(57)【要約】  コンベヤの前進する搬送体の様々な条件を検知するためのコンベヤおよび検知システム。コンベヤは、ベルトの条件を測定するために搬送体に埋め込まれた検知要素のアレイを含む。検知要素は、受動共振回路の一部を形成し、各々がキャパシタおよび誘導コイルを含む。キャパシタまたは誘導コイルは、検知要素とすることができる。ベルト外部の測定回路は、それらが近傍を通過するときに搬送体内の共振回路に誘導結合または容量結合される。検知要素は、検知した条件の関数として、それらの共振回路の共振周波数を変化させる。測定回路の周波数検出器は、周波数変化を測定し、それをコンベヤの条件を判定するために使用される関数的に関連する値に変換する。例示的な条件には、温度、圧力、湿度、漏出および製品重量が含まれる。【選択図】図４０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンベヤであって、
搬送方向に前進可能な搬送体と、
前記搬送体のセンサ位置に配置された複数の共振回路とを備え、
前記共振回路の各々が、インダクタと、前記インダクタに接続されて共振回路を形成するキャパシタとを含み、前記共振回路が、前記インダクタのインダクタンスと前記キャパシタのキャパシタンスとによって決定される共振周波数を有し、
前記インダクタのインダクタンスおよび前記キャパシタのキャパシタンスのうちの少なくとも一方が、前記搬送体に影響を及ぼす変動条件によって変化することを特徴とするコンベヤ。
【請求項２】
請求項１に記載のコンベヤにおいて、
前記インダクタが、固定インダクタンスを有し、前記共振回路を前記搬送体の外部の固定起動回路に誘導結合するように構成されていることを特徴とするコンベヤ。
【請求項３】
請求項１に記載のコンベヤにおいて、
前記キャパシタが、固定キャパシタンスを有し、前記共振回路を前記搬送体の外部の固定起動回路に容量結合するように構成されていることを特徴とするコンベヤ。
【請求項４】
請求項１に記載のコンベヤにおいて、
複数の結合コイルをさらに備え、各結合コイルが、前記共振回路を前記搬送体の外部の固定起動回路に誘導結合するために、前記共振回路のうちの１つに接続されていることを特徴とするコンベヤ。
【請求項５】
請求項１に記載のコンベヤにおいて、
複数のキャパシタプレートをさらに備え、前記共振回路の各々が、前記搬送体の外部の１またはそれ以上の固定キャパシタプレートを介して前記共振回路を容量結合するために、１またはそれ以上のキャパシタプレートに接続されていることを特徴とするコンベヤ。
【請求項６】
請求項１に記載のコンベヤにおいて、
前記共振回路の各々における前記インダクタのインダクタンスまたは前記キャパシタのキャパシタンスが、前記搬送体に影響を及ぼす変動条件によって引き起こされる前記インダクタまたは前記キャパシタの寸法の変化によって変化することを特徴とするコンベヤ。
【請求項７】
請求項１に記載のコンベヤにおいて、
前記共振回路の各々における前記インダクタが、コイル巻線と、前記コイル巻線の内側のコアとを有し、コンベヤベルトに影響を及ぼす変動条件が、前記巻線の内側の前記コアの長さの変化を引き起こし、それにより前記インダクタのインダクタンスが変化することを特徴とするコンベヤ。
【請求項８】
請求項１に記載のコンベヤにおいて、
前記共振回路の各々における前記キャパシタが、第１のプレートと、ギャップにより前記第１のプレートから分離された第２のプレートと、前記ギャップの一部分にある誘電体スラブとを有し、コンベヤベルトに影響を及ぼす変動条件が、前記誘電体スラブの寸法および前記誘電体スラブによって占有されるギャップの部分の寸法の変化を引き起こし、それにより前記キャパシタのキャパシタンスが変化することを特徴とするコンベヤ。
【請求項９】
請求項８に記載のコンベヤにおいて、
記第１のプレートおよび前記第２のプレートが、プレートの第１端部から反対側の第２端部へと放射状に広がって、第１端部よりも第２端部においてギャップが広くなり、
前記誘電体スラブが、プレートの第１端部間のギャップの部分に配置されており、前記誘電体スラブからプレートの第２の端部までのギャップの残りの一部分が、空隙であり、その中に、漏出した液体が集まって前記キャパシタの実効誘電率およびキャパシタンスを変化させることができることを特徴とするコンベヤ。
【請求項１０】
請求項１に記載のコンベヤにおいて、
前記搬送体に影響を及ぼす変動条件が、前記搬送体上で搬送される物品の重量、前記搬送体の温度、前記搬送体上の周囲圧力、周囲湿度、および前記搬送体上への液体漏出により構成される群のなかから選択されることを特徴とするコンベヤ。
【請求項１１】
コンベヤ測定システムであって、
コンベヤと、少なくとも１の固定測定回路とを備え、
前記コンベヤが、
搬送方向に前進可能な複数の物品積載搬送体と、
前記搬送体のセンサ位置に配置され、共振周波数を有する複数の共振回路であって、前記搬送体に影響を及ぼす条件を検知し、前記搬送体に影響を及ぼす条件の関数として共振周波数を変化させる検知要素と、前記検知要素に接続された結合要素とを含む共振回路とを備え、
前記少なくとも１の固定測定回路が、前記搬送体の外部にあり、前記少なくとも１の固定測定回路が、
周波数検出器と、
固定結合要素であって、その近傍を前記搬送体の結合要素が通過するときに、前記搬送体の結合要素と協働して、前記共振回路を前記周波数検出器に結合する固定結合要素とを含み、
前記周波数検出器が、前記搬送体に影響を及ぼす条件によって引き起こされる前記共振回路の共振周波数の変化を測定することを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記検知要素が可変インダクタまたは可変キャパシタのいずれかであることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記コンベヤベルトの結合要素および前記固定結合要素が、誘導結合および容量結合のうちの一方または他方を提供することを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記搬送体の結合要素が、キャパシタの第１のプレートを含み、前記固定結合要素が、前記キャパシタの第２のプレートを含み、前記キャパシタが、前記搬送体の第１プレートが第２プレートの近傍を通過するときに形成されることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項１５】
請求項１１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記搬送体の結合要素がバネ荷重プレートであり、前記固定結合要素が、前記搬送体のバネ荷重プレートとともに、別個のキャパシタを形成する一対の離間したプレートを含むことを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項１６】
請求項１１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記少なくとも１の固定測定回路が、前記固定結合要素と前記周波数検出器との間に接続された微分増幅器を含むことを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項１７】
請求項１１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記少なくとも１の固定測定回路が発振器を含み、この発振器が、公称共振周波数で発振し、かつ前記固定結合要素と前記周波数検出器との間に接続されており、
前記共振回路が前記少なくとも１の固定測定回路を通過するときに、前記共振回路の共振周波数の変化が、前記発振器の周波数を公称共振周波数から変化させることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項１８】
請求項１１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記搬送体に影響を及ぼす条件が、前記搬送体上で搬送される物品の重量、前記搬送体の温度、前記搬送体上の周囲圧力、周囲湿度、および前記搬送体上への液体漏出により構成される群のなかから選択されることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項１９】
請求項１１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
コントローラを備え、前記周波数検出器が、前記共振回路の周波数を測定し、前記周波数を前記コントローラに送信することを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
