JP2011145213A - System, device and method for detecting metal - Google Patents

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慶太 山崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal detection system, a metal detection device and a metal detection method, for improving measurement accuracy for metal detection by increasing a magnetic changing rate caused by existence of a metal. <P>SOLUTION: The metal detection system 10 for detecting a metal includes a detection coil 11 arranged in a detection area, a capacitor 12 connected in series to the detection coil 11, and an ammeter 15 or a lock-in amplifier 16 for detecting a metal based on a magnitude change or a phase angle change in an impedance or a current of the detection coil 11 and the capacitor 12 with respect to a state where a current is made to flow into the detection coil 11 and the capacitor 12 with a frequency for resonating in series the detection coil 11 and the capacitor 12. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、各種の金属を検知するためのシステム、装置、及び方法に関する。   The present invention relates to a system, apparatus, and method for detecting various metals.

従来、様々な目的で金属検知が行われている。例えば、建築構造物の壁や床を構成するコンクリート体に埋設された金属配管、電線、又は鉄筋等の存在を調べるための埋設物検知(あるいは非破壊検査)がある。また、空港やビルにおけるセキュリティのため、あるいはMRI室に金属が持ち込まれることを防止するために、入場者や入室者が携帯する金属の存在を調べるための金属検知がある。あるいは、食品工場等において、食品内に金属片等の異物が混入していないことを確認するための金属検知がある。そして、このような金属検知を行うための一つの原理として、電磁誘導方式が知られている。   Conventionally, metal detection has been performed for various purposes. For example, there is buried object detection (or nondestructive inspection) for examining the presence of metal pipes, electric wires, reinforcing bars or the like embedded in a concrete body constituting a wall or floor of a building structure. In addition, there are metal detections for checking the presence of metal carried by visitors and visitors for security purposes in airports and buildings, or to prevent metal from being brought into the MRI room. Alternatively, in a food factory or the like, there is metal detection for confirming that a foreign object such as a metal piece is not mixed in food. An electromagnetic induction method is known as one principle for performing such metal detection.

例えば、特許文献1には、測定点Pの磁場を測定する測定子11と、測定点Pに対して第1の磁場を発生させる検知コイルと、この検知コイルとは別体に構成されたものであって、測定点Pに対して第1の磁場とは反対方向の第2の磁場を発生させることにより、測定点Pにおける第1の磁場と第2の磁場との合成磁場を略ゼロとする外側コイル13とを備え、この測定点Pにおける磁場をピックアップコイル11bで測定することにより金属を検知する金属検知装置が開示されている。この金属検知装置によれば、測定対象における金属の有無、測定対象における金属の位置、金属の大きさ、及び金属が導電体であるか磁性体であるかの判別を行うことができるので、各種の金属検知に有用である。特に、測定点の合成磁場を略ゼロとしているので、出力変化が微小であっても容易に判定でき、微小な磁場変化を捉えることができて、高いS/N比の検知が可能になる。   For example, in Patent Document 1, a measuring element 11 that measures a magnetic field at a measurement point P, a detection coil that generates a first magnetic field with respect to the measurement point P, and the detection coil are configured separately. Then, by generating a second magnetic field in the direction opposite to the first magnetic field with respect to the measurement point P, the combined magnetic field of the first magnetic field and the second magnetic field at the measurement point P is substantially zero. And a metal detector for detecting metal by measuring a magnetic field at the measurement point P with a pickup coil 11b. According to this metal detector, since it is possible to determine the presence or absence of metal in the measurement object, the position of the metal in the measurement object, the size of the metal, and whether the metal is a conductor or a magnetic body, Useful for metal detection. In particular, since the combined magnetic field at the measurement point is set to substantially zero, even if the output change is very small, it can be easily determined, a small magnetic field change can be captured, and a high S / N ratio can be detected.

特開2009−186337号公報JP 2009-186337 A

しかしながら、特許文献1に記載の金属検知装置において、測定点Pにおける第1の磁場と第2の磁場との合成磁場を略ゼロとするためには、検知コイルと外側コイル13を設計通りの巻き数で構成することや、検知コイルや外側コイル13の中心の位置にピックアップコイル11bを傾きなしで設置する等、機械的な調整を行うことが必要である。しかしながら、実際には、金属検知装置を機械的に所望の状態に調整することは容易ではなく、測定点Pにおける合成磁場の初期調整を十分に行うことが容易ではないため、特に電線や電話線等の微小金属の検知においては、所望の測定精度を確保することが必ずしも容易ではなかった。   However, in the metal detection device described in Patent Document 1, in order to make the combined magnetic field of the first magnetic field and the second magnetic field at the measurement point P substantially zero, the detection coil and the outer coil 13 are wound as designed. It is necessary to make a mechanical adjustment, such as configuring by a number, or installing the pickup coil 11b at the center position of the detection coil or the outer coil 13 without inclination. However, in practice, it is not easy to mechanically adjust the metal detection device to a desired state, and it is not easy to sufficiently perform initial adjustment of the composite magnetic field at the measurement point P. In the detection of fine metals such as, it has not always been easy to ensure desired measurement accuracy.

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、金属の有無に起因した磁気的な変化率を増大させることで、金属検知の測定精度を向上させることができる、金属検知システム、金属検知装置、及び金属検知方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and by increasing the magnetic change rate due to the presence or absence of metal, the metal detection can improve the measurement accuracy of metal detection. It is an object to provide a system, a metal detection device, and a metal detection method.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1に記載の金属検知システムは、金属を検知するためのシステムであって、検知領域に配置された検知コイルと、前記検知コイルに対して直列接続されたキャパシタと、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら検知コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属を検知する測定手段とを備える。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the metal detection system according to claim 1 is a system for detecting metal, and a detection coil disposed in a detection region, and the detection coil And a change in magnitude or phase angle of impedance or current of the detection coil and the capacitor with respect to a state in which current is passed through the detection coil and the capacitor at a frequency at which the detection coil and the capacitor are in series resonance. And a measuring means for detecting the metal based on the change of.

請求項2に記載の金属検知システムは、請求項1に記載の金属検知システムにおいて、前記測定手段は、前記インピーダンスを測定するためのインピーダンスメータを有するものである。   A metal detection system according to a second aspect of the present invention is the metal detection system according to the first aspect, wherein the measurement means includes an impedance meter for measuring the impedance.

請求項3に記載の金属検知システムは、請求項1又は2に記載の金属検知システムにおいて、前記検知コイルを、リッツ線にて形成したものである。   A metal detection system according to a third aspect is the metal detection system according to the first or second aspect, wherein the detection coil is formed of a litz wire.

請求項4に記載の金属検知システムは、請求項1から3のいずれか一項に記載の金属検知システムにおいて、前記測定手段は、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHz以下の周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄を検知するものである。   The metal detection system according to claim 4 is the metal detection system according to any one of claims 1 to 3, wherein the measurement unit has a frequency of about 100 kHz or less that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. The iron as the metal is detected based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which current flows through the detection coil and capacitor.

請求項5に記載の金属検知システムは、請求項1から3のいずれか一項に記載の金属検知システムにおいて、前記測定手段は、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHzを超える周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄又は銅を検知するものである。   The metal detection system according to claim 5 is the metal detection system according to any one of claims 1 to 3, wherein the measurement means has a frequency exceeding about 100 kHz that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. The iron or copper as the metal is detected based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which current flows through the detection coil and capacitor.

請求項6に記載の金属検知システムは、請求項1から3のいずれか一項に記載の金属検知システムにおいて、前記測定手段は、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHz以下の周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄を検知し、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHzを超える周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化と、前記約100kHz以下の周波数による鉄の検知結果とに基づいて、前記金属としての銅を検知するものである。   The metal detection system according to claim 6 is the metal detection system according to any one of claims 1 to 3, wherein the measurement unit has a frequency of about 100 kHz or less that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. Based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which current flows through the detection coil and capacitor, iron as the metal is detected, and the detection coil and the capacitor are caused to resonate in series. Based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current and a detection result of iron with a frequency of about 100 kHz or less with respect to a state in which current flows through these detection coils and capacitors at a frequency exceeding about 100 kHz. The copper as the metal is detected.

請求項7に記載の金属検知システムは、請求項1に記載の金属検知システムにおいて、前記測定手段は、前記検知コイルと前記キャパシタに流れる電流を測定するための電流計を有するものである。   A metal detection system according to a seventh aspect is the metal detection system according to the first aspect, wherein the measuring means includes an ammeter for measuring a current flowing through the detection coil and the capacitor.

請求項8に記載の金属検知装置は、金属を検知するための装置であって、検知領域に配置された検知コイルと、前記検知コイルに対して直列接続されたキャパシタと、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら検知コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属を検知する測定手段とを備える。   The metal detection device according to claim 8 is a device for detecting metal, a detection coil arranged in a detection region, a capacitor connected in series to the detection coil, the detection coil, and the Measuring means for detecting the metal based on a change in magnitude or phase angle in impedance or current of the detection coil and the capacitor with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency at which the capacitor is series-resonated. With.

請求項9に記載の金属検知方法は、金属を検知するための方法であって、検知領域に検知コイルを配置する検知コイル配置工程と、前記検知コイルに対してキャパシタを直列接続するキャパシタ接続工程と、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら検知コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属を検知する測定工程とを含むものである。   The metal detection method according to claim 9, which is a method for detecting metal, a detection coil arrangement step of arranging a detection coil in a detection region, and a capacitor connection step of connecting a capacitor in series to the detection coil. And, based on a change in magnitude or phase angle in impedance or current of the detection coil and the capacitor with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency at which the detection coil and the capacitor are series-resonated, And a measuring step for detecting the metal.

請求項10に記載の金属検知方法は、請求項9に記載の金属検知方法において、前記測定工程において、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHz以下の周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄を検知するものである。   The metal detection method according to claim 10 is the metal detection method according to claim 9, wherein in the measurement step, current is supplied to the detection coil and the capacitor at a frequency of about 100 kHz or less that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. The iron as the metal is detected on the basis of a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which a current flows.

請求項11に記載の金属検知方法は、請求項9に記載の金属検知方法において、前記測定工程において、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHzを超える周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄又は銅を検知するものである。   The metal detection method according to claim 11 is the metal detection method according to claim 9, wherein, in the measurement step, a current is passed through the detection coil and the capacitor at a frequency exceeding about 100 kHz that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. The iron or copper as the metal is detected on the basis of a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which a current flows.

請求項12に記載の金属検知方法は、請求項9に記載の金属検知方法において、前記測定工程において、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHz以下の周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄を検知する第1測定工程と、前記第1測定工程の後、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHzを超える周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化と、前記第1測定工程の測定結果とに基づいて、前記金属としての銅を検知する第2測定工程とを行うものである。   The metal detection method according to claim 12 is the metal detection method according to claim 9, wherein in the measurement step, a current is supplied to the detection coil and the capacitor at a frequency of about 100 kHz or less that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. A first measuring step for detecting iron as the metal based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state of flowing current, and after the first measuring step, A change in magnitude or phase angle in the impedance or current and a measurement result in the first measurement step with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency exceeding about 100 kHz that causes the capacitor to resonate in series; And a second measurement step of detecting copper as the metal.

請求項1に記載の金属検知システム、請求項8に記載の金属検知装置、又は請求項9に記載の金属検知方法によれば、検知コイルとキャパシタを直列共振させることで、これら検知コイルとキャパシタのインピーダンスをほぼ抵抗に等しい値に低減できて、この値に対するインピーダンスの変化分や電流の変化分を捕捉することが容易となる。また、検知コイルとキャパシタを直列共振させることで、インピーダンスの変化率を、検知コイルのインダクタンスの変化分のほぼ2乗で変化させることが可能となる。これらのことから、金属の存在に起因するインピーダンスの変化や電流の変化を高いSN比で測定することが可能になり、金属検知精度を向上させることが可能になる。また、インピーダンスの位相角や電流の位相角の変化を測定することで、鉄や銅の如き複数の種類の金属を相互に識別することが可能になる。さらに、この金属検知におけるゼロ点を調整するためには、検知コイルとキャパシタを直列共振させるという電気的な調整を行えばよく、検知コイルの構成や配置等による機械的な調整を行う必要がないため、初期調整を一層容易かつ高精度で行うことが可能である。   According to the metal detection system according to claim 1, the metal detection device according to claim 8, or the metal detection method according to claim 9, the detection coil and the capacitor are made to resonate in series, thereby detecting the detection coil and the capacitor. Can be reduced to a value substantially equal to the resistance, and it becomes easy to capture a change in impedance and a change in current with respect to this value. In addition, by causing the detection coil and the capacitor to resonate in series, it is possible to change the rate of change in impedance by approximately the square of the change in inductance of the detection coil. From these things, it becomes possible to measure the change of the impedance and the change of the current due to the presence of the metal with a high SN ratio, and it is possible to improve the metal detection accuracy. Further, by measuring changes in impedance phase angle and current phase angle, it is possible to distinguish a plurality of types of metals such as iron and copper from each other. Furthermore, in order to adjust the zero point in this metal detection, it is only necessary to make an electrical adjustment in which the detection coil and the capacitor are in series resonance, and there is no need to perform a mechanical adjustment due to the configuration or arrangement of the detection coil. Therefore, the initial adjustment can be performed more easily and with high accuracy.

