(57)【要約】【課題】高感度を維持したまま誘導コイルの巻き数を大幅に減らして誘導コイルの小型化、軽量化、並びに低コスト化を実現した誘導コイル式センサを提供する。【解決手段】誘導コイル式センサは誘導コイル１０に鎖交する磁束の変化によって誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換して出力する電流検出手段２１を有する。電流検出手段２１は、第１のオペアンプＵ１を有し、第１のオペアンプＵ１］の反転入力端子に誘導コイル１０の一端が接続され、第１のオペアンプＵ１の非反転入力端子に誘導コイル１０の他端が接続される。非反転入力端子は接地され、第１のオペアンプＵ１の反転入力端子と第１のオペアンプの出力端子との間に第１の抵抗Ｒ１が接続され、第１のオペアンプＵ１の出力端子の電圧が誘導コイル１０に流れる電流を電圧信号Ｖ０に変換した信号として出力される。【選択図】図７
2019219332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導コイルに鎖交する磁束の変化によって前記誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換して出力する電流検出手段を有する誘導コイル式センサであって、
前記電流検出手段は、第１のオペアンプを有し、
該第１のオペアンプの反転入力端子に前記誘導コイルの一端が接続され、
前記第１のオペアンプの非反転入力端子に前記誘導コイルの他端が接続されるとともに、前記非反転入力端子は接地され、
前記第１のオペアンプの反転入力端子と前記第１のオペアンプの出力端子との間に第１の抵抗が接続され、
前記第１のオペアンプの出力端子の電圧が前記誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換した信号として出力されることを特徴とする、
誘導コイル式センサ。
【請求項２】
前記電流検出手段が、前記第１の抵抗に並列接続される第１のコンデンサをさらに有することを特徴とする、
請求項１に記載の誘導コイル式センサ。 
【請求項３】
誘導コイルに鎖交する磁束の変化によって前記誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換して出力する電流検出手段を有する誘導コイル式センサであって、
前記電流検出手段は、第１のオペアンプと第２のオペアンプを有し、
該第１のオペアンプの反転入力端子に前記誘導コイルの一端が接続され、
前記第１のオペアンプの反転入力端子と前記第１のオペアンプの出力端子との間に第１の抵抗と第１のコンデンサが並列接続され、
前記第１のオペアンプの出力端子が第２の抵抗を介して前記第２のオペアンプの反転入力端子に接続され、
前記第２のオペアンプの反転入力端子と前記第２のオペアンプの出力端子との間に第２のコンデンサが接続され、
前記第２のオペアンプの非反転入力端子が接地され、
前記第１のオペアンプの非反転入力は、第３の抵抗を介して接地されるとともに、第４の抵抗を介して前記第２のオペアンプの出力端子に接続され、
前記誘導コイルの一端は接地され、
前記第１のオペアンプの出力端子の電圧が前記誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換した信号として出力されることを特徴とする、
誘導コイル式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導コイル式センサに関し、詳しくは、感度を犠牲にせずに誘導コイルを小型化、軽量化した誘導コイル式センサに関する。
【０００２】
食料品、医薬品等の検知対象物の製造工程などにおいて、検知対象物の中に金属破片などをはじめとする異物が混入されることがある。検知対象物の安全性を保証するためには、金属物が混入した検知対象物からこれを排除する必要があるので、この金属物を検知することが不可欠である。
【０００３】
金属物の検知のために、永久磁石または鉄芯に銅線を巻いた構造の電磁石により磁界を発生させ、金属物がこの磁界中を通過するときの磁束の乱れをコイルで検出する方式がよく利用されている。これは、電磁誘導の原理により誘導コイルに鎖交する磁束が変化するとコイルの両端に誘導起電力が発生することを利用したものであり、誘導起電力による電圧を所定のレベルまで増幅したり、ノイズ除去のフィルタを通したりして金属物が通過したことを検出するのが一般的である。
