JP3035724B2 - 金属探知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高感度の金属探知装置
であり、不可視部分にある導電体を検出でき、探知導体
の有無だけでなく距離やサイズまで測定できる。ゼロ調
整が不要でしかも高感度であるので工業用の近接スイッ
チや非接触距離センサー、車両検出器、膜厚計、３次元
非接触位置検出器としての利用も可能である。

【０００２】

【従来の技術】金属を探知する方法として磁界の変化、
電磁波、超音波、Ｘ線などを利用したものがありそれぞ
れ特徴がある。電磁波を利用したものはレーダ方式と誘
導電流や透磁率の変化による検出コイルの等価インピー
ダンスの変化を利用したものがあった。レーダ方式は装
置のコストが高く、埋設物を探知する場合は地質や含水
量によって影響を受ける欠点があった。

【０００３】探知導体によって誘導電流や透磁率が変化
することを利用して探知導体を検出する方法は、検出用
の信号周波数を下げると比較的地質の影響を受けない特
徴があり地中の埋設物などの検出に有利である。検出コ
イルの等価インピーダンスの変化を利用する方法は２個
のコイルを差動に接続したり、ブリッジ回路によって感
度を上げる方法が一般的であり、感度と指向性が充分で
はなくしかも探知導体までの距離を求めることは不可能
であった。

【０００４】導体の距離を測定する方法として特許出願
公告昭４９−９３８８にあるように探知導体に導線を接
続し、この導線に直接電流を流し、この電流による磁界
強度の距離に対する減衰の割合によって導体の距離を測
定する方法などがあるが、測定に影響を与えずしかも非
接触で探知導体に電流を流す具体的な方法がなく、直接
に電流を流したとしても、探知導体の形状で値が変わっ
たり探知距離が大きくなると、距離に対する磁界の差を
検出することが困難で誤差が大きくなった。

【０００５】また、従来の方法は基本的に検出コイルな
どの定数の変化によって出力が変化するため、無理に感
度を上げた場合は常にゼロ調整を必要としたり、特殊な
温度補正回路が必要で、工業用とするにも多くの問題が
あった。さらに、検出器の感度を上げると外来ノイズの
影響を受けやすく、道路の埋設物や住宅のコンクリート
の中にある鉄筋などを検出する場合、地中線や屋内配線
などの電線から漏えいする商用周波数またはこの高調波
による磁界や電界も同時に受信して誤動作する欠点があ
ったり、コイルを動かした場合、地磁気を感じて誤動作
する場合もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の検
知方法は励磁コイルや検出コイルの定数の変動によるゼ
ロ点ドリフトが、検出感度を上げる場合の大きなな障害
になっていた。さらに、電力ケーブルなどの交流電流に
よる磁界の影響を受けたり、検出コイルを動かすと地磁
気の影響を受けて誤動作する欠点もあり、この問題を解
決することが高感度で誤動作しにくい金属探知機を得る
ための課題であった。

【０００７】これらの欠点を解決するために、励磁コイ
ルで探知導体に誘導電流を流し、励磁コイルの時定数と
探知導体の時定数の違いを利用して、探知導体から返送
される信号だけを選択的に検出し、原理的に励磁コイル
や検出コイルの定数変化がドリフトに影響しない方式を
すでに本出願人は提案している。しかし、この方法によ
る検出信号の大きさは、導体の材質が等しいときでも探
知導体の大きさと距離の二つのパラメータで変化し、距
離と大きさを独立して求めることは不可能であった。

【０００８】本発明は探知導体までの距離を測定し、そ
の距離と探知導体からの返送信号強度の関係から探知導
体のサイズまで推定しようとするものである。さらに、
探知機の出力を導体の有無だけでなく、距離を出力する
方法によってゼロ調整を不要にし、さらに検出希望範囲
以外から返送される信号を抑制して導体が複数あった場
合の測定誤差も低減しようとするものである。

【０００９】

【問題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、主の励磁コイルの外にサイズや位置の異なる
補助コイルを用意し、この補助コイルの磁界との相互作
用によって特定の距離にある探知導体に加わる磁界をキ
ヤンセルする条件か、両者のコイルによる磁界が等しく
なる条件を求め、この条件から探知導体の距離を知ろう
とするものである。このキャンセルする条件はフイード
バックによって行うと検出器のゼロ点のずれる問題も解
決し、外部の同相雑音も抑制でき、多くの問題が同時に
解決する。しかも、同一の原理により不要な範囲からの
返送信号をキャンセルすることも可能となる。

