(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知される物体とセンサ間の相対的動作を検出する感受率センサであって、
複数の電気的性質を有するロビンソンマージナル発振器と、
前記ロビンソンマージナル発振器に接続され、前記発振器によって活性化されてセンサ電磁場を生成するために配置されたタンク回路と、
検知すべき物体が前記センサに対して動いているときに、センサ電磁場に対して生じる電気感受率または磁気感受率の変化に起因した電磁エネルギー損失を検出するための手段と、
前記電磁エネルギー損失を検出するための手段に連結され、検出された電磁エネルギー損失に依存したセンサ出力信号を生成するために配置されたセンサ出力部と、
を備えることを特徴とする感受率センサ。
【請求項２】
センサ電磁場を生成するための手段が交流（ａｃ）場の生成に適合するものである請求項１に記載の感受率センサ。
【請求項３】
センサ電磁場を生成するための手段が交流電流を通すための伝導性コイルを含む請求項１または２に記載の感受率センサ。
【請求項４】
センサ電磁場を生成するための手段が交流電圧下のコンデンサを含む請求項１または２に記載の感受率センサ。
【請求項５】
電気感受率または磁気感受率の変化を与えられるセンサ電磁場が同時に前記発振器内で電磁エネルギー損失の変化を引き起こす請求項１から４のいずれかに記載の感受率センサ。
【請求項６】
センサ電磁場を生成するための手段が共振回路を共に形成するコイルと容量性要素を含む請求項１から５のいずれかに記載の感受率センサ。
【請求項７】
コイルが非平面的である請求項６に記載の感受率センサ。
【請求項８】
前記出力部は共振回路の線質係数（Ｑ）の変化に従って変動する信号を提供し、そのＱ値の変化はセンサ電磁場に与えられる電気感受率または磁気感受率の虚部の変化によってもたらされる請求項６に記載の感受率センサ。
【請求項９】
前記出力部は共振回路の少なくとも一部分を横切る交流電圧の振幅と共に単調的に変動する実質的な直流電圧を生成する検出段階を有する請求項８に記載の感受率センサ。
【請求項１０】
１ギガヘルツを超えた動作を行うためにＲＦ増幅要素として動作するひとつまたはそれ以上のガリウム砒素または高電子移動度トランジスタをさらに含む請求項１から９のいずれかに記載の感受率センサ。
【請求項１１】
検知される物体に関連した物体の電磁場をさらに測定するために、
センサ電磁場を生成するための手段の近傍に配置され、印加された電磁場の大きさと方向あるいはどちらか一方の関数で変動する電気感受率または磁気感受率を有するセンサ要素をさらに含み、
前記センサは、検知される物体に関連した物体の電磁場の大きさと方向あるいはどちらか一方の変化が、前記センサ要素によって受けられると同時に、前記センサ要素の電気感受率または磁気感受率の変化が生じ、それによって前記センサ電磁場が前記発振器の少なくともひとつの電気的性質を変化させる変動電気感受率または変動磁気感受率を受けるようにさらに配置されている請求項１から１０のいずれかに記載の感受率センサ。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれかに記載の感受率センサとセンサによって検知される物体との組み合わせであって、
物体が前記センサと相対的に動かされるときに電気感受率または磁気感受率の変化によりセンサ電磁場を生じさせることを特徴とする組み合わせ。
【請求項１３】
検知される物体が回転に対して不均一である請求項１２に記載の組み合わせ。
【請求項１４】
検知される物体は少なくともひとつの空間的に突き出た部分を有し、所定の時間でのセンサに対するその突き出た部分の位置またはそれぞれの突き出た部分の位置が、当該時間でのセンサ電磁場によって与えられる電気感受率または磁気感受率を定める請求項１３に記載の組み合わせ。
【請求項１５】
検知される物体が歯車である請求項１４に記載の組み合わせ。
【請求項１６】
検知される物体が強磁性、非強磁性、金属またはプラスティック材料から形成される請求項１２から１５のいずれかに記載の組み合わせ。
【請求項１７】
一定振幅の物体の電磁場を生成するための手段が検知される物体に対して配置され、センサに対する前記物体の動作がセンサ要素の電気感受率または磁気感受率の前記変化を生じさせる請求項１２から１６のいずれかに記載の組み合わせ。
【請求項１８】
