JP3122572B2

JP3122572B2 - 金属検出機

Info

Publication number: JP3122572B2
Application number: JP35278393A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎稲垣; 良文高橋; 俊阿部
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JPH07198860A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品、薬品を含む各種
の生活関連物資や、加工用原料などの被検査体中に混入
した金属片を検出する金属検出機に関るものである。

【０００２】

【従来の技術】ハム、味噌、菓子などの食品、あるいは
薬品、あるいはゴム、ビニール、ペイントなどの加工材
料などに金属異物が混入している場合、衛生上の大きな
問題となったり、製造機械に損傷を与えるおそれがある
ため、安全面、衛生面が重視される各種生活関連物資の
製造、商取引の現場では金属検出機が頻繁に用いられ
る。この種の金属検出機として、同一出願人による特開
平５−１０００４７（その基本構造を図１０に示す）の
ように、発振器１と、送信コイルと２、受信コイル３
と、第１の検波回路１２３と、第２の検波回路１２６
と、位相差算出手段１３２と、判定手段６とを備えてな
る金属検出機がある。

【０００３】この従来技術の金属検出機では、食品など
被検査体を搬送ベルトに載せるなどして、送信コイルで
発生させた交番磁界中を通過させる。このとき受信コイ
ルで受信される交流信号を用いて被検査体に金属片が混
入しているか否かを判定する。この金属検出機は、受信
コイルを２つ用いて両者を差動接続する構成で、被検査
体が何も到来しないときには搬送波の出力が相殺されて
ゼロになるよう工夫されている。ただし、被検査体自身
の影響と金属の検出信号が、ともに受信コイルに受信さ
れてしまうので、受信される交流信号の位相の中で、被
検査体影響の位相点と金属検出信号の位相点の違いに着
目して両者を区別している。被検査体影響が最も少ない
位相点は、その種別により異なるので、この従来技術の
金属検出機では、測定に先立つ初期条件設定が必要とな
る。すなわち、金属片を含まない被検査体を通過させ
て、その信号から位相差算出手段を用いて、被検査体自
身の影響が最も少ない検波位相を算出している。初期条
件設定後の実際の測定では、この位相点で位相検波する
ため、高感度で微小な金属を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示す従来技術
の金属検出機は、雑音たる被検査体の影響に埋もれた、
信号たる金属の検出信号を取り出すために、被検査体の
影響が小さくなるある特定の位相を基準に受信信号を検
波していた。この装置には、前記の特定の位相を自動的
に決定する機能があり、わずらわしい初期条件設定作業
を容易なものとしていた。また、まだ公知とはなってい
ないが、同一出願人による特願平４−３３７９７５号の
ように、記憶手段を備えてなり被検査体の位相を記憶し
て、初期条件設定作業をさらに容易にしたものがある。

【０００５】これらの金属検出機によればかなり小さな
金属を検出することができるが、被検査体の影響をある
限界以下に低減することは困難であり、高感度に微小金
属を検出することはできなかった。本発明の目的は、以
上に述べたような問題を解決し、高感度に微小金属を検
出できる金属検出機を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】これまで述べたように、
従来技術では被検査体の影響が小さくなるある特定の位
相に着目していた。しかるに、後述するように発明者ら
の実験によれば、実際には被検査体の位相は固定したも
のではない。被検査体が金属検出機に到来し、通過する
に従って、被検査体の位相が変動するのである。だから
従来技術では被検査体の影響を完全には除去できず、微
小な金属が検出できなかったのである。そこで、本発明
の金属検出器は、位相の時間的変動を捉えるねらいで、
位相変動量検出手段、わずかに異なる複数の位相で広範
囲に位相検波する位相検波手段、あるいは位相を追尾す
るための追尾信号発生手段を備えてなり、高感度に微小
金属を検出できるのである。

【０００７】請求項１に記載の金属検出機は、位相変動
量検知手段を備えてなり、時間的に変動する被検査体の
位相の変動量を検知して、変動量の大きさから、高感度
に微小金属を検出することとした。すなわち、前記の目
的を達成するために、請求項１に記載の金属検出機（図
１）は、発振器１と；該発振器の発振信号を受領して交
番磁界を発生する電磁気発生源２と；該交番磁界を印加
された被測定物の電磁気的反応を受信して、誘起される
受信信号を出力する電磁気センサ３と；前記受信信号を
位相検波する位相検波手段４と；該位相検波手段の検波
結果を受領して、前記受信信号の所定の時間内における
位相の時間的な変動量を表す位相変動量を検知する位相
変動量検知手段５と；該位相変動量の大きさから、前記
被測定物に金属が混入しているか否かを判定する判定手
段６とを備えている。

