JPH07218646A - 金属探知方法 - Google Patents

金属探知方法

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JPH07218646A
JPH07218646A JP2498294A JP2498294A JPH07218646A JP H07218646 A JPH07218646 A JP H07218646A JP 2498294 A JP2498294 A JP 2498294A JP 2498294 A JP2498294 A JP 2498294A JP H07218646 A JPH07218646 A JP H07218646A
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JP
Japan
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current
conductor
excitation
coil
pulse
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JP2498294A
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English (en)
Inventor
Akira Hasegawa
彰 長谷川
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TAKASAGO SEISAKUSHO KK
Takasago Ltd
Original Assignee
TAKASAGO SEISAKUSHO KK
Takasago Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属などの導電体を非接触で検出する金属探
知方法。 【構成】 パルス発生器に接続された励磁コイルと、受
信コイル、スイッチ回路をもった受信コイルの電圧増幅
器によって構成され、励磁コイルに正と負のパルス電流
を交互に流し、誘導によって探知導電体に渦電流を流
し、励磁コイルに残留するエネルギーが充分に減衰した
時点に動作するスイッチを持ちしかも、励磁バルスに同
期した同期増幅器によって検出コイルの端子電圧を検出
し、探知導体に流れる渦電流だけを選択的に検出する金
属探知装置による金属探知方法