コンベヤの下方にその幅にわたって固定測定回路のアレイをさらに備え、前記検知要素が、前記搬送体上で搬送される物品の重量を検知し、それに応じて前記共振回路の共振周波数を変化させ、前記コントローラが、前記固定測定回路のアレイにより測定された重量から、搬送される物品のそれぞれの位置、傾斜または重心を計算することを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２１】
コンベヤ測定システムであって、
コンベヤと、少なくとも１の固定測定回路とを備え、
前記コンベヤが、
搬送方向に前進可能な複数の物品積載搬送体と、
前記搬送体のセンサ位置に配置された複数の検知要素であって、その各々の電気的特性が、前記搬送体に影響を及ぼす条件により変化する複数の検知要素とを備え、
前記少なくとも１の固定測定回路が、前記搬送体の外部にあり、前記少なくとも１の固定測定回路が、
周波数検出器と、
固定結合要素であって、その近傍を前記搬送体の検知要素が通過するときに、前記搬送体の結合要素と協働して、前記少なくとも１の固定測定回路を前記搬送体の複数の検知要素に結合する固定結合要素とを含み、
前記検知要素の各々が、前記検知要素の電気的特性に依存する共振周波数を有する共振回路の一部を形成し、
前記周波数検出器が、前記搬送体に影響を及ぼす条件によって引き起こされる前記共振回路の共振周波数の変化を測定することを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記検知要素がインダクタまたはキャパシタであり、前記電気的特性が前記インダクタのインダクタンスまたは前記キャパシタのキャパシタンスであることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２３】
請求項２１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記搬送体に複数の結合要素をさらに備え、各結合要素が、前記固定結合要素を介して前記検知要素を前記少なくとも１の固定測定回路に接続するために、前記検知要素のそれぞれ一つと接続されていることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２４】
請求項２１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記検知要素の各々が、前記固定結合要素を介して前記少なくとも１の固定測定回路に結合する結合要素でもあることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２５】
請求項２１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記共振回路が前記搬送体に配置されていることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２６】
請求項２１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記共振回路が、前記搬送体と前記少なくとも１の固定測定回路との間に配置されていることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２７】
請求項２１に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記搬送体に影響を及ぼす条件が、前記搬送体上で搬送される物品の重量、前記搬送体の温度、前記搬送体上の周囲圧力、周囲湿度、および前記搬送体上への液体漏出により構成される群のなかから選択されることを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２８】
コンベヤ測定システムであって、
コンベヤと、少なくとも１の固定測定回路とを備え、
前記コンベヤが、
搬送方向に前進可能な複数の物品積載搬送体と、
前記搬送体のセンサ位置に配置され、前記搬送体の撓みをそれぞれ検知する複数の撓みセンサと、
複数のカプラであって、各々が前記撓みセンサの関連する１つに接続された複数のカプラとを含み、
前記少なくとも１の固定測定回路が、前記搬送体の外部にあり、前記少なくとも１の固定測定回路が、
固定カプラであって、その近傍を前記搬送体の関連するカプラが通過するときに、接触することなく、前記少なくとも１の固定測定回路を前記搬送体の複数の撓みセンサに結合する固定カプラを含み、
前記少なくとも１の固定測定回路が、前記撓みセンサの各々によって検知された前記搬送体の撓みを測定することを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項２９】
請求項２８に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記撓みセンサの各々が、前記搬送体の撓みに応じてキャパシタンスが変化する可変キャパシタを備え、
前記可変キャパシタに関連するカプラが、第１のプレートと第２のプレートとを含み、それらプレートがともに前記可変キャパシタと直列に接続されており、
前記固定カプラが、前記可変キャパシタに関連するカプラの第１のプレートと第１の結合キャパシタを形成する第１のプレートと、前記可変キャパシタに関連するカプラの第２のプレートと第２の結合キャパシタを形成する接地された第２のプレートとを含み、
前記少なくとも１の固定測定回路が、
交流駆動波形を生成する発振器と、
前記発振器、前記第２の結合キャパシタおよび前記可変キャパシタと直列に前記第１の結合キャパシタの第１のプレートに接続された抵抗と、
前記抵抗と前記第１の結合キャパシタとの接合点に接続されて、前記接合点で交流電圧を整流する整流器と、
前記整流器に接続され、振幅が前記可変キャパシタのキャパシタンスと反比例して変化する直流電圧を生成するローパスフィルタとを含むことを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のコンベヤ測定システムにおいて、
前記発振器が、正弦波、三角波または方形波である交流駆動波形を生成することを特徴とするコンベヤ測定システム。
【請求項３１】
コンベヤ測定システムであって、
コンベヤと、少なくとも１の固定測定回路とを備え、
前記コンベヤが、
搬送方向に前進可能な複数の物品積載搬送体と、
前記搬送体のセンサ位置に配置された複数の可変キャパシタであって、その各々のキャパシタンスが、前記搬送体に影響を及ぼす条件によって変化する複数の可変キャパシタと、
前記可変キャパシタの各々に直列に接続された第１のプレートおよび第２のプレートとを含み、
前記少なくとも１の固定測定回路が、前記搬送体の外部にあり、前記少なくとも１の固定測定回路が、
前記搬送体のセンサ位置が前記固定測定回路の近傍を通過するときに、前記搬送体の第１のプレートと第１の結合キャパシタを形成する第１の固定プレート、および前記搬送体の第２のプレートと第２の結合キャパシタを形成する接地された第２の固定プレートと、
交流駆動波形を生成する発振器と、
前記発振器、前記第２の結合キャパシタおよび前記可変キャパシタと直列に前記第１の結合キャパシタの第１の固定プレートに接続された抵抗と、
前記抵抗と前記第１の結合キャパシタとの接合点に接続されて、前記接合点で交流電圧を整流する整流器と、
