JPS6267484A - 金属選択検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （本発明の利用分野） 本発明は、防犯用のゲート型金属探知装置に関し、特に
防犯用のタッグ等に装着した金属片と、装飾用及び携帯
品等に使用される金属を選択的に、かつ、高感度に検知
する金属選択検知方法及びその装置に関する。

（従来の技術） 従来の磁歪式金属探知手段は、被検知金属に磁気歪みを
生じさせて交流バイアス磁界に変調を加えるようにして
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の手段では、バイアス磁界の強さを相当に大きくす
る必要があり、消費電力が大となり、しかも、近来は磁
気カード並びに重要なデータを記憶した磁気記憶デスク
等の携帯者が多く、この強力な交流バイアス磁界を必要
とする磁気歪み金属探知方法では、交流バイアス磁界が
強すぎて、磁気カード及び磁気記憶デスクを使用不能に
する問題点がある。

また、一定の強さの交流バイアス磁界内の金属の磁気歪
は、金属の磁気的性質、大きさ、形状及び磁界の方向に
対する向き等によって、その磁気歪によるバイアス磁界
の変調効果の大きさが異なるため、特定金属を変調効果
の大きさをもって選択的に検知するのが回連である。

特に防犯用に使用される装置は、人道的な見地からも、
装飾用及び携帯品等に使用されている金属に反応するよ
うな検知方法は不適当であり、また被検出金属の不携帯
時に、他の金属によって誤動作を起こすようなことは、
極力防止しなければならない。

本発明は、上述の事柄に鑑みてなされたもので、金属を
検出するための交流バイアス磁界の強さを極力弱くして
、磁気カード及び磁気デスク等への影響をなくすととも
に、消費電力を低減し、かつ、検出される金属を高精度
に選択可能にして、特定の金属のみを検出しうるように
することにある。

（問題点を解決するための技術的手段）本発明は、上記
問題点を所要周波数の交流磁場内において被検知金属を
交播励磁し、その被検知金属を励磁した磁束を交流信号
として検出し、その検出された交流信号を、交播磁束の
周波数の整数倍の周波数と同期させて増幅することによ
り、被検知金属が交流磁場の磁束に生じる金属固有の高
調波歪成分を検出し、その交流磁場の周波数の前記整数
倍に相当する高調波成分に基づき、交流磁場内の金属が
選択を要する金属であるか否かを判別するようにした金
属選択検知方法である。

また、選択検知を要する金属が通過する通路上に、所要
周波数の交播磁束を、当該通路を遮断するように発生す
る交播磁束発生手段と、通路を遮断するように通路上を
通過させた交播磁束に感応して、該交播磁束を交流信号
に変換する交播磁束検出手段と、該交播磁束検出手段に
よって検出された交流信号を、交播磁束の周波数の所要
整数倍の周波数に同期させて増幅し、その交流信号に含
まれる前記整数倍の高調波成分を検出する高調波検出手
段と、該高調波検出手段の出力する高調波成分に応して
選択を要する金属か否かを判別する高調波成分判別手段
とを備えてなる金属選択検知装置である。

（作　用） 比較的に磁束密度の低い交流バイアス磁界内で金属を励
磁することにより、その金属を励磁した磁束に生じる高
調波成分を、交流バイアス磁界の周波数に同期させて増
幅して抽出し、その抽出された高調波成分をもって、金
属の有無と金属の種類を判別しうる。

（実　施　例） 図は、防犯用に利用した本発明に係る金属選択検知装置
の一実施例を示すもので、第１図は、金属検出部の概略
構成を示す斜視図、第２図は、第１図に示す金属検出部
をもって、特定の金属を選択的に検出する電気回路であ
る。

（１）は、商品販売フロア等の出口専用の通路（２）に
設けられた金属検出ゲートである。

ゲート（１）には５通路（２）の通行方向Ｚ−Ｚと直交
するｘ−Ｘ方向に磁化方向をもち、かつ、巻形が偏平口
字形をなす１対の交流バイアス用の磁界発生コイル（３
ａ）　（３ｂ）が、通路（２）を挾んで、口字形が正対
するようにコイルの軸線を一致させて設けられている。

磁界発生コイル（３）（４）は、所要周波数の交流電流
によって励磁され、この１対のコイル（３）　（４月よ
、磁界の向きを互いに一致させて、通路（２）を遮断す
るような交播磁束を発生する。

磁界発生コイル（３）（４）が通路（２）を遮断するよ
うに発生する交播磁束は、該磁界発生コイル（３）（４
）の大きさに対応して、通路の進行方向、通路の幅方向
、及び高さ方向に、拡がりをもって、金属検知ゾーンを
形成している。

金属検知ゾーンを通る交播磁束は、磁界発生コイル（３
）（４）の磁化方向（Ｘ−Ｘ、）とコイルの軸線方向（
Ｙ−Ｙ）を直交させ、それぞれ通路（２）の両側に設け
られた、１対の検知コイル（５）（６）によって、交流
信号に変換される。換言すると、検知コイル（５）　（
６）で検出される交播磁束が通る領域をもって、検知ゾ
ーンが形成されている。

なお、検知コイル（５）　（６）は、交流バイアス磁界
に対して感度をバランスするため、磁界発生コイル（３
）（４）の巻回面の中心において、当該検知コイル（５
）　（６）の軸線方向、即ち、磁化方向（Ｙ−Ｙ）を上
下に向けて設けられている。

また、検知コイル（５）（６）は、それぞれに、上下に
２分した単層巻の上部コイル（５ａ）　（６ａ）と、下
部コイル（５ｂ）　（６ｂ）からなり、かつ、上と下の
コイル同士は１巻方向が逆になっている。

更に、検知コイル（５）（６）の上部コイル（５ａ）　
（６ａ）と下部コイル（５ｂ）　（６ｂ）の間には、上
下のコイル（５ａ）　（５ｂ）及び（６ａ）　（６ｂ）
のコイル長（Ｉｌｌ）の約１７３の無コイル部分を設け
である。

この検知コイル（５）（６）を２個分割して、相互に逆
巻にすること、及び、分割されたコイル間、即ち、磁界
発生コイル（３）（４）の電磁気的中性点（ｘ−ｘ４＋
ＢとＹ−Ｙ線の交点）及びその近傍に、検知コイル（５
）　（６）の巻線を施さないことにより、荊記金属検知
ゾーン内における不感ゾーンを除去している。

この金属検知ゾーン内で選択的に検知を要する金属は、
販売に供される商品に付設されたタッグ、又は、値札シ
ート等に装着されている。

そのタッグ、又は、値札シート等は、料金精算カウンタ
等において、料金精算後に除去される。

しかし、料金精算カウンタを通過しないで商品に添付さ
れたままゲート（１）を通過するものがある場合に、そ
の金属のみを検知し、商品の不適正な搬出を防止する。

タッグ、又は、値札シートに装着される金属は、高透磁
率の磁性体で、例えば、パーマロイやアモルファス合金
等の通常は装身具、及び、一般携帯品等に使用されない
金属が好ましく、また、その形状は薄板状で、小面積の
もの１例えば、厚さが数百μｍで１面積は数十−程度の
ものがよい。

特に正確な選択性を要求する場合には、複数種の磁性体
を組み合わせて重ね合わせる等して、複合的に使用する
こともできる。

この選択を要する金属もしくは他の金属が、検知ゾーン
に入ると、そのゾーンの中で金属の中を通った磁束は、
金属の中を通らない磁束とともに検知コイル（５）（６
）によって検出され、交流信号に変換される。

本発明においては、磁界発生コイル（３）（４）に与え
る電力を、従来の磁気歪式に比べて非常に小さくしであ
る。

例えば、磁界発生コイル（３）　（４）に与える電力を
、従来は１００Ｗ以上必要とするのに対して、本発明で
はＬＯＷ程度とし、検知ゾーン内の磁束密度を極力低く
してあり、そのため、検知コイル（５）　（６）によっ
て検出される磁束は、従来に比べて、１７１０以下とな
っている。

さらに、検知コイル（５）（６）によって交流信号に変
換される交播磁束全体の中で、金属を通る（金属の透磁
性によって磁束が継がる）磁束の量は、金属を通らない
磁束の量に比べて非常に少ない、例えば、検知ゾーン内
の磁束密度を一様とすると、この検知ゾーンの通路（２
）の方向の縦断面の断面積が、交流信号に変換される交
播磁束の全体量に相当し、また、金属の同方向断面の断
面積が金属を通った磁束の量に相当している。

両断面積の具体例は、検知ゾーンが磁界発生コイル（３
）（４）の口字形の内のり寸法に相当することから、検
知ゾーンの断面積は、幅１ｍ、高さ２ｍεして２ｎ（と
なり、また、金属の断面積は、厚さ２００μｍ、　［１
０ａｎとすると２０ＩＩＩＩ１１２となる。

このことから、検知コイル（５）　（６）で検知される
金属を通った磁束は、金属を通らない磁束のほぼ１／１
０’で、それを交流信号に変換した場合の金属を通った
磁束の成分は、非常に小さなものとなる。

このようにして検知コイル（５）　（６）から得られる
交流信号から、従来の磁気歪効果による変化分を抽出す
ることは、非常に困難であり、また、不可能に近い。

即ち、金属の磁気歪によって変化するりアクタンス成分
は、コイル等を構成する器材の温度係数、及び、その他
の外乱要因からなるバックグランドノイズのレベル程度
か、もしくは、それ以下である。

本発明によると、この磁気歪効果とは異質の電磁効果に
よって生じる高調波成分を抽出することにより、検知ゾ
ーン内の金属の有無、及び、金属の種類を、選択的かつ
高感度に検知しうる。

第２図は、上記目的を達成する電気回路の一実施例を示
す。

磁界発生コイル（３）（４）は互いに直列接続されて、
約３ｋＨｚ〜５ｋｌ（ｚの高調波歪の少ない正弦波を出
力する交流電源（７）によって励磁されている。

検知コイル（５）　（６）は、直列に接続され、かつ、
コンデンサ（８）によりインピーダンス整合されて、検
知ゾーンの交播磁束を交流信号（Ｖ）に変換している。

交流信号（ｖ）は、基本波として周波数（ｆｏ）を有し
、その交流信号（Ｖ）は、バイパスフィルタ（８）によ
って、基本波及び低次の高調波成分が除去され。

高い次数を持つ高調波成分が含まれる交流信号（ν′）
が同期増幅器（９）に入力される。

同期増幅器（９）の−例としては、一般にロックインア
ンプと称され、従来から一定周波数の交流信号に重畳さ
れた微小信号を増幅する前置増幅器として使用される公
知のものがある。

また、交流信号は（ν）は、位相同期ループ回路（以下
ＰＬＬ回路と略称する）（１０）によって、その基本波
の周波数（ｆｏ）が、抽出しようとする高調波の次数Ｎ
倍の周波数ｆｎ＝Ｎ＊ｆｏに周波数変換される。

同期増幅器（９）は、ＰＬＬ回路（１０）の出力信号の
位相と周波数（ｆｎ）に応じて、バイパスフィルタ（８
）が出力する交流信号（Ｖ′）から、Ｎ次高調波成分の
みを増幅し、そのＮ次高調波の信号（ｖｎ）を出力する
。

Ｎ次高調波の信号（ｖ″′）は、ローパスフィルタ（１
１）によって、その信号（ｖ”）の量に応じた、例えば
、実効値、波高値等の直流のレベル信号（Ｖ”）に変換
され、このレベル信号（Ｖ”）は、直流コンパレータ（
１２）へ入力される。

ローパスフィルタ（１１）は、直流増幅器によるアテブ
フィルタ、整流回路を含むＣＲ積分回路、及び、サンプ
ルアンドホールド等によるチャージポンプ回路のいずれ
であってもよい。

直流コンパレータ（１２）には、タッグ等に付設された
金属によって得られるＮ次高調波成分の予め求められた
レベルに応じた基準値（Ｅｎ）が、レベル設定器（１３
）によって設定され、その基準値（Ｅｎ）とＮ次高調波
成分のレベル信号（Ｖ″″）が比較されて、検出を要す
る金属のみが判別される。

