用於監測金屬檢測系統的操作的方法以及金屬檢測系統的製作方法

2023-12-11 15:47:22

專利名稱：用於監測金屬檢測系統的操作的方法以及金屬檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於監測金屬檢測系統的操作的方法以及實現該方法的金屬檢測系統。
背景技術：
使用工業金屬檢測系統來檢測和拒絕不期望的金屬汙染。在正確安裝和操作時， 金屬檢測系統將幫助降低金屬汙染並且改善食品安全。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。這種設計的檢測器能夠檢測諸如新鮮和冷凍產品的各種產品中包括鐵質、非鐵質和不鏽鋼的全部金屬汙染類型。根據「平衡線圈」原理操作的金屬檢測系統典型地包括纏繞在非金屬框上並且均彼此精確平行的三個線圈。利用生成磁場的高頻電流對中心發射器線圈進行激勵。發射器線圈每一側上的兩個線圈用作接收器線圈。由於兩個接收器線圈相同並且被安裝成距發射器線圈相同的距離，因此在每一個接收器線圈中感應相同的電壓。為了在系統平衡時接收為零的輸出信號，接收器線圈與具有繞組的反相感測的第二接收器線圈串聯連接。因而，在不存在金屬汙染物的情況下的系統平衡時，在接收器線圈中感應的具有相同幅值和相反極性的電壓彼此抵消。隨著金屬顆粒經過線圈結構，首先在一個接收器線圈附近並且然後在另一接收器線圈附近擾亂高頻場。在金屬顆粒經過接收器線圈傳送的同時，在每一個接收器線圈中感應的電壓改變(納伏特)。平衡的改變在接收器線圈的輸出處產生信號，所述信號能夠被處理、放大並且隨後用來檢測金屬汙染物的存在。信號處理信道將所接收的信號劃分為彼此分隔90°的兩個單獨的分量。最終的向量具有典型用於經過線圈傳送的產品和汙染物的幅值和相位角。為了識別金屬汙染物，需要去除或者降低「產品效應」。知道產品的相位，能夠降低相應的信號向量。因而從信號譜中消除不期望的信號導致對於源自汙染物的信號的更高靈敏度。為了獲得關於汙染物的種類和體積的信息並且為了至少部分消除由「產品效應」 或者諸如振動的幹擾引起的不期望的信號，系統處理具有精確的信號幅值和信號相位的測量信號是重要的。在出現使信號幅值或者信號相位降級的系統缺陷時，反映生產工藝的質量的測量結果就不再可靠。如果汙染物存在(漏報)，則系統或者不會發出警報。替代地，如果汙染物不存在(誤報)，則系統會發出警報。驗證是否正確設置金屬檢測系統的傳統方法不允許檢測這樣的系統缺陷。因此，本發明基於如下目的提供一種用於監測金屬檢測系統的操作的改善方法以及提供根據該方法操作的金屬檢測系統。具體而言，本發明基於如下目的提供一種允許檢測將阻止金屬檢測系統正確檢測產品汙染物的故障的方法。更具體而言，本發明基於如下目的提供一種允許避免金屬檢測系統的誤報和漏報消息的方法。

發明內容
通過如權利要求1所限定的一種用於監測金屬檢測系統的操作的改善方法以及如權利要求9所限定的根據該方法操作的金屬檢測系統來實現本發明的上面和其它目的。所述方法用於操作一種金屬檢測系統，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的發射器線圈，所述發射器單元提供具有固定或者可變發射器頻率的發射器信號，所述平衡線圈系統還具有向接收器單元提供輸出信號的第一接收器線圈和第二接收器線圈。以使得所述輸出信號在所述金屬檢測系統平衡時彼此補償的方式來設計和設置所述線圈系統。根據本發明，將具有所述發射器頻率的載波信號以及具有監測頻率的監測信號提供到調製單元，所述調製單元抑制所述載波信號並且提供調製後的監測信號，將所述調製後的監測信號供應到與所述接收器線圈中的至少一個感應耦合的監測線圈。在至少提供解調後的監測信號的解調單元中進一步處理和解調所述接收器線圈的輸出信號，將所述解調後的監測信號在相位和/或幅值上與諸如所述監測信號的相位和/或幅值的基準進行比較。