磁性体検知機
【課題】 ＭＲＩ診断装置の強力な磁石に磁性体が吸引されないように告知する手段として、ゲートを通過しない磁性体の検知値を抑制する演算処理によって、使用者に対して適切な告知を行う磁性体検知機の提供を図る。
【解決手段】 磁束密度の変化の検出感度を高めるために複数の磁気センサをゲートの前後左右に備え、その交流信号成分を演算して各磁気センサの直流バラツキを除去し、遠方磁性体によって発生する同相信号成分を除去演算し、ゲート方向に移動しない磁性体を抑制するために前後に配置した磁気センサの信号の比率によって演算し、ゲート外を通過する磁性体を抑制するために左右単位での同相信号成分から係数を演算し、移動方向との移動速度の違いによる波高値の大きさと変動時間の違いを絶対値を演算してから積分演算することによって、ゲートを通過する近傍の磁性体のみを検出対象とする。
【解決手段】 磁束密度の変化の検出感度を高めるために複数の磁気センサをゲートの前後左右に備え、その交流信号成分を演算して各磁気センサの直流バラツキを除去し、遠方磁性体によって発生する同相信号成分を除去演算し、ゲート方向に移動しない磁性体を抑制するために前後に配置した磁気センサの信号の比率によって演算し、ゲート外を通過する磁性体を抑制するために左右単位での同相信号成分から係数を演算し、移動方向との移動速度の違いによる波高値の大きさと変動時間の違いを絶対値を演算してから積分演算することによって、ゲートを通過する近傍の磁性体のみを検出対象とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体検知機に関し、詳しくは、検出領域外の磁性体の動きによる影響を抑制することを可能にする磁性体検知機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療診断に欠かせない装置として、ＭＲＩ(Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）診断装置がある。この装置は、核磁気共鳴現象を利用して生体内の内部の情報を画像化する方法であり、強力な磁石を必要とする。近年、分解能向上と処理速度の向上のために、１．５Ｔ（テスラ）や３Ｔといった極めて強力な磁石を使用したＭＲＩ診断装置が開発されつつある。このような強力な磁石は、一般的に超伝導磁石を使用する。超伝導磁石は、絶対０度近くまで冷却する必要があり、起動させるまでに多くの時間と費用が掛かる。したがって、一度起動した超伝導磁石は常時動作させ、特別な理由がない限り停止しない。
【０００３】
磁石が強力になるにしたがって、磁性体を引き付ける力も強くなる。鉄などの磁性体でできたドライバなどの工具や酸素ボンベや点滴台などの医療用品をＭＲＩ診断室に持ち込んだ場合、これらが磁石に吸い寄せられて装置に吸引される吸引事故が発生する。強力な力で吸引された酸素ボンベ等の磁性体は、人間の力では外すことができない。これらを外すには、一旦超伝導磁石を停止しなければならないが、停止や再起動するには時間が掛かり、その間診断業務が停止する。その他にも多額の費用も必要とする。
【０００４】
磁性体の工具や医療用品を誤って診断室に持ち込んだ場合、被検者や検査技師等に磁性体が衝突して傷害を与える危険性もある。したがって、診断室に磁性体を持ち込むことは絶対に行ってはならない。被検者を診断室に運搬する場合も、磁性体の質量比を減らしたＭＲＩ専用のストレッチャーや車椅子を使用する必要がある。その他の点滴台や医療カートなどもＭＲＩ専用の医療用品を使用する。
【０００５】
ＭＲＩ診断装置に関係する検査技師や看護士は、磁石の危険性について教育を受け周知しており、基本的に磁性体の持ち込みはしない。被検者については、検査技師等が事前にペースメーカ等の体内磁性体の有無を確認するので問題はない。しかし、検査技師等が完全な知識を持っているとは限らない。例えば、フェライトは金属ではないので、磁石に付かないように見えるが、磁性体である。このような磁性体と思っていない物を持ち込む場合がある。検査中に被検者が緊急状態になり、看護士が酸素ボンベ等を持ち込んでしまう場合もある。ＭＲＩ診断装置について詳しく知らない看護士もいる。磁石の危険性について知識のない作業者が、ＭＲＩ診察室の整備や清掃のために脚立や工具や清掃用具などを持ち込む場合もある。
【０００６】
磁性体の持込による吸引事故を防ぐためには、ＭＲＩ診断室のシールドドアの前に、磁性体を検知して警告するゲート状の磁性体検知機を設置することが必要である。
【０００７】
なお、ゲート状の磁性体検知機に似た装置として、空港などで使用されるゲート状の金属探知機がある。この装置は、金属に流れる渦電流を検出するものであって、アルミ等の非磁性金属も検知する。このため大部分が非磁性体で構成されているＭＲＩ専用の用品も警告する。したがって、ＭＲＩ診断装置の診断室のドアに金属探知機を用いても意味はない。逆に磁性体検知機は非磁性金属には反応しない。したがって磁性体検知機を空港などで使用しても意味はない。本発明は磁性体検知機のみに関するものである。
【０００８】
かかる磁性体検知機に関する先行技術として、特開平５−５２９６２号公報（特許文献１）では、２方向のヘルムホルツコイルを用いて交互に均一磁場を発生させ、磁性体の侵入によって発生する磁束密度Ｂの変化を２方向の検知コイルで検知し、その起電力を増幅して検出を行う発明が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−５２９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記特許文献１記載の発明では、磁気センサとして２つの巻線コイルを使用しているが、単位時間的には１つの巻線コイルしか動作していないため、以下のような問題があった。
【００１１】
すなわち、巻線コイルに限らず全ての磁気センサは、磁気センサが設置された場所の磁束密度を検出するものであって、近傍の小さな磁性体と遠方の大きな磁性体の区別を行うことはできない。したがって、近傍の小さな磁性体を検出する能力を持たせた場合、遠方の大きな磁性体も検出してしまう。このため検知機は、磁性体を所持していない使用者が磁性体検知機を通過した時に、偶然遠くの磁性体が動いた場合、これを検出して警告などの告知を行うこととなる。
【００１２】
磁性体検知機から見た場合、磁気センサが設置された場所の磁束密度Ｂが変化した結果によって告知を行っているだけなので、誤動作ではない。しかし、使用者から見た場合、磁性体を所持していないのに告知されるため、誤動作したと判断してしまう。このような事態が重なった場合、使用者は磁性体検知機に対する信頼を失ってしまう。信頼を失った結果、使用者が実際に磁性体を持ち込んで告知されても無視してしまい、吸引事故が発生してしまう危険性が生じてしまう。
【００１３】
また磁束密度の変化量の大きさは、磁性体の移動速度によって変化するという性質を持つ。移動速度が速い場合、磁束密度の変化量は大きくなるが、変化する時間は短い。逆に移動速度が遅い場合、変化する時間は長いが、磁束密度の変化量は小さくなる。したがって、単純に磁束密度の変化量の大きさだけで判定した場合、移動速度の遅い磁性体を検出できない可能性がある。
【００１４】
上記問題点対して、本件出願人は、特願２００７−０９２９９９号及び特願２００７−１７３１３５号にて、解決方法を提案した。
すなわち、ゲートを通過しない物体に対しては、告知を行う必要がないため、特願２００７−０９２９９９号に示すように、ゲートに赤外線などによる物体検知機を設け、ゲートを通過した時だけ告知を許可するようにした。
【００１５】
ところで、実際の病院では、ＭＲＩ診断室のシールドドアに磁性体が含まれている。近傍には磁性体を含む操作室のドアや更衣室のドアやロッカーのドアもある。さらに近傍の廊下では、ＭＲＩ診断室に入ることを目的としない磁性体のストレッチャーや車椅子やボンベが往来する。使用者から見た場合、ゲートを通過する磁性体のみを検知し、ゲート近傍であっても通過しない磁性体については検知しない方が望ましい。すなわち、ゲートを通過する物体に限定して磁性体／非磁性体の判定を行うことが望ましい。したがって、ゲートを通過する磁性体は信号Ｓであり、ゲートを通過しない磁性体はノイズＮである。
【００１６】
ゲートを通過しない磁性体はノイズＮであり、告知する必要はない。そこで前記特願２００７−０９２９９９号に示したように、ゲートに物体検知機能を設け、物体が通過した時だけ告知を有効にする。この方法により、ゲートに物体が通過しなければ、不要な告知を行わないようにすることが可能になった。
【００１７】
しかしながら、前記特願２００７−０９２９９９号によると、磁性体を所持しない使用者がゲートを通過した時と同時に、ゲートを通過しない磁性体が移動した場合、磁気センサがこれを検知して、不要な告知を行なってしまうという問題が起こる場合があった。このとき、告知された使用者が磁性体の所持を改めて確認しても、磁性体は所持しておらず、したがって使用者は、磁性体検知機が誤動作したと判断してしまうこととなる。そこで、物体の通過の有無とは関係なく、ゲートを通過しない磁性体については、全く検知しない事が望ましい。
【００１８】
一方、磁束密度の変化は、磁性体の形状と磁気センサまでの距離によって影響を受ける。その変化量は、ビオ・サバールの法則でも示されるように、距離の２乗に反比例するという性質を持っている。したがって、近い位置にある磁性体は反応が大きく、遠い位置にある磁性体は反応が小さくなる。
【００１９】
このとき、ある距離に設置した磁性体と、その距離の２倍の距離に置いた４倍の大きさの磁性体によって発生する磁束密度の変化量は全く同じものである。磁気センサは、磁束密度の変化量を検出することができるが、その磁束密度の変化量を発生させた原因が、近くの小さな磁性体に起因するものなのか、遠くにある大きな磁性体に起因するものなのかを区別することは、原理的に不可能である。先程の信号ＳとノイズＮは、使用者が自分の都合で勝手に区別しているものであって、物理法則に従って動作している磁気センサから見た場合、両者は全く同一のものである。
【００２０】
しかし、磁気センサが検出する磁束密度の変化量の大きさは、単純に磁性体の大きさと距離だけで決定するものではなく、磁性体の透磁率や、静磁場の方向や、磁性体と磁気センサのベクトル的な位置関係などによって大きく変化する。近傍にある他の磁性体の形状や位置などの影響もあり、実際には複雑多岐なパラメータによって大きく異なる。
【００２１】
上記問題点について、磁気の物理的な性質から、ゲートを通過しない磁性体を完全に排除する方法は原理的に存在しない。ゲートを通過しない磁性体を完全に排除する方法は存在しないが、磁性体が検知領域から遠い場合、前記特願２００７−１７３１３５号に示す技術を使用すれば、磁性体検知機から遠方の磁性体を除去することが可能であった。しかしながら、磁性体がゲート近傍の場合には、それを除去することは不可能であった。
【００２２】
ところで、ＭＲＩ診断室に侵入する可能性がある磁性体として、点滴台が考え得る。点滴台には、台座のみが磁性体の物もある。左右に磁気センサを配置したゲート状のセンサにおいて、台座がゲート中央付近を通過した場合、磁気センサと台座の距離が最も遠くなる。このとき、距離が遠くなれば磁束密度の変化が小さくなるため、検出が困難になるという問題も生じ得る。
【００２３】
また、ゲートを通過する点滴台などの医療用品について、一般的に磁性体の位置が下方に配置されている場合が多いが、これらに対して検出感度を高くすることができなかった。
さらに、点滴台などの医療用品が、ゲートの中央付近を通過する場合、磁気センサとの距離が遠くなるために磁束密度の変化が小さく、検出することが困難であった。
【００２４】
なお、磁気センサは電流を使用して動作している。磁気センサと周辺回路の消費電流は、常に一定ではなく変動しており、電線に電流が流れると磁界が発生するが、電流の変動に伴い磁束密度も変動することとなる。このように磁束密度が変動すれば、磁気センサはこれを検知してしまって、誤動作を起こす場合があった。
【００２５】
これらの問題点に鑑み、本発明は、ゲート近傍の磁性体の影響を抑制するとともに、下方に配置される磁性体の検知能力を向上させ、ゲート中央付近を通過する点滴台などの磁性体の検知能力を向上させ、消費電流の変動を抑えることにより誤動作を抑制することが可能となる磁性体検知機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するため、本発明は、ゲート内を通過する磁性体を検知するための磁性体検知機であって、センサ部と演算部と告知機能とからなり、センサ部は少なくとも一以上の磁気センサを備えるセンサユニットが検知物の進行方向に対して前後に配置された構成となっており、演算部は交流成分演算部と同相信号除去部と前後比率演算部と積分部と判定部とから構成されており、交流成分演算部は積分演算機能と減算演算機能とを備えた磁気センサと同数の交流演算からなり、同相信号除去部は減算演算機能を備えた磁気センサと同数の同相演算と加算演算機能と除算演算機能からなり、前後比率演算部は加算演算機能と比率演算機能と乗算演算機能と絶対値演算機能とを備えた磁気センサの半数の比率演算と加算演算機能からなり、積分部は積分演算機能からなり、判定部は閾値を入力する閾値入力機能と比較演算機能からなり、告知機能は所定手段により使用者に対して警告を告知する構成となっており、ゲート近傍の磁性体の影響を抑制する構成となっている。
【００２７】
上記構成からなる磁性体検知機において、複数の磁気センサを同時に動作させ、各磁気センサの検出信号の積分値を夫々交流成分演算部の積分演算機能で求め、夫々の検出信号とその積分値の減算値を交流成分演算部の減算演算機能で求め、得られた夫々減算値の加算値を同相信号除去部の加算演算機能で求め、得られた夫々加算値の除算値を同相信号除去部の除算演算機能で求め、夫々の減算値と除算値との減算値（第二減算値）を同相信号除去部の減算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の加算値（第二加算値）を前後比率演算部の加算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の比率を前後比率演算部の比率演算機能で求め、前後夫々の第二加算値と比率との乗算値を前後比率演算部の乗算演算機能で求め、得られた前後夫々の乗算値の絶対値を前後比率演算部の絶対値演算機能で求め、得られた全ての絶対値の加算値（第三加算値）を前後比率演算部の加算演算機能で求め、得られた第三加算値の積分値（第二積分値）を積分部の積分演算機能で求め、閾値を判定部の閾値入力機能で入力し、第二積分値と閾値との判定値を判定部の比較演算機能で求め、得られた判定値によって告知機能が動作されることとなる。
【００２８】
また、本発明は、前記磁性体検知機において、前記センサ部におけるセンサユニットが検知物の進行方向に対して前後及び左右に配置されるとともに、前記演算部に左右同相除去部が備えられた構成となっており、左右同相除去部は二つの同相率演算機能と左右計数演算機能と乗算演算機能からなり、同相率演算機能は減算演算機能と第一の絶対値演算機能と第二の絶対値演算機能とを備えた磁気センサの半数の絶対・減算演算機能と第一の加算演算機能と第一の除算演算機能と第二の加算演算機能と第三の加算演算機能と第二の除算演算機能からなる構成を採用し得る。
【００２９】
上記構成からなる磁性体検知機において、複数の磁気センサを同時に動作させ、各磁気センサの検出信号の積分値を夫々前記交流成分演算部の積分演算機能で求め、夫々の検出信号とその積分値の減算値を前記交流成分演算部の減算演算機能で求め、得られた夫々減算値の加算値を前記同相信号除去部の加算演算機能で求め、得られた夫々加算値の除算値を前記同相信号除去部の除算演算機能で求め、夫々の減算値と除算値との減算値（第二減算値）を前記同相信号除去部の減算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の加算値（第二加算値）を前記前後比率演算部の加算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の比率を前記前後比率演算部の比率演算機能で求め、前後夫々の第二加算値と比率との乗算値を前記前後比率演算部の乗算演算機能で求め、得られた前後夫々の乗算値の絶対値を前記前後比率演算部の絶対値演算機能で求め、得られた全ての絶対値の加算値（第三加算値）を前記前後比率演算部の加算演算機能で求め、左右夫々の第二減算値の絶対値（第二絶対値）を左右同相除去部の第一の絶対値演算機能で求め、左右夫々の第二減算値の加算値（第四加算値）を左右同相除去部の第一の加算演算機能で求め、得られた左右夫々の第四加算値の除算値（第二除算値）を左右同相除去部の第一の除算演算機能で求め、左右夫々の第二減算値と第二除算値との減算値（第三減算値）を左右同相除去部の減算演算機能で求め、得られた左右夫々の第三減算値の絶対値（第三絶対値）を左右同相除去部の第二の絶対値演算機能で求め、左右夫々の第二絶対値の加算値（第五加算値）を左右同相除去部の第二の加算演算機能で求め、左右夫々の第三絶対値の加算値（第六加算値）を左右同相除去部の第三の加算演算機能で求め、左右夫々の第五加算値と第六加算値との除算値（第三除算値）を左右同相除去部の第二の除算演算機能で求め、左右の第三除算値の係数を左右同相除去部の左右計数演算機能で求め、第三加算値と係数との乗算値（第二乗算値）を左右同相除去部の乗算演算機能で求め、得られた第二乗算値の積分値（第二積分値）を前記積分部の積分演算機能で求め、閾値を前記判定部の閾値入力機能で入力し、第二積分値と閾値との判定値を前記判定部の比較演算機能で求め、得られた判定値によって告知機能が動作されることとなる。
【００３０】
ある磁界に磁性体が侵入した場合、磁束密度が変化する。この変化を検出する磁気センサを用いる。この磁気センサをゲートの周囲に複数配置する。近傍の磁性体によって検出される磁気センサの出力信号の位相と振幅はバラバラである。一方、遠方の磁性体によって検出される磁気センサの出力信号の位相と振幅は、ほぼ同じある。この特徴を利用し、同相信号を演算によって除去することにより、遠方の磁性体の影響を除去するものである。
【００３１】
ゲート状の検知空間に２つの磁気センサを水平に配置した場合、磁気センサから見た近傍の磁性体までの方向や距離は大きく異なる。一方、磁気センサから見た遠方の磁性体までの方向や距離は、ほぼ同じである。
【００３２】
異なる方向で異なる距離による磁気センサの出力は、異なる位相で異なる振幅である。一方、ほぼ同じ方向のほぼ同じ距離にある磁性体の移動による磁気センサの出力は、ほぼ同じ位相でほぼ同じ振幅である。すなわち磁気センサの同相信号成分とは、遠方の磁性体によって発生するものであり、同相でない信号成分は近傍の磁性体によって発生すると判断することができる。
【００３３】
同相信号かどうかを判定するには、複数の磁気センサを備え、ゲート状の検知空間の周囲に配置し、かつ同時に動作されば良い。各磁気センサの出力のうち、同じ位相で同じ振幅の同相成分を抽出し、これを減算すれば遠方の磁性体の影響を抑制することができる。同相成分とは、各磁気センサの出力の平均値である。
【００３４】
なお、磁性体の移動速度による違いを解消するために、積分演算機能を備え、移動速度が速くても遅くてもほぼ同じ演算値を得られるようにした。
【００３５】
ある磁性体が磁気センサの近傍をある一定の距離である一定の方向に通過した時に、磁気センサの位置で発生する磁気エネルギーは、移動速度に関係なく一定である。これは自転車等の発電機（ダイナモ）による発電と原理的には同じである。発電機を早く回せば電球が明るく光り、ゆっくり回せば暗くなる。一見、早く回した方が出力される電力量（エネルギー）が大きくなるように見える。しかし、実際には１回転で発生する電力量は、回転速度に関係なく一定である。早く回すことによって単位時間に発生する電力量が多くなることによって、電球の明るさ＝電力＝電力量／時間が大きくなっただけである。したがって、磁束密度の変化量ではなく、磁気エネルギーで評価すれば、磁性体の速度に関係なく、これを検知することが可能である。磁気エネルギーは、磁束密度の変化量を時間で積分した値であり、特に複雑な演算は必要としない。
【００３６】
さらに、本発明は、前記磁性体検知機において、前記センサ部におけるセンサユニット内に三個以上の磁気センサが鉛直方向に間隔を開けて配置されるとともに、磁気センサ間の間隔が上方よりも下方へ向かうに従って狭く配置されている構成を採ることも可能である。
【００３７】
かかる構成を採用することにより、一般的に磁性体の位置が下方に配置されている医療用品について、磁気センサと磁性体との距離が短くなり、磁性体の検出感度を向上することが可能となる。
【００３８】
またさらに、本発明は、前記磁性体検知機において、少なくとも一以上の磁気センサを備える第二センサユニットが検知物の下方に付加配置されるとともに、演算機能と閾値入力機能と比較演算機能とを備える第二演算部が備えられ、かつ、論理和演算機能を備えた構成を採ることができる。
【００３９】
上記構成からなる磁性体検知機において、第二センサユニットに備えられた磁気センサの出力信号の演算値を演算機能で演算し、閾値（第二閾値）を閾値入力機能で入力し、演算値と第二閾値との判定値（第二判定値）を比較演算機能で求め、前記判定値と第二判定値の論理和値を論理和演算機能で求め、得られた該論理和値によって前記告知機能が動作されることとなる。
【００４０】
かかる構成を採用することにより、ゲート中央を通過する点滴台等について、磁気センサと磁性体との距離が短くなり、磁性体の検出感度を向上することが可能となる。
【００４１】
そしてまた、本発明は、前記磁性体検知機において、回路電流を測定する電流検知機能と、該電流検知機能に流れる電流を一定に制御する制御機能と、該制御機能によってダミー電流を流すダミー電流機能を備え、電流検知機能にダミー電流機能を接続し、回路電流とダミー電流の合計を一定にする構成を採用し得る。
【００４２】
かかる構成を採用することにより、回路の消費電流の変動を抑制し、全体の消費電流を一定にすることにより、磁気センサの誤動作を抑制することが可能になる。
【００４３】
以上の構成により、本発明は、磁性体検知機において、磁気センサをゲートの左右だけでなく前後に配置し、ゲートに対して通過する方向に移動する磁性体と、通過しない方向に移動する磁性体の検出信号の違いを前後比率演算アルゴリズムにより分別し、非通過磁性体の検出値を抑制するものである。
【００４４】
また、本発明は、前記磁性体検知機において、ゲートを通過する磁性体とゲート外を通過する磁性体の検出信号の違いを左右同相除去演算アルゴリズムにより分別し、ゲート外通過磁性体の検出値を抑制するものである。
【００４５】
さらに、本発明は、前記磁性体検知機において、下方に集中して設置した磁気センサによって、一般的に下方に配置されている磁性体との距離を短くし、充分な検出値を得るものである。
【００４６】
またさらに、本発明は、前記磁性体検知機において、床下に設置した磁気センサによって、磁性体との距離を短くし、充分な検出値を得るものである。
【００４７】
さらにまた、本発明は、前記磁性体検知機において、回路電流の変動に伴う磁束密度の変化を抑制するために、回路電流の変動を補完するダミー電流を流すことによって、全体の消費電流を一定にし、磁気センサの誤動作を防ぐものである。
