JPH0750167B2 - 表面の背後に隠れた物体の検知装置 - Google Patents

表面の背後に隠れた物体の検知装置

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JPH0750167B2
JPH0750167B2 JP62502397A JP50239787A JPH0750167B2 JP H0750167 B2 JPH0750167 B2 JP H0750167B2 JP 62502397 A JP62502397 A JP 62502397A JP 50239787 A JP50239787 A JP 50239787A JP H0750167 B2 JPH0750167 B2 JP H0750167B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表面の裏側にある物体を検知するための装置に
関する。
表面の裏側にある隠れた金属物体は金属検知器を用いて
調べることができる。この検知器はトランスミッターコ
イルとレシーバーコイルとを接続し、これらコイル間に
生ずる磁気誘導を、いわゆる平衡インダクター原理に基
づいて測定するものである。このように使用する金属検
知器には、米国特許第2,451,596号（フイーラー）、第
2,547,407号（ネルソン）、第2,557,994号（オストラン
ド）、第2,772,394号（ブラッドリー）、第3,882,374号
（マクダニエル）、及び第4,255,711号（トンプソン）
及びドイツ特許公報第2,718,132号（ライナーズ）に記
載されたものが挙げられる。
表面の誘電特性が同質でない場合、それらの状態は水
分、隠れた空隙又は隠れた物体を検出できるようにキャ
パシタンスを検出することによって調べることもでき
る。これらについては、米国特許第2,718,620号（ホ
ー）、第2,885,633号（クック）、第3,043,993号（マル
トビー）、第3,046,479号（ニード他）、第3,230,519号
（メッツ他）、第3,493,854号（ツルブリック）、第3,5
15,987号（ツルブリック他）、第３、694、742号（バー
ジナニス）、第3,967,197号（アンダーソン）及び第4,0
99,118号（フランクリー）及びイギリス特許公報第1,95
2,194号（アソシエイテッド エレクトリカル インダ
ストリーズ）及び第1,403,720号（キホンス）に記載さ
れたものが挙げられる。
表面を容量と磁気誘導との両方によって調べることので
きるコンパクトな装置を製造する上での問題は、二種類
のセンサーが互いに干渉し合うことにある。
本発明は表面の裏側にある物体を検知するための装置を
提供するものであって、該装置は、支持体が表面と近接
状態を保って該表面の上を横方向に移動できるようにし
ており、ストレイフィールドのキャパシター手段のトラ
ンスミッタープレート手段とレシーバープレート手段が
隠れた物体の存在によってもたらされる表面の誘電率
（dielectric constant）の変化に応答できるように
し、金属検知器手段のトランスミッターコイルとレシー
バーコイルはストレイフィールドキャパシター手段のプ
レートの背後に設けられており、静電スクリーン手段は
ストレイフィールド（stray field）キャパシター手段
のプレートと、金属検知器手段のコイルとの間に設けら
れ、定常の基準ポテンシャルに接続されており、ストレ
イフィールドキャパシター手段のプレートと静電スクリ
ーン手段は電気的に伝導性であり、金属検知器手段から
の磁界と直交する領域が連続的な導電径路を形成してお
り、金属検知器手段による磁界によって生じた循環電流
（circulating current）は小さく、ストレイフィール
ドキャパシター手段のプレートと静電スクリーン手段は
金属検知器手段の動作を妨げないようにしている。
遮蔽構造及びプレート構造に対するひとつのアプローチ
として抵抗性の非金属材料を用いることがあげられる。
ストレイフィールドキャパシター手段のプレートと静電
スクリーン手段は導電性インクから作られ、金属検知器
手段に大きな循環電流を生じさせることによって金属検
知器手段からの磁界とは応答せずに、静電荷を蓄電及び
放電できる表面抵抗を有している。或は又、シールドと
プレートは金属その他導電性材料から作ることができる
が、金属検知器手段からの磁界と直交し連続的な導電径
路によって囲まれる領域を最小にするため細片に分割さ
せている。
本発明は、更に又、表面の裏側にある物体を検出するた
めの装置を提供するものであって、該装置と近接状態を
保って該表面の上を横方向に移動できるようにした支持
体と、該支持体に沿って間隔をあけて設けられた多数の
キャパシタープレート手段と、表面の局部領域の誘電率
の変化を各プレート手段の変化として検出するための回
路手段と、ディスプレイ手段に沿って間隔をあけて設け
られ各々がプレート手段とつながっている複数のディス
プレイ要素とを備えており、各要素はプレート手段の局
部領域の誘電率に応じて外観が変化し、支持体が横方向
に移動して物体を通りすぎるとき物体とプレート手段と
の相対位置に応じてディスプレイ要素の外観が変化し、
物体のエッジ部が表示要素の上に像が形成される。
本発明は、キャパシターのセンサープレートを多数配列
して、壁のような表面の裏側に隠れた物体の絵像をディ
スプレイによって形成し、該ディスプレイの要素は各プ
レートにつながっており、隣接する表面の局部的な誘電
率の変化によって視覚状態を変化させる。もし隠れた物
体がキャパシタープレートのスパンよりも狭くて殆んど
中央に集められている場合、両端部をディスプレイの上
で見ることができる。そうでなければ、一方の端部がデ
ィスプレイを通過した後、他方の端部が通過する。
必要な電子回路を用途特定集積回路（ASIC）とマイクロ