さまざまな振幅の物体の電磁場を生成するための手段が検知される物体に対して配置され、第２の電磁場の前記振幅の変化がセンサ要素の電気感受率または磁気感受率の前記変化を生じさせる請求項１２から１７のいずれかに記載の組み合わせ。
【請求項１９】
請求項１１に記載の感受率センサと検知される物体との組み合わせであって、検知される物体がそれとともに物体の電磁場を生成するための手段と関連していることを特徴とする組み合わせ。
【請求項２０】
物体の電磁場を生成するための手段が検出される物体に対して配置され、一定振幅の物体の電磁場を生成するとき、センサに対する前記物体の動作が、前記センサ要素の電気感受率または磁気感受率の前記変化を生じさせる請求項１９に記載の組み合わせ。
【請求項２１】
物体の電磁場を生成するための手段が、変化する振幅の物体の電磁場を生成するとき、物体の電磁場の振幅変化が前記センサ要素の電気感受率または磁気感受率の前記変化を生じさせる請求項１９に記載の組み合わせ。
【請求項２２】
複数の電気的性質を有し、かつタンク回路に接続されたロビンソンマージナル発振器を備える感受率センサと、検知される物体との間の相対的動作を検出する方法であって、
前記タンク回路がセンサ電磁場を生成するように、前記ロビンソンマージナル発振器を活性化させるステップと、
センサ電磁場が、前記タンク回路でそれから電磁エネルギーの損失を引き起こす電気感受性または磁気感受率の変化と示されるように、検知すべき物体を前記センサに対して動かすステップと、
物体がセンサに対して動くときに、前記タンク回路での電磁エネルギーの損失によって、前記ロビンソンマージナル発振器の電気的性質の変化を検出するステップと、
物体がセンサに対して動くときに前記ロビンソンマージナル発振器の電気的性質の検出された変化にともなって変化するセンサ出力信号をセンサの出力部で生成するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
検知される物体が回転に対して不均一であり、方法はセンサと相対的に物体を回転させるステップをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記電気的性質の少なくともひとつの変化を検出するステップは、物体がセンサと相対的に動くときに、前記発振器の電磁気的損失の変化を測定することを含む請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記発振器の電磁気的損失の変化を測定するステップは、前記発振器の線質係数の変動を測定することを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記発振器はコイルとコンデンサを含み、方法は共振周波数で前記発振器を動作させるステップと、前記発振器の線質（Ｑ）係数の変化を検出するステップをさらに含む請求項２２から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
検出するステップは、前記発振器の少なくとも一部を横切る交流電圧の振幅を十分な直流電圧に変換することを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
検出される物体においてまたはその近傍で物体の電磁場を生成するステップと、
前記発振器の近傍にあるセンサ要素の電気感受率または磁気感受率の変化を測定することにより、前記物体の電磁場の方向または大きさの変化を検出するステップをさらに含み、その磁気感受率または電気感受率は印加された電磁場の大きさと方向あるいはその一方の関数として変化し、前記物体の電磁場の方向または大きさが変化すると同時に、前記センサ要素は前記発振器の前記電気的性質のうちの少なくともひとつの前記変化を生じさせ、
それによって方法は物体動作とその場所あるいはその近傍で生成された物体電磁場における変化の両方を検知できる請求項２２から２７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は物体とそれに関連した電磁場あるいはどちらか一方の位置を検出するためのセンサに関する。
【０００２】
本発明の第１の形態は、検知される不均一形状物体とセンサ間の相対的動作を検出する感受率センサであって、センサの電磁場を生成する手段を含む発振器と、前記発振器の電気的特性の変化に従って変動する信号を提供する出力部を含み、検知される物体とセンサの電磁場を生成するための手段間の相対的動作により、電磁場に電気感受率または磁気感受率の変化が与えられ、それによって前記発振器の電気的性質のうちの少なくともひとつが変化するようにセンサが配置されている感受率センサを提供する。
