JPS5820944Y2

JPS5820944Y2 - 金属検出機の平衡調整用表示装置

Info

Publication number: JPS5820944Y2
Application number: JP10886478U
Authority: JP
Inventors: 修服部
Original assignee: 電測工業株式会社
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1983-05-02
Also published as: JPS5526427U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、発振コイルと受信コイルを有する検出ヘッド
の出力をキャンセル信号発生回路がらのキャンセル信号
で平衡させ、その平衡が磁場内に被検査物を通したとき
くずれるかどうかにより、当該被検査物中の混在金属の
有無を検出する形式の金属検出機に関する。

この種の金属検出機は、例えば粉ミルク、チョコレート
、錠剤、木材、嗜好飲料、固形樹脂原料、その他の混在
もしくは混入金属の検査、或いは凶器所有の有無のチェ
ック等、極めて広い分野で使用されている。

この金属検出機において重要なことは、受信コイル対を
構成している両コイルの誘起電圧を正確に平衡させ、受
信感度を上げることである。

これは各コイルの幾何学的配置調整により鎖交数を等し
くすることで達成することができる。

しかしながら、各受信コイルは比較的大きく且つ重量が
ある為、この幾何学的配置調整により平衡を得ることは
非常に困難であり多くの時間と労力を要する。

このため、幾何学的配置で概略的に平衡をとり、精密な
平衡調整は外部的に電気回路によって行なうようにする
ことが提案された（実開昭５１−１３６１５８号公報）
。

これは第１図に示すように、受信コイル対を構成する両
コイルＬ２．Ｌ３を互いに逆極性で直列接続し他端を直
結して出力端子に接続し、発振コイルＬ１を励振する高
周波発振器２の出力端子に第１の可変抵抗器ｖＲ１を介
して変成器３の１次側を接続し、該変成器の２次側に第
２の可変抵抗器ＶＲ２と移相素子Ｃとの直列回路を接続
し、そしてその第２の可変抵抗器と移相素子との結合点
を前記受信コイル対の出力端子に接続して、受信コイル
Ｌ２．Ｌ３の差信号Ｅ１をキャンセル信号Ｅ２で
相殺させるものである。

しかしながら、この平衡調整回路では、キャンセル信号
Ｅ２の位相を０〜１８０°までしが移相できないため、
環境条件特に環境温度によっては完全に平衡させること
ができなくなる。

これは温度変化により、検出ヘッド１が位置ずれ、膨張
収縮、ストレス等の機械的変化をなすこと、並びにコイ
ルのノアクタンス、抵抗及びシールド面とのキャパシタ
ンス等の電気的特性の変化が生ずることに原因するもの
である。

即ちこのような電気的機械的変化に原因して、差信号Ｅ
１がそれまでとは全く１８０°位相の異なる信号として
現われることがあり、キャンセル信号Ｅ２ではもはや平
衡をとることができなくなるのである。

このような要望に答えて、本出願人は次のような平衡調
整回路を既に提案している（特願昭５２−１５４９０号
）。

即ちキャンセル信号発生回路として、前記発振コイルと
接続した変成器と、該変成器の２次側に接続されており
ベクトル図上で０°及び１８０°の位相方向の信号を発
生する実軸信号回路と前記変成器の２次側に接続されて
おりベクトル図上で９０°及び２７０°の位相方向の信
号を発生さす虚軸信号回路と、その実軸及び虚軸両信号
回路に各々挿入されており入力電圧に依存してそれぞれ
の所属する実軸又は虚軸信号回路の出力信号を変化せし
める被制御素子とを設ける。

そして実軸及び虚軸両信号の出力を合成してキャンセル
信号とする。

一方検出ヘッドからの出力信号を互いに９０゜位相の異
なる２つの同期検波回路に入力し、その各同期検波回路
即ち実軸、虚軸両戒分Ｅｘ、Ｅｊをそれぞれの対応す
る前記実軸信号回路の被制御素子及び前記虚軸信号回路
の被制御素子のゲートに帰還し、その帰還路中には遅延
回路を設けるのである。

