JPH1078336A

JPH1078336A - パラメータ補償付き複数パラメータうず電流計測システム

Info

Publication number: JPH1078336A
Application number: JP8199908A
Authority: JP
Inventors: John Danielson Timothy; ティモシー・ジョン・ダニエルソン
Original assignee: Kaman Instrumentation Corp
Current assignee: Kaman Instrumentation Corp
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1998-03-24
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JP2911828B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【解決手段】導電性を有する被計測物２２の複数のパ
ラメータを計測するために、１つのうず電流コイル及び
１つの固定周波数を用いる。センサコイル２０，信号条
件化電気装置１２等からなるうず電流センサは、被計測
物２２の厚さｔ及びコイル２０から被計測物２２への距
離を計測可能である。被計測物２２からコイル２０への
距離、すなわちリフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）距離
と、被計測物２２の電気的特徴の一つ（抵抗率など）を
同時に計測可能である。【効果】リフト−オフ距離に起因するみかけの抵抗率
の誤差を矯正する場合、被測定物２２の素材の特徴を把
握できる。被計測物の１つの特性及びセンサの１つの特
性がどのような組み合わせであっても、これを決定する
ことができる。また、うず電流センサの精度が高くなる
と共に、１個のコイル２０及び１つの固定周波数しか使
用しないため低コストで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般にうず電流セン
サ装置に係り、特に、導電性を有する被定物の複数のパ
ラメータを同時に計測するための単コイルを使用する装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】うず電
流センサは従来よりよく知られている。これらの装置
は、分離或いは電気抵抗等のパラメータを非接触計測す
るのが望まれるような様々な状況において使用される。
うず電流センサは、素材の変位(displacement)、電気的
性質、及び素材の電気的特性を変える他の物理的特徴
（例えば厚さやきず）を計測するのに用いられてきた。
そのような適用例の一つとして、磁性鋼ローラにおける
ランナアウト(runout)の計測が挙げられる。この場合、
ローラにおけるランナアウトを計測するのにうず電流セ
ンサシステムが用いられてきたが、この種のローラにお
いて一般的な透磁率変化に対する敏感さのため、その精
度が限定されてしまう。また、アルミニウム缶を成型中
その厚さの計測するのにも、うず電流センサシステムが
適用される。缶の製作過程においては、超硬パンチが用
いられ、アルミニウムカップが一連のダイスを介してド
ロー成形されて、缶の完成体が形成される。パンチの中
心線位置は缶の実際の厚さに影響すると共に、従来装置
においては、缶の見かけの厚さにも影響する可能性があ
る。

【０００３】うず電流を用いた厚さの検知は、従来の技
術において既に行われており、従来の装置には、システ
ムが距離に対して鈍感（insensitive)になるよう回路イ
ンピーダンスを調節するものが含まれる。このシステム
は、一般に、一つのドライバコイルと二つのピックアッ
プコイルとを備えた典型的な三コイルうず電流装置構成
を用いている。ドライバコイルがＡＣ磁界により素材を
励磁すると共に、ピックアップコイルが、素材内に誘導
されるうず電流により生じたインピーダンス変化を検知
する。この技術は三つのコイルを用いているので、製作
コストが比較的高く、また、制限された範囲内で操作さ
れない場合、リフトオフ(lift-off ，センサと被計測物
との分離）による誤差に対しなお敏感である。他の装置
は、単コイルで被覆（クラッディング）厚さを検出する
ためにうず電流センサを用いているが、やはりリフトオ
フから生じる誤差には敏感である。厚さの変化を他の効
果から区別するため、複数の周波数を有した装置が開発
されているが、二つの周波数は実施するのに高コストと
複雑な回路構成とを要する。

【０００４】うず電流装置によって厚さを計測する他の
装置には、うず電流センサの直交インピーダンス出力を
用い、被計測物表面からのリフトオフを決定してそれと
同じ分を補償するものがある。リフトオフ誤差は、セン
サを特定のインピーダンスに物理的に移動し、その直交
インピーダンス成分を計測することによって修正され
る。しかしながら、この設計は幾つかの固有の問題を有
している。例えば、サーボシステムはセンサを物理的に
（動かして）位置付けなければならず、これにより高速
で使用できない、配置が制限される、装置の使用環境に
著しい制限が加えられるといった、装置の利用性を著し
く阻害する要求が生じる。さらに、適切な操作を行うた
めには、インピーダンス信号成分（実数及び虚数）が完
全に直交しなければならない。