【００１０】

【作用】励磁コイルに励磁電流を流してパルス磁界を発
生させると、この磁界の中にある探知導体にも誘導によ
って電流が流れる。励磁コイルに電流が流れている期間
は探知導体にも励磁コイルに流れた電流にほぼ比例した
誘導電流と呼ばれる電流が流れる。励磁コイルに流れて
いる電流を急速に遮断すると、探知導体に流れていた電
流は探知導体に流れた電流ループの等価インダクタンス
をＬｅ、等価抵抗をＲｅとするとＴｅ＝Ｌｅ／Ｒｅとな
る時定数Ｔｅで減衰する。

【００１１】したがって、励磁コイルの電流遮断時間を
Ｔｅに比べて充分に短い時間で遮断し、励磁コイルに残
留していたエネルギーが充分に減衰してから検出コイル
で受信すると探知導体に流れている電流によって発生し
た磁界だけを選択的に検出して探知導体の存在を検出す
ることが可能となる。

【００１２】したがって、励磁中と励磁コイルにエネル
ギーが残留している期間は受信機の動作をスイッチ回路
で遮断するマスク回路によって信号を受けないようにす
ると、受信機に入る信号は探知導体からの弱い信号だけ
になり、高感度の受信機でも飽和することなく受信でき
る。この方法によって励磁電流の増加と受信機の感度を
上げることにより、従来のバランスタイプと比較して大
幅に感度を上げることが可能となる。

【００１３】ここで、励磁コイルＡと異なる形状あるい
は別の位置にコイルＢを設け、このコイルＢに励磁コイ
ルＡに同期して電流を流し、その方向と量を調整して目
標とする探知導体の位置の相互的な磁界をゼロにするこ
とが可能となる。この磁界をゼロにする条件は励磁コイ
ルＡのアンペア・ターンと励磁コイルＢのアンペア・タ
ーンと位置によって決定されるのでこの条件から探知導
体の位置を決定することができる。

【００１４】最も単純な例として、図１に示すように半
径ａ１、巻数Ｎ１のコイル１に電流Ｉ１を流し、このコ
イルの中心軸を原点として距離ｄに、中心軸を等しくし
て半径ａ２、巻数Ｎ２のコイル２を置き、反対向きの電
流Ｉ２を流した場合、原点から距離ｘにおける中心軸上
の磁界Ｈは数１の（１）式となる。この式で右辺の１項
目はコイル１による磁界Ｈ１であり二項目はコイル２に
よる磁界Ｈ２である。それぞれの磁界を図示すると図１
となる。中心軸で磁界Ｈがゼロになる原点からの距離Ｘ
０はｋの値を数１の（２）式とすると磁束がゼロとなる
Ｘ０の値は数１の（３）式で求められる。

【００１５】

【数１】

【００１６】したがって、それぞれのコイルに流れる励
磁電流を調整してｋの値を任意に化させ、検出導体から
の返送磁界がゼロになる条件を求めればｋの値を数１の
（３）式に代入して距離Ｘ０を求めることができ、この
条件でコイル半径ａ１、ａ２と巻線比を固定すればそれ
ぞれの巻線に流す電流比を求めることもできる。

【００１７】図１は半径ａ１を５ｃｍと半径ａ２を１０
ｃｍのコイルを中心軸を等しく同一面に配置した場合の
中心軸上の原点からの距離と磁界、それぞれの磁界の差
（絶対値）の関係を示したものである。半径ａ１のコイ
ルを１００アンペア・ターン、半径ａ２のコイルを３５
５．６アンぺア・ターンで励磁した場合のシミュレーシ
ョンの結果である。直径の大きなコイルは直径の少ない
コイルと比較して、距離に対する磁界の減衰が少ない特
性を持ち、この結果、両者の磁界が等しくなって磁界強
度値の交差するポイントが発生する。図１では原点から
３０ｃｍの点となっている。本発明はそれぞれの励磁コ
イルのアンペア・ターンを制御して、探知導体の磁界が
ゼロになるようにすると探知導体からの返送信号もゼロ
になることを利用して、この条件から探知導体までの距
離を求めようとするものである。

【００１８】この操作は手動操作でも行えるが、検出し
た磁界強度の出力でｋの値を自動的に変化させ、検出器
の入力が常にゼロになるようにすると、フイードバック
作用で自動的に探知導体の平均磁界がゼロとなる条件に
ｋの値が設定される。このときのｋの値から探知導体ま
での距離を求めることができる。探知距離Ｘ０は数１の
（３）式から求めることもできるが実験値によってｋと
探知距離Ｘ０の関係を求め、回帰によってｋからＸ０を
求めたり、メモリーを利用したテーブルデータから求め
ることもできる。

