JP3250755B2 - ループコイル式金属物体検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中もしくは地上に配
置したループコイルにより車輌等の金属物体を検知する
ループコイル式金属物体検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、駐車場等においては、駐車車
輌の有無を光学センサや超音波センサにより検出して、
利用状況を表示することが行われている。しかしなが
ら、光学センサや超音波センサは、その動作原理上、セ
ンサを地上に露出させておく必要があるので、塵埃や泥
で汚れたり車輌と接触して動作不良となったり、車輌の
移動の邪魔になる等の不都合がある。

【０００３】また、センサとしては、上記光学センサや
超音波センサの他に、磁気誘導を利用したループコイル
式のセンサが知られている。このループコイル式のセン
サを使用した金属物体検知装置においては、ループコイ
ルを共振回路の一部に含む発振回路を構成している。そ
して、定常状態では、ループコイルのインダクタンスを
含むインダクタンスと共振回路に設けられたコンデンサ
の容量で決定される一定の共振周波数で発振動作を行っ
ている。ループコイルに金属物体が近づくとループコイ
ルのインダクタンス及びＱが変化するので、発振周波数
と波高電圧も変化する。したがって、この発振周波数の
変化または波高電圧の変化を検出することにより、金属
物体、すなわち、車輌の有無を検出することができる。

【０００４】このループコイル式のセンサを使用した金
属物体検知装置においては、センサであるループコイル
自体を地中に埋め込むことができるので、外部環境の影
響を受けたり、車輌の移動の邪魔になることがない。ま
た、地上に配置する場合でも、ループコイルの厚みが薄
いので、地中に埋め込んだ場合と同様な効果を得ること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなループコイ
ル式のセンサを使用した金属物体検知装置において、車
輌の位置や移動状態を細かく検出するためには、多数の
ループコイルを短い間隔で配置することが考えられる。
ところが、実際に多数のループコイルを短い間隔で配置
すると、かえって金属物体を正確に検知することができ
ないという現象が発生することが判明した。この現象の
原因を解明した結果、次のような事実が判明した。

【０００６】先に述べたように、ループコイルは共振回
路の一部を構成しており、ループコイルの近傍に他のル
ープコイルが存在すると双方のループコイルが電磁結合
する。或る共振周波数を有する共振回路と、近傍の共振
周波数を有する共振回路とが結合すると、お互いの共振
周波数が相手側の共振周波数の影響を受けて本来の共振
周波数からずれてしまう。このため、実際には金属物体
が存在しないのにも拘わらず、金属物体が存在すると検
知してしまう。また、これほど極端ではないにしても、
発振周波数が規定の周波数に対してずれると、検出感度
が変化するために、金属物体の位置を正確に検出できな
くなる。

【０００７】また、各ループコイルにはそれぞれ独立し
た発振回路が接続されており、これらの複数の発振回路
は、定常状態において規定周波数に略等しい周波数で発
振している。各発振回路は独立に動作しているので、各
発振回路の発振周波数が定常的に完全に一致することは
あり得ない。すなわち、各発振回路は互いに僅かに異な
った周波数で発振動作を行っている。各ループコイルが
近接して配置されている場合には、各発振回路の発振周
波数の差の周波数成分が発生し、この差の周波数成分が
各発振回路における本来の発振周波数成分に混入して、
本来は一定であるべき発振回路の出力の振幅が差の周波
数成分に対応する周期で周期的に変動してしまう。この
ため、発振周波数や波高値の検出を正確に行うことがで
きなくなり、金属物体の位置を正確に検出できなくな
る。

