JP2001235549A - Active metal sensor and stabilizing method therefor - Google Patents

Active metal sensor and stabilizing method therefor

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JP2001235549A
JP2001235549A JP2000107251A JP2000107251A JP2001235549A JP 2001235549 A JP2001235549 A JP 2001235549A JP 2000107251 A JP2000107251 A JP 2000107251A JP 2000107251 A JP2000107251 A JP 2000107251A JP 2001235549 A JP2001235549 A JP 2001235549A
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voltage
coil
exciting coil
sampling
current
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Akira Hasegawa
彰 長谷川
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TAKASAGO SEISAKUSHO KK
Takasago Ltd
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TAKASAGO SEISAKUSHO KK
Takasago Ltd
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Publication date
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve sensitivity by stabilizing an active metal sensor, to enlarge an application range by preventing the influence of a jamming conductor, and to permit the recognition of approximate shape of an object conductor. SOLUTION: For the purpose of detecting an object conductive substance in a distant place where the magnetic field does not sufficiently get into the conductive substance, a current is made to flow to an exciting coil, and then the current is cut off. The transient voltage waveform of the exciting coil aftercutting off the current is monitored, and at a point of time when the transient voltage waveform is lowered to a specified level, coil voltage is sampled and made voltage A. Immediately after sampling the voltage A, coil voltage is further sampled in succession and made voltage B. Offset voltage is added to the voltage A or voltage B and differentially amplified, and the conductive substance in the magnetic field of the exciting coil is detected with high sensitivity by the output voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高感度の金属探知を実
現するものである、不可視部分にある金属の位置を探知
する事が可能であり、金属センサ、距離センサ、近接ス
イッチなどに応用が可能である。特に金属センサを地雷
探知に利用しようとすると、最近のプラスチック地雷に
は金属として、微少な鉄球と小型のバネしか存在せず、
この探知は極めて困難であつた。本発明は探知機の感度
と安定度を上げてこの目的を達成できるだげでなく、概
略の形状認識も可能となる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention realizes high-sensitivity metal detection and can detect the position of a metal in an invisible portion, and is applied to a metal sensor, a distance sensor, a proximity switch, and the like. Is possible. Especially when trying to use metal sensors for landmine detection, recent plastic landmines have only small iron balls and small springs as metal.
This detection was extremely difficult. The present invention not only achieves this goal by increasing the sensitivity and stability of the detector, but also allows for general shape recognition.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属を探知する方法として磁界の変化、
電磁波、超音波、X線などを利用したものがありそれぞ
れ特徴がある。電磁波を利用したものはレーダ方式によ
るものや、対象導体の存在によって誘導電流や透磁率が
検出コイルの等価インピーダンスを変化させることを利
用したものがあった。レーダ方式は装置のコストが高
く、埋設物を探知する場合は地質や含水量によって影響
を受けたり金属以外のものにも反応する欠点があった
り、センチメートル単位の近距離での探知が困難な欠点
があつた。
2. Description of the Related Art Changes in a magnetic field,
Some use electromagnetic waves, ultrasonic waves, X-rays, etc., and each has its own characteristics. Some use electromagnetic waves by a radar method, and others use a method in which induced current or magnetic permeability changes the equivalent impedance of a detection coil due to the presence of a target conductor. The radar system has a high equipment cost, and when detecting buried objects, it has the disadvantage of being affected by geology and water content and reacting to nonmetals, and it is difficult to detect at short distances of centimeters There were drawbacks.

【0003】また、探知導体によって誘導電流や透磁率
が変化することを利用して探知導体を検出する方法は、
検出用の信号周波数を下げると比較的地質の影響を受け
にくい特徴がある。検出コイルの等価インピーダンスの
変化を利用する方法は2個のコイルを差動に接続した
り、ブリッジ回路によって感度を上げる方法が一般的で
あり、感度と指向性が充分ではなかった。
[0003] Further, a method of detecting a detection conductor by utilizing the fact that the induced current or the magnetic permeability changes due to the detection conductor is as follows.
When the signal frequency for detection is lowered, there is a feature that the influence of geology is relatively low. The method of utilizing the change in the equivalent impedance of the detection coil is generally a method of connecting two coils differentially or increasing the sensitivity by a bridge circuit, and the sensitivity and directivity are not sufficient.

【0004】これらの欠点を除く方法として、磁界発生
コイルの電流を遮断したときの、励磁コイルと探知導体
との相互作用による過渡現象の変化を利用するアクティ
ブ形の方法もあり、励磁コイルと受信コイルを共用する
こともでき、比較的に指向性や感度も改善することが可
能となった。
As a method for eliminating these drawbacks, there is an active type method utilizing a change in a transient phenomenon caused by an interaction between the exciting coil and the detection conductor when the current of the magnetic field generating coil is cut off. The coil can be shared, and the directivity and sensitivity can be relatively improved.

【0005】この実例として、特表平2−500215
6や特開平5−232245などがある。しかし、両者
の方法は励磁コイル電流を遮断した後の過渡電圧をその
まま漫然と測定しているだけで、感度を上げたり、検出
レベルを安定化する工夫はされていない。しかも、両者
の明細書にあるコイルの過渡応答は比較的に近距離の対
象物に対応する場合であり、対象とする導電材料に十分
に磁界が入りこんだ状態だけに対応している。対象とす
る導電材料までの距離が大きい場合は対象とする導電材
料へ十分に磁界が入込むことができず、コイルの過渡電
圧変化もこれらの明細書に書かれた波形と異なり、効果
的に過渡電圧から対象物を探知できる測定のタイミング
は極めて限られた時間しかないので、励磁コイルの電流
遮断後の過渡電圧波形をそのまま漫然と測定しているだ
けではとても高い感度のセンサを得ることは困難であつ
た。また、従来の方式では、感度が十分に得られないだ
けでなく、励磁コイルの定数が変化すると再度装置を調
整する必要がある欠点もあった。更に、励磁コイルの近
傍に妨害探知導電物質があると、感度が著しく低下した
り、検知信号を増幅する目的の増幅器が飽和して対象探
知導電体の検出が不可能な場合もあった。
As an example of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-500215
6 and JP-A-5-232245. However, in both methods, the transient voltage after the interruption of the exciting coil current is simply measured indiscriminately, and no attempt is made to increase the sensitivity or stabilize the detection level. In addition, the transient response of the coil in both the specifications is for a relatively short distance object, and corresponds only to a state where a magnetic field has sufficiently entered the target conductive material. If the distance to the target conductive material is large, the magnetic field cannot sufficiently enter the target conductive material, and the transient voltage change of the coil differs from the waveforms described in these specifications, effectively Since the measurement timing that can detect the target from the transient voltage has only a very limited time, it is difficult to obtain a sensor with very high sensitivity simply by measuring the transient voltage waveform after the current interruption of the exciting coil as it is It was. Further, in the conventional method, not only the sensitivity is not sufficiently obtained, but also there is a disadvantage that it is necessary to adjust the device again when the constant of the exciting coil changes. Further, if there is a conductive material for detecting interference in the vicinity of the excitation coil, the sensitivity may be significantly reduced, or the amplifier for amplifying the detection signal may be saturated and the target conductive material may not be detected.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、アクティ
ブ形金属センサの感度をさらに向上させるための手法を
多くの数値計算、実験とシミュレーションなどによって
考察した。その結果、対象とする導電材料へ十分に磁界
が入りこまない離れた場所にある金属を探知する場合
は、励磁コイルの電流遮断後の電圧波形で金属の有無を
検知できるタイミングは、励磁コイルに蓄積されたエネ
ルギーによる過渡現象と、対象金属からの誘導で起きる
過渡現象による電圧レベルが受信コイルにおいてほぼ同
じレベルにある点が最も良いタイミングであることを見
だし、この適切なタイミングを自動的に見出して、励磁
コイルの定数変化、励磁コイルの電流をスイッチングす
るスイッチング素子のパラメータ変化によるスイッチン
グ時間の変化や、コイルに加えられる電圧の変化などの
変動要因による安定度の劣化を防ぐことが課題である。
また、地球磁場などの外部変動磁界などの外乱に対して
もこの原因による安定度の劣化を防ぐことも課題であ
る。さらに、励磁コイルや受信コイルを複数同時に使用
した場合、励磁コイルのそれぞれのスイッチング時間の
差が安定な検出を妨げる要因ともなっていてこの問題を
解決することも課題である。
In the present invention, a method for further improving the sensitivity of the active metal sensor has been studied by many numerical calculations, experiments, and simulations. As a result, when detecting a metal in a distant place where a magnetic field does not sufficiently enter the target conductive material, the timing at which the presence or absence of metal can be detected by the voltage waveform after current interruption of the excitation coil is determined by the excitation coil. The best timing is when the point where the voltage level due to the transient caused by the stored energy and the transient caused by the induction from the target metal is at the same level in the receiving coil is the best timing, and this appropriate timing is automatically determined. The challenge is to prevent the deterioration of stability due to fluctuation factors such as changes in the constant of the exciting coil, changes in the parameters of the switching element that switches the current of the exciting coil, and changes in the voltage applied to the coil. is there.
Another object is to prevent the stability from being deteriorated due to external disturbance such as an external magnetic field such as an earth magnetic field. Furthermore, when a plurality of exciting coils and receiving coils are used at the same time, a difference in switching time between the exciting coils is a factor that hinders stable detection, and it is also an object to solve this problem.

