(57)【要約】 【課題】  鉄又は非鉄金属のいずれに対しても被検査物自体による金属検出感度の低下を抑制した金属検出機を提供すること。【解決手段】  磁界の発生に用いられる駆動コイル５と、被検査物中の金属によって変化した前記磁界を検出する１対の検出コイルと、その検出コイルによる差動成分を出力する差動増幅回路とを有する金属検出器であり、駆動コイル５に駆動電力を供給する電力変換トランス３には入力タップを持つ一次巻線と出力用の二次巻線と同調コンデンサ９に接続する巻線とが設けられ、高周波及び低周波の２周波数に対応するために前記入力タップの切替及び前記同調コンデンサの容量の切替を行う絶縁ゲートドライブ回路４とパワーＭＯＳＦＥＴスイッチ２とが設けられ、２周波数切替を繰り返しながら高周波又は低周波の交流信号を電力変換トランス３に入力し、駆動コイル５に出力する金属検出機である。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界の発生に用いられる駆動コイルと、被検査物中の金属によって変化した前記磁界を検出する１対の検出コイルと、前記検出コイルによる差動成分を出力する差動増幅回路とを有する金属検出器であって、
前記駆動コイルに駆動電力を供給する電力変換トランスには入力タップを持つ一次巻線と出力用の二次巻線と同調コンデンサに接続する巻線とが設けられ、
高周波及び低周波の２周波数に対応するために前記入力タップの切替及び前記同調コンデンサの容量の切替を行う絶縁ゲートドライブ回路とＭＯＳＦＥＴスイッチとが設けられ、
２周波数切替を繰り返しながら高周波又は低周波の交流信号を前記電力変換トランスに入力し、前記駆動コイルに出力することを特徴とする金属検出機。
【請求項２】
前記駆動コイルによって生成された高周波磁界及び低周波磁界に応答した前記検出コイルによる差動成分の信号に対し、
高周波Ｘ成分検波クロック及びこれと位相が９０°異なる高周波Ｙ成分検波クロックの各々と、Ｈレベル及びＬレベルをとる周波数切替クロックとのＡＮＤ演算によって生成された制御信号によって、前記Ｈレベルの持続時間中に位相検波を行う、高周波Ｘ成分位相検波器及び高周波Ｙ成分位相検波器を備えると共に、
低周波Ｘ成分検波クロック及びこれと位相が９０°異なる低周波Ｙ成分検波クロックの各々と、反転した前記周波数切替クロックとのＡＮＤ演算によって生成された制御信号によって前記Ｌレベルの持続時間中に位相検波を行う、低周波Ｘ成分位相検波器及び低周波Ｙ成分位相検波器を備えることで、
前記高周波磁界及び低周波磁界での位相検波信号を分離し、高周波Ｘ成分、高周波Ｙ成分、低周波Ｘ成分、低周波Ｙ成分の４成分をほぼ同時に並行して検出することを特徴とする請求項１記載の金属検出機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物内の金属異物を検出する金属検出機に関し、特に食品等の検査ラインで被検査物を搬送しながら金属異物混入の有無を検査する用途に適した金属検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例の金属検出機を図４に示す。図４（ａ）はその構成を示す模式図、図４（ｂ）はその電気回路図である。図４のように、駆動コイル７を中心に配置し、その両側に検出コイル６，８を配置し、全体でサーチコイル４１を形成している。駆動コイル７は交流磁界を発生させ、２つの検出コイル６，８には交流磁界によって起電力が発生するが、２つの検出コイル６，８は差動結合し、無信号状態では互いに打消し合っている。
【０００３】
金属片を搬送することによりサーチコイル４１内を通過させた場合、鉄系金属であれば誘導磁界によって、非鉄系であれば渦電流磁界によって磁束が変化し、２つの検出コイル６，８の間に磁束の変化が起きる。これによって生じた起電力を差動増幅器４２から出力するように金属検出機は動作する。
【０００４】