在相位或者幅值上測量的偏差超出給定的閾值的情況下，發出表明所述金屬檢測系統發生故障的警報。所述創造性方法允許測量所述金屬檢測系統的性能，並且驗證所測量的性能是否位於規格內。能夠檢查所述系統的發射器部分和接收器部分是否正確地操作。此外，能夠檢查諸如以振動或者磁場為例的來自安裝位置的影響的其它幹擾是否對所述金屬檢測系統和所述測量過程具有負面影響。在測量金屬檢測系統的性能的過程是侵入的並且因而非常可靠的同時，避免該過程對測量過程的任何幹擾影響。為此，以使得不會發生對測量過程造成幹擾的方式來選擇引入到平衡線圈系統的信號。選擇所述監測頻率位於產品信號的頻率範圍之上，所述產品信號由在所述金屬檢測系統的操作期間被測量物體感應到所述平衡線圈系統。通過放置和安裝所述監測線圈也實現所述監測信號從所述測量過程的去耦合，所述監測線圈優選圍繞附接到所述接收器板的接收器線圈中的一個接收器線圈的尾部進行纏繞。能夠利用所述金屬檢測系統的最終校準消除所述監測信號的可能剩餘影響。另一方面，由於所測量的產品不經過所述監測線圈，因此測量過程也將不打擾所述監測過程。在50hz至1000Hz的範圍中，優選在500Hz和700Hz之間的範圍中選擇所述監測頻率。例如，選擇615Hz的頻率。優選地，以使得在操作期間可以改變的所述發射器頻率是所述監測頻率的偶數倍的方式來選擇所述監測頻率和所述發射器頻率。在該實施例中，整個系統將相位一致地進行操作，允許針對信號處理單元中的相位一致性進行附加測試。優選從提供基準頻率的基準單元獲得監測頻率，可以經由分頻器單元(divider unit)將所述基準頻率發送到所述調製單元的第一輸入。所述分頻器單元將所述基準頻率除以一偶數以獲得所述監測頻率。在第一基本實施例中，根據向所述發射器線圈供應所述發射器信號的功率放大器的輸出獲得供應到所述調製單元的第一輸入的載波信號。在第二基本實施例中，根據向所述功率放大器提供基準頻率的信號源(例如頻率合成器)獲得所述載波信號。所述信號源可以提供將被發送到另一分頻器單元的所述發射器頻率或者其倍數，所述另一分頻器單元提供所述發射器頻率，優選包括同相和正交分量。根據所述系統的最早級獲得所述載波信號的頻率和/或所述監測信號的頻率允許從前端到後端檢查所述系統。由於所述載波信號和所述發射器信號具有相同的頻率，因此調製後的監測頻率與所述發射器頻率一直具有恆定的頻率偏移。該恆定的頻率偏移與所述監測頻率相對應。因此，在改變所述發射器頻率，例如由於發現更有利於當前的測量處理的頻率值的情況下，也不會干擾所述監測處理。對於獲得非載波監測信號的過程，可以應用雙邊帶(sideband)調製和單邊帶調製的原理。出於解調目的，在調製後的監測信號中被抑制的載波總能從所述發射器單元獲得。在最優選實施例中，所述調製單元是提供用於一個邊帶的項和用於由於其相位角而抵消的載波信號的項的單邊帶調製器。對於剩餘的邊帶，提供同相的項。結果，向所述監測線圈提供頻率與所述發射器頻率偏移所述監測頻率的單邊帶。在優選實施例中，所述接收器線圈利用一個尾部彼此連接，並且利用另一尾部連接到平衡變壓器的兩個相同中心抽頭初級繞組的相應尾部。所述平衡變壓器具有兩個相同中心抽頭磁極繞組，所述兩個相同中心抽頭次級繞組的相對尾部連接到放大器。所述放大器優選經由濾波器單元向所述解調單元發送放大後的信號，所述解調單元提供所述解調後的監測信號的同相分量和正交分量，並且優選還提供源自利用所述金屬檢測系統測量的產品的產品信號或所述基帶信號。為此，向所述解調單元的所述基準輸入提供具有所述載波信號，例如所述載波信號的頻率的基準信號的同相分量和正交分量。所述解調單元傳輸解調後的監測信號的同相分量和正交分量，所述解調後的監測信號被進一步評估以檢測所產生的向量的幅值或者相位的偏差。在優選實施例中，所述解調單元還提供所述產品信號的同相分量和正交分量。優選地，所述監測信號用作基準以評估解調後的監測信號。為此，從發射器級向接收器級直接供應所述監測信號。在優選實施例中，將所述解調後的監測信號的同相分量和正交分量和/或相關的相位角與在所述金屬檢測系統的最終測試期間測量和存儲的相應值進行比較。此外，還提供在所述金屬檢測系統的正常操作期間不應該被測量的相位或者幅值超出的至少一個閾值。然而，在超出閾值的情況下，所述信號處理單元將發出表明所述系統發生故障的警報。


