(57)【要約】【課題】コの字形の強磁性体コアが有する特性を損なうことなく、外乱の影響を低減させることが可能な、金属被検体の電磁気特性測定方法及び電磁気特性測定装置を提供する。【解決手段】強磁性体コア２に一つの励磁コイル４及び四つの検出コイル６ａ〜６ｄが巻回されて形成された磁気センサ８を備えた電磁気特性測定装置１であって、強磁性体コア２を、四本の脚部１６ａ〜１６ｄを有する断面略Ｈ字形に形成し、励磁コイル４を、強磁性体コア２の中心またはその近辺に配置し、四つの検出コイル６ａ〜６ｄを、金属被検体１８と対向して配置される二本の脚部１６ａ，１６ｂにそれぞれ巻回された検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂと、金属被検体１８に対向しない二本の脚部１６ｃ，１６ｄにそれぞれ巻回された外乱検出用コイル６ｃ，６ｄとから構成する。【選択図】図１
2008185436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体コアに励磁コイル及び検出コイルが巻回されて形成された磁気センサを用いて、金属被検体に交流磁束を印加して生じた磁場を測定し、この測定された磁場に基づいて前記金属被検体の電磁気的特性を測定する金属被検体の電磁気特性測定方法であって、
前記強磁性体コアの形状を、四本の脚部を有する断面略Ｈ字形とし、
前記検出コイルを、前記四本の脚部のうち前記金属被検体に対向する二本の脚部の少なくとも一方に巻回された検出対象特性測定用コイルと、前記四本の脚部のうち前記金属被検体に対向しない二本の脚部の少なくとも一方に巻回された外乱検出用コイルと、から構成し、
前記励磁コイルによって前記金属被検体に交流磁束を印加して生じた磁場を、前記検出対象特性測定用コイル及び前記外乱検出用コイルによって測定し、
前記検出対象特性測定用コイルの出力と前記外乱検出用コイルの出力との差分に基づいて、前記金属被検体の電磁気的特性を測定することを特徴とする金属被検体の電磁気特性測定方法。
【請求項２】
強磁性体コアに励磁コイル及び検出コイルが巻回されて形成された磁気センサを用いて、金属被検体に交流磁束を印加して生じた磁場を測定し、この測定された磁場に基づいて前記金属被検体の電磁気的特性を測定する金属被検体の電磁気特性測定装置であって、
前記強磁性体コアの形状を、四本の脚部を有する断面略Ｈ字形とし、
前記検出コイルは、前記四本の脚部のうち前記金属被検体に対向する二本の脚部の少なくとも一方に巻回された検出対象特性測定用コイルと、前記四本の脚部のうち前記金属被検体に対向しない二本の脚部の少なくとも一方に巻回された外乱検出用コイルと、から構成され、
前記励磁コイルに交流電流を供給する電流供給手段と、
前記検出対象特性測定用コイルの出力と前記外乱検出用コイルの出力との差分に基づいて前記金属被検体の電磁気的特性を測定する電磁気特性測定手段と、を備えることを特徴とする金属被検体の電磁気特性測定装置。
【請求項３】
前記励磁コイルを、前記強磁性体コアの中心またはその近辺に配置したことを特徴とする請求項２に記載した金属被検体の電磁気特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属被検体、例えば、鋼帯等の電磁気特性を、非接触の測定によって、製造ライン中または製造ライン外で検査する金属被検体の電磁気特性測定方法及び電磁気特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属材料の透磁率、鉄損及び導電率等の電磁気的特性、あるいは電磁気的特性と相関のある値の非接触による測定は、以下に示すように、様々な目的で使用されている。
例えば、特許文献１に記載されているように、鋼帯の製造ライン内に鉄損測定用の一次コイル及び二次コイルを配置し、両者の間に鋼板を通過させ、交流磁束を用いて鉄損を測定する方法が用いられている。
【０００３】
また、例えば、特許文献２に記載されているように、圧延ストリップ等の測定対象に対して交流磁束を印加し、この印加した磁束と測定対象との相互作用によって生じる磁場を測定することによって、導電率や透磁率等、測定対象の温度によって変化する値の変化を測定し、最終的には測定対象の温度を測定する方法が用いられている。
このような測定を行うために用いられる磁気センサとしては、多種多様な形態のものが考えられるが、代表的なものとして、特許文献３に記載されているような断面略コの字形のコアを有するものが挙げられる。
【０００４】
図３は、従来例の電磁気特性測定装置の基本的構成を示す図である。
図３中に示されているように、この電磁気特性測定装置１は、断面略コの字形の強磁性体コア２に、励磁コイル４と検出コイル６が巻回されて形成された磁気センサ８を備えており、強磁性体コア２が有する二つの脚部１６ａ，１６ｂを、鋼帯等の金属被検体１８に対向して配置している。
【０００５】
励磁コイル４には、交流電源（図示せず）が接続されており、この交流電源によって、強磁性体コア２に所定周波数の交流電流が流されることにより、交流磁束が発生する。この発生した交流磁束は、二つの脚部１６ａ，１６ｂのうち一方の端部から強磁性体コア２の外部へ流れ出し、二つの脚部１６ａ，１６ｂのうち他方へ戻り、再び強磁性体コア２に沿って流れ、励磁コイル４に戻る閉ループを形成する。
【０００６】
検出コイル６は、上述した閉ループの途中に配置されており、交流磁束によって発生する誘導電圧信号を検出する機能を有している。この誘導電圧信号は、特に図示しないが、ロックイン増幅器を用いた処理や、測定値を最終的に求めたい値に対応する検量線処理等の適当な処理を経ることにより、センサシステムとしての測定値として検出されることとなる。
【０００７】