請求項2に記載の金属検知システムによれば、インピーダンスメータでインピーダンスを測定することにより、発振器、アンプ、電流計、及びロックインアンプを使用して電流を測定する場合に比べて、金属検知システムを一層簡易かつ一層安価に構成することが可能になる。   According to the metal detection system of claim 2, the metal detection system can measure the impedance with an impedance meter, compared with a case where the current is measured using an oscillator, an amplifier, an ammeter, and a lock-in amplifier. Can be configured more simply and at a lower cost.

請求項3に記載の金属検知システムによれば、検知コイルを、リッツ線にて形成することで、検知コイルの抵抗を増やすことなくインダクタンスを増加させることができ、具体的には表皮効果と近接効果を抑制して抵抗を低下させ、Q値を増大させることができるので、検知精度を一層高めることができる。   According to the metal detection system of claim 3, by forming the detection coil with a litz wire, the inductance can be increased without increasing the resistance of the detection coil, specifically, the skin effect and proximity Since the resistance can be reduced and the Q value can be increased by suppressing the effect, the detection accuracy can be further increased.

請求項4に記載の金属検知システム又は請求項10に記載の金属検知方法によれば、検知コイルとキャパシタを約100kHz以下の周波数で直列共振させることで、直列共振回路を流れる電流の位相角を遅らせる金属(インピーダンスの位相角を進ませる金属)が検知されたか否かを判定することで、当該金属が鉄であるか否かを特定することができる。   According to the metal detection system according to claim 4 or the metal detection method according to claim 10, the phase angle of the current flowing through the series resonance circuit is obtained by causing the detection coil and the capacitor to resonate in series at a frequency of about 100 kHz or less. Whether or not the metal is iron can be specified by determining whether or not the metal to be delayed (metal that advances the phase angle of impedance) is detected.

請求項5に記載の金属検知システム又は請求項11に記載の金属検知方法によれば、検知コイルとキャパシタを所定範囲の高周波数で直列共振させることで、直列共振回路を流れる電流の位相角を進ませる金属(インピーダンスの位相角を遅らせる金属)が検知されたか否かを判定することで、当該金属が鉄又は銅であるか否かを特定することができる。特に、検知コイルとキャパシタを約100kHzを超える周波数で直列共振させることで、金属が銅である場合におけるインピーダンスや電流の変化率を大きくすることができ、金属を銅として特定することが容易になる。   According to the metal detection system according to claim 5 or the metal detection method according to claim 11, the phase angle of the current flowing through the series resonance circuit is obtained by causing the detection coil and the capacitor to resonate in series at a high frequency within a predetermined range. By determining whether or not the metal to be advanced (metal that delays the phase angle of impedance) is detected, it is possible to specify whether or not the metal is iron or copper. In particular, by causing the detection coil and the capacitor to resonate in series at a frequency exceeding about 100 kHz, it is possible to increase the rate of change in impedance and current when the metal is copper, and it is easy to identify the metal as copper. .

請求項6に記載の金属検知システム又は請求項12に記載の金属検知方法によれば、最初に、検知コイルとキャパシタを約100kHz以下の周波数で直列共振させることで、直列共振回路を流れる電流の位相角を遅らせる金属(インピーダンスの位相角を進ませる金属)が検知された否かを判定することで、当該金属が鉄であるか否かを特定することができる。次いで、検知コイルとキャパシタを約100kHzを超える周波数で直列共振させることで、直列共振回路を流れる電流の位相角を進ませる金属(インピーダンスの位相角を遅らせる金属)が検知されたか否かを判定することで、当該金属が鉄又は銅であるか否かを特定することができる。特に、検知コイルとキャパシタを約100kHzを超える周波数で直列共振させることで、金属が銅である場合におけるインピーダンスの変化率を大きくすることができ、金属を銅として特定することが容易になる。さらに、2回目の測定で鉄又は銅として特定された金属から、1回目の測定で鉄として特定された金属を除外することで、2回目の測定で検知された金属を銅として特定することができる。すなわち、低周波数による直列共振と高周波数による直列共振を組み合わせることで、鉄と銅を相互に区別しつつ検知することが可能になる。   According to the metal detection system according to claim 6 or the metal detection method according to claim 12, first, the detection coil and the capacitor are series-resonated at a frequency of about 100 kHz or less, so that the current flowing through the series resonance circuit is reduced. By determining whether or not a metal that delays the phase angle (metal that increases the phase angle of impedance) is detected, it is possible to specify whether or not the metal is iron. Next, it is determined whether or not a metal that advances the phase angle of the current flowing through the series resonant circuit (metal that delays the phase angle of the impedance) is detected by causing the detection coil and the capacitor to resonate in series at a frequency exceeding about 100 kHz. Thus, it can be specified whether the metal is iron or copper. In particular, by causing the detection coil and the capacitor to resonate in series at a frequency exceeding about 100 kHz, it is possible to increase the rate of change in impedance when the metal is copper, and it is easy to identify the metal as copper. Furthermore, by excluding the metal specified as iron in the first measurement from the metal specified as iron or copper in the second measurement, the metal detected in the second measurement can be specified as copper. it can. That is, by combining series resonance at a low frequency and series resonance at a high frequency, it becomes possible to detect iron and copper while distinguishing them from each other.

請求項7に記載の金属検知システムによれば、検知コイルとキャパシタに流れる電流を電流計にて測定することで、この電流におけるインピーダンス変化を測定し、金属を検知することが可能になる。   According to the metal detection system of the seventh aspect, by measuring the current flowing through the detection coil and the capacitor with an ammeter, it is possible to measure the impedance change in the current and detect the metal.

Q値をパラメータとした時における、LCR直列共振回路の電圧変化を示す図である。It is a figure which shows the voltage change of a LCR series resonance circuit when using Q value as a parameter. 共振を利用した場合のインピーダンスの絶対値と、共振を利用しない場合のインピーダンスの絶対値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the absolute value of the impedance when using resonance, and the absolute value of the impedance when not using resonance. 共振を利用した場合のインピーダンスの変化率と、共振を利用しない場合のインピーダンスの変化率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the change rate of the impedance when using a resonance, and the change rate of the impedance when not using a resonance. インダクタンスの変化分と周波数との関係を解析するため解析モデルを示す図である。It is a figure which shows an analysis model in order to analyze the relationship between the variation | change_quantity of an inductance, and a frequency. 図4の解析モデルによる解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result by the analysis model of FIG. 本発明の実施の形態1に係る金属検知システムを測定対象と共に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the metal detection system which concerns on Embodiment 1 of this invention with a measuring object. 図6の検知コイルの断面図である。It is sectional drawing of the detection coil of FIG. 実施の形態2に係る金属検知システムを測定対象と共に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the metal detection system which concerns on Embodiment 2 with a measuring object. 実験に用いた試験体を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。It is a figure which shows the test body used for experiment, (a) is a top view, (b) is a side view. インピーダンスの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of an impedance. インピーダンスの位相角の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the phase angle of an impedance. インピーダンスの測定結果を示す図であり、共振周波=5.01kHzの検知コイルを使用した測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of an impedance, and is a figure which shows the measurement result using the detection coil of resonance frequency = 5.01 kHz. インピーダンスの位相差の測定結果を示す図であり、共振周波=5.01kHzの検知コイルを使用した測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the phase difference of an impedance, and is a figure which shows the measurement result using the detection coil of resonance frequency = 5.01kHz. インピーダンスの測定結果を示す図であり、共振周波=43.34kHzの検知コイルを使用した測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of an impedance, and is a figure which shows the measurement result using the detection coil of resonance frequency = 43.34kHz. インピーダンスの位相差の測定結果を示す図であり、共振周波=43.34kHzの検知コイルを使用した測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the phase difference of an impedance, and is a figure which shows the measurement result using the detection coil of resonance frequency = 43.34kHz. インピーダンスの測定結果を示す図であり、共振周波=816.9kHzの検知コイルを使用した測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of an impedance, and is a figure which shows the measurement result using the detection coil of resonance frequency = 816.9kHz. インピーダンスの位相差の測定結果を示す図であり、共振周波=816.9kHzの検知コイルを使用した測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the phase difference of an impedance, and is a figure which shows the measurement result using the detection coil of resonance frequency = 816.9kHz. 図12から図17の測定結果をまとめて示す図である。It is a figure which shows collectively the measurement result of FIGS. 12-17.

以下に添付図面を参照して、この発明の各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, [I] the basic concept common to each embodiment was explained, then [II] the specific contents of each embodiment were explained, and [III] finally, a modification to each embodiment was explained. To do. However, the present invention is not limited to each embodiment.

〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る金属検知システム、金属検知装置、及び金属検知方法は、金属を検知するためのものである。
[I] Basic concept common to the embodiments First, the basic concept common to the embodiments will be described. The metal detection system, the metal detection device, and the metal detection method according to each embodiment are for detecting metal.

(金属)
検知対象となる金属の種類や構造は任意であり、後述する検知コイルからの磁界を受けた際に、検知コイルと後述するキャパシタによって構成される直列共振回路のインピーダンス又は当該直列共振回路を流れる電流の大きさや位相角に変化を与え得る全ての材質及び形状の金属を含み、例えば、鉄や銅を含有する金属であって、金属配管、電線、鉄筋、危険物、又は金属片として構成されたものを含む。この金属の存在形態も任意であり、例えば、検知対象空間において金属が露出状に配置されている場合や、人体によって携帯されている場合の他、他の物体の内部に埋設されている場合を含む。金属が埋設される物体としては、例えば、建築構造物や土木構造物の壁、床、柱、又は天井を構成するコンクリート体を挙げることができる。
(metal)
The type and structure of the metal to be detected are arbitrary, and when receiving a magnetic field from a detection coil described later, the impedance of a series resonance circuit constituted by the detection coil and a capacitor described later or the current flowing through the series resonance circuit Including metals of all materials and shapes that can change the size and phase angle of, for example, metals containing iron or copper, configured as metal pipes, wires, rebars, dangerous goods, or metal pieces Including things. The existence form of this metal is also arbitrary, for example, when the metal is arranged exposed in the detection target space, when it is carried by a human body, or when it is buried inside another object Including. Examples of the object in which the metal is embedded include a concrete body constituting a wall, a floor, a pillar, or a ceiling of a building structure or a civil engineering structure.

(特徴の概要)
各実施の形態に係る金属検知システム、金属検知装置、及び金属検知方法の特徴の一つは、概略的に、検知コイルとキャパシタを直列接続して直列共振回路を構成し、検知コイルとキャパシタを直列共振させる周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら検知コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、金属を検知する点にある。このように、直列共振状態を初期状態として検知を行うことで、検知コイルとキャパシタのインピーダンスをほぼ抵抗に等しい値に低減できて、この値に対するインピーダンスの変化分や電流の変化分を捕捉することが容易となる。また、金属によるインピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化を増大させることができ、高い精度で金属を検知することができる。
(Summary of features)
One of the features of the metal detection system, the metal detection device, and the metal detection method according to each embodiment is that a detection coil and a capacitor are roughly connected in series to form a series resonance circuit. The point is that metal is detected based on a change in magnitude or phase angle in impedance or current of the detection coil and capacitor with respect to a state in which current flows through the detection coil and capacitor at a frequency at which series resonance occurs. In this way, by detecting the series resonance state as the initial state, the impedance of the detection coil and the capacitor can be reduced to a value substantially equal to the resistance, and the change in impedance and the change in current with respect to this value can be captured. Becomes easy. In addition, a change in magnitude or phase angle in impedance or current due to metal can be increased, and metal can be detected with high accuracy.

