JPH075137A - 直列共鳴発振器及びマイクロプロセッサを用いて流体内の鉄粒子を測定する電気検知装置 - Google Patents
直列共鳴発振器及びマイクロプロセッサを用いて流体内の鉄粒子を測定する電気検知装置Info
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- JPH075137A JPH075137A JP4034642A JP3464292A JPH075137A JP H075137 A JPH075137 A JP H075137A JP 4034642 A JP4034642 A JP 4034642A JP 3464292 A JP3464292 A JP 3464292A JP H075137 A JPH075137 A JP H075137A
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- B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 循環液体系統に含まれる鉄粒子の量をプロー
ブの周囲温度に変化があっても精度よく測定できる鉄粒
子検出装置を提供することである。 【構成】 二つの磁極を備え、第一の磁極は前記流体の
内部に置かれている磁石と、電導性材料で作られ、前記
磁石の第二の磁極と共軸に配置されたコイルと、前記コ
イルに接続され、前記コイルのインダクタンスを測定す
る直列共鳴電子回路を備え、前記直列共鳴回路が前記検
知手段の温度補償を定める手段を備えている。
ブの周囲温度に変化があっても精度よく測定できる鉄粒
子検出装置を提供することである。 【構成】 二つの磁極を備え、第一の磁極は前記流体の
内部に置かれている磁石と、電導性材料で作られ、前記
磁石の第二の磁極と共軸に配置されたコイルと、前記コ
イルに接続され、前記コイルのインダクタンスを測定す
る直列共鳴電子回路を備え、前記直列共鳴回路が前記検
知手段の温度補償を定める手段を備えている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体媒体中の鉄粒子を
検出して測定する装置に関するものであり、特にエンジ
ン又は機械的伝動装置の潤滑油の中の鉄粒子を検出する
のに用いるものである。このような用途においては、エ
ンジン又は伝動装置の不具合又はその他の機械的故障に
ついての警告を与えるためにこのような粒子の監視を用
いることができる。本発明は、特に高い応力を受けるヘ
リコプタや航空機のエンジンなどの内燃機関の運転に特
に重要であり、不具合を前もって警告することによって
破滅的故障の起こる前に修正動作ができる。
検出して測定する装置に関するものであり、特にエンジ
ン又は機械的伝動装置の潤滑油の中の鉄粒子を検出する
のに用いるものである。このような用途においては、エ
ンジン又は伝動装置の不具合又はその他の機械的故障に
ついての警告を与えるためにこのような粒子の監視を用
いることができる。本発明は、特に高い応力を受けるヘ
リコプタや航空機のエンジンなどの内燃機関の運転に特
に重要であり、不具合を前もって警告することによって
破滅的故障の起こる前に修正動作ができる。
【0002】
【従来の技術】内燃機関又は歯車箱などの機械的伝動装
置にある金属部品が金属部品と非金属部品との間の摩擦
のために摩耗する。摩擦によって摩耗する結果、潤滑油
又は伝動油が金属で汚染する。汚染物は、さまざまな大
きさと形の金属粒子を含んでいる。流体内の金属粒子を
監視することによって内燃機関又は機械的動力伝動装置
又はその他の歯車箱などの関連の作動装置などの機械装
置の劣化を早期に警告できる。
置にある金属部品が金属部品と非金属部品との間の摩擦
のために摩耗する。摩擦によって摩耗する結果、潤滑油
又は伝動油が金属で汚染する。汚染物は、さまざまな大
きさと形の金属粒子を含んでいる。流体内の金属粒子を
監視することによって内燃機関又は機械的動力伝動装置
又はその他の歯車箱などの関連の作動装置などの機械装
置の劣化を早期に警告できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
循環液体系統において用いて捕獲された全蓄積粒子の質
量を測定する鉄粒子捕獲装置を提供することである。
循環液体系統において用いて捕獲された全蓄積粒子の質
量を測定する鉄粒子捕獲装置を提供することである。
【0004】本発明の別の目的は、粒子捕獲装置に蓄積
された質量の関数である信号を蓄積した材料の評価のた
めに提供することである。
された質量の関数である信号を蓄積した材料の評価のた
めに提供することである。
【0005】本発明の別の目的は大きなくず粒子または
くず粒子の迅速な蓄積の指示を提供することである。
くず粒子の迅速な蓄積の指示を提供することである。
【0006】本発明の目的はまたプローブの周囲温度に
生ずる広範囲の増減に対して捕獲された全蓄積粒子の質
量を表す発生信号の精度を高める温度補償手段を提供す
ることである。
生ずる広範囲の増減に対して捕獲された全蓄積粒子の質
量を表す発生信号の精度を高める温度補償手段を提供す
ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は流体系統の中を
循環する鉄粒子を捕獲するのに磁気吸引力を用いる。永
久磁石の回りに巻かれた電気インダクタンスコイルが金
属くずを調整するために油歯車箱の中に挿入するプロー
ブとして用いられる。センサープローブの入っている永
久磁石に鉄粒子が捕らえられるにつれて、その粒子によ