コンピューターのチップとの間に分割するように配置す
ることが特に有利である。ASICは、ストレイフィールド
容量性検知器及び誘導性金属検知器に対して信号を発生
し、マイクロコンピューターにコントロールされて受信
信号を処理しデジタル化した出力を供給する。
望ましくは、回路は信号発生手段に接続された支持体の
上にキャパシターのトランスミッタープレート手段を含
み、キャパシターのレシーバープレート手段はマルチプ
レクサー手段によって信号受信手段へ次から次に接続さ
れ、誘電率が局部的に変化したとき、トランスミッター
プレート手段からの変更された信号の受信を検出できる
ようにしている。検出磁界を壁のような表面の裏側によ
り効果的に侵入させるため、ザードプレート手段を接続
することができる。ガードプレート手段は、多くのキャ
パシターレシーバープレート手段を囲むとともにプレー
ト手段をトランスミッタープレート手段から部分的に遮
蔽する役割を有する定常の基準ポテンシャルに接続され
る。容量性検出法のその他形態におけるストレイフィー
ルドキャパシターの使用例は米国特許第3,515,987号
（ツルブリック他）、第3,493,854号（ツルブリック）
及び第2,718,620号（ホー）に記載されている。ラジオ
周波数で作動する３電極水分検知器については米国特許
第3,811,087号（ホー）に記載されている。
多数の電極は、回路基板上の複数の導電片から形成され
るが、これは該導電片の少なくともその一端に直交する
トランスミッターのプレート手段と隣り合せに並べるの
が都合が良い。キャパシターのレシーバープレート手段
とトランスミッタープレート手段は回路基板の可撓性の
支持体の上に導電性インクでプリンティングするのが都
合よい。
ストレイフィールドキャパシターのトランスミッター周
波数は約50KHzが望ましく、これは誘電体内の水分に対
する相対的な非敏感性の点から望ましいとされる高い周
波数と、電極の入手容易性という点から望ましいとされ
る低い周波数との間の最適な妥協点として見出だされた
ものである。
キャパシターのレシーバープレートの少なくとも幾つか
は、電力線（line mains）の周波数を通過させるために
選択的に設けられた第２の検知器チャンネル手段への入
力をマルチプレクサー手段を通じて供給するのが有利で
あり、検知器手段は検出された電力線の周波数に応答
し、ディスプレイ中の対応する領域が作動するようにし
ている。
本発明の更に望ましい特徴によれば、金属検知器手段の
トランスミッターコイルとレシーバーコイルは、所定表
面から離れて支持体の一側部に隣接して設けられ、トラ
ンスミッターコイルは信号発生手段によって作動し、レ
シーバーコイルはフィルター手段及び増幅器手段を通じ
て信号受信手段に送られている。
図面の簡単な説明 本発明の実施例を例示的に掲げ、添付の図面に基づいて
説明する。
第１図は本発明の物体検知器の分解組立て図である。
第２図は第１図の検知器の一部を形成する容量性センサ
ー基板の容量性センサープレート領域を示しており、 検知器の一部を形成する液晶ディスプレイとの関係を説
明するための図であって、壁（125）に対し回路板（10
4）を90゜倒して、対向面を示している。
第３図は検知器の回路図である。
第4A図乃至第4C図は第３図の回路の一部を形成する特定
用途集積回路チップのブロック図である。
第５図は使用状態を示す検知器の断面図である。
（望ましい実施例の詳細な説明） 図面に於て、ケースは、下面が平らな成形ベース（10
1）を備え、該ベースにはバッテリー室（102）が形成さ
れ、ドア（103）で閉じられるようになっている。電極
を載せる容量性のフレキシブル回路基板（104）がメイ
ン回路基板（105）に接続され、成形ベース（101）の陥
没面に嵌められる。逆折りしたリム（106）は、下側の
容量性センサーを支持するリムの裏側で0.5mm以上、望
ましくは約2mmの間隔を形成しており、この間隔は電気
スペーサー手段を用いて維持することも出来る。リム
（106）は（106a）の位置が導電率をコントロールした
インクを用いてコーティングされ、静電スクリーン手段
を形成する。金属検知器（107）はプラスチック部材の
上に一対の金属検知器コイル（130）（131）（第３図）
を備えており、可撓性のリード（108）によって基板（1
05）に繋がっている。検知器はツールボックスの中に十
分入れられるコンパクトな装置となるようにしており、
このため、金属検知器装置（107）は基板（104）と２つ
並べるよりも、むしろ基板（104）の裏側で嵌まること
が出来るようにすることが重要である。液晶ディスプレ
イ（109）はリード（111）によって基板（105）に接続
されており、弾性体（110）によって振動が防止され、
窓の裏側に嵌められる。上型（114）のスライドカバー
によって窓を保護する。上型（114）の側部は、使用す
る毎に（119）の位置で、使用者が親指と他の指とで予
め決められたようにして略同じ位置で検知器をつかむこ
とが出来るようにしている。これによって更に又、容量
的又は直接的に使用者との接続が可能となる。
第２図は基板（104）の前縁又は下縁に容量性プレート
を配置した状態及びディスプレイ（109）との関係を示
している。基板（104）の電極はストレイフィールドキ
ャパシターの中で用いられ、トランスミッタープレート
（115）と９個のレシーバープレート（116a）〜（116
i）の直接列とは、ガードプレート（117）によって分離
している。ガードプレート（117）はプレート（116a）
〜（116i）を取り囲み、トランスミッタープレートとレ
シーバープレートとの間に介在している。ガードプレー
ト（117）はレシーバープレート（116a）〜（116i）を
絶縁し、レシーバープレートに達する磁界の大部分が被
検知物質を通じて確実に回路が形成される。そして壁
（125）の裏側に隠れた木スタッド（126）又はその他物
