用于操作金属检测器的方法和金属检测器技术

提供操作金属检测器的方法，金属检测器包括平衡线圈，其具有连到提供信号的发射器单元的发射器线圈、向接收器单元提供输出信号的第一和第二接收器线圈，接收器单元包括第一和第二相位检测器，其比较输出信号与参考信号，生成同相和正交分量，其被发送到信号处理单元，其抑制物品或噪声信号并处理金属污染物信号，所述方法包括：a)提供测试回路，其具有测试线圈、可控开关，利用可控开关，其根据第一控制信号断开或闭合；b)在第一测试间隔施加第一控制信号，测量测试信号并确定其相位角；c)在第二测试间隔施加第一控制信号，测量测试信号并确定其相位角；d)比较测量的测试信号的相位角，确定角度差；e)校正角度差。

【技术实现步骤摘要】
用于操作金属检测器的方法和金属检测器
本专利技术涉及一种用于操作使用一个或两个以上操作频率的金属检测器的方法，并且涉及一种根据该方法操作的金属检测器。
技术介绍
例如在US8587301B2中所描述的工业金属检测系统用于检测产品中的金属污染。当被正确安装和操作时，其将有助于减少金属污染并提高食品安全性。大多数现代金属检测器利用包括“平衡线圈系统”的探测头。这种设计的检测器能够检测在诸如新鲜产品和冷冻产品的各种各样的产品中的包括铁的、非铁的和不锈钢在内的所有金属污染物类型。根据“平衡线圈”原理操作的金属检测器通常包括三个线圈：一个发射器线圈和两个相同的接收器线圈，所述三个线圈缠绕到非金属框架上，每个线圈与其他线圈通常彼此平行。由于通常将发射器线圈居中围在它们之间的接收器线圈是相同的，因此在接收器线圈中的每个中感应出相同的电压。为了当系统处于平衡时接收为零的输出信号，第一接收器线圈与具有反向绕组的第二接收器线圈串联连接。因此，在系统处于平衡、被观察产品中不存在污染物的情况下，在接收器线圈中感应出的相同振幅且相反极性的电压会相互抵消。然而，一旦金属颗粒穿过线圈布置结构，则电磁场首先在一个接收器线圈附近被干扰，并且接着在另一个接收器线圈附近被干扰。当金属颗粒被传送通过接收器线圈时，每个接收器线圈中感应的电压改变(以纳伏为单位)。这种平衡的改变导致在检测线圈的输出处产生信号，该信号可以在接收单元中被处理、放大并且随后被用于检测被观察产品中金属污染物的存在。在接收器单元中，输入信号通常被分成同相分量和正交分量。由这些分量合成的矢量具有大小和相位角，其对于被传送通过线圈系统的产品和污染物来说是典型的。为了识别金属污染物，需要去除或减少“产品影响”。如果产品的相位是已知的，则可以减小对应的信号矢量，从而获得对于检测源自金属污染物的信号的更高灵敏度。应用于从信号频谱中消除不想要的信号的方法利用了以下事实：金属污染物、产品和其他干扰对磁场具有不同的影响，从而检测到的信号的相位不同。具有高导电率的材料引起具有较高负电抗信号分量和较小电阻信号分量的信号。具有高导磁率的材料引起具有较小电阻信号分量和较高正电抗信号分量的信号。由铁氧体引起的信号主要是电抗性的，而由不锈钢引起的信号主要是电阻性的。导电的产品通常引起具有强电阻分量的信号。当产品或污染物被传送通过金属检测器时，电阻信号分量和电抗信号分量之间的信号矢量的相位角通常保持恒定。借助于相位检测器而在不同来源的信号分量的相位之间进行区分允许获得关于产品和污染物的信息。相位检测器、例如混频器或模拟乘法器电路产生电压信号，该电压信号表示诸如接收器线圈的输出信号的信号输入与通过发射器单元提供给接收器单元的参考信号之间的相位差。因此，通过将参考信号的相位选择为与产品信号分量的相位重合，在相位检测器的输出端获得为零的相位差和对应的产品信号。如果源自污染物的信号的相位与产品信号的相位不同，则可以抑制产品信号，同时可以进一步处理污染物的信号。然而，如果污染物的信号的相位接近产品信号的相位，则由于污染物的信号与产品信号一起被抑制，因此污染物的检测失败。为了将产品信号的相位角与污染物的相位角分开，确定并施加适合的操作频率。