用于操作金属检测器的方法和金属检测器技术

本发明专利技术提供用于操作金属检测器的方法，金属检测器包括具有连接到接收器单元并与驱动线圈耦合的两个检测线圈的线圈系统，驱动线圈与电容器形成连接到发射器单元的串联谐振电路，发射器单元具有形成半桥电路的如下驱动的第一和第二驱动开关：根据第一方波信号驱动，其被设置为操作频率并施加到第一驱动开关，根据第二方波信号驱动，其被设置为操作频率并施加到第二驱动开关；所述方法包括：提供相对地具有不同大小的第一和第二电压电位；提供具有可变第一占空比的第一方波信号，提供具有可变第二占空比的第二方波信号，使第一和第二方波信号从不同时被激活；调节第一和第二占空比，以将线圈电流设置为适于操作金属检测器和测量污染物的值。

【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的操作频率的金属检测器的方法以及一种根据此方法操作的金属检测器。
技术介绍
例如，如US8587301B2所描述的工业金属检测系统用于检测产品中的金属污染物。如果安装和操作得当，它将有助于减少金属污染和加强食品安全。大多数现代金属检测器使用包括“平衡线圈系统”的探头。这种设计的检测器能够检测多种产品、例如新鲜和冷冻产品中的所有金属污染物类型、包括亚铁、有色金属和不锈钢。根据“平衡线圈”原理操作的金属检测器通常包括缠绕在非金属框架上的三个线圈：一个驱动线圈和两个相同的检测线圈，通常每个线圈与其他线圈平行。由于通常将驱动线圈包围在中间的检测线圈是相同的，因此在每个检测线圈中感应到相同的电压。为了在系统处于平衡时接收到为零的输出信号，第一检测线圈与具有反向绕组的第二检测线圈串联连接。因此，在系统处于平衡状态、在观察的产品中不存在污染物的情况下，在检测线圈中感应到的相同振幅和相反极性的电压相互抵消。然而，一旦金属粒子穿过线圈布置结构，在一个检测线圈附近的电磁场首先被干扰，然后另一个检测线圈附近的电磁场被干扰。当金属粒子传输通过检测线圈时，在每个检测线圈中感应的电压被改变(通常按照纳伏变化)。这种平衡的变化导致在检测线圈的输出端产生信号，在接收器单元中，该信号被处理、放大，并随后用于检测观察的产品中是否存在金属污染物。在接收器单元中，输入信号通常被分为同相分量和正交分量。由这些分量组成的矢量具有大小和相位角，这对于传输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，需要去除或减小“产品效应”。如果产品的相位是已知的，那么对应的信号矢量可被减小，以便对来自金属污染物的信号的检测产生更高的灵敏度。用于从信号频谱中消除不需要的信号的方法利用金属污染物、产品和其他干扰对磁场具有不同影响从而检测到的信号在相位上不同的事实。具有高导电性的材料引起具有较高的负电抗信号分量和较小的电阻信号分量的信号。具有高磁导率的材料引起具有较小的电阻信号分量和较高的正电抗信号分量的信号。由铁素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负电抗分量的信号。当产品或污染物传输通过金属检测器时，信号矢量的电阻信号分量和电抗信号分量之间的相位角通常保持恒定。US20150234075A1公开了一种具有驱动电路的金属检测器，驱动电路用于在线圈系统中建立交变磁场，以便在给定频率下产生输出信号。驱动电路包括中央处理器、电子可编程逻辑器件(EPLD)和连接到通过所选电位差形成全波桥电路的四个场效应晶体管的驱动器，驱动线圈连接在桥电路的输出端。该电位差、例如24伏在驱动线圈上形成驱动电流。US20150234075A1还描述了仅具有两个FET的半波电桥。在驱动线圈连接到两端的情况下，布置开关以使得驱动电流在一个半周期内经由驱动线圈流过一个FET，并在另一个半周期内流过另一个FET。金属检测器可包括在宽频带上操作的线圈系统。替代地，可以使用调谐到特定操作频率的线圈系统。线圈系统中的交流电的振幅通过相应地选择电容和操作频率来控制。由于增加或减少驱动线圈的单个匝数的机械限制，电感只能大幅度改变。电容器相对昂贵，难以安装，并且只能使用制造商规定的尺寸。发射器频率也可相对于谐振频率进行调节，但需要显著的移动才能产生所需的电流变化。因此，优化调谐线圈系统及其组件以达到期望范围内的操作频率和线圈电流的程序是很麻烦的。
技术实现思路
