磁性異物検出装置
【課題】装置構成が簡易で低コストにもかかわらず、被検出物の内部まで異物検出が行なえる検出感度の高い磁性異物検出装置を提供する。
【解決手段】磁界発生装置１により発生させた発生磁界に鎖交するよう配置され、被検出物２が発生磁界中を通過する際にもたらす磁界分布変化を検出する空芯状の検出コイル５と、検出コイル５に誘導される誘導電流を増幅し、電圧に変換する電流−電圧変換回路８と、を具備したインダクション磁気センサ７を備えた。
【解決手段】磁界発生装置１により発生させた発生磁界に鎖交するよう配置され、被検出物２が発生磁界中を通過する際にもたらす磁界分布変化を検出する空芯状の検出コイル５と、検出コイル５に誘導される誘導電流を増幅し、電圧に変換する電流−電圧変換回路８と、を具備したインダクション磁気センサ７を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば食品加工装置などにおいて加工食品に混入した磁性異物を検出する磁性異物検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品加工技術の進歩や輸入食料品の増加にともない、食の安全性についての関心が高まっている。とりわけ加工食品の製造現場や食品包装などの生産課程で食品に異物が混入するおそれがあることから、特に人体への影響力が大きい金属異物（刃片や針、金属粉など）を検出して出荷する異物検出装置が用いられる。
【０００３】
食品異物検出の方式には、大きく分けて以下に述べる４タイプの検出原理が用いられる。第１の検出方式は、渦電流方式である。これは送信コイルに１ＭＨＺから３３３ｋＨｚの交流電流を流して交番磁界を発生させ、その交番磁界中を被検査物が通過したときに発生する渦電流による磁界分布変化を受信コイルで検出する方式である。この場合、発信コイルと受信コイルの共振現象を利用した検出方式であり、送受信コイルを含むブリッジ回路において所定の中心周波数で共振する検知回路を設け、被検出物が送受信コイルの間に形成される交番磁界内を通過する際に発生した渦電流による磁界分布変化を共振周波数の変化として検出する方式である（特許文献１参照）。
【０００４】
第２の検出方式としては、被検査物をＣＣＤカメラを用いて撮像して行なわれる目視或いは画像処理による検査方式である。
第３の検出方式としては、被検査物に弱いＸ線を照射してその透過量を半導体センサで検出する方式である。
第４の検出方式としては、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）磁気センサを用いた検出方式で、被検査物を予め磁化した後、続いて磁気シールドされた空間内でＳＱＵＩＤ磁気センサにより残留磁気の有無を検出する方式である。
【特許文献１】特許第３８５７２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した第１の検出方式においては、共振回路に流れる電流または印加電圧の周波数として１ＭＨＺから３３３ｋＨｚの高周波数が用いられており、被検出物の包装に導電材料である銅を使用すると、例えば１ｋＨｚにおける渦電流による表皮深さは２ｍｍ程度となるため、包装内の被検出物まで異物検出が十分に行なえない。また、被検出物に発生する渦電流が当該被検出物に含まれる水分、温度などの影響を受け易く検出感度が甘くなり易い。更には、異物の形状や大きさの限界を受け易く、例えば鉄粉であればφ０．５ｍｍ、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の小片であればφ０．７ｍｍが限界とされている。
【０００６】
また、第２の検出方式においては、ＣＣＤカメラによる撮像であるため被検査物の表面の異常のみ検出できるが、内部の異常は検出できない。
また、第３の検出方式においては、Ｘ線照射装置が高価なうえに、定期的に消耗品（例えばＸ線管球やラインセンサ）を交換する必要があるためメンテナンスコストも派生する。
また、第４の検出方式においては、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）磁気センサは高感度であり、被検出物の大きさに関する検出限界の精度も高い（例えば、ＳＵＳ３０４製の針であればφ０．１ｍｍまで検出可能）。しかしながら、超伝導素子を使用するため、液体窒素や液体ヘリウムなどを用いた大掛かりな冷却装置が必要となる。また、検出空間を磁気シールドする必要から環境磁界の影響を受けやすく、装置コストが高くなりやすい。
【０００７】
本発明の目的は、上述した既存の検出方法に比べて、装置構成が簡易で低コストにもかかわらず、被検出物の内部まで異物検出が行なえる検出感度の高い磁性異物検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
被検出物に混入する磁性異物を検出する磁性異物検出装置であって、前記被検出物が通過する検査領域に磁界を発生させる磁界発生装置と、前記磁界発生装置により発生させた発生磁界に鎖交するよう配置され、前記被検出物が発生磁界中を通過する際にもたらす磁界分布変化を検出する空芯状の検出コイルと、前記検出コイルに誘導される誘導電流を増幅し電圧に変換する電流−電圧変換回路と、を具備したインダクション磁気センサと、前記インダクション磁気センサに具備した電流−電圧変換回路の出力信号を解析して前記磁性異物を特定する信号解析装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この場合、インダクション磁気センサは、磁界分布変化を信号解析装置によって解析可能な出力信号の最小分解能から、前記検出コイルの導線材質、形状、巻数により決まるインダクタンス、抵抗、及び電流−電圧変換回路の構成が各々決定されるようになっている。
具体的には、磁束−電流換算係数について、検出コイルに鎖交する総磁束φ[Ｗｂ]とインダクタンスＬ[Ｈ]から誘導される誘導電流Ｉ＝φ／Ｌ[Ａ]となるが、インダクタンスＬを小さくすれば微弱な磁界でも大きな誘導電流が流れる。
一方、インダクタンスＬ[Ｈ]と抵抗Ｒ[Ω]により決まるカットオフ周波数ｆ＝Ｒ／２πＬ[Ｈｚ]以上の周波数では、上記磁束−電流変換係数により誘導電流により算出されるが、それ以下の周波数では誘導電流が２０ｄＢ／ｏｃｔで減衰する。即ち、上記磁束−電流換算係数とは反対にインダクタンスＬの値を大きくするのが好ましい。
以上より、インダクション磁気センサは、検出コイルのインダクタンスＬ[Ｈ]と抵抗Ｒ[Ω]により決まるカットオフ周波数ｆ＝Ｒ／２πＬ[Ｈｚ]以上の周波数で、検出コイルに鎖交する総磁束φ[Ｗｂ]に比例したとインダクタンスＬ[Ｈ]から誘導される誘導電流Ｉ＝φ／Ｌ[Ａ]を増幅して電圧信号として出力することが望ましい。
【００１０】