【０００３】
電気感受率または磁気感受率の変化の使用は、多くの利点をもたらす。まず、検出される物体はさまざまな材料で形成されてもよい。それは強磁性体、非強磁性体、金属やセラミックプラスティックのような絶縁体でもよい。次に、センサの感度はこれまでの移動センサと比較して非常に高い。さらに、この感度は物体とセンサ間の移動速度に依存しない。
【０００４】
センサの電磁場を生成するための手段は交流（ａ．ｃ．）場を生成してもよい。好ましくはＲＦあるいはマイクロ波周波数である。センサの電磁場は交流電流を通すための伝導性コイルあるいは交流電圧下のコンデンサによって生成されてもよい。
使用すると、センサの電磁場は電気感受率または磁気感受率の変化を受ける。この変化は発振器内で電磁エネルギー損失を変動させる。
【０００５】
センサの電磁場を生成するための手段が共振回路を共に形成するコイルと容量性要素を含んでもよい。この場合、センサの出力部が共振回路の共振周波数の変化に従って変動する信号を提供し、その共振周波数の変化はセンサの電磁場に与えられる電気感受率または磁気感受率の実部の変化によってもたらされてもよい。最も好ましくは、出力部は共振回路の共振周波数の変動に従って単調的に変動する実質的な直流電圧を生成するための周波数／電圧変換器を含んでもよい。
【０００６】
コイルが非平面的であることが好ましい。平面でないコイルの使用には感度の範囲に焦点を合わせるためとより高い空間分解能を得るための能力のような利点がある。
代わりに、センサの出力部は共振回路の線質係数（Ｑ）の変動に従って変化する信号を提供してもよく、そのＱ値の変化はセンサの電磁場に与えられる電気感受率または磁気感受率の虚部の変化によってもたらされてもよい。この場合、出力部は共振回路の少なくとも一部分を横切る交流電圧の振幅と共に単調的に変動する実質的な直流電圧を生成する検出段階を有してもよい。
【０００７】
発振器はロビンソンマージナル発振器、ファン・デル・ポールマージナル発振器あるいは中間的な特徴を持った他の発振器の変形のような自己発振する閉ループ発振器であれば好ましい。特に、ロビンソンマージナル発振器の場合、発振器ループとリミッタ検出器の使用が好ましい。これは潜在的にＵＨＦ帯から直流まで使用でき、増幅雑音に依存しない。
リミッタ検出器と共の発振器ループの使用には、リミッタ検出器がガリウム砒素または高電子移動度トランジスタを含むとき、同様の特別な利点がある。そのようなデバイスの使用は１ギガヘルツ帯まで動作可能であり、空間分解能を向上させる。
【０００８】
特に好ましい形態において、発明のセンサは検知される物体に関連した物体の電磁場の測定もさらに可能である。この場合、センサは、センサの電磁場を生成するための手段の近傍に配置され異方性の電気感受率または磁気感受率を有するセンサ要素からなり、物体の電磁場の大きさまたは方向の変化が検知される物体に関連するようにセンサはさらに配置される。変化をセンサ要素が受けるためである。そのようなセンサでは、センサ要素の電気感受率または磁気感受率の変化を引き起こす。そのとき、センサの電磁場は電気感受率または磁気感受率の変化を受ける。別のいいかたをすれば、発振器の少なくともひとつの電気的性質を変化させる。
【０００９】
このようなセンサはマイクロ波ストリップ線路またはコイルとコンデンサからなるＵＨＦタンク回路の近傍で、分離したセンサ要素により構成されてもよい。そのようなセンサは非常に多様的であり、検出される物体の電気感受率または磁気感受率の両方の変化、あるいは検出される物体に関連する物体の電磁場の大きさまたは方向の変化、あるいはそれらの両方を検出できる。センサ自体は改良を必要とせず、出力部は検知される物体のパラメータの変化に依存しない信号を生成できる。検知される物体が動くと、それに関連した物体の電磁場がなくなり、好ましい実施の形態におけるセンサは効果的に電気感受率または磁気感受率を一定のままにするセンサ要素の存在を無視する。
【００１０】
別の構造で、センサ要素は発振器のコイル上につけられた薄膜またはそれ以外のものとして形成されてもよい。その場合、ストリップライン構造とされてもよい。そのような構造は、発振器が電磁スペクトラムのマイクロ波周波数帯の共振周波数を持つときに特に利点を有する。さらにセンサはマイクロ波動作センサと磁場センサあるいはその一方として動作する。
【００１１】