【０００５】一般に、既知の装置は、一つのパラメータ
のみを計測でき、通常はこのパラメータにもう一つのパ
ラメータが従属するように構成される。例えば、米国特
許第4,290,017 号に開示された装置及び方法は、ゲイン
を供給するための増幅器を備えたオシレータ（発振器）
と、増幅器の入力と出力とを接続するフィードバックル
ープと、そのループ内に接続され、発振器の信号のレベ
ルと周波数とを、被計測物サンプルの表面に誘導された
うず電流に応じて調整する２ポート強磁性共振器とを有
する。可変減衰器が設けられ、これはフィードバックル
ープに接続されて発振器のパワーレベルを調節する。ま
た調節可能な移相器（phase shifter）が設けられ、こ
れはループ内の信号の全移相を変化させる。また回路に
接続されたプローブも設けられ、これは、過渡モード(t
ransition mode) において、うず電流によって発生する
電磁場に反応するようになっている。プローブは強磁性
結晶を含み、外側回路ループがその結晶を取り巻き、内
側回路ループが外側ループに直交してその結晶を取り巻
く。この装置（米国特許第4,290,017 号）はシステムの
信号のマグニチュード及び位相の両方の変化の計測可能
であり、回路のインピーダンスの実部及び虚部を各々独
立して計測できる。

【０００６】米国特許第4,727,322 号は、プローブを表
面に近接させた結果として被計測物に発生するうず電流
により、例えば被計測物の厚さ等のシステムパラメータ
を計測するための方法及び装置を開示している。プロー
ブにおけるセンサは、複雑なインピーダンスの二つの直
交成分を計測する。第4,727,322 号による装置の操作に
際し、センサは、インピーダンスの一成分が所定値に達
し、特性値が他の成分の値として計測されるまで、被計
測物の方向に移動される。第１の成分は、センサと被計
測物との距離の変化に最も敏感な要素として較正中に
選択される。

【０００７】米国特許第3,358,225 号に開示された装置
は、うず電流計測器のためのリフトオフ補償技術につい
て詳述している。この装置はインピーダンスブリッジを
含み、インピーダンスブリッジは一定の周波数と電圧と
で作動する一つの発生器を有する。この装置は、導電性
を有するサンプルに近接して位置されたうず電流プロー
ブのインピーダンスを、このプローブに関連した標準イ
ンピーダンスと比較し、インピーダンスブリッジのアン
バランスの無効成分及び抵抗成分の出力を各々別々に供
給するために用いられる。この装置は、一つの出力の所
定部分を選択し、それを他の出力と合わせて、読取り装
置に接続された信号を供給し、検査中の被計測物サンプ
ルの厚さを示す機構を含む。

【０００８】うず電流非接触センサはまた、米国特許第
3,619,805 号に見られる非接触変位変換器と、被計測物
の瑕疵検知のための米国特許第4,755,753 号に示された
うず電流表面マッピングシステムとを含む。米国特許第
3,718,855 号及び第3,496,458 号のうず電流瑕疵検知シ
ステムは、その検知用センサプローブにおいて単コイル
に依存している。不規則な表面を調べる（スキャンす
る）のに用いられるうず電流プローブを支持する装置
（米国特許第4,644,274 号）において、他の単一のプロ
ーブ装置の例が見出される。この米国特許第4,438,754
号に見られる電磁システムは、器具と被計測物との間の
空間的な関係を検知し且つ遠隔制御するために用いられ
る。このシステムは、器具及び被計測物に対向して位置
され、その結果、磁束が磁気要素間を被計測物の表面を
貫いて通過する磁気装置に基づくものである。

【０００９】これら従来装置は、一般に、複数のコイル
や周波数の必要であるという欠点、あるいは、異なるパ
ラメータ（素材の厚さ又は分離の度合い等）を同時に計
測できないという欠点を有する。単コイルしか用いず、
且つ二つのパラメータを同時計測できるうず電流装置で
あるのが望ましいのであり、本発明のシステムはそのよ
うな発明に近づくことを目的とする。

【００１０】

【発明の概要】本発明の目的は、一つの固定された周波
数で操作される一つのうず電流センサコイルを用いて二
つのパラメータ（例えば厚さ及び変位）を同時に計測す
る計測システムを提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、素材の電気的性質の
変化に比較的鈍感な上記のようなタイプのシステムを提
供することにある。

【００１２】本発明のさらに他の局面は、出力信号がシ
ステムインピーダンス平面において特定の点に位置する
(map to unique points)上記のようなタイプのシステム
を提供することである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、２個以上の変
数を検知できるように電気的出力信号を直交させる上記
のようなタイプのシステムを提供することである。

【００１４】本発明のさらに他の目的は、温度を計測で
き、これを他の計測されたパラメータに対する修正要素
として使用可能な上記のようなタイプの装置を提供する
ことにある。