【０００４】
コイル以外で磁束の乱れを検出するために、例えば、静磁界を高感度で検出できるＭＩ（磁気インピーダンス）センサやフラックスゲートセンサ等の磁気センサを用いることができるが、これらのセンサの検出範囲はピンポイント的であり広範囲をカバーするためには複数のセンサを配置する必要がある。一方、コイルを用いたセンサでは、コイル径の範囲で面として広い範囲を検出できる。また、コイルの形状を細長くするなどによって、検出範囲の設計の自由度が増す。
【０００５】
例えば、特許文献１には、コの字型の永久磁石と、この永久磁石の磁束が鎖交するように差動的に結線された２つの誘導コイルを備え、永久磁石と誘導コイルとの間で検出対象を移動させ、磁性金属が通過したときの磁束の乱れによる誘導コイルの誘導起電力をアンプで増幅させた検知部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２１３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された検知部材は、縫製品に混入した針やピンを検出対象としているが、検出対象である金属物は数ミリ以下であり検出距離も数十ミリ以上必要な場合がある。そのため金属物による磁束の乱れは微小であり、センサには極めて高い感度が求められる。コイルに発生する誘導起電力はファラデーの電磁誘導の法則に従いコイルの巻き数に比例する。そのため、高感度を達成するためにはコイルの巻き数を非常に多くする必要がある。したがって、従来方式の誘導コイルは大きく、重く、製作コストの高いものであった。また、誘導コイルからの信号電圧は非常に微小であるため、アンプのゲインを非常に大きくしなければならないという問題もあった。
【０００８】
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、高感度を維持したまま誘導コイルの巻き数を大幅に減らして誘導コイルの小型化、軽量化、並びに低コスト化を実現した誘導コイル式センサを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、誘導コイルに鎖交する磁束の変化によって前記誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換して出力する電流検出手段を有する誘導コイル式センサであって、前記電流検出手段は、第１のオペアンプを有し、該第１のオペアンプの反転入力端子に前記誘導コイルの一端が接続され、前記第１のオペアンプの非反転入力端子に前記誘導コイルの他端が接続されるとともに、前記非反転入力端子は接地され、前記第１のオペアンプの反転入力端子と前記第１のオペアンプの出力端子との間に第１の抵抗が接続され、前記第１のオペアンプの出力端子の電圧が前記誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換した信号として出力されることを特徴とするものである。
【００１０】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記電流検出手段が、前記第１の抵抗に並列接続される第１のコンデンサをさらに有することを特徴とするものである。
【００１１】
第３の技術手段は、誘導コイルに鎖交する磁束の変化によって前記誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換して出力する電流検出手段を有する誘導コイル式センサであって、前記電流検出手段は、第１のオペアンプと第２のオペアンプを有し、該第１のオペアンプの反転入力端子に前記誘導コイルの一端が接続され、前記第１のオペアンプの反転入力端子と前記第１のオペアンプの出力端子との間に第１の抵抗と第１のコンデンサが並列接続され、前記第１のオペアンプの出力端子が第２の抵抗を介して前記第２のオペアンプの反転入力端子に接続され、前記第２のオペアンプの反転入力端子と前記第２のオペアンプの出力端子との