(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出する方法であって、
前記振動板（２）の共振周波数と一致する周波数の交番電流を前記駆動コイル（４）に印加し、該駆動コイルのインピーダンス変化を、流れる電流の大きさや位相で連続的に監視して、変化の大きさを検出することを特徴とする、コイルインピーダンス検出方法。
【請求項２】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出する方法であって、
前記振動板（２）の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながら前記駆動コイル（４）に印加し、掃引中の駆動コイル（４）のインピーダンスの変化を計測することを特徴とする、コイルインピーダンス検出方法。
【請求項３】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出する方法であって、
前記振動板（２）の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながら前記駆動コイル（４）に印加し、掃引により発生する干渉成分の大きさに応じて検出信号を出力することを特徴とする、コイルインピーダンス検出方法。
【請求項４】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する方法であって、
前記振動板（２）の共振周波数と一致する周波数の交番電流を前記駆動コイル（４）に印加し、該駆動コイル（４）のインピーダンス変化を、流れる電流の大きさや位相で連続的に監視して、変化の大きさを検出し、前記検出したインピーダンスの変化と基準値とを比較して物体の有無を検出することを特徴とする、物体検出方法。
【請求項５】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する方法であって、
前記振動板（２）の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながら前記駆動コイル（４）に印加し、掃引中の駆動コイル（４）のインピーダンスの変化を計測し、前記計測された掃引中のインピーダンスの最大変化と基準値とを比較して物体の有無を検出することを特徴とする、物体検出方法。
【請求項６】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する方法であって、
前記振動板（２）の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながら前記駆動コイル（４）に印加し、掃引により発生する干渉成分の大きさを基準値と比較して物体の有無を検出することを特徴とする、物体検出方法。
【請求項７】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する装置であって、
前記振動板の共振周波数と一致する周波数の交番電流を前記コイルに印加する交流電流印加回路（２１〜２３）と、
前記交流電流印加回路によって交流電流を印加したときの駆動コイルのインピーダンス変化を、流れる電流の大きさや位相で連続的に監視して、変化の大きさを検出するインピーダンス変化検出回路（２４〜２７）と、
前記インピーダンス変化検出回路で検出したインピーダンスの変化と基準値とを比較して物体の有無を検出する物体検出回路（２９）とを備えたことを特徴とする、物体検出装置。
【請求項８】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する装置であって、
前記振動板（２）の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながら前記駆動コイル（４）に印加する交流電流印加回路（２１〜２３）と、
前記交流電流印加回路によって交流電流を掃引中の駆動コイルにおけるインピーダンスの変化を計測するインピーダンス変化計測回路（２４〜２７）と、
前記インピーダンス変化計測回路によって計測された掃引中のインピーダンスの最大変化と基準値とを比較して物体の有無を検出する物体検出回路（２９）を備えたことを特徴とする、物体検出装置。
【請求項９】
検出パイプ（１）内の振動板（２）に設けたマグネット（３）に若干のギャップを介して対向させた駆動コイル（４）の振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する装置であって、