また、前記磁界発生装置により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記電流−電圧変換回路において、前記被検出物による磁界分布変化によって前記検出コイルに誘導される誘導電流は、当該検出コイル両端を短絡した場合と同程度誘導される誘導電流の大きさに比例した電圧に変換されることを特徴とする。
【００１２】
また、前記検出コイルの抵抗がゼロでない場合、当該検出コイルに直流磁界が鎖交しても誘導電流が流れないことを特徴とする。
【００１３】
また、前記検出コイルが前記磁界発生装置に発生する交番磁界を打ち消すように作動接続されていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記磁界発生装置は、交流電源と、該交流電源に接続された交番磁界を発生させる磁界発生コイルと、を具備し、前記検出コイルは、前記磁界発生コイル内に同芯状に設けられ、当該磁界発生コイルに通電して交番磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内に置かれるか或いは前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されることを特徴とする。
【００１５】
或いは、前記磁界発生装置は、複数の永久磁石或いは直流電源に接続された磁界発生コイルのいずれかを具備し、前記検出コイルは前記永久磁石間若しくは前記磁界発生コイル内に同芯状に設けられ、前記磁界発生装置により直流磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述した磁性異物検出装置を用いれば、磁界発生装置により発生させた発生磁界に鎖交するよう同芯状に配置された検出コイル内を、被検出物が通過する際にもたらす磁界分布変化を前記検出コイルに誘導される誘導電流を増幅し電圧に変換するインダクション磁気センサにより検出して出力信号を解析して磁性異物を特定するようにしたので、装置構成が簡易で低コストにもかかわらず、被検出物の内部まで異物検出が行なえる検出感度の高い磁性異物検出装置を提供することができる。
特に、磁界発生装置により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数であることから、被検出物が導電材料で包装（例えばアルミホイル包装）されていても、表皮効果による渦電流は発生せず、当該被検出物の内部の異物まで検出することができる。
【００１７】
また、被検出物による磁界分布変化によって検出コイルに誘導される誘導電流は、当該検出コイル両端を短絡した場合と同程度誘導される誘導電流の大きさに比例した電圧に変換されることで検出感度を維持することができる。
また、検出コイルの抵抗値がゼロでない場合、当該検出コイルに直流磁界が鎖交しても誘導電流が流れないので、磁界発生装置により発生した一様な磁界中では検出感度を持たない。よって、被検出物に磁性異物が混入している場合のみ磁界分布に変動を生じて異常を検出することができる。
また、検出コイルが磁界発生装置に発生する交番磁界を打ち消すように作動接続されていると、磁界発生装置によって発生する交番磁界の変化だけでは検出感度を持たない。よって、被検出物に磁性異物が混入している場合のみ磁界分布に変動を生じて異常を検出することができる。
また、磁界発生コイルに通電して交番磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内に置かれるか或いは前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されるか、或いは磁界発生装置により直流磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されるので、簡易な構成で高感度に磁性異物の検出が行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る磁性異物検出装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施の形態は、一例として加工食品に混入する磁性異物（例えば、加工刃などに用いられるステンレススチール（ＳＵＳ３０４）小片、ステープラ針など）を検出する磁性異物検査装置について説明する。
【００１９】
尚、ＳＵＳ３０４は、本来非磁性のオーステナイト鋼であり磁化しないが、加工時の応力によってマルテンサイトに変態して磁性を帯びるようになることが知られている。したがって、加工食品に混入したステンレススチール製刃片や、ステンレス線が曲げ加工されたステープラ針などの小片は磁性異物として検出される。
【００２０】
図１を参照して、磁性異物検出装置の概略構成について説明する。
磁界発生装置１は、被検出物（加工食品）２が通過する検査領域に均一な磁界を発生させる。被検出物２は、後述するように導電性包装材（アルミホイルなど）に包装されていてもよい。
【００２１】
図１において、磁界発生装置１は、本実施形態では交番磁界を発生させる装置である。即ち、交流電源３と、該交流電源３に接続された空芯状コイル内に交番磁界を発生させる磁界発生コイル４を具備している。また、検出コイル５は、磁界発生コイル４内に形成される交番磁界内に同芯状に設けられている。磁界発生コイル４に通電して交番磁界を発生させた状態で被検出物２が検出コイル５内に置かれるか或いは当該検出コイル５内を通過させる際に誘導電流が流れることにより磁界分布変化が検出されるようになっている。
【００２２】
尚、磁界発生装置１により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数である。それ以上の周波数を用いると、被検出物２に表皮効果により渦電流が発生するおそれがあり、被検出物２の内部に混入した磁性異物６（例えば、鉄粉、ステンレススチール小片、ステープラ針など）を検査できなくなるおそれがあるからである。
【００２３】
尚、磁界発生装置１は複数の永久磁石を対向配置するか或いは直流電源に接続された磁界発生コイルのいずれかを具備していてもよい。この場合、検出コイル５は、永久磁石間若しくは磁界発生コイル内に同芯状に設けられる。磁界発生装置１により発生する直流磁界中を被検出物２が検出コイル５内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出される。
【００２４】
図２において、インダクション磁気センサ７は、磁界発生装置１により発生させた低周波発生磁界に鎖交するよう配置され、被検出物２が発生磁界中を通過する際にもたらす磁界分布変化を検出する空芯状の検出コイル５と、検出コイル５に誘導される誘導電流を増幅し、電圧に変換する電流−電圧変換回路８を具備している。検出コイル５は磁界発生装置１によって形成される均一磁界空間１０内に配置されている。この検出コイル５内に被検出物２が置かれるか或いは通過させることで、当該検出コイル５に誘導される誘導電流の値を電流−電圧変換回路８によって電圧値に変換して出力するようになっている。
【００２５】
