JPS6017746Y2 - 金属探知器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は金属探知器に関する。

電磁的な金属探知器は金属探知を行うべく空間に交流磁
界を形成し、金属が存在するとき金属内に誘起される渦
電流によって形成される２次磁界或は強磁性体の場合誘
導磁気による２次磁界を検出するよういなっている。

この種の金属探知器では検出感度を上げるためには受磁
線輪が大形かつ多巻数になるので小型化が困難であった
。

本考案は電磁的な金属探知器の小型化を目的としてなさ
れた。

この目的に従って本考案は、磁気飽和特性を有する磁心
に励振巻線及び検出巻線を施し、励振巻線に金属探知を
行うべき空間に印加する交流磁界の２倍周波数の電流を
流し、検出巻線に誘起される起電力の励振巻線電流に対
する位相が金属の存在による２次磁界によってずれるの
を検出するようにして金属探知器を提供する。

以下実施例によって本考案を説明する。

図は本考案の実施例を示す。

第１図で１は励磁コイルで金属探知を行う空間に交番磁
界を印加するものであり、周波数ｆの交流電源２に接続
されており、Ｍｌ、Ｍ２は探知器磁心で夫々に励振巻線
ＤＩ、Ｄ２及び検出巻線ＣＩ、Ｃ２が巻装しである。

磁心Ｍｌ、Ｍ２は飽和特性を有する高透磁率材料よりな
り、両者は近接して平行に配置されている。

励振巻線ＤＩ、Ｄ２は夫々の磁心における起磁力の方向
が反対になるように直列接続されて周波数２ｆ（励磁コ
イル１の電流の２倍の周波数）の交流電源３に接続され
ている。

検出巻線Ｃ１、Ｃ２は励振巻線ＤＩ、Ｄ２による誘導起
電力が相殺されるように差動的に直列接続され、受信器
４に接続されている。

従って磁心Ｍｌ、Ｍ２を外部磁界が通っていないときは
受信器４に印加される電圧は０である。

図中りは前述した被探知金属による２次磁界と励磁コイ
ル１による磁界とが合皮された磁界で周波数ｆの交番磁
界であり磁心Ｍｌ、Ｍ２を貫通している。

Ｈｅは励振巻線Ｄ１、Ｄ２により発生する磁界で磁心Ｍ
１．Ｍ２内では互に反対向きである。

第２図Ａは磁心Ｍｌ、Ｍ２のＢ−Ｈ特性を示し、第２図
Ｂは一つの磁心に磁界Ｈｅによって生ずる磁束を示す。

磁心は飽和特性を有するから磁束の変化は周波数ガの台
形波となる。

この磁束により同じ磁心に巻いである検出コイルに誘起
される起電力は第２図Ｃのような波形となり、励振電流
０の位相点にピークを生ずる正負のパルス波形となる。

本考案は磁心Ｍｌ、Ｍ２等に上述２次磁界が重なると、
検出コイルＣＩ、Ｃ２等の誘起起電力のピーク位置が励
振コイルＤＩ、Ｄ２の励振電流０の位相点よりずれるの
を検出するものである。

次にその動作を説明する。第３図Ａは一つの磁心（例え
ばＭｌ）を貫通している磁界を示し、Ｈｅは励振コイル
（Ｄｌ）が発生している磁界、ｈは２次磁界（と励磁コ
イル１の磁界の合成磁界：面倒だから単に２次磁界と云
う）である。

これら２つの磁界の合成磁界は鎖線Ｈｅ＋ｈで示すよう
に、それがＯになる時点はＨｅ単独の時よりずれる。

第３図Ｂは磁界Ｈｅ十りにより磁心Ｍｌ内を通る磁束を
示し、合波形は正負非対称になり、検出コイルＣ１の起
電力は第３図Ｃ実線にようになる。

第３図Ｃで点線はＨｅ単独のときの０１起電力を示す。

他方の磁心Ｍ２に関しても全同様にして、この場合第３
図ＡのＨｅが逆相になるので、検出巻線Ｃ２の起電力は
第３図りのようになる。

検出巻線ＣＩ、Ｃ２はＨｅによる起電力が相殺されるよ
うに接続しであるので、ＣＩ、Ｃ２の直列接続の出力電
圧は第３図Ｅのようになる。

２次磁界りがないときはＣＩ、Ｃ２の出力パルスは同相
で正負反対になるからＣ１、Ｃ２直列接続の出力電圧は
０である。

従って受信器４はＣＩ、Ｃ２の直列接続の出力を整流し
て、その出力が適当に設定したレベルを超えたとき検知
信号を出力すればよい。

上の説明では２次磁界りと磁心の励振磁界Ｈｅとが特別
の位相関係の場合について行っているが、両者の位相が
任意であっても、上述と全く同様の説明で金属探出がで
きる。