(検知原理)
以下、本願発明者が見出した、各実施の形態に係る金属の検知原理について説明する。一般に、インダクタンスL、キャパシタンスC、及び抵抗Rを相互に直列接続して構成されたLCR直列共振回路のインピーダンスZは、次式(1)で示される。なお、ωは、角周波数である。

Figure 2011145213
(Detection principle)
Hereinafter, the detection principle of the metal according to each embodiment found by the present inventor will be described. In general, an impedance Z of an LCR series resonant circuit configured by connecting an inductance L, a capacitance C, and a resistor R in series with each other is expressed by the following equation (1). Note that ω is an angular frequency.
Figure 2011145213

ここで、インダクタンスLが変化分δだけ変化した時、すなわち、変化後のインダクタンスL’=L(1+δ)の時、この変化後のインピーダンスZ’は、次式(2)で示される。ここで、Qは、直列共振回路の共振のピークの鋭さを示す値として一般的に用いられる値であり、Q=ωL/Rである。

Figure 2011145213
Here, when the inductance L changes by a change amount δ, that is, when the changed inductance L ′ = L (1 + δ), the impedance Z ′ after the change is expressed by the following equation (2). Here, Q is a value generally used as a value indicating the sharpness of the resonance peak of the series resonance circuit, and Q = ωL / R.
Figure 2011145213

LCR直列共振回路の共振時におけるインピーダンスZは抵抗Rに等しいことから、変化後のインピーダンスZ’と共振時のインピーダンスZの比は、次式(3)となり、その絶対値は次式(4)となる。また、LCR直列共振回路を流れる電流の位相角は、次式(5)となる。

Figure 2011145213
Figure 2011145213
Figure 2011145213
Since the impedance Z 0 at the time of resonance of the LCR series resonance circuit is equal to the resistance R, the ratio between the impedance Z ′ after the change and the impedance Z 0 at the time of resonance is expressed by the following equation (3), and the absolute value thereof is expressed by the following equation ( 4). The phase angle of the current flowing through the LCR series resonance circuit is expressed by the following equation (5).
Figure 2011145213
Figure 2011145213
Figure 2011145213

式(4)から、インピーダンスの絶対値において、インダクタンスLの変化分δは、Q倍に増幅されることが判る。また同様に、式(5)から、LCR直列共振回路を流れる電流の位相角においても、インダクタンスLの変化分δは、Q倍に増幅されることが判る。   From the equation (4), it can be seen that the change δ of the inductance L is amplified Q times in the absolute value of the impedance. Similarly, from the equation (5), it can be seen that the change δ of the inductance L is amplified Q times also in the phase angle of the current flowing through the LCR series resonance circuit.

このQ値の影響を検討するため、このQ値をパラメータとした時における、LCR直列共振回路の電圧変化を図1に示す。この図1において、横軸は、インダクタンスLの変化分δ、縦軸は、共振時におけるインピーダンスZの場合の電圧Z(絶対値)に対するインピーダンスZの場合の電圧量Z/Z(絶対値)であり、Q値=10、50、86の3つの場合のデータをプロットしている。この図1から明らかなように、インダクタンスLの変化分δの変化量に対する電圧の変化量Z/Z(絶対値)は、Q値が大きくなるに伴って大きくなる。従って、Q値が大きくなるように金属検知システムを構成することで、インダクタンスLの変化分δを増幅して検知することが可能になることが判る。 In order to examine the influence of this Q value, the voltage change of the LCR series resonance circuit when this Q value is used as a parameter is shown in FIG. In FIG. 1, the horizontal axis represents the change δ of the inductance L, and the vertical axis represents the voltage amount Z / Z 0 (absolute) in the case of impedance Z with respect to voltage Z 0 (absolute value) in the case of impedance Z 0 at resonance. Data), and data in three cases of Q value = 10, 50, 86 are plotted. As is apparent from FIG. 1, the voltage change amount Z / Z 0 (absolute value) with respect to the change amount δ of the inductance L increases as the Q value increases. Therefore, it can be seen that by configuring the metal detection system so as to increase the Q value, the change δ of the inductance L can be amplified and detected.

(検知原理−共振を利用することによるインピーダンスの絶対値の低減)
次いで、共振を利用した場合と、共振を利用しない場合(インダクタンスLと抵抗Rのみを直列接続した場合)とを比較することで、共振を利用した場合の効果を検討する。まず、共振を利用した場合と、共振を利用しない場合とで、インピーダンスの絶対値がどのように影響を受けるのかを検討する。
(Detection principle-Reduction of absolute value of impedance by using resonance)
Next, the effect of using resonance is examined by comparing the case where resonance is used with the case where resonance is not used (when only inductance L and resistor R are connected in series). First, it is examined how the absolute value of the impedance is affected when resonance is used and when resonance is not used.

共振を利用しない場合、インピーダンスZは、次式(6)で示される。

Figure 2011145213
When resonance is not used, the impedance Z is expressed by the following equation (6).
Figure 2011145213

ここで、インダクタンスLが変化分δだけ変化した時、すなわち、変化後のインダクタンスL’=L(1+δ)の時、変化後のインピーダンスZ’は、次式(7)で示される。

Figure 2011145213
Here, when the inductance L changes by a change amount δ, that is, when the changed inductance L ′ = L (1 + δ), the changed impedance Z ′ is expressed by the following equation (7).
Figure 2011145213

さらに、変化後のインピーダンスZ’と抵抗Rとの比は、次式(8)となり、その絶対値は次式(9)となる。また、電流の位相角は、次式(10)となる。

Figure 2011145213
Figure 2011145213
Figure 2011145213
Further, the ratio between the impedance Z ′ after the change and the resistance R is expressed by the following equation (8), and the absolute value thereof is expressed by the following equation (9). Further, the phase angle of the current is expressed by the following equation (10).
Figure 2011145213
Figure 2011145213
Figure 2011145213

ここで、式(4)で示される共振を利用した場合のインピーダンスの絶対値と、式(9)で示される共振を利用しない場合のインピーダンスの絶対値との関係を、図2に示す。この図2において、横軸は、インダクタンスLの変化分δ、縦軸は、インピーダンスの絶対値を示している。なお、ここでは、Q値=86とした。この図2から明らかなように、共振を利用していない場合のインピーダンスの絶対値に関しては、インピーダンス成分ωLが支配的になり、抵抗Rの値はほぼ無視できるので、Q値(=ωL/R=ここでは86)にほぼ等しくなる。一方、共振を利用した場合のインピーダンスの絶対値は、抵抗Rになる。従って、共振を利用した場合のインピーダンスの絶対値は、共振を利用していない場合のインピーダンスの絶対値に対して、約1/Qの大きさになることが判る。   Here, FIG. 2 shows the relationship between the absolute value of the impedance when the resonance shown by the equation (4) is used and the absolute value of the impedance when the resonance shown by the equation (9) is not used. In FIG. 2, the horizontal axis represents the change δ of the inductance L, and the vertical axis represents the absolute value of the impedance. Here, Q value = 86. As apparent from FIG. 2, the impedance component ωL becomes dominant with respect to the absolute value of the impedance when the resonance is not used, and the value of the resistance R can be almost ignored. Therefore, the Q value (= ωL / R = Here approximately 86). On the other hand, the absolute value of the impedance when using resonance is the resistance R. Therefore, it can be seen that the absolute value of the impedance when using the resonance is about 1 / Q of the absolute value of the impedance when not using the resonance.

(検知原理−共振を利用することによるインピーダンスの変化率の増大)
さらに、共振を利用した場合と、共振を利用しない場合とで、インピーダンスの変化率がどのように影響を受けるのかを検討する。まず、式(4)より、インピーダンスのZ’の変化率ΔZ’は、以下の式(11)となる。

Figure 2011145213
(Principle of detection-Increasing the rate of change of impedance by using resonance)
Furthermore, it will be examined how the rate of change of impedance is affected when resonance is used and when resonance is not used. First, from the equation (4), the change rate ΔZ ′ of the impedance Z ′ becomes the following equation (11).
Figure 2011145213

一方、共振を利用しない場合、変化後のインピーダンスZ’と抵抗Rの比の絶対値は次式(12)となり、インピーダンスのZ’の変化率ΔZ’は、以下の式(13)となる。

Figure 2011145213
Figure 2011145213
On the other hand, when resonance is not used, the absolute value of the ratio between the impedance Z ′ and the resistance R after the change is expressed by the following equation (12), and the rate of change ΔZ ′ of the impedance Z ′ is expressed by the following equation (13).
Figure 2011145213
Figure 2011145213

式(11)と式(13)を比較すると、共振を利用した場合のインピーダンスのZ’の変化率ΔZ’は、共振を利用しない場合のインピーダンスのZ’の変化率ΔZ’に対して、(1/2)δとなり、共振を利用することによって変化率ΔZ’を増大させることができること、及び、Q値を大きくする程、変化率ΔZ’を増大させることができることが判る。 Comparing equation (11) and equation (13), the change rate ΔZ ′ of impedance Z ′ when using resonance is equal to the change rate ΔZ ′ of impedance Z ′ when not using resonance. 1/2) δ 2 Q 2 It can be seen that the rate of change ΔZ ′ can be increased by utilizing resonance, and that the rate of change ΔZ ′ can be increased as the Q value is increased.

この点をさらに検討するため、共振を利用した場合のインピーダンスの変化率ΔZ’と、共振を利用しない場合のインピーダンスの変化率ΔZ’との関係を図3に示す。この図3において、横軸は、インダクタンスLの変化分δ、縦軸は、インピーダンスの変化率ΔZ’(%)を示している。ここではQ値=86とした。この図3から明らかなように、共振を利用していない場合のインピーダンスの変化率ΔZ’はほぼ線形であるが、共振を利用した場合にはインピーダンスの変化率ΔZ’が概略的にはδの2乗で2次曲線的に増大することが判る。   In order to further examine this point, FIG. 3 shows the relationship between the impedance change rate ΔZ ′ when the resonance is used and the impedance change rate ΔZ ′ when the resonance is not used. In FIG. 3, the horizontal axis represents the change δ of the inductance L, and the vertical axis represents the impedance change rate ΔZ ′ (%). Here, Q value = 86. As is apparent from FIG. 3, the impedance change rate ΔZ ′ when the resonance is not used is substantially linear. However, when the resonance is used, the impedance change rate ΔZ ′ is approximately δ. It can be seen that the square increases to a quadratic curve.

(検知原理−インピーダンスの変化に関する結論)
ここで、図2に関して上記説明したことから、共振を利用することで、インピーダンスの絶対値をほぼ1/Qに減少することができ、インダクタンスLの変化分δを捕捉することが容易になると言える。また、図3に関して上記説明したことから、共振を利用することで、インピーダンスの変化率をδの2乗で変化させることが可能になることが分かる。特に、Q値を大きくする程、これらの効果が大きくなることが明らかである。そこで、各実施の形態に係る金属検知システム及び金属検知方法では、この検知原理に基づき、共振を利用することができ、かつ、Q値を極力大きくすることができる構成及び手順を採用することで、検知精度の向上を図っている。
(Sensing Principle-Conclusion on Impedance Change)
Here, as described above with reference to FIG. 2, it can be said that by utilizing resonance, the absolute value of the impedance can be reduced to approximately 1 / Q, and the change δ of the inductance L can be easily captured. . Also, from the above description regarding FIG. 3, it can be seen that the rate of change in impedance can be changed by the square of δ by using resonance. In particular, it is clear that these effects increase as the Q value increases. Therefore, in the metal detection system and the metal detection method according to each embodiment, based on this detection principle, it is possible to use resonance and adopt a configuration and procedure that can increase the Q value as much as possible. The detection accuracy is improved.

(検知原理−位相角の変化)
また、本願発明者は、後述する各種の実験の結果、直列共振回路を流れる電流の位相角と、インピーダンスの変化率、共振周波数、及び金属の種類との関係を見出した。すなわち、共振周波数を所定範囲の低周波数(以下、第1の共振周波数。例えば、所定範囲=約100kHz以下の周波数)とした場合において、金属が鉄である場合には、直列共振回路を流れる電流の位相角が遅れること(ただしインピーダンスの位相角は進むこと)を見出した。これは、鉄筋の磁化の影響によるインダクタンスLの増加によるものと考えられる。また、金属が銅である場合には、直列共振回路を流れる電流の位相角が進むこと(ただしインピーダンスの位相角は遅れること)を見出した。これは、銅の導電率が鉄に比べて高くしかも磁化の影響が0に近いため、渦電流が多く流れ、反作用磁界が生じたためと考えられる。一方、共振周波数を所定範囲の高周波数(以下、第2の共振周波数。例えば、所定範囲=約100kHzを超える周波数)とした場合には、金属が鉄である場合と、金属が銅である場合のいずれにおいても、直列共振回路を流れる電流の位相角が進むこと(ただしインピーダンスの位相角は遅れること)を見出した。さらに、共振周波数を第2の共振周波数とした場合の方が、第1の共振周波数とした場合に比べて、金属が銅である場合におけるインピーダンスの変化率が大きくなることを見出した。
(Detection principle-change in phase angle)
Further, as a result of various experiments described later, the inventor of the present application has found a relationship between the phase angle of the current flowing through the series resonant circuit, the impedance change rate, the resonant frequency, and the metal type. That is, when the resonance frequency is a low frequency within a predetermined range (hereinafter referred to as the first resonance frequency; for example, the predetermined range = a frequency of about 100 kHz or less), and the metal is iron, the current flowing through the series resonance circuit It has been found that the phase angle of is delayed (however, the phase angle of impedance is advanced). This is considered to be due to an increase in inductance L due to the influence of the magnetization of the reinforcing bar. Further, it has been found that when the metal is copper, the phase angle of the current flowing through the series resonant circuit is advanced (however, the phase angle of the impedance is delayed). This is presumably because the conductivity of copper is higher than that of iron and the influence of magnetization is close to 0, so that a large amount of eddy current flows and a reaction magnetic field is generated. On the other hand, when the resonance frequency is a high frequency within a predetermined range (hereinafter, the second resonance frequency; for example, the predetermined range = a frequency exceeding about 100 kHz), the metal is iron and the metal is copper. In both cases, it was found that the phase angle of the current flowing through the series resonant circuit advances (however, the phase angle of impedance is delayed). Furthermore, it has been found that the rate of change in impedance when the resonance frequency is the second resonance frequency is greater when the metal is copper than when the resonance frequency is the first resonance frequency.