間に第２のコンデンサが接続され、前記第２のオペアンプの非反転入力端子が接地され、前記第１のオペアンプの非反転入力は、第３の抵抗を介して接地されるとともに、第４の抵抗を介して前記第２のオペアンプの出力端子に接続され、前記誘導コイルの一端は接地され、前記第１のオペアンプの出力端子の電圧が前記誘導コイルに流れる電流を電圧信号に変換した信号として出力されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高感度を維持したまま誘導コイルの巻き数を大幅に減らして誘導コイルの小型化、軽量化、並びに低コスト化を実現した誘導コイル式センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の誘導コイル式センサの概略を示す図である。
【図２】本発明の誘導コイル式センサの検知部の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る誘導コイル式センサの電流検出の方式を説明するための図である。
【図４】本発明に係る誘導コイル式センサの誘導コイルの形状を示す図である。
【図５】誘導コイルのパラメータを変更した際の各種特性値を表す表である。
【図６】図７に示す電流検出手段に図５に示すパラメータを有するコイルを接続した際の出力電圧周波数特性を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る誘導コイル式センサの電流検出手段を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る誘導コイル式センサの電流検出手段を示す図である。
【図９】第３の実施形態に係る誘導コイル式センサの電流検出手段を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の誘導コイル式センサに係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。
【００１５】
本発明は、誘導コイルの両端を短絡した場合と等価の状態にして、誘導コイルに流れる短絡電流を検出する方式を用いることで、誘導コイルの巻き数を大幅に減らして誘導コイルの小型化、軽量化、並びに低コスト化を可能にしたものである。まず、本発明の誘導コイル式センサの概要について説明し、次に、本発明の誘導コイルに流れる短絡電流が、誘導コイルの巻き数に依存しないという知見を理論的に説明する。さらに、本発明の電流検出手段の具体例について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の誘導コイル式センサ１００の概略を示す図である。
巻き数Ｎの誘導コイルに磁束φが鎖交し、その磁束φが変化すると誘導コイル１０に誘導起電力が発生する。誘導コイル１０の両端ａとｂを短絡すると誘導コイル１０に電流ｉが流れる。本発明では、この電流ｉを電流検出手段２０によって検出して電圧に変換する。
電流検出手段２０は、誘導コイル１０の両端ａとｂを仮想的に短絡した状態に保ったまま電流ｉを検出して電圧に変換する機能を有する。仮想的に短絡した状態とは、電流値が変化してもコイルの両端ａとｂの間の電圧降下がゼロとなるよう制御された状態をいう。電流検出手段２０の具体的な実施例としては、後述するようにオペアンプのイマジナリー・ショートを利用した電流電圧変換回路がある。
【００１７】
図２は、本発明の誘導コイル式センサの検知部の一例を示す図であり、鉄片検出器の検知部１の構造を示している。ボルトやナットを籠に入れてコンベア等で次工程に移動し、別の容器に移載する際、元の籠にボルトやナットが残留していないかを検出するために使用される。籠の直径が数百ミリを超えるものがあり、検出範囲を大きくとれる検出方式が要求される。このため、永久磁石と組み合わせた誘導コイル式センサにおいてコイルを大きく製作すればこの要求を満たすことができる。
【００１８】