前記振動板の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながら前記駆動コイルに印加する交流電流印加回路（２１〜２３）と、
前記交流電流印加回路による交番電流の掃引により発生する干渉成分の大きさを抽出する干渉成分抽出回路（２６）と、
前記干渉成分抽出回路によって抽出された干渉成分と基準値とを比較して物体の有無を検出する物体検出回路（２９）を備えたことを特徴とする、物体検出装置。
【請求項１０】
前記干渉成分抽出回路は、掃引する周波数と振動体の機械的振動とによって生じる干渉の位相差を検出することを特徴とする、請求項９に記載の物体検出装置。
【請求項１１】
前記干渉成分抽出回路は、掃引する周波数と振動体の機械的振動とによって生じる干渉の位相のピーク値を検出することを特徴とする、請求項９に記載の物体検出装置。
【請求項１２】
前記干渉成分抽出回路は、前記駆動コイルに流れる電流を検出して干渉の位相差または干渉の位相のピークを検出することを特徴とする、請求項９に記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は振動式レベルセンサの振動コイルインピーダンス検出方法、これを用いた物体検出方法および装置に関する。より特定的には、この発明は振動コイルに高速で周波数信号を掃引するときに発生する印加電圧と、逆起電圧の干渉により発生するビート電圧をと検出して振動コイルインピーダンスを検出する検出方法、これを用いた物体検出方法および装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
図１８Ａから図１８Ｃは従来の振動式レベルセンサの概略ブロック図であり、特開平１１−３５１９４４号公報に記載されているものである。図１８Ａにおいて、検出パイプ部１は、その基部１１が固定端とされ、その先端部が閉塞部１２で閉塞されて自由端とされ、折返し片持ち梁を構成している。検出パイプ部１の内部には、細長い矩形状の振動片２が設けられる。すなわち、振動片２の一端は検出パイプ部１の閉塞部１２に固着され、他端には永久磁石３が設けられて自由端とされる。
【０００３】
さらに、振動片２の軸方向と向き合うように電磁石４が検出パイプ部１の内壁に密着するように取付けられる。電磁石４が交流電流で駆動されると、電磁石４が発生する磁界と、永久磁石３の磁界の吸引反発作用により、振動片２と閉塞部１２と検出パイプ部１が基部１１を固定端として折返し片持ち梁の振動が発生される。
【０００４】
検出パイプ部１の基部１１側における内側の壁には歪検出素子５が設けられる。歪検出素子５は検出パイプ１の基部１１側の振動振幅状態を検知して電気信号に変換し、増幅回路６に与える。増幅回路６は入力された信号を増幅して再び電磁石４に入力する。
【０００５】
電磁石４に加えられる電流の極性と電磁石４に発生する磁界との関係が図１８Ｂに示す関係であるとすると、電磁石４の永久磁石３に向き合う極がＮ極となり、このＮ極と振動片２に取付けられた永久磁石３のＳ極との間には吸引力が生じ、永久磁石３のＳ極とＮ極との間には反発力が生じ、振動片２の自由端は図１８Ｂにおいて上側に力を受けて変位することになる。
【０００６】
逆に、電磁石４に加わる電流の極性を逆にすると、図１８Ｃに示すように、電磁石４の永久磁石３に向かい合う側の極性が逆転してＳ極となり、このＳ極と振動片２の永久磁石のＳ極とが反発し、Ｎ極と吸引するために振動片２の自由端は下側に力を受け振動モードが変化する。したがって、電磁石４に加わる電流の極性を折返し片持ち梁の振動系の固有振動周波数に合わせて切換えることにより、振動を生じ、継続させることができる。
【０００７】
図１８Ａから図１８Ｃに示した例では、振動系の振動を検出素子５で検出して電気信号に変換し、増幅回路６で増幅して再び電磁石４に入力するとともに、検出回路７から検出信号を出力する。振動の検出素子５として圧電素子や加速度ピックアップが用いられるが、圧電素子は割れやすく、検出パイプに接着剤で貼り付けることによる環境性や温度特性などの影響を受けやすく圧電素子そのものの信頼性が低いという問題もある。
【０００８】
その他に、たとえば特開平５−８７６１２号公報に示されている検出回路を用いる方法もある。すなわち、この方法では位相比較回路と、ループフィルタ（積分回路）と、電圧制御発振回路（ＶＣＯ回路）によりＰＬＬ回路を構成し、前置発振回路を被検出物に応じた発振周波数で発振させ、発振周波数をＰＬＬ回路の位相比較回路に入力し、ＶＣＯ回路の周波数信号と周波数比較を行うことで被検出物を検知する。
