JPH0229996B2

JPH0229996B2 -

Info

Publication number: JPH0229996B2
Application number: JP58132836A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tarui
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1990-07-03
Also published as: JPS6025474A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、コンベア等で搬送されている被検
査体（特に食品）中に金属が混入しているか否か
を検出する金属検出器に関するものである。

まず、従来から使用されている金属検出器の概
要について第１図で説明する。

この図において、１は発振器、２は前記発振器
１に接続されている送信コイル、３ａ，３ｂはこ
の送信コイル２に対向して配置されている受信コ
イルで、この受信コイル３ａ，３ｂは、送信コイ
ル２の交番磁界中におかれ、その磁力線が等しく
交錯するように配置されている。

４ａ，４ｂは前記受信コイル３ａ，３ｂの誘起
電圧e〓₁，e〓₂の位相及び振幅の調整ボリユームを示
し、この調整ボリユーム４ａ，４ｂの調整によつ
て、受信コイル３ａ，３ｂの差動誘起電圧がe〓₁−
e〓₂＝０となるように設定される。５は差動誘起電
圧e〓₁−e〓₂を増幅する増幅器、６ａ，６ｂはそれぞ
れ鉄及び非鉄金属を検出する同期検波器、７ａ，
７ｂはローパスフイルタ、８ａ，８ｂは判別回路
である。なお、９ａ，９ｂは前記同期検波器６
ａ，６ｂに供給する同期信号を形成する第１，第
２の移相器を示す。

かかる構成からなる金属検出器は、送信コイル
２，及び受信コイル３ａ，３ｂ間に被検査体Ｗが
通過し該被検査体Ｗに金属が混入している時は、
その金属の種類（鉄、又は非鉄）によつて判別回
路８ａ，８ｂに検出信号が発生する。

この点を第２図ａ，ｂのベクトル図で説明する
と、通常、受信コイル３ａ，３ｂの誘起電圧e〓₁，
e〓₂は増幅器５の入力側においてe〓₁−e〓₂＝０となる
ように設定されているが、鉄を含んだ被検査体Ｗ
が矢印の方向に通過すると、まず第２図ａに示す
ように受信コイル３ａの誘起電圧e〓₁がe〓₁′に増大
し、次に受信コイル３ｂの誘起電圧e〓₂がe〓₂′に増
大する。したがつて、e〓₁′−e〓₂＝ｅ〓_Dfの差動誘起
電
圧が同期検波器６ａに入力され、この同期検波器
６ａに供給されている同位相の同期検波用の信号
e〓_Fによつて検出される。

一方、非鉄金属（ステンレス・アルミ等）が混
入した被検査体Ｗが通過すると発振器１の交流磁
界の影響をうけて、非鉄金属内に渦電流が流れ
る。するとこの渦電流の影響によつて、受信コイ
ル３ａ，３ｂの誘起電圧e〓₁，e〓₂の位相が変化する
ことになる。

すなわち、第２図ｂ図に示すように受信コイル
３ａの誘起電圧e〓₁の位相がe〓₁″に変化すると、差
動誘起電圧e〓₁″−e〓₂＝ｅ〓_DSは、図示したようにほ
ぼ
90゜位相がずれた点に発生する。そこで、この差
動誘起電圧e〓_DSとほぼ同位のe〓_Sで示した同期検波
用の信号が供給されている同期検波器６ｂにおい
て位相検波することにより、非鉄を検出すること
ができる。（誘起電圧e〓₂がｅ〓₂″に変化する時も同
様な理由で検出できる。）従来の金属検出器は上述したように、送信コイ
ル２，及び受信コイル３ａ，３ｂによつて差動ト
ランスを構成し、鉄又は非鉄を検出していたが、
受信コイル３ａ，３ｂは被検査体Ｗの検出範囲を
カバーできる開口面積をもつたコイルが必要であ
る。

例えば、塩分を含んだハムが被検査物である場
合には、その物性の影響により非鉄を検出したよ
うな信号が出力されることがあり、この物性の影
響を受け易くなる度合はコイルの開口面内にある
被検査物の占める面積に比例するので、検出能力
が制限されるため検出感度が低下するという問題
がある。

又、かかる金属検出器が複数個並列に配置され
ているときや、被検査体の包装状態によつては、
被検査体に印加する交番磁界の周波数を変化させ
る必要がある。

しかし、交番磁界の周波数を変化すると、受信
コイルの巻き数や共振周波数を再調整して検出誤
差がもつとも小さくなるように調整する必要があ
るが、このような調整は煩雑な作業となると同時
に受信コイルのストレーキヤパシテイの影響で検
出特性が変化するため、正確な検出信号を得る調
整作業がきわめて困難になるという問題があつ
た。