センサ要素とセンサの電磁場を生成するための手段を共有する複合センサには特別の利点がある。それは、動作する物体と時間に対して変化する電磁場を有する物体を共に測定できる。しかし、センサは動作する物体の測定を必要としない。それゆえ、本発明の第２の形態に関連して、検知される物体に関連した物体の電磁場を検出するための感受率センサを提供する。これは、センサの電磁場を生成するための手段を含む発振器と、センサの電磁場を生成するための手段の近傍に配置され、印加された電磁場の大きさと方向あるいはどちらか一方の関数として変動する電気感受率または磁気感受率を有するセンサ要素と、前記発振器の電気的性質の変化に従って変動する信号を提供する出力部を含み、検知される物体に関連した物体の電磁場の大きさまたは方向の変化が、前記センサ要素によって受けられると同時に、前記センサ要素の電気感受率または磁気感受率の変化が生じ、それによって前記センサの電磁場が発振器の少なくともひとつの電気的性質を変化させる変動電気感受率または変動磁気感受率を受けるようにセンサが配置されている。
【００１２】
センサ要素がランタンストロンチウムマンガン（ＬＳＭＯ）のような巨大磁気抵抗材料から形成されてもよい。そのような材料は非線形の磁化Ｍ（Ｈ）を有する。そのような非線形性は小さい磁場においてさえ生じる。センサは検知される電磁場の発生源にセンサを近づける必要がない程の高い感度を有するからである。クラマース・クローニッヒの関係によれば、これは印加された磁場において磁気感受率の虚部の変動の大きい材料が特に適していることを意味する。そのため、ＬＳＭＯに加えてパーマロイも使用できる。
【００１３】
印加された磁場において磁気感受率の虚部の変動の大きいセンサ要素がこれまで選ばれているが、電気感受率の虚部の変動が印加された電場の関数である材料を代わりにあるいは同様に使用できる。さらに、電気感受率と磁気感受率が共に変動する材料も適している。
【００１４】
発明の第１の形態における特徴は発明の第２の形態においても同様である。
発明の感受率センサは特に所定の物体の検知あるいは測定に適している。その結果、本発明はまた第１の形態の感受率センサとセンサによって検知される不均一形状物体との組み合わせを提供する。不均一形状物体が前記センサに対して動かされると同時に電気感受率または磁気感受率の変化によりセンサの電磁場を生じさせる。
【００１５】
検知される物体が回転に対して不均一であれば好ましい。例えば、物体は少なくともひとつの空間的に突き出た部分を有し、所定の時間でのセンサに対するその突き出た部分の位置またはそれぞれの突き出た部分の位置が、当該時間でのセンサの電磁場によって与えられる電気感受率または磁気感受率を定めてもよい。すなわち、センサと動作する物体に共通する空間の範囲あるいはそれらの中間部分には、検知される動作物体の一部が進むと、その効果によって変動する電気的な磁気感受率を有する動作物体がある。
検知される物体は、ひとつあるいはそれ以上の突出部のあるカムや歯車でも望ましい。
【００１６】
結果として、検知される物体は第２の電磁場生成手段を含んでもよい。これは検知される物体に設置されてもよい。例えば小さな永久磁石である。あるいはそれに関連する他のものでもよい。生成される第２の電磁場は一定の振幅であってもよい。さらに物体がセンサに対して動く場合、センサ要素の電気感受率あるいは磁気感受率が変化する。代わりに、第２の電磁場は変動する振幅であってもよい。例えば、探知される物体のうえあるいは近傍にある小さな電磁石が、探知される物体の状態を示すためにオンとオフされてもよく、センサは検知される物体上の電磁石の変化する磁場を検出できる。これはセンサのセンサ要素の感受率の変化により行われる。
【００１７】
発明はまた第２の形態の感受率センサと検知される物体の結合に拡張される。検知される物体はそれに加えて物体の電磁場の生成手段にも関連するためである。
発明のさらに別の形態で、検知される不均一形状物体とセンサ間の相対的動作を検出する方法を提供する。これは、発振器が電気的性質を複数有し、発振器によってセンサの電磁場を生成するステップと、センサの電磁場が電気感受率または磁気感受率の変化を受けるようにセンサに対して物体を移動し、それにより発振器手段の電気的性質を変化させるステップと、前記電気的性質のうちの少なくともひとつの変化を検出するステップを含む。
【００１８】