【０００９】
しかし、上述の従来例においては、検出回路の部品点数が多くなり、コストが高くなり構造的にも複雑になり、組み立て工数も多くなってしまうという問題がある。部品点数が増えることは信頼性の低下にもつながる。
【００１０】
それゆえに、この発明の主たる目的は、高速掃引時に発生する印加電圧と逆起電圧の干渉により発生するビート電圧を検出し、その大きさで粉体の有り無しを判断し得る振動式レベルセンサの振動コイルインピーダンス検出方法、これを用いた物体検出方法および装置を提供することである。
【００１１】
【発明の開示】
この発明は、検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出する方法であって、振動板の共振周波数と一致する周波数の交番電流をコイルに印加し、該コイルのインピーダンス変化を、流れる電流の大きさや位相で連続的に監視して、変化の大きさを検出する。
【００１２】
他の発明は、検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出する方法であって、振動板の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながら駆動コイルに印加し、掃引中の駆動コイルにおけるインピーダンスの変化を計測する。
【００１３】
また、他の発明は検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出する方法であって、振動板の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながらコイルに印加し、掃引により発生する干渉成分の大きさに応じて検出信号を出力する。
【００１４】
さらに、他の発明は、検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する方法であって、振動板の共振周波数と一致する周波数の交番電流をコイルに印加し、該コイルのインピーダンス変化を、流れる電流の大きさや位相で連続的に監視して、変化の大きさを検出し、検出したインピーダンスの変化と基準値とを比較して物体の有無を検出する。
【００１５】
さらに、他の発明は、検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する方法であって、振動板の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながらコイルに印加し、掃引中のコイルのインピーダンスの変化を計測し、計測された掃引中のインピーダンスの最大変化と基準値とを比較して物体の有無を検出する。
【００１６】
さらに、他の発明は、検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する方法であって、振動板の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながらコイルに印加し、掃引により発生する干渉成分の大きさを基準値と比較して物体の有無を検出する。
【００１７】
さらに、他の発明は、検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する装置であって、振動板の共振周波数と一致する周波数の交番電流を前記コイルに印加する交流電流印加回路と、交流電流を印加したときのコイルのインピーダンス変化を、流れる電流の大きさや位相で連続的に監視して、変化の大きさを検出するインピーダンス変化検出回路と、検出したインピーダンスの変化と基準値とを比較して物体の有無を検出する物体検出回路とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
さらに、他の発明は、検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する装置であって、振動板の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながらコイルに印加する交流電流印加回路と、交流電流印加回路によって交流電流を掃引中のコイルのインピーダンスの変化を計測するインピーダンス変化計測回路と、インピーダンス変化計測回路によって計測された掃引中のインピーダンスの最大変化と基準値とを比較して物体の有無を検出する物体検出回路とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