【０００８】そこで本発明は、複数のループコイルが近
接配置された場合でも正確に金属物体を検知できるよう
にすることを目的とする。また本発明は、発振回路から
の不要輻射を防止することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のループコイル式
金属物体検知装置は、それぞれ一つのループコイルで構
成される複数のセンサと、前記各一つのループコイルに
対応して設けられ、各一つのループコイルをそれぞれ共
振系の一要素として含む複数の共振回路と、前記複数の
共振回路の各共振回路と組み合わされて発振回路を構成
する増幅回路と、各共振回路に接続され各共振回路を共
振回路として機能させるか否かを切り換える、双方向性
のスイッチング素子を備えた複数の切換回路と、前記複
数の切換回路を順次選択的に動作させるシーケンサと、
前記複数の制御回路による選択動作に連動して前記増幅
回路の出力の周波数または波高値が規定範囲内にあるか
否かを判別する判別回路とを備えていることを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】本発明においては、測定中のループコイルに隣
接するループコイルにおいては、共振回路が構成されな
いので、測定中のループコイルを含む共振回路の共振周
波数が、隣接するループコイルの影響を受けて変動する
ことがない。また、複数の発振回路が同時に動作するこ
とがないので、各発振回路の発振周波数の差成分が発生
することがない。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。

【００１２】図１は、本発明のループコイル式金属物体
検知装置の実施例を示す回路図である。

【００１３】図に示す金属物体検知装置は、ｎ個のルー
プコイル１と、このループコイル１のインダクタンスを
回路の一部として含むｎ個の共振回路２と、このｎ個の
共振回路２の中のいずれか一つの共振回路と組み合わさ
れて発振回路を構成する共通の増幅回路３と、各共振回
路２と共通の増幅回路３との間に設けられたｎ個の切換
回路４と、ｎ個の切換回路４の各切換回路の切換状態を
所定の周期で順次切り換えるシーケンサ５と、増幅回路
３からの発振出力の周波数を測定し予め決められた規定
周波数の範囲内に有るか否かを検出する判別回路６と、
判別回路６における検出結果に基づいてｎ個のリレー７
を制御すると共に検出結果を直列ディジタルデータの形
態でデータ出力端子８に出力する制御回路９とを備えて
いる。それぞれ一つのループコイル１、共振回路２及び
切換回路４で一つのチャンネルを構成しており、図１の
実施例では、ｎ個のループコイル１に対応してチャンネ
ル＃１〜チャンネル＃ｎが存在する。上記ｎ個のループ
コイル１は、地中もしくは地上に、互いに近接して配置
されている。また、場合によっては、隣接するループコ
イルが半分づつ重なった状態で配置されることもある。

【００１４】図２は、共振回路２及び切換回路４の詳細
を示す回路図である。

【００１５】共振回路２は、一次側がループコイル１に
接続されたトランス２ａと、このトランス２ａの二次側
に接続されたコンデンサ２ｂ，２ｃとを備えている。ト
ランス２ａを介して見たループコイル１のインダクタン
スとコンデンサ２ｂ，２ｃの容量とでＬＣ共振回路が構
成される。すなわち、共振回路２は、ループコイル１を
共振系の一要素として含んでいる。コンデンサ２ｂとコ
ンデンサ２ｃの接続中点は接地され、コンデンサ２ｂ，
２ｃとトランス２ａとの接続点から一対の信号線Ｌ１，
Ｌ２が導出されている。一方の信号線Ｌ１は切換回路４
を介して増幅回路３の入力側に接続され、他方の信号線
Ｌ２は切換回路４を介して増幅回路３の出力側に接続さ
れている。

【００１６】切換回路４は、入力側の信号線Ｌ１に直列
に接続されたフォトスイッチ４ａと、出力側の信号線Ｌ
２に直列に接続されたフォトスイッチ４ｂと、入力側の
信号線Ｌ１と出力側の信号線Ｌ２との間に並列に接続さ
れたフォトスイッチ４ｃとを備えている。フォトスイッ
チ４ａ〜４ｃは、外部からの制御信号に応じてそのオン
オフ状態が制御される双方向性のスイッチング素子であ
り、たとえば、双方向性光ＭＯＳＦＥＴが使用される。
フォトスイッチ４ａ，４ｂとしては、定常状態でオフで
あって、制御信号が印加されたときのみオンとなる形式
のものを使用し、フォトスイッチ４ｃとしては、定常状
態でオンであって、制御信号が印加されたときのみオフ
となる形式のものを使用する。