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示出了創造性金屬檢測系統的方框圖；以及圖2示出了圖1所示的金屬檢測系統的發射器單元1的方框圖。
具體實施例方式圖1示出了創造性金屬檢測系統的方框圖，其包括發射器單元1、平衡線圈系統2、 接收器單元3、信號處理單元4以及計算機系統5，所述平衡線圈系統2具有發射器線圈21、
6第一接收器線圈22和第二接收器線圈23、以及監測線圈M，所述計算機系統5包括標準接口、輸入設備和輸出設備，尤其是監測器。圖1還示出了產品P經過發射器線圈21和接收器線圈22、23在其上傳輸的傳送器6。將參照圖2詳細討論的發射器單元1向平衡線圈系統2的發射器線圈21提供發射器信號Si，並且向平衡線圈系統2的監測線圈M提供調製後的監測信號S300。此外，發射器單元1向接收器單元3提供具有發射器頻率fTX的基準信號是SlO ；sOl。此外，優選提供與監測信號s300相關的其它信號s3作為基準(參見圖2)。只要系統平衡，即只要所傳送的產品P沒有受到金屬汙染，則發射器信號Sl就在相同的接收器線圈22、23中感應具有相同幅值及相反極性的信號s22、s23。在產品Pc受到導電物體汙染的情況下，在產品Pc經過平衡線圈系統2時，相同接收器線圈22、23中的信號s22、s23將發生改變。結果，在接收器線圈22、23中感應的發射器頻率fTX利用其幅值和頻率取決於導電物體的屬性、尺寸和行進速度的基帶信號進行調製。由於導電物體不經過監測線圈M，所以監測線圈M的磁場沒有被幹擾。通過在其中設置發射器線圈21和接收器線圈22、23的框20外側放置監測線圈M進一步避免了幹擾。如圖1所示，監測線圈M圍繞連接到接收器單元3的第二接收器線圈23的腿部進行纏繞。因而，產品P不經過監測線圈對。將在接收器線圈22、23中感應的接收器線圈22、23的輸出信號s22和s23以及調製後的監測信號s300施加到與接收器線圈22、23形成鏡像的平衡變壓器31的中心抽頭初級繞組。此外，平衡變壓器31包括其相對尾部連接到放大器32的兩個相同中心抽頭次級繞組。放大器32的輸出連接到向解調單元34提供經放大和濾波的信號的濾波器單元33， 在該解調單元34的輸出處提供解調後的監測信號s30的同相分量和正交分量以及源自所傳送的產品P的基帶信號Sp的同相分量和正交分量。將在解調單元34的輸出處提供的同相信號和積分信號發送到另一濾波器單元 35，該濾波器單元35允許期望的信號通過到達允許將所處理的信號的幅值設置到期望值的增益單元36。隨後，在模數轉換器37中將經濾波和校準的信號從模擬形式轉換為數字形式。將模數轉換器37的輸出信號發送到諸如已知的數位訊號處理器4的信號處理單元，該信號處理單元對經解調和處理的監測信號與基準值，例如與基準信號s3的相位和幅值進行比較。然後將在評估處理中產生的數據發送到諸如金屬檢測系統的中央處理單元的數據處理單元，或者發送到附接到其上的計算機終端5。在解調後的信號與給定基準相差多於預設閾值的情況下，發出警報。為了控制測量過程，信號處理器4能夠控制在發射器單元1和接收器單元3中提供的各種模塊的功能。為此，信號處理器4向放大器單元32發送第一控制信號c32，向第一濾波器單元33發送第二控制信號c33，向第二濾波器單元35發送第三控制信號c35，向增益單元36發送第四控制信號c36並且向模數轉換器37發送第五控制信號c37。