(57)【要約】【課題】高精度の測定を簡易な構造及び方法にて行うことができ、コンクリートの内部に埋設された鉄筋や金属配管の位置や大きさについても検知することができる、金属探知装置を提供すること。【解決手段】測定点Ｐの磁場を測定する測定子１１と、測定点Ｐに対して第１の磁場を発生させる内側コイル１２と、この内側コイル１２とは別体に構成されたものであって、測定点Ｐに対して第１の磁場とは反対方向の第２の磁場を発生させることにより、測定点Ｐにおける第１の磁場と第２の磁場との合成磁場を略ゼロとする外側コイル１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定点の磁場を測定する磁場測定手段と、
前記測定点に対して第１の磁場を発生させる第１のコイルと、
前記第１のコイルとは別体に構成されたものであって、前記測定点に対して前記第１の磁場とは反対方向の第２の磁場を発生させることにより、前記測定点における前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場を略ゼロとする第２のコイルと、
を備えることを特徴とする金属探知装置。
【請求項２】
前記第２のコイルを、前記第１のコイルと同心状となる位置であって、当該第１のコイルを外側から囲繞する位置に配置したこと、
を特徴とする請求項１に記載の金属探知装置。
【請求項３】
前記第１のコイルにおける軸方向に沿った一端面と、前記第２のコイルにおける軸方向に沿った一端面とを、同一平面内に配置したこと、
を特徴とする請求項２に記載の金属探知装置。
【請求項４】
前記磁場測定手段は、前記第１のコイルにて外側から囲繞される位置に配置されたピックアップコイルを備え、
前記ピックアップコイルを、前記第１のコイルの軸及び前記第２のコイルの軸に対してそれぞれ平行な軸を有する一対のコイルであって、相互に差動接続された一対のコイルから構成したこと、
を特徴とする請求項２又は３に記載の金属探知装置。
【請求項５】
前記第１のコイルとして、相互に直径が異なると共に、相互に同心状に配置された複数の第１のコイルを設け、
前記複数の第１のコイルを相互に切替える切替手段を設けたこと、
を特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の金属探知装置。
【請求項６】
前記第２のコイルとして、相互に直径が異なると共に、相互に同心状に配置された複数の第２のコイルを設け、
前記複数の第２のコイルを相互に切替える切替手段を設けたこと、
を特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の金属探知装置。
【請求項７】
前記第１のコイルの巻数と前記第２のコイルの巻数との比を、前記第１のコイルの直径と前記第２のコイルの直径との比に対して等しくし、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとを相互に差動接続したこと、
を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の金属探知装置。
【請求項８】
前記第１の磁場と同じ方向の磁場を前記測定点に対して発生させ、あるいは、前記第２の磁場と同じ方向の磁場を前記測定点に対して発生させるものであって、前記測定点における前記合成磁場の強さを調整するための補正コイルを設けたこと、
を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の金属探知装置。
【請求項９】
前記第１のコイルと前記第２のコイルとを備えるコイルユニットを、前記測定点が同一直線上に並ぶように、同一直線上に複数並設したこと、
を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の金属探知装置。
【請求項１０】
前記第１のコイルと前記第２のコイルとを備えるコイルユニットを、前記測定点が同一直線上に並ぶように、同一直線上に複数並設することにってコイルユニット群を形成し、
複数の前記コイルユニット群を、当該複数のコイルユニット群の各々のコイルユニットの測定点が同一直線上に並ぶように、並設したこと、
を特徴とする請求項９に記載の金属探知装置。
【請求項１１】
前記複数のコイルユニットの少なくとも一部による前記合成磁場のピークの深さを、当該一部以外の前記コイルユニットの前記合成磁場のピークの深さに対して、異なる深さとしたこと、
を特徴とする請求項９又は１０に記載の金属探知装置。
【請求項１２】
測定対象に含まれる金属を探知する金属探知方法であって、
測定点の磁場を測定する磁場測定手段と、前記測定点に対して第１の磁場を発生させる第１のコイルと、前記第１のコイルとは別体に構成されたものであって、前記測定点に対して前記第１の磁場とは反対方向の第２の磁場を発生させることにより、前記測定点における前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場を略ゼロとする第２のコイルと、を備えて構成された金属探知装置を用いた金属探知方法において、
前記金属探知装置又は前記測定対象のいずれか一方を、いずれか他方に対して相対的に移動させ、
前記移動中の各移動位置において、前記磁場測定手段にて測定された前記合成磁場の強度の変化に基づいて、前記測定対象に含まれる金属を探知すること、
を特徴とする金属探知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属を探知するための金属探知装置及び金属探知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な目的で金属探知が行われている。例えば、建屋の壁面や床面を構成するコンクリートの内部に埋設された鉄筋や金属配管の探知、空港やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）室の如き特殊領域に対する金属の出入りを監視するための探知、あるいは、食品への金属の混入を監視するための探知がある。このような金属探知を行うための一つの原理として、電磁誘導方式が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には電磁誘導方式の金属片選別装置が開示されている。この装置は、一対のセンサを備えて構成されている。これらセンサの各々には、駆動コイルと検出コイルとが相互に同心円状に配置されている。各センサの駆動コイルには、当該駆動コイルを励磁駆動するための交流信号源が接続されており、各センサの検出コイルには、当該検出コイルの検出信号の差分信号を出力する差動増幅器が接続されている。このような構造において、一方のセンサの検出コイル内に試料金属片をセットすると共に、他方のセンサの検出コイル内に標準となる試料金属片をセットした上で、交流信号源にて駆動コイルを励磁駆動すると、この駆動コイルにて発生された磁束によって各試料金属片に渦電流が生ずる。各試料金属片の渦電流は、試料金属片の組成や外形寸法の相違に応じて相互に異なるものとなるので、この渦電流の差分を差動増幅器にて増幅して解析することで、各試料金属片の組成の異同等を判定することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−４３３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の金属片選別装置は、一対のセンサの各々にて発生される渦電流の差分を演算することで金属片の選別を行っているので、測定精度を高めるためには、各センサの相互間における製造誤差や、各センサに対する試料金属片の配置位置のずれや、標準となる試料金属片の製造誤差等を除去する必要があり、この除去処理を行うために、機械的な調整や、参照信号を予め取得する等の電気処理上の手間を要していた。また、この金属片選別装置では、標準となる試料金属片に対する相対的な組成の異同のみが検知でき、コンクリートの内部に埋設された鉄筋や金属配管の位置や大きさを検知することができなかった。
【０００６】
この発明は、このような従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、高精度の測定を簡易な構造及び方法にて行うことができ、コンクリートの内部に埋設された鉄筋や金属配管の位置や大きさについても検知することができる、金属探知装置及び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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る本発明は、測定点の磁場を測定する磁場測定手段と、前記測定点に対して第１の磁場を発生させる第１のコイルと、前記第１のコイルとは別体に構成されたものであって、前記測定点に対して前記第１の磁場とは反対方向の第２の磁場を発生させることにより、前記測定点における前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場を略ゼロとする第２のコイルとを備える。