検知される物体に関連する物体の電磁場検知方法もまた提供される。方法は発振器が電気的性質を複数有し、発振器によってセンサの電磁場を生成するステップと、検出される物体においてまたはその近傍での物体の電磁場を生成するステップと、前記物体の電磁場の方向または大きさを変動させるステップと、発振器は異方的な磁気または電気感受率を有し、前記発振器近傍にあるセンサ要素の電気感受率または磁気感受率の変動を測定することにより前記物体の電磁場の方向または大きさの変化を検出するステップを含む。
【００１９】
まとめると、本発明は機械的な構成要素、光線、磁場、電場、そのほかの実体の位置と動きを検出するセンサを提供する。これには磁気感受率と電気感受率あるいはどちらか一方の変動を測定する。これらの変動は磁気感受率と電気感受率あるいはどちらか一方を有するセンサの集まり、動作するシステムあるいはその両方におけるいくつかの成分や空間の範囲で結果として生じる。磁気と電気感受率は実数成分または虚数成分あるいはその両方を有しており、その値は検出される機械的あるいはその他の動作によって変調される。
【００２０】
発明は多くの方法で実行されてもよく、いくつかの形態は添付される図を参照して、例示の方法により説明される。
図１  本発明の実施の形態１に係るセンサを示す図である。
図２  本発明の実施の形態２に係るセンサを示す図である。
図３  本発明の実施の形態３に係るセンサを示す図である。
図４  本発明の実施の形態４に係るセンサを示す図である。
【００２１】
図１は、発明の実施の形態１に係るセンサの回路図を示す。回路１０は、タンク回路３０に接続された閉ループロビンソン型発振器２０を有する。タンク回路３０は、コイル５０に並列の可変コンデンサ４０に接続されたコンデンサとコイルを有する。コイル５０は、センサ要素６０に巻きつけられており、ランタンストロンチウムマンガン（ＬＳＭＯ）のような巨大磁気抵抗材料からなる。この材料の感受率は、印加される磁場の変化によって、大きく変化する。
【００２２】
図１の回路におけるトランジスタＴ１とＴ２には３つの機能がある。一つ目は、閉ループロビンソン型発振器２０の動作を維持するための増幅であり、二つ目は、雑音振幅に依存しないフィードバックを行うための制限動作であり、三つ目は、出力部信号を生成するための検出である。トランジスタＴ１とＴ２によるこれら３つの機能は分離されてもよく、それを後述する図２の接続に示す。
【００２３】
発振器２０はタンク回路３０の共振周波数で動作する。その共振周波数は、コイル５０のインダクタンスと可変コンデンサ４０のキャパシタンスで定められる。発振するときの振幅は、タンク回路３０における電気的損失の関数となる。いいかえると、コイル５０による電磁場で与えられる感受率の関数である。これについては後述する。
【００２４】
ＲＦ振幅は、直流信号に変換される。さらにその信号は、回路出力部７０に送るためにトランジスタＴ３とＴ４で増幅される。トランジスタＴ５とＴ６はそれぞれ、供給電力の平滑化と、周波数出力の生成を行う。
図１のセンサによる検知にはさまざまな異なった方法がある。それをこれから説明する。
【００２５】
［１］検知される物体の可変感受率
検知される物体８０は、タンク回路３０のコイル５０部分に設置される。図１の物体８０は、歯車である。歯車が回転し、その歯車は回転に対して不均一であるため、コイル５０で生成された電磁場は、電気感受率または磁気感受率によって歯車の材料に依存した周期的な変動を受ける。特に、回路３０で生成された電磁場による磁気感受率の虚部の変化は、時間の関数である。この変化は、コイル５０のＲＦ損失に変換される。いいかえると、これは回路１０の線量係数Ｑを低くし、さらに回路のＲＦ信号の振幅が変化することである。変化するＲＦ振幅は検出されて、変化する直流電圧に変換される。感受率の変動は回転速度に関連しており、この変動は直接センサの出力電圧において、相当する変動に変換される。
【００２６】
このようにして、図１のセンサは、所定の物体の動作を検知する。今の場合、動作は回転である。この物体はコイル５０による電磁場に対して変動する磁気感受率を示す。これはセンサの利点である。なぜなら、測定に対して磁気材料、非磁気材料、金属で構わないからである。
【００２７】
図１の検知される物体８０は歯車であるが、センサのコイル５０を直線的に通過する不均一形状物体も同様に電磁場に対して感受率の変化を示すと理解される。それゆえ、これも検知される。事実、固定された検知するための不均一形状物体を測定することさえも可能である。例えば、異なる位置にあるコイル５０の配列を置き、それらを切り替え、あるいは検知しようとする固定物体に対してセンサを動かすことによって実現される。
【００２８】
［２］磁場の検出