体が、局部的に誘電率を変化させることによって、レシ
ーバープレートで受けた信号の強さに実質的な影響を与
える深さを深くする。
ディスプレイ（109）において、各プレート（116a）〜
（116i）は棒型ディスプレイセグメント（120a）〜（12
0i）を連結しており、各セグメントは例えば10個のサブ
セグメントを細片状に形成したものであって、対応する
夫々のレシーバープレート（116a）〜（116i）が受ける
信号の強さに応じて、次々に状態を変化させることが出
来る。電極が壁（125）に沿って走査され、木スタッド
（126）を通過すると、スタッド（126）が存在すれば、
トランスミッタープレート（115）からそれに最も近い
レシーバープレート（116e）〜（116i）に流れる電流を
増加させる。その結果、ディスプレイセグメント（120
e）〜（120i）はこれに対応して状態が変化する。
各セグメントの値は、検知器が壁に沿って走査されるの
に伴って変化するから、使用者はスタッド（126）に近
付いたこと、電極列（116a）〜（116i）がスタッドを通
過していること及びその出発点を知ることが出来る。
装置を適当にコンパクトな寸法にするため、レシーバー
プレート（116a）〜（116i）は出来るだけ小さく作るこ
とが望ましく、実施例では幅7.5mm、長さ50mmである。
プレートサイズを更に小さくすれば、受信信号は弱くな
り過ぎ、以下に記載するトランスミッター回路及びレシ
ーバー回路の取扱いに不都合が生ずる。トランスミッタ
ープレート（115）はプレート（116a）〜（116i）の両
端部まで延びている。その幅は重要ではなく、例えば10
〜50mmであれば性能上殆んど影響はない。トランスミッ
タープレート（115）とレシーバープレート（116a）〜
（116i）との間隔は性能に大きな影響を及ぼすことが判
った。間隔が10〜50mmの範囲内のとき、性能上問題な
く、15mmの値のときが最適であり、約7.5mm及び30mmの
値では性能は約半分に落ちることが判った。ガードプレ
ート（117）は、レシーバープレート（116a）〜（116
i）を、基板（104）の表面を横切る経路を取るトランス
ミッタープレート（115）からのフィールドと遮断する
のに役立っている。該フィールドは測定値に大きなオフ
セットを生じさせ、検査すべき表面が誘電率の変化によ
って受信信号の変動を測定することを困難にする。プレ
ート（117）は幅を広くしないのが望ましく、通常は２
〜3mmの幅で十分である。
金属検知器（107）の中の金属検知器コイル（130）（13
1）をプレート（116a）〜（116i）の裏側に配置出来る
ようにすることは、コンパクトな装置を製造する上で重
要であるが、容量性センサー及び誘電金属検知器はこれ
までこのように組み合わせることが困難であった。プレ
ート（116a）〜（116i）、（115）及び（117）は金属を
連続させて作ってはならない。そうしないと、トランス
ミッターコイル（130）の作動によって、それらプレー
トを流れる電流が大きくなって、レシーバーコイル（13
1）の磁界を変化させることになり、テスト表面の裏側
に隠れた金属物体からの有用な信号を得ることが難しく
なってしまう。しかし乍ら、容量性センサーの要素とし
て作用させるために、プレートは十分な導電性を具備さ
せねばならない。プレートは所望厚さの基板（substrat
e）の上に溶着させたときスクエア（square）当たり200
〜2000オーム、望ましくはスクエア当たり約1000オーム
の抵抗を与える材料から作られるべきである。グラファ
イト、例えばマットヘイレック（Mattheylec）R4000
（エポキシ樹脂の中にグラファイト粒子を含有してい
る）をベースにしたスクリーン印刷が可能なポリマーの
厚いフィルムインキは満足すべきものであり、一方銀含
有インキは通常導電性が良すぎる。プレート（115）、
（116a）〜（116i）及び（117）は同じように金属検知
器コイルと遮断させる必要があり、このため、基板（10
4）の裏面は、導電性インクからなる１枚又は２枚以上
のプレートでプリンティングを施している。導電性イン
クのプレートはセンサープレートの背後に静電スクリー
ンを形成し、このスクリーン板は一定の接地ポテンシャ
ルに接続される。単一の静電スクリーンプレートでも満
足することが出来るが、電圧降下の影響を避けるため
に、幾つかのプレートを用いて分割構造のスクリーンを
形成することが望ましい場合もある。
第３図に於て、回路基板（105）は金属検知器のトラン
スミッターコイル（130）及びレシーバーコイル（13
1）、容量性センサーのトランスミッタープレート（11
5）、レシーバープレート（116a）〜（116i）並びにガ
ードプレート（117）に接続されている。その他の周辺
デバイスにはブザー（132）、モード切換えスイッチ（3
01）及びディスプレイ（109）が含まれる。基板（105）
の電源は、オン・オフスイッチ（135）を通じてバッテ
リー（134）から送られる。基板（105）の主要素は用途
特定集積回路（ASIC）IC1であり、該集積回路は４ビッ
トのマイクロコンピュータIC2に接続される。マイクロ
コンピュータIC2にはディスプレイ（109）用のディスプ
レイコントローラが含まれており、これはピンアウト
（27）〜（29）、（31）〜（62）及びリード（111）を
介して動作する。バッテリー電圧はIC1のピンＶMCから
マイクロプロセッサーIC2の入力ＶCCに送られて電源を
供給し、マイクロプロセッサーのピンD0、R10及びD1は
データクロック入力、データライン並びにIC1及びIC2間
のデータ方向ラインを供給する。マイクロコンピュータ
IC2はASICIC1の動作をコントロールし、そこから送られ
るデータを受けることが出来る。共振器（resonator）X
1はマイクロコンピュータIC2のクロックオシレータピン
