用於操作金屬檢測系統的方法和金屬檢測系統的製作方法

2023-12-11 15:40:37 3

專利名稱：用於操作金屬檢測系統的方法和金屬檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於操作金屬檢測系統的方法以及根據該方法操作的金屬檢測系統。
背景技術：
在產品製造中涉及機械裝置的產業中，總是存在諸如螺釘或者螺栓的一塊金屬從機械裝置脫離並且最終終止所處理的產品的概率。因此，在製造過程的各個階段使用金屬檢測系統來檢測受金屬汙染的產品。金屬檢測系統還經常用於檢查完成的產品，以確保消費者的安全和質量標準。大多數現代金屬檢測系統利用包括「平衡線圈系統」的搜索頭，所述「平衡線圈系統」包括三個線圈，平行對準的一個發射器線圈和兩個接收器線圈。在檢查處理期間，通常在傳送帶上輸送的產品經過「平衡線圈系統」的線圈。在被放置在接收器線圈之間的發射器線圈中流動有生成在兩個接收器線圈中感應電信號的交流磁場的電流。接收器線圈關於發射器線圈對稱放置，以使得在沒有產品存在於「平衡線圈系統」中時在兩個接收器線圈中感應相同的信號。此外，接收器線圈以在其中感應的信號彼此相減的方式耦合到一起。通過這種方式，在平衡線圈系統中不存在產品時，在接收器線圈的輸出處存在零信號。然而， 經過平衡線圈系統的一塊導磁和/或導電材料將幹擾該磁場並且將使在接收器線圈中感應電信號變型。在產品接近其時，這些擾動首先在第一接收器線圈中發生並且然後在第二接收器線圈中發生。結果，在產品經過「平衡線圈系統」時，將在接收器線圈的輸出處出現具有特定相位和幅值的電信號。經過金屬檢測系統的每一個導磁和/或導電材料根據其導電率、其磁導率，其形狀、其尺寸以及其相對於接收器線圈的取向而生成不同的信號。為了檢測產品中金屬的存在，在通常包括輸入放大器的接收器級中處理在接收器線圈中感應的信號。在其它級中，在相位和幅值方面對所處理的信號進行分析以檢測金屬汙染。最後，在用戶界面上顯示結果和/或向控制系統發送信號。在機械裝置中使用的各種類型的金屬，包括鐵質(鐵)、非鐵質(例如銅、鋁、黃銅)以及各種類型的不鏽鋼都可能在所處理的產品中作為汙染物出現。如果這種金屬具有高的磁導率，例如鐵氧體，則其將初始是電抗性的，這意味著其信號相位接近零，而具有低磁導率的金屬將初始是電阻性的並且相對於發射器信號的相位具有接近90度的信號相位。由於鐵氧體金屬與發射器信號的小相位差，所述鐵氧體金屬容易被檢測。如果所檢查的產品乾燥，則容易檢測具有高導電性的汙染物材料。另一方面，由於非鐵氧體金屬並且尤其是不鏽鋼的相位與產品相位類似，因此在潮溼產品中難以進行檢測。然而，並不是經過金屬檢測系統的每一種金屬都是汙染物，由於其可能是產品封裝的一部分。在檢查期間，產品經常處於其最終狀態下並且已經進行了封裝。可以用鍍金屬膜進行封裝，通常是塗覆有鋁的塑料膜。該產品封裝的導電金屬在金屬檢測系統中不能生成與由金屬汙染物產生的信號混淆的信號。因此，為了檢測受汙染的產品，要求金屬檢測系統能夠區分源自封裝材料的信號以及源自金屬汙染物的信號。
此外，接收器線圈的磁場的全部幹擾並不是都由經過「平衡線圈系統」的產品和金屬汙染物引起。平衡線圈系統附近的導電材料的振動也會在接收器線圈中產生需要與由受汙染產品產生的信號區分開的信號改變。由振動產生的信號主要與發射器信號同相。類似奶酪、鮮肉、熱狗、果醬和泡菜的食物產品在包含水、鹽和酸時通常是導電的。 因此經過平衡線圈系統的這種產品也會干擾磁場，因而在接收器線圈的輸出處產生信號。 為了避免產品的錯誤拒絕，需要補償或者消除該產品信號。因此，對於可靠的產品檢查，不得不消除由振動、產品和封裝產生的信號以使得僅考慮由金屬汙染物產生的信號。然而，已經發現，由產品和金屬汙染物產生的信號的相位和幅值取決於所施加的發射器頻率。