電流−電圧変換回路８において被検出物２による磁界分布変化によって検出コイル５に誘導される誘導電流は、検出コイル５両端を短絡した場合と同程度に誘導される誘導電流に比例した電圧に変換されるようになっている。
【００２６】
また、インダクション磁気センサ７は、検出コイル５の抵抗がゼロでない場合、当該検出コイル５に直流磁界が鎖交しても誘導電流が流れないようになっている。磁界発生装置１により発生した一様な磁界では検出感度を持たない。よって、被検出物２に磁性異物６が混入している場合のみ磁界分布に変動を生じて異常を検出することができる。
【００２７】
また、インダクション磁気センサ７は、検出コイル５が磁界発生装置１に発生する交番磁界を打ち消すように作動接続されている。磁界発生装置によって発生する交番磁界の変化だけでは検出感度を持たない。よって、被検出物２に磁性異物６が混入している場合のみ磁界分布に変動を生じて異常を検出することができる。
【００２８】
信号解析装置９は、インダクション磁気センサ７に具備した電流−電圧変換回路８の出力信号（電流−電圧変換値）を解析して磁性異物６を特定する。磁性異物６のうち例えば、鉄粉やステンレスなどに応じて電圧波形をサンプルとして記憶しておくことで、異物が何であるか特定することができる。
【００２９】
図２において、インダクション磁気センサ７は、磁界分布変化を信号解析装置９によって解析可能な出力信号の最小分解能から、検出コイル５の導線材質、形状、巻数により決まるインダクタンス、抵抗、及び電流−電圧変換回路８の構成が各々決定されるようになっている。
具体的には、インダクション磁気センサ７は、検出コイル５のインダクタンスＬ[Ｈ]と抵抗Ｒ[Ω]により決まるカットオフ周波数ｆ＝Ｒ／２πＬ[Ｈｚ]以上の周波数とすることが望ましい。しかしながら、インダクションセンサの高感度さゆえ、検出コイル５のアンバランスが問題となるときには、それ以下の周波数が用いられる。本実施形態では一例として１０Ｈｚの周波数が用いられる。
【００３０】
尚、検出コイル５に誘導される誘導電流は、電流−電圧変換回路８に用いられるオペアンプの帰還抵抗に比例した電圧として増幅される。この増幅電圧値をコイル抵抗の１００倍以上にしておけば、インダクション磁気センサ７の最小磁界感度は変わらない。インダクション磁気センサ７の最小磁界感度は、オペアンプの等価入力雑音電圧密度と等価雑音電流密度と磁束−電流換算係数により決まる。
【００３１】
次に、図３の多層ソレノイドコイル１１を用いて被検出物２に混入する異物検出を行なった検出実験結果の一例について説明する。以下に検出実験装置の構成例について説明する。多層ソレノイドコイル１１のうち外層コイル１１ａに発振装置１２から増幅回路１３を経て定電流モードで交流電流を流して交番磁界（低周波磁界）を発生させる。このときの、交番磁界の発振周波数は１０Ｈｚであり、入力電流ｉｍの大きさを、外層コイル１１ａに接続された電圧計１４によって電圧に換算して測定をおこなった。また、内層コイル（インダクショングラジオメータ）１１ｂには、誘導電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路１５が接続されており、当該電流−電圧変換回路１５で出力された出力電圧を電圧計１６により測定を行った。
また、被検出物２は樹脂系試料台（非磁性）１７のＡ点及びＢ点に試料として各々固定され、該樹脂系試料台１７を多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形をオシロスコープにて観測を行なった。
【００３２】
図４（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料としてＰＣパーマロイ材を各々固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。図４（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
ＰＣパーマロイ材（78Permalloy, Nilaco社製）の場合、直径φ0.8ｍｍを共通で、長さをＡ点で5mm，10mmと変化させ、Ｂ点で長さを100mm，40mm，20mm，10mmと変化させて出力電圧波形を観測した。この結果、ＰＣパーマロイ材の場合、Ａ点で（φ0.8mm，長さ10mm）、Ｂ点で（φ0.8mm，長さ40mm）以上のサイズであれば出力電圧の変化が各々観測され、磁性異物を検出できることが確認できた。
【００３３】
図５（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点に試料としてアルミ箔のみとアルミ箔で包装されたＰＣパーマロイ材（φ0.8ｍｍ，長さ20mm）を固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を各々示す。図５（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
図５（ｂ）によれば、アルミ箔により包装されていても、ＰＣパーマロイ材による出力電圧の変化が観測され、磁性異物を検出できることが確認できた。
【００３４】
図６（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料としてステンレス材（SUS304, Nilaco社製）を各々固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。図６（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー入力電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
本実施例は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料であるステンレス材の長さ10mmを共通にして、直径をφ0.5mm，φ0.2mm，φ0.1mmと変化させた試料を各々固定して出力電圧波形を観測した。この結果、ステンレス材の場合には、φ0.2ｍｍ，長さ10mm以上のサイズであれば磁性異物を検出できることが確認できた。
【００３５】
図７（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点に試料としてアルミ箔で包装されたステンレス材（SUS304, Nilaco社製;φ0.2ｍｍ，長さ10mm）を固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。図７（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー入力電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
アルミ箔により包装されていても、出力電圧の変化が観測され、磁性異物が検出できることが確認できた。
【００３６】