ここで、二つの脚部１６ａ，１６ｂのうち一方の端部から強磁性体コア２の外部へ流れ出す交流磁束は、様々な経路を通過するが、代表的なものとしては、以下の二つがある。一方の交流磁束は、空中を通過して二つの脚部１６ａ，１６ｂのうち他方へ到達するものである。また、他方の交流磁束は、強磁性体コア２と金属被検体１８との間に形成された隙間を介して、金属被検体１８の内部に入り、その表層部を通過して、再び強磁性体コア２と金属被検体１８との間に形成された隙間を介して二つの脚部１６ａ，１６ｂのうち他方へ到達するものである。
【０００８】
交流磁束が金属被検体１８の内部及び表層部を通過する際には、渦電流効果等により、金属被検体１８の電磁気的特性の影響を受け、交流磁束の振幅、位相、波形が変化する。この変化を検出することによって、金属被検体１８の電磁気的特性を測定することが可能となり、また、それに基づいて、金属被検体１８の電磁気的特性と相関のある結晶粒径や温度等を、検量線等を用いて測定することが可能となる。
【０００９】
強磁性体コア２として、コの字形のものが一般的に用いられている理由としては、例えば、コの字形の強磁性体コア２を用いる場合には、主に二つの脚部１６ａ，１６ｂ間で交流磁束が流れるため、交流磁束の流れる範囲を、金属被検体１８の局所的な部位に限定することが可能となり、局所的な電磁気特性を測定することが可能となるという理由がある。また、その他の理由としては、例えば、交流磁束の流れる方向を限定することが可能となり、異方性のある材料に対して、特定方向の電磁気特性を測定することが可能となるという理由がある。
【００１０】
なお、特許文献３に記載されている発明においては、金属被検体１８を鋼管とし、鋼管の浸炭に伴う磁気的性質の変化を利用して、検出された出力から鋼管内面に生じる浸炭深さを求めている。
【特許文献１】特許第２５１９６１５号公報
【特許文献２】特開昭５３−２０９８６号公報
【特許文献３】特開２００４−２７９０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した特許文献１から３に記載されている発明は、検出される信号の変化が微弱な環境中においても、再現性が良好で、且つ定量的な測定が要求される場合が多い。
しかしながら、上述した特許文献１から３に記載されている発明では、磁気センサの設置環境が、大電力モータ等の電磁気的なノイズ源になりうる機器が周囲に配置されている場合や、高温の鋼帯が搬送される高温の製造ライン内等である場合が多い。
【００１２】
この場合には、例えば、強磁性体コア透磁率の温度による変化等、温度変化に起因するセンサ特性の変化や、外乱磁束、電磁気ノイズの影響等、外乱によって、測定精度が低下してしまうという問題が生じるおそれがある。
本発明は、上述したような問題点に着目してなされたもので、コの字形の強磁性体コアが有する特性を損なうことなく、外乱の影響を低減させることが可能な、金属被検体の電磁気特性測定方法及び電磁気特性測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上述したような経緯の下に、以下のような着想に基づいて考案されたものである。
すなわち、本発明者達は、上述したような外乱、例えば、強磁性体コア透磁率の温度変化等、温度変化によるセンサ特性の変化や、外乱磁束、電磁気ノイズ等の影響を受けにくい測定系とするための考え方として、差分構造に着目した。
以下、図４を参照しつつ、差分構造を用いた金属被検体の電磁気特性測定について説明する。
図４は、差分構造を用いた金属被検体の電磁気特性測定装置１の基本的構成を示す図である。
図４中に示されているように、この電磁気特性測定装置１を用いた電磁気特性測定方法では、二つの磁気センサ８を用いている。
【００１４】
二つの磁気センサ８は、一方の磁気センサ８（以下、「磁気センサ８ａ」と記載する）と、他方の磁気センサ８（以下、「磁気センサ８ｂ」と記載する）とから構成されており、共に二つのコの字形の強磁性体コア２を備えている。なお、以下の説明では、磁気センサ８ａが備えるコの字形の強磁性体コア２を、「検出対象特性測定用コア２ａ」と記載し、磁気センサ８ｂが備えるコの字形の強磁性体コア２を、外乱検出用コア２ｂ」と記載する。
【００１５】
検出対象特性測定用コア２ａは、金属被検体１８の近傍に、両脚部１６ａ，１６ｂを向けて配置されており、外乱検出用コア２ｂは、検出対象特性測定用コア２ａよりも金属被検体１８から遠い位置に、両脚部１６ｃ，１６ｄを向けて配置されている。
また、検出対象特性測定用コア２ａ及び外乱検出用コア２ｂには、共に励磁コイル４と、検出コイル６が巻回されている。なお、以下の説明では、検出対象特性測定用コア２ａに巻回されている励磁コイル４を「励磁コイル４ａ」、検出コイル６を「検出コイル６ａ」と記載し、外乱検出用コア２ｂに巻回されている励磁コイル４を「励磁コイル４ｂ」、検出コイル６を「検出コイル６ｂ」と記載する。
【００１６】
そして、励磁コイル４ａによって金属被検体１８に交流磁束を印加して生じた磁場を、検出コイル６ａによって測定するとともに、励磁コイル４ｂによって金属被検体１８に交流磁束を印加して生じた磁場を、検出コイル６ｂによって測定し、両検出コイル６ａ，６ｂの出力の差分に基づいて、金属被検体１８の電磁気特性を測定するものである。
ここで、検出コイル６ｂからの出力の変化は、外乱分については検出コイル６ａからの出力と同様の変化となり、金属被検体１８の影響は少ないものとする。
【００１７】
このような方法を用いて、金属被検体１８の電磁気特性を測定することにより、検出コイル６ａによって金属被検体１８の電磁気特性を測定するとともに、両検出コイル６ａ，６ｂの出力の差分によって外乱の影響を低減させることが可能となる。
このため、金属被検体１８に対する電磁気特性の測定精度を向上させることが可能となる。
【００１８】
しかしながら、上述した方法では、金属被検体１８に対する電磁気特性の測定精度を向上させるために、検出対象特性測定用コア２ａを、金属被検体１８の近傍に配置する必要がある。これに対し、外乱検出用コア２ｂは、差動の効果を出すために、また、両コア２ａ，２ｂ間の不要な相互作用を抑制するために、金属被検体１８から離れた位置に配置する必要がある。したがって、両コア２ａ，２ｂは、互いに離れた位置へ配置せざるを得ない。