図２に示す検知部１は、それぞれ円柱形で軸方向に着磁された第１永久磁石１３と第２永久磁石１４を有し、第１永久磁石１３と第２永久磁石１４は一定間隔離して鉄板１５上に吸着させて配置される。第１永久磁石１３の極性と第２永久磁石１４の極性は、図２に示すように逆極性となるように配置される。このように永久磁石を配置すると第１永久磁石１３から第２永久磁石１４の方向に磁束が回り、検出面である永久磁石の開放端側の空間に強い磁束を作ることができる。鉄板１５は第１永久磁石１３と第２永久磁石１４の磁力を強める効果と検出面と反対側の外乱磁界を遮蔽する効果がある。
【００１９】
第１永久磁石１３と第２永久磁石１４には、それぞれ第１誘導コイル１１と第２誘導コイル１２が卷回されている。鉄片が第１永久磁石１３と第２永久磁石１４の上部を通過すると、第１誘導コイル１１と第２誘導コイル１２のそれぞれの誘導コイルを鎖交する磁束が強くなるよう変化する。第１誘導コイル１１と第２誘導コイル１２に発生する誘導起電力はお互いに逆極性になる。このため、それぞれの誘導起電力が加算されるように、図２に示すように第１誘導コイル１１と第２誘導コイル１２とを直列配線して電流検出手段２０の入力端子に接続する。
【００２０】
地磁気のように第１誘導コイル１１と第２誘導コイル１２のそれぞれに対して同じ極性で磁束が鎖交する外乱磁界に対しては、それぞれの誘導起電力は減算されてコイルの両端ａとｂの間に電圧が現れない。このように二つの誘導コイルを差動的に接続することで、誘導コイルの振動が地磁気に反応してノイズ信号を出力することを抑制できる。そして、図２の検知部１の構成を一つの独立したユニットとして製作し、隣り合う磁石が逆極性となるようユニットを複数並べて配置すれば、検出範囲を容易に拡大することができる。
【００２１】
図２に示す検知部１おいて、第１永久磁石１３から第２永久磁石１４に回る磁束φを強くするためには、なるべく磁石間の配列ピッチを狭くることが望ましい。従来の電圧検出方式では検出感度を高めるため誘導コイルの巻き数を大きくする必要がある。そのために、導線を何層にも重ねて巻くことになり、誘導コイルの外径が太くなることが避けられない。その結果、磁石間ピッチを広くとる必要があった。本発明によれば、後述するように、誘導コイルの巻き数Ｎは少なくて良く、１層巻きコイルで十分な感度が得られる。図２に示す検知部１では、第１永久磁石１３、第２永久磁石１４はそれぞれ直径φ５０ｍｍ×高さ１０ｍｍのフェライト磁石であり、第１誘導コイル１１と第２誘導コイル１２コイルは、線径０．２ｍｍで４０ターン１層巻きである。このように、誘導コイルを薄く構成できるので、磁石間ピッチを狭くでき、検出感度を向上させることができる。
【００２２】
次に、従来の一般的な信号処理方式である、誘導コイルの両端に発生する電圧信号を高入力インピーダンスかつ高感度のアンプで増幅する方式（以下、「誘導電圧検出方式」という。）について説明し、さらに、本発明の信号処理方式となる、誘導コイルの両端を短絡してコイルに流れる電流を検出する信号処理方式（以下、「短絡電流検出方式」という。）について説明する。後者の方式では、誘導コイルに流れる短絡電流が、誘導コイルの巻き数に依存しない。
【００２３】
（誘導電圧検出方式）
図３は、本発明に係る誘導コイル式センサの電流検出の方式を説明するための図であり、図３（Ａ）は、誘導コイル１０に鎖交する磁束φが変化することによって誘導コイル１０の両端に誘起電圧ｅが発生することを示す図である。
図３（Ａ）において、コイルの巻き数をＮとすると、誘起電圧ｅは、次の式（１）となる。
【数１】
2019219332.tif 000003
ここで、
【数２】
2019219332.tif 000004
とすると、誘起電圧ｅは、次の式（３）となる。
【数３】
2019219332.tif 000005
式（３）から分かるように、誘導電圧検出方式の場合、誘導コイル１０の検出感度は、コイルの巻き数Ｎに比例するため、感度を向上させるためにはひたすら巻き数Ｎを大きくする必要がある。このため、コイル形状が大きくなり重量も増えコスト増加につながるという問題がある。
【００２４】
(短絡電流検出方式)
次に、コイルの両端を短絡したときの電流について考察する。図３（Ｂ）に示すように誘導コイル１０の両端を短絡させた際の等価回路を図３（Ｃ）に示す。
誘導コイル１０に発生する誘起電圧ｅは、図３（Ｃ）における電流ｉによる抵抗ＲとインダクタンスＬの電圧降下に釣り合う。従って回路方程式は、次の式（４）となる。
【数４】