【0007】[0007]

【問題を解決するための手段】励磁コイルに励磁電流を
流してパルス磁界を発生させ、この電流を遮断した場合
の励磁コイルまたは、受信コイルの過渡的な電圧波形
は、対象とする導電物質に十分に磁界が入り込んだ場合
は図1に示すように対象導体が存在する場合と、存在し
ない場合にはに示すように過渡電圧波形の全体が変化す
るので特表平2−5002156や特開平5−2322
45などの方法である程度の目的が達成できる。
[Means for Solving the Problems] When a pulse magnetic field is generated by supplying an exciting current to the exciting coil and the current is cut off, the transient voltage waveform of the exciting coil or the receiving coil is changed to a target conductive material. When the magnetic field sufficiently enters, the transient voltage waveform changes as shown in FIG. 1 when the target conductor exists as shown in FIG. 1 and when the target conductor does not exist, as shown in FIG. −2322
For example, a method such as 45 can achieve a certain purpose.

【0008】対象とする導電物質に十分に磁界が入り込
めない、遠方に対象導体がある場合、その過渡現象は、
図2に示すように励磁コイルの過渡電圧値が減衰し、殆
ど0に近づいた点に限ってようやく検知できるレベルの
過渡電圧の影響が現れる。図2の電圧レンジは図1と比
較すると、数千から数10万倍小さい値である。これ
は、対象導電物質に十分磁界が入りこんでいない場合
は、対象導電物質に流れる誘導電流も小さく、この電流
との相互作用で受信コイルに現れる電圧は励磁コイルそ
のものに蓄積されたエネルギーによる過渡電圧から比較
すると無視できるほど小さく、その検出はきわめて困難
である。また、励磁電流が十分に減衰する時間まで待っ
て、励磁電流のエネルギーがほぼゼロになるのを待って
対象導電物質からの誘導電圧を選択的に観測することは
可能であるが、このタイミングでは対象導電物質からの
誘導電圧は大幅に減衰して測定が困難であるだけでな
く、この値そのものだけでなく、対象とする導電物質に
磁界が入り込む量が少ないほど、図3に示すように、絶
対値そのものだけでなく、時間的な変化量も極めて少な
くなり、この量は前記した多くの変動要因のレベルより
も低くなり観測することがきわめて困難であるとの結論
に達した。
When a magnetic field cannot sufficiently enter the target conductive material and the target conductor is located at a distance, the transient phenomenon is as follows.
As shown in FIG. 2, the transient voltage value of the exciting coil is attenuated, and the effect of the transient voltage of a level which can be detected only at a point almost approaching zero appears. The voltage range of FIG. 2 is several thousand to several hundred thousand times smaller than that of FIG. This is because when the magnetic field does not enter the target conductive material sufficiently, the induced current flowing through the target conductive material is small, and the voltage appearing in the receiving coil due to the interaction with this current is the transient voltage due to the energy stored in the exciting coil itself. The size is so small that it can be ignored, and its detection is extremely difficult. In addition, it is possible to wait until the exciting current is sufficiently attenuated, wait for the energy of the exciting current to become substantially zero, and selectively observe the induced voltage from the target conductive material. Not only is the induced voltage from the target conductive material greatly attenuated and the measurement is difficult, but not only this value itself, but also the smaller the amount of the magnetic field entering the target conductive material, as shown in FIG. Not only the absolute value itself, but also the amount of change over time was extremely small, and it was concluded that this amount was lower than the level of many of the above-mentioned variables, making it extremely difficult to observe.

【0009】この問題を解決する目的で、数値解析や多
くの実験とシミュレーションの結果、過渡電圧をサンプ
リングする最適なタイミングは、励磁コイル自身に蓄積
されたエネルギーによる過渡電圧と対象導電物質から電
磁誘導されて励磁コイルに発生する電圧のレベルがほぼ
等しいレベルにある極めて短時間に限り、過渡現象の変
化を最も容易に捉えることができることを見出した。こ
の結果から見ると、特表平2−5002156の第9図
にある時間の設定値が互いに異なる回路(86)におい
てこの時間設定を適値となるように設定すれば、ある程
度の目的は達成される。しかし、対象導電物質に十分磁
界が入りこんでいない場合は、対象導電物質に流れる誘
導電流も小さいだけでなく、サンプリングする時間のタ
イミングの条件は極めて厳しく、当該特許明細書第9図
のようにあらかじめ定められた測定時間で測定しても、
タイミング発生回路の時間的変動、励磁コイル電流をス
イッチングするスイッチング素子の特性変動、励磁コイ
ル定数の変動などによって最適タイミングがずれて検出
出力が不安定になることが明白になった。
For the purpose of solving this problem, as a result of numerical analysis and many experiments and simulations, the optimal timing for sampling the transient voltage is determined by the transient voltage due to the energy stored in the exciting coil itself and the electromagnetic induction from the target conductive material. As a result, it has been found that the change of the transient phenomenon can be most easily detected only for a very short time when the voltage level generated in the exciting coil is at substantially the same level. From this result, if the time setting is set to an appropriate value in the circuit (86) in which the time setting values shown in FIG. 9 of Table 2 are different from each other, a certain purpose can be achieved. You. However, when a magnetic field does not sufficiently enter the target conductive material, not only the induced current flowing through the target conductive material is small, but also the timing conditions for sampling are extremely strict, and as shown in FIG. Even if you measure at the specified measurement time,
It became clear that the optimum timing was shifted and the detection output became unstable due to the time variation of the timing generation circuit, the variation of the characteristics of the switching element for switching the exciting coil current, and the variation of the exciting coil constant.

【0010】この場合、あらかじめ定める時間設定を水
晶発信器などの周波数精度の高い発振器の発振周波数を
デジタル的に分周して得た正確な時間を用いて、データ
をサンプリングするタイミングの精度を上げ、時間の変
動による不安定要素をある程度除くことも可能である。
しかし、回路が複雑になったり、サンプリングするタイ
ミングを前記方法で正確に保つ方法を実施しても、スイ
ッチング速度やスイッチング素子の電極間容量などの変
動要因によって検出出力が不安定となる問題を取り除く
ことができなかった。
In this case, the accuracy of the timing for sampling data is improved by using an accurate time obtained by digitally dividing the oscillation frequency of an oscillator having a high frequency accuracy, such as a crystal oscillator, into a predetermined time setting. In addition, it is also possible to remove an unstable element due to a change in time to some extent.
However, even if the circuit becomes complicated or the method of keeping the sampling timing accurately by the above method is performed, the problem that the detection output becomes unstable due to the fluctuation factors such as the switching speed and the capacitance between the electrodes of the switching element is eliminated. I couldn't do that.