【発明の効果】
【００４８】
本発明にかかる磁性体検知機によれば、ゲートを通過しない近傍の磁性体の動きによって発生する磁束密度の変化量の影響を抑制することができるので、検出目標であるゲートを通過する磁性体のみを検出することに効果がある。
【００４９】
また、本発明にかかる磁性体検知機によれば、一般的に下方に配置されている磁性体も、磁気センサとの距離を短くすることができるので、検知感度を高めることが可能である。
【００５０】
さらに、本発明にかかる磁性体検知機によれば、ゲート中央を通過する点滴台のような磁性体も、磁気センサとの距離を短くすることができるので、検知感度を高めることが可能である。
【００５１】
そしてまた、本発明にかかる磁性体検知機によれば、回路の消費電流の変動による磁束密度の変化が抑制されるため、磁気センサが誤動作することを防ぐことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
本発明にかかる磁性体検知機は、同時に動作し、検出空間の周囲に配置する複数の磁気センサによって、交流成分を抽出し、遠方磁性体の移動による磁束密度の変化量（デルタ）Ｂの同相成分を除去した後に、前後に配置した磁気センサが検出した磁束密度の変化量（デルタ）Ｂの大きさの比率によってゲート方向に磁性体が移動しているのか、移動していないかを判定するものである。更にゲートの左右に配置された磁気センサが検出した磁束密度の変化量（デルタ）Ｂの同相信号成分から磁性体の距離を判定し、ゲート内を通過するのか、ゲート外を通過するのかを判定するものである。更に一般的な磁性体である鉄が重量物であることから下方に配置されるという特徴を利用し、磁気センサを不等間隔に配置し、下方の磁性体の検出値を向上するものである。更に点滴台のような磁性体の場合、重量物である鉄が台座に使用されている場合が多いという特徴を利用し、床下に磁気センサを配置することによって、磁性体と磁気センサとの距離を近接させ、磁気センサの出力を大きくすることによって磁性体の検出値を向上するものである。また、回路の消費電流の変動を検知して、ダミー電流を流し、全体の消費電流を一定にし、磁束密度の変化を抑制することによって磁気センサの誤動作を抑制することを最大の特徴とする。以下、本発明にかかる磁性体検知機の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００５３】
図１は、本発明にかかる磁性体検知機の構成態様を示す概略説明図である。すなわち、本磁性体検知機は、センサ部１と演算部２と告知機能３から構成されている。
【００５４】
センサ部１は、ゲート４の前後左右に配置された４つのセンサユニット５〜８から構成されている。センサユニット５〜８には複数の磁気センサ９〜１６が内臓されている。図１では１つのセンサユニットに２個の磁気センサを示しているが、必要に応じた数量を備える。通過磁性体１７はゲート４を通過する磁性体である。非通過磁性体１８は、ゲート４を通過しない磁性体である。ゲート外通過磁性体１９は、ゲート４の外側を通過する磁性体である。遠方磁性体２０は、ゲート４から遠方にある磁性体である。ゲート４は、使用者や物体が通過し、通過磁性体１７を検出する空間を意味する。したがってゲート４は具体的な構造物で構成する必要はない。
【００５５】
演算部２は、交流成分演算部２１と同相信号除去部２２と前後比率演算部２３と左右同相除去部２４と積分部２５と判定部２６から構成されている。交流成分演算部２１は、磁気センサ９〜１６と同数の交流演算２７から構成されている。交流演算２７は、積分演算機能２８と減算演算機能２９から構成されている。同相信号除去部２２は、磁気センサ９〜１６と同数の同相演算３０と加算演算機能３１と除算演算機能３２から構成されている。同相演算３０は、減算演算機能３３から構成されている。前後比率演算部２３は、磁気センサ９〜１６の半数の比率演算３４と加算演算機能３５から構成されている。比率演算３４は、加算演算機能３６と比率演算３７と乗算演算機能３８と絶対値演算機能３９から構成されている。左右同相除去部２４は、２つの同相率演算機能４０と左右計算演算機能４１と乗算演算機能４２から構成されている。１つの同相率演算機能４０は、磁気センサ９〜１６の半数の絶対・減算演算機能４３と加算演算機能４４と除算演算機能４５と加算演算機能４６と加算演算機能４７と除算演算機能４８から構成されている。絶対・減算演算機能４３は、減算演算機能４９と絶対値演算機能５０と絶対値演算機能５１から構成されている。積分部２５は、積分演算機能５２から構成されている。判定部２６は、閾値を入力する閾値入力機能５３と比較演算機能５４から構成されている。
【００５６】
告知機能３は、使用者に対して警告を告知する機能である。告知する手段としては、光によるものや音声による方法などがある。また複数の手段を使用する方法もある。告知する場所も１箇所だけでなく、複数の場所で告知する方法もある。
【００５７】
図２は、本発明にかかる磁性体検知機の構成様態を示すもう一つの概略説明図である。すなわち、一つのセンサユニット５５には複数の磁気センサ５６〜５９が設置されているが、磁気センサ５６〜５９の設置間隔を上方に比べて下方を狭くしている。
【００５８】
図３は、本発明にかかる磁性体検知機の構成様態を示すもう一つの概略説明図である。すなわち、本磁性体検知機は、図１に示した構成の検出部１にセンサユニット６０を追加し、演算部６１と論理和演算機能６２から構成されている。
【００５９】
センサユニット６０は、磁気センサ６３〜６４から構成し、ゲート４の下方に配置する。図３では２個の磁気センサ６３〜６４を示しているが、必要に応じた数量を備える。演算部６１は、演算機能６５と閾値を入力する閾値入力機能６６と比較演算機能６７から構成されている。
【００６０】
図４は、本発明にかかる磁性体検知機の構成様態を示すもう一つの概略説明図である。すなわち、本磁性体検知機は、図１を構成する電気回路の一部を構成する電気回路６８と電源６９に、電流検知機能７０と制御機能７１とダミー電流機能７２から構成されている。
【００６１】
次に順を追って、図１及び図２及び図３及び図４に示す構成態様が有効であることを説明する。
最初に磁気センサによって磁性体を検出する原理を説明する。
図５に磁界内に磁気センサ７３のみが設置された状態を示す。模式的に直流磁束密度Ｂのベクトルを四角錐で表現する。磁気センサ７３にはスカラ量Ｂｔ１を持つ直流磁束密度７５が印加されている。検出軸７６と直流磁束密度７５の方向は立体角θ１の関係にある。磁気センサ７３が検出するものは、検出軸７６の方向のスカラ成分のみであり、このスカラ量をＢｓ１とする。なお、磁気センサ７３の形状は実際の形状を表すものではなく、模式的に示したものである。
【００６２】
図６に磁界内に磁性体７４が入って来た状態を示す。磁性体７４によって、直流磁束密度７５が直流磁束密度７７に変化する。スカラ量がＢｔ１からＢｔ２に変化し、立体角もθ１からθ２に変化する。その結果磁気センサ７３の検出軸７６の方向成分のスカラ量がＢｓ１からＢｓ２に変化し、磁性体が磁界内に入ってきたことを検知することができる。
【００６３】
次に磁気センサ７３の検出信号によって告知機能３を動作させる基本的な方法を以下説明する。
図７に磁気センサ７３の近傍で磁性体７４をある方向に動かした時の磁束密度Ｂｆの変化を示す。地球上には３０μＴ程度の地磁気があり、近傍に強力な磁石がない場合は、この地磁気が印加された状態で磁束密度Ｂが変化する。図７を見て判るように、磁気センサ７３の出力信号Ｂｆは３１．４μＴを中心に変化している。
【００６４】
この信号を最も簡単に検出する方法として、図８に示すように比較機能５４を用いた構成がある。磁気センサ７３の検出信号Ｂｆと閾値入力機能５３によって入力した閾値を比較機能５４を用いて判定し、告知機能３を動作させるものである。図８より、閾値として３１．８μＴ程度に設定すれば、磁性体７４を検知して告知することが可能である。
【００６５】
次に、磁気センサ７３の出力信号の位相と振幅と磁性体までの距離の関係を説明する。
図９に枠形状で模式的に表現したゲート４と１個の磁気センサ７３を配置した例を示す。図９の磁気センサ７３の水平面上で検出する磁束密度Ｂの感度の比率を模式的に表現したものを図１０に示す。磁束密度の変化は距離の２乗に反比例するので、図１０より磁気センサ７３の座標から離れるにしたがって、感度比が低下していることが判る。ゲート４のうち、センサ７３の反対側を通過する磁性体の感度は極めて小さくなり、場合によっては検出できないことがある。１個の磁気センサ７３ではゲート４全体をカバーすることは不可能である。
【００６６】
次に、図１１に磁気センサ７８を追加した場合のゲート４を示す。磁気センサを２個配置することにより、図１２に示すように感度比の低下を抑制することが可能になる。図１１では２個の磁気センサ７３、７８のみを示したが、縦方向にも複数の磁気センサを配置し、ゲート４全体をカバーさせる。したがって、複数の磁気センサをゲート４の周囲に配置する必要がある。
【００６７】
図１３に例としてＢ１〜Ｂ８で示す８個の磁気センサの出力Ｂｎを示す。図１３に示すように各磁気センサの出力の中心は、３１．３〜３１．９μＴとバラバラである。これは、磁気センサが工業製品であるので、バラツキは０ではないためである。また、地磁気は時間によって多少変化する。磁気センサ自体にも温度特性や経時変化などがあり、常に出力の中心が一定とは限らない。なお、図１３では８個の磁気センサの出力値を示したが、複数個であれば数量については規定しない。
【００６８】
したがって、図８の構成では、閾値入力機能５３を磁気センサの数量だけ備え、１個づつ常に調整し続けなければならない。この調整には専門的な知識が必要であり、一般の使用者が調整するのは極めて困難であり、現実的ではない。
【００６９】
図８の構成で問題になる根本的な理由は、磁気センサの出力Ｂｎに直流成分があり、その直流成分にバラツキが発生することである。そこで、図１４に示すように、磁気センサの検出信号のうち、交流成分のみを取り出す交流成分演算機能２７を備えることで解決できる。具体的な交流成分演算機能２７の構成方法として、積分機能２８と減算機能２９を組み合わせる方法や、電気的にコンデンサと抵抗を用いて直流成分を除去する方法などがある。
【００７０】
図１４の構成を用いて得られる磁束密度Ｂｆの交流成分信号ｂｆを、図１５に示す。直流成分がないため、閾値を５００ｎＴ程度に設定すれば、磁性体７４の通過の有無を判定することが可能である。この構成を使用すれば、複数の磁気センサを備えても、１個づつ閾値を調整する必要がなくなる。
【００７１】
しかし、磁性体７４が移動する方向は必ずしも同じ方向ではなく、反対方向から移動する場合もある。また、移動速度も一定ではなく、速い場合や遅い場合もある。図１６に、磁性体７４が図１５で示した反対方向から遅い速度で移動した場合の磁気センサの出力Ｂｓの交流成分信号ｂｓを示す。
図１６に示すように、ｂｓの波高値の大きい極性は負側であり、閾値を５００ｎＴ程度に設定した場合、ｂｆは検出できるが、ｂｓは検出することが不可能である。
【００７２】
磁性体７４がどちらの方向から移動しても大きな波高値で検出する方法として、図１７に示すような絶対値演算機能３９を備える方法がある。絶対値演算機能３９の構成方法としては、数値演算を行う方法の他に、電気的にダイオードブリッジ等を使用して構成する方法などがある。
【００７３】
図１８に、図１７の絶対値演算機能３９を追加した場合の出力｜ｂｆ｜、｜ｂｓ｜を示す。図１８に示す通り、磁性体７４がどちらの方向から移動しても、大きな波高値で検出することが可能である。
【００７４】
しかし、磁性体７４の移動速度が遅い場合の信号｜ｂｓ｜は、移動速度が速い場合の信号｜ｂｆ｜より小さな波高値である。これは、磁性体７４が移動することによって発生するエネルギーがｂｆとｂｓで同じにも係わらず、通過に要する時間がｂｓの方が長いため、波高値が低くなったためである。
【００７５】
そこで、｜ｂｎ｜を時間で積分する積分演算機能５２を追加する構成を図１９に示す。積分演算機能５２の構成方法としては、数値演算を行う方法の他に、電気的にコンデンサと抵抗で構成する方法などがある。
【００７６】
図２０に、図１９の積分演算機能５２を追加した場合の出力ＤＳｆ、ＤＳｓを示す。図２０より、磁性体７４の移動速度の影響を抑制し、ほぼ同じ値を示していることを示す。図２０の場合、閾値を２００ｎＴ・ｓｅｃ程度に設定すれば、ＤＳｆもＤＳｓも検知することが可能である。このように変化量（デルタ）を積分（シグマ）する演算手法をデルタ・シグマ演算法と呼ぶ。
【００７７】
図２１に、複数の磁気センサを備えた場合の構成を示す。各磁気センサの演算処理を行う機能ブロック２７と絶対値演算機能３９を複数備え、それらの出力信号｜ｂｎ｜を加算機能３５を用いて加算し、積分演算機能５２を用いてデルタ・シグマ値ＤＳを求め、比較機能５４で比較する。加算演算と積分演算は、順番が逆であっても同じ結果になる。ここでは加算演算後に積分演算を行う。この方法によって、磁性体７４がゲート４を通過する位置や、移動方向や、移動速度による影響を抑制して検出することが可能になる。
【００７８】
図１３で示した８個の磁気センサの出力信号Ｂｎは、図７で使用した磁性体７４より小さな磁性体を用いた。この信号を図２１で示した演算処理機能を用いて得られた結果ＤＳを、図２２に示す。図２４より小さな磁性体であっても検出することが可能であることを確認した。
【００７９】
以上説明したように、磁気センサが設置された場所の磁束密度の変化を演算することによって、磁性体の検知を行うことが可能である。しかし、磁束密度を変化させる磁性体が必ずゲート４を通過するとは限らない。図２３にゲート４と磁性体の平面的な位置関係を示す。図２３に示すように、使用者にとって検出したい磁性体は、ゲートを通過する通過磁性体１７のみである。
【００８０】
磁性体を持たない使用者がゲート４を通過した時と同時に、他の磁性体が動いた場合、磁気センサは磁束密度の変化を検出し、告知する。その結果、使用者は磁性体を所持していないため、磁性体検知機が誤動作したと判断してしまう。このような状態が何度も繰り返された場合、磁性体検知機に対する信頼性が低下してしまう。実際に使用者が磁性体を所持して、これを告知されても、告知を無視して磁性体を持ち込む可能性が高くなってしまう。したがってゲート４を通過しない非通過磁性体１８や、ゲート外を通過するゲート外通過磁性体１９や、遠方にある遠方磁性体２０は検出しない方が望ましい。
【００８１】
使用者にとって、通過磁性体１７は有用な信号Ｓであるが、非通過磁性体１８やゲート外通過磁性体１９や遠方磁性体２０は無用なノイズＮである。従って、ゲート４を通過する通過磁性体１７のみを検出し、それ以外の磁性体を全て無視することが望ましい。しかし、磁気センサは使用者の意図を理解して動作するデバイスではなく、磁束密度の変化を検出するデバイスである。使用者が信号Ｓと考えるかノイズＮと考えるかには全く関係がなく、磁束密度の変化があれば、これを検出する。
【００８２】
ゲート４を通過する通過磁性体１７以外を排除する方法として、前記特願２００７−０９２９９９号に示したようにゲート４に物体検知機能を設け、物体が通過した時だけ告知を有効にする方法がある。この手段によって、使用者や磁性体などの物体がゲート４を通過しなければ、告知することはない。
【００８３】
しかし磁性体を所持しない使用者がゲート４を通過した時に、ゲート４を通過しない磁性体が移動した場合、磁気センサがこれを検知して、不要な告知を行なってしまう。したがって物体検知機能を付加しただけでは充分ではない。通過磁性体１７以外を抑制する手段が必要である。
【００８４】
ゲート４を通過する通過磁性体１７以外を抑制する方法はいくつか存在する。一つの方法の例として、図２４に示すように透磁率が高い磁性体による磁気シールド１１３を施し、周囲の磁性体の影響を遮断する方法である。ゲート４の前後に磁気シールドを施した磁気シールドドア１１４を設ける必要があるが、影響がなくなる無限遠に近い距離に設置すればよい。磁気シールド材としてはケイ素鉄などがある。しかし、このような装置は長大で設置が困難であり、コスト的にも実用的でない。
【００８５】
図２４に示したように、磁気的な方法を用いてゲート４を通過する通過磁性体１７のみを検出する事は、極めて困難である。磁気的な対策方法を使用しない場合、磁気センサが全ての磁性体を検出することを前提にする必要がある。磁気センサ自体は、磁束密度を変化させた原因が、どの磁性体であるのかを判断する機能を持たない。したがって使用者にとって無用な磁性体を完全に除去することは理論上不可能であり、抑制するしか方法はない。本発明では、磁気センサの位置と演算によってゲート４を通過する通過磁性体１７以外を抑制する手段を提供する。
【００８６】
次に、遠方磁性体２０の影響の抑制について以下特願２００７−１７３１３５号の内容を含み説明する。
図２５に磁性体がほとんど動いていない時の８個の磁気センサの信号Ｂｎを示し、図２６に遠方で大きな遠方磁性体２０が動いた時の各磁気センサの信号Ｂｎを示す。図２５と図２６を比較すると、殆ど違いがないように見える。しかし、これらの信号を図２１に示した演算処理を行ったＤＳの値を図２７と図２８に示す。磁性体がほとんど動いていない図２７ではＤＳの値が小さいが、遠方磁性体２０が動いた図２８ではＤＳの値が大きくなっていることが判る。
【００８７】
使用者から見た場合、ゲート４を通過する近傍の通過磁性体１７のみを信号Ｓとして検出し、ゲート４から離れた遠方磁性体２０はノイズＮとして検出しないことが望ましい。しかし、磁気センサ単体から見た場合、どちらも同じ信号であり、図２１の演算処理では区別することはできない。
【００８８】
ここで図２９に、磁気センサ７３と磁気センサ７８から遠方の位置にある大きな遠方磁性体２０によって変化する磁束密度Ｂのベクトルの模式図を示す。大きな遠方磁性体２０の近傍では磁束密度Ｂのベクトルが大きく変化しているが、磁気センサ７３及び磁気センサ７８の位置でのベクトル変化Ｂ１ＡとＢ２Ａは小さい。また２つのベクトル変化Ｂ１ＡとＢ２Ａのスカラ量は、ほぼ同じである。
【００８９】
また図３０に、磁気センサ７３と磁気センサ７８の近傍かつほぼ中間の位置にある小さな通過磁性体１７によって変化する磁束密度Ｂのベクトルの模式図を示す。通過磁性体１７が小さいため、磁気センサ７３及び磁気センサ７８の位置でのベクトル変化Ｂ１ＢとＢ２１Ｂは小さい。また２つのベクトル変化Ｂ１ＢとＢ２Ｂのスカラ量は、ほぼ同じである。
【００９０】
図２９と図３０に示す磁気センサ７３及び磁気センサ７８の位置でのスカラ量の変化は、ほぼ同じであり区別することはできない。これは、磁性体までの距離Ｌ１ＡとＬ２Ａ及びＬ１ＢとＬ２Ｂがほぼ同じであるためである。
【００９１】
しかし図２９と図３０における、磁気センサ７３のベクトル変化と磁気センサ７８の位置でのベクトル変化では向きが逆であるという違いがある。すなわち、図２９に示す遠方の磁性体によって発生するベクトルの変化Ｂ１ＡとＢ２Ａは同相であるが、図３０に示す近傍の磁性体によって発生するベクトルの変化Ｂ１ＢとＢ２Ｂは同相ではないという特徴を持っている。これは、磁性体との角度θ１Ａとθ２Ａはほぼ同じであるが、θ１Ｂとθ２Ｂには大きな違いがあるためである。
【００９２】
図３１に、磁気センサ７３と磁気センサ７８の近傍かつ片方に寄った位置にある小さな磁性体１７によって変化する磁束密度Ｂのベクトルの模式図を示す。この場合２つのベクトル変化Ｂ１ＣとＢ２Ｃのスカラ量は、同じではない。すなわち、同相成分の大きさは同じではないという意味になる。
【００９３】
図２９と図３０と図３１の結果から、遠方磁性体２０によって発生する磁束密度Ｂの変化は、ほぼ同相でほぼ同じ大きさであることが判る。したがって、各磁気センサから同相成分を減算すれば、遠方磁性体２０の影響を抑制することが可能になる。同相信号を除去するには、図３２に示すように交流成分演算を行った後で、同相信号除去機能２２を用いて除去する。同相信号除去機能２２は、同相成分である平均値ｂａｖを各磁気センサの交流成分ｂｎから減算する機能である。
【００９４】
同相信号除去機能２２は、磁気センサと同数の同相演算機能３０と、加算演算機能３１と除算演算機能３２から構成する。同相演算機能３０は、減算演算機能３３から構成する。全ての磁気センサの交流成分ｂｎを加算演算機能３１で加算し、除算演算機能３２で同相成分である平均値ｂａｖを求める。各磁気センサの交流成分ｂｎから平均値ｂａｖを減算演算機能３３を用いて減算すれば、同相成分を除去した信号ｂｄｎが得られる。同相信号除去機能２２の構成方法としては、数値演算を行う方法の他に、電気的に減算回路と加算回路と抵抗分圧等で構成する方法などがある。
【００９５】
図１３と図２５と図２６で示した８個の磁気センサの交流成分信号ｂｎと、それらの同相成分である平均値ｂａｖを図３３と図３４と図３５に示す。近傍の小さな通過磁性体１７が動いた場合の図３３では、各センサの交流成分信号ｂｎがバラバラに変化し、その平均値ｂａｖの変化は小さい。磁性体がほとんど動いていない場合の図３４では、各センサの交流成分信号ｂｎがバラバラに変化し、その平均値ｂａｖの変化は小さい。遠方の大きな遠方磁性体２０が動いた場合の図３５では、各磁気センサの交流成分信号ｂｎがほぼ同じ位相で、かつ、ほぼ同じ大きさで変化し、その平均値ｂａｖも同じように変化することが判る。
【００９６】
図３３と図３４と図３５で示した各磁気センサの交流成分信号ｂｎから平均値ｂａｖを減算した同相信号除去演算値ｂｄｎを、図３６と図３７と図３８に示す。遠方磁性体２０が動いていない図３６と図３７では、ほとんど交流成分信号ｂｎと同相信号除去演算値ｂｄｎの波形の変化がないが、遠方磁性体２０が動いている図３８では、同相信号除去演算値ｂｄｎが大幅に小さくなっていることが判る。
【００９７】
図１３と図２５と図２６で示した８個の磁気センサが検出した磁束密度Ｂｎを図２１で示した演算処理によって求めたＤＳ値と、図３２で示した演算処理によって求めた積分値を、図３９と図４０と図４１に示す。図３９より、近傍の小さな通過磁性体１７が動いた場合、どちらの演算処理でもこれを検知することが可能であることが判る。図４０より、磁性体がほとんど動いていない場合は、どちらの演算処理でも検知していないことが判る。図４１より、遠方の大きな遠方磁性体２０が動いた場合、図２１の演算処理ではこれを検知してしまうが、図３２の演算処理ではこれを検知ないことが判る。図３２に示す演算処理を行うことによって、使用者から見た場合の信号Ｓである近傍の通過磁性体１７を検出し、ノイズＮである遠方磁性体２０を抑制することが可能になる。
【００９８】
次に本発明に係わる近傍の磁性体の影響の抑制のうち、ゲート４を通過しない非通過磁性体１８を除去する前後比率演算アルゴリズムについて以下説明する。
図３２に示した演算アルゴリズムでは、近傍の磁性体と遠方磁性体２０の区別を行い、遠方磁性体２０の検知値を抑制することが可能である。しかし、近傍の磁性体には、ゲート４を通過する通過磁性体１７とゲート４を通過しない非通過磁性体１８とゲート４の外側を通過するゲート外通過磁性体１９の３種類がある。図３２に示した演算アルゴリズムでは、これらの３種類の磁性体を区別することは不可能である。
【００９９】
