(57)【要約】      （修正有）【課題】ノイズの影響を抑制し、高精度で被測定対象の信号を検出することのできる信号検出装置を提供する。【解決手段】信号検出装置は、同一平面上に配置された３個以上のセンサと、センサの出力信号に従って被測定対象の信号を処理する信号処理手段とを備える。信号処理手段は、第１のセンサ、第２のセンサの各々から供給された信号を入力するステップと、第１のセンサと第２のセンサから供給された信号を用いて、第１のセンサから供給された信号の第２のセンサから供給された信号への回帰式Ｔ１を作成するステップと、第１のセンサを基準として、第２のセンサと対の関係にある第３のセンサを特定するステップと、第１のセンサと第３のセンサから供給された信号とを用いて、第１のセンサから供給された信号の、第３のセンサから供給された信号への回帰式Ｔ２を作成するステップと、作成した回帰式Ｔ１とＴ２を用いて信号処理を行うステップとを有する。【選択図】図２
2017125719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に配置された３個以上のセンサと、
前記センサの出力信号に従って前記被測定対象の信号を検出する信号処理検出手段とを備える信号検出装置であって、
前記信号処理検出手段は、
第１のセンサ、第２のセンサのそれぞれから供給された信号を入力するステップと、
前記第１のセンサから供給された信号と、前記第２のセンサから供給された信号と、を用いて、前記第１のセンサから供給された信号の第２のセンサから供給された信号への回帰式Ｔ１を作成するステップと、
前記第１のセンサを基準として、第２のセンサと対の関係にある第３のセンサを特定するステップと、
前記第１のセンサから供給された信号と、前記第３のセンサから供給された信号と、を用いて、前記第１のセンサから供給された信号の、前記第３のセンサのから供給された信号への回帰式Ｔ２を作成するステップと、
前記作成した回帰式Ｔ１とＴ２を用いて（１）式より信号処理を行うステップと、を有する信号検出装置。
Ｓ＝Ｓ１−１/２（Ｔ１+Ｔ２)…(１)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数センサを有する信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象からの信号を検出して被測定対象の状態を把握し、その把握した状態に従って種々の必要な処理を行なうことが、さまざまな分野において行なわれている。このような信号計測においては、ノイズなどの外乱の影響を抑制して、被測定対象からの信号を正確に検出することが要求される。このような信号処理に関する従来技術を開示する文献として、例えば特許文献１が挙げられる。
【０００３】
特許文献１において、各々が個々に被測定対象からの信号を検出する複数のセンサと信号処理検出手段を有する信号検出装置であって、複数のセンサの出力信号の少なくとも１対の差分を取る差分手段を含む信号処理を行うことにより、信号に対するノイズの影響を抑制できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５１７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の信号検出装置では各センサの感度差や、各センサとノイズ発生源との距離差の影響を考慮することが出来ず、ノイズ低減効果が十分ではなかった。
【０００６】
それゆえ、この発明の目的は、ノイズの影響を抑制し、高精度で被測定対象の信号を検出することのできる信号検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、同一平面上に配置された３個以上のセンサと、前記センサの出力信号に従って前記被測定対象の信号を検出する信号処理検出手段とを備える信号検出装置であって、前記信号処理検出手段は、第１のセンサ、第２のセンサのそれぞれから供給された信号を入力するステップと、前記第１のセンサから供給された信号と、前記第２のセンサから供給された信号と、を用いて、前記第１のセンサから供給された信号の第２のセンサから供給された信号への回帰式Ｔ１を作成するステップと、前記第１のセンサを基準として、第２のセンサと対の関係にある第３のセンサを特定するステップと、前記第１のセンサから供給された信号と、前記第３のセンサから供給された信号と、を用いて、前記第１のセンサから供給された信号の、前記第３のセンサのから供給された信号への回帰式Ｔ２を作成するステップと、前記作成した回帰式Ｔ１とＴ２を用いて（１）式より信号処理を行うステップと、を有する信号検出装置である。