【0011】同じ理由で、特開平5−23224のよう
に過渡現象の継続する時間を計測する方法も時間計測を
デジタル的に高い精度で測定しても、上記変動要因のう
ち、特にスイッチング素子の温度変化によるスイッチン
グ時間の変動とスイッチング素子の電極間容量の変動に
よって不安定な動作をする問題があり、安定で高い感度
のセンサを得るには大きな障害となっていた。
For the same reason, the method of measuring the duration of the transient phenomenon as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-232224, even if the time measurement is digitally measured with high precision, is particularly one of the above-mentioned fluctuation factors. There is a problem of unstable operation due to a change in switching time due to a temperature change and a change in capacitance between electrodes of the switching element, which has been a major obstacle to obtaining a stable and highly sensitive sensor.

【0012】ここで、データをサンプリングするタイミ
ングのずれの問題を取り去る目的で、特表平2−500
2156の第9図にあるような、あらかじめ設けた測定
時間の設定部分を廃止し、この代りに励磁コイルの過渡
電圧波形を高速で高精度の比較器に取り入れ、この比較
器の出力で過渡電圧第1回目のサンプリングを開始する
時間を制御することを試みた。すなわち、この比較器の
動作するレベルを励磁コイル自身に蓄積されたエネルギ
ーによる電圧と対象導電物質から誘導されて励磁コイル
に発生する電圧のレベルがほぼ等しいレベルになるよう
に設定する。この結果、例え上記変動要因によって測定
ポイントが時間的にずれても、サンブリングを開始する
ポイントは比較器の動作電圧レベルで決定されるので、
サンブリングを開始する最適時間が上記要因によってず
れたとしても、この時間のずれと関係なく自動的に最良
のサンプリングポイントで電圧の測定が開始されるの
で、安定でしかも高い感度のセンサを得ることが可能と
なる。また、第一のサンプリングと第二のサンプリング
を行いこの電圧を差動増幅すると、励磁コイルから定ま
った距離にある、妨害導電体があってもこの妨害導電体
からの誘導電圧の測定を自動的に避ける作用もするので
一石二鳥である。
Here, for the purpose of removing the problem of a shift in the timing of sampling data, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-500
As shown in FIG. 9 of 2156, the previously set measurement time setting portion is abolished, and instead, the transient voltage waveform of the exciting coil is incorporated into a high-speed and high-precision comparator. An attempt was made to control the time to start the first sampling. That is, the level at which the comparator operates is set so that the voltage due to the energy stored in the exciting coil itself and the level of the voltage generated in the exciting coil induced from the target conductive material are substantially equal. As a result, even if the measurement points deviate in time due to the above-mentioned fluctuation factors, the point at which sampling is started is determined by the operating voltage level of the comparator.
Even if the optimal time to start sampling is shifted due to the above factors, voltage measurement is automatically started at the best sampling point regardless of this time shift, so that a stable and highly sensitive sensor can be obtained. Becomes possible. In addition, when the first sampling and the second sampling are performed and this voltage is differentially amplified, even if there is a disturbing conductor at a fixed distance from the exciting coil, the measurement of the induced voltage from this disturbing conductor is automatically performed. It also works to avoid the bird, so it is two birds with one stone.

【0013】[0013]

【作用】励磁コイルに励磁電流を流してパルス磁界を発
生させると、この磁界の中にある探知導体にも誘導によ
って電流が流れる。励磁コイルに電流が流れている期間
は探知導体にも励磁コイルに流れた電流にほぼ比例した
誘導電流と呼ばれる電流が流れる。励磁コイルに流れて
いる電流を急速に遮断すると、探知導体に流れていた電
流は探知導体に流れた電流ループの等価インダクタンス
をL、等価抵抗をRdとするとTe=L/Rdとなる時
定数Teで減衰する。
When a pulse magnetic field is generated by supplying an exciting current to the exciting coil, a current also flows through the detection conductor in the magnetic field by induction. While the current is flowing through the exciting coil, a current called an induced current that is substantially proportional to the current flowing through the exciting coil also flows through the detection conductor. When the current flowing through the exciting coil is rapidly cut off, the current flowing through the detection conductor becomes a time constant Te that satisfies Te = L / Rd, where L is the equivalent inductance of the current loop flowing through the detection conductor, and Rd is the equivalent resistance. Attenuate.

【0014】したがって、励磁コイルの電流遮断時間を
Teに比べて充分に短い時間で遮断し、励磁コイルに残
留していたエネルギーが充分に減衰してから検出コイル
で受信すると探知導体に流れている電流によって発生し
た磁界だけを選択的に検出して探知導体の存在を検出す
ることが可能となる。しかし、検知対象とする導電材料
までの距離が大きい場合は対象とする導電材料へ十分に
磁界が入込むことができず対象導体に流れた電流による
磁界を検知することは極めて困難となる。しかも、対象
導体の等価的な時定数は励磁コイルの時定数と比較する
と極めて大きく、励磁コイルに流れる電流が減衰してか
らでは対象導体に流れる電流の時間的な変化は極めて小
さくこの検出は困難である。
Therefore, the current interruption time of the exciting coil is interrupted in a sufficiently short time as compared with Te, and the energy remaining in the exciting coil is sufficiently attenuated before being received by the detection coil and flowing to the detection conductor. It is possible to selectively detect only the magnetic field generated by the current to detect the presence of the detection conductor. However, when the distance to the conductive material to be detected is large, the magnetic field cannot sufficiently enter the conductive material to be detected, and it is extremely difficult to detect the magnetic field due to the current flowing through the target conductor. Moreover, the equivalent time constant of the target conductor is extremely large as compared with the time constant of the excitation coil, and the time variation of the current flowing in the target conductor is extremely small after the current flowing in the excitation coil is attenuated, and this detection is difficult. It is.

【0015】ここで、励磁コイルに残留するエネルギー
による電流と、対象導体からの誘導による電流がほぼ等
しいレベルにあるときに限って、対象導体に流れる電流
の時間的な変化をとらえ易くなることを見出した。数値
解析では、探知導体の存在する場合と、存在しない場合
の励磁コイル電圧の絶対値変化は励磁コイルの遮断直後
が最も大きい、しかしこの電圧は励磁コイルを遮断する
速度の影響を強く受け、しかも変化速度も図4に示すよ
うに大きく励磁コイルの電流をスイッチングするスイッ
チング速度が変化すると検出電圧が大きく変化するたげ
でなく、電圧レベルそのものも大きく、高い利得で増幅
することが困難である。
Here, it is easy to detect the temporal change of the current flowing in the target conductor only when the current due to the energy remaining in the exciting coil and the current induced from the target conductor are at substantially the same level. I found it. In the numerical analysis, the absolute value change of the excitation coil voltage when the detection conductor is present and when it is not present is greatest immediately after the excitation coil is cut off, but this voltage is strongly affected by the speed at which the excitation coil is cut off, and As shown in FIG. 4, when the switching speed for switching the current of the exciting coil changes, the detected voltage does not change greatly, but the voltage level itself is large, and it is difficult to amplify with a high gain.