【００１９】この方法では、主コイルＡと補助コイルＢ
に互いに逆方向のアンペア・ターンとなるような電流を
流すので、図１に示す合成磁界のように探知導体に加わ
る磁界は探知する距離付近で非常に少なくなり、検出感
度が低下する欠点がある。この欠点を除く方法として、
励磁時間Ｔ１で主コイルＡに励磁電流を流し、マスク期
間Ｔ２を取り、受信期間Ｔ３で主コイルＡの励磁による
探知導体からの返送信号を受信する、次の励磁期間Ｔ４
では補助コイルＢに対して受信信号の極性が逆極性にな
るように励磁をする、再びマスク期間Ｔ５を取りＴ６で
補助コイルＢの励磁による探知導体からの信号を受信す
る。ここでＴ３の信号とＴ６の信号を差動増幅し、同期
増幅器で増幅した出力がゼロとなるようにｋの値を変化
させるようにフイード・バックすると、自動的に数１の
（３）式の条件にｋが設定される。

【００２０】この条件では、探知導体付近で励磁コイル
Ａによる磁界と励磁コイルＢによる磁界強度の絶対値が
等しくなり、相互の極性は同期増幅器の特性によって異
なり、通常は逆極性となる。しかも、時間的なずれによ
ってそれぞれの磁界は互いに打ち消すことがないので、
前記した両者のコイルを同時に励磁する場合と比較して
感度を大幅に上げることが可能となるだけでなく、磁界
検出器で検出した商用周波数などの同相ノイズやランダ
ムなノイズが同期増幅器の特性によって大幅に抑制され
る。

【００２１】二つのコイルを同一平面内に配置した場
合、探知距離が大きくなると非常に小さなアンペア・タ
ーン比の変化でも探知距離が大きく変化する特性があ
り、精度が低下する問題点があるが、それぞれのコイル
を同一平面内に置かず、コイルを中心軸上でｄだけ離し
て配置すると、アンペア・ターンの比に対する距離の変
化のリニアリテイを上げて、探知精度を上げることが可
能となる。

【００２２】しかし、互いのコイルの配置方法によっ
て、アンペア・ターン比と距離の特性が大きく変化する
ので最適な配置を取る必要がある。この場合図２、図
３、図４のようなコイルの配置でも本発明を実施できる
が、探知距離が狭かったり、アンペア・ターンの比（Ｎ
１Ｉ２／Ｎ２Ｉ２）の変化に対する探知距離の特性が複
雑で、１つのアンペア・ターン比に対して二種類の探知
距離を持つ場合もあり、自動制御をするには不都合な特
性となる。

【００２３】このような問題の起きないコイルの配置方
法は、図５で示すように、サイズの大きい側のコイルを
探知方向に対して反対側に配置すると互いのコイルの距
離を離すほどアンペア・ターン比と探知距離のリニアリ
テイが増加してくる。この場合の距離に対する相互のコ
イルによる合成磁界は図６に示すようになり、同一のア
ンペア・ターン比でもコイル間隔ｄによって探知距離を
自由に調整できることを示す。したがって、コイルに流
す電流を変化する代わりにコイル距離ｄを変化させて探
知導体までの距離を測定することも可能となり、互いの
コイル径が等しい場合でも比較的に良い結果が得られ
る。

【００２４】主コイルの中心軸から外れた位置にある探
知目標以外の妨害導体の影響を除く目的で、主コイルＡ
と中心軸を等しくする補助コイルＢを置き、磁界の検出
器ＤＴ１をこの中心軸方向を最大感度となるように取り
付ける。さらに主コイルＡと補助コイルＢの中心軸に直
交するように打ち消しコイルＣを設け、この打ち消しコ
イルＣにこれらのコイルの励磁電流と同期を取って打ち
消し用電流を流し、このコイルＣとこのコイルの中心軸
方向に最大感度を持つ磁界検出器ＤＴ２を置きこの信号
を同様なマスク期間を持つ増幅器で増幅する。主コイル
と補助コイルそれぞれのタイミングを等しくしてコイル
Ｃに励磁電流を流し、磁界検出器ＤＴ２によって受信し
た信号が最低となるような条件で流すと主コイルＡの中
心軸以外の方向にある妨害探知導体から返送される信号
の影響を除去でき、探知導体の周辺にある妨害導体から
の返送信号を検出器ＤＴ１に届かないようにして測定誤
差を防ぐことができる。

【００２５】この方法ではコイルの指向性によって打ち
消しコイルと同一面にある妨害導体の影響を打ち消すこ
とは不可能であるが、打ち消しコイルと磁界検出器ＤＴ
２を主コイルの軸を中心として回転させて最良の条件を
得るか、さらに中心を等しくして打ち消しコイルＣの面
と直交する面に打ち消しコイルＤと磁界検出器ＤＴ３を
付加し、同一原理で全方位に対しても打ち消し効果を得
ることもできる。それぞれの打ち消しコイルから発生す
る磁界は主コイルＡの中心軸上では常にゼロであり距離
測定の誤差に影響しない。この２個の打ち消しコイルは
方向によって切り替えるかそれぞれのコイルに流れる電
流の割合を変えて合成した磁界で打ち消し効果を得るこ
とができ、打ち消しコイルと磁界検出器の数を増やすと
複数の妨害導電体の影響も取り除くことができる。