ってプローブの電気インダクタンスは、種々の粒子がコ
イルを通って接近することによって変化する。インダク
タンスコイルは直列共鳴回路の一部である。インダクタ
ンスコイルのインダクタンスの変化は直列共鳴回路に基
づく発振器の周波数を変えるのに用いられる。発振の周
期の変化は監視されてセンサープローブに付着するくず
の量に関係づけるためにマイクロプロセッサによって処
理される。
循環する鉄粒子を捕獲するのに磁気吸引力を用いる。永
久磁石の回りに巻かれた電気インダクタンスコイルが金
属くずを調整するために油歯車箱の中に挿入するプロー
ブとして用いられる。センサープローブの入っている永
久磁石に鉄粒子が捕らえられるにつれて、その粒子によ
ってプローブの電気インダクタンスは、種々の粒子がコ
イルを通って接近することによって変化する。インダク
タンスコイルは直列共鳴回路の一部である。インダクタ
ンスコイルのインダクタンスの変化は直列共鳴回路に基
づく発振器の周波数を変えるのに用いられる。発振の周
期の変化は監視されてセンサープローブに付着するくず
の量に関係づけるためにマイクロプロセッサによって処
理される。
【0008】航空機の動力伝動装置などの潤滑油内の鉄
粒子を監視することにおける固有の問題が広い範囲にわ
たって温度が変化するという問題である。航空機または
任意の他のエンジン内の伝動潤滑油の温度はそれの動作
時間を通じて何百度も変わる可能性がある。そのような
環境温度の変化は、本発明で用いられたプローブなどの
電気インダクタンスコイルの動作温度を変える傾向があ
る。普通のコイルの場合、コイルを形成している電線及
びコイルのインダクタンスの両方が温度と共に変化す
る。コイルの変化する動作温度を反映するインダクタの
変化する抵抗に依する信号を得ることが、直列の共鳴回
路を用いて可能である。この信号は、発振器の測定周期
を修正してインダクタンス測定の精度を上げるために温
度補償を行うのに使用できる。
粒子を監視することにおける固有の問題が広い範囲にわ
たって温度が変化するという問題である。航空機または
任意の他のエンジン内の伝動潤滑油の温度はそれの動作
時間を通じて何百度も変わる可能性がある。そのような
環境温度の変化は、本発明で用いられたプローブなどの
電気インダクタンスコイルの動作温度を変える傾向があ
る。普通のコイルの場合、コイルを形成している電線及
びコイルのインダクタンスの両方が温度と共に変化す
る。コイルの変化する動作温度を反映するインダクタの
変化する抵抗に依する信号を得ることが、直列の共鳴回
路を用いて可能である。この信号は、発振器の測定周期
を修正してインダクタンス測定の精度を上げるために温
度補償を行うのに使用できる。
【0009】
【実施例】本発明は、「流体内の鉄粒子を測定する電気
的検知装置」の名称で1988年3月15日に公布され
た米国特許第4,732,578号に開示されたものの
ようなくず収集装置を利用している。本発明は、伝動装
置内の潤滑油などの流体内に懸濁した鉄粒子を収集して
その量を測定する方法である。歯車箱又は内燃機関内の
伝動装置油などの潤滑流体内に懸濁される可能性のある
鉄粒子又はくずの量を監視することが望ましい。そのよ
うな監視を行うべき場所においてそのような鉄物質を収
集するためには、流体内に永久磁石を置いてそのような
粒子を引きつけることが望ましい。そのような鉄粒子が
磁石表面にいったん集まり始めると、どれだけの総量の
鉄粒子をそのような流体内に懸濁できるかを決定できる
ように鉄粒子をさらに測定してもよい。そのような鉄粒
子のあることは、機械的故障が迫っていることを示して
いることが多い。
的検知装置」の名称で1988年3月15日に公布され
た米国特許第4,732,578号に開示されたものの
ようなくず収集装置を利用している。本発明は、伝動装
置内の潤滑油などの流体内に懸濁した鉄粒子を収集して
その量を測定する方法である。歯車箱又は内燃機関内の
伝動装置油などの潤滑流体内に懸濁される可能性のある
鉄粒子又はくずの量を監視することが望ましい。そのよ
うな監視を行うべき場所においてそのような鉄物質を収
集するためには、流体内に永久磁石を置いてそのような
粒子を引きつけることが望ましい。そのような鉄粒子が
磁石表面にいったん集まり始めると、どれだけの総量の
鉄粒子をそのような流体内に懸濁できるかを決定できる
ように鉄粒子をさらに測定してもよい。そのような鉄粒
子のあることは、機械的故障が迫っていることを示して
いることが多い。
【0010】鉄粒子が磁石に集まると、そのような鉄粒
子の近くに電気インダクタを挿入してそのような粒子の
量を測定することが可能である。電気インダクタンスの
付近における磁心材料を変えることによってそのインダ
クタのインダクタンス値を変えることが公知である。し
たがって、磁石に集まった鉄粒子の付近での電気コイル
のインダクタンス変化が、集まったそのような粒子の量
を最終的に測定する入力手段を与える。
子の近くに電気インダクタを挿入してそのような粒子の
量を測定することが可能である。電気インダクタンスの
付近における磁心材料を変えることによってそのインダ
クタのインダクタンス値を変えることが公知である。し
たがって、磁石に集まった鉄粒子の付近での電気コイル
のインダクタンス変化が、集まったそのような粒子の量
を最終的に測定する入力手段を与える。
【0011】図面の図1に移ると、流体の鉄粒子を収集
する電気センサプラグ68が示されている。センサ68
が本質的にはどんな流体容器にも、特に多くの異なる伝
動装置及び内燃機関システムに見られるような油だめや
伝動装置油箱に見いだすことのできるドレンプラグのよ
