JP2014029323A - 磁界分布検出装置、心磁計、および金属検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセンサヘッド間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる磁界分布検出装置、心磁計および金属検出装置を提供すること。
【解決手段】磁界分布検出装置７０は、計測する磁界に対して細長い磁路を提供するコア６２とこのコア６２に巻かれた検出コイル６３とからなる複数のセンサヘッド６１と、複数のセンサヘッド６１の何れかにそれぞれ接続された複数の駆動回路７１と、複数の駆動回路７１に接続され、複数の駆動回路７１に同一周波数を供給する１つの信号発生器６４と、を備え、センサヘッド６１が、磁壁の移動に起因する磁気雑音が生じないように直流電流を流した状態で、磁気モーメントが周期的に円周方向に傾くように、直流電流より小さな振幅を有する交流電流を通電する基本波型の磁気センサとして構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、検査対象中の磁気を検出する磁界分布検出装置、この磁界分布検出装置を備えた心磁計、および金属検出装置に関する。

従来、心磁計や金属検出装置等に搭載され、人体や製品の磁気を検出する磁界分布検出装置としては、磁気を検出する複数のセンサヘッドと、この複数のセンサヘッド毎に設けられた複数の駆動回路と、複数の駆動回路毎に設けられた信号発生器を備え、各信号発生器から供給された周波数で駆動周波数がセンサヘッドを駆動するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１９６７７３号公報

しかしながら、従来の磁界分布検出装置においては、複数のセンサヘッドがこのセンサヘッド毎の信号発生器で発生した周波数で駆動されているため、信号発生器から供給される周波数のドリフト等により複数のセンサヘッド間で駆動周波数が異なってしまう。この結果、センサヘッド同士が電気的な干渉を起こし、磁気の検出感度が低下してしまうという問題があった。

具体的には、２つのセンサヘッドがそれぞれ異なる周波数ｆ１［Ｈｚ］、ｆ２［Ｈｚ］で励磁され、２つのセンサヘッドが近接配置されている場合、図１４に示すように、線スペクトル性の干渉出力が発生するという問題があった。この干渉の問題は、低雑音化がなされた基本波で動作するフラックスゲートにおいて顕著に観測される。

図１４において、ｆ１−ｆ２＝５０４［Ｈｚ］であり、干渉出力は、５０４Ｈｚ、１００８Ｈｚ、１５１２Ｈｚにおいて出現している。この干渉出力は、センサヘッドの数が少なく、また計測したい周波数帯域が例えば２０Ｈｚ以下といった低周波側に設定されている場合には、敢えて周波数をずらして計測周波数帯域で生じないようにすることが可能である。しかし、センサヘッドの数が多い場合には、これらの手法により干渉を回避することは困難である。

このような干渉は、微量ではあるが近接するセンサヘッドから漏洩する励磁磁界が相互に影響を及ぼし合ってビートが発生することが原因となって発生する。また、干渉は、センサヘッドを近接配置しない場合であっても、センサヘッドや駆動回路の温度が異なること等によりセンサヘッドの駆動周波数が異なる場合に一定程度発生し得る。

本発明は、上述のような従来の課題を解決するためになされたもので、複数のセンサヘッド間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる磁界分布検出装置、心磁計および金属検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る磁界分布検出装置は、計測する磁界に対して細長い磁路を提供するコアと該コアに巻かれた検出コイルとからなる複数のセンサヘッドと、前記複数のセンサヘッドの何れかにそれぞれ接続された複数の駆動回路と、前記複数の駆動回路に接続され、前記複数の駆動回路に同一周波数を供給する１つの信号発生器と、からなる磁界検出ユニットを備え、前記センサヘッドが、磁壁の移動に起因する磁気雑音が生じないように直流電流を流した状態で、磁気モーメントが周期的に円周方向に傾くように、前記直流電流より小さな振幅を有する交流電流を通電し、出力が前記交流電流と同じ周波数の基本波となる直交フラックスゲートセンサ（基本波型直交フラックスゲートセンサ）として構成されたことを特徴とする。

この構成により、磁界検出ユニットに含まれる複数のセンサヘッドが１つの信号発生器から供給された同一周波数で駆動されるので、複数のセンサヘッド間の干渉が防止される。したがって、複数のセンサヘッド間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる。

また、本発明に係る磁界分布検出装置は、前記磁界検出ユニットを複数個備え、個々の磁界検出ユニットに割り当てられる信号発生器の周波数は、各磁界検出ユニット間の各信号発生器の周波数の偏差が、検出対象とする磁界の周波数域から外れる値となる条件を満たすように設定されていることを特徴とする。

この構成により、１つの信号発生器によって駆動される複数の駆動回路および複数のセンサヘッドを備えた磁界検出ユニット毎に交換できるので、容易にメンテナンスを行うことができる。また、各磁界検出ユニット間での各信号発生器の周波数の偏差が、検出対象とする磁界の周波数域の範囲外となるように信号発生器の周波数が設定されているので、各信号発生器の周波数のビート成分が発生しても検出範囲外となり、各磁界検出ユニット間での干渉による誤動作が防止される。

したがって、各磁界検出ユニット間で駆動周波数が異なる複数の信号発生器を用いた場合でも、個々の磁界検出ユニットにおいては複数のセンサヘッドが１つの信号発生器から供給される同一周波数で駆動されているので、複数のセンサヘッド間の干渉を防止するとともに各磁界検出ユニット間の干渉を防止して、高感度に磁気検出を行うことができる。