【００１５】本発明のさらに他の局面は、一つのセンサ
で、限られたスペースで、過酷な環境下で、比較的単純
な電子装置で計測可能で、しかも計測パラメータに対し
良好な感度を維持する上述のようなタイプの装置を提供
するものである。

【００１６】本発明によれば、被計測物の物理的パラメ
ータ特性（パラメータは素材、厚さ、温度、透磁率及び
導電率を含む）を計測する方法が、システム電気パラメ
ータを特徴とする電気成分を有する励磁回路を設けるス
テップを含み、その励磁回路はさらに、上記システム電
気パラメータで定義される励磁回路インピーダンスを有
する。

【００１７】その方法は、予め選択された直径の電気コ
イルを有するセンサを設けるステップをも含む。そのコ
イルは、被計測物からの選択された分離距離に位置され
る。一つの予め選択された角周波数の励磁信号がコイル
に発生され、その角周波数は、被計測物の透磁率及び抵
抗率と分離距離との有効積が、励磁回路インピーダンス
平面の一つの点に位置するよう予め選択される。その方
法は、励磁信号の電圧の振幅（マグニチュード）を計測
するステップ、励磁信号の相を計測するステップ、一つ
の励磁回路インピーダンス平面の点を示す信号を発生す
るステップ、所望の一つ或いはそれ以上のパラメータの
計算値を示す信号を発生するステップをさらに含む。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１９】上述したように、うず電流センサは様々な
用途において用いられてきているが、一般に、うず電流
センサは、距離などの一つの特定のパラメータに対して
高い感度を持つように設計されている。本発明は、厚さ
や距離などの多数のパラメータを同時に関知し、ある計
測方法の結果を、別の計測の好ましくない感度を補正す
るために用いる。本発明の利点は、１個の低コストのセ
ンサコイルを用いること、およびセンサの周波数を別の
周波数に切り換えるのを避けることである。さらに、本
システムは、あるパラメータの数値を別のパラメータの
数値で補正する能力を有し、結果として優れた精度を有
する。また、温度を検知することも可能であり、よっ
て、これを他のパラメータへの第３の補正要因として用
いることができる。

【００２０】一般に、本システムによって３つの主要な
パラメータを感知することができ、これらの主要パラメ
ータは、電気的特性、厚さ、および距離である。うず電
流センサによる検知は、ｒ²ωμσの積で表される定数
により決定される。“ｒ”のパラメータは、構成を変更
可能なコイルの半径を表し、本実施の形態においては定
数である。“ω”のパラメータは、コイルを励磁するこ
とに用いられる電流または電圧の角周波数であり、本実
施の形態においては変更可能であるが、一般には、連結
した回路構成を単純にするため定数である。“μ，σ”
のそれぞれのパラメータは、素材の透磁率および導電率
である。うず電流センサによって検知される素材の実効
導電率は、対象素材または対象結合構造（target geome
try ）の厚さによって変化することに注意されたい。し
たがって、素材の厚さは、実際のμおよびσの数値が定
数であれば、決定することができる。

【００２１】本システムは、標準的な３つのコイルによ
る構成を必要とせずに被計測物の厚さを計測する。別の
言い方をすれば、ただ１つのコイルを用い、また、イン
ピーダンス成分を直交させる必要がない。うず電流セン
サを用いることによる距離（または変位）の感知は、本
システムの別の典型的な応用例の１つである。距離を検
知するシステムは、インダクタンス，抵抗の変化を検知
するか、又は両パラメータを合成したもの（例えばＱ
値，Ｑ＝ωＬ／Ｒ）を検知する。一般に、これらの既知
のシステムは、素材の常に一定であるような特性に依存
する。（常に一定であるような素材特性が望ましいの
は、）それらの素材物性が出力信号結果に影響するから
である。

【００２２】本発明においては、特定の距離及び特定の
電気的特性の下において、システムのインピーダンスが
複素インピーダンス平面における特定の点になることが
認識されている。ある構成において、パラメータは、数
学的に直交する等積（equivalents ）に分解でき、この
結果、一つのパラメータが別のパラメータの関数にな
る。しかしながら、他の状況下では、そのような解析が
妨げられる。とにかく、システムのインピーダンスを示
す信号は、ある特定の変数の集合としてのインピーダン
ス平面における特定の点に写像されることになる。出力
信号は、実部および虚部のインピーダンス部分、位相お
よびマグニチュード、または他のインピーダンスの組み
合わせに対応する。変数またはパラメータの集合は、厚
さおよび距離、または素材の特性および距離に対応す
る。