US2013338953A1公开了一种用于基于线圈的金属检测器的方法，所述基于线圈的金属检测器包括校准模块和检测模块，所述校准模块被配置为能够确定产品特定的检测包络或掩蔽区域，所述检测模块被配置为能够将金属检测器信号的矢量表示与产品特定的检测包络进行比较，并且能够在信号的矢量表示延伸到检测包络或掩蔽区域之外的区域时指示产品中存在金属污染物。因此，如果金属检测器被正确地校准，则与产品相关的信号通过掩蔽区域抑制，而与污染物相关的信号被检测到。US2012206138A1公开了一种用于操作基于线圈的金属检测系统的方法，所述方法包括以下步骤：针对至少两个发射器频率并针对第一金属污染物的至少两个颗粒尺寸，确定至少对于第一金属污染物的相关信号的相位和大小；针对所述至少两个发射器频率，确定对于特定产品的相关信号的相位和大小；将至少对于第一金属污染物建立的信息和对于产品建立的信息进行比较；确定以下发射器频率：在所述发射器频率下，至少第一金属污染物的最小尺寸颗粒的信号分量在相位和振幅上与产品信号的相位和振幅充分地或最大地不同；选择该发射器频率，用于测量产品。WO2009144461A2公开了一种磁感应断层摄影设备，所述磁感应断层摄影设备包括：励磁线圈，其被布置为能够发射辐射，以激发具有电导率分布结构、介电常数分布结构和磁导率分布结构中的至少一者的样品；接收器线圈，其被布置为能够将从被激发的样品接收的电磁辐射转换为检测信号。US4070612A公开了一种被校准以提供地形电导率的直接读数的便携式设备。US2995699A公开了一种地球物理勘测设备。US20150234075A1公开了一种用于补偿线圈系统中的不平衡并且用于抑制振动和噪声的影响的方法。金属检测器被校准以抑制由铁氧体引起的信号，该信号类似于源自噪声的信号。因此，通过消除源自铁氧体的信号，由振动和噪声引起的信号也被自动抑制。根据该方法，金属检测器的输出信号在线圈系统内存在铁氧体的情况下被测量到，并且被数字地调节，从而消除铁氧体的电阻信号分量。在金属检测器已经例如根据上述方法被校准后，重要的是，由污染物、产品、振动和噪声引起的信号的相对于相位设置的定相被保持，根据所述相位设置，金属检测器对污染物进行检测并且对源自产品和噪声的信号进行抑制。如果金属检测器的相位响应改变，则源自产品、振动和噪声的信号可能不再受到抑制并且可能引起误报，而源自污染物的信号不再被检测到。
技术实现思路
因此，本专利技术基于这样的目的：提供一种改进的用于操作使用一个或两个以上操作频率的金属检测器的方法以及一种改进的根据该方法操作的金属检测器。本专利技术的方法和根据该方法操作的金属检测器将允许在金属检测器中恒定地保持最佳操作条件。用于校正或重新校准金属检测器的要求和措施将能容易地确定。校正和重新校准将优选地自动执行，而无需用户进行交互。优选地，这样的校正和重新校准过程将能在金属检测器的正常操作期间在检查产品时或在短时间间隔内执行。校正和重新校准将能在不需要使用任何测试样品的情况下执行。此外，本专利技术的方法将允许测试金属检测器，以确保不想要的信号被正确地抑制。本专利技术的方法将有利地能在以仅一个或多个操作频率操作的金属检测器中实施。校准、重新校准和测试将能在所有操作频率上执行、优选地自动执行，并且最省力。在本专利技术的第一概括性方面，提供一种用于操作金属检测器的方法，所述金属检测器包括平衡线圈系统，平衡线圈系统具有发射器线圈以及第一接收器线圈和第二接收器线圈，发射器线圈连接到发射器单元，发射器单元提供具有固定或可选的至少一个发射器频率的发射器信号或者提供包括至少两个不同发射器频率的波形，第一接收器线圈和第二接收器线圈向接收器单元提供输出信号，接收器单元包括第一相位检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作金属检测器的方法，所述金属检测器包括平衡线圈系统(2)，平衡线圈系统(2)具有发射器线圈(21)以及第一接收器线圈(22)和第二接收器线圈(23)，发射器线圈(21)连接到发射器单元(1)，发射器单元(1)提供具有固定或可选的至少一个发射器频率(f