上述の場合、電気感受率や磁気感受率による変化は検知される物体そのものによってもたらされる。この物体は、不均一形状をもち、センサと相対的に移動させられる。この場合において、センサ要素６０は回路１０の必須要素ではない。前述のとおり物体８０そのものの移動が、コイル５０による場に対して、電気感受率や磁気感受率を変化させるからである。しかしながら、センサ要素６０は印加された磁場の方向と大きさあるいはどちらか一方と共に変化する感受率を有するので、ふたつめの動作モードが、同一回路で提供されてもよい。
【００２９】
ふたつめの動作モードで、検知される物体８０は電磁場の発生源のそのうえに設置される。最も直接的な場合、発生源は単に小さな永久磁石である。物体８０はセンサ１０と相対的に動くので、センサ要素６０において永久磁石による磁場は変化する。前述の説明と同様に、センサ要素６０の感受率の虚部は印加される磁場と共に変化する。コイル５０の近傍のセンサ要素６０によって、コイル５０は変化する磁気感受率を受け、それにより電磁場を生成する。磁気感受率のうち、特に虚部の感受率が変化し、これによって回路１０に電磁気的損失が生じる。そのとき、物体８０そのものの動作による感受率の変化を伴う。例えば前述の通りである。
【００３０】
このふたつめの動作モードは動作する物体８０の測定に限らない。物体８０で生成される電磁場の大きさの変化も同様にセンサ要素６０によって検知される。それゆえ、小さな電磁石が検知される物体の上部または近傍に設置されてもよい。電磁石がオンとオフを切り替えると、センサ要素６０における感受率の変化の効果によって、変化がセンサで検知される。
【００３１】
センサ要素６０の材料の適切な選択により、センサは検出に要求されたいかなる磁場の範囲に対して、適合した感度を有してもよい。例えば、磁場の変化の検出が単に要求され、変化の大きさは重要でない場合、急峻な磁気的特異性を有する磁気材料が選択される。この材料の感度は、非常に大きいが、磁場強度の定量的測定に適していない。対照的に、定量的な磁場強度の測定のために、センサ要素６０に選択される磁気材料は、広い磁場範囲で平滑な磁気的特徴をもつようなものである。この場合、コイル５０によるＲＦ磁場で動くエレクトロニクスは、自ら振動し、高周波閉ループを形成するので、センサはアナログ電圧としてのデータのみならず無線周波数におけるデータも出力する。後者はＭＨｚのオーダーであるが、数Ｈｚのオーダーに対しても測定できる。それゆえ場検出センサは、非常に大きな感度を有し、事実その性能はマイクロホニック雑音のみによって制限される。
【００３２】
図２は変更したセンサ８５を示し、これは図１のセンサ１０より大きくそして分解された処理機能を有する。図２の変更したセンサ８５のタンク回路３０はコイル５０に並列の固定コンデンサ９０とセンサ要素６０を含む。トランジスタＴ１とＴ２は付加的なコンデンサと抵抗と共にチェリー／フーパー増幅器対１００を構成する。チェリー／フーパー対１００の出力は、トランジスタＴ３とＴ４で構成されるリミッタと検出器１１０に供給される。トランジスタＴ３とＴ４はロングテールドペアとして動作する。
【００３３】
図３は別のセンサ配置２００を示す。これは図１と図２のセンサと比較して空間分解能が改善されている。センサ配置２００はコイルＬとふたつのコンデンサＣ１とＣ２を含むタンク回路２１０を有する。タンク回路は、図２のセンサと同様にロングテールドペア検出器２２０に接続される。しかしながら、図２のセンサとは対照的に、ロングテールドペアはトランジスタＴ１とＴ２はＧａＡｓＦＥＴｓまたは高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴｓ）により構成される。そのようなデバイスの使用によって図３のセンサ配置２００の動作周波数はギガヘルツまであげられる。一方、高い効果のロングテールドペア検出器構成は維持している。
【００３４】
ＧａＡｓのようなＩＩＩ‐Ｖデバイスの典型的な低入力インピーダンスは、タンク回路のインピーダンスが低くされていることを要求する。コイルＬは典型的なワイヤの一重ループであるため、これはコンデンサＣ１とＣ２のコンデンサタッピングによって実現される。可変コンデンサＣ５は図３でも使用される。これはフィードバックされる電流パルスの大きさを調節するためであり、いいかえれば、発振の振幅は調節されてもよい。
【００３５】
