JPS58115385A - 金属探知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はたとえば２食品中の混入金属、不法に所持し
た金属や金属片、地中に埋設した金属を発見する場合等
に用いられる金属探知器に関する。

従来よりこの遣の目的に使用される金属探知器としては
、誘導式金属探知器がある。その基本構成を示すと第１
図に示す通りである。図において１は発振器、２は励磁
コイル、６は受１ぎコイル。

４は交流増幅器、５は同期整流器、６は移相−。

７は直流増幅器、８は指示器である。

この金属探知器について動作を概説する。発振器１より
の信号（励振周波数は数１００Ｈｚ〜数１ＱＱＫＨｚ）
で励−コイル２か励振され、近傍空間に一次磁界を発生
する。この空間に金属片９が存在すると一次磁界を受は
金属片９中にうす電流が流れる。そしてこのうす電流に
より２次磁界が発生する。そしてこの２次磁界により受
信コイルろに電圧が誘起される。金属片９が鉄のような
高透磁率物質の場合゛には、励磁コイル２と受信コイル
３の相互誘導係数が変化して受信コイル５に電圧が誘起
される。受信コイル３に誘起された電圧は交流増幅器４
で増、陥され、同期整流器５で直流化される。発振器１
よりの信号が必要量の位相を変える移相器６を経て同期
整流器５に加えられているので、この信号により同期整
流器５が駆動され。

金属片９の移動による直流信号が出力される。この出力
信号が直流増幅器７で増幅され、指示器８で表示される
。

上記従来の金属探知器は帰還系が設けられていないだめ
、直々の原因によるドリフトが最終出力（指示器）に現
われ、探知誤りが生じる原因となっている。ドリフトの
主原因としては ■励磁コイルと受信コイルの温度等による位置的な変化 （２）受信コイルの温度等によるそのインダクタンス及
び抵抗値の変化 ■受信コイルと増幅器とを結合するケーブルの漂遊容量
及び抵抗値の変化 などがある。原因■は第２図に示すように受信コイル６
のずれ角度θがθ＝０のとき、入力磁界Ｈｉθ〜０のと
きＨｉ　＝ＨＣＯ８（α−θ）となり、α＝９０のとき
、θ＝０ではＨｉ　＝　Ｈとなるに対しθ−＋０ではＨ
ｉ＝Ｈｓ；ｎθ二Ｈ・θとなり：　両者の振幅が相違し
変化することにより生じるものである。またコイルの直
径りが変化しても入力磁界による誘起電圧ｅが変化する
（ｅ−−ｎ４シ、５−（０−）πたｄも だしＳ：面積、Ｂ：磁束密度）ので誤差の原因となる。

原因■についてはシル３図に示す等価回路より説明する
ことができる。図においてり、ｇ、Ｃはそれぞれ受信コ
イル６のインダクタンス、抵抗、静電容量である。入力
ｅ１に対して出力電圧ｅはとなりその位相φは φ＝　ｊ　ａｎ　”−’　Ｃ（−−ＷＬ　）／Ｒ）ただ
しＷ−２Ｃ ｘｆ、　ｆ　：励磁周波数となる。これらの式より明か
　。

なようにインダクタンスＬ、抵抗Ｒ及び静電容量Ｃが変
化することにより位相φが変動し、φが変動すると同期
整流器５の出力に影響を受ける。また上記原因■につい
ても原因■と同様のことがいえる。

この発明の目的は上記した従来の金属探知器の欠点を解
消し、安定した特性の特にドリフトが縮少された金属探
知器を提供するにある。

以上の目的を達成するためにこの発明の金属探知器は一
交流増幅器出力をｙ２ｒａｄ位相差のある２出力として
同期整流器より分離出力する手段と。

比例積分器と９乗算器とを備え２分離出力手段よりの２
信号をそれぞれ比例積分器を通して乗算器の入力の一端
に加えるとともに９発振器出力も乗算器の入力の他端に
加えこの乗算器出力を交流増幅器入力に与えて負帰還を
施し、見かけ上ドリフト分を打消すようにしている。