また、本発明に係る磁界分布検出装置は、前記個々の磁界検出ユニットに割り当てられる信号発生器の周波数が、いずれか２個の磁界検出ユニットに割り当てられる各信号発生器の周波数をそれぞれｆｉ、ｆｊ（≠ｆｉ）とした場合に、いずれの周波数ｆｉ、ｆｊに対しても｜ｆｉ−ｆｊ｜＜０．１Ｈｚ、または｜ｆｉ−ｆｊ｜＞１００Ｈｚのいずれか一方の条件を満たすように設定されていることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る磁界分布検出装置を、例えば心磁計として利用した場合に、０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲の心磁界の計測を問題なく行うことができる。

また、本発明に係る心磁計は、前記磁界分布検出装置と、該磁界分布検出装置の複数のセンサヘッドを格子状に配置された状態で支持する平板状の支持部材と、を備え、前記複数のセンサヘッドにより心磁界を計測することを特徴とする。

この構成により、磁界分布検出装置を備えた心磁計において、複数のセンサヘッド間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる。また、複数のセンサヘッド間の干渉を防止できるので、磁界の空間分布を良好に計測することができる。また、複数のセンサヘッドの配置を２次元化したことにより、心磁界を良好に計測することができる。また、本発明に係る心磁計は、磁気センサとして基本波型直交フラックスゲートセンサを用いているので、常温で心磁界を計測することができる。

また、本発明に係る金属検出装置は、被検査物を搬送路内で搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送される被検査物中の金属を磁化する着磁手段と、前記磁界分布検出装置を有し、該磁界分布検出装置の複数のセンサヘッドを、前記被検査物の搬送方向と直交する直交方向に鋭指向性を有するように配置し、前記着磁手段により着磁された被検査物中の金属の残留磁気成分を前記センサヘッドにより検出する検出ヘッドと、前記搬送路の一部を包囲するように前記検出ヘッドの前記直交方向の両端に配置され、前記検出ヘッドの内部に侵入するノイズを遮蔽する磁気シールドと、前記検出ヘッドの複数のセンサヘッドからの検出信号に基づいて前記被検査物中の金属の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、磁界分布検出装置を備えた金属検出装置において、複数のセンサヘッド間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる。

本発明によれば、複数のセンサヘッド間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる磁界分布検出装置、心磁計および金属検出装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る磁界分布検出装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る磁界分布検出装置の回路構成図である。 本発明の他の実施の形態に係る磁界分布検出装置の回路構成図である。 （ａ）、（ｂ）は、センサヘッドの検出コイルの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る磁界分布検出装置の効果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る心磁計の斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る心磁計の斜視図である。 本発明の更に他の実施の形態に係る心磁計の上面図である。 本発明の実施の形態に係る金属検出装置の斜視図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係る金属検出装置の上面図であり、（ｂ） は（ａ）のＣ−Ｃ'断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ'断面図である。 本発明の実施の形態に係る金属検出装置のセンサヘッドからの検出信号を 示す図である。 本発明の実施の形態に係る金属検出装置のセンサヘッドを配列方向に対し て所定角度傾斜して配置した場合を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る金属検出装置の要部の斜視図である。 従来の磁界分布検出装置の干渉出力を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

［磁界分布検出装置］
図１〜図５は、本発明に係る磁界分布検出装置の実施の形態を示す図である。

図１に示すように、磁界分布検出装置７０は、人体や製品中の磁気の検出に用いられるものであり、複数のセンサヘッド６１と、複数のセンサヘッド６１の何れかにそれぞれ接続された複数の駆動回路７１と、複数の駆動回路７１に接続され、複数の駆動回路７１に同一周波数を供給する１つの信号発生器６４とを備えている。また、磁界分布検出装置７０は、信号発生器６４と駆動回路７１とを接続する信号線７２と、センサヘッド６１と駆動回路７１とを接続する信号線７３と、を備えている。

本実施の形態では、磁界分布検出装置７０は、図１において一点鎖線で示すように、複数のセンサヘッド６１と、複数の駆動回路７１と、１つの信号発生器６４と、各信号線７２，７３とが、１つのユニット７０Ａ（以下、便宜上、「磁界検出ユニット」という。）を形成するよう構成されている。すなわち、磁界分布検出装置７０は、１つの構成体として磁界検出ユニット７０Ａ毎に交換可能となっている。なお、以下の記載において、特に定義しない限り、磁界検出ユニット７０Ａは、磁界分布検出装置７０と同義であるものとする。

本実施の形態に係る磁界分布検出装置７０は、直交型フラックスゲートセンサの一つである基本波型直交フラックスゲートセンサ（ＯＦＧセンサ）」として構成されている。

ここで、フラックスゲートセンサとは、冷却や加熱の必要がなく、静磁界から低周波の周波数帯で１ｐＴ〜地磁気レベル（５０μＴ前後）の磁界が計測可能な小型高感度センサである。フラックスゲートセンサにおいては、計測したい磁界に対して、細長い磁路を提供するコアと、このコアに巻かれた検出コイルがセンサヘッドの基本要素となっている。

フラックスゲートセンサとしては、静磁界が計測できるようにコアの透磁率を周期的に変調する方法が異なる２つのタイプ、すなわち、直交型フラックスゲートセンサと、平行型フラックスゲートセンサとがある。

このうち、コアの磁気モーメントがコアの長手方向に対して直交するように交流駆動してコアの透磁率を変調するタイプのものは、直交型フラックスゲートセンサと呼ばれている。直交型フラックスゲートセンサの場合、磁性ワイヤに直接交流電流を通電することにより透磁率を変調することができるため、センサヘッドの構成を簡単にできるという利点がある。

また、交流励磁電流にその振幅値程度あるいはそれ以上の直流電流を重畳することにより、検出コイルに誘起する信号電圧の周波数が励磁周波数の基本波（従来のフラックスゲートセンサでは２倍周波）となり、回路が簡略化され、感度が増大し、コアの雑音が抑制される等の利点がある（文献：電気学会マグネティックス研究会：ＭＡＧ−０８-１３３負帰還構成にした基本波型直交フラックスゲートの動作と特性。笹田一郎、村上雅則（九州大学））。

