JPH055784A

JPH055784A - 金属検出装置

Info

Publication number: JPH055784A
Application number: JP27686691A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; 貴志鈴木
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】金属検出装置の位相調整を安定かつ微細に行
なう。【構成】基準信号発生器２１からの周波数２ｆの基準
パルス信号は第１の分周器５０によって１／２に分周さ
れ、送信コイル２４は、周波数ｆの交番磁界を発生させ
る。この周波数ｆに共振している受信コイル２６、２７
に誘起される電圧の差動出力は、検波回路４０に入力さ
れる。一方、基準パルス信号を受けた発生回路３４は、
周波数２ｆの三角波信号をコンパレータ３３へ出力す
る。コンパレータ３３は、位相データＤｐに対応した電
圧Ｖｐと三角波との比較出力を第２の分周器５１へ出力
する。第２の分周器５１は、コンパレータ３３から出力
される周波数２ｆの比較出力を１／２に分周して、位相
データに対応する位相を持つ周波数ｆのパルス信号を、
デューティ比１対１で検波回路４０へ出力する。検波回
路４０は、差動出力信号をこのパルス信号によって同期
検波する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交番磁界内を通過する
物品による磁束変化を検出することにより、物品に含ま
れる金属の有無を判別する金属検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物品内に混入された金属を非接触に検出
するために、交番磁界内に物品を通過させて、その磁界
変化により金属の有無を判別する金属検出装置が従来よ
りあった。

【０００３】図９は、従来の金属検出装置の構成を示す
ブロック図である。

【０００４】この金属検出装置は、励磁回路１からの交
流信号によって交番磁界を発生する送信コイル２と、送
信コイル２からの磁束を等量ずつ受ける位置に配置され
た２つの受信コイル３，４とを有している。

【０００５】受信コイル３，４は、バランス抵抗ＶＲを
介して差動接続されており、受信コイル３，４に誘起さ
れる信号の差動出力信号は、検波回路５によって同期検
波される。

【０００６】検波回路５の出力は、ＬＰＦ（低域通過フ
ィルタ）６によって励磁周波数を含む高周波成分が除去
され、判定回路７に入力される。

【０００７】判定回路７は、送信コイル２と受信コイル
３，４の間と物品Ｗが通過する物品際のＬＰＦ６の出力
を、所定の基準電圧と比較して、物品Ｗ内の金属の有無
を判定する。

【０００８】位相可変回路８は、磁界に与える物品自信
（包装材を含む）の影響が最小となるように、差動出力
信号の位相を可変するための回路であり、受信コイル
３，４と固定コンデンサＣ₀とによって励磁回路１の励
磁周波数にほぼ近い共振特性をもたせ、位相データ信号
に応じてオンオフするスイッチＳ₁〜Ｓ_nによってコン
デンサＣ₁〜Ｃ_nを接続して、差動出力信号の位相を可
変させる。

【０００９】この位相可変回路８は、検査する物品の種
類に応じて予め調整され、この調整により物品に含まれ
ている金属の有無を、物品自信の影響が最も少ない状態
で判定することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように、差動出力信号の位相を可変する従来の勤続検出
装置では、位相調整を受信同調周波数の可変によって行
っているため、その調整量に応じて受信感度が変化して
しまうという問題があった。

【００１１】また、前記のようにコンデンサによる切換
調整では、最小可変容量に限界があり、最適値に調整で
きないという問題がある。

【００１２】このため、励磁回路の出力信号を正弦波に
変換して、可変抵抗と可変コンデンサによる積分回路に
通して、その位相を可変できるようにし、この信号をさ
らに矩形波に戻して検波回路に出力するアナログ式の位
相可変回路もあったが、抵抗やコンデンサの切換え制御
が複雑で、これらのアナログ素子の温度変化やバラツキ
の影響を大きく受けるという問題があった。

