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发射器单元的驱动线圈、向接收器单元提供输出信号的第一检测线圈和第二检测线圈的平衡线圈系统，发射器单元提供操作频率的发射器信号，接收器单元处理包括不平衡信号的相关接收器信号并提供不平衡信号的数字同相分量和数字正交分量，该方法包括：处理数字同相分量和数字正交分量，将数字同相分量施加到第一控制单元，其提供同相控制分量，将数字正交分量施加到第二控制单元，其提供正交控制分量；合成具有不平衡信号的频率和根据同相控制分量和正交控制分量的相位和幅度的数字补偿信号；将数字补偿信号转换为模拟补偿信号，将模拟补偿信号施加到平衡线圈系统或接收器信号。

【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器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各种产品、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，每个线圈与其他线圈完全平行。由于通常将驱动线圈包围在中间的检测线圈是相同的，因此理论上在驱动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，在理想条件下，假如系统处于平衡状态、观察的产品中不存在污染物，则在检测线圈中感应到的相同振幅且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，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幅度和相位角，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电阻信号分量和较小的电抗信号分量的信号。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电阻分量的信号。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。上面已经描述过，在理想条件下，如果不存在产品或污染物，则平衡的线圈系统不提供输出信号。然而，如EP2812734B1中所述，尽管事实上相同的检测线圈在工厂现场处被设置于近乎完全平衡的状态，但仍会有检测线圈系统在不存在测试项目或污染物的情况下无法处于平衡状态的情况，导致例如完全可接受的食品被拒绝。检测器的平衡可能由于对系统的机械影响、环境条件的变化、位于检测器附近的金属物体、或组件的松弛或老化而被干扰。鉴于金属检测系统的高灵敏度和污染物对线圈系统的输出电压的微小影响，不平衡可能导致接收器信道、特别是仅在有限的电压信号范围下操作的输入放大器和相敏检测器的饱和。为了消除这种不平衡，从驱动信号导出的可调平衡信号与检测器的输出信号组合并被改变，直到组合的输出信号被补偿。输出信号和可调平衡信号在组合之前被单独滤波以去除一个或两个以上的谐波。此外，例如，可调平衡信号可借助于可调电位计被调节。必须以最高精度操作的这个补偿电路通常需要昂贵的低噪声元件。尽管如此，补偿电路不仅可以抵消不平衡，但还可能将噪声引入检测系统、例如通过电位计将噪声引入检测系统。此外，目前为止应用的补偿电路不灵活，并且限于与驱动信号的操作频率有关的不平衡。与操作频率没有直接联系的其他干扰无法被纠正。此外，调节过程、特别是使用电位计时可能需要相当长的时间，并且可能无法完全消除不平衡信号。在US5691640A中，公开了一种用于金属检测器的补偿电路，其也使用了从驱动信号导出的信号。这些信号被施加于相敏检测器和乘法器上，控制信号被施加于乘法器。乘法器的输出信号经由反馈隔离变压器施加到接收器级的输入。这种复杂而昂贵的补偿电路的缺点与上述相同。这个电路还需要昂贵的低噪声元件和隔离变压器，其必须精确设计以避免引入更多的不平衡和噪声。此外，补偿电路也不灵活，并且限于与驱动信号的操作频率相关的不平衡。与操作频率没有直接联系的其他干扰无法纠正。此外，该电路可根据所选择的操作频率改变其特性。因此，电路的复杂性和可能引入的另外的不平衡将随着操作频率的大量增加而增加，特别是如果它们同时应用时。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是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。本专利技术的方法应允许以很少的工作量精确地消除出现在金属检测器的任何级中、特别是线圈系统、接收器信道中的不平衡以及由这些级的外部或内部影响造成的不平衡。本专利技术的补偿单元应灵活且易于适应，不仅能纠正不平衡，而且能纠正对金属检测器的性能有不利影响的干扰。特别是，应能消除独立于操作频率出现的各种干扰。本专利技术的金属检测器应避免对昂贵组件和复杂补偿电路的需求。此外，本专利技术的补偿单元应准确地消除不平衡，但不将自身的噪声或干扰引入系统。在本专利技术的第一宽泛方面中，提供了一种用于操作金属检测器的方法，所述金属检测器包括具有驱动线圈以及第一检测线圈和第二检测线圈的平衡线圈系统，驱动线圈连接到发射器单元，发射器单元提供具有至少一个操作频率的发射器信号，第一检测线圈和第二检测线圈向接收器单元提供输出信号，接收器单元处理通常包括不平衡信号的相关接收器信号，并且提供解调的不平衡信号的数字同相分量和数字正交分量。金属检测器被设计用于检测通过金属检测器检查的产品中的污染物、特别是金属污染物，为此目的，产品传输通过金属检测器的平衡线圈系统。根据本专利技术，所述方法包括以下步骤：在信号控制器中处理不平衡信号的数字同相分量和数字正交分量，用于向用于补偿不平衡信号的补偿单元提供控制数据，将不平衡信号的数字同相分量施加到提供针对不平衡信号的同相控制分量的第一控制单元，并将不平衡信号的数字正交分量施加到提供针对不平衡信号的正交控制分量的第二控制单元；在补偿单元中，合成具有与所述至少一个操作频率对应的不平衡信号的频率且具有根据针对不平衡信号提供的同相控制分量和正交控制分量的相位和幅度的数字补偿信号；将数字补偿信号转换为模拟补偿信号，将模拟补偿信号施加到平衡线圈系统或接收器信号，用于补偿不平衡信号。根据本专利技术的方法，检测不平衡信号的同相分量和正交分量，并在控制单元中确定或计算相关的同相控制分量和正交控制分量。基于这些同相控制分量和正交控制分量，合成具有适合补偿不平衡信号的频率、相位和幅度的补偿信号。因此，形成至少一个控制回路，通过控制信号的负反馈来减小大小并最终消除任何不平衡信号。理想情况下，补偿信号将被合成为与不平衡信号相同，并且将会关于不平衡信号成180°异相地施加到信号路径中。实际上，优选地，PID控制器被用于使用控制项来完全补偿不平衡信号，控制项对提供给补偿单本文档来自技高网...