本実施の形態では、出力の線形性と感度の校正の容易化のために、Ｕ字形センサヘッドを用いた基本波型直交フラックスゲートセンサを対象として負帰還構成にする方法を採用している。

また、コアの長手方向に数十〜数百ｋＨｚの交流磁界を印加して透磁率を変調するタイプのものは、平行型フラックスゲートセンサと呼ばれている。平行型フラックスゲートセンサは、変調に使用する交流励磁磁界と計測する磁界が平行または反平行であるために、通常はコアを２つ用いて交流励磁磁界を打ち消すように構成される。平行型フラックスゲートセンサでは、交流磁界を印加するための励磁コイルが必要になる。

本実施の形態の磁界分布検出装置７０は、図２に示すように、センサヘッド６１が、コア６２と、検出コイル６３とから構成されている。また、駆動回路７１は、前置増幅器６５と、同期検波部回路６６と、誤差増幅器６７とを有している。

なお、図１、図２に示す例では、複数の駆動回路７１およびセンサヘッド６１が１つの信号発生器６４に対して並列に接続されているが、図３に示すように、複数の駆動回路７１およびセンサヘッド６１が１つの信号発生器６４に対して直列に接続されるように構成してもよい。このような直列接続とすることにより、消費電力を低減することができる。

磁界分布検出装置７０は、入力磁界に対してそれを打ち消すコイルを検出コイル６３として設け、高感度センサで残余磁界を検出し、残余磁界がほぼゼロになるようにして、入力磁界を打ち消すのに使用した電流の大きさから入力磁界の大きさを検出するゼロ位法を採用した負帰還構成となっている。ゼロ位法を採用した負帰還構成においては、ゼロ点部分のリニアリティーが良く、ダイナミックレンジが広くなるという利点がある。

センサヘッド６１はＵ字形のアモルファス磁性ワイヤをコア６２として採用しており、検出コイル６３は一端を低抵抗で接地している。構造を簡単にするために検出コイル６３は、負帰還コイルとしても使用している。コア６２の励磁電流は、簡単のために５０Ωの出力抵抗を有する信号発生器６４から直接供給している。

センサヘッド６１の励磁は、１００ｋＨｚの正弦波電圧に所要の直流バイアス電圧を重畳させて行っている。この励磁によって検出コイル６３に誘起される電圧は、励磁周波数と同じ１００ｋＨｚの交流信号であるので、キャパシタＣ１および抵抗器Ｒ１を介しての交流結合によって前置増幅器６５に入力され、同期検波部回路６６において平衡復調された後、後段の平滑フィルタ（カットオフ周波数≒１００Ｈｚ）を通して直流信号に変換されるようになっている。

変換された直流信号は、０Ｖを参照電圧とする帯域制限された誤差増幅器６７によって増幅され、比較的高い抵抗値を有する抵抗器Ｒｆを介して検出コイル６３に、上記の誘起電圧をキャンセルするための負帰還電流として重畳されるようになっている。ここで、抵抗器Ｒｆの抵抗値を高くする理由は、負帰還電流を高感度で電圧に変換するためと、検出コイル６３から見て帰還回路が負荷にならないようにするためである。

前置増幅器６５の入力側と負帰還回路側の誤差増幅器６７の時定数の選択は、１／（Ｃ１Ｒ１）＞１０／（Ｃ２Ｒ２）の範囲で設定している。抵抗器Ｒｆの両端の電圧は、図示しないボルテージフォロワーで抽出した後、引き算回路および６０Ｈｚのノッチフィルタを通して出力している。

センサヘッド６１は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、アモルファス線から構成されるコア６２をＵ字形にすることにより、コア６２の左右の各脚部で入力磁界と無関係に発生する磁束変化が打ち消され、オフセットが発生するのを防止することができるように構成されている。

なお、センサヘッド６１のコア６２の長さは、１．５〜３ｃｍ程度とするのが最適である。コア６２を長くすると分解能を高く指向性を鋭くすることができる一方、中央部の感度が低下してしまうことがあるが、コア６２の先端の一方の近傍に計測したい磁界源が位置するようにして使用すれば、感度低下の影響が問題となることはない。
また、センサヘッド６１は、直交型フラックスゲートセンサに限定されるものではなく、磁気インピーダンスセンサ（ＭＩセンサ）のような所定の方向に鋭指向性を有することのできる磁気センサであってもよい。

このように構成された磁界分布検出装置７０においては、全てのセンサヘッド６１が同一周波数で駆動されるので、複数のセンサヘッド６１を近接配置した場合であっても、図５に示すように、いずれの周波数にも干渉出力が発生することがない。

以上のように、本実施の形態に係る磁界分布検出装置７０は、計測する磁界に対して細長い磁路を提供するコア６２とこのコア６２に巻かれた検出コイル６３とからなる複数のセンサヘッド６１と、複数のセンサヘッド６１の何れかにそれぞれ接続された複数の駆動回路７１と、複数の駆動回路７１に接続され、複数の駆動回路７１に同一周波数を供給する１つの信号発生器６４と、からなる磁界検出ユニット７０Ａを備えている。また、センサヘッド６１は、磁壁の移動に起因する磁気雑音が生じないように直流電流を流した状態で、磁気モーメントが周期的に円周方向に傾くように、直流電流より小さな振幅を有する交流電流を通電する基本波型直交フラックスゲートセンサとして構成されている。

この構成により、磁界検出ユニット７０Ａに含まれる複数のセンサヘッド６１が１つの信号発生器６４から供給された同一周波数で駆動されるので、センサヘッド６１間の干渉が防止される。したがって、複数のセンサヘッド６１間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる。