さらに、他の発明は、検出パイプ内の振動板に設けたマグネットに若干のギャップを介して対向させた電磁石のコイルの振動周波数におけるインピーダンスを検出して物体の有無を検出する装置であって、振動板の共振周波数を含む近傍の周波数の交番電流を掃引しながらコイルに印加する交流電流印加回路と、交番電流掃引により発生する干渉成分の大きさを抽出する干渉成分抽出回路と、干渉成分抽出手段によって抽出された干渉成分と基準値とを比較して物体の有無を検出する物体検出回路とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
【発明を実施するための最良の形態】
まず、この発明の実施形態について説明する前に、図１を参照してこの発明の原理について説明する。図１において、検出パイプ１と振動板２と永久磁石３と駆動コイル４は図１８Ａから図１８Ｃに示した従来例と同様にして構成されるが、振動板２の共振周波数は３８０Ｈｚとなるように選ばれており、この振動板２を振動させるために駆動コイル４は鉄心に０．１２φのコイルを１４４０回卷回して構成されている。
【００２１】
駆動コイル４の一端は抵抗Ｒ１＝１０Ωを介して周波数特性分析器（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＦＲＡ）１５の第１の入力端子と出力端子とに接続され、抵抗Ｒ１の両端がＦＲＡ１５の第２の入力端子に接続される。ＦＲＡ１５の出力端子の出力電圧が１０Ｖｐ−ｐに設定され、ＦＲＡの周波数が３００Ｈｚ〜５００Ｈｚの間で掃引され、第１の入力端子の入力電圧が測定されるとともに、第２の入力端子に入力される抵抗Ｒ１に流れる電流が測定される。その測定結果が図２Ａ〜図６Ｂに示されている。
【００２２】
図２Ａ〜図６Ｂにおいて、図２Ａおよび図２Ｂは何も検出していない自由振動状態を示し、図３Ａおよび図３Ｂは粉体を検出している状態を示し、図４Ａおよび図４Ｂは水を検出している状態を示し、図５Ａおよび図５Ｂは検出パイプ１の先端をバイスで固定した状態を示し、図６Ａおよび図６Ｂは検出パイプ１を手で握った状態を示している。
【００２３】
なお、各図においてＡはコイルの利得を示し、Ｂはコイルに流れる電流の位相差を示しており、各測定状態において利得や位相が最も大きく変化している周波数を中心に適当な周波数幅で測定したものである。したがって、各グラフのＸ軸の周波数範囲が異なっている。
【００２４】
図２Ａ〜図６Ｂにおいて、注目すべき点は３８２Ｈｚ付近で利得や位相に変化が見られ、それ以外の周波数には変化が見られないことである。図２Ａ〜図６Ｂを対比すれば判るように、検出パイプ１の拘束を強めれば利得や位相の変化具合が減少する。図２Ａおよび図２Ｂに示す自由振動状態と、図４Ａおよび図４Ｂに示す水を検出している状態とを対比すれば、水を検出している状態の方が利得および位相の変化の減少している様子がわかる。
【００２５】
また、図５Ａ〜図６Ｂに示すように検出パイプの先端をバイスで固定したり、手で握ったときには振動を生じておらず、図３Ａおよび図３Ｂに示す粉体を検出している状態では利得や位相の変化はほとんど消滅し、自由振動状態とは十分に区別できることが確かめられた。
【００２６】
図７は図１に示した駆動用コイルにバースト波を供給した後、供給を停止したときの波形を測定する方法を示す図であり、図８はそのときの波形図であり、図９は図８の波形を拡大して示した図である。
【００２７】
図７に示すように、駆動コイル４に抵抗Ｒ１＝１０ΩとＲ２＝１００Ωとを直列接続し、周波数発振器１６から３８２Ｈｚのｓｉｎ波を発生してスイッチＳＷと抵抗Ｒ１を介して駆動コイル４に供給し、抵抗Ｒ１の両端をオシロスコープ１７に接続する。スイッチＳＷをオンして、３８２Ｈｚのｓｉｎ波を５Ｖｐ−ｐで駆動コイル４に供給して電磁石を駆動すると、電磁石に発生する交番磁界と永久磁石３の磁界とが反発吸引を繰り返し、振動板２にその３８２Ｈｚの周波数で加振力が加わることになる。この加振力の周期が振動板２の機械的な振動周波数と一致した場合、フレミング左手の法則により、振動板２の振動振幅は最大となる。その結果、オシロスコープ１７には図８に示すように５Ｖｐ−ｐをピーク値とした共振波形が観測される。
【００２８】
スイッチＳＷをオフすると、駆動コイル４からの磁界が永久磁石３に与えられなくなるので振動板２は共振を停止するため、オシロスコープ１７の波形はスイッチＳＷをオフした時点で共振波形がなくなるはずであるが、わずかに波打つ波形が現われる。
【００２９】