図８（ａ）（ｂ）及び図９（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料として鉄材（Fe99.5% ;Nilaco社製）を各々固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。図８（ａ）（ｂ）及び図９（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー入力電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
図８（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料である鉄材の直径がφ0.5mmの場合、φ0.2mmの場合で長さを10mm，5mm，2mmと変化させたものを各々固定して得られた出力電圧波形示す。また、図９（ａ）（ｂ）は、直径がφ0.1mmの場合で長さを50mm，10mmと変化させたものを各々固定して得られた出力電圧波形を示す。この結果、鉄材の場合には、直径φ0.2ｍｍ，長さ5mm以上のサイズで磁性異物を検出できることが確認できた。また、直径φ0.1mmであれば、長さ50mm以上のサイズで磁性異物を検出できることも確認できた。
また、上記各サイズの鉄材はアルミ箔により包装されていても、出力電圧の変化が観測され、磁性異物が検出できることが確認できた。
【００３７】
図１０は、樹脂系試料台１７のＡ点に試料としてチーズブロックの中にステープラ針を埋め込んだものを固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。これにより、食品中に混入した磁性異物を検出可能であることが確認できた。
【００３８】
以上の実験結果によれば、装置構成が簡易で低コストにもかかわらず、検出感度の高い磁性異物検出装置を提供することができることが分かる。また、磁界発生装置１により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数であることから、被検出物２が導電材料で包装（例えばアルミホイル包装）されていても、表皮効果による渦電流は発生せず、当該被検出物２の内部の磁性異物６まで検出することができる。
【００３９】
尚、磁界発生装置１により発生する発生磁界の周波数を１０ｋＨｚ以上とし、電流−電圧変換回路８の代わりに検出コイル５の両端電圧をロックインアンプ等で検出することにより磁界分布変化を検出でき、渦電流方式による汎用の金属検出器としても使用できるので、装置の付加価値を高めた磁性異物検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】磁性異物検出装置のブロック構成図である。
【図２】インダクション磁気センサの構成図である。
【図３】磁性異物検出実験装置の構成図である。
【図４】ＰＣパーマロイ材を用いた場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図５】図４の試料をアルミ包装した場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図６】ステンレス材（ＳＵＳ３０４）を用いた場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図７】図６の試料をアルミ包装した場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図８】鉄材（Ｆｅ）を用いた場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図９】鉄材（Ｆｅ）を用いた場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図１０】ステープラ針が混入したチーズブロックを用いた場合に検出される出力電圧を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 磁界発生装置
２ 被検出物
３ 交流電源
４ 磁界発生コイル
５ 検出コイル
６ 磁性異物
７ インダクション磁気センサ
８，１５ 電流−電圧変換回路
９ 信号解析装置
１０ 均一磁界空間
１１ 多層ソレノイドコイル
１１ａ 外層コイル
１１ｂ 内層コイル
１２ 発振装置
１３ 増幅回路
１４，１６ 電圧計
１７ 樹脂系試料台
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば食品加工装置などにおいて加工食品に混入した磁性異物を検出する磁性異物検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品加工技術の進歩や輸入食料品の増加にともない、食の安全性についての関心が高まっている。とりわけ加工食品の製造現場や食品包装などの生産課程で食品に異物が混入するおそれがあることから、特に人体への影響力が大きい金属異物（刃片や針、金属粉など）を検出して出荷する異物検出装置が用いられる。
【０００３】
食品異物検出の方式には、大きく分けて以下に述べる４タイプの検出原理が用いられる。第１の検出方式は、渦電流方式である。これは送信コイルに１ＭＨＺから３３３ｋＨｚの交流電流を流して交番磁界を発生させ、その交番磁界中を被検査物が通過したときに発生する渦電流による磁界分布変化を受信コイルで検出する方式である。この場合、発信コイルと受信コイルの共振現象を利用した検出方式であり、送受信コイルを含むブリッジ回路において所定の中心周波数で共振する検知回路を設け、被検出物が送受信コイルの間に形成される交番磁界内を通過する際に発生した渦電流による磁界分布変化を共振周波数の変化として検出する方式である（特許文献１参照）。
【０００４】
第２の検出方式としては、被検査物をＣＣＤカメラを用いて撮像して行なわれる目視或いは画像処理による検査方式である。
第３の検出方式としては、被検査物に弱いＸ線を照射してその透過量を半導体センサで検出する方式である。
第４の検出方式としては、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）磁気センサを用いた検出方式で、被検査物を予め磁化した後、続いて磁気シールドされた空間内でＳＱＵＩＤ磁気センサにより残留磁気の有無を検出する方式である。
【特許文献１】特許第３８５７２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した第１の検出方式においては、共振回路に流れる電流または印加電圧の周波数として１ＭＨＺから３３３ｋＨｚの高周波数が用いられており、被検出物の包装に導電材料である銅を使用すると、例えば１ｋＨｚにおける渦電流による表皮深さは２ｍｍ程度となるため、包装内の被検出物まで異物検出が十分に行なえない。また、被検出物に発生する渦電流が当該被検出物に含まれる水分、温度などの影響を受け易く検出感度が甘くなり易い。更には、異物の形状や大きさの限界を受け易く、例えば鉄粉であればφ０．５ｍｍ、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の小片であればφ０．７ｍｍが限界とされている。