利用這些控制信號c32、c33、c35、c36和c37，能夠選擇和調節各自接收器單元32、33、35、36和37 中的放大特性和濾波器特性。如下所述，將第六控制信號cl2發送到發射器單元1。圖2示出了圖1所示的金屬檢測系統的發射器單元1的方框圖。發射器單元1包括向諸如頻率合成器12的信號源12提供具有基準頻率fKEF的基準信號sO的基準單元11，所述頻率合成器12由從信號處理器4接收的第六控制信號cl2 進行控制。信號處理器4因此能夠選擇利用信號sOl向功率放大器13發送的合適的發射器頻率fTX，該功率放大器13向平衡線圈系統2的發射器線圈21提供放大後的發射器信號 sl ο 將具有基準頻率fKEF的基準信號sO進一步提供到分頻器單元14，所述分頻器將基準頻率fKEF除以一偶數，從而獲得利用信號s3發送到調製單元15的第一輸入的監測頻率 fM。N。從頻率合成器12的輸出或者功率放大器13的輸出向調製單元15的第二輸入提供具有發射器頻率fTX的載波信號sl、sOl。在調製單元15中，將載波信號sl、s01發送到第一正交單元151，該第一正交單元將具有al (例如45° )相位角的發射器頻率fTX提供到第一混合單元152的第一輸入，並且將具有a2(a2 = al+180° )相位角的發射器頻率fTX提供到第二混合單元153的第一輸入。將監測信號s3發送到第二正交單元156，該第二正交單元將具有bl (例如0° )相位角的監測頻率fM提供到第一混合單元152的第二輸入，並且將具有M (b2 = bl+180° 或者= bl+90° )相位角的發射器頻率fMW提供到第二混合單元153的第二輸入。將第一混合單元152和第二混合單元153的輸出信號提供到求和單元154，在該求和單元154中將單獨信號組合，結果消除了相位相差180°的發射器頻率項。如果角度bl和1^2相位相差180°，則調製器提供兩個邊帶。如果角度bl和bl相位相差90°，則調製器僅提供一個邊帶。因而，根據所選擇的相位角，將單邊帶信號或者雙邊帶信號，即具有頻率fTX+fM和/或頻率fTX_fM的調製後的監測信號s300發送到其輸出連接到監測線圈M的放大器155，該監測線圈M圍繞第二接收線圈23的一個尾部進行纏繞。因而，與選擇的發射器頻率fTX無關，調製後的監測信號s300總是與發射器頻率 fTX偏移監測頻率fM。然而，載波頻率，即發射器頻率fTX保持被抑制並且不將其施加到監測線圈24，並且因此不幹擾產品P的測量。在從頻率合成器12提取載波信號sOl的情況下，則解調後的監測信號s30的評估將提供關於功率放大器13的狀態的信息。優選將載波信號sl或者sOl以及監測信號S3發送到接收器單元3作為用於解調和評估目的的基準信號。由於全部信號在相位上被鎖定，因此由信號處理器4檢測的監測信號s3的相位或者幅值的改變將表明外部影響或者電子系統內發生了改變。這種改變在將閾值預存儲在信號處理單元4或者計算機終端5中的預定邊界內被容忍。在超出閾值的情況下，設置在金屬檢測系統中的創造性監測系統將發出警報。
權利要求
1.一種用於監測金屬檢測系統的操作的方法，所述金屬檢測系統包括平衡線圈系統 O)，所述平衡線圈系統(2)具有連接到發射器單元(1)的發射器線圈(21)，所述發射器單元(1)提供具有固定或者可變發射器頻率(fTX)的發射器信號(sl)，所述平衡線圈系統(2) 還具有向接收器單元(3)提供輸出信號(s22，s23)的第一接收器線圈和第二接收器線圈 02，23)，所述輸出信號(s22，s23)在所述金屬檢測系統平衡時彼此補償，其特徵在於，將具有所述發射器頻率(fTX)的載波信號(s01，sl)以及具有監測頻率(fMW)的監測信號(s3) 提供到調製單元(15)，所述調製單元(1 抑制所述載波信號(sl，sl』)並且提供調製後的監測信號(s300)，所述調製後的監測信號(s300)被供給到與所述接收器線圈(22;23)中的至少一個接收器線圈感應耦合的監測線圈(M)，在提供解調後的監測信號(s30)的解調單元(34)中對所述接收器線圈(22;23)中的所述至少一個接收器線圈的輸出信號(s22， s23)進行解調，將所述解調後的監測信號(s30)在相位和/或幅值上與基準進行比較，並且如果測量的偏差超出給定的閾值，則提供警報。