金屬物體的探測裝置的製作方法
2023-05-22 13:29:36 1
專利名稱：金屬物體的探測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對金屬進行探測的使用線圈的探測裝置。
作為以往的使用線圈對金屬進行探測的方法，具有代表性的方法有三種。
在以往的第1種方法中，在金屬探測用線圈中通以交流電流。一旦被檢查物體到達線圈之上，線圈的電感發生變化，由此引起電流變化及交流電壓變化。檢測此交流電壓的變化，來探測出金屬。
在以往的第2種方法中，將發送線圈和接收線圈相鄰地設置。當被檢查物體到達這些線圈之上時，接收線圈上感應的信號發生變化。利用檢測該信號變化，來探測出金屬。
在以往的第3種方法中，使用基準振蕩電路、探測用振蕩電路及與該探測用振蕩電路相連接的探測用線圈。被探測物體一旦到達線圈之上，探測用振蕩頻率發生變化。通過對此變化了的振蕩頻率和基準振蕩頻率進行比較，來探測出金屬。
另外，在上述的方法中，為了使探測的動作穩定，也有附加了微型計算機的情況。
上述的任何一種方法都是利用當金屬接近了施加有交流電流的線圈時該線圈的電感發生變化的現象來對金屬進行探測。因此，需要對線圈連續地施加交流電流，而且必須具備產生交流用的振蕩電路。因此，存在著元件數量多的缺點。
另外，以往的方式中，由於必需經常性地對金屬物體探測裝置的振蕩電路進行驅動，因此，存在著耗電多的缺點。另外，由於以往的方式耗電多，存在著不能夠用小型電池進行驅動來使裝置小型化的缺點。
另外，以往的方式中，為了提高金屬物體探測裝置的探測靈敏度，必需使振蕩電路不穩定。即，必需在構成上使振蕩電路易於受到來自外部的影響。然而，由於使振蕩電路不穩定，帶來了金屬物體探測裝置動作變得不穩定的缺點。例如，夏季設置的金屬物體探測裝置的動作到了冬季變得不穩定，或者相反，冬季設置的金屬物體探測裝置的動作到了夏季變得不穩定。即，一旦提高了金屬物體探測裝置的探測靈敏度，則存在著易於受到環境等影響的缺點。
另外，以往的方式中，當所產生的頻率相近於金屬物體探測裝置的頻率的交流振蕩器處在金屬物體探測裝置附近時，金屬物體探測裝置接收來自交流振蕩器的信號並進行放大。其結果，存在著引起金屬物體探測裝置誤動作的缺點。所以，存在著在產生與金屬物體探測裝置的頻率相同頻率或相近頻率的交流振蕩器的附近，不能夠使用金屬物體探測裝置的缺點。
另外，由於為了維持金屬物體探測裝置的動作穩定性而附加微型計算機，存在著金屬物體探測裝置價格變高的缺點。
本發明的目的是提供對上述缺點進行改良的金屬物體探測裝置。
另外本發明的目的是提供一種金屬物體探測裝置，該裝置使用具有串聯連接的探測用線圈和電阻、但不具有電容的電路，利用施加直流電壓於該電路時的過渡(瞬變)現象，對金屬物體進行探測。
本發明的探測裝置具有RL串聯電路，其構成包括檢查對象物體探測用線圈(L)，它設置得能夠接近可能含有檢查對象物體的被檢查物體；電阻(R)，它與上述線圈串聯連接；處理電路(W、T、G)，該處理電路根據上述RL串聯電路的基準過渡現象的特徵，對在上述RL串聯電路施加了直流電壓時產生的過渡現象的特性變化進行檢測，根據此檢測結果，輸出表示有無上述檢查對象物體的檢查結果。
此外，本發明的探測裝置具有RL串聯電路，其構成包括檢查對象物體探測用線圈(L)，它設置得能夠接近可能含有檢查對象物體的被檢查物體；電阻(R)，它與上述線圈串聯連接；控制單元(S)，用於對由電源(E)向上述RL串聯電路施加直流電壓進行控制；檢測電路(W)，該電路根據在上述RL串聯電路施加了直流電壓時產生的過渡現象，輸出與上述RL串聯電路的時間常數相對應的檢測信號；處理電路(T、G)，該電路根據上述檢測信號和事先確定的RL串聯電路的基準時間常數所對應的基準信號，對上述RL串聯電路的時間常數的變化進行檢測，根據此變化，產生表示有無上述檢查對象物體的信號。
另外，在上述探測裝置中，上述控制單元含有開關單元(S)，該單元以基於上述基準時間常數的規定的時間間隔對上述直流電壓的供給進行接通/切斷。