因此，在已知系統中，發射器頻率可按照使得金屬汙染物的信號分量的相位與產品信號分量異相的方式來選擇。例如，US5994897A公開了一種能夠在至少兩個不同的發射器頻率之間切換以使得產品中的任何金屬顆粒將以不同頻率經歷掃描的裝置。快速地改變操作頻率以使得將以兩個或者更多不同頻率掃描經過傳送帶上的任何金屬顆粒。在對於第一發射器頻率由金屬顆粒產生的信號分量接近產品的信號分量的相位並且因而被屏幕的情況下，則假設對於第二頻率由金屬顆粒產生的信號分量的相位將與產品的信號分量的相位不同，以使得能夠區分該信號分量。通過在許多頻率之間切換，期望一個頻率將對於任何特定的金屬類型、尺寸和取向提供適合的靈敏度。然而，以不同頻率操作的金屬檢測系統通常比調節到單個頻率的系統具有更低的靈敏度。因此，儘管可以利用期望的相位獲得金屬汙染物的信號，但是由於金屬檢測系統的低靈敏度，這些信號的檢測仍然可能失敗。

發明內容
因此，本發明基於提供一種使用兩個或者更多發射器頻率操作金屬檢測系統的改善方法的目的以及提供根據該方法進行操作的金屬檢測系統的目的。具體而言，本發明基於提供一種在抑制或者消除由產品、封裝、振動或者其它潛在幹擾產生的信號的同時允許以高靈敏度檢測金屬汙染物(特別是不鏽鋼汙染物)的方法的目的。更具體而言，本發明基於提供一種用於金屬檢測系統的改善方法的目的，所述金屬檢測系統允許選擇多種發射器頻率，優選具有從幾kHz到IMHz的範圍中的小步長，或者所述金屬檢測系統生成包括大量諧波的方波信號，對於所述大量諧波來說，能夠獲得用於金屬汙染物的期望相位。利用如權利要求1限定的一種用於操作金屬檢測系統的改善方法以及利用如權利要求8限定的根據該方法進行操作的金屬檢測系統來實現本發明的上面和其它目的。所述金屬檢測系統包括具有發射器線圈、第一接收器線圈以及第二接收器線圈的平衡線圈系統。所述發射器線圈連接到發射器單元，所述發射器單元生成具有從至少兩個發射器頻率的組中選擇的發射器頻率的發射器信號。彼此耦合的第一接收器線圈和第二接收器單元向設置在接收器單元中的至少一個放大器單元的信號輸入提供輸出信號。由於接收器單元相對於發射器線圈的對稱設置並且由於繞組的反相感測，在不存在例如具有或者不具有汙染物的產品的外界影響，或者例如振動的其它幹擾時，在接收器線圈中感應的信號彼此補償。在該平衡狀態下，接收器線圈的組合輸出信號為零。根據本發明，控制單元向至少一個可控阻抗單元的控制輸入提供控制信號，所述控制信號取決於所述發射器單元的所述發射器頻率。該可控阻抗單元耦合到所述至少一個放大器單元的信號輸入，其中所述控制信號以根據所選擇的發射器頻率使阻抗值增加或者降低的方式來控制所述可控阻抗單元的阻抗值。通過根據所選擇的發射器頻率適當地改變施加到所述放大器的輸入的輸入阻抗， 顯著地改善了所述金屬檢測系統對汙染物金屬的靈敏度。同時，在任意時刻將源自封裝材料的鍍金屬膜的信號的相位角保持為接近90°。在本發明的優選實施例中，接收器線圈經由所述可控阻抗單元直接耦合到所述放大器單元的輸入。在另一實施例中，所述接收器線圈耦合到輸入變壓器的初級繞組，所述輸入變壓器的次級繞組經由所述可控阻抗單元耦合到所述放大器單元的輸入。所述輸入變壓器用於將所述放大器單元與所述接收器線圈電隔離。此外，利用固定或者可變傳輸比，能夠設置所述輸入信號的期望電壓電平。在優選實施例中，所述接收器線圈利用一個尾部彼此連接，並且利用另一尾部與平衡變壓器的兩個相同中心抽頭初級繞組的相應尾部連接。所述平衡輸入變壓器具有其相對尾部經由所述可控阻抗單元連接到所述放大器的輸入的兩個相同中心抽頭次級繞組。在本發明的另一實施例中，所述可控阻抗單元包括電晶體或者繼電器。所述電晶體可以採用為開關以將電阻與所述輸入阻抗放大器電路連接或者斷開。在替代實施例中， 繼電器可以與電阻器並聯連接或者串聯連接，以改變所述可控阻抗單元的電阻值。