このように構成すれば、遅延回路の働きにより、環境温
度変化のような長期的変化に対しては、検出ヘッドの出
力は平衡することになる一方、品物の通過の如く比較的
急に現われる差信号については、そのままこれを検出出
力として取り出すことができる。

上記２つの装置に共通した欠点は、検出ヘッドが上記の
ような環境条件により機械的変化をなすため、差信号Ｅ
１の振幅及び位相が、最初の設定時のものからずれて来
る。

このため、一旦調整設定した値は不適当なものになって
しまい、再びめんどうな平衡調整を行なわなければなら
ないことである。

従って、本考案の目的は、オシロスコープのような特別
な測定器を使わずに、雛でも精度の高い迅速な調整が簡
単にできるようにすることにある。

以下図示の実施例について本考案を説明する。

第２図に於て、検出ヘッド１０は磁束発生用の発振コイ
ルＬ１を内包する発振部１１と、発振コイルＬ１により
発生される磁束と鎖交するように並置もしくは直交する
ように配置された２つの受信コイルＬ２．Ｌ３を内包す
る受信部１２とを有する。

被検査物はこの発振部１１と受信部１２との間を通過し
得るように構成されている。

発振コイルＬ１の１端は接地され、他端は端子Ａを介し
て例えば１００ＫＨｚの高周波発振器１３に接続され
ている。

受信コイルＬ２及びＬ３は互いに逆極性に直列接続され
ており、その中間接続点は接地され、他端は可変抵抗器
１４を介して互いに直結され、該可変抵抗器の摺動子は
端子Ｂと接続されている。

発振器１３により発振コイルＬ１が励磁されると、該コ
イルＬ１より発生された磁力線により受信コイルＬ２及
びＬ３にそれぞれ電圧が誘起され、出力端子Ｂには両コ
イルの誘起電圧の差信号Ｅ１が生ずる。

この差信号Ｅ１は、高周波増幅器２０により増幅され、
同期検波回路３１及び３２に送られる。

一方、発振器１３の出力ＥＯは、可変抵抗器１６から成
る入力調整回路１５を介して、キャンセル信号発生回路
５０中の変成器５１の１次側に入力される。

変成器５１の２次側巻線はその中点タップがアースされ
、残りの両端タップには、発振器出力ＥＯに関しＯｏ及
び１８０°の位相軸における信号（実軸信号）Ｅｘを取
り出すための実軸信号回路５２と、そして発振器出力Ｅ
Ｏに関し９０°及び２７０°の位相軸における信号（虚
軸信号）Ｅｊを取り出すための虚軸信号回路５６とが設
けられている。

実軸信号回路５２は、入力電圧に依存して抵抗値の変わ
る半導体素子例えばＦＥＴ５３と、可変抵抗器５４と、
抵抗５５との直列回路からなる。

虚軸信号回路５６は、変成器５１の２次側両端タップ間
に、逆並列的に接続した２つのＣＲ直列回路を有し、そ
の素子ＣとＲの各結合点には、前記実軸信号回路５２と
同様に構成された直列回路即ち抵抗５７、可変抵抗器５
８、ＦＥＴ５９から成る直列回路が接続されている。

実軸及び虚軸両信号回路５２．５６及び混合手段６０に
は加算器その他の適当な装置を利用することができる。

上記実軸及び虚軸両信号回路５２、５６からの信号Ｅ
ｘ及びＥｊは、可変抵抗器６０により合成され、前述の
高周波増幅回路２０中の差動増幅器の他方の入力端子に
、同相のキャンセル信号Ｅ２として人別される。

但しＥ２は回路２０中に差動増幅器を設けず差信号Ｅ１
と直接合成するときは逆相の信号とする。

このキャンセル信号Ｅ２は、ベクトル図上において、そ
の実軸方向成分Ｅｘが可変抵抗器５４の調整値とＦＥＴ
５３の抵抗値とに依存して変化し、また虚軸方向成分Ｅ
ｊが可変抵抗器５８とＦＥＴ５９の抵抗値とに依存し
て変化するから、結局３６０°の全ての位相範囲内で作
り出せる。