前記整流器に接続され、振幅が前記可変キャパシタのキャパシタンスと反比例して変化する直流電圧を生成するローパスフィルタとを含むことを特徴とするコンベヤ測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して動力駆動コンベヤに関し、より詳細には、コンベヤ本体に埋め込まれた検知要素を用いて、コンベヤに影響を及ぼす条件を検知するコンベヤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンベヤベルトおよび移動物体支持搬送体を有するその他の種類のコンベヤに埋め込まれたセンサは、センサ測定を行ってベルトから測定値を伝達するために、電力を必要とする。この目的のために、ベルト上の電池、蓄電キャパシタまたはエナジーハーベスト装置が使用または提案されている。しかしながら、それらのソリューションの殆どは、再充電や交換を必要とし、場所を取り、重量を追加し、またはベルトを弱める。リップ検出器は、フラットベルトに使用され、ベルトに亀裂が生じて差し迫った故障の危険性があるか否かを判断する。多くのリップ検出器は、ベルトに埋め込まれた細いワイヤループを含む。引き裂かれていない閉じたワイヤループが搬送経路に沿って検出器を通過すると、検出信号が生成されて、検出器により検出される。引き裂かれた開いたワイヤループが通過すると、検出信号が、引き裂かれていないループの検出信号とは異なり、それによりベルト内の亀裂を示す。これらの装置は、ベルト上の電源を必要としないが、連続的なセンサ測定を行うようには設計されていない。むしろ、それらは引き裂かれているか否かの二値的な結論のために使用される検出信号を生成する。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の特徴を具現化するコンベヤベルトの１つのバージョンは、ベルト本体のセンサ位置に配置された複数の共振回路を含む。各共振回路は、インダクタと、インダクタに接続されて共振回路を形成するキャパシタとを含む。各共振回路の共振周波数は、インダクタのインダクタンスおよびキャパシタのキャパシタンスによって決定される。インダクタのインダクタンスおよびキャパシタのキャパシタンスのうちの少なくとも一方は、コンベヤベルトに影響を及ぼす変動条件によって変化する。
【０００４】
別の態様では、コンベヤベルト測定システムの１つのバージョンが、コンベヤベルトと、コンベヤベルト外部の少なくとも１の固定測定回路とを含む。コンベヤベルトは、コンベヤベルト内のセンサ位置に配置された複数の共振回路を含む。共振回路の各々は、共振周波数を有する。また、共振回路の各々は、コンベヤベルトに影響を与える条件を検知して、コンベヤベルトに影響を与える条件の関数として共振周波数を変化させる検知要素と、検知要素に接続された結合要素とを含む。固定測定回路は、周波数検出器と、固定された結合要素とを含み、この固定された結合要素は、その近傍をコンベヤベルトの結合要素が通過するときに、それら結合要素と協働して、共振回路を周波数検出器に結合する。周波数検出器は、コンベヤベルトに影響を及ぼす条件によって引き起こされる共振回路の共振周波数の変化を測定する。
【０００５】
コンベヤベルト測定システムの別のバージョンは、コンベヤベルトと、コンベヤベルト外部の少なくとも１の固定測定回路とを含む。コンベヤベルトは、コンベヤベルト内のセンサ位置に配置された複数の検知要素を含む。各検知要素の電気的特性は、コンベヤベルトに影響を与える条件によって変化する。少なくとも１の固定測定回路は、周波数検出器と、固定された結合要素とを含み、この固定された結合要素は、その近傍をコンベヤベルトの複数の検知要素が通過するときに、少なくとも１の固定測定回路をコンベヤベルトの複数の検知要素に結合する。検知要素の各々は、検知要素の電気的特性に依存する共振周波数を有する共振回路の一部を形成する。周波数検出器は、コンベヤベルトに影響を与える条件によって引き起こされる共振回路の共振周波数の変化を測定する。
【０００６】
コンベヤベルト測定システムのさらに別のバージョンは、コンベヤベルトと、コンベヤベルト外部の少なくとも１の固定測定回路とを含む。コンベヤベルトは、関連するカプラに接続されたコンベヤベルトのセンサ位置に配置された複数の撓みセンサを含む。撓みセンサの各々は、コンベヤベルトの撓みを検知する。各固定測定回路は固定カプラを含み、固定カプラは、その近傍をコンベヤベルトの関連するカプラが通過するときに、接触することなく、固定測定回路をコンベヤベルトの複数の撓みセンサに結合する。固定測定回路は、撓みセンサの各々によって検知されるコンベヤベルトの撓みを測定する。
【０００７】
コンベヤベルト測定システムの別のバージョンは、コンベヤベルトと、コンベヤベルト外部の少なくとも１の固定測定回路とを含む。コンベヤベルトは、コンベヤベルト内のセンサ位置に配置された複数の可変キャパシタを含む。可変キャパシタの各々のキャパシタンスは、コンベヤベルトに影響を及ぼす条件によって変化する。第１のプレートおよび第２のプレートは、可変キャパシタの各々に直列に接続されている。固定測定回路は、その近傍をコンベヤベルトのセンサ位置が通過するときに、コンベヤベルトの第１のプレートと第１の結合キャパシタを形成する第１の固定プレートと、コンベヤベルトの第２のプレートと第２の結合キャパシタを形成する接地された第２の固定プレートとを含む。外部測定回路の抵抗は、発振器、第２の結合キャパシタおよび可変キャパシタと直列に第１の結合キャパシタの第１の固定プレートに接続されている。発振器は交流電圧を生成する。抵抗と第１の結合キャパシタとの接続点に接続された整流器は、接続点で交流信号を整流する。ローパスフィルタは、整流器に接続されて、その振幅が可変キャパシタのキャパシタンスと反比例して変化する直流信号を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の特徴を具現化したコンベヤベルトの一部分の斜視図である。
【図２】図２は、図１のコンベヤベルトを使用するコンベヤシステムの等角図である。
【図３】図３は、部分的に切り取った、図２のコンベヤシステムの一部分の平面図である。
【図４】図４は、線分４−４に沿った図３のコンベヤシステムの断面図であり、容量性力検知要素を示している。
【図５】図５は、図４のベルト部分の図であり、下向きの力が加えられてキャパシタが変形している状態を示している。
【図６】図６は、図２のコンベヤシステムにおいて使用可能な分散型センサのブロック図である。
【図７】図７は、図６のセンサの電気回路図／ブロック図である。
【図８】図８は、図２のコンベヤシステムの上面図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、図３のコンベヤシステムにおけるベルト部分の断面図であり、ベルトに作用する下向きの力が存在しない場合と存在する場合の容量性力感知要素の別のバージョンを示している。
【図１０】図１０Ａおよび図１０Ｂは、図３のコンベヤシステムにおけるベルト部分の断面図であり、ベルトに作用する下向きの力が存在しない場合と存在する場合の誘導性力感知コイルを示している。
【図１１】図１１は、図１０Ｂの断面図であり、同図においては、ベルトに下向きの力が作用したときに、コイルのコアがコイルのインダクタンスを変化させている。
【図１２】図１２は、図６のセンサシステムにおいて使用可能な代替の誘導結合された微分増幅回路の電気回路図である。
【図１３】図１３は、図４の断面図であり、容量結合を有する代替的なセンサ構成を示している。
【図１４】図１４は、図１３の構成とともに使用可能なセンサ回路の１つのバージョンの電気回路図である。
【図１５】図１５は、図１４のセンサ回路の代替的バージョンの電気回路図である。
【図１６】図１６は、図１３の断面図であり、容量結合を有するセンサ構成の別のバージョンを示している。
【図１７】図１７Ａおよび図１７Ｂは、温度によってプレートの距離間隔が変化する容量性温度検知要素の側面図である。
【図１８】図１８Ａおよび図１８Ｂは、温度によってプレートの距離間隔が変化する容量性温度検知要素の側面図である。
【図１９】図１９Ａおよび図１９Ｂは、温度によってプレートの距離間隔が変化する容量性温度検知要素の側面図である。
【図２０】図２０Ａおよび図２０Ｂは、温度によってプレートの距離間隔が変化する容量性温度検知要素の側面図である。
【図２１】図２１Ａおよび図２１Ｂは、温度によって誘電率が変化する容量性温度検知要素の側面図である。
【図２２】図２２Ａおよび図２２Ｂは、温度によって誘電率が変化する容量性温度検知要素の側面図である。
【図２３】図２３Ａおよび図２３Ｂは、温度によって誘電率が変化する容量性温度検知要素の側面図である。
【図２４】図２４Ａおよび図２４Ｂは、温度によってコアが変化する誘導性温度検知要素の側面図である。
【図２５】図２５Ａおよび図２５Ｂは、温度によってコアが変化する誘導性温度検知要素の側面図である。
【図２６】図２６Ａおよび図２６Ｂは、温度によってコアが変化する誘導性温度検知要素の側面図である。
【図２７】図２７Ａおよび図２７Ｂは、温度によってコイル寸法が変化する誘導性温度検知要素の側面図である。
【図２８】図２８Ａおよび図２８Ｂは、温度によってコイル寸法が変化する誘導性温度検知要素の側面図である。
【図２９】図２９Ａおよび図２９Ｂは、圧力によってコイル寸法が変化する誘導性圧力検知要素の側面図である。
【図３０】図３０Ａおよび図３０Ｂは、圧力によってコイル寸法が変化する誘導性圧力検知要素の側面図である。
【図３１】図３１Ａおよび図３１Ｂは、圧力によってプレートの距離間隔が変化する容量性圧力検知要素の側面図である。
【図３２】図３２Ａおよび図３２Ｂは、圧力によってプレートの距離間隔が変化する容量性圧力検知要素の側面図である。
