウム製非磁性導体対象物１からの渦電流反磁界の影響を受けない距離例えば２００ｍｍ以上の間隔にする。励磁コイル２としては、例えば、線径０．０１ｍｍ〜１ｍｍの銅線からなる、外径４．１４ｍｍ、内径３．０２及び厚み１．５ｍｍのパンケーキ型励磁コイル２を使用した。励磁コイル２には５Ｖｐ−ｐの６０ｋＨｚの周波数交流電圧を加えた。測定はコイル内部もしくは該周縁ばかりでなく、その延長上においても測定した。出力はシンクロスコープで観察した。【００３６】  励磁コイル２がアルミニウム製非磁性導体対象物１に向かってＭＩ素子３の前方にある図１２の様態のとき、リフトオフが大きくなるにつれて、出力電圧比は上昇する図１３の現象Ｂを示した。また励磁コイル２がアルミニウム製非磁性導体対象物１に向かってＭＩ素子３の後方にある図１４の様態のとき、リフトオフが大きくなるにつれて、出力電圧比は下降する図１５の現象Ａを示した。【００３７】試−４
ＭＩ素子３が励磁コイル２周縁外部に近接している図１６の様態では、現象Ａと現象Ｂの相互作用がより顕著に現れる領域である。アルミニウム製非磁性導体対象物１と励磁コイル２が近接した条件下において、励磁コイル２の外周部に近接しているＭＩ素子３の各位置の出力電圧値を測定した。結果を図１９に示す。１．５ｍｍ幅の励磁コイル外部周縁で最大値（領域１）と最小値（領域２）の二つのピーク値と両ピーク間にまたがる斜線（領域３）が示されている。【００３８】領域１で励磁コイル２周縁外部とＭＩ素子３を固定した構成からなる検出センサ７のリフトオフと出力電圧の関係を図２０に示す。リフトオフが大きくなるにつれて非磁性導体対象物１上の渦電流による反磁界の影響が減少し、出力電圧値は最大値から順次低い値に移行した。【００３９】  領域１と領域２の中間に存在する斜線の領域３におけるリフトオフと出力電圧の関係を図２１に示す。リフトオフが小さいとき、出力電圧は減少するが、リフトオフが大きくなるにつれ出力電圧は逆転して大きくなる。この領域３では現象Ａと現象Ｂが複雑に絡み合っている。ただし、リフトオフが小さい範囲に限定すれば、感度を高く取ることができるので１ｍｍから１μｍの変量を測定用として適していた。【００４０】  領域２で磁コイル２周縁外部とＭＩ素子３を固定した構成からなる検出センサ７のリフトオフと出力電圧の関係を図２２に示す。リフトオフが大きくなるにつれて非磁性導体対象物１上の渦電流による反磁界の影響が減少し、出力電圧値は最小値から順次高い値に移行した。
実施例３【００４１】試−５
真鍮を非磁性導体対象物１とした場合の励磁コイル２内の軸線に平行にＭＩ素子３を配置する図６の様態からなる検出センサ７であって、高感度、高精度が取得できる確実な感度調整方法について説明する。ＭＩセンサ３及び励磁コイル２は真鍮製非磁性導体対象物１からの渦電流反磁界の影響を受けない距離例えば２００ｍｍ以上の間隔にした。ＭＩ素子３を励磁コイル２内部で出力電圧を測定しながら真鍮製非磁性導体対象物１側の励磁コイル２側面から移動させると、出力電圧はＭＩ素子３の移動につれて下降しほぼ零近くまで到達後再度上昇したことにより最小値を得ることができた。この最小値を示す位置で励磁コイル２とＭＩ素子３の両方を接着剤または機械的に固定した検出センサ７を作成した。この検出センサ７を用いて図２７にリフトオフと電圧出力値の関係を示す。アルミニウム同等の高い感度である。
試−６【００４２】  真鍮を非磁性導体対象物１とした場合の励磁コイル２軸線上に沿ってＭＩ素子３を配置する図６の様態からなる検出センサ７であって、高感度、高精度が取得できる第２の確実な感度調整方法について説明する。ＭＩセンサ３及び励磁コイル２は真鍮製非磁性導体対象物１からの渦電流反磁界の影響を積極的に受けるように近接して配置した。出力電圧はＭＩ素子３の移動につれ最大値と最小値が見つかるが、最小値でＭＩセンサ３と励磁コイル２を固定して検出センサ７を作成した。この検出センサ７を用いて図２８にリフトオフと電圧出力値の関係を示す。アルミニウム同等の高い感度である。
実施例４【００４３】  ステンレスを非磁性導体対象物１とした場合の励磁コイル２軸線上にＭＩ素子３を配置する図６の様態からなる検出センサ７であって、高感度、高精度が取得できる確実な感度調整方法について説明する。ＭＩセンサ３及び励磁コイル２はステンレス製非磁性導体対象物１からの渦電流反磁界の影響を受けない距離例えば２００ｍｍ以上の間隔にした。ＭＩ素子３を励磁コイル２内部で出力電圧を測定しながらステンレス製非磁性導体対象物１側の励磁コイル２側面から移動させると、出力電圧はＭＩ素子３の移動につれて下降しほぼ２０ｍＶまで到達後、励磁コイル２とＭＩ素子３の両方を接着剤または機械的に固定した検出センサ７を作成した。この検出センサ７を用いて図２９にリフトオフと電圧出力値の関係を示す。