【００１９】
そのため、上述した構成の電磁気特性測定装置１を用いて、実際に、金属被検体１８に対する電磁気特性の測定を行うと、以下に示すような問題が発生してしまうおそれがあった。
１．周囲温度及び金属被検体１８の温度の影響等に起因して、温度環境が異なる等の問題や、設置場所に配置された大電力モータ等から発生する電磁気的なノイズ等に起因して、両コア２ａ，２ｂの受けるノイズ環境が異なる等の問題。
２．両コア２ａ，２ｂの配置スペースが必要となるという問題。
３．両コア２ａ，２ｂ間の位置ずれに起因して生じる差動信号の誤差を抑制するため、両コア２ａ，２ｂ間の位置関係を精度良く決める必要があり、製造が困難なものとなる問題。
４．励磁コイル４ａ，４ｂが、それぞれ、両コア２ａ，２ｂに別々に巻回されているため、励磁に関する変動、例えば、励磁電流の変動や励磁電流へのノイズの混入等の影響に対して、差分による低減効果が発揮されないという問題。
【００２０】
本発明者達は、上述した問題を解決するため、両コア２ａ，２ｂの不要な相互作用の低減を図った上で、両コア２ａ，２ｂの動作環境及びノイズ環境を近似させるために、両コア２ａ，２ｂを相互に近接させ、最終的には一体化させた。その発明の構成は、以下の通りである。
すなわち、請求項１に記載した発明は、強磁性体コアに励磁コイル及び検出コイルが巻回されて形成された磁気センサを用いて、金属被検体に交流磁束を印加して生じた磁場を測定し、この測定された磁場に基づいて前記金属被検体の電磁気的特性を測定する金属被検体の電磁気特性測定方法であって、
前記強磁性体コアの形状を、四本の脚部を有する断面略Ｈ字形とし、
前記検出コイルを、前記四本の脚部のうち前記金属被検体に対向する二本の脚部の少なくとも一方に巻回された検出対象特性測定用コイルと、前記四本の脚部のうち前記金属被検体に対向しない二本の脚部の少なくとも一方に巻回された外乱検出用コイルと、から構成し、
前記励磁コイルによって前記金属被検体に交流磁束を印加して生じた磁場を、前記検出対象特性測定用コイル及び前記外乱検出用コイルによって測定し、
前記検出対象特性測定用コイルの出力と前記外乱検出用コイルの出力との差分に基づいて、前記金属被検体の電磁気的特性を測定することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明によると、強磁性体コアの形状を四本の脚部を有する断面略Ｈ字形とし、検出コイルを、四本の脚部のうち金属被検体に対向する二本の脚部の少なくとも一方に巻回された検出対象特性測定用コイルと、四本の脚部のうち金属被検体に対向しない二本の脚部の少なくとも一方に巻回された外乱検出用コイルとから構成している。
そして、励磁コイルによって金属被検体に交流磁束を印加して生じた磁場を、検出対象特性測定用コイル及び外乱検出用コイルによって測定し、検出対象特性測定用コイルの出力と外乱検出用コイルの出力との差分に基づいて、金属被検体の電磁気的特性を測定している。
このため、検出対象特性測定用コイルと外乱検出用コイルとの、不要な相互作用の低減が可能となるとともに、検出対象特性測定用コイルと外乱検出用コイルとの、動作環境及びノイズ環境を近似させることが可能となる。
【００２２】
次に、請求項２に記載した発明は、強磁性体コアに励磁コイル及び検出コイルが巻回されて形成された磁気センサを用いて、金属被検体に交流磁束を印加して生じた磁場を測定し、この測定された磁場に基づいて前記金属被検体の電磁気的特性を測定する金属被検体の電磁気特性測定装置であって、
前記強磁性体コアの形状を、四本の脚部を有する断面略Ｈ字形とし、
前記検出コイルは、前記四本の脚部のうち前記金属被検体に対向する二本の脚部の少なくとも一方に巻回された検出対象特性測定用コイルと、前記四本の脚部のうち前記金属被検体に対向しない二本の脚部の少なくとも一方に巻回された外乱検出用コイルと、から構成され、
前記励磁コイルに交流電流を供給する電流供給手段と、
前記検出対象特性測定用コイルの出力と前記外乱検出用コイルの出力との差分に基づいて前記金属被検体の電磁気的特性を測定する電磁気特性測定手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明によると、強磁性体コアの形状を四本の脚部を有する断面略Ｈ字形とし、検出コイルを、四本の脚部のうち金属被検体に対向する二本の脚部の少なくとも一方に巻回された検出対象特性測定用コイルと、四本の脚部のうち金属被検体に対向しない二本の脚部の少なくとも一方に巻回された外乱検出用コイルとから構成している。
また、励磁コイルに交流電流を供給する電流供給手段と、検出対象特性測定用コイルの出力と外乱検出用コイルの出力との差分に基づいて金属被検体の電磁気的特性を測定する電磁気特性測定手段を備えている。
【００２４】
このため、検出対象特性測定用コイルと外乱検出用コイルとの、不要な相互作用の低減が可能となるとともに、検出対象特性測定用コイルと外乱検出用コイルとの、動作環境及びノイズ環境を近似させることが可能となる。
また、本発明によると、検出対象特性測定用コイルと外乱検出用コイルとの位置関係を精度良く決める必要が無いため、磁気センサの製造が容易となるとともに、金属被検体の電磁気特性測定装置をコンパクトな構成とすることが可能となる。
【００２５】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した発明であって、前記励磁コイルを、前記強磁性体コアの中心またはその近辺に配置したことを特徴とするものである。
