JPS6180086A - 金属体検知方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属体検知方法、特に交流磁界を発生する１
つのコイルに金属体が近接することに起因して、このコ
イルを含む直列共振回路の共振点（同調点）がずれ、コ
イルに流れている電流が変化する現象を利用した金属体
検知方法に関するものである。

（従来の技術） 従来の金属体検知装置１例えば交流磁気式アクティブ車
両検知装置は、送信コイルと受信コイルとで構成し、送
信コイルを含む直列共振回路の共振点に交流周波数を設
定しておき、送信コイルにはできる限り大きな電流を流
し、かつ受信コイルと送信コイルとは互＋ｃｍ気結合が
極力小さくなるよう配置した本のを筐体内に組立て、そ
れを地中に坏めていた。そ（７て金属体の車両がこれら
送信コイル、受信コイル等から構成された金属体検知装
置に近接すると、送信コイルから発する交流磁界が車両
底板の金属体１例えば鉄、アルミニウム。

銅等に鎖交し、この結果金属体内にうず電流が生じ、更
に、このうず電流によって受信コイルには磁気結合が生
じて、該受信コイルに′ｆＩＬ流が流れるようになり、
その電流を検出することＫよって車両の近接を検知する
ものであった。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来のこの検知方法では、金属体が送信コイル
に近接すると送信コイルを含む直列共振回路の共振点が
高い周波数の方向に移動し、送信コイルに流れる電流は
金属体の非検知時エリ小さく：する。このため、金属体
内に生じるうず電流も減少し、この影響で受信コイルに
誘起する電流も減ることになる。この結果、車両の検知
感度を大きくできないという欠点があった。すなわち、
車両検知装置から車両台車の底板までの距離が大きい場
合には検知できないことがしばしば生じていた。

第９図は従来の車両検知装置の構成例を示しており、同
図において１発振器１は電圧Ｂ１周波数ｆの交流正弦波
を発生し、コンデンサ２と送信コイル３とからなる直列
共振回路に電源を供給している。この直列共振回路の共
振周波数に等しくなるように発振器１の周波数ｆを予め
設定しておき。

当該直列共振回路に最大の電流が流れている状態にし゛
ておく。受信コイル４は、第１０図、第１１図知示され
ているように筐体９内に配置されている送信コイル３と
同一平面上に配設され、受信コイル４と送信コイル３と
の電磁結合が小さくなるような関係となっている。この
ため金属体の非検知時は受信コイル４には電流が流れて
いない状態となっている。従って増幅器５の入力電圧は
ほぼ零でちり、その出力も零である。同様に整流器６の
出力も零でちり、比較器７は基準電源８の基準電圧Ｅ、
ｒより当該比較器７に入力する入力電圧が大きい場会に
出力が現われる。すなわち論理ｒＨＪ全出力する構成と
なっているので、比較器７の出力は論理「Ｌ」となって
おり、非検出の状態となっている。

今、第１２図に示すように、金属体１０が車両検知装置
上に近接すると、送信コイル３から出ている交流磁束が
金彷体１０に鎖交し、金属体１０にはうず電流１１が流
れる。そしてこのうず電流１１が流れることにより発生
する交流磁界によ！７．受信コイル４には誘起起電力か
発生し電流が流れる。受信コイル４に発生しｔ誘起起電
力は増幅器５で増幅され、整流器６で整流された上で比
較器７の入力に導かれる。この比較器７で基準電源８の
基準電圧Ｂｒと上記受信コイル４に発生し７を誘起起電
力の電流され７′Ｃ，直流電圧とが比較され、受信コイ
ル４に発生し几誘起起電力の整流され友直流電圧が基準
電圧Ｅｒより高くなると、比較器７に金属体１０．すな
わち車両の存在を検知した信号の論理ｒＨＪｔ−出力す
る。

第１３図は従来の車両検知装置の金属体検知時における
電気的等価回路を示している。金属体検知時においては
、送信コイル３と金属体１０（金属体１０は電気的にコ
イルＬｍと抵抗几ｍとの等価閉回路で表示できる）とは
相互インダクタンスＭ１で結合し、受（ｇコイル４と金
属体１ｏとは相互インダクタンスＭ２で結合していると
考えられる。このため上記説明の如く、金属体１ｏが車
両検知装置に近接すると受信コイル４に電流１２が流れ
、負荷抵抗１２に電圧が現われることとなる。