また、本実施の形態に係る磁界分布検出装置７０は、複数のセンサヘッド６１を備えた磁界検出ユニット７０Ａを複数個並べるようにしてもよい。この構成により、複数のセンサヘッド６１を磁界検出ユニット７０Ａ毎に交換することができるので、メンテナンスを容易に行うことができる。ただし、磁界検出ユニット７０Ａを複数個並べて磁界分布検出装置７０とする場合、以下の点に留意する必要がある。

すなわち、複数個の磁界検出ユニット７０Ａ間で各信号発生器６４の周波数のビート成分が発生しても各磁界検出ユニット７０Ａ間で干渉が起きないようにする必要があり、このためには、各磁界検出ユニット７０Ａ間での各信号発生器６４の周波数の偏差が、検出対象とする磁界の周波数域の範囲外となるように各信号発生器６４の周波数を設定する必要がある。

このように、複数個の磁界検出ユニット７０Ａ間での各信号発生器６４の周波数の偏差を、干渉信号が問題とならない周波数域に設定することにより、検出対象とする磁界の計測を問題なく行うことができる。なお、各信号発生器６４の具体的な周波数の設定例については、後述する心磁計８０および金属検出装置１０に関連させて説明する。

［心磁計］
図６は、本発明に係る心磁計の実施の形態を示す図であり、前述の磁界分布検出装置７０を備えている。なお、図６においては、既に説明した磁界分布検出装置７０の一部の構成の図示を省略している。

図６に示すように、心磁計８０は、複数のセンサヘッド６１を備えた磁界分布検出装置７０と、この磁界分布検出装置７０の複数のセンサヘッド６１を格子状に配置された状態で支持する平板状の支持部材８１と、を備えている。各センサヘッド６１は、各信号線７３を介してそれぞれ対応する駆動回路７１（図１参照）に接続され、さらに各信号線７２を介して１つの信号発生器６４に接続されている。また、各信号線７３は支持部材８１の一方の面側（図６においては上方）で束ねられて、それぞれ対応する駆動回路７１に接続されている。

また、心磁計８０は、センサヘッド６１へのノイズの侵入を防止する必要があるため、図示しない適切な磁気シールドルームまたは磁気シールド内に設置されるか、あるいは適切な磁気シールドと複数のセンサヘッド６１が組み合わされることで、心臓磁界（以下、単に「心磁界」ともいう。）を計測するようになっている。

支持部材８１は、平板状に形成されており、複数のセンサヘッド６１を、例えば６×６（６行６列）の正方格子状（アレイ状）に配置された状態で支持している。各行方向および各列方向に並ぶ各センサヘッド６１の間隔を、例えば３ｃｍとすると、支持部材８１は、少なくとも一辺が１５ｃｍ（＝３ｃｍ×５）の正方形状の大きさの平板を必要とする。実際には、この大きさの平板の周囲に、構造強化のための２〜３ｃｍ程度の縁部が設けられる。各センサヘッド６１は、支持部材８１の面に対して垂直となる姿勢で配置されている。換言すると、心磁計８０は、複数のセンサヘッド６１からなるセンサアレイを備えている。

支持部材８１により支持されたセンサヘッド６１は、検査対象である横臥した被験者の胸壁上に近接して固定されるようになっている。そして、被験者の例えば両腕に取り付けられた電極で心電図波形を検出し、その波形に同期して必要に応じて１分〜数分間程度心磁計測が加算されるようになっている。

心磁計８０が計測する心磁界は、被験者の心房および心室の収縮と拡張に同期して発生する微弱な磁界であり、大きくとも１００ｐＴ程度の磁界である。心磁界は、体表面で観測でき、その２次元マッピング等による可視化や、逆問題解法による電流源の推定が容易であることが、心電図に比べて優位な点である。このため、心筋梗塞等の早期発見に有利とされている。

しかし、従来の技術においては、磁気センサとして極低温（例えば、４ケルビン）に冷却が必要な超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）磁束計を用いた心磁計しか製品化されておらず、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた心磁計は、液体ヘリウムによる冷却装置を必要とし、大型で高価になるため、その普及が進んでいなかった。

心磁界は、およそ１ｐＴ〜１００ｐＴ程度の値であるため、室温で動作する基本波型直交フラックスゲート（ＯＦＧ）型の磁界分布検出装置７０を備えた本実施の形態の心磁計８０によって、複数のセンサヘッド６１からの検出信号を平均化することにより計測することができる。

以上のように、本実施の形態に係る心磁計８０は、磁界分布検出装置７０と、この磁界分布検出装置７０の複数のセンサヘッド６１を格子状に配置された状態で支持する平板状の支持部材８１と、を備えている。この心磁計８０は、センサヘッド６１の内部に侵入するノイズを遮蔽するために、図示しない磁気シールドルーム内に設置された、あるいは適切な磁気シールドと組み合わせた複数のセンサヘッド６１により心磁界を計測するようになっている。

この構成により、磁界分布検出装置７０を備えた心磁計８０において、複数のセンサヘッド６１間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる。また、複数のセンサヘッド６１間の干渉を防止することができるので、磁界の空間分布を良好に計測することができる。また、複数のセンサヘッド６１の配置を２次元化したことにより、心磁界を良好に計測することができる。

また、本実施の形態に係る心磁計８０は、センサヘッド６１として基本波型直交フラックスゲート（ＯＦＧ）センサを用いているので、常温で心磁界を計測することができる。従来の技術においては、極低温に冷却が必要なＳＱＵＩＤ磁束計を用いて心磁界を計測しており、大掛かりな冷却装置を必要とするため、心磁計を含めた装置全体が大型化し、比較的高価格となっている。本実施の形態に係る心磁計８０は、このような問題を解消することができる。