【００１３】本発明は、これらの課題を解決した金属検
出装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、第１の発明の金属検出装置は、所定周波数の交流信
号によって交番磁界を発生する磁界発生手段と、前記交
番磁界内を通過する物品による磁束変化に対応した検出
信号を出力する磁束変化検出手段と、前記磁界発生手段
の交流信号と同一の繰り返し周波数で振幅が周期変化す
る信号を出力する信号発生回路と、前記信号発生回路か
らの出力信号を所定の直流電圧と比較するコンパレータ
と、前記所定の直流電圧または前記信号発生回路からの
出力信号のバイアス電圧を、位相データに応じて可変す
る電圧可変手段と、前記コンパレータの出力パルスに同
期し、該出力パルスと同一周波数のデューティ比１対１
の矩形波信号を出力するタイマ回路と、前記磁束変化検
出手段からの検出信号を、前記タイマ回路からの矩形波
信号によって同期検波する検波回路と、前記検波回路か
らの検波出力に基づいて、前記物品に含まれる金属の有
無を判定する判定手段とを備えている。

【００１５】また、第２の発明の金属検出装置は、所定
周波数の基準信号を２Ｎ（Ｎは整数）分周した周波数の
交流信号によって交番磁界を発生する磁界発生手段と、
前記交番磁界内を通過する物品による磁束変化に対応し
た検出信号を出力する磁束変化検出手段と、前記基準信
号と同一の繰り返し周波数で振幅が周期変化する信号を
出力する信号発生回路と、前記信号発生回路からの出力
信号を所定の直流電圧と比較するコンパレータと、前記
所定の直流電圧または信号発生回路からの出力信号のバ
イアス電圧を、位相データに応じて可変する電圧可変手
段と、前記コンパレータの出力パルスを２Ｎ分周して、
デューティ比１対１の矩形波信号を出力する分周器と、
前記磁束変化検出手段からの検出信号を、前記分周器か
らの矩形波信号によって同期検波する検波回路と、前記
検波回路からの検波出力に基づいて、前記物品に含まれ
る金属の有無を判定する判定手段とを備えている。

【００１６】また、第３の発明の金属検出装置は、所定
周波数の交流信号によって交番磁界を発生する磁界発生
手段と、前記交番磁界内を通過する物品による磁束変化
に対応した検出信号を出力する磁束変化検出手段と、任
意の位相データに対応した時間データを設定する時間デ
ータ設定手段と、前記磁界発生手段の交流信号と同一周
波のパルス信号を受け、該パルス信号の一方のレベルへ
の状態遷移時点から、前記時間データ設定手段の時間デ
ータ分遅れた第一のタイミングに、出力パルスのレベル
を一方のレベルにセットするセット手段と、前記第１の
タイミングから前記パルス信号半周期分の時間だけ遅れ
た第２のタイミングに、前記セットされた出力パルスの
レベルを他方のレベルにリセットするリセット手段と、
前記セット手段およびリセット手段によってセット、リ
セットされる前記出力パルスによって、前記磁束変化検
出手段からの検出信号を同期検波する検波回路と、前記
検波回路からの検波出力に基づいて、前記物品に含まれ
る金属の有無を判定する判定手段とを備えている。

【００１７】

【作用】第１の発明の金属検出装置では、位相データを
変えると、これに応じてコンパレータへの直流電圧また
は信号発生回路のバイアス電圧が変化し、コンパレータ
の比較出力の位相が変化する。このため、位相データに
対応した位相の矩形波信号が、タイマ回路から検波回路
に出力されて、磁束変化検出手段からの検出信号が同期
検波される。

【００１８】また、第２の発明の金属検出装置では、基
準信号を２Ｎ分周した周波数の交流信号によって交番磁
界が発生され、基準信号と同一の繰返し周波数で振幅が
周期変化する信号が、信号発生回路からコンパレータに
出力される。

【００１９】位相データが変わると、コンパレータへの
直流電圧または信号発生回路の出力信号のバイアス電圧
が変化し、コンパレータの比較出力の位相が変化する。
このため、位相データに対応した位相を有し、２Ｎ分周
されたデューティ比１対１の矩形波信号が分周器から検
波回路へ出力され、磁束変化検出手段からの検出信号が
同期検波される。