本発明によると、励磁コイルを、強磁性体コアの中心またはその近辺に配置しているため、検出対象特性測定用コイル及び外乱検出用コイルによって測定される磁場を共通して励磁することが可能となり、差分の効果を更に増加させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、コの字形の強磁性体コアが有する特性を損なうことなく、外乱の影響を低減させることが可能となるため、金属被検体に対する電磁気的特性の測定精度を向上させることが可能となる。
また、本発明によれば、強磁性体コアの製造を容易とすることが可能となるとともに、装置の構成をコンパクトな構成とすることが可能となるため、金属被検体の電磁気特性測定装置の製造コスト低減及び信頼性向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１を参照して、本発明の金属被検体の電磁気特性測定装置（以下、「電磁気特性測定装置」と記載する）の構成を説明する。なお、上述した従来の電磁気特性測定装置と同様の構成については、同一符号を付して説明する。
図１は、電磁気特性測定装置１の基本的構成を示す図である。
【００２８】
図１中に示されているように、電磁気特性測定装置１は、強磁性体コア２に一つの励磁コイル４及び四つの検出コイル６ａ〜６ｄが巻回されて形成された磁気センサ８と、電流供給手段１０と、演算手段１２と、電磁気特性測定手段１４を備えている。
強磁性体コア２は、四本の脚部１６ａ〜１６ｄを有する断面略Ｈ字形に形成されている。本実施形態では、強磁性体コア２を形成する材料として、一般的に使用されるフェライトと比較して、熱伝導率及びキュリー点が高く、また、通常使用温度範囲において磁気的性質の温度依存性が小さい、鋼を用いた場合を例にあげて説明する。ここで、強磁性体コア２を形成する材料として鋼を用いることにより、フェライトを用いた場合と比較して、強磁性体コア２内における温度の不均一性を低減することが可能となる。
【００２９】
四本の脚部１６ａ〜１６ｄは、金属被検体１８と対向して配置される二本の脚部１６ａ，１６ｂと、金属被検体１８に対向しない二本の脚部１６ｃ，１６ｄとから構成されている。なお、本実施形態では、金属被検体１８が鋼帯である場合を例にあげて説明する。
励磁コイル４は、強磁性体コア２の中心またはその近辺に配置されており、電流供給手段１０によって交流電流が供給されると、交流磁束を発生する。
【００３０】
四つの検出コイル６ａ〜６ｄは、それぞれ、同径の導線によって形成されているとともに、同巻数で強磁性体コア２に巻回されている。
また、四つの検出コイル６ａ〜６ｄは、二本の脚部１６ａ，１６ｂにそれぞれ巻回された検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂと、二本の脚部１６ｃ，１６ｄにそれぞれ巻回された外乱検出用コイル６ｃ，６ｄとから構成されている。
【００３１】
検出対象特性測定用コイル６ａと検出対象特性測定用コイル６ｂは、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂと同様に、それぞれ、金属被検体１８側から見て、励磁コイル４を挟んで対向する位置に配置されているとともに、共に励磁コイル４からの距離が同一となっている。
外乱検出用コイル６ｃと外乱検出用コイル６ｄは、それぞれ、金属被検体１８側から見て、励磁コイル４を挟んで対向する位置に配置されているとともに、共に励磁コイル４からの距離が同一となっている。
【００３２】
また、検出対象特性測定用コイル６ａと外乱検出用コイル６ｃ、及び検出対象特性測定用コイル６ｂと外乱検出用コイル６ｄは、それぞれ、励磁コイル４からの距離が同一となっている。
したがって、検出対象特性測定用コイル６ａ、検出対象特性測定用コイル６ｂ、外乱検出用コイル６ｃ及び外乱検出用コイル６ｄは、それぞれ、励磁コイル４を中心として、互いに対称となる位置に配置されている。
電流供給手段１０は、励磁コイル４と接続されている。また、電流供給手段１０は、例えば、交流電源によって形成されており、励磁コイル４に交流電流を供給する機能を有している。
【００３３】
演算手段１２は、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄに接続されている。また、演算手段１２は、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄの誘導電圧出力が入力されると、検出対象特性測定用コイル６ａ及び検出対象特性測定用コイル６ｂの誘導電圧出力の和と、外乱検出用コイル６ｃ及び外乱検出用コイル６ｄの誘導電圧出力の和との差分に応じた補正信号を演算し、この演算した補正信号を、電磁気特性測定手段１４へ出力する機能を有している。具体的には、まず、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂから出力された誘導電圧信号の和と、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄから出力された誘導電圧信号の和を、それぞれ、例えば、ロックイン増幅器を用いて処理することにより増幅する。そして、これらの増幅した信号を用いて、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂから出力された誘導電圧信号の和から、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄから出力された誘導電圧信号の和を減算することにより、両者の差分を算出し、この差分に応じた補正信号を演算して、電磁気特性測定手段１４へ出力している。
【００３４】
電磁気特性測定手段１４は、演算手段１２に接続されており、演算手段１２によって演算された補正信号が入力されると、この補正信号に基づいて、金属被検体１８の電磁気的特性を測定する機能を有している。具体的には、演算手段１２によって演算された補正信号を、例えば、予め求めておいた検量線等に適合させて数値化し、この数値に基づいて、金属被検体１８の電磁気的特性の指標を測定する。また、電磁気特性測定手段１４は、金属被検体１８の電磁気的特性の指標を測定し、その測定結果を出力する機能を有している。本実施形態では、電磁気特性測定手段１４に、電磁気的特性の測定結果を表示する表示部（図示せず）が接続されている場合を例にあげて説明する。