【００２３】ｒ²ωμσとして上述したスケーリングパ
ラメータは、従来のシステムにおいてインピーダンス出
力の特性を決定するための手段として普通に用いられて
おり、ある種の素材には適当である。しかし、ｒ、ω、
μ、σによりインピーダンス特性が決定されるにして
も、素材の相対的な透磁率が単一でないので、これらの
パラメータの積のみをスケーリングパラメータとして用
いる場合、あまり正確さが期待できない。これは、ファ
クタが複雑になりこれを解析で表すのが困難で、多くの
場合数値解析により最適化されることを意味する。

【００２４】その結果として、本システムは、鋼製ロー
ラーのランアウト（ｒｕｎｏｕｔ）または上述した缶厚
さを計測する応用例において容易に用いることができ
る。本システムは、ローラー内の透磁率の変化に対して
鈍感な鋼製ローラーのランアウトの計測を可能にする。
本発明において、缶の厚さは、パンチの中心線位置の計
測と同時に確かめられ、従って、厚さの制御に役立つば
かりでなく、パンチの位置変更によって生じる見かけの
厚さの誤差を補正することにも用いられ得る。

【００２５】本発明により提供されるセンサ配置を有す
るシステムの配線略図が、図１に示されている。システ
ム１０は、電気制御回路構成要素１２を含み、電気制御
回路構成要素１２は、ライン１４を介して磁励信号をセ
ンサ１６にもたらす。センサ１６は、センサボディ１８
とセンサボディ１８の末端に配置されたセンサコイル２
０とから構成される。センサコイル２０は、被計測物２
２に接して位置される。

【００２６】被計測物２２は、基体２４および外側のク
ラッディング２６を含む。システムは、センサと被計測
物との間の間隙に相当する“リフトオフ”２８を計測す
るように構成可能である。

【００２７】センサのインピーダンス変化は、励磁信号
周波数（ω）、センサコイルの平均半径（ｒ）および対
象素材の導電率（σ）を含む幾つかのパラメータの関数
である。当業者であれば、導電率が単純に１／ρで表さ
れ、“ρ”（ロー）が抵抗率であるということが分かる
であろう。計測の対象である素材の透磁率（μ）および
対象までの距離（ｄ）も同じくファクター（要因）であ
る。もし、周波数および直径が固定されていれば、イン
ピーダンスはσ、μ、またはｄによって変化するであろ
う。センサコイルの直径が特定されていれば、既知の数
値的方法を用いて、コイルがσおよびμおよびｄを組み
合わせた積に対して鋭敏になるように周波数を見つける
ことができる。この周波数は、σ、μのパラメータの組
み合わせが主に複素インピーダンス相に影響し、一方、
パラメータｄが主に複素インピーダンス出力の振幅（マ
グニチュード）に影響して、お互いに独立するように変
更可能である。相対透磁率が均一、すなわち、μｒ＝
１の素材に関しては、コイル周波数はσおよびμおよび
ｄの積に関連する。他の状況において数値的方法を用い
て最適化されたσおよびμおよびｄの“組み合わせ”
は、以下“実効積”として言及される。上述したよう
に、実部および虚部のインピーダンスは、インピーダン
ス出力の位相および振幅（マグニチュード）に数学的に
関連しており、従って、どちらの変数を用いてもよい。
この２つの効果（インピーダンス出力の位相及び振幅
（マグニチュード））は数学的に選り分けることが可能
なので、特定の周波数を見つけることは必要条件ではな
いが、一般的には特定の周波数を見つけることが望まし
い。

【００２８】本発明は温度補償を行うことも可能であ
る。素材パラメータ（例えば厚さ、σ又はμ）が一定な
らば、温度変化によりセンサコイル直列抵抗が、それに
比例して変化する。抵抗変化は、複素インピーダンスの
実数部における変化として現れる。温度変化の補正は、
それ故、特定の温度及び距離もまた複素インピーダンス
平面上の特定の点に位置されると認識することにより、
なされ得る。上記の技術は距離計測の温度変化を補正す
るのに用いられる。

【００２９】図２は、数値解析の既知の方法を用い、電
気的特質及び距離が正規化インピーダンスに及ぼす効果
を図によって示したものである。（グラフの）垂直軸２
９は正規化された虚数部コイルインピーダンスに対応
し、水平軸３０はセンサコイルの正規化された実数部イ
ンピーダンスに対応する。図２に示される曲線３１，３
２，３４，３６は、γ，σ，μ，ω及びｄ（変位）に特
定の値を取る場合を各々示している。距離は点３８で無
限大に設定され、一方、曲線４０，４２，４４，４６は
定変位の線に対応する。見出し４８には、素材曲線の各
々について、μオームｃｍで表されるρ（ロー）の値が
挙げられている。

【００３０】適切なインピーダンスを発生させるために
は、以下のステップが実行されねばならない。第１に、
特定のパラメータ組すなわち計測の“目標”が、以下の
ように決定されねばならにない。