OSC1及びOSC2に跨がって接続され、クロックパルスも又
クロックオシレータからIC1のuCクロックピンに送られ
る。プレート（116a）〜（116i）は、IC1のピンRX21乃
至RX29の入力となる。金属検知器装置と、容量性センサ
ーのプレート（115）、（116a）〜（116i）及び（117）
との間の静電スクリーンと同じように、ガードプレート
（117）はリード線（117a）（117b）を経て、IC1のアー
スポテンシャルの出力ピンANGRNDに接続される。IC1の
出力ピンANGRNDは、このピンとBATNとの間で外部の減結
合キャパシターを接続するため、内部で発生したアナロ
グのアースである。トランスミッタープレート（115）
へのパルスはIC1のピンTX2に表われ、キャパシターC8を
経由して電圧逓昇変圧器の一方の側に接続される。尚、
変圧器の他方の側はキャパシターC10、C11が接続されて
いる。ピンTX2の出力電圧はIC1の使用電圧との関係上３
ボルトまでに制限される。これは、プレート（116a）〜
（116i）に、より強い受信信号を与えるため、T1によっ
て20ボルトまで高められる。しかし、ピンTX2で使用し
うる電流の制限を受けるため、これ以上電圧を上昇させ
ることは難しい。C10とC11の間は、使用者が接続（13
6）出来るようにタップを設けている。使用者の接続部
は上型（114）の領域（119）の中に顕われる。領域（11
9）にて使用者は自分の指を載せ、導電領域となるか、
又はオン・オフスイッチによって通じることとなる。
容量性センサーは通常、絶縁体及び電気的に絶縁された
導電体を検出するが、アースされた導電体は検出しな
い。この導電体はレシーバープレート（116a）〜（116
i）に対してより強い信号を戻すというよりはむしろ、
トランスミッタープレート（115）からの磁界をそらす
ものである。使用者が信号の一部をトランスミッタープ
レート（115）に接続（136）することにより、これが起
こるのを防ぎ、アースされたコンダクターから容量性検
知器の幾つかのレスポンスを送ることが期待される。
金属検知器のトランスミッターコイル（130）は、回路I
C1のピンTX1から、電流増幅器として作用するプッシュ
ープル式の単位利得ドライバーネットワークを介して作
動する。ピンTX1からのパルスはキャパシターC9及びダ
イオードD2、D3を経て抵抗器R9、R10によってバイアス
されたトランジスターTR1及びTR2のベースに送られる。
トランジスターは抵抗器R11、R12を有し、その抵抗器の
間を出力がキャパシターC13を経てコイル（130）に送ら
れる。金属検知器のレシーバーコイル（131）はチップI
C1のピンRX1とANGRNDとの間にて、共振器フィルターを
介して接続される。共振器フィルターはインダクターL
1、抵抗器R1及びキャパシターC1から構成される。
カスタムチップIC1のブロック図を第4A図乃至第4C図に
示している。チップIC1は信号ゼネレータ及びトランス
ミッターブロック（201）（第4A図）、レシーバー回路
ブロック（202）、フェーズ感度検知器（PSD）及びアナ
ログ−デジタル変換器（ADC）ブロック（203）（第4B
図）、デコーダブロック（204）（第4C図）、電源（20
5）、ブザー作動ブロック（206）及びテストスイッチマ
トリックス（207）に分割される。主なブロックの作用
を以下に説明する。
マイクロコンピュータIC2から送られる400KHzのクロッ
ク信号を用いて、ブロック（201）（第4A図）は金属検
知器のトランスミッターコイル（130）（第３図）、容
量性センサーのトランスミッタープレート（115）（第
２図）及びブザードライバー（206）（第4A図）のドラ
イブ信号を発生し、（210）を通じて検知器及び変換器
ブロック（203）に基準信号を送る。ライン（211）の入
力クロック信号はバッファ（212）を経てデバイダー（2
13）に送られて、以下のものを発生させる。
（ａ） 相対フェーズ０度、45度、90度……315度から
なる８つの50KHz四角波形。四角波形の出力はコントロ
ールラインPHSEL0乃至PHSEL2の３ビットコードによっ
て、デコーダ（204）（第4C図）からコントロールされ
た８つののセレクター（215）（第4A図）の１つに送ら
れ、フェーズの中から選択された１つをライン（210）
の基準信号としてパスさせることが出来るようにしてい
る。
（ｂ） 残余の高周波（residual harmonics）を取り除
くフィルター（216）に送られる８ポイントの正弦近似
波形。フィルターを通した正弦波形は、デコーダ（20
4）からのコントロールライン（219）がアクティブ状態
でスイッチ（218）を閉じるとき、バッファ（220）を通
じて金属検知器のトランスミッターコイル（130）に適
用される。同じように、正弦波形は、デコーダ（204）
からのコントロールライン（222）がアクティブ状態と
なってスイッチ（223）を閉じるとき、バッファ（221）
を経て容量性センサーのトランスミッタープレート（11
5）に適用される。このようにして、マイクロコンピュ
ータIC2は容量性センサー及び／又は金属検知器を選択
的に作動させることが出来る。通常は、コントロールラ
イン（219）（222）は同時にアクティブ状態にならない
が、両方のラインがアクティブ状態になることが禁止さ
れている訳ではなく、スイッチ（218）（223）が切り替
わる時に瞬間的に起こり得るかも知れない。
（ｃ） ANDゲート（224）及びデバイダー（214）を経
て1.56KHz四角波形のブザードライブ信号がブザードラ
イバー（206）に送られる。ゲート（224）は、デコーデ
ィング論理回路（204）からのコントロールライン（22
5）がアクティブ状態の時、エネイブル状態となる。
400KHzのクロック信号も又、バッファ（212）の出力側