ゲート４を通過する通過磁性体１７と、ゲート４を通過しない非通過磁性体１８では、磁性体が移動する方向が異なる。従ってこの方向を判定する手段を設ければ良い。そこでゲート４の前後方向に、２個の磁気センサユニットを設ける。動作を説明するための平面的な模式図を図４２に示し、左上側の磁気センサ９、１１で説明する。この磁気センサ９、１１に対して通過磁性体１７や非通過磁性体１８が移動する。
【０１００】
通過磁性体１７を移動させた時の磁気センサ９、１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３を図４３に示す。図４３より、通過磁性体１７を移動させた場合、ほぼ同じ振幅で同じ位相でタイミングが異なるｂ１とｂ３の波形が出力される。これは、通過磁性体１７と２つの磁気センサ９と１１に最接近する方向と距離がほぼ等しく、２つの磁気センサ９と１１に最接近する時間が異なるためである。
【０１０１】
次に非通過磁性体１８を移動させた時の磁気センサ９と１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３を図４４に示す。図４４より、非通過磁性体１８を移動させた場合、ほぼ同じ位相で異なる振幅でほぼ同じタイミングのｂ１とｂ３の波形が出力される。これは、非通過磁性体１８が２つの磁気センサ９と１１に最接近する距離が異なり、２つの磁気センサ９と１１に最接近する時間がほぼ同じになるためである。
【０１０２】
通過磁性体１７と非通過磁性体１８では、図４３と図４４に示すように、磁気センサ９と１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３に違いがある。したがってこの違いを抽出し、非通過磁性体１８による検出値を抑制すれば実現可能である。
【０１０３】
図４５に通過磁性体１７が移動した時と、非通過磁性体１８が移動した時の２つの磁気センサ９と１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３の模式図を示す。図４５より、通過磁性体１７を移動させた場合、同時刻におけるｂ１とｂ３の振幅の比率ｓｊは１に近い値になる。一方、非通過磁性体１８を移動させた場合、同時刻におけるｂ１とｂ３の振幅の比率ｓｊは１により小さな値になる。従って２つの信号の振幅の比率を求めれば、その磁性体が通過磁性１７であるのか、非通過磁性体１８であるのかを判断することが可能である。
【０１０４】
比率ｓｊを求める方法には色々な方法があるが、最も簡単な方法として小さな値を大きな値で除算し、絶対値を求める方法がある。図４５ではｂ１の方がｂ３より大きな信号になっているが、磁性体が反対の位置で非通過した場合は、ｂ３の方がｂ１より大きくなる。従って、ｂ１とｂ３の絶対値を比較して、小さい値を大きな値で除算する必要がある。また、ｂ１とｂ３が同時に０になる場合もある。０で除算を行うことは不可能であるので、強制的にｓｊをある値にする特例も必要である。２つの信号の加算値ａｄｆｒを求め、比率ｓｊを乗算すれば、乗算値ｍａｊを求めることができる。
【０１０５】
磁気センサ９と１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３が、磁性体を検知していない場合、０に近い出力信号になる。０に近い値であってもホワイトノイズ成分があるため、ｂ１とｂ３の値に相関関係がなくなる。したがって比率ｓｊは不定になってしまう。比率ｓｊは不定になるが、２つの加算値ａｄｆｒは０に近い値になるため、乗算値ｍａｊは０に近い値になる。したがって比率ｓｊが不定であっても演算処理を妨げることはない。
【０１０６】
乗算値ｍａｊを求める方法としては、図４６に示すように加算演算機能３６と比率演算機能３７と乗算演算機能３８で構成することができる。比率演算機能３７は、絶対値演算機能７９と絶対値演算機能８０と切替機能８１と切替機能８２と除算機能８３と比較機能８４と比較機能８５と比較機能８６と論理積演算機能８７と切替機能８８で行なうことができる。２つの入力信号の絶対値を絶対値演算機能７９と８０で求め、どちらが大きいかを比較演算機能８４で比較する。比較した結果に従って、切替機能８１と８２を用いて２つの入力のうち、小さい方の値を除算演算機能８３の分子に、大きな方の値を分母にする。除算演算機能８３を用いて分子を分母で除算することにより、比率ｓｊを求めることができる。特例として、比較演算機能８５と比較演算機能８６を用いて２つの入力信号を０と比較し、同時に０になった場合を論理積演算機能８７を用いて判定する。同時に０になったと判定された場合、切替機能８８を用いて分母を０以外の定数とし、０で除算することを防止する。これらの演算は、数値的な演算方法の他に、乗算回路や除算回路などによる電気的な演算回路で構成する方法などがある。
【０１０７】
図４３と図４４で示した通過磁性体１７と非通過磁性体１８の波形について、図４６で示した演算アルゴリズムを用いて乗算値ｍａｊを求めた結果を図４７と図４８に示す。図４７より通過磁性体１７が移動した場合、乗算値ｍａｊは元の信号ｂ１とｂ３より若干小さな値になっていることが判る。一方、図４８より通非過磁性体１８が移動した場合、乗算値ｍａｊは元の信号ｂ１とｂ３より大幅に小さな値になっていることが判る。したがって図４６の演算アルゴリズムを使用することにより、非過磁性体１８を抑制することが可能である。
【０１０８】
図４６で示した演算アルゴリズムを組み込んだ演算アルゴリズムを図４９に示す。図４９で示した演算アルゴリズムを用いて、ゲート４の前後に配置した磁気センサ９〜１６全てに演算し、その加算値ｄｓｐを用いたデルタ・シグマ演算値をＤＳＰとする。
【０１０９】
図５０に１６個の磁気センサを用い、通過磁性体１７を移動させた場合の演算値ＤＳとデルタ・シグマ演算値ＤＳＰを示し、図５１に非通過磁性体１８を移動させた場合の演算値ＤＳとデルタ・シグマ演算値ＤＳＰを示す。図５０より通過磁性体１７を移動させた場合、ＤＳとＤＳＰの値には大きな違いはない。しかし図５１より非通過磁性体１８を移動させた場合、ＤＳに比べてＤＳＰの値が抑圧されて小さくなっている。したがって図４９に示す前後比率演算アルゴリズムによって、通過磁性体１７と非通過磁性体１８を区別できる。使用者にとって不要な非通過磁性体１８を抑制しており、効果がある。
【０１１０】
次に本発明に係わる近傍の磁性体の影響の抑制のうち、ゲート外通過磁性体１９を除去する左右同相除去演算アルゴリズムについて以下説明する。
ゲート４近傍にある使用者にとって不要な磁性体には、非通過磁性体１８の他に、ゲートの外側を通過するゲート外通過磁性体１９もある。図５２に通過磁性体１７とゲート外通過磁性体１９の平面的な動きを示す。磁気センサは模式的に上側だけを示す。
【０１１１】
図５３にゲート外通過磁性体１９を移動させた時の、図３２に示した演算アルゴリズムによる演算値ＤＳと、図４９に示した前後比率演算アルゴリズムによる演算値ＤＳＰを示す。図５３よりＤＳとＤＳＰの値には大きな違いはない。従って、図４９に示した前後比率演算アルゴリズムは、ゲート外通過磁性体１９に対しては効果がない。図５２に示すように、ゲート４を通過する通過磁性体１７とゲート外通過磁性体１９は同じ向きに移動する。従って、前後比率演算アルゴリズムでは両者の違いが無いため、これを区別することは原理的に不可能である。
【０１１２】
ここで、センサユニット９〜１６と通過磁性体１７とゲート外通過磁性体１９の位置関係を、立体的に表現した模式図を図５４に示す。通過磁性体１７と磁気センサ９〜１１の距離は比較的近い。したがって各磁気センサ９〜１１と通過磁性体１７までの方向と距離はバラバラである。
【０１１３】
ゲート外通過磁性体１９と近い方の磁気センサ１３〜１６の距離も比較的近い。したがって近い方の磁気センサ１３〜１６と通過磁性体１９までの方向と距離もバラバラである。しかし、ゲート外通過磁性体１９と遠い方の磁気センサ９〜１２の距離は比較的遠い。したがって遠い方の磁気センサ９〜１２とゲート外通過磁性体１９までの方向と距離は、ほぼ同じである。
【０１１４】
１個のセンサユニットに４個の磁気センサを設けた条件において、通過磁性体１７を移動させた時の左右各８個づつの遠方同相信号を除去した信号ｂｄｎの波形を図５５と図５６に示す。また、ゲート外通過磁性体１９を移動させた時の左右各８個づつのｂｄｎの波形を図５７と図５８に示す。図５５と図５６に示すように、通過磁性体１７を移動させた場合は、左右８個のｂｄｎの位相と振幅はバラバラである。図５７に示すように、ゲート外通過磁性体１９を移動させた場合、近い方の８個のｂｄｎの位相と振幅もバラバラである。しかし、図５８に示すように、遠い方の８個のｂｄｎの位相と振幅はほぼ同じである。
【０１１５】
この現象は、磁気センサのｂｄｎの位相と振幅が、磁性体までの方向と距離によって決定されるためである。異なる方向と異なる距離ならば、異なる位相と異なる振幅になる。遠方磁性体２０による影響と同様に、ほぼ同じ方向とほぼ同じ距離ならば、ほぼ同じ位相とほぼ同じ振幅になる。
【０１１６】
同じ位相で同じ振幅の信号を除去する方法は、遠方磁性体２０の影響を抑制する方法と基本的に同じである。遠方磁性体２０の場合、全ての磁気センサの同相成分を除去したが、左右単位で同相成分を除去し、同相成分除去信号ｗｄｂｎを求める。同相成分を除去する方法は、図５９に示すように加算演算機能４４と除算演算機能４５と磁気センサと同数の減算演算機能４９で構成し、同相信号である平均値ｗａｖを減算演算する。
【０１１７】
図５５〜図５８に示したｄｂｎ波形を図５９の演算機能を用いて演算した結果を図６０〜図６３に示す。図６０と図６１に示すように、通過磁性体１７を移動させた場合は、同相成分除去信号ｗｄｂｎは、元々の信号であるｄｂｎの波形と大きな違いはない。図６２に示すように、ゲート外通過磁性体１９を移動させた場合、近い方の８個の同相成分除去信号ｗｄｂｎも、元々の信号ｄｂｎの波形と大きな違いはない。しかし図６３に示すように、遠い方の８個の同相成分除去信号ｗｄｂｎは、極めて小さな値になるという特徴がある。したがってこの特徴を抽出し、ゲート外通過磁性体１９による検出値を抑制すれば実現可能である。
【０１１８】
しかし、図６０〜図６３に示した値だけでは、磁性体が近いのか遠いのかを判断することはできない。磁性体との距離が遠い場合であっても、磁性体の大きさが大きい場合は、絶対的な値が大きくなるからである。磁性体の大きさに影響されない値に変換しなければならない。図５５〜図５８と図６０〜６３を比較すると、同相信号を除去する前と除去した後で、センサユニット５〜８のうち、ゲート外通過磁性体１９が遠い方を通過した場合だけが大きく変化している。従って、同相信号除去後の信号ｗｄｂｎを同相信号除去前の信号ｄｂｎで除算し、同相率ｗｓｊを求めれば判断することが可能である。しかし、ｗｄｂｎとｄｂｎの各信号は正負のどちらにも変化するため、絶対値を求めてからそれぞれ加算し、加算値｜ｓｗｄｂ｜と｜ｓｄｂ｜を求めてから除算を行い、同相率ｗｓｊを求める。
【０１１９】
左右単位の２つの同相率ｗｓｊを求める事は可能であるが、最終的に１つの演算値にする必要がある。２つの同相率ｗｓｊから左右係数ｗｆを求める。左右係数ｗｆを求めるには、２つの同相率ｗｓｊの平均値演算や比率演算や最小値選択など、いくつかの演算手段があり、その演算手段によって左右方向の除去率が変化する。あまり極端に左右方向を除去した場合、ゲート通過磁性体１７であっても、ゲートの端を通過した時に除去し過ぎて、検知できない場合もある。本説明では平均値演算を使用した例を示す。
【０１２０】
図６４に左右同相除去演算機能２４を示す。左右同相除去演算機能２４は、左右２つの同相率演算機能４０と左右係数演算機能４１と乗算演算機能４２から構成する。一つの同相率演算機能４０は、磁気センサの半数の絶対・減算演算機能４３と加算演算機能４４と除算演算機能４５と加算演算機能４６と加算演算機能４７と除算演算機能４８から構成する。絶対・減算演算機能４３は、減算演算機能４９と絶対値演算機能５０と絶対値演算機能５１から構成する。なお除算演算機能４８には０で除算を行わないように例外処理を持たせる。これらの演算は、数値的な演算方法の他に、乗算回路や除算回路などによる電気的な演算回路で構成する方法などがある。
【０１２１】
図６５に通過磁性体１７が移動した時の同相率ｗｓｊと左右係数ｗｆを示す。図６５より、通過磁性体１７が移動した時は、２つの同相率ｗｓｊが１００％に近い値を示す。したがって２つの同相率ｗｓｊの平均値である左右係数ｗｆも１００％に近い値を示す。
【０１２２】
図６６にゲート外通過磁性体１９が移動した時の同相率ｗｓｊと左右係数ｗｆを示す。図６６より、ゲート外通過磁性体１９が移動した時は、近い方の同相率ｗｓｊは１００％に近い値を示すが、遠い方の同相率ｗｓｊは０％に近い値を示す。したがって左右係数ｗｆは５０％に近い値を示す。
【０１２３】
図６４に示した左右同相除去演算アルゴリズムによる左右係数ｗｆを用い、図４９で示した前後比率演算アルゴリズムの演算結果ｄｓｐと乗算演算機能４２で乗算した演算結果ｄｓｗを用い、積分演算した結果である検出値ＤＳＷを求める機能が図１に示す演算機能である。
【０１２４】
図６７に通過磁性体１７を移動させた場合の図３２で示した演算アルゴリズムによる検出値ＤＳと図４９に示した前後比率演算アルゴリズムによる検出値ＤＳＰと図１に示す左右同相除去演算アルゴリズムを加えて処理した検出値ＤＳＷを示す。図６７より通過磁性体１７を移動させた場合、３つの検出値ＤＳとＤＳＰとＤＳＷには大きな違いはない。
【０１２５】
図６８にゲート外通過磁性体１９を移動させた場合の図３２で示した演算アルゴリズムによる検出値ＤＳと図４９に示した前後比率演算アルゴリズムによる検出値ＤＳＰと図１に示す左右同相除去演算アルゴリズムを加えて処理した検出値ＤＳＷを示す。図６８よりゲート外通過磁性体１９を移動させた場合、２つの検出値ＤＳとＤＳＰには大きな違いはない。しかし、左右同相除去演算アルゴリズムを付加した検出値ＤＳＷは前者に比べて小さな値になっている。したがって使用者にとって無用な非通過磁性体１９を抑制しており、効果がある。
【０１２６】
図１の機能を具体的に構成する方法には、色々な方法がある。図６９に示すように、磁束密度Ｂを電気に変換する磁気センサ７３の出力を、オペアンプや抵抗やコンデンサ等によって構成するアナログ演算回路８９で処理しても可能である。また、図７０に示すように、磁束密度Ｂを電気に変換する磁気センサ７３の出力を、アナログ値からディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換回路９０を用いて数値に変換し、以降数値処理を行うディジタル演算装置９１を用いる方法もある。その他にも磁束密度Ｂを機械的に変換して機構的に処理したり、これらを複数組み合わせる方法もある。
【０１２７】
また、演算の方法にも色々な方法がある。例えば乗算してから除算しても、除算してから乗算しても結果は同じである。同様に、複数の積分機能を使って積分してから加算しても、加算してから１個の積分機能を使って積分しても結果は同じである。一般的な数式と同じように、演算結果が同じならば、演算の順番や演算素子の構成には関係はない。従って、必ずしも図１に示す順番や構成で実現する必要はない。
【０１２８】
次に本発明に係わる下方に配置されている磁性体の検出値を向上する発明について、以下説明する。
実際の病院における用品には、色々な種類がある。医療に係わる医療用品以外にも、脚立などの工事用品や、ポリッシャーなどの清掃用品もある。これらの用品は、磁性体の比率が小さいＭＲＩ用品もあれば、磁性体の比率が大きい非ＭＲＩ用品もある。
【０１２９】
磁性体の材料には色々な種類があるが、最も多く使用されている磁性体材料は鉄である。鉄は丈夫で安価で入手が容易なため、非ＭＲＩ用品に多用されている。また鉄は比重が大きいという特徴がある。比重が大きい鉄を下方に配置すれば、重心が下方になるため安定度が高くなる。
【０１３０】
図７１に一般的な医療用品等の例として、ストレッチャー９２や車椅子９３や点滴台９４やボンベ９５がある。非ＭＲＩ用の医療用品では、鉄が多用されている。ストレッチャー９２や車椅子９３や点滴台９４では、安定度を高めるために重量物である鉄材を下方に配置する場合が多い。特に点滴台では安定度を重視し、重い鉄製の台座を用いて重心を下方に設定する物も多い。支柱には透磁率が低いステンレスや軽量の非磁性体であるアルミなどを使用している場合も多い。ボンベ９５のうち鉄製のボンベは重量物である。単体で運搬する場合、使用者９６は手にぶら下げて持ち運ぶ場合が多い。ボンベ９５をストレッチャー９２や車椅子９３に固定して運搬する場合には、落下した場合に危険であるので、高い位置に設置せずに、低い位置に設置するのが一般的である。以上のように重量物で磁性体である鉄は、一般的にゲート４の上方ではなく、下方の床面９７の近くで移動する場合が多いという特徴がある。
【０１３１】
距離に関しビオ・サバールの法則から、磁束密度の変化量は、磁気センサと磁性体の距離の２乗に反比例する。即ち、距離が長くなるに従って、磁気センサの出力が急激に減少するという事を意味している。磁性体の検出値を向上させるには、磁性体と磁気センサとの距離を短くすることが望ましい。
【０１３２】
図７２に示すように、１本のセンサユニット５５に複数の磁気センサ５６〜５９を等間隔に配置した場合を想定する。なお、図７２では４個の磁気センサで表記したが、必要に応じて数量は変えても同じである。各磁気センサ５６〜５９と下方にある磁性体１７までの距離は、一番下に設置した磁気センサ５９との距離ｄａ４が最も近く、磁気センサの位置が高くなるに従ってｄａ３、ｄａ２、ｄａ１の順に遠くなる。磁束密度の変化は、磁気センサ５６〜５９と磁性体１７の距離の２乗に反比例するため、それぞれの磁気センサの検出出力は、５９、５８、５７、５６の順に小さくなる。
【０１３３】
下方にある磁性体１７だけを検出するならば、全ての磁気センサ５６〜５９を下方に設置すれば、磁気センサの検出出力を大きくすることが可能である。しかし、ゲート４を通過する通過磁性体１７が必ず下方を移動するとは限らない。したがって上方にも磁気センサは必要である。
【０１３４】
上方や下方の全ての位置の磁性体の検出出力を大きくするには、沢山の磁気センサを備えればよい。しかし磁気センサは高価であり、沢山使用した場合に製品コストが上昇するという問題がある。そこで、磁気センサの数量を増やさずに、下方にある磁性体１７の検出出力を高める必要がある。
【０１３５】
図７２では、ｄｈａ１＝ｄｈａ２＝ｄｈａ３とし、磁気センサ５６〜５９の間隔を等間隔に配置した場合を示した。一方、図７３にｄｈｂ１≧ｄｈｂ２≧ｄｈｂ３とし、磁気センサ５６〜５９の間隔を下方は短く、上方は広く配置した場合を示す。一番上の磁気センサ５６と一番下の磁気センサ５９の床面９７からの位置が同じならば、磁気センサ５６と磁気センサ５９の検出出力は同じである。
【０１３６】
しかし、中間にある磁気センサ５７と５８は、図７２に示す等間隔に配置された場合より、図７３に示す不等間隔に配置された場合の方が磁性体１７に近くなる。従って、磁気センサ５７と５８の検出出力は、図７２より図７３の方が大きくなる。したがって、図７２に示すように磁気センサ５６〜５９を等間隔に配置するより、図７３に示すように不等間隔に配置した方が、磁性体１７の検出出力が大きくなる。
【０１３７】
磁気センサの数量を増やさずに、磁気センサの間隔を不等間隔にすることにより、下方にある磁性体の検出値を向上させることが可能であり、効果がある。
【０１３８】
次に、本発明に係わるゲートの中央付近を通過する磁性体の検出値を向上する発明について、以下説明する。
実際の病院におけるＭＲＩ診断装置の吸引事故のうち、点滴台９４によるものが高い割合を占めている。従って点滴台９４を検知して警告する必要がある。点滴台９４には安定度を高めるために重い鉄製の台座を使用して、重心を下方に設定する物も多い。支柱には透磁率が低いステンレスや軽量の非磁性体であるアルミなどを使用している場合も多い。このような鉄製台座の点滴台９４は、磁性体部が床面近くにあるという特徴がある。
【０１３９】
使用者９６がゲート４を通って通過磁性体１７を持ち込む場合、どの位置を通過するかは不定である。右側のセンサユニット７〜８近傍の場合もあれば、左側のセンサユニット５〜６近傍の場合もあれば、左右のセンサユニットの中央を通過する場合もある。図７４に示すように中央を通過した場合、磁気センサ１０、１４からの距離ｄｄｐ２とｄｄｐ６が最も遠くなる。
【０１４０】
距離に関しビオ・サバールの法則から、磁束密度の変化量は、磁気センサと磁性体の距離の２乗に反比例する。即ち、距離が長くなるに従って、磁気センサの出力が急激に減少するという事を意味している。磁性体の検出値を向上させるには、磁性体と磁気センサとの距離を短くすることが望ましい。
【０１４１】
磁気センサの出力を大きくするには、高価になってしまうが磁性体の近くに磁気センサを追加して設置すれば良い。しかし、磁気センサをゲート４の中央に設置した場合、通行を妨げてしまう。
【０１４２】
そこで図７４に示すように、磁気センサ６３〜６４を備えた床下センサユニット６０を床面９７の下に設置する。床面９７の下に設置すれば、点滴台のような通過磁性体１７までの距離ｄｄｐ９、ｄｄｐ１０を短くすることが可能であり、かつ、通行の妨げにならない。磁気センサ６３〜６４の数量は必要に応じて１個以上を備えればよい。
【０１４３】
図３に示すように、磁気センサ６３〜６４と演算処理機能６５と閾値入力機能６６と比較機能６７と論理和演算機能６２を備え、演算部２又は演算部６１の判定結果のどちらかが磁性体の通過を判定した場合に告知機能３を動作させて告知する。
【０１４４】
左右に設置した磁気センサ９〜１６より、床下に設置した磁気センサ６３〜６４の方が、ゲート４の中央を通過する点滴台のような通過磁性体１７までの距離が短かくなるため、検出出力を大きくすることができる。検出出力が大きければ、Ｓ／Ｎ比を高くすることができるため、効果がある。
【０１４５】
次に本発明に係わる回路構成について、以下説明する。
図１に示すように、本発明では１本のセンサユニット５〜８に複数の磁気センサを使用する。従って図７５に示すように、磁気センサ７３近傍に別の磁気センサや他の回路から構成される電気回路６８は電源６９と電線９８〜９９を経由して接続される。また電線９８〜９９は、磁気センサ７３の近傍に配置される。
【０１４６】
電気回路６８は消費電流１００が一定ではなく、電流が変動する変動負荷である。電気回路６８に消費電流１００の変動が発生した場合、電線９８には消費電流１００と等しい電流１０７が流れるためアンペールの法則に従って磁場１０１が変動する。電線９８から距離ｄｃ１離れた磁気センサ７３の位置には磁場１０１の変動によって磁束密度の変化１０２が発生する。同時に、電線９９にも電流１０７が流れるため磁場１０３が変動する。電線９９から距離ｄｃ２離れた磁気センサ７３の位置には磁場１０３の変動によって磁束密度の変化１０４が変動する。磁束密度の変化１０２と磁束密度の変化１０４は逆方向のため、その差分である磁束密度の変化１０５が磁気センサ７３の位置に発生する。
【０１４７】
磁気センサ７３は、磁束密度の変化を検知する。したがって電気回路６８の消費電流１００の変動によって磁束密度の変化１０５が発生すれば、これを検知して誤動作する。
【０１４８】
誤動作を防ぐためには、磁気センサ７３の位置に発生する磁束密度の変化１０５を０にすれば良い。電線９８と磁気センサ７３の距離ｄｃ１と、電線９９と磁気センサ７３の距離ｄｃ２が同じであれば、磁束密度の変化１０２と磁束密度の変化１０４は同じ大きさで逆向きであるため、磁束密度の変化１０５は０になり、誤動作しない。したがって、距離ｄｃ１と距離ｄｃ２が等しい値になるように設置すれば誤動作しない。
