用于操作金属检测器的方法和金属检测器技术

所述方法用于操作金属检测器，所述金属检测器包括平衡线圈系统(2)，所述平衡线圈系统(2)具有连接到发射器单元(1)的发射器线圈(21)以及连接到接收器单元(3)的输入端的第一和第二接收器线圈(22A、22B)，所述发射器单元(1)包括发射器信号路径(tp)，针对所述发射器信号路径(tp)提供具有至少一个固定的或可选择的操作频率的发射器信号(tx)和相关的正交信号(tx90

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作金属检测器的方法和金属检测器


[0001]本专利技术涉及一种用于操作使用一个或多个操作频率的金属检测器的方法，并且涉及一种根据所述方法操作的金属检测器。

技术介绍

[0002]例如在US8587301B2中描述的金属检测器用于检测产品中的金属污染。如果调整和操作得当，将有助于减少产品中的金属污染。大多数现代金属检测器使用具有平衡线圈系统的探测头。这种设计的检测器可以检测各种各样的产品(诸如新鲜和冷冻产品)中的所有金属污染物类型，包括黑色金属、有色金属和不锈钢。
[0003]根据平衡线圈原理操作的金属检测器通常包括三个线圈，即缠绕在非金属框架上的发射器线圈和两个相同的接收器线圈，每个线圈通常与其他线圈平行。由于接收器线圈(它们通常围着在它们之间居中的发射器线圈)是相同的，因此在它们中的每一个中感应出相同的电压。为了在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相反绕组方向的第二接收器线圈串联连接。因此，如果系统处于平衡并且在所观察的产品中不存在污染物，则在接收器线圈中感应出的具有相同幅度和相反极性的电压彼此抵消。
[0004]然而，一旦金属颗粒穿过线圈布置并暴露于磁场，就迫使涡电流在金属颗粒中流动。涡电流产生次级磁场，其首先在一个接收器线圈附近并且然后在另一个接收器线圈附近干扰初级电磁场。当金属颗粒被输送通过接收器线圈时，在每个接收器线圈中感应出的电压通常以纳伏改变。这种平衡的变化在检测线圈的输出端处产生信号，所述信号可以在接收器单元中被处理、放大，并且随后用于检测所观察的产品中金属污染物的存在。
[0005]因此，为了最佳的信号检测，金属检测器应当没有或不受可能损害测量的不平衡和干扰。金属检测器的所有模块和部件都应符合最高标准。
[0006]在接收器单元中，从平衡线圈系统接收的输入信号通常被分成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，这是被输送通过线圈系统的产品和污染物的特征。为了识别金属污染物，需要去除或减少“产品效应”。
[0007]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、产品和其它干扰对磁场具有不同的影响，使得检测到的信号在相位和幅度上有所不同。具有高电导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。具有高磁导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。导电的产品通常产生具有强电阻分量的信号。当产品或污染物被输送通过金属检测器时，信号矢量的电阻信号分量与电抗信号分量之间的相位角通常保持恒定。如果产品矢量的相位是已知的，则可以抑制相应的信号矢量，使得对于检测源自金属污染物的信号产生更高的灵敏度。