【００２０】また、第３の発明の金属検出装置では，磁
界発生手段の交流信号と同一周波数のパルス信号を受け
てから時間データ分遅れた第１のタイミングに一方のレ
ベルにセットされ、それよりパルス信号の半周期分遅れ
た第２のタイミングにリセットされる出力パルスが、検
波回路に出力され、磁束変化検出手段からの検出信号が
同期検波される。

【００２１】

【第１の実施例】以下、図面に基づいて本発明の第１の
実施例を説明する。

【００２２】図１は、第１の実施例の金属検出装置の構
成を示す図である。

【００２３】図１において磁界発生部２０は、基準信号
発生器２１から出力される所定周波数ｆの基準パルス信
号を、フィルタ回路２２に通して正弦波信号に変換して
励振回路２３へ入力し、励振回路２３によって送信コイ
ル２４を励磁する。

【００２４】磁束変化検出部２５は、送信コイル２４か
ら発生する磁束を等量ずつ受ける位置に並んで配置され
た受信コイル２６、２７と、受信コイル２６，２７に誘
起される信号を、差動増幅する差動増幅器２８とによっ
て構成され、２つの受信コイル２６，２７は、コンデン
サＣ₀によって、基準パルス信号の周波数ｆに同調して
いる。

【００２５】一方、この基準パルス信号は、基準パルス
信号と同一周波数の矩形波信号を任意の位相で出力する
ための位相可変回路３０へ入力されている。

【００２６】位相可変回路３０は、位相データ設定手段
３１と、位相データ設定手段３１に設定された位相デー
タＤｐに対応する直流電圧Ｖｐを出力するＤ／Ａ変換器
３２と、Ｄ／Ａ変換器３２の出力を一方の入力端子に入
力されたコンパレータ３３と、基準パルス信号に同期し
た周波数ｆの三角波信号をコンパレータ３３の他方の入
力端子へ出力する三角波信号発生回路３４と、コンパレ
ータ３３の出力によって起動されるタイマ回路３８によ
って構成されている。

【００２７】この実施例の信号発生回路を形成する三角
波発生回路３４は、例えば、図２に示すように、第１の
定電流源３５と第２の定電流源３６とを、基準パルス信
号のレベル反転に同期して切換わるスイッチ３７を介し
てコンデンサＣに交互に接続させて、コンデンサＣに対
する充電と放電を繰り返し行ない、コンデンサＣの端子
電圧を対称な三角波状に変化させている。

【００２８】また、タイマ回路３８は、コンパレータ３
３の出力の立上りから基準パルス信号の半周期分に等し
いパルス幅（デューティ比１対１）の矩形波信号を出力
するように予め設定されており、例えば、モノマルチ回
路あるいはプリセット型のカウンタで構成されている。

【００２９】タイマ回路３８からの矩形波信号は、検波
回路４０に入力されている。検波回路４０は、磁束変化
検出部２５からの差動出力信号を、タイマ回路３８から
の矩形波信号で同期検波し、その検波出力をＬＰＦ４１
へ出力する。

【００３０】ＬＰＦ４１は、検波出力に含まれる低周波
成分のみを通過させて、判定回路４２へ出力する。

【００３１】判定回路４２は、ＬＰＦ４１からの出力信
号と、予め設定されたレベルとを比較して、送信コイル
２４と受信コイル２６、２７の間を通過する物品に金属
が混入しているか否かを判定する。

【００３２】この判定回路４２の判定結果は、図示しな
い選別装置等に送られ、金属の混入した不良物品と良品
との選別に利用される。

【００３３】次に、この金属検出装置の動作を説明す
る。

【００３４】例えば、図３に示すように、鉄金属Ｆの混
入している物品Ｗが、交番磁界内に進入すると、一方の
受信コイル２６側へ磁束が集中するため、差動出力が生
じる。

【００３５】一方、図４の（ａ）に示す基準パルス信号
に対して、位相可変回路３０の三角波発生回路３４から
は、同図の（ｂ）に示す三角波信号が出力されるた
め、、コンパレータ３３の出力は、同図の（ｃ）に示す
ように、この三角波信号が位相データＤｐに対応した直
流電圧Ｖｐより大きい期間ハイ（Ｈ）レベルとなる。