【００１７】次に、上述した金属物体検知装置の動作に
ついて説明する。

【００１８】図１に示すシーケンサ５からは、図３
（ａ）〜（ｃ）に示すような制御信号Ｓ１〜Ｓｎが順次
生成され、それぞれ各切換回路４に供給されている。た
とえば、制御信号Ｓ１がチャンネル＃１の切換回路４に
供給されると、切換回路４のフォトスイッチ４ａ，４ｂ
がオン（同図（ｄ）参照）となり、フォトスイッチ４ｃ
がオフ（同図（ｅ）参照）となる。したがって、増幅回
路３の出力側と入力側の間に共振回路２が接続され発振
回路が構成され、この発振回路は、同図（ｆ）に示すよ
うに、共振回路２の容量とループコイル１固有のインダ
クタンスで決定される共振周波数、たとえば、約１００
ｋＨｚで、且つ、所定の波高電圧で発振動作を開始す
る。ループコイル１の近傍に金属物体が存在しない場合
には、共振周波数は、主としてループコイル１固有のイ
ンダクタンスと共振回路２のコンデンサ２ｂ，２ｃの容
量で決定される。増幅回路３からの発振出力は判別回路
６に供給され、発振周波数が予め決められた規定周波数
の範囲内に有るか否か、または、波高電圧が規定の範囲
内に有るか否かが検出される。たとえば、ループコイル
１の近傍に金属物体が存在する場合には、ループコイル
１の実効インダクタンスとＱが変化し、発振周波数が規
定周波数からずれた周波数となり、また、波高電圧が規
定範囲からずれた値となるので、この周波数のずれまた
は波高電圧のずれを検出することにより金属物体の有無
を判別することができる。なお、規定周波数は、各チャ
ンネルに共通であってよいし、各チャンネルの特性のば
らつきに応じて各チャンネル毎に独立に設定してもよ
い。

【００１９】このとき、他のチャンネル＃２〜＃ｎの切
換回路４には制御信号Ｓ２〜Ｓｎが供給されていないの
で、他のチャンネル＃２〜＃ｎの切換回路４のフォトス
イッチ４ａ，４ｂがオフとなっている。したがって、他
のチャンネル＃２〜＃ｎに関しては、増幅回路３と共振
回路２とが切り離された状態となっており、発振動作は
行われない。すなわち、複数の発振回路が同時に発振動
作を行うことがなくなるので、ビート信号等の不要信号
が発生することがない。

【００２０】また、フォトスイッチ４ａ，４ｂがオフと
なると同時に、フォトスイッチ４ｃがオンとなるので、
共振回路２のコンデンサ２ｂ，２ｃの両端が短絡され
る。したがって、共振回路２はＬＣ共振回路としては動
作せず、共振周波数は存在しなくなる。したがって、チ
ャンネル＃１の測定中に隣接するチャンネル＃２のルー
プコイル１の共振周波数の影響を受けることがなくな
り、正確な検出を行うことができる。

【００２１】上記判別回路６における発振周波数の検出
は、シーケンサ５からの同期信号ＳＷに同期して各チャ
ンネルごとに行われ、選択されたチャンネルの共振回路
２のみが動作可能状態となり、他のチャンネルの共振回
路２は全て不動作状態とされる。したがって、どのチャ
ンネルのループコイル１の近傍に金属物体が存在してい
るかを正確に識別することができる。

【００２２】判別回路６での検出結果は、たとえば、ｎ
ビットの並列データとして制御回路９に供給され、金属
物体が検出されたチャンネルのリレー７がオンとされ
る。また、ｎチャンネル分の検出結果が直列ディジタル
データの形態でデータ出力端子８に出力される。