【０００８】
請求項２に係る本発明は、請求項１に係る本発明において、前記第２のコイルを、前記第１のコイルと同心状となる位置であって、当該第１のコイルを外側から囲繞する位置に配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る本発明は、請求項２に係る本発明において、前記第１のコイルにおける軸方向に沿った一端面と、前記第２のコイルにおける軸方向に沿った一端面とを、同一平面内に配置したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る本発明は、請求項２又は３に係る本発明において、前記磁場測定手段は、前記第１のコイルにて外側から囲繞される位置に配置されたピックアップコイルを備え、前記ピックアップコイルを、前記第１のコイルの軸及び前記第２のコイルの軸に対してそれぞれ平行な軸を有する一対のコイルであって、相互に差動接続された一対のコイルから構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る本発明は、請求項２から４のいずれか一項に係る本発明において、前記第１のコイルとして、相互に直径が異なると共に、相互に同心状に配置された複数の第１のコイルを設け、前記複数の第１のコイルを相互に切替える切替手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る本発明は、請求項２から４のいずれか一項に係る本発明において、前記第２のコイルとして、相互に直径が異なると共に、相互に同心状に配置された複数の第２のコイルを設け、前記複数の第２のコイルを相互に切替える切替手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る本発明は、請求項１から６のいずれか一項に係る本発明において、前記第１のコイルの巻数と前記第２のコイルの巻数との比を、前記第１のコイルの直径と前記第２のコイルの直径との比に対して等しくし、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを相互に差動接続したことを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る本発明は、請求項１から７のいずれか一項に係る本発明において、前記第１の磁場と逆方向の磁場を前記測定点に対して発生させ、あるいは、前記第２の磁場と逆方向の磁場を前記測定点に対して発生させるものであって、前記測定点における前記合成磁場の強さを調整するための補正コイルを設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る本発明は、請求項１から８のいずれか一項に係る本発明において、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを備えるコイルユニットを、前記測定点が同一直線上に並ぶように、同一直線上に複数並設したことを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に係る本発明は、請求項９に係る本発明において、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを備えるコイルユニットを、前記測定点が同一直線上に並ぶように、同一直線上に複数並設することにってコイルユニット群を形成し、複数の前記コイルユニット群を、当該複数のコイルユニット群の各々のコイルユニットの測定点が同一直線上に並ぶように、並設したことを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に係る本発明は、請求項９又は１０に係る本発明において、前記複数のコイルユニットの少なくとも一部による前記合成磁場のピークの深さを、当該一部以外の前記コイルユニットの前記合成磁場のピークの深さに対して、異なる深さとしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に係る本発明は、測定対象に含まれる金属を探知する金属探知方法であって、測定点の磁場を測定する磁場測定手段と、前記測定点に対して第１の磁場を発生させる第１のコイルと、前記第１のコイルとは別体に構成されたものであって、前記測定点に対して前記第１の磁場とは反対方向の第２の磁場を発生させることにより、前記測定点における前記第１の磁場と前記第２の磁場との合成磁場を略ゼロとする第２のコイルと、を備えて構成された金属探知装置を用いた金属探知方法において、前記金属探知装置又は前記測定対象のいずれか一方を、いずれか他方に対して相対的に移動させ、前記移動中の各移動位置において、前記磁場測定手段にて測定された前記合成磁場の強度の変化に基づいて、前記測定対象に含まれる金属を探知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る本発明によれば、測定対象における金属の有無、測定対象における金属の位置、金属の大きさ、及び金属が導電体であるか磁性体であるかの判別を行うことができるので、各種の金属探知に有用である。特に、測定点の合成磁場を略ゼロとしているので、出力変化が微小であっても容易に判定でき、微小な磁場変化を捉えることができて、高いＳ／Ｎ比の探知が可能になる。また、金属の有無や種類を判別するためには、第１コイルと第２コイルのペアを一組のみ設ければよく、従来のように複数のコイルから構成されるセンサを複数設けたり、標準となる試料金属片を準備する必要もないことから、金属探知装置を簡易かつ安価に製造できる。
【００２０】
請求項２に係る本発明によれば、第２のコイルを第１のコイルと同心状に配置したので、これらを並設する場合に比べて、第１コイルと第２コイルのペアから構成される測定ユニットを入れ子状に多重化して小型化することが容易になる。さらに、第１のコイル及び第２のコイルをそれぞれ円筒状に形成して相互に同心円状に配置すれば、これらコイルから外部に至る合成磁場が等方性を有することになり、これらコイルに対するいずれの位置に測定対象を配置した場合においても同一の磁場変化を生じさせることができるので、測定精度を一層向上させることができる。
【００２１】
請求項３に係る本発明によれば、第１のコイルの一端面と第２のコイルの一端面とを揃えることで、合成磁場が略ゼロの測定点を測定対象に対して最も近づけることができるので、金属探知のＳ／Ｎ比を一層向上させることができる。
【００２２】
請求項４に係る本発明によれば、差動接続された一対のコイルから構成したピックアップコイルを用いて磁場測定を行うことで、各コイル自体の磁場を相互に打ち消すことができ、測定点の合成磁場を略ゼロとすることが一層容易になるので、金属探知のＳ／Ｎ比を一層向上させることができる。
【００２３】
請求項５に係る本発明によれば、複数の第１のコイルを相互に切替えることで、合成磁場のピークの深さを調整でき、測定対象の表面から金属までの深さを特定できる。特に、複数の第１コイルと第２コイルのペアを一組のみ準備するだけで合成磁場のピークの深さを調整できるので、複数の測定ユニットを準備する場合に比べて、装置コストを低減できると共に、探知作業を簡易かつ迅速に行うことが可能になる。
【００２４】
請求項６に係る本発明によれば、複数の第２のコイルを相互に切替えることで、合成磁場のピークの深さを調整でき、測定対象の表面から金属までの深さを特定できる。特に、第１コイルと複数の第２コイルのペアを一組のみ準備するだけで合成磁場のピークの深さを調整できるので、複数の測定ユニットを準備する場合に比べて、装置コストを低減できると共に、探知作業を簡易かつ迅速に行うことが可能になる。また、内側に配置される第１のコイルを複数設ける場合に比べて、外側に配置される第２のコイルを複数設ける場合には、第２のコイルの追加や変更を一層容易に行なうことができる。
【００２５】
請求項７に係る本発明によれば、第１の磁場と第２の磁場とを、相互に逆向きで同一強度の強さの磁場とすることができ、簡易な構成で、合成磁場を略ゼロにすることができる。
【００２６】