另外，在上述探測裝置中，上述檢測電路備有生成具有與上述時間常數相對應時間長度的脈衝作為上述檢測信號，並將其輸出的單元(W)。
另外，在上述探測裝置中，上述處理電路具有固定時間脈衝信號發生電路(T)，該電路產生具有與上述基準時間常數對應的時間長度的基準脈衝作為上述基準信號；和根據由上述檢測電路輸出的上述脈衝，和由上述固定時間脈衝信號發生電路輸出的上述基準信號，產生表示是否探測出了上述檢查對象物體的信號的單元(G)。
另外，在上述探測裝置的上述處理電路的其他構成中，上述處理電路具有將上述基準時間常數的值作為上述基準信號進行存儲並進行輸出的單元；脈衝時間測定電路，該電路對由上述檢測電路輸出的上述脈衝的時間長度進行測定，輸出表示該脈衝時間長度的信號；以及根據上述脈衝的時間長度和上述基準時間常數的值，產生表示是否探測出了上述檢查對象物體的信號的單元。
另外，在上述探測裝置中，上述基準時間常數與在上述線圈的附近不存在對該線圈產生電磁影響的物質時的上述RL串聯電路的時間常數具有相同的值，或者，具有比該時間常數略小的值。
另外，在上述探測裝置中，上述檢查對象物體是金屬。
另外，在上述探測裝置中，上述RL串聯電路的時間常數由表示該RL串聯電路過渡現象的特徵的信號波形導出。
另外，在上述探測裝置中，表示上述過渡現象特徵的信號波形是表示電壓變化的信號波形。
根據本發明的金屬探測裝置的構成，具有能夠減少元件數量的效果，而且，具有能夠低價地製造的效果。
另外，根據本發明的金屬探測裝置的構成，即使不使用微型計算機等，也具有可以穩定地動作的效果。
另外，根據本發明的金屬探測裝置的構成，耗電減少，具有能夠用小型電池進行驅動，實現小型化的效果。
另外，根據本發明的金屬探測裝置的構成，具有即使在產生與該金屬物體探測裝置的頻率相同頻率或相近頻率的交流振蕩器的附近，也能夠使用該金屬物體探測裝置的效果。
另外，通過將本發明的金屬探測裝置的電路的電阻R及線圈L以外的部分用數字電路構成，具有能夠降低溫度漂移的效果。
圖1是用於對本發明的原理進行說明的圖。
圖2是表示圖1電路的電壓隨著時間變化的示圖。(a)表示圖1的A-C之間電壓的變化；(b)表示圖1的B-C之間電壓的變化。
圖3表示本發明的金屬物體探測裝置的一實施例。
圖4是表示圖3的金屬探測裝置的各部分上的信號波形與時間之間關係的示圖，表示在線圈之上存在金屬物體時的信號波形和在線圈之上不存在金屬物體時的信號波形。
本發明中，利用過渡現象來探測金屬探測用線圈的電感變化。而且，對其檢測結果進行分析，並將其變換為信號進行輸出。
圖1是用於對本發明的原理進行說明的圖，示出了RL電路。圖中，L為探測用線圈；R為電阻；S為開關；E為電源。這些元件如圖1所示被串聯連接。A、B、C是表示對此電路的電壓進行測定的點。另外，設線圈L的電感值為L(H)；電阻R的電阻值為R(Ω)；電源E的電壓值為E(V)。
圖2是表示圖1電路的電壓隨著時間變化的示圖。圖2(a)表示圖1的A-C之間電壓的變化；圖2(b)表示圖1的B-C之間電壓的變化。
一旦將圖1電路的開關S接通，在A-C之間施加直流電壓E(V)，則線圈L的兩端，即B-C之間，呈現如圖2(b)所示的表示過渡現象的波形。在此波形中，電壓E(V)達到(1-0.632)E(V)、即達到0.368E(V)時的時間τ(即時間常數τ)，由計算式τ＝L/R表示。由此計算式可以看出，信號的寬度、即時間常數τ的大小，與電感值L成比例。
對線圈L的磁場產生影響的物體如金屬物體接近此線圈L時，線圈L的電感值發生變化。由於電感值發生變化，引起RL電路的時間常數發生變化。
在此RL電路上，組合上例如公知的固定時間脈衝信號發生電路(產生具有既定時間長度的脈衝的電路)。通過對此固定時間脈衝信號發生電路所產生脈衝的長度、與所測定的時間常數(由脈衝的形狀表示)進行比較，能夠探測出金屬物體的有無。
另外，在此RL電路上，組合上公知的脈衝時間測定電路(對脈衝的時間長度進行測定的電路)。利用此脈衝時間測定電路對時間常數進行測定，探測金屬物體的有無。即，通過對所測定的時間常數與作為基準的時間常數(例如，不存在被探測物體時的RL電路的時間常數)進行比較，探測出金屬物體的有無。