【００２６】さらに、主コイルの中心軸上でこのコイル
の背面にある妨害導体の影響を取り除くには、主コイル
の面と平行で探知導体に近い位置に打ち消しコイルとを
設け、このコイルの電流を調整する方法によって主コイ
ル後方の妨害導体の影響を取り除くことも可能である
が、この面の打ち消しコイルで発生する磁界は主コイル
と中心軸を等しくする成分を含み、探知距離に影響を与
え、この補正が必要となり、固定した位置にある妨害導
体の影響を取り除く場合に有効となる。

【００２７】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図７において、１の励磁コイルＡと２の励磁コイルＢを
中心軸を等しくして距離ｄの距離に置き、７の駆動電流
制御回路によって電流値を制御される５の駆動回路Ａ、
６の駆動回路Ｂによってそれぞれの励磁コイルを駆動す
る。この駆動電流はパルス状波形で駆動し、請求項１を
実施する場合は互いに極性の異なる磁界を発生する電流
で同時に駆動し、請求項２による場合は増幅器の出力が
それぞれ逆極性になるような磁界を発生する極性で励磁
コイルを交互に駆動する。

【００２８】増幅器４は励磁コイルの励磁中と励磁コイ
ルに電流が残留している場合にマスク回路によって信号
を通さない機能の付いた増幅器であり、磁界検出器３の
出力を増幅し、励磁コイルとの結合によって探知導体に
流れた誘導電流による磁界を検出する。この増幅器は請
求項１の場合は入力信号をマスクされていない期間だけ
増幅し、請求項２の場合は励磁コイルＡの誘導による信
号を正とすると、励磁コイルＢの誘導による信号を負と
して差動増幅する。このとき、差動増幅する前にハイパ
スフイルタを入れ、繰り返し周波数以下の成分を取り除
き低域の雑音を防ぐこともできる。もちろん、これらの
機能は磁界検出器の出力をＡ−Ｄ変換器によってデジタ
ルデータに変換し、これをデジタル処理でそれぞれの信
号の差を取っても良い。

【００２９】磁界検出器３はコイルによる検出器が簡単
であり励磁コイルの一方と共用することもできるが、ホ
ール素子や磁気抵抗素子、直交フラックスゲートセン
サ、ＳＱＵＩＤなどの磁気検出素子を利用しても同様な
成果を得ることができる。この検出素子の感度は励磁コ
イルの中心軸方向の磁界に対して最大の感度を持つよう
に配置する。磁界検出器３が磁界の極性に対して絶対値
を出力し、その方向を検出できない場合は検出素子に直
流または交流の磁気的なバイアスをかけるなどの方法
で、その極性も検出することが必要である。

【００３０】駆動電流制御回路４と駆動電流制御回路５
は増幅器４の出力がゼロになるように手動あるいは自動
的に制御する。自動制御の場合はこの動作がフイード・
バック動作となるように制御すると、安定で取り扱いの
容易な金属探知機を実現することが可能となる。この場
合、どちらか一方の駆動電流値は固定として、他方の励
磁電流を可変とすることもでき、それぞれのコイルのア
ンペア・ターンの比率を制御し、探知導体の平均磁界が
ゼロまたは同一になるようにそれぞれのコイルのアンペ
ア・ターンを制御する。励磁コイルの駆動電流値は、遮
断する直前の電流が制御できれば良く、励磁コイルに加
える電圧やパルス幅を制御しても同一の目的を達成でき
る。このとき、励磁コイルから探知導体までの距離は数
１の（３）式または、実験値によって求められる。

【００３１】数１の（２）式に示すｋの値は、コイルの
直径と巻回数を固定すると、それぞれのコイルに流れる
電流比Ｉ１／Ｉ２で決定される。電流比検出器７はそれ
ぞれの駆動コイルに流れた電流値の比Ｉ１／Ｉ２を検出
する回路である。具体的な例として、それぞれの駆動コ
イルに流れる電流を抵抗などの電流検出器で検出して電
圧に変換し、このピーク値をサンプル・ホールドして、
乗割算器に加え、それそれの比の出力を得る。乗割算器
は、演算増幅器の出力から入力に掛け算器でフイードバ
ックするとともに掛け算器の他方の入力に信号を加え、
さらに他方の入力信号は直列抵抗を通じて演算増幅器に
加える方法などがある。もちろん、それぞれの電流を検
出した値をＡ−Ｄコンバータに加えてデジタル値に変換
し、マイクロ・プロセッサーによって演算しても良い。
また、駆動コイルの電流をコイルに加える電圧によって
制御する場合は、電流値を検出する代わりに、この電圧
比によって距離を求めることも可能であるし、数１
（２）式の分母を固定すれば単純な増幅器で置き換える
ことができ、電流比検出器を簡略化できる。図５に示す
コイルの配置は、外側の直径の大きなコイルの電流値を
固定し、分子に相当する内側コイルの励磁電流を変化さ
せるだけで広い幅の距離の探知が可能となる。