請求項８に係る本発明によれば、補正コイルを設けることで合成磁場の強さを微調整することができるので、高いＳ／Ｎ比の探知が可能になる。特に、第１のコイルや第２のコイルの巻数を厳密に調整する必要がなくなるので、測定ユニットの製造を簡易かつ安価に行うことができる。
【００２７】
請求項９に係る本発明によれば、複数のコイルユニットを直線状に配置することで、コイルユニットを単体で配置する場合に比べて、直線状の測定領域における測定を一括して行うことができ、直線状の測定領域の測定を一層迅速に行うことができる。
【００２８】
請求項１０に係る本発明によれば、コイルユニット群を複数並設することで、コイルユニット群を単体で配置する場合に比べて、面状の測定領域における測定を一括して行うことができ、面状の測定領域の測定を一層迅速に行うことができる。
【００２９】
請求項１１に係る本発明によれば、複数のコイルユニットの少なくとも一部による合成磁場のピークの深さを変えることで、直線状又は面状の測定領域における測定において、測定対象における深さ方向いずれの位置に金属が混入しているのかが事前には判らない場合であっても、当該金属を迅速に探知することが可能になる。
【００３０】
請求項１２に係る本発明によれば、金属探知装置又は測定対象のいずれか一方を、いずれか他方に対して相対的に移動させ、各移動位置での合成磁場の強度変化に基づいて金属を探知することにより、測定対象が広範な場合であっても、金属を迅速に探知することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照して、各発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の各々の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３２】
〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る金属探知装置及び金属探知方法は、測定対象に含まれる金属を探知するものである。この装置及び方法では、１）金属の有無、２）金属の位置、３）金属の大きさ、及び４）金属が導電体であるか磁性体であるかの判別を行うことができる。探知対象になる金属や探知の状況は任意であり、例えば、コンクリートの内部に埋設された配管の探知、特殊領域に対する金属の出入りを監視するための探知、あるいは、食品への金属の混入を監視するための探知に適用可能である。以下の例では、コンクリートの内部に埋設された鉄筋の探知を行う場合について説明する。
【００３３】
各実施の形態に共通の特徴の一つは、測定点の磁場を測定する磁場測定手段と、この測定点に対して第１の磁場を発生させる第１のコイルと、この測定点に対して第１の磁場とは反対方向の第２の磁場を発生させることにより、測定点における第１の磁場と第２の磁場との合成磁場を略ゼロとする第２のコイルとを用いることにある。すなわち、少なくとも２つのコイルを用い、各コイルの機械的又は電気的な構成を工夫することで、各コイルにて発生される磁場が、所定の測定点においては自動的に相互に打ち消し合うようにする。このように合成磁場を略ゼロとすることで、各コイルにて発生される磁場の異同を信号処理によってゼロにする必要がなくなると共に、ゼロ点を基準とする磁場の変動に基づいて金属探知を行うことで磁場の微小変動を容易に把握できて測定精度を向上させることができる。
【００３４】
なお、合成磁場を「略ゼロ」とするとは、合成磁場を完全にゼロにする場合の他、合成磁場を完全にゼロにはできないが測定精度上の支障にならない程度の合成磁場が残る場合を含む意味である。また、合成磁場を「略ゼロ」とする構成は、第１のコイル及び第２のコイルのみによって達成されなくてもよく、後述する補正コイルによる磁場調整にて達成してもよい。
【００３５】
〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、各実施の形態に係る金属探知装置及び金属探知方法の具体的内容について説明する。
【００３６】
〔実施の形態１〕
まず、実施の形態１について説明する。この実施の形態１は、一対のコイルを二重同心円筒状に配置した基本的な形態である。
【００３７】
（金属探知装置の構成）
図１は実施の形態１に係る金属探知装置を測定対象と共に示す模式図である。実施の形態１における測定対象１は、鉄筋１ａが埋設されたコンクリート１ｂである。金属探知装置２は、測定ユニット１０、発振器２０、アンプ３０、及びロックインアンプ４０を備えて構成されている（図１と後述する図１２及び図１４においては、測定対象１及び測定ユニット１０を縦断面図として示し、それ以外の構成要素を斜視図として示す。なお、縦断面とはコイルの中心軸方向に沿った切断面による断面を意味する。また、各図に示す各コイルの縦断面では、各コイルを構成する銅線を簡略化して示す）。
【００３８】
測定ユニット１０は、測定対象１に近接配置されるもので、特許請求の範囲におけるコイルユニットに対応する。この測定ユニット１０は、測定子１１、内側コイル１２、及び外側コイル１３を備えて構成されている。
【００３９】
測定子１１は、測定点Ｐの磁場を測定するものであり、特許請求の範囲における磁場測定手段に対応する。この測定子１１は、円筒状の測定子本体１１ａの先端近傍位置にピックアップコイル１１ｂを巻き付けて構成されており、このピックアップコイル１１ｂを通過する磁束の変化によって当該ピックアップコイル１１ｂに起電力が発生し、当該磁束の変化に応じた電流が当該ピックアップコイル１１ｂから出力される。すなわち、このピックアップコイル１１ｂの中心軸上の中央位置が本実施の形態における測定点Ｐとなる。
【００４０】
内側コイル１２は、測定点Ｐに対して第１の磁場を発生させるもので、特許請求の範囲における第１のコイルに対応する。この内側コイル１２は、銅線を円筒状に巻き付けることで形成されており、この内側コイル１２にアンプ３０から出力された電流を流すことで、内側コイル１２の内部には、当該内側コイル１２の軸方向に沿った第１の磁場が形成される。ここでは、内側コイル１２の軸方向が鉛直方向に沿うように、当該内側コイル１２を配置するものとし、第１の磁場を鉛直上向きの磁場とする。
【００４１】
外側コイル１３は、測定点Ｐに対して第２の磁場を発生させるもので、特許請求の範囲における第２のコイルに対応する。この外側コイル１３は、銅線を円筒状に巻き付けることで形成されており、この外側コイル１３にアンプ３０から出力された電流を流すことで、外側コイル１３の内部には、当該外側コイル１３の軸方向に沿った第２の磁場が形成される。この第２の磁場は、第１の磁場とは反対方向になるように形成される（この点の詳細は後述する）。ここでは、外側コイル１３の軸方向が鉛直方向に沿うように、当該外側コイル１３を配置するものとするとし、第２の磁場を鉛直下向きの磁場とする。
【００４２】
これら測定子１１、内側コイル１２、及び外側コイル１３の相互関係について説明する。図２は図１の測定ユニット１０における各コイルの平面図である。測定子１１のピックアップコイル１１ｂは、内側コイル１２の内部であって、内側コイル１２と同心状となる位置に配置されている。また、外側コイル１３は、内側コイル１２と同心状となる位置であって、当該内側コイル１２を外側から囲繞する位置に配置されている。ここで、内側コイル１２と外側コイル１３とは相互に差動接続されている。従って、内側コイル１２の端部と外側コイル１３の端部とにアンプ３０から出力された電流を流すことで、内側コイル１２による第１の磁場と外側コイル１３による第２の磁場とは相互に逆方向となる。
【００４３】
また、内側コイル１２の直径及び銅線の巻数と外側コイル１３の直径及び銅線の巻数とは、第１の磁場の強さと第２の磁場の強さとが相互に同一になるように決定されている。具体的には、内側コイル１２の直径と外側コイル１３の直径との比が、内側コイル１２の銅線の巻数と外側コイル１３の銅線の巻数との比に等しくなるように、これら内側コイル１２及び外側コイル１３が形成されている。例えば、内側コイル１２の直径を２００ｍｍ、外側コイル１３の直径を４００ｍｍ、内側コイル１２の銅線の巻数を１５５、外側コイル１３の銅線の巻数を３１０としている。
【００４４】
