(57)【要約】【課題】  金属物体が小さい場合にも、土壌に含有される金属成分による影響を極小化して、金属探知器が誤検出することを極力防止し、探査効率を大幅に向上させる。【解決手段】  金属探知器１は、周囲に磁界を発生させることにより、磁界中に存在する金属物体Ｘに渦電流を発生させ、それにより発生した二次磁界を捕捉し、磁界の変化を検出することによって金属物体Ｘの有無を探知する。金属探知器１による金属探知方法において、土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させるようにする。【選択図】          図１
2005291963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲に磁界を発生させることにより、磁界中に存在する金属物体に渦電流を発生させ、それにより発生した二次磁界を捕捉し、磁界の変化を検出することによって、金属物体の有無を探知する金属探知器による金属探知方法において、土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させることを特徴とする金属探知方法。
【請求項２】
土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法は、アンテナコイルに捕捉された検出信号を単位時間毎に区分し、各区分における検出信号の変化量を適宜組み合わせることによって、土壌による検出信号を相殺させて極小化する手法であることを特徴とする請求項１に記載の金属探知方法。
【請求項３】
又、土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法は、アンテナコイルに強電力及び弱電力を印加するという複合送信を行って、土壌による検出信号か金属物体による検出信号かを判別し、土壌による検出信号を排斥する手法であることを特徴とする請求項１に記載の金属探知方法。
【請求項４】
さらに、土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法は、アンテナコイルに捕捉された検出信号において、相当時間経過後の検出信号のみを観測することによって、土壌による検出信号を排斥する手法であることを特徴とする請求項１に記載の金属探知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周囲に磁界を発生させることにより、磁界中に存在する金属物体に渦電流を発生させ、それにより発生した二次磁界を捕捉し、磁界の変化を検出することによって、金属物体の有無を探知する金属探知器による金属探知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、周囲に磁界を発生させることにより、金属物体に渦電流を発生させ、それにより発生した二次磁界を捕捉することによって、金属物体の有無を探知する金属探知器１０１として、図１０及び図１１に示すように、検出部１０２、制御部１０３、表示部１０４等から構成されるものが知られている。
【０００３】
検出部１０２は、周囲に磁界を発生させる送信アンテナコイル１０５及び発生した二次磁界を捕捉する受信アンテナコイル１０６から構成され、制御部１０３は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１０７、送信回路１０８、受信回路１０９、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１０等から構成される。
【０００４】
上記金属探知器１０１においては、先ず、ＣＰＵ１０７から制御信号が送信回路１０８に送られると、送信回路１０８において送信信号が生成され、その送信信号に基づいて送信アンテナコイル１０５に所定電圧が印加されると、送信アンテナコイル１０５の周囲には磁界が発生する。
【０００５】
ここで、金属探知器１０１の検出部１０２を地面等に近接させれば、地面近傍の地中等に埋設された金属物体Ｘは磁界中に位置することとなり、金属物体Ｘ内部には渦電流が発生し、それにより金属物体Ｘの周囲には二次磁界が発生する。
【０００６】
その二次磁界を受信アンテナコイル１０６が捕捉して、検出信号として受信回路１０９に送れば、受信回路１０９において信号増幅等され、Ａ／Ｄ変換器１１０においてデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１０７によって演算処理される。そして、表示器１０４に適宜出力表示される。