このようなインダクタンスLの変化分δと周波数との関係を解析した結果を示す。図4は、解析モデルを示す図である。この解析モデルは、後述する図9の試験体30に対する、対称性を考慮した1/4領域の解析モデルである。ただし、試験体30の直径36mmの円筒状のCD管32を、1辺が36mmの角筒状のCD管32に置き換え、後述する円形の検知コイル21を、1辺が116mmの角型の検知コイル21に置き換えた。この検知コイルにより、5kHz、40kHz、800kHzの3種類の周波数による磁界を印加し、コンクリート体31のみの場合に対して、CD管32の内部に銅(14mmの銅線を置き換えた4mm角の銅線3本)を挿入した場合と、CD管32の内部に鉄(直径13mmを置き換えた13mmの角棒状の鉄筋。図示省略)を挿入した場合とで、インダクタンスLを比較し、インダクタンスLの変化分δをそれぞれ求めた。コンクリート、銅線、鉄筋の導電率はそれぞれ10−5、5×10、2×10S/mとし、鉄筋の比透磁率は1、000とした。図5は、この解析結果を示す図であり、横軸は、磁界の周波数、縦軸は、インダクタンスLの変化分δを示す。この図5に示すように、金属が鉄である場合において、磁界の周波数=100kHz以下の場合には、直列共振回路を流れる電流の位相角が遅れ(ただしインピーダンスの位相角は進み)インダクタンスLの変化分δは正になり、磁界の周波数=100kHz以上の場合には、直列共振回路を流れる電流の位相角が進み(ただしインピーダンスの位相角は遅れ)、インダクタンスLの変化分δは負になる。 The result of analyzing the relationship between the change δ of the inductance L and the frequency is shown. FIG. 4 is a diagram showing an analysis model. This analysis model is a 1/4 region analysis model considering symmetry with respect to a test body 30 of FIG. 9 described later. However, the cylindrical CD tube 32 having a diameter of 36 mm of the test body 30 is replaced with a rectangular tube CD tube 32 having a side of 36 mm, and a circular detection coil 21 to be described later is a square detection having a side of 116 mm. The coil 21 was replaced. With this detection coil, magnetic fields having three frequencies of 5 kHz, 40 kHz, and 800 kHz are applied, and in the case of only the concrete body 31, copper (4 mm square with a 14 mm 2 copper wire replaced inside the CD tube 32 is used. Inductance L is compared between the case where three copper wires are inserted and the case where iron (a 13 mm square bar with a diameter of 13 mm is replaced. The amount of change δ was determined. The electrical conductivity of concrete, copper wire, and rebar was 10 −5 , 5 × 10 7 , and 2 × 10 6 S / m, respectively, and the relative permeability of the rebar was 1,000. FIG. 5 is a diagram showing the analysis results, in which the horizontal axis represents the magnetic field frequency and the vertical axis represents the change δ of the inductance L. As shown in FIG. 5, when the metal is iron and the magnetic field frequency is 100 kHz or less, the phase angle of the current flowing through the series resonant circuit is delayed (however, the impedance phase angle is advanced). The change δ becomes positive. When the magnetic field frequency is 100 kHz or more, the phase angle of the current flowing through the series resonance circuit advances (however, the impedance phase angle is delayed), and the change δ of the inductance L becomes negative. .

これらのことから、検知領域に鉄と銅の両方の種類の金属が存在する可能性がある場合、以下のような測定を行うことで、鉄と銅を区別しつつ検知することが可能になることが判る。すなわち、最初に、共振周波数を第1の共振周波数として検知を行い、直列共振回路を流れる電流の位相角を遅らせる金属(インピーダンスの位相角を進ませる金属)が検知された場合には、当該金属を鉄として特定することができる。次いで、共振周波数を第2の共振周波数として検知を行い、金属が検知された場合であって、当該検知された金属が、共振周波数を第1の共振周波数として検知された金属と異なる位置にある場合には、当該金属を銅として特定することができる。   From these things, when there is a possibility that both types of metals of iron and copper exist in the detection region, it is possible to detect iron and copper while distinguishing them by performing the following measurement. I understand that. That is, first, detection is performed with the resonance frequency as the first resonance frequency, and when a metal that delays the phase angle of the current flowing through the series resonance circuit (metal that advances the phase angle of the impedance) is detected, the metal Can be identified as iron. Next, detection is performed using the resonance frequency as the second resonance frequency, and metal is detected, and the detected metal is in a position different from the metal detected using the resonance frequency as the first resonance frequency. In some cases, the metal can be identified as copper.

〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、上記説明した検知原理に基づいて金属を検知するための、金属検知システム及び金属検知方法の各実施の形態の具体的内容について説明する。
[II] Specific Contents of Each Embodiment Next, specific contents of each embodiment of the metal detection system and the metal detection method for detecting metal based on the detection principle described above will be described.

〔実施の形態1〕
まず、実施の形態1について説明する。この実施の形態1は、インピーダンスの変化を電流計を用いて測定する形態である。最初に、実施の形態1に係る金属検知システムの構成について説明した後、金属検知方法について説明する。
[Embodiment 1]
First, the first embodiment will be described. In the first embodiment, the change in impedance is measured using an ammeter. First, after describing the configuration of the metal detection system according to the first embodiment, a metal detection method will be described.

(構成)
図6は、実施の形態1に係る金属検知システム10を測定対象と共に示す模式図である。測定対象となるコンクリート体1には埋設物2(ここでは、CD管の内部に挿入されたケーブル線)が埋設されており、このコンクリート体1の近傍に金属検知システム10が配置されている。この金属検知システム10は、検知コイル11、キャパシタ12、発振器13、アンプ14、電流計15、及びロックインアンプ16を、線路17〜19を介して図示のように接続して構成されている。
(Constitution)
FIG. 6 is a schematic diagram showing the metal detection system 10 according to the first embodiment together with the measurement target. An embedded object 2 (here, a cable wire inserted into the inside of a CD tube) is embedded in the concrete body 1 to be measured, and a metal detection system 10 is disposed in the vicinity of the concrete body 1. The metal detection system 10 is configured by connecting a detection coil 11, a capacitor 12, an oscillator 13, an amplifier 14, an ammeter 15, and a lock-in amplifier 16 through lines 17 to 19 as illustrated.

検知コイル11は、電線を一定の直径の円筒状に巻き付けることで形成されたソレノイドコイルであり、この検知コイル11にアンプ14から出力された電流を流すことで、検知コイル11の内部には、当該検知コイル11の軸方向に沿った磁場が形成される。ここでは、検知コイル11の軸方向が、コンクリート体1の表面から埋設物2が存在し得る位置に向かう方向(図6に示すZ方向。以下、検知方向)に沿うように、当該検知コイル11を配置する。   The detection coil 11 is a solenoid coil formed by winding an electric wire in a cylindrical shape with a constant diameter. By passing the current output from the amplifier 14 through the detection coil 11, A magnetic field is formed along the axial direction of the detection coil 11. Here, the detection coil 11 is arranged such that the axial direction of the detection coil 11 is along the direction from the surface of the concrete body 1 to the position where the embedded object 2 can exist (the Z direction shown in FIG. 6; hereinafter, the detection direction). Place.

ここで、上記検知原理で説明したように、Q値を極力大きくすることが好ましい。すなわち、上述のようにQ値(=ωL/R)であるため、検知コイル11の巻き数を増やすことでインダクタンスLを増加させることも考えられるが、検知コイル11の巻き数を増やした場合には抵抗Rも増えてしまうために、Q値を大きくすることには寄与しない。そこで、本願発明者は、検知コイル11を構成する電線の材料に着目した。すなわち、抵抗Rが小さい電線(例えば、リッツ線(エナメル撚線))を使用して検知コイル11を構成することで、表皮効果と近接効果を抑制して抵抗Rを低下させ、Q値を大きくすることとした。さらに、検知コイル11を多層巻きで構成することにより、相互誘導を抑制し、インダクタンスLを増加させている。   Here, as explained in the detection principle, it is preferable to increase the Q value as much as possible. That is, since the Q value (= ωL / R) as described above, it is possible to increase the inductance L by increasing the number of turns of the detection coil 11, but when the number of turns of the detection coil 11 is increased. Does not contribute to increasing the Q value because the resistance R also increases. Therefore, the inventor of the present application paid attention to the material of the electric wire constituting the detection coil 11. That is, by configuring the detection coil 11 using an electric wire having a small resistance R (for example, a litz wire (enamel stranded wire)), the skin effect and the proximity effect are suppressed, the resistance R is lowered, and the Q value is increased. It was decided to. Further, the detection coil 11 is configured by a multi-layer winding to suppress mutual induction and increase the inductance L.

このように構成した検知コイル11の断面図を図7に示す。この図7は、検知コイル11を、その軸線に沿った切断面で切断した状態の断面図であり、例えば、内層を構成するリッツ線11aと、外層を構成するリッツ線11bから、2層巻きコイルとして構成されている。リッツ線11aとリッツ線11bの相互間にはスペーサ11cが挟まれており、これらリッツ線11aとリッツ線11bが所定間隔(図8では約3mm)を隔てて配置されている。また、各層においても、相互に隣接するリッツ線11a同士や、相互に隣接するリッツ線11b同士は、所定間隔(図8では約3mm)を隔てて配置されている。   FIG. 7 shows a cross-sectional view of the detection coil 11 configured as described above. FIG. 7 is a cross-sectional view of the state in which the detection coil 11 is cut along a cut surface along the axis thereof. For example, a two-layer winding is made up of a litz wire 11a constituting an inner layer and a litz wire 11b constituting an outer layer. It is configured as a coil. A spacer 11c is sandwiched between the litz wire 11a and the litz wire 11b, and the litz wire 11a and the litz wire 11b are arranged at a predetermined interval (about 3 mm in FIG. 8). In each layer, the litz wires 11a adjacent to each other and the litz wires 11b adjacent to each other are arranged at a predetermined interval (about 3 mm in FIG. 8).

キャパシタ12は、検知コイル11に直列に接続されることで、この検知コイル11と共に直列共振回路を構成する補償コンデンサである。   The capacitor 12 is a compensation capacitor that forms a series resonance circuit together with the detection coil 11 by being connected in series to the detection coil 11.

発振器13は、直列共振回路を共振させるための所定の共振周波数(上述の第1の共振周波数及び第2の共振周波数)の電流を出力する基準電流源である。アンプ14は、発振器13から出力された電流を増幅して直列共振回路に出力する。電流計15は、直列共振回路からアンプ14に至る線路17に接続され、この線路17に流れる電流値を測定し出力する。ロックインアンプ16には、電流計15から出力された電流が測定信号として入力されると共に、発振器13から出力された電流が参照信号として入力され、電流計15から出力される電流のうち、発振器13から出力された電流と等しい周波数成分の電圧値が出力される。なお、検知コイル11とアンプ14を相互に接続する線路17としては、当該線路17自身によって発生する磁場の影響を極力低減するため、ツイスト導線を用いることが好ましい。これら発振器13、アンプ14、電流計15、及びロックインアンプ16は、特許請求の範囲における測定手段を構成する。   The oscillator 13 is a reference current source that outputs a current having a predetermined resonance frequency (the above-described first resonance frequency and second resonance frequency) for resonating the series resonance circuit. The amplifier 14 amplifies the current output from the oscillator 13 and outputs the amplified current to the series resonance circuit. The ammeter 15 is connected to a line 17 extending from the series resonance circuit to the amplifier 14, and measures and outputs a current value flowing through the line 17. A current output from the ammeter 15 is input to the lock-in amplifier 16 as a measurement signal, and a current output from the oscillator 13 is input as a reference signal. Of the currents output from the ammeter 15, the oscillator A voltage value having a frequency component equal to the current output from 13 is output. As the line 17 that connects the detection coil 11 and the amplifier 14 to each other, it is preferable to use a twisted conductor in order to reduce the influence of the magnetic field generated by the line 17 itself as much as possible. The oscillator 13, the amplifier 14, the ammeter 15 and the lock-in amplifier 16 constitute a measuring means in the claims.