【０００８】
Ｓ＝Ｓ１−１/２（Ｔ１+Ｔ２)  …  (１)
【発明の効果】
【０００９】
かかる信号検出装置であれば、複数のセンサにおいて、同じノイズ成分を検出しつつ、第１のセンサを基準として、対の関係にある第２のセンサと第３のセンサの信号を用いることによりノイズ間の距離差を考慮しつつ、回帰式を作成することによって、各センサの検出精度を考慮できるため、ノイズの影響を抑制し、高精度で被測定対象の信号を検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態 に従う信号検出装置の全体構成の側面視を示す概略図である。
【図２】図１ に示す信号検出器本体に含まれるセンサの配置の一例を概略的に示す図である。
【図３】図１ に示す制御・表示・検出装置内の信号処理部の構成を概略的に示す図である
【図４】本発明の一実施形態 に従う信号検出装置のデータ検出結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態 に従う信号検出装置のデータ検出結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識に基づいて実施することができる。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態に従う信号検出装置の構成を概略的に示す図である。図１において、信号検出装置１は、磁気シールド（図示せず）内に配置される複数の磁気センサ３０を含み、それぞれ、個々に被検体１０（被検査対象物）からの磁場を検出する。複数の磁気センサを配置することにより、後に説明するように、磁気センサ出力信号に含まれる外乱信号による信号成分を除去する処理を行うことが可能となる。なお、本実施の形態では磁気センサとして、磁気インピーダンス効果を用いたＭＩセンサを用いたが、磁気を測定できるものであれば特に限定されず、例えばＳＱＵＩＤセンサ等を用いてもよい。
【００１３】
また、図１において、搬送路４が被検体１０を、信号検出装置１の検査範囲内に搬入し、また検査後この被検体１０を搬出する。この搬送路４が被検体１０を搬送する方法により、例えば製品ラインにおいて連続的に被検体の検査を行うことができる。
【００１４】
この被検体１０の被検査対象物は磁性異物である。図１および図２に示すように、磁気センサにて確実に磁性異物を検出するために、搬送方向において磁気検出器より上流側において、この磁性異物を磁化する、帯磁装置２を設けてもよい。この帯磁装置２は、被検体１０を挟むように配置される磁石２０を含む。これらの磁石２０は、希土類磁石などの強力な永久磁石または電磁石で構成され、一定強度の直流磁界を生成し、被検体１０に含まれる被検査対象物（磁性異物）を確実に、顕在化させる。
【００１５】
この搬送路４および複数の磁気センサ３０の検出動作を制御するために、制御装置４０が設けられる。この制御装置４０は、磁気センサ３０の出力信号の処理を行い、磁性異物有無の検出を行なう。この磁気センサの出力信号の処理として、後に詳細に説明するように、基準とする磁気センサの出力信号と、前記磁気センサを基準にして対の関係にある一対の磁気センサの出力信号を用いて、回帰式を作成する処理を行うことにより、環境磁場などの外乱信号の影響を抑制することができる。
【００１６】
図２は、図１ に示す信号検出器本体に含まれるセンサの配置の一例を概略的に示す図である。図２において、磁気センサ３０として、複数の磁気インピーダンス効果を用いたＭＩ磁気センサが、図中の１ｃｈ〜１０ｃｈおよび２２ｃｈ〜３２ｃｈの位置のように、被検体１０の搬送方向と、直交する方向と、にそれぞれ整列して所定の間隔を置いて配置される。被検査対象物（磁性異物）１１が、たとえば図２中の８ｃｈの直下近傍を搬送される場合、８ｃｈの位置にある磁気センサ（第１の磁気センサ）と被検査対象物（以下、単に異物と称す）１１との距離と、６ｃｈの位置にある磁気センサ（第２の磁気線センサ）および１０ｃｈの位置にある磁気センサ（第３の磁気センサ）はそれぞれ異物１１との距離が異なる。これら６ｃｈ〜１０ｃｈの位置にある磁気センサの出力信号各々と異物１１との距離の差を利用して、８ｃｈの位置にある磁気センサ（第１の磁気センサ）と、第１の磁気センサを中心として対の関係にある１対のセンサである、６ｃｈの位置にある磁気センサ（第２の磁気線センサ）および１０ｃｈの位置にある磁気センサ（第３の磁気センサ）の各々の出力信号を用いて回帰式を作成し、第１の磁気センサに出力信号と、各回帰式の平均値の差分を取るため、外乱信号の影響を相殺することができる。すなわち、地球磁場、モーター等の環境磁場などの外乱信号の影響は、各磁気センサ間よりも十分に広い距離にある信号源から発生されるため、各磁気センサで検知する外乱信号の大きさは、ほぼ同等となる。よって、各々の出力信号を用いて回帰式を作成し、第１の磁気センサに出力信号と、各回帰式の平均値の差分を取ることにより、このノイズ成分を低減することができる。