【００３２】リニアライザ９は数１の（３）式または、
実験値から互いの駆動コイルの電流比を距離に換算する
回路である。信号の処理にマイクロ・プロセッサを使用
した場合はマイクロプロセッサによって数１の（３）式
を演算してこの結果を表示器９によって表示するか、電
流比と探知距離の関係をテーブルデータとして参照し、
この結果から距離を表示しても良い。また、指針による
メーターを表示装置として使用する場合、メータの目盛
りを非直線特性にしてリニアライザを省略することもで
きる。

【００３３】水晶発振器１１、分周器１２、タイミング
発生器１３は正確なクロック信号を分周し、励磁信号や
増幅器のマスク信号の正確なタイミングを決定したり、
同期増幅器ではこの同期信号も同時に得る。

【００３４】金属探知機としての利用ではなく、金属な
ど導体の位置検出器として利用する場合、相互の励磁コ
イルの磁界によって受信機の出力がゼロとなる位置に目
標物体を置き、受信機の出力電圧とその極性から目標物
体の位置のずれと方向を出力することができる。この場
合、励磁コイルと磁界検出器の組み合わせを互いに直交
して配置し、互いの出力を合成して目標物体の３次元の
位置のずれと方向を出力でき、非接触の３次元位置検出
器として利用することが可能となる。

【００３５】さらに探知器の周辺にある妨害導体の影響
を除く場合は、励磁コイル１の中心軸に直交するように
打ち消しコイルＣを設け、この打ち消しコイルＣにこれ
らのコイルの励磁電流と同期を取って打ち消し用電流を
流し、このコイルＣと中心軸方向に最大感度を持つ磁界
検出器ＤＴ２を置く。主コイルと補助コイルそれぞれの
タイミングを等しくしてコイルＣに励磁電流を流し、磁
界検出器ＤＴ２によって受信した信号が最低となるよう
な条件で打ち消しコイルに電流を流すと主コイルＡの中
心軸以外の方向にある妨害探知導体からの返送信号の影
響を除去でき、探知導体の周辺にある妨害導体による測
定誤差を防ぐことができる。

【００３６】この方法ではコイルの指向性によって打ち
消しコイルと同一面にある妨害導体の影響を打ち消すこ
とは不可能であるが、打ち消しコイルと磁界検出器ＤＴ
２を主コイルの軸を中心として回転させて最良の条件を
得るか、さらに中心を等しくして打ち消しコイルＣの面
と直交する面に打ち消しコイルＤと磁界検出器ＤＴ３を
付加し、同一原理で全方位に対しても打ち消し効果を得
ることもでき、この打ち消しコイルから発生する磁界は
主コイルＡの中心軸上では常にゼロであり距離測定の誤
差に影響しない。この２個の打ち消しコイルは方向によ
って切り替えるかそれぞれのコイルに流れる電流の割合
を変えて合成した磁界で打ち消し効果を得ることがで
き、打ち消しコイルと磁界検出器の数を増やすと複数の
妨害導電体の影響も取り除くことができる。

【００３７】さらに、主コイルの中心軸上でこのコイル
の背面にある妨害導体の影響を取り除くには、主コイル
の面と平行で探知導体に近い位置に打ち消しコイルを設
け、このコイルの電流を調整する方法によって主コイル
後方の妨害導体の影響を取り除くことも可能であるが、
この面の打ち消しコイルで発生する磁界は主コイルと中
心軸を等しくする成分を含み、探知距離に影響を与えて
この補正が必要となり、固定した位置にある妨害導体の
影響を取り除く場合に有効となる。

【００３８】打ち消しコイルによって、コイルを通る磁
束をゼロにしてその近傍にある妨害導体の影響をなくす
最も簡単な方法は、打ち消しコイルを磁界検出器と共用
して回路を簡単にする方法がある。励磁パルスに充分に
応答する周波数特性を持つ演算増幅器を用意し、この入
力と出力間に、打ち消しコイルを入れ、入力と共通端子
間にコイル電流を検出する直列抵抗を挿入する。この方
法では、コイルを流れる電流を常にゼロにするように演
算増幅器が動作するのでコイルを通る磁束も常にゼロと
なる。演算増幅器の応答が悪い場合は励磁パルスと同期
を取り、スイッチで打ち消しコイルを解放または短絡を
するとさらに確実な効果が得られる。