【図３３】図３３Ａおよび図３３Ｂは、圧力によってプレートの距離間隔が変化する容量性圧力検知要素の側面図である。
【図３４】図３４Ａおよび図３４Ｂは、湿度または漏出によってプレートの距離間隔が変化する容量性検知要素の側面図である。
【図３５】図３５Ａおよび図３５Ｂは、湿度または漏出によってプレートの距離間隔が変化する容量性検知要素の側面図である。
【図３６】図３６Ａおよび図３６Ｂは、湿度または漏出によってコイルまたはコアの寸法が変化する誘導性検知要素の側面図である。
【図３７】図３７Ａおよび図３７Ｂは、湿度または漏出によってコイルまたはコアの寸法が変化する誘導性検知要素の側面図である。
【図３８】図３８Ａおよび図３８Ｂは、湿度または漏出によってコイルまたはコアの寸法が変化する誘導性検知要素の側面図である。
【図３９】図３９Ａおよび図３９Ｂは、漏出によって誘電率が変化する容量性検知回路の側面図である。
【図４０】図４０は、図２のコンベヤシステムで使用可能な測定回路の別のバージョンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の特徴を具現化するコンベヤベルトの１つのバージョンの一部分を示している。コンベヤベルト１０は、ヒンジロッド１６または連続する列間にヒンジ継手１８を形成するインターリーブヒンジ要素１７のピンによって、端部間がヒンジ連結された１またはそれ以上のプラスチックベルトモジュール１４の一連の列１２から構成されたモジュール式のプラスチックコンベヤベルトである。ベルトモジュール１４は、通常、ポリプロピレン、ポリエチレン、アセタールまたは複合ポリマーのような熱可塑性ポリマーから射出成形されている。力検知要素２０などの検知要素は、個々の位置でコンベヤベルト１０に埋め込まれている。このバージョンでは、力検知要素が、各ベルト列１２の幅方向にわたる横列Ｒと、搬送方向２２のベルトの長さに沿う縦列Ｃとの２次元配列に配置されている。このようにして、個々の力検知要素２０の位置はＰＲＣとして定義することができ、ここで、Ｒは横列（または各ベルト列が力検知要素の１つの横列しか有さない場合は、ベルト列）を示し、Ｃはベルトの一方の側から他方の側までの縦列を示している。所与のベルトについての力検知要素のアレイの密度または力検知要素の横列と縦列間の距離間隔は、搬送される物品のサイズおよび形状の先験的知識によって決定されるものであってもよい。このバージョンでは、各力検知要素２０が、ベルト１０の外側搬送面２４に取り付けられている。力検知要素は、カバー２６によって保護することができ、このカバーは、搬送される物品の全重量が一群のカバーによって支えられるように、ドーム形状として、ベルトの搬送面２４の僅かに上方に突出した突出部を形成するようにしてもよい。力検知要素は、ベルト上の力検知要素の位置で搬送面に垂直に加えられる力を測定するために、搬送面２４に対して垂直な検知軸２８を有する。
【００１０】
コンベヤベルト１０は、図２の計量システム３０に示されている。コンベヤベルトは、上部搬送路３２に沿って搬送方向２２に前進する。エンドレスベルトは、シャフト３６に取り付けられた駆動およびアイドリングスプロケットセット３４，３５の周りに連なり、シャフトの端部は、軸受ブロック３８に支持されている。駆動シャフトに連結された駆動モータ４０は、駆動スプロケット３４を回転させ、駆動スプロケットは、ベルトの下側に係合して、上側搬送路３２に沿ってベルトを搬送方向２２に駆動する。ベルトは下側戻り路４２に沿って戻る。ローラ４４は戻り路のベルトを支持し、最大ち度を減少させる。
【００１１】
図３に示すように、コンベヤベルト１０は、摩擦ストリップ５０上の搬送路に沿って支持されている。力検知要素２０のための起動回路５２は、上面が摩擦ストリップ５０の頂部の高さと同じかまたは僅かに低いハウジング５４内に収容されている。起動回路５２は、コンベヤベルト１０内の力検知要素２０の縦列Ｃと整列した縦列に配置されている。搬送体５３は、埋め込み型センサの動作を説明するために使用されるコンベヤベルトの例における個々のベルトモジュールまたはベルト列を示しているが、図３に示すコンベヤ本体は、駆動システムによって搬送方向に前進可能な任意の物品積載コンベヤモジュールも示している。その他の物品積載コンベヤモジュールの例には、スラットコンベヤのスラット、トレイコンベヤのトレイ、電磁レールコンベヤのトレイまたはパックが含まれるが、それらコンベヤ内にセンサを埋め込んで同様に使用することができる。
【００１２】
図４には、１つのベルト列の断面が示されている。プラスチックベルトモジュール５５内には、上部プレート５８と下部プレート５９とを有するキャパシタ５６が埋め込まれている。２つのプレートは、ベルト上に物品が存在しないときは、互いに平行に、かつベルトの上部搬送面２４と平行に示されている。それらプレートは、ベルトの底面２５の近くのボビン６２の周りに巻かれた誘導コイル６０であるカプラまたは結合要素の両端に電気的に接続されている。キャパシタは、誘導コイル６０に電気的に接続され、受動高Ｑ共振回路６１を形成する。外部起動回路５２は、発振器と、通過するベルトコイル６０と協働する起動または結合コイル６４とを含む。最接近点の近傍では、起動コイルが物理的接触なしに無線でベルト内の受動共振回路に誘導結合するのに十分な近さで、２つのコイルがギャップを挟んで配置されている。起動コイル６０は、ハウジング５４内のサポート電子部品６６に接続されている。
【００１３】
図５に示すように、カバー２６の上に載っている搬送物品の重量によって生じるような下向きの力Ｆは、キャパシタ５６の上部プレート５８を撓ませるか、または下方に移動させる。撓んだ上部プレート５８と剛性の固定下部プレート５９との間の間隔距離Ｓの減少は、キャパシタンスがプレート間の距離に反比例するため、キャパシタンスを比例的に増加させる。また、上部プレートの動きは加えられた力Ｆに比例するため、キャパシタンスは、支持する物品によってカバー２６に加えられる力に比例する。このため、キャパシタ５６は、図５の例では、力感知要素または撓み感知要素である。任意のキャパシタンスの変化は、誘導コイル６０およびキャパシタ５６により形成される受動ＬＣ回路の共振周波数の変化を引き起こす。ベルトの共振回路６１と外部回路６６の発振器は協働して、ベルトの検知回路部分およびベルト外部の測定回路部分を有する（この場合、ロードセルまたは撓みセンサと同等である）分散型のセンサを形成する。
【００１４】
図９Ａおよび図９Ｂには、力感知キャパシタの別のバージョンが示されている。このバージョンでは、キャパシタ１１２のプレート１１０，１１１、すなわちプレートによって規定される平面が、コンベヤベルトの上面２４に対してほぼ垂直である。第１のプレート１１０は、垂直方向に移動可能であり、一方、第２のプレート１１１は、定位置にしっかりと固定されている。突出部２６に下向きの力が作用しないときは、２つのプレート１１０，１１１は、図９Ａに示すように、垂直方向に互いにオフセットされる。搬送物品の重量によって下向きの力Ｆが加えられると、図９Ｂに示すように、可動プレート１１０が、下方１１４に移動して、２つのプレート間の面積を増加させ、キャパシタンスを比例的に増加させて、ＬＣ回路の共振周波数を低下させる。当然のことながら、２つのプレートは、代替的に、力が存在しないときに垂直方向にオフセットしない状態で平行に配置することができる。そのような設計では、下向きの力が、一方のプレートを他方のプレートに対して相対的に下方向に押して、オフセットを増加させ、プレート間の面積を減少させ、キャパシタンスを減少させ、ＬＣ回路の共振周波数を増加させる。図４のキャパシタ５６と同様に、図９Ａおよび図９Ｂのキャパシタ１１２は、誘導コイル６０に接続されている。
【００１５】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、力感知共振回路の別のバージョンを示している。このバージョンでは、誘導コイルが力感知要素である。コイル１２０は、キャパシタンスが固定のキャパシタ１２２に電気的に接続され、受動共振ＬＣ回路を形成する。突出部２６に下向きの力Ｆが加えられると、コイル１２０’は、図１０Ｂに示すように、バネのように圧縮される。コイルの長さが減少すると、コイル１２０’のインダクタンスが増加して、ＬＣ回路の共振周波数が低下する。コイルの断面を増加させる下向きの力は、コイル１２０のインダクタンスも増加させることとなる。実際のところ、その他の力によって引き起こされるコイルの幾何学的形状の変化が、受動ＬＣ回路のインダクタンスおよび共振周波数に影響を及ぼす可能性がある。
【００１６】