上述した実施の形態に係る心磁計８０においては、磁界分布検出装置７０に含まれる１つの信号発生器６４から供給された同一周波数で複数のセンサヘッド６１を駆動するようにしたが、これに限らず、以下に説明する実施の形態のように複数の信号発生器６４を用いて複数のセンサヘッド６１を駆動するようにしてもよい。
また、センサヘッド６１は、直交型フラックスゲートセンサに限定されるものではなく、磁気インピーダンスセンサ（ＭＩセンサ）のような所定の方向に鋭指向性を有することのできる磁気センサであってもよい。

図７は、本発明の他の実施の形態に係る心磁計８０ａの概略構成を示す斜視図である。図７に示すように、心磁計８０ａは、前述の磁界分布検出装置７０（図１参照）と同じ構成を有する磁界検出ユニットを複数個並べた構成を有している。

具体的には、心磁計８０ａは、６個の磁界検出ユニット７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ，７０Ｆと、各磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆの複数のセンサヘッド６１をそれぞれ一方向のアレイ状に配置された状態で支持する平板状の支持部材８２と、を備えている。なお、図７において、５個の磁界検出ユニット７０Ｂ〜７０Ｆについては、複数の駆動回路７１および１つの信号発生器６４の図示を省略している。

この心磁計８０ａにおいて、個々の磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆに割り当てられる信号発生器６４の周波数は、各磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ間の各信号発生器６４の周波数の偏差が、検出対象とする心磁界の周波数域から外れる値となる条件を満たすように設定されている。

具体的には、個々の磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆに割り当てられる信号発生器６４の周波数は、いずれか２個の磁界検出ユニット（例えば、磁界検出ユニット７０Ａ，７０Ｂ）に割り当てられる各信号発生器６４の周波数をそれぞれｆｉ、ｆｊ（≠ｆｉ）とした場合に、いずれの周波数ｆｉ、ｆｊに対しても｜ｆｉ−ｆｊ｜＜０．１Ｈｚ、または｜ｆｉ−ｆｊ｜＞１００Ｈｚのいずれか一方の条件を満たすように設定されている。

このような周波数の条件設定を行うのは、上述した心磁計８０ａの検出対象とする心磁界の周波数域が概ね０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚであるからである。つまり、各磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ間で各信号発生器６４の周波数のビート成分が発生しても干渉出力が発生しないようにするために、上記の周波数の条件設定を行っている。

この構成により、本実施の形態に係る心磁計８０ａは、複数のセンサヘッド６１を磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ毎に交換できるので、メンテナンスを容易に行うことができる。

また、各磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ間の各信号発生器６４の周波数の偏差｜ｆｉ−ｆｊ｜が、検出対象とする心磁界の周波数域（概ね０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚ）の範囲外となるように各信号発生器６４の周波数が設定されているので、各磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ間で各信号発生器６４の周波数のビート成分が発生しても、各磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ間での干渉が防止される。

したがって、本実施の形態に係る心磁計８０ａは、各磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ間で駆動周波数が異なる複数の信号発生器６４を用いても、個々の磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆにおいては複数のセンサヘッド６１が１つの信号発生器６４から供給される同一周波数で駆動されているので、複数のセンサヘッド６１間の干渉を防止するとともに各磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ間の干渉を防止して、高感度に磁気検出を行うことができる。

すなわち、複数個の磁界検出ユニット７０Ａ〜７０Ｆ間の各信号発生器６４の周波数の偏差｜ｆｉ−ｆｊ｜を、干渉信号が問題とならない周波数域である０．１Ｈｚ未満または１００Ｈｚ超過に設定することにより、０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲の心磁界の計測を問題なく行うことができる。

図８は、本発明の更に他の実施の形態に係る心磁計８０ｂの概略構成を示す上面図である。図８に示すように、心磁計８０ｂは、前述の磁界分布検出装置７０（図１参照）と同じ構成を有する磁界検出ユニットを複数個並べた構成を有している。

具体的には、心磁計８０ｂは、４個の磁界検出ユニット７０Ｇ，７０Ｈ，７０Ｉ，７０Ｊと、各磁界検出ユニット７０Ｇ〜７０Ｊの複数のセンサヘッド６１をそれぞれ３×３の正方格子状（アレイ状）に配置された状態で支持する平板状の支持部材８３と、を備えている。なお、図８に示す例では、各磁界検出ユニット７０Ｇ〜７０Ｊを構成する部材のうち、複数の駆動回路７１および１つの信号発生器６４についてはその図示を省略している。

この心磁計８０ｂにおいても、上述した心磁計８０ａと同様の周波数の条件設定を行っている。すなわち、個々の磁界検出ユニット７０Ｇ〜７０Ｊに割り当てられる信号発生器６４の周波数は、いずれか２個の磁界検出ユニット（例えば、磁界検出ユニット７０Ｇ，７０Ｈ）に割り当てられる各信号発生器６４の周波数をそれぞれｆｉ、ｆｊ（≠ｆｉ）とした場合に、いずれの周波数ｆｉ、ｆｊに対しても、各信号発生器６４の周波数の偏差｜ｆｉ−ｆｊ｜が心磁界の周波数域（概ね０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚ）から外れる値となる条件、すなわち、｜ｆｉ−ｆｊ｜＜０．１Ｈｚ、または｜ｆｉ−ｆｊ｜＞１００Ｈｚのいずれか一方の条件を満たすように設定されている。

したがって、本実施の形態に係る心磁計８０ｂは、上述した心磁計８０ａと同様の作用効果を奏することができる。

［金属検出装置］
図９〜図１２は、本発明に係る金属検出装置の実施の形態を示す図であり、前述の磁界分布検出装置７０を備えている。なお、図９〜図１２においては、既に説明した磁界分布検出装置７０の一部の構成の図示を省略している。

