JPH0322585B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属の存在や金属の種別を識別するた
めの金属識別装置に関し、特に励磁コイルにより
発生する交番磁界中に金属を置き、この金属によ
る磁界の変化を検出コイルで検出することにより
金属の種類を識別する金属識別装置に関する。

従来より被識別金属（例えば硬貨）を狭んで励
磁コイル及び検出コイルを設け、励磁コイルによ
り発生する交番磁界が挿入された金属に生ずる渦
電流損などによつて影響を受け、その結果として
検出コイルに流れる検出信号が金属の種類によつ
て変化することを利用して金属の種別を識別する
方法が用いられている。

例えば100円硬貨つまり白銅を交番磁界に置い
たとき検出コイルに発生する検出信号波形は第１
図ａのイの如き波形となるが、異種の金属、例え
ば鉛を交番磁界に置いたときの検出信号波形はロ
の如くイの波形より振幅レベルが小で位相が若干
進んだ信号波形となり、ステンレスの場合はハの
如く振幅レベルがイの波形より大で位相が若干遅
れた信号波形となる。

従来の金属識別装置はこのように金属の種類に
よつて検出コイル３に発生する検出信号の振幅レ
ベルが異なる点を利用するものであつて、第２図
に示すように、励磁コイル２と検出コイル３の間
に被識別金属Ｘを置き、発振器１の交流出力信号
を励磁コイル２に印加し、検出コイル３の検出信
号をそのまま増幅回路４で増幅し、これを整流回
路５で整流して直流信号に換え、この直流信号が
上限コンパレータ６で予め設定された上限の信号
レベル以下であり、且つ下限コンパレータ７で予
め設定された下限の信号レベル以上であることを
論理回路８によつて判定し、この条件に合致すれ
ば被識別金属ｘが所定の金属であり、そうでない
場合は異種の金属であると識別するように構成さ
れている。即ち、上限コンパレータ６の判定レベ
ルは第１図ｂに示すようにステンレスの場合の検
出信号の振幅レベルハ′よりやや下側で白銅の場
合の検出信号の振幅レベルのバラツキ範囲の上限
値（m1）に設定し、下限コンパレータ７の判定
レベルは鉛の場合の検出信号の振幅レベルロ′よ
りやや上側で白銅のバラツキ範囲の下限値（m2）
に設定しており、検出した交流信号を直流に整流
した直流信号の振幅レベルが２つの判定レベルに
よつてどの領域に相当するかを調べて識別してい
る。

しかしながら、このような従来装置では温度の
変化、電源電圧変動、発振器の出力信号のレベル
変動、増幅回路の増幅度の変動、整流回路の整流
特性、上限、下限コンパレータのしきい値の変動
などが振幅レベルの判定に関与するものとして累
積されるため、第１図ｂに示すように所定の金属
の上限下限の領域内に異種の金属の下限値あるい
は上限値が入り込む場合が上して誤判定を生じや
すく、識別の精度が高くないという欠点があつ
た。このことは金属の特性が類似して振幅レベル
の差がそれほど大でないものを識別する場合には
特に問題であり、識別精度を高くするには、それ
ぞれの回路を極めて高安定な回路に構成しなけれ
ばならないので回路が複雑化し、また識別範囲設
定の場合の調整も上限値、下限値を共に変動幅を
考慮した上で決定しなければならないので極めて
面倒であるという欠点があつた。具体的に言え
ば、上述の３種の金属を識別する場合には各金属
のバラツキを考慮するとその差異は僅か数パーセ
ントであるので各コンパレータの判定レベルの変
動が数パーセント以下でないと精度良く識別でき
ず実用的に不向きであつた。

本発明は上記の従来の装置の欠点を除去するた
めになされたものである。本発明は、第１図ａに
示したように検出コイルに発生する検出信号が金
属の種類によつて振幅レベルだけでなく位相も変
化することに着目し、振幅差と位相差とを合成す
ることによつて感度を向上させると共に、所定の
金属の場合に出力信号レベルが最も小さくなるよ
うに予め設定しておき、一定レベル以上の出力信
号があるか否かによつて被識別金属が所定の金属
であるか否かを識別するようにしたことを特徴と
している。