からライン（229）を経てPSD及びADCブロック（203）に
送られる。
レシーバーブロック（202）（第4A図）は、PSD及びADC
ブロック（203）での処理前に、レシーバーコイル（13
1）（第３図）からの信号及びレシーバープレート（116
a）〜（116i）（第２図及び第３図）からの信号を受け
て条件を整える。レシーバーコイル（131）はピンRX11
とANGRNDとの間で接続され、インピーダンスが50KHzに
て約１メグオームのレシーバー増幅器（230）への入力
を形成する。受信信号は50KHzにて約200ミリボルトRMS
の電圧としても良い。RX11の入力信号は、50KHzの信号
及びそれの高周波が大部分を占めているが、これは又50
/60Hzの信号が存在しても構わない。この信号は増幅器
（230）に送られ、該増幅器のゲインはマイクロコンピ
ュータIC2からのコントロールによって設定することが
出来る。増幅器（230）の出力はスイッチ（231）に送ら
れ、該スイッチはデコーディング論理回路（204）から
のライン（232）がアクティブ状態になったとき閉じ
る。
容量性センサーのレシーバープレート（116a）〜（116
i）からの信号は、入力RX21〜RX29を経てレシーバーブ
ロック（202）に送られる。50KHzにて各ラインの受けた
電流を調べることによって、センサーが通過する壁の隠
れた面の物体の誘電率変化を知ることが出来る。各レシ
ーバープレート（116a）〜（116i）とピークピークが約
１ナノアンペア（nanamp）のトランスミッタープレート
（115）との間を流れる電流の変化がブロック（203）の
ADC出力カウンター（271）の１カウントの変化に対応し
ている。プレート（116a）〜（116i）は電力線ケーブ
ル、蛍光管その他の外部ソースからのノイズ信号をピッ
クアップすることが出来る。しかしノイズはフィルター
（245）によって効果的に取り除かれ、PSD及びADCブロ
ック（203）においてそのレスポンスは約50KHz及びその
奇数次高調波（odd harmonics）の狭帯域で集められ
る。この帯域のノイズは通常の状態では１ナノアンペア
よりも著しく小さいと考えられる。測定されるキャパシ
タンスは例えば３〜40フェムトファラッドの範囲内の値
である。第２モードでは、トランスミッターコイル（13
0）及びトランスミッタープレート（115）は両方共ディ
スエイブル状態にあり、測定は入力電流の50/60Hz要素
について行なわれ、信号はピークピークが15ナノアンペ
アの周波数のAC電流を発生させる。ラインRX21〜RX29は
デコーディング論理回路（204）の４つのセレクトライ
ン（234）によってコントロールされたアナログマルチ
プレクサー（233）の中に通じている。ライン（234）の
状態によって９つの可能な入力ラインの中から１つのラ
インが選択される。特定の入力及びライン（234）のセ
レクター信号に応じて、センサーの信号は２つの入力の
内の１つ又はアナログのアースに接続される。アルチプ
レクサー（233）からの第１の出力は、50KHzの信号に応
答して電流−電圧変換器（235）に送られ、得られた電
圧は更に（236）で増幅されてスイッチ（237）に送られ
る。スイッチ（237）はデコーディング論理回路（204）
からのコントロールライン（238）がアクティブ状態の
ときに閉じるから、ライン（232）と（238）は一方だけ
がアクティブ状態となる。増幅器（236）のゲインはマ
イクロコンピュータIC2からのデジタルコードによって
設定することが出来る。マルチプレクサー（233）から
入力RX24、RX25、RX26への第２出力は、50/60Hzの信号
に応答する第２の電流−電圧変換器（140）に送られ
る。出力はバンドパスフィルター（241）を通過し、該
フィルターは50/60Hzの信号を通過させる。フィルター
（241）の出力はピーク検知器（242）に送られ、該検知
器は50/60Hz要素の振幅を測定する。ピーク検知器はデ
コーディング論理回路（204）からのライン（243）がア
クティブ状態のとき、各測定サイクルのスタート時にク
リアされ、ライン（244）におけるDC出力はPSD及びADC
ブロック（203）に送られる。スイッチ（231）（237）
の出力は金属検知器コイル（131）からの信号である
か、或は又マルチプレクサー（233）によって選択され
た特定のレシーバープレート（116a）〜（116i）からの
信号のどちらかであり、搬送周波数（centre frequenc
y）50KHzのバンドパスフィルター（245）に接続され
る。フィルター（245）の出力は双対（dual）ゲイン段
階（246）で増幅される。このゲイン段階では、ゲイン
はデコーディング論理回路（204）からのライン（247）
の状態に応じて調節される。受信信号出力はライン（24
8）を通じてPSD及びADCブロック（203）に送られる。
PSD及びADCブロック（203）（第4B図）は電圧ゼネレー
タ（265）におけるバッテリー電圧信号を受け、ライン
（248）で金属検知器又は容量性検知器からの受信信号
を受け、ライン（244）で電力線の振幅信号を受ける。
これ等の信号はデコーディング論理回路（204）から出
るライン（154）〜（256）の中から選択された１つがア
クティブ状態のとき、スイッチ（251）〜（252）を通じ
て夫々送られる。３つのスイッチの出力はPSDスイッチ
（157）に送られ、該スイッチはライン（229）で400KHz
のクロックを受けるコントロール論理回路（159）から
出るライン（158）によってコントロールされる。スイ
ッチ（157）の出力は抵抗器（258）を経て演算増幅器
（259）の反転入力に送られる。演算増幅器にはキャパ
シター（260）が接続されてインテグレータを形成し、
増幅器（259）の非反転入力は接地される。スイッチ（1