[0008]如US8587301B2中所描述的，借助于相敏检测器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。相敏检测器(例如混频器或模拟乘法器电路)允许解调经调制的接收器信号，并提供基带信号，所述基带信号具有与产品、污染物和
对金属检测过程有影响的干扰有关的信号分量的幅度和相位信息。如果源自污染物的信号的相位不同于产品信号的相位，则产品信号可以被抑制，而污染物的信号可以被进一步处理。然而，如果污染物的信号的相位接近于产品信号的相位，则污染物的检测失败，因为污染物的信号与产品信号一起被抑制。为了将产品信号的相位角与污染物的相位角分离，确定并应用合适的操作频率。
[0009]如上所述，金属检测器中的不平衡应当被避免或补偿。US2020333498A1公开了一种方法，利用所述方法，针对从接收器信号提取的不平衡信号分量，将控制数据提供给用于补偿不平衡信号的补偿单元。不平衡信号的数字同相分量被施加到第一控制单元，所述第一控制单元提供针对不平衡信号的同相控制分量，并且不平衡信号的数字正交分量被施加到第二控制单元，所述第二控制单元提供针对不平衡信号的正交控制分量。在补偿单元中，利用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，合成具有不平衡信号的频率的数字补偿信号。然后将合成的数字补偿信号转换成模拟补偿信号，并将其施加到平衡线圈系统或接收器信号，用于补偿不平衡信号。
[0010]US20070296415A1公开了一种用于检测地面中的金属的装置，并且因此与本专利技术的金属检测设备非常不同。当地面变化时或当搜索点与地面之间的距离变化时，线圈电流发生变化。通过监测和优化发射器线圈中的线圈电流来校正这样的变化。通过优化发射器线圈中的线圈电流，还校正了接收器信号中的缓慢漂移。然而，仅校正了发射器线圈中的线圈电流，而不是直接校正接收器信号本身。这种校正甚至可能导致接收器信号中的快速干扰，这在本专利技术的金属检测设备中是期望的，但是在US20070296415A1的金属检测设备中是可忽略的。
[0011]DE102017124407A1公开了一种金属检测器，其中参考信号从发射器导出，在接收线圈的连接点处被拾取，并且可选地经由放大器和/或低通滤波器，被馈送到乘法器。然后，所述信号可以在随后的处理中用作参考信号，用于将测量信号分解成实部和虚部，并且为此必须转换成中频。导出用于将测量信号分解成实部和虚部的参考信号不同于导出用于校正接收器信号的复数测量或校正信号(complex measurement or correction signal)。
[0012]为补偿不平衡而实施的校正回路具有相对高的时间常数和低的基带带宽，以便不影响源自被扫描对象的信号。因此，校正回路忽略了可能发生在金属检测器中的较高频率不稳定性，使得接收到的信号受到较高频率不稳定性的影响，这限制了可实现的信噪比和辨别性能，并且可能导致错误警报。
[0013]因此，本专利技术所基于的目的是提供一种用于操作使用一个或多个操作频率的金属检测器的改进的方法以及一种根据所述方法操作的改进的金属检测器。
[0014]本专利技术的方法将允许可靠地补偿和/或消除金属检测器中的不平衡、特别是具有较高频率的不平衡和干扰。将去除接收到的信号中的不平衡，使得能够以较高的信噪比检测与污染物相关的信号。本专利技术的方法将允许校正或补偿动态不平衡和干扰和/或基本上静态的不平衡。因此，由低频或较高频不稳定性对被接收信号在相位和/或幅度上的不期望的调制将被校正或补偿。此外，接收器信号的相位和/或幅度的漂移将是可检测和可校正的。
[0015]将改进用于控制低频不平衡的控制回路，使得较高频率不平衡不会干扰低频不平衡的补偿。