【００３１】１）素材（素材の鈍感さ（insensitivit
y)）に影響されない変位出力信号を作成する。

【００３２】２）素材の抵抗率に比例した出力信号を作
成する。

【００３３】３）抵抗率の出力信号及び変位の出力信号
を作成する。

【００３４】４）透磁性に比例した出力信号を作成す
る。

【００３５】５）透磁性及び変位に比例した出力信号を
作成する。

【００３６】６）厚さに比例した出力信号を作成する。

【００３７】７）厚さ及び変位に比例した出力信号を作
成する。

【００３８】８）温度及び変位に比例した出力信号を作
成する。

【００３９】９）温度及びσμ（実効積）に比例した出
力信号を作成する。

【００４０】上述のパラメータ組のうちの１組が一旦選
択されたなら、最適の解を見出す上で補足的に行ってよ
いことが他にもある。例えば、パラメータのわずかな変
化（例えば同じ素材に異なるメッキがされている場合の
変化）を補正するような場合には、パラメータにおける
大きな変化（例えば完全に異なる素材間の変化）が、こ
の補足の一例である。図２に示されている例において、
本システムは、アルミニウム（ρ＝３．３μオームｃ
ｍ），ハフニウム（ρ＝３０μオームｃｍ），ステンレ
ス鋼（ρ＝６０μオームｃｍ），及びインコネル（ρ＝
１２０μオームｃｍ）に対して効果的なセンサを提供し
ている。図２の諸曲線を形成するように構成されている
本システムは、（被計測物の）厚さ０から０．１０ｃｍ
にかけて、被計測物の素材に影響されない直線状の変位
出力信号を作成する。本発明における教示は、上述のど
のパラメータの組に対しても、また、他の導電性を有す
る素材に対しても適用できることに注意されたい。

【００４１】本システムにおいては、また、コイルのあ
る特定の幾何学的形状を選択することが求められる。一
般に、コイルの直径が小さく、高いＱ値を有し、かつ製
造コストが低いことが望ましい。図２の曲線を形成する
のに用いられるコイルの幾何学的形状は、その内径が
０．１７ｃｍ，外形が０．３８ｃｍ，長さが０．２５ｃ
ｍでマグネットワイヤが６４０回転巻き付けてある。本
システムには、これらの変数が、インピーダンス平面を
形成するために設けられる。電気的パラメータに対し敏
感かつ変位に対しても非常に敏感であり、（グラフにお
いて）ほぼ直線状の出力を示すように、ある特定の周波
数（ω）が選択されねばならない。本システムにおい
て、出力信号発生時に出力が直線状であることは要求さ
れず、出力信号の後処理が簡単になる。信号の一般的な
周波数は５ＫＨｚと１０ＫＨｚとの間である。周波数パ
ラメータは、本システムによって実行されるアルゴリズ
ムにより、システムの全てのパラメータが許容できる敏
感さを有するようになるまで反復される。使用されるア
ルゴリズムは、数値方法を用いた周知の方程式を実行す
るものである。ここで使用されるアルゴリズムからの出
力は、変位及び抵抗率の異なるパラメータにおける実数
部と定数部との関係を示すべくグラフ化される。

【００４２】図２に示されるように、温度，周波数，変
位（もしくはリフトオフ），及び抵抗率と透過性との組
み合わせがすべて一定なある特定のコイルの幾何学的形
状に関しては、その一定の変位（リフトオフ）曲線を定
義するインピーダンス平面上、特定の一点がある。も
し、未知のパラメータのうちの２つ（例えば、抵抗率／
透過性の組み合わせと変位，厚さと変位など）のみが変
化するならば、一般にコイルの幾何学的形状と操作周波
数との関係において特定の出力パラメータの組（例え
ば、変位と抵抗率など）にインピーダンス平面上のある
特定一点が対応することが見出される。

【００４３】図に示されている本発明の好適実施例が、
図３においてより詳細に図示されている。本システムの
電子図路１２は、発信器（オシレータ）５０を有し、オ
シレータ５０はインピーダンス回路網（ネットワーク）
５２，うず電流センサ１６及び一般に並列共振（parall
el resonating ）コンデンサ５４を駆動する。オシレー
タ５０は所定の周波数（Ｗ）及び振幅（ＺｒＬＯ°）で
駆動され、０度を計測されたとき一般に一連のコンデン
サを介してインピーダンスネットを励磁する。インピー
ダンスネットワーク，並列キャパシタンス及びオシレー
タの周波数は、上述の計測の目的に基づき、センサでの
駆動信号（ＺｓＬφ°）の振幅及び位相のオシレータに
対する変化を最適にするように選択される。検知信号が
回線５６にもたらされ、振幅検知回路５８及び位相検知
回路６０により復調されて、回線６２及び回線６４に各
々独立した振幅出力信号及び位相出力信号が作り出され
る。これらの信号はプロセッサ７０に送られる前にアナ
ログ−デシタル変検器６６，６８に送られ、その結果、
プロセッサ７０での処理のため用いられる信号がセンサ
からの振幅出力信号及び位相出力信号（各々独立してい
る）になる。これらの信号が回線７１（計測されている
パラメータのうち少くとも１つに関連している）にデジ
タルもしくはアナログどちらかの出力信号をもたらすべ
く処理される。当業者であればアナログ処理もまた利用
し得ることは、明らかであろう。

