JPH05133911A

JPH05133911A - Ｎｑｒ利用の検査装置

Info

Publication number: JPH05133911A
Application number: JP4084933A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nagasawa; 康夫長沢; Yasuhiro Mitsui; 泰裕三井; Jiro Tokita; 二郎鴇田; Takuya Maruizumi; 琢也丸泉
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】ＮＱＲ利用の検査装置において、荷物毎に同
調点の変化するのに対処して、検査に先だって正しい同
調点を探索し、事前設定しておきたい。【構成】検査に先だってコイルから共振点を変更させ
て異なる周波数の高周波電磁波を次々に放射し、この放
射電磁波をコイル近傍のサーチコイルで受信し、サーチ
コイルで受信した電磁波信号の中で最大となる時の周波
数の共振点を、荷物存在時の同調点として設定せしめ
る。この設定後に正規の荷物検査に入る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検査物に他の物質と
混在している特定物質を非破壊で検出するための検査装
置、特に核４重極共鳴現象を利用した検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】航空機の持込み手荷物の検査や輸送物質
等の危険物検査装置であるＸ線検査システムは、従来、
Ｘ線発生装置、Ｘ線透過スリット、非検査物移動用のベ
ルトコンベア、そして上記非検査物を透過したＸ線を検
知するラインセンサ、及び透過像を表示するモニタテレ
ビジョンなどにより構成されていた。このため、Ｘ線吸
収係数が大きい金属性の刀剣や銃器などを、明瞭な影と
してテレビジョンモニタ上で検知することができ、航空
機ハイジャックの未然防止に役立てられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、金
属を構成要素として持たない武器，危険物の検知が困難
であり、更に、例えば、プラスチック爆弾などのよう
な、一定の形状をもたない、非金属危険物については、
発見しにくいという問題があった。また、上記従来技術
はＸ線透過像を利用するため、非検査物中の深さ方向の
情報を得ることが難しく、不明瞭ではあるが危険物と疑
われる嫌疑物の開封検査や除去等が、短時間に行えず、
また上記作業そのものが危険を伴うという問題があっ
た。そこで、これらの問題を解決するために新規の非破
壊検査装置の開発が行われている。この検査装置は、Ｘ
線に代って、危険物中に含まれる物質には静磁場を加え
なくても、高周波磁場信号を印加するだけで、共鳴信号
を得られる核４重極共鳴現象（ＮＱＲ）を利用したもの
である。ＮＱＲを呈する物質は種々わかっており、塩素
や窒素はその代表的なものである。核磁気共鳴（ＮＭ
Ｒ）現象を用いるものでは静磁場（１０００ガウス〜数
万ガウスの大きさ）を加えることを必須としており、荷
物検査では荷物内の磁気物体を破壊したり、電子回路を
破壊したりしてしまい、使用不可能である。ＮＱＲで
は、この大磁場である静磁場を加えなくとも、低磁場を
呈する高周波磁場信号を印加するだけでよいため、荷物
検査には好適である。

【０００４】ＮＱＲを実際に検査装置として適用するた
めには、種々の課題解決を必要とするが、その１つに、
共振周波数の変化の例がある。ＮＱＲ現象を引き起こす
為には、検出を目的とする物質に固有の共鳴周波数の高
周波磁場を照射してやる必要がある。ＮＱＲ用の高周波
磁場印加のためには、照射コイルを必要とする。その照
射コイルの形状は、大きな筒状コイルとし、その筒状コ
イル内を、荷物を搬送させるやり方が装置構成として実
用的なものと云われている。一方、照射のためには、印
加高周波信号は電気的な共振現象を利用して出力するよ
うにすることが望ましい。共振現象は、よく知られてい
るように、Ｌ、Ｃ、Ｒ成分の直列又は並列回路を利用す
る。この中のＬ成分の役割を持つのが筒状コイルであ
る。筒状コイルのＬ成分とは、コイル自体の巻き線数Ｎ
やその形状及び大きさで電気的に定まるものであるが、
これ以外に筒状コイル内の空間上の電気的特性によって
も変化する。ここで、電気的特性とは、荷物の存在によ
る磁気透過率の変化、コイルと荷物との間の各種浮遊容
量の発生と変化（ストレーキャパシタンス、ストレース
インダクタンスの発生と変化）等の特性を云う。この観
点でみるに、筒状コイル内を種々の荷物を通して検査を
行おうとした場合、その荷物の電気的特性が種々存在す
ることから、Ｌ及びＣ成分も変化を受けることになる。
Ｌ及びＣ成分の変化は、共振周波数の変化を招き、更に
固有の共振周波数での照射電力の低下を招き、ＮＱＲ検
知感度の低下を招く。従って、種々の荷物が検査対象と
なっても、その種々の荷物にかかわらず、固有な共振周
波数で最大の共振が達成できるようにすることが不可欠
である。