うなプラグとして設計される。センサ68は、センサを
フレームの固定する一体レンチナット63のついたセン
サ本体65からなっている。このような固定の仕方は、
センサを被観測流体の容器の壁の中へボルト締めできる
ようにねじを切った表面ねじ64によって容易になる。
磁石67は、センサ68の本体内に入っている。磁石6
7は、永久磁石であるが、実際には、センサ68のねじ
付き部分を通り抜けて収集表面まで伸びていない。磁束
が磁極片61を通して収集表面60に伝えられる。磁極
片61は、実際には被測定流体の中に突き出ているセン
サ68の端に磁石67を置く必要なく磁石67からの磁
束を収集表面まで伸ばす働きをする。
する電気センサプラグ68が示されている。センサ68
が本質的にはどんな流体容器にも、特に多くの異なる伝
動装置及び内燃機関システムに見られるような油だめや
伝動装置油箱に見いだすことのできるドレンプラグのよ
うなプラグとして設計される。センサ68は、センサを
フレームの固定する一体レンチナット63のついたセン
サ本体65からなっている。このような固定の仕方は、
センサを被観測流体の容器の壁の中へボルト締めできる
ようにねじを切った表面ねじ64によって容易になる。
磁石67は、センサ68の本体内に入っている。磁石6
7は、永久磁石であるが、実際には、センサ68のねじ
付き部分を通り抜けて収集表面まで伸びていない。磁束
が磁極片61を通して収集表面60に伝えられる。磁極
片61は、実際には被測定流体の中に突き出ているセン
サ68の端に磁石67を置く必要なく磁石67からの磁
束を収集表面まで伸ばす働きをする。
【0012】コイル62は、図1に示された位置でハウ
ジング65の内部に形成されている。このインダクタで
あるコイル62は、磁極片61と共軸の収集表面60へ
の鉄物質の収集がコイル62の磁心の透磁率の変化によ
ってコイル62のインダクタンスを変える働きをする。
鉄物質が電気インダクタに近い場所に集まるとインダク
タのインダクタンス値を大きくすることが当業者にわか
るであろう。図1に示されたセンサ形状において、磁束
線が磁石67によって作られ、磁極片61を通って収集
表面60へ送られ、収集表面60の付近に吸引磁気帯域
を作りだす。鉄粒子が磁気帯域に入って収集表面に捕え
られると、それがコイル62のインダクタンス値を変え
ることがわかる。コイル62は、図示していない2本の
リード線を介してハウジング65を通り抜けて電気コネ
クタ66に接続されている。電気コネクタ66は、ピン
69が突き出ている電気プラグである。ピン69の2本
のリード線は、コイルの両側からのリード線を表してい
る。ピン69の第3のリード線は、最終的にはハウジン
グ65に取りつけられる接地ピンである。この接地ピン
は、シールドケーブルによってコイル62を以下に説明
するような任意の外部電子回路と接続できるようにす
る。
ジング65の内部に形成されている。このインダクタで
あるコイル62は、磁極片61と共軸の収集表面60へ
の鉄物質の収集がコイル62の磁心の透磁率の変化によ
ってコイル62のインダクタンスを変える働きをする。
鉄物質が電気インダクタに近い場所に集まるとインダク
タのインダクタンス値を大きくすることが当業者にわか
るであろう。図1に示されたセンサ形状において、磁束
線が磁石67によって作られ、磁極片61を通って収集
表面60へ送られ、収集表面60の付近に吸引磁気帯域
を作りだす。鉄粒子が磁気帯域に入って収集表面に捕え
られると、それがコイル62のインダクタンス値を変え
ることがわかる。コイル62は、図示していない2本の
リード線を介してハウジング65を通り抜けて電気コネ
クタ66に接続されている。電気コネクタ66は、ピン
69が突き出ている電気プラグである。ピン69の2本
のリード線は、コイルの両側からのリード線を表してい
る。ピン69の第3のリード線は、最終的にはハウジン
グ65に取りつけられる接地ピンである。この接地ピン
は、シールドケーブルによってコイル62を以下に説明
するような任意の外部電子回路と接続できるようにす
る。
【0013】本発明は、温度変化によって引き起こされ
ることのある共鳴回路内の誤差とドリフトを求めて修正
する方法を含んでいる。あとで動作について説明する回
路をセンサ68と合わせて用いて鉄くずの収集表面への
蓄積の正確な読みを与えることができる。本発明のさら
に一般的な適用においては、この回路を用いて、インダ
クタンスが温度の変化を受ける場合のインダクタのイン
ダクタンスの変化を測定する。
ることのある共鳴回路内の誤差とドリフトを求めて修正
する方法を含んでいる。あとで動作について説明する回
路をセンサ68と合わせて用いて鉄くずの収集表面への
蓄積の正確な読みを与えることができる。本発明のさら
に一般的な適用においては、この回路を用いて、インダ
クタンスが温度の変化を受ける場合のインダクタのイン
ダクタンスの変化を測定する。
【0014】従来技術においては、並列共鳴回路がイン
ダクタンスの変化を測定するように設計された装置にお
いて、特に電気インダクタプローブに蓄積するくず粒子
にインダクタンスの変化が関係づけられるように設計さ
れた装置において広く用いられてきた。そのような従来
技術の一例がツアプラヂス(Tsaprazis)ほか
の米国特許第4,878,019号にある。ツアプラヂ
スの特許に示されているように、並列共鳴回路を用いて
いるときに、これらの装置の温度補償を行うために他の
方法が取られた。並列共鳴回路を用いることに関連した
問題がそのような回路を流れる電流の尺度又は共鳴時点
でそのような回路に生ずる電圧の尺度が周波数とキャパ