優選地，對於低的發射器頻率選擇低的輸入阻抗值，並且對於較高的發射器頻率選擇較高的阻抗值。利用在IkHz到300kHz範圍中的發射器頻率，在10歐姆和100歐姆之間(更優選接近20歐姆，例如22歐姆)範圍中的輸入阻抗允許將源自封裝材料的鍍金屬膜的信號相位設置為大約90°。對於高於300kHz的發射器頻率，低輸入阻抗將不利地影響金屬汙染物信號的靈敏度。因此，通過增加輸入阻抗值，通過頭線圈和可控阻抗單元形成的低通濾波器的截止頻率也增加，並且保留所要求頻率處的增益。這能夠利用高於100歐姆 (最優選接近300歐姆，例如330歐姆)的輸入阻抗的選擇來實現。在本發明的第二基本方面中，放大所述接收器線圈的輸出信號並且然後利用包括至少一個濾波器的可變濾波器單元進行濾波，將所述濾波器的中心頻率和濾波器帶寬調節到所選擇的發射器頻率，這代表由產品和金屬汙染物的信號所調製的載波信號。將濾波器應用到所選擇的發射器頻率，S卩，載波頻率，導致金屬檢測系統的靈敏度的進一步明顯改善。特別在低於300kHz的頻率處，其中已知的金屬檢測系統典型地具有差的靈敏度以及來源於封裝金屬膜的信號的不利相位響應，但是本發明提供顯著的優點。合適的帶通濾波器有利地允許將來源於封裝材料的鍍金屬膜的信號相位恢復到90度。特別是對於 IOOkHz的發射器信號頻率具有200kHz截止頻率的濾波器，並且對於200kHz和300kHz的發射器信號頻率具有400kHz截止頻率的濾波器能夠實現大多數有利結果，這意味著其使來源於封裝材料的鍍金屬膜的信號相位非常接近90度。
利用帶通濾波器，有利的是低通濾波器，能夠去除接收器信號的諧波頻率的含量， 放大帶寬內的信號，並且能夠將來源於封裝金屬膜的信號的相位校正到接近90度。結果， 能夠容易地抑制該信號。所應用的帶通濾波器在全部頻率處改善了來源於封裝金屬膜的信號的相位性能，但是帶通濾波器和可控阻抗單元的低阻抗值的組合在低於300kHz的頻率處提供更好的結果。在優選實施例中，利用取決於相對於發射器信號相位的信號相位的不同增益，使用專用電路來放大每一個信號。利用該措施，能夠實現金屬檢測系統特別是對不鏽鋼材料的靈敏度的改善以及對幹擾振動的靈敏度的降低。利用能夠單獨使用或者組合使用的上面方法，在能夠以更高靈敏度檢測源自金屬汙染物的信號的同時能夠降低源自封裝材料的鍍金屬膜的信號。該創造性措施允許所接收的信號的所選擇發射器頻率經過相敏檢測器，同時抑制由諧波失真產生的信號。對於更加精確的相位校正，輸入放大器單元包括多於兩個可選擇的阻抗值。濾波器可以利用巴特沃斯、切比雪夫、貝塞爾、考爾濾波器或者其它低通濾波器製造並且能夠是一階或者更高階。每一個濾波器具有不同的截止頻率，並且優選地利用根據所選擇的發射器頻率控制的例如復用器的開關應用，以使得所應用的濾波器從接收器信號中去除諧波含量。利用高於300kHz的發射器頻率，能夠獲得具有接近90度相位的鍍金屬膜封裝的信號， 這意味著能夠容易地對其進行抑制。為了校正來源於鍍金屬膜封裝的信號相位，在位於從接收器線圈接收輸入信號的放大器單元和相敏檢測器之間的信號路徑中應用低通濾波器。所應用的濾波器在全部發射器頻率處改善了來源於鍍金屬膜封裝的信號相位，並且降低了在低於300kHz的發射器頻率處的諧波頻率。有利地，低通濾波器是具有最大平坦幅值響應的五階巴特沃斯濾波器。選擇五階濾波器允許獲得位於通帶和阻帶之間的更清晰的交叉。根據本發明的另一方面，所述輸入放大器包括與差分放大器耦合的雙極共射共基 (cascode)放大器電路。所述共射共基放大器是穩定的，並且還具有高的線性增益，而與當前頻率無關。優選地，所述放大器是包括放大存在於輸入變壓器的次級繞組的兩個相對尾部處的信號的兩個放大器單元。所述控制單元優選地包括具有電腦程式的處理單元，設計所述電腦程式以根據所述創造性方法來選擇所述可控阻抗單元的設置和/或所述可變濾波器的設置。該設置可以從設置在控制單元中的表中進行選擇，所述表包含至少一組發射器頻率以及用於所述至少一個可變阻抗單元的相應設置和/或用於所述可變濾波器單元的相應設置。


已經闡述了本發明的一些目的和優點，在結合附圖考慮下面的說明書時，本發明的其它目的和優點將變得顯而易見，在附圖中圖1示出了優選實施例中的創造性金屬檢測系統的基本方框圖；圖2示出了金屬檢測系統特別是接收器單元的更加詳細的方框圖；圖3示出了可控阻抗單元的示意圖4示出了雙極共射共基放大器的示意圖；圖5示出了差分放大器的示意圖；圖6示出了可變濾波器單元的方框圖；以及圖7示出了濾波器單元的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了創造性金屬檢測系統1的方框圖，其基本上包括發射器單元3、平衡線圈系統4，6，7、接收器單元5和信號處理單元。平衡線圈系統包括纏繞在非金屬框上並且均與其它線圈精確平行的的發射器線圈4和兩個接收器線圈6、7。中心線圈是與相同的接收器線圈6、7精確等距離放置的發射器線圈4。發射器單元3生成經過發射器線圈4循環的高頻電流。流經發射器線圈4的電流生成磁場，其在相鄰的接收器線圈6、7中感應相同的電流。接收器線圈6、7相對連接，即兩個繞組沿相反方向纏繞，以使得在接收器線圈6、7中感應的電流沿相反方向流動，並且因而在沒有導電或者磁性物體移動經過平衡線圈系統時彼此抵消。通過平衡線圈系統一個接一個地傳輸待檢查的產品2，例如在傳送帶上。在包含金屬汙染物的產品2移動經過平衡線圈系統的情況下，該金屬汙染物首先幹擾第一接收器線圈6附近的磁場，並且然後幹擾第二接收器線圈7附近的磁場，因而單獨改變在第一接收器線圈6和第二接收器線圈7中感應的信號。在接收器線圈6、7中感應的信號的非對稱改變處於納伏特的幅度。因而，為了檢測金屬汙染物，要求高的靈敏度。在本發明中，接收器單元5因此專用於這種信號的放大和處理，以檢測各種類的即使小尺寸的金屬汙染物。圖2所示的金屬檢測系統包括向平衡線圈系統的發射器線圈4提供發射器信號的發射器單元3。平衡線圈系統的第一接收器線圈6和第二接收器線圈7連接到平衡輸入變壓器11的初級繞組。平衡輸入變壓器11的次級繞組經由可控阻抗單元12連接到放大器單元14的輸入。放大器單元14的輸出連接到能夠適合於所選擇的發射器頻率，即調製載波頻率的可變濾波器單元17。將濾波後的載波信號發送到相敏檢測器18，相敏檢測器18 經由濾波器單元19向增益單元20提供解調的基帶信號。將產生的信號發送到模數轉換器 21，模數轉換器21向信號處理器提供數位化信號。為了控制所描述的處理並且為了操作所述系統，所述金屬檢測系統還包括連接到計算機終端22的控制單元16。發射器單元3向平衡線圈系統的發射器線圈4提供具有可選擇發射器頻率(優選在幾kHz到IMHz的範圍內)的發射器信號。此外發射器單元3向接收器單元18提供具有發射器頻率的參考信號用於解調目的。接收器線圈6、7連接到平衡輸入變壓器11中對接收器線圈6、7鏡像的中心抽頭初級繞組。此外平衡輸入變壓器11包括連接到可控阻抗單元12的兩個相同中心抽頭次級繞組。可控阻抗單元12應用可變阻抗值至放大器單元14的輸入。可控阻抗單元12的阻抗值代表放大器單元14的輸入電阻並且以這種方式限定放大器單元14的增益。向可變濾波器單元17提供由放大器單元14根據可控阻抗單元的設置放大的接收器信號，該可變濾波器單元17去除放大後的接收器信號的諧波內容。控制單元16向發射器單元13提供第一控制信號用於選擇發射器頻率，向可控阻抗單元12提供第二控制信號用於根據所選擇的發射器頻率來選擇阻抗值，並且向濾波器單元17提供第三控制信號用於根據所選擇的發射器頻率或者載波頻率來選擇所述濾波器特性。因而，根據所選擇的發射器頻率，選擇對於可控阻抗單元12的適當阻抗值。可以通過各種方式來設計可變濾波器單元17。優選地，可變濾波器單元17包括專用於多個可選擇的發射器頻率的多個濾波器實體(參見圖6)。優選將濾波器單元設計為允許載波信號通過其到達信號處理鏈的下一模塊的帶通濾波器或者低通濾波器。因而，利用從控制單元16 接收的控制信號，與發射器頻率相對應地選擇可變濾波器單元17的濾波器實體。向相敏檢測器18提供可變濾波器單元17的輸出信號，相敏檢測器18解調發射器信號以及經放大和濾波的接收器信號。在其輸出處，提供與解調的發射器操作信號相關的解調後的接收器信號的同相分量和正交分量。將相敏檢測器18的輸出信號發送到另一的濾波器單元19，濾波器單元19允許期望的信號經過增益單元20，增益單元20允許將所處理信號的幅值設置到期望值。隨後，通過數模轉換器21將濾波和校準後的信號從模擬形式轉換為數字形式。將模數轉換器21的輸出信號發送到可以位於控制單元6中的信號處理器。以處理、分析和評估所接收的信號以抑制不想要的信號並且檢測源於金屬汙染物的信號的方式對信號處理器進行編程。然後將所產生的數據從信號處理器和控制單元16發送到附接到控制單元16的計算機終端22。圖3示出了包括兩個可控阻抗單元12、13的接收器單元的輸入級的優選實施例的示意圖，所述兩個可控阻抗單元12、13在輸入側上連接到平衡輸入變壓器11的中心抽頭次級繞組的端子並且在輸出側上連接到相關輸入放大器14、15的。次級繞組的中心抽頭連接到地。每一個可控阻抗單元12、13包括一端連接到次級繞組的相關端子和相關放大器 14、15的輸入並且另一端與地連接的固定的第一電阻器Rl、R2。每一個可控阻抗單元12、 13還包括一側連接到次級繞組的相關端子並且另一側連接到開關Sl的第二電阻器R3、R4， 所述開關Sl優選是繼電器或者電晶體，如果被致動，則所述開關Sl將第二電阻器R3、R4連接到地。繼電器Sl由控制單元16根據所選擇的發射器頻率生成的第二控制信號控制。通過切換繼電器Si，第一電阻器R1、R2和第二電阻器R3、R4能夠並聯連接或者能夠斷開以使得可控阻抗單元12、13的阻抗值相應地變化。結果，相關放大器單元14或者15的輸入阻抗和增益也變化。對於更精確的設置，可控阻抗單元12、13能夠包括多於兩個的可選擇阻抗值。每一個阻抗單元12、13能夠包括電阻器組，所述電阻器組具有能夠單獨選擇或者組合的適當數量的電阻器以精確調節可控阻抗單元12、13的阻抗值。圖4示出了圖3的接收器單元，具有放大器單元14、15的優選實施例，不具有設置在第二級中的運算放大器。在該優選實施例中示出的差分輸入共射共基雙極放大器是放大器單元14、15的第一級。該示意圖中的全部電晶體是Pnp電晶體。圖3中描述的每一個可控阻抗單元12 的輸出分別連接到相關電晶體T3、T4的基極，分別利用發射極經由電阻器R5、R6連接到恆定電流源。恆定電流源包括電晶體T5，在電源電壓+Vcc及其發射極之間具有電阻器R15，在電源電壓+Vcc及其基極之間具有兩二極體Dl和D2，在基極和地之間連接有電阻器R16，並且其集電極分別經由電阻器R5、R6連接到電晶體T3、T4。將在其發射極處分別具有電阻器R5、R6的電晶體T3、T4配置為共發射極跟隨器。 電晶體T3、T4的集電極分別經由電阻器R7、R8連接到類似共基極放大器配置的電晶體Tl、 T2的發射極。電阻器Rll和R13，R12和R14的一端分別與電晶體Tl、T2的基極連接並且另一端與分別與到地的負電源電壓-Vcc的端子連接。電晶體Tl、T2的集電極分別在一方面經由電阻器R9連接到負電源電壓-Vcc並且在另一方面分別連接到放大器14、15的第二級，即連接到放大器14或者15的相關運算放大器Diff. Op ampUDiff. Op amp2的輸入。每一個共射共基放大器形成差分放大器。該差分放大器是對稱放大器，具有放大可控阻抗單元的輸出的電勢差的兩個輸入和兩個輸出。兩個共射共基放大器都連接到通過電晶體T5，通過二極體Dl和D2形成的公共電流源，以使得其電流的和保持恆定。差分放大器具有放大兩個輸入之間的差分電勢的能力，而與在與由電晶體T5形成的電流源的連接處可用的電壓無關。由於其輸出與其輸入在電氣和物理分離，因此共射共基放大器的輸出穩定，對限制帶寬沒有影響並且還具有高的增益。圖5示出了圖3的接收器單元，具有連接到圖4所示的第一級的輸出的放大器單元14和15的第二級的優選實施例。第二級的第一輸入連接到運算放大器運算放大器3的同相輸入並且經由電阻器 R24連接到地。運算放大器的反相輸入經由電阻器R25連接到其輸出，並且經由電阻器R23 連接到地。第二級的第二輸入連接到運算放大器運算放大器4的同相輸入並且經由電阻器 R30連接到地。運算放大器的反相輸入經由電阻器R31連接到其輸出，並且經由電阻器R29 連接到地。運算放大器5的同相輸入經由電阻器R34連接到地並且反相輸入經由電阻器R28 連接到運算放大器運算放大器5的輸出。將運算放大器運算放大器3和運算放大器4配置為同相放大器。其輸出經由電阻器R33連接到運算放大器運算放大器5的同相輸入並且經由電阻器R27連接到運算放大器運算放大器5的反相輸入。它們向運算放大器5提供放大了分別通過R23、RM和R25以及 R29、R30和R31確定的恆定因數的其輸入信號。將運算放大器運算放大器5配置為差分放大器。其輸出提供被乘以通過電阻器 R27.R28.R33和R34的值確定的恆定因數的輸入差分運算放大器1和差分運算放大器2的電壓之間的差值。圖6示出了在優選實施例中可變濾波器單元16的方框圖。其包含六個低通濾波器23-28。每一個低通濾波器具有不同的截止頻率。將放大的接收器信號發送到將其輸出信號提供到復用器四的全部六個低通濾波器23- 的輸入。復用器通過控制16單元根據選擇的發射器頻率生成的第三控制信號進行控制。通過控制器單元16根據應用的發射器頻率來選擇低通濾波器23- 中具有適當截止頻率的一個低通濾波器。然後將濾波後的信號從復用器四的輸出發送到相敏檢測器18的輸入。圖7示出了濾波器單元23- 的示意圖，優選將其設計為壓控電壓源(VCVS)濾波器或者其變體，例如Mllen-Kay濾波器。使用Mllen-Kay拓撲以實現二階有源濾波器。Mllen-Kay濾波器的實現經常使用配置為電壓跟隨器的運算放大器；然而，發射極或者源極跟隨器是緩衝放大器的另一共同選擇。^llen-Kay濾波器是使用單位增益放大器(即具有OdB增益的純緩衝放大器)的VCVS濾波器的變體。圖7所示的濾波器單元由五階巴特沃斯低通濾波器構成，該巴特沃斯低通濾波器由通過電阻器R17、R18和電容器Cl形成的一個RC單元以及兩個二階Mllen-Key電路組成。第一 Mllen-Key電路包括經由第一電容器C2連接到運算放大器1的輸出並且經由第二電阻器R20連接到運算放大器1的同相輸入的第一電阻器R19，該運算放大器1的同相經由第二電容器C3連接到地。運算放大器1的輸出進一步連接到運算放大器1的反相輸入。第二 Mllen-Key電路包括經由第一電容器C4連接到運算放大器2的輸出並且經由第二電阻器R22連接到運算放大器2的同相輸入的第一電阻器R21，該運算放大器2的同相經由第二電容器C5連接到地。運算放大器2的輸出進一步連接到運算放大器2的反相輸入。一階濾波器，即RC單元R17、R18、Cl，以及兩個二階Mllen-Key濾波器組合提供所要求的五階濾波器。附圖標記1金屬檢測系統2 產品3發射器單元4發射器線圈5接收器單元6第一接收器線圈7第二接收器線圈11變壓器12第一可控阻抗單元13第二可控阻抗單元14第一放大器單元15第二放大器單元16控制單元17可變濾波器單元18相敏檢測器19第二濾波器單元20增益單元21模數轉換器22計算機終端23第一濾波器24第二濾波器25第三濾波器
洸第四濾波器27第五濾波器沘第六濾波器四第二開關
權利要求
1.一種用於操作金屬檢測系統(1)的方法，所述金屬檢測系統包括平衡線圈系統，所述平衡線圈系統具有連接到發射器單元(3)的發射器線圈G)，所述發射器單元生成具有從由至少兩個發射器頻率構成的組中選擇的發射器頻率的發射器信號，並且所述平衡線圈系統具有向包括在接收器單元( 中的至少一個放大器單元(14,1 的信號輸入提供輸出信號的第一接收器線圈和第二接收器線圈(6，7)，所述輸出信號彼此補償以使得所述系統平衡，其特徵在於，控制單元(16)根據所述發射器單元(3)的所述發射器頻率生成控制信號，並且所述控制信號被提供到至少一個可控阻抗單元(12，13)的控制輸入，所述至少一個可控阻抗單元(12，1 的控制輸入耦合到所述至少一個放大器單元(14,1 的所述信號輸入，其中所述控制信號以所述阻抗值在所述發射器頻率增加或者降低時增加或者降低的方式來控制所述可控阻抗單元(12，13)的阻抗值。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述接收器線圈(6，7)利用一個尾部彼此連接並且利用另一尾部連接到平衡變壓器(11)的兩個相同中心抽頭初級繞組的相應尾部， 所述平衡變壓器(11)具有兩個相同中心抽頭次級繞組，所述兩個相同中心抽頭次級繞組的尾部經由至少一個可控阻抗單元(12，13)連接到至少一個放大器單元(14，15)。
3.如權利要求1或者2所述的方法，其特徵在於，所述至少一個可控阻抗單元(12，13) 包括諸如電晶體等至少一個可變電阻器，所述至少一個可變電阻器由所述控制信號控制， 或者其特徵在於，所述至少一個可控阻抗單元(12，13)包括諸如繼電器等至少一個切換單元，所述至少一個切換單元由所述控制信號控制並且將由至少兩個電阻器構成的組中的至少一個電阻器或者其組合連接到所述可控阻抗單元(12，13)的輸出端子。
4.如權利要求1到3所述的方法，其特徵在於，a.對於IkHz和300kHz之間的發射器頻率，在20歐姆和100歐姆之間選擇所述可控阻抗單元(12，13)的阻抗值，和/或b.對於300kHz和IMHz之間的發射器頻率，在200歐姆和400歐姆之間選擇所述可控阻抗單元(12，13)的阻抗值。
5.如權利要求1到4所述的方法，其特徵在於，所述至少一個放大器單元(14，15)的輸出信號由可變濾波器單元(17)進行濾波，所述可變濾波器單元(17)具有可選帶寬，所述可變濾波器單元(17)優選包括能夠利用第二切換單元耦合到信號路徑的至少一個濾波器設備，根據所選擇的發射器頻率來選擇所述帶寬。
6.如權利要求1到5所述的方法，其特徵在於，所述放大器單元(14，15)包括雙極電晶體共射共基放大器，所述雙極電晶體共射共基放大器的輸出耦合到差分放大器。
7.如權利要求1到6所述的方法，其特徵在於，從設置在所述控制單元(16)中的表來選擇用於所述至少一個可變阻抗單元的設置和/或用於所述可變濾波器單元(17)的相應設置，所述表包含至少一組發射器頻率以及用於所述至少一個可變阻抗單元的相應設置和 /或用於所述可變濾波器單元(17)的相應設置。
8.一種金屬檢測系統(1)，包括平衡線圈系統，所述平衡線圈系統具有耦合到發射器單元(3)的發射器線圈G)，所述發射器單元(3)生成具有從由至少兩個發射器頻率構成的組中選擇的發射器頻率的發射器信號，並且所述平衡線圈系統具有向包含在接收器單元 (5)中的至少一個放大器單元(14，15)的信號輸入提供輸出信號的第一接收器線圈和第二接收器線圈(6，7)，所述輸出信號彼此補償以使得所述系統平衡，其特徵在於，提供與所述至少一個放大器單元(14，15)的所述信號輸入連接並且由控制單元(16)控制的至少一個可控阻抗單元(12，13)，所述控制單元(16)向所述可控阻抗單元(12，13)的控制輸入提供可根據所述發射器單元(3)的所述發射器頻率選擇的控制信號，以使得所述可控阻抗單元 (12，13)的阻抗值在所述發射器頻率增加或者降低時增加或者降低。
9.如權利要求8所述的金屬檢測系統(1)，其特徵在於，所述接收器線圈(6，7)利用一個尾部彼此連接，並且利用另一尾部連接到平衡變壓器(11)的兩個相同中心抽頭初級繞組的相應尾部，所述平衡變壓器(11)具有兩個相同中心抽頭次級繞組，所述兩個相同中心抽頭次級繞組的尾部經由至少一個可控阻抗單元(12，1 連接到至少一個放大器單元 (14,15)ο
10.如權利要求8或者9所述的金屬檢測系統(1)，其特徵在於，所述至少一個可控阻抗單元(12，13)包括諸如變阻器等至少一個可變電阻器，所述至少一個可變電阻器能夠由所述控制信號控制，或者其特徵在於，所述至少一個可控阻抗單元(12，13)包括由至少兩個電阻器構成的組和諸如繼電器等至少一個切換單元，所述至少一個切換單元能夠由所述控制信號控制，以使得所述至少兩個電阻器構成的組中的至少一個電阻器或者其組合能夠連接到所述可控阻抗單元(12，13)的輸出端子。
11.如權利要求8到10中的任一項所述的金屬檢測系統(1)，其特徵在於，a.對於IkHz和300kHz之間的發射器頻率，在20歐姆和100歐姆之間的範圍內選擇所述可控阻抗單元(12，13)的所述阻抗值，和/或b.對於300kHz和IMHz之間的發射器頻率，在200歐姆和400歐姆之間的範圍內選擇所述可控阻抗單元(12，13)的所述阻抗值。
12.如權利要求8到11中的任一項所述的金屬檢測系統(1)，其特徵在於，所述至少一個放大器單元(14,1 的所述信號輸出耦合到可變濾波器單元(17)的信號輸入，所述可變濾波器單元(17)具有可選帶寬並且優選包括能夠利用第二切換單元耦合到信號路徑的至少一個濾波器設備，並且其中所述控制單元(16)向所述可變濾波器單元(17)的控制輸入提供控制信號並且根據所選擇的發射器頻率來選擇所述帶寬。
13.如權利要求8到12中的任一項所述的金屬檢測系統(1)，其特徵在於，所述放大器單元(14,1 包括雙極電晶體共射共基放大器，所述雙極電晶體共射共基放大器的輸出耦合到差分放大器。
14.如權利要求8到13中的任一項所述的金屬檢測系統(1)，其特徵在於，所述控制單元(16)設置有表，所述表由發射器頻率以及用於所述至少一個可控阻抗單元的相應設置和/或用於所述可變濾波器單元(17)的相應設置構成。
全文摘要
本發明公開了一種用於操作金屬檢測系統(1)的方法，所述金屬檢測系統包括平衡線圈系統，所述平衡線圈系統具有連接到發射器單元(3)的發射器線圈(4)，所述發射器單元(3)生成具有從至少兩個發射器頻率構成的組中選擇的發射器頻率的發射器信號，並且所述平衡線圈系統具有向包括在接收器單元(5)中的至少一個放大器單元(14，15)的信號輸入提供輸出信號的第一接收器線圈和第二接收器線圈(6，7)，所述輸出信號彼此補償以使得所述系統平衡，其特徵在於，控制單元(16)生成根據所述發射器單元(3)的所述發射器頻率並且提供到至少一個可控阻抗單元(12，13)的控制輸入的控制信號，所述至少一個可控阻抗單元(12，13)的控制輸入耦合到所述至少一個放大器單元(14，15)的所述信號輸入，其中所述控制信號以所述阻抗值在所述發射器頻率增加或者降低時增加或者降低的方式來控制所述可控阻抗單元(12，13)的阻抗值。
文檔編號G01V3/11GK102540261SQ20111030507
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月30日 優先權日2010年10月7日
發明者S·麥克亞當 申請人:梅特勒-託利多安全線有限公司