JPH0854475A - 金属検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発振コイルの発振周波数を、被検査物に適す
る周波数に変更しても自動平衡回路を構成する各回路の
素子を変更せずに即時に対応する。 【構成】 定常信号を消去するための自動平衡調整回路
が具備された金属検出装置において、受信コイルからの
受信信号と、発振コイル用の発振回路より得られる同期
信号の発振周波数を周波数変換手段により他の一定の周
波数に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属検出装置に関し、
特に、発振コイルと、差動的に接続された二個の受信コ
イルとから成る検出部からの信号を処理して、被検査物
内に混入する金属を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の金属検出装置として図２
の構成ブロック図に示すものがある。図において１は発
振回路、２は前記発振回路に接続されている発振コイ
ル、３ａ，３ｂはこの発振コイルに対向もしくは同軸上
に配置されている受信コイルで、受信コイル３ａ，３ｂ
は発振コイル２の交番磁界中に置かれ、発振コイルに対
する２つの受信コイルの配置を幾何学的に調整すること
によりその磁束が等しく鎖交するようにしている。さら
に２つの受信コイルに誘起された起電力を可変抵抗４に
より差動バランスを調整することにより得られた差動電
圧が信号処理回路に入力される受信信号となる。５は差
動もしくは加算増幅回路、６は発振周波数と同一の中心
周波数をもつ帯域通過フィルタ、７は増幅回路、１００
は受信信号中に定常的に生じている信号と同振幅で、同
位相もしくは逆位相のキャンセル信号を発生する自動平
衡調整回路、８ａ，８ｂは第１、第２の移相回路でつく
られる、第１、第２同期信号により同期検波を行う同期
検波回路、９ａ，９ｂは金属検出信号と同一の中心周波
数をもつアナログフィルタ、１０ａ，１０ｂは同期検波
回路により復調された金属検出信号の大きさを判定する
電圧比較回路、１１ａ，１１ｂは前記同期検波回路８
ａ，８ｂに供給する第１、第２同期信号の位相を変更す
る第１、第２移相回路である。

【０００３】このような構成からなる金属検出装置で
は、発振コイル２と受信コイル３ａ，３ｂ間もしくは発
振コイル及び受信コイル中に被検査体を通過させた時、
該被検査体に金属が混入している場合混入金属によって
受信信号には不平衡状態が生じる。この不平衡状態によ
り生じた信号が発振周波数により変調された金属検出信
号であり、周波数は発振周波数と同一である。受信信号
から金属検出信号を復調する為に、差動増幅回路５、帯
域通過フィルタ６及び増幅回路７通過後、同期検波回路
８ａ，８ｂにより同期検波を行う。ここで同期信号の周
波数も発振周波数と同一であり、同期信号の位相は第
１、第２の移相回路１１ａ，１１ｂにより磁性、非磁性
金属を検出するのに適するように調整される。同期検波
後の信号はアナログフィルタ９ａ，９ｂを通過すること
により金属検出信号のみとなり、電圧比較回路１０ａ，
１０ｂにより金属の検出結果を出力する。

【０００４】通常、受信信号は発振コイルにより発生し
ている磁界中での受信コイルの幾何学的配置調整及びバ
ランス調整用可変抵抗の調整により振幅はほぼ零の状態
（平衡状態）であり、上記のように金属により生じた不
平衡状態により金属検出している。しかしながら、長期
的には発振コイルや受信コイルの機械的な歪や温度変化
による受信コイル、可変抵抗の定数の変化等により平衡
状態がくずれ、受信信号中に定常的に振幅をもつ信号
（以下定常信号とする）が生じてしまう。定常信号が大
きくなってくると、アナログフィルタから出力される検
出信号のノイズが大きくなるため検出感度が低下してし
まい、また最悪の場合には増幅回路５，７により信号の
振幅が電源電圧で飽和し正常な信号処理ができなくなり
金属検出が不可能に陥ることもある。自動平衡調整回路
１００は、上記の理由によって生じた定常信号を平衡状
態に修正する回路で、ＩＮ１，ＩＮ２，ＩＮ３の信号よ
り定常信号と同振幅で同位相もしくは逆位相のキャンセ
ル信号（ＯＵＴ）を生成し、差動もしくは加算増幅回路
５により、キャンセル信号と受信信号の差もしくは和を
とることで、差動もしくは加算増幅回路５の出力では定
常信号を消去することができる。