【０００８】請求項２に記載の金属検出機は、わずかに
異なる複数の位相で位相検波する位相検波手段を備えて
なり、時間的に変動する被検査体の位相の変動を複数位
相を用い広範囲に捉えて、高感度に微小金属を検出する
こととした。すなわち、前記目的を達成するために、請
求項２に記載の金属検出機（図２）は、発振器１と；該
発振器の発振信号を受領して交番磁界を発生する電磁気
発生源２と；該交番磁界を印加された被測定物の電磁気
的反応を受信して、誘起される受信信号を出力する電磁
気センサ３と；わずかに異なる複数の位相を用いて、前
記受信信号を位相検波して、それぞれの位相に対応した
複数の位相検波結果を出力する複数の位相検波ユニット
７からなる位相検波手段４と；該複数の位相検波結果か
ら、前記被測定物に金属が混入しているか否かを判定す
る判定手段６とを備えている。

【０００９】請求項３に記載の金属検出機は、追尾信号
発生手段を備えてなり、時間的に変動する被検査体の位
相を連続的に追尾して、常に被検査体の影響の小さい状
態で金属の検出信号を取ることとした。すなわち、前記
の目的を達成するために、請求項３に記載の金属検出機
（図３）は、発振器１と；該発振器の発振信号を受領し
て交番磁界を発生する電磁気発生源２と；該交番磁界を
印加された被測定物の電磁気的反応を受信して、誘起さ
れる受信信号を出力する電磁気センサ３と；前記被測定
物に金属が混入していないときの、該受信信号の位相の
時間的な変動を再現する追尾信号を、発生する追尾信号
発生手段８と；該追尾信号に基づいて時間的に変動する
基準位相を用いて、前記受信信号を位相検波する位相検
波手段４と；該位相検波手段の検波結果から、前記被測
定物に金属が混入しているか否かを判定する判定手段６
とを備えている。

【００１０】

【作用】次に、本発明の金属検出機の作用について説明
する。図４は、発明者らが本発明の金属検出機を用いて
実験により捉えた被検査体の食品の位相変動を示す図で
ある。食品に金属片は混入していない。実験に用いた金
属検出機は受信コイルを２つ用いて両者を差動接続する
構成で、被検査体が何も到来しないときには搬送波の出
力が相殺されてゼロになるよう工夫されている。図中、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、食品が金属検出機の第１受
信コイルに到来して順次通過する３つの位置ａ、ｂ、ｃ
での、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、食品がさらに第２受
信コイルに到来して順次通過する３つの位置ｄ、ｅ、ｆ
での受信信号を示している。横軸に検波位相を３６０度
にわたり示し、縦軸に検波出力の電圧の絶対値を示して
いる。なお、移相の変動は誇張して分かりやすく描いて
いる。従来技術の金属検出機では、図の位相範囲の中央
に示す位相点（ここでは０度と呼ぶ）で固定して位相検
波をしていた。その場合、ａからｆまでの各位置で、出
力電圧はあまり大きくない。つまり、検波位相を０度に
固定して測定すれば被検査体自身の影響はかなり低減さ
れている。

【００１１】しかし、被検査体の食品の影響がゼロにな
る位相はａからｆまでの各位置で、固定したものではな
く、連続的に変動しているから、ある特定位相を基準に
して位相検波する限り食品影響を完全には除去できず、
微小な金属が検出できなかったのである。そこで、本発
明の金属検出機の主旨は、位相の時間的変動を逆に利用
して位相変動量の大小によって金属を検出したり、位相
変動を複数の位相を用い広範囲に捉えたり、あるいは変
動する位相を連続的に追尾して食品影響を完全に除去し
たりすることによって微小な金属片を検出することであ
る。