因此，本专利技术基于提供一种改进的用于操作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的目的。本专利技术的方法应允许以很少的工作量将金属检测器调谐到期望的操作频率，并针对这些频率中的每个设置适当的最大线圈电流。特别地，应能够将金属检测器调谐到期望的操作频率，并设置合适的线圈电流，而不需要非标准组件。因此，本专利技术的金属检测器应能以降低的成本生产，但具有最佳的性能。本专利技术的方法和金属检测器应允许在驱动线圈中产生高的线圈电流，为金属检测器提供高灵敏度，而发射器单元中的电流保持相对低，以便发射器电路可以例如以降低的功率特性和成本相应地确定尺寸。此外，应能在专用于特定频率的调谐模式下和非调谐模式下操作金属检测器，在调谐模式下，每个线圈电流针对所述特定频率可容易地调节，在非调谐模式下，操作频率可自由选择，无需调谐线圈系统。不同操作模式之间的转换应容易实际实现，无需另外的组件。在本专利技术的第一广泛方面中，提供了一种用于操作金属检测器的方法，金属检测器包括具有连接到接收器单元并与驱动线圈感应耦合的两个检测线圈的平衡线圈系统，驱动线圈与至少一个电容器一起形成连接到发射器单元的串联谐振电路，发射器单元包括具有形成半桥电路的第一驱动开关和第二驱动开关的转换器，第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)通过驱动控制器(2)如下驱动：根据第一方波信号驱动，其中，第一方波信号被设置为固定或可选择的操作频率并被施加到第一驱动开关，第一驱动开关一侧连接到第一电压电位并且另一侧连接到半桥电路的中心抽头，根据第二方波信号驱动，第二方波信号被设置为固定或可选择的操作频率并被施加到第二驱动开关，第二驱动开关一侧连接到第二电压电位并且另一侧连接到半桥电路的中心抽头，驱动电流经由第二驱动开关被提供到驱动线圈。所述方法包括以下步骤：提供相对于地具有不同大小的第一电压电位和第二电压电位；提供具有可变的第一占空比的第一方波信号和具有可变的第二占空比的第二方波信号，并使得第一方波信号和第二方波信号从不同时被激活；调节第一占空比和第二占空比，以将驱动线圈中的线圈电流设置为适于操作金属检测器和测量污染物的值。在一个优选实施例中，将第一电压电位或第二电压电位分别设置为地或地电位。因此，在转换器中仅提供一个电源电压就足以在驱动线圈中产生线圈电流，线圈电流可通过选择用于第一占空比和第二占空比的相应的值被调节到适当的值。如果半桥电路的中心抽头通过驱动开关中的一个连接到与地电位不同的电压电位，则驱动电流优选地通过串联谐振电路被驱动到地。根据本专利技术的方法，第一电压电位和第二电压电位被施加到串联谐振电路达由第一占空比和第二占空比确定的各自的持续时间。驱动线圈中的线圈电流可通过如下方式来增大：通过增大操作信号的每个周期内的将具有较高大小的电压电位施加到驱动线圈的占空比或持续时间，并通过减小操作信号的每个周期内的将具有较低大小或具有地电位的电压电位施加到驱动线圈的占空比或持续时间。可被施加到转换器的合适的第一占空比和第二占空比可在驱动控制器中被计算或被编程。在转换器中提供不同的电压电位将需要相当多的工作，并且线圈电流也会受到影响，而这被有利地避免了。第一方波信号和第二方波信号优选地以至少近似地互补的波形生成，使得当前的第一占空比和当前的第二占空比之和近似等于“1”。因此，串联谐振电路的一端优选地总是连接到第一电压电位或第二电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作金属检测器(1)的方法，所述金属检测器(1)包括具有连接到接收器单元(11)并与驱动线圈(L61)感应耦合的两个检测线圈(L62、L63)的平衡线圈系统(6)，驱动线圈(L61)与至少一个电容器(C1、C2)一起形成连接到发射器单元(10)的串联谐振电路，发射器单元(10)包括具有形成半桥电路的第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)的转换器(4)，第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)通过驱动控制器(2)如下驱动：/n根据第一方波信号(d1)驱动，第一方波信号(d1)被设置为固定或可选择的操作频率(f