【0016】図4に示す状態では、電圧レベルの時間に
対して微分した値は極めて大きく、スイッチング時間
や、サンブリング時間の変動に対して、検出電圧が不安
定となりやすい。また、電流を遮断してからの時間が経
過するほど探知導体の存在する場合と、存在しない場合
の励磁コイル電圧の絶対値変化は小さくなるが、時間に
対する微分値は桁違いに小さくなり、時間軸の変動に対
して影響が少なくなり、高い利得の増幅器に加えやすい
レベルとなる。しかし、時間が経過し過ぎると、図3に
示すように、コイル電圧の絶対値だけでなく変化そのも
のが小さくなり、測定も困難になる。したがつて、最適
な電圧サンブリングのタイミングは、遮断時間のジッタ
の影響を受ける割合と時間が経過して受信信号が減衰し
過ぎて感度が低下する割合とのトレードオフとなる最適
なポイントが存在することになる。このタイミングの決
定をあらかじめ定めた時間ではなく、受信電圧レベルで
決定することにより、容易に最適なサンプリングタイミ
ングが容易に得られ、スイッチング素子のパラメータ変
動の影響も防ぐことができる。
In the state shown in FIG. 4, the value differentiated with respect to the time of the voltage level is extremely large, and the detection voltage tends to be unstable with respect to the fluctuation of the switching time and the sampling time. Also, as the time after the current is interrupted, the change in the absolute value of the excitation coil voltage when the detection conductor is present and when the detection conductor is not present becomes smaller, but the differential value with respect to time becomes smaller by orders of magnitude. The influence on the axis fluctuation is reduced, and the level is easily added to a high gain amplifier. However, if the time has passed too much, as shown in FIG. 3, not only the absolute value of the coil voltage but also the change itself becomes small, and the measurement becomes difficult. Therefore, the optimal voltage sampling timing is the optimal point at which there is a trade-off between the rate affected by the jitter in the cutoff time and the rate at which the received signal attenuates too much over time and the sensitivity decreases. Will exist. By determining the timing based on the reception voltage level instead of the predetermined time, the optimum sampling timing can be easily obtained, and the influence of parameter fluctuation of the switching element can be prevented.

【0017】以上を数式で持って説明すると、励磁コイ
ルに電圧を加え、その後遮断した時の電圧は数1で示す
値となる。ここで、数1の右辺分子の値を見ると、1項
目は値そのものが小さくしかも時定数が大きく電圧はゆ
っくり減衰する、2項目の値そのものが大きく時定数が
小さく急速に減衰する。したがつて、励磁コイル遮断直
後は上記2項目の値が極めて大きく1項目は無視できる
ほど小さい。したがつて、励磁コイルの電流遮断直後は
両者の相対値の差が大きくで対象導体によって値が変化
する微少な1項目の値を検出することは困難である。励
磁コイル電流を遮断してからの時間が経過し2項目の値
が減衰し、1項目のレベルと同等になつた時点で、始め
て両項を容易に比較できる事がわかる。このタイミング
が最適の電圧サンブリングのタイミングとなり、このタ
イミングは、コイルのパラメータによって変化するの
で、定められた時間で決定するよりも、電圧レベルで決
定する方が合理的であることがわかる。
To explain the above with mathematical expressions, the voltage when the voltage is applied to the exciting coil and then the voltage is cut off becomes the value shown by the following equation (1). Here, looking at the value of the numerator on the right-hand side of Equation 1, one item has a small value itself, a large time constant, and the voltage slowly attenuates. The two items themselves have a large value, a small time constant, and rapidly attenuate. Therefore, immediately after the excitation coil is cut off, the values of the above two items are extremely large and one item is small enough to be ignored. Therefore, immediately after the current is cut off by the exciting coil, the difference between the relative values of the two is large, and it is difficult to detect a small value of one item whose value changes depending on the target conductor. It can be seen that the two items can be easily compared for the first time when the values of the two items attenuate after the time since the excitation coil current was cut off and become equal to the level of one item. This timing is the optimal voltage sampling timing, and since this timing varies depending on the parameters of the coil, it can be seen that it is more reasonable to determine the voltage level than to determine the time.

【0018】このポイントは、前記したように、励磁コ
イル自身に蓄積されたエネルギーによる過渡電圧と対象
導電物質から誘導されて励磁コイルに誘導する電圧のレ
ベルがほぼ等しいレベルになるポイントと同じ意味を持
つ。このタイミングは励磁コイルを遮断してからの決ま
った時間ではなく、励磁コイルの電圧レベルで決定した
方がより正確に捉えることができることがわかる。これ
を実現する目的で、コイルの受信電圧を比較器に加え、
この電圧が適値になったときに、比較器が動作するよう
に比較器の比較電圧の閾値をあらかじめ設定しておき、
一回目のサンブリング時間はこの比較器の動作した時間
で決定する、二回目のサンプル時間は更にレベルをわず
か下げた同様の比較器の出力で決定しても良いし、タイ
マを利用して、一回目のサンブル時間から一定の時間を
経過してから二回目のサンブルをするようにしても、結
果はほぼ同じである。
This point has the same meaning as the point at which the level of the transient voltage due to the energy stored in the exciting coil itself and the level of the voltage induced from the target conductive material and induced in the exciting coil become substantially equal, as described above. Have. It is understood that this timing is not a fixed time after the excitation coil is cut off, but can be more accurately determined by determining the voltage level of the excitation coil. To achieve this, add the received voltage of the coil to the comparator,
When this voltage becomes an appropriate value, the threshold of the comparison voltage of the comparator is set in advance so that the comparator operates,
The first sampling time is determined by the operation time of this comparator, and the second sampling time may be determined by the output of a similar comparator whose level is slightly lowered, or by using a timer, The result is almost the same even when the second sample is performed after a certain time has elapsed from the first sample time.

【0019】[0019]

【実施例】本発明の実施例を図5において説明すると、
駆動パルス発生器2の出力でスイッチング素子4を駆動
し、電源3の電圧をパルス状に励磁コイル1に加える。
スイッチング素子4が遮断すると、駆動コイルに蓄えら
れたエネルギーの大半はダンピング回路5の等価抵抗に
よって吸収される。励磁コイル電圧は、スイッチング素
子4が遮断した場合大きな電圧が発生するが、この電圧
値は励磁コイルの電圧を遮断する直前に励磁コイルに流
れていた電流と、ダンビング回路の等価抵抗で決定さ
れ、電圧が減衰する時定数は、ダンビング抵抗の等価抵
抗値Rd、励磁コイルのインダクタンスをLとすると、
L/Rdによって決定される。この電圧値が高過ぎる場
合は分圧器や、電圧クランプ回路で電圧を減衰させ、必
要に応じてバッファアンプなどを通し処理しやすい電圧
に変換する。図5では、励磁コイルと受信コイルを共用
した例を示したが、ぞれぞれのコイルを別にもうけるこ
ともできる。
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.
The switching element 4 is driven by the output of the driving pulse generator 2, and the voltage of the power supply 3 is applied to the excitation coil 1 in a pulsed manner.
When the switching element 4 is shut off, most of the energy stored in the drive coil is absorbed by the equivalent resistance of the damping circuit 5. The excitation coil voltage generates a large voltage when the switching element 4 is cut off. The voltage value is determined by the current flowing through the excitation coil immediately before the voltage of the excitation coil is cut off and the equivalent resistance of the damping circuit. The time constant at which the voltage attenuates is given by the equivalent resistance value Rd of the dubbing resistance and the inductance L of the exciting coil.
It is determined by L / Rd. If this voltage value is too high, the voltage is attenuated by a voltage divider or a voltage clamp circuit, and if necessary, converted to a voltage that can be easily processed through a buffer amplifier or the like. FIG. 5 shows an example in which the exciting coil and the receiving coil are shared, but each of the coils may be separately provided.

【0020】処理しやすい電圧に変換されたコイル電圧
は比較器17の入力と、電圧サンプリング用スイッチ
6、7に加えられる。比較器17の一方の入力は基準電
圧12の安定な電圧を抵抗13、14による分圧器で分
圧された電圧が加えられている。この電圧値は比較器1
7が動作する閾値を決定する重要な電圧である。比較器
の動作遅れが無視できない場合は、この遅れも考慮して
電圧を決定する。
The coil voltage converted into a voltage which can be easily processed is applied to an input of a comparator 17 and voltage sampling switches 6 and 7. One input of the comparator 17 is applied with a voltage obtained by dividing a stable voltage of the reference voltage 12 by a voltage divider using resistors 13 and 14. This voltage value is the value of comparator 1
7 is an important voltage that determines the threshold at which it operates. If the operation delay of the comparator cannot be ignored, the voltage is determined in consideration of the delay.