【０００５】本発明の目的は、筒状コイル内で種々の荷
物が検査対象になっても、固有な共振周波数の高周波信
号を最大照射電力で照射可能にする検査装置を提供する
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、高周波信号発
生装置と、該信号を入力して共振する共振回路と、この
共振回路の一要素として設けられＮＱＲ利用のための高
周波電磁波を放射するコイルと、該コイル近傍の物体か
らのＮＱＲ共鳴信号を計測する測定回路と、より成るＮ
ＱＲ利用の検査装置において、上記物体の検査に先立っ
て、物体に上記コイルから、上記発生装置及び共振回路
を利用して高周波電磁波を放射させる手段と、この放射
電磁波をコイル近傍で測定するサーチコイルと、このサ
ーチコイルで測定した電磁波信号を取り込み共振同調の
具合を判定し最大電磁波強度となる同調点を検索する手
段と、該見つかった同調点になるように上記共振回路を
制御する手段とより成り、この制御後に上記本来の検査
を行わせるようにした。

【０００７】

【作用】本発明によれば、本来の計測に先立って、荷物
（物質）の存在による共振同調点の変化に対応して、最
大放射強度の同調点を探し出すことができ、本来の計測
での正確な共鳴信号を計測することができる。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の、自動同調機能を持つＮＱ
Ｒ検査装置の実施例図である。この検査装置は、内部に
荷物が挿入可能な筒状コイル１、高周波パルス発生装置
３、測定回路４、切り換えスィッチ５、コイル同調回路
６、同調駆動機構７、サーチコイル８、電磁波強度測定
回路９、コントローラ１０より成る。かかる構成で、筒
状コイル１は照射用と共鳴信号受信用とを兼用してお
り、この切り換えをスィッチ５で行う。照射時には、装
置３からの高周波パルスをスィッチ５を通じて、筒状コ
イル１に印加する。測定時には、筒状コイル１で受信し
た共鳴信号をスィッチ５を通じて測定回路４に導く。

【０００９】同調回路６は、筒状コイル１と直列又は並
列に結合されたキャパシタンスを持ち、この容量を変化
させることによって、検出を目的とする物質固有の共鳴
周波数と一致した共振周波数を得、かくして得た高周波
信号で形成された磁場及び電場を筒状コイル１から内部
の荷物へ照射する。同調制御部（同調機構）７は、同調
回路６での固有の共振周波数共振のためのキャパシタン
ス変更指定及び変更調整を行う。この固有の共振周波数
は、操作者が手動で入力するか、計算機の指示で自動的
に入力する。

【００１０】以上の構成で、実際の荷物検査に際して
は、検査目的に合った共振周波数が同調制御部７に与え
られ、同調制御部７は、この共振周波数で共振するよう
に同調回路６のキャパシタンスを変更して同調化を行
う。この同調は、検査目的が同じであれば、荷物が入れ
代っても初期設定したままである。そして、各荷物毎に
スィッチ５を切り換えて照射と測定とを交互に繰り返
す。

【００１１】この照射と測定との動作は、ＮＱＲ法での
通常の検査法であり、本発明の特徴ではない。本発明の
特徴は、荷物が入れ代る毎に、最適同調になるように同
調制御をはかるようにしたものである。その目的を達成
するのが、サーチコイル８、測定回路９、コントローラ
１０である。

【００１２】サーチコイル８は、筒状コイル１の近傍に
設置されている。荷物が入れ代る毎に、同調のために装
置３、５、６、を介して筒状コイル１に高周波信号を送
り、入れ代った荷物に高周波磁場を照射する。この共振
回路の共振点は、本来初期設定した固有の共鳴周波数Ｆ
₀に合致したものであるはずだが、荷物の存在による電
気的特性によって合致しないことが多い。このために
共鳴周波数に合致しているか否かをみることが必要であ
り、合致していなければ合致するようにする必要があ
る。初期設定した状態では、コイル内の荷物の影響によ
り共振回路の共振周波数は、目的とするＮＱＲ共鳴周波
数Ｆ₀とは異なる共振周波数ｆ₀を有している。このよう
な初期状態を維持したままＦ₀なる高周波電磁波を照射
する。この高周波電磁波の大きさをサーチコイル８で直
ちに監視測定する。測定値は強度Ｐ₀であるとし、これ
を測定回路９に送る。測定回路は、その電磁波強度Ｐ₀
を記憶する。次に、コントローラ１０の指示で、ｆ₀＋
Δｆで同調するような指令を与え、機構７を介して回路
６を制御する。この同調のもとで、再びＦ₀なる高周波
電磁波を照射する。そして再びサーチコイル８でその
電磁波強度Ｐ₁を測定する。以上、ｆ₀＋２Δｆ、ｆ₀＋
３Δｆ、…ｆ₀＋ｎΔｆと同調内容を変更して、その都
度、強度Ｐ₂、Ｐ₃、…、Ｐ_nを測定し記憶する。同様に
減少方向に対しても、ｆ₀−Δｆ、ｆ₀−２Δｆ、…、ｆ
₀−ｎΔｆと変化させて、強度Ｐ′₁、Ｐ′₂、Ｐ、…
Ｐ′_nを測定する。