【技术特征摘要】
20190417 EP 19169829.91.一种用于操作金属检测器(1)的方法，所述金属检测器(1)包括具有连接到接收器单元(11)并与驱动线圈(L61)感应耦合的两个检测线圈(L62、L63)的平衡线圈系统(6)，驱动线圈(L61)与至少一个电容器(C1、C2)一起形成连接到发射器单元(10)的串联谐振电路，发射器单元(10)包括具有形成半桥电路的第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)的转换器(4)，第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)通过驱动控制器(2)如下驱动：
根据第一方波信号(d1)驱动，第一方波信号(d1)被设置为固定或可选择的操作频率(fTX)并被施加到第一驱动开关(S41)，第一驱动开关(S41)一侧连接到第一电压电位(VD)并且另一侧连接到半桥电路的中心抽头，
根据第二方波信号(d2)驱动，第二方波信号(d2)被设置为固定或可选择的操作频率(fTX)并被施加到第二驱动开关(S42)，第二驱动开关(S42)一侧连接到第二电压电位(VS)并且另一侧连接到半桥电路的相同的中心抽头，驱动电流(iD)经由第二驱动开关(S42)被提供到驱动线圈(L61)；
所述方法包括以下步骤：
提供相对于地具有不同大小的第一电压电位(VD)和第二电压电位(VS)；
提供具有可变的第一占空比的第一方波信号(d1)，提供具有可变的第二占空比的第二方波信号(d2)，并使得第一方波信号(d1)和第二方波信号(d2)从不同时被激活；
调节第一占空比和第二占空比，以将驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)设置为适合于操作金属检测器和测量污染物的值。


2.根据权利要求1所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，第一电压电位(VD)或第二电压电位(VS)被设置为接地和/或接到串联谐振电路。


3.根据权利要求1或2所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：产生具有至少近似地互补的波形的第一方波信号(d1)和第二方波信号(d2)，使得当前的第一占空比和当前的第二占空比之和近似等于1。


4.根据权利要求1、2或3所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：调节第一占空比和第二占空比，以将驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)设置为使串联谐振电路中产生的电压保持在预定最大值以下的值。


5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：将驱动电流(iD)从半桥电路的中心抽头通过串联谐振电路驱动到地。


6.根据权利要求1-5中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：在驱动线圈(L61)的一侧布置至少一个第一电容器(C1)并在驱动线圈(L61)的另一侧布置至少一个第二电容器(C2)，其中，第一电容器(C1)和第二电容器(C2)优选为相同。


7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：提供通过第一开关(u1)可连接到至少一个第一电容器(C1)的至少一个第三电容器(C3)和/或提供通过第二开关(u2)可连接到第二电容器(C2)的至少一个第四电容器(C4)；闭合或打开第一开关(u1)和/或第二开关(u2)，以改变串联谐振电路的谐振频率。


8.根据权利要求1-7中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：设置固定或可选的操作频率(fTX)与串联谐振电路的谐振频率的偏移量，以使得驱动线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·霍华德，
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