【００１２】食品の位相変動現象を、さらに詳しく解明
するねらいで、発明者らは食品の向きを斜めや横向きに
して実験をした。図５（ア）、（イ）、（ウ）にそれぞ
れ示すように、食品を正規の向きア、４５度斜め向き
イ、９０度横向きウにして測定した。なお、図５（ア）
に食品が順次通過する６つの位置をａ、ｂ、ｃ、ｄ、
ｅ、ｆで示す。位相変動量の測定結果を図６に示す。横
軸に食品が順次通過する位置を、縦軸に検出信号の出力
電圧が最小となる位相点（図４の谷の位相にあたる）を
規格値で示し、ア、イ、ウの実線に食品の向きの違い
を、一点鎖線エに金属片が混入した食品の測定結果を示
す。なお、図中で破線部分では、出力電圧がゼロボルト
直流となる位置であるから、位相の値は不定値となって
いる。この測定結果から分かるように、食品が金属検出
機を順次通過するにともない、食品の位相は連続的に変
動している。しかも、その変動量は食品の向きによら
ず、ほぼ一定であり、特にｄ位置とｅ位置の間では変動
量はわずかである。一方、金属片が混入した食品の位相
は、金属の検出信号が重畳するために大きく変動し、特
にｄ位置とｅ位置の間では変動量が食品の２倍以上あ
る。

【００１３】従って、この実験結果に着目すれば、位相
の時間的変動を逆に利用して位相変動量の大小によって
金属を検出したり、位相変動を複数の位相を用いて広範
囲に捉えたり、あるいは変動する位相を連続的に追尾し
て食品影響を完全に除去したりすることによって微小な
金属片を検出することが可能となるのである。

【００１４】

【実施例】以下、図７に基づいて本発明の特許請求の範
囲第１項に基づく第１実施例を説明する。本実施例の基
本は、従来技術の実施例（図１０）には無かった位相変
動量検知手段５を備えて被検査体と金属の位相変動量の
違いを捉えることにある。第１実施例では、位相変動量
検知手段の中で出力信号の振幅と位相を演算している。
さらに、作用の説明で述べたように被検査体がちょうど
金属検出機の中央を通過する瞬間に必ず出力信号がゼロ
ボルト直流になり、その直後に、ｄ位置、ｅ位置のよう
に特定位置で被検査体と金属の位相変動量に大きな差が
出るので、その特定位置のみで位相変動量を取るねらい
でトリガ生成手段を備えている。

【００１５】位相変動量検知手段５は、振幅演算手段１
５１、位相演算手段１５４を具備しておりその出力をＡ
／Ｄ変換器１５２、１５６により、それぞれ振幅のデジ
タル値と位相のデジタル値に変換している。トリガ生成
手段１５３は、振幅のデジタル値が瞬間的にゼロになる
時点を見つけて、位相変動量を調べる特定時間の開始と
終了を知らせるトリガ信号を出力する。マスク手段１５
７はトリガ信号を受領して該特定時間の信号のみを通過
させて他はゼロとなるようマスクする。

【００１６】発振器１が具備する基準信号発生器１０２
は所定周波数の基準パルス信号を出力する。該パルス信
号は移相回路１２０に基準位相を供給するとともに、フ
ィルタ１０３によって正弦波に変換され、電力増幅器１
０４によって増幅される。該正弦波は、励磁電流として
電磁気発生手段２としての送信コイルに入力される。送
信コイルから発生する交番磁界をちょうど等量受ける位
置に、電磁気センサ３としての１対の受信コイルが差動
接続されて配置されている。このため２つの受信コイル
には等しい大きさの誘起電圧が生じ、被検査体が何も到
来しないときには搬送波の出力が相殺されてゼロになる
よう工夫されている。この交番磁界中を、被検査体（ワ
ーク）Ｗがベルトなどで搬送されて到来する。

【００１７】位相検波手段４の移相回路１２０は、互い
に９０度位相が異なる２つの基準位相を、第１の検波回
路１２３と第２の検波回路１２６に供給する。被検査体
や金属の電磁気的な反応は受信コイルから、まず差動増
幅器１０８で増幅され、該第１の検波回路および第２の
検波回路と２つのローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４、
１２７によって、位相検波されて、正弦（ｓｉｎ）と余
弦（ｃｏｓ）の２つの検波信号となる。