【００３６】このため、タイマ回路３８からは、同図の
（ｄ）に示すように、コンパレータ出力の立上りに同期
して立上り、基準パルス信号の半周期分の期間ハイ
（Ｈ）レベルとなるデューティ比１対１の矩形波信号が
出力されることになる。

【００３７】したがって、タイマ回路３８からの矩形波
信号の位相は、基準パルス信号より常にＴだけ遅れた位
相となり、直流電圧Ｖｐを変えれば（位相データＤｐを
可変すれば）、その位相遅れも比例して変化する。

【００３８】これに対し、差動出力信号の位相は、基準
パルスに対して一定であるため、位相データＤｐを可変
すれば、差動出力信号に対する矩形波信号の位相が相対
可変されたことになる。

【００３９】したがって、予め、物品Ｗ自信による磁束
への影響が最も少なくなる位相データＤｐを設定してお
けば、検波回路４０の混入金属に対する検出感度が高く
なる。

【００４０】このようにして、最適な位相で同期検波さ
れた出力は、ＬＰＦ４１を介して判定回路４２へ送られ
る。

【００４１】判定回路４２では、図５に示すように、混
入されている鉄金属Ｆの移動にともなって変化する検波
信号と、所定の判定規準値Ｈとが比較され、金属の混入
が検出される。

【００４２】

【第２の実施例】前記実施例では、規準パルス信号と同
一周波数ｆでデューティ比１：１の矩形波を出力するよ
うに、タイマ回路３８を予め調整等によって設定してい
たが、この調整を不要にした例を、第２の実施例として
以下に説明する。

【００４３】図６は、第２の実施例の金属検出装置の構
成を示している。なお、第１の実施例と同一のものにつ
いては同一符号を付して説明を省略する。

【００４４】この金属検出装置では、基準信号発生器２
１から、周波数２ｆの基準パルス信号を出力させ、この
基準パルス信号を第１の分周器５０によって１／２に分
周してフィルタ回路２２へ出力する。

【００４５】この周波数２ｆの基準信号は、位相可変回
路３０の三角波発生回路３４入力され、また、コンパレ
ータ３３の出力は、第２の分周器５１を介して１／２に
分周されて、検波回路４０へ供給される。

【００４６】このように構成された金属検出装置では、
前記第１の実施例と同様に、送信コイル２４は周波数ｆ
の交流信号によって励磁され、受信コイル２６、２７の
差動出力は、検波回路４０に入力される。

【００４７】一方、三角波発生回路３４は、図７の
（ａ）に示す周波数２ｆの基準パルス信号を受け、この
信号に同期した周波数ｆの三角波信号を、同図の（ｂ）
に示すように出力する。

【００４８】この三角波信号は、コンパレータ３３にお
いてＤ／Ａ変換器３２からの直流電圧Ｖｐと比較され、
コンパレータ３３から、同図の（ｃ）に示すパルス信号
が出力される。

【００４９】第２の分周器５１は、同図の（ｄ）に示す
ように、コンパレータ３３の出力パルスの立上がり毎に
レベルが反転する周波数ｆの矩形波信号をデューティ比
１対１で分周出力する。

【００５０】この矩形波信号の位相は、位相データＤｐ
に対応した直流電圧Ｖｐの変化に追従して可変される。

【００５１】一方、第１の分周器５０の分周信号の位相
は一定であるため、第２の分周器５１からの矩形波信号
の位相は、差動出力信号の位相に対して相対的に可変さ
れることになる。

【００５２】したがって、前記第１の実施例と同様に、
物品による磁界への影響が最も小さくなるように位相デ
ータＤｐを設定すれば、高い検出感度で混入金属を検出
することができる。

【００５３】また、この第２の実施例では、基準パルス
信号の周波数を任意に可変した場合でも、第２の分周器
５１からは、常に送信コイル２４の励磁している交流信
号の周波数と等しい周波数でデューティ比１対１の矩形
波信号が得られる。

【００５４】このため、前記第１の実施例のタイマ回路
３８のように時定数の調整やプリセット値の設定等をし
なくて済み、より安定で調整箇所の少ない金属検出装置
を実現できる。