図９、図１０に示すように、金属検出装置１０は、被検査物Ｗを搬送路２０ａ内で搬送するコンベア２０と、被検査物Ｗ中の金属ｍを磁化する着磁部３０と、被検査物Ｗの搬送方向と直交する直交方向（矢印Ｂで示す）に鋭指向性を有するとともに、直交方向に複数配列されたセンサヘッド６１を有し、着磁部３０により着磁された被検査物Ｗ中の金属ｍの残留磁気の直交方向の成分を検出する検出ヘッド４０と、検出ヘッド４０の直交方向の両端に配置され、検出ヘッド４０の内部に侵入するノイズを遮蔽する磁気シールド４９と、検出ヘッド４０の複数のセンサヘッド６１からの検出信号に基づいて被検査物Ｗ中の金属ｍの有無を判定する判定手段５３と、を備えている。

被検査物Ｗは、例えば、包装材で包装された任意の製品、例えば包装容器内に食品を収容し、直方体形状の包装箱の表面に磁化可能な個体識別用のラベル若しくはタグ、おまけのカード等を貼付又は添付したものである。被検査物Ｗは、金属異物、あるいは、包装箱内に薬品と磁性インクで印刷された磁気印刷物を収納したものである。

コンベア２０は、無端状のベルト２１を複数対の搬送ローラ２２ａ、２２ｂ、２３ａおよび２３ｂに巻回し、そのベルト２１の上走部の上面によって検出ヘッド４０の入口側から出口側へと被検査物Ｗを搬送するようになっている。

搬送路２０ａの検出ヘッド４０より上流側の所定位置には、搬送路２０ａを挟んで上下に対向する公知の着磁部３０が設置されている。着磁部３０は、上下方向に磁界を印加するための図示しない磁石を備えたものである。

これにより、被検査物Ｗは、磁気検出領域４５より上流側の位置で着磁部３０により直流磁界を印加され、被検査物Ｗ内の金属ｍが所定の残留磁化レベルで磁化されるようになっている。

なお、着磁部３０は、検出ヘッド４０により被検査物Ｗ内の金属ｍをより高精度で検出するために設けられたものであるが、金属検出装置１０の外部で予め磁化されるなどして、被検査物Ｗ内の金属ｍが磁気検出に足る磁性を有するような場合には、着磁部３０が設置される必要はなく、着磁部３０を設けない装置構成とすることができる。

また、複数のセンサヘッド６１が列設される直交方向は、厳密に９０°に限定されるものではなく、ノイズの影響を受けない範囲であれば許容される。例えば、その範囲は±３０°である。

検出ヘッド４０は、被検査物Ｗの搬送路２０ａを挟んで上下に対向するように配置された上側ヘッド４１と下側ヘッド４２とから構成されている。上側ヘッド４１には、複数のセンサヘッド６１が、被検査物Ｗの搬送方向と直交する矢印Ｂで示す直交方向に列設されている。また、下側ヘッド４２にも同様に、複数のセンサヘッド６１が、被検査物Ｗの搬送方向と直交する直交方向にそれぞれ列設されている。

検出ヘッド４０の上側ヘッド４１と下側ヘッド４２に挟まれた領域は、コンベア２０により矢印Ａの方向に搬送される被検査物Ｗが通過する磁気検出領域４５を形成している。

検出ヘッド４０の直交方向の両端には、図９、図１０（ａ）に示すように、検出ヘッド４０の内部の磁気検出領域４５に侵入するノイズを遮蔽する磁気シールド４９が設けられている。図９、図１０（ａ）に示す例では、磁気シールド４９は、被検査物Ｗの搬送方向と直交する方向である矢印Ｂで示す方向（ベルト２１の幅方向）の両端部を含み巻回されるように搬送路２０ａを囲んで設けられている。

複数のセンサヘッド６１は、図１０（ｂ）に示すように、被検査物Ｗの搬送方向である矢印Ａで示す方向に直交する面内方向（以下、感度方向ともいう）に鋭指向性を有するように配置されている。このため、センサヘッド６１は、被検査物Ｗ中の金属ｍの磁束のうち、この直交方向の成分のみを検出することができる。

本実施の形態では、センサヘッド６１は、図２に示す直交型フラックスゲートセンサから構成されている。センサヘッド６１として、直交型フラックスゲートセンサを用いることで、小型軽量化が可能になるとともに、センサヘッド６１自身が外部からの振動によりノイズを発生することを防止することができる。

なお、センサヘッド６１は、直交型フラックスゲートセンサに限定されるものではなく、磁気インピーダンスセンサ（ＭＩセンサ）のような所定の方向に鋭指向性を有することのできる磁気センサであってもよい。

また、金属検出装置１０は、ＡＤ変換手段５２、判定手段５３および結果表示手段５４を有する制御部５０を備えている。制御部５０は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェース回路に加えて、不揮発性メモリとしてのＥＥＰＲＯＭやハードディスク等を含んで構成されており、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク等に格納された所定の金属検出制御プログラムに従って、検出ヘッド４０からの検出信号やＥＥＰＲＯＭに不揮発に記憶保持された判定用閾値等に基づいて、被検査物Ｗに金属ｍが混入しているか否かの判定を実行するようになっている。

複数のセンサヘッド６１からの検出信号は、センサヘッド６１毎に個別に設けられたＡＤ変換手段５２に信号線５１を介してそれぞれ入力されるようになっており、被検査物Ｗが磁気検出領域４５を通過する間、各センサヘッド６１からの検出信号が、ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換され、センサヘッド６１毎に個別に設けられた判定手段５３により予め設定された判定用閾値を参照して金属の有無が判定されるようになっている。また、判定手段５３による判定結果は、結果表示手段５４により表示されるようになっている。

判定手段５３は、検出ヘッド４０の複数のセンサヘッド６１からの検出信号に基づいて被検査物Ｗ中の金属ｍの有無を判定するだけでなく、複数のセンサヘッド６１からの検出信号の強度を比較することにより、被検査物Ｗ中の金属ｍの矢印Ｂで示す直交方向における位置を算出し、結果表示手段５４に出力するようになっている。