【0021】比較器17の出力は同期式パルス発生器1
8に加えられる。パルス発生器18の出力はパルス分配
器19のフリップ・フロップまたは、カウンターに加え
られる。パルス分配器19の作用は、比較器17の出力
があると、直ちに同期式パルス発生器の発振周期Tsで
決定されるパルス幅だけ、電圧サンプル用スイッチ6を
ONさせる。同期式パルス発生器の次の周期では、電圧
サンプル用スイッチ6はOFFとなり、電圧サンプル用
スイッチ7が発振周期TsだけONとなるようにする。
ここで、パルス分配器19がフリップ・フロップの場合
は次の周期で励磁コイルの電流が遮断するまで、パルス
分配器の出力を停止する機能が必要であるが、図では省
略した。また、パルス分配器をカウンターで構成した場
合は図6に示すように、電圧サンプル用スイッチ6をO
Nさせた後適当に遅れ時間を空けてから圧サンプル用ス
イッチ7が発振周期TsだけONとなるようにすること
も可能となる。また、前記したように、スイッチ7をO
Nするタイミングはパルス分配器を利用せず、前者の比
較器よりもわずか閾値を下げた比較器の出力で動作させ
ても同じ結果が得られる。
The output of the comparator 17 is the synchronous pulse generator 1
8 is added. The output of pulse generator 18 is applied to a flip-flop or counter of pulse distributor 19. The function of the pulse distributor 19 is to immediately turn on the voltage sampling switch 6 by the pulse width determined by the oscillation period Ts of the synchronous pulse generator when the output of the comparator 17 is present. In the next cycle of the synchronous pulse generator, the voltage sampling switch 6 is turned off, and the voltage sampling switch 7 is turned on for the oscillation cycle Ts.
Here, when the pulse distributor 19 is a flip-flop, a function of stopping the output of the pulse distributor until the current of the exciting coil is interrupted in the next cycle is necessary, but is omitted in the figure. When the pulse distributor is composed of a counter, as shown in FIG.
It is also possible to make the pressure sampling switch 7 ON only for the oscillation period Ts after an appropriate delay time after N is set. Also, as described above, the switch 7 is set to O
The same result can be obtained by using a comparator whose output is slightly lower in threshold than the former comparator without using a pulse divider for the timing of N.

【0022】また、図5に示す遅れ時間Dtは、図5で
示したようにデジタル式に決定しても良いが、別のタイ
マを設け、任意に可変することも可能となる。この遅れ
時間Dtは小さいほど差動増幅器の特性が発揮されて、
外乱に対する抑制効果が高まり、高い次数のノイズも大
幅に低減することができるが感度は低下する、Dtを大
きくすると感度は上がるが外乱の抑制効果は低下するの
で、両者のトレードオフで決定する。
The delay time Dt shown in FIG. 5 may be determined digitally as shown in FIG. 5, but may be arbitrarily varied by providing another timer. The smaller the delay time Dt is, the more the characteristics of the differential amplifier are exhibited.
The effect of suppressing disturbance is enhanced, and high-order noise can be significantly reduced, but the sensitivity is reduced. If Dt is increased, the sensitivity is increased but the effect of suppressing disturbance is reduced.

【0023】このようにして、受信コイルの電圧を電圧
サンプル用スイッチ6と、電圧サンプル用スイッチ7で
交互に取り込み、それぞれに取りこんだ信号を積分器に
加えるか、ピークホールドをしてから差動増幅器9に加
える。この差動増幅器9の出力を直流増幅器に加え、出
力11を得る。フイードバック抵抗8は出力の一部を9
の入力部分に戻し、負帰還をかけ安定度を改善する目的
に使用する。ここで、差動増幅器9は前段増幅器の作用
と、フイードバック抵抗8の電圧や、基準電圧12を分
圧器12,13で分圧して得たオフセット電圧を必要な
極性に変換してサンブルした信号の差分値に対し加算ま
たは減算する作用も併せ持つようにする。また、抵抗8
の後に積分器を入れてから入力に負帰還をかけ、長期ド
リフトを軽減することも可能である。これらの作用は図
5で示すアナログ回路に限らず、サンプリングした電圧
をデジタル信号に変換し、CPUによる演算やDSPで
処理し、積分や差分の作用を持たせることも可能であ
る。
In this manner, the voltage of the receiving coil is alternately captured by the voltage sampling switch 6 and the voltage sampling switch 7, and the captured signal is added to the integrator or the peak is held, and then the differential signal is obtained. Add to amplifier 9. The output of the differential amplifier 9 is applied to a DC amplifier to obtain an output 11. The feedback resistor 8 has a part of the output 9
And use it for the purpose of improving stability by applying negative feedback. Here, the differential amplifier 9 functions as a pre-amplifier and converts the voltage of the feedback resistor 8 and the offset voltage obtained by dividing the reference voltage 12 by the voltage dividers 12 and 13 into necessary polarities to obtain a sampled signal. It also has the function of adding or subtracting the difference value. The resistance 8
It is also possible to reduce the long-term drift by putting an integrator after and applying negative feedback to the input. These operations are not limited to the analog circuit shown in FIG. 5, but can convert the sampled voltage into a digital signal, perform an operation by the CPU or process the data by a DSP, and provide an operation of integration or difference.

【0024】図5は励磁コイルと検出コイルを共用した
例であるが受信コイルと励磁コイルを分離しても同様に
本発明を実施することが可能である。また、励磁コイル
を一つに対して受信コイルを複数個設け、それぞれに同
様な受信機器で信号を検出して、探知導体の位置や概略
の寸法を推定することも可能となる。また、励磁コイル
や受信コイルには、損失の少ない鉄芯やフェライトコア
を使用すると指向性が鋭く、感度の高い検出器を得るこ
とができる。
FIG. 5 shows an example in which the exciting coil and the detecting coil are shared. However, the present invention can be similarly implemented even if the receiving coil and the exciting coil are separated. Also, it is possible to provide a plurality of receiving coils for one excitation coil, detect a signal for each of them with a similar receiving device, and estimate the position and approximate dimensions of the detection conductor. Further, if an iron core or a ferrite core with little loss is used for the excitation coil and the receiving coil, a detector having sharp directivity and high sensitivity can be obtained.

【0025】さらに、励磁信号を、互いに同期を取った
複数の励磁コイルやアレイ状に並べた多数の受信コイル
によって二次元的に検出し、この出力をそのまま、また
は隣接するコイル出力の差分を二次元に表示して、探知
導体のイメージをよりリアルに表示することも可能とな
る。もちろん、微小な検出コイルを利用し、このコイル
を物理的に走査して、探知導体の二次元的または三次元
で導電率の分布を表示することも可能となり、非破壊の
検査装置としての利用も可能である。図7はこの場合を
図示したもので、方形の単一励磁コイル1でパルス磁界
を発生させ、2〜6またはこれと同一の符号を持つ受信
コイルをアレイ状に並べた場合を図示しものである。図
7で方形の単一コイル1を取り除き、受信コイルを励磁
コイルと共用することもでき、この方が磁界の分布を均
一にできる。
Further, the excitation signal is two-dimensionally detected by a plurality of excitation coils synchronized with each other or by a large number of reception coils arranged in an array, and the output is used as it is, or the difference between adjacent coil outputs is determined by two. It is possible to display the detection conductor image more realistically by displaying it in a dimension. Of course, it is also possible to use a small detection coil and physically scan this coil to display the conductivity distribution in two or three dimensions of the detection conductor, making it a non-destructive inspection device. Is also possible. FIG. 7 illustrates this case, in which a pulse magnetic field is generated by a single rectangular excitation coil 1 and reception coils having 2 to 6 or the same sign are arranged in an array. is there. In FIG. 7, the rectangular single coil 1 can be removed, and the receiving coil can be shared with the exciting coil, which can make the distribution of the magnetic field uniform.