このように、第１の磁場と第２の磁場とを相互に逆方向としたこと、及び、第１の磁場の強さと第２の磁場の強さとを相互に同一としたことから、これら第１の磁場と第２の磁場との測定点Ｐにおける合成磁場は略ゼロになる。図３は、磁束密度の変化を示す図であり、横軸は測定点Ｐからの距離、縦軸は磁束密度を示す。ここで「距離」とは、測定点Ｐを始点として内側コイル１２及び外側コイル１３の軸方向に沿った距離を意味する（以下特記なき限り同じ）。この図３に示すように、測定点Ｐにおいては（測定点Ｐからの距離＝０の点においては）、合成磁場（外側コイル１３の磁場−内側コイル１２の磁場）がゼロになることが判る。なお、理論上、内側コイル１２と外側コイル１３とを相互に完全に同一位置に配置した場合には、第１の磁場と第２の磁場とが、測定点Ｐ以外の位置においては相互に完全に打ち消し合い、金属の有無に応じた磁場変化が生じなくなるために好ましくない。従って、ここでは、内側コイル１２と外側コイル１３とを相互に完全に同一位置に配置した場合は除外しており、換言すれば、内側コイル１２と外側コイル１３とを相互に別体に構成することを条件としている。
【００４５】
これら測定子１１、内側コイル１２、及び外側コイル１３は、相互に一体に保持できる構造とすることが、測定の作業性を高めるためには好ましい。例えば、測定子１１、内側コイル１２、及び外側コイル１３を、図示しない非金属円筒ケースの内部に配置して一体化することで、測定ユニット１０を構成することが好ましい。
【００４６】
図１において、発振器２０は、所定周波数（例えば１ＫＨｚから数ＭＨｚ）の電流を出力する基準電流源である。アンプ３０は、発振器２０から出力された電流を増幅して、内側コイル１２の端部と外側コイル１３の端部とに出力する。ロックインアンプ４０には、測定子１１のピックアップコイル１１ｂから出力される電流が測定信号として入力されると共に、発振器２０から出力された電流が参照信号として入力される。従って、ロックインアンプ４０からは、測定子１１のピックアップコイル１１ｂから出力される電流のうち、発振器２０から出力された電流と等しい周波数成分の電圧値が出力される。なお、アンプ３０と内側コイル１２又は外側コイル１３とを相互に接続する電線５０、ピックアップコイル１１ｂとロックインアンプ４０とを相互に接続する電線５０、及び、内側コイル１２と外側コイル１３とを相互に接続する電線５０としては、当該電線５０自身によって発生する磁場の影響を極力低減するため、ツイスト導線を用いることが好ましい。
【００４７】
（金属探知方法）
次に、このように構成された金属探知装置２を用いて行われる金属探知方法について説明する。この方法では、最初にゼロ調整を行う。具体的には、金属探知装置２の周囲に金属がない状態で、発振器２０を起動して電流を流し、ロックインアンプ４０の出力（電圧値）がゼロになるように、内側コイル１２及び外側コイル１３に対する測定子１１の位置を調整する。ただし、金属探知装置２の製造工程等において、当該位置が予め調整されている場合には、ゼロ調整を省略してもよい。
【００４８】
次に、測定ユニット１０を測定対象１の近接に移動させる。この移動時には、第１の磁場のうち内側コイル１２の外部に形成された第１の磁場、又は、第２の磁場のうち外側コイル１３の外部に形成された第２の磁場が、測定対象１の金属に印加され、金属が磁性体である場合には印加磁界とほぼ同位相で磁化される。一方、金属が導電体の場合には、電磁誘導によって誘導電圧が発生し、誘導電流が流れる。このとき、金属の誘導性（インダクタンス）によって誘導電圧に比べさらに９０度位相が遅れる。この磁場の変化により、第１の磁場又は第２の磁場が影響を受け、測定点Ｐにおける合成磁場が均衡を崩してゼロ以外の値を持つ。この合成磁場の強度及び参照信号に対する位相角を、ロックインアンプ４０にて測定することで、測定対象１における金属の有無、測定対象１における金属の位置、金属の大きさ、及び金属が導電体であるか磁性体であるかの判別を行うことができる。このような判別ができる理由について以下説明する。
【００４９】
（金属探知方法−金属の有無の特定）
測定対象１における金属の有無は、ロックインアンプ４０の出力がゼロ以外になったか否かに基づいて判定することができる。すなわち、上述のように、金属探知装置２の周囲に金属がない状態では、ロックインアンプ４０の出力がゼロとなるように調整されているため、ロックインアンプ４０の出力がゼロ以外となった場合には、測定対象１に金属が含まれていることが判る。
【００５０】
（金属探知方法−金属の位置の特定）
測定対象１における金属の位置は、測定対象１の表面から金属までの深さ（図１における上下方向の距離）と、当該深さ方向に対して直交する面内での位置（図１の紙面に直交する面内の距離）とを特定することで、３次元的に特定することが可能になる。
【００５１】
深さ方向に対して直交する面内での位置は、測定対象１に対する測定ユニット１０の位置に基づいて特定できる。すなわち、当該面内において測定ユニット１０を水平移動させつつロックインアンプ４０の出力を監視し、当該出力が最大になった位置が金属の位置である。
【００５２】
また、測定対象１の表面から金属までの深さは、合成磁場のピークの深さを変えることで特定できる。図４は、外側コイル１３の直径と、測定対象１の表面から合成磁場のピークまでの深さとの関係を示す図であり、横軸は外側コイル１３の直径、縦軸は合成磁場のピークの深さを示す。この図４に示すように、外側コイル１３の直径を大きくする程、合成磁場のピークを深くすることができる。従って、図１の構成において、内側コイル１２の直径と外側コイル１３の直径との比を維持しつつ、これら内側コイル１２の直径及び外側コイル１３の直径を大きくすることで、合成磁場のピークの深さを調整可能である。
【００５３】
図５から図８は、コイルの直径と、合成磁場のピークの深さとの関係を示す図であり、それぞれ、（ａ）は内側コイル１２及び外側コイル１３の縦断面、（ｂ）は（ａ）の場合の磁束密度の変化を示す図であって、横軸は測定点Ｐからの距離、縦軸は磁束密度を示す。図５（ａ）から図８（ａ）では、いずれも内側コイル１２の直径と外側コイル１３の直径との比を１：２としているが、内側コイル１２の直径及び外側コイル１３の直径をそれぞれ図示のように変えている。図５（ｂ）から図８（ｂ）から明らかなように、合成磁場のピークは、図５（ａ）から図８（ａ）に至るにつれて深くなっている。従って、このように内側コイル１２の直径及び外側コイル１３の直径を変えた複数の測定ユニット１０を準備しておき、例えば合成磁場のピークが浅い測定ユニット１０にて最初の測定を行い、合成磁場のピークが徐々に深くなる測定ユニット１０に順次切替えて測定を行い、金属が探知された時の測定ユニット１０が持つ合成磁場のピークの深さが、測定対象１の表面から金属までの深さであると判定できる。
【００５４】
（金属探知方法−金属の大きさの判別）
次に、金属の大きさの判別は、ロックインアンプ４０の最大出力値に基づいて行うことができる。図９は、ロックインアンプ４０の出力変化を示す図である。ここでは、ピックアップコイル１１ｂについて、直径約４０ｍｍ、巻数７００、内側コイル１２について、直径６０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、巻数１２０、外側コイル１３について、直径１１５、長さ２３０、巻数２３０とし、種類及び大きさが異なる金属を測定ユニット１０に対する複数位置に配置した場合のロックインアンプ４０の電圧値及び位相角を示している（実際には、この測定結果は巻数２で抵抗約７０ｍｍの補正コイル１４を設けた場合の結果であるが、この補正コイル１４については実施の形態２で説明する）。この図９から判るように、ロックインアンプ４０の電圧値は、測定ユニット１０に対して距離ゼロの位置に金属を配置した場合に最大となり、少なくともこの最大値は、鉄筋を直径１０ｍｍ、直径１５ｍｍ、直径２０ｍｍと太くするに伴って、大きくなっている。従って、これら最大値を予め取得しておき、測定で得られた最大値を既知の値と比較することで、金属の大きさを判別することができる。
【００５５】
（金属探知方法−金属が導電体であるか磁性体であるかの判別）
次に、金属が導電体であるか磁性体であるかの判別は、合成磁場の位相角に基づいて行うことができる。図１０は、測定ユニット１０からの距離に応じた位相角の変化を示す図であり、横軸は測定ユニット１０からの距離、縦軸は参照信号に対する測定信号の位相角を示す。ここでは、図９と同一の測定ユニット１０を用いて、種類及び大きさが異なる金属を測定ユニット１０に対する複数位置に配置した場合の結果を示す。この図１０から判るように、鉄筋や鉄板の如き磁性体の場合には、位相角は遅れ（プラス）になり、真鍮板、アルミ板、及び銅板の如き導電体の場合には、測定ユニット１０からの距離が約１３０ｍｍ以下では、位相角は進み（マイナス）になる。従って、この位相角に基づいて、金属が導電体であるか磁性体であるかを判別することができる。このように金属の種類が判別できる点は、特にＭＲＩ室への出入りを監視する際には重要である。すなわち、ＭＲＩ室では、磁性体がＭＲＩ装置に引き付けられて危険であるため、磁性体の持込は禁止されているが、患者用のベッドの如き導電体については出入りを許容すべき場合があるため、両者を区別することが重要になる。