【００５５】なお、この実施例では、第１、第２の分周
器５０、５１の分周比が２の場合について説明したが、
分周器の一般的な回路構成を考慮すると、その分周比が
偶数、即ち２Ｎ（Ｎは整数）であれば、分周器の最後段
に２分周器を設けることによってデューティ比１対１の
矩形波を出力できる。

【００５６】なお、前記第１、第２の実施例では、位相
データに対応した直流電圧と、三角波信号との比較出力
をタイマ回路あるいは分周器に入力していたが、図８に
示すような処理手順を繰返し実行するＣＰＵによって、
位相可変回路を構成するようにしてもよい。

【００５７】即ち、基準パルスの立上がタイミングが検
知されたら、タイマをスタートさせ、予め位相データに
対応した設定された時間データＤｔが経過したタイミン
グ（第１のタイミング）に出力パルスをハイ（Ｈ）レベ
ルにセットし、タイマをスタートさせる。

【００５８】そして、このタイマ時間が基準パルスの半
周期分Ｔ₀に達したタイミング（第２のタイミング）に
出力パルスのリセットを行う。

【００５９】この処理を行うことにより、デューティ比
１：１の矩形波信号を検波回路４０に出力することがで
き、時間データＤｔを可変すれば、差動出力信号に対す
る矩形波信号（出力パルス）の位相を微細に可変でき
る。

【００６０】また、このタイマ時間Ｔ₀を、基準パルス
信号の周波数に追従して可変設定できるようにしておけ
ば、前記第２の実施例と同様に無調整化が可能となる。

【００６１】また、前記第１、第２の実施例では、三角
波信号に対する直流電圧の可変によって、矩形波の位相
を可変するようにしていたが、これは本発明を限定する
ものではなく、入力されるパルス信号に同期して振幅が
周期変化する信号であればよく、非対称な三角波（のこ
ぎり波）や正弦波でもよい。また、コンパレータに対す
る直流電圧を固定して、三角波信号のバイアス電圧を位
相データに応じて可変するようにしてもよい。

【００６２】なお、前記各実施例では、交番磁界を発生
する送信コイル２４に対向する位置に２つの受信コイル
２６、２７を配置し、その間に物品を通過させるように
していたが、これは、本発明を限定するものでなく、例
えば、送信コイルをはさむ位置に２つの受信コイルを同
軸状に並べ、物品を各コイルの中を通過させるようにし
てもよく、また、大径の送信コイルの内側に小径の受信
コイルを並べるように配置してもよい。

【００６３】さらに、磁束変化を検出するためのセンサ
として、受信コイルの代りに磁気センサ（ホール素子
等）を用いてもよい。

【００６４】また、前記実施例では、三角波信号を定電
流源による充放電によって発生させていたが、抵抗とコ
ンデンサによる積分回路に基準パルスで直接充放電を行
うようにしてもよい。

【００６５】

【発明の効果】第１の発明の金属検出装置は、前記説明
のように、交番磁界を発生させる交流信号と同一の繰返
し周波数で振幅が周期変化する信号と、位相データに対
応した直流電圧とをコンパレータによって比較し、その
比較出力に同期したデューティ比１対１の矩形波信号を
タイマ回路から検波回路へ出力して、磁束変化検出手段
からの検出信号を同期検波するように構成されている。

【００６６】また、第３の発明の金属検出装置は、交番
磁界を発生させる交流信号と同一周波数のパルス信号の
立上り（立下がり）から、位相データに対応した時間デ
ータ分遅れた第１のタイミングに、出力パルスを一方の
レベルにセットし、さらにパルス信号の半周期分遅れた
第２のタイミングに、出力パルスを他方のレベルへリセ
ットして得られるデューティ比１対１の矩形波信号によ
って、検出信号を同期検波している。

【００６７】このため、位相データを可変することで、
検出信号に対する矩形波信号の相対位相を、格段に細か
い精度で任意に可変設定でき、高感度で安定した金属検
出を行うことができる。

【００６８】また、第２の発明の金属検出装置は、基準
信号を２Ｎ分周した周波数の交流信号によって交番磁界
を発生させ、基準信号と同一の繰返し周波数で振幅が周
期変化する信号と位相データに応じた直流電圧とをコン
パレータによって比較し、その比較出力を分周器によっ
て２Ｎ分周して検波回路へ出力するように構成されてい
る。