実施例５【００４４】鉄を非磁性導体対象物１とした場合の励磁コイル２軸線上にＭＩ素子３を配置する図６の様態からなる検出センサ７であって、高感度、高精度が取得できる確実な感度調整方法について説明する。ＭＩ素子３及び励磁コイル２は鉄製非磁性導体対象物１からの渦電流反磁界の影響を受けない距離例えば２００ｍｍ以上の間隔にした。ＭＩ素子３を励磁コイル２内部で出力電圧を測定しながら鉄製非磁性導体対象物１側の励磁コイル２側面から移動させると、出力電圧はＭＩ素子の移動につれて下降しほぼ１０ｍＶまで到達後、励磁コイル２とＭＩ素子３の両方を接着剤または機械的に固定した検出センサ７を作成した。この検出センサ７を用いて図３０にリフトオフと電圧出力値の関係を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】  本発明の検出センサの基本概念図
【図２】  非磁性導体対象物、励磁コイル、ＭＩ素子の順でコイル軸上に配置した検出センサの構成概念図
【図３】  非磁性導体対象物、励磁コイル、ＭＩ素子の順でコイル軸上に配置した検センサのリフトオフ−出力電圧図
【図４】  非磁性導体対象物、ＭＩ素子、励磁コイルの順でコイル軸上に配置した検センサの構成概念図
【図５】  非磁性導体対象物、ＭＩ素子、励磁コイルの順で一列に配置した検出セサのリフトオフー出力電圧図
【図６】  ＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサの構成概念図
【図７】  図６において、非磁性導体対象物の渦電流反磁界の影響を無視できる距離であって、励磁コイルとＭＩ素子の位置関係による出力電圧の依存性
【図８】  図６において、非磁性導体対象物の渦電流反磁界の影響を無視できる距離であって、出力電圧が励磁コイル内で最小値を示す位置にＭＩ素子を固定した検出センサのリトオフー出力電圧図
【図９】  図６において、非磁性導体対象物が励磁コイルに近接した状態であって励磁コイルとＭＩ素子の位置関係による出力電圧の依存性
【図１０】  図６おいて、非磁性導体対象物が励磁コイルに近接した状態であって、出力電圧が励磁コイル内で最小値を示す位置にＭＩ素子を固定した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図１１】  図６おいて、非磁性導体対象物が励磁コイルに近接した状態であって、出電圧が励磁コイル内で最大値を示す位置にＭＩ素子を固定した検出センサリフトオフー出力電圧図
【図１２】  非磁性導体対象物に対向した励磁コイルの斜めした後方にＭＩ素子を配置した検出センサの概念図
【図１３】  非磁性導体対象物に対向した励磁コイルの斜めした後方にＭＩ素子を配置した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図１４】  非磁性導体対象物に対向したＭＩ素子の斜め後方に励磁コイルを配置した検出センサの概念図
【図１５】  非磁性導体対象物に対向したＭＩ素子の斜め後方に励磁コイルを配置した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図１６】  ＭＩ素子を励磁コイル周縁外部に配置した検出センサの構成概念図
【図１７】  図１６のＭＩ素子を励磁コイル周縁外部に配置した検出センサにおいて、非磁性導体対象物の渦電流反磁界の影響を無視できる距離であって、励磁コイルとＭＩ素子の位置関係による出力電圧の依存性
【図１８】  図１６のＭＩ素子を励磁コイル周縁外部に配置した検出センサにおいて、非磁性導体対象物の渦電流反磁界の影響を無視できる距離であって、励磁コイル内とＭＩ素子を最小出力電圧で固定して作成したセンサのリフトオフー出力電圧図
【図１９】  図１６のＭＩ素子を励磁コイル周縁外部に配置した検出センサにおいて、非磁性導体対象物が励磁コイルに近接した状態であって、励磁コイルとＭＩ素子の位置関係による出力電圧の依存性