以下、図面によつて本発明の実施例について説
明する。

第３図は本発明の原理図を示すブロツク図であ
り、第４図は第３図の各点における出力波形を示
す図である。

発振器９の交流出力信号（励磁信号）は励磁コ
イル１０に印加され、この励磁コイル１０から交
番磁界が発生し、被識別金属ｘに作用する。被識
別金属Ｘを介して対向あるいは併設して配置され
た検出コイル１１には、被識別金属Ｘの影響を受
けた交番磁界によつて検出信号が流れ、この検出
信号は補正回路１２に発振器９の励磁信号を分岐
した分岐励磁信号と共に入力される。補正回路１
２は、被識別金属Ｘとして所定の金属が両コイル
間に挿入されたときに検出コイル１１に流れる検
出信号Ａの振幅レベルと分岐励磁信号Ｂとを同一
振幅レベルとなるように設定するためのレベル設
定器を有すると共に、該検出信号Ａと分岐励磁信
号Ｂとの位相を同一位相または逆位相にするため
に挿入された移相器を有している。そして、所定
の金属の場合の検出信号Ａが第４図ａの実線の如
き波形で、発振器９の出力信号Ｂが第４図ｂの実
線の如き波形であるとすると、補正回路１２のレ
ベル設定器で出力信号Ｂの振幅レベルを検出信号
Ａに一致させるとともに、移相器で出力信号Ｂの
位相を遅らせて検出信号Ａと逆位相にして第４図
ｂの点線で示す如き波形の信号Ｃにする。

補正回路１２は検出信号Ａそのままの出力信号
Ｄと、前述の如く分岐励磁信号Ｂを移相し且つレ
ベル設定した信号Ｃとを演算増幅回路１３に入力
する。この演算増幅回路１３は加算器または減算
器を有し、加算器は所定の金属が励磁コイル１０
と検出コイル１１との間に挿入されたときに、補
正回路１２から互いに逆位相の２つの信号が出力
される場合に用いられ、減算器は補正回路１２か
ら同一位相の２信号が出力される場合に用いられ
る。従つて信号Ｃ、Ｄが第４図ａ，ｂに示すよう
な逆位相の場合は加算器を用いる。

従つて所定の金属の場合はこれらの２つの信号
Ｃ、Ｄが演算増幅回路１３（加算器）に入力され
るとその出力は２つの信号が振幅レベルがほぼ同
一で位ほぼ逆位相であるため、打ち消された形と
なつているため出力端には第４図ｃに示すよう
に、ほとんど零レベルの信号Ｅが出力されること
にる。

ところが、所定の金属以外の金属が励磁コイル
１０及び検出コイル１１間に挿入されたときに
は、第４図ａに示すように検出信号Ａは前記の所
定金属の場合とは振幅も位相も異なるものとな
る。このため補正回路１２の出力Ｃ、Ｄを加算し
た出力Ｅは所定の金属の場合第４図ｃのように零
にはならない。即ち、所定の金属以外の金属の場
合の検出信号Ａが例えば第４図ｄの如き波形（実
線）であるとすると、補正回路１２の出力Ｃ、Ｄ
を加算した信号Ｅは、両信号の振幅レベル差と位
相差が合成された第４図ｅに示す如き波形とな
る。

この演算増幅回路１３の出力Ｅは判定回路１４
に送られる。判定回路１４は整流回路及びコンパ
レータとを有し、出力Ｅはこの整流回路で整流さ
れ、この整流信号Ｆがコンパレータに制定された
レベルＬと比較される。

しかして、検出信号Ａの振幅レベル及び位相と
所定の金属の場合の振幅レベル及び位相との差が
大きいほど、演算増幅回路１３の出力Ｅの振幅は
大となり、整流信号Ｆのレベルは大となる。即
ち、所定の金属の場合は第４図ｃに示すように振
幅が最も小さくほとんど零になるから整流信号Ｆ
のレベルもほとんど零となるが、他の金属の場合
は出力Ｅは振幅レベルと位相が異なり、例えば第
４図のようになるから、整流信号Ｆは第４図ｆの
ようになり、ある高さのレベルとなる。従つて、
判定回路１４のコンパレータの設定レベルＬを所
定値に設定して、整流信号Ｆのレベルが所定値以
上であれば被識別金属Ｘは所定金属ではないと判
定し、所定値より小であれば所定金属であると判
定する。