この発明はかかる実状に鑑みてなされたもの
で、鉄、および非鉄の検出にホール素子を採用す
ることによつて検出回路を簡易化し、かつ交番磁
界の周波数が変更されたときでも、調整作業がほ
とんど必要でないような金属検出器を提供しよう
とするものである。

以下、この発明の一実施例を第３図の概要図で
説明する。

この図において、１０は交番磁界を発生する送
信コイルで形成されている交番磁界発生器、１１
ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは磁界の強さを検出
するために設けられているホール素子で、ホール
素子１１ａ，１１ｂは主に被検査体Ｗに混入され
た鉄（磁性体）を、ホール素子１２ａ，１２ｂは
非鉄（非磁性体金属）を検出するものとする。な
お、１対のホール素子１１ａ，１１ｂ（第１のホ
ール素子）、ともう一方の１対のホール素子１２
ａ，１２ｂ（第２のホール素子）は後で述べるよ
うに複数個を並列または直列にしたホール素子群
で構成することもできる。

１３は前記交番磁界発生器１０及びホール素子
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂに交番電流を供
給する交流源で、ホール素子１１ａ，１１ｂ，１
２ａ，１２ｂに対しては後述するように交番磁界
に対して一定の位相関係をもつたバイアス電流が
供給されるように移相器１４，１５が設けてあ
る。

１６Ａ，１６Ｂは１対のホール素子１１ａ，１
１ｂ，１２ａ，１２ｂの出力電圧（ホール電圧）
の減算出力を得るために設けられている演算増幅
器、１７Ａ，１７Ｂはローパスフイルタ、１８
Ａ，１８Ｂは基準電源V_r1，V_r2が一方の入力信
号となつている比較器、１９Ａ，１９Ｂは制御信
号を出力する制御回路である。

なお、前記ホール素子１１ａ，１１ｂ，１２
ａ，１２ｂは、よく知られているように磁界Ｂの
強さに応じてホー電圧V_Hが誘起されるセンサで
あつて、第４図に示すようにバイアス電流ｉ（ｔ）
が流れている時に、磁界Ｂ（ｔ）が加わると、半
導体の両側端間に V_H＝R_H・Ｂ（ｔ）・Ｉ（ｔ）／ｄ R_H：ホール定数ｄ：厚みなるホール電圧V_Hが発生するものである。

つづいて、この実施例における金属の検出動作
を第５図ａ，ｂの波形図を参照して説明する。

交番磁界発生器１０から発生する磁界B₀（ｔ）
に対して、１対のホール素子１１ａ，１１ｂのバ
イアス電流は磁界B₀（ｔ）に対して同相のI₀（ｔ），
及び逆相の₀（）で供給されるように構成する
と、各々のホール素子１１ａ，１１ｂからはV_H0
及び_H0となる波形（実線）の出力電圧（ホール
電圧）が出力される。したがつて、演算増幅器１
６Ｂの出力は０になつている。

この状態で、鉄を含んだ被検査体Ｗが矢印の方
向に進行してくると、交番磁界発生器１０から発
生している磁力線は被検査体Ｗに混入されている
鉄に集中するため、まず、ホール素子１１ａに及
んでいる磁力線の本数が増加し、次にホール素子
１１ｂに及んでいる磁力線の本数が増加する。す
ると、各ホール素子１１ａ，１１ｂに印加されて
いる磁界B₀（ｔ）は一点鎖線及び点線で示すよう
に変化するため、その出力電圧V_H0，及び_H0は
相互に時間的なずれをもつて増減することにな
り、演算増幅器１６Ｂから出力される信号をロー
パスフイルタ１７Ｂでろ波すると鉄の検出信号
D_fが得られる。

したがつて、この検出信号D_fを基準電源V_r2と
比較器１８Ｂにより比較し、その値が一定以上で
あれば、制御回路１９Ｂを動作させて被検査体Ｗ
の制御信号とすればよい。

以上、混入した金属が鉄の場合について説明し
たが、被検査体Ｗに非鉄が混入している時は、１
対のホール素子１２ａ，１２ｂにより検出され
る。

以下、非鉄の検出について第５図ｂの波形図を
参照して説明する。

一般に、非鉄が交番磁界中を通過すると、非鉄
内に生ずる渦電流によつて磁界の位相が変化する
ことが知られている。したがつて、磁界B₀（ｔ）
の位相変化を検知すれば非鉄の検出ができること
になる。

そこで、磁界B₀（ｔ）の位相を検出するため
に、ホール素子１２ａには磁界B₀（ｔ）の位相と
90゜移相しているバイアス電流i₉₀（ｔ）を供給し、
ホール素子１２ｂには逆相の₉₀（）の電流を供
給する。