第３図は、本発明に係る磁束密度の低い交播磁界で励磁
された金属の高調波成分のスペクトラムの１例を示すも
ので、高調波成分は、金属の種類によって異なるパター
ンを示し、このパターンは、第３図において、低次から
高次にかけて点線で示すごとく、漸次減衰するようなパ
ターンを示さず、各次数相互間に無関係に、かつ、偶数
次、奇数次にも特定な関係を示さない、全くランダムな
パターンを示す。

特に特徴的であるのは、金属の種類に固有する高調波成
分が、スペクトラムの高次の方で孤立した次数に突然に
出現することであり、この現象は、従来の磁気歪効果を
もって説明できない電磁現象である。

本発明においては、この金属の種類に固有の特定次数の
高調波成分を高感度に検出しうる。

即ち、検出を要する高調波の次数（Ｎ）をＰＬＬ回路（
１０）内のプログラマブルカウンタ（１０ａ）に設定し
て、基本周波数の整数（Ｎ）倍の周波数ｆ１を作り、そ
の周波数ｆ１に同期増幅器（９）を同期させて、Ｎ次高
調波成分のみを、高Ｓ／Ｎ比をもって増幅して、その周
波数成分を抽出している。

また、Ｎ次高調波成分１波のみでは、所要金属の種類が
確定されない場合は、第２の選択要素として、他のＭ次
の高調波を予め選定しておき、Ｎ次の高調波に所要レベ
ルの出力があったとき、引き続いて円、ｌ１回路（１０
）の設定値をＭに変更し、かっ、レベル設定器（１３）
の値も変更して、Ｍ次の高調波成分も調べ、その両方の
高調波成分が所要金属のものと一致したとき、当該金属
であると判別する。

なお、２番目以降に検出する高調波成分は、高調波レベ
ル零のものを選ぶことができる。

さらに、２個以上の複数次数を、その次数の順序に係り
なく、順次変更して金属の種類を判別したり、次数の順
序で各次数の高調波レベル調べ、高調波スペクトラムの
パターンそのものを抽出することもできる。

（効　果） 以上の如く、本発明によれば、磁気カード等に影響を与
えない、極弱い交播磁界をもって、金属の有無を検出す
ることができるとともに、特定した金属のみを選択的に
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、 第１図は、金属検出部の概略構成を示す斜視図、第２図
は、第１図の金属検出部をもって金属を選択的に検出す
る電気回路図、 第３図は、本発明に係る高調波成分のスペクトラムであ
る。 （１）ゲート　　　　　　　（２）通　路（３）（４）
磁界発生コイル　（５）（６）検知コイル（７）交流電
源　　　　　　　（８）コンデンサ（９）周期増幅器　
　　　　（１０）　Ｐ　Ｌ　Ｌ回路（１１）ローパスフ
ィルタ　　　（１２）コンパレータ（１３）レベル設定
器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所要周波数の交流磁場内において被検知金属を交
   播励磁し、その被検知金属を励磁した磁束を交流信号と
   して検出し、その検出された交流信号を、交播磁束の周
   波数の整数倍の周波数と同期させて増幅することにより
   、被検知金属が交流磁場の磁束に生じる金属固有の高調
   波歪成分を検出し、その交流磁場の周波数の前記整数倍
   に相当する高調波成分に基づき、交流磁場内の金属が選
   択を要する金属であるか否かを判別することを特徴とす
   る金属選択検知方法。
2. （２）選択検知を要する金属が通過する通路上に、所要
   周波数の交播磁束を、当該通路を遮断するように発生す
   る交播磁束発生手段と、 通路を遮断するように通路上を通過させた交播磁束に感
   応して、該交播磁束を交流信号に変換する交播磁束検出
   手段と、 該交播磁束検出手段によって検出された交流信号を、交
   播磁束の周波数の所要整数倍の周波数に同期させて増幅
   し、その交流信号に含まれる前記整数倍の高調波成分を
   検出する高調波検出手段と、該高調波検出手段の出力す
   る高調波成分に応じて選択を要する金属か否かを判別す
   る高調波成分判別手段とを備えることを特徴とする金属
   選択検知装置。