【０１４９】
しかし、電線９８と電線９９の位置を正確に同じ距離に配置するのは極めて困難である。図７５では電線９８と電線９９を単純な平行線で示したが、傾きがある場合は、補正を行わなければならない。途中で電線が曲がった場合も補正しなければならない。これらの作業を行うには多大な時間が必要であり、作業コストが高くなってしまう。
【０１５０】
磁束密度の変化１０５を０にするもう一つの手段として、電気回路６８の消費電流１００の変動を０にする方法がある。消費電流１００の変動が０であれば、磁束密度の変化１０５も０であるので誤動作することがない。しかし電気回路６８の消費電流１００は、色々な要因によって決定されるものであり、完全に一定にすることは不可能である。
【０１５１】
電気回路６８の消費電流１００が一定でなくても、電線９８と電線９９に流れる電流１０７が一定であれば、磁束密度の変化１０５は０である。そこで、図７６に示すように、電流検知機能７０と制御機能７１とダミー電流１０６を流すダミー電流機能７２を備え、回路６８の消費電流１００の変動分を補完するダミー電流１０６を流す。消費電流１００とダミー電流１０６の総和は一定であるので、電線９８と電線９９に流れる合計電流１０７は一定である。したがって、磁束密度の変化１０５は発生しない。
【０１５２】
図７６に図４に示した機能の具体的な回路例を示す。電流検知機能７０は抵抗１０８から構成されている。制御機能７１は定電圧ダイオード１０９と抵抗１１０と演算増幅器１１１から構成されている。ダミー電流機能７２はトランジスタ１１２から構成されている。
【０１５３】
演算増幅器１１１は抵抗１０８に流れる電流によって発生する電圧Ｖｎと、定電圧ダイオード１０９と抵抗１１０によって発生する電圧Ｖｐが等しくなるように、トランジスタ１１２を制御する。回路６８の消費電流１００の変動分を補うようにダミー電流１０６が流れるため、消費電流１００とダミー電流１０６の合計値である電流１０７には変動がない。電流１０７に変動がなければ、磁束密度の変化１０５は発生しない。したがって磁気センサ７３に磁気的な影響を与えないので、誤動作しない。
【０１５４】
図７６に示した構成は、この機能を実現するための一例である。電流検知機能７０として、抵抗１０８の他に電流トランスやホール素子などの色々な方法がある。その他にアナログ回路だけでなく、ディジタル回路で構成したり、アナログとディジタルを混合して構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明にかかる磁性体検知機の一の構成態様を示す概略説明図である。
【図２】本発明にかかる磁性体検知機の一の構成態様を示す概略説明図である。
【図３】本発明にかかる磁性体検知機の一の構成態様を示す概略説明図である。
【図４】本発明にかかる磁性体検知機の一の構成態様を示す概略説明図である。
【図５】磁界内に磁気センサを設置した場合の磁束密度を示す概略説明図である。
【図６】磁界内に磁気センサと磁性体を設置した場合の磁束密度を示す概略説明図である。
【図７】磁気センサが磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図８】比較機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図９】検知空間と１個の磁気センサの構成例を示す概略説明図である。
【図１０】１個の磁気センサの感度比を示す概略説明図である。
【図１１】検知空間と２個の磁気センサの構成例を示す概略説明図である。
【図１２】２個の磁気センサの感度比を示す概略説明図である。
【図１３】８個の磁気センサが近傍の小さな磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図１４】交流成分演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図１５】交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図１６】逆方向から遅い速度で移動する磁性体の交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図１７】絶対値演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図１８】絶対値演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図１９】積分演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図２０】積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２１】複数の磁気センサを用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図２２】８個の磁気センサを用いた近傍の小さな磁性体を検出した時の積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２３】ゲートと通過磁性体と非通過磁性体とゲート外通過磁性体と遠方磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図２４】通過磁性体のみを検知する磁気シールドを示す概略説明図である。
【図２５】８個の磁気センサが磁性体を検出していない時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２６】８個の磁気センサが遠方の大きな磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２７】８個の磁気センサが磁性体を検出していない時の積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２８】８個の磁気センサが遠方の大きな磁性体を検出した時の積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２９】２個の磁気センサから遠方に配置した大きな磁性体による磁束密度の変化を示す概略説明図である。
【図３０】２個の磁気センサの中間の近傍に配置した小さな磁性体による磁束密度の変化を示す概略説明図である。
【図３１】２個の磁気センサの片方の近傍に配置した小さな磁性体による磁束密度の変化を示す概略説明図である。
【図３２】同相信号除去演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図３３】８個の磁気センサを用いた近傍の小さな磁性体を検出した時の交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３４】８個の磁気センサを用いた磁性体を検出していない時の交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３５】８個の磁気センサを用いた遠方の大きな磁性体を検出した時の交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３６】８個の磁気センサを用いた近傍の小さな磁性体を検出した時の同相信号除去演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３７】８個の磁気センサを用いた磁性体を検出していない時の同相信号除去演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３８】８個の磁気センサを用いた遠方の大きな磁性体を検出した時の同相信号除去演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３９】８個の磁気センサを用いた近傍の小さな磁性体を検出した時の同相信号除去演算機能と積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４０】８個の磁気センサを用いた磁性体を検出していない時の同相信号除去演算機能と積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４１】８個の磁気センサを用いた遠方の大きな磁性体を検出した時の同相信号除去演算機能と積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４２】ゲートと通過磁性体と非通過磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図４３】２個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４４】２個の磁気センサを用いた非通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４５】２個の磁気センサを用いた通過磁性体と非通過磁性体を検出した時の出力結果例と前後比率演算を示す概略説明図である。
【図４６】前後比率演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例の前後比率演算機能部を示す概略説明図である。
【図４７】２個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図４８】２個の磁気センサを用いた非通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図４９】前後比率演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図５０】１６個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図５１】１６個の磁気センサを用いた非通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図５２】ゲートと通過磁性体とゲート外通過磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図５３】１６個の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図５４】ゲートと通過磁性体とゲート外通過磁性体の立体的な位置関係を示す概略説明図である。
【図５５】８個の右側の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図５６】８個の左側の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図５７】８個の右側の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図５８】８個の左側の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図５９】左右同相演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例の同相演算機能部を示す概略説明図である。
【図６０】８個の右側の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の同相演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６１】８個の左側の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の同相演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６２】８個の右側の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の同相演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６３】８個の左側の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の同相演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６４】左右同相演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例の左右同相率演算機能部を示す概略説明図である。
【図６５】１６個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の左右同相率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６６】１６個の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の左右同相率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６７】１６個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の左右同相率演算出力による演算結果例を示す概略説明図である。
【図６８】１６個の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の左右同相率演算出力による演算結果例を示す概略説明図である。
【図６９】アナログ演算回路を用いた磁性体検知機を示すブロック図である。
【図７０】アナログ・ディジタル変換回路と数値演算機能を用いた磁性体検知機を示すブロック図である
【図７１】ゲートを通過する各物体の位置関係を示す概略説明図である。
【図７２】等間隔に配置した磁気センサとゲートの下方を通過する磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図７３】非等間隔に配置した磁気センサとゲートの下方を通過する磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図７４】床下に配置した磁気センサとゲートの下方を通過する磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図７５】電線と磁気センサの位置関係を示す概略説明図である。
【図７６】電線に流れる電流を一定にする回路例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１ センサ部
２ 演算部
３ 告知機能
４ ゲート
５ センサユニット
６ センサユニット
７ センサユニット
８ センサユニット
９ 磁気センサ
１０ 磁気センサ
１１ 磁気センサ
１２ 磁気センサ
１３ 磁気センサ
１４ 磁気センサ
１５ 磁気センサ
１６ 磁気センサ
１７ 通過磁性体
１８ 非通過磁性体
１９ ゲート外通過磁性体
２０ 遠方磁性体
２１ 交流成分演算部
２２ 同相信号除去部
２３ 前後比率演算部
２４ 左右同相除去部
２５ 積分部
２６ 判定部
２７ 交流演算
２８ 積分演算機能
２９ 減算演算機能
３０ 同相演算
３１ 加算演算機能
３２ 除算演算機能
３３ 減算演算機能
３４ 比率演算
３５ 加算演算機能
３６ 加算演算機能
３７ 比率演算
３８ 乗算演算機能
３９ 絶対値演算機能
４０ 同相率演算機能
４１ 左右計算演算機能
４２ 乗算演算機能
４３ 絶対・減算演算機能
４４ 加算演算機能
４５ 除算演算機能
４６ 加算演算機能
４７ 加算演算機能
４８ 除算演算機能
４９ 減算演算機能
５０ 絶対値演算機能
５１ 絶対値演算機能
５２ 積分演算機能
５３ 閾値入力機能
５４ 比較演算機能
５５ センサユニット
５６ 磁気センサ
５７ 磁気センサ
５８ 磁気センサ
５９ 磁気センサ
６０ センサユニット
６１ 演算部
６２ 論理和演算機能
６３ 磁気センサ
６４ 磁気センサ
６５ 演算機能
６６ 閾値入力機能
６７ 比較演算機能
６８ 電気回路
６９ 電源
７０ 電流検知機能
７１ 制御機能
７２ ダミー電流機能
７３ 磁気センサ
７４ 磁性体
７５ 直流磁束密度
７６ 検出軸
７７ 直流磁束密度
７８ 磁気センサ
７９ 絶対値演算機能
８０ 絶対値演算機能
８１ 切替機能
８２ 切替機能
８３ 除算機能
８４ 比較機能
８５ 比較機能
８６ 比較機能
８７ 論理積演算機能
８８ 切替機能
８９ アナログ演算回路
９０ アナログ・ディジタル変換回路
９１ ディジタル演算装置
９２ ストレッチャー
９３ 車椅子
９４ 点滴台
９５ ボンベ
９６ 使用者
９７ 床面
９８ 電線
９９ 電線
１００ 消費電流
１０１ 磁場
１０２ 磁束密度の変化
１０３ 磁場
１０４ 磁束密度の変化
１０５ 磁束密度の変化
１０６ ダミー電流
１０７ 電流
１０８ 抵抗
１０９ 定電圧ダイオード
１１０ 抵抗
１１１ 演算増幅器
１１２ トランジスタ
１１３ 磁気シールド
１１４ 磁気シールドドア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体検知機に関し、詳しくは、検出領域外の磁性体の動きによる影響を抑制することを可能にする磁性体検知機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療診断に欠かせない装置として、ＭＲＩ(Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）診断装置がある。この装置は、核磁気共鳴現象を利用して生体内の内部の情報を画像化する方法であり、強力な磁石を必要とする。近年、分解能向上と処理速度の向上のために、１．５Ｔ（テスラ）や３Ｔといった極めて強力な磁石を使用したＭＲＩ診断装置が開発されつつある。このような強力な磁石は、一般的に超伝導磁石を使用する。超伝導磁石は、絶対０度近くまで冷却する必要があり、起動させるまでに多くの時間と費用が掛かる。したがって、一度起動した超伝導磁石は常時動作させ、特別な理由がない限り停止しない。
【０００３】
磁石が強力になるにしたがって、磁性体を引き付ける力も強くなる。鉄などの磁性体でできたドライバなどの工具や酸素ボンベや点滴台などの医療用品をＭＲＩ診断室に持ち込んだ場合、これらが磁石に吸い寄せられて装置に吸引される吸引事故が発生する。強力な力で吸引された酸素ボンベ等の磁性体は、人間の力では外すことができない。これらを外すには、一旦超伝導磁石を停止しなければならないが、停止や再起動するには時間が掛かり、その間診断業務が停止する。その他にも多額の費用も必要とする。
【０００４】
磁性体の工具や医療用品を誤って診断室に持ち込んだ場合、被検者や検査技師等に磁性体が衝突して傷害を与える危険性もある。したがって、診断室に磁性体を持ち込むことは絶対に行ってはならない。被検者を診断室に運搬する場合も、磁性体の質量比を減らしたＭＲＩ専用のストレッチャーや車椅子を使用する必要がある。その他の点滴台や医療カートなどもＭＲＩ専用の医療用品を使用する。
【０００５】
ＭＲＩ診断装置に関係する検査技師や看護士は、磁石の危険性について教育を受け周知しており、基本的に磁性体の持ち込みはしない。被検者については、検査技師等が事前にペースメーカ等の体内磁性体の有無を確認するので問題はない。しかし、検査技師等が完全な知識を持っているとは限らない。例えば、フェライトは金属ではないので、磁石に付かないように見えるが、磁性体である。このような磁性体と思っていない物を持ち込む場合がある。検査中に被検者が緊急状態になり、看護士が酸素ボンベ等を持ち込んでしまう場合もある。ＭＲＩ診断装置について詳しく知らない看護士もいる。磁石の危険性について知識のない作業者が、ＭＲＩ診察室の整備や清掃のために脚立や工具や清掃用具などを持ち込む場合もある。
【０００６】
磁性体の持込による吸引事故を防ぐためには、ＭＲＩ診断室のシールドドアの前に、磁性体を検知して警告するゲート状の磁性体検知機を設置することが必要である。
【０００７】
なお、ゲート状の磁性体検知機に似た装置として、空港などで使用されるゲート状の金属探知機がある。この装置は、金属に流れる渦電流を検出するものであって、アルミ等の非磁性金属も検知する。このため大部分が非磁性体で構成されているＭＲＩ専用の用品も警告する。したがって、ＭＲＩ診断装置の診断室のドアに金属探知機を用いても意味はない。逆に磁性体検知機は非磁性金属には反応しない。したがって磁性体検知機を空港などで使用しても意味はない。本発明は磁性体検知機のみに関するものである。
【０００８】
かかる磁性体検知機に関する先行技術として、特開平５−５２９６２号公報（特許文献１）では、２方向のヘルムホルツコイルを用いて交互に均一磁場を発生させ、磁性体の侵入によって発生する磁束密度Ｂの変化を２方向の検知コイルで検知し、その起電力を増幅して検出を行う発明が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−５２９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記特許文献１記載の発明では、磁気センサとして２つの巻線コイルを使用しているが、単位時間的には１つの巻線コイルしか動作していないため、以下のような問題があった。
【００１１】
すなわち、巻線コイルに限らず全ての磁気センサは、磁気センサが設置された場所の磁束密度を検出するものであって、近傍の小さな磁性体と遠方の大きな磁性体の区別を行うことはできない。したがって、近傍の小さな磁性体を検出する能力を持たせた場合、遠方の大きな磁性体も検出してしまう。このため検知機は、磁性体を所持していない使用者が磁性体検知機を通過した時に、偶然遠くの磁性体が動いた場合、これを検出して警告などの告知を行うこととなる。
【００１２】
磁性体検知機から見た場合、磁気センサが設置された場所の磁束密度Ｂが変化した結果によって告知を行っているだけなので、誤動作ではない。しかし、使用者から見た場合、磁性体を所持していないのに告知されるため、誤動作したと判断してしまう。このような事態が重なった場合、使用者は磁性体検知機に対する信頼を失ってしまう。信頼を失った結果、使用者が実際に磁性体を持ち込んで告知されても無視してしまい、吸引事故が発生してしまう危険性が生じてしまう。
【００１３】
また磁束密度の変化量の大きさは、磁性体の移動速度によって変化するという性質を持つ。移動速度が速い場合、磁束密度の変化量は大きくなるが、変化する時間は短い。逆に移動速度が遅い場合、変化する時間は長いが、磁束密度の変化量は小さくなる。したがって、単純に磁束密度の変化量の大きさだけで判定した場合、移動速度の遅い磁性体を検出できない可能性がある。
【００１４】
上記問題点対して、本件出願人は、特願２００７−０９２９９９号及び特願２００７−１７３１３５号にて、解決方法を提案した。
すなわち、ゲートを通過しない物体に対しては、告知を行う必要がないため、特願２００７−０９２９９９号に示すように、ゲートに赤外線などによる物体検知機を設け、ゲートを通過した時だけ告知を許可するようにした。
【００１５】
ところで、実際の病院では、ＭＲＩ診断室のシールドドアに磁性体が含まれている。近傍には磁性体を含む操作室のドアや更衣室のドアやロッカーのドアもある。さらに近傍の廊下では、ＭＲＩ診断室に入ることを目的としない磁性体のストレッチャーや車椅子やボンベが往来する。使用者から見た場合、ゲートを通過する磁性体のみを検知し、ゲート近傍であっても通過しない磁性体については検知しない方が望ましい。すなわち、ゲートを通過する物体に限定して磁性体／非磁性体の判定を行うことが望ましい。したがって、ゲートを通過する磁性体は信号Ｓであり、ゲートを通過しない磁性体はノイズＮである。