また、被検査物としての食品などは金属ではなく、磁気的変化は起こらないと通常考えられるが、水分や原材料に含まれる塩分等によって導電性となり、金属同様検出信号に変化が現われ、金属異物検出の妨げになっている。このため金属検出機は位相検波の方法を用いている。被検査物をＸ，Ｙ軸方向で位相検波した場合、その位相角に対して被検査物の影響を検出することができる。被検査物ごとに、ある固有の極座標（位相角θ）が存在しており、被検査物に固有の極座標に直交した位相角で検波することで、被検査物の影響を低減でき、金属異物を高感度検出することができる（例えば特許文献１）。図５に位相検波での被検査物に固有の方向に直交する方向の鉄感度及び非鉄感度を示す。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１０００４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
被検査物自体の金属異物検出への影響は、駆動コイルの周波数を下げることで低減できることがある。この場合、高周波、低周波で前述のようにＸ，Ｙ軸の位相検波を行い、被検査物自体の影響、及び金属感度を測定し、測定データを比較する必要がある。その測定の結果、金属感度の最適値が高周波又は低周波のどちらかにあればよいが、被検査物によっては、金属感度の被検査物感度（被検査物自体の感度）に対する比率が、鉄感度については高周波で大きく、非鉄感度（非鉄金属感度）については低周波で大きいという様に分かれることがある。
【０００７】
図６に金属感度の被検査物感度に対する比率の例を示す。図６（ａ）は鉄感度と被検査物感度を示し、図６（ｂ）は非鉄感度と被検査物感度を示す。この例では、鉄感度の被検査物感度に対する比率が高周波で大きく、非鉄感度の被検査物感度に対する比率が低周波で大きくなっている。このような場合、固定周波数でしか検出できない場合は、鉄又は非鉄の検出感度のどちらか一方が優先され、他方は犠牲になるという欠点があった。
【０００８】
このような状況にあって、本発明の課題は、鉄又は非鉄金属のいずれに対しても被検査物自体による金属検出感度の低下を抑制した金属検出機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これまで、高周波、低周波のどちらか一方を選択していた検出方法を、同時に２周波検出することで、前述の課題を解決する。
【００１０】
その手段として、駆動コイルの電力変換トランスの入力タップ位置の切替、及び同調コンデンサの容量の切替を、絶縁ゲートドライブとパワーＭＯＳＦＥＴスイッチで構成し、高周波、低周波の２周波切替を高速に行って、駆動コイルに交流電力が印加できるようにする。
【００１１】
また、検出信号は、４個の位相検波器に入力されて処理されるが、それぞれの位相検波器は制御信号の論理Ｈで位相検波できるものとし、このとき、高周波磁界に対応する制御信号は、高周波Ｘ成分又はそれと位相が９０°異なるＹ成分の位相検波クロックと２周波切替クロックとのＡＮＤ演算により生成され、２周波切替クロックの論理Ｈの時間中、検波クロックは動作状態になる。同様に、低周波磁界に対しては、低周波Ｘ成分又はそれと位相が９０°異なるＹ成分の位相検波クロックと２周波切替クロックの反転とのＡＮＤ演算により制御信号が生成され、２周波切替クロックの論理Ｌの時間中、検波クロックは動作状態になる。このようにして高周波、低周波の位相検波信号を分離し、高周波Ｘ，Ｙ成分、低周波Ｘ，Ｙ成分の４成分を同時に検出できるようにする。  
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明による金属検出機は、高周波磁界及び低周波磁界をほぼ同時に２周波検出することで、被検査物自体による金属検出感度の低下を抑制し、金属検出感度を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態での金属検出機の駆動回路図である。また、図３は本発明の一実施の形態での金属検出機各部の電圧波形を示すタイミング図であり、図３（ａ）は周波数切替クロック、図３（ｂ）は駆動コイルの駆動波形、図３（ｃ）は高周波検波クロック、図３（ｄ）は低周波検波クロックを示す。