【００３５】
次に、本実施形態の作用・効果等を説明する。
以下、上述した電磁気特性測定装置１を用いて、金属被検体１８の電磁気特性を測定する方法について説明する。
まず、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂが巻回された二本の脚部１６ａ，１６ｂを、金属被検体１８に間隔を空けて対向配置し、電流供給手段１０によって、励磁コイル４に交流電流を供給する。
交流電流が供給されることにより励磁コイル４に発生した交流磁束は、様々な経路（閉ループ）を経由して、励磁コイル４に戻ってくる。本実施形態では、様々な閉ループのうち、代表的な二つの閉ループを用いて、金属被検体１８の電磁気特性を測定する方法について説明する。
【００３６】
二つの閉ループのうち、一方の閉ループ（以下、「検出対象特性ループＬ１」と記載する）は、まず、励磁コイル４で発生した交流磁束が強磁性体コア２内で下側（図１中では、脚部１６ａ，１６ｂ側）へ分岐し、脚部１６ａの金属被検体１８と対向する端部から強磁性体コア２の外部に流れ出す。そして、金属被検体１８内を通過した後に、脚部１６ｂの金属被検体１８と対向する端部から強磁性体コア２に戻り、強磁性体コア２内を移動して、励磁コイル４に戻る。なお、励磁コイル４で発生し強磁性体コア２内で下側へ分岐した交流磁束が、脚部１６ｂの金属被検体１８と対向する端部から強磁性体コア２の外部に流れ出し、脚部１６ａの金属被検体１８と対向する端部から強磁性体コア２に戻る構成としてもよい。また、図１中では、説明のために、検出対象特性ループＬ１を、破線によって記載している。
【００３７】
そして、検出対象特性測定用コイル６ａ及び検出対象特性測定用コイル６ｂによって、それぞれ、検出対象特性ループＬ１による誘導電圧信号が検出されると、この検出された誘導電圧信号が演算手段１２へ出力される。
ここで、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂによって検出される誘導電圧信号には、金属被検体１８の電磁気的特性の影響を受ける磁束の振幅、位相、時間波形（歪み）等が反映されるため、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂによって検出される誘導電圧信号の変化から、金属被検体１８の電磁気的特性に関する情報を得ることが可能である。
ただし、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂは、センサ系外部に起因するノイズや、センサ自体によるノイズ、強磁性体コア２の温度変化による変動等、外乱要因の影響も同時に受けるため、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂによって検出される誘導電圧信号には、外乱要因による変化が生じることとなる。
【００３８】
また、二つの閉ループのうち、他方の閉ループ（以下、「差分処理用ループＬ２」と記載する）は、まず、励磁コイル４で発生した交流磁束が強磁性体コア２内で上側（図１中では、脚部１６ｃ，１６ｄ側）へ分岐し、脚部１６ｃの端部から強磁性体コア２の外部に流れ出して、空気中を通過し、脚部１６ｄの端部から強磁性体コア２に戻り、強磁性体コア２内を移動して、励磁コイル４に戻る。なお、励磁コイル４で発生し強磁性体コア２内で上側へ分岐した交流磁束が、脚部１６ｄの端部から強磁性体コア２の外部に流れ出し、脚部１６ｃの端部から強磁性体コア２に戻る構成としてもよい。また、図１中では、説明のために、差分処理用ループＬ２を、検出対象特性ループＬ１と同様に、破線によって記載している。
【００３９】
そして、外乱検出用コイル６ｃ及び外乱検出用コイル６ｄによって、それぞれ、差分処理用ループＬ２による誘導電圧信号が検出されると、この検出された誘導電圧信号が演算手段１２へ出力される。
ここで、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄによって検出される誘導電圧信号は、空気中を通過しているため、交流磁束が金属被検体１８内を通過する場合のように、金属被検体１８の電磁気的特性の直接的な影響を受けることはない。したがって、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄによって検出される誘導電圧信号の変化は、外乱要因によるものと考えられるため、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄによって検出される誘導電圧信号の変化から、外乱要因に起因する誘導電圧信号の変化を測定することが可能となる。
【００４０】
演算手段１２は、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂから出力された検出対象特性ループＬ１による誘導電圧信号と、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄから出力された差分処理用ループＬ２による誘導電圧信号が入力されると、これらの信号に基づいて、検出対象特性測定用コイル６ａの出力と検出対象特性測定用コイル６ｂの出力との和と、外乱検出用コイル６ｃの出力と外乱検出用コイル６ｄの出力の和との差分に応じた補正信号を演算する。そして、この演算した補正信号を、電磁気特性測定手段１４へ出力する。
【００４１】
