JP5460199B2 - ループコイル式金属物体検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、ループコイル式金属物体検知装置及びループコイルの設置方法に関し、特に、一巻きのループコイルの微弱なインダクタンス変化量を検知できる回路を設定し、一巻きのループコイルを採用することによって、ループコイルの設置作業の簡略化を実現したループコイル式金属物体検知装置及びループコイルの設置方法に関する。

一般的に、機械管理の駐車場においては、図５に示すように金属物体である駐車車両３０の有無を地中に埋め込んだループコイル式のセンサ３１が検知する方法が採用されている。
このループコイル式のセンサ３１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ピーダ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。

そして、このようなループコイル式金属物体検知装置に関する技術として特開平６−２３６４９８号公報記載の技術が知られている。
特開平６−２３６４９８号公報

前記従来のループコイル式金属物体検知装置は、所定のインダクタンスを確保するために、電線を多数回巻いたループコイルが必要とされ、車両の有無を検知する１ｍ四方のコイルでは、少なくとも４巻以上の巻線が必要である。
このような多数回巻いたループコイルでは、コイル径が太くなり、コイルの設置作業に数日が必要となる。
例えば、４巻以上の巻線のループコイルでは、保護管等も含めコイル径が数ｃｍにもなる。このようなコイルを設置するためには、１ｍ四方に５〜１０ｃｍ幅の配設溝を掘る必要があり、路面カッターによる切断作業、設置後の埋め戻し作業に手間を要するという問題があった。
本発明は係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、一巻きのループコイルの微弱なインダクタンス変化量を検知できる回路を設定し、一巻きのループコイルを採用することによって、ループコイルの設置作業の簡略化を実現したループコイル式金属物体検知装置及びループコイルの設置方法を提供することにある。

前記目的を達成するための手段として、請求項１記載のループコイル式金属物体検知装置では、一巻きの電線によって構成されるループコイルと、ループコイルに接続されて設けられ、ループコイルのインダクタンスに基づく信号変化量を検出する共振回路と、共振回路と組み合わせて構成される発振回路と、発信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、共振回路のコンデンサに蓄積される電荷を所定間隔で短絡させて放電を行うリフレッシュ回路とを備え、
前記共振回路は、ループコイルに接続された前置の共振回路であるループコイル同調回路と、ループコイル同調回路からの信号をインピーダンス変換回路によってインピーダンスを整合させて接続された後置の共振回路を備えたことを特徴とする

本発明では、前記構成を採用することにより、以下の効果が得られる。
発振回路のコンデンサに蓄積される電荷を所定間隔で短絡させて放電を行うリフレッシュ回路を備えたので、ＬＣ共振回路を構成するコンデンサの電荷蓄積による信号の変異が解消され、正確な検知が可能となる。
そのため、インダクタンスの低い１巻きのループコイルであっても、信号変化量を正確に検知する測定回路が形成される。
前置の共振回路と、後置の共振回路を設けたので、インダクタンスの低い１巻きのループコイルであっても、微弱な変化信号の中から雑音を排除して目的とする信号を確実に抽出することができる。
また、多数巻きのループコイルでは環境により線間容量等が変化し、検出信号に誤差を生じるが、本発明では１巻きのループコイルを使用するので線間容量の変化による誤差が生じない。
さらに、１巻きのループコイルで金属物体を検出できるので、駐車場における車両センサの路面への設置作業が簡略化される。
また、前記共振回路は、ループコイルに接続された前置の共振回路であるループコイル同調回路と、ループコイル同調回路からの信号を、インピーダンス変換回路によってインピーダンスを整合させて接続された後置の共振回路を備えたことで、以下のような効果が得られる。
すなわち、ループコイル１をインダクタンスが低い１巻きのコイルで形成した場合、共振によって得られる信号変化量が微弱であるが、後続のインピーダンス変換回路、後置の共振回路、によって、微弱な変化信号の中から雑音を排除して目的とする信号を確実に抽出することができる。これにより、ループコイルとして、インダクタンスが低い１巻きのコイルで形成することが可能になる。
また、定期的にリフレッシュ信号がループコイル同調回路と後置の共振回路に供給されるので、共振回路が定期的にリフレッシュされる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明のループコイル式金属物体検知装置は、電線径数ｍｍの電線を１回周回させて形成したループコイル１と、ループコイルを発振回路の一部として備える電子回路とによって構成される。
図１に示す金属物体検知装置は、車両の下に配置されるループコイル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ループコイル同調回路２（前置の共振回路）と、このループコイル同調回路２と組み合わされて発振回路を構成するインピーダンス変換回路４、後置の共振回路５、増幅回路６と、発振信号からノイズ等の除去を行う波形成形回路７と、波形整形回路７から送られてきた信号から変化した信号成分を抽出する復調回路８と、ループコイル同調回路２と後置の共振回路５のそれぞれに設けられた切換回路９、９ａと（図２、３参照）、復調された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１０と、判別回路１０における検出結果に基づいてリレーを制御すると共に検出結果を直列デジタルデータの形態でデータ出力端子１２に出力する制御回路１１とを備えている。