【００１６】
ゲートを通過しない磁性体はノイズＮであり、告知する必要はない。そこで前記特願２００７−０９２９９９号に示したように、ゲートに物体検知機能を設け、物体が通過した時だけ告知を有効にする。この方法により、ゲートに物体が通過しなければ、不要な告知を行わないようにすることが可能になった。
【００１７】
しかしながら、前記特願２００７−０９２９９９号によると、磁性体を所持しない使用者がゲートを通過した時と同時に、ゲートを通過しない磁性体が移動した場合、磁気センサがこれを検知して、不要な告知を行なってしまうという問題が起こる場合があった。このとき、告知された使用者が磁性体の所持を改めて確認しても、磁性体は所持しておらず、したがって使用者は、磁性体検知機が誤動作したと判断してしまうこととなる。そこで、物体の通過の有無とは関係なく、ゲートを通過しない磁性体については、全く検知しない事が望ましい。
【００１８】
一方、磁束密度の変化は、磁性体の形状と磁気センサまでの距離によって影響を受ける。その変化量は、ビオ・サバールの法則でも示されるように、距離の２乗に反比例するという性質を持っている。したがって、近い位置にある磁性体は反応が大きく、遠い位置にある磁性体は反応が小さくなる。
【００１９】
このとき、ある距離に設置した磁性体と、その距離の２倍の距離に置いた４倍の大きさの磁性体によって発生する磁束密度の変化量は全く同じものである。磁気センサは、磁束密度の変化量を検出することができるが、その磁束密度の変化量を発生させた原因が、近くの小さな磁性体に起因するものなのか、遠くにある大きな磁性体に起因するものなのかを区別することは、原理的に不可能である。先程の信号ＳとノイズＮは、使用者が自分の都合で勝手に区別しているものであって、物理法則に従って動作している磁気センサから見た場合、両者は全く同一のものである。
【００２０】
しかし、磁気センサが検出する磁束密度の変化量の大きさは、単純に磁性体の大きさと距離だけで決定するものではなく、磁性体の透磁率や、静磁場の方向や、磁性体と磁気センサのベクトル的な位置関係などによって大きく変化する。近傍にある他の磁性体の形状や位置などの影響もあり、実際には複雑多岐なパラメータによって大きく異なる。
【００２１】
上記問題点について、磁気の物理的な性質から、ゲートを通過しない磁性体を完全に排除する方法は原理的に存在しない。ゲートを通過しない磁性体を完全に排除する方法は存在しないが、磁性体が検知領域から遠い場合、前記特願２００７−１７３１３５号に示す技術を使用すれば、磁性体検知機から遠方の磁性体を除去することが可能であった。しかしながら、磁性体がゲート近傍の場合には、それを除去することは不可能であった。
【００２２】
ところで、ＭＲＩ診断室に侵入する可能性がある磁性体として、点滴台が考え得る。点滴台には、台座のみが磁性体の物もある。左右に磁気センサを配置したゲート状のセンサにおいて、台座がゲート中央付近を通過した場合、磁気センサと台座の距離が最も遠くなる。このとき、距離が遠くなれば磁束密度の変化が小さくなるため、検出が困難になるという問題も生じ得る。
【００２３】
また、ゲートを通過する点滴台などの医療用品について、一般的に磁性体の位置が下方に配置されている場合が多いが、これらに対して検出感度を高くすることができなかった。
さらに、点滴台などの医療用品が、ゲートの中央付近を通過する場合、磁気センサとの距離が遠くなるために磁束密度の変化が小さく、検出することが困難であった。
【００２４】
なお、磁気センサは電流を使用して動作している。磁気センサと周辺回路の消費電流は、常に一定ではなく変動しており、電線に電流が流れると磁界が発生するが、電流の変動に伴い磁束密度も変動することとなる。このように磁束密度が変動すれば、磁気センサはこれを検知してしまって、誤動作を起こす場合があった。
【００２５】
これらの問題点に鑑み、本発明は、ゲート近傍の磁性体の影響を抑制するとともに、下方に配置される磁性体の検知能力を向上させ、ゲート中央付近を通過する点滴台などの磁性体の検知能力を向上させ、消費電流の変動を抑えることにより誤動作を抑制することが可能となる磁性体検知機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するため、本発明は、ゲート内を通過する磁性体を検知するための磁性体検知機であって、センサ部と演算部と告知機能とからなり、センサ部は少なくとも一以上の磁気センサを備えるセンサユニットが検知物の進行方向に対して前後に配置された構成となっており、演算部は交流成分演算部と同相信号除去部と前後比率演算部と積分部と判定部とから構成されており、交流成分演算部は積分演算機能と減算演算機能とを備えた磁気センサと同数の交流演算からなり、同相信号除去部は減算演算機能を備えた磁気センサと同数の同相演算と加算演算機能と除算演算機能からなり、前後比率演算部は加算演算機能と比率演算機能と乗算演算機能と絶対値演算機能とを備えた磁気センサの半数の比率演算と加算演算機能からなり、積分部は積分演算機能からなり、判定部は閾値を入力する閾値入力機能と比較演算機能からなり、告知機能は所定手段により使用者に対して警告を告知する構成となっており、ゲート近傍の磁性体の影響を抑制する構成となっている。
【００２７】
上記構成からなる磁性体検知機において、複数の磁気センサを同時に動作させ、各磁気センサの検出信号の積分値を夫々交流成分演算部の積分演算機能で求め、夫々の検出信号とその積分値の減算値を交流成分演算部の減算演算機能で求め、得られた夫々減算値の加算値を同相信号除去部の加算演算機能で求め、得られた夫々加算値の除算値を同相信号除去部の除算演算機能で求め、夫々の減算値と除算値との減算値（第二減算値）を同相信号除去部の減算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の加算値（第二加算値）を前後比率演算部の加算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の比率を前後比率演算部の比率演算機能で求め、前後夫々の第二加算値と比率との乗算値を前後比率演算部の乗算演算機能で求め、得られた前後夫々の乗算値の絶対値を前後比率演算部の絶対値演算機能で求め、得られた全ての絶対値の加算値（第三加算値）を前後比率演算部の加算演算機能で求め、得られた第三加算値の積分値（第二積分値）を積分部の積分演算機能で求め、閾値を判定部の閾値入力機能で入力し、第二積分値と閾値との判定値を判定部の比較演算機能で求め、得られた判定値によって告知機能が動作されることとなる。
【００２８】
また、本発明は、前記磁性体検知機において、前記センサ部におけるセンサユニットが検知物の進行方向に対して前後及び左右に配置されるとともに、前記演算部に左右同相除去部が備えられた構成となっており、左右同相除去部は二つの同相率演算機能と左右計数演算機能と乗算演算機能からなり、同相率演算機能は減算演算機能と第一の絶対値演算機能と第二の絶対値演算機能とを備えた磁気センサの半数の絶対・減算演算機能と第一の加算演算機能と第一の除算演算機能と第二の加算演算機能と第三の加算演算機能と第二の除算演算機能からなる構成を採用し得る。
【００２９】
上記構成からなる磁性体検知機において、複数の磁気センサを同時に動作させ、各磁気センサの検出信号の積分値を夫々前記交流成分演算部の積分演算機能で求め、夫々の検出信号とその積分値の減算値を前記交流成分演算部の減算演算機能で求め、得られた夫々減算値の加算値を前記同相信号除去部の加算演算機能で求め、得られた夫々加算値の除算値を前記同相信号除去部の除算演算機能で求め、夫々の減算値と除算値との減算値（第二減算値）を前記同相信号除去部の減算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の加算値（第二加算値）を前記前後比率演算部の加算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の比率を前記前後比率演算部の比率演算機能で求め、前後夫々の第二加算値と比率との乗算値を前記前後比率演算部の乗算演算機能で求め、得られた前後夫々の乗算値の絶対値を前記前後比率演算部の絶対値演算機能で求め、得られた全ての絶対値の加算値（第三加算値）を前記前後比率演算部の加算演算機能で求め、左右夫々の第二減算値の絶対値（第二絶対値）を左右同相除去部の第一の絶対値演算機能で求め、左右夫々の第二減算値の加算値（第四加算値）を左右同相除去部の第一の加算演算機能で求め、得られた左右夫々の第四加算値の除算値（第二除算値）を左右同相除去部の第一の除算演算機能で求め、左右夫々の第二減算値と第二除算値との減算値（第三減算値）を左右同相除去部の減算演算機能で求め、得られた左右夫々の第三減算値の絶対値（第三絶対値）を左右同相除去部の第二の絶対値演算機能で求め、左右夫々の第二絶対値の加算値（第五加算値）を左右同相除去部の第二の加算演算機能で求め、左右夫々の第三絶対値の加算値（第六加算値）を左右同相除去部の第三の加算演算機能で求め、左右夫々の第五加算値と第六加算値との除算値（第三除算値）を左右同相除去部の第二の除算演算機能で求め、左右の第三除算値の係数を左右同相除去部の左右計数演算機能で求め、第三加算値と係数との乗算値（第二乗算値）を左右同相除去部の乗算演算機能で求め、得られた第二乗算値の積分値（第二積分値）を前記積分部の積分演算機能で求め、閾値を前記判定部の閾値入力機能で入力し、第二積分値と閾値との判定値を前記判定部の比較演算機能で求め、得られた判定値によって告知機能が動作されることとなる。
【００３０】
ある磁界に磁性体が侵入した場合、磁束密度が変化する。この変化を検出する磁気センサを用いる。この磁気センサをゲートの周囲に複数配置する。近傍の磁性体によって検出される磁気センサの出力信号の位相と振幅はバラバラである。一方、遠方の磁性体によって検出される磁気センサの出力信号の位相と振幅は、ほぼ同じある。この特徴を利用し、同相信号を演算によって除去することにより、遠方の磁性体の影響を除去するものである。
【００３１】
ゲート状の検知空間に２つの磁気センサを水平に配置した場合、磁気センサから見た近傍の磁性体までの方向や距離は大きく異なる。一方、磁気センサから見た遠方の磁性体までの方向や距離は、ほぼ同じである。
【００３２】
異なる方向で異なる距離による磁気センサの出力は、異なる位相で異なる振幅である。一方、ほぼ同じ方向のほぼ同じ距離にある磁性体の移動による磁気センサの出力は、ほぼ同じ位相でほぼ同じ振幅である。すなわち磁気センサの同相信号成分とは、遠方の磁性体によって発生するものであり、同相でない信号成分は近傍の磁性体によって発生すると判断することができる。
【００３３】
同相信号かどうかを判定するには、複数の磁気センサを備え、ゲート状の検知空間の周囲に配置し、かつ同時に動作されば良い。各磁気センサの出力のうち、同じ位相で同じ振幅の同相成分を抽出し、これを減算すれば遠方の磁性体の影響を抑制することができる。同相成分とは、各磁気センサの出力の平均値である。
【００３４】
なお、磁性体の移動速度による違いを解消するために、積分演算機能を備え、移動速度が速くても遅くてもほぼ同じ演算値を得られるようにした。
【００３５】
ある磁性体が磁気センサの近傍をある一定の距離である一定の方向に通過した時に、磁気センサの位置で発生する磁気エネルギーは、移動速度に関係なく一定である。これは自転車等の発電機（ダイナモ）による発電と原理的には同じである。発電機を早く回せば電球が明るく光り、ゆっくり回せば暗くなる。一見、早く回した方が出力される電力量（エネルギー）が大きくなるように見える。しかし、実際には１回転で発生する電力量は、回転速度に関係なく一定である。早く回すことによって単位時間に発生する電力量が多くなることによって、電球の明るさ＝電力＝電力量／時間が大きくなっただけである。したがって、磁束密度の変化量ではなく、磁気エネルギーで評価すれば、磁性体の速度に関係なく、これを検知することが可能である。磁気エネルギーは、磁束密度の変化量を時間で積分した値であり、特に複雑な演算は必要としない。
【００３６】
さらに、本発明は、前記磁性体検知機において、前記センサ部におけるセンサユニット内に三個以上の磁気センサが鉛直方向に間隔を開けて配置されるとともに、磁気センサ間の間隔が上方よりも下方へ向かうに従って狭く配置されている構成を採ることも可能である。
【００３７】
かかる構成を採用することにより、一般的に磁性体の位置が下方に配置されている医療用品について、磁気センサと磁性体との距離が短くなり、磁性体の検出感度を向上することが可能となる。
【００３８】
またさらに、本発明は、前記磁性体検知機において、少なくとも一以上の磁気センサを備える第二センサユニットが検知物の下方に付加配置されるとともに、演算機能と閾値入力機能と比較演算機能とを備える第二演算部が備えられ、かつ、論理和演算機能を備えた構成を採ることができる。
【００３９】
上記構成からなる磁性体検知機において、第二センサユニットに備えられた磁気センサの出力信号の演算値を演算機能で演算し、閾値（第二閾値）を閾値入力機能で入力し、演算値と第二閾値との判定値（第二判定値）を比較演算機能で求め、前記判定値と第二判定値の論理和値を論理和演算機能で求め、得られた該論理和値によって前記告知機能が動作されることとなる。
【００４０】
かかる構成を採用することにより、ゲート中央を通過する点滴台等について、磁気センサと磁性体との距離が短くなり、磁性体の検出感度を向上することが可能となる。
【００４１】
そしてまた、本発明は、前記磁性体検知機において、回路電流を測定する電流検知機能と、該電流検知機能に流れる電流を一定に制御する制御機能と、該制御機能によってダミー電流を流すダミー電流機能を備え、電流検知機能にダミー電流機能を接続し、回路電流とダミー電流の合計を一定にする構成を採用し得る。
【００４２】
かかる構成を採用することにより、回路の消費電流の変動を抑制し、全体の消費電流を一定にすることにより、磁気センサの誤動作を抑制することが可能になる。
【００４３】
以上の構成により、本発明は、磁性体検知機において、磁気センサをゲートの左右だけでなく前後に配置し、ゲートに対して通過する方向に移動する磁性体と、通過しない方向に移動する磁性体の検出信号の違いを前後比率演算アルゴリズムにより分別し、非通過磁性体の検出値を抑制するものである。
【００４４】
また、本発明は、前記磁性体検知機において、ゲートを通過する磁性体とゲート外を通過する磁性体の検出信号の違いを左右同相除去演算アルゴリズムにより分別し、ゲート外通過磁性体の検出値を抑制するものである。
【００４５】
さらに、本発明は、前記磁性体検知機において、下方に集中して設置した磁気センサによって、一般的に下方に配置されている磁性体との距離を短くし、充分な検出値を得るものである。
【００４６】
またさらに、本発明は、前記磁性体検知機において、床下に設置した磁気センサによって、磁性体との距離を短くし、充分な検出値を得るものである。
【００４７】
さらにまた、本発明は、前記磁性体検知機において、回路電流の変動に伴う磁束密度の変化を抑制するために、回路電流の変動を補完するダミー電流を流すことによって、全体の消費電流を一定にし、磁気センサの誤動作を防ぐものである。
【発明の効果】
【００４８】
本発明にかかる磁性体検知機によれば、ゲートを通過しない近傍の磁性体の動きによって発生する磁束密度の変化量の影響を抑制することができるので、検出目標であるゲートを通過する磁性体のみを検出することに効果がある。
【００４９】
また、本発明にかかる磁性体検知機によれば、一般的に下方に配置されている磁性体も、磁気センサとの距離を短くすることができるので、検知感度を高めることが可能である。
【００５０】
さらに、本発明にかかる磁性体検知機によれば、ゲート中央を通過する点滴台のような磁性体も、磁気センサとの距離を短くすることができるので、検知感度を高めることが可能である。
【００５１】
そしてまた、本発明にかかる磁性体検知機によれば、回路の消費電流の変動による磁束密度の変化が抑制されるため、磁気センサが誤動作することを防ぐことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
本発明にかかる磁性体検知機は、同時に動作し、検出空間の周囲に配置する複数の磁気センサによって、交流成分を抽出し、遠方磁性体の移動による磁束密度の変化量（デルタ）Ｂの同相成分を除去した後に、前後に配置した磁気センサが検出した磁束密度の変化量（デルタ）Ｂの大きさの比率によってゲート方向に磁性体が移動しているのか、移動していないかを判定するものである。更にゲートの左右に配置された磁気センサが検出した磁束密度の変化量（デルタ）Ｂの同相信号成分から磁性体の距離を判定し、ゲート内を通過するのか、ゲート外を通過するのかを判定するものである。更に一般的な磁性体である鉄が重量物であることから下方に配置されるという特徴を利用し、磁気センサを不等間隔に配置し、下方の磁性体の検出値を向上するものである。更に点滴台のような磁性体の場合、重量物である鉄が台座に使用されている場合が多いという特徴を利用し、床下に磁気センサを配置することによって、磁性体と磁気センサとの距離を近接させ、磁気センサの出力を大きくすることによって磁性体の検出値を向上するものである。また、回路の消費電流の変動を検知して、ダミー電流を流し、全体の消費電流を一定にし、磁束密度の変化を抑制することによって磁気センサの誤動作を抑制することを最大の特徴とする。以下、本発明にかかる磁性体検知機の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００５３】
図１は、本発明にかかる磁性体検知機の構成態様を示す概略説明図である。すなわち、本磁性体検知機は、センサ部１と演算部２と告知機能３から構成されている。
【００５４】
センサ部１は、ゲート４の前後左右に配置された４つのセンサユニット５〜８から構成されている。センサユニット５〜８には複数の磁気センサ９〜１６が内臓されている。図１では１つのセンサユニットに２個の磁気センサを示しているが、必要に応じた数量を備える。通過磁性体１７はゲート４を通過する磁性体である。非通過磁性体１８は、ゲート４を通過しない磁性体である。ゲート外通過磁性体１９は、ゲート４の外側を通過する磁性体である。遠方磁性体２０は、ゲート４から遠方にある磁性体である。ゲート４は、使用者や物体が通過し、通過磁性体１７を検出する空間を意味する。したがってゲート４は具体的な構造物で構成する必要はない。
【００５５】
演算部２は、交流成分演算部２１と同相信号除去部２２と前後比率演算部２３と左右同相除去部２４と積分部２５と判定部２６から構成されている。交流成分演算部２１は、磁気センサ９〜１６と同数の交流演算２７から構成されている。交流演算２７は、積分演算機能２８と減算演算機能２９から構成されている。同相信号除去部２２は、磁気センサ９〜１６と同数の同相演算３０と加算演算機能３１と除算演算機能３２から構成されている。同相演算３０は、減算演算機能３３から構成されている。前後比率演算部２３は、磁気センサ９〜１６の半数の比率演算３４と加算演算機能３５から構成されている。比率演算３４は、加算演算機能３６と比率演算３７と乗算演算機能３８と絶対値演算機能３９から構成されている。左右同相除去部２４は、２つの同相率演算機能４０と左右計算演算機能４１と乗算演算機能４２から構成されている。１つの同相率演算機能４０は、磁気センサ９〜１６の半数の絶対・減算演算機能４３と加算演算機能４４と除算演算機能４５と加算演算機能４６と加算演算機能４７と除算演算機能４８から構成されている。絶対・減算演算機能４３は、減算演算機能４９と絶対値演算機能５０と絶対値演算機能５１から構成されている。積分部２５は、積分演算機能５２から構成されている。判定部２６は、閾値を入力する閾値入力機能５３と比較演算機能５４から構成されている。
【００５６】
告知機能３は、使用者に対して警告を告知する機能である。告知する手段としては、光によるものや音声による方法などがある。また複数の手段を使用する方法もある。告知する場所も１箇所だけでなく、複数の場所で告知する方法もある。
【００５７】
図２は、本発明にかかる磁性体検知機の構成様態を示すもう一つの概略説明図である。すなわち、一つのセンサユニット５５には複数の磁気センサ５６〜５９が設置されているが、磁気センサ５６〜５９の設置間隔を上方に比べて下方を狭くしている。
【００５８】
図３は、本発明にかかる磁性体検知機の構成様態を示すもう一つの概略説明図である。すなわち、本磁性体検知機は、図１に示した構成の検出部１にセンサユニット６０を追加し、演算部６１と論理和演算機能６２から構成されている。
【００５９】
センサユニット６０は、磁気センサ６３〜６４から構成し、ゲート４の下方に配置する。図３では２個の磁気センサ６３〜６４を示しているが、必要に応じた数量を備える。演算部６１は、演算機能６５と閾値を入力する閾値入力機能６６と比較演算機能６７から構成されている。
【００６０】
図４は、本発明にかかる磁性体検知機の構成様態を示すもう一つの概略説明図である。すなわち、本磁性体検知機は、図１を構成する電気回路の一部を構成する電気回路６８と電源６９に、電流検知機能７０と制御機能７１とダミー電流機能７２から構成されている。
【００６１】
次に順を追って、図１及び図２及び図３及び図４に示す構成態様が有効であることを説明する。
最初に磁気センサによって磁性体を検出する原理を説明する。
図５に磁界内に磁気センサ７３のみが設置された状態を示す。模式的に直流磁束密度Ｂのベクトルを四角錐で表現する。磁気センサ７３にはスカラ量Ｂｔ１を持つ直流磁束密度７５が印加されている。検出軸７６と直流磁束密度７５の方向は立体角θ１の関係にある。磁気センサ７３が検出するものは、検出軸７６の方向のスカラ成分のみであり、このスカラ量をＢｓ１とする。なお、磁気センサ７３の形状は実際の形状を表すものではなく、模式的に示したものである。
【００６２】
図６に磁界内に磁性体７４が入って来た状態を示す。磁性体７４によって、直流磁束密度７５が直流磁束密度７７に変化する。スカラ量がＢｔ１からＢｔ２に変化し、立体角もθ１からθ２に変化する。その結果磁気センサ７３の検出軸７６の方向成分のスカラ量がＢｓ１からＢｓ２に変化し、磁性体が磁界内に入ってきたことを検知することができる。
【００６３】
次に磁気センサ７３の検出信号によって告知機能３を動作させる基本的な方法を以下説明する。
図７に磁気センサ７３の近傍で磁性体７４をある方向に動かした時の磁束密度Ｂｆの変化を示す。地球上には３０μＴ程度の地磁気があり、近傍に強力な磁石がない場合は、この地磁気が印加された状態で磁束密度Ｂが変化する。図７を見て判るように、磁気センサ７３の出力信号Ｂｆは３１．４μＴを中心に変化している。
【００６４】
この信号を最も簡単に検出する方法として、図８に示すように比較機能５４を用いた構成がある。磁気センサ７３の検出信号Ｂｆと閾値入力機能５３によって入力した閾値を比較機能５４を用いて判定し、告知機能３を動作させるものである。図８より、閾値として３１．８μＴ程度に設定すれば、磁性体７４を検知して告知することが可能である。