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、近接スイッチや不可視部分にある金属の位置を
探知したり、検知金属の種別を判定する場合に利用るさ
れる。とくに、商用周波数に影響された雑音の多い場所
で有効に利用できる。
【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渦
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。渦電流や透磁率の
変化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かっ
た。これらの欠点を除く方法として、特開平5−232
245のように磁界発生コイルの電流を遮断したとき
の、励磁コイルと探知導体との相互作用による過渡現象
の変化を利用する方法は、励磁コイルと受信コイルを共
用することもでき、比較的に指向性や感度も改善するこ
とが可能となった。しかし、この検出方法は検出信号に
多くの周波数成分を含み情報が多い特徴もあるが、FF
Tなどの周波数分析器と併用しないとこの情報の完全な
利用は困難であった。また、励磁コイルと検出導体との
複合的な過渡現象によるコイル電圧変化をコンパレータ
によって検出すると、ノイズの影響を非常に受けやすく
なる欠点もあった。また特開平5−232245の特許
明細書にある反射波形とは探知導体からの反射波ではな
く、励磁コイルと探知導体との複合した過渡現象を観測
しているので、励磁コイルに残留したエネルギーによる
電圧が受信時に加わり、検出距離が大きい場合は、コイ
ル電圧をダイオードでクランプしても受信信号と比べる
と桁違いに大きく、受信機の感度を上げるにも限界があ
ったり、励磁コイルの定数変化の影響を受ける問題もあ
った。さらに、受信機の感度を上げると外来のノイズの
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しようとすると、地下の地中
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。
【0003】
【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による影響が免
れず、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、検出コイルを移動した場合は地磁気の
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。
【0004】
【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検出導体にも誘導によ
って電流が流れる。励磁コイルに電流が流れている期間
は検出導体にも励磁コイルに流れた電流にほぼ比例した
渦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、検出導体に流れていた電流
は検出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。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
コイルに蓄積され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検出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検出導体の存在
を検出することが可能となる。ここで、励磁コイルにエ
ネルギーが蓄積されている期間は受信機の動作をスイッ
チ回路で遮断して信号を受けないようにすると、受信機
に入る信号は検出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。この場
合、励磁コイルと検出コイルを共用した場合の受信機の
入力電圧は、励磁コイルに流した電流方向と同一方向の
ピークを持ち、等価時定数に応じて指数関数的に減衰す
る波形となるので特開平5−232245の特許明細書
にある受信機の入力電圧とは異なって、極性が逆になる
だけでなく基本的に励磁コイルの定数の影響を全く受け
ない波形となる。また、正と負のパルス電流を交互に励
磁コイルに加えたことによる改善は、受信信号を同期整
流型の増幅器で増幅すると、励磁パルス周波数より大幅
に周波数成分の少ない商用周波数や、地磁気の中を検出
コイルを移動したことによる不要電圧などは同相雑音と
なって大幅に減衰する。さらに、受信機の受信信号も直
流成分を含まない正と負が対称な波形となるので、増幅
器は直流成分を増幅する必要もなく、励磁パルス以下の
周波数成分を増幅する必要もないのでハイパスフイルタ
特性を持たせることが可能となる。さらに、同期整流し
た直流信号は応答速度の許す限りローパスフイルタを入
れることが可能となり検出感度を落とさずに商用周波数
やその高調波成分の影響を桁違いに除くことが可能とな
り、地磁気の影響も受けなくなる。
【0005】
【実施例】励磁コイルは、巻線の表面に流れる渦電流を
少なくするように細い線を使用するか、通電する電流の
大きい場合は細線を束ねたより線を使用してコイルを作
成する。巻線の回数が多い場合は分布容量によって不要
な共振を避けるようにハネカム捲きなどの巻線方法をと
る。この巻線に半導体スイッチなどのスイッチによって
正と負のせまいパルス電圧を交互に加える。パルス幅は
希望する励磁電流と電圧源によって異なり電圧源の電圧
が高ければパルス幅は狭くて良い。励磁コイルには励磁
電圧を加えるスイッチが解放した場合に、励磁コイルに
蓄積されたエネルギーを急速に放出するための抵抗を並
列に接続する。この並列抵抗と励磁コイルの時定数は短
いほど良く、検出導体の等価時定数Teは、検出導体の
種類によって異なるが100μsecのオーダーである
ので、実用的にはμsecから10μsecが望まし
い。この並列抵抗に流れる電流は指数関数的に減少する
が非線形部品を使用して、励磁電流をさらに急速に減衰
させるとさらに良い結果が得られる。スイッチによって
パルス電圧を加える代わりに、半導体などを利用した電
流スイッチを利用すると励磁コイルの並列抵抗は不要と
なり、理想的な電流減衰特性を持つ励磁電流波形を得る
ことができ、励磁コイルの内部抵抗の変化に影響されな
い正確な励磁電流を流すことができる。また、受信コイ
ルと受信機の間にスイッチ回路を入れ、励磁コイルに電
流が流れている期間だけスイッチを解放するか受信機の
入力を短絡する。もちろん、受信コイルからスイッチに
接続される間にバッフアーや増幅器を入れたり、スイッ
チ機能のある増幅器を使用しても本発明を実施でき、ス
イッチングによって発生するスイッチングノイズの量に
よってはスイッチの前段に増幅器を入れると良い結果を
生む場合もある。このスイッチは半導体スイッチが都合
が良く、コイル電圧の高い場合は適当な保護回路も必要
である。受信機の入力インピーダンスは、励磁コイルの
電流の減衰を妨げないように高い値に設定する。半導体
スイッチなどを使用した場合、スイッチにリークなどが
あり、解放が充分でない場合は、スイッチが解放されて
いる期間だけ受信機の入力を短絡したり、同様回路をカ
スケードに接続して励磁コイルに電流の流れている期間
の信号を完全に遮断することがポイントとなる。このよ
うな方法によって不要な信号をマスクすると、受信機は