【００６９】このため、前記効果に加えて、基準信号の
周波数の変化に無調整で追従する安定な矩形波信号を常
に検波回路へ出力できるという格別の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】第１の実施例の要部の回路例を示す図である。

【図３】第１の実施例の動作を説明するための概略図で
ある。

【図４】第１の実施例の要部の動作を説明するためのタ
イミング図である。

【図５】第１の実施例の要部の動作を説明するためのタ
イミング図である。

【図６】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図７】第２の実施例の要部の動作を説明するためのタ
イミング図である。

【図８】本発明の他の実施例の処理手順を示すフローチ
ャートである。

【図９】従来装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２０磁界発生部２５磁束変化検出部３０位相可変回路３１位相データ設定手段３２Ｄ／Ａ変換器３３コンパレータ３４三角波発生回路３８タイマ回路４０検波回路４２判定回路５０第１の分周器５１第２の分周器

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】所定周波数の交流信号によって交番磁界を
発生する磁界発生手段と、前記交番磁界内を通過する物
品による磁束変化に対応した検出信号を出力する磁束変
化検出手段と、前記磁界発生手段の交流信号と同一の繰
り返し周波数で振幅が周期変化する信号を出力する信号
発生回路と、前記信号発生回路からの出力信号を所定の
直流電圧と比較するコンパレータと、前記所定の直流電
圧または前記信号発生回路からの出力信号のバイアス電
圧を、位相データに応じて可変する電圧可変手段と、前
記コンパレータの出力パルスに同期し、該出力パルスと
同一周波数のデューティ比１対１の矩形波信号を出力す
るタイマ回路と、前記磁束変化検出手段からの検出信号
を、前記タイマ回路からの矩形波信号によって同期検波
する検波回路と、前記検波回路からの検波出力に基づい
て、前記物品に含まれる金属の有無を判定する判定手段
とを備えた金属検出装置。【請求項２】所定周波数の基準信号を２Ｎ（Ｎは整数）
分周した周波数の交流信号によって交番磁界を発生する
磁界発生手段と、前記交番磁界内を通過する物品による
磁束変化に対応した検出信号を出力する磁束変化検出手
段と、前記基準信号と同一の繰り返し周波数で振幅が周
期変化する信号を出力する信号発生回路と、前記信号発
生回路からの出力信号を所定の直流電圧と比較するコン
パレータと、前記所定の直流電圧または信号発生回路か
らの出力信号のバイアス電圧を、位相データに応じて可
変する電圧可変手段と、前記コンパレータの出力パルス
を２Ｎ分周して、デューティ比１対１の矩形波信号を出
力する分周器と、前記磁束変化検出手段からの検出信号
を、前記分周器からの矩形波信号によって同期検波する
検波回路と、前記検波回路からの検波出力に基づいて、
前記物品に含まれる金属の有無を判定する判定手段とを
備えた金属検出装置。【請求項３】所定周波数の交流信号によって交番磁界を
発生する磁界発生手段と、前記交番磁界内を通過する物
品による磁束変化に対応した検出信号を出力する磁束変
化検出手段と、任意の位相データに対応した時間データ
を設定する時間データ設定手段と、前記磁界発生手段の
交流信号と同一周波のパルス信号を受け、該パルス信号
の一方のレベルへの状態遷移時点から、前記時間データ
設定手段の時間データ分遅れた第一のタイミングに、出
力パルスのレベルを一方のレベルにセットするセット手
段と、前記第１のタイミングから前記パルス信号半周期
分の時間だけ遅れた第２のタイミングに、前記セットさ
れた出力パルスのレベルを他方のレベルにリセットする
リセット手段と、前記セット手段およびリセット手段に
よってセット、リセットされる前記出力パルスによっ
て、前記磁束変化検出手段からの検出信号を同期検波す
る検波回路と、前記検波回路からの検波出力に基づい
て、前記物品に含まれる金属の有無を判定する判定手段
とを備えた金属検出装置。