ふたつのダイオードＤ１とＤ２は−１．２Ｖの負電位を規定する。これにエミッタ抵抗が取り付けられる。この１．２Ｖ電位は典型的な＋／−１５ボルトの電圧レールより小さいので、エミッタ抵抗は１５／１．２で小さくなる。いいかえれば、検出効率が１５／１．２倍改善する。なお、検出効率は、エミッタ抵抗のコンダクタンスに比例する。
ロングテールドペアＴ１とＴ２に適しているトランジスタには、ＢＦＥ５０５、ＢＦＥ５２０、ＢＦＧ５０５、ＢＦＧ５２０、ＢＦＧ５９０のようなものがある。
【００３６】
図４は、センサ１２０の一部分である。これは、特にＵＨＦ周波数よりマイクロ波を使用した物体８０の検知に適している。発振器、リミッタ、検出器を構成している図１、図２、図３の構成要素は図４のセンサ１２０においてひとつのブロックにまとめられており、これをマイクロ波トランジスタＴ１で表す。図４のタンク回路３０’は伝送線路に類似している。誘導性と容量性関数はマイクロ波周波数において明らかに小さくなるからである。センサ要素６０’は、タンク回路３０’のストリップ線路につけられた磁気薄膜である。センサ要素６０’の感受率の変化はトランジスタＴ１における特性の異なる部分にはたらき、それゆえ異なった直流電流が出力される。この直流電流は関連する制御エレクトロニクスによって出力電圧の変動に変換される。この制御エレクトロニクスは図示されていない。
【００３７】
図１から図４で述べたセンサは、多様的であり、これはさまざまな材料でできた不均一形状物体を定量的や定性的に検出や測定できる。同時にセンサ素子の使用は、センサ素子が電気分極率と磁化率あるいはどちらか一方を有するので、検知される物体での磁場の大きさと方向あるいはどちらか一方の定性的測定と定量的測定を可能にする。ここで電気分極率と磁化率は印加される磁場の方向と大きさあるいはどちらか一方により変化する。センサ素子の形状はそれが大きすぎる場合を除いて重要でない。大きすぎる場合、センサの空間分解能が劣化する。しかしながら、センサ素子そのものの中に共振回路を配置するのに役立つ。これにより、コイルによって生成される電磁場の最大透過率を確定できる。これは、コイルそのものにセンサ素子をつけることに対する利点の理由のひとつである。
【００３８】
上述されたセンサは既にモータ付車両から内部燃焼エンジンの配電器でテストされている。センサに対するローターの回転動作は周期的な変化となるために、センサコイルでの感受率を引き起こす。センサは点火時間を制御できる信号を生成する。この適用について、センサは従来のセンサにより高い利点があると示されている。なぜなら、長時間１０００ＯＣを超える温度に耐え、優れた信号雑音比を有し、実際マイクロホニック雑音のみで制限されるからである。さらに、センサは除去されるための低エンジン速度において「スキッピング」でき、内部燃焼エンジンから大量の炭酸水素放出を削減する。センサはローターが金属的や磁気的でなくてもその動きを検出できる。センサのさらなる利点は、ローター速度にかかわらず大出力信号を生成可能なことである。
センサを非常に安価で製作できることも理解されるであろう。
【００３９】
センサの別の適用は地下に埋められたプラスティック材料の検出である。この場合、センサを埋められたプラスティック材料に対して動かす必要がある。これは探知棒の上にセンサを設置し、この探知棒を地面に挿入することで実行されてもよい。挿入している間、センサは検出される信号の原因となるプラスティック材料に対して動く。出力信号はプラスティック材料と探知棒間の相対的な速度に依存しないので、検出を成功させるために探知棒を特別な速度で挿入する必要がない。この代わりに、センサの配列が空間的に互いに離れて設置された固定探知棒によって、連続して測定されてもよい。
【００４０】
代わりの適用は、例えばプラスティック製ケーブル、パイプ、非金属公共事業用パイプの検出について検討されている。プラスティック製ケーブルの一例は、ファイバー光ケーブルである。さらに、センサは血液のような不均一流動体の流れを検出することも可能である。
この発明の原理を理解することにより、ほかの適用は当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係るセンサを示す図である。
【図２】  本発明の実施の形態２に係るセンサを示す図である。
【図３】  本発明の実施の形態３に係るセンサを示す図である。
【図４】  本発明の実施の形態４に係るセンサを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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