従って可変抵抗器５４．５８及び６０を手動調整するこ
とにより、差動増幅器２２において検出ヘッド１０から
の差信号Ｅ１を完全に打ち消すことができる。

さて、このようなキャンセル信号Ｅ２は、次のようにし
て自動的に作ることができる。

即ち検出ヘッドからの信号Ｅ１とキャンセル信号Ｅ２と
の偏差、即ち高周波増幅器２０の出力信号ＳＯ（以下ヘ
ッド信号という）の大きさと位相とを知り、これを実軸
及び虚軸両信号回路５２．５６に帰還させてやるのであ
る。

この目的の為、高周波増幅回路２０には同期検波回路３
１．３２が接続され、その出力を積分回路４１．４２で
積分して実軸及び虚軸両信号回路のＦＥＴ５３．５９
のゲートに印加するようになっている。

同期検波回路３１及び３２は同し構成であり、例えば増
幅器２０の出力端子と積分回路４１もしくは４２の入力
端子との間に挿入したゲート素子とから戒る。

同期検波回路３１には変成器５１の２次側巻線の電圧が
印加され、また同期検波回路３２にはこれと９０’位相
の異なるコンデンサＣの端子電圧が印加される。

従って同期検波回路３１．３２は変成器５１の２次側出
力電圧と同期して、しかも互いに９０°の位相差をもっ
て例えば第３図の如く開閉制御され、互いに９０°位相
の異なる検波出力Ｓｌ、Ｓ２を出力する。

同期検波出力Ｓｌ、Ｓ２はそれぞれ積分回路４１．４２
で積分され、その積分信号Ｓ１’、Ｓ２’がＦＥ
Ｔ５３，５９のゲートに入力される。

この補正人力Ｓ ’１、Ｓ ’２があった場合、Ｆ
ＥＴ５３及び５９は、その入力量に応じて、抵抗値を検
波出力Ｓｌ、Ｓ２の振幅を減らす方向に変化する。

従って可変抵抗器５４．５８．６０を予じめ適当なとこ
ろに設定しておけば、積分回路４１．４２からの補正入
力に応じてキャンセル信号Ｅ２のベクトルが変化してゆ
き、結局差信号Ｅ１を完全に相殺するところに落ち着く
。

従って、環境温度の変化により、検出ヘッド１０の特性
が変化し、その差信号Ｅ１のベクトルがどのように変化
しても、これと同等の振巾でかつ同相のキャンセル信号
Ｅ２が回路５０に発生し、同信号Ｅ２により常に信号Ｅ
１が相殺される。

即ち、自動的に平衡がとれる。

しかし、この自動平衡機能は、検出ヘッド１０に品物を
通し、その品物中の混入金属により高周波増幅器２０に
ヘッド信号ＳＯが生じたときにも働くので、このよ・で
は混入金属の検出に不便である。

このため、実軸及び虚軸両信号回路のＦＥＴ５３及び
５９への帰還補正人力Ｓ’ｌ、Ｓ’２が、検出ヘッド１
０の出力変化時点より少し遅れて印加されるようになっ
ている。

即ち第２図においては、両ＦＥＴ５３及び５９のゲート
への補正入力ライン６１゜６２に、それぞれ、抵抗６７
．６８とコンデンサ６３．６５とから戊る遅延回路がス
イッチＳＷによって挿入されるようになっている。

自動平衡切換スイッチＳＷを閉じた場合、ヘッド信号Ｓ
Ｏが発生しても、ＦＥＴ５３及び５９の抵抗値変化は直
ちに生ずるのではなく、遅延回路の働きにより、一定時
間後に生じ、当該ヘッド信号ＳＯがゼロとなるように平
衡させる。

換言すれば、環境温度変化のような長期的変化に対して
はヘッド信号ＳＯは常に平衡されているが、品物の通過
により差信号Ｅ１が現われた時には、それから一定時間
の間は平衡がとれていないので、高周波増幅回路２０に
ヘッド信号ＳＯが発生される。