57）が閉じるとキャパシター（260）は抵抗器（258）を
通じて蓄電される。キャパシター（260）はコントロー
ル論理回路（159）からのライン（262）がアクティブ状
態のときスイッチ（261）が閉じることにより放電され
る。論理回路（159）から出るライン（263）がアクティ
ブ状態のとき、スイッチ（264）が閉じて電圧ゼネレー
タ（265）を入力抵抗器（258）と演算増幅器（259）に
接続する。ゼネレータ（265）からの電圧は基準信号と
して送られる。インテグレータ（259）（260）からの出
力はコンパレータ（270）に送られ、（269）におけるコ
ンパレータの出力がコントロール論理回路（159）への
入力となる。コントロール信号は10ビットのカウンター
（271）に送られ、その状態によってラッチ（272）への
入力となり、その状態は、データライン（273）及びデ
コーディング論理回路（204）を経てマイクロコンピュ
ータIC1によってアクセスが可能である。
デコーディング論理回路（204）（第4C図）とコントロ
ール論理回路（159）（第4B図）との間のライン（275）
が非アクティブ状態からアクティブ状態に変わると、ラ
イン（210）と同期化した変換サイクルが開始する。変
換サイクルが開始すると、コントロール論理回路（15
9）のオーバーレンジ、アンダーレンジ、変換スター
ト、変換完了及びランプアップ（ramp−up）完了のラッ
チがクリアされ、カウンター（271）はゼロにリセット
される。スイッチ（261）を閉じてインテグレータのキ
ャパシター（260）を既知電圧でプリセツトする。ライ
ン（275）を非アクティブ状態にし、次にアクティブ状
態にすることによって、コントロール論理回路（159）
は信号のアクティブエッジに応答し、新たな変換サイク
ルを任意の時間にスタートさせることが出来る。交換サ
イクルがスタートした後は、アンダーレンジがライン
（276）で信号を受けサイクルが停止する場合を除い
て、マイクロコンピュータIC2（第4C図）からの干渉を
受けることなく進められていく。スイッチ（252）及び
（157）が閉じると、ライン（248）の電圧は抵抗器（25
8）を経てキャパシター（260）を蓄電する。これは、ラ
イン（229）の400KHzクロックの一定数のサイクルの間
蓄電され、このサイクルはカウンター（271）で計数さ
れる。キャパシター（260）における電圧のランプアッ
プが完了すると、コントロール論理回路（159）はカウ
ンター（271）をクリアし、スイッチ（157）を開き、ス
イッチ（264）を閉じる。これによって、インテグレー
タ（259）（260）の出力電圧を再びランプダウン（ramp
−down）させ、論理回路（159）はステータスライン（2
80）をアクティブ状態にラッチし、ランプアップが完了
したことを論理回路（204）に指示する。マイクロコン
ピュータはラッチコントロールライン（280）の状態を
読み取り、ラインがアクティブ状態のとき入力信号の選
択を変えることが出来る。カウンター（271）は、サイ
クルがランプダウンのフェーズにある間、ライン（22
9）のパルスによってクロックされ、キャパシター（26
0）の電圧がコンパレータ（270）の閾値（threshold）V
compよりも低下するとき、論理回路（159）によって停
止する。カウンター（271）の値は、ラッチ（272）の中
に負荷され、ステータスライン（281）はアクティブ状
態に設定される。これによって、マイクロコンピュータ
IC2はデータの読取りが出来ることを決める。サイクル
がランプアップのフェーズにあるとき、インテグレータ
（259）（260）によって到達した出力電圧は入力ライン
（248）の電圧値に依存する。サイクルのフェーズがラ
ンプダウンにあるとき、キャパシター（260）の電圧
が、コントロールされた放電速度にてコンパレータ（27
0）の閾値Vcompまで低下する時間は、ライン（248）の
電圧に依存することになる。ラッチ（272）に負荷され
るデジタル値はその電圧の測定値となる。スイッチ（25
3）（251）を通る入力ライン（244）（250）の動作も同
様である。このように、ラッチ（272）の値によって、
バッテリー電圧、金属検知器のトランスミッターコイル
（130）とレシーバーコイル（131）との間の50KHz電
流、容量性センサーのトランスミッタープレート（11
5）とレシーバープレート（116a）〜（116i）との間の5
0KHz電流又は隣設する電気配線の電力線の電圧によりプ
レート（116d）〜（116f）の中に誘導される50/60Hz電
流を測定することが出来る。コントロール論理回路（15
9）は、ライン（244）又は（248）の入力信号が最大の
フルスケール入力を越えると、オーバレンジのラッチを
セットし、変換サイクルの終わりにライン（282）をア
クティブ状態にセットする。ライン（248）の入力電圧
が不十分なとき、ライン（276）の状態をコントロール
するアンダーレンジのラッチがアクティブ状態にセット
し、サイクルのランプアップフェーズが終了するとイン
テグレータ（259）（260）の電圧をコンパレータ（27
0）の閾値までランプし、ライン（248）の入力信号とラ
イン（210）の基準信号がフェーズから外れ、サイクル
が停止することを指示する。マイクロコンピュータIC2
はライン（276）のアクティブ状態に応答し、ラインPHS
EL0〜ラインPHSEL2を経てセレクター（215）からの基準
信号のフェーズをリセットし、ライン（248）の入力信
号とライン（210）の基準信号を正しいフェーズに直
す。PSDスイッチ（157）はライン（248）の入り信号に
整合させるため時間訂正される。スタートアップによっ
て、マイクロコンピュータIC2のファームウエアーは出
力PHSEL0〜PHSEL2によってセット出来る各フェーズをテ