その理由について、以下に説明する。駆動コイル４へのｓｉｎ波の供給を停止しても、振動板２と永久磁石３は機械的に自由振動状態になっているため、それまでの共振の惰性で振動を続ける。振動板２の振動によって永久磁石３が振動を続けることにより、駆動コイル４が発電作用を生じるために起電力が発生する。この起電力による電流が抵抗Ｒ１およびＲ２の経路に流れる。その結果、オシロスコープ１７で測定した駆動コイル４に流れる波形は図８に示すように、スイッチＳＷをオフしても瞬時に０とはならず、約１．１Ｖｐ−ｐまで低下した後、徐々に減衰する。
【００３０】
その波形の減衰状態を拡大したのが図９である。図９に示すように、スイッチＳＷをオフした瞬間に５Ｖｐ−ｐの電圧が１．１Ｖｐ−ｐに低下するが、それから約１．２秒の時定数を有して０．３Ｖｐ−ｐに低下する様子が観察される。この減衰する波形は振動板２の振動が減衰する状態と一致している。
【００３１】
駆動コイル４からの磁界により振動板２が共振周波数で共振している状態では、永久磁石３が揺れることの結果により駆動コイル４に逆起電力が発生して、駆動コイル４に流れる電流を阻止する方向に流れる。このために、共振部分でインピーダンスが変化すると考えられる。ところが、周波数がずれると、振動板２は揺れないため、駆動コイル４に流れる電流が同じでも揺れない分逆起電力の発生はないので、駆動コイル４には素直に電流が流れる。その結果、電流が同じでも振動板２が揺れているか否かによってインピーダンスに変化が現われる。したがって、振動板２が自由振動している状態と、物体によってその振動が拘束されている状態においてそれぞれの駆動コイル４に流れる電流の違いにより物体の有無を検出することが可能になる。
【００３２】
しかし、振動板２のＱは非常に高く、振動板２を共振させるために駆動コイル４を駆動するときの帯域幅（ピークから−３ｄＢ以内を帯域幅とする）に換算すると、共振周波数は１Ｈｚ以内になる。すなわち、振動板２がたとえば３００Ｈｚで振動するものとすると、２９８Ｈｚあるいは３０２Ｈｚでは振動しない。したがって、理論的には振動板２の振動数の周波数を発振器から発生して駆動コイル４を常時駆動させておき、そのときに駆動コイル４に流れる電流を測定すれば物体の有無を測定できることになる。
【００３３】
しかしながら、実際には振動板２の共振周波数における温度特性および発振器にも温度特性があり、検出パイプ１には機械的なばらつきもあり、周波数がある程度変動するのは避けられない。このため、周波数を固定して物体の有無を測定するのは非常に困難になる。
【００３４】
そこで、振動板２の共振周波数を中心にしてある範囲内で周波数を掃引し、その中で電流の変化があれば物体の有無を検出できることになる。
【００３５】
図１０は振動板に３００Ｈｚから４００Ｈｚの掃引信号を与えたときの振幅と周波数との関係を示す図である。図１０に示すように、振動板の共振周波数がたとえば３５０Ｈｚに設定されているものとする。振動板に与える信号の周波数を３００Ｈｚから徐々に上げていくと、３５０Ｈｚ付近で振動板２が共振を開始し、共振がピークに達した後、徐々に共振が弱まっていく。共振する周波数範囲は前述のごとく１Ｈｚ以内となる。この範囲は広いほど計測には都合がよいが、振動板２自体が機械系であるため、振動を開始するのに時間を要し、検出パイプ１と振動板２との振動の立ちあがり時間（電磁石に振動板の共振する周波数を加えてから振動が十分大きくなるまでの時間）が数秒間必要となる。たとえば、１Ｈｚを掃引するのに１秒要するとすると、３００Ｈｚから４００ＨＺまで掃引するのに１００秒もかかってしまい、物体の有無を検知する装置として現実的でない。そこで、振動板を高速に掃引する方法について考えて見る。
【００３６】
図１１は駆動コイル４を高速に掃引したときの振幅と周波数との関係を示す図である。振動板２の共振周波数を３５０Ｈｚに設定し、３００Ｈｚから４００Ｈｚの掃引信号をたとえば３秒で掃引する。すると、図１１に示すように振動板２の固有共振周波数は３５０Ｈｚであるため、掃引信号が３５０Ｈｚになると振動板２は共振を開始するが掃引速度が速いため周波数がすぐにずれてしまう。
【００３７】
しかし、掃引信号の周波数が若干ずれたとしても振動板２は、機械系の残響特性で一定時間共振周波数で振動を継続する。掃引信号の周波数がたとえば３５５Ｈｚになると、振動板２の固有振動数３５０Ｈｚと３５５Ｈｚの掃引信号との間で干渉（ビート）が生じる。このために、図１１に示すような８Ｈｚ〜１０Ｈｚのうねりを生じる。このうねりは駆動コイル４をたとえば３〜５秒の速度で掃引すると必ず生じることが実験で確かめられた。そこで、この発明は上述のうねりの有無を検出することにより、物体の有無を検出するのに適用しようとするものである。