この時、各ホール素子１２ａ，１２ｂの出力電
圧V_H90及び_H90は、それぞれ波形図に示したよう
になるので、その加算出力の平均値は０となる。

しかしながら、前述したように非鉄を含む被検
査体Ｗが交番磁界中を通過すると、磁界B₀（ｔ）
が点線にて示すように移相するため、まず、前半
でホール素子１２ａに及んでいる磁界B₀（ｔ）の
位相が変化し、次に後半でホール素子１２ｂに及
んでいる磁界B₀（ｔ）の位相が変化する。そのた
め、各ホール素子１２ａ，１２ｂの出力電圧
V_H(90-〓₎，_H(90-〓₎は点線で示すような前半、及び
後半で検出信号の位相が変化するので、これらを
加算した信号から平均値を出力するローパスフイ
ルタ１７Ａの出力は検出信号D_Sとして出力され
る。

この検出信号D_Sは基準電源V_r1と比較され、そ
の値が一定値以上であれば非鉄を検出した信号と
して制御回路１９Ａに供給され、被検査体Ｗの制
御信号となる。

なお、非鉄の検出感度は交番磁界の周波数が高
いほど向上するが、この発明の場合はホール素子
自体が磁界の検出と同時に磁界の位相変化を検出
する機能を有しているので、交番磁界の周波数を
変えた場合にもほとんど無調整でよく、しかも周
波数が変化しても検出感度に差が生じることもな
い。

鉄を検出するホール素子１１ａ，１１ｂと非鉄
検出用のホール素子１２ａ，１２ｂは別体にして
使用してもよいが、第６図ａ，ｂに示すように進
行方向に対して鉄のホール素子Ｓ，及び非鉄のホ
ール素子Ｆを順次配列してもよく、又、同一位置
に交互に配列してもよい。

又、かかるホール素子群はIC化技術によつて
同一半導体基板上に複数個形成することが容易で
あるから、それらの回路配線は容易となり、特に
各ホール素子の上面又は裏面に磁性体の薄膜等を
形成しておくと、磁力線の集束効果が増加し、検
出感度が増大するという効果がある。

さらに、ホール素子そのものの形状が小さいの
で被検査体Ｗの物性の影響と、その中に混入され
た小さな金属による影響が高感度で識別できると
いう利点がある。

以上説明したように、この発明の金属検出器
は、交流磁界を発生する交番磁界発生器と、該交
番磁界発生器と同一の周波数を持つたバイアス電
流が供給されている２組以上の１対のホール素子
によつて、非検査体に含まれている鉄、および非
鉄の金属の検出を行うように構成しているので、
ホール素子自体に検波機能が付加され、同期検波
器が不用になるという利点がある。そのため交番
磁界の周波数が変化しても同一の感度特性が得ら
れるようになり、調整操作が簡単になる。又、被
検査体の小さなエリアに対応して複数のホール素
子を配置することが容易になるため被検査体の物
性による影響が軽減され検出感度が高くなるとい
う効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の金属検出器の構成概要図、第２
図は従来装置の動作説明図、第３図はこの発明に
よる金属検出器のブロツク図、第４図はホール素
子の動作説明図、第５図はこの発明による金属検
出器の動作を説明する波形図、第６図はホール素
子の配置例を示す図である。図中、１０は交番磁界発生器、１１ａ，１１
ｂ，１２ａ，１２ｂはホール素子、１３は交流
源、１６Ａ，１６Ｂは演算増幅器、１７Ａ，１７
Ｂはローパスフイルタ、１８Ａ，１８Ｂは比較回
路を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１交番磁界を用いて被検査体に混入している金
属を検出する金属検出器において、所要の交番磁
界を発生する交番磁界発生と；該交番磁界発生器
が発生する磁界内であつて前記被検査体の進行方
向に順次配置された少なくとも一対の第１のホー
ル素子、および第２のホール素子と；前記交番磁
界と同一周波数の交番信号を前記一対の第１のホ
ール素子に供給すると共に、前記第２のホール素
子に前記第１のホール素子に印加された交番信号
に対して所定の位相だけ移相した交番信号を供給
する交流信号源と、前記一対の第１のホール素子
から得られた検出信号の差信号を出力する第１の
演算増幅器と、前記一対の第２のホール素子から
得られた検出信号の差信号を出力する第２の演算
増幅器と；前記第１および第２の演算増幅器の出
力をそれぞれ平滑する第１、および第２のフイル
タと；前記第１、および第２のフイルタの出力を
それぞれ基準値と比較し、鉄、および非鉄を検出
する第１、および第２の比較回路を備えているこ
とを特徴とする金属検出器。