ストし、最も強い信号を与えるフェーズを選択する。フ
ェーズを検知するディテクターと双対スロープのA/D変
換器は整合フィルターを形成する。最大のランプアップ
時間とランプダウン時間は両方共約2.5ミリ秒であり、
逐次スタート変換信号間の最大時間は約５ミリ秒であ
る。９つのプレート（116a）〜（116i）は全て、100ミ
リ秒のサイクル時間内に、プレート（116d）〜（116f）
を通る50−60Hzの入力状態、金属検知器の状態及びバッ
テリー状態を検出することが出来る。
デコーディング論理回路（204）（第4C図）はマイクロ
コンピュータIC2とカスタムチップIC1との間に連続的な
データリンクを供給し、第３図に示すDATAラインD10は
アドレスと２方向性のデータを送り、DCLKラインはデー
タ移動を同期化させるためのクロック信号を送り、READ
ラインはデータ方向のコントロールを行なうために送ら
れる。
前述の装置は次の３つの主な機能を実行出来ることは明
白であろう。
（１） プラスターボード、チップボード、木パネル及
び建物内部の壁や仕切りの裏側にある非同質物（例えば
スタッド、針、パイプ等）の位置を調べるための万能物
体検知器。
（２） 非金属表面の裏側にある金属物体の位置を調べ
るための金属検知器。
（３） 作動状態のケーブル（live cables）を追跡す
ること。
これ等の機能は２つの動作モードの中で実行させること
が出来る。第２図を参照すると、デフォルトモードの動
作（スイッチオンのとき）では、万能物体探知器として
用いることが出来、この場合、物体検知器の出力は連続
的に表示される。この機能はディスプレイ（109）のイ
ンジケータゾーン（306）によって信号が発せられる。
ライン（250）のバッテリー電圧が閾値よりも下である
とき、バッテリーがその状態にあることを警告するイン
ジケータ（305）が作動する。このモードにおいて金属
が検知されると、マイクロプロセッサーIC2は、セグメ
ント（300）を閃光させて、ディスプレイに表示するこ
とにより使用者に知らせる。使用者は次に必要に応じて
スイッチ（201）（ディスプレイ（109）のインジケータ
（307）によって信号が発せられる）を押して第２のモ
ードに切り換えることが出来る。第２モードは金属ディ
スプレイ及び電力線追跡モードであって、金属検知器の
出力は受信信号の強さに比例した棒チャートの出力とし
てディスプレイ（109）に表示される。この第２モード
への切換えによってフィルター機能が作用し、非金属物
体はディスプレイ（109）に影響を及ぼさない。
第２モードでは金属検知器（130）（131）が作動し、加
えて、電極（116d）〜（116f）の電力線追跡機能がマル
チプレクサ（233）によって作動する。電力線が存在す
ると表示されるが、これは金属が検知される場合にも単
独で行なわれる。製品は、電圧が110V RMSよりも大き
く周波数は40乃至100Hzの範囲内のAC電力線に接続され
た作動状態のケーブルの存在を指示出来るようにすべき
である。金属コンジット等の電気遮蔽形態の中にある作
動状態のケーブルは検知することが出来ない。製品の使
用時、ケーブルは電流が流れている必要はないが、作動
状態、即ちスイッチを入れると電流が流れる状態（liv
e）にあらねばならない。電力線の存在は、ディスプレ
イのセグメント（302）が閃光することによって表示さ
れ、ブザー（132）がドライバー（206）によって鳴らさ
れる。
前述のように構成される代表的な検知器であれば、20mm
のプラスターボードの裏側又は10mmのプラスターボード
＋5mmのプラスターの裏側又は20mmのチップボードの裏
側にある木の角材の位置を調べることが出来る。又、10
mmのプラスターボード＋10mmの空間又は10mmのプラスタ
ーボード＋5mmのプラスタ＋5mmの空間又は20mmのチップ
ボートの裏側にある直径14mmの銅管を発見することが出
来る。金属検知器は０−50mmで2.5mm2の電力線ケーブル
を発見することが出来、０−120mmで直径14mmの銅管を
発見出来るようにすべきであり、最大深さにおける物体
の中心位置は±10mmの範囲内である。電力線ケーブルの
存在は、10mmのプラスターボード＋5mmのプラスター又
は5mmのプラスター又は5mmのプラスター＋10mmのモルタ
ル＋プラスチックのコンジットの裏側にある240V RMS
を運ぶ2.5mm2又は1mm2のケーブルの中で検知することが
出来る。
３つのセンサーグループは独立に作動し、使用者に関す
る限りどんな相互作用も生じないことは理解されるであ
ろう。
添付の請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱す
ることなく、前述した実施例について種々の変形をなせ
ることは理解されるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−75255（ＪＰ，Ａ) 実公 昭58−5258（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許4464622（ＵＳ，Ａ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】支持体と、ストレイフィールドキャパシタ
    ー手段と、金属検知器手段を備え、表面に沿って移動さ
    せて表面の背後にある物体を検知するための装置であっ
    て、 前記ストレイフィールドキャパシター手段は、電気的に
    抵抗性の材料から作られた基板の外面にトランスミッタ
    ープレート手段とレシーバープレート手段を配置して構
    成され、検査すべき表面の背後に存在する物体によっ
    て、空気及び物体を含んだトランスミッタープレート手
    段とレシーバープレート手段の間の誘電率の上昇変化に
    応答出来る手段であり、 前記金属検知器手段は、トランスミッターコイルとレシ