次に補正回路１２及び演算増幅回路１３の具体
的な回路例を第５，６，７図によつて説明する。

第５図の実施例では、補正回路１２ａは交番磁
界中に所定の金属を存在させた際に検出コイル１
１に発生する検出信号レベルに発振器９から分岐
された分岐励磁信号Ｂの振幅レベルを合わせるた
め抵抗Ｒ１及びＲ２から成るレベル調整器１５
と、このレベル調整器１５の出力信号の位相を検
出コイル１１の前記検出信号の位相と180°異なる
ようにするための抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ１か
ら成る移相器１６とで構成されている。この場合
検出信号Ａとしては検出コイル１１の巻終り側か
ら出力されるようにし、励磁コイル１０に対して
逆位相になるようにしておく。一方、演算増幅回
路１３ａはコンデンサＣ２，Ｃ３、抵抗Ｒ４，Ｒ
５，Ｒ６から成る加算器１７と、この加算器１７
の出力信号を増幅するオペアンプＱ１、抵抗Ｒ
７，Ｒ８、コンデンサＣ４から成る増幅器１８と
で構成されている。

このように構成すれば、所定の金属の場合に
は、加算器１７に加わる２つの信号Ｃ、Ｄの振幅
レベルが同一で位相が180°異なるので加算結果と
しての演算増幅回路１３の出力信号Ｅはほとんど
零レベルの信号となり、被識別金属Ｘが異種の金
属の場合には、その金属の特性と所定の金属の特
性との差に対応した振幅差及び位相差が合成され
た信号が増幅されて演算増幅回路１３から出力さ
れることになる。

第６図は他の実施例を示すもので、所定の金属
の場合の検出信号Ａが分岐励磁信号とほぼ同一位
相に現われるときに好適であり、演算増幅回路１
３ｂとしてはオペアンブＱ２、抵抗Ｒ１２，Ｒ１
３，Ｒ１４からなる減算器を用いている。そして
検出信号Ａをそのまま抵抗Ｒ１３を介してオペア
ンプＱ２に接続し、分岐励磁信号Ｂは可変抵抗器
９、コンデンサＣ５から成る移相器１９で所定の
金属の場合の検出信号Ａとの移相差が零となるよ
うに調整し、その出力信号を抵抗Ｒ１０、可変抵
抗器Ｒ１１から成るレベル調整器２０で振幅レベ
ルを交番磁界中に所定の金属を存在させた場合の
検出信号Ａのレベルに合わせて前記演算増幅回路
１３ｂの他方の入力端に入力させて、所定の金属
の場合は演算増幅回路１３ｂの出力がほぼ零レベ
ルとなるようにしている。従つて所定の金属以外
の場合には演算増幅回路の一方の入力信号Ｄが所
定の金属とは位相及び振幅レベルが異なるので、
信号Ｃと信号Ｄの差が演算増幅回路１３ｂから出
力される。

第５，６図の二つの実施例はいずれも分岐励磁
信号Ｂの振幅レベル、位相を所定の金属による検
出信号Ａに合わせていたが、第７図に示す実施例
では所定金属挿入時における位相について、検出
信号の位相をさらに遅らせて分岐励磁信号Ｂの位
相と同一位相または180°異なる位相に設定するよ
うにしたものである。

つまり、分岐励磁信号Ｂを抵抗Ｒ１５、可変抵
抗器Ｒ１６から成るレベル調整器２１で所定レベ
ルに減衰させ、抵抗Ｒ１８を介してオペアンブＱ
３に入力すると共に、所定金属の場合の検出コイ
ル１１の検出信号Ａの位相を可変抵抗器Ｒ１７、
コンデンサＣ６から成る移相器２２でレベル調整
器２１の出力信号と同一位相となるようにして抵
抗Ｒ１９を介してオペアンブＱ３の一方の入力端
に入力している。抵抗Ｒ２０はオペアンブＱ３の
帰還抵抗の役割を担つている。