【００３９】図１の実施例は増幅器４としてアナログ増
幅器を利用した例であるが、この部分をデジタル処理す
る目的で、受信信号をＡ−Ｄ変換器によってデジタルデ
ータに変換し、Ｔ３の受信信号とＴ６の受信信号をデジ
タル的に減算してこの結果を平均化して出力としても同
一目的を達成できる。この場合のフィードバックもデジ
タル処理が可能であり、ＤＳＰを利用したりマイクロプ
ロセッサを利用してデジタル処理をしても基本的な原理
は共通で、本発明の権利の及ぶところである。

【００４０】実施例では、励磁コイルを円形のコイルと
して互いに中心線を等しく配置したが、矩形や多角形、
鞍形コイルなどの円形以外の形状の励磁コイルを使用し
て、コイルの配置を別にしたり、励磁コイルの数を増や
して希望の磁束分布を得ることも可能である。この場合
の距離に対する磁界は数１の（１）式が適用できなくな
るが実験値や、有限要素法、またはルジェンドル関数の
利用でそれぞれの磁界分布を得ることができ、同様の目
的を得ることができる、これらの方法で得られる磁界分
布はコイルの中心軸だけでなく、すべての点の磁界分布
を求めることが可能であり、異なる配置と角度の多数の
励磁コイルを組み合わせ、これに相当する磁気検出器を
複数個設け、それぞれに同様な受信機を接続して受信レ
ベルと位相を検出して、この条件から探知導体の３次元
的な位置を計算することも可能となる。

【００４１】また、磁気検出器としてコイルを用いる場
合は、励磁コイルを受信コイルとして共用することも可
能である。受信コイルを別に設ける場合は損失の少ない
鉄芯やフェライトコアを使用すると指向性が鋭く、感度
の高い検出器を得ることができる。この場合はコアによ
る磁束分布の乱れを考慮する必要がある。

【００４２】コイル配置の特殊な例では、磁気検出器を
中心として形状の等しい二つの励磁コイルをそれぞれの
コイルを結ぶ線と直交またはこの直交線に向かって対称
に傾けた方向に磁界を発生するように配置し、それぞれ
の励磁コイルに受信機の出力が互いに逆極性になる極性
で同時または交互に励磁コイルにパルス電流を流すと、
受信機の出力が最低になったとき、それぞれのコイルか
ら等距離の点に探知導体があることを示す。この場合、
距離は特定できないが、埋蔵物の探査では磁気検出器の
直下に探知導体がそれぞれのコイルに対して対称に配置
されていることを示し、水道管のような細長いパイプの
平面位置と布設方向を正確に知る場合に便利である。

【００４３】さらに、コイルを取り付ける平面位置を地
面に対して傾けて配置し、異なる複数の点で受信機出力
の最低になる角度と位置を探索し、それぞれのコイルを
結んだ線の中心点から直交する線の交点から探知導体の
位置も知ることができる。この場合も他の場合と同様に
して、磁気検出器を省略し、それぞれの励磁コイルを受
信コイルとして共用しても同じ効果が得られる。

【００４４】互いに同期を取った励磁信号を加える複数
の励磁コイルやアレイ状に並べた多数の受信コイルによ
って二次元的に検出し、この出力をそのまま、または隣
接する探知機出力の差分を表示し、探知導体のイメージ
をよりリアルに表示することも可能となる。コイルを切
り替える代わりに微小な検出コイルを利用し、このコイ
ルを物理的に走査して、探知導体の二次元的または三次
元で探知導体の分布を表示することも可能となり、非破
壊の検査装置としての利用も可能である。

【００４５】エッチング処理などで微小な渦巻状の励磁
コイルを作り、さらにそれを取り巻く補助コイルによっ
て励磁し、どちらか一方のコイルを磁界検出用コイルと
共用する方法で微小な距離にある金属を検出でき、塗料
などのマイクロメータ単位の膜厚を測定することも可能
となる。この場合、膜の下地金属が磁性体、非磁性体を
問わず導体であれば同一条件で測定できる大きな特徴が
得られる。これは従来の磁性体と非磁性体を区別して測
定していた膜厚計の欠点を除くものである。

【００４６】この探知装置を一部変更し、補助コイルの
励磁を停止し、このコイルを安定化のための負帰還用コ
イルにすると、すでに出願済みの安定な金属探知機に変
更できる。この場合は、同一距離であれば探知導体の大
きさによって返送磁界の強度が異なる。したがって、こ
のような方法で得た返送磁界の強度と探知距離の関係か
ら実験的に探知導体の大きさも推定可能である。