図２は、ループコイル同調回路２に備えられた切換回路９の詳細を示す回路図、図３は後置の共振回路５に備えられた切換回路９ａの詳細を示す回路図である。

ループコイル同調回路２は、ループコイル１が接続される一次側と、コンデンサ２ａが接続された二次側とを備えており、ループコイル１のインダクタンスとコンデンサ２ａの容量とでＬＣ共振回路が構成されている。すなわち、ループコイル同調回路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２ａから一対の信号線Ｌ１，Ｌ２が導出されて後続のインピーダンス変換回路４に接続されている。

切換回路９は、信号線Ｌ１とＬ２の間を抵抗Ｒ１を介して接続するフォトスイッチ３ａを備えている。フォトスイッチ３ａは、制御回路からのリフレッシュ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ＭＯＳ−ＦＥＴ（モスフォトリレー）が使用される。フォトスイッチ３ａとしては、定常状態でオフであって、リフレッシュ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する。
フォトスイッチ３ａがオンになるとコンデンサ２ａが抵抗Ｒ１を介して短絡され、コンデンサ２ａの蓄積電荷が放電されるリフレッシュ回路となる。

後置の共振回路５はインピーダンス変換回路４を介してループコイル同調回路２に接続されており、前記ループコイル同調回路２と同様に入力信号とコンデンサ２ｂ，２ｃの容量とでＬＣ共振回路が構成される。そして、コンデンサ２ｂとコンデンサ２ｃの接続中点は接地され、前記ループコイル同調回路２と同様に後置の共振回路５にも切換回路９ａが備えられている。切換回路９ａは信号線Ｌ３側に抵抗Ｒ２を介してアースに接続するフォトスイッチ３ｂと、信号線Ｌ４側に抵抗Ｒ３を介してアースに接続するフォトスイッチ３ｃを備えている（図３参照）。すなわち、制御回路１１のリフレッシュ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フォトスイッチ３ｂ，３ｃが備えられており、リフレッシュ信号が印加されたときのみフォトスイッチ３ｂ，３ｃがオンとされ、コンデンサ２ｂ、２ｃが抵抗Ｒ２、Ｒ３を介して短絡されてコンデンサ２ｂ，２ｃの蓄積電荷が放電されるリフレッシュ回路となる。

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。

本発明のループコイル式金属物体検知装置はループコイル同調回路２、インピーダンス変換回路４、後置の共振回路５、増幅回路６から発振回路が構成され、この発振回路は、共振回路コンデンサ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、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２ａの容量で決定される。

ここで、本発明のループコイル１はインダクタンスが低い１巻きのコイルから形成されている。従って、共振によって得られる信号変化量が微弱であるが、後続のインピーダンス変換回路４、後置の共振回路５、増幅回路６によって、微弱な変化信号の中から雑音を排除して目的とする信号を確実に抽出する構成となっている。抽出された信号は波形成形回路７によってノイズの除去、復調回路８によって情報の取り出しが行われて、判別回路１０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。

このとき、制御回路１１からは定期的にリフレッシュ信号が生成されループコイル同調回路２と後置の共振回路５に供給されている。ループコイル同調回路２にリフレッシュ信号が供給されると、フォトスイッチ３ａがオンとなるので、ループコイル同調回路２のコンデンサ２ａの両端が抵抗Ｒ１を介して短絡される。従ってコンデンサに蓄積された電荷が放電されて、共振回路が定期的にリフレッシュされる。
同様に、後置の共振回路５にリフレッシュ信号が供給されると、フォトスイッチ３ｂ、３ｃがオンとなるので、後置の共振回路５のコンデンサ２ｂ，２ｃの両端が抵抗Ｒ２、Ｒ３を介して短絡される。従ってコンデンサに蓄積された電荷が放電されて、共振回路が定期的にリフレッシュされる。

ループコイル同調回路２または後置の共振回路５の波形は図４（ａ）に示すとおり、制御回路からの信号によりオンオフの繰り返しが行われる。つまり、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３がオフの状態では共振回路が作動するので信号を生じている。しかし、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がオンの状態ではコンデンサが短絡されるために機能せず、波形は静止状態となる。