ここで、検知コイル11のインダクタンスLc又はキャパシタ12のキャパシタンスCpと、共振周波数の関係について説明する。共振周波数としては、検知領域に存在し得る金属の種類に応じた共振周波数を利用することが好ましい。例えば、検知領域に存在し得る金属が「鉄」のように比透磁率が比較的大きい金属である場合には、上述の第1の共振周波数(低周波数)においても磁化の影響によるインピーダンスの変化率に基づいて、当該金属を検知することが容易である。一方、検知領域に存在し得る金属が「銅」のように電気抵抗が比較的小さい金属である場合には、低周波数では渦電流が十分に発生しないため、上述の第2の共振周波数(高周波数)において十分な渦電流を発生させて検知することが必要となる。   Here, the relationship between the inductance Lc of the detection coil 11 or the capacitance Cp of the capacitor 12 and the resonance frequency will be described. As the resonance frequency, it is preferable to use a resonance frequency corresponding to the type of metal that may exist in the detection region. For example, when the metal that can exist in the detection region is a metal having a relatively high relative permeability such as “iron”, the impedance change due to the influence of magnetization also at the first resonance frequency (low frequency) described above. It is easy to detect the metal based on the rate. On the other hand, when the metal that can exist in the detection region is a metal having a relatively small electrical resistance such as “copper”, the eddy current is not sufficiently generated at a low frequency. It is necessary to generate and detect a sufficient eddy current at (frequency).

ここで、共振周波数fは、検知コイル11のインダクタンスをLc、キャパシタ12のキャパシタンスをCpとすると、以下の式(14)によって示される。

Figure 2011145213
Here, the resonance frequency f is expressed by the following equation (14), where Lc is the inductance of the detection coil 11 and Cp is the capacitance of the capacitor 12.
Figure 2011145213

このため、所望の第1の共振周波数や第2の共振周波数による共振を利用するためには、これら第1の共振周波数や第2の共振周波数に合致するように、検知コイル11のインダクタンスLc又はキャパシタ12のキャパシタンスCpを設定することが必要になる。そこで、本実施の形態1では、インダクタンスLcが異なる複数の検知コイル11や、キャパシタンスCpが異なる複数の複数のキャパシタ12を予め準備しておき、所望の共振周波数やその他の条件に合致した検知コイル11やキャパシタ12を選択的に使用するものとする。   For this reason, in order to utilize the resonance by the desired first resonance frequency or the second resonance frequency, the inductance Lc of the detection coil 11 or the detection coil 11 so as to match the first resonance frequency or the second resonance frequency. It is necessary to set the capacitance Cp of the capacitor 12. Therefore, in the first embodiment, a plurality of detection coils 11 having different inductances Lc and a plurality of capacitors 12 having different capacitances Cp are prepared in advance, and the detection coils meeting a desired resonance frequency and other conditions are prepared. 11 and capacitor 12 are selectively used.

(金属検知方法)
次に、このように構成された金属検知システム10を用いて行われる金属検知方法について説明する。この方法では、最初に初期調整を行う。具体的には、第1の周波数に合致したインダクタンスLcを有する検知コイル11及びキャパシタンスCpを有するキャパシタ12を用いて金属検知システム10を構成し、この検知コイル11の周囲に金属がない状態で発振器13を起動して第1の共振周波数で電流を流し、ロックインアンプ16の出力(電圧値)が初期値(理論的には、抵抗成分に対応する値)であることを確認する。ここでは、従来のようにピックアップコイル等の機械的な調整を行う必要がなく、発振器13の周波数を電気的に設定するだけで初期調整を行うことができるので、初期調整が容易である。
(Metal detection method)
Next, a metal detection method performed using the metal detection system 10 configured as described above will be described. In this method, initial adjustment is performed first. Specifically, the metal detection system 10 is configured by using the detection coil 11 having the inductance Lc matching the first frequency and the capacitor 12 having the capacitance Cp, and the oscillator without the metal around the detection coil 11 13 is activated to pass a current at the first resonance frequency, and it is confirmed that the output (voltage value) of the lock-in amplifier 16 is an initial value (theoretically, a value corresponding to the resistance component). Here, it is not necessary to perform mechanical adjustment of the pickup coil or the like as in the prior art, and the initial adjustment can be performed simply by electrically setting the frequency of the oscillator 13, so that the initial adjustment is easy.

次に、検知コイル11を検知領域に移動させる。例えば、検知領域に配置したコンクリート体1の表面に近接するように、あるいはコンクリート体1の表面に接触するように検知コイル11を配置し、この検知コイル11を、コンクリート体1の表面に沿った複数の測定位置に順次移動させる。各測定位置において、検知コイル11によって形成される磁場内に金属が存在する場合には、電磁誘導によって金属(ここでは、CD管に挿入したケーブル線)に渦電流が発生し、渦電流により磁界が形成されることで、直列共振回路のインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化は、ロックインアンプ16における電圧変化として測定することができるため、この測定結果に基づいて、検知領域における金属を検知することが可能となる。特に、Q値を増大させているため、インピーダンスの変化率を増加させることができ、S/N比の高い検知を行うことが可能となる。   Next, the detection coil 11 is moved to the detection area. For example, the detection coil 11 is disposed so as to be close to the surface of the concrete body 1 disposed in the detection region or in contact with the surface of the concrete body 1, and the detection coil 11 is arranged along the surface of the concrete body 1. Move sequentially to multiple measurement positions. When a metal exists in the magnetic field formed by the detection coil 11 at each measurement position, an eddy current is generated in the metal (here, a cable wire inserted into the CD tube) by electromagnetic induction, and the magnetic field is generated by the eddy current. As a result, the impedance of the series resonant circuit changes. Since this change in impedance can be measured as a voltage change in the lock-in amplifier 16, it is possible to detect metal in the detection region based on this measurement result. In particular, since the Q value is increased, the rate of change in impedance can be increased, and detection with a high S / N ratio can be performed.

また、検知コイル11によって形成される磁場内に金属が存在する場合には、この金属の種類により、直列共振回路の電流の位相角が変化する。この位相角の変化は、参照信号の位相角を基準とする変化として、ロックインアンプ16にて測定することができる。ここで、電圧変化に基づいて検知領域に金属が存在することが判り、かつ、位相角が遅れている場合には、当該金属が鉄であると特定することができる(第1測定工程)。なお、仮にこの時点で、位相角が進んでいる場合には、当該金属が銅であると特定することができるが、これまでの実験では、第1の共振周波数による銅のインピーダンスの変化は微小であるため、検知することは必ずしも容易ではない。   Further, when a metal exists in the magnetic field formed by the detection coil 11, the phase angle of the current of the series resonance circuit changes depending on the type of the metal. This change in phase angle can be measured by the lock-in amplifier 16 as a change based on the phase angle of the reference signal. Here, when it is found that metal is present in the detection region based on the voltage change and the phase angle is delayed, it can be specified that the metal is iron (first measurement step). If the phase angle is advanced at this point, the metal can be identified as copper. However, in the experiments so far, the change in the impedance of copper due to the first resonance frequency is very small. Therefore, it is not always easy to detect.

そこで、第2の周波数に合致したインダクタンスLcを有する検知コイル11及びキャパシタンスCpを有するキャパシタ12を用いて金属検知システム10を再構成し、この検知コイル11の周囲に金属がない状態で発振器13を起動して第2の共振周波数で電流を流し、ロックインアンプ16の出力(電圧値)が初期値(理論的には、抵抗成分に対応する値)であることを確認する。   Therefore, the metal detection system 10 is reconfigured by using the detection coil 11 having the inductance Lc that matches the second frequency and the capacitor 12 having the capacitance Cp, and the oscillator 13 is operated in a state where there is no metal around the detection coil 11. It is activated and a current is passed at the second resonance frequency, and it is confirmed that the output (voltage value) of the lock-in amplifier 16 is an initial value (theoretically, a value corresponding to a resistance component).

そして、上記第1測定工程の場合と同様に、検知コイル11を検知領域に移動させ、直列共振回路のインピーダンス変化に基づいて、検知領域における金属を検知する。この際にも、Q値を増大させているため、インピーダンスの変化率を増加させることができ、S/N比の高い検知を行うことが可能となる。特に、第2の共振周波数においては第1の共振周波数よりも銅のインピーダンスの変化が大きくなるため、銅を比較的容易に検知することができる。また、ここで検知された金属のうち、第1測定工程で既に検知された鉄を除外した金属が、銅であると特定することができる(第2測定工程)。   Then, similarly to the case of the first measurement step, the detection coil 11 is moved to the detection region, and the metal in the detection region is detected based on the impedance change of the series resonance circuit. Also at this time, since the Q value is increased, the rate of change in impedance can be increased, and detection with a high S / N ratio can be performed. In particular, since the change in the impedance of copper is greater at the second resonance frequency than at the first resonance frequency, copper can be detected relatively easily. Moreover, it can specify that the metal except the iron already detected at the 1st measurement process among the metals detected here is copper (2nd measurement process).

なお、このように金属が鉄であるか銅であるかの判断は、例えば、ロックインアンプ16の出力をユーザが目視しながら判断することもできるが、自動的に判断させることもできる。例えば、測定手段の一部として、図示しない判定部(CPUとソフトウェアで構成される)を設け、ロックインアンプ16の出力を判定部に入力し、第1測定工程で金属が検知された位置を自動的に鉄の検出位置として判定し、第2測定工程で金属が検知された位置から第1測定工程で金属を除外した位置を自動的に銅の検出位置として判定し、この判定結果を表示等させるようにしてもよい。この際、位置情報は、ユーザが検出コイルを移動させる毎に、絶対的又は任意の位置を基準とする相対的な座標等により任意の入力手段を介して入力してもよく、あるいは、検出コイルの移動に伴って位置情報を取得するような手段(高精度のGPSや、後述する変形例で説明するような車輪を用いた距離測定手段)から自動的に取得するようにしてもよい。   The determination of whether the metal is iron or copper as described above can be made, for example, while the user can visually determine the output of the lock-in amplifier 16, but can also be made automatically. For example, as a part of the measurement means, a determination unit (not shown) (comprising a CPU and software) is provided, the output of the lock-in amplifier 16 is input to the determination unit, and the position where metal is detected in the first measurement step is determined. Automatically determined as the iron detection position, the position where the metal was excluded in the first measurement process from the position where the metal was detected in the second measurement process is automatically determined as the copper detection position, and this determination result is displayed You may make it make it equal. At this time, each time the user moves the detection coil, the position information may be input via an arbitrary input means by absolute coordinates or relative coordinates based on an arbitrary position, or the detection coil. The position information may be automatically acquired from the means (high-precision GPS or distance measuring means using a wheel as described in a modified example described later).

(実施の形態1の効果)
このように実施の形態1によれば、検知コイル11とキャパシタ12を直列共振させることで、これら検知コイル11とキャパシタ12のインピーダンスをほぼ抵抗に等しい値に低減できて、この値に対するインピーダンスの変化分を捕捉することが容易となる。また、検知コイル11とキャパシタ12を直列共振させることで、インピーダンスの変化率を、検知コイル11のインダクタンスの変化分のほぼ2乗で変化させることが可能となる。これらのことから、インピーダンスの変化を高いSN比で測定することが可能になり、金属検知精度を向上させることが可能になる。また、電流の位相角の変化を測定することで、鉄や銅の如き複数の種類の金属を相互に識別することが可能になる。さらに、この金属検知におけるゼロ点を調整するためには、検知コイル11とキャパシタ12を直列共振させるという電気的な調整を行えばよく、検知コイル11の配置等による機械的な調整を行う必要がないため、初期調整を一層容易かつ高精度で行うことが可能である。
(Effect of Embodiment 1)
As described above, according to the first embodiment, by causing the detection coil 11 and the capacitor 12 to resonate in series, the impedance of the detection coil 11 and the capacitor 12 can be reduced to a value substantially equal to the resistance, and the impedance changes with respect to this value. It becomes easy to capture the minute. In addition, by causing the detection coil 11 and the capacitor 12 to resonate in series, the impedance change rate can be changed by approximately the square of the change in the inductance of the detection coil 11. From these things, it becomes possible to measure a change in impedance with a high S / N ratio, and it is possible to improve metal detection accuracy. Further, by measuring the change in the phase angle of the current, it is possible to distinguish a plurality of types of metals such as iron and copper from each other. Furthermore, in order to adjust the zero point in the metal detection, it is only necessary to perform electrical adjustment in which the detection coil 11 and the capacitor 12 are in series resonance, and it is necessary to perform mechanical adjustment by arrangement of the detection coil 11 or the like. Therefore, the initial adjustment can be performed more easily and with high accuracy.