【0026】本方式では、複数の励磁コイルと受信コイ
ルを互いに影響を与えず配置できる特徴があり、しかも
棒状コアを励磁コイルや受信コイルに入れると強い指向
性を持たせることができる。この場合、対象導電体が棒
状であったり、一辺が長い場合、この長さ方向に棒状コ
アの軸が一致する場合に最も感度が上がる。この特性を
利用して、互いに直角に配置した棒状コア入りの励磁コ
イルまたは受信コイルを利用し、それぞれの軸方向に対
する出力比で対象導電体がどちらの方向に長いかを知る
ことができる。この場合、それぞれの軸の受信コイルに
対し、同時に励磁しても、互いにタイムシェアリングを
持って使用しても良い。
The present system has a feature that a plurality of exciting coils and receiving coils can be arranged without affecting each other, and when a rod-shaped core is inserted into the exciting coil or receiving coil, strong directivity can be provided. In this case, when the target conductor is rod-shaped or one side is long, the sensitivity is highest when the axis of the rod-shaped core is aligned in the length direction. Utilizing this characteristic, it is possible to know in which direction the target conductor is longer based on the output ratio with respect to the axial direction by using an exciting coil or a receiving coil containing a rod-shaped core arranged at right angles to each other. In this case, the receiving coils of each axis may be excited simultaneously or used with time sharing with each other.

【0027】また、探知導体からの返送信号は探知導体
の導電率によって変化する減衰波形となるので、図6の
遅れ時間Tdを変化させ、この時間変化に対する出力の
変化から探知導体の等価抵抗の違いを検出し、探知導体
の種別を推定することも可能となる。
The return signal from the detection conductor has an attenuated waveform that varies depending on the conductivity of the detection conductor. Therefore, the delay time Td in FIG. 6 is changed, and the change in output with respect to this time change indicates the equivalent resistance of the detection conductor. It is also possible to detect the difference and estimate the type of the detection conductor.

【0028】また、外部の高周波信号の誘導を防ぐに
は、探知導体よりも等価直列抵抗が高く、時定数の大き
い材料でシールドをすると検出感度を低下させずに効果
的に誘導を防ぐことが可能である。具体的な材料とし
て、鉄などの比較的に比抵抗の高い金属による金網、絶
縁された細線による金網などが有効であり、意図的に損
失をを大きくした多くのシールド材料でも同様な目的を
得ることができる。この方法は簡単に見えるが、従来方
法である比較型の検出方法ではバランスが崩れて応用が
できない方法であった。本発明による探知導体の等価時
定数によって選択的な検出ができる特徴と、検出器の定
数が変化しても検出器のゼロ点のずれない二つの特徴を
有効に利用したものである。
In order to prevent induction of an external high-frequency signal, if a shield having a higher equivalent series resistance than the detection conductor and a large time constant is used, the induction can be effectively prevented without lowering the detection sensitivity. It is possible. As a specific material, a wire mesh made of a metal having a relatively high specific resistance such as iron, a wire mesh made of an insulated thin wire, and the like are effective, and a similar purpose can be obtained with many shield materials whose loss is intentionally increased. be able to. Although this method seems simple, it is a method that cannot be applied because the balance is lost with the conventional detection method of the comparison type. The present invention effectively utilizes two features that can be selectively detected by the equivalent time constant of the detection conductor and that the zero point of the detector does not shift even if the constant of the detector changes.

【0029】本実施例は探知導体から返送される磁界を
コイルによって検出した例を示したが、磁界の検出はコ
イルに限らず、ホール素子や磁気抵抗素子、直交フラッ
クスゲートセンサ、SQUIDなどの磁気検出素子を利
用しても実施できる。磁界を直接検出する素子ではこの
素子の出力を時間に対して微分すればコイル電圧と同等
に取り扱うことができ容易に本発明を実施できる。この
検出素子が磁界の極性に対して絶対値を出力し、その方
向を検出できない場合でも本発明をそのまま利用できる
利点もある。磁界検出素子として磁気検出素子を利用し
た場合は、電気的なフィードバックも可能であるが、補
助のフイードバックコイルを付加し、このコイルにフィ
ードバック電流を流し、この電流で発生した磁界によっ
て負帰還をかけて安定化をはかることもできる。交流バ
イアスが必要な場合はこのバイアス信号の周波数と図5
で示す駆動バルス発生器の周波数をそのまま利用するか
それぞれの比が整数倍となるようにすると都合が良い。
In this embodiment, an example is shown in which the magnetic field returned from the detection conductor is detected by a coil. However, the detection of the magnetic field is not limited to the coil, but may be performed by a magnetic element such as a Hall element, a magnetoresistive element, an orthogonal flux gate sensor, or a SQUID. It can also be implemented using a detection element. In an element that directly detects a magnetic field, if the output of this element is differentiated with respect to time, it can be treated as equivalent to a coil voltage, and the present invention can be easily implemented. There is also an advantage that the present invention can be used as it is even when the detecting element outputs an absolute value with respect to the polarity of the magnetic field and the direction cannot be detected. When a magnetic detection element is used as the magnetic field detection element, electrical feedback is also possible.However, an auxiliary feedback coil is added, a feedback current flows through this coil, and negative feedback is applied by the magnetic field generated by this current. To stabilize. If an AC bias is required, the frequency of this bias
It is convenient to use the frequency of the driving pulse generator as shown in the above as it is or to make the ratio of each be an integral multiple.

【0030】[0030]

【発明の効果】この発明の効果で最大の特徴は、受信コ
イルの電圧をサンプリングするポイントを定められた時
間ではなく、受信コイルの電圧レベルで決定するので、
この電圧レベルを最適レベルに設定すると、励磁コイル
の駆動電流を遮断するスイッチング素子のパラメータの
変化による、遮断時間のゆれで発生するジッタの影響を
取り除くことが可能となり、安定な探知器を実現するこ
とが可能となる。しかも、励磁コイルや、受信コイルの
定数が変わり、受信レベルが大幅に変化しても、受信コ
イルの電圧サンプリングポイントは常に最適レベルに保
つことが可能となり、感度や指向性を目的に合わせて変
更しても、その度に難しい電圧サンブリングのタイミン
グの設定をする必要がなく実用的である。
The most significant feature of the present invention is that the point at which the voltage of the receiving coil is sampled is determined not by a predetermined time but by the voltage level of the receiving coil.
When this voltage level is set to an optimum level, it is possible to remove the influence of jitter generated due to fluctuation in the cutoff time due to a change in the parameter of the switching element that cuts off the drive current of the exciting coil, and realizes a stable detector. It becomes possible. Moreover, even if the constants of the exciting coil and receiving coil change and the receiving level changes significantly, the voltage sampling point of the receiving coil can always be kept at the optimum level, and the sensitivity and directivity can be changed according to the purpose. However, it is practical because there is no need to set the difficult voltage sampling timing each time.

【0031】また、対象とする導電物質に十分に磁界が
入りこまない離れた場所にある導電物質を探知する場合
は受信コイルの受信電圧は極めて低く、比較器の閾値を
決定する比較電圧や、増幅器の初段に加えるオフセット
電圧の変動は、検出出力に大きく影響を与える。しか
し、図5に示すようにこの両者を同じ基準電圧12から
加えると、この変動は互いに打ち消す方向に作用するの
で、より安定性を高める事か可能となる。
When detecting a conductive material at a remote location where a magnetic field does not sufficiently enter the target conductive material, the receiving voltage of the receiving coil is extremely low, and a comparative voltage for determining the threshold value of the comparator, The fluctuation of the offset voltage applied to the first stage of the amplifier greatly affects the detection output. However, when both are applied from the same reference voltage 12 as shown in FIG. 5, the fluctuations act in a direction to cancel each other out, so that the stability can be further improved.