【００４４】位相及び振幅平面に平行移動する成分を
（結果的に発生する）センサインピーダンスが有するよ
うに、インピーダンスネットワーク及び平行キャパシタ
ンスが選択される。一般的なケースにおいては、計測さ
れた効果が位相及び振幅平面において直交している必要
はない。むしろ、参照用テーブルあるいは数値的方法を
用いて位相座標及び振幅座標を抵抗率（もしくは厚さ等
の他のパラメータ）及び変位に平行に移せる場合、上記
インピーダンスの構成要素が平面上のある特定の一点に
対応して位置することが必要である。しかし、（このと
き）数値解析を用いることにより、出力信号の位相及び
振幅が特殊な性質（直線的な変位，温度の相対的安定
性，位相の効果及び振幅の効果がほぼ直交すること等）
を有するように、共振キャパシタンス及びインピーダン
スネットワークを選択可能である。もし位相における特
徴と振幅における特徴とが直交するならば、２つの信号
がほとんど影響し合わないため、処理がずっと容易にな
る。一つの例として、一方の出力信号が距離に、他方の
出力信号が素材の特質に関連している場合がある。しか
し、パラメータの一方が独立しており、他方のパラメー
タがこの独立したパラメータに従属している場合、解が
得られる可能性はもっと高くなる。つまり、この場合パ
ラメータが各々独立している場合よりも解がずっと容易
に得られる。

【００４５】図４及び図５に示されている曲線を形成す
るために、インピーダンスネットワークは一連の抵抗
（１００Ω）及びコンデンサ（１２５０ｐＦ）からな
る。平行コンデンサは５０００ｐＦであり、センサは上
述のように４５ΩのＤＣ抵抗を有する。この構成によ
り、主に出力信号の電圧マグニチュードにおいて出現す
る変位が計測されると共に、主に位相電圧（phase volt
age ）として起こる抵抗率の及ぼす効果がもたらされ
る。図４において、軸７２は位相電圧に対応し、一方、
軸７４は出力信号の電圧のマグニチュードを示す。見出
し７６は、異なる種類の素材を各々抵抗率の値によって
示している。ゆえに、曲線７８−８４は、変位を抵抗率
の関数として示している。同じデータを各素材の厚さに
より特定される曲線（見出し９７参照）を用いて、図５
に示される一群の変位曲線８６−９６としてグラフ化す
ることができる。ここでもまた、位相及びマグニチュー
ド平面上のある特定の一点が、ある特定の変位及び抵抗
率に移される。

【００４６】幾つかの変位において計測された位相電圧
により形成された一群の変位曲線９８−１０４が、図６
に図示されている。見出し１０６は、各素材の抵抗率を
示す。素材に対する出力信号の位相は、変位に対して比
較的独立しているが、完全に独立してはいないことに注
目されたい。実験において素材を選び分け特定するため
に、好適実施例のプロセッサ回路に単純な電圧比較器回
路を付加してもよい。

【００４７】図７は、出力信号の電圧のマグニチュード
をセンサの変位と比較して図示したものである。曲線１
０７−１１２の出力信号は、見出し１１４に抵抗率が示
されている各種の素材に対するオフセットシフトにより
特徴づけられる。素材を決定するべく位相電圧からの情
報を用いながら、本システムはオフセット補正信号を既
知の方法で発生させ、オフセット補正信号は曲線１０７
−１１２の信号に付加されて、素材から比較的影響を受
けない変位出力信号を作成し、同時にその素材が何かを
認識する出力信号を作成する。

【００４８】本発明は上述のシステムに代わる別の実施
例を含む。上述したように、缶製造過程においては、ア
ルミニウム製のカップ体を一連の型を介して引き延ばし
て完成された缶体を形成するため、パンチが使用され
る。型の磨耗や他の要因により起こる缶の厚さ変化に比
べ、パンチの厚さの変化はわずかに長い期間にわたり起
こる。缶の厚さの他に、上記の製造過程においてパンチ
の中心線が動く位置を知ることが望ましい。図８に示さ
れるセンサの構造は、缶の厚さ及びパンチの中央線が動
く位置の両方を同時に計測することを可能にし、よって
図１に関連して説明されたセンサの構造よりも幾つかの
点で有利である。