【０００６】
また、第２の検出方式においては、ＣＣＤカメラによる撮像であるため被検査物の表面の異常のみ検出できるが、内部の異常は検出できない。
また、第３の検出方式においては、Ｘ線照射装置が高価なうえに、定期的に消耗品（例えばＸ線管球やラインセンサ）を交換する必要があるためメンテナンスコストも派生する。
また、第４の検出方式においては、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）磁気センサは高感度であり、被検出物の大きさに関する検出限界の精度も高い（例えば、ＳＵＳ３０４製の針であればφ０．１ｍｍまで検出可能）。しかしながら、超伝導素子を使用するため、液体窒素や液体ヘリウムなどを用いた大掛かりな冷却装置が必要となる。また、検出空間を磁気シールドする必要から環境磁界の影響を受けやすく、装置コストが高くなりやすい。
【０００７】
本発明の目的は、上述した既存の検出方法に比べて、装置構成が簡易で低コストにもかかわらず、被検出物の内部まで異物検出が行なえる検出感度の高い磁性異物検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
被検出物に混入する磁性異物を検出する磁性異物検出装置であって、前記被検出物が通過する検査領域に磁界を発生させる磁界発生装置と、前記磁界発生装置により発生させた発生磁界に鎖交するよう配置され、前記被検出物が発生磁界中を通過する際にもたらす磁界分布変化を検出する空芯状の検出コイルと、前記検出コイルに誘導される誘導電流を増幅し電圧に変換する電流−電圧変換回路と、を具備したインダクション磁気センサと、前記インダクション磁気センサに具備した電流−電圧変換回路の出力信号を解析して前記磁性異物を特定する信号解析装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この場合、インダクション磁気センサは、磁界分布変化を信号解析装置によって解析可能な出力信号の最小分解能から、前記検出コイルの導線材質、形状、巻数により決まるインダクタンス、抵抗、及び電流−電圧変換回路の構成が各々決定されるようになっている。
具体的には、磁束−電流換算係数について、検出コイルに鎖交する総磁束φ[Ｗｂ]とインダクタンスＬ[Ｈ]から誘導される誘導電流Ｉ＝φ／Ｌ[Ａ]となるが、インダクタンスＬを小さくすれば微弱な磁界でも大きな誘導電流が流れる。
一方、インダクタンスＬ[Ｈ]と抵抗Ｒ[Ω]により決まるカットオフ周波数ｆ＝Ｒ／２πＬ[Ｈｚ]以上の周波数では、上記磁束−電流変換係数により誘導電流により算出されるが、それ以下の周波数では誘導電流が２０ｄＢ／ｏｃｔで減衰する。即ち、上記磁束−電流換算係数とは反対にインダクタンスＬの値を大きくするのが好ましい。
以上より、インダクション磁気センサは、検出コイルのインダクタンスＬ[Ｈ]と抵抗Ｒ[Ω]により決まるカットオフ周波数ｆ＝Ｒ／２πＬ[Ｈｚ]以上の周波数で、検出コイルに鎖交する総磁束φ[Ｗｂ]に比例したとインダクタンスＬ[Ｈ]から誘導される誘導電流Ｉ＝φ／Ｌ[Ａ]を増幅して電圧信号として出力することが望ましい。
【００１０】
また、前記磁界発生装置により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記電流−電圧変換回路において、前記被検出物による磁界分布変化によって前記検出コイルに誘導される誘導電流は、当該検出コイル両端を短絡した場合と同程度誘導される誘導電流の大きさに比例した電圧に変換されることを特徴とする。
【００１２】
また、前記検出コイルの抵抗がゼロでない場合、当該検出コイルに直流磁界が鎖交しても誘導電流が流れないことを特徴とする。
【００１３】
また、前記検出コイルが前記磁界発生装置に発生する交番磁界を打ち消すように作動接続されていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記磁界発生装置は、交流電源と、該交流電源に接続された交番磁界を発生させる磁界発生コイルと、を具備し、前記検出コイルは、前記磁界発生コイル内に同芯状に設けられ、当該磁界発生コイルに通電して交番磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内に置かれるか或いは前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されることを特徴とする。
【００１５】
或いは、前記磁界発生装置は、複数の永久磁石或いは直流電源に接続された磁界発生コイルのいずれかを具備し、前記検出コイルは前記永久磁石間若しくは前記磁界発生コイル内に同芯状に設けられ、前記磁界発生装置により直流磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述した磁性異物検出装置を用いれば、磁界発生装置により発生させた発生磁界に鎖交するよう同芯状に配置された検出コイル内を、被検出物が通過する際にもたらす磁界分布変化を前記検出コイルに誘導される誘導電流を増幅し電圧に変換するインダクション磁気センサにより検出して出力信号を解析して磁性異物を特定するようにしたので、装置構成が簡易で低コストにもかかわらず、被検出物の内部まで異物検出が行なえる検出感度の高い磁性異物検出装置を提供することができる。
特に、磁界発生装置により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数であることから、被検出物が導電材料で包装（例えばアルミホイル包装）されていても、表皮効果による渦電流は発生せず、当該被検出物の内部の異物まで検出することができる。
【００１７】
また、被検出物による磁界分布変化によって検出コイルに誘導される誘導電流は、当該検出コイル両端を短絡した場合と同程度誘導される誘導電流の大きさに比例した電圧に変換されることで検出感度を維持することができる。
また、検出コイルの抵抗値がゼロでない場合、当該検出コイルに直流磁界が鎖交しても誘導電流が流れないので、磁界発生装置により発生した一様な磁界中では検出感度を持たない。よって、被検出物に磁性異物が混入している場合のみ磁界分布に変動を生じて異常を検出することができる。
また、検出コイルが磁界発生装置に発生する交番磁界を打ち消すように作動接続されていると、磁界発生装置によって発生する交番磁界の変化だけでは検出感度を持たない。よって、被検出物に磁性異物が混入している場合のみ磁界分布に変動を生じて異常を検出することができる。