【図２０】  図１６のＭＩ素子を励磁コイル周縁外部に配置した検出センサにおいて非磁性導体対象物が励磁コイルに近接した状態であって、出電圧が励磁イル内で最大値を示す位置にＭＩ素子を固定した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図２１】  図１６のＭＩ素子を励磁コイル周縁外部に配置した検出センサにおいて非磁性導体対象物が励磁コイルに近接した状態であって、検出電圧が励磁コイル内で最大値から最小値に移行する過程の位置でＭＩ素子を固定した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図２２】  図１６のＭＩ素子を励磁コイル周縁外部に配置した検出センサにおいて非磁性導体対象物が励磁コイルに近接した状態であって、出力電圧が励磁イル内で最小値を示す位置にＭＩ素子を固定した検出センサリフトオフー出力電圧図
【図２３】  図６のＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサにおいて非磁性導体対象物が励磁コイルに近接した状態であって、出力電圧が励磁コイル内で最大値から最小値に移行する過程の位置でＭＩ素子を固定した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図２４】  図６のＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサのオシロスコープによる出力電圧波形例  １０ｍＶ以下
【図２５】  図６のＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサのオシロスコープによる出力電圧波形例  約  １５０ｍＶ
【図２６】  図６のＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサのオシロスコープによる出力電圧波形例  約  ４００ｍＶ
【図２７】  非磁性導体対象物を真鍮とし、図６のＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサの構成において、非磁性導体対象物の渦電流反磁界の影響を受けない距離で、励磁コイル内の出力電圧が最小となる位置でＭＩ素子を固定して作成した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図２８】  非磁性導体対象物を真鍮とし、図６のＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサの構成において、非磁性導体対象物に近接して、励磁コイル内の出力電圧が最大となる位置でＭＩ素子を固定して作成した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図２９】  非磁性導体対象物をステンレスとし、図６のＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサの構成において、非磁性導体対象物の渦電流反磁界の影響を受けない距離で、励磁コイル内の出力電圧が最小となる位置でＭＩ素子を固定して作成した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図３０】  非磁性導体対象物を鉄とし、図６のＭＩ素子を励磁コイル内部に配置した検出センサの構成において、非磁性導体対象物の渦電流反磁界の影響を受けない距離で、励磁コイル内の出力電圧が最小となる位置でＭＩ素子を固定して作成した検出センサのリフトオフー出力電圧図
【図３１】  従来の検出センサ概念図
【符号の説明】
【００４６】  １  非磁性導体対象物
２  励磁コイル
３  ＭＩ素子
４  電子回路
５  回路基板
６  接続ケーブル
７  検出センサ
８  交流磁束
９  空芯コイル
１０  発振回路
１１  増幅器
１２  信号処理回路
１３  センサヘッド部
１４  励磁用発振回路
１５  ＭＩ素子用発振回路
１６  抵抗
１７  保持回路
１８  演算回路
【図１】
2006058274.tif 000003
【図２】
2006058274.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006058274.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006058274.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2006058274.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2006058274.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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