以上が従来の交流磁気式アクティブ車両検知装置の検知
原理であるが、従来の車両検知装置では以下に述べる欠
点がある。すなわち、第１３図に示し皮様に、金属体１
０の等価閉回路により送信コイル３と金属体１０とは相
互インダクタンスＭ１で結合されており、このため送信
コイル３側の送信回路の実効インダクタンスが減少する
。その減少分は次式で示される。

ここで、Ｌｍ、Ｒｍ　は第１３図に示した金属体内閉回
路のインダクタンス分及び抵抗弁である。

金属体の非検知賄）て、送信回路は直列共振状態となっ
ているように発振器１の発振周波数が設定されているの
で、送信回路に流れる電流１は最大になっている。しか
るに金属体１０の検知時には、上述したように送信回路
の実効インダクタンスが式（１）で示されるΔ工、たけ
減少するので１回路の共振点は周波数の高い方へ移４１
する。すなわち発振器１の設定周波数ｆに対して送信回
路に流れる電流は、金属体１０の非検知時に比べ減少し
たものになる。この影響は金属体内うず電流、さらには
受信コイル４側の受信回路に流れる電流にも影響し。

金属体１０の検知時における負荷抵抗１２に生じる受信
Ｔ圧を減少させる結果とな＃）、車両検知装置の検知感
度が悪くなる欠点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の欠点を生じる現象、すなわち金属体検
知時に送信Ｐイルを含む直列共振回路の共振点がずれる
ことで電流変化が生じることに着目し、送信コイルのみ
で、検知感度の良好な金属体検知方法を提供することを
目的としている。

本発明による金属体検知方法を用い友金属体検知装置は
、受信コイルを持たない送信コイルのみで構成するため
、搬送可能な限られた容器内に収容できるコイルの径を
従来のものに比べ大きくでき、この結果、コイルから発
する交流磁界を大きくすることが可能となり、検知感度
を大きくできる特徴をも備えている。そしてその友め本
発明の金属体検知方法は送信コイルと、コンデンサと。

発振器とを備えた直列共振回路において、上記発振器の
周波数を金属体が送信コイルに近接したときの共振周波
数に設定すると共に、金属体の非検知時においては上記
直列共振回路を流れる電流が離調した周波数の形態とな
り、金属体の検知時においては上記直列共振回路を流れ
る電流が同調した周波数の形態となるようにして金属体
を検知するようにし次ことを特徴としている。以下本発
明の一実施例について図面全参照しながら説明する。

以下金属体の検知として車両の底板検知を例にして説明
する。

（実施例） 第１図は本発明に係る金属体検知方法の一実施例構成、
第２図は本発明の金属体検知方法を車両検知装置に用い
たときの使用説明図、第３図は送信コイルの配置を説明
している上面図、第４図は第３図の側面説明図、第５図
は本発明による金属体検知時の金属体の電気的等価回路
、第６図は本発明による金属体検知時の送信回路の等価
回路。

第７図は共振特性曲線図、第８図は第１図の動作波形図
を示している。

本発明に係る金属体検知方法の一実施例構成を説明する
前に、第５図ないし第７図を用いて本発明の検知原理を
説明しておく。

第５図において発振器１は電圧Ｅ１周波数ｆの正弦波を
発生し、コンデンサ２．送信コイル３の直列共振回路に
電源を供給している。該直列共振回路の共振周波数に上
記発振器１の発振周波数を等しくしておくと、該直列共
振回路に流れる電流は最大となる。その値■は、送信コ
イル３の直流抵抗弁をＲとすると工＝自／Ｒで表わされ
る。一方上述した様に、送信コイル３に車両底板の金属
体が近接したとき、該金属体ＩＣは、送信コイル３に流
れる交流賦流による磁束を受け、うず電流を生じるが、
このときの金属体は回路的にみてインダクタンスＬｍと
抵抗Ｒｍとの閉回路の電気的等価回路で表現することが
できる。従ってこの金属体が送信コイル３に近接した時
には、送信コイル３のインダクタンスと金属体のインダ
クタンス論との間には相互インダクタンスＭで虫気結会
された回路と考えてよい。