【００１４】
図１に示すように、高周波、低周波の正弦波信号は周波数選択器に入力され、周波数選択器は２周波切替クロックの論理Ｈ（Ｈレベル）で高周波に、論理Ｌ（Ｌレベル）で低周波に切替わる。２周波切替クロックの論理レベルで切替わった正弦波（図３（ｂ））はパワーアンプ１に入力され、電力変換トランス３を駆動する。
【００１５】
このとき電力変換トランス３の入力タップは２周波切替クロックの論理Ｈで高周波用タップに、論理Ｌで低周波用タップに切替わる。同様に同調コンデンサ容量も２周波切替クロックの論理Ｈで高周波用の同調コンデンサに、論理Ｌで低周波用の同調コンデンサに切替わり、最適な入力タップと同調が得られ、低消費電力で駆動コイル５に交流電力が印加できる。
【００１６】
また、絶縁ゲートドライブ回路４は制御系電源と高耐圧な駆動系電源を分離するために用いてあり、絶縁ゲートドライブ回路４の入力論理Ｈで、パワーＭＯＳＦＥＴスイッチ２がＯＮする。従って、２周波切替クロックの論理Ｈで電力変換トランス３の高周波用の入力タップがＯＮし、低周波用の同調コンデンサ両端のスイッチがＯＮ（ショート）状態になり、高周波用の同調コンデンサ両端のスイッチはＯＦＦ（オープン）状態となる。
【００１７】
なお同調コンデンサのスイッチ設定は、通常コンデンサを並列接続し、コンデンサの片側にパワーＭＯＳＦＥＴスイッチを用いることが一般に考えられるが、パワーＭＯＳＦＥＴのＯＦＦ時の容量は数千ｐＦと大きく、スイッチがＯＦＦでも同調コンデンサと直列接続の関係になり、コンデンサ容量を無視することができない。従って、スイッチがＯＦＦ状態であるにも関わらず、ＯＦＦ側に接続の同調コンデンサの容量を変更すると、ＯＮ側の同調がずれてしまうことになる。つまり一方の同調コンデンサ容量を調整し、もう一方を調整すると、先に調整したコンデンサの値では、同調がずれてしまっている。このように容量調整が複雑になるため、図１のように直列にコンデンサを接続している。なお、高周波とは数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度とし、低周波とは数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度とする。
【００１８】
図２は本発明の一実施の形態での検出回路図である。２１は高周波Ｘ成分位相検波器、２２は高周波Ｙ成分位相検波器、２３は低周波Ｘ成分位相検波器、２４は低周波Ｙ成分位相検波器、２５、２６、２７及び２８はＡＮＤ回路である。
【００１９】
本実施の形態での高周波磁界及び低周波磁界を発生させる駆動コイル及び２つの検出コイルは、従来例として説明した図４（ａ）の構成と同様である。差動結合した２つの検出コイルによる検出信号は、図２のように、４個の位相検波器（高周波Ｘ成分位相検波器２１、 高周波Ｙ成分位相検波器２２、低周波Ｘ成分位相検波器２３、低周波Ｙ成分位相検波器２４）に入力される。このとき、位相検波器はそれぞれの制御信号の論理Ｈ（Ｈレベル）で位相検波できる回路とする。この制御信号は、高周波Ｘ成分又はそれに直交するＹ成分の位相検波クロックと２周波切替クロック（周波数切替クロック）とをＡＮＤ回路に入力することで得られる。この制御信号は、図３（ｃ）に高周波検波クロックとして示したように、２周波切替クロック（周波数切替クロック）の論理Ｈの時間中に、動作状態になる。
【００２０】
同様に、低周波Ｘ成分又はＹ成分の位相検波クロックと２周波切替クロックの反転とをＡＮＤ回路に入力し得られた制御信号は、図３（ｄ）に低周波検波クロックとして示したように、２周波切替クロック（周波数切替クロック）の論理Ｌ（Ｌレベル）の時間中に、動作状態になる。
【００２１】