以下図面に示す実施例により、この発明の詳細な説明す
る。

第４図はこの発明の一実施例を示す金属探知器のブロッ
ク図である。図において第１図に示すものと同一番号は
同一のものを示している。

発振器１よりの信号は励磁コイル２に加えられるととも
に、帰還制御器１０を駆動するために帰還制御器１０に
も加えられている。帰還制御器１０は発振器１よりの信
号を受けて互いに７５／２　ｒａｄ位相差のある信号Ａ
−Ｂを発生し、゛この信号カ゛移相蕗６ａ・６ｋを経て
同期整流器５ａ・５ｂに加えられる。金属片９の接近に
よって受信コイル乙に誘起される電圧ｅｓは加算器１１
を経て交流増幅器４０入力に加えられるようになってい
る。交流増幅器、４の出力には、帰還信号のない場合１
次磁界を発生させる励磁電流を基準にしてｅ　ｏ　＝Ｅ
ｏ　ｓ　ｉｎ（ｗｔ＋φＯ）（φ０：各部の移相成分〕
が得られ、この信号ｅＯはｅｏ＝（Ｅｏ　ｃｏｓφｏ）
　・ｓｉｎ　ｗｔ　＋　（Ｅ。

ｓｉｎφｏ）ｃｏｓ　ｗｔ　ト変形できるので、同期整
流器５ａ−５ｂには７１／２ｒａｄ位相差のある（Ｅｏ
　ｃｏｓφＯ）−ｓｉｎｗｔと（Ｅｏｓｉｎφｏ）−ｃ
ｏｓ　ｗｔ　　の信号が分離して出力されるようになっ
ている。すなわち振幅Ｅｏｃｏｓφ０の″０′相成分と
振幅Ｉ２ｏ　ｓ　ｉｎφＯの“Ｚ”成分に分離される。

同期整流器５ａの出力は直流増幅器７ａを経て指示器８
ａに同期整流器５ｂの出力は直流増幅器７ｂを経て指示
器８ｂにそれぞれ加えられるように構成されている。ま
た同期整流器５ａ・５ｂの出力は帰還制御器１０に加え
られ、帰還制御器１０では回路内部でなっている。ただ
しＧは交流増幅器４の利得である。金属片９が接近して
いない場合には、入力信号ｅｓと帰還電圧ｅ’ｓは打消
し合うので、同期整流器５ａ・５ｂの出力は０となる。

第４図における帰還制御器１０の詳細な回路例。

をシに５図に示している。図においてトランス１２の１
次側１２＆の入力端Ｐ１・Ｒ２には発振器１よりの信号
が加えられるように接続される。トランス１２の２次側
１２ｂの点■には１次側と同相の′−圧が出力され、ま
たトランス１２の２次−１Ｉｌｌ［１２ｂにはコンデン
サＣｐと抵抗ａｐの直列接続が並列に接続されている。

ＣＰＲｐ＝１／！７ｃｆ、−ζに選定するとコンデンサ
Ｃｐと抵抗Ｒｐの接続薇■は点■に対して位相が７／２
ｒａｄずれた電圧が得られる。この■点、■点の互に７
５７．　ｒａｄずつずれだ信号が乗算器１３ａ・１３ｂ
の入力の一端に加えられるとともに、第４図に示すよう
に移相器６ａ・６ｂにも加えられる。また同期整流器５
ａからの出力信号Ｅ０１は比例積分器１・４ａを経て乗
算器１３ａの入力の他端に加えられ、同期整流器５　ｂ
からの出力信号ＥＯ２は比例積分器１４ｂを経て乗算器
１３ｂの入力の一端に加えられるように接続されている
。乗算器１ろａ及び１３ｈの出力は加算器１５ズ加算さ
れ、高調波歪等を除去するだめのフィルタ回路１６を紅
て出力信号０’ｓとし、て導出される。

第５図の回路において、比例積分器１４ａ・１４１）の
比例ゲインＰは Ｐ　：　ＲＩ　ＡＲｌ　＋　Ｒ２）　　　　　・・・・
・・（１）で表わされ伝達関数は で表わせる。