【0032】さらに、従来は励磁コイルや受信コイルを
アレイ状に配置して、2次元の探知をする場合、それぞ
れの受信機の電圧サンプリングポイントや感度を個別に
設定する必要があったが、本発明の場合は、比較器の閾
値を設定するだけで、すべての受信機の電圧サンプリン
グポイントが最適点に設定され、調整がきわめて簡単と
なる効果もある。また、従来は励磁コイルが複数の場
合、励磁コイルの遮断時間が同一時間となるように同期
を取っても、それぞれの励磁コイルを駆動するスイッチ
ング素子のスイッチング時間のバラツキで特性に大きく
差が出る欠点もあったが本発明では、この時間のずれも
自動的に補正するので複数の受信機を同時に使用する場
合は特に効果が大きい。
Furthermore, conventionally, when two-dimensional detection is performed by arranging excitation coils and receiving coils in an array, it is necessary to individually set the voltage sampling point and sensitivity of each receiver. In the case of the present invention, the voltage sampling points of all the receivers are set to the optimum points only by setting the threshold value of the comparator, and there is an effect that the adjustment is extremely simple. Conventionally, when there are a plurality of exciting coils, even if synchronization is performed so that the shut-off times of the exciting coils are the same, there is a large difference in characteristics due to variations in switching time of switching elements that drive the respective exciting coils. Although there is a drawback, in the present invention, this time lag is automatically corrected, so that the effect is particularly large when a plurality of receivers are used at the same time.

【0033】さらに、受信コイルの電圧波形は、検出す
る探知導体の等価時定数によって決定されるので、図6
に示す遅れ時間を変化させ、この場合の検知出力の変化
を捉えて探知導体の種類を推定することも可能である。
例えば、鉄とステンレスなどは最も容易に検出可能であ
り、コインの選別などにも有効に利用できる。励磁パル
ス幅をさらに狭くし、繰り返し周波数を上げると金属だ
けでなく電解質溶液や、溶融した物質の導電率も非接触
で測定することが可能となる。
Further, the voltage waveform of the receiving coil is determined by the equivalent time constant of the detection conductor to be detected.
It is also possible to estimate the type of the detection conductor by capturing the change in the detection output in this case by changing the delay time shown in FIG.
For example, iron and stainless steel can be detected most easily, and can be effectively used for sorting coins. If the excitation pulse width is further narrowed and the repetition frequency is increased, the conductivity of not only metal but also the electrolyte solution and the molten substance can be measured in a non-contact manner.

【0034】[0034]

【数1】 は励磁コイルに並列に入れたダンピング抵抗の値(Equation 1) R d is the value of the damping resistor inserted in parallel with the exciting coil

【0035】[0035]

【数2】 は励磁コイルの等価インダクタンス、Lは対象導
体の等価インダクタンス、Rは対象導体の等価抵抗 kは励磁コイルと対象導体との等価結合係数、Mはこの
相互インダクタンス ρは励磁コイルの電流を遮断する直前の励磁コイル電
流 Tonは励磁コイルLに電圧Eを加えた時間 ρは励磁コイルの電流を遮断する直前に対象導体に流
れていた等価電流
(Equation 2) L 1 is the equivalent inductance of the exciting coil, L 2 is the target conductor equivalent inductance, R 2 is the equivalent resistance of the target conductor k is the equivalent coupling coefficient between the excitation coil and the target conductor, and M is the mutual inductance ρ 1 is the exciting coil current T on immediately before interrupting the exciting coil current, and T on is the time when the voltage E is applied to the exciting coil L 1. ρ 2 is the equivalent current flowing in the target conductor immediately before the current of the exciting coil was cut off

【0036】[0036]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】対象とする導電物質に十分に磁界が入り込んだ
場合の受信コイルの過渡電圧波形
FIG. 1 Transient voltage waveform of a receiving coil when a magnetic field sufficiently enters a target conductive material

【図2】対象とする導電物質に十分に磁界が入り込まな
い場合の最適なサンブリングのタイミング付近を示す受
信コイルの過渡電圧波形。(電圧レンジは図1と比較す
ると桁違いに小さい。)
FIG. 2 is a transient voltage waveform of a receiving coil showing the vicinity of an optimum sampling timing when a magnetic field does not sufficiently enter a target conductive material. (The voltage range is significantly smaller than that of Fig. 1.)

【図3】対象とする導電物質に十分に磁界が入り込まな
い場合で最適サンプリング時間よりも時間が経過し過ぎ
た場合の過渡電圧波形。(電圧レンジは図1と比較する
桁違いに小さい。)
FIG. 3 is a transient voltage waveform in a case where a magnetic field does not sufficiently enter a conductive material of interest and a time has elapsed more than an optimum sampling time. (The voltage range is significantly smaller than that of FIG. 1.)

【図4】コイル電圧が時間の微分値に対して大きく変化
するタイミングのコイル電圧波形を示す。
FIG. 4 shows a coil voltage waveform at a timing when the coil voltage changes greatly with respect to a time differential value.

【図5】本発明の実施例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図6】本発明を実施した場合の比較器の動作点とサン
プリングポイントAとサンプリングポイントBを示す。
FIG. 6 shows an operating point, a sampling point A, and a sampling point B of a comparator when the present invention is implemented.

【図7】受信コイル又は送信コイルをアレイ状にする
か、単一の方形コイルで複数の受信コイルを配置した場
合の説明用図面。
FIG. 7 is an explanatory drawing in a case where a receiving coil or a transmitting coil is arranged in an array or a plurality of receiving coils are arranged in a single rectangular coil.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 励磁コイル(受信コイルと共用した場合を示す) 2 駆動パルス発生器 3 励磁コイル駆動用電源 4 シイジコイル駆動用スイッチング素子 5 ダンピング回路(分圧、クランプ回路を含む) 6 電圧サンプリング用スイッチ 7 電圧サンプリング用スイッチ 8 負帰還用抵抗器 9 差動増幅器(ピークホールドまたは積分器、加減算
器を含む) 10 高利得直流増幅器 11 検出器出力 12 基準電圧 13 分圧用抵抗器 14 分圧用抵抗器 15 分圧用抵抗器 16 分圧用抵抗器 17 比較器 18 同期式パルス発生器 19 パルス分配器(フリップ・フロップ、またはカウ
ンター)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exciting coil (The case where it is shared with a receiving coil is shown.) 2 Drive pulse generator 3 Exciting coil driving power supply 4 Siege coil driving switching element 5 Damping circuit (including voltage dividing and clamping circuit) 6 Voltage sampling switch 7 Voltage sampling Switch 8 Negative feedback resistor 9 Differential amplifier (including peak hold or integrator, adder / subtractor) 10 High gain DC amplifier 11 Detector output 12 Reference voltage 13 Dividing resistor 14 Dividing resistor 15 Dividing resistor 16 Voltage divider 17 Comparator 18 Synchronous pulse generator 19 Pulse distributor (flip-flop or counter)

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

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年4月7日(2000.4.7)[Submission Date] April 7, 2000 (200.4.7)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】符号の説明[Correction target item name] Explanation of sign