シタンスとインダクタンスとの複雑な関数であることで
ある。したがって、並列回路を通る電流又はその回路の
両端間に生ずる電圧の尺度を温度補償の修正を行うため
に簡単な方法を用いることができない。
ダクタンスの変化を測定するように設計された装置にお
いて、特に電気インダクタプローブに蓄積するくず粒子
にインダクタンスの変化が関係づけられるように設計さ
れた装置において広く用いられてきた。そのような従来
技術の一例がツアプラヂス(Tsaprazis)ほか
の米国特許第4,878,019号にある。ツアプラヂ
スの特許に示されているように、並列共鳴回路を用いて
いるときに、これらの装置の温度補償を行うために他の
方法が取られた。並列共鳴回路を用いることに関連した
問題がそのような回路を流れる電流の尺度又は共鳴時点
でそのような回路に生ずる電圧の尺度が周波数とキャパ
シタンスとインダクタンスとの複雑な関数であることで
ある。したがって、並列回路を通る電流又はその回路の
両端間に生ずる電圧の尺度を温度補償の修正を行うため
に簡単な方法を用いることができない。
【0015】しかし、直列共鳴回路が同じ欠点に煩わさ
れないことがこれまで認められていなかった。図2に示
されたような直列共鳴回路の両端間に生ずる電圧は、E
=IxZに等しく、ここでインピーダンスZ=1/jω
C+jωL+RLである。この方程式において、1/j
ωCは、コンデンサのインピーダンスであり、jωL
は、インダクタのインピーダンスであり、RLは、イン
ダクタ内の電線に関連したすべての抵抗及び接続電線の
すべての外部抵抗である。電圧を電流で割ると実効抵抗
E/I=Z=1/jωC+jωL+RLを得る。直列共
鳴回路に対する共鳴条件は、ω=1/√LCのとき生ず
る。この方程式の両辺に1=[jωC/jωC]を掛け
ると、インピーダンスZ=1/jωC+[j2ω2CL
+jωCRL]/jωCを与え、Z=[1−ω2CL+
jωCRL]/jωCと簡約される。ω=√LCの共鳴
状態において、ω2=1/LCすなわち1=ω2LCを
上の式のω2LCの代わりに代入すると、Z=[1−1
+jωCRL]/jωCとなり、簡約するとZ=RLと
なる。
れないことがこれまで認められていなかった。図2に示
されたような直列共鳴回路の両端間に生ずる電圧は、E
=IxZに等しく、ここでインピーダンスZ=1/jω
C+jωL+RLである。この方程式において、1/j
ωCは、コンデンサのインピーダンスであり、jωL
は、インダクタのインピーダンスであり、RLは、イン
ダクタ内の電線に関連したすべての抵抗及び接続電線の
すべての外部抵抗である。電圧を電流で割ると実効抵抗
E/I=Z=1/jωC+jωL+RLを得る。直列共
鳴回路に対する共鳴条件は、ω=1/√LCのとき生ず
る。この方程式の両辺に1=[jωC/jωC]を掛け
ると、インピーダンスZ=1/jωC+[j2ω2CL
+jωCRL]/jωCを与え、Z=[1−ω2CL+
jωCRL]/jωCと簡約される。ω=√LCの共鳴
状態において、ω2=1/LCすなわち1=ω2LCを
上の式のω2LCの代わりに代入すると、Z=[1−1
+jωCRL]/jωCとなり、簡約するとZ=RLと
なる。
【0016】したがって、直列共鳴回路の共鳴時のイン
ピーダンスは、RLに比例することがわかる。したがっ
て、このような回路の両端間に生ずる電圧は、RLに正
比例する。明かに、インピーダンス又は電圧は、それが
並列共鳴回路において見られたように周波数又はキャパ
シタンス又はインダクタンスに複雑に依存しない。RL
が温度と共に変化するとき、上記の結果として直列共鳴
回路の両端の電圧もまた温度と共に変化し、発振器の出
力を温度の効果に対して修正するのに用いることができ
る。
ピーダンスは、RLに比例することがわかる。したがっ
て、このような回路の両端間に生ずる電圧は、RLに正
比例する。明かに、インピーダンス又は電圧は、それが
並列共鳴回路において見られたように周波数又はキャパ
シタンス又はインダクタンスに複雑に依存しない。RL
が温度と共に変化するとき、上記の結果として直列共鳴
回路の両端の電圧もまた温度と共に変化し、発振器の出
力を温度の効果に対して修正するのに用いることができ
る。
【0017】図3は、本発明の装置の略ブロック図を示
す。この装置は、直列共鳴回路網内のコンデンサと直列
のインダクタと、直列共鳴自励発振検出器と、デジタル
信号処理装置からなっている。自励発振検出器の動作
は、発振器によって発生された正弦波を整流して平均す
るために能動ピーク検出器と積分器を用いる直列共鳴タ
ンク設計に基づいている。この整流された平均信号は、
つぎにそれを元の正弦波に掛けるために精密乗算器へ送
られてシステムループを閉じ、つぎにピークピーク振幅
変動を最小にして自励発振を持続するのに必要な正フィ
ードバックを発生する。自励発振周波数は、直列LC回
路網の値によって作られる。センサーの一部分を形成す
る電気インダクタがくずを蓄積するにつれて、センサコ
イルのインダクタンスの値は変化し、それによって検出
器の共鳴発振周波数を変える。この回路は、検出器の振
幅を一定に保つ。これは、回路に対する一次温度補正又
は補償を与える。
す。この装置は、直列共鳴回路網内のコンデンサと直列
のインダクタと、直列共鳴自励発振検出器と、デジタル
信号処理装置からなっている。自励発振検出器の動作
は、発振器によって発生された正弦波を整流して平均す
るために能動ピーク検出器と積分器を用いる直列共鳴タ
ンク設計に基づいている。この整流された平均信号は、
つぎにそれを元の正弦波に掛けるために精密乗算器へ送