【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具有驱动线圈(21)以及第一检测线圈和第二检测线圈(22、23)的平衡线圈系统(2)，驱动线圈(21)连接到发射器单元(1)，发射器单元(1)提供具有至少一个操作频率(f

【技术特征摘要】
20190417 EP 19169834.91.一种用于操作金属检测器的方法，所述金属检测器包括具有驱动线圈(21)以及第一检测线圈和第二检测线圈(22、23)的平衡线圈系统(2)，驱动线圈(21)连接到发射器单元(1)，发射器单元(1)提供具有至少一个操作频率(fTX)的发射器信号(s1)，第一检测线圈和第二检测线圈(22、23)向接收器单元(3)提供输出信号(s2)，接收器单元(3)处理包括不平衡信号的相关接收器信号(s3)并且提供解调的不平衡信号的数字同相分量和数字正交分量(dI，dQ)，所述方法包括以下步骤：
在信号控制器(4)中处理不平衡信号的数字同相分量和数字正交分量(dI，dQ)，用于向用于补偿不平衡信号的补偿单元(5)提供控制数据，
将不平衡信号的数字同相分量(dI)施加到第一控制单元(41I)，第一控制单元(41I)提供针对不平衡信号的同相控制分量(dCI)，将不平衡信号的数字正交分量(dQ)施加到第二控制单元(41Q)，第二控制单元(41Q)提供针对不平衡信号的正交控制分量(dCQ)；
在补偿单元(5)中，合成具有与所述至少一个操作频率(fTX)对应的不平衡信号的频率且具有根据针对不平衡信号提供的同相控制分量和正交控制分量(dCI、dCQ)的相位和幅度的数字补偿信号(dCOMP)；
将数字补偿信号(dCOMP)转换为模拟补偿信号(aCOMP)；
将模拟补偿信号(aCOMP)施加到平衡线圈系统(2)或接收器信号(s2、s3)，用于补偿不平衡信号。


2.根据权利要求1所述的用于操作金属检测器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：生成针对与不同操作频率(fTX-A、fTX-B)相关的多个不平衡信号的模拟补偿信号(aCOMP)。


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，其中，所述方法包括以下步骤：使用至少一个低通滤波器(40I、40Q)来将接收器单元(3)的信号路径中或信号控制器(4)中的不平衡信号与其他信号分离和/或经由第一低通滤波器(40I)将不平衡信号的数字同相分量(dI)施加到第一控制单元(41I)，并经由第二低通滤波器(40Q)将不平衡信号的数字正交分量(dCQ)施加到第二控制单元(41Q)。


4.根据权利要求1、2或3所述的用于操作金属检测器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：在第一控制单元(41I)和第二控制单元(41Q)中使用控制项(Kp、Ki、Kd)，其中，控制项(Kp、Ki、Kd)对所提供的数字同相控制分量(dCI)和数字正交控制分量(dCQ)具有比例、积分和微分影响。


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的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
在信号控制器(4)中，确定干扰信号的数字同相分量和数字正交分量以及频率；
基于干扰信号的数字同相分量和数字正交分量，确定或计算针对干扰信号的数字同相控制分量和数字正交控制分量；
在补偿单元(5)中，根据干扰信号的数字同相分量和数字正交分量以及与干扰信号的频率相关的频率信息合成数字校正信号(dCORR)；
将数字校正信号(dCORR)添加到数字补偿信号(dCOMP)中。


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的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
将数字同相控制分量(dCI)和数字正交控制分量(dCQ)转换为相位控制信号(cPH)和幅度控制信号(cM)；
向设置在补偿单元(5)中的合成器(51)提供相位控制信号(cPH)、幅度控制信号(cM)和频率控制信号(fC)；
控制合成器(51)生成具有根据频率控制信号(fC)的频率且具有根据相位控制信号(cPH)的相位的频率信号(fG)；
在乘法器(52)中，根据所提供的幅度控制信号(cM)来调节生成的频率信号(fG)的幅度，用于提供数字补偿信号(dCOMP)。


7.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的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
向补偿单元(5)提供数字同相控制分量(dCI)和数字正交控制分量(dCQ)以及频率控制信号(fC)；
控制合成器(51)以生成对应于频率控制信号(fC)的同相频率分量(fGI)和正交频率分量(fGQ)；
在同相乘法器(52I)中，根据数字同相控制分量(dCI)调节生成的同相频率分量(fGI)的幅度，用于提供数字补偿信号(dCOMP)的数字同相补偿分量(dCOMP-I)，在正交乘法器(52Q)中，根据数字正交控制分量(dCQ)调节正交频率分量(fGQ)的幅度，用于提供数字补偿信号(dCOMP)的数字正交补偿分量(dCOMP-Q)；
将数字补偿信号(dCOMP)的数字同相补偿分量(dCOMP-I)和数字补偿信号(dCOMP)的数字正交补偿分量(dCOMP-Q)组合，用于提供数字补偿信号(dCOMP)。


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的方法，其中，所述方法包括以下步骤：将已经针对每个相关的不平衡信号合成的数字补偿信号(dCOMP-A、dCOMP-B)组合，用于提供组合的数字补偿信号(dCOMP)，并将组合的数字补偿信号(dCOMP)转换为模拟补偿信号(aC...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵逸飞，
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