【技术特征摘要】
20190417 EP 19169830.71.一种用于操作金属检测器的方法，所述金属检测器包括平衡线圈系统(2)，平衡线圈系统(2)具有发射器线圈(21)以及第一接收器线圈(22)和第二接收器线圈(23)，发射器线圈(21)连接到发射器单元(1)，发射器单元(1)提供具有固定或可选的至少一个发射器频率(fTX)的发射器信号(s1)或者提供包括至少两个不同发射器频率(fTX)的波形，第一接收器线圈(22)和第二接收器线圈(23)向接收器单元(3)提供输出信号，接收器单元(3)包括第一相位检测器(34I)和第二相位检测器(34Q)，在第一相位检测器(34I)和第二相位检测器(34Q)中，将输出信号与对应于所述至少一个发射器频率(fTX)并且在相位上彼此偏移的相关的参考信号(sRI；sRQ)进行比较，以生成输出信号的同相分量(s3I)和正交分量(s3Q)，同相分量(s3I)和正交分量(s3Q)被发送到信号处理单元(4)，信号处理单元(4)抑制源自物品或噪声的信号分量并且还处理源自金属污染物的信号分量，所述方法包括以下步骤：
a)提供至少一个测试回路(28)，所述至少一个测试回路(28)具有与线圈系统(2)感应耦合的测试线圈(24)并且具有可控开关(25)，利用可控开关(25)，测试回路(28)根据施加到可控开关(25)的第一控制信号(c25)被断开或闭合；
b)在第一测试间隔期间施加用于闭合可控开关(25)的第一控制信号(c25)，或者在第一测试间隔期间施加用于根据测试频率递归地闭合和断开可控开关(25)的第一控制信号(c25)，测量测试信号并确定测试信号的相位角
c)在第二测试间隔期间施加用于闭合可控开关(25)的第一控制信号(c25)，或者在第二测试间隔期间施加用于根据测试频率递归地闭合和断开可控开关(25)的第一控制信号(c25)，测量测试信号并确定测试信号的相位角
d)将在第一测试间隔中测量的测试信号的相位角和在第二测试间隔中测量的测试信号的相位角进行比较，并确定相关的角度差
e)校正确定的角度差


2.根据权利要求1所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：在金属检测器的正常操作期间或在线圈系统(2)内不存在任何产品的测试间隔内，确定并校正角度差


3.根据权利要求1或2所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括通过以下步骤来校正角度差
-通过根据角度差改变参考信号(sRI；sRQ)的相位，或者
-通过根据角度差旋转信号处理单元(4、41)中记录的信号频谱的矢量，或者
-通过根据角度差在相位上旋转被设置用于抑制源自物品的信号分量(sP')的掩蔽区域(AMP)或旋转被设置用于抑制源自噪声的信号分量(sV')的掩蔽区域(AMV)。


4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：将具有测试频率的第一控制信号(c25)施加到可控开关(25)，并且将生成的测试信号与操作信号的其余频谱分离并确定测试信号的相位角或者相位角和大小。


5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：
a)测量与被插入到线圈系统(2)中的测试样品相关的信号(sF；sP)、例如与铁氧体或产品相关的信号(sF；sP)；
b)确定与测试样品相关的信号(sF；sP)的相位角；
c)将与测试样品相关的信号(sF；sP)的矢量旋转校准角度(β)到用于进一步处理的预定位置；
d)将校准角度(β)加到在执行校准之前存在的测试信号(sTα)的相位角(α)上，并记录测试信号的新的相位角
e)使用记录的相位角用于与在随后的测试间隔中测量的测试信号的相位角进行比较。


6.根据权利要求5所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：使用测试样品、例如铁氧体或产品，并选择校准角度(β)，使得与测试样品相关的信号的同相分量(I)被最小化。


7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：通过掩蔽在测试信号的相位角的范围内的区域来抑制测试信号或通过应用被调谐到测试信号的频率的滤波器来抑制测试信号


8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的用于操作金属检测器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·克蒂斯蒂斯，
申请(专利权)人：梅特勒托利多安全线有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB