JPH08248143A - 金属検出装置の自動平衡調整回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源投入時でも動作が不安定となることがな
い金属検出装置のための自動平衡調整回路を提供する。 【構成】 Ａ／Ｄ変換回路とＤ／Ａ変換回路と、それら
とデータを入出力するマイコンを追加し、マイコンのプ
ログラムにより電源投入時と通常時で演算処理方法を変
えることでバランスの平衡調整速度を変更することを可
能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は金属検出装置におい
て、特に、受信コイルから出力される受信信号を自動的
に平衡状態にさせ、その平衡状態が被検査体を磁界中に
通過させた時くずれるか否かにより、当該被検査体中の
混入金属の有無を検査する形式の金属検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来から使用されている金属検出
装置の概要について図３により説明する。この図におい
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３
ａ，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
一の振幅、位相をもつ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８ａ，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。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。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、受信信号から金属検出信
号を復調する為に、同期検波回路８ａ，８ｂにより同期
検波を行う。同期検波に使用する同期信号も発振周波数
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、被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。

【０００３】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る生じた
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や可変抵抗の定数の変化等により
次第に平衡状態がくずれ、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
出来なくなり、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出来る。

【０００４】ここで上記の自動平衡調整回路１００の内
部回路構成を、図２に示し、詳細な動作について説明す
る。１０１は９０度の移相量をもつ移相回路、１０２
ａ，１０２ｂ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、１０３ａ，１０３ｂは数十秒
程度の時定数をもつ積分回路、１０４ａ，１０４ｂは電
圧により増幅度を制御出来る電圧制御増幅回路、１０５
は２つの信号を加算する加算増幅回路、１０６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。

【０００５】この自動平衡調整回路では、ＩＮ２の信号
を同期検波回路１０２ａ，１０２ｂ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１０３ａ，１０３
ｂ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１０４ａ，１
０４ｂにより、発振回路１からの０度基準信号（ＩＮ
１）と９０度移相回路１０１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１０５により加算した後、最後に帯域通過フ
ィルタ１０６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。

【０００６】以上説明した動作は、図３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。平衡調整は積分回路１０３ａ，１０３ｂにより
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出来る。

【０００７】しかしながら、この方法では積分回路１０
３ａ，１０３ｂにより短時間には追従出来ないようにし
ているため、電源投入直後はバランスがまだ調整され
ず、数十秒程度の時間金属検出装置の動作が不安定にな
るという問題があった。また、自動平衡の調整速度は、
積分回路１０３ａ，１０３ｂを構成する部品によってき
まるためこれを自動的に変更することはできなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３に示した従来の自
動平衡調整回路では、温度等による長期的なバランスず
れのみを平衡調整するように、積分回路の構成部品を決
定しており、そのため、電源投入時等はバランス調整出
来ず、数十秒間金属検出装置の動作が不安定になるとい
う問題点があった。

【０００９】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、マイコンによりバランスの調整速度を変更すること
が出来、電源投入時でも動作が不安定となることがない
金属検出装置のための自動平衡調整回路を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【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、従来の自動変更調整回路に
Ａ／Ｄ変換回路とＤ／Ａ変換回路と、それらとデータを
入出力するマイコンを追加し、マイコンのプログラムに
より電源投入時と通常時で演算処理方法を変えることで
バランスの平衡調整速度を変更することを可能にしたこ
とを特徴としている。

【００１１】

【作用】Ａ／Ｄ変換回路により受信信号の振幅値をマイ
コンに入力し、マイコンからＤ／Ａ変換回路を使ってキ
ャンセル信号の振幅を制御することにより、電源投入時
は短時間で平衡状態に調整し、通常動作時では温度等に
よる長期的なバランスずれにしか対応しないように、調
整速度をプログラムにより変更出来るようにした。

【００１２】

【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及び１０１，
１０２ａ，１０２ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，１０５，１
０６は図２と同じものである。１０７ａ，１０７ｂは被
同期検波信号の高調波成分を除去するための低域通過フ
ィルタ、１０８ａ，１０８ｂは受信信号の振幅成分をデ
ジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路、１０９はＡ／Ｄ変
換回路からのデータを入力し、Ｄ／Ａ変換回路にデータ
を出力するマイコン、１１０ａ，１１０ｂはマイコンか
らのデジタル値に応じ直流電圧を出力するＤ／Ａ変換回
路である。

【００１３】以下に実施例における自動平衡回路の動作
について説明する。ＩＮ２（増幅後の受信信号）の信号
を同期検波回路１０２ａ，１０２ｂ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、後段の低域通過フィルタ１０７ａ，１０７
ｂにより高調波成分を除去し、振幅成分だけを抽出す
る。これらの振幅成分をＡ／Ｄ変換回路１０８ａ，１０
８ｂにより、デジタル値としてマイコン１０９に出力す
る。マイコンでは、入力したデジタル値に対し種々の演
算を行い、その結果をデジタル値としてＤ／Ａ変換回路
１１０ａ，１１０ｂに出力する。Ｄ／Ａ変換回路１１０
ａ，１１０ｂはデジタル値に基づいた電圧を、電圧制御
増幅回路に出力する。電圧制御増幅回路１０４ａ，１０
４ｂにより、発振回路１からの０度基準信号（ＩＮ１）
と９０度移相回路１０１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１０５により加算した後、最後に帯域通過フィル
タ１０６を通過させ、受信信号中の定常的に存在する信
号を消去するためのキャンセル信号（ＯＵＴ）を生成す
る。

【００１４】マイコンでは、通常、Ａ／Ｄ変換回路１０
８ａ，１０８ｂから入力したデジタル値に応じたデジタ
ル値をＤ／Ａ変換回路１１０ａ，１１０ｂに出力し、差
動増幅回路５→自動平衡調整回路１００→差動増幅回路
５の経路で負帰還になるようにしているため、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。ただし、従来の技術では積
分回路１０３ａ，１０３ｂにより調整速度が決定されて
いたが、本発明ではマイコンでのデジタル演算処理が積
分回路の代わりとなるため、マイコンのプログラムによ
り調整速度を変更することが出来る。マイコンで行う演
算は、移動平均等のデジタルフィルタリング処理であ
り、例えば、電源投入時は移動平均点数を少なく、通常
検査時では移動平均点数を多くすることで、応答速度即
ち調整速度をプログラムで自由に変更することが出来
る。

【００１５】

【発明の効果】この発明は、以上詳細に説明したよう
に、従来の自動変更調整回路に、Ａ／Ｄ変換回路とＤ／
Ａ変換回路と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換回路に対しデータを
入出力し演算するマイコンを追加することで、自動平衡
調整回路を構成する素子の交換等をせずに、自動平衡の
調整速度を変更することで、金属検出機装置が電源投入
後即時安定動作が可能となるすぐれた効果がある。

【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】従来の自動平衡調整回路の例を示す構成図。

【図３】従来の金属検出装置の一例を示す構成図。

【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 １００ 自動平衡調整回路 １０１ ９０度移相回路 １０２ａ，１０２ｂ 同期検波回路 １０３ａ，１０３ｂ 積分回路 １０４ａ，１０４ｂ 電圧制御増幅回路 １０５ 加算増幅回路 １０６ 帯域通過フィルタ １０７ａ，１０７ｂ 低域通過フィルタ １０８ａ，１０８ｂ Ａ／Ｄ変換回路 １０９ マイコン １１０ａ，１１０ｂ Ｄ／Ａ変換回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交番磁界を発生させる発振コイルとその
   磁束の変化を検出する受信コイルを有し、受信コイルか
   らの受信信号を自動平衡調整回路から発生するキャンセ
   ル信号により、平衡状態にさせ、発振コイルと受信コイ
   ル間に被検査体を通過させた時、平衡がくずれるか否か
   により、当該被検査体中の金属混入の有無を検知する形
   式の金属検出装置において、受信信号の振幅成分を抽出
   する同期検波回路と、高調波成分を除去し振幅成分だけ
   を取り出す低域通過フィルタと、受信信号の振幅の大き
   さを測定するためのＡ／Ｄ変換回路と、マイコンからの
   設定により電圧を出力するＤ／Ａ変換回路と、Ｄ／Ａ変
   換回路からの電圧により振幅を制御出来る電圧制御増幅
   回路と、Ａ／Ｄ変換回路からのデータの入力、データの
   演算、Ｄ／Ａ変換回路へのデータの出力を行うマイコン
   を具備し、同期検波回路により検出した受信信号の振幅
   を、低域通過フィルタを通した後、Ａ／Ｄ変換回路によ
   り測定し、その振幅データをマイコンが入力し、種々の
   演算を行った後、その結果に応じたデータをマイコンか
   らＤ／Ａ変換回路に出力し、Ｄ／Ａ変換回路から出力さ
   れる電圧値により電圧制御増幅回路を操作することによ
   り、キャンセル信号を生成したことを特徴とする自動平
   衡調整回路。