2019219332.tif 000006
式（４）は電気回路解析で扱われる典型的な線形微分方程式であり、その一般解は過渡応答に関する項と定常状態に関する項に分けられることが知られている。以降、解析を簡単にするため定常状態の解のみを示すが、本質的な理論解析の妨げにはならない。
式（４）の電圧ｅに式（３）を適用すると、電流ｉは、式（５）で表せる。
【数５】
2019219332.tif 000007
【００２５】
Ｉｍとαが未知なので式（４）に代入して解を求める。
【数６】
2019219332.tif 000008
となり、式（３）との関係から、次式が求まる。
【数７】
2019219332.tif 000009
【数８】
2019219332.tif 000010
【００２６】
インピーダンスＺを式（８）とおいて、Ｅmを展開して整理すると、次の式（９）となる。
【数９】
2019219332.tif 000011
【数１０】
2019219332.tif 000012
式（９）は３つの項の積からなり、最初の項がコイルに関するパラメータ、次が周波数に依存する項、最後が磁束の振幅に関する項を表している。
【００２７】
磁性体検出の用途において、磁束変化の周波数成分はそれほど高くなく数１００Ｈｚ以下に収まる場合がほとんどである。この周波数帯では実際のコイル作製の実例から実験的に以下の関係が成立している。
【数１１】
2019219332.tif 000013
この条件を、式（７）、式（８）式に代入すると、式（９）は次の式（１１）に簡略化できる。
【数１２】
2019219332.tif 000014
式（１１）とコイルを開放した場合の信号電圧を表す式（３）とを対比すると、Ｎ／Ｒの項だけが異なり単純なオームの法則に則った結果となる。
式（１１）式は、Ｎ／Ｒが大きいほど電流値が大きくなることを示している。すなわち，コイルの直流抵抗Ｒが小さいほど検出感度が良くなると言い換えることができる。Ｎ／Ｒは簡単に実測と計算ができるため、コイルの性能(検出感度)を評価する指標として最適である。
【００２８】
次にコイルの直流抵抗Ｒについて考察する。
コイルの直流抵抗Ｒは、銅線の断面積をＳ[ｍｍ２]、銅線の長さをｌ[ｍ]、導線の電気抵抗率をρ[Ωｍｍ２／ｍ]とすると、次の式（１２）で表せる。
【数１３】
2019219332.tif 000015
更に導線の長さｌは、コイルの直径をＤ[ｍｍ〕とした場合、次式で表せる。
【数１４】
2019219332.tif 000016
これを、式（１２）に代入すると、式（１４）となる。
【数１５】
2019219332.tif 000017
【００２９】
また、コイルの断面積をＳ［ｍｍ2]とし、磁束の波高値Φmの代わりに磁束密度の波高値Ψmを適用すると、式（１５）が求まる。
【数１６】
2019219332.tif 000018
式（１４）と式（１５）式を式（１１）に代入すると、次の式（１６）となる。
【数１７】
2019219332.tif 000019
【００３０】
式（１６）は、コイルの両端を短絡したときのコイル電流を求める式であり、解析の中間段階で示した式（１１）ではコイルの巻き数Ｎが残っていたが、式（１６）では消えている。また、式（１６）の最初の項が電流値の大きさを決める係数を表している。
式（１６）の意味するところは、次の２項目にまとめることができる。
（Ａ）コイルに流れる電流値は巻き数に依存しない。
（Ｂ）コイルに流れる電流値の大きさを決める係数は導線の電気抵抗率ρと導線の線径ｄとコイルの直径Ｄで決まる。
これらの項目Ａ，Ｂは、コイルの両端を短絡する短絡電流検出方式の特徴である。
【００３１】
以上のように、従来の誘導電圧検出方式では検出感度を高めるためコイルの巻き数をできるだけ多くする必要があった。一方、短絡電流検出方式では検出感度はコイルの巻き数に依存しないためコイルの巻き数は少なくても良く、理論的には巻き数Ｎ＝１でも良いことが分かった。また、短絡電流検出方式では、検出感度を高めるためにはコイルの電気抵抗を小さくすることが重要である。導線の材質はコストと電気抵抗率とのバランスから、通常銅（Ｃｕ）を選択することがほとんどである。また、コイルの形状も検出対象と機器の設計条件によって予め制限される場合が多い。したがって、検出感度を高くするためには導線の径を太くして直流抵抗を小さくすることのみに注目すれば良い。このように、短絡電流検出方式は実際にコイルを製作する上で巻き数を極端に少なくできる。これによって、小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