【００４７】

【発明の効果】この発明の効果で最大の特徴は、探知導
体の有無だけでなく探知導体までの距離を測定できるこ
とにある。しかも、従来の探知機ではゼロドリフトがあ
って、この調整のやり方で感度が異なり、検出に個人差
が出るなどの欠点があったり、ゼロドリフトを補正する
ためにフイードバックを多くすると感度が低下するなど
の問題もあった。本発明では、複数のコイルによる磁界
の相殺点または同一点になるようにそれぞれのコイルに
流れる電流を自動調整するようにフイードバックすると
原理的にこのフイードバックによって感度が低下せずに
ドリフトやノイズも低減できる。

【００４８】この探知機を利用する場合、探知導体まで
の距離を出力できるので、従来の探知機に必要であった
ゼロ点のずれの調整は不要となり、取り扱いが便利であ
る。したがって、従来得られなかった極めて高感度で外
部雑音の影響を受けない、取り扱いが容易で距離測定の
可能な金属探知機が実現可能である。

【００４９】地下の埋設物の探知では、通電中の電力ケ
ーブルを保護する鉄管を、直径数センチの小型励磁コイ
ルによって３０ｃｍ離れた距離で正確に探知できる。こ
の探知機の感度は励磁コイル直径の自乗と励磁電流に比
例するので、大型の励磁コイルを利用すると、３ｍ以上
の探知と距離の測定も可能となる。さらに探知距離の増
加によって問題となる妨害導体の影響を低減し、励磁コ
イルの中心軸上にある探知導体を選択的に検出可能とな
り、多くの応用が可能となる。

【００５０】金属探知機以外の用途として、エッチング
処理などで微小な渦巻き型コイルとその外周を囲む励磁
コイルを作り、マイクロメータ単位の距離を絶縁物を通
して測定し、膜厚計として利用することも可能となる。
この膜厚計は従来の膜厚計と異なり、下地の金属材料の
影響を受けない大きな特徴が得られる。また、近接スイ
ッチとして利用した場合は、対称物の材質や形状の影響
の受け難い正確な動作が可能であり、対称物の目標から
のずれの方向も知ることもできる。例えば、最大直径５
ｃｍの励磁コイルを使用して、このコイル直径より十分
に大きい鉄板の検出では、２０ｃｍの距離で１ｍｍ以下
の再現性を得ることが容易であり、受信機の出力極性と
値からずれた方向と値も検出できる。

【００５１】また、立方体のそれぞれの面に同一形状の
相対する励磁コイル対と磁気検出器の組み合わせを直交
するように配置し、この立方体の中心に導電体を取り付
け、この導電体のｘ、ｙあるいはｘ、ｙ、ｚ方向の位置
を測定する方法で２次元や３次元の非接触位置検出器と
して利用もでき、接点なしのジョイステックやマウスに
代わる小型のコンピュータ用ポインティング・デバイス
としての利用も可能である。この場合、磁気検出器は励
磁コイル対の一方を磁気検出器として共用し、検出器を
簡略化すると都合が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】同一平面に配置した二つのコイルの距離に対す
る磁界とその合成値を示す。

【図２】コイルの配置図と探知距離対アンペア回数比

【図３】コイルの配置図と探知距離対アンペア回数比

【図４】コイルの配置図と探知距離対アンペア回数比

【図５】コイルの配置図と探知距離対アンペア回数比

【図６】コイルの配置図とコイル間隔を変えた場合の距
離に対する合成磁界

【図７】本発明を説明するブロック図

【符号の説明】

図７ １．励磁コイルＡ ２．励磁コイルＢ ３．磁界検出器 ４．初段増幅器（マスク付き受信機） ５．駆動回路Ａ ６．駆動回路Ｂ ７．駆動電流制御回路 ８．電流比検出器 ９．リニアライザ １０．表示器 １１．水晶発振器 １２．分周器 １３．タイミング発生回路