【００１８】位相変動量検知手段５は、該正弦（ｓｉ
ｎ）と余弦（ｃｏｓ）の２つの信号を受領して、位相変
動量を調べるべき特定時間の間だけ、位相情報をデジタ
ル形式で出力して、他の時間はゼロとなるようマスクす
る。判定手段６は、該位相情報を受領して、該位相があ
らかじめ設定された被検査体の位相変動量より大きいか
小さいかにより、金属片の混入の有無を判定する。

【００１９】つぎに、図８に基づいて本発明の特許請求
の範囲第２項に基づく第２実施例を説明する。本実施例
の基本は、わずかに異なる複数の位相を用いて、広範囲
に受信信号を検波して、被検査体と金属の位相変動量の
違いを捉えることにある。第２実施例では、位相検波手
段４が複数の位相検波ユニット７（その要部は位相検波
回路１２３、１２６、１６２、１６６）を具備してな
り、並列的に複数位相に基づいて位相検波している。作
用の説明で述べたように被検査体の位相変動量は比較的
小さいので、その小さな変動量にほぼ等しい位相差で複
数の位相検波回路１２３、１２６、１６２、１６６を動
作させると、常に、単一の位相検波回路が被検査体の位
相を捉えている。一方、金属の位相変動量は大きいの
で、混入金属の存在するときにのみ位相検波回路１２
３、１２６、１６２、１６６の他の位相検波回路が信号
を捉えるので、高感度に微小金属を検出することが可能
となる。

【００２０】発振器、電磁気発生源、電磁気センサは、
第１実施例と同様である。位相検波手段４は、複数の移
相回路１２０、１２１、１６１、１６５を具備してな
り、わずかに位相差がある複数の基準位相信号が生成さ
れる。受信コイル３の誘起電圧は差動増幅器１０８を介
して第１の検波回路に供給され、前記複数の基準位相信
号の一つを基準として、検波され、ローパスフィルタ
（ＬＰＦ）１２４で濾波され、Ａ／Ｄ変換器１２５でデ
ジタル信号に変換されて、判定手段６に供給される。同
時に、他の複数の検波回路、ローパスフィルタおよびＡ
／Ｄ変換機も並列的にわずかに異なった基準位相によっ
て同様に動作する。判定手段は、複数の広範囲の位相情
報を比較する。金属が無いときは、常に、単一の位相検
波回路が被検査体の位相を捉えているし、一方、混入金
属の存在するときにのみ他の位相検波回路が信号を捉え
るので、高感度に微小金属を検出することが可能とな
る。

【００２１】つぎに、図９に基づいて本発明の特許請求
の範囲第３項に基づく第３実施例を説明する。本実施例
の基本は、位相変動を連続的に追尾する追尾信号発生手
段８を備えて、常に被検査体の影響の小さい位相を連続
的に追尾して、被検査体の影響を完全に除去して微小な
金属片を検出することである。

【００２２】第３実施例では、追尾信号発生手段８の中
に記憶手段１７２を備えており、被検査体に特有な連続
的な位相変動特性の情報を格納している、さらに被検査
体の到来時点を正確に捉えるねらいでトリガ生成手段１
７１を備えている。作用の説明で述べたように被検査体
がちょうど金属検出機の中央を通過する瞬間に必ず出力
信号がゼロボルト直流になるので、振幅情報がゼロにな
った時点の直後から連続的に位相追尾することにより正
確な追尾が可能となる。制御手段１７３がトリガ信号に
よる正確な時間と、あらかじめ記憶格納してある連続的
な位相変動特性に従って追尾信号を生成し、Ｄ／Ａ変換
器１７４により電圧波形に変換されて移相回路１２０に
供給される。該移相回路１２０は、連続的に変化して且
つ常に互いに９０度異なる２つの基準位相信号を生成す
る。そのあとの検波回路の動作は第１、第２実施例と同
様である。

【００２３】この実施例によれば、時間的に変動する被
検査体の位相を連続的に追尾して、常に被検査体の影響
の小さい状態で金属の検出信号を取ることができる。影
響の小さい位相の変動特性は被検査体の種別により異な
るので、初期条件設定作業として測定し記憶格納する必
要がある。初期条件設定作業の後の実際の測定では、金
属の混入していない被検査体の検出信号の電圧は極めて
小く、一方、金属混入の被検査体の検出信号の電圧は大
きい。この検出信号は位相情報および前記正弦（ｓｉ
ｎ）の検波信号にあらわれるので、いずれかを判定手段
に供給する。判定手段は、検出信号の電圧の大小を監視
して、従来は除去できなかった被検査体影響を完全に除
去して高感度に微小金属を検出する。