【００３２】
（コイルの実例）
図４は、本発明に係る誘導コイル式センサの誘導コイルの形状を示す図である。コイルの直径Ｄを１９ｍｍ、高さＨを１５ｍｍとし、実際に巻き数Ｎと線径ｄを変えて製作したコイルの直流抵抗ＲとインダクタンスＬの実測値を図５に示す。
式（１１）において検出感度を決めるＮ／Ｒの計算値と、近似計算の根拠となるωＬ／Ｒとω２Ｌ２／Ｒ２についても図５に示した。なお、角速度ωは周波数ｆ＝５００Ｈｚで計算した。図５に示すコイルＢとコイルＣとから、線径ｄが同じなら検出感度は巻き数Ｎに依存しないことが分かる。すなわち、Ｎ／Ｒが一定値となる。また、コイルＤに示すように、巻き数Ｎによらず線径ｄの太い方が検出感度の高いことが分かる。
【００３３】
（第１の実施形態）
図７は、第１の実施形態に係る誘導コイル式センサの電流検出手段を示す図である。誘導コイル１０の一端ａは、電流検出手段２１の第１のオペアンプＵ１の反転入力端子（−）に接続され、誘導コイル１０多端ｂは接地されるとともに第１のオペアンプＵ１の非反転入力端子（＋）に接地される。また、第１のオペアンプＵ１の反転入力端子（−）と第１のオペアンプＵ１の出力端子との間に第１の抵抗Ｒ１が接続される。第１のオペアンプＵ１は電流を電圧に変換する電流電圧変換回路を構成しており、コイルの端子間ａ−ｂの電位差がゼロになるようオペアンプが動作する。すなわち、誘導コイル１０の端子間ａ−ｂはイマジナリー・ショート（仮想短絡）と呼ばれる仮想的な短絡状態になる。
【００３４】
誘導コイル１０を流れる電流ｉは矢印の方向に流れゲイン抵抗となる第１の抵抗Ｒ１により電圧に変換される。第１のオペアンプＵ１の出力電圧Ｖ０は、次式（１７）の通りである。以下の説明では、第１の抵抗Ｒ１をゲイン抵抗Ｒ１とも呼ぶ。
【数１８】
2019219332.tif 000020
式（１７）からわかるように、電流電圧変換ゲインはＲ１のみで決定する。本実施形態では、誘導コイル１０の端子間ａ−ｂは、イマジナリー・ショートにより低インピーダンスに保たれるので、ゲイン抵抗Ｒ１を大きくし、ゲインを大きくしてもノイズの影響を受けにくくなっている。
【００３５】
図６は、図７に示す電流検出手段に図５に示すパラメータを有するコイルを接続した際の出力電圧の周波数特性を示す図である。第１の抵抗Ｒ１＝１ｋΩ、式（１６）における磁束密度波高値はΨｍ＝０．１ｍＴとした。出力電圧Ｖ０は、１〜１０００Ｈｚの周波数帯域で、Ｎ／Ｒが最も大きいコイルＤの値が最も大きく、Ｎ／Ｒが最も小さいコイルＡの値が最も小さくなった。また、Ｎ／Ｒが同じ値のコイルＢとコイルＣの特性図はほぼ重なっており、巻き数Ｎに関わらず同じ特性を示している。また、導線の径ｄが太いほど感度が高いことが実測データでも証明された。
【００３６】
（第２の実施形態）
誘導コイル１０を流れる電流ｉは磁束変化の微分となるため、式（１１）に示す通り周波数に比例して大きくなる。したがって、図７に示す第１の実施形態においても、出力電圧Ｖ０の振幅も同様に周波数に依存する。その特性は図６の周波数特性を示す図において、右上がりの特性として表れている。第２の実施形態では、センサの周波数特性をフラットにするために第１のオペアンプＵ１に積分特性を持たせている。図８は、第２の実施形態に係る誘導コイル式センサの電流検出手段を示す図であり、電流検出手段２２は、ゲイン抵抗となる第１の抵抗Ｒ１と並列に第１のコンデンサＣ１を有している。これにより、電流検出手段２２は、ローパスフィルタとして機能する。
【００３７】
電流検出手段２２の出力電圧Ｖ１は、カットオフ周波数ｆC＝１／（２πＲ１Ｃ１）を境にして、カットオフ周波数ｆCより低い周波数はそのまま減衰しないが、カットオフ周波数ｆCより高い周波数は減衰する。このため、出力電圧Ｖ１は、カットオフ周波数ｆC以上の周波数で、フラットな周波数特性となる。
【００３８】
（第３の実施形態）