【００５６】
その他にも、金属探知装置２を、コンクリート含有塩分濃度の測定に適用できる可能性がある。すなわち、コンクリートは含有塩分によって導電率が変化しるため、含有塩分が高いほど渦電流が大きく発生し、ロックインアンプ４０の電圧値が大きくなる。従って、当該電圧値に基づいて、コンクリート含有塩分濃度を判定することが可能になる。
【００５７】
（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、測定対象１における金属の有無、測定対象１における金属の位置、金属の大きさ、金属が導電体であるか磁性体であるかの判別、及びコンクリート含有塩分濃度の判定を行うことができるので、各種の金属探知に有用である。
【００５８】
特に、測定点Ｐの合成磁場をゼロとしているので、出力変化が微小であっても容易に判定でき、微小な磁場変化を捉えることができて、高いＳ／Ｎ比の探知が可能になる。
【００５９】
また、金属の有無や種類を判別するためには、測定ユニット１０を一つのみ設ければよく、従来のように複数のコイルから構成されるセンサを複数設けたり、標準となる試料金属片を準備する必要もないことから、金属探知装置２を簡易かつ安価に製造できる。
【００６０】
〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この実施の形態２は、補正コイルを設けた形態である。ただし、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
【００６１】
図１１は実施の形態２に係る測定ユニット１０を概念的に示す図である。この測定ユニット１０は、測定子１１（図示を省略する）、内側コイル１２、及び外側コイル１３に加えて、補正コイル１４を備えて構成されている。この補正コイル１４は、内側コイル１２の端部に取り付けられて第１の磁場と逆方向の磁場を電磁誘導による磁束によって測定点Ｐに対して発生させ、あるいは、外側コイル１３の端部に取り付けられて第２の磁場と逆方向の磁場を電磁誘導による磁束によって測定点Ｐに対して発生させることにより、測定点Ｐにおける合成磁場の強さを調整するもので、特許請求の範囲における補正コイルに対応する。すなわち、実施の形態１の構成において、内側コイル１２の直径及び銅線の巻数と外側コイル１３の直径及び銅線の巻数とは、第１の磁場の強さと第２の磁場の強さとが相互に同一になるように決定されている。しかし実際には、銅線の巻数を所望の巻数とすることが難しい場合があり、この結果、第１の磁場又は第２の磁場の一方がわずかに強くなってしまい、測定点Ｐにおける合成磁場が完全にゼロにはならない可能性がある。この点を解消するため、補正コイル１４にて合成磁場の強さを微調整することを可能とする。
【００６２】
具体的には、補正コイル１４は、少数の巻数（例えば１巻から３巻）の銅線１４ａと、この銅線に並列接続された抵抗（例えば数十ｍオームの抵抗）１４ｂとから構成されており、内側コイル１２又は外側コイル１３のいずれか一方の終端に接続されずに巻かれている（ただし、外側コイル１３の終端に巻いた方が接続作業が容易である点で好ましい）。例えば、内側コイル１２及び外側コイル１３をほぼ所定の巻数で形成した後、測定点Ｐにおける合成磁場を測定する。そして、この合成磁場に応じて、補正コイル１４における銅線１４ａの巻数と抵抗１４ｂの大きさとを決定し、補正コイル１４を取り付けて電磁誘導による磁束を発生させ合成磁場がゼロになるように調整する。この構成によれば、補正コイル１４による磁場を測定点Ｐに発生させることで、測定点Ｐにおける合成磁場を微調整してゼロにすることができるので、以降は、ゼロ調整を行うことなく測定を実施できる。あるいは、抵抗１４ｂを可変抵抗とし、内側コイル１２又は外側コイル１３の端部に補正コイル１４を巻いた後、この可変抵抗の値を調整することで、ゼロ調整をより簡便に実施してもよい。
【００６３】
（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、合成磁場の強さを微調整することができるので、高いＳ／Ｎ比の探知が可能になる。特に、内側コイル１２や外側コイル１３の巻数を厳密に調整する必要がなくなるので、測定ユニット１０の製造を簡易かつ安価に行うことができる。
【００６４】
〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。この実施の形態３は、１つの測定ユニット１０に内側コイル１２を複数設けた形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
【００６５】
図１２は実施の形態３に係る金属探知装置２を測定対象１と共に示す図である。この測定ユニット１０は、測定子１１、複数の内側コイル１２ａ〜１２ｃ、及び外側コイル１３を備えて構成されている。これら複数の内側コイル１２ａ〜１２ｃは相互に直径が異なると共に相互に同心状に配置されたもので、当該複数の内側コイル１２ａ〜１２ｃを相互に切替えて、いずれか一つの内側コイル１２ａ〜１２ｃを選択的に使用することで、合成磁場のピークの深さを変えて、金属の位置同定の容易化を測るものである。
【００６６】
この内側コイル１２ａ〜１２ｃの切替の基本的概念について説明する。実施の形態１の説明では、図５から図８を参照しつつ、内側コイル１２の直径及び外側コイル１３の直径を変えることで、合成磁場のピークの深さが変るため、内側コイル１２の直径及び外側コイル１３の直径を変えた複数の測定ユニット１０を順次切替えて使用すれば、測定対象１の表面から金属までの深さを特定できる点について説明した。しかしながら、このように複数の測定ユニット１０を準備することは装置コストの面において好ましくなく、また、複数の測定ユニット１０を切替えて使用することは探知作業が煩雑になるために好ましくない。
【００６７】
一方、内側コイル１２の直径及び外側コイル１３の直径の両方を変えなくても、内側コイル１２の直径と外側コイル１３の直径との比率を変えることで、合成磁場のピークの深さを変えることができる。図１３は合成磁場のピークの深さの変化を示したものであり、横軸は内側コイル１２の直径、縦軸は合成磁場のピークの深さを示す。ここでは、外側コイル１３について、直径９０ｍｍ、長さ５０ｍｍに固定し、内側コイル１２の直径のみを１ｍｍから８１ｍｍ程度まで変化させた場合における、合成磁場のピークの深さを測定した。ここでは、合成磁場のピークの深さ＝０ｍｍの点が、合成磁場のピークが外側コイル１３及び内側コイル１２の長さ方向の中央位置（測定点Ｐ）に位置する状態を示し、合成磁場のピークの深さ＝２５ｍｍ以上の範囲が、合成磁場のピークが外側コイル１３より外部に位置する状態を示すことになる。この図１３から判るように、内側コイル１２の直径を大きくする程、合成磁場のピークが深くなる。
【００６８】
そこで、本実施の形態３では、図１２に示すように、外側コイル１３の直径及び長さは固定し、内側コイル１２ａ〜１２ｃを選択的に切替えることで、測定に使用する内側コイル１２ａ〜１２ｃの寸法のみを変えて、合成磁場のピークの深さを調整できるようにした。ただし、測定点Ｐにおける合成磁場を略ゼロにする必要があることに変わりはないため、各内側コイル１２ａ〜１２ｃと外側コイル１３とは相互に差動接続し、内側コイル１２ａ〜１２ｃの直径及び銅線の巻数と外側コイル１３の直径及び銅線の巻数とは、第１の磁場の強さと第２の磁場の強さとが相互に同一になるように決定されている。例えば、外側コイル１３について、直径１８０ｍｍ、巻数６０とした場合、内側コイル１２ａについて、直径３０ｍｍ、巻数１０、内側コイル１２ｂについて、直径６０ｍｍ、巻数２０、内側コイル１２ｃについて、直径９０ｍｍ、巻数３０とする。
【００６９】
これら内側コイル１２ａ〜１２ｃを相互に切替えるための具体的構成は任意であるが、例えば、各内側コイル１２ａ〜１２ｃと外側コイル１３との相互間の差動接続位置と、各内側コイル１２ａ〜１２ｃからアンプ３０に至る電線との相互間の接続位置とに、切替スイッチＳＷを設けておき、この切替スイッチＳＷを、測定者が手動にて切替えたり、あるいは、図示しない制御装置にて所定間隔で自動にて順次切替える。
【００７０】
（実施の形態３の効果）
このように実施の形態３によれば、複数の内側コイル１２ａ〜１２ｃを相互に切替えることで、合成磁場のピークの深さを調整でき、測定対象１の表面から金属までの深さを特定できる。特に、１つの測定ユニット１０を準備するだけで合成磁場のピークの深さを調整できるので、複数の測定ユニット１０を準備する場合に比べて、装置コストを低減できると共に、探知作業を簡易かつ迅速に行うことが可能になる。