    ーバーコイルをキャパシター手段の両プレート手段の背
    後に配置して構成される、表面の背後に隠れた物体の検
    知装置。
  2. 【請求項２】電気的に抵抗性の材料で作られた少なくと
    も１つのプレートからなる静電スクリーン手段を、スト
    レイフィールドキャパシター手段のプレートと金属検知
    器手段のコイルとの間に配置し、定常の基準ポテンシャ
    ルに接続しており、ストレイフィールドのキャパシター
    手段は支持体の一方の面に多数のキャパシターレシーバ
    ー手段を所定間隔にて配備し、静電スクリーン手段は支
    持体の他方の面に配置している請求の範囲第１項に記載
    の装置。
  3. 【請求項３】ストレイフィールドキャパシター手段及び
    静電スクリーン手段のプレートは抵抗性インクから作ら
    れており、金属検知器手段からの磁界に大きな循環電流
    を誘導させることによって、その磁界には応答せずに静
    電充電及び静電放電できる表面抵抗を有している請求の
    範囲第２項に記載の装置。
  4. 【請求項４】隠れた物体の存在によって各レシーバープ
    レート手段の局部表面領域に生ずる誘電率の変化を検知
    する回路と、複数のディスプレイ要素を備えており、各
    ディスプレイ要素は、レシーバープレート手段の局部領
    域の誘電率に応じて外観を変化させるために、レシーバ
    ー手段に隣接する位置でレシーバー手段に連繋してお
    り、支持体が物体を通り過ぎるとき、ディスプレイ要素
    は、関連づけたレシーバープレート手段の物体に対する
    位置に応じて外観が変化し、物体のエッジ部の像がディ
    スプレイ要素の上に表示される請求の範囲第３項に記載
    の装置。
  5. 【請求項５】トランスミッタープレート手段をレシーバ
    ープレート手段から部分的に遮蔽させるために、ガード
    プレート手段を、レシーバープレート手段を取り囲む定
    常の基準ポテンシャルに接続している請求の範囲第１項
    に記載の装置。
  6. 【請求項６】信号発生手段、マルチプレクサ手段、及び
    誘電率の局部的変化の結果としてトランスミッタープレ
    ート手段からの変更された信号の受信を検出するための
    信号受信手段を備えており、トランスミッタープレート
    手段は信号発生手段に接続されている請求の範囲第３項
    に記載の装置。
  7. 【請求項７】レシーバープレート手段は、回路基板上に
    連続的に並べて配置した複数の抵抗片によって構成さ
    れ、各レシーバープレートの寸法は7.5mm×50mm、トラ
    ンスミッタープレートとレシーバープレートとの間は7.
    5乃至30mm離れており、静電スクリーン手段はトランス
    ミッタープレート手段とレシーバープレート手段のある
    平面の約2mm背後の平面内にあり、抵抗性インクは樹脂
    又は結合剤の中にグラファイト粒子を含み、プレート手
    段及びスクリーン手段の抵抗はスクエア当たり約200〜2
    000オームである請求の範囲第３項に記載の装置。
  8. 【請求項８】金属検知器手段は、通電中の電気ケーブル
    の存在を示すために、電力線によってレシーバープレー
    ト手段の中に誘導された50〜60Hzの電流に応答可能であ
    り、キャパシターのレシーバープレート手段が受ける信
    号の大きさがディスプレイ手段上に表示される第１モー
    ドと、金属検知器手段からの信号の大きさがディスプレ
    イ手段上に表示される第２モードとの間で切換え可能な
    コントロール手段を備えている請求の範囲第１項に記載
    の装置。
  9. 【請求項９】表面の背後にある物体を検知するための装
    置であって、 表面に近接させた状態で移動可能な支持体と、 支持体に沿い、間隔をあけて配備した多数のキャパシタ
    ープレート手段と、 各プレート手段の局部表面領域において、隠れた物体の
    存在によって生ずる誘電率の上昇変化を検知するための
    回路と、 キャパシタープレート手段の背後に配置したトランスミ
    ッターコイルとレシーバーコイルから構成される金属検
    知器手段と、 間隔をあけて多数の定量性ディスプレイ要素が配置さ
    れ、関連するプレート手段の局部領域の誘電率に応じ
    て、各要素によって表示された定量値が変化するよう
    に、各ディスプレイ要素はプレート手段の１つに連繋さ
    れているディスプレイ手段、を備えており、 支持体が表面の背後にある物体を通りすぎるとき、ディ
    スプレイ要素は、関連するプレート手段の物体に対する
    位置に応じて、ディスプレイの定量値が増減して外観を
    変化させ、物体のエッジの像がディスプレイ手段のディ
    スプレイ要素の上に形成される、表面の背後に隠れた物
    体の検知装置。
  10. 【請求項１０】金属検知器手段は、通電中の電気ケーブ
    ルの存在を示すために、電力線によってレシーバーコイ
    ルの中に誘導された50〜60Hzの電流に応答可能であり、
    キャパシターのプレート手段が受ける信号の大きさがデ
    ィスプレイ手段上に表示される第１モードと、金属検知
    器手段からの信号の大きさがディスプレイ手段上に表示
    される第２モードとの間で切換え可能なコントロール手
    段を備えている請求の範囲第９項に記載の装置。
JP62502397A 1986-03-27 1987-03-24 表面の背後に隠れた物体の検知装置 Expired - Lifetime JPH0750167B2 (ja)

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