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磁気検知装置及び物質判定装置 コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P110005263
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2004-209703
公開番号 特開2006-030004
登録番号 特許第3896489号
出願日 平成16年7月16日(2004.7.16)
公開日 平成18年2月2日(2006.2.2)
登録日 平成19年1月5日(2007.1.5)
発明者
  • 塚田 啓二
  • 紀和 利彦
出願人
  • 学校法人岡山大学
発明の名称 磁気検知装置及び物質判定装置 コモンズ 外国出願あり
発明の概要

【目的】 測定対象に低周波の交流磁場を印加して計測できる、瞬時に構成物質を分別できる磁気検知装置を提供する。
【構成】 本発明は、周波数が可変の交流磁場を発生させる印加コイルと印加コイル用電源とを備え、測定対象によって生じた磁場の変化を検知する磁気センサを前記印加コイル面から離して前記測定対象に近づけるように配置し、前記磁気センサには直流磁場及び/又は前記印加コイルが磁気センサの所に作る磁場を消去するキャンセルコイルを配置し、前記磁気センサの検出信号を計測する磁気センサ用計測回路を備え、この磁気センサ用計測回路の出力を前記印加コイルと同じ周波数で位相が互いに90度異なる2つの信号に検波するロックインアンプ回路を備え、このロックインアンプ回路の出力信号により前記磁気センサの出力の位相変化を解析する解析手段を備えた磁気検知装置である。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


交流磁場を印加して、その応答特性を調べるものとして金属探知機が知られている。金属探知機は、サーチコイルから交流磁場を発生させ測定対象の金属表面に渦電流が発生し、印加した磁場に反発するように磁場が発生する。この磁場はファラディの電磁誘導法則で表せるようにサーチコイルを貫く磁束変化により起電力を変化させるので、この信号変化を計測して金属の有無を検知している。金属探知機と同じように渦電流を発生させて鋼管やワイヤロープなどの欠陥を検査する方法などの非破壊検査なども知られている。金属探知機の応用としてこのほか、テロ防止や防犯として危険物をもちこまないようにするための金属探知ゲートなどや、食肉や衣服など商品に製造時に紛れ込んだ針などの金属片を検知するものがある。



金属の種類としてはアルミ、銅などの導電性の高いものや鉄やクロムなどの強磁性体などが検知しやすく、ステンレスなどの導電率が低く強磁性でないものは検出がしにくい。また食肉などは非金属であるが導電性があるので渦電流が発生する。このため、いろいろな物質が一緒に混在しているときは、磁気センサで検出した信号の印加した磁場に対する位相変化を捕らえることによりある程度分別できる。



特許第3122572号公報(特許文献1)では、製品の食品などを搬送ベルトに載せ、金属探知機と同様に交流磁場を印加し、サーチコイルで位相の異なる複数の信号を同時に計測し、その位相の時間変化を得ることにより金属信号を検知している。また、金属のうち鉄などの強磁性体から形成される物質は、渦電流方式ではなく直接その物質からでる磁気を磁気センサで検出する方法が用いられることがある。この方式では、印加コイルが測定対象を磁化するために用いられ、磁場を印加して帯磁した金属を別の場所で磁気センサで検出している。この場合、帯磁した金属から発生する磁場は交流磁場ではなく直流であるから、コイル方式では検出できない。



特開2004-151064号公報(特許文献2)及び「高温超伝導量子干渉素子(SQUID)を用いた応用計測の可能性」田中三郎著、応用物理、2003年、第72巻、第8号、1039-1045頁(非特許文献1)には、磁気センサとして最も感度が高いSQUIDを用いて、食品に混入した微小な金属片を検出する検査機器が記載されている。上述のような磁化した強磁性体を検知する方法と異なり、強磁性体による印加磁場の変化を磁気センサで捕らえる方法が特開2004-117227号公報(特許文献3)に記載されている。特許文献3の方法は、非磁性体の場合でも対象物による磁場変化を捕らえることが可能であり、信号解析の結果を非磁性体の信号と磁性体の信号で切り替えて、又は同時に表示する。



また、特開平7-244165号公報(特許文献4)では、非磁性体の信号と磁性体の信号を分離する方法として、磁気センサの出力から印加磁場の周波数と同じ周波数の磁気信号だけを通すフィルターを用いて非磁性体の信号を捕らえ、それ以外の周波数帯域を通過させるフィルターにより磁性体から発生している磁気信号を捕らえる方法が報告されている。

【特許文献1】特許第3122572号公報

【特許文献2】特開2004-151064号公報

【特許文献3】特開2004-117227号公報

【特許文献4】特開平7-244165号公報

【非特許文献1】「高温超伝導量子干渉素子(SQUID)を用いた応用計測の可能性」、田中三郎、応用物理、2003年、第72巻、第8号、1039-1045頁

産業上の利用分野


本発明は、測定対象に交流磁場を印加し、その応答特性を磁気センサで検出する装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
周波数が可変の交流磁場を発生させる印加コイルと印加コイル用電源とを備え、測定対象によって生じた磁場の変化を検知する磁気センサを前記印加コイル面から離して前記測定対象に近づけるように配置し、前記磁気センサには直流磁場及び/又は前記印加コイルが磁気センサの所に作る磁場を消去するキャンセルコイルを配置し、前記磁気センサの検出信号を計測する磁気センサ用計測回路を備え、この磁気センサ用計測回路の出力を前記印加コイルと同じ周波数で位相が互いに90度異なる2つの信号に検波するロックインアンプ回路を備え、このロックインアンプ回路の出力信号により前記磁気センサの出力の位相変化を解析する解析手段を備えたことを特徴とする磁気検知装置。

【請求項2】
前記印加コイル又は前記磁気センサと前記測定対象との距離を計測する距離計測手段を設けた請求項1に記載の磁気検知装置。

【請求項3】
前記キャンセルコイルの面積は、前記磁気センサによる磁気検出に影響を与えない程度に小さく設定される請求項1又は2に記載の磁気検知装置。

【請求項4】
前記印加コイル用電源により前記印加コイルに複数の周波数の合成磁場を発生させ、これら複数の周波数それぞれに対して前記ロックインアンプ回路を備えた請求項1、2又は3に記載の磁気検知装置。

【請求項5】
前記印加コイルとして1対の対向形印加コイルを設け、前記測定対象を前記対向形印加コイルの間に配置した請求項1、2、3又は4に記載の磁気検知装置。

【請求項6】
前記対向形印加コイルの対向軸方向に対して垂直方向の磁気成分を計測する前記磁気センサを複数個設けた請求項5に記載の磁気検知装置。

【請求項7】
前記磁気センサは、ホール素子、磁気抵抗素子、磁気インピーダンス効果センサ、フラックスゲート又は超伝導量子干渉素子である請求項1~6のいずれかに記載の磁気検知装置。

【請求項8】
請求項1~7のいずれかに記載の磁気検知装置を用いて、前記測定対象に含まれる構成物質を判定することを特徴とする物質判定装置。
産業区分
  • 試験、検査
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004209703thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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