【００７１】
〔実施の形態４〕
次に、実施の形態４について説明する。この実施の形態４は、１つの測定ユニット１０に外側コイル１３を複数設けた形態である。なお、実施の形態３と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態３で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
【００７２】
図１４は実施の形態４に係る金属探知装置２を測定対象１と共に示す図である。この測定ユニット１０は、測定子１１、内側コイル１２、及び複数の外側コイル１３ａ〜１３ｃを備えて構成されている。これら複数の外側コイル１３ａ〜１３ｃは相互に直径が異なると共に相互に同心状に配置されたもので、当該複数の外側コイル１３ａ〜１３ｃを相互に切替えて、いずれか一つの外側コイル１３ａ〜１３ｃを選択的に使用することで、合成磁場のピークの深さを変えて、金属の位置同定の容易化を測るものである。
【００７３】
すなわち、実施の形態４では、実施の形態３とは逆に、内側コイル１２の直径及び長さは固定し、外側コイル１３ａ〜１３ｃを選択的に切替えることで、測定に使用する外側コイル１３ａ〜１３ｃの寸法のみを変えて、合成磁場のピークの深さを調整できるようにしている。この場合においても、内側コイル１２と各外側コイル１３ａ〜１３ｃとは相互に差動接続し、内側コイル１２の直径及び銅線の巻数と外側コイル１３ａ〜１３ｃの直径及び銅線の巻数とは、第１の磁場の強さと第２の磁場の強さとが相互に同一になるように決定されている。例えば、内側コイル１２について、直径３０ｍｍ、巻数１０とした場合、外側コイル１３ａについて、直径６０ｍｍ、巻数２０、外側コイル１３ｂについて、直径９０ｍｍ、巻数３０、外側コイル１３ｃについて、直径１８０ｍｍ、巻数６０とする。
【００７４】
（実施の形態４の効果）
このように実施の形態４によれば、複数の外側コイル１３ａ〜１３ｃを相互に切替えることで、合成磁場のピークの深さを調整でき、測定対象１の表面から金属までの深さを特定できる。特に、１つの測定ユニット１０を準備するだけで合成磁場のピークの深さを調整できるので、複数の測定ユニット１０を準備する場合に比べて、装置コストを低減できると共に、探知作業を簡易かつ迅速に行うことが可能になる。また、外側コイル１３ａ〜１３ｃを複数設ける場合には、内側コイル１２を複数設ける場合に比べて、外側コイル１３ａ〜１３ｃの追加や変更を一層容易に行なうことができる。
【００７５】
〔実施の形態５〕
次に、実施の形態５について説明する。この実施の形態５は、内側コイル１２の一端面と外側コイル１３の一端面とを揃えた位置に配置すると共に、測定子１１には一対のコイルから構成したピックアップコイル１１ｂを設けた形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
【００７６】
図１５は実施の形態５に係る金属探知装置２を測定対象１と共に示す平面図、図１６は図１５のコイル部分を模式的に示す拡大平面図、図１７は図１５の縦断面図、図１８は図１５のコイル部分を模式的に示す縦断面図である。図１７、１８に示すように、この金属探知装置２において、内側コイル１２における軸方向に沿った一端面（測定対象１に対して近接される側の端面）と、外側コイル１３における軸方向に沿った一端面（測定対象１に対して近接される側の端面）とは、高さ方向における同一位置に配置されており、同一平面内に配置されている。この構造によれば、図１８に示すように、合成磁場が略ゼロの測定点Ｐを測定対象に対して最も近づけることができるので、金属探知のＳ／Ｎ比を一層向上させることができる。このような位置に内側コイル１２及び外側コイル１３を配置するための具体的な構造としては種々の構造を採用することができるが、ここでは図１７に示すように、これら内側コイル１２と外側コイル１３との相互間に、これら相互の空間部に対応する円環状の位置調整リング１７が配置されており、この位置調整リング１７に対して内側コイル１２及び外側コイル１３を固定することができる。
【００７７】
また本実施の形態では、図１５〜１７に示すように、測定子１１のピックアップコイル１１ｂを、一対のコイル１１ｃ、１１ｄから構成している。これら一対のコイル１１ｃ、１１ｄは、相互に略同一の径及び長さにて形成されており、少なくとも一端部（測定対象１に対して近接される側の端部）が内側コイル１２にて外側から囲繞されるように、この内側コイル１２の内部に配置されている。これらコイル１１ｃ、１１ｄの軸方向は、内側コイル１２及び外側コイル１３の軸方向と略平行となっている。ここで、これらコイル１１ｃ、１１ｄは、いわゆる八の字平面差動コイルであり、相互に差動接続されている。具体的には、図１６に矢印で示すように、コイル１１ｃの銅線の巻き線方向とコイル１１ｄの銅線の巻き線方向とが相互に逆向きになるように、これらコイル１１ｃ、１１ｄが接続されている。この構造では、各コイル１１ｃ、１１ｄ自体の磁場を相互に打ち消すことができ、測定点Ｐの合成磁場を略ゼロとすることが一層容易になるので、金属探知のＳ／Ｎ比を一層向上させることができる。なお、図１７に示す構造では、内側コイル１２の内側に配置された高さ調整板１８ａに対して底板１８ｂが配置されており、この底板１８ｂに設けたネジ孔に対して高さ調節棒１８ｃ、１８ｄが螺合している。この高さ調節棒１８ｃにはコイル１１ｃ、高さ調節棒１８ｄにはコイル１１ｄがそれぞれ固定されており、この高さ調節棒１８ｃ、１８ｄを軸周りに回転させて上下動させることで、コイル１１ｃ、１１ｄの高さを調整できるので、測定点Ｐの合成磁場がゼロになる位置を容易に微調整することができる。
【００７８】
次に、本実施の形態に係る金属探知装置２による測定結果について説明する。図１９は測定状況を説明する模式図であり、（ａ）は測定対象１を金属探知装置２と共に示す平面図、（ｂ）（ｃ）は測定対象１の側面図である。この測定対象１は、幅３００ｍｍ×長さ１０００ｍｍ×厚み１００ｍｍのコンクリート１ｂの内部に、鉄筋１ａ及び合成樹脂製可とう電線管（以下ＣＤ管）１ｃを埋設して構成されている。ここでは、測定対象１の上面近傍位置に金属探知装置２の内側コイル１２及び外側コイル１３を配置し、この測定対象１をその長手方向に沿った行き方向及び戻り方向に移動させた時の各位置において、金属探知装置２のロックインアンプ４０（図１９では図示せず）からの出力を得た。また、図１９の例では、鉄筋１ａをコンクリート１ｂの内部に埋設した例のみを示すが、この鉄筋１ａを埋設していない場合（ＣＤ管１ｃのみを埋設した場合）についても測定を行った。
【００７９】
図２０から図２３は、ロックインアンプ４０の出力変化を示す図であり、縦軸にはロックインアンプ４０の出力電圧、横軸には測定位置を示す。ここでは、測定位置＝１０ｃｍの位置をＣＤ管１ｃの位置とする。図２０は、ＣＤ管１ｃのみを埋設した場合であって、発振器２０の周波数を約４５０ｋＨｚとした場合であり、行き方向と戻り方向のいずれにおいても、ＣＤ管１ｃの位置に内側コイル１２及び外側コイル１３を配置した場合に、出力電圧が最大値（または最小値）を示す。
【００８０】
図２１は、鉄筋１ａ及びＣＤ管１ｃを埋設した場合であって、発振器２０の周波数を約４５０ｋＨｚとした場合であり、図２０ほど明瞭ではないものの、行き方向と戻り方向のいずれにおいても、ＣＤ管１ｃの位置に内側コイル１２及び外側コイル１３を配置した場合に、出力電圧が最大値を示すことから、ＣＤ管１ｃの位置を特定することができる可能性がある。
【００８１】
図２２は、ＣＤ管１ｃのみを埋設した場合であって、発振器２０の周波数を約８０ｋＨｚとした場合であり、ＣＤ管１ｃの位置と出力電圧との対応関係を把握することは困難である。なお、この図２２では、行き方向の測定結果のみを示す。
【００８２】
図２３は、ＣＤ管１ｃのみを埋設した場合であって、発振器２０の周波数を約４．５ｋＨｚとした場合であり、図２２と同様に、ＣＤ管１ｃの位置と出力電圧との対応関係を把握することは困難である。
【００８３】
図２０及び図２１から判るように、出力電圧が最大値を示す位置とＣＤ管１ｃの位置とが相互に対応していることから、この出力電圧のピークを検知することで、ＣＤ管１ｃの位置を特定することができる。このことから、図１５から図１８に示すように金属探知装置２を構成してそのＳ／Ｎ比を向上させることで、金属以外の測定にも金属探知装置２を活用することができる。
【００８４】