技术实现思路

[0016]所述方法用于操作金属检测器，所述金属检测器包括平衡线圈系统，所述平衡线圈系统具有连接到发射器单元的发射器线圈以及连接到接收器单元的输入端的第一和第二接收器线圈，所述发射器单元包括发射器信号路径，针对所述发射器信号路径，通过内部或外部频率源，提供具有至少一个固定的或可选择的操作频率或发射器频率的发射器信号和相关的正交信号，所述发射器信号被施加到发射器放大器的输入端，所述发射器放大器将经放大的发射器信号直接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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)，所述平衡线圈系统(2)具有连接到发射器单元(1)的发射器线圈(21)以及连接到接收器单元(3)的输入端的第一和第二接收器线圈(22A、22B)，所述接收器单元(3)连接到信号处理单元(45)；所述发射器单元(1)包括发射器信号路径(tp)，针对所述发射器信号路径(tp)，提供具有至少一个固定的或可选择的操作频率的发射器信号(tx)和相关的正交信号(tx90
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)，所述发射器信号(tx)被施加到发射器放大器(12)的输入端，所述发射器放大器(12)将经放大的发射器信号(tx)直接或经由发射器匹配单元(13)转发到所述发射器线圈(21)；所述接收器单元(3)包括至少一个接收器信号路径(rp)，在所述接收器信号路径(rp)中，从所述平衡线圈系统(2)接收的经调制的接收器信号(rs)被直接或经由接收器匹配单元(31)施加到接收器放大器(33)，所述接收器放大器(33)将经放大的经调制的接收器信号(rs)直接或间接地转发到接收器相敏检测器(34；4534)，所述接收器相敏检测器(34、4534)将经调制的接收器信号(rs)与对应于发射器信号(tx)和正交信号(tx90
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)的参考信号进行比较，以产生具有同相接收器信号分量(rs
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I)和正交接收器信号分量(rs
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Q)的经解调的复数接收器信号(rsc)，所述同相接收器信号分量(rs
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I)和正交接收器信号分量(rs
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Q)在包括至少一个信号处理路径(sp)的信号处理单元(45)中被处理，在所述信号处理路径中，所述复数接收器信号(rsc)的与货物或噪声相关的信号分量被抑制、并且源自金属污染物的信号分量被进一步处理，其特征在于，提供至少一个发射器测量通道(8)，所述发射器测量通道(8)接收从发射器信号路径(tp)获取的测量信号(ms)并且包括测量放大器(83)，所述测量放大器(83)放大所述测量信号(ms)并且将所述测量信号(ms)直接或间接地转发到测量相敏检测器(84；4584)，所述测量相敏检测器(84；4584)将所述测量信号(ms)与对应于发射器信号(tx)和正交信号(tx90
°
)的参考信号进行比较，以产生具有同相测量信号分量(ms
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I)和正交测量分量(ms
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Q)的复数测量信号(msc)，所述复数测量信号(msc)和复数接收器信号(rsc)被施加到第一校正模块(451)，在所述第一校正模块(451)中，从所述复数接收器信号(rsc)中去除由所述发射器单元(1)的不稳定性引起的信号分量。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：提供控制回路，用于通过以下方式去除包含在经调制的接收器信号(rs)中的不平衡信号分量：在回路控制模块(4560)中从所述复数接收器信号(rsc)中去除与产品和污染物相关的信号分量，以便获得复数补偿信号(isc)；通过将所述复数补偿信号(isc)和所述复数测量信号(msc)施加到提供经修改的补偿信号(isc1)的第一修改模块(4561)来取消在所述第一校正模块(451)中施加到所述复数接收器信号(rsc1)的校正；在用于提供经调制的补偿信号(cs)的调制模块(4563)中，将经修改的补偿信号(isc1)调制在载波频率上，所述载波频率对应于操作频率(tx)；在数模转换器(91)中将经调制的补偿信号(cs)转换为模拟的经调制的补偿信号(cs)；以及
将模拟的经调制的补偿信号(cs)施加到设置在所述接收器信号路径(rp)中的补偿单元(32)，用于补偿包含在经调制的接收器信号(rs)中的不平衡信号分量。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：在校准模块(400)中校准所述金属检测器期间处理所述复数测量信号(msc)，以获得复数或非复数恒定参考值(msc
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r)，所述复数或非复数恒定参考值(msc
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r)表示所述发射器单元(1)对经调制的接收器信号(rs)的恒定影响并用于直接或间接地归一化所述复数测量信号(msc)。4.根据权利要求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：将所述恒定参考值(msc
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r)和所述复数接收器信号(rsc1)施加到第二校正模块(452)，用于提供经归一化的复数接收器信号(rsc2)；以及通过将所述复数补偿信号(isc1)和所述恒定参考值(msc
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r)施加到设置在控制回路中的第二修改模块(4562)来取消在所述第二校正模块(452)中施加到所述复数接收器信号(rsc1)的校正。5.根据权利要求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：将所述恒定参考值(msc
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r)和所述复数测量信号(msc)施加到归一化模块(4510)，所述归一化模块(4510)向所述第一校正模块(451)提供经归一化的测量信号(msc
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n)；以及通过将复数补偿信号(isc)和经归一化的测量信号(msc
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n)施加到设置在控制回路中的第一修改模块(4561)来取消在所述第一校正模块(451)中施加到所述复数接收器信号(rsc1)的校正。6.根据权利要求1
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5中任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：a)在所述发射器放大器(12)的输出端处拾取所述测量信号(ms)，或b)借助于具有至少一个初级线圈(1311A、1311B)和至少一个次级线圈(1312)的耦合变压器(131)在所述发射器匹配单元(13)中变换所述发射器信号(tx)，并且在所述至少一个初级线圈(1311A、1311B)或在所述至少一个次级线圈(1312)处拾取所述测量信号(ms)，或c)将测量线圈(23)耦合到所述发射器线圈(21)并且在所述测量线圈(23)处拾取所述测量信号(ms)。7.根据权利要求1
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6中任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：针对每个操作频率提供专用的接收器信号路径(rp)和专用的信号处理路径(sp)以及专用的发射器测量通道(8)。8.一种根据权利要求1
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7中任一项所定义的方法操作的金属检测器。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
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：