【００１７】
図３は、図１、図２に示すセンサにより得た出力信号を処理する回路（信号処理部）の構成を概略的に示す図である。図３において、信号処理部は、第１の磁気センサ３０ｂおよび第２の磁気センサ３０ａに対して設けられる回帰式設定回路５０ａと第１の磁気センサ３０ｂおよび第３の磁気センサ３０ｃに対して設けられる回帰式設定回路５０ｂと、これらの回帰式設定回路５０ａ、５０ｂで設定した回帰式Ｔ１、Ｔ２の平均値と、第１の磁気センサ３０ｂの信号検出信号Ｓ１との差分を取り、最終検出信号Ｓを生成する総和回路５２とを含む。
【００１８】
回帰式設定回路５０ａは第１の磁気センサ３０ｂおよび第２の磁気センサ３０ａの出力信号Ｓ１およびＳ２より、Ｓ１＝α×Ｓ２+βとなる回帰式Ｔ１を求める。回帰式設定回路５０ｂは第１の磁気センサ３０ｂおよび第３の磁気センサ３０ｃの出力信号Ｓ１およびＳ３より、Ｓ１＝α×Ｓ３+βとなる回帰式Ｔ２を求める。
【００１９】
総和回路５１は、これらの回帰式設定回路５０ａ、５０ｂの出力信号の平均値を算出し、第１の磁気センサの出力信号Ｓ１との差分を計算することで最終検出信号Ｓを生成しており、したがって、この最終検出信号Ｓは次式で表わされる。
【００２０】
Ｓ＝Ｓ１−１/２×（Ｔ１+Ｔ２)
ここで、第１〜第３の磁気センサ３０ａ‐３０ｃの検出磁場は微小磁場であり、センサ出力電圧もきわめて小さい。従って、これらの磁気センサ３０ａ‐３０ｃの出力電圧を積分して増幅してＳ１、Ｓ２、Ｓ３および最終検出信号Ｓが生成される。しかしながら、これらの信号電圧の前処理を行う積分回路および増幅回路の構成については示していないが、通常のＦＬＬ回路（フラックス・ロックト・ループ回路）を用いて検出磁場に対応する電圧信号が生成される。
【００２１】
いま、図３に示すように、被検体の被検査対象物４０から、磁場Ｈ１、Ｈ２およびＨ３が磁気センサ３０ａ‐３０ｃへそれぞれ印加される状態を考える。磁界強度は、距離の三乗に反比例する。したがって、この被検査対象物４０から磁気センサ３０ａ‐３０ｃへの距離がそれぞれ異なり、したがって、磁気センサ３０ａ‐３０ｃがそれぞれ検出する磁界Ｈ１、Ｈ２およびＨ３は、それぞれ強度が異なる。
【００２２】
一方、ノイズによる外乱信号ＮＺからの距離は、磁気センサ３０ａ‐３０ｃ間の間隔（図２の６ｃｈ、８ｃｈ、１０ｃｈ間の間隔）よりも長い。従って、外乱信号ＮＺはほぼ一様の強度を持って各磁気センサ３０ａ‐３０ｃへ供給される。したがって、これらの磁気センサ３０ａ‐３０ｃの出力信号Ｓ１、Ｓ２およびＳ３には、同じ大きさの外乱信号ＮＺに対応するノイズ成分が含まれる。また、これらの磁気センサ３０ａ‐３０ｃの出力信号Ｓ１‐Ｓ３は、それぞれ磁場Ｈ１、Ｈ２およびＨ３の強度に対応する信号成分を含んでおり、それぞれの目標検出信号成分（出力信号からノイズ成分を除いた信号成分）の大きさが異なる。
【００２３】
したがって、回帰式設定回路５０ａ、５０ｂそれぞれにおいて出力信号から回帰式を算出することにより、外乱信号ＮＺに対応するノイズ成分が相殺され、それぞれ被検査対象物４０から供給された磁場Ｈ１、Ｈ２およびＨ３の差に対応する信号成分が生成される。
【００２４】
これらの回帰式設定回路５０ａ、５０ｂのそれぞれにおいて、算出した回帰式の平均値を計算し、第１の磁気センサの出力信号Ｓ１との差分を計算することにより、検出精度を改善することができる。
【００２５】
なお、差分絶対値回路５０ａ、５０ｂの構成としては、アナログ的に処理を実行するため、演算増幅器を利用することができ、また、総和回路５２に対しても、同様、演算増幅器を利用することができる。
【００２６】
また、信号が、コンピュータ端末などで制御・表示・検出回路が構成される場合、信号がデジタル的に処理されて、これらの差分絶対値処理および加算（総和）処理が、コンピュータ端末内においてソフトウェアまたは演算プロセッサを利用してデジタル的に実行されても良い。
【００２７】
なお、上述の構成においては、磁気センサ３０として、被検体の搬送方向と直交する方向に３個の磁気センサ３０ａ−３０ｃが整列して配置されている。しかしながら、この磁気センサ３０の数は、４個以上であってもよく、磁気センサの対それぞれについてまたは少なくとも２対に対して、差分絶対値を求めて加算する構成が用いられればよい。この場合、すべての対について差分絶対値を求めることは特に要求されない。