さらに、図２０及び図２１と、図２２及び図２３との対比から判るように、発振器２０の周波数を約４５０ｋＨｚとすることで、ＣＤ管１ｃの位置が特定可能となっている。従って、ＣＤ管１ｃの位置を特定するためには、発振器２０の周波数を約４５０ｋＨｚとすることが好ましい。これは、励磁コイルである内側コイル１２及び外側コイル１３の周波数を一桁上げることで、コンクリート内の起電流（起電圧）が一桁上がり、さらにこの起電流の磁束により発生するピックアップコイル１１ｂの起電圧が一桁上がるので、ＳＮ比が全体として二桁向上するためである。
【００８５】
（実施の形態５の効果）
このように実施の形態５によれば、内側コイル１２の一端面と外側コイル１３の一端面とを揃えることで、合成磁場が略ゼロの測定点Ｐを測定対象に対して最も近づけることができるので、金属探知のＳ／Ｎ比を一層向上させることができる。また、差動接続された一対のコイル１１ｃ、１１ｄから構成したピックアップコイル１１ｂを用いて磁場測定を行うことで、コイル１１ｃ、１１ｄ自体の磁場を相互に打ち消すことができ、測定点Ｐの合成磁場を略ゼロとすることが一層容易になるので、金属探知のＳ／Ｎ比を一層向上させることができる。
【００８６】
〔実施の形態６〕
次に、実施の形態６について説明する。この実施の形態６は、複数の測定ユニット１０を、測定点Ｐが同一直線上に並ぶように、同一直線上に並設した形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
【００８７】
図２４は実施の形態６に係る金属探知装置２の平面図、図２５は図２４のＡ−Ａ矢視断面図である。この金属探知装置２は測定ゲート６０を備えており、この測定ゲート６０にはコイルユニット群１５が内蔵されている。このコイルユニット群１５は、複数の測定ユニット１０から構成されている。これら複数の測定ユニット１０は、相互に同一に構成されたもので、同一の合成磁場のピークの深さを持っている。このような複数の測定ユニット１０を、各測定ユニット１０の軸方向を揃えた状態で、各測定ユニット１０の端部が同一面内に位置するように、かつ、各測定ユニット１０の測定点が直線状に並ぶように、測定ゲート６０の底面の近傍位置に配置している。発振器２０、アンプ３０、及びロックインアンプ４０は、図示は省略するが、各測定ユニット１０の各々に個別に設けられており、各測定ユニット１０の合成磁場の強度や位相角を個別に出力する。あるいは、発振器２０、アンプ３０、及びロックインアンプ４０を、複数の測定ユニット１０に対して１組のみ設けてもよく、この場合には、ロックインアンプ４０の画面内に、各測定ユニット１０の強度や位相角を色分け等にて表示したり、最も大きな強度のみを表示するようにしてもよい。
【００８８】
このように構成された金属探知装置２を用いた金属探知方法は以下の通りである。すなわち、測定ゲート６０の下方の直線状の領域を測定領域に設定し、この直線状の測定領域を横切るように測定対象１を相対的に移動させる。例えば、測定ゲート６０の下方にベルトコンベア７０を配置し、このベルトコンベア７０によって、測定対象１である食品を複数並列状に搬送する。並列された食品のいずれかに金属が混入している場合には、当該金属がロックインアンプ４０の出力にて探知できるので、当該探知された場合には警報を出力する。また、複数の測定ユニット１０のいずれによって金属が探知されたのかを判別することで、金属が混入している食品の位置を特定できるので、当該金属が探知された食品のみを自動的にベルトコンベアから排出する。
【００８９】
（実施の形態６の効果）
このように実施の形態６によれば、複数の測定ユニット１０を直線状に配置することで、測定ユニット１０を単体で配置する場合に比べて、直線状の測定領域における測定を一括して行うことができるので、直線状の測定領域の測定を一層迅速に行うことができる。
【００９０】
〔実施の形態７〕
次に、実施の形態７について説明する。この実施の形態７は、実施の形態６と同様のコイルユニット群１５を複数並設した形態である。なお、実施の形態６と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態６で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
【００９１】
図２６は実施の形態７に係る金属探知装置２の平面図、図２７は図２６のＢ−Ｂ矢視断面図である。この金属探知装置２には複数のコイルユニット群１５が内蔵されている。各コイルユニット群１５は複数の測定ユニット１０から構成されている。これら複数のコイルユニット群１５を、測定プレート８０の底面近傍位置に並設している。
【００９２】
このように構成された金属探知装置２を用いた金属探知方法は以下の通りである。すなわち、コンクリートや地面の如き２次元又は３次元領域を測定対象１に設定し、この測定対象１の表面に対して、測定アーム８１を介して測定プレート８０を平行に走査する。測定対象１に金属が埋設されている場合には、当該金属がロックインアンプ４０の出力にて探知できるので、当該探知された場合には警報を出力する。複数の測定ユニット１０のいずれによって金属が探知されたのかを判別することで、金属が埋設されている位置を特定できる。
【００９３】
（実施の形態７の効果）
このように実施の形態７によれば、複数のコイルユニット群１５を並設することで、コイルユニット群１５を単体で配置する場合に比べて、面状の測定領域における測定を一括して行うことができるので、面状の測定領域の測定を一層迅速に行うことができる。
【００９４】
〔実施の形態８〕
次に、実施の形態８について説明する。この実施の形態８は、実施の形態６と同様に複数の測定ユニット１０を直線状に並設した形態であって、各複数の測定ユニット１０の合成磁場のピークの深さを変えた形態である。なお、実施の形態６と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態６で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
【００９５】
図２８は実施の形態８に係る金属探知装置２の平面図、図２９は図２８のＣ−Ｃ矢視断面図である。この金属探知装置２は測定ゲート９０を備えており、この測定ゲート９０にはコイルユニット群１６が内蔵されている。このコイルユニット群１６は、複数の測定ユニット１０ａ〜１０ｃから構成されている。これら複数の測定ユニット１０は、合成磁場のピークの深さが相互に異なるように構成されたもので、具体的には、内側コイル１２又は外側コイル１３の一方の直径及び巻数を共通化し、内側コイル１２又は外側コイル１３の他方の直径及び巻数を変えることで、合成磁場のピークの深さを変えている。
【００９６】
このように構成された金属探知装置２を用いた金属探知方法は以下の通りである。すなわち、測定ゲート９０の下方の直線状の領域を測定領域に設定し、この直線状の測定領域に沿うように測定対象を相対的に移動させる。例えば、測定ゲート９０の下方にベルトコンベア７０を配置し、このベルトコンベア７０によって、測定対象１である複数の食品を一列に搬送する。この食品は、合成磁場のピークの深さが異なる測定ユニット１０ａ〜１０ｃの下方を順次通過することになり、食品に厚みがあり、この厚み方向（深さ方向）のいずれの位置に金属が混入しているのかが事前には判らない場合であっても、当該金属がいずれかの測定ユニット１０ａ〜１０ｃからのロックインアンプ４０に対する出力で探知できるので、当該探知された場合には警報を出力したり、当該金属が探知された食品を自動的にベルトコンベアから排出する。また、複数の測定ユニット１０ａ〜１０ｃのいずれによって金属が探知されたのかを判別することで、金属が混入している食品の深さ方向の位置も特定できる。
【００９７】
（実施の形態８の効果）
このように実施の形態８によれば、合成磁場のピークの深さが異なる複数の測定ユニット１０を直線状に配置することで、測定ユニット１０を単体で配置する場合に比べて、直線状の測定領域における測定を一層迅速に行うことができると共に、測定対象における深さ方向いずれの位置に金属が混入しているのかが事前には判らない場合であっても、当該金属を迅速に探知することが可能になる。
【００９８】
〔実施の形態９〕
次に、実施の形態９について説明する。この実施の形態９は、実施の形態８と同様のコイルユニット群を複数並設した形態である。なお、実施の形態８と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態８で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
【００９９】