図４（ｂ）は縦軸に発振信号の周波数の変動分の絶対値、横軸に時間の推移を表した図である。図４（ｂ）において、リフレッシュ回路を設定しない（Ｓなし）の状態では図２、３におけるフォトスイッチ３ａ、３ｂ、３ｃは存在しないためコンデンサの放電は行われない。この場合には、コンデンサに電荷が徐々に蓄積されて測定周波数の変動分の絶対値（測定誤差）が徐々に増大することになる。
一方、リフレッシュ回路を設定した（Ｓあり）の状態では図２、３におけるＳ１、Ｓ２、Ｓ３は制御回路の作用により定期的にオンとなるためにコンデンサの放電が行われる。この場合には、コンデンサに蓄積された電荷が放電されてリフレッシュされ、測定周波数の変動分の絶対値はほぼ同一で推移し測定誤差は生じない。
リフレッシュ回路では抵抗Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３を通じて電荷の放電が行われるため、急激な電流の流れによるショートが防止され、長期に渡ってコンデンサの放電のオンオフが繰り返されてもコンデンサに負荷を与えず安定した作動が保証される。

判別回路１０での検出結果は、制御回路１１に供給され、金属物体が検出された場合にリレーがオンとされ、制御信号がデータ出力端子１２に出力される。

次に、ループコイルの設置方法について説明する。
本発明のループコイル式金属物体検知装置では１巻きの電線によってループコイル１が形成されるので、従来のループコイルに比べて細くなる。
つまり、従来のループコイルは所定のインダクタンス変化量を確保するために、少なくとも４巻き以上のコイル巻数を必要とし、コイル径が数ｃｍとなっていたが、本発明ではリフレッシュ回路を設定し、微弱な信号を測定可能としているので、１巻きのコイル径２ｍｍ前後の電線によるループコイルセンサが可能となっている。
従って、本発明のループコイル１を設置する場合には、駐車スペースのアスファルトまたはコンクリートの路面を路面カッターで筋状に切断して、形成された筋状の溝に埋め込み、筋に接着剤を流し込むことによってループコイルを設置することができる。
溝の形状としては路面カッターのカッター幅で十分であり、幅３〜６ｍｍ、深さ１０〜２０ｍｍ程度となる。
従来、ループコイルを設定する場合には、路面カッターで配設領域の内側と外側を路面カッターで切断して枠状の孔を形成し、ループコイルを配設した後にはその埋戻し作業が必要であったが、本発明のループコイルでは、一本の筋を形成するのみでループコイルの設置が可能となる。

また、上述したとおりループコイルが細くなるために、駐車スペースの路面上に電線をループ状に配設して電線を路面上に直に接着することも可能である。
接着方法としては、樹脂、モルタル、コーティングによって電線上から被せる方法、帯状のテープ等によって上面を覆って接着剤によって補強する方法等による。
さらに、路面に導電性塗料または導電性接着剤をループ状に塗布接着した後に固化させてループコイルを配設することも可能である。
このような、ループコイルセンサの配置方法を採用することにより、従来に比べてループコイル式金属物体検知装置の設置作業が極めて簡略化される。

以上、実施例を説明したが、本発明の具体的な構成は前記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、本発明のループコイルを駐車場内に複数隣接して配置する場合であっても、前記実施例と同一の作用となる。

ループコイル式金属物体検知装置の回路図である。 ループコイル同調回路の切換回路の詳細を示す回路図である。 後置の共振回路の切換回路の詳細を示す回路図である。 （ａ）リフレッシュ信号の発生状態を示す図である。 （ｂ）リフレッシュを行った場合の検知周波数の変動分の推移を示す図である。 従来例に係るループコイル式金属物体検知装置の概略構成図である。

１ ループコイル
２ ループコイル同調回路
２ａ、２ｂ、２ｃ コンデンサ
３ 切換回路
３ａ、３ｂ、３ｃ フォトスイッチ
４ インピーダンス変換回路
５ 後置の共振回路
６ 増幅回路
７ 波形成形回路
８ 復調回路
９ 切換回路
９ａ 切換回路
１０ 判別回路
１１ 制御回路
１２ データ出力端子

Claims (1)

1. 一巻きの電線によって構成されるループコイルと、
   ループコイルに接続されて設けられ、ループコイルのインダクタンスに基づく信号変化量を検出する共振回路と、
   共振回路と組み合わせて構成される発振回路と、
   発信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、
   共振回路のコンデンサに蓄積される電荷を所定間隔で短絡させて放電を行うリフレッシュ回路とを備え、
   前記共振回路は、ループコイルに接続された前置の共振回路であるループコイル同調回路と、ループコイル同調回路からの信号をインピーダンス変換回路によってインピーダンスを整合させて接続された後置の共振回路を備えたことを特徴とするループコイル式金属物体検知装置。

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