図１１は、代替的な力感知コイル１２４を示している。コイルの形状は固定されているが、突起２６上の下向きの力Ｆは、高い透磁率を有する金属コア１２６をコイル１２４内のより深くに下方に押す。コアの進入深さが増大すると、コイル１２４の透磁率およびインダクタンスが増大し、コイルおよび固定キャパシタ１３０によって形成されるＬＣ回路の共振周波数が低下する。代替的には、インダクタンスは、導電性リングをコイルの巻線のより近くに移動させるか、コイルのより多くの巻線を囲むこと、あるいは導電性プレートをコイルのより近くに移動させること、またはその両方によって、増加させることができる。当然のことながら、コアの進入を減少させるか又はコイルからプレートまたはリングまでの距離を増加させるコンベヤベルトに作用する力の影響下で、インダクタンスを減少させて共振周波数を増加させるように、コア、プレートまたはリングをコイルに対して配置することができる。
【００１７】
図６には、計量システムの１つのセンサまたはロードセルのブロック図が示されている。ロードセルは、検知回路を形成するベルト内の受動共振回路６１と、外部ハウジング内の起動コイルを含む発振器６８とを含む。コンベヤベルト内の検知回路は、ベルトに埋め込まれた別個の電気部品で構成されるものであっても、あるいは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いてより小型化されるものであってもよい。発振器は、ベルト内の共振回路６１の共振周波数に近い周波数で発振するように設定されている。共振回路が起動コイルの近傍にあるとき、アンテナとして機能するコイルが、共振回路６１を発振器６８に誘導結合する。共振回路６１と発振器６８との相互作用は、共振回路のキャパシタンス変化に応じて発振器周波数を変化させる。発振器６８の周波数は、周波数検出器７０によって測定される。発振器および周波数検出器７０は、分散型ロードセルの測定回路を形成し、電源７２によって電力が供給される。発振器の周波数の変化は、キャパシタ５６に作用する下向きの力に比例する。周波数検出器の出力は、重量に変換されて、データ記録装置７４に局所的または遠隔的に記録される。
【００１８】
図７は、より詳細な回路図を示している。受動共振回路６１は、加えられる力によってキャパシタンスが変化するキャパシタ５６と、コイル６０とを含む。コイル６０は、インダクタンスＬ１を有するインダクタであり、キャパシタ５６は、加えられる力の関数であるキャパシタンスＣ１を有する。また、コイルは小さな直列抵抗も有する。ベルトには電源は必要ではない。共振周波数（ヘルツ単位）は、ｆｒ＝１／［２π（Ｌ１Ｃ１）１／２］で与えられる。外部発振器６８は起動コイル６４を含み、この起動コイルは、インダクタンスＬ２と、図７には示されていない小さい抵抗を含む。起動コイル６４の一端とグランドとの間には、手動可変キャパシタンスを有するトリムキャパシタ７７と並列に、固定キャパシタンスを有するキャパシタ７５が接続されている。固定キャパシタ７５および可変キャパシタ７７の合成キャパシタンスはＣ２である。コイル６４の他端は演算増幅器（オペアンプ）９４の非反転入力（＋）に接続されている。コイル６４とキャパシタ７６，７８の接続点は、オペアンプ９４の反転入力（−）に接続されている。オペアンプ９４の出力９６をその非反転入力（＋）に接続して、ｆｎ＝１／［２π（Ｌ２Ｃ２）１／２］で与えられる公称発振器周波数で発振を維持することにより、正のフィードバックが与えられる。トリムキャパシタ７７は、公称発振器周波数、すなわち、ベルト内の共振回路６１から切り離されたときの発振器の周波数を、共振回路６１の共振周波数ｆｒに近い値に設定するように調整されている。
【００１９】
オペアンプ９４は、正の電圧Ｖ（例えば、＋５Ｖｄｃ）の上側電圧レールおよび接地された下側電圧レールにより、シングルエンドで動作する。発振器６８により生成された正にバイアスされた正弦波形９８は、発振回路に負荷をかけないように、高い入力インピーダンスを有する緩衝増幅器として機能するエミッタフォロア・オペアンプ１００回路にバッファされる。バッファされた発振器信号は、周波数検出器に与えられる。周波数検出器は、アナログおよびデジタル論理回路またはマイクロコントローラで実現することができる。
【００２０】
図７に示す実施例では、周波数検出器が、マイクロコントローラ７１で実現されている。バッファされた発振器波形は、マイクロコントローラのアナログコンパレータの負の入力ＡＩＮ１に印加される。正の入力ＡＩＮ０は、電位差計１０２のワイパアームに接続され、供給電圧Ｖを有する調整可能な分圧器を形成する。負のコンパレータ入力ＡＩＮ１における発振器波形の振幅が、電位差計により設定された正のコンパレータ入力ＡＩＮ０における閾値電圧をクロスするときはいつでも、マイクロコントローラに割り込みが発生する。割り込みは、発振器波形のサイクル数をカウントするカウンタをインクリメントするファームウェアルーチンによって処理される。所定の時間間隔における総サイクル数は発振器周波数に比例する。サイクル数は、次の時間間隔の開始時にゼロにリセットされる。このため、周波数検出器は、この例では周波数カウンタとして実現される。しかしながら、周波数を検出するその他の方法を使用することもできる。例えば、マイクロコントローラは、周波数を抽出するために、発振器波形に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）または高速ハートレー変換（ＦＨＴ）アルゴリズムを実行することができるデジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイスであってもよい。その場合、周波数検出器はスペクトルアナライザとして実現される。
【００２１】
ベルト内の共振回路６１が発振器６８から遠い場合、発振器の公称周波数ｆｎは共振回路の影響を受けない。ベルトが前進して、共振回路６１が発振器６８に接近すると、２つの回路間の相互作用が増大する。発振器の周波数は、公称周波数ｆｎから変化する。周波数検出器は、その周波数の変化を検出する。前述したように、周波数検出器がマイクロコントローラ内の周波数カウンタとして実現される場合、所定の間隔におけるサイクル数は、ベルト内のキャパシタ５６に作用する力の尺度となる。周波数の変化は、ベルトコイル６０と発振器コイル６４の近接度の関数でもあるため、マイクロコントローラルーチンは、公称値からの最大周波数変化をベルトキャパシタ５６に加えられる力の最良の尺度として伝える。マイクロコントローラは、サイクル数を重量値に変換する。マイクロコントローラ７１は、出力ディスプレイ１０４およびキーボード１０６などの手動入力デバイスを含むユーザインタフェースに接続することができる。マイクロコントローラ７１は、その他の起動ユニットのマイクロコントローラとともに、直接的にまたは無線でメインコントローラ１０８に接続される。
【００２２】
図１のビジョンシステムは、搬送面の一部のビジョンを提供するために搬送路３２の上方に支持されたカメラ７６またはその他の光学検出器を含む。カメラからの光信号１０７は、メインコントローラ１０８に送られる。メインコントローラは、ベルト上で搬送される個々の物品のフットプリントを光信号から判定するパターン認識プロセスを実行する。ベルトモジュールのコーナ７８のようなベルト上の点に対するロードセルアレイの幾何学的形状の先験的知識により、ビジョンシステムは、個々の物品のフットプリントの下のロードセルのグループを相対的に判定することができる。例えば、図８に示すような搬送面２４の部分では、物品Ｂが、２つの縦列Ｃと５つの横列Ｒをカバーする１０個のロードセルの上にある。何れの１０個の検知要素が物品Ｂにより覆われているのかを完全に識別するために、例えば、幾つかのまたはすべてのベルト列上の光学的に検出可能なマーカ８０を、ビジョンシステムによって使用することができる。この例では、ビジョンシステムはマーカを読み取り、それが、符号化されるか、または、ベルトの列１０上にあることを示す単なる数字１０であってもよい。列１０に関する物品Ｂのフットプリントおよびアレイの形状の先験的知識により、ビジョンシステムは物品の下にある１０個の検知要素を識別することができる。その後、ビジョンシステムは、絶対位置ＰＲＣ＝｛（Ｒ，Ｃ）｝＝｛（１１，２）；（１１，３）；（１２，２）；（１２，３）；（１３，２）；（１３，３）；（１４，２）；（１４，３）；（１５，２）；（１５，３）｝における力検知要素の測定値を組み合わせる計量プロセスを実行して、物品Ｂの重量を計算することができる。横たわる物品の重量に等しいかまたは比例する値を計算するために、例えば、個々のロードセル測定値を合計することによって、ロードセル測定値を組み合わせることができる。物品の各々には、ビジョンシステムのリーダが読み取ることができるバーコードなどの識別印８２が付されている。このようにして、計算された重量を特定の個々の物品に関連付けることができる。また、ビジョンシステムはベルトの幅全体のビジョンを提供するため、搬送路の固定計量ステーション上に物品を一列で配置する必要がない。さらに、ベルト内の共振回路アレイは、ベルトを停止することなく重量を測定することを可能にする。ビジョンシステムのビデオディスプレイを使用して、システム動作状態および設定または個々の物品の重量を監視することができる。コントローラ１０８は、上述したプロセスを実行することができる、プログラマブルロジックコントローラ、ラップトップ、デスクトップまたは任意の適切なコンピュータデバイスであってもよい。