電流電圧変換のゲインはゲイン抵抗（第１の抵抗）Ｒ１によって決まる。検出感度を上げるためには、ゲイン抵抗Ｒ１を大きくすることが望ましい。しかしながら、ゲイン抵抗Ｒ１を大きくすると、第１のオペアンプＵ１のノイズゲインが問題となる。第１の実施形態および第２の実施形態において、第１のオペアンプＵ１のノイズゲインＧＮは、誘導コイル１０の直流抵抗Ｒを入力抵抗と見なした非反転増幅回路のゲインと同じになり、次の式（１８）で表せる。
【数１９】
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【００３９】
例えば、誘導コイル１０の直流抵抗Ｒ＝１０Ω、ゲイン抵抗Ｒ１＝１０ｋΩとすると、ノイズゲインＧＮは、６０ｄＢにもなり、第１のオペアンプＵ１のオフセット電圧がかなり大きくなってしまう。第３の実施形態は、第１のオペアンプＵ１のオフセット電圧の影響を解消するためのものであり、図９に、第３の実施形態に係る誘導コイル式センサの電流検出手段２３を示す。誘導コイル１０の一端ａは、電流検出手段２３の第１のオペアンプＵ１の反転入力端子に接続され、他端ｂは接地される。また、第１のオペアンプＵ１の反転入力端子と第１のオペアンプＵ１の出力端子との間に、第１の抵抗Ｒ１と第１のコンデンサＣ２からなる並列回路が接続される。そして、第１のオペアンプＵ１の出力電圧Ｖ２を第２の抵抗Ｒ２を介して第２のオペアンプＵ２の反転入力端子に入力するとともに、第２のオペアンプＵ２の非反転出力端子を接地している。
【００４０】
さらに、第２のオペアンプＵ２の反転入力端子と第２のオペアンプＵ２の出力端子との間に第２のコンデンサＣ２を接続し、第２のオペアンプＵ２の出力電圧を、第４の抵抗Ｒ４を介して第１のオペアンプＵ１の非反転入力端子に入力している。また、第１のオペアンプＵ１の非反転入力端子を、第３の抵抗Ｒ３を通して接地している。これにより、第１のオペアンプＵ１の非反転入力端子には、第２のオペアンプＵ２の出力電圧を第３の抵抗Ｒ３と第４の抵抗Ｒ４で分圧した接続点ｃの電圧がフィードバックされる。
【００４１】
第２のオペアンプＵ２の回路は積分回路として機能し、第２のオペアンプＵ２の出力電圧を第１のオペアンプに直流帰還すると、第１のオペアンプＵ１の出力電圧Ｖ２の平均値がゼロになるように、第２のオペアンプＵ２が動作する。第２の抵抗Ｒ２と第２のコンデンサＣ２の時定数を信号周波数より十分低く設定することによって、第１のオペアンプＵ１の出力電圧Ｖ２からオフセット電圧を除去し、さらに、１/ｆノイズなどの低周波の揺らぎ成分を抑制することができる。
【００４２】
式（１８）で示すノイズゲインは、第１のオペアンプＵ１のオープンループゲインに対して十分小さくないと安定した動作ができない。実際の回路では４０ｄＢ程度の余裕が必要である。例えば、オープンループゲインが１１０ｄＢのオペアンプを採用したとするとゲイン抵抗Ｒ１と誘導コイル１０の直流抵抗Ｒの比率は７０ｄＢ以下にすることが望ましい。このため直流抵抗Ｒは実際の設計においては下限値の制約がある。したがって、巻き数Ｎと線径ｄはこの下限値を下回らないように、それぞれの組合せを配分して設計する必要がある。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、移動する磁性金属を検出して異物混入を防いだり部品の残留を監視する装置や、回転する磁石の交流磁界を検出して回転速度を検出する装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…検知部、１０…誘導コイル、１１…第１誘導コイル、１２…第２誘導コイル、１３…第１永久磁石、１４…第２永久磁石、１５…鉄板、２０…電流検出手段、２１…電流検出手段、２２…電流検出手段、２３…電流検出手段、１００…誘導コイル式センサ、Ｃ１…第１のコンデンサ、Ｃ２…第２のコンデンサ、Ｒ１…第１の抵抗（ゲイン抵抗）、Ｒ２…第２の抵抗、Ｒ３…第３の抵抗、Ｒ４…第４の抵抗、Ｕ１…第１のオペアンプ、Ｕ２…第２のオペアンプ。
【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９】
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