第１図の構成で地磁気のような直流磁界があるときは検
出巻線ＣＩ、Ｃ２の直列接続の両端には２次磁界０の場
合でも第４図にｄで示す波形の信号が生ずる。

この波形の基本波は周波数４ｆであるから、磁心Ｍｌ、
Ｍ２に補償巻線を施し、ＣＩ。

Ｃ２直列接続の出力から４ｆの成分を取出し、これが所
定レベル以下になるように補償巻線に流す直流電流の値
を制御することによって地磁界その他ゆっくり変動する
外部磁界の影響を打消すことができる。

第３図Ｅの信号波形の基本波の周波数はｆであるが、第
５図を参照すれば、この信号はＪの高調波が強い信号で
あることが判る。

即ち第５図ａはｆの信号、ｂはＪの信号、Ｃはｆ＋３ｆ
の信号波形で、ｄはＣの信号を角形に変形した信号であ
り、ｄの信号が主たる成分としてｆと（の信号から戒っ
ていることが判り、第３図Ｅの波形は第５図ｄの波形と
同種のものであることから以上のことが判る。

従って受信器４としては入力信号からダ周波数の成分を
取出し、特定の位相で同期整流することによって金属探
知信号を得るようにしてもよい。

上述実施例では磁心Ｍｌ、Ｍ２が対になっているが、単
一磁心だけでも例えば検出巻線Ｃ１の出力波形をブラウ
ン管に表示させ、第３図Ｃにおけるピークｐの所定の位
置からのずれを監視することによっても金属探知は可能
である。

なお本考案装置は単一でも励磁コイル１が作る磁界に対
して磁心Ｍｌ、Ｍ２直交するように配置することにより
、探知すべき金属がないとき磁心Ｍｌ、Ｍ２に２次磁界
が通らず、金属の存在によって始めて２次磁界がＭｌ、
Ｍ２を通るようにして金属探知が可能である。

また本考案の構成で励振巻線ＤＩ、Ｄ２に直流を流した
場合を考えると、この直流による磁心Ｍｌ、Ｍ２の磁化
が第２図のＢ−Ｈ曲線で丁度側の所になるようにしない
と感度が得られず、電源の変動、温度による磁心の磁気
特性の変動等で、磁化が常にＢ−Ｈ曲線の肩の所になる
ようにすることはきわめて困難であり、直流を使っては
安定した感度が得られない。

また励振巻線に励磁コイルの電流と同じ周波数の交流を
流した場合を考えると、この場合、励振巻線による磁界
Ｈｅと外部磁界りとの位相関係は被検体の状態で異なり
、両者の位相が一致する状態も有り得る。

そしてこの場合磁心Ｍｌ、Ｍ２の磁束変化は互いに反位
相で重なることになる（第２図のＢ、Ｃを磁心Ｍ１の磁
束変化及び検出巻線Ｃ１の出力とすると、Ｍ２のそれら
は丁度第２図のＢ、 Ｃを反転したものになる）ので感
度が得られない。

つまりｈとＨｅの位相関係で感度が変化し実用にならな
い。

励振巻線に流す電流の周波数を励磁コイル１の電流周波
数の２倍にすぬことによって安定した感度が得られるの
である。

要するに本考案は磁心Ｍｌ、Ｍ２等を励振磁界の半分の
周波数の磁界が通るのを敏感に検出する装置なのである
。

もちろん本考案装置を２つ用い、金属が存在しないとき
２つの受信器の出力が相殺されるように励磁コイル１及
びび２台の探知器を配置するようにしてもよい。

本考案金属探知器は上述したような構成で、飽和特性の
磁心を交流励磁するときの磁化の立上り立下りの位相が
外部磁界によってずれるのを検出するものであり、信号
の位相のずれの検出は外部磁界による誘導起電力の量的
な検出よりも容易であり高感度に行われるから、本考案
金属探知器は高感度であり、磁心に巻装する巻線も小型
小巻数で良く、装置も小型となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例装置の構成を示すブロック図
、第２図乃至第５図は上記装置の動作を説明する信号波
形図である。 １・・・・・・励磁コイル、２・・・・・・励磁電源、
Ｍｌ、Ｍ２・・・・・・磁心、ＤＩ、Ｄ２・・・・・・
励振巻線、ＣＩ、Ｃ２・・・・・・検出巻線、３・・・
・・・励振巻線用電源、４・・・・・・受信器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属を探知すべき周波数ｆの交番磁界を印加する励磁コ
   イルと、飽和特性を有する磁心に励振巻線と検出巻線と
   を施し、励振巻線に周波数２ｆの交流を流すようにした
   受磁装置と、検出巻線に生ずる起電力ピークの励振巻線
   電流Ｏの時点からのずれを検出する受信器とよりなる金
   属探知器。