従ってこの信号ＳＯを振幅検波回路３０を通して取り出
せば、品物中の混入金属検出信号Ｓ３が得られる。

ところで、混入金属の検出を必要とする品物のうちには
、金属が混入されていなくても検出信号の出るものがあ
る。

例えば導電性のある肉、チーズ、小麦粉等である。

導電性のある品物は検出ヘッド１０のコイルのりアクタ
ンスを減らし抵抗器を増加させるからであり、また磁性
体或いは磁性を帯びたものはりアクタンスを増加させる
からである。

従ってこれらの品物についてその品物自体と区別して混
入金属の検知ができるようにするには、この品物自体の
影響を除去してやる必要がある。

この目的で、同期検波回路３１．３２の入力側には、可
変抵抗器７１．７３及び抵抗器７２．７４から戊るシフ
ト回路が設けられている。

可変抵抗器７１．７３の両端は一１５Ｖ及び＋１５Ｖの
直流電圧に接続されており、この可変抵抗器７１．７３
を調整することにより、例えば同期検波回路中のＦＥＴ
のドレインのバイアス電圧が変化する。

このレベル偏倚はカップリングコンデンサの働きにより
前述の自動平衡機能とは独立して行ない得る。

このシフト回路により、ヘッド信号ＳＯのうちバイアス
電位により高い部分の波形のみが同期検波出力として現
われるので、検査しようとする品物についてその検査時
の品物自体の影響が除去され、振幅検波回路３０からは
品物中に混入金属があった場合にのみ、検出信号Ｓ３が
生ずる。

次にベクトル図によって、品物自体の影響を除去する平
衡調整の仕方を説明しよう。

便宜上、自動平衡調整機能は働いてないものとする。

第４図のベクトル図において、Ｅｌは検出ヘッド内に品
物も何も入ってない場合の検出ヘッド１０からの差信号
である。

上述のように、肉、チーズ、小麦粉等は、これを検出ヘ
ッド内に入れると、差信号Ｅｌ’、Ｅｌ“の如く観測さ
れる性質がある。

今、キャンセル信号Ｅ２“が生じているとき、この信号
Ｅ２″を品物がないときの差信号Ｅ１と合成すればＥ３
の如くなり、また品物があるときの差信号Ｅｌ’をＥ２
″と合成すればＥ４の如くなる。

ここで実軸及び虚軸側シフト回路の可変抵抗器７１及び
７３を加減してゆけば、キャンセル信号のＥｘ酸成分び
Ｅｊ酸成分変わる為、キャンセル信号はＥ２”、Ｅ
２’、Ｅ２・・・・・・の如く変化してゆく。

従って品物がない場合の差信号Ｅ１との合成ベクトルは
Ｅ３．Ｅ３’、Ｅ３”・・・・・の如く変化
する。

また品物が在る場合の差信号Ｅｌ’との合成ベクトルも
Ｅ４゜Ｅ４’、Ｅ４″・・・・・・の如く変化す
る。

従ってキャンセル信号をＥ”、Ｅ２’、Ｅ２・
・・・・・のように変えてゆけば、品物がない場合と品
物がある場合の両ベクトルＥ３″、Ｅ４“のどち
らの振幅をも等しくすることができる。