【００４９】図８に、一対の向き合ったセンサ１１６，
１１８から成る差動センサアッセンブリ１１４が示され
ており、２つのセンサ１１６，１１８は、断面図で示さ
れている基体（基板）１２０に面している。基体１２０
はクラッディング１２２を含み、クラッティング１２２
はパンチ１２４の外表面に受容されている。回線１２
６，１２８にもたらされるセンサ出力信号は変位に対応
し、各出力信号の電圧のマグニチュードから派生したも
のである。これらの信号が差動的に組み合わされて１つ
の差動出力信号が作成され、この差動出力信号はパンチ
の中心線位置を計算するために用いられる。差動出力信
号は缶がそこにあってもなくてもあまり影響を受けず、
ゆえに、パンチの中心線の位置をより正確に計測できる
ので、この点において本発明は有利である。図８の差動
センサの実施例によれば、また、温度がより安定すると
共に且つより直交する出力信号がもたらされ、この出力
信号は、厚さを計測するのに用いられる位相出力信号の
リフトオフ補正に使用する上で充分なマグニチュードを
有する。

【００５０】図９は、本発明に対応して設けられた第１
の変形例としてのセンサシステムの単純化された概略図
である。システム１３０は、図１に示されるシステムと
実施的に同一であり、回線１３４を介して励磁信号をセ
ンサ１３６にもたらす制御回路構成要素１３２を含む。
センサ１３６の内部には、センサコイル１３８がその一
端が被計測物１４０に隣接するよう配置される。被計測
物１４０は、基体１４２及び外側のクラッティング１４
４を含む。

【００５１】システム１３０には、励磁信号をコントロ
ーラから回線１４８を介して受容する第２センサ１４６
がさらに含まれる。センサ１４６は被計測物１４０から
距離を置いて配置され、よって被計測物１４０から電磁
的に影響されない。しかし、第２センサ１４６は、第１
センサ１３６と実質的に同一の環境内にあるように、よ
って、第１センサ１３６と同じ時間に同じ温度にあるよ
うに位置される。従って、第１センサ１３６及び第２セ
ンサ１４６の各信号を、温度の変動により生じる信号値
のあらゆるドリフトを除去するために使用できる。第２
のセンサの被計測物１４０からより距離をおいたコイル
からの信号は、コントローラにより受容される。コント
ローラを有する制御回路構成要素１３２は、第２コイル
からの信号のインピーダンスを基体表面に近い第１コイ
ルからの信号と比較することにより達成される補償（co
mpensation term ）をもたらす。ゆえに、温度の変動に
より引き起こされた第１センサ１３６内での信号のドリ
フトが一切除去される。この構成において、本発明の複
数のコイルを使用するが、しかし使われ方は従来の技術
による装置における使われ方と同じではない。従来例の
ように励磁コイル及びセンサコイルから成る一組のコイ
ルを使用するのではなく、本発明は第２のコイルを温度
補償の目的のために使うだけである。

【００５２】図１０は、本発明に従って設けられる第２
の変形例としてのシステム１５０の単純化された概略図
であり、被計測物１５１の位置を決定するべく差動的に
操作される２つのセンサを特徴とする。システム１５０
において、センサ１５２，１５４は各々回線１５８，１
６０を介してコントローラ１５６情報をやり取りする。
センサ１５２，１５６は差動的に操作され、各センサに
対する被計測物の位置を示す第１の信号及び第２の信号
を発生する。センサ１５２から送られ受容される信号の
マグニチュードが、センサ１５４からの信号のマグニチ
ュードから索引される。被計測物の厚さを示す信号は、
最初に各センサからの位相出力に関連している。この厚
さに関する信号は、差動的なマグニチュード信号による
位置に起因する誤差をコントローラにより補正される。
この第２の変形例としてのシステム１５０の位置出力
は、その第２センサが上記のように使用されるため被計
測物の厚さ及び温度による影響からさらに離れることが
できる。

【００５３】本発明は、その好適実施例に関して図示さ
れ説明されたが、当業者であれば、本発明の精神及び範
囲から逸脱することなく様々な他の変更，省略及び追加
をこれになく得ることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により提供されるシステムの単純化され
た概略図である。