【００３８】
図１２は上述の原理に基づく具体的なブロック図である。図１２において、三角波発生回路２１は三角波の掃引電圧を発生して電圧制御発振器（以下、ＶＣＯと称する）２２に与える。ＶＣＯ２２はその掃引電圧に応じた周波数を掃引し、周波数信号を発生して駆動コイル４に加える。たとえば、ＶＣＯ２２は三角波の振幅が低ければ周波数を下げ、振幅を高くすれば周波数を上げることができる。駆動コイル４は図１８Ａから図１８Ｃで説明したように、電磁石を構成しており、その他の検出パイプ１と振動板２と永久磁石３は図１８Ａから図１８Ｃと同様にして構成されている。
【００３９】
この実施形態では、ＶＣＯ２２はたとえば３００Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数を掃引する。ＶＣＯ２２で掃引された信号は駆動回路２３によって検出パイプ１内の電磁石を構成する駆動コイル４を駆動するための駆動信号に増幅され、電流検出回路２４を介して駆動コイル４に供給される。電流検出回路２４は駆動コイルに流れる電流を検出する。
【００４０】
電流検出回路２４で検出された検出電流は増幅回路２５に与えられて増幅され、バンドパスフイルタ（以下、ＢＰＦと称する）２６によって前述の図１１に示した干渉成分すなわち干渉電圧の周波数成分のみが抽出される。その干渉成分は整流回路２７に与えられて整流され、干渉電圧の正（または負）の成分のみが取出される。ピークホールド回路２８は１掃引時間内の干渉電圧のピーク値をホールドする。ホールドされたピーク値は比較回路２９によって予め定める値と比較され、ピーク値が予め定める値よりも大きければ物体が存在しておらず振動板２が共振しているものとして、物体の存在しないことを示す信号がリレー回路３０から出力される。逆に、ピーク値が予め定める値よりも小さければ、物体の存在することを示す信号がリレー回路３０から出力される。
【００４１】
なお、上述の説明では、ホールドされたピーク値と予め定める値とを比較することにより、物体の有無を判別するようにしたが、物体の状態を判別するようにしてもよい。たとえば、検出媒体が水で凍った状態と、水の状態と、水の状態から凍りつくまでの状態に応じて振動板２の振動状態が異なるので、それぞれに応じた予め定める値を比較回路２９で比較すればよい。その他に、検出媒体の粘度が異なる状態を検出できるようにしてもよい。
【００４２】
図１３はこの発明の他の実施形態のブロック図である。図１３において、マイクロコンピュータ３１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）出力を有しており、このＰＷＭ出力は平滑回路３２に与えられて三角波信号に変換される。この三角波信号はＶＣＯ３３に与えられて、たとえば３００〜４００Ｈｚの周波数を繰り返す掃引信号が駆動回路３４に与えられ、駆動信号が電流検出回路３５を介して駆動コイル４に与えられる。
【００４３】
電流検出回路３５は駆動コイル４に流れる電流を検出し、その検出信号を位相検出回路３６に与える。位相検出回路３６は駆動コイル４に流れる電流の位相の揺らぎの変化を検出する。その検出信号は平滑回路３７に与えられて平滑され、揺らぎ成分が電圧変化成分として出力される。
【００４４】
さらに、ＢＰＦ３９を介して干渉成分が抽出され、増幅回路４０に与えられて増幅される。その増幅出力は検波回路４１に与えられて干渉成分が検出され、平滑回路４２で平滑されてマイクロコンピュータ３１のＡ／Ｄ入力に与えられる。マイクロコンピュータ３１はＡ／Ｄ入力に与えられた干渉成分をデジタル信号に変換した後、ソフト処理に基づいてそのピーク値を求め、そのピーク値と予め定める値とを比較することにより、物体の有無を示す信号をリレー回路４４に出力する。
【００４５】
なお、マイクロコンピュータ３１には感度設定器４３とリレー回路４４と動作表示器４５とが接続されている。感度設定器４３は干渉成分を検出するための感度を設定する。
【００４６】
図１４はこの発明の第３の実施形態のブロック図である。この図１４に示した実施形態は、図１３に示した検波回路４１と平滑回路４２を省略し、増幅回路４０の出力の交流レベル信号を直接マイクロコンピュータ３１のＡ／Ｄ入力に与えて読み取り処理を行うものである。これにより、ハード構成を簡略できるが、Ａ／Ｄ変換を頻繁に使用する必要が生じ、それに合わせてソフトウェアが必要となる。
【００４７】
図１５はこの発明の第４の実施形態のブロック図である。この実施形態は駆動回路３４に与える電圧と、位相検出回路３６で検出された駆動電流の位相の変化を直接比較回路４６に与えて比較し、その比較出力を平滑回路３７で平滑してマイクロコンピュータ３１のＡ／Ｄ入力に与えるようにしたものである。