高い利得の増幅器を利用することができる。この増幅器
の出力をそのまま直接オシロスコープなどで監視しても
探知導体を検出でき、検出電圧の減衰特性から探知導体
の材質も知ることも可能となる。また、励磁コイルに流
す電流を繰り返し発生させ、この励磁コイルの信号に同
期した同期整流方式によって探知距離に応じた直流出力
を得ることも可能である。増幅器は普通の増幅器で増幅
しても良いが対数特性などの増幅器を使用すると、近距
離から長距離までの距離に対して増幅器を飽和させずに
計測することも可能となる。検出コイルに誘導する商用
周波数などの影響を減少させるには、増幅器にハイパス
・フイルタ特性を持たせて励磁パルス周波数以下の成分
を減衰させ、しかも同期整流回路に商用周波数を含む高
域周波数を減衰させるローパス・フイルタを付ける。こ
の方式では、励磁コイルと受信コイルを共用することも
できるが、受信コイルを独立に設けたりアレイ状に複数
個設けそれぞれに同様な受信機を接続して検出導体の位
置や寸法を推定することも可能となる。励磁コイルや受
信コイルには、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。
【0006】
【発明の効果】この発明の効果で最大の特徴は、作用で
も説明したように、特開平5−232245と異なっ
て、励磁コイルに残留するエネルギーが充分に減衰して
から受信機をスイッチによって動作させるので、受信機
に入る信号は検出しようとしている検出導体の渦電流に
よって発生した弱い信号だけとなる。したがって、励磁
による信号は完全にマスクされるので、受信機の感度を
大幅に上げることができ、しかも励磁回路の定数の影響
を非常に受けにくくなるので、大幅に検出感度を上げる
ことが可能である。また、励磁による信号がマスクさ
れ、受信機の感度と励磁電力を独立に設定できるので、
励磁電力を上げて検出距離を増大することも可能であ
る。また同期整流器を採用した場合は、励磁パルス周波
数より低い周波数成分を持つ誘導電圧などはこの同期整
流回路の持つ特性によって大幅に減衰し、同時に受信増
幅器に入れたハイパス・フイルタと、同期整流器のフイ
ルタに入れたローパス・フイルタによってさらに減衰さ
せることが可能となる。したがって、商用周波数などの
交流磁界の影響や検出コイルを移動させた場合の地磁気
による誤動作を防ぐことが可能である。励磁コイルと受
信コイルが同一の場合は、受信コイルの検出電圧のピー
ク値は、励磁コイルと検出導体の等価結合係数を平方し
た値に比例するので、検出導体の材質や形状が一定の場
合は、受信電圧によって励磁コイルから検出導体の距離
も測定することが可能となる。さらに、受信電圧波形は
検出する検出導体の等価時定数によって決定されるの
で、励磁パルスの駆動周波数を変化させても、検出導体
の等価時定数が大きいほど同期整流器の出力変化が少な
い特性を利用して、検出導体の種類を推定することも可
能である。この発明によ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金属探知機を実現で
き、通電中の電力ケーブルを保護する鉄管も、鉄芯なし
の直径数センチの小型励磁コイルでも30cm以上離れ
た距離で正確に探知でき、鉄芯入りの励磁コイルと検出
コイルを使用したり、大型の励磁コイルを利用すると、
1m以上の探知も可能となり、多くの応用が可能であ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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、この誘導電流を受信コイルによって受信す
    る金属探知装置において、励磁用のせまいパルス電流を
    正と負の極性で交互に加え、このパルス電流の減衰時間
    を検出導体の等価時定数よりも大幅に少ない立ち下がり
    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した期間だけ検出コイル
    の電圧を検出するスイッチを持つ受信回路によって受信
    し、探知導体に流れる渦電流による信号だけを選択的に
    受信すると同時に励磁パルスに同期した同期増幅器によ
    って探知導体を高感度に検出する金属探知方法。
  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、この誘導電流を受信コイルによって受信す
    る金属探知装置において、励磁用のせまいパルス電流を
    正と負の極性で交互に加え、このパルス電流の減衰時間
    を検出導体の等価時定数よりも大幅に少ない立ち下がり
    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した期間だけ検出コイル
    の電圧を検出するスイッチを持つ受信回路によって受信
    し、探知導体に流れる渦電流による信号だけを選択的に
    同期増幅器で検出するときに、受信用増幅器に励磁パル
    ス周波数以下の周波数成分を減衰させるハイパス・フイ
    ルタ特性を持たせて低域の成分を持つ雑音を減少させる
    と同時に、同期整流器の整流回路に商用周波数を含む高
    域周波数を減衰させるローパスフイルタ特性を同時に持
    たせた金属探知方法。
  3. 【請求項3】 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、この誘導電流を受信コイルによって受信す
    る金属探知装置において、励磁用のせまいパルス電流を
    正と負の極性で交互に加え、このパルス電流の減衰時間
    を検出導体の等価時定数よりも大幅に少ない立ち下がり
    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した期間だけ検出コイル
    の電圧を検出するスイッチを持つ受信回路によって受信
    し、探知導体に流れる渦電流による信号だけを選択的に
    受信すると同時に励磁パルスに同期した同期増幅器によ
    って探知導体を高感度に検出する金属探知方法で駆動パ
    ルスの周波数を変化させたときの検出器の出力電圧の比
    によって検出導体の種類を推定する金属探知方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108438647A (zh) * 2018-04-20 2018-08-24 西安航空学院 一种电磁安全垃圾桶

Citations (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02500215A (ja) * 1986-10-10 1990-01-25 リンデル、ステン 導電材料に関するパラメーターの大きさを無接触で測定する方法と測定装置
JPH02298852A (ja) * 1988-12-29 1990-12-11 Atlantic Richfield Co <Arco> 容器装置の導電性壁における不整を検出する過渡電磁装置
JPH05508717A (ja) * 1990-08-06 1993-12-02 アトランティック リッチフィールド カンパニー 過渡電磁検査法と移動センサを有する過渡電磁検査装置

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