【図２】図１のシステムにより実行されるアルゴリズム
を用いた正規化インピーダンスに対する電気的性質及び
距離の効果を示すグラフである。

【図３】図１のシステムの電気的回路構成要素のより詳
細な概略図である。

【図４】図１のシステム出力信号を示すグラフである。

【図５】図の出力信号を示す２番目のグラフであり、一
群の変位曲線として示されている。

【図６】被計測物の表面からの複数のセンサ変位におい
て計測された位相電圧により形成された一群の変位曲線
を示すグラフである。

【図７】本システムによりもたらされる出力信号の電圧
のマグニチュードを被計測物からのセンサ変位と比較し
て示すグラフである。

【図８】本発明の実施例の一部であって図１に示されて
いるシステムの変形例としての差動センサアッセンブリ
を示す単純化された概略図である。

【図９】本発明により提供される別の変形例であって、
２つのセンサを特徴とするシステムの単純化された概略
図である。

【図１０】本発明により提供されるもう１つの別の変形
例であって、被計測物の位置を決定するべく差動的に操
作される２つのセンサを特徴とするシステムの単純化さ
れた概略図である。

【符号の説明】

１０うず電流センサ１２信号条件化電気装置１４接続ケーブル２０コイル２２被計測物

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年８月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596111575 1500 ＧａｒｄｅｎｏｆｔｈｅＧｏｄｓＲｏａｄＣｏｌｏｒａｄｏＳｐｒｉｎｇｓ，ＣＯＬＯＲＡＤＯ，ＵＳＡ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被計測物の物理的パラメータ特性を計測
する方法であって、上記被計測物のパラメータが素材，
厚さ，温度，透磁率及び導電率を含み、予め選択された
直径の電気コイルを有する電流センサを設けるステップ
と、上記コイルを上記被計測物から選択された分離距離
だけ離して位置するステップと、上記励磁信号を計測し
て選択された角周波数の励磁信号を上記コイルにもたら
すステップと、上記励磁信号を計測して上記被計測物の
パラメータを決定するステップとを含む方法であり、システムの電気的パラメータを定義する電気的構成要素
を有する励磁回路を設けるステップであって、上記励磁
回路が上記システムの電気的パラメータにより定義され
る励磁回路インピーダンスをさらに有するステップと、上記被計測物の透磁率と抵抗率との実効積及び上記分離
距離が励磁回路インピーダンス平面において一点に位置
するように選択された一つの角周波数において、励磁信
号を上記コイルにもたらすステップと、上記励磁信号の電圧の振幅（マグニチュード）を計測す
るステップと、上記励磁信号の位相を計測するステップと、上記励磁回路インピーダンス平面上の一点を示す信号を
発生させるステップと、上記パラメータのうち所望の
一つの計算値を示す信号を発生させるステップとをさら
に含むことを特徴とする方法。
【請求項２】上記被計測物の透磁率及び導電率の実効
積が上記インピーダンスの虚成分としてのみ機能し、上
記分離距離の大きさが上記インピーダンスの実成分とし
てのみ機能するように予め選択された一つの角周波数に
おいて、励磁信号を上記コイルにもたらすステップと、
上記被計測物の透磁率及び導電率の積の計算値を示す信
号を発生させるステップとをさらに含む請求項１記載の
方法。
【請求項３】被計測物の物理的パラメータ特性を計測
するシステムであって、上記被計測物の物理的パラメー
タが素材，厚さ，温度，透磁率及び導電率を含み、電流
センサと、上記センサを上記被計測物からある選択され
た分離距離だけ離して位置する手段と、予め選択された
ある角周波数の励磁信号を上記センサにもたらす信号発
生手段と、上記励磁信号を計測して上記被計測物のパラ
メータを決定する手段とを含むシステムであり、システムの電気的パラメータを定義する電気的構成要素
を有する励磁回路であって、上記システムの電気的パラ
メータにより定義される励磁回路インピーダンスをさら
に有する励磁回路と、上記励磁回路に電気的に接続され、直径が予め選択され
た一つの電気コイルを有するセンサと、上記被計測物の透磁率と抵抗率との実効積及び上記分離
距離が励磁回路インピーダンス平面において一点に位置
するように予め選択された一つの角周波数において励磁
信号を上記コイルにもたらす信号発生手段と、上記励磁信号の電圧のマグニチュードを計測する手段
と、上記励磁信号の位相を計測する手段と、上記パラメータのうち所望の一つを示す出力信号を発生
するプロセッサ手段とをさらに含むことを特徴とするシ
ステム。
【請求項４】上記被計測物の励磁率及び導電率の上記
実効積が上記インピーダンスの虚成分としてのみ機能
し、上記分離距離の大きさが上記インピーダンスの実成
分としてのみ機能し、上記プロセッサ手段が、上記被計
測物の励磁率と導電率との実効積の計算値を示す信号を
発生させる請求項３記載のシステム。