また、検知コイル11を、リッツ線にて形成することで、検知コイル11の抵抗を増やすことなくインダクタンスを増加させることができ、表皮効果と近接効果を抑制して抵抗Rを低下させ、Q値を増大させることができるので、検知精度を一層高めることができる。さらに、コイルを多層巻きにしてインダクタンスLを増加させることで、Q値を増大させることができ、検知精度を一層高めることができる。   Further, by forming the detection coil 11 with a litz wire, the inductance can be increased without increasing the resistance of the detection coil 11, the skin effect and the proximity effect are suppressed, the resistance R is lowered, and the Q value is reduced. Therefore, the detection accuracy can be further increased. Furthermore, by increasing the inductance L by winding the coil in multiple layers, the Q value can be increased, and the detection accuracy can be further increased.

また、検知コイル11とキャパシタ12を約100kHz以下の周波数で直列共振させることで、直列共振回路を流れる電流の位相角を遅らせる金属が検知された否かを判定することで、当該金属が鉄であるか否かを特定することができる。   Further, by making the detection coil 11 and the capacitor 12 in series resonance at a frequency of about 100 kHz or less, it is determined whether or not a metal that delays the phase angle of the current flowing through the series resonance circuit is detected, so that the metal is made of iron. Whether or not there is can be specified.

また、検知コイル11とキャパシタ12を約100kHzを超える周波数で直列共振させることで、直列共振回路を流れる電流の位相角を進ませる金属が検知されたか否かを判定することで、当該金属が鉄又は銅であるか否かを特定することができる。特に、検知コイル11とキャパシタ12を所定範囲の高周波数で直列共振させることで、金属が銅である場合におけるインピーダンスの変化率を大きくすることができ、金属を銅として特定することが容易になる。   Further, by making the detection coil 11 and the capacitor 12 in series resonance at a frequency exceeding about 100 kHz, it is determined whether or not the metal that advances the phase angle of the current flowing through the series resonance circuit has been detected. Or it can be specified whether it is copper. In particular, by causing the detection coil 11 and the capacitor 12 to resonate in series at a high frequency within a predetermined range, it is possible to increase the rate of change in impedance when the metal is copper, and it is easy to identify the metal as copper. .

また、検知コイル11とキャパシタ12に流れる電流を電流計15にて測定することで、この電流におけるインピーダンス変化を測定し、金属を検知することが可能になる。   Further, by measuring the current flowing through the detection coil 11 and the capacitor 12 with the ammeter 15, it is possible to measure the impedance change in this current and detect the metal.

また、最初に、検知コイル11とキャパシタ12を約100kHz以下の周波数で直列共振させることで、直列共振回路を流れる電流の位相角を遅らせる金属が検知された否かを判定することで、当該金属が鉄であるか否かを特定することができる。次いで、検知コイル11とキャパシタ12を約100kHzを超える周波数で直列共振させることで、直列共振回路を流れる電流の位相角を進ませる金属が検知されたか否かを判定することで、当該金属が鉄又は銅であるか否かを特定することができる。特に、検知コイル11とキャパシタ12を約100kHzを超える周波数で直列共振させることで、金属が銅である場合におけるインピーダンスの変化率を大きくすることができ、金属を銅として特定することが容易になる。またさらに、2回目の測定で鉄又は銅として特定された金属から、1回目の測定で鉄として特定された金属を除外することで、2回目の測定で検知された金属を銅として特定することができる。すなわち、低周波数による直列共振と高周波数による直列共振を組み合わせることで、鉄と銅を相互に区別しつつ検知することが可能になる。   First, by detecting whether a metal that delays the phase angle of the current flowing through the series resonance circuit is detected by series resonance of the detection coil 11 and the capacitor 12 at a frequency of about 100 kHz or less, the metal is detected. Whether or not is iron can be specified. Next, the detection coil 11 and the capacitor 12 are series-resonated at a frequency exceeding about 100 kHz, thereby determining whether or not a metal that advances the phase angle of the current flowing through the series resonance circuit is detected. Or it can be specified whether it is copper. In particular, by causing the detection coil 11 and the capacitor 12 to resonate in series at a frequency exceeding about 100 kHz, it is possible to increase the rate of change in impedance when the metal is copper, and it is easy to identify the metal as copper. . Furthermore, the metal detected in the second measurement is specified as copper by excluding the metal specified as iron in the first measurement from the metal specified as iron or copper in the second measurement. Can do. That is, by combining series resonance at a low frequency and series resonance at a high frequency, it becomes possible to detect iron and copper while distinguishing them from each other.

〔実施の形態2〕
まず、実施の形態2について説明する。この実施の形態2は、インピーダンスの変化を直接測定する形態である。ただし、実施の形態2において特に説明なき構成及び手順については実施の形態1と同様であり、実施の形態1と同じ構成及び手順については、必要に応じて、実施の形態1で使用したものと同じ符号を付することでその説明を省略する。最初に、実施の形態2に係る金属検知システムの構成について説明した後、金属検知方法について説明する。
[Embodiment 2]
First, the second embodiment will be described. In the second embodiment, a change in impedance is directly measured. However, configurations and procedures that are not particularly described in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, and the same configurations and procedures as those in the first embodiment are the same as those used in the first embodiment as necessary. The description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol. First, after describing the configuration of the metal detection system according to the second embodiment, a metal detection method will be described.

(構成)
図8は、実施の形態2に係る金属検知システム20を測定対象と共に示す模式図である。この金属検知システム20は、検知コイル21、キャパシタ22、及びインピーダンスメータ23を、線路24〜28を介して図示のように接続して構成されている。なお、検知コイル21、キャパシタ22は、それぞれ、図6の検知コイル11、キャパシタ12と同様に構成できるので、その説明を省略する。
(Constitution)
FIG. 8 is a schematic diagram showing the metal detection system 20 according to the second embodiment together with a measurement target. The metal detection system 20 is configured by connecting a detection coil 21, a capacitor 22, and an impedance meter 23 via lines 24 to 28 as shown in the figure. The detection coil 21 and the capacitor 22 can be configured in the same manner as the detection coil 11 and the capacitor 12 in FIG.

インピーダンスメータ(LCRメータ)23は、直列共振回路を共振させるための所定の共振周波数(上述の第1の共振周波数及び第2の共振周波数)の電流を、直列共振回路に出力する。また、インピーダンスメータ23には、直列共振回路から出力された電流が入力され、この電流のインピーダンスと位相角が測定される。このように、インピーダンスの変化をインピーダンスメータ23で直接測定することで、実施の形態1における発振器13、アンプ14、電流計15、及びロックインアンプ16を、1台のインピーダンスメータ23で置換することができ、実施の形態1における金属検知システム10に比べて、金属検知システム20を一層簡易かつ一層安価に構成することが可能になる。このインピーダンスメータ23は、特許請求の範囲における測定手段を構成する。なお、インピーダンスメータ23と直列共振回路の接続には同軸ケーブル26を使用しているが、Q値を増大させるためには、同軸ケーブル26ではなく通常のケーブル線を使用してもよい。   The impedance meter (LCR meter) 23 outputs a current having a predetermined resonance frequency (the above-described first resonance frequency and second resonance frequency) for resonating the series resonance circuit to the series resonance circuit. Further, the impedance meter 23 receives the current output from the series resonance circuit, and measures the impedance and phase angle of this current. Thus, by directly measuring the change in impedance with the impedance meter 23, the oscillator 13, the amplifier 14, the ammeter 15, and the lock-in amplifier 16 in the first embodiment are replaced with a single impedance meter 23. Compared to the metal detection system 10 in the first embodiment, the metal detection system 20 can be configured more simply and at a lower cost. This impedance meter 23 constitutes the measuring means in the claims. The coaxial cable 26 is used to connect the impedance meter 23 and the series resonant circuit. However, in order to increase the Q value, a normal cable line may be used instead of the coaxial cable 26.

(金属検知方法)
次に、このように構成された金属検知システム20を用いて行われる金属検知方法について説明する。この方法では、最初に初期調整を行う。具体的には、第1の周波数に合致したインダクタンスLcを有する検知コイル21及びキャパシタンスCpを有するキャパシタ22を用いて金属検知システム20を構成し、この検知コイル21の周囲に金属がない状態で発振器13を起動して第1の共振周波数で電流を流し、この時にインピーダンスメータ23で測定されたインピーダンス(理論的には、抵抗成分に対応する値)を初期値とする。
(Metal detection method)
Next, a metal detection method performed using the metal detection system 20 configured as described above will be described. In this method, initial adjustment is performed first. Specifically, the metal detection system 20 is configured by using the detection coil 21 having the inductance Lc that matches the first frequency and the capacitor 22 having the capacitance Cp, and the oscillator without the metal around the detection coil 21 13 is activated to pass a current at the first resonance frequency, and the impedance measured by the impedance meter 23 at this time (theoretically, a value corresponding to the resistance component) is set as an initial value.

次に、検知コイル21を検知領域に移動させる。この際、検知コイル21によって形成される磁場内に金属が存在する場合には、直列共振回路のインピーダンスが初期値から変化し、このインピーダンスの変化がインピーダンスメータ23にて測定できるため、この測定結果に基づいて、検知領域における金属を検知することが可能となる。特に、Q値を増大させているため、インピーダンスの変化率を増加させることができ、S/N比の高い検知を行うことが可能となる。また、インピーダンスにて測定される位相角が進んでいる場合には、当該金属が鉄であると特定することができる(第1測定工程)。   Next, the detection coil 21 is moved to the detection area. At this time, when a metal is present in the magnetic field formed by the detection coil 21, the impedance of the series resonance circuit changes from the initial value, and this impedance change can be measured by the impedance meter 23. Based on this, it becomes possible to detect the metal in the detection region. In particular, since the Q value is increased, the rate of change in impedance can be increased, and detection with a high S / N ratio can be performed. Moreover, when the phase angle measured by impedance is advanced, it can identify that the said metal is iron (1st measurement process).

次いで、第2の周波数に合致したインダクタンスLcを有する検知コイル21及びキャパシタンスCpを有するキャパシタ22を用いて金属検知システム20を再構成し、この検知コイル21の周囲に金属がない状態で発振器13を起動して第2の共振周波数で電流を流し、この時にインピーダンスメータ23で測定されたインピーダンス(理論的には、抵抗成分に対応する値)を初期値とする。   Next, the metal detection system 20 is reconfigured by using the detection coil 21 having the inductance Lc that matches the second frequency and the capacitor 22 having the capacitance Cp, and the oscillator 13 is operated in a state where there is no metal around the detection coil 21. The current is passed at the second resonance frequency after starting, and the impedance (theoretically, a value corresponding to the resistance component) measured by the impedance meter 23 at this time is set as an initial value.

次に、上記第1測定工程の場合と同様に、検知コイル21を検知領域に移動させ、直列共振回路のインピーダンス変化に基づいて、検知領域における金属を検知する。この際にも、Q値を増大させているため、インピーダンスの変化率を増加させることができ、S/N比の高い検知を行うことが可能となる。特に、第2の共振周波数においては第1の共振周波数よりも銅のインピーダンスの変化が大きくなるため、銅を比較的容易に検知することができる。また、ここで検知された金属のうち、第1測定工程で既に検知された鉄を除外した金属が、銅であると特定することができる(第2測定工程)。   Next, similarly to the case of the first measurement step, the detection coil 21 is moved to the detection region, and the metal in the detection region is detected based on the impedance change of the series resonance circuit. Also at this time, since the Q value is increased, the rate of change in impedance can be increased, and detection with a high S / N ratio can be performed. In particular, since the change in the impedance of copper is greater at the second resonance frequency than at the first resonance frequency, copper can be detected relatively easily. Moreover, it can specify that the metal except the iron already detected at the 1st measurement process among the metals detected here is copper (2nd measurement process).