一方、第６図は金属体検知時における直列共振回路の等
価回路を示す）ので、金属体の近接によりそのインダク
タンスはＬからＪＪ′に変化し、抵抗分はＲからＲ′に
変化する。これを数式で表わすとＬ’　＝　Ｌ−ΔＬ、
Ｒ’＝Ｒ＋ΔＲとなり、金属体が送信コイル３に近接ま
た時には、金属体の非検知時に比べて直列共振回路の実
効インダクタンスは減少し。

実効抵抗分（は増加することが知られている。ここでΔ
Ｌ、ΔＲはそれぞれの変化分を表わしている。

第７図は直列共振回路の金属体の非検知時及び検知時に
おけるそれぞれの電流共振曲線を示したものであり、金
属体の非検知時の共振曲線はＡで。

金朔体の検知時の共振曲線は８でそれぞれ示されている
。今共退曲１１１！Ａの共振周波数ｅｆｏ、共振曲線８
の共振周波数をｆ、としたとき、それぞれの共振周波数
ｆｏ、　ｆ、は次式で表わされる。

２・珂　　　　　−−−−−−（ｚ） 式（２）　、　（３）から判る様に、ｆ、　）　ｆ、と
なり、金属体の検知時における共振曲線Ｂの共振点は、
金属体の非検知時の共振曲線Ｎの共振点に比べ周波数が
高い方へ移動する。従って発振器１の発振周波数ｆを仮
に共振曲線Ｂの共振周波数ｆ１に等しく設定しておくと
、金属体の非検知時の直列共振回路に流れている電流値
は、第７図に示されているように１１である。金属体の
検知時には共振曲線がＡから８へ移動するから、共振周
波数ｒ１における直列共振回路（流れる電流値はＩ２に
なる。即ち金属体が検知コイル３に近接すると、直列共
振回路に流れる電流値がＩ１からＩ２に変化し友ことに
なる。この電流変化分を検出することにより金属体、す
なわち車両の検知を行うことができる・。

第１図の本発明に係る金属体検知方法の一実施例構成に
おいて１発振器１は電圧Ｅｓ周波数ｆの−正弦波を発生
し、直列に接続されたコンデンサ２゜送信コイル３及び
電流検出抵抗１３の直列回路−１電源を供給する。今コ
ンデンサ２の容量をＣ１送信コイル３のインダクタンス
Ｌ、その直流抵抗分をＲ１電流検出抵抗１３の抵抗値を
Ｒｓ　　としたとき、金属体の非検知時にこの直列回路
に流れる電流の絶対値Ｉは次式で表わされる。

ここにＥはＥの絶対値を表わしている。

式（２）によれば、直列回路に流れる電流の周波数本発
明では、上述したＬうに発振器１０周波数ｆを上記の共
振周波数より高い周波数に設定しておく。この周波数は
金属体の近接時に当該直列回路に流れる電流の変化が最
も大きくなるような点に設定する。理論上及び実験によ
ると、この周波数の設定は回路定数（０，Ｌ、几）及び
金属体の検知時のインダクタンス変化分ΔＬによって変
わ例えば１％程度高い値に設定しておく。

この時、送信コイル３に流れる電流を■！とすると、こ
の電流に工って送信コイル３の上方、すなわち第２図図
示の如く地中に埋設された金属体検知装置１４から地上
へ向けて交流磁界が発生している。

一方、送信コイル３の上方、すなわち金属体１０内［１
４の上方に金属体１０．丁なわち車両が近接すると、交
流磁界により金属体１０内にうず電流が発生する。この
うず電流によって送信コイル３と金属体１０とは融気結
せすることになり。

第１図の直列共振回路のインダクタンス分が減少する。

その時の直列共振回路に流れる電流はＩ２となる。

金属体の非検知時は電流検出抵抗１３に発生する電圧Ｅ
ｌけＲ５１１となっている。この電圧凱が整流器７で整
流され電圧Ｅ２となる。この電圧Ｅ２が比較器７で基準
電源８の基ｆｐ′ｙｒｊ圧Ｂｒと比較される。該基準電
源８の基準電圧ｇｒは上記金属体の非検知時の整流器６
かも出力される電圧Ｅ２より大きい値に選ばれており、
比較器７は論理ｒＬＪを出力している。