【００２３】
ビジョンシステムは、その他の手段を使用して個々の物品に重量を与えることができる。例えば、検知要素またはロードセルの各々の位置は、搬送面２４またはロードセルカバー２６上にマークすることができる。マークは、各ロードセルを明示的に特定することができ、あるいは単に、検知回路の各々または所定のサブセット上のドット８８（図１）のような一般的な位置マークであってもよい。すべての検知要素の位置がマークされている場合、ビジョンシステムはアレイのレイアウトの先験的知識を必要としない。別の実施例として、ビジョンシステムは、代替的に、物品のフットプリントの周囲の拡大領域９０（図８）内の全ての検知要素を選択し、それらの測定値を合計することができる。物品Ｄの下にないロードセルは、ゼロの測定値を与え、それは重量には加えられない。これにより、物品全体が正確に計量される。当然のことながら、別の物品が近くにある場合、近くの物品を包含しないように拡大された領域を注意深く選択する必要がある。
【００２４】
２つの物品が同じまたは隣接するロードセルの上にないように物品が十分に分離されている場合、各物品の重量は、連続する非ゼロ読み値のロードセルのロードセル測定値を合計することによって測定することができる。
【００２５】
また、ロードセルセンサは、連続する非ゼロ読み値のロードセルの各々の力測定値と、通常のＣＯＧ式による各ロードセルの相対位置の先験的知識とから、搬送物品の重心（ＣＯＧ）を判定するために使用することもできる。また、より簡単には、ロードセルを位置センサとして使用して、逸れた物品の追跡を向上させるために、ベルト上の物品の位置を判定することができ、あるいは、搬送物品の下方の連続する非ゼロ読み値のロードセルのパターンからベルト上の物品の傾斜を検知することができる。
【００２６】
センサの出力の変動を最小限にし、その精度を向上させるために、センサを較正することができる。較正は手動または自動で行うことができる。手動較正では、既知の条件に対する各センサの応答を使用して、較正値（例えば、ゲインおよびオフセット）を決定することができ、この較正値を、メインコントローラまたは各センサのマイクロコントローラがアクセス可能なメモリに記憶することができる。較正値は、測定値を訂正するために使用される。自動較正では、コンベヤベルトの作動中にセンサを定期的に較正することができる。センサの各々は既知の条件に曝される。すべてのセンサが較正されるように、既知のベルト長さを使用して、ベルト内の既知の点で較正を開始することができる。較正を開始および停止するために、センサに対するベルト内の既知の位置における基準が、検知および使用される。幾つかのベルト外周上のセンサの応答を測定することによって、センサのシグネチャマップを作成することができる。シグネチャマップは、較正値を対応するセンサに割り当てるために使用される。
【００２７】
図１２は、検知キャパシタ１３０のキャパシタンスの変化によって引き起こされるＬＣ回路の共振周波数の変化を測定するための代替的な誘導結合共振回路を示している。ベルト内の検知キャパシタ１３０および誘導結合コイル１３２は、共振ＬＣ回路１３３を形成する。コンベヤフレーム内の外部固定起動および測定電子回路は、ＬＣ回路のコイル１３２に誘導結合されるコイル１３４を有する。第１のオペアンプ１３６は、誘導コイル１３４とオペアンプの反転（−）入力および非反転（＋）入力との間のキャパシタ１３８，１３９および帰還抵抗１４０を有する微分増幅器として構成されている。抵抗１４４，１４５を有する第２オペアンプ１４２は、反転増幅器を形成し、その出力が起動ライン１４６によってコイル１３４に戻され、ベルト内のＬＣ回路１３３を作動させる。第２オペアンプ１４２の出力１４８は、出力信号の最大および最小電圧レベルを周波数カウンタの入力に適した範囲に制限するために必要な信号調整が行われた後、図７に示す周波数カウンタ７１のような周波数検出器に接続されている。図７の測定システムとは異なり、この測定システムは、近傍を通過する受動ＬＣ回路との相互作用によって周波数がその公称共振周波数から変化する別個の発振器の周波数ではなく、ＬＣ回路の共振周波数を直接測定する。
【００２８】
図１３には、容量結合された共振回路が示されている。容量性センサ１５０は、コンベヤベルト１５２に取り付けられている。センサ１５０のキャパシタンスは、ベルトが受ける幾つかの条件の関数として変化する。容量性検知要素１５０のプレート１５４，１５５は、誘導コイル１５６の両端子に接続されて、共振ＬＣ回路を形成する。また、プレート１５４，１５５は、ベルト１５２の底部近傍のプレート１５８，１５９の形態の結合要素にも接続されている。ベルトの結合プレート１５８，１５９は、ベルト１５２の外部のコンベヤフレーム１６４に取り付けられた対応する固定プレート１６２，１６３とともに、結合キャパシタ１６０，１６１を形成する。固定プレート１６２，１６３は、図１４にも概略的に示されているように、固定共振器起動・測定回路１６６に接続されている。第１のオペアンプ１６８は、入力キャパシタ１７０および負帰還抵抗１７２により微分増幅器として構成されている。第２のオペアンプ１７４は、抵抗１７６，１７７を有する反転増幅器として構成されている。インバータの出力１７８は、周波数検出器（図示省略）に接続されている。インバータは、微分増幅器からの信号を反転させてその出力１７８がＬＣ回路の発振と同相となるようにする。出力１７８は、帰還経路１８０により固定プレート１６３を介してＬＣ回路にフィードバックされる。他方の固定プレート１６２に接続された接地抵抗１８２は、微分キャパシタ１７０のドレインおよびチャージを可能にし、測定可能信号がオペアンプ１６８に提供されるようにする。測定回路のストレーキャパシタンスの影響を低減するために、結合キャパシタ１６０，１６１のキャパシタンスは、ストレーキャパシタンスよりも遥かに大きくなければならない。しかしながら、結果として物理的に大きく非実用的なキャパシタがもたらされる場合、結合キャパシタ１６０，１６１のキャパシタンスの変化によって生じる測定ノイズを最小にするために、補償キャパシタ１８４を帰還経路１８０に挿入することができる。補償キャパシタ１８４は、好ましくは、小さいキャパシタンスを有し、かつプレート１６３の近傍に配置され、それにより、測定に及ぼすストレーキャパシタンスの影響が低減される。
【００２９】
図１５には、別の容量結合回路１６６’が示されている。この回路では、第１のオペアンプ１８６が、入力結合キャパシタ１６０，１６１および帰還抵抗１８８，１８９を有する差動コンパレータとして構成されている。第２のオペアンプ１９０は、その抵抗１９２，１９３が利得を設定する反転増幅器として構成されている。インバータは、出力１９４の位相をＬＣ発振に整合させる。出力は、帰還抵抗１８８を介してコンパレータにフィードバックされ、周波数検知器（図示省略）に送られる。第１のオペアンプ１８６の反転（−）入力と非反転（＋）入力との間に接続された抵抗１９６は、入力のフローティングを防止する。
【００３０】
図１６は、コンベヤベルト２００がベルトの底部２０４に金属プレート２０２を有する容量結合されたセンサ構成を示している。この実施例では、プレート２０２には、ビーム２０５により連結された板ばね２０３，２０３’の間にバネ荷重がかけられており、プレートに加えられた重量がバネを撓ませ、プレートを垂直下方に移動させるようになっている。コンベヤフレーム２０８内の固定プレート２０６，２０７は、金属プレート２０２とともに、２つの可変キャパシタンスのハーフキャパシタを形成する。プレート２０６，２０７は、コンベヤフレーム内の起動測定回路２１０のインダクタに接続されている。直列に接続された２つのキャパシタとインダクタはＬＣ共振器を形成する。共振周波数は、キャパシタのプレートの間隔距離に影響を与える細長いプレート２０２の垂直方向の位置によって変化する。実用的なサイズの結合キャパシタの場合、キャパシタの結合範囲は実用サイズの結合インダクタの結合範囲よりも小さいため、容量結合によって、通過する検知要素の位置をより正確に推定することができる。このため、この実施例では、バネ荷重プレート２０２により形成される検知要素が、固定プレート２０６，２０７を介してプレート２０２を外部測定回路２１０に結合する結合要素としても機能する。そして、ＬＣ共振回路は、コンベヤベルト２００内の検知要素２０２と外部固定測定回路２１０との間に設けられている。