【００２４】これまでに、３つの実施例を述べたが、本
発明の主旨はこれら３つに限定されるものではなく、前
記検波回路としてサンプルホールド回路を用いても良
く、また、前記受信コイルの誘起電圧を直接Ａ／Ｄ変換
した後にデジタル的な処理あるいはソフト的な処理によ
り位相検波、位相変動量検知、追尾信号発生を行っても
なんら差し支えない。あるいはまた、受信コイルは必ず
しも差動接続の１対のコイルでなく非差動コイルの使用
も可能であるし、電磁気センサとして受信コイル以外
に、ホール素子など他のセンサを用いても支障ない。

【００２５】

【発明の効果】本発明の金属検出機は、位相の時間的変
動を捉えるねらいで、位相追尾手段、位相変動量検出手
段、あるいはわずかに異なる複数の位相で位相検波する
位相検波手段を備えているので、高感度に微小金属を検
出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載した本発明のブロック図であ
る。

【図２】請求項２に記載した本発明のブロック図であ
る。

【図３】請求項３に記載した本発明のブロック図であ
る。

【図４】被検査体の位相の変動を示す図である。

【図５】実験における被検査体の向きを示す図である。

【図６】被検査体および金属混入被検査体の位相の変動
の差異を示す図である。

【図７】本発明の第１実施例を示すブロック図である。

【図８】本発明の第２実施例を示すブロック図である。

【図９】本発明の第３実施例を示すブロック図である。

【図１０】従来技術の金属検出機の装置構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１発振器２電磁気発生源３電磁気センサ４位相検波手段５位相変動量検出手段６判定手段７位相検波ユニット８追尾信号発生手段１０２基準信号発生器１０３フィルタ１０４電力増幅器１０８差動増幅器１２０移相回路１２３第１の検波回路１２４ローパスフィルタ１２６第２の検波回路１２７ローパスフィルタ１５１振幅演算手段１５２Ａ／Ｄ変換器１５３トリガ生成手段１５４位相演算手段１５６Ａ／Ｄ変換器１５７マスク手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 3/10 G01V 3/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発振器（１）と；該発振器の発振信号を受
領して交番磁界を発生する電磁気発生源（２）と；該交
番磁界を印加された被検査体の電磁気的反応を受信し
て、誘起される受信信号を出力する電磁気センサ（３）
と；前記受信信号を位相検波する位相検波手段（４）
と；該位相検波手段の検波結果を受領して、前記受信信
号の所定の時間内における位相の時間的な変動量を表す
位相変動量を検知する位相変動量検知手段（５）と；該
位相変動量の大きさから、前記被検査体に金属が混入し
ているか否かを判定する判定手段（６）とを備えたこと
を特徴とする金属検出機。
【請求項２】発振器（１）と；該発振器の発振信号を受
領して交番磁界を発生する電磁気発生源（２）と；該交
番磁界を印加された被検査体の電磁気的反応を受信し
て、誘起される受信信号を出力する電磁気センサ（３）
と；わずかに異なる複数の位相を用いて、前記受信信号
を位相検波して、それぞれの位相に対応した複数の位相
検波結果を出力する複数の位相検波ユニット（７）を具
備する位相検波手段（４）と；該複数の位相検波結果か
ら、前記被検査体に金属が混入しているか否かを判定す
る判定手段（６）とを備えたことを特徴とする金属検出
機。
【請求項３】発振器（１）と；該発振器の発振信号を受
領して交番磁界を発生する電磁気発生源（２）と；該交
番磁界を印加された被検査体の電磁気的反応を受信し
て、誘起される受信信号を出力する電磁気センサ（３）
と；前記被検査体に金属が混入していないときの、該受
信信号の位相の時間的な変動を再現する追尾信号を、発
生する追尾信号発生手段（８）と；該追尾信号に基づい
て時間的に変動する基準位相を用いて、前記受信信号を
位相検波する位相検波手段（４）と；該位相検波手段の
検波結果から、前記被検査体に金属が混入しているか否
かを判定する判定手段（６）とを備えたことを特徴とす
る金属検出機。