【００４８】
図１２〜図１４に示した例は、いずれも干渉による揺らぎで生じる位相を位相検出回路３６で検出するようにしたが、揺らぎを生じさせるためには周波数をダイナミックに掃引する必要がある。これに対して、図１５に示した例は駆動コイル４に与える駆動信号の波形と電流検出による波形との位相を比較しているので、スタティックにピークの存在を検出できる利点がある。
【００４９】
図１６はこの発明の第５の実施形態のブロック図である。この実施形態は、図１５に示した平滑回路３７を省略し、位相比較回路４６の出力を直接マイクロコンピュータ３１のキャプチャ入力に与えて検出するものである。この例では、共振点の特定が正確にできる特徴がある。
【００５０】
図１７はこの発明の第６の実施形態のブロック図である。この実施形態では位相検出回路３６で検出した駆動電流の位相の干渉の変化を直接マイクロコンピュータ３１のキャプチャ入力に与えて検出するものである。この例では上述の各実施形態に比べて最も回路構成を簡略できるが、ソフトウエアの処理が多くなる。
【００５１】
なお、図１７に示すマイクロコンピュータ３１からＰＷＭ出力に代えて、プログラム処理により振動周波数またはその付近の周波数のパルス出力を導出できるようにし、平滑回路３２とＶＣＯ３３とを省略してパルス出力を駆動回路３４に直接与えるようにしてもよい。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５３】
以上のように、この発明によれば、振動式レベルセンサにおいて、振動板の共振周波数を中心として電磁石に印加する電圧の周波数を掃引したとき、掃引する周波数と振動体の機械的振動との差により生じる干渉による電磁石のコイルインピーダンスの変化を検出することができ、このインピーダンスの変化に基づいて前記物体の有無を検出することができる。
【００５４】
したがって、センサ部分として駆動用のコイル（電磁石）と永久磁石のみを設け、受信用のセンサ部分に従来のように圧電素子や加速度ピックアップを用いることなく、物体の有無を判別可能にでき、これにより構造の簡素化と大幅なコストダウンを図ることが可能となり、装置としての信頼性も向上できる。
【００５５】
【産業上の利用可能性】
この発明は、振動式レベルセンサの振動コイルインピーダンス検出方法，これを用いた物体検出方法および装置であって、振動コイルに高速で周波数信号を掃引するときに発生する印加電圧と逆起電圧の干渉により発生するビート電圧を検出して振動コイルインピーダンスを検出することにより、タンク内の粉体を検出する装置などに適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の原理を説明するための図である。
【図２】  何も検出していない自由振動状態を示す図（図２Ａ，図２Ｂ）である。
【図３】  粉体を検出している状態を示す図（図３Ａ，図３Ｂ）である。
【図４】  水を検出している状態を示す図（図４Ａ，図４Ｂ）である。
【図５】  検出パイプの先端をバイスで固定した状態を示す図（図５Ａ，図５Ｂ）である。
【図６】  検出パイプを手で握った状態を示す図（図６Ａ，図６Ｂ）である。
【図７】  図１に示した駆動用コイルにバースト波を供給した後、供給を停止したときの波形を測定する方法を示す図である。
【図８】  駆動用コイルにバースト波を供給した後、供給を停止したときの波形図である。
【図９】  図８の波形を拡大して示した図である。
【図１０】  振動板に３００Ｈｚから４００Ｈｚの掃引信号を与えたときの振幅と周波数との関係を示す図である。
【図１１】  振動板を高速に掃引したときの振幅と周波数との関係を示す図である。
【図１２】  上述の原理に基づく第１の実施形態のブロック図である。
【図１３】  この発明の第２の実施形態のブロック図である。
【図１４】  この発明の第３の実施形態のブロック図である。
【図１５】  この発明の第４の実施形態のブロック図である。
【図１６】  この発明の第５の実施形態のブロック図である。
【図１７】  この発明の第６の実施形態のブロック図である。
【図１８】  従来の振動式レベルセンサの概略ブロック図（図１８Ａ〜図１８Ｃ）である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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