【００３１】
これまで述べたすべての例においては、ＬＣ回路の共振周波数が、キャパシタまたはインダクタに作用する力により変化するものとなっていた。特に、それらの例は、ベルト上で搬送される物品の重量によって引き起こされるコンベヤベルトの撓みにより電気的特性、キャパシタンスまたはインダクタンスが変化する力感知要素または撓み感知要素として記載してきた。しかしながら、同様の共振回路を使用して、製品重量以外の量を測定することも可能である。以下の例では、検知要素として使用される可変キャパシタが固定値インダクタ（図示省略）に接続されて共振ＬＣ回路を提供し、検知要素として使用される可変インダクタが固定値キャパシタ（図示省略）に接続されて共振ＬＣ回路を提供する。
【００３２】
図１７Ａ−図２３Ｂは、温度を検知するコンベヤベルト内の検知要素として使用される様々な可変キャパシタを示している。図１７Ａは、高い熱膨張係数を有する材料で作られたスペーサ２１６によりギャップ２１４を挟んで間隔を空けて配置された２つの平行なプレート２１２，２１３から構成される容量性センサを示している。温度が上昇すると、図１７Ｂに示すように、スペーサ２１６が膨張してギャップ２１４’を増加させる。キャパシタンスが減少し、それにより、プレート２１２，２１３が接続されているＬＣ回路の共振周波数が変化する。
【００３３】
図１８Ａおよび図１８Ｂには、別の容量性温度センサが示されている。センサは、ガスで満たされたギャップ２２２を挟んでスペーサ２２０により分離された２つのプレート２１８，２１９を備える。上部プレート２１８は可撓性があり、温度が上昇または下降したときに、ガス圧力の増加または減少とともに、上部プレートが外側に膨張するか内側に落ち込むことができるようになっている。温度上昇による可撓性上部プレート２１８の外向きの膨張が、図１８Ｂに示されている。ギャップ２２２’の増加は、キャパシタンスを減少させて、共振周波数を増加させる。
【００３４】
図１９Ａは、ギャップ２２６により分離された２つのプレート２２４，２２５から構成される別の温度感知容量性センサを示している。上部プレート２２４は、その縁部がバイメタルストリップ２２８の一端に接続され、バイメタルストリップの反対の端部がベルト内の構造体に固定されている。温度が上昇すると、図１９Ｂに示すように、バイメタルストリップ２２８が曲がって、上部プレート２２４を下部プレート２２５から離すように移動させ、ギャップ２２６’を増加させる。ギャップが大きくなると、キャパシタンスが減少して共振周波数が高くなる。図２０Ａのセンサは、上部プレート２２４の一方の縁部がアーム２２８の一端に接続されて、このアームの他端がピボット２３０に取り付けられている点を除いて、同様に動作する。プッシャ２３２は、ピボット２３０とプレート２２４との間のアームの長さに沿った位置でアーム２２８に接触する。プッシャ２３２は、高い熱膨張係数を有する材料で作られている。温度が上昇すると、図２０Ｂに示すように、プッシャが伸長してアーム２３０と上部プレート２２４を傾斜させ、その結果、プレート２２４，２２５間のギャップが増加して、キャパシタンスを低下させる。
【００３５】
図２１Ａ−図２３Ｂは、キャパシタの実効誘電率の変化によってキャパシタンスが変化する容量性センサのその他のバージョンを示している。図２１Ａにおいて、一端がコンベヤベルト内の構造体に固定された誘電体スラブ２３４は、上部固定プレート２３８と下部固定プレート２３９の間のギャップ２３６内に部分的に延びている。スラブ２３４の誘電率は空気の誘電率とは異なる。また、スラブ２３４は、高い熱膨張係数を有する材料で作られる。温度が上昇すると、図２１Ｂに示すように、スラブ２３４は、ギャップ２３６内へとさらに延びる。誘電体スラブ２３４によって占有されるギャップ２３６内の領域は、温度とともに増加する。このため、温度が上昇すると、キャパシタンスが増加し、共振周波数が低下する。同様の効果が、図２２Ａ−図２３Ｂに示すバージョンでも達成される。高い熱膨張係数を有する誘電材料の代わりに、固定サイズの誘電体スラブ２４０がバイメタルストリップ２４２の一端に取り付けられている。ストリップ２４２の他端はベルト構造体に取り付けられている。温度が上昇すると、図２２Ｂに示すように、バイメタルストリップ２４２が曲がり、それにより、誘電スラブ２４０がギャップ２３６内に深く押し込まれる。図２３Ａおよび図２３Ｂの容量性センサは、同様の固定サイズの誘電体スラブ２４０を使用している。バイメタルストリップの代わりに、図２０Ａに示すように、プッシャ２４４、ピボット２３０およびアーム２２８を使用して、スラブ２４０をギャップ２３６内にさらに押し込み、誘電体材料がより多くのギャップを満たして実効透磁率を増加させるようにする。
【００３６】
図２４Ａ−図２６Ｂは、コアを囲む巻線数に起因するＬＣ回路におけるインダクタの実効透磁率の温度による変化により、インダクタンスが変化する誘導性温度センサを示している。図２４Ａは、第１の距離だけコイルの中心を通って延びるフェライトコア２４８または別の材料で作られたコアを有するインダクタコイル２４６を示している。また、コア２４８は、高い熱膨張係数を有する材料で作られている。温度が上昇すると、図２４Ｂに示すように、コア２４８は膨張して、コイル２４６の中にさらに延び、より多くのコイルの巻線とリンクする。実効透磁率およびインダクタンスが増大し、コイル２４６および固定キャパシタを含むＬＣ回路の共振周波数が低下する。図２５Ａおよび図２５Ｂのバージョンは、図２５Ｂに示すように、バイメタルストリップ２５０を使用して、固定長コア２５２をコイル２４６内にさらに押し込む。図２６Ａおよび図２６Ｂにおいて、固定長コア２５２は、熱膨張係数の高い材料からなるプッシャ２４４によって押圧される回動可能なアーム２２８によって、誘導コイル２４６内にさらに押し込まれて、温度の関数としてそのインダクタンスが変化する。
【００３７】
図２７Ａ−図２８Ｂは、誘導コイルの形状を変化させるために熱膨張係数の高い材料を使用する誘導性温度センサを示している。図２７Ａにおいては、誘導コイル２５４が、コア２５６の周囲に巻かれている。コアは、熱膨張係数が高い材料で作られており、その結果、図２７Ｂに示すように、温度が上昇すると、コア２５６が半径方向に膨張してコイル２５４の直径を増大させ、それにより、コイルのインダクタンスを増加させるとともに、共振周波数を低下させる。図２８Ａおよび図２８Ｂにおいては、誘導コイル２５８が、アーム２６０，２６１により２点で、熱膨張係数の高い材料からなるスラブ２６２に取り付けられている。図２８Ｂに示すように、スラブ２６２は、温度が上昇するに連れて伸長する。伸長するスラブ２６２は、アーム２６０，２６１を引き離してコイル２５８を伸ばし、それにより、コイルのインダクタンスを減少させるとともに、共振周波数を増加させる。
【００３８】
図２９Ａ−図３０Ｂに示す誘導性圧力センサは、図２７Ａ−図２９Ｂの温度センサと同様に動作する。図２９Ａおよび図２９Ｂにおいては、コイル２６４が、ガスで満たされた閉じた可撓性の圧力チャンバ２６６の周りに巻かれている。外部雰囲気圧力が低下すると、図２９Ｂに示すように、可撓性チャンバが半径方向に膨張して、コイル２６４の直径および断面積を増加させ、それによりコイルのインダクタンスを増加させる。図３０Ａにおいては、図２８Ａのスラブ２６２が、ガスで満たされた膨張可能な圧力チャンバ２６８に置き換えられている。外部圧力の低下を伴うチャンバ２６８の膨張は、図３０Ｂに示すように、コイル２７０を伸長させて、そのインダクタンスを減少させる。
【００３９】