以上説明したように、本発明による金属識別装
置は、励磁コイル１０に印加する交流信号から分
岐した分岐励磁信号と検出コイル１１に発生する
検出信号とを補正回路１２に入力させ、励磁コイ
ル１０が発生する交番磁界中に識別しようとする
所定の金属が存在する場合には、それぞれの信号
またはいずれか一方の信号の振幅レベルがほぼ同
一で位相が同相または逆相になるように予め補正
して、演算増幅回路１３の出力信号が実質的にほ
ぼ零となるように設定して判定の基準としてお
き、未知の被識別金属Ｘを交番磁界中に存在させ
た場合に、予め設定した所定の金属の特性との差
異を振幅レベル差、位相差が合成された形で演算
増幅回路１３の出力信号として現われるようにし
て、この出力信号のレベルが一定レベル以上であ
るか否かによつて未知の被識別金属Ｘが所定の金
属と異なる金属であるか否かを識別するようにし
ている。従つて、従来の装置が被識別金属Ｘの振
幅レベルが上限、下限の二つのレベル内の領域内
であるか否かを判定したのに比し、本発明は一つ
のレベルのみで判定できるので識別お精度は飛躍
的に向上する。しかも判定の基準を前述したよう
にほぼ零にすることができるから識別精度は一層
向上し、識別が容易になる。また従来の装置が振
幅レベル差のみで判定しているのに比し、本発明
は振幅レベル差のみをレベル信号とするだけでな
く、位相差をもレベル信号として取り出して合成
したレベル信号によつて判定しているので一層、
識別の精度が向上する。従つて、従来の装置では
振幅レベル差のみで判定していたため、所定金属
の場合と位相が異なつていても振幅に大きな差が
ない場合には、異なる金属を誤つて所定金属と誤
判定するのを防ぐのは困難であつたが、本発明の
装置では、位相差をレベル信号に変換して合成す
るから、振幅差が大きくない金属でも高精度に識
別できるようになる。また発振器９の出力変動は
演算増幅回路１３によつて打ち消された形となり
判定の基準となる補正回路１２は受動素子から成
るので回路構成が単純で温度変化などによる影響
を受けにくい。また演算増幅回路１３の出力信号
は、識別すべき所定の金属の特性を基準とした偏
差値を拡大した状態として出力されるので、補正
回路１２によつて所定の金属の場合の演算増幅回
路１３の出力ができるだけ小さくなるように設定
しておくだけで済み調整が容易になる。さらに従
来装置のように２個のコンパレータと論理回路を
必要とせず演算増幅回路１３や判定回路１４はご
く一般的な簡単な回路でよいので温度変動や電源
電圧変動の影響を受けにくい高精度高安定な金属
識別ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは検出信号Ａの波形の三つの例を示す
図、第１図ｂは従来金属識別装置の原理を脱明す
るための図、第２図は従来の金属識別装置を示す
ブロツク図、第３図は本発明による装置の原理を
示すブロツク図、第４図は第３図の各ブロツクの
出力信号波形を示す図、第５，６，７図はそれぞ
れ本発明の実施例を示す回路図である。 １……発振器、２……励磁コイル、３……検出
コイル、５……整流回路、６……上限コンパレー
タ、７……下限コンパレータ、８……論理回路、
９……発振器、１０……励磁コイル、１１……検
出コイル、１２，１２ａ，１２ｂ，１2c……補正
回路、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ……演算増
幅回路、１４……判定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 励磁信号を発生する発振器と、 前記励磁信号を受けて、励磁磁界を発生する励
   磁コイルと、 前記励磁磁界中に被識別金属が存在するときの
   磁界の変化を検出するための検出信号を出力する
   検出コイルと、 被識別金属が所定金属であるときの前記検出コ
   イルからの検出信号と、前記励磁コイルに印加さ
   れる励磁信号を分岐した分岐励磁信号との振幅差
   をほぼ零とする振幅補正量が予め設定されたレベ
   ル調整器、及び、位相差をほぼ0°又は180°とする
   位相補正量が予め設定された移相器を有し、前記
   検出信号及び前記分岐励磁信号のいずれか一方又
   は双方を該振幅補正量及び位相補正量だけ補正す
   る補正回路と、 前記補正回路を介した前記分岐励磁信号と前記
   検出コイルからの検出信号とを受領し、両者を減
   算又は加算する演算回路と、 前記演算回路の出力信号が所定レベル以下であ
   ると、被識別金属が所定金属である旨の判定信号
   を出力する判定回路とを備えた金属識別装置。