【０００５】ここで上記の自動平衡調整回路１００の例
として、図３、図４に２種類の回路を示し、内部回路構
成及び詳細な動作について説明する。

【０００６】まず、図３の自動平衡調整回路の動作につ
いて説明する。１０２は９０度の移相量をもつ移相回
路、１０３ａ，１０３ｂはそれぞれ０度及び９０度方向
の振幅成分を検出する同期検波回路、１０４ａ，１０４
ｂは数〜数十秒の時定数をもつ積分回路、１０５ａ，１
０５ｂは電圧により増幅度を制御できる電圧制御増幅回
路、１０６は２つの信号を加算する加算増幅回路、１０
７は発振周波数と同一の中心周波数をもつ帯域通過フィ
ルタである。この自動平衡調整回路では、ＩＮ３の信号
を同期検波回路１０３ａ，１０３ｂにより同期検波し受
信信号中に生じた定常信号の０度、９０度方向の振幅成
分を抽出し、さらに後段の積分回路１０４ａ，１０４ｂ
により温度等による長期的な振幅成分だけを抽出する。
これらの振幅成分を電圧制御増幅回路１０５ａ，１０５
ｂにより発振回路１からの０度基準信号（ＩＮ１）と９
０度移相回路１０２により９０度移相した９０度基準信
号にそれぞれ掛け合わせ、２つの出力信号を加算増幅回
路１０６により足した後最後に帯域通過フィルタ１０７
を通過させ、受信信号中の定常的に存在する信号（キャ
ンセル信号：ＯＵＴ）を復元する。キャンセル信号を差
動増幅回路に入力することで、受信信号から受信信号中
の定常信号を削除し差動増幅後の信号を平衡状態にす
る。以上説明した動作は、図１の差動増幅回路５→自動
平衡調整回路１００→差動増幅回路５の経路で負帰還と
なっているため調整は収束方向に向い、受信信号の平衡
状態がくずれても自動的に平衡状態に調整される。平衡
調整は長期的な振幅の変化にしか追従しないため、金属
による受信信号の振幅、位相の変化は吸収されず後段の
信号処理回路により金属検出を行うことができる。

【０００７】次に、図４に示す自動平衡調整回路の動作
について説明する。１０８は受信信号と基準信号の位相
差を検出する位相検出回路、１０９は位相検出回路から
の出力を積分する積分回路、１１０は積分回路からの出
力結果により移相量を可変する電圧制御移相回路、１１
１は受信信号の振幅を検出する同期検波回路、１１２は
同期検波回路からの出力を積分する積分回路、１１３は
前記積分回路の出力結果により信号の振幅を可変する電
圧制御増幅回路、１１４は発振周波数と同じ中心周波数
をもつ帯域通過フィルタである。

【０００８】位相検出回路は２つの信号の位相差に応じ
た電圧を出力する回路であり、位相検出回路１０８によ
り受信信号中に生じた定常信号（ＩＮ２）と基準信号
（ＩＮ１）の位相差を検出する。積分回路１０９は金属
の通過による受信信号には追従せず温度変化等による長
期的な位相変化だけに追従するためのもので数十秒以上
の時定数をもつ。そして積分回路１０９の出力電圧を電
圧制御移相回路１１０に入力することで、位相後の基準
信号の位相を受信信号に長期的に追従し一致させる。次
に差動増幅後の受信信号（ＩＮ３）を移相調整後の基準
信号（ＩＮ１）により同期検波し、定常信号の振幅成分
を抽出する。抽出した振幅成分のうち温度等による長期
的な振幅変化に追従するように積分回路１１２を通過さ
せ、その出力電圧を電圧制御増幅回路１１３により移相
調整後の基準信号に掛け合わせ、移相調整後の基準信号
の振幅を調整する。最後に帯域通過フィルタ１１４を通
過させることにより、受信信号中に定常的に存在する信
号を復元する。復元したキャンセル信号（ＯＵＴ）を差
動増幅回路に入力し負帰還をかけることで、受信信号を
平衡状態に収束させることができる。