また、磁界発生コイルに通電して交番磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内に置かれるか或いは前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されるか、或いは磁界発生装置により直流磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されるので、簡易な構成で高感度に磁性異物の検出が行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る磁性異物検出装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施の形態は、一例として加工食品に混入する磁性異物（例えば、加工刃などに用いられるステンレススチール（ＳＵＳ３０４）小片、ステープラ針など）を検出する磁性異物検査装置について説明する。
【００１９】
尚、ＳＵＳ３０４は、本来非磁性のオーステナイト鋼であり磁化しないが、加工時の応力によってマルテンサイトに変態して磁性を帯びるようになることが知られている。したがって、加工食品に混入したステンレススチール製刃片や、ステンレス線が曲げ加工されたステープラ針などの小片は磁性異物として検出される。
【００２０】
図１を参照して、磁性異物検出装置の概略構成について説明する。
磁界発生装置１は、被検出物（加工食品）２が通過する検査領域に均一な磁界を発生させる。被検出物２は、後述するように導電性包装材（アルミホイルなど）に包装されていてもよい。
【００２１】
図１において、磁界発生装置１は、本実施形態では交番磁界を発生させる装置である。即ち、交流電源３と、該交流電源３に接続された空芯状コイル内に交番磁界を発生させる磁界発生コイル４を具備している。また、検出コイル５は、磁界発生コイル４内に形成される交番磁界内に同芯状に設けられている。磁界発生コイル４に通電して交番磁界を発生させた状態で被検出物２が検出コイル５内に置かれるか或いは当該検出コイル５内を通過させる際に誘導電流が流れることにより磁界分布変化が検出されるようになっている。
【００２２】
尚、磁界発生装置１により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数である。それ以上の周波数を用いると、被検出物２に表皮効果により渦電流が発生するおそれがあり、被検出物２の内部に混入した磁性異物６（例えば、鉄粉、ステンレススチール小片、ステープラ針など）を検査できなくなるおそれがあるからである。
【００２３】
尚、磁界発生装置１は複数の永久磁石を対向配置するか或いは直流電源に接続された磁界発生コイルのいずれかを具備していてもよい。この場合、検出コイル５は、永久磁石間若しくは磁界発生コイル内に同芯状に設けられる。磁界発生装置１により発生する直流磁界中を被検出物２が検出コイル５内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出される。
【００２４】
図２において、インダクション磁気センサ７は、磁界発生装置１により発生させた低周波発生磁界に鎖交するよう配置され、被検出物２が発生磁界中を通過する際にもたらす磁界分布変化を検出する空芯状の検出コイル５と、検出コイル５に誘導される誘導電流を増幅し、電圧に変換する電流−電圧変換回路８を具備している。検出コイル５は磁界発生装置１によって形成される均一磁界空間１０内に配置されている。この検出コイル５内に被検出物２が置かれるか或いは通過させることで、当該検出コイル５に誘導される誘導電流の値を電流−電圧変換回路８によって電圧値に変換して出力するようになっている。
【００２５】
電流−電圧変換回路８において被検出物２による磁界分布変化によって検出コイル５に誘導される誘導電流は、検出コイル５両端を短絡した場合と同程度に誘導される誘導電流に比例した電圧に変換されるようになっている。
【００２６】
また、インダクション磁気センサ７は、検出コイル５の抵抗がゼロでない場合、当該検出コイル５に直流磁界が鎖交しても誘導電流が流れないようになっている。磁界発生装置１により発生した一様な磁界では検出感度を持たない。よって、被検出物２に磁性異物６が混入している場合のみ磁界分布に変動を生じて異常を検出することができる。
【００２７】
また、インダクション磁気センサ７は、検出コイル５が磁界発生装置１に発生する交番磁界を打ち消すように作動接続されている。磁界発生装置によって発生する交番磁界の変化だけでは検出感度を持たない。よって、被検出物２に磁性異物６が混入している場合のみ磁界分布に変動を生じて異常を検出することができる。
【００２８】
信号解析装置９は、インダクション磁気センサ７に具備した電流−電圧変換回路８の出力信号（電流−電圧変換値）を解析して磁性異物６を特定する。磁性異物６のうち例えば、鉄粉やステンレスなどに応じて電圧波形をサンプルとして記憶しておくことで、異物が何であるか特定することができる。
【００２９】
図２において、インダクション磁気センサ７は、磁界分布変化を信号解析装置９によって解析可能な出力信号の最小分解能から、検出コイル５の導線材質、形状、巻数により決まるインダクタンス、抵抗、及び電流−電圧変換回路８の構成が各々決定されるようになっている。
具体的には、インダクション磁気センサ７は、検出コイル５のインダクタンスＬ[Ｈ]と抵抗Ｒ[Ω]により決まるカットオフ周波数ｆ＝Ｒ／２πＬ[Ｈｚ]以上の周波数とすることが望ましい。しかしながら、インダクションセンサの高感度さゆえ、検出コイル５のアンバランスが問題となるときには、それ以下の周波数が用いられる。本実施形態では一例として１０Ｈｚの周波数が用いられる。
【００３０】
尚、検出コイル５に誘導される誘導電流は、電流−電圧変換回路８に用いられるオペアンプの帰還抵抗に比例した電圧として増幅される。この増幅電圧値をコイル抵抗の１００倍以上にしておけば、インダクション磁気センサ７の最小磁界感度は変わらない。インダクション磁気センサ７の最小磁界感度は、オペアンプの等価入力雑音電圧密度と等価雑音電流密度と磁束−電流換算係数により決まる。
【００３１】
次に、図３の多層ソレノイドコイル１１を用いて被検出物２に混入する異物検出を行なった検出実験結果の一例について説明する。以下に検出実験装置の構成例について説明する。多層ソレノイドコイル１１のうち外層コイル１１ａに発振装置１２から増幅回路１３を経て定電流モードで交流電流を流して交番磁界（低周波磁界）を発生させる。このときの、交番磁界の発振周波数は１０Ｈｚであり、入力電流ｉｍの大きさを、外層コイル１１ａに接続された電圧計１４によって電圧に換算して測定をおこなった。また、内層コイル（インダクショングラジオメータ）１１ｂには、誘導電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路１５が接続されており、当該電流−電圧変換回路１５で出力された出力電圧を電圧計１６により測定を行った。
また、被検出物２は樹脂系試料台（非磁性）１７のＡ点及びＢ点に試料として各々固定され、該樹脂系試料台１７を多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形をオシロスコープにて観測を行なった。