また、判定手段５３は、上側ヘッド４１のセンサヘッド６１の検出信号と、下側ヘッド４２のセンサヘッド６１の検出信号との信号強度の違い（差または比）に基づいて、被検査物Ｗ中の金属ｍの矢印Ｈで示す上下方向における位置を算出し、結果表示手段５４に出力するようになっている。

図９、図１０を参照して説明した金属検出装置１０の動作に関しては、まず、被検査物Ｗが磁気検出領域４５を通過すると、図１１に示すように、各センサヘッド６１からの検出信号が、ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換され、センサヘッド６１毎に個別に設けられた判定手段５３に入力されるようになっている。

各センサヘッド６１からの検出信号を、それぞれ検出信号４１ａｓ〜４１ｅｓ、４２ａｓ〜４２ｅｓとすると、判定手段５３は、検出信号４１ａｓ〜４１ｅｓ、４２ａｓ〜４２ｅｓのそれぞれについて、判定用閾値との比較を行い、判定用閾値を超えている検出信号があれば、金属ｍが混入している旨の判定結果を結果表示手段５４に出力するようになっている。

また、判定手段５３は、判定用閾値を超えている検出信号に対応するセンサヘッド６１の配置場所に金属ｍが混入していると判断し、被検査物Ｗ中の金属ｍの矢印Ｂで示す直交方向における位置を算出し、結果表示手段５４に出力するようになっている。

さらに、判定手段５３は、判定用閾値を超えている検出信号に対応するセンサヘッド６１の配置場所に金属ｍが混入していると判断し、上側ヘッド４１のセンサヘッド６１の検出信号４１ａｓ〜４１ｅｓと、下側ヘッド４２のセンサヘッド６１の検出信号４２ａｓ〜４２ｅｓとの信号強度の違い（差または比）に基づいて、被検査物Ｗ中の金属ｍの矢印Ｈで示す上下方向における位置を算出し、結果表示手段５４に出力するようになっている。

結果表示手段５４は、判定結果を受け取ると、被検査物Ｗにおける金属ｍの混入の有無および位置を表示するようになっている。

なお、図１２に示すように、磁気シールド４９は、ベルト２１の幅方向の両端だけではなく上下方向（図９、図１０（ｃ）に矢印Ｈで示す）の両端部にも配置され、搬送路を囲んで一体的に構成されている。

この場合、金属ｍの磁化による磁力線は、磁気シールド４９の近傍では磁気シールド４９に直角に吸い寄せられる。このため、各センサヘッド６１と磁気シールド４９とを近接して配置する場合は、それぞれセンサヘッド６１の配列方向に対してセンサヘッド６１を角度αもしくは−αだけ傾斜して配置することにより感度を得ることができる。なお、図１２に示す例では、センサヘッド６１の配列方向をベルト２１の幅方向と略一致する一直線としているが、これに限定されない。

以上のように、本実施の形態に係る金属検出装置１０は、被検査物Ｗを搬送路２０ａ内で搬送するコンベア２０と、このコンベア２０により搬送される被検査物Ｗ中の金属ｍを磁化する着磁部３０と、磁界分布検出装置７０を有し、この磁界分布検出装置７０の複数のセンサヘッド６１を、被検査物Ｗの搬送方向と直交する直交方向に鋭指向性を有するように配置し、着磁部３０により着磁された被検査物Ｗ中の金属ｍの残留磁気成分をセンサヘッド６１により検出する検出ヘッド４０と、搬送路２０ａの一部を包囲するように検出ヘッド４０の直交方向の両端に配置され、検出ヘッド４０の内部に侵入するノイズを遮蔽する磁気シールド４９と、検出ヘッド４０の複数のセンサヘッド６１からの検出信号に基づいて被検査物Ｗ中の金属ｍの有無を判定する判定手段５３と、を備えている。

この構成により、磁界分布検出装置７０を備えた金属検出装置１０において、複数のセンサヘッド６１間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができる。

上述した実施の形態に係る金属検出装置１０においては、磁界分布検出装置７０に含まれる１つの信号発生器６４から供給された同一周波数で複数のセンサヘッド６１を駆動するようにしたが、これに限らず、以下に説明する実施の形態のように複数の信号発生器６４を用いて複数のセンサヘッド６１を駆動するようにしてもよい。

図１３は、本発明の他の実施の形態に係る金属検出装置１０ａの要部の概略構成を示す斜視図である。図１３に示すように、金属検出装置１０ａは、前述の磁界分布検出装置７０（図１参照）と同じ構成を有する磁界検出ユニットを複数個備えた構成を有している。

具体的には、金属検出装置１０ａは、検出ヘッド４０の上側ヘッド４１に配設された磁界検出ユニット７０Ｋと、検出ヘッド４０の下側ヘッド４２に配設された磁界検出ユニット７０Ｌと、を備えている。各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌは、上側ヘッド４１と下側ヘッド４２に挟まれた磁気検出領域４５内に配置されている。

なお、図１３において、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌについては、見易くするために実線で示しており、また、下側の磁界検出ユニット７０Ｌについては、複数の駆動回路７１および１つの信号発生器６４の図示を省略している。

この金属検出装置１０ａにおいて、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌに割り当てられる信号発生器６４の周波数は、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ間の各信号発生器６４の周波数の偏差が、検出対象とする金属ｍの周波数域から外れる値となる条件を満たすように設定されている。

具体的には、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌに割り当てられる信号発生器６４の周波数は、それぞれｆｉ、ｆｊ（≠ｆｉ）とした場合に、｜ｆｉ−ｆｊ｜＜０．１Ｈｚ、または｜ｆｉ−ｆｊ｜＞１００Ｈｚのいずれか一方の条件を満たすように設定されている。