【０００９】以上に説明したように、図３、図４の自動
平衡調整回路は内部の回路構成は異なっているが、それ
ぞれＩＮ１，ＩＮ２，ＩＮ３の信号より定常信号を消去
するためのキャンセル信号（ＯＵＴ）を生成する回路で
あり、図１中の自動平衡調整回路に図３、図４のどちら
を使用した場合でも、同様に自動的に平衡調整を行う事
が出来る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような構成からな
る金属検出装置では、一般的に被検査体に応じ発振周波
数を変更し金属検出している。それは被検査体により検
出に適した発振周波数が存在するためで、例えば塩分を
もっていたり包装紙が導電性である被検査体の場合、被
検査体自体に生じる渦電流により内部の混入金属の検出
が困難になってしまうため、発振周波数を低くすること
により被検査体の影響を小さくし金属検出している。逆
に、乾燥品等被検査体自体が磁界の影響を全く受けない
場合には、混入金属に生じる渦電流を大きくすることで
検出感度を上げるため、高い発振周波数を使用すること
になる。

【００１１】このように、１台の金属検出装置で複数の
被検査体を検査する場合、被検査体に合わせ発振周波数
を変更する必要があるが、従来の金属検出装置では、受
信信号の平衡状態を調整する自動平衡調整回路中には発
振周波数により回路定数が決定される部分（例えば図３
自動平衡調整回路では移相回路１０２、帯域通過フィル
タ１０７、図３の自動平衡調整回路では電圧制御移相回
路１１０、帯域通過フィルタ１１４で、発振周波数によ
り抵抗、コンデンサ、インダクタ等の定数が決定され
る。）があるため、金属検出装置で検査する被検査体が
変わると、その被検査体に適した発振周波数に変更する
ためその都度発振周波数に合わせ自動平衡調整回路の部
品を変更もしくは調整しなければならなかった。

【００１２】即ち図１に示した従来の金属検出装置にお
いて発振周波数を変更する場合は、自動平衡調整回路を
構成する回路定数を発振周波数によって決定される値に
変更しなければならず、素子を取り換えて対応してい
た。そのため、素子の取り換え等に時間がかかり、また
多くの種類の値を用意しておかなければならなかった。

【００１３】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、その目的は前記問題点を解消し、被検査体に適する
ように発振周波数に変更した場合でも自動平衡調整回路
を構成する素子を変更することなく、即時に対応できる
ような金属検出装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する為に
本発明の金属検出装置では、二個の受信コイルから得ら
れる差信号と、それから作られる定常信号を消去するた
めの自動平衡調整回路の出力とを加算または減算し、前
記差信号及び発振コイル用の発振回路より得られる同期
信号の発振周波数を周波数変換手段により他の一定の周
波数に変換し自動平衡調整回路へ入力することにより、
発振コイル用の発振周波数を変更した場合でも自動平衡
調整回路を構成する素子を変更せずに、即時に対応でき
るようにしたことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明は以上説明したように構成されているの
で発振周波数を変更した場合でも周波数変換用信号発生
回路を変更するだけで周波数変換回路より後段の自動平
衡調整回路の周波数は一定でよいことになる。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示すブロック図
で、符号１，２，３ａ，３ｂ，４，５，７，８ａ，８
ｂ，９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂは図
２と同じものである。６は周波数変換後の周波数ｆｔと
同一の中心周波数をもつ帯域通過フィルタ、１２は周波
数変換用信号発生回路、１３ａは受信信号をある一定の
周波数に変換する周波数変換回路、１３ｂは同期信号を
ある一定の周波数に変換する周波数変換回路である。こ
こで周波数変換回路は二つの信号を混合する回路であり
例えば信号ミキサ回路、乗算回路、平衡変調回路、電圧
制御増幅回路等がある。