このようなキャンセル信号の位相位置は、肉、チーズ等
のいずれについても、必ず一個所は存在するものである
。

よってこのような位相位置の所にシフト回路を設定して
やれば、肉、チーズ等そのものについては、振幅検波回
路３０から検出信号Ｓ３が発生されない。

何故なら、振幅検波では位相の違いは出力として現われ
ないからである。

よって肉、チーズ等の内部に在る金属が肉、チーズ等自
体の影響を受けることなく検出される。

第５図において、１００はテ゛ジタル電圧計であり、切
替スイッチＳＷ１をａ側にすると、高周波増幅器２０か
らのヘッド信号ＳＯの大きさが表示される。

即ちヘッド信号ＳＯが、ボルテージフロア−８１を通し
て直線検波回路８２に加えられ、その検波出力の振幅値
がデジタル電圧計１００に表示される。

このようにしてヘッド信号ＳＯの振幅を数値表示せしめ
ることは、平衡調整時に非常に有意義である。

なぜなら平衡調整は、品物自体を検出機に通してみて、
検出信号Ｓ３が生じない状態をシフト回路を調整しなが
ら見つける作業であるからである。

切替スイッチＳＷ１をｂ側にすると、ディジタル電圧計
１００には、ヘッド信号ＳＯの発振器出力ＥＯに対する
位相差が表示される。

９４はＪＫフリップフロップＦ／Ｆと論理ゲートとで構
成した位相弁別回路であり、その一方の入力端子即ちＪ
ＫフリップフロップＦ／ＦのＪ入力端子には、コンパレ
ータ８６からヘッド信号ＳＯについての比較信号が、ま
た他方の入力端子にはコンパレータ９２から発振器１３
の出力ＥＯについての比較信号が入力される。

コンパレータ８６には、ヘッド信号ＳＯが、上述のボル
テージフロア−８１を経て、位相シフト回路８４及び増
幅器８５を通って入力される。

またコンパレータ９２には、発振器１３の出力ＥＯがボ
ルテージフロア−９１を通って入力される。

両コンバレー！と、ＡＮＤゲート８７．９３の働きによ
り、比較出力を矩形波の形で出するようになっている。

位相シフト回路８４をヘッド信号ＳＯの系路中に挿入し
たのは、品物が検出ヘッド内に無い場合に、そのヘッド
信号Ｅ１の位相を発振器出力ＥＯのベクトルの位相に一
致させたり、位相系の位相遅れを補正するためである。

このようにしておけば、検出機に品物を通した際、品物
のもつ固有の位相差θ（ヘッド信号ＳＯと発振器出力Ｅ
Ｏに対しての位相差）が読み取れることとなる。

上記の位相差θの読取りに関して注意すべき点は、ヘッ
ド信号ＳＯの出力が全くないときは位相弁別ができない
ことである。

従ってこの位相弁別に必要な最小振幅のヘッド信号ＳＯ
を知るために、上述の直線検波回路８２の出力ラインに
は、レベルコンパレータ８３及び発光ダイオードＬＥＤ
から威る最小振幅表示器が接続されている。

切替スイッチＳＷ１をＣ側にすると、ディジタル電圧計
１００には、検出信号Ｓ３のピークホールド値がディジ
タル表示される。

低周波として取り出される検出信号Ｓ３は、反転回路９
５を通してピークホールド回路９６に送られ、アナログ
スイッチ９７を通してコンデンサＣ１にピーク値がホー
ルドされる。

９８は、反転回路９５からの検出信号をホールド値と比
較するコンパレータであり、ホールド値より検出信号が
大なる場合はアナログスイツチ９７をＯＮせしめるよう
に機能する。

９９はタイマであり、独自の周期でセット・リセットを
繰返している。

そしてタイマ９９の作動時には、その出力端子９９ａ
に出力を生じ、ピークホールド回路９６のアナログスイ
ッチ９７を、所定のタイマ時間だけオフせしめる。

従ってこのタイマ時間だけ検出信号Ｓ３のピークホール
ド値がディジタル電圧計１００に表示され続ける。

本考案は、上記のようにヘッド信号ＳＯの振幅と位相と
を表示せしめるものであるから、容易に品物に合致した
平衡調整ポイントを見い出すことができる。

その手順を第６図のベクトル図を参照しながら説明する
。

便宜上、検出ヘッドからの差信号Ｅ１はこれをゼロとし
ないように積極的に予め調整しであるものとする。

まず、スイッチＳＷ１をａ側（振幅）に切替える。

そして検出ヘッド内に品物を何も入れてない状態下で、
ヘッド信号Ｓ０１の振幅が位相弁別に必要な値（例えば
２Ｖ）となるように、実軸、虚軸両信号回路の可変抵抗
器７１．７３（自動平衡調整機能が働いていない場合は
５４．５８）を調整する。