【００２３】上述した実施例においては、各チャンネル
に対して共通の増幅器を使用したが、図４に示す他の実
施例のように、各チャンネル＃１〜＃ｎにそれぞれ増幅
器３を設け、各増幅器３の出力をバッファ回路１０を介
して合成して判別回路９に供給するようにしてもよい。
図４に示す実施例の場合、共振回路２と増幅器３との間
に接続された切換回路１１には、入力側の信号線Ｌ１と
出力側の信号線Ｌ２との間に並列に接続されるフォトス
イッチ１１ａが設けられている。フォトスイッチ１１ａ
は、定常状態でオンであって、制御信号が印加されたと
きのみオフとなる形式のものである。なお、図４に示す
実施例においては、図１に示す実施例と対応する部分に
は同一符号を付している。

【００２４】図４に示す実施例においても、図１に示す
実施例と同様に、シーケンサ５からの制御信号Ｓ１〜Ｓ
ｎが各チャンネルの切換回路１１に供給されている。た
とえば、制御信号Ｓ１がチャンネル＃１の切換回路１１
に供給されると、切換回路１１のフォトスイッチ１１ａ
がオフとなる。したがって、増幅回路３の出力側と入力
側の間に共振回路２が接続され発振回路が構成され、こ
の発振回路は、共振回路２の容量とループコイル１固有
のインダクタンスで決定される共振周波数で発振動作を
開始する。

【００２５】このとき、他のチャンネル＃２〜＃ｎの切
換回路１１には制御信号Ｓ２〜Ｓｎが供給されていない
ので、他のチャンネル＃２〜＃ｎの切換回路１１のフォ
トスイッチ１１ａがオンとなっている。したがって、他
のチャンネル＃２〜＃ｎに関しては、共振回路２のコン
デンサ２ｂ，２ｃの両端が短絡される。したがって、共
振回路２はＬＣ共振回路としては動作せず、発振動作は
行われない。

【００２６】したがって、図４に示す実施例において
も、複数の発振回路が同時に発振動作を行うことがな
く、ビート信号等の不要信号が発生することがない。ま
た、あるチャンネルの測定中に隣接するチャンネルのル
ープコイル１の共振周波数の影響を受けることがなく、
正確な検出を行うことができる。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明において
は、測定中のループコイルを含む共振回路の共振周波数
が、隣接するループコイルの影響を受けることがないの
で正確に金属物体を検出することができる。また、複数
の発振回路が同時に動作することがないので各発振回路
の発振周波数の差成分が発生せず発振出力の波形が乱れ
ることがない。したがって、発振周波数や波高値を正確
に検出して金属物体の位置を正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のループコイル式金属物体検知装置の
実施例を示す回路図である。

【図２】 図１に示す金属物体検知装置において使用さ
れる共振回路及び切換回路の詳細を示す回路図である。

【図３】 図１に示す金属物体検知装置の動作を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図４】 本発明のループコイル式金属物体検知装置の
他の実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１…ループコイル、２…共振回路、２ａ…トランス、２
ｂ，２ｃ…コンデンサ、３…増幅回路、４…切換回路、
４ａ〜４ｃ…フォトスイッチ、５…シーケンサ、６…判
別回路、７…リレー、８…出力端子、９…制御回路、１
０…バッファ回路、１１…切換回路，１１ａ…フォトス
イッチ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ一つのループコイルで構成され
   る複数のセンサと、 前記各一つのループコイルに対応して設けられ、各一つ
   のループコイルをそれぞれ共振系の一要素として含む複
   数の共振回路と、 前記複数の共振回路の各共振回路と組み合わされて発振
   回路を構成する増幅回路と、 各共振回路に接続され各共振回路を共振回路として機能
   させるか否かを切り換える、双方向性のスイッチング素
   子を備えた複数の切換回路と、 前記複数の切換回路を順次選択的に動作させるシーケン
   サと、 前記複数の制御回路による選択動作に連動して前記増幅
   回路の出力の周波数または波高値が規定範囲内にあるか
   否かを判別する判別回路とを備えていることを特徴とす
   るループコイル式金属物体検知装置。