このような周波数の条件設定を行うのは、上述した金属検出装置１０ａの検出対象とする金属ｍの周波数域が概ね０．４Ｈｚ〜６．５Ｈｚであるからである。つまり、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ間で各信号発生器６４の周波数のビート成分が発生しても干渉出力が発生しないようにするために、上記の周波数の条件設定を行っている。

この構成により、本実施の形態に係る金属検出装置１０ａは、複数のセンサヘッド６１を磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ毎に交換できるので、メンテナンスを容易に行うことができる。

また、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ間の各信号発生器６４の周波数の偏差｜ｆｉ−ｆｊ｜が、検出対象とする金属ｍの周波数域（概ね０．４Ｈｚ〜６．５Ｈｚ）の範囲外となるように各信号発生器６４の周波数が設定されているので、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ間で各信号発生器６４の周波数のビート成分が発生しても、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ間での干渉が防止される。

したがって、本実施の形態に係る金属検出装置１０ａは、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ間で駆動周波数が異なる複数の信号発生器６４を用いても、各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌにおいては複数のセンサヘッド６１が１つの信号発生器６４から供給される同一周波数で駆動されているので、複数のセンサヘッド６１間の干渉を防止するとともに各磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ間の干渉を防止して、高感度に磁気検出を行うことができる。

すなわち、複数の磁界検出ユニット７０Ｋ，７０Ｌ間の各信号発生器６４の周波数の偏差｜ｆｉ−ｆｊ｜を、干渉信号が問題とならない周波数域である０．１Ｈｚ未満または１００Ｈｚ超過に設定することにより、０．４Ｈｚ〜６．５Ｈｚの範囲の金属ｍの計測を問題なく行うことができる。

以上説明したように、本発明に係る磁界分布検出装置、心磁計および金属検出装置は、複数のセンサヘッド間の干渉を防止して磁気検出の感度を向上することができるという効果を有し、検査対象中の磁気を検出する磁界分布検出装置、およびこの磁界分布検出装置を備えた心磁計、金属検出装置として有用である。

１０，１０ａ 金属検出装置
２０ コンベア（搬送手段）
２０ａ 搬送路
２１ ベルト
３０ 着磁部（着磁手段）
４０ 検出ヘッド
４１ 上側ヘッド
４２ 下側ヘッド
４５ 磁気検出領域
４９ 磁気シールド
５０ 制御部
５１ 信号線
５２ ＡＤ変換手段
５３ 判定手段
５４ 結果表示手段
６１ センサヘッド
６２ コア
６３ 検出コイル
６４ 信号発生器
６５ 前置増幅器
６６ 同期検波部回路
６７ 誤差増幅器
７０ 磁界分布検出装置
７０Ａ，７０Ｂ〜７０Ｆ，７０Ｇ〜７０Ｊ，７０Ｋ，７０Ｌ 磁界検出ユニット
７１ 駆動回路
７２、７３ 信号線
８０，８０ａ，８０ｂ 心磁計
８１〜８３ 支持部材
ｍ 金属
Ｗ 被検査物

Claims (6)

1. 計測する磁界に対して細長い磁路を提供するコアと該コアに巻かれた検出コイルとからなる複数のセンサヘッドと、
   前記複数のセンサヘッドの何れかにそれぞれ接続された複数の駆動回路と、
   前記複数の駆動回路に接続され、前記複数の駆動回路に同一周波数を供給する１つの信号発生器と、からなる磁界検出ユニットを備え、
   前記センサヘッドが、磁壁の移動に起因する磁気雑音が生じないように直流電流を流した状態で、磁気モーメントが周期的に円周方向に傾くように、前記直流電流より小さな振幅を有する交流電流を通電する基本波型の磁気センサとして構成されたことを特徴とする磁界分布検出装置。
2. 前記基本波型の磁気センサに基本波型直交フラックスゲートセンサを用いることを特徴とする請求項１に記載の磁界分布検出装置。
3. 前記磁界検出ユニットを複数個備え、
   個々の磁界検出ユニットに割り当てられる信号発生器の周波数は、各磁界検出ユニット間の各信号発生器の周波数の偏差が、検出対象とする磁界の周波数域から外れる値となる条件を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁界分布検出装置。
4. 前記個々の磁界検出ユニットに割り当てられる信号発生器の周波数が、いずれか２個の磁界検出ユニットに割り当てられる各信号発生器の周波数をそれぞれｆｉ、ｆｊ（≠ｆｉ）とした場合に、いずれの周波数ｆｉ、ｆｊに対しても｜ｆｉ−ｆｊ｜＜０．１Ｈｚ、または｜ｆｉ−ｆｊ｜＞１００Ｈｚのいずれか一方の条件を満たすように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の磁界分布検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の磁界分布検出装置と、
   該磁界分布検出装置の複数のセンサヘッドを格子状に配置された状態で支持する平板状の支持部材と、を備え、
   前記複数のセンサヘッドにより心磁界を計測することを特徴とする心磁計。
6. 被検査物を搬送路内で搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段により搬送される被検査物中の金属を磁化する着磁手段と、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の磁界分布検出装置を有し、該磁界分布検出装置の複数のセンサヘッドを、前記被検査物の搬送方向と直交する直交方向に鋭指向性を有するように配置し、前記着磁手段により着磁された被検査物中の金属の残留磁気成分を前記センサヘッドにより検出する検出ヘッドと、
   前記搬送路の一部を包囲するように前記検出ヘッドの前記直交方向の両端に配置され、前記検出ヘッドの内部に侵入するノイズを遮蔽する磁気シールドと、
   前記検出ヘッドの複数のセンサヘッドからの検出信号に基づいて前記被検査物中の金属の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする金属検出装置。

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