金属体１０．すなわち車両が金属体検知装置１４に近接
すると、第１図に示され友直列共振回路に流れる電流は
Ｉ２となり、電流検出抵抗１３の電圧ｉ１はＲ５Ｉ２と
なる。このときの電流検出抵抗１３に発生する電圧Ｒａ
ｌ４Ｖｉ、金属体の非検知時における電流検出抵抗１３
に発生する電圧Ｒ５１１よりも大きくなり（Ｉｓ＞Ｉ＋
でちるから）、整流器６の整流出力は基準電圧Ｂ「　よ
りも大きな値となる。よって比較器７は論理ｒＨ」の信
号を出力し、金属体１０゜すなわち車両の近接を検知す
ることができる。

第８図は上記説明の動作波形図を示しており。

同図（１）は直列共振回路に流れる電流波形を示し、同
図（ｍは電流検出抵抗１３の電圧波形を示している。ま
た同図面は整流器６の出力波形を示し、同図■は比較器
７の出力波形を示している。各波形の説明は上述の如く
、金属体１０１丁なわち車両が金属体検知装置１４に近
接するに従って直列共振回路に流れる電流及び電流検出
抵抗１３に現われる面圧が増大する。そしてその整流出
力が基準電圧Ｂｒより大きくなった時点で比較器７から
車両検知の出力でちる論理「ＨＪを出力する。

第３図、第４図は送信コイルの配置位置ｆｔ説明してい
る図でちり、送信コイル３が筐体９内に設置されている
。本発明の場合、コイルは送信コイル３が１個だけでよ
いので大きな径のコイルを形成することができ、金属体
１０と送信コイル３との間の電磁結合を大きくすること
ができ、金属体の検知感度を向上することができる。

以上の説明は金属体の検知の対象として車両を例に洋げ
て説明してき友が、金属体の検知の対象は車両に限定さ
れるものではなく、他の金属体について丁ぺて適用でき
ることは言うまでもない。

しかしながら本発明にあっては、可搬な筐体９内に予め
装＠を組立ておき、該筐体９を地中に埋設するという手
段によって、金属体、特に車両の近接全従来の金属体検
知装置に比べ格段に車両検知感度が良好となっている点
に特徴がちる。

（発明の効果） 以上説明した如く１本発明によれば、コイルが１個です
むので、筐体内に同じ平面上のス被−スで大きな径のコ
イルを設置でき、従って金属体との電磁結合を大きくす
ることができ、金属体の検知感度が向上する。

また発振器の発振周波数を直列共振回路の共振点に設定
しなくてもよいので調整が簡単となシ。

組立が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属体検知方法の一実施例構成、
Ｗｃ２図は本発明の金属体検知方法を車両検知装置に用
いたときの使用説明図、第３図は送信コイルの配置を説
明している上面図、第４図は第３図の側面説明図、第５
図は本発明による金属体検知時の金属体の電気的等価回
路、Ｋ６図は本発明による金属体検知時の送信回路の等
何回路。 第７図は共振特性曲線図、第８図は第１図の動作波形図
％！９図は従来の車両検知装置の構成例。 第１０図は従来の車両検知装置における送信コイル及び
受信コイルの配置を説明している上面図。 第１１図は第１０図の側面説明図、第１２図は金属体検
知の原理説明図、第１３図は従来の車両検知装置の金属
体検知時（おける電気的等価回路を示している。 図中、１は発掘器、２はコンデンサｓ　３は送信コイル
、４は受信コイル、５は増幅器、６は整流器、７は比較
器、８は基準電源、９は筐体、１０に金属体、１２は負
荷抵抗、１３は１！流検出抵抗。 １４は金属体検知時置を表わしている。 特許出願人　　防衛庁技術研究本部長 株式会社京三製作所 第２図　　　　　　　　第３図 第５図′ 第６図 第７　図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 送信コイルと、コンデンサと、発振器とを備えた直列共
   振回路において、上記発振器の周波数を金属体が送信コ
   イルに近接したときの共振周波数に設定すると共に、金
   属体の非検知時においては上記直列共振回路を流れる電
   流が離調した周波数の形態となり、金属体の検知時にお
   いては上記直列共振回路を流れる電流が同調した周波数
   （共振周波数）の形態となるようにして金属体を検知す
   るようにしたことを特徴とする金属体検知方法。