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述監測頻率被選擇為大於由在所述金屬檢測系統的操作期間測量的對象感應到所述平衡線圈系統O)的產品信號的頻率範圍。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中基準單元(11)向分頻器單元(14)提供基準頻率信號(sO)，所述分頻器單元(14)提供具有所述監測頻率(fM)的所述監測信號(s3)， 所述監測頻率(fMQN)在50Hz和1000Hz之間的範圍中，優選在500Hz和700Hz之間的範圍中。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其中從向所述發射器線圈供應所述發射器信號(sl)的功率放大器(1 的輸出獲得所述載波信號(sl)，或者其中從諸如頻率合成器等信號源(1 獲得所述載波信號(sOl)，所述信號源(1 向所述功率放大器(1 提供基準頻率。
5.根據權利要求1-4中的任一項所述的方法，其中所述調製單元(1 是提供用於一個或者兩個邊帶的項以及用於被消除的所述載波信號的項的單邊帶調製器或者雙邊帶調製器，以使得向所述監測線圈04)僅供應一個邊帶或兩個邊帶。
6.根據權利要求1-5中的任一項所述的方法，其中所述接收器線圈(22，2；3)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(31)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(31)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連接到放大器(32)，所述放大器(3 優選經由濾波器單元(3 向所述解調單元(34)發送放大後的信號，所述解調單元(34)提供至少所述解調後的監測信號(s30) 的同相分量和正交分量。
7.根據權利要求6所述的方法，其中將所述解調後的監測信號(s30)的所述同相分量和所述正交分量和/或相關的相位角與在所述金屬檢測系統的最終測試期間測量和存儲的相應值進行比較，已經為所述相應值提供了至少不應該在所述金屬檢測系統的正常操作期間被超出的閾值。
8.根據權利要求7所述的方法，其中將所述載波信號(sOl，sl)的所述同相分量和所述正交分量提供到所述解調單元(34)作為基準，以用於解調目的並且用於測量所述解調後的監測信號(s30)的所述同相分量和所述正交分量和/或相關的相位角，和/或使用所述監測信號(s3)作為基準，以用於測量所述解調後的監測信號(s30)的所述同相分量和所述正交分量和/或相關的相位角的偏差。
9.一種根據如權利要求1-8中的任一項限定的方法進行操作的金屬檢測系統，包括平衡線圈系統O)，所述平衡線圈系統(2)具有連接到發射器單元(1)的發射器線圈(21)，所述發射器單元(1)提供具有固定或可變發射器頻率(fTX)的發射器信號(si)，所述平衡線圈系統(2)還具有第一接收器線圈和第二接收器線圈02，23)，所述第一接收器線圈和所述第二接收器線圈02，23)向接收器單元C3)提供在所述金屬檢測系統平衡的情況下彼此補償的輸出信號(s22，s23)，其特徵在於，提供監測單元(15)，所述監測單元(1 被供應有具有所述發射器頻率(fTX)的載波信號(s01，sl)以及具有監測頻率(fM)的監測信號(s3)， 