【００１３】これらの一連の測定が終了した時点で、ｆ
の変化と強度Ｐの変化とのグラフを描き、最大値のＰと
なるｆを見つける。この最大Ｐの位置が、真の同調位置
となる。この同調位置では、筒状コイルを含む共振系が
ＮＱＲ共鳴周波数Ｆ₀で共振同調していることになり、
かかる共振点をもって、同調回路６を同調させる。かく
して、入れ代わった荷物用の同調位置がみつかり設定出
来たことになる。この設定後に、実際の入れ代わった荷
物への検査（照射と測定）をスイッチ５を切り換えて行
う。尚、ｆの変更は自動的に行うことで同調位置の確定
作業の短縮がはかれる。

【００１４】図２は、本発明の具体的な実施例図を示
す。測定回路４及びスイッチ５は、省略してある。同調
回路６は、同調用可変容量型キャパシタンスＣｒとイン
ピーダンスマッチング用キャパシタンスＣｍより成る。
筒状コイル１はインダクタンスＬを持つコイルとした。
コイル１に直列の抵抗成分ｒはこの回路に含まれる損失
抵抗分を表している。同調機構７は、モータ駆動部７−
１とモータ７−２とより成る。測定回路９は、増幅器９
−１とＡＤ変換器９−２とより成る。この構成で、同調
を行うには、コントローラ１０がモータ駆動部７−１に
駆動指令を送り、モータ７−２を介してＣｒを変化させ
て、共振を行わせ、同調をとる。

【００１５】コイル１は図１で示した如くトランクや手
下げバッグ等を収納できる大型のコイルで、このような
大型のコイルで核四重極共鳴を引き起こさせるに充分な
エネルギーを発生させるためには高周波パルス発生装置
３は１ｋｗ〜１０ｋｗ程度の高出力アンプが使用され
る。このような電力で動作する共振回路で発生する電圧
は数１００Ｖ〜数１０ｋＶと高電圧となるため図示のＣ
ｒ、Ｃｍ等は高耐圧コンデンサや高耐圧真空バリコン等
が使用される。さて、図２の回路での共振周波数ｆ
₀は、

【数１】であり、入力インピーダンスＺは、

【数２】である。

【００１６】さて、このような共振回路のコイル内に被
検査物が挿入されると見かけ上のＬ及びＣが変化し、図
３破線で示す如くｆ₀からｆ′₀へ移動する。この共振点
の移動量と移動する方向は、被検査物の寸法、形状、材
質に依存する。この共振周波数の移動を、検査を目的と
する共鳴周波数に一致させ且つ共振回路のインピーダン
スを一定に保つためには、Ｌの変化分をＣｒで補正する
ことにより達成されることは［数１］［数２］より明ら
かである。

【００１７】Ｃｒの最適値を求めるには、図３より明ら
かなように、被検査物がコイル内に挿入され共振点が移
動すると、目的とする周波数ｆ₀におけるインピーダン
スがＺ₀ よりＺ′に低下する。この時ｆ₀の周波数でコイ
ル１を駆動すると、インピーダンスミスマッチングによ
り電力の反射が起こりコイル１には所定の電力が供給さ
れなくなり、コイル１で発生される電磁界強度は低下
し、コイル１の近傍に設けられたサーチコイル８に誘起
される高周波電流も減少する。従って、サーチコイル８
に誘起される電流が最大となるようにＣｒを調整するこ
とにより、コイルを目的の周波数ｆ₀に共振させること
が出来る。