ここで、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂによって検出される誘導電圧信号の外乱要因による変化成分と、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄによって検出される誘導電圧信号の変化成分は、完全に同一では無い。しかしながら、本実施形態では、強磁性体コア２の形状が、四本の脚部１６ａ〜１６ｄを有する断面略Ｈ字形に形成されているため、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂに与える外乱要因の影響と、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄに与える外乱要因の影響が近似することとなる。このため、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂの出力と外乱検出用コイル６ｃ，６ｄの出力との差分を算出し、この差分に応じた補正信号を用いることにより、外乱要因による誘導電圧信号の変化分を減少させることが可能となる。
【００４２】
電磁気特性測定手段１４は、演算手段１２から出力された補正信号が入力されると、この補正信号に基づいて金属被検体１８の電磁気的特性を測定し、その測定結果を表示部に表示する。
したがって、本実施形態の電磁気特性測定装置１であれば、強磁性体コア２の形状を、四本の脚部１６ａ〜１６ｄを有する断面略Ｈ字形としている。また、検出コイル６を、金属被検体１８に対向する二本の脚部１６ａ，１６ｂに巻回された検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂと、金属被検体１８に対向しない二本の脚部１６ｃ，１６ｄに巻回された外乱検出用コイル６ｃ，６ｄとから構成している。
【００４３】
すなわち、強磁性体コア２のうち、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂが巻回される部分と、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄが巻回される部分が、一体化されることとなるとともに、互いに反対方向へ向けられることとなる。
また、励磁コイル４によって金属被検体１８に交流磁束を印加して生じた磁場を、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄによって測定し、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂの出力と外乱検出用コイル６ｃ，６ｄの出力との補正信号を用いて、金属被検体１８の電磁気的特性を測定している。
【００４４】
このため、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂと外乱検出用コイル６ｃ，６ｄとの、不要な相互作用の低減が可能となるとともに、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂと外乱検出用コイル６ｃ，６ｄとの、動作環境及びノイズ環境を近似させることが可能となる。
また、励磁に関する変動、例えば、励磁電流の変動や励磁電流へのノイズの混入等の影響に対して、差分による低減効果が効率良く発揮される。
【００４５】
その結果、局所的な電磁気特性を測定することが可能である、コの字形の強磁性体コア２が有する特性を損なうことなく、外乱の影響を低減させることが可能となるため、金属被検体１８に対する電磁気的特性の測定精度を向上させることが可能となる。
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１であれば、強磁性体コア２の形状を、四本の脚部１６ａ〜１６ｄを有する断面略Ｈ字形としているため、磁気センサ８の構成を、二つのコの字形コアを備えた構成とした場合と異なり、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂと外乱検出用コイル６ｃ，６ｄとの位置関係を、精度良く決める必要が無い。
【００４６】
このため、磁気センサ８の製造が容易となるとともに、電磁気特性測定装置１をコンパクトな構成とすることが可能となる。
その結果、電磁気特性測定装置１の製造効率を向上させることが可能となるとともに、電磁気特性測定装置１の製造コストを低減させることが可能となる。また、電磁気特性測定装置１を用いた、金属被検体１８に対する電磁気的特性の測定方法を適用可能な範囲を拡大することが可能となるとともに、電磁気特性測定装置１の信頼性を向上させることが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施形態の電磁気特性測定装置１であれば、励磁コイル４が、強磁性体コア２の中心またはその近辺に配置されているため、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄによって測定される磁場を、共通して励磁することが可能となる。
このため、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄを用いることによる、差分の効果を更に増加させることが可能となり、金属被検体１８に対する電磁気的特性の測定精度を向上させることが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１であれば、検出対象特性測定用コイル６ａ、検出対象特性測定用コイル６ｂ、外乱検出用コイル６ｃ及び外乱検出用コイル６ｄが、それぞれ、同径の導線によって形成されているとともに、励磁コイル４を中心として、互いに対称となる位置に配置されている。