【００２８】
図４は、この発明の実施の形態に従う磁気検出装置の信号処理結果の一例と、先行文献１記載の信号処理方法による信号処理結果を示す図である。図４においては、横軸に時間（秒）を示し、縦軸に検出信号（ｍＶ）を示した。測定条件は、被検査対象物（磁性異物）を設置せず、磁気センサとして３つのＭＩセンサ３０ａ、３０ｂおよび３０ｃを用いて、外乱信号を測定し、各磁気センサが検出したＳ２、Ｓ１、Ｓ３の信号から、最終検出信号Ｓを算出する処理を行った。これらの磁気センサ３０ａ、３０ｂおよび３０ｃは、それぞれ、互いに距離４ｍｍ離れて、被検体搬送方向と直交する方向に整列して配置される。被検査対象物（異物）１１を、中央の磁気センサ３０ｂ直下においてセンサ３０ｂの位置から距離８０ｍｍの位置で検出する。なお、図４において、先行文献１記載の方法として、最終検出信号Ｓ＝｜Ｓ１−Ｓ２｜＋｜Ｓ２−Ｓ３｜＋｜Ｓ３−Ｓ１｜として信号処理を行った。また、この発明の実施の形態に従う磁気検出装置の信号処理方法としては、Ｓ１とＳ２より回帰式Ｔ１を作成し、Ｓ１とＳ３より回帰式Ｔ２を作成し、最終検出信号Ｓ＝Ｓ１−１／２×（Ｔ１＋Ｔ２）とする信号処理を行った。
【００２９】
この図４において、この発明の実施の形態に従う磁気検出装置であれば、特許文献１の方法よりもノイズによる外乱信号を抑制できることが分かった。よって、ノイズの影響を抑制し、特許文献１よりも高精度で被測定対象の信号を検出することができる。
【００３０】
図５は、この発明の実施の形態に従う磁気検出装置を用いて、信号処理前の検出信号と最終検出信号を導出した結果を示す図である。この図５において、横軸に検出可能な異物の直径（μｍ）を示し、縦軸に磁束密度（ｎＴ）を示す。なお、この図５においては、信号処理前の実データ（たとえばセンサ３０ｂの出力信号Ｓ２）の磁界強度検出信号と、回帰式を求め、最終検出信号として処理した磁界強度検出信号と、を一例として示している。
【００３１】
この図５に示されるように、この発明の実施の形態に従う磁気検出装置を用いて信号処理を行うことにより、ノイズに起因する外乱信号の成分（信号処理前ノイズ）が低下することが分かる。よって、信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）＝３の値を検出限界とすると、処理前では直径２００μｍ以上の異物しか検知できないのに対し、この発明の信号処理により、直径６０μｍ以上の異物が検知できる。
【００３２】
したがって、この図５ に示すように、各信号の差分より回帰式を求め、最終検出信号Ｓとして利用することにより、環境磁場などのノイズの影響を確実に抑制して、正確に被検体への被検査対象物からの信号を検出することができる。
【００３３】
また、より一般的に、被検査対象物の発生する信号を検出するセンサに対しても、同様の手法を利用して、各信号の差分より回帰式を求め、最終検出信号Ｓとして利用することにより、被検査対象物からの信号のＳ／Ｎ比を改善して、正確に信号検出を行なうことができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、磁場の検出対象を磁性異物などとしたが、これに限らず、磁場の検出対象は生体磁場であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明は、一般に、被測定対象の発生する信号を検出する信号検出装置に適用することができる。特に、ＭＩ磁気センサを用いて微弱信号を検出する磁気検出装置に対して本発明を適用することができ、製品ラインなどにおいて、その場で、ノイズの影響を抑制し、高精度で被測定対象の信号を検出することのできる磁気検出装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  信号検出装置、２  帯磁装置、３  ノイズ発生源、１０  被検体、１１  異物  ２０  磁石、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  磁気センサ、４０  制御装置、５０ａ，５０ｂ  回帰式設定回路、５１  総和回路。
【図１】
2017125719.tif 000003
【図２】
2017125719.tif 000004
【図３】
2017125719.tif 000005
【図４】
2017125719.tif 000006
【図５】
2017125719.tif 000007