られてシステムループを閉じ、つぎにピークピーク振幅
変動を最小にして自励発振を持続するのに必要な正フィ
ードバックを発生する。自励発振周波数は、直列LC回
路網の値によって作られる。センサーの一部分を形成す
る電気インダクタがくずを蓄積するにつれて、センサコ
イルのインダクタンスの値は変化し、それによって検出
器の共鳴発振周波数を変える。この回路は、検出器の振
幅を一定に保つ。これは、回路に対する一次温度補正又
は補償を与える。
【0018】発振器の出力は、くずがプローブに蓄積す
るにつれて発振器の周期の変化を測定するマイクロプロ
セッサに送られる。初期周期(くず粒子なしで測定され
たもの)との周期の差は、蓄積したくず粒子の量の尺度
である。同時にセンサコイルの抵抗(温度)に比例する
信号もまたマイクロプロセッサに与えられる。マイクロ
プロセッサは、補正係数を計算し、それを観測した周期
の変化に適用して温度差を補正する。マイクロプロセッ
サには発振の周期の現在の変化及び適用される温度補正
に関する情報を伝達するために標準のRS−232直列
インターフェースを介して質問できる。代わりに、マイ
クロプロセッサは、温度の変化を補正された周期の値、
したがって蓄積とたくず粒子の総量の補正指示を出力す
る。
るにつれて発振器の周期の変化を測定するマイクロプロ
セッサに送られる。初期周期(くず粒子なしで測定され
たもの)との周期の差は、蓄積したくず粒子の量の尺度
である。同時にセンサコイルの抵抗(温度)に比例する
信号もまたマイクロプロセッサに与えられる。マイクロ
プロセッサは、補正係数を計算し、それを観測した周期
の変化に適用して温度差を補正する。マイクロプロセッ
サには発振の周期の現在の変化及び適用される温度補正
に関する情報を伝達するために標準のRS−232直列
インターフェースを介して質問できる。代わりに、マイ
クロプロセッサは、温度の変化を補正された周期の値、
したがって蓄積とたくず粒子の総量の補正指示を出力す
る。
【0019】図3に見られるように、直列共鳴回路網1
は、演算増幅器2の負入力に接続されている。増幅器2
の出力は、整流器3によって整流され、積分比較器4に
加えられる。積分比較器4の出力5は、4象限乗算器6
のX入力に加えられる。乗算器6が正と負の両方の信号
を取り扱えるように乗算器6が4象限乗算器であること
は、この回路の目的に重要である。演算増幅器2の出力
は、また乗算器6のY入力にも加えられる。乗算器6に
おいて、Y入力は、乗算器6からの演算増幅器2の出力
と同相の積出力信号を得るようにX入力を掛けられる。
乗算器6の出力は、演算増幅器2の正入力に加えられ
る。このようにして、乗算器6のX入力にフイードバッ
クされる電圧は、乗算器6のY入力における信号の値が
演算増幅器の正入力にフィードバックされるとき共鳴フ
イードバックを生ずるように適当に増幅される。したが
って、共鳴周波数がシフトしても、検出器は、振動の振
幅を一定に維持する。
は、演算増幅器2の負入力に接続されている。増幅器2
の出力は、整流器3によって整流され、積分比較器4に
加えられる。積分比較器4の出力5は、4象限乗算器6
のX入力に加えられる。乗算器6が正と負の両方の信号
を取り扱えるように乗算器6が4象限乗算器であること
は、この回路の目的に重要である。演算増幅器2の出力
は、また乗算器6のY入力にも加えられる。乗算器6に
おいて、Y入力は、乗算器6からの演算増幅器2の出力
と同相の積出力信号を得るようにX入力を掛けられる。
乗算器6の出力は、演算増幅器2の正入力に加えられ
る。このようにして、乗算器6のX入力にフイードバッ
クされる電圧は、乗算器6のY入力における信号の値が
演算増幅器の正入力にフィードバックされるとき共鳴フ
イードバックを生ずるように適当に増幅される。したが
って、共鳴周波数がシフトしても、検出器は、振動の振
幅を一定に維持する。
【0020】積分比較器4からの出力信号は、乗算器6
にフイードバックされるだけでなく、ゲイン・オフセッ
ト増幅器7を介してマイクロプロセッサ8のA/D入力
に加えられる。この電圧は、温度と共に変化する直列共
鳴回路の抵抗、すなわちインダクタの可変抵抗を反映す
る。マイクロプロセッサ8は、くず粒子が直列共鳴回路
網1にあるインダクタに付着していないとき、中にある
か又は付随の固定記憶装置9に発振器の共鳴周波数の周
期を記憶している。使用時には、インダクタンスが変化
するにつれて、振動の周期が変化する。マイクロプロセ
ッセ8の中のプログラムは、現在測定された周期と記憶
された初期周期の間の周期の変化を測定する。周期の変
化は、インダクタのインダクタンスの変化の尺度であ
り、これは、磁石によってインダクタプローブに引きつ
けられたくず粒子の数の尺度である。同時に、マイクロ
プロセッサ8は、A/D入力にプローブの温度変化に比
例する信号を与えられる。適当なアルゴリズムを用い
て、マイクロプロセッサ8は、インダクタに及ぼす非線
形温度効果の補正として、測定した周期に補正又は補償
を加える。上述のように、標準のRS−232直列イン
ターフエース10を介して現在の共鳴周波数、加えられ
る温度補正又は温度補正した周期情報を含む種々の形式
の情報をこの装置に質問してもよい。
にフイードバックされるだけでなく、ゲイン・オフセッ
ト増幅器7を介してマイクロプロセッサ8のA/D入力
に加えられる。この電圧は、温度と共に変化する直列共
鳴回路の抵抗、すなわちインダクタの可変抵抗を反映す
る。マイクロプロセッサ8は、くず粒子が直列共鳴回路
網1にあるインダクタに付着していないとき、中にある
か又は付随の固定記憶装置9に発振器の共鳴周波数の周