このため、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄを用いることによる、差分の効果を更に増加させることが可能となり、金属被検体１８に対する電磁気的特性の測定精度を向上させることが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１であれば、演算手段１２が、検出対象特性測定用コイル６ａの出力と検出対象特性測定用コイル６ｂの出力との和と、外乱検出用コイル６ｃの出力と外乱検出用コイル６ｄの出力との和と差分に応じた補正信号を演算している。
このため、補正信号の信号レベルを増幅することが可能となり、金属被検体１８に対する電磁気的特性の測定精度を向上させることが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、検出対象特性測定用コイル６ａの出力と検出対象特性測定用コイル６ｂの出力との和と、外乱検出用コイル６ｃの出力と外乱検出用コイル６ｄの出力の和との差分に応じた補正信号を用いて、金属被検体１８に対する電磁気的特性の測定を行ったが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、検出対象特性測定用コイル６ａの出力と外乱検出用コイル６ｃの出力との差分に応じた補正信号を用いてもよく、検出対象特性測定用コイル６ｂの出力と外乱検出用コイル６ｄの出力との差分に応じた補正信号を用いてもよい。同様に、検出対象特性測定用コイル６ａの出力と外乱検出用コイル６ｄの出力との差分に応じた補正信号を用いてもよく、検出対象特性測定用コイル６ｂの出力と外乱検出用コイル６ｃの出力との差分に応じた補正信号を用いてもよい。もっとも、本実施形態の電磁気特性測定装置１のように、検出対象特性測定用コイル６ａの出力と検出対象特性測定用コイル６ｂの出力との和と、外乱検出用コイル６ｃの出力と外乱検出用コイル６ｄの出力の和との差分に応じた補正信号を用いて、金属被検体１８に対する電磁気的特性の測定を行うことが、補正信号の信号レベルを増幅することが可能となるため、好適である。
【００５１】
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、検出対象特性測定用コイル６ａの出力と検出対象特性測定用コイル６ｂの出力の和と、外乱検出用コイル６ｃの出力と外乱検出用コイル６ｄの出力の和との差分に応じた補正信号、すなわち、二つの検出対象特性測定用コイル６の出力と二つの外乱検出用コイル６の出力の差分に応じた補正信号を用いたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂのうち一方の出力と、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄの出力の和との差分に応じた補正信号を用いてもよい。同様に、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂの出力と、外乱検出用コイル６ｃ，６ｄのうち一方の出力の和との差分に応じた補正信号を用いてもよい。この場合、一方のみの出力を用いるコイルは、例えば、巻数を倍増させる等、二つの出力を用いるコイルに対して、条件が類似となる構成とする。
【００５２】
さらに、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、励磁コイル４を、強磁性体コア２の中心またはその近辺に配置したが、これに限定されるものではなく、励磁コイル４を、強磁性体コア２の中心またはその近辺から離れた位置に配置してもよい。もっとも、本実施形態の電磁気特性測定装置１のように、励磁コイル４を強磁性体コア２の中心またはその近辺に配置することが、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄによって測定される磁場を、共通して励磁することが可能となるため、好適である。
【００５３】
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄを、それぞれ、同径の導線によって形成されているとともに、励磁コイル４を中心として、互いに対称に配置されている構成としたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄを、それぞれ、径の異なる導線によって形成してもよく、また、励磁コイル４を中心として、互いに非対称に配置されている構成としてもよい。この場合、例えば、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄと演算手段１２との間に、各コイルからの出力を増幅可能な増幅手段を介装した構成としてもよい。
【００５４】
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、磁気センサ８が、強磁性体コア２に一つの励磁コイル４及び四つの検出コイル６ａ〜６ｄが巻回されて形成されているが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、磁気センサ８が、強磁性体コア２に二つ以上の励磁コイル４が巻回されて形成されていてもよい。この場合、例えば、脚部１６ａに検出対象特性測定用コイル６が巻回され、脚部１６ｃに外乱検出用コイル６が巻回され、脚部１６ｂ，１６ｄに、それぞれ、励磁コイル４が巻回されている構成としてもよい。
【００５５】
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、検出対象特性測定用コイル６ａ，６ｂ及び外乱検出用コイル６ｃ，６ｄが、それぞれ、演算手段１２に対して独立して接続されているが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、検出対象特性測定用コイル６ａの一端と外乱検出用コイル６ｃの一端を接続するとともに、検出対象特性測定用コイル６ａの他端と外乱検出用コイル６ｃの他端を演算手段１２に接続してもよい。同様に、検出対象特性測定用コイル６ｂの一端と外乱検出用コイル６ｄの一端を接続するとともに、検出対象特性測定用コイル６ｂの他端と外乱検出用コイル６ｄの他端を演算手段１２に接続してもよい。