(実験結果)
次に、本実施の形態2に係る金属検知システム20を用いて行われた本願発明者による実験の結果について説明する。図9は、実験に用いた試験体30を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。この図9に示すように、幅300mm×長さ800mm×厚さ85mmのコンクリート体31に対して、長さ方向及び厚さ方向の略中央位置に、幅方向に沿って直径36mmの円筒状のCD管32を配置した。このCD管32の内部には、ケーブル線33(直径8mmの銅線を3本)又は鉄筋34(直径12mmの鉄筋を1本)選択的に挿入した。
(Experimental result)
Next, the result of the experiment by the present inventor conducted using the metal detection system 20 according to the second embodiment will be described. FIG. 9 is a view showing a test body 30 used in the experiment, where (a) is a plan view and (b) is a side view. As shown in FIG. 9, with respect to a concrete body 31 having a width of 300 mm, a length of 800 mm, and a thickness of 85 mm, a cylindrical shape having a diameter of 36 mm along the width direction at a substantially central position in the length direction and the thickness direction. A CD tube 32 was placed. Inside the CD tube 32, a cable wire 33 (three copper wires having a diameter of 8 mm 2 ) or a reinforcing bar 34 (one reinforcing rod having a diameter of 12 mm) was selectively inserted.

最初に、図9の試験体30をモデルとして三次元磁界解析を行い、インダクタンスのSN比を求めた。ここでは、検知コイル21により795kHzで磁束を加えた場合を想定し、コンクリート体31、ケーブル線33、鉄筋34の導電率を、それぞれ1×10−5、5×10、2×10S/mとし、鉄の比透磁率を1、000とした。この結果、鉄筋34が有る場合と、鉄筋34が無い場合(CD管のみの場合)とで、インダクタンスのSN比は0.047%、ケーブル線33が有る場合と、ケーブル線33が無い場合(CD管のみの場合)とで、インダクタンスのSN比は0.261%となり、いずれもSN比が低いことから、従来のピックアップコイルを用いた磁場測定では計測が困難であることが確認された。 First, a three-dimensional magnetic field analysis was performed using the test body 30 of FIG. 9 as a model, and the SN ratio of the inductance was obtained. Here, assuming that the magnetic flux is applied at 795 kHz by the detection coil 21, the electrical conductivity of the concrete body 31, the cable wire 33, and the reinforcing bar 34 is set to 1 × 10 −5 , 5 × 10 7 , and 2 × 10 6 S, respectively. / M, and the relative permeability of iron was 1,000. As a result, the S / N ratio of the inductance is 0.047%, the cable wire 33 is present, and the cable wire 33 is not present when the rebar 34 is present and when there is no rebar 34 (only with a CD tube) ( In the case of only a CD tube), the SN ratio of the inductance was 0.261%, and since the SN ratio was low in all cases, it was confirmed that measurement was difficult by magnetic field measurement using a conventional pickup coil.

次いで、図9の試験体30に対して、図8の金属検知システム20を用いた金属検知を行った場合の測定結果を、数値計算により予測した。ここでは、検知コイル21を、リッツ線による直径115mmの10ターンコイルとして構成し、キャパシタ22を、1700pFとした。この場合、ω=2πf=2×3.1415×795kHz、L=30μH、R=2Ωより、Q値=ωL/R=約75となる。   Next, the measurement result when metal detection using the metal detection system 20 of FIG. 8 was performed on the test body 30 of FIG. 9 was predicted by numerical calculation. Here, the detection coil 21 is configured as a 10-turn coil having a diameter of 115 mm using a litz wire, and the capacitor 22 is set to 1700 pF. In this case, since ω = 2πf = 2 × 3.1415 × 795 kHz, L = 30 μH, and R = 2Ω, the Q value = ωL / R = about 75.

Q値=約86と式(4)により、上述の鉄筋34が有る場合と鉄筋34が無い場合のインダクタンスのSN比=0.047%=0.00047と、ケーブル線33が有る場合とケーブル線33が無い場合のインダクタンスのSN比=0.261%=0.00261とから、Z/Z(絶対値)を算定すると、鉄筋34では1.0006、ケーブル線33では1.018となり、それぞれSN比は0.06%、1.8%に増大できると予測された。すなわち、Q値を大きくすることで、インピーダンスの変化率を大きく増大させることができることが理論的に検証された。 The Q value = about 86 and the equation (4), the S / N ratio of the inductance when the reinforcing bar 34 is present and when the reinforcing bar 34 is not present = 0.047% = 0.00047, the case where the cable line 33 is present, and the cable line When Z / Z 0 (absolute value) is calculated from the S / N ratio of inductance in the absence of 33 = 0.261% = 0.00261, the rebar 34 is 1.0006 and the cable 33 is 1.018, respectively. It was predicted that the S / N ratio could be increased to 0.06% and 1.8%. That is, it has been theoretically verified that the rate of change in impedance can be greatly increased by increasing the Q value.

特に、この場合には、インピーダンスの初期値は、キャパシタ22を用いて直列共振回路を構成したことで、200Ωから2Ωにまで下げることができ、インピーダンスの微小な変化分が検知しやすくなった。なお、理論上の共振周波数は、式(14)と、キャパシタ22のキャパシタンスCp=1700pF及び検知コイル21のリアクタンスLc=30μHより、約884kHzとなり、同軸ケーブル26によるLcの低下分を考慮すると、検知コイル21に加えた795kHzとほぼ一致することが確認できる。   In particular, in this case, the initial value of the impedance can be lowered from 200Ω to 2Ω by configuring the series resonance circuit using the capacitor 22, and it is easy to detect a minute change in impedance. The theoretical resonance frequency is about 884 kHz based on the equation (14) and the capacitance Cp = 1700 pF of the capacitor 22 and the reactance Lc = 30 μH of the detection coil 21. It can be confirmed that it substantially coincides with 795 kHz applied to the coil 21.

その後、図9の試験体30に対して、図8の金属検知システム20を用いた金属検知を行った。具体的には、検知コイル21を、図9に想像線で示す測定位置P1(長さ方向の中央位置から図示左側に200mmの位置)から測定位置P2(長さ方向の中央位置から図示右側に200mmの位置)に至る迄、一定間隔(20mmピッチ)で測定位置を順次移動させつつ、各測定位置においてインピーダンス及び位相角を測定した。   Thereafter, metal detection using the metal detection system 20 of FIG. 8 was performed on the test body 30 of FIG. 9. Specifically, the detection coil 21 is moved from the measurement position P1 (position 200 mm on the left side in the figure from the center position in the length direction) to the measurement position P2 (from the center position in the length direction to the right side in the figure) indicated by an imaginary line in FIG. The impedance and phase angle were measured at each measurement position while sequentially moving the measurement positions at regular intervals (20 mm pitch) until the position reached 200 mm.

図10は、インピーダンスの測定結果を示す図であり、横軸は、測定位置X、縦軸は、インピーダンスZを示す。この図10に示すように、金属がない領域に対する、鉄筋34のインピーダンスの比率とケーブル線33のインピーダンスの比率は、それぞれ9.1%、2.8%であり、インピーダンスの変化率を高いSN比で測定できた。特に、ケーブル線33の比率=2.8%は、Q値=75を用いて(1)式より予測した上述のSN比1.8%とほぼ一致しており、設計通りの結果が得られた。   FIG. 10 is a diagram illustrating impedance measurement results, in which the horizontal axis represents the measurement position X and the vertical axis represents the impedance Z. As shown in FIG. 10, the ratio of the impedance of the reinforcing bar 34 and the ratio of the impedance of the cable wire 33 with respect to the area where there is no metal is 9.1% and 2.8%, respectively. Ratio. In particular, the ratio of the cable line 33 = 2.8% is almost the same as the above-described SN ratio of 1.8% predicted from the equation (1) using the Q value = 75, and the result as designed is obtained. It was.

図11は、インピーダンスの位相角の測定結果を示す図であり、横軸は、測定位置、縦軸は、位相角を示す。この図11に示すように、金属がない領域に対する、鉄筋の位相角の比率とケーブル線の位相角の比率は、それぞれ5.7%、3.6%であり、位相角の変化率を高いSN比で測定できた。   FIG. 11 is a diagram illustrating the measurement result of the phase angle of the impedance, where the horizontal axis indicates the measurement position and the vertical axis indicates the phase angle. As shown in FIG. 11, the ratio of the phase angle of the reinforcing bar and the phase angle of the cable wire with respect to the area where there is no metal is 5.7% and 3.6%, respectively, and the rate of change of the phase angle is high. It was possible to measure by the S / N ratio.

さらに、図9の試験体30に対する測定を、共振周波数が異なる複数の検知コイル21を用いて行うことで、共振周波数の相違の影響を実験した。ここでは、共振周波=5.01kHz(低周波数)、43.34kHz(中周波数)、816.9kHz(高周波数)の計3種類の検知コイル21を切り替えて使用した。測定対象としては、鉄(CD管に挿入された上記の鉄筋34)と、銅(CD管に挿入された直径8mmの銅線×3本)と、銅(CD管に挿入された直径14mmの銅線×3本)とを使用した。 Furthermore, the influence of the difference in the resonance frequency was tested by measuring the test body 30 in FIG. 9 using a plurality of detection coils 21 having different resonance frequencies. Here, a total of three types of detection coils 21 of resonance frequency = 5.01 kHz (low frequency), 43.34 kHz (medium frequency), and 816.9 kHz (high frequency) were switched and used. The measurement objects include iron (the above-mentioned reinforcing bar 34 inserted into the CD tube), copper (three 8 mm 2 copper wires inserted into the CD tube), and copper (14 mm diameter inserted into the CD tube). 2 copper wires x 3).

図12、14、16は、インピーダンスの測定結果を示す図、図13、15、17は、共振周波数の位相角に対するインピーダンスの位相角の変化分(位相差)の測定結果を示す図であり、図12、13は共振周波=5.01kHzの検知コイル21を使用した測定結果、図14、15は43.34kHzの検知コイル21を使用した測定結果、図16、17は816.9kHzの検知コイル21を使用した測定結果を示す図である。また、図18には、これらの実験結果をまとめて示す。   12, 14, and 16 are diagrams illustrating impedance measurement results, and FIGS. 13, 15, and 17 are diagrams illustrating measurement results of changes in the phase angle of the impedance (phase difference) with respect to the phase angle of the resonance frequency, FIGS. 12 and 13 show the measurement results using the detection coil 21 having a resonance frequency of 5.01 kHz, FIGS. 14 and 15 show the measurement results using the detection coil 21 of 43.34 kHz, and FIGS. 16 and 17 show the detection coils of 816.9 kHz. It is a figure which shows the measurement result using 21. FIG. 18 collectively shows the results of these experiments.

これら図12から図18に示すように、測定対象が鉄である場合には、共振周波数が高くなると、SN比が低下し、測定対象が銅である場合には、共振周波数が高くなると、SN比が向上することが確認された。また、測定対象が鉄である場合には、共振周波数が低周波数である場合には、インピーダンスの位相差が正であるが(インピーダンスの位相が進んでいるが)、共振周波数が高周波数である場合には、インピーダンスの位相差が負である(インピーダンスの位相が遅れている)ことが確認された。また、測定対象が銅である場合には、いずれの共振周波数においても、インピーダンスの位相差が負である(インピーダンスの位相が遅れている)ことが確認された。   As shown in FIGS. 12 to 18, when the measurement object is iron, the SN ratio decreases when the resonance frequency increases, and when the measurement object is copper, the SN ratio decreases when the resonance frequency increases. It was confirmed that the ratio was improved. Also, when the object to be measured is iron, when the resonance frequency is low, the impedance phase difference is positive (although the impedance phase is advanced), the resonance frequency is high. In this case, it was confirmed that the phase difference of the impedance was negative (the phase of the impedance was delayed). Further, when the object to be measured was copper, it was confirmed that the impedance phase difference was negative (impedance phase was delayed) at any resonance frequency.

(実施の形態2の効果)
このように実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果に加えて、インピーダンスメータ23でインピーダンス又は位相角を測定することにより、発振器13、アンプ14、電流計15、及びロックインアンプ16を使用して電流を測定する場合に比べて、金属検知システム20を一層簡易かつ一層安価に構成することが可能になる。
(Effect of Embodiment 2)
As described above, according to the second embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the impedance or the phase angle is measured by the impedance meter 23, so that the oscillator 13, the amplifier 14, the ammeter 15, and the lock-in Compared to the case where the current is measured using the amplifier 16, the metal detection system 20 can be configured more simply and at a lower cost.

〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
[III] Modifications to Each Embodiment While each embodiment according to the present invention has been described above, the specific configuration and means of the present invention are the same as the technical idea of each invention described in the claims. Modifications and improvements can be arbitrarily made within the range. Hereinafter, such a modification will be described.

(解決しようとする課題や発明の効果について)
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、発明の実施環境や構成の細部に応じて異なる可能性があり、上述した課題の一部のみを解決したり、上述した効果の一部のみを奏することがある。さらに、本発明によって、上述していない課題を解決したり、上述していない効果を奏することもある。
(About problems to be solved and effects of the invention)
First, the problems to be solved by the invention and the effects of the invention are not limited to the above contents, and may vary depending on the implementation environment of the invention and the details of the configuration, and only a part of the problems described above. May be solved, or only some of the effects described above may be achieved. Furthermore, according to the present invention, problems not described above may be solved or effects not described above may be achieved.