並且所述監測單元(1 向監測線圈04)提供具有被抑制的載波信號(sl，si』 )的調製後的監測信號(s300)，所述監測線圈04)與所述接收器線圈(22;23)中的至少一個接收器線圈感應耦合，所述接收器線圈(22;23)中的所述至少一個接收器線圈的輸出信號(s22， s23)在解調單元(34)中被解調，所述解調單元(34)向信號處理器(4)提供解調後的監測信號(s30)，所述信號處理器(4)被設計成測量所述解調後的監測信號(s30)的相位和/或幅值與諸如所述監測信號(U)等基準的偏差，並且在所測量的偏差超出給定閾值時，所述信號處理器(4)提供警報。
10.根據權利要求9所述的金屬檢測系統，其中在所述發射器單元(1)中設置功率放大器(13)，所述功率放大器(1 的提供所述載波信號(sl)的輸出連接到所述發射器線圈 (21)並且連接到所述調製單元(1 的第一輸入，或者其中諸如頻率合成器(1 等信號源 (12)提供所述載波信號(sOl)，所述信號源(1 的輸出連接到所述功率放大器(1 的輸入並且連接到所述調製單元(1 的第一輸入。
11.根據權利要求9或10所述的金屬檢測系統，其中基準單元(11)優選向所述信號源 (12)並且向分頻器單元(14)提供基準頻率信號(sO)，所述分頻器單元(14)向所述調製單元(1 的第二輸入提供所述監測信號(s3)。
12.根據權利要求9、10或11所述的金屬檢測系統，其中所述調製單元(1 是提供用於一個或兩個邊帶的項以及用於被消除的所述載波信號的項的單邊帶調製器或者雙邊帶調製器，以使得向所述監測線圈04)僅供應一個或兩個邊帶。
13.根據權利要求9-12中的任一項所述的金屬檢測系統，其中所述接收器線圈02， 23)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(31)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(31)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連接到放大器(32)，所述放大器(3 優選經由濾波器單元 (33)向所述解調單元(34)發送放大後的信號，所述解調單元(34)提供至少所述解調後的監測信號(s30)的同相分量和正交分量。
14.根據權利要求9-13中的任一項所述的金屬檢測系統，其中優選經由至少一個濾波器單元(3 將所述解調後的監測信號(s30)發送到模數轉換器(37)，所述模數轉換器 (37)以數字形式向所述信號處理器(4)提供所述解調後的監測信號(s30)。
15.根據權利要求9-14中的任一項所述的金屬檢測系統，其中所述監測線圈04)圍繞所述接收器線圈(22;2；3)中的一個接收器線圈的尾部進行纏繞，以使得所測量的物體不經過所述監測線圈04)。
全文摘要
本發明公開一種用於監測金屬檢測系統的操作的方法，金屬檢測系統包括具有連接到發射器單元的發射器線圈的平衡線圈系統，發射器單元提供具有固定或可變發射器頻率的發射器信號，平衡線圈系統還具有向接收器單元提供在金屬檢測系統平衡的情況下彼此補償的輸出信號的第一和第二接收器線圈。將具有發射器頻率的載波信號以及具有監測頻率的監測信號提供到監測單元，監測單元抑制載波信號並且提供調製後的監測信號，將調製後的監測信號供應到與接收器線圈中的至少一個感應耦合的監測線圈，在提供解調後的監測信號的解調單元中對接收器線圈的輸出信號進行解調，比較基準與解調後的監測信號的相位和/或幅值。在測量偏差超出給定閾值的情況下發出警報。
文檔編號G01V3/10GK102565860SQ20111030503
公開日2012年7月11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