【００３２】
図４（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料としてＰＣパーマロイ材を各々固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。図４（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
ＰＣパーマロイ材（78Permalloy, Nilaco社製）の場合、直径φ0.8ｍｍを共通で、長さをＡ点で5mm，10mmと変化させ、Ｂ点で長さを100mm，40mm，20mm，10mmと変化させて出力電圧波形を観測した。この結果、ＰＣパーマロイ材の場合、Ａ点で（φ0.8mm，長さ10mm）、Ｂ点で（φ0.8mm，長さ40mm）以上のサイズであれば出力電圧の変化が各々観測され、磁性異物を検出できることが確認できた。
【００３３】
図５（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点に試料としてアルミ箔のみとアルミ箔で包装されたＰＣパーマロイ材（φ0.8ｍｍ，長さ20mm）を固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を各々示す。図５（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
図５（ｂ）によれば、アルミ箔により包装されていても、ＰＣパーマロイ材による出力電圧の変化が観測され、磁性異物を検出できることが確認できた。
【００３４】
図６（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料としてステンレス材（SUS304, Nilaco社製）を各々固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。図６（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー入力電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
本実施例は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料であるステンレス材の長さ10mmを共通にして、直径をφ0.5mm，φ0.2mm，φ0.1mmと変化させた試料を各々固定して出力電圧波形を観測した。この結果、ステンレス材の場合には、φ0.2ｍｍ，長さ10mm以上のサイズであれば磁性異物を検出できることが確認できた。
【００３５】
図７（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点に試料としてアルミ箔で包装されたステンレス材（SUS304, Nilaco社製;φ0.2ｍｍ，長さ10mm）を固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。図７（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー入力電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
アルミ箔により包装されていても、出力電圧の変化が観測され、磁性異物が検出できることが確認できた。
【００３６】
図８（ａ）（ｂ）及び図９（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料として鉄材（Fe99.5% ;Nilaco社製）を各々固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。図８（ａ）（ｂ）及び図９（ａ）（ｂ）において、Ｅは入力電流波形、Ｆは入力電流に同期したトリガー入力電圧波形、Ｇはインダクション磁気センサの出力電圧波形を示す。
図８（ａ）（ｂ）は、樹脂系試料台１７のＡ点及びＢ点に試料である鉄材の直径がφ0.5mmの場合、φ0.2mmの場合で長さを10mm，5mm，2mmと変化させたものを各々固定して得られた出力電圧波形示す。また、図９（ａ）（ｂ）は、直径がφ0.1mmの場合で長さを50mm，10mmと変化させたものを各々固定して得られた出力電圧波形を示す。この結果、鉄材の場合には、直径φ0.2ｍｍ，長さ5mm以上のサイズで磁性異物を検出できることが確認できた。また、直径φ0.1mmであれば、長さ50mm以上のサイズで磁性異物を検出できることも確認できた。
また、上記各サイズの鉄材はアルミ箔により包装されていても、出力電圧の変化が観測され、磁性異物が検出できることが確認できた。
【００３７】
図１０は、樹脂系試料台１７のＡ点に試料としてチーズブロックの中にステープラ針を埋め込んだものを固定して多層ソレノイドコイル１１に挿入したときの出力電圧波形例を示す。これにより、食品中に混入した磁性異物を検出可能であることが確認できた。
【００３８】
以上の実験結果によれば、装置構成が簡易で低コストにもかかわらず、検出感度の高い磁性異物検出装置を提供することができることが分かる。また、磁界発生装置１により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数であることから、被検出物２が導電材料で包装（例えばアルミホイル包装）されていても、表皮効果による渦電流は発生せず、当該被検出物２の内部の磁性異物６まで検出することができる。
【００３９】
尚、磁界発生装置１により発生する発生磁界の周波数を１０ｋＨｚ以上とし、電流−電圧変換回路８の代わりに検出コイル５の両端電圧をロックインアンプ等で検出することにより磁界分布変化を検出でき、渦電流方式による汎用の金属検出器としても使用できるので、装置の付加価値を高めた磁性異物検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】磁性異物検出装置のブロック構成図である。
【図２】インダクション磁気センサの構成図である。
【図３】磁性異物検出実験装置の構成図である。
【図４】ＰＣパーマロイ材を用いた場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図５】図４の試料をアルミ包装した場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図６】ステンレス材（ＳＵＳ３０４）を用いた場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図７】図６の試料をアルミ包装した場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図８】鉄材（Ｆｅ）を用いた場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図９】鉄材（Ｆｅ）を用いた場合に検出される入出力電圧を示すグラフ図である。