(共振周波数について)
共振周波数としては、上述した第1の共振周波数や第2の共振周波数のような2種類の周波数以外にも、さらなる共振周波数を設定してもよい。
(Resonance frequency)
As the resonance frequency, in addition to the two types of frequencies such as the first resonance frequency and the second resonance frequency described above, a further resonance frequency may be set.

(測定順序について)
上記各実施の形態では、最初に低周波数で鉄を検知し、次に高周波数で銅を検知しているが、この測定順序を逆にしてもよい。すなわち、最初に高周波数で検知を行うことで、鉄又は銅の位置を特定し、次に低周波数で検知を行うことで、鉄の位置を特定し、この鉄の位置と最初に特定した鉄又は銅の位置とから銅の位置を特定してもよい。
(About measurement order)
In each of the above embodiments, iron is first detected at a low frequency and then copper is detected at a high frequency, but this measurement order may be reversed. That is, the position of iron or copper is first identified by performing detection at a high frequency, and then the position of iron is identified by performing detection at a low frequency, and this iron position and the first identified iron Alternatively, the copper position may be specified from the copper position.

(金属検知システムの構成について)
上述のように、第1の共振周波数や第2の共振周波数のように複数の共振周波数を利用する場合、インダクタンスの異なる複数の検知コイル11、21と、キャパシタンスの異なる複数のキャパシタ12、22を準備し、これらを相互に組み合わせる。この場合、複数の検知コイル11、21や複数のキャパシタ12、22を予め金属検知システム10、20に組み込み、スイッチ等の切り替え手段を用いて、所望の共振周波数に合致した検知コイル11、21やキャパシタ12、22を選択するようにしてもよい。
(About metal detection system configuration)
As described above, when using a plurality of resonance frequencies such as the first resonance frequency and the second resonance frequency, the plurality of detection coils 11 and 21 having different inductances and the plurality of capacitors 12 and 22 having different capacitances are provided. Prepare and combine them with each other. In this case, a plurality of detection coils 11 and 21 and a plurality of capacitors 12 and 22 are incorporated in the metal detection systems 10 and 20 in advance, and the detection coils 11 and 21 matched with a desired resonance frequency using a switching means such as a switch. The capacitors 12 and 22 may be selected.

また、金属検知システム10、20の実際の構成には、さらなる工夫を施すことができる。例えば、上述の実験のように、複数の測定位置で測定を行う場合には、これら複数の測定位置の各々に検知コイル11、21を容易に移動させるため、車輪付きの台車に、検知コイル11、21を含む金属検知システム10、20や電源を積載し、台車を移動させることで、検知コイル11、21を各測定位置に移動させるようにしてもよい。この際、例えば、台車の車輪の回転数に基づいて台車の移動距離を測定する距離測定手段を持たせ、この距離測定手段によって測定された移動距離に基づいて、検知コイル11、21の位置を決定してもよい。また、台車には、インピーダンスメータ23等の測定手段の測定結果を表示する表示部を設け、この表示部に表示された測定結果を見ながら台車を移動させることで、金属の位置をモニタリングしてもよい。また、台車には、インピーダンスメータ23等の測定手段の測定結果を記憶する記憶手段を設け、記憶手段にて磁気カード等の任意の記憶媒体に測定結果を記憶させ、この記憶媒体を取り出して外部機器への測定結果入力に使用できるようにしてもよい。   Further, further improvements can be applied to the actual configuration of the metal detection systems 10 and 20. For example, when the measurement is performed at a plurality of measurement positions as in the above-described experiment, the detection coils 11 and 21 are easily moved to each of the plurality of measurement positions. The detection coils 11 and 21 may be moved to the respective measurement positions by loading the metal detection systems 10 and 20 including the power supply 21 and the power source and moving the carriage. At this time, for example, a distance measuring means for measuring the moving distance of the carriage based on the rotation speed of the wheel of the carriage is provided, and the positions of the detection coils 11 and 21 are determined based on the moving distance measured by the distance measuring means. You may decide. Also, the carriage is provided with a display unit for displaying the measurement result of the measuring means such as the impedance meter 23, and the position of the metal is monitored by moving the carriage while observing the measurement result displayed on the display unit. Also good. Further, the carriage is provided with storage means for storing the measurement results of the measurement means such as the impedance meter 23, and the storage means stores the measurement results in an arbitrary storage medium such as a magnetic card, and the storage medium is taken out and externally stored. You may make it usable for the input of the measurement result to an apparatus.

また、共振周波数で設定した初期値に対するインピーダンスや位相角の変化に基づく測定を行う限りにおいて、その測定結果の判定方法や出力形態としては、種々の態様を取り得る。例えば、初期値に対するインピーダンスや位相角の変化に閾値を設定しておき、この閾値を超えるインピーダンスや位相角の変化が測定された場合には、アラーム音や表示灯による出力を行うことで、金属が検知された事実をユーザに報知してもよい。   In addition, as long as measurement is performed based on changes in impedance and phase angle with respect to the initial value set at the resonance frequency, various methods can be used as a determination method and output form of the measurement result. For example, a threshold value is set for the change in impedance or phase angle with respect to the initial value, and when an impedance or phase angle change exceeding the threshold value is measured, an alarm sound or an indicator lamp is used to output a metal. The user may be notified of the fact that is detected.

(金属検知装置の構成について)
また、これまでに説明した金属検知システム10は、金属検知装置として構成してもよい。例えば、筐体の内部に、発振器13、アンプ14、電流計15、ロックインアンプ16、及び線路18、19の機能を奏する回路等を一体に収容し、この筐体の外部に、検知コイル11やキャパシタ12を交換可能に配置すると共に発振器13等に線路17で接続してもよい。このような一体的な構成にすることで、建築現場等での検知作業を一層容易に行うことが可能となる。また、これまでに説明した金属検知システム20は、金属検知システムとして説明しているが、測定手段としてはインピーダンスメータ23のみを備えて簡易に構成されているため、金属検知装置を構成すると考えてもよい。
(About the configuration of the metal detector)
Moreover, you may comprise the metal detection system 10 demonstrated so far as a metal detection apparatus. For example, an oscillator 13, an amplifier 14, an ammeter 15, a lock-in amplifier 16, and circuits that perform the functions of the lines 18 and 19 are integrally housed inside the housing, and the detection coil 11 is placed outside the housing. Alternatively, the capacitor 12 may be replaced and connected to the oscillator 13 or the like via the line 17. With such an integrated configuration, it is possible to more easily perform detection work at a construction site or the like. Moreover, although the metal detection system 20 demonstrated so far is demonstrated as a metal detection system, since it comprises only the impedance meter 23 as a measurement means and is comprised simply, it thinks that it comprises a metal detection apparatus. Also good.

1 コンクリート体
2 埋設物
10、20 金属検知システム
11、21 検知コイル
11a、11b リッツ線
11c スペーサ
12、22 キャパシタ
13 発振器
14 アンプ
15 電流計
16 ロックインアンプ
17〜19、24〜28 線路
23 インピーダンスメータ
30 試験体
31 コンクリート体
32 CD管
33 ケーブル線
34 鉄筋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Concrete body 2 Embedded object 10, 20 Metal detection system 11, 21 Detection coil 11a, 11b Litz wire 11c Spacer 12, 22 Capacitor 13 Oscillator 14 Amplifier 15 Ammeter 16 Lock-in amplifier 17-19, 24-28 Line 23 Impedance meter 30 Test body 31 Concrete body 32 CD pipe 33 Cable line 34 Reinforcing bar

Claims (12)

金属を検知するためのシステムであって、
検知領域に配置された検知コイルと、
前記検知コイルに対して直列接続されたキャパシタと、
前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら検知コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属を検知する測定手段と、
を備える金属検知システム。
A system for detecting metal,
A detection coil arranged in the detection region;
A capacitor connected in series to the sensing coil;
Based on a change in magnitude or phase angle in impedance or current of the detection coil and the capacitor with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency at which the detection coil and the capacitor are in series resonance, the metal Measuring means for detecting,
A metal detection system comprising:
前記測定手段は、前記インピーダンスを測定するためのインピーダンスメータを有する、
請求項1に記載の金属検知システム。
The measuring means includes an impedance meter for measuring the impedance.
The metal detection system according to claim 1.
前記検知コイルを、リッツ線にて形成した、
請求項1又は2に記載の金属検知システム。
The detection coil was formed of litz wire.
The metal detection system according to claim 1 or 2.
前記測定手段は、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHz以下の周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄を検知する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の金属検知システム。
The measuring means is based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which a current is passed through the detection coil and the capacitor at a frequency of about 100 kHz or less that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. Detecting iron as the metal,
The metal detection system as described in any one of Claim 1 to 3.
前記測定手段は、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHzを超える周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄又は銅を検知する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の金属検知システム。
The measuring means is based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which a current is passed through the detection coil and the capacitor at a frequency exceeding about 100 kHz that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. Detecting iron or copper as the metal,
The metal detection system as described in any one of Claim 1 to 3.
前記測定手段は、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHz以下の周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄を検知し、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHzを超える周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化と、前記約100kHz以下の周波数による鉄の検知結果とに基づいて、前記金属としての銅を検知する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の金属検知システム。
The measuring means is based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which a current is passed through the detection coil and the capacitor at a frequency of about 100 kHz or less that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. The change in magnitude in the impedance or current with respect to a state in which current is passed through the detection coil and the capacitor at a frequency exceeding about 100 kHz that detects iron as the metal and causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. Detecting copper as the metal based on the change in phase angle and the detection result of iron at a frequency of about 100 kHz or less,
The metal detection system as described in any one of Claim 1 to 3.
前記測定手段は、前記検知コイルと前記キャパシタに流れる電流を測定するための電流計を有する、
請求項1に記載の金属検知システム。
The measurement means includes an ammeter for measuring a current flowing through the detection coil and the capacitor.
The metal detection system according to claim 1.
金属を検知するための装置であって、
検知領域に配置された検知コイルと、
前記検知コイルに対して直列接続されたキャパシタと、
前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら検知コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属を検知する測定手段と、
を備える金属検知装置。
A device for detecting metal,
A detection coil arranged in the detection region;
A capacitor connected in series to the sensing coil;
Based on a change in magnitude or phase angle in impedance or current of the detection coil and the capacitor with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency at which the detection coil and the capacitor are in series resonance, the metal Measuring means for detecting,
A metal detection device comprising:
金属を検知するための方法であって、
検知領域に検知コイルを配置する検知コイル配置工程と、
前記検知コイルに対してキャパシタを直列接続するキャパシタ接続工程と、
前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら検知コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属を検知する測定工程と、
を含む金属検知方法。
A method for detecting metal,
A detection coil arrangement step of arranging a detection coil in the detection region;
A capacitor connection step of connecting a capacitor in series to the detection coil;
Based on a change in magnitude or phase angle in impedance or current of the detection coil and the capacitor with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency at which the detection coil and the capacitor are in series resonance, the metal Measuring process to detect,
Metal detection method including.
前記測定工程において、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHz以下の周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄を検知する、
請求項9に記載の金属検知方法。
In the measurement step, based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency of about 100 kHz or less that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. Detecting iron as the metal,
The metal detection method according to claim 9.
前記測定工程において、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHzを超える周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄又は銅を検知する、
請求項9に記載の金属検知方法。
In the measurement step, based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency exceeding about 100 kHz that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. Detecting iron or copper as the metal,
The metal detection method according to claim 9.
前記測定工程において、
前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHz以下の周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化に基づいて、前記金属としての鉄を検知する第1測定工程と、
前記第1測定工程の後、前記検知コイルと前記キャパシタを直列共振させる約100kHzを超える周波数でこれら検知コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、前記インピーダンス又は電流における大きさの変化又は位相角の変化と、前記第1測定工程の測定結果とに基づいて、前記金属としての銅を検知する第2測定工程とを行う、
請求項9に記載の金属検知方法。
In the measurement step,
As the metal based on a change in magnitude or phase angle in the impedance or current with respect to a state in which a current is passed through the detection coil and the capacitor at a frequency of about 100 kHz or less that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. A first measurement step of detecting iron of
After the first measurement step, a change in magnitude or phase angle of the impedance or current with respect to a state in which current flows through the detection coil and the capacitor at a frequency exceeding about 100 kHz that causes the detection coil and the capacitor to resonate in series. Based on the change and the measurement result of the first measurement step, a second measurement step of detecting copper as the metal is performed.
The metal detection method according to claim 9.
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