図３１Ａ−図３３Ｂには、種々の容量性圧力センサが示されている。固定された下部プレート２７２は、プレートとともに密閉チャンバ２７６を形成する壁２７４によって、可撓性上部プレート２７３から分離されている。図３１Ｂに示すように、外部圧力が減少すると、チャンバ２７６内のガスが可撓性上部プレート２７３を固定下部プレート２７２から離れるように外向きに押し出し、それによりキャパシタンスを低下させるとともに、共振周波数を増加させる。図３２Ａおよび図３２Ｂにおいては、外部圧力が減少したときに、閉じたチャンバ２７８内のガスの膨張により、ピボット２８２を中心にアーム２８０が回動し、キャパシタのプレート２８４，２８５を引き離す。プレートの分離はキャパシタンスを減少させる。図３３Ａおよび図３３Ｂは、リンケージ２８８に取り付けられた２つの膨張可能な圧力チャンバ２８６，２８７を使用する別のバージョンを示している。リンケージ２８８は、容量性センサの上部プレート２９０に取り付けられている。外部圧力の低下は、図３３Ｂに示すように、圧力チャンバ２８６，２８７を膨張させて、リンケージ２８８を回動させ、上部プレート２９０を固定下部プレート２９１から引き離す。プレートの分離幅を増加させることにより、キャパシタンスが減少する。
【００４０】
図３４Ａ−図３７Ｂに示すセンサは、周囲湿度の変化を検知する。図３４Ａおよび図３４Ｂの容量性センサは、吸湿性材料からなるセパレータ２９４により分離された２つの平行なプレート２９２，２９３を含む。吸湿性セパレータ２９４は、図３４Ｂに示すように、湿度の増加とともに膨張する。この膨張は、プレート間の分離を増加させ、それによりキャパシタンスを減少させるとともに、共振周波数を増加させる。このセンサは、濡れた材料の漏出を検知するために使用することもできる。図３５Ａおよび図３５Ｂの容量性湿度センサは、プッシャ２９６が熱膨張係数の高い材料ではなく、吸湿性材料で作られている点を除いて、図２０Ａおよび図２０Ｂの容量性温度センサと同様に動作する。湿度の増加は、プッシャ２９６を伸長させるとともに、プレート２９８，２９９を分離させて、キャパシタンスを減少させる。図３６Ａ−図３７Ｂに示す誘導性湿度センサは、熱膨張係数の高い材料が、湿度の増加とともに膨張する吸湿性材料に置き換えられている点を除いて、図２７Ａ−図２８Ｂの温度センサと同様に動作する。この膨張は、コイルの長さ（図３７Ｂ）または直径（図３６Ｂ）を変えることによってコイルのインダクタンスを変化させる。
【００４１】
図３８Ａおよび図３８Ｂは、湿度の変化または漏出を検知する誘導性センサを示している。コイル３００は、吸湿性材料からなるコア３０２を有する。漏出の存在下における湿度の上昇は、図３８Ｂに示すように、コア３０２を伸長させ、それによりコイルのインダクタンスを増加させる。
【００４２】
図３９Ａおよび図３９Ｂは、プレート間のギャップ３０８の一部に誘電体スラブ３０６を有する２つのプレート３０４，３０５を備える容量性漏出センサを示している。ギャップ３０８の残りの部分は、図３９Ａでは、空気で満たされている。液体がセンサ内に漏れると、液体３１０はギャップ３０８の一部の空気を移動させる。漏出物の誘電率は空気の誘電率とは異なるため、２つのプレートによって形成されるキャパシタの実効誘電率が変化する。漏出による誘電率の変化は、キャパシタンスと共振周波数を変化させる。２つのプレート３０４，３０５は、互いに対して傾斜して、プレートの第１の端部から第２の端部へと放射状に広がるように示されており、プレートの第１の端部間のギャップ３０８の最も狭い部分に誘電体スラブ３０６が存在する。漏出した液体は、毛管作用によって誘電体スラブ３０６に集まる傾向がある。このようにして、漏出は、ギャップ間隔がより小さい位置に集まるため、より大きな効果を有する。しかしながら、プレートを平行に配置することができ、そのようにしても、漏出を効果的に検知することができる。
【００４３】
図３９Ａおよび図３９Ｂによって示される例を除く、検知要素すべての例においては、力が、共振ＬＣ回路内の受動要素、すなわちインダクタまたはキャパシタの向き、寸法（すなわち、サイズまたは形状）、透磁率または誘電率を変化させる。これらの変化はいずれも、インダクタンスまたはキャパシタンス、ひいては共振回路の共振周波数を変化させる。したがって、これらの検知要素はすべて、力感知要素であると考えることができる。共振周波数の変化は、関数的に力の変化に関連している。そして、この力は、ベルト上の物品の重量、温度の変化、周囲圧力の変化、湿度の変化またはベルト上への漏出によって引き起こされている。当業者であれば、回路要素のインダクタンスまたはキャパシタンスを変更する同様の技術を使用して、コンベヤベルトに影響を及ぼすその他の変化する条件を検知することができることを理解するであろう。
【００４４】
図４０には、キャパシタのキャパシタンスを変化させるコンベヤベルトの条件を測定する測定システムの別のバージョンが示されている。可変キャパシタ４００は、コンベヤベルト４０２に埋め込まれている。可変キャパシタ４００のキャパシタンスは、ベルトに影響を与える条件によって変化する。可変キャパシタは、第１のプレート４０４と第２のプレート４０５とに直列に接続されている。２つのプレート４０４，４０５は、コンベヤベルト４０２の底部に近接して配置されている。ベルト４０２が、固定された外部測定回路４０６の近傍を通過すると、第１のプレート４０４および第２のプレート４０５が、外部測定回路４０６内の第１の固定プレート４１０および第２の固定プレート４１１とともに、第１の結合キャパシタ４０８および第２の結合キャパシタ４０９を形成する。第２の結合キャパシタ４０９の第２の固定プレート４１１は接地されている。抵抗４１２は、発振器４１４、２つの結合キャパシタ４０８，４０９および可変キャパシタ４００と直列に接続されている。発振器４１４は、抵抗４１２および３つのキャパシタ４００，４０８，４０９からなる分散型の直列ＲＣ回路に、基本周波数で交流駆動波形を供給する。交流駆動波形は、例えば、正弦波、三角波または方形波とすることができる。抵抗４１２と第１の固定プレートとの接合点における交流電圧Ｖの振幅は、回路のキャパシタンスに反比例する。可変キャパシタ４００のキャパシタンスは２つの結合キャパシタ４０８，４０９のキャパシタンスよりも遥かに小さいため、交流電圧Ｖの振幅は可変キャパシタのキャパシタンスに反比例する。交流電圧Ｖは、半波整流器を形成する単一のダイオードまたは全波整流器を形成するダイオードブリッジなどの整流器４１６において整流される。整流された電圧の直流成分は、ＲＣ回路内の抵抗−結合キャパシタの接合点またはノードにおける交流電圧Ｖの大きさに比例する。ローパスフィルタ４１８は、発振器の基本周波数および高調波および整流器によって生じる任意の高周波リップルを除去して、その出力において、可変キャパシタ４００のキャパシタンスに反比例する直流電圧を生成する。アナログ直流電圧は、ＡＤ変換器４２０においてデジタル値に変換される。デジタル値４２２は、メインコントローラ（図７の１０８）に送られる。ローパスフィルタ４１８は、受動要素のみで実現されるようにしても、あるいは受動要素および演算増幅器を有する能動フィルタとして実現されるようにしてもよい。ローパスフィルタ４１８の前後に緩衝増幅器を挿入することにより、回路負荷を最小限に抑え、ノイズを低減することができる。このため、この測定システムは、周波数ではなく電圧振幅を測定し、共振回路を使用しないという点で、その他のものとは異なる。発振器の基本駆動周波数は、キャパシタンス値およびベルト速度に応じて、広範囲の周波数（キロヘルツからギガヘルツ）にわたり設定することができる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、良好な結果を得るために、基本駆動周波数の約０．１％−１％に設定される。
【００４５】
計量システムについて、幾つかのバージョンを参照して詳細に説明したが、その他のバージョンも可能である。例えば、コンベヤベルトは、モジュラー式のプラスチックコンベヤベルトである必要はない。例えば、平ベルトまたはスラットコンベヤであってもよい。別の例として、上述したもの以外のベルト上の視覚化アルゴリズムおよび検知可能なマーカを、個々の物品およびそれらの下にあるロードセルを識別するためにビジョンシステムで使用することができる。さらに、ベルトの外部にあるのものとして記載した起動および測定回路を構成する能動部品の幾つかは、代わりに、ベルトに埋め込んで、カプラが、ベルトからの出力を結合するものであってもよい。そのような構成では、能動部品は、電池、蓄電キャパシタまたはエナジーハーベスタなどのベルト埋め込み電源、またはベルト外部の電源からの誘導結合によって電力供給される。また、共振技術以外の技術を使用して、ベルトの撓みに起因するインダクタンスまたはキャパシタンスの変化を測定することができる。このため、これらの幾つかの例が示唆するように、特許請求の範囲は、例示的なバージョンの細部構成に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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