【００６５】
次に、磁気センサ７３の出力信号の位相と振幅と磁性体までの距離の関係を説明する。
図９に枠形状で模式的に表現したゲート４と１個の磁気センサ７３を配置した例を示す。図９の磁気センサ７３の水平面上で検出する磁束密度Ｂの感度の比率を模式的に表現したものを図１０に示す。磁束密度の変化は距離の２乗に反比例するので、図１０より磁気センサ７３の座標から離れるにしたがって、感度比が低下していることが判る。ゲート４のうち、センサ７３の反対側を通過する磁性体の感度は極めて小さくなり、場合によっては検出できないことがある。１個の磁気センサ７３ではゲート４全体をカバーすることは不可能である。
【００６６】
次に、図１１に磁気センサ７８を追加した場合のゲート４を示す。磁気センサを２個配置することにより、図１２に示すように感度比の低下を抑制することが可能になる。図１１では２個の磁気センサ７３、７８のみを示したが、縦方向にも複数の磁気センサを配置し、ゲート４全体をカバーさせる。したがって、複数の磁気センサをゲート４の周囲に配置する必要がある。
【００６７】
図１３に例としてＢ１〜Ｂ８で示す８個の磁気センサの出力Ｂｎを示す。図１３に示すように各磁気センサの出力の中心は、３１．３〜３１．９μＴとバラバラである。これは、磁気センサが工業製品であるので、バラツキは０ではないためである。また、地磁気は時間によって多少変化する。磁気センサ自体にも温度特性や経時変化などがあり、常に出力の中心が一定とは限らない。なお、図１３では８個の磁気センサの出力値を示したが、複数個であれば数量については規定しない。
【００６８】
したがって、図８の構成では、閾値入力機能５３を磁気センサの数量だけ備え、１個づつ常に調整し続けなければならない。この調整には専門的な知識が必要であり、一般の使用者が調整するのは極めて困難であり、現実的ではない。
【００６９】
図８の構成で問題になる根本的な理由は、磁気センサの出力Ｂｎに直流成分があり、その直流成分にバラツキが発生することである。そこで、図１４に示すように、磁気センサの検出信号のうち、交流成分のみを取り出す交流成分演算機能２７を備えることで解決できる。具体的な交流成分演算機能２７の構成方法として、積分機能２８と減算機能２９を組み合わせる方法や、電気的にコンデンサと抵抗を用いて直流成分を除去する方法などがある。
【００７０】
図１４の構成を用いて得られる磁束密度Ｂｆの交流成分信号ｂｆを、図１５に示す。直流成分がないため、閾値を５００ｎＴ程度に設定すれば、磁性体７４の通過の有無を判定することが可能である。この構成を使用すれば、複数の磁気センサを備えても、１個づつ閾値を調整する必要がなくなる。
【００７１】
しかし、磁性体７４が移動する方向は必ずしも同じ方向ではなく、反対方向から移動する場合もある。また、移動速度も一定ではなく、速い場合や遅い場合もある。図１６に、磁性体７４が図１５で示した反対方向から遅い速度で移動した場合の磁気センサの出力Ｂｓの交流成分信号ｂｓを示す。
図１６に示すように、ｂｓの波高値の大きい極性は負側であり、閾値を５００ｎＴ程度に設定した場合、ｂｆは検出できるが、ｂｓは検出することが不可能である。
【００７２】
磁性体７４がどちらの方向から移動しても大きな波高値で検出する方法として、図１７に示すような絶対値演算機能３９を備える方法がある。絶対値演算機能３９の構成方法としては、数値演算を行う方法の他に、電気的にダイオードブリッジ等を使用して構成する方法などがある。
【００７３】
図１８に、図１７の絶対値演算機能３９を追加した場合の出力｜ｂｆ｜、｜ｂｓ｜を示す。図１８に示す通り、磁性体７４がどちらの方向から移動しても、大きな波高値で検出することが可能である。
【００７４】
しかし、磁性体７４の移動速度が遅い場合の信号｜ｂｓ｜は、移動速度が速い場合の信号｜ｂｆ｜より小さな波高値である。これは、磁性体７４が移動することによって発生するエネルギーがｂｆとｂｓで同じにも係わらず、通過に要する時間がｂｓの方が長いため、波高値が低くなったためである。
【００７５】
そこで、｜ｂｎ｜を時間で積分する積分演算機能５２を追加する構成を図１９に示す。積分演算機能５２の構成方法としては、数値演算を行う方法の他に、電気的にコンデンサと抵抗で構成する方法などがある。
【００７６】
図２０に、図１９の積分演算機能５２を追加した場合の出力ＤＳｆ、ＤＳｓを示す。図２０より、磁性体７４の移動速度の影響を抑制し、ほぼ同じ値を示していることを示す。図２０の場合、閾値を２００ｎＴ・ｓｅｃ程度に設定すれば、ＤＳｆもＤＳｓも検知することが可能である。このように変化量（デルタ）を積分（シグマ）する演算手法をデルタ・シグマ演算法と呼ぶ。
【００７７】
図２１に、複数の磁気センサを備えた場合の構成を示す。各磁気センサの演算処理を行う機能ブロック２７と絶対値演算機能３９を複数備え、それらの出力信号｜ｂｎ｜を加算機能３５を用いて加算し、積分演算機能５２を用いてデルタ・シグマ値ＤＳを求め、比較機能５４で比較する。加算演算と積分演算は、順番が逆であっても同じ結果になる。ここでは加算演算後に積分演算を行う。この方法によって、磁性体７４がゲート４を通過する位置や、移動方向や、移動速度による影響を抑制して検出することが可能になる。
【００７８】
図１３で示した８個の磁気センサの出力信号Ｂｎは、図７で使用した磁性体７４より小さな磁性体を用いた。この信号を図２１で示した演算処理機能を用いて得られた結果ＤＳを、図２２に示す。図２４より小さな磁性体であっても検出することが可能であることを確認した。
【００７９】
以上説明したように、磁気センサが設置された場所の磁束密度の変化を演算することによって、磁性体の検知を行うことが可能である。しかし、磁束密度を変化させる磁性体が必ずゲート４を通過するとは限らない。図２３にゲート４と磁性体の平面的な位置関係を示す。図２３に示すように、使用者にとって検出したい磁性体は、ゲートを通過する通過磁性体１７のみである。
【００８０】
磁性体を持たない使用者がゲート４を通過した時と同時に、他の磁性体が動いた場合、磁気センサは磁束密度の変化を検出し、告知する。その結果、使用者は磁性体を所持していないため、磁性体検知機が誤動作したと判断してしまう。このような状態が何度も繰り返された場合、磁性体検知機に対する信頼性が低下してしまう。実際に使用者が磁性体を所持して、これを告知されても、告知を無視して磁性体を持ち込む可能性が高くなってしまう。したがってゲート４を通過しない非通過磁性体１８や、ゲート外を通過するゲート外通過磁性体１９や、遠方にある遠方磁性体２０は検出しない方が望ましい。
【００８１】
使用者にとって、通過磁性体１７は有用な信号Ｓであるが、非通過磁性体１８やゲート外通過磁性体１９や遠方磁性体２０は無用なノイズＮである。従って、ゲート４を通過する通過磁性体１７のみを検出し、それ以外の磁性体を全て無視することが望ましい。しかし、磁気センサは使用者の意図を理解して動作するデバイスではなく、磁束密度の変化を検出するデバイスである。使用者が信号Ｓと考えるかノイズＮと考えるかには全く関係がなく、磁束密度の変化があれば、これを検出する。
【００８２】
ゲート４を通過する通過磁性体１７以外を排除する方法として、前記特願２００７−０９２９９９号に示したようにゲート４に物体検知機能を設け、物体が通過した時だけ告知を有効にする方法がある。この手段によって、使用者や磁性体などの物体がゲート４を通過しなければ、告知することはない。
【００８３】
しかし磁性体を所持しない使用者がゲート４を通過した時に、ゲート４を通過しない磁性体が移動した場合、磁気センサがこれを検知して、不要な告知を行なってしまう。したがって物体検知機能を付加しただけでは充分ではない。通過磁性体１７以外を抑制する手段が必要である。
【００８４】
ゲート４を通過する通過磁性体１７以外を抑制する方法はいくつか存在する。一つの方法の例として、図２４に示すように透磁率が高い磁性体による磁気シールド１１３を施し、周囲の磁性体の影響を遮断する方法である。ゲート４の前後に磁気シールドを施した磁気シールドドア１１４を設ける必要があるが、影響がなくなる無限遠に近い距離に設置すればよい。磁気シールド材としてはケイ素鉄などがある。しかし、このような装置は長大で設置が困難であり、コスト的にも実用的でない。
【００８５】
図２４に示したように、磁気的な方法を用いてゲート４を通過する通過磁性体１７のみを検出する事は、極めて困難である。磁気的な対策方法を使用しない場合、磁気センサが全ての磁性体を検出することを前提にする必要がある。磁気センサ自体は、磁束密度を変化させた原因が、どの磁性体であるのかを判断する機能を持たない。したがって使用者にとって無用な磁性体を完全に除去することは理論上不可能であり、抑制するしか方法はない。本発明では、磁気センサの位置と演算によってゲート４を通過する通過磁性体１７以外を抑制する手段を提供する。
【００８６】
次に、遠方磁性体２０の影響の抑制について以下特願２００７−１７３１３５号の内容を含み説明する。
図２５に磁性体がほとんど動いていない時の８個の磁気センサの信号Ｂｎを示し、図２６に遠方で大きな遠方磁性体２０が動いた時の各磁気センサの信号Ｂｎを示す。図２５と図２６を比較すると、殆ど違いがないように見える。しかし、これらの信号を図２１に示した演算処理を行ったＤＳの値を図２７と図２８に示す。磁性体がほとんど動いていない図２７ではＤＳの値が小さいが、遠方磁性体２０が動いた図２８ではＤＳの値が大きくなっていることが判る。
【００８７】
使用者から見た場合、ゲート４を通過する近傍の通過磁性体１７のみを信号Ｓとして検出し、ゲート４から離れた遠方磁性体２０はノイズＮとして検出しないことが望ましい。しかし、磁気センサ単体から見た場合、どちらも同じ信号であり、図２１の演算処理では区別することはできない。
【００８８】
ここで図２９に、磁気センサ７３と磁気センサ７８から遠方の位置にある大きな遠方磁性体２０によって変化する磁束密度Ｂのベクトルの模式図を示す。大きな遠方磁性体２０の近傍では磁束密度Ｂのベクトルが大きく変化しているが、磁気センサ７３及び磁気センサ７８の位置でのベクトル変化Ｂ１ＡとＢ２Ａは小さい。また２つのベクトル変化Ｂ１ＡとＢ２Ａのスカラ量は、ほぼ同じである。
【００８９】
また図３０に、磁気センサ７３と磁気センサ７８の近傍かつほぼ中間の位置にある小さな通過磁性体１７によって変化する磁束密度Ｂのベクトルの模式図を示す。通過磁性体１７が小さいため、磁気センサ７３及び磁気センサ７８の位置でのベクトル変化Ｂ１ＢとＢ２１Ｂは小さい。また２つのベクトル変化Ｂ１ＢとＢ２Ｂのスカラ量は、ほぼ同じである。
【００９０】
図２９と図３０に示す磁気センサ７３及び磁気センサ７８の位置でのスカラ量の変化は、ほぼ同じであり区別することはできない。これは、磁性体までの距離Ｌ１ＡとＬ２Ａ及びＬ１ＢとＬ２Ｂがほぼ同じであるためである。
【００９１】
しかし図２９と図３０における、磁気センサ７３のベクトル変化と磁気センサ７８の位置でのベクトル変化では向きが逆であるという違いがある。すなわち、図２９に示す遠方の磁性体によって発生するベクトルの変化Ｂ１ＡとＢ２Ａは同相であるが、図３０に示す近傍の磁性体によって発生するベクトルの変化Ｂ１ＢとＢ２Ｂは同相ではないという特徴を持っている。これは、磁性体との角度θ１Ａとθ２Ａはほぼ同じであるが、θ１Ｂとθ２Ｂには大きな違いがあるためである。
【００９２】
図３１に、磁気センサ７３と磁気センサ７８の近傍かつ片方に寄った位置にある小さな磁性体１７によって変化する磁束密度Ｂのベクトルの模式図を示す。この場合２つのベクトル変化Ｂ１ＣとＢ２Ｃのスカラ量は、同じではない。すなわち、同相成分の大きさは同じではないという意味になる。
【００９３】
図２９と図３０と図３１の結果から、遠方磁性体２０によって発生する磁束密度Ｂの変化は、ほぼ同相でほぼ同じ大きさであることが判る。したがって、各磁気センサから同相成分を減算すれば、遠方磁性体２０の影響を抑制することが可能になる。同相信号を除去するには、図３２に示すように交流成分演算を行った後で、同相信号除去機能２２を用いて除去する。同相信号除去機能２２は、同相成分である平均値ｂａｖを各磁気センサの交流成分ｂｎから減算する機能である。
【００９４】
同相信号除去機能２２は、磁気センサと同数の同相演算機能３０と、加算演算機能３１と除算演算機能３２から構成する。同相演算機能３０は、減算演算機能３３から構成する。全ての磁気センサの交流成分ｂｎを加算演算機能３１で加算し、除算演算機能３２で同相成分である平均値ｂａｖを求める。各磁気センサの交流成分ｂｎから平均値ｂａｖを減算演算機能３３を用いて減算すれば、同相成分を除去した信号ｂｄｎが得られる。同相信号除去機能２２の構成方法としては、数値演算を行う方法の他に、電気的に減算回路と加算回路と抵抗分圧等で構成する方法などがある。
【００９５】
図１３と図２５と図２６で示した８個の磁気センサの交流成分信号ｂｎと、それらの同相成分である平均値ｂａｖを図３３と図３４と図３５に示す。近傍の小さな通過磁性体１７が動いた場合の図３３では、各センサの交流成分信号ｂｎがバラバラに変化し、その平均値ｂａｖの変化は小さい。磁性体がほとんど動いていない場合の図３４では、各センサの交流成分信号ｂｎがバラバラに変化し、その平均値ｂａｖの変化は小さい。遠方の大きな遠方磁性体２０が動いた場合の図３５では、各磁気センサの交流成分信号ｂｎがほぼ同じ位相で、かつ、ほぼ同じ大きさで変化し、その平均値ｂａｖも同じように変化することが判る。
【００９６】
図３３と図３４と図３５で示した各磁気センサの交流成分信号ｂｎから平均値ｂａｖを減算した同相信号除去演算値ｂｄｎを、図３６と図３７と図３８に示す。遠方磁性体２０が動いていない図３６と図３７では、ほとんど交流成分信号ｂｎと同相信号除去演算値ｂｄｎの波形の変化がないが、遠方磁性体２０が動いている図３８では、同相信号除去演算値ｂｄｎが大幅に小さくなっていることが判る。
【００９７】
図１３と図２５と図２６で示した８個の磁気センサが検出した磁束密度Ｂｎを図２１で示した演算処理によって求めたＤＳ値と、図３２で示した演算処理によって求めた積分値を、図３９と図４０と図４１に示す。図３９より、近傍の小さな通過磁性体１７が動いた場合、どちらの演算処理でもこれを検知することが可能であることが判る。図４０より、磁性体がほとんど動いていない場合は、どちらの演算処理でも検知していないことが判る。図４１より、遠方の大きな遠方磁性体２０が動いた場合、図２１の演算処理ではこれを検知してしまうが、図３２の演算処理ではこれを検知ないことが判る。図３２に示す演算処理を行うことによって、使用者から見た場合の信号Ｓである近傍の通過磁性体１７を検出し、ノイズＮである遠方磁性体２０を抑制することが可能になる。
【００９８】
次に本発明に係わる近傍の磁性体の影響の抑制のうち、ゲート４を通過しない非通過磁性体１８を除去する前後比率演算アルゴリズムについて以下説明する。
図３２に示した演算アルゴリズムでは、近傍の磁性体と遠方磁性体２０の区別を行い、遠方磁性体２０の検知値を抑制することが可能である。しかし、近傍の磁性体には、ゲート４を通過する通過磁性体１７とゲート４を通過しない非通過磁性体１８とゲート４の外側を通過するゲート外通過磁性体１９の３種類がある。図３２に示した演算アルゴリズムでは、これらの３種類の磁性体を区別することは不可能である。
【００９９】
ゲート４を通過する通過磁性体１７と、ゲート４を通過しない非通過磁性体１８では、磁性体が移動する方向が異なる。従ってこの方向を判定する手段を設ければ良い。そこでゲート４の前後方向に、２個の磁気センサユニットを設ける。動作を説明するための平面的な模式図を図４２に示し、左上側の磁気センサ９、１１で説明する。この磁気センサ９、１１に対して通過磁性体１７や非通過磁性体１８が移動する。
【０１００】
通過磁性体１７を移動させた時の磁気センサ９、１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３を図４３に示す。図４３より、通過磁性体１７を移動させた場合、ほぼ同じ振幅で同じ位相でタイミングが異なるｂ１とｂ３の波形が出力される。これは、通過磁性体１７と２つの磁気センサ９と１１に最接近する方向と距離がほぼ等しく、２つの磁気センサ９と１１に最接近する時間が異なるためである。
【０１０１】
次に非通過磁性体１８を移動させた時の磁気センサ９と１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３を図４４に示す。図４４より、非通過磁性体１８を移動させた場合、ほぼ同じ位相で異なる振幅でほぼ同じタイミングのｂ１とｂ３の波形が出力される。これは、非通過磁性体１８が２つの磁気センサ９と１１に最接近する距離が異なり、２つの磁気センサ９と１１に最接近する時間がほぼ同じになるためである。
【０１０２】
通過磁性体１７と非通過磁性体１８では、図４３と図４４に示すように、磁気センサ９と１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３に違いがある。したがってこの違いを抽出し、非通過磁性体１８による検出値を抑制すれば実現可能である。
【０１０３】
図４５に通過磁性体１７が移動した時と、非通過磁性体１８が移動した時の２つの磁気センサ９と１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３の模式図を示す。図４５より、通過磁性体１７を移動させた場合、同時刻におけるｂ１とｂ３の振幅の比率ｓｊは１に近い値になる。一方、非通過磁性体１８を移動させた場合、同時刻におけるｂ１とｂ３の振幅の比率ｓｊは１により小さな値になる。従って２つの信号の振幅の比率を求めれば、その磁性体が通過磁性１７であるのか、非通過磁性体１８であるのかを判断することが可能である。
【０１０４】
比率ｓｊを求める方法には色々な方法があるが、最も簡単な方法として小さな値を大きな値で除算し、絶対値を求める方法がある。図４５ではｂ１の方がｂ３より大きな信号になっているが、磁性体が反対の位置で非通過した場合は、ｂ３の方がｂ１より大きくなる。従って、ｂ１とｂ３の絶対値を比較して、小さい値を大きな値で除算する必要がある。また、ｂ１とｂ３が同時に０になる場合もある。０で除算を行うことは不可能であるので、強制的にｓｊをある値にする特例も必要である。２つの信号の加算値ａｄｆｒを求め、比率ｓｊを乗算すれば、乗算値ｍａｊを求めることができる。
【０１０５】
磁気センサ９と１１の出力の交流成分ｂ１とｂ３が、磁性体を検知していない場合、０に近い出力信号になる。０に近い値であってもホワイトノイズ成分があるため、ｂ１とｂ３の値に相関関係がなくなる。したがって比率ｓｊは不定になってしまう。比率ｓｊは不定になるが、２つの加算値ａｄｆｒは０に近い値になるため、乗算値ｍａｊは０に近い値になる。したがって比率ｓｊが不定であっても演算処理を妨げることはない。
【０１０６】
乗算値ｍａｊを求める方法としては、図４６に示すように加算演算機能３６と比率演算機能３７と乗算演算機能３８で構成することができる。比率演算機能３７は、絶対値演算機能７９と絶対値演算機能８０と切替機能８１と切替機能８２と除算機能８３と比較機能８４と比較機能８５と比較機能８６と論理積演算機能８７と切替機能８８で行なうことができる。２つの入力信号の絶対値を絶対値演算機能７９と８０で求め、どちらが大きいかを比較演算機能８４で比較する。比較した結果に従って、切替機能８１と８２を用いて２つの入力のうち、小さい方の値を除算演算機能８３の分子に、大きな方の値を分母にする。除算演算機能８３を用いて分子を分母で除算することにより、比率ｓｊを求めることができる。特例として、比較演算機能８５と比較演算機能８６を用いて２つの入力信号を０と比較し、同時に０になった場合を論理積演算機能８７を用いて判定する。同時に０になったと判定された場合、切替機能８８を用いて分母を０以外の定数とし、０で除算することを防止する。これらの演算は、数値的な演算方法の他に、乗算回路や除算回路などによる電気的な演算回路で構成する方法などがある。
【０１０７】
図４３と図４４で示した通過磁性体１７と非通過磁性体１８の波形について、図４６で示した演算アルゴリズムを用いて乗算値ｍａｊを求めた結果を図４７と図４８に示す。図４７より通過磁性体１７が移動した場合、乗算値ｍａｊは元の信号ｂ１とｂ３より若干小さな値になっていることが判る。一方、図４８より通非過磁性体１８が移動した場合、乗算値ｍａｊは元の信号ｂ１とｂ３より大幅に小さな値になっていることが判る。したがって図４６の演算アルゴリズムを使用することにより、非過磁性体１８を抑制することが可能である。
【０１０８】
図４６で示した演算アルゴリズムを組み込んだ演算アルゴリズムを図４９に示す。図４９で示した演算アルゴリズムを用いて、ゲート４の前後に配置した磁気センサ９〜１６全てに演算し、その加算値ｄｓｐを用いたデルタ・シグマ演算値をＤＳＰとする。
【０１０９】
図５０に１６個の磁気センサを用い、通過磁性体１７を移動させた場合の演算値ＤＳとデルタ・シグマ演算値ＤＳＰを示し、図５１に非通過磁性体１８を移動させた場合の演算値ＤＳとデルタ・シグマ演算値ＤＳＰを示す。図５０より通過磁性体１７を移動させた場合、ＤＳとＤＳＰの値には大きな違いはない。しかし図５１より非通過磁性体１８を移動させた場合、ＤＳに比べてＤＳＰの値が抑圧されて小さくなっている。したがって図４９に示す前後比率演算アルゴリズムによって、通過磁性体１７と非通過磁性体１８を区別できる。使用者にとって不要な非通過磁性体１８を抑制しており、効果がある。
【０１１０】
次に本発明に係わる近傍の磁性体の影響の抑制のうち、ゲート外通過磁性体１９を除去する左右同相除去演算アルゴリズムについて以下説明する。
ゲート４近傍にある使用者にとって不要な磁性体には、非通過磁性体１８の他に、ゲートの外側を通過するゲート外通過磁性体１９もある。図５２に通過磁性体１７とゲート外通過磁性体１９の平面的な動きを示す。磁気センサは模式的に上側だけを示す。
【０１１１】
図５３にゲート外通過磁性体１９を移動させた時の、図３２に示した演算アルゴリズムによる演算値ＤＳと、図４９に示した前後比率演算アルゴリズムによる演算値ＤＳＰを示す。図５３よりＤＳとＤＳＰの値には大きな違いはない。従って、図４９に示した前後比率演算アルゴリズムは、ゲート外通過磁性体１９に対しては効果がない。図５２に示すように、ゲート４を通過する通過磁性体１７とゲート外通過磁性体１９は同じ向きに移動する。従って、前後比率演算アルゴリズムでは両者の違いが無いため、これを区別することは原理的に不可能である。
【０１１２】
ここで、センサユニット９〜１６と通過磁性体１７とゲート外通過磁性体１９の位置関係を、立体的に表現した模式図を図５４に示す。通過磁性体１７と磁気センサ９〜１１の距離は比較的近い。したがって各磁気センサ９〜１１と通過磁性体１７までの方向と距離はバラバラである。
【０１１３】
ゲート外通過磁性体１９と近い方の磁気センサ１３〜１６の距離も比較的近い。したがって近い方の磁気センサ１３〜１６と通過磁性体１９までの方向と距離もバラバラである。しかし、ゲート外通過磁性体１９と遠い方の磁気センサ９〜１２の距離は比較的遠い。したがって遠い方の磁気センサ９〜１２とゲート外通過磁性体１９までの方向と距離は、ほぼ同じである。
【０１１４】