また一般に乗算器の入力をＥｃ−Ｅｘ、出力をＥｐ、係
数をＫとすると Ｅｐ＝ＫＥｃ　−Ｅｘ　　　　　　　−−・−・・・・
・＜３）で表わせるので、比例積分器１４ａ・１４’　
ｂの出力は Ｅｘａ＝ＰＫ（１＋−二Ｌ）Ｅｏ丁　　・・・・・・・
・・（４）ＪΩτ Ｅｘｂ＝ＰＫ（ｉ−ニー）　Ｅｏ　２　　・・−−−（
５）ｊΩτ となる。この信号Ｅｘａ−Ｅｘｂがそれぞれ乗算器１３
ａ・１３ｂの入力の他端に加えられるが２乗算器１３ａ
・１３ｂの入力の一端にはそれぞれ点■の電圧Ｅｃ及び
点■の電圧ｊＥ’ｃが加えられるので乗算５１３ａ−１
３ｂの出力は Ｅｐａ＝ＰＫ（１＋、　　）Ｅｃ−Ｅｏｌ　　　−・”
（６）」Ωτ ＥＰｂ　＝　ＰＫ　（１十４）ｊＥ’ｃ−Ｅｏ２　　・
・・・・・（７）ＪΩτ となる。

ト記各式より第５図の回路を適用した第４図の回路系の
伝達関数は “０″相分については ”Ｖ２′相分については 上記（８）式（９）式の絶対値をとるととなる。ただし
入力は”０”相に対してｅｓｉ　。

“ン”相はｅＳｌとしている。またｎは【１−２ｙＴで
１発振器１の励磁信号の角周波数とは異なり。

金属片がコイル中を運動する周期に関連する値である。

すなわちこの角速度Ωは金属片がコイル中を運動す゛る
周期が小さいほどすなわち運動速度力；犬なるほど矢な
る値となる。

式αＱ及−びαυから明かなように、１１−０の場合す
なわち金属体の侵入がない限り同期整流器５・【・５ｂ
の出力Ｅｏ１．　Ｅｏ２が常に０であり安定な計測及び
探知ができる。

以上のようにこの発明の金属探知器によれば。

交流増幅器出力を７／２ｒａｄ位差のある２出力として
同期整流器より分離出力する手段と、比例積分器と２乗
算器とを備え２分離出力手段よりの２信号をそれぞれ比
例積分器を通して乗算器の入力の一端に加えるとともに
２発振器出力も乗算器の入力の他端に加え、この乗算器
出力゛を交流増幅器入力に与え負帰還を施すものである
から励磁コイル。

受信コイルの温度等による位置変化、受信コイルの温度
等によるインダクタンス抵抗値変化、ケーブルの漂遊容
量及び抵抗値の変化、交流増幅器の位相差又は位相遅れ
９発振器の振幅変動等のドリフト要因が生じてもすべて
これを補償することができる。

壕だＴ７２ｒａｄ位相差のあ芯２つの信号出力を安定に
導出することができるので、たとえばアルミニューム（
Ａ６）のように導電率の高いものフェライトのような透
磁率の高いものなどそれぞれ２信号の出力比が異なるの
でその出力比より探知物質を識別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の金属探知器の構成を示すブロック図、第
２図は受１ｄコイルの位置ずれによるドリフトを説明す
るための図、第ろ図は受信コイルの回路定数の変化によ
るドリフトを説明するだめの図、第４図はこの発明の一
実施例を示す金属探知器のブロック図、第５図は第４図
に示す金属探知器に使用される帰還制御器の詳細を示す
回路接続図である。 １：発振器、　　２：励磁コイル、　　３：受信コイル
、　　４：交流増幅器＋　　　５ａ・５ｈ：同期整流器
＋　　６ａ・６ｈ：移相器。 ７ａ・７ｂ：直流増幅器、　　８ａ・８ｂ：指示器、　
　９：金属片、　　１０：帰還制御器。 １１・１５：加算器、　　　１２ニドランス。 １３ａ・１　ｂ　：乗算器、　１４ａ　・１４ｂ　：比
例積分器。 １６：フィルタ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　発振器と、この発振器よシの信号によシ励磁磁界
   を発生する励磁コイルと、励磁磁界中を金属が通過する
   ことにより受信信号を生起する受信コイルと、受信コイ
   ルよりの信号を増幅する交流増幅器と、この交流増幅器
   出力を整流する同期整流器とよりなる金属探知器におい
   て。 前記交流増幅器出力を′／２＋４ｄ位相差のある２出力
   として前記同期整流器より分離出力する手段と、比例積
   分器と２乗算器とを備え、前記分離出力手段よりの２信
   号をそれぞれ比例積分器を通して乗算器の入力の一端に
   加えるとともに、前記発振器出力も前記乗算器の入力の
   他端に加え・　この乗算器出力を前記交流噌１＠器入力
   に与え負帰還を施すことを特徴とする金属探知器。