続いてスイッチＳＷ１をｂ側にして、ヘッド信号Ｓ０
１が発振器出力ＥＯに対して適当な位相差θをもつよう
に、可変抵抗器７１．７３を調整する。

かくして第６図の如きヘッド信号Ｓ０１が得られる。

次に、スイッチＳＷ１をＣ側（検出信号）にして、実際
に、金属の混入されてないことが予め判っている品物を
、検出ヘッドに通してみる。

このとき検出ヘッドからの差信号がＥｌからＥｌ’とな
れば、Ｓｏｌは第６図の如くＳ０２となる。

従ってＳ０１から８０２を引いた振幅が、振幅検波回路
３０に入力され低周波増幅され、その出力即ち検出信号
Ｓ３が電圧計１００で読み取られる。

次に、上記検出信号Ｓ３が最小となるように調整するた
め、スイッチＳＷ１をｂ側とＣ側に交互に切替えながら
、ヘッド信号Ｓ０１の位相角θを、即ちキャンセル信号
Ｅ２の位相を加減する。

そして検出信号Ｓ３の最小となる点が求まる。

この点は当該品物についての平衡がとれた点であり、こ
のときのヘッド信号ＳＯの振幅と位相θの値をメモして
おけば、後に平衡がくずれたようなときでも、直ちに精
確な平衡ポイントに直すことができる。

従って、各品物毎に、その平衡ポイントの位相と振幅と
を求め、−欄表にしておけば、当該金属検出機により検
査する品物を変更したときでも、オシロスコープ等を使
わずに簡単に平衡調整ができる。

以上は、自動平衡調整回路と一体的に説明したが、本考
案はこれに限られるものではなく、第１図に示したよう
な平衡回路にも適用できることは明らかである。

尚、実施例では切替スイッチで振幅、位相、及び検出信
号を切替えて表示せしめるようにしたが、これらを専用
のディジタル電圧計により、切替えなしに表示せしめる
ようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の平衡調整回路、第２図は本考案の平衡調
整回路の部分図、第３図は同期検波の説明図、第４図は
シフト回路の調整説明用のベクトル図、第５図は本考案
の平衡調整回路の表示部を示す図、第６図は平衡調整説
明用のベクトル図である。１０・・・・・・検出ヘッド、２０・・・・・・高周波
増幅器、３０・・・・・・振幅検波回路、３１．３２・
・・・・・同期検波回路、４１．４２・・・・・・積分
回路、５０・・・・・・キャンセル信号発生回路、５２
・・・・・・実軸信号回路、５６・・・・・・虚軸信号
回路、８２・・・・・・直線検波回路、８５・・・・・
・位相シフト回路、８６．９２・・・・・・コンパレー
タ、９４・・・・・・位相弁別回路、９６・・・・・・
ピークホールド回路、９９・・・・・・タイマ、１００
・・・・・・ディジタル電圧計、ＥＯ・・・・・・発振
器出力、Ｅｌ・・・・・・差信号、ＳＯ・・・・・・ヘ
ッド信号、Ｓ３・・・・・・検出信号、ＳＷｌ・・・・
・・切替スイッチ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

検出ヘッドの１次側を発振器により励磁し、検出ヘッド
の２次側から得られる差信号を、９０°位相の異なる同
期検波回動を通した後それぞれ積分回路に入れ、一方前
記発振器に接続した調節可能な実軸、虚軸信号回路から
得られる実軸、虚軸両信号の合成を前記差信号にキャン
セル信号として加算又は減算してヘッド信号をつくり、
かつ前記積分回路の出力を実軸、虚軸信号回路へそれぞ
れ帰還せしめそして前記ヘッド信号を振幅検波して検出
信号を得るようにした金属検出機の平衡調整装置におい
て、前記ヘッド信号の為の直線検波回路と、前記ヘッド
信号の前記発振器出力に対する位相差を取り出す為の位
相弁別回路と、そして前記検出信号の為のピークホール
ド回路とを設け、これら直線検波回路、位相弁別回路、
ピークホールド回路の各出力をディジタル電圧計で表示
せしめるようにした表示装置。