期を記憶している。使用時には、インダクタンスが変化
するにつれて、振動の周期が変化する。マイクロプロセ
ッセ8の中のプログラムは、現在測定された周期と記憶
された初期周期の間の周期の変化を測定する。周期の変
化は、インダクタのインダクタンスの変化の尺度であ
り、これは、磁石によってインダクタプローブに引きつ
けられたくず粒子の数の尺度である。同時に、マイクロ
プロセッサ8は、A/D入力にプローブの温度変化に比
例する信号を与えられる。適当なアルゴリズムを用い
て、マイクロプロセッサ8は、インダクタに及ぼす非線
形温度効果の補正として、測定した周期に補正又は補償
を加える。上述のように、標準のRS−232直列イン
ターフエース10を介して現在の共鳴周波数、加えられ
る温度補正又は温度補正した周期情報を含む種々の形式
の情報をこの装置に質問してもよい。
【0021】図4は、本発明の装置の検出器の完全回路
図である。
図である。
【0022】コイルL1はプローブ68にあるインダク
タである。コイルL1は、コンデンサC17と共同して
直列共鳴回路網を構成する。直列共鳴回路網は、増幅器
A1の負入力に接続されている。増幅器A1の出力A
は、増幅器A2とトランジスタQ2、Q3及びQ4から
なる整流器回路に加えられる。トランジスタQ4のコレ
クタに現れる整流信号は、マイクロプロセッサ8の周期
測定(入力補償)線iに加えられる。Bにある整流出力
は、入力抵抗R18及びフィードバックコンデンサC2
0のついた積分比較器増幅器A3に加えられる。積分比
較器の出力は、線Cを通って乗算器M1のX入力に加え
られる。積分比較器の出力は、また、分圧器回路網R1
9及びR15を通してゲイン・オフセット増幅器A4の
正入力にも加えられる。ゲイン・オフセット増幅器A4
の線Dにある出力は、マイクロプロセッサ8の線jを通
ってA/D入力に加えられる。マイクロプロセッサ8の
VRH入力線hに加えられる基準電圧が線Eに引き出さ
れる。増幅器A1の出力Aは、また、分圧器回路網R2
0とR21を介して線Fを通って乗算器M1のY入力に
も加えられる。乗算器M1は、出力としてX掛けるYの
積を持つ4象限乗算器である。したがって、線Fに現れ
る信号は、線Cを通って乗算器M1に入る信号の値を掛
けれる。乗算器M1の線Cの上の出力は、増幅器A1の
正入力に加えられ、フィードバックループを完成する。
タである。コイルL1は、コンデンサC17と共同して
直列共鳴回路網を構成する。直列共鳴回路網は、増幅器
A1の負入力に接続されている。増幅器A1の出力A
は、増幅器A2とトランジスタQ2、Q3及びQ4から
なる整流器回路に加えられる。トランジスタQ4のコレ
クタに現れる整流信号は、マイクロプロセッサ8の周期
測定(入力補償)線iに加えられる。Bにある整流出力
は、入力抵抗R18及びフィードバックコンデンサC2
0のついた積分比較器増幅器A3に加えられる。積分比
較器の出力は、線Cを通って乗算器M1のX入力に加え
られる。積分比較器の出力は、また、分圧器回路網R1
9及びR15を通してゲイン・オフセット増幅器A4の
正入力にも加えられる。ゲイン・オフセット増幅器A4
の線Dにある出力は、マイクロプロセッサ8の線jを通
ってA/D入力に加えられる。マイクロプロセッサ8の
VRH入力線hに加えられる基準電圧が線Eに引き出さ
れる。増幅器A1の出力Aは、また、分圧器回路網R2
0とR21を介して線Fを通って乗算器M1のY入力に
も加えられる。乗算器M1は、出力としてX掛けるYの
積を持つ4象限乗算器である。したがって、線Fに現れ
る信号は、線Cを通って乗算器M1に入る信号の値を掛
けれる。乗算器M1の線Cの上の出力は、増幅器A1の
正入力に加えられ、フィードバックループを完成する。
【0023】図5に示されたマイクロプロセッサ8は、
マイクロプロセッサ8に調整時間ベースを与える外部水
晶発振器入力を線29と30に持っている。マイクロプ
ロセッサプロクラムは、単位時間ごとに入力線8に達す
るパルスの数を数え、共鳴回路の振動の周期を計算す
る。マイクロプロセッサ8は、インダクタL1にくず粒
子が付着していないときのインダクタL1に関連した発
振の周期の値を記憶できる固定記憶装置を内部とアドレ
スバスを通してマイクロプロセッサに接続される物の両
方備えている。くず粒子が蓄積するにつれて、インダク
タL1のインダクタンスは変わり、それによって、直列
共鳴発振器の振動の周期を変える。マイクロプロセッサ
8は、新しい周期を測定し、新しい周期と記憶された基
準周期との間の差を計算する。周期の変化は、インダク
タL1のインダクタンスの変化、したがって蓄積したく
ず粒子の量の尺度である。インダクタL1が非常に大き
な温度変化を受けるので、インダクタンスは、温度と共
に変わることになる。上述のようにインダクタを通る抵
抗も温度と共に変化することになる。ゲイン・オフセッ
ト増幅器A4から線Dを通る出力信号は発振器において
周期の変化を温度変化の効果について補正するためにマ
イクロプロセッサ8のソフトウエアに組み込まれたアル
ゴリズムと関連して使用できるデジタル値にマイクロプ
ロセッサ8のA/D入力によって変換される。したがっ
て、マイクロプロセッサ8は、周期の変化、すなわちイ
ンダクタンスの測定値を温度について補正することによ
って、これまで従来技術において利用できなかったイン
ダクタンス測定の精度を与える。たとえば、この性質の
共鳴回路において普通に見られる発振器の周波数の全変
化は、インダクタンスがくず粒子の蓄積によって変化し
た場合、約2%程度である。同時に、温度効果によるイ
ンタクタンスの変化は、1%程度であることがある。し
たがって、温度の効果を注意深く制御しなければ、問題
にしている信号は、インダクタについての温度変化の結
果として大きくゆがめられる可能性があることを極めて
明らかに知ることができる。本発明の装置の回路構成
は、インダクタL1で達成できる温度についての補正の
精度を少なくとも4倍だけ改良する。すなわち、その精
度は、インダクタL1を組み込んでいるプローブが本発
明の直列共鳴回路において用いられるとき、従来技術の
並列共鳴回路において同じインダクタプローブを用いる
のに比べて約4倍よい。
マイクロプロセッサ8に調整時間ベースを与える外部水
晶発振器入力を線29と30に持っている。マイクロプ
ロセッサプロクラムは、単位時間ごとに入力線8に達す
るパルスの数を数え、共鳴回路の振動の周期を計算す
る。マイクロプロセッサ8は、インダクタL1にくず粒
子が付着していないときのインダクタL1に関連した発
振の周期の値を記憶できる固定記憶装置を内部とアドレ
スバスを通してマイクロプロセッサに接続される物の両
方備えている。くず粒子が蓄積するにつれて、インダク
タL1のインダクタンスは変わり、それによって、直列
共鳴発振器の振動の周期を変える。マイクロプロセッサ
8は、新しい周期を測定し、新しい周期と記憶された基
準周期との間の差を計算する。周期の変化は、インダク
タL1のインダクタンスの変化、したがって蓄積したく
ず粒子の量の尺度である。インダクタL1が非常に大き
な温度変化を受けるので、インダクタンスは、温度と共
に変わることになる。上述のようにインダクタを通る抵
抗も温度と共に変化することになる。ゲイン・オフセッ
ト増幅器A4から線Dを通る出力信号は発振器において
周期の変化を温度変化の効果について補正するためにマ
イクロプロセッサ8のソフトウエアに組み込まれたアル
ゴリズムと関連して使用できるデジタル値にマイクロプ
ロセッサ8のA/D入力によって変換される。したがっ
て、マイクロプロセッサ8は、周期の変化、すなわちイ
ンダクタンスの測定値を温度について補正することによ
って、これまで従来技術において利用できなかったイン
ダクタンス測定の精度を与える。たとえば、この性質の
共鳴回路において普通に見られる発振器の周波数の全変
化は、インダクタンスがくず粒子の蓄積によって変化し
た場合、約2%程度である。同時に、温度効果によるイ
ンタクタンスの変化は、1%程度であることがある。し
たがって、温度の効果を注意深く制御しなければ、問題
にしている信号は、インダクタについての温度変化の結
果として大きくゆがめられる可能性があることを極めて
明らかに知ることができる。本発明の装置の回路構成
は、インダクタL1で達成できる温度についての補正の
精度を少なくとも4倍だけ改良する。すなわち、その精
度は、インダクタL1を組み込んでいるプローブが本発
明の直列共鳴回路において用いられるとき、従来技術の
並列共鳴回路において同じインダクタプローブを用いる
のに比べて約4倍よい。
【0024】図6の略図は、適当なアドレス指定で選択
できる追加の固定記憶装置を備えている。なお、標準R
S−232直列出力が設けられている。RS−232を
介して、マイクロプロセッサ8に質問できる。種々の形
の情報がマイクロプロセッサから利用できる。たとえ
ば、共鳴発振器の現在の周波数が取り出せ、初期条件と
比較した現在の瞬間における周波数の変化が取り出せ、
適用される温度補正の値と度が取り出せる。このデータ
は、マイクロプロセッサによって質問を保留するあらか
じめ定めた長さの間記憶されてもよい。大形のくず粒子
が機械的装置の故障寸前にこれらの装置に生ずることが
多いことは、公知である。くず粒子の濃度の迅速な増加
が機械的部品の故障寸前に見られることが知られてい
る。したがって、マイクロプロセッサの中のプログラム
に大形の粒子又は所定の期間中のより迅速な粒子蓄積を
反映するインダクタンスの大きな変化の各事象を識別し
て個別の記憶装置に取っておかせることができる。マイ
クロプロセッサには、同様にして装置におけるこれらの
種類の変化の発生に関して質問することができる。
できる追加の固定記憶装置を備えている。なお、標準R
S−232直列出力が設けられている。RS−232を
介して、マイクロプロセッサ8に質問できる。種々の形
の情報がマイクロプロセッサから利用できる。たとえ
ば、共鳴発振器の現在の周波数が取り出せ、初期条件と
比較した現在の瞬間における周波数の変化が取り出せ、
適用される温度補正の値と度が取り出せる。このデータ
は、マイクロプロセッサによって質問を保留するあらか
じめ定めた長さの間記憶されてもよい。大形のくず粒子
が機械的装置の故障寸前にこれらの装置に生ずることが
多いことは、公知である。くず粒子の濃度の迅速な増加
が機械的部品の故障寸前に見られることが知られてい
る。したがって、マイクロプロセッサの中のプログラム
に大形の粒子又は所定の期間中のより迅速な粒子蓄積を
反映するインダクタンスの大きな変化の各事象を識別し
て個別の記憶装置に取っておかせることができる。マイ
クロプロセッサには、同様にして装置におけるこれらの
種類の変化の発生に関して質問することができる。
【0025】したがって、コイルが非常に大きな温度変
化を受けているときでさえ、本発明の装置はコイルのイ
ンダクタンスの変化を精密に測定する手段を提供するこ
とがわかる。本発明において、粒子チップ検出器を用い
るときの例が与えられているが、回路は、センサが可変
インダクタンスからなる他の装置にも等しく適用でき
る。
化を受けているときでさえ、本発明の装置はコイルのイ
ンダクタンスの変化を精密に測定する手段を提供するこ
とがわかる。本発明において、粒子チップ検出器を用い
るときの例が与えられているが、回路は、センサが可変
インダクタンスからなる他の装置にも等しく適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 被測定鉄粒子を含む流体のタンクに挿入する
のに用いられる型のセンサプローブの図である。
のに用いられる型のセンサプローブの図である。
【図2】 直列共鳴回路の代表的略図を示している。
【図3】 本発明の主要構成要素の電子ブロック図であ
り、図4〜6に出てくる回路図の簡易化略図である。
り、図4〜6に出てくる回路図の簡易化略図である。
【図4】 センサ及び発振器の詳細回路図である。
【図5】 マイクロプロセッサ回路構成の詳細回路図で
ある。
ある。
【図6】 固定記憶装置の詳細回路図である。
1 直列共鳴回路網 2 演算増幅器 3 整流器 4 積分比較機 6 乗算器 7 ゲイン・オフセット増幅器 8 マイクロプロセッサ 9 固定記憶装置 10 RS−232 直列インタフエース 60 収集表面 61 磁極片 62 コイル 67 磁石 68 センサ
Claims (11)
- 【請求項1】 流体中を運び去られる鉄粒子を検知する
手段であり、 (a)二つの磁極を備え、第一の磁極は前記流体の内部
に置かれている磁石と、 (b)電導性材料で作られ、前記磁石の第二の磁極と共
軸に配置されたコイルと、 (c)前記コイルに接続され、前記コイルのインダクタ
ンスを測定する直列共鳴電子回路を備え、 前記直列共鳴回路が前記検知手段の温度補償を定める手
段を備えていることを特徴とする鉄粒子検知装置。 - 【請求項2】 前記直列共鳴回路が前記コイルとコンデ
ンサの直列共鳴回路網を備えている請求項1に記載の鉄
粒子検知装置。 - 【請求項3】 前記直列共鳴回路がさらに直列共鳴発振
器、ゲイン・オフセット増幅器及び振動の周期と前記増
幅器のゲインを表す信号とに応じて前記温度補償を定め
るマイクロプロセッサを備える請求項2に記載の鉄粒子
検知装置。 - 【請求項4】 前記マイクロプロセッサの出力が前記コ
イルの温度補償されたインダクタンスを表す信号であ
り、したがってまた前記磁石の前記第一の磁極上か又は
すぐ近くに蓄積した鉄物質の量を表す請求項3に記載の
鉄粒子検知装置。 - 【請求項5】 前記直列共鳴発振器が反転入力、整流
器、積分比較器及び乘算器に接続された直列共鳴回路網
を備える増幅器を備え、前記増幅器の出力が整流されて
前記積分比較器の入力に加えられるまえに前記乘算器の
第一の入力に加えられ、前記積分比較器の出力が前記乘
算器の第二の入力に加えられ、前記乘算器の出力が前記
増幅器の非反転入力に加えられることを特徴とする請求
項3に記載の鉄粒子検知装置。 - 【請求項6】 前記マイクロプロセッサへの第一の入力
が前記整流器の出力に接続され、さらに前記マイクロプ
ロセッサへの第二の入力がA/D変換器を介して前記直
列共鳴回路網の両端間の電圧に比例する前記ゲイン・オ
フセット増幅器の状態を表す信号に接続されている請求
項3に記載の鉄粒子検知装置。 - 【請求項7】 インダクタのインダクタンス測定の温度
補償方法であり、 (a)インダクタに接続された直列共鳴回路の振動の周
期を定めるためにマイクロプロセッサの入力におけるパ
ルスを計数する工程と、 (b)前記振動の周期を基準値として用いるために等速
呼び出し記憶装置の中に記憶する工程と、 (c)前記インダクタに接続された前記直列共鳴回路の
前記振動の周期を定めるために前記マイクロプロセッサ
の前記入力におけるパルスを再び計数し、前記先に記憶
した周期と前記新しく定めた周期との間の差を計算する
工程と、 (d)前記振動の周期における前記計算した差を振動周
期の差の値のテーブルをあらかじめ定めたインダクタン
スと関連させて含む固定記憶装置へのインデックスとし
て用いる工程と、 (e)前記直列共鳴回路の温度を表す値を測定し、前記
値をあらかじめ定めた温度補償値のテーブルを含む固定
記憶装置へのインデックスとして用いる工程と、 (f)前記インダクタの実際の温度補償されたインダク
タンスを計算するために温度補償値を先に定めたインダ
クタンスに適用し、前記インダクタのインダクタンスを
表す信号を与える工程とを含むインダクタンス測定の温
度補償方法。 - 【請求項8】 前記工程(c)から前記工程(f)まで
がある期間繰り返し実行される請求項7に記載のインダ
クタンス測定の温度補償方法。 - 【請求項9】 前記インダクタの前記実際の温度補償さ
れたインダクタンスをあらかじめ定めた鉄材料濃度値の
テーブルを含む固定記憶装置へのインデックスとして用
い、前記マイクロプロセッサの出力における鉄材料の濃
度を表す信号を与える工程とをさらに含む請求項8に記
載のインダクタンス測定の温度補償方法。 - 【請求項10】 前記鉄材料濃度が不揮発性記憶媒体に
ある期間記録される請求項9に記載のインダクタンス測
定の温度補償方法。 - 【請求項11】 あらかじめ定めた時間にわたってあら
かじめ定めた値を越える前記鉄材料の濃度の変化が警報
回路を作動させる請求項10に記載のインダクタンス測
定の温度補償方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US65911091A | 1991-02-22 | 1991-02-22 | |
US07/659110 | 1991-02-22 |
Publications (2)
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