此時間常數的計算式可以應用微分電路和積分電路的任何一者。這裡，對具有能夠將檢測電路的一端與0電位連接的微分型電路的探測裝置進行說明。
圖3表示本發明的金屬物體探測裝置的一實施例。
圖中，L為探測用線圈；R為電阻。S為開關，E為線圈L及電阻R的驅動電源。線圈L的一端與地連接，另一端與電阻R的一端連接。電阻R的另一端與開關S相連接。開關S對由電源E向電阻R及線圈L供給的電功率進行接通或切斷。另外，設線圈L的電感值為L(H)；電阻R的電阻值為R(Ω)；電源E的電壓值為E(V)。
W為波形整形電路，它將由線圈L檢測到的信號波形變換為矩形波。即，波形整形電路W基於線圈L檢測到的波形，產生與線圈L的電壓從E(V)變化到0.368E(V)的時間具有相等時間長度(寬度)的矩形波。I為反相器，連接于波形整形電路W的輸出側，將波形整形電路W輸出的矩形波的極性反轉。
T為時間脈衝發生器，它基於計算式τ＝L/R產生能夠預測的時間常數、即長度相同於在線圈L的附近沒有金屬物體時的時間常數、或比該時間常數長度略短的脈衝。將此脈衝的寬度作為基準來使用，對在線圈L的附近是否存在金屬物體進行判定。
D是與開關S和時間脈衝發生器T連接的驅動信號。開關S以及時間脈衝發生器T在驅動信號D被供給時進行驅動。
G是門電路，一個輸入端連接於時間脈衝發生器T的輸出側，另一輸入端連接於反相器I的輸出側。門電路G對由時間脈衝發生器T輸出的信號和由波形整形電路W輸出並由反相器I反轉的信號進行比較。O為由門電路G輸出的輸出信號，是表示由時間脈衝發生器T輸出的信號與由反相器I輸出的信號之差的信號。
另外，圖3中的箭頭表示信號的流動方向。
接著，對圖3所示的金屬探測裝置的動作進行說明。
當開關S及時間脈衝發生器T被供給驅動信號D時，開關S及時間脈衝發生器T兩者進行驅動。
開關S一旦接受到驅動信號D，便由斷開狀態切換為接通狀態，將驅動電源E與電阻R及線圈L接通。因此，電流從驅動電源E流向電阻R及線圈L。此時，在電阻R及線圈L上發生過渡現象。波形整形電路W對表示線圈L的電壓變化的波形進行檢測。
這裡，在線圈L的附近存在金屬物體與不存在金屬物體的情況下，所檢測出的波形的時間長度即信號的寬度是不同的。
波形整形電路W生成時間長度與檢測出的波形電壓值從E(V)變化到0.368E(V)的時間相等的矩形波，並將其輸出。由波形整形電路W輸出的矩形波在反相器I進行反轉，提供給門電路G。
另一方面，時間脈衝發生器T將既定長度(與基於計算式τ＝L/R能夠預測的時間常數相同、或比該時間常數長度略短)的脈衝信號提供給門電路G。
門電路G一旦接受到由時間脈衝發生器T供給的信號，便與由反相器I供給的信號進行比較，將表示這兩個信號的長度之差的信號O進行輸出。根據此信號O，判定金屬物體的有無。
另外，當因輸出信號O的時間很短不能夠直接使用時，可以使用微型計算機對輸出信號進行處理，或利用單穩態多諧振蕩器等將信號時間延長為必要的長度後進行使用。
另外，為了連續地實施探測動作，可以對電阻R及線圈L周期地施加直流電壓。為此，例如，可以以既定的周期將開關S進行接通/切斷。另外，作為電源也可使用脈衝發生器。這裡，例如將直流電壓的施加時間，設定為在金屬物體對線圈L不產生影響的狀態下，接通電壓供給時RL電路的過渡現象到達終了的期間(或比其略長的期間)，而將直流電壓的非施加時間，設定為切斷電壓供給時的過渡現象到達終了的期間(或比其略長的期間)。
另外，本發明的金屬探測裝置的電路的電阻R及線圈L以外的部分，可以用數字電路構成。
另外，也可以將計算機等與本發明的金屬探測裝置進行組合，使探測動作更加穩定。另外，也可以通過使用計算機，對本發明的金屬探測裝置的動作狀態進行管理。
權利要求
1.一種探測裝置，具有RL串聯電路，其構成包括檢查對象物體探測用線圈(L)，它設置得能夠接近可能含有檢查對象物體的被檢查物體；電阻(R)，它與上述線圈串聯連接；以及處理電路(W、T、G)，其根據上述RL串聯電路的基準過渡現象的特徵，對在上述RL串聯電路施加了直流電壓時產生的過渡現象的特性變化進行檢測，根據此檢測結果，輸出表示有無上述檢查對象物體的檢查結果。