図２に基づき、細部の説明を行う。（１）高周波Ｘ成分検波クロックと、Ｈレベル及びＬレベルをとる周波数切替クロックとはＡＮＤ回路２５によってＡＮＤ演算を施され高周波Ｘ成分位相検波器２１の制御信号となる。（２）高周波Ｙ成分検波クロック（Ｘ成分と位相が９０°異なる）と、前記の周波数切替クロックとはＡＮＤ回路２６によってＡＮＤ演算を施され高周波Ｙ成分位相検波器２２の制御信号となる。また、（３）低周波Ｘ成分検波クロックと、前記の周波数切替クロックの反転信号とは、ＡＮＤ回路２７によってＡＮＤ演算を施され低周波Ｘ成分位相検波器２３の制御信号となる。（４）低周波Ｙ成分検波クロック（Ｘ成分と位相が９０°異なる）と、前記の周波数切替クロックの反転信号とはＡＮＤ回路２８によってＡＮＤ演算を施され低周波Ｙ成分位相検波器２４の制御信号となる。このように、Ｈレベル及びＬレベルをとる周波数切替クロック（２周波切替クロック）のＨレベルで高周波Ｘ成分位相検波器及び高周波Ｙ成分位相検波器が動作し、２周波切替クロックのＬレベルで低周波Ｘ成分位相検波器及び低周波Ｙ成分位相検波器が動作する。
【００２２】
このようにして高周波、低周波の位相検波信号を分離し、２周波でのＸ，Ｙ位相検波を行うことができる。得られた４個の検波出力は、それぞれ、積分器、実効値回路を通り、直流出力にすることができる。
【００２３】
以上から高周波Ｘ，Ｙ出力、低周波Ｘ，Ｙ出力を同時に並行して取り出すこが可能になり、同時２周波検出が行えるようになる。                                
【００２４】
なお、２周波切替による検波は、検出信号に切替ノイズを発生させるため、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）でノイズをカットする必要があるが、そのノイズ帯域はＬＰＦで十分減衰できる２周波切替クロック周波数に設定すれば、全く問題なく検出が可能になる。従って２周波切替クロックの周波数は数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度とする。
【００２５】
以上のように、高周波磁界及び低周波磁界に応答する検出コイルによる差動信号を並行して２周波検出することで、被検査物自体による金属検出感度の低下を抑制し、金属検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態での金属検出機の駆動回路図。
【図２】本発明の一実施の形態での検出回路図。
【図３】本発明の一実施の形態での金属検出機の各部での電圧波形を示すタイミング図であり、図３（ａ）は周波数切替クロック、図３（ｂ）は駆動コイルの駆動波形、図３（ｃ）は高周波検波クロック、図３（ｄ）は低周波検波クロックを示す。
【図４】従来例の金属検出機を示し、図４（ａ）はその構成を示す模式図、図４（ｂ）はその電気回路図。
【図５】被検査物に固有の方向に直交する方向での位相検波の鉄感度及び非鉄感度を示す図。
【図６】金属感度の被検査物感度に対する比率の例を示し、図６（ａ）は鉄感度と被検査物感度を示す図、図６（ｂ）は非鉄感度と被検査物感度を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１    パワーアンプ
２    パワーＭＯＳＦＥＴスイッチ
３    電力変換トランス
４    絶縁ゲートドライブ回路
５，７    駆動コイル
６，８    検出コイル
９    同調コンデンサ
２１    高周波Ｘ成分位相検波器
２２    高周波Ｙ成分位相検波器
２３    低周波Ｘ成分位相検波器
２４    低周波Ｙ成分位相検波器
２５，２６，２７，２８    ＡＮＤ回路
４１    サーチコイル
４２    差動増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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