【００１８】さて、コントローラ１０はプログラムによ
って動作するマイコンであるとする。そのプログラムの
１つに同調動作プログラムがある。このプログラムは、
本発明の目的である最大照射電磁波強度を見つけるため
のものである。同調動作プログラムを起動すると、コン
トローラ１０はトリガー信号を高周波パルス発生装置３
に送り、高周波パルスをコイル１に送る。コイル１で発
生された電磁波はサーチコイル８に発生電磁波強度に比
例した大きさの高周波電流を誘起する。誘起された高周
波電流は増幅器９−１で増幅及び検波され、ＡＤ変換器
９−２でコイル１の発生した電磁波強度のディジタルデ
ータに変換される。コントローラ１０はこれを読み取
り、１回目のデータとして内部メモリに格納する。コン
トローラ１０は予め定められた微調整量だけＣｒを変化
させるようにモータ７−２を駆動した後に、再び高周波
パルス発生装置３にトリガー信号を送る。その時にサー
チコイル８で得られた電磁波強度データと、前回の測定
で得られた電磁波強度を比較する。２回目に得られた計
測データが、前回の計測データより大きい場合は更にモ
ータを指定量前進させる。逆に２回目のデータが前回よ
り小さい場合はモータを逆回転させる。以上の操作を繰
り返し行い、電磁波強度が最大となる点までモータ駆動
する。この図２の実施例によれば、図１に比べ、刻々と
計測を行いながら、ピーク点の探索が出来る。

【００１９】図４は、キャパシタンスＣｍをも自動調整
するようにした点に特徴を持つ実施例図である。そのた
めに、Ｃｍの真空バリコン駆動用モータ７−４、及びそ
のモータ駆動回路７−３を追加し、これをコントローラ
１０で制御するようにしたものである。図３における実
施例は、コイル内に荷物を挿入することによりコイルの
インダクタンスＬの変化分のみを同調用キャンパシタン
スＣｒで補正したものである。しかし、コイル内に荷物
を挿入した場合、Ｌのみならずコイルの損失分ｒも変化
する。即ち［数２］のｒの値が変化し、共振回路のイン
ピーダンスＺ₀が変化する。Ｚ₀が高周波パルス発生装置
３の出力インピーダンスと一致しないとやはり電力の反
射が発生し有効にコイルに電力が供給されなくなる。ｒ
の変化分はＣｍを調整することにより補正可能なことは
［数２］より明白である。即ち、図１〜図３を用いて説
明した方法により同調用キャパシタＣｒを調整し、この
コイル系をｆ₀に共振させた後、インピーダンスマッチ
ング用キャパシタンスＣｍを、Ｃｒを調整したと同様な
方法でＣｍ最適値を求める。これによってより完全な調
整が可能となる。

【００２０】尚、［数１］において、ｆ₀はＣｒ及びＣ
ｍに依存する為、Ｃｒを再び調整することが望ましいが
一般にＣｍの値はＣｒに比して数倍の容量値を持つた
め、Ｃｍの微小な変化は、ｆ₀の変化にほとんど影響を
与えない。実用上はＣｒの調整後Ｃｍを調整することに
より充分高精度の調整が可能である。

【００２１】

【発明の効果】空港荷物の検査装置においては、検知を
目的とする物質の寸法、形状、が多種多様で、更に検知
対象物が種々の寸法、形状、材質の物と混在し且つ梱包
されている状態で検知しなければならないため、その検
査物に応じて装置の同調を迅速に行う機構が不可欠であ
る。本発明により装置の同調条件を自動的に見つけ設定
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検査装置の実施例図である。

【図２】本発明の検査装置の具体的な実施例図である。

【図３】本発明での共振点変化例を示す図である。

【図４】本発明の検査装置の他の具体的な実施例図であ
る。

【符号の説明】

１筒状コイル２荷物３高周波パルス発生装置４測定回路５スイッチ６同調回路７同調制御部（同調機構）８サーチコイル９測定回路１０コントローラ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 9118−2ＪＧ０１Ｎ 24/04 Ｚ (72)発明者丸泉琢也東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波信号発生装置と、該信号を入力し
て共振する共振回路と、この共振回路の一要素として設
けられＮＱＲ利用のための高周波電磁波を放射するコイ
ルと、該コイル近傍の物体からのＮＱＲ共鳴信号を計測
する測定回路と、より成るＮＱＲ利用の検査装置におい
て、上記物体の検査に先立って、物体に上記コイルか
ら、上記発生装置及び共振回路を利用して高周波電磁波
を放射させる手段と、この放射電磁波をコイル近傍で測
定するサーチコイルと、このサーチコイルで測定した電
磁波信号を取り込み共振同調の具合を判定し最大電磁波
強度となる同調点を検索する手段と、該見つかった同調
点になるように上記共振回路を制御する手段とより成
り、この制御後に上記本来の検査を行わせるようにした
ＮＱＲ利用の検査装置。