【０００７】
上記にあっては、図１２（Ａ）に示すように、検出部１０２に送信アンテナコイル１０５及び受信アンテナコイル１０６を配設した場合について説明したが、図１２（Ｂ）に示すように、検出部１０２に送信アンテナコイル１０５及び受信アンテナコイル１０６の機能を兼備した送受信アンテナコイル１１１を配設してもよい。
【０００８】
かかる構成を有する金属探知器及びそれによる金属探知方法は、例えば、特許文献１等に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２１８６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記金属探知器１０１を使用して、地中に埋設された金属物体Ｘを探査する場合には、検出部１０２を地面に所定距離保持させた状態で近接させ、金属物体Ｘにより発生する二次磁界を検出部１０２によって検出する。ここで、検出部１０２を地面から所定距離保持させるのは、土壌には微粒子状の各種金属成分が含有されており、この金属成分も微小ながら二次磁界を発生するので、その影響を極力排除するためである。
【００１１】
特に、探査対象である金属物体Ｘが小さい場合には、それにより発生する二次磁界も小さくなるため、二次磁界が金属物体Ｘにより発生したのか、土壌に含有される金属成分により発生したのか判別することができず、金属探知器１０１が誤検出して、探査効率が極度に低下するという問題があった。
【００１２】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みて為されたものであって、探査対象である金属物体Ｘが小さい場合にも、二次磁界が金属物体Ｘにより発生したのか、土壌に含有される金属成分により発生したのか容易に判別することができて、金属探知器１０１が誤検出することを極力防止し、探査効率を大幅に向上させることができる金属探知器による金属探知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の金属探知器による金属探知方法は、周囲に磁界を発生させることにより、磁界中に存在する金属物体に渦電流を発生させ、それにより発生した二次磁界を捕捉し、磁界の変化を検出することによって、金属物体の有無を探知する金属探知器による金属探知方法において、土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させることを特徴とするものである。
【００１４】
土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法は、アンテナコイルに捕捉された検出信号を単位時間毎に区分し、各区分における検出信号の変化量を適宜組み合わせることによって、土壌による検出信号を相殺させて極小化する手法であってもよい。
【００１５】
又、土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法は、アンテナコイルに強電力及び弱電力を印加するという複合送信を行って、土壌による検出信号か金属物体による検出信号かを判別し、土壌による検出信号を排斥する手法であってもよい。
【００１６】
さらに、土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法は、アンテナコイルに捕捉された検出信号において、相当時間経過後の検出信号のみを観測することによって、土壌による検出信号を排斥する手法であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の金属探知器による金属探知方法について、図面を参照して詳細に説明するが、先ず、本発明の金属探知方法を実行する金属探知器１について説明する。
【００１８】
本発明の金属探知方法を実行する金属探知器１は、図１に示すように、検出部２、制御部３、操作部４、表示部５等から構成される。
【００１９】
検出部２は、周囲に磁界を発生させる送信アンテナコイル及び発生した二次磁界を捕捉する受信アンテナコイルの機能を兼備した送受信アンテナコイル６から構成される。
【００２０】
制御部３は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）７、送信回路８、受信回路９、信号増幅器１０、フィルタ１１、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２等から構成される。
【００２１】
操作部４は、ＣＰＵ７に各種命令、データを送信し、表示部５は、検出結果を出力表示する。
【００２２】
金属探知器１においては、先ず、操作部４からＣＰＵ７に各種命令、データを送信すると、ＣＰＵ７から制御信号が送信回路８に送られ、送信回路８において送信信号が生成される。その送信信号に基づいて送受信アンテナコイル６に所定電圧が印加されると、送受信アンテナコイル６の周囲には磁界が発生する。
【００２３】
ここで、金属探知器１の検出部２を地面等に近接させれば、地面近傍の地中等に埋設された金属物体Ｘは磁界中に位置することとなり、金属物体Ｘ内部には渦電流が発生し、それにより金属物体Ｘの周囲には二次磁界が発生する。
【００２４】
その二次磁界を送受信アンテナコイル６が捕捉して、検出信号として受信回路９に送れば、受信回路９において適宜信号処理され、信号増幅器１０において信号増幅される。信号増幅された検出信号は、フィルタ１１を通過する際、適宜信号処理され、土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号が極小化され、排斥される。
【００２５】
フィルタ１１を通過した検出信号は、Ａ／Ｄ変換器１２においてデジタル信号に変換され、ＣＰＵ７によって演算処理される。そして、表示器５に適宜出力表示される。
【００２６】
土壌含有金属成分による検出信号の排斥手法１
土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法として、送受信アンテナコイル６に捕捉された検出信号を単位時間ｔ（μｓｅｃ）毎に区分し、各区分における検出信号の変化量を適宜組み合わせることによって、土壌による検出信号を相殺させて極小化する手法が考えられる。
【００２７】
土壌に多量に含有される金属成分としては、鉄（Ｆｅ）とアルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。ここで、鉄は強磁性体であるが、アルミニウムは反磁性体であり、物性が異なるために、磁界中における反応も異なる。そして、土壌による検出信号は、これら二種の金属成分による反応が混合された形態で現れる。
【００２８】
そこで、予め、送受信アンテナコイル６を探査する地面を構成する土壌に近接させ、土壌中の鉄成分による検出信号の変化量Ａとアルミニウム成分による検出信号の変化量Ｂと
を区別し、それらＡ，Ｂの差が０に近づくよう、単位時間ｔｘ，ｔｙを適宜組み合わせて、設定しておくようにする。
【００２９】
図２は、送受信アンテナコイル６を探査する地面を構成する土壌に近接させた時に、送受信アンテナコイル６によって捕捉された検出信号の波形を表示したものであり、縦軸には電圧（Ｖ）、横軸には時間（μｓｅｃ）をとってある。
【００３０】
ここで、検出信号を微小な単位時間ｔ（μｓｅｃ）毎に区分し、それら単位時間を順次ｔ０，ｔ１，ｔ２，・・・ｔｍ，ｔｎ，・・・とする。そして、各単位時間ｔｘにおける鉄成分による検出信号の変化量をａ(ｔｘ)、各単位時間ｔｙにおけるアルミニウム成分による検出信号の変化量をｂ(ｔｙ)とする。
【００３１】
そして、所定時間内において単位時間ｔｘ，ｔｙを適宜組み合わせて、土壌中の鉄成分による検出信号の変化量Ａ、土壌中のアルミニウム成分による検出信号の変化量Ｂを
【００３２】
【数１】
2005291963.tif 000003
【００３３】
という算出式で表す。ここで、
【００３４】
【数２】
2005291963.tif 000004
【００３５】
となるように、単位時間ｔｘ，ｔｙを適宜組み合わせる。
これによって、土壌による検出信号を相殺させて極小化させることができる。
【００３６】
上記の如く設定した送受信アンテナコイル６によって探査した際、地中に金属物体Ｘが埋設されていた場合には、上記Ａ，Ｂ間に差が生じることになる。すなわち、
【００３７】
【数３】
2005291963.tif 000005
【００３８】
となるので、土壌による検出信号を極小化させ、排斥させた状態で、金属物体Ｘを確実に探査することが可能となる。
【００３９】
土壌含有金属成分による検出信号の排斥手法２
土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法として、送受信アンテナコイル６に強電力及び弱電力を印加するという複合送信を行って、土壌による検出信号か金属物体Ｘによる検出信号かを判別し、土壌による検出信号を排斥する手法が考えられる。
【００４０】
送受信アンテナコイル６に強電力を印加した場合及び弱電力を印加した場合について、所定時間経過後において、送受信アンテナコイル６に捕捉された検出信号を観測し、所定時間範囲内における電力印加前後の変化量を確認する。
【００４１】
図３は、送受信アンテナコイル６を土壌に近接させた場合において、（Ａ）は強電力を印加した時、（Ｂ）は弱電力を印加した時の送受信アンテナコイル６によって捕捉された検出信号波形を表示したものである。
図４は、送受信アンテナコイル６を金属物体Ｘに近接させた場合において、（Ａ）は強電力を印加した時、（Ｂ）は弱電力を印加した時の送受信アンテナコイル６によって捕捉された検出信号波形を表示したものである。
尚、図３及び図４何れにおいても、縦軸には電圧（Ｖ）、横軸には時間（μｓｅｃ）をとってある。
【００４２】
送受信アンテナコイル６を土壌に近接させた場合には、強電力を印加した時には、地中の浅い部所から深い部所に至る広い範囲に渡って磁界の影響が及び、土壌中に含有される多量の金属微粒子が影響を受け、それら金属微粒子に渦電流が発生し、二次磁界を発生する。しかし、金属微粒子は小さいために渦電流が発生している時間は短い。
一方、弱電力を印加した時には、地中の浅い部所の狭い範囲にしか磁界の影響が及ばないから、金属微粒子による渦電流の発生も少なく、所定時間経過後には二次磁界は殆ど消滅する。
【００４３】
送受信アンテナコイル６を金属物体Ｘに近接させた場合には、土壌中に含有される金属微粒子は粒径０．０５〜２ｍｍ程度であるのに対し、探査対象である金属物体Ｘは小さいものでも直径１０ｍｍ程度であって、遙かに大きい。このため、印加電力の強弱に関わらず、所定時間経過後においても、金属物体Ｘに発生する渦電流による二次磁界の影響が長時間維持される。
【００４４】
以上のことから、送受信アンテナコイル６に強電力及び弱電力を印加するという複合送信を行って、所定時間経過後において、送受信アンテナコイル６に捕捉された検出信号を観測し、所定時間範囲内における電力印加前後の変化量を確認すれば、その変化量が大きい場合には、土壌による検出信号であると判別することができ、その変化量が小さい場合には、金属物体Ｘによる検出信号であると判別することができ、土壌による検出信号を排斥して、金属物体Ｘを確実に探査することが可能となる。
【００４５】
土壌含有金属成分による検出信号の排斥手法３
土壌に含有される金属成分によって発生した二次磁界に基づく検出信号を排斥させる手法として、送受信アンテナコイル６に捕捉された検出信号において、相当時間経過後の検出信号のみを観測することによって、土壌による検出信号を排斥する手法が考えられる。
【００４６】
土壌中に含有される金属微粒子は、粒径０．０５〜２ｍｍ程度であって、極めて微小であるため、図５に示すように、相当時間経過後には、金属微粒子に発生する渦電流による二次磁界の影響は消滅してしまう。
一方、探査対象である金属物体Ｘは、小さいものでも直径１０ｍｍ程度であって、遙かに大きいため、図６に示すように、相当時間経過後においても、金属物体Ｘに発生する渦電流による二次磁界の影響は長時間維持される。
【００４７】
よって、土壌に含有される金属微粒子による検出信号が略完全に消滅した後に、送受信アンテナコイル６に捕捉された検出信号を観測すれば、土壌による検出信号の影響を受けることなく、金属物体Ｘを確実に探査することが可能となる。
【００４８】
［実験例１］
試料として、１）１８３×４６８×３００ｍｍの合成樹脂製箱体、２）前記箱体に土壌７ｋｇを挿入したもの、３）直径３０ｍｍの鉄板、４）直径３０ｍｍの銅板を使用し、送受信アンテナコイル６を試料から５０ｍｍ離反させて、送受信アンテナコイル６による探知試験を行った。
【００４９】
図７は、送受信アンテナコイル６により捕捉した二次磁界の検出信号波形を示すグラフであり、縦軸には電圧（Ｖ）、横軸には時間（μｓ）をとってある。
又、差分平均（０．４μｓ）というのは、０．４μｓのサンプリング間隔で、各試料についての検出信号から試料１）についての検出信号を減算したものである。
【００５０】
図７によれば、試料３）４）の金属物体Ｘによる検出信号と、試料２）の土壌による検出信号とでは、検出信号電圧に相当程度の差が認められるから、上記排斥手法１を適用することによって、土壌による検出信号を極小化させ、排斥させた状態で、金属物体Ｘを確実に探査することが可能であることが理解できる。
【００５１】
又、試料２）の土壌による検出信号は、２５μｓ経過後には略消滅しているから、上記排斥手法３を適用することによって、土壌による検出信号を排斥させて、金属物体Ｘを確実に探査することが可能であることが理解できる。
【００５２】
［実験例２］
試料としては、実験例１における１）１８３×４６８×３００ｍｍの合成樹脂製箱体、２）前記箱体に土壌７ｋｇを挿入したもの、３）直径３０ｍｍの鉄板を使用し、送受信アンテナコイル６を試料から５０ｍｍ離反させて、送受信アンテナコイル６に強弱電力を印加して探知試験を行った。
【００５３】
図８は、送受信アンテナコイル６により捕捉した二次磁界の検出信号波形を示すグラフであり、縦軸には電圧（Ｖ）、横軸には時間（μｓ）をとってある。
【００５４】
図８によれば、試料２）の土壌による検出信号と、３）の金属物体Ｘによる検出信号とを、強電力を印加した場合のＡ領域と、弱電力を印加した場合のＢ領域において比較すると、試料２）では明確に検出信号電圧に差が認められるのに対して、試料３）では検出信号電圧は殆ど変化がなかった。
よって、上記排斥手法２を適用することによって、土壌による検出信号を判別することができ、土壌による検出信号を排斥させて、金属物体Ｘを確実に探査することが可能であることが理解できる。
【００５５】
［実験例３］
試料として、４）土壌、５）直径５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、肉厚３．８ｍｍの鋼管を使用し、従来の探知方法による場合及び上記排斥手法１を適用した場合について、送受信アンテナコイル６が試料を探知できる距離を確認した。
【００５６】
図９は、従来の探知方法による場合及び上記排斥手法１を適用した場合について、送受信アンテナコイル６が試料を探知できた距離を示すグラフである。
【００５７】
図９によれば、４）の土壌については、従来の探知方法による場合には、距離５０ｃｍになっても検出されたが、上記排斥手法１を適用した場合には、距離５ｃｍになって始めて検出された。一方、５）の鋼管については、従来の探知方法による場合には、距離６５ｃｍまで探知することができ、上記排斥手法１を適用した場合には、距離６０ｃｍまで探知することができた。
よって、上記排斥手法１を適用することによって、土壌による検出信号を相殺させて極小化することができ、土壌による検出信号を排斥させて、金属物体Ｘを確実に探査することが可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明を適用した金属探知器の概略構成図である。
【図２】送受信アンテナコイルを探査する地面を構成する土壌に近接させた時に、送受信アンテナコイルによって捕捉された検出信号の波形を表示したグラフである。
【図３】送受信アンテナコイルを土壌に近接させた場合において、（Ａ）は強電力を印加した時、（Ｂ）は弱電力を印加した時の送受信アンテナコイルによって捕捉された検出信号波形を表示したものである。
【図４】送受信アンテナコイルを金属物体に近接させた場合において、（Ａ）は強電力を印加した時、（Ｂ）は弱電力を印加した時の送受信アンテナコイルによって捕捉された検出信号波形を表示したものである。
【図５】土壌中に含有される金属微粒子による検出信号波形を表示したものである。
【図６】探査対象である金属物体による検出信号波形を表示したものである。
【図７】各種試料について、送受信アンテナコイルにより捕捉した二次磁界の検出信号波形を示すグラフである。
【図８】各種試料について、送受信アンテナコイルに強弱電力を印加した場合の二次磁界の検出信号波形を示すグラフである。
【図９】従来の探知方法による場合及び排斥手法１を適用した場合について、送受信アンテナコイルが試料を探知できた距離を示すグラフである。
【図１０】従来の金属探知器の外観構成図である。
【図１１】従来の金属探知器の概略構成図である。
【図１２】（Ａ）は送信アンテナコイルと受信アンテナコイルとから構成される検出部を示す説明図、（Ｂ）は送受信アンテナコイルから構成される検出部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  金属探知器
６  送受信アンテナコイル
Ｘ  金属物体
【図１】
2005291963.tif 000006
【図２】
2005291963.tif 000007
【図３】
2005291963.tif 000008
【図４】
2005291963.tif 000009
【図５】
2005291963.tif 000010
【図６】
2005291963.tif 000011
【図７】
2005291963.tif 000012
【図８】
2005291963.tif 000013
【図９】
2005291963.tif 000014
【図１０】
2005291963.tif 000015
【図１１】
2005291963.tif 000016
【図１２】
2005291963.tif 000017