【図１０】ステープラ針が混入したチーズブロックを用いた場合に検出される出力電圧を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 磁界発生装置
２ 被検出物
３ 交流電源
４ 磁界発生コイル
５ 検出コイル
６ 磁性異物
７ インダクション磁気センサ
８，１５ 電流−電圧変換回路
９ 信号解析装置
１０ 均一磁界空間
１１ 多層ソレノイドコイル
１１ａ 外層コイル
１１ｂ 内層コイル
１２ 発振装置
１３ 増幅回路
１４，１６ 電圧計
１７ 樹脂系試料台
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物に混入する磁性異物を検出する磁性異物検出装置であって、
前記被検出物が通過する検査領域に磁界を発生させる磁界発生装置と、
前記磁界発生装置により発生させた発生磁界に鎖交するよう配置され、前記被検出物が発生磁界中を通過する際にもたらす磁界分布変化を検出する空芯状の検出コイルと、前記検出コイルに誘導される誘導電流を増幅し電圧に変換する電流−電圧変換回路と、を具備したインダクション磁気センサと、
前記インダクション磁気センサに具備した電流−電圧変換回路の出力信号を解析して前記磁性異物を特定する信号解析装置と、を備えたことを特徴とする磁性異物検出装置。
【請求項２】
前記磁界発生装置により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数であることを特徴とする請求項１記載の磁性異物検出装置。
【請求項３】
前記電流−電圧変換回路において、前記被検出物による磁界分布変化によって前記検出コイルに誘導される誘導電流は、当該検出コイル両端を短絡した場合と同程度誘導される誘導電流の大きさに比例した電圧に変換されることを特徴とする請求項１記載の磁性異物検出装置。
【請求項４】
前記検出コイルの抵抗がゼロでない場合、当該検出コイルに直流磁界が鎖交しても誘導電流が流れないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の磁性異物検出装置。
【請求項５】
前記検出コイルが前記磁界発生装置に発生する交番磁界を打ち消すように作動接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の磁性異物検出装置。
【請求項６】
前記磁界発生装置は、交流電源と、該交流電源より空芯状のコイルへ通電することにより交番磁界を発生させる磁界発生コイルと、を具備し、
前記検出コイルは、前記磁界発生コイル内に同芯状に設けられ、当該磁界発生コイルに通電して交番磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内に置かれるか或いは前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の磁性異物検出装置。
【請求項７】
前記磁界発生装置は、複数の永久磁石或いは直流電源に接続された磁界発生コイルのいずれかを具備し、前記検出コイルは前記永久磁石間若しくは前記磁界発生コイル内に同芯状に設けられ、前記磁界発生装置により直流磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の磁性異物検出装置。
【請求項１】
被検出物に混入する磁性異物を検出する磁性異物検出装置であって、
前記被検出物が通過する検査領域に磁界を発生させる磁界発生装置と、
前記磁界発生装置により発生させた発生磁界に鎖交するよう配置され、前記被検出物が発生磁界中を通過する際にもたらす磁界分布変化を検出する空芯状の検出コイルと、前記検出コイルに誘導される誘導電流を増幅し電圧に変換する電流−電圧変換回路と、を具備したインダクション磁気センサと、
前記インダクション磁気センサに具備した電流−電圧変換回路の出力信号を解析して前記磁性異物を特定する信号解析装置と、を備えたことを特徴とする磁性異物検出装置。
【請求項２】
前記磁界発生装置により発生する発生磁界の周波数の上限は、数十ｋＨｚ以下の低周波数であることを特徴とする請求項１記載の磁性異物検出装置。
【請求項３】
前記電流−電圧変換回路において、前記被検出物による磁界分布変化によって前記検出コイルに誘導される誘導電流は、当該検出コイル両端を短絡した場合と同程度誘導される誘導電流の大きさに比例した電圧に変換されることを特徴とする請求項１記載の磁性異物検出装置。
【請求項４】
前記検出コイルの抵抗がゼロでない場合、当該検出コイルに直流磁界が鎖交しても誘導電流が流れないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の磁性異物検出装置。
【請求項５】
前記検出コイルが前記磁界発生装置に発生する交番磁界を打ち消すように作動接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の磁性異物検出装置。
【請求項６】
前記磁界発生装置は、交流電源と、該交流電源より空芯状のコイルへ通電することにより交番磁界を発生させる磁界発生コイルと、を具備し、
前記検出コイルは、前記磁界発生コイル内に同芯状に設けられ、当該磁界発生コイルに通電して交番磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内に置かれるか或いは前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の磁性異物検出装置。
【請求項７】
前記磁界発生装置は、複数の永久磁石或いは直流電源に接続された磁界発生コイルのいずれかを具備し、前記検出コイルは前記永久磁石間若しくは前記磁界発生コイル内に同芯状に設けられ、前記磁界発生装置により直流磁界を発生させた状態で被検出物が前記検出コイル内を通過させる際に流れる誘導電流により磁界分布変化が検出されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の磁性異物検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−３００３９２（Ｐ２００９−３００３９２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５８２８０（Ｐ２００８−１５８２８０）
【出願日】平成２０年６月１７日（２００８．６．１７）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１７日（２００８．６．１７）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
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