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンペア・回数、方向、形状、位置のす
   べての要素、または一部が異なる複数の励磁コイルにパ
   ルス電流を流してパルス状の磁界を発生し、このパルス
   磁界によって探知する探知導体との相互インダクタンス
   を介して探知導体に誘導電流を流し、この誘導電流によ
   る磁界を受信コイルまたは感磁性素子によって受信する
   金属探知装置において、励磁コイルに励磁用のパルス電
   流を加え、このパルス電流の減衰時間を探知導体の等価
   時定数よりも速い立ち下がり時間で励磁電流を遮断する
   励磁回路と、励磁コイルに残留するエネルギーが十分に
   減衰するまで受信を停止するマスク期間を設け、励磁電
   流の影響のない期間だけ検出コイルの電圧または感磁性
   素子によって磁界を検出するスイッチ機能を持つ受信回
   路によって受信し、励磁パルスに同期した同期増幅器に
   よって探知導体を検出する金属探知方法において、この
   タイミングをＴ１の励磁Ａで一方の励磁コイルＡを励磁
   し、Ｔ２のマスク、Ｔ３の受信期間を持ち、Ｔ４の励磁
   Ｂでは他方の励磁コイルＢを励磁し、Ｔ５のマスク、Ｔ
   ６の受信とした６種類のタイミングを持つシーケンスに
   よって動作させ、Ｔ３の受信信号とＴ６の受信信号をア
   ナログまたはデジタル的に差動増幅して出力とし、この
   出力がゼロになるように励磁Ａと励磁Ｂによる磁界の強
   さと方向を調整し、それぞれの磁界の強さと励磁コイル
   の位置と形状から相互の励磁コイルの励磁による磁界強
   度が同一または打ち消す条件を求め、この条件から探知
   導体の検出と位置を測定する金属探知方法。
2. 【請求項２】 励磁コイルにパルス電流を流してパルス
   状の磁界を発生し、このパルス磁界によって探知する探
   知導体との相互インダクタンスを介して探知導体に誘導
   電流を流し、この誘導電流による磁界を受信コイルまた
   は感磁性素子によって受信する金属探知装置において、
   励磁コイルにパルス電流を加え、このパルス電流の減衰
   時間を探知導体の等価時定数よりも速い立ち下がり時間
   で励磁電流を遮断する励磁回路と、励磁コイルに残留す
   るエネルギーが十分に減衰するまで受信を停止するマス
   ク期間を設け、励磁電流の影響のない期間だけ検出コイ
   ルの電圧または感磁性素子によって磁界を検出するスイ
   ッチ機能を持つ受信回路によって受信し、探知導体に流
   れた誘導電流による信号だけを選択的に受信するように
   した金属探知装置において、励磁コイルの背面に背面反
   射防止用コイルをもうけ、さらに、背面の導体の近傍に
   配置した磁界検出器によって磁界を検出しこの磁界がゼ
   ロになるように、反射防止用コイルによる電流を制御し
   た値で励磁し、励磁コイルの背面にある導体を検出不能
   として励磁コイル前方の探知導体だけを検出する金属探
   知装置。
3. 【請求項３】 請求項１の金属探知方法において、サイ
   ズの異なる二つの励磁コイルを中心軸を等しく配置し、
   サイズの大きい励磁コイルの面をサイズの小さい励磁コ
   イルの面に対して探知方向の反対側に配置して探知距離
   の増大とそれぞれのコイルのアンペア・ターン比に対す
   る探知距離特性のリニアリテイを上げた金属探知装置。
4. 【請求項４】 磁気検出器を中心として形状の等しい二
   つの励磁コイルをコイルを結ぶ線の中点から直交する線
   と平行またはこの線に向かって対称に傾けた方向に磁界
   を発生するように配置し、それぞれの励磁コイルに等し
   い電流値で、受信機の出力が互いに逆極性になる極性で
   同時または交互にパルス電流を流してパルス状の磁界を
   発生し、このパルス磁界によって探知導体との相互イン
   ダクタンスを介して探知導体に誘導電流を流し、励磁パ
   ルス電流の減衰時間を探知導体の等価時定数よりも速い
   立ち下がり時間で励磁電流を遮断する励磁回路と、励磁
   コイルに残留するエネルギーが十分に減衰するまで受信
   を停止するマスク期間を設け、励磁電流の影響のない期
   間だけ検出コイルの電圧または感磁性素子によって磁界
   を検出するスイッチ機能を持つ受信回路によって受信
   し、この受信信号のそれぞれのコイルの励磁による返送
   信号が同一あるいは等しい点を探索し、二つの励磁コイ
   ルを結ぶ線の中心に直交する位置の延長上に探知導体が
   あることを知る金属探知装置および、異なる位置と角度
   で同様条件を求め、それぞれの位置と角度でコイルを結
   ぶ線の中心から直交する線を求め、その線の交点から探
   知導体の位置を測定する金属探知装置。また、同様装置
   で磁気検出器を省略し、それぞれの励磁コイルを磁気検
   出器として共用した金属探知装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の方法によって探知導体の
   距離を測定し、さらに回路の一部を切り替え、互いの磁
   界によって受信信号がキャンセルしない状態にして探知
   導体から返送される磁界強度を測定し、探知距離と返送
   磁界の関係から探知導体の大きさを知る金属探知方法。