【００５６】
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、強磁性体コア２を形成する材料として、鋼を用いたが、これに限定されるものではない。すなわち、強磁性体コア２を形成する材料を、例えば、フェライト等、鋼以外の金属強磁性体材料としてもよく、また、他の強磁性体材料としてもよい。要は、強磁性体コア２を形成する材料は、磁気センサ８の設置環境や測定条件等に応じて、適切なものを選択すればよい。この場合、例えば、周囲や測定対象の温度による磁気センサ８への影響に関して特に配慮する必要が無く、また、励磁周波数が高い場合においては、強磁性体コア２を形成する材料として、強磁性体コア２内における渦電流損失が小さいフェライトを用いてもよい。このように、強磁性体コア２を形成する材料としては、使用する温度条件において、磁気的性質が安定している特性を示すものを選択することが好適である。
【００５７】
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、金属被検体１８を鋼帯としたが、これに限定されるものではなく、例えば、金属被検体１８を金属板や鋼管としてもよい。
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１では、脚部１６ａ，１６ｂを金属被検体１８と対向して配置し、脚部１６ｃ，１６ｄには対向する物体が配置されていないが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、脚部１６ｃ，１６ｄと対向する位置に、金属被検体１８と類似の物性を有する金属体等を配置してもよい。
また、本実施形態の電磁気特性測定装置１は、金属被検体１８の電磁気特性自体（鉄損、透磁率、抵抗率等）を測定する以外にも、例えば、抵抗率と温度との関係を利用した温度計や、電磁気特性と粒径との関係を利用した粒径等、様々な用途に適用することが可能である。
【実施例】
【００５８】
以下、図２を参照して、本発明のものと同様の構成を有する電磁気特性測定装置を用い、金属被検体に交流磁束を印加し、その反応を調べることによって、電磁気的特性の差に基づいて、金属被検体を構成する材料の種類を区別した実験結果を示す。
本測定実験の各種条件を、以下に示す。
金属被検体：電磁気的特性の異なる三種類の材料（鋼、アルミ、ハステロイ）
励磁周波数：１[ｋＨｚ]
脚部と金属被検体との間の隙間（リフトオフ）：５[ｍｍ]
二本の脚部の間隔（二本の脚部の中心間距離）：３５[ｍｍ]
強磁性体コアの高さ：４０[ｍｍ]
強磁性体コアの厚さ：２０[ｍｍ]
強磁性体コアの材質：鋼
【００５９】
上記の各条件下において、本発明例を用いた場合と、比較例、すなわち、図４に示すような、コの字形の強磁性体コアを二つ備えた電磁気特性測定装置を用いた場合について、様々な外乱要因のうち、強磁性体コアの温度変化による外乱要因を有する条件下において、金属被検体を構成する材料の電磁気特性を測定した。なお、図２中では、縦軸に、材料の材質による信号変化分を、強磁性体コアの温度変化による信号変化分によって正規化した値を示しており、この値が大きいほど、温度変化による影響を抑制することが可能となっている。
【００６０】
本発明例における、縦軸が示す値の具体的な求め方を以下に示す。
まず、金属被検体を構成する材料として「鉄」を用いた場合における、検出対象特性測定用コイルと外乱検出用コイルとの差分を示す波形から、また、金属被検体を構成する材料として「アルミ」あるいは「ハステロイ」を用いた場合における、検出対象特性測定用コイルと外乱検出用コイルとの差分を示す波形を引いた振幅値を求める。すなわち、材料として「鉄」を用いた場合における差分の測定値から、材料として「アルミ」あるいは「ハステロイ」を用いた場合における差分の測定値の変化分を求める。そして、求めた振幅値を、材料として「鉄」を用いた場合における、強磁性体コアの温度変化（ここでは、２０°から５０°への昇温）による差分波形の振幅変化分によって正規化する。
【００６１】
また、比較例における、縦軸が示す値の具体的な求め方は、本発明例の縦軸が示す値の具体的な求め方における補正信号の代わりに、検出コイルの出力信号を用い、同様の処理を行っている。
図中に示されているように、本発明例では、アルミ及びハステロイの両方の場合において、比較例よりも、材料の材質による信号変化分を、強磁性体コアの温度変化による信号変化分によって正規化した値が、約三倍大きい値となっており、外乱による影響が低減されている。
したがって、本測定実験の結果により、本発明例の電磁気特性測定装置によれば、コの字形の強磁性体コアが有する特性を損なうことなく、外乱の影響を低減させることが可能となることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の電磁気特性測定装置の基本的構成を示す図である。
【図２】実施例における測定結果を示す図である。
【図３】従来の電磁気特性測定装置の基本的構成を示す図である。
【図４】二つのコの字形コアを備えた電磁気特性測定装置の基本的構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１    電磁気特性測定装置
２    強磁性体コア
４    励磁コイル
６    検出コイル
８    磁気センサ
１０  電流供給手段
１２  演算手段
１４  電磁気特性測定手段
１６  脚部
１８  金属被検体
Ｌ１  検出対象特性ループ
Ｌ２  差分処理用ループ
【図１】
2008185436.tif 000003
【図２】
2008185436.tif 000004
【図３】
2008185436.tif 000005
【図４】
2008185436.tif 000006