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【符号の説明】 1 励磁コイル(受信コイルと共用した場合を示す) 2 駆動パルス発生器 3 励磁コイル駆動用電源 4 励磁コイル駆動用スイッチング素子 5 ダンピングコイル回路(分圧、クランプ回路を含
む) 6 電圧サンプリング用スイッチ 7 電圧サンプリング用スイッチ 8 負帰還用抵抗器 9 差動増幅器(ピークホールドまたは積分器、加減算
器を含む) 10 高利得直流増幅器 11 検出器出力 12 基準電圧 13 分圧用抵抗器 14 分圧用抵抗器 15 分圧用抵抗器 16 分圧用抵抗器 17 比較器 18 同期式パルス発生器 19 パルス分配機(フリップ・フロップ、またはカウ
ンター)
[Explanation of Symbols] 1 Exciting coil (shown in the case of sharing with receiving coil) 2 Drive pulse generator 3 Exciting coil driving power supply 4 Exciting coil driving switching element 5 Damping coil circuit (including voltage dividing and clamping circuit) 6 Voltage sampling switch 7 Voltage sampling switch 8 Negative feedback resistor 9 Differential amplifier (including peak hold or integrator, adder / subtractor) 10 High gain DC amplifier 11 Detector output 12 Reference voltage 13 Resistor for voltage divider 14 minutes Voltage resistor 15 Voltage divider 16 Voltage divider 17 Comparator 18 Synchronous pulse generator 19 Pulse distributor (flip-flop or counter)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象とする導電物質に十分に磁界が入り
こまない離れた場所にある導電物質を探知する目的で、
空芯または磁芯を持つ励磁コイルに電流を流した後この
電流を遮断する。電流遮断後励磁コイルの電圧を受信コ
イルと共用した励磁コイルそのもの、またはこの励磁コ
イルと相互インダクタンスで結合する別の受信コイルで
受信し、この受信電圧が規定のレベルになった時点で励
磁コイルの電圧を1回目のサンブリングして電圧Aとす
る。1回目のサンプリング後、再び2回目のサンブリン
グとして励磁コイルの電圧をサンプリングして電圧Bと
する。電圧Aまたは、電圧Bにオフセット電圧を加えて
から差動増幅しこの増幅器の出力で導電物質を安定に探
知するアクティブ形金属センサの安定化方法。
1. To detect a conductive material at a remote location where a magnetic field does not sufficiently enter the conductive material of interest,
After a current is passed through an excitation coil having an air core or a magnetic core, the current is cut off. After the current is interrupted, the voltage of the exciting coil is received by the exciting coil itself that is shared with the receiving coil or another receiving coil that is coupled with the exciting coil by mutual inductance. The voltage is sampled for the first time to obtain a voltage A. After the first sampling, the voltage of the exciting coil is sampled again as the second sampling as the second sampling. A method for stabilizing an active metal sensor in which an offset voltage is added to a voltage A or a voltage B and differential amplification is performed, and a conductive material is stably detected at an output of the amplifier.
【請求項2】 対象とする導電物質に十分に磁界が入り
こまない離れた場所にある導電物質を探知する目的で、
空芯または磁芯を持つ励磁コイルに電流を流した後この
電流を遮断する。電流遮断後励磁コイルの電圧を受信コ
イルと共用した励磁コイルそのもの、またはこの励磁コ
イルと相互インダクタンスで結合する別の受信コイルで
受信し、この受信電圧が規定のレベルEsrになった時
点で励磁コイルの電圧を1回目のサンブリングとして電
圧Aとする。1回目のサンプリング後、再び2回目のサ
ンブリングとして励磁コイルの電圧をサンプリングして
電圧Bとする。電圧Aまたは、電圧Bにオフセット電圧
Eoffを加えてから差動増幅しこの増幅器の出力で導
電物質を安定に探知するアクティブ形金属センサで、電
圧Aをサンブリングするための閾値を決定するとなる電
圧レベルEsrとオフセット電圧Eoffが比例するよ
うにしたアクティブ形金属センサ。
2. In order to detect a conductive material at a remote place where a magnetic field does not sufficiently enter the conductive material of interest,
After a current is passed through an excitation coil having an air core or a magnetic core, the current is cut off. After the current is cut off, the voltage of the exciting coil is received by the exciting coil itself shared with the receiving coil or another receiving coil coupled with the exciting coil by mutual inductance, and when the received voltage reaches a specified level Esr, the exciting coil Is the voltage A as the first sampling. After the first sampling, the voltage of the exciting coil is sampled again as the second sampling as the second sampling. An active metal sensor that differentially amplifies the voltage A or the voltage B after adding the offset voltage Eoff and then stably detects a conductive material at the output of the amplifier, and determines a threshold value for sampling the voltage A. An active metal sensor in which the level Esr is proportional to the offset voltage Eoff.
【請求項3】 対象とする導電物質に十分に磁界が入り
こまない離れた場所にある導電物質を探知する目的で、
空芯または磁芯を持つ励磁コイルに電流を流した後この
電流を遮断する。電流遮断後励磁コイルの電圧を受信コ
イルと共用した励磁コイルそのもの、またはこの励磁コ
イルと相互インダクタンスで結合する別の受信コイルで
受信し、この受信電圧が規定のレベルEsrになった時
点で励磁コイルの電圧を1回目のサンブリングとして電
圧Aとする。1回目のサンプリング後、再び2回目のサ
ンブリングとして励磁コイルの電圧をサンプリングして
電圧Bとする。電圧Aまたは、電圧Bにオフセット電圧
Eoffを加えてから差動増幅しこの増幅器の出力で導
電物質を安定に探知するアクティブ形金属センサで、電
圧Aをサンプリングしてから、電圧Bをサンプリンクす
るまでの遅れ時間Tdを変化させ、遅れ時間Tdに対す
る検出電圧の変化を捉え、対象導電体の導電率の違いを
知る金属センサ。
3. In order to detect a conductive material in a remote place where a magnetic field does not sufficiently enter the conductive material of interest,
After a current is passed through an excitation coil having an air core or a magnetic core, the current is cut off. After the current is cut off, the voltage of the exciting coil is received by the exciting coil itself shared with the receiving coil or another receiving coil coupled with the exciting coil by mutual inductance, and when the received voltage reaches a specified level Esr, the exciting coil Is the voltage A as the first sampling. After the first sampling, the voltage of the exciting coil is sampled again as the second sampling as the second sampling. An active metal sensor that differentially amplifies the voltage A or the voltage B after adding the offset voltage Eoff and stably detects a conductive material at the output of the amplifier, samples the voltage A, and then samples the voltage B. A metal sensor that changes the delay time Td up to and detects the change in the detected voltage with respect to the delay time Td, and knows the difference in the conductivity of the target conductor.
【請求項4】 請求項1または請求項2の方式による金
属センサを複数個配列し、それぞれの励磁コイルの遮断
時間を一致するように同期を取った金属センサ。
4. A metal sensor in which a plurality of metal sensors according to the method of claim 1 or 2 are arranged and synchronized so that the cutoff times of the respective exciting coils coincide.
【請求項5】 請求項3の方法による受信コイルをアレ
イ状に並べ、それぞれの受信コイルによる検知電圧レベ
ルで対象導体の概略を知る方法。
5. A method of arranging receiving coils according to the method of claim 3 in an array and knowing an outline of a target conductor by a voltage level detected by each receiving coil.
【請求項6】 請求項1またはは請求項2の方法で励磁
コイルを単一とし受信コイルを複数個アレイ状に並べた
金属探知方法。
6. A metal detecting method according to claim 1, wherein a single exciting coil is used and a plurality of receiving coils are arranged in an array.
【請求項7】 請求項1または請求項2の方式による金
属センサで指向性の異なる複数の励磁コイルまたは受信
コイルを配置し、それぞれの励磁コイルを駆動する電流
を同時または時間的にずらせて励磁し、それぞれの増幅
器出力電圧の差で対象導体の形状を知る方法。
7. A metal sensor according to claim 1 or 2, wherein a plurality of exciting coils or receiving coils having different directivities are arranged, and currents for driving the exciting coils are simultaneously or temporally shifted to excite. Then, the method of knowing the shape of the target conductor from the difference between the amplifier output voltages.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109991281A (en) * 2018-01-02 2019-07-09 达尔生技股份有限公司 Detection device and detection method
JP2020148759A (en) * 2019-03-06 2020-09-17 サガワ産業株式会社 Nondestructive inspection system

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JP2021107837A (en) * 2019-03-06 2021-07-29 サガワ産業株式会社 Nondestructive inspection system
JP7185340B2 (en) 2019-03-06 2022-12-07 サガワ産業株式会社 Nondestructive inspection equipment

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