【００１７】以下に実施例における金属検出装置の動作
について説明する。ここでｆｇを発振周波数、ｆｔを周
波数変換後の周波数とする。この金属検出装置では、受
信信号及び同期信号に周波数変換回路１３ａ，１３ｂに
より周波数変換用信号発生回路により生成したｆｔ＋ｆ
ｇもしくはｆｔ−ｆｇの周波数の信号を掛け合わせ、受
信信号及び同期信号をある一定の周波数（ｆｔとする）
の信号に周波数変換している。周波数変換された受信信
号は増幅回路５、ｆｔと同一の中心周波数をもつ帯域通
過フィルタ６、増幅回路７を通過し、周波数変換された
同期信号を用い同期検波回路８ａ，８ｂにより同期検波
され、金属検出信号が復調される。同期検波後の信号は
アナログフィルタ９ａ，９ｂを通過することにより金属
検出信号のみとなり、電圧比較回路１０ａ，１０ｂによ
り金属の検出結果を出力する。

【００１８】今、気温、温度、応力変化等の外的影響に
より受信信号の平衡状態がくずれてしまったと仮定す
る。不平衡状態によって生じた受信信号中の定常信号は
発振周波数ｆｇと同一の周波数をもっており、この定常
信号は周波数変換回路１３ａにより周波数変換されある
一定の周波数ｆｔの定常信号に変換される。自動平衡調
整回路１００は周波数変換回路後段に配置されており、
ＩＮ１，ＩＮ２，ＩＮ３の信号より周波数変換された定
常信号と同振幅で、同位相もしくは逆位相のキャンセル
信号（ＯＵＴ）を生成し、そのキャンセル信号を差動増
幅回路５に入力することにより、差動増幅後の信号の振
幅を自動的に零に補正する。自動平衡調整回路１００
は、図３または図４の内部回路構成をしており、どちら
の自動平衡調整回路でも同様に自動的に平衡調整を行う
事が出来る。

【００１９】もし、金属検出装置の被検査体を変えるた
め発振周波数をｆｇからｆｇ１に変えても、周波数変換
用信号の周波数をｆｔ＋ｆｇ１もしくはｆｔ−ｆｇ１に
変更することで周波数変換回路後段の周波数をｆｔに一
定に保たれるため、自動平衡調整回路に必要な信号（Ｉ
Ｎ１，ＩＮ２，ＩＮ３）は一定の周波数となり自動平衡
調整回路を構成する回路定数を変更もしくは調整せずに
済む。即ち周波数変換回路があるために発振周波数を変
更した場合でも周波数変換用信号発生回路を変更するだ
けで周波数変換回路より後段の自動平衡調整回路の周波
数は一定でよいことになる。

【００２０】

【発明の効果】この発明は、以上詳細に説明したよう
に、定常信号を消去するための自動平衡調整回路が具備
された金属検出装置において、受信コイルからの受信信
号と、発振コイル用の発振回路より得られる同期信号の
発振周波数を周波数変換手段により前記周波数と異なる
他の一定の周波数に変換したので、検出部において被検
査物に適する発振周波数に変更する場合でも、前記自動
平衡調整回路の素子を変更することなく、即時に対応で
きる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す構成図。

【図２】従来の金属検出装置の一例を示す構成図。

【図３】自動平衡調整回路の一例を示す構成図。

【図４】自動平衡調整回路のその他の例を示す構成図。

【符号の説明】

１ 発振回路 ２ 発振コイル ３ａ，３ｂ 受信コイル ４ 差動バランス調整用の可変抵抗 ５ 差動もしくは加算増幅回路 ６ 帯域通過フィルタ ７ 増幅回路 ８ａ，８ｂ 同期検波回路 ９ａ，９ｂ アナログフィルタ １０ａ，１０ｂ 電圧比較回路 １１ａ，１１ｂ 第１、第２の移相回路 １２ 周波数変換用信号発生回路 １３ａ，１３ｂ 周波数変換回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振器により発振コイルを励磁して交番
   磁界を発生させ、該磁界の磁束と鎖交する二個の受信コ
   イルから得られる差信号と、それから作られる定常信号
   を消去するための自動平衡調整回路の出力とを加算また
   は減算した後、互いに位相の異なる同期信号により検波
   し、それぞれの出力信号から、前記発振コイルと受信コ
   イルとの間を通過する金属を検出する装置において、前
   記差信号及び発振コイル用の発振回路より得られる同期
   信号の発振周波数を周波数変換手段により他の一定の周
   波数に変換し、自動平衡調整回路へ入力することを特徴
   とする金属検出装置。