図３０は実施の形態９に係る金属探知装置２の平面図、図３１は図３０のＤ−Ｄ矢視断面図である。この金属探知装置２には複数のコイルユニット群１６が内蔵されている。各コイルユニット群１６は複数の測定ユニット１０ａ〜１０ｄから構成されており、これら複数のコイルユニット群１６を、測定領域であるＭＲＩ室の入口ゲートの床面１００の近傍位置に並設している。各コイルユニット群１６は、実施の形態８と同様に、複数の測定ユニット１０ａ〜１０ｄから構成されており、これら複数の測定ユニット１０ａ〜１０ｄは、合成磁場のピークの深さが相互に異なるように構成されている。
【０１００】
このように構成された金属探知装置２を用いた金属探知方法は以下の通りである。すなわち、入口ゲートの上方を測定領域に設定し、この測定領域に対して測定対象１である、患者を乗せたベットを通過させる。患者が金属製品を身に付けている場合あるいはベッドに金属が含まれている場合には、当該金属がいずれかの測定ユニット１０からのロックインアンプ４０に対する出力で探知できるので、当該探知された場合には警報を出力する。また、複数の測定ユニット１０ａ〜１０ｄのいずれによって金属が探知されたのかを判別することで、金属製品の水平領域内における位置を特定できる。さらに、複数の測定ユニット１０ａ〜１０ｄのいずれによって金属が探知されたのかを判別することで、金属の深さ方向の位置も特定できる。さらには、実施の形態１において図１１を参照しつつ説明したように、金属が導電体であるか磁性体であるかを判別できるので、ベットの如き導電体は除外し、磁性体が探知された場合にのみ警報出力を行うことで、不要な警報出力を行うことを防止できる。
【０１０１】
（実施の形態９の効果）
このように実施の形態９によれば、合成磁場のピークの深さが異なる複数の測定ユニット１０ａ〜１０ｄを面状に配置することで、測定ユニット１０ａ〜１０ｄを単体で配置する場合に比べて、面状の測定領域における測定を一層迅速に行うことができると共に、測定対象における深さ方向いずれの位置に金属が混入しているのかが事前には判らない場合であっても、当該金属を迅速に探知することが可能になる。
【０１０２】
〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
【０１０３】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
【０１０４】
（形状や数値について）
各実施の形態で示した形状や数値は例示であり、例えば実施例の各寸法値は任意に変更することができる。
【０１０５】
（各実施の形態の相互の関係について）
各実施の形態に示した構成又は方法の一部は、他の実施の形態に適用可能である。例えば、実施の形態２の補正コイル１４を実施の形態３から実施の形態９の金属探知装置２に設けてもよい。
【０１０６】
（コイルの構成について）
第１のコイル、第２のコイル、及び補正コイルは、図示のように円筒状に形成される場合の他、角筒状を含む任意の形状で構成することができる。
【０１０７】
（コイルの配置について）
第１のコイルと第２のコイルは、測定点Ｐにおける合成磁場を略ゼロとできる限りにおいて、任意の配置可能である。例えば、図３２に概念的に示すように、同一の中心軸を持つように、第１のコイル１２’と第２のコイル１３’とを相互に直列状に配置した場合においても、これら第１のコイル１２’と第２のコイル１３’との相互の中間位置の合成磁場を略ゼロとできる。あるいは、図３３に概念的に示すように、第１のコイル１２’と第２のコイル１３’とを、各々の中心軸が平行になるように並設した場合においても、これら第１のコイル１２’と第２のコイル１３’との相互の中間位置の合成磁場を略ゼロとできる。ただし、実施の形態１から実施の形態９に示したように、第１のコイル（内側コイル１２）と第２のコイル（外側コイル１３）を同円心状に配置することで、測定ユニット１０を多重化して小型化することが容易になる。
【０１０８】
（コイルの接続について）
第１のコイルと第２のコイルとは、必ずしも相互に差動接続される必要はなく、例えば第１のコイルと第２のコイルとを相互に異なるアンプ３０に接続し、これらアンプ３０から同一位相で逆方向の電流を流すことで、逆方向磁場を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
この発明は、金属を探知するためのものであり、手持ち式の金属探知装置や、設置型の金属探知装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る金属探知装置を測定対象と共に示す模式図である。
【図２】図１の測定ユニットにおける各コイルの平面図である。
【図３】磁束密度の変化を示す図である。
【図４】外側コイルの直径と合成磁場のピークの深さとの関係を示す図である。
【図５】コイルの直径と、合成磁場のピークの深さとの関係を示す図であり、（ａ）は内側コイル及び外側コイルの縦断面、（ｂ）は（ａ）の場合の磁束密度の変化を示す図である。
【図６】コイルの直径と、合成磁場のピークの深さとの関係を示す図であり、（ａ）は内側コイル及び外側コイルの縦断面、（ｂ）は（ａ）の場合の磁束密度の変化を示す図である。
【図７】コイルの直径と、合成磁場のピークの深さとの関係を示す図であり、（ａ）は内側コイル及び外側コイルの縦断面、（ｂ）は（ａ）の場合の磁束密度の変化を示す図である。
【図８】コイルの直径と、合成磁場のピークの深さとの関係を示す図であり、（ａ）は内側コイル及び外側コイルの縦断面、（ｂ）は（ａ）の場合の磁束密度の変化を示す図である。
【図９】金属の寸法に応じたロックインアンプの出力変化を示す図である。
【図１０】測定ユニットからの距離に応じた位相角の変化を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る測定ユニットを概念的に示す図である。
【図１２】実施の形態３に係る金属探知装置を測定対象と共に示す図である。
【図１３】合成磁場のピークの深さの変化を示す図である。
【図１４】実施の形態４に係る金属探知装置を測定対象と共に示す図である。
【図１５】実施の形態５に係る金属探知装置を測定対象と共に示す平面図である。
【図１６】図１５のコイル部分を模式的に示す拡大平面図である。
【図１７】図１５の縦断面図である。
【図１８】図１５のコイル部分を模式的に示す縦断面図である。
【図１９】測定状況を説明する模式図であり、（ａ）は測定対象を金属探知装置と共に示す平面図、（ｂ）（ｃ）は測定対象の側面図である。
【図２０】ロックインアンプの出力変化を示す図である。
【図２１】ロックインアンプの出力変化を示す図である。
【図２２】ロックインアンプの出力変化を示す図である。
【図２３】ロックインアンプの出力変化を示す図である。
【図２４】実施の形態６に係る金属探知装置の平面図である。
【図２５】図２４のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２６】実施の形態７に係る金属探知装置の平面図である。
【図２７】図２６のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図２８】実施の形態８に係る金属探知装置の平面図である。
【図２９】図２８のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図３０】実施の形態９に係る金属探知装置の平面図である。
【図３１】図３０のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図３２】変形例に係るコイルの配置関係を概念的に示す図である。
【図３３】変形例に係るコイルの配置関係を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  測定対象
１ａ  鉄筋
１ｂ  コンクリート
１ｃ  ＣＤ管
２  金属探知装置
１０、１０ａ〜１０ｄ  測定ユニット
１１  測定子
１１ａ  測定子本体
１１ｂ  ピックアップコイル
１１ｃ、１１ｄ  コイル
１２、１２ａ〜１２ｃ  内側コイル
１２’  第１のコイル
１３、１３ａ〜１３ｃ  外側コイル
１３’  第２のコイル
１４  補正コイル
１５、１６  コイルユニット群
１７  位置調整リング
１８ａ  高さ調整板
１８ｂ  底板
１８ｃ、１８ｄ  高さ調節棒
２０  発振器
３０  アンプ
４０  ロックインアンプ
５０  電線
６０、９０  測定ゲート
７０  ベルトコンベア
８０  測定プレート
８１  測定アーム
Ｐ  測定点
ＳＷ  切替スイッチ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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