2.一種探測裝置，具有RL串聯電路，其構成包括檢查對象物體探測用線圈(L)，它設置得能夠接近可能含有檢查對象物體的被檢查物體；電阻(R)，它與上述線圈串聯連接；控制單元(S)，用於對由電源(E)向上述RL串聯電路施加直流電壓進行控制；檢測電路(W)，其根據在上述RL串聯電路施加了直流電壓時產生的過渡現象，輸出與上述RL串聯電路的時間常數相對應的檢測信號；以及處理電路(T、G)，其根據上述檢測信號和事先確定的RL串聯電路的基準時間常數所對應的基準信號，對上述RL串聯電路的時間常數的變化進行檢測，根據此變化，產生表示有無上述檢查對象物體的信號。
3.如權利要求2所述的探測裝置，其特徵在於，上述檢測電路具有生成具有與上述時間常數相對應時間長度的脈衝作為上述檢測信號，並將其輸出的單元(W)。
4.如權利要求3所述的探測裝置，其特徵在於，上述處理電路具有固定時間脈衝信號發生電路(T)，其產生具有與上述基準時間常數對應的時間長度的基準脈衝作為上述基準信號；以及根據由上述檢測電路輸出的上述脈衝，和由上述固定時間脈衝信號發生電路輸出的上述基準信號，產生表示是否探測出了上述檢查對象物體的信號的單元(G)。
5.如權利要求3所述的探測裝置，其特徵在於，上述處理電路具有將上述基準時間常數的值作為上述基準信號進行存儲並進行輸出的單元；脈衝時間測定電路，其對由上述檢測電路輸出的上述脈衝的時間長度進行測定，輸出表示該脈衝時間長度的信號；以及根據上述脈衝的時間長度和上述基準時間常數的值，產生表示是否探測出了上述檢查對象物體的信號的單元。
6.如權利要求2至5之中任一項所述的探測裝置，其特徵在於，上述基準時間常數與在上述線圈的附近不存在對該線圈產生電磁影響的物質時的上述RL串聯電路的時間常數具有相同的值，或者，具有比該時間常數略小的值。
7.如權利要求2至5之中任一項所述的探測裝置，其特徵在於，上述RL串聯電路的時間常數由表示該RL串聯電路過渡現象的特徵的信號波形導出。
8.如權利要求6所述的探測裝置，其特徵在於，上述RL串聯電路的時間常數由表示該RL串聯電路過渡現象的特徵的信號波形導出。
9.如權利要求2至5之中任一項所述的探測裝置，其特徵在於，上述控制單元含有開關單元(S)，其以基於上述基準時間常數的規定的時間間隔對上述直流電壓的供給進行接通/切斷。
10.如權利要求6所述的探測裝置，其特徵在於，上述控制單元含有開關單元(S)，其以基於上述基準時間常數的規定的時間間隔對上述直流電壓的供給進行接通/切斷。
11.如權利要求7所述的探測裝置，其特徵在於，上述控制單元含有開關單元(S)，其以基於上述基準時間常數的規定的時間間隔對上述直流電壓的供給進行接通/切斷。
12.如權利要求8所述的探測裝置，其特徵在於，上述控制單元含有開關單元(S)，其以基於上述基準時間常數的規定的時間間隔對上述直流電壓的供給進行接通/切斷。
13.如權利要求7所述的探測裝置，其特徵在於，表示上述過渡現象的特徵的信號波形是表示電壓變化的信號波形。
14.如權利要求8所述的探測裝置，其特徵在於，表示上述過渡現象的特徵的信號波形是表示電壓變化的信號波形。
15.如權利要求11所述的探測裝置，其特徵在於，表示上述過渡現象的特徵的信號波形是表示電壓變化的信號波形。
16.如權利要求12所述的探測裝置，其特徵在於，表示上述過渡現象的特徵的信號波形是表示電壓變化的信號波形。
全文摘要
提供基於RL串聯電路過渡現象的特性,對金屬物體的有無進行檢測的探測裝置。探測裝置具有:RL串聯電路,其包括設置得能夠接近被檢查物體的檢查對象物體探測用線圈(L),和與上述線圈串聯連接的電阻(R);處理電路(W、T、G),其根據上述RL串聯電路的基準過渡現象的特徵,對在上述RL串聯電路施加了直流電壓時產生的過渡現象的特性變化進行檢測,根據此檢測結果,輸出表示有無上述檢查對象物體的檢查結果。
文檔編號G01V3/10GK1245295SQ9910677
公開日2000年2月23日 申請日期1999年5月21日 優先權日1998年5月22日
發明者西本真一 申請人:株式會社英田精密機械