１個のセンサユニットに４個の磁気センサを設けた条件において、通過磁性体１７を移動させた時の左右各８個づつの遠方同相信号を除去した信号ｂｄｎの波形を図５５と図５６に示す。また、ゲート外通過磁性体１９を移動させた時の左右各８個づつのｂｄｎの波形を図５７と図５８に示す。図５５と図５６に示すように、通過磁性体１７を移動させた場合は、左右８個のｂｄｎの位相と振幅はバラバラである。図５７に示すように、ゲート外通過磁性体１９を移動させた場合、近い方の８個のｂｄｎの位相と振幅もバラバラである。しかし、図５８に示すように、遠い方の８個のｂｄｎの位相と振幅はほぼ同じである。
【０１１５】
この現象は、磁気センサのｂｄｎの位相と振幅が、磁性体までの方向と距離によって決定されるためである。異なる方向と異なる距離ならば、異なる位相と異なる振幅になる。遠方磁性体２０による影響と同様に、ほぼ同じ方向とほぼ同じ距離ならば、ほぼ同じ位相とほぼ同じ振幅になる。
【０１１６】
同じ位相で同じ振幅の信号を除去する方法は、遠方磁性体２０の影響を抑制する方法と基本的に同じである。遠方磁性体２０の場合、全ての磁気センサの同相成分を除去したが、左右単位で同相成分を除去し、同相成分除去信号ｗｄｂｎを求める。同相成分を除去する方法は、図５９に示すように加算演算機能４４と除算演算機能４５と磁気センサと同数の減算演算機能４９で構成し、同相信号である平均値ｗａｖを減算演算する。
【０１１７】
図５５〜図５８に示したｄｂｎ波形を図５９の演算機能を用いて演算した結果を図６０〜図６３に示す。図６０と図６１に示すように、通過磁性体１７を移動させた場合は、同相成分除去信号ｗｄｂｎは、元々の信号であるｄｂｎの波形と大きな違いはない。図６２に示すように、ゲート外通過磁性体１９を移動させた場合、近い方の８個の同相成分除去信号ｗｄｂｎも、元々の信号ｄｂｎの波形と大きな違いはない。しかし図６３に示すように、遠い方の８個の同相成分除去信号ｗｄｂｎは、極めて小さな値になるという特徴がある。したがってこの特徴を抽出し、ゲート外通過磁性体１９による検出値を抑制すれば実現可能である。
【０１１８】
しかし、図６０〜図６３に示した値だけでは、磁性体が近いのか遠いのかを判断することはできない。磁性体との距離が遠い場合であっても、磁性体の大きさが大きい場合は、絶対的な値が大きくなるからである。磁性体の大きさに影響されない値に変換しなければならない。図５５〜図５８と図６０〜６３を比較すると、同相信号を除去する前と除去した後で、センサユニット５〜８のうち、ゲート外通過磁性体１９が遠い方を通過した場合だけが大きく変化している。従って、同相信号除去後の信号ｗｄｂｎを同相信号除去前の信号ｄｂｎで除算し、同相率ｗｓｊを求めれば判断することが可能である。しかし、ｗｄｂｎとｄｂｎの各信号は正負のどちらにも変化するため、絶対値を求めてからそれぞれ加算し、加算値｜ｓｗｄｂ｜と｜ｓｄｂ｜を求めてから除算を行い、同相率ｗｓｊを求める。
【０１１９】
左右単位の２つの同相率ｗｓｊを求める事は可能であるが、最終的に１つの演算値にする必要がある。２つの同相率ｗｓｊから左右係数ｗｆを求める。左右係数ｗｆを求めるには、２つの同相率ｗｓｊの平均値演算や比率演算や最小値選択など、いくつかの演算手段があり、その演算手段によって左右方向の除去率が変化する。あまり極端に左右方向を除去した場合、ゲート通過磁性体１７であっても、ゲートの端を通過した時に除去し過ぎて、検知できない場合もある。本説明では平均値演算を使用した例を示す。
【０１２０】
図６４に左右同相除去演算機能２４を示す。左右同相除去演算機能２４は、左右２つの同相率演算機能４０と左右係数演算機能４１と乗算演算機能４２から構成する。一つの同相率演算機能４０は、磁気センサの半数の絶対・減算演算機能４３と加算演算機能４４と除算演算機能４５と加算演算機能４６と加算演算機能４７と除算演算機能４８から構成する。絶対・減算演算機能４３は、減算演算機能４９と絶対値演算機能５０と絶対値演算機能５１から構成する。なお除算演算機能４８には０で除算を行わないように例外処理を持たせる。これらの演算は、数値的な演算方法の他に、乗算回路や除算回路などによる電気的な演算回路で構成する方法などがある。
【０１２１】
図６５に通過磁性体１７が移動した時の同相率ｗｓｊと左右係数ｗｆを示す。図６５より、通過磁性体１７が移動した時は、２つの同相率ｗｓｊが１００％に近い値を示す。したがって２つの同相率ｗｓｊの平均値である左右係数ｗｆも１００％に近い値を示す。
【０１２２】
図６６にゲート外通過磁性体１９が移動した時の同相率ｗｓｊと左右係数ｗｆを示す。図６６より、ゲート外通過磁性体１９が移動した時は、近い方の同相率ｗｓｊは１００％に近い値を示すが、遠い方の同相率ｗｓｊは０％に近い値を示す。したがって左右係数ｗｆは５０％に近い値を示す。
【０１２３】
図６４に示した左右同相除去演算アルゴリズムによる左右係数ｗｆを用い、図４９で示した前後比率演算アルゴリズムの演算結果ｄｓｐと乗算演算機能４２で乗算した演算結果ｄｓｗを用い、積分演算した結果である検出値ＤＳＷを求める機能が図１に示す演算機能である。
【０１２４】
図６７に通過磁性体１７を移動させた場合の図３２で示した演算アルゴリズムによる検出値ＤＳと図４９に示した前後比率演算アルゴリズムによる検出値ＤＳＰと図１に示す左右同相除去演算アルゴリズムを加えて処理した検出値ＤＳＷを示す。図６７より通過磁性体１７を移動させた場合、３つの検出値ＤＳとＤＳＰとＤＳＷには大きな違いはない。
【０１２５】
図６８にゲート外通過磁性体１９を移動させた場合の図３２で示した演算アルゴリズムによる検出値ＤＳと図４９に示した前後比率演算アルゴリズムによる検出値ＤＳＰと図１に示す左右同相除去演算アルゴリズムを加えて処理した検出値ＤＳＷを示す。図６８よりゲート外通過磁性体１９を移動させた場合、２つの検出値ＤＳとＤＳＰには大きな違いはない。しかし、左右同相除去演算アルゴリズムを付加した検出値ＤＳＷは前者に比べて小さな値になっている。したがって使用者にとって無用な非通過磁性体１９を抑制しており、効果がある。
【０１２６】
図１の機能を具体的に構成する方法には、色々な方法がある。図６９に示すように、磁束密度Ｂを電気に変換する磁気センサ７３の出力を、オペアンプや抵抗やコンデンサ等によって構成するアナログ演算回路８９で処理しても可能である。また、図７０に示すように、磁束密度Ｂを電気に変換する磁気センサ７３の出力を、アナログ値からディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換回路９０を用いて数値に変換し、以降数値処理を行うディジタル演算装置９１を用いる方法もある。その他にも磁束密度Ｂを機械的に変換して機構的に処理したり、これらを複数組み合わせる方法もある。
【０１２７】
また、演算の方法にも色々な方法がある。例えば乗算してから除算しても、除算してから乗算しても結果は同じである。同様に、複数の積分機能を使って積分してから加算しても、加算してから１個の積分機能を使って積分しても結果は同じである。一般的な数式と同じように、演算結果が同じならば、演算の順番や演算素子の構成には関係はない。従って、必ずしも図１に示す順番や構成で実現する必要はない。
【０１２８】
次に本発明に係わる下方に配置されている磁性体の検出値を向上する発明について、以下説明する。
実際の病院における用品には、色々な種類がある。医療に係わる医療用品以外にも、脚立などの工事用品や、ポリッシャーなどの清掃用品もある。これらの用品は、磁性体の比率が小さいＭＲＩ用品もあれば、磁性体の比率が大きい非ＭＲＩ用品もある。
【０１２９】
磁性体の材料には色々な種類があるが、最も多く使用されている磁性体材料は鉄である。鉄は丈夫で安価で入手が容易なため、非ＭＲＩ用品に多用されている。また鉄は比重が大きいという特徴がある。比重が大きい鉄を下方に配置すれば、重心が下方になるため安定度が高くなる。
【０１３０】
図７１に一般的な医療用品等の例として、ストレッチャー９２や車椅子９３や点滴台９４やボンベ９５がある。非ＭＲＩ用の医療用品では、鉄が多用されている。ストレッチャー９２や車椅子９３や点滴台９４では、安定度を高めるために重量物である鉄材を下方に配置する場合が多い。特に点滴台では安定度を重視し、重い鉄製の台座を用いて重心を下方に設定する物も多い。支柱には透磁率が低いステンレスや軽量の非磁性体であるアルミなどを使用している場合も多い。ボンベ９５のうち鉄製のボンベは重量物である。単体で運搬する場合、使用者９６は手にぶら下げて持ち運ぶ場合が多い。ボンベ９５をストレッチャー９２や車椅子９３に固定して運搬する場合には、落下した場合に危険であるので、高い位置に設置せずに、低い位置に設置するのが一般的である。以上のように重量物で磁性体である鉄は、一般的にゲート４の上方ではなく、下方の床面９７の近くで移動する場合が多いという特徴がある。
【０１３１】
距離に関しビオ・サバールの法則から、磁束密度の変化量は、磁気センサと磁性体の距離の２乗に反比例する。即ち、距離が長くなるに従って、磁気センサの出力が急激に減少するという事を意味している。磁性体の検出値を向上させるには、磁性体と磁気センサとの距離を短くすることが望ましい。
【０１３２】
図７２に示すように、１本のセンサユニット５５に複数の磁気センサ５６〜５９を等間隔に配置した場合を想定する。なお、図７２では４個の磁気センサで表記したが、必要に応じて数量は変えても同じである。各磁気センサ５６〜５９と下方にある磁性体１７までの距離は、一番下に設置した磁気センサ５９との距離ｄａ４が最も近く、磁気センサの位置が高くなるに従ってｄａ３、ｄａ２、ｄａ１の順に遠くなる。磁束密度の変化は、磁気センサ５６〜５９と磁性体１７の距離の２乗に反比例するため、それぞれの磁気センサの検出出力は、５９、５８、５７、５６の順に小さくなる。
【０１３３】
下方にある磁性体１７だけを検出するならば、全ての磁気センサ５６〜５９を下方に設置すれば、磁気センサの検出出力を大きくすることが可能である。しかし、ゲート４を通過する通過磁性体１７が必ず下方を移動するとは限らない。したがって上方にも磁気センサは必要である。
【０１３４】
上方や下方の全ての位置の磁性体の検出出力を大きくするには、沢山の磁気センサを備えればよい。しかし磁気センサは高価であり、沢山使用した場合に製品コストが上昇するという問題がある。そこで、磁気センサの数量を増やさずに、下方にある磁性体１７の検出出力を高める必要がある。
【０１３５】
図７２では、ｄｈａ１＝ｄｈａ２＝ｄｈａ３とし、磁気センサ５６〜５９の間隔を等間隔に配置した場合を示した。一方、図７３にｄｈｂ１≧ｄｈｂ２≧ｄｈｂ３とし、磁気センサ５６〜５９の間隔を下方は短く、上方は広く配置した場合を示す。一番上の磁気センサ５６と一番下の磁気センサ５９の床面９７からの位置が同じならば、磁気センサ５６と磁気センサ５９の検出出力は同じである。
【０１３６】
しかし、中間にある磁気センサ５７と５８は、図７２に示す等間隔に配置された場合より、図７３に示す不等間隔に配置された場合の方が磁性体１７に近くなる。従って、磁気センサ５７と５８の検出出力は、図７２より図７３の方が大きくなる。したがって、図７２に示すように磁気センサ５６〜５９を等間隔に配置するより、図７３に示すように不等間隔に配置した方が、磁性体１７の検出出力が大きくなる。
【０１３７】
磁気センサの数量を増やさずに、磁気センサの間隔を不等間隔にすることにより、下方にある磁性体の検出値を向上させることが可能であり、効果がある。
【０１３８】
次に、本発明に係わるゲートの中央付近を通過する磁性体の検出値を向上する発明について、以下説明する。
実際の病院におけるＭＲＩ診断装置の吸引事故のうち、点滴台９４によるものが高い割合を占めている。従って点滴台９４を検知して警告する必要がある。点滴台９４には安定度を高めるために重い鉄製の台座を使用して、重心を下方に設定する物も多い。支柱には透磁率が低いステンレスや軽量の非磁性体であるアルミなどを使用している場合も多い。このような鉄製台座の点滴台９４は、磁性体部が床面近くにあるという特徴がある。
【０１３９】
使用者９６がゲート４を通って通過磁性体１７を持ち込む場合、どの位置を通過するかは不定である。右側のセンサユニット７〜８近傍の場合もあれば、左側のセンサユニット５〜６近傍の場合もあれば、左右のセンサユニットの中央を通過する場合もある。図７４に示すように中央を通過した場合、磁気センサ１０、１４からの距離ｄｄｐ２とｄｄｐ６が最も遠くなる。
【０１４０】
距離に関しビオ・サバールの法則から、磁束密度の変化量は、磁気センサと磁性体の距離の２乗に反比例する。即ち、距離が長くなるに従って、磁気センサの出力が急激に減少するという事を意味している。磁性体の検出値を向上させるには、磁性体と磁気センサとの距離を短くすることが望ましい。
【０１４１】
磁気センサの出力を大きくするには、高価になってしまうが磁性体の近くに磁気センサを追加して設置すれば良い。しかし、磁気センサをゲート４の中央に設置した場合、通行を妨げてしまう。
【０１４２】
そこで図７４に示すように、磁気センサ６３〜６４を備えた床下センサユニット６０を床面９７の下に設置する。床面９７の下に設置すれば、点滴台のような通過磁性体１７までの距離ｄｄｐ９、ｄｄｐ１０を短くすることが可能であり、かつ、通行の妨げにならない。磁気センサ６３〜６４の数量は必要に応じて１個以上を備えればよい。
【０１４３】
図３に示すように、磁気センサ６３〜６４と演算処理機能６５と閾値入力機能６６と比較機能６７と論理和演算機能６２を備え、演算部２又は演算部６１の判定結果のどちらかが磁性体の通過を判定した場合に告知機能３を動作させて告知する。
【０１４４】
左右に設置した磁気センサ９〜１６より、床下に設置した磁気センサ６３〜６４の方が、ゲート４の中央を通過する点滴台のような通過磁性体１７までの距離が短かくなるため、検出出力を大きくすることができる。検出出力が大きければ、Ｓ／Ｎ比を高くすることができるため、効果がある。
【０１４５】
次に本発明に係わる回路構成について、以下説明する。
図１に示すように、本発明では１本のセンサユニット５〜８に複数の磁気センサを使用する。従って図７５に示すように、磁気センサ７３近傍に別の磁気センサや他の回路から構成される電気回路６８は電源６９と電線９８〜９９を経由して接続される。また電線９８〜９９は、磁気センサ７３の近傍に配置される。
【０１４６】
電気回路６８は消費電流１００が一定ではなく、電流が変動する変動負荷である。電気回路６８に消費電流１００の変動が発生した場合、電線９８には消費電流１００と等しい電流１０７が流れるためアンペールの法則に従って磁場１０１が変動する。電線９８から距離ｄｃ１離れた磁気センサ７３の位置には磁場１０１の変動によって磁束密度の変化１０２が発生する。同時に、電線９９にも電流１０７が流れるため磁場１０３が変動する。電線９９から距離ｄｃ２離れた磁気センサ７３の位置には磁場１０３の変動によって磁束密度の変化１０４が変動する。磁束密度の変化１０２と磁束密度の変化１０４は逆方向のため、その差分である磁束密度の変化１０５が磁気センサ７３の位置に発生する。
【０１４７】
磁気センサ７３は、磁束密度の変化を検知する。したがって電気回路６８の消費電流１００の変動によって磁束密度の変化１０５が発生すれば、これを検知して誤動作する。
【０１４８】
誤動作を防ぐためには、磁気センサ７３の位置に発生する磁束密度の変化１０５を０にすれば良い。電線９８と磁気センサ７３の距離ｄｃ１と、電線９９と磁気センサ７３の距離ｄｃ２が同じであれば、磁束密度の変化１０２と磁束密度の変化１０４は同じ大きさで逆向きであるため、磁束密度の変化１０５は０になり、誤動作しない。したがって、距離ｄｃ１と距離ｄｃ２が等しい値になるように設置すれば誤動作しない。
【０１４９】
しかし、電線９８と電線９９の位置を正確に同じ距離に配置するのは極めて困難である。図７５では電線９８と電線９９を単純な平行線で示したが、傾きがある場合は、補正を行わなければならない。途中で電線が曲がった場合も補正しなければならない。これらの作業を行うには多大な時間が必要であり、作業コストが高くなってしまう。
【０１５０】
磁束密度の変化１０５を０にするもう一つの手段として、電気回路６８の消費電流１００の変動を０にする方法がある。消費電流１００の変動が０であれば、磁束密度の変化１０５も０であるので誤動作することがない。しかし電気回路６８の消費電流１００は、色々な要因によって決定されるものであり、完全に一定にすることは不可能である。
【０１５１】
電気回路６８の消費電流１００が一定でなくても、電線９８と電線９９に流れる電流１０７が一定であれば、磁束密度の変化１０５は０である。そこで、図７６に示すように、電流検知機能７０と制御機能７１とダミー電流１０６を流すダミー電流機能７２を備え、回路６８の消費電流１００の変動分を補完するダミー電流１０６を流す。消費電流１００とダミー電流１０６の総和は一定であるので、電線９８と電線９９に流れる合計電流１０７は一定である。したがって、磁束密度の変化１０５は発生しない。
【０１５２】
図７６に図４に示した機能の具体的な回路例を示す。電流検知機能７０は抵抗１０８から構成されている。制御機能７１は定電圧ダイオード１０９と抵抗１１０と演算増幅器１１１から構成されている。ダミー電流機能７２はトランジスタ１１２から構成されている。
【０１５３】
演算増幅器１１１は抵抗１０８に流れる電流によって発生する電圧Ｖｎと、定電圧ダイオード１０９と抵抗１１０によって発生する電圧Ｖｐが等しくなるように、トランジスタ１１２を制御する。回路６８の消費電流１００の変動分を補うようにダミー電流１０６が流れるため、消費電流１００とダミー電流１０６の合計値である電流１０７には変動がない。電流１０７に変動がなければ、磁束密度の変化１０５は発生しない。したがって磁気センサ７３に磁気的な影響を与えないので、誤動作しない。
【０１５４】
図７６に示した構成は、この機能を実現するための一例である。電流検知機能７０として、抵抗１０８の他に電流トランスやホール素子などの色々な方法がある。その他にアナログ回路だけでなく、ディジタル回路で構成したり、アナログとディジタルを混合して構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明にかかる磁性体検知機の一の構成態様を示す概略説明図である。
【図２】本発明にかかる磁性体検知機の一の構成態様を示す概略説明図である。
【図３】本発明にかかる磁性体検知機の一の構成態様を示す概略説明図である。
【図４】本発明にかかる磁性体検知機の一の構成態様を示す概略説明図である。
【図５】磁界内に磁気センサを設置した場合の磁束密度を示す概略説明図である。
【図６】磁界内に磁気センサと磁性体を設置した場合の磁束密度を示す概略説明図である。
【図７】磁気センサが磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図８】比較機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図９】検知空間と１個の磁気センサの構成例を示す概略説明図である。
【図１０】１個の磁気センサの感度比を示す概略説明図である。
【図１１】検知空間と２個の磁気センサの構成例を示す概略説明図である。
【図１２】２個の磁気センサの感度比を示す概略説明図である。
【図１３】８個の磁気センサが近傍の小さな磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図１４】交流成分演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図１５】交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図１６】逆方向から遅い速度で移動する磁性体の交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図１７】絶対値演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図１８】絶対値演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図１９】積分演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図２０】積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２１】複数の磁気センサを用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図２２】８個の磁気センサを用いた近傍の小さな磁性体を検出した時の積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２３】ゲートと通過磁性体と非通過磁性体とゲート外通過磁性体と遠方磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図２４】通過磁性体のみを検知する磁気シールドを示す概略説明図である。
【図２５】８個の磁気センサが磁性体を検出していない時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２６】８個の磁気センサが遠方の大きな磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２７】８個の磁気センサが磁性体を検出していない時の積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２８】８個の磁気センサが遠方の大きな磁性体を検出した時の積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図２９】２個の磁気センサから遠方に配置した大きな磁性体による磁束密度の変化を示す概略説明図である。
【図３０】２個の磁気センサの中間の近傍に配置した小さな磁性体による磁束密度の変化を示す概略説明図である。
【図３１】２個の磁気センサの片方の近傍に配置した小さな磁性体による磁束密度の変化を示す概略説明図である。
【図３２】同相信号除去演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図３３】８個の磁気センサを用いた近傍の小さな磁性体を検出した時の交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３４】８個の磁気センサを用いた磁性体を検出していない時の交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３５】８個の磁気センサを用いた遠方の大きな磁性体を検出した時の交流成分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３６】８個の磁気センサを用いた近傍の小さな磁性体を検出した時の同相信号除去演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３７】８個の磁気センサを用いた磁性体を検出していない時の同相信号除去演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３８】８個の磁気センサを用いた遠方の大きな磁性体を検出した時の同相信号除去演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図３９】８個の磁気センサを用いた近傍の小さな磁性体を検出した時の同相信号除去演算機能と積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４０】８個の磁気センサを用いた磁性体を検出していない時の同相信号除去演算機能と積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４１】８個の磁気センサを用いた遠方の大きな磁性体を検出した時の同相信号除去演算機能と積分演算機能の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４２】ゲートと通過磁性体と非通過磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図４３】２個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４４】２個の磁気センサを用いた非通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図４５】２個の磁気センサを用いた通過磁性体と非通過磁性体を検出した時の出力結果例と前後比率演算を示す概略説明図である。
【図４６】前後比率演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例の前後比率演算機能部を示す概略説明図である。
【図４７】２個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図４８】２個の磁気センサを用いた非通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図４９】前後比率演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例を示す概略説明図である。
【図５０】１６個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図５１】１６個の磁気センサを用いた非通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図５２】ゲートと通過磁性体とゲート外通過磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図５３】１６個の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の前後比率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図５４】ゲートと通過磁性体とゲート外通過磁性体の立体的な位置関係を示す概略説明図である。
【図５５】８個の右側の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図５６】８個の左側の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図５７】８個の右側の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図５８】８個の左側の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の出力結果例を示す概略説明図である。
【図５９】左右同相演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例の同相演算機能部を示す概略説明図である。
【図６０】８個の右側の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の同相演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６１】８個の左側の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の同相演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６２】８個の右側の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の同相演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６３】８個の左側の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の同相演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６４】左右同相演算機能を用いて磁性体を告知する機能構成例の左右同相率演算機能部を示す概略説明図である。
【図６５】１６個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の左右同相率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６６】１６個の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の左右同相率演算出力結果例を示す概略説明図である。
【図６７】１６個の磁気センサを用いた通過磁性体を検出した時の左右同相率演算出力による演算結果例を示す概略説明図である。
【図６８】１６個の磁気センサを用いたゲート外通過磁性体を検出した時の左右同相率演算出力による演算結果例を示す概略説明図である。
【図６９】アナログ演算回路を用いた磁性体検知機を示すブロック図である。
【図７０】アナログ・ディジタル変換回路と数値演算機能を用いた磁性体検知機を示すブロック図である
【図７１】ゲートを通過する各物体の位置関係を示す概略説明図である。
【図７２】等間隔に配置した磁気センサとゲートの下方を通過する磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図７３】非等間隔に配置した磁気センサとゲートの下方を通過する磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図７４】床下に配置した磁気センサとゲートの下方を通過する磁性体の位置関係を示す概略説明図である。
【図７５】電線と磁気センサの位置関係を示す概略説明図である。
【図７６】電線に流れる電流を一定にする回路例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１ センサ部
２ 演算部
３ 告知機能
４ ゲート
５ センサユニット
６ センサユニット
７ センサユニット
８ センサユニット
９ 磁気センサ
１０ 磁気センサ
１１ 磁気センサ
１２ 磁気センサ
１３ 磁気センサ
１４ 磁気センサ
１５ 磁気センサ
１６ 磁気センサ
１７ 通過磁性体
１８ 非通過磁性体
１９ ゲート外通過磁性体
２０ 遠方磁性体
２１ 交流成分演算部
２２ 同相信号除去部
２３ 前後比率演算部
２４ 左右同相除去部
２５ 積分部
２６ 判定部
２７ 交流演算
２８ 積分演算機能
２９ 減算演算機能
３０ 同相演算
３１ 加算演算機能
３２ 除算演算機能
３３ 減算演算機能
３４ 比率演算
３５ 加算演算機能
３６ 加算演算機能
３７ 比率演算
３８ 乗算演算機能
３９ 絶対値演算機能
４０ 同相率演算機能
４１ 左右計算演算機能
４２ 乗算演算機能
４３ 絶対・減算演算機能
４４ 加算演算機能
４５ 除算演算機能
４６ 加算演算機能
４７ 加算演算機能
４８ 除算演算機能
４９ 減算演算機能
５０ 絶対値演算機能
５１ 絶対値演算機能
５２ 積分演算機能
５３ 閾値入力機能
５４ 比較演算機能
５５ センサユニット
５６ 磁気センサ
５７ 磁気センサ
５８ 磁気センサ
５９ 磁気センサ
６０ センサユニット
６１ 演算部
６２ 論理和演算機能
６３ 磁気センサ
６４ 磁気センサ
６５ 演算機能
６６ 閾値入力機能
６７ 比較演算機能
６８ 電気回路
６９ 電源
７０ 電流検知機能
７１ 制御機能
７２ ダミー電流機能
７３ 磁気センサ
７４ 磁性体
７５ 直流磁束密度
７６ 検出軸
７７ 直流磁束密度
７８ 磁気センサ
７９ 絶対値演算機能
８０ 絶対値演算機能
８１ 切替機能
８２ 切替機能
８３ 除算機能
８４ 比較機能
８５ 比較機能
８６ 比較機能
８７ 論理積演算機能
８８ 切替機能
８９ アナログ演算回路
９０ アナログ・ディジタル変換回路
９１ ディジタル演算装置
９２ ストレッチャー
９３ 車椅子
９４ 点滴台
９５ ボンベ
９６ 使用者
９７ 床面
９８ 電線
９９ 電線
１００ 消費電流
１０１ 磁場
１０２ 磁束密度の変化
１０３ 磁場
１０４ 磁束密度の変化
１０５ 磁束密度の変化
１０６ ダミー電流
１０７ 電流
１０８ 抵抗
１０９ 定電圧ダイオード
１１０ 抵抗
１１１ 演算増幅器
１１２ トランジスタ
１１３ 磁気シールド
１１４ 磁気シールドドア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート内を通過する磁性体を検知するための磁性体検知機であって、
センサ部と、演算部と、告知機能と、からなり、
センサ部は、少なくとも一以上の磁気センサを備えるセンサユニットが検知物の進行方向に対して前後に配置された構成となっており、
演算部は、交流成分演算部と、同相信号除去部と、前後比率演算部と、積分部と、判定部と、から構成されており、
交流成分演算部は、積分演算機能と減算演算機能とを備えた磁気センサと同数の交流演算からなり、
同相信号除去部は、減算演算機能を備えた磁気センサと同数の同相演算と、加算演算機能と、除算演算機能からなり、
前後比率演算部は、加算演算機能と比率演算機能と乗算演算機能と絶対値演算機能とを備えた磁気センサの半数の比率演算と、加算演算機能からなり、
積分部は、積分演算機能からなり、
判定部は、閾値を入力する閾値入力機能と、比較演算機能からなり、
告知機能は、所定手段により使用者に対して警告を告知する構成となっており、
複数の磁気センサを同時に動作させ、各磁気センサの検出信号の積分値を夫々交流成分演算部の積分演算機能で求め、夫々の検出信号とその積分値の減算値を交流成分演算部の減算演算機能で求め、得られた夫々減算値の加算値を同相信号除去部の加算演算機能で求め、得られた夫々加算値の除算値を同相信号除去部の除算演算機能で求め、夫々の減算値と除算値との減算値（第二減算値）を同相信号除去部の減算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の加算値（第二加算値）を前後比率演算部の加算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の比率を前後比率演算部の比率演算機能で求め、前後夫々の第二加算値と比率との乗算値を前後比率演算部の乗算演算機能で求め、得られた前後夫々の乗算値の絶対値を前後比率演算部の絶対値演算機能で求め、得られた全ての絶対値の加算値（第三加算値）を前後比率演算部の加算演算機能で求め、得られた第三加算値の積分値（第二積分値）を積分部の積分演算機能で求め、閾値を判定部の閾値入力機能で入力し、第二積分値と閾値との判定値を判定部の比較演算機能で求め、得られた判定値によって告知機能を動作することを特徴とする磁性体検知機。
【請求項２】
前記磁性体検知機において、
前記センサ部におけるセンサユニットが検知物の進行方向に対して前後及び左右に配置されるとともに、前記演算部に左右同相除去部が備えられた構成となっており、
左右同相除去部は、二つの同相率演算機能と、左右計数演算機能と、乗算演算機能からなり、
同相率演算機能は、減算演算機能と第一の絶対値演算機能と第二の絶対値演算機能とを備えた磁気センサの半数の絶対・減算演算機能と、第一の加算演算機能と、第一の除算演算機能と、第二の加算演算機能と、第三の加算演算機能と、第二の除算演算機能からなり、
複数の磁気センサを同時に動作させ、各磁気センサの検出信号の積分値を夫々前記交流成分演算部の積分演算機能で求め、夫々の検出信号とその積分値の減算値を前記交流成分演算部の減算演算機能で求め、得られた夫々減算値の加算値を前記同相信号除去部の加算演算機能で求め、得られた夫々加算値の除算値を前記同相信号除去部の除算演算機能で求め、夫々の減算値と除算値との減算値（第二減算値）を前記同相信号除去部の減算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の加算値（第二加算値）を前記前後比率演算部の加算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の比率を前記前後比率演算部の比率演算機能で求め、前後夫々の第二加算値と比率との乗算値を前記前後比率演算部の乗算演算機能で求め、得られた前後夫々の乗算値の絶対値を前記前後比率演算部の絶対値演算機能で求め、得られた全ての絶対値の加算値（第三加算値）を前記前後比率演算部の加算演算機能で求め、左右夫々の第二減算値の絶対値（第二絶対値）を左右同相除去部の第一の絶対値演算機能で求め、左右夫々の第二減算値の加算値（第四加算値）を左右同相除去部の第一の加算演算機能で求め、得られた左右夫々の第四加算値の除算値（第二除算値）を左右同相除去部の第一の除算演算機能で求め、左右夫々の第二減算値と第二除算値との減算値（第三減算値）を左右同相除去部の減算演算機能で求め、得られた左右夫々の第三減算値の絶対値（第三絶対値）を左右同相除去部の第二の絶対値演算機能で求め、左右夫々の第二絶対値の加算値（第五加算値）を左右同相除去部の第二の加算演算機能で求め、左右夫々の第三絶対値の加算値（第六加算値）を左右同相除去部の第三の加算演算機能６で求め、左右夫々の第五加算値と第六加算値との除算値（第三除算値）を左右同相除去部の第二の除算演算機能で求め、左右の第三除算値の係数を左右同相除去部の左右計数演算機能で求め、第三加算値と係数との乗算値（第二乗算値）を左右同相除去部の乗算演算機能で求め、得られた第二乗算値の積分値（第二積分値）を前記積分部の積分演算機能で求め、閾値を前記判定部の閾値入力機能で入力し、第二積分値と閾値との判定値を前記判定部の比較演算機能で求め、得られた判定値によって告知機能を動作することを特徴とする請求項１に記載の磁性体検知機。
【請求項３】
前記磁性体検知機において、
前記センサ部におけるセンサユニット内に三個以上の磁気センサが鉛直方向に間隔を開けて配置されるとともに、磁気センサ間の間隔が上方よりも下方へ向かうに従って狭く配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性体検知機。
【請求項４】
前記磁性体検知機において、
少なくとも一以上の磁気センサを備える第二センサユニットが検知物の下方に付加配置されるとともに、演算機能と閾値入力機能と比較演算機能とを備える第二演算部が備えられ、かつ、論理和演算機能を備えた構成となっており、
第二センサユニットに備えられた磁気センサの出力信号の演算値を演算機能で演算し、閾値（第二閾値）を閾値入力機能で入力し、演算値と第二閾値との判定値（第二判定値）を比較演算機能で求め、前記判定値と第二判定値の論理和値を論理和演算機能で求め、得られた該論理和値によって前記告知機能を動作することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁性体検知機。
【請求項５】
前記磁性体検知機において、
回路電流を測定する電流検知機能と、該電流検知機能に流れる電流を一定に制御する制御機能と、該制御機能によってダミー電流を流すダミー電流機能を備え、
電流検知機能にダミー電流機能を接続し、回路電流とダミー電流の合計を一定にすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁性体検知機。
【請求項１】
ゲート内を通過する磁性体を検知するための磁性体検知機であって、
センサ部と、演算部と、告知機能と、からなり、
センサ部は、少なくとも一以上の磁気センサを備えるセンサユニットが検知物の進行方向に対して前後に配置された構成となっており、
演算部は、交流成分演算部と、同相信号除去部と、前後比率演算部と、積分部と、判定部と、から構成されており、
交流成分演算部は、積分演算機能と減算演算機能とを備えた磁気センサと同数の交流演算からなり、
同相信号除去部は、減算演算機能を備えた磁気センサと同数の同相演算と、加算演算機能と、除算演算機能からなり、
前後比率演算部は、加算演算機能と比率演算機能と乗算演算機能と絶対値演算機能とを備えた磁気センサの半数の比率演算と、加算演算機能からなり、
積分部は、積分演算機能からなり、
判定部は、閾値を入力する閾値入力機能と、比較演算機能からなり、
告知機能は、所定手段により使用者に対して警告を告知する構成となっており、
複数の磁気センサを同時に動作させ、各磁気センサの検出信号の積分値を夫々交流成分演算部の積分演算機能で求め、夫々の検出信号とその積分値の減算値を交流成分演算部の減算演算機能で求め、得られた夫々減算値の加算値を同相信号除去部の加算演算機能で求め、得られた夫々加算値の除算値を同相信号除去部の除算演算機能で求め、夫々の減算値と除算値との減算値（第二減算値）を同相信号除去部の減算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の加算値（第二加算値）を前後比率演算部の加算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の比率を前後比率演算部の比率演算機能で求め、前後夫々の第二加算値と比率との乗算値を前後比率演算部の乗算演算機能で求め、得られた前後夫々の乗算値の絶対値を前後比率演算部の絶対値演算機能で求め、得られた全ての絶対値の加算値（第三加算値）を前後比率演算部の加算演算機能で求め、得られた第三加算値の積分値（第二積分値）を積分部の積分演算機能で求め、閾値を判定部の閾値入力機能で入力し、第二積分値と閾値との判定値を判定部の比較演算機能で求め、得られた判定値によって告知機能を動作することを特徴とする磁性体検知機。
【請求項２】
前記磁性体検知機において、
前記センサ部におけるセンサユニットが検知物の進行方向に対して前後及び左右に配置されるとともに、前記演算部に左右同相除去部が備えられた構成となっており、
左右同相除去部は、二つの同相率演算機能と、左右計数演算機能と、乗算演算機能からなり、
同相率演算機能は、減算演算機能と第一の絶対値演算機能と第二の絶対値演算機能とを備えた磁気センサの半数の絶対・減算演算機能と、第一の加算演算機能と、第一の除算演算機能と、第二の加算演算機能と、第三の加算演算機能と、第二の除算演算機能からなり、
複数の磁気センサを同時に動作させ、各磁気センサの検出信号の積分値を夫々前記交流成分演算部の積分演算機能で求め、夫々の検出信号とその積分値の減算値を前記交流成分演算部の減算演算機能で求め、得られた夫々減算値の加算値を前記同相信号除去部の加算演算機能で求め、得られた夫々加算値の除算値を前記同相信号除去部の除算演算機能で求め、夫々の減算値と除算値との減算値（第二減算値）を前記同相信号除去部の減算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の加算値（第二加算値）を前記前後比率演算部の加算演算機能で求め、前後夫々２個の磁気センサの第二減算値の比率を前記前後比率演算部の比率演算機能で求め、前後夫々の第二加算値と比率との乗算値を前記前後比率演算部の乗算演算機能で求め、得られた前後夫々の乗算値の絶対値を前記前後比率演算部の絶対値演算機能で求め、得られた全ての絶対値の加算値（第三加算値）を前記前後比率演算部の加算演算機能で求め、左右夫々の第二減算値の絶対値（第二絶対値）を左右同相除去部の第一の絶対値演算機能で求め、左右夫々の第二減算値の加算値（第四加算値）を左右同相除去部の第一の加算演算機能で求め、得られた左右夫々の第四加算値の除算値（第二除算値）を左右同相除去部の第一の除算演算機能で求め、左右夫々の第二減算値と第二除算値との減算値（第三減算値）を左右同相除去部の減算演算機能で求め、得られた左右夫々の第三減算値の絶対値（第三絶対値）を左右同相除去部の第二の絶対値演算機能で求め、左右夫々の第二絶対値の加算値（第五加算値）を左右同相除去部の第二の加算演算機能で求め、左右夫々の第三絶対値の加算値（第六加算値）を左右同相除去部の第三の加算演算機能６で求め、左右夫々の第五加算値と第六加算値との除算値（第三除算値）を左右同相除去部の第二の除算演算機能で求め、左右の第三除算値の係数を左右同相除去部の左右計数演算機能で求め、第三加算値と係数との乗算値（第二乗算値）を左右同相除去部の乗算演算機能で求め、得られた第二乗算値の積分値（第二積分値）を前記積分部の積分演算機能で求め、閾値を前記判定部の閾値入力機能で入力し、第二積分値と閾値との判定値を前記判定部の比較演算機能で求め、得られた判定値によって告知機能を動作することを特徴とする請求項１に記載の磁性体検知機。
【請求項３】
前記磁性体検知機において、
前記センサ部におけるセンサユニット内に三個以上の磁気センサが鉛直方向に間隔を開けて配置されるとともに、磁気センサ間の間隔が上方よりも下方へ向かうに従って狭く配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性体検知機。
【請求項４】
前記磁性体検知機において、
少なくとも一以上の磁気センサを備える第二センサユニットが検知物の下方に付加配置されるとともに、演算機能と閾値入力機能と比較演算機能とを備える第二演算部が備えられ、かつ、論理和演算機能を備えた構成となっており、
第二センサユニットに備えられた磁気センサの出力信号の演算値を演算機能で演算し、閾値（第二閾値）を閾値入力機能で入力し、演算値と第二閾値との判定値（第二判定値）を比較演算機能で求め、前記判定値と第二判定値の論理和値を論理和演算機能で求め、得られた該論理和値によって前記告知機能を動作することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁性体検知機。
【請求項５】
前記磁性体検知機において、
回路電流を測定する電流検知機能と、該電流検知機能に流れる電流を一定に制御する制御機能と、該制御機能によってダミー電流を流すダミー電流機能を備え、
電流検知機能にダミー電流機能を接続し、回路電流とダミー電流の合計を一定にすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁性体検知機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図４３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図４３】
【公開番号】特開２０１０−２５５９９（Ｐ２０１０−２５５９９Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８４２６６（Ｐ２００８−１８４２６６）
【出願日】平成２０年７月１５日（２００８．７．１５）
【出願人】（５０１４１５５２３）株式会社ディード (11)
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１５日（２００８．７．１５）
【出願人】（５０１４１５５２３）株式会社ディード (11)
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