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属探测门两个线圈半部实质上以相同的方式作用

2015-12-10 15:10:17| 发布者: admin| 查看: 601

     具体实施例方式现在将参照附图对本发明作出更详细的例示性地说明。然而,示例性实施方式仅仅只是实例,其并不旨在将本发明的原理限制于特定布置。在详细地描述本发明之前,应该指出,本发明并不限于装置的具体特定构件也不限于特定的方法步骤,因为这些构件和过程能够变化。本文中所使用的术语仅仅旨在描述特殊实施方式,并不用于限制性意义。而且,如果在说明书或权利要求书中使用了单数或不定冠词,那么这些单数或不定冠词也表示多个这些元件,只要整个上下文没有豪无疑义地表明表示其他含义。在本申请中所使用的表述“抵消局部点”表示在两个发送线圈的中心之间的假想线上的点,所述点在固定几何布置的至少两个场发射线圈重叠时出现,并且在所述点处,流过两个线圈的电流使一个或多个接收线圈中的由此产生的磁场消失。图1示出了在采用PI方法的现有传感器系统的情况下,当使发送线圈1. 10或接收线圈相对于彼此移动时,接收线圈1.9的幅度的波形。

      在图1的金属安检门下方绘制出了接收线圈的相对于位移的幅度1. 7。该位移始于1. 1结束于1. 5,由此在图中从最佳抵消点1. 3起所覆盖的位移路径等于(例如)+/_5mm。如果(例如)接收线圈相对于发送线圈沿双向箭头1.6的方向向右位移,那么接收信号1. 2首先减少。在示例性实施方式中,所述信号相对于提供给发送线圈的信号具有 0°的时钟同步相位角。一旦到达最佳抵消局点(即,解耦点1.3),则接收信号为零,然而, 在进一步位移的过程中,接收信号1. 4再度上升但此时其相位转动了 180°。最佳抵消局部点只在实验室环境中才是相对稳定的。制造公差、温度的影响、线圈布置的机械变形或者例如地面效应的存在(例如,当在含金属的地面中寻找金属时)使这个点移位。此外,在布置附近出现的金属物体也会使该局部点移位。在上述任何不利影响的情况下,最佳抵消点的可能的几何位置将位于(例如)沿着双向箭头1.6的范围内。尽管存在上述所有的不利影响,应利用简单的装置和封闭型调节系统使最佳抵消点始终保持在完全相同的局部位置。这是通过下列方法来实现的对根据现有技术的发送线圈1. 10进行划分,并优选地以形成基本相同且镜像的两个线圈半部的方式对半划分。然而,其他类型的细分也是可能的,只要在存在适当的电流流动时,能够因此获得抵消局部点的连续的或恒定的以及因此不突变的位移即可。图2示出了作为发送线圈的这些线圈部分或线圈半部2. 1和2. 2的布置,其中具有用于第一上线圈半部2. 1的接线(Connection,连接部)2. 3以及用于第二下线圈半部2. 2的接线2. 4。在例示性实施方式中,线圈半部的两条剩余的接线在2. 5处结合。补充接线2. 3和2. 4处的电压的互补电压2. 6和2. 7使得具有在两个线圈半部中产生相同极性的磁场。

       在这种情况下,金属探测门两个线圈半部实质上以相同的方式作用,就好比现有技术中的单个线圈那样。线圈半部 (或更佳地,线圈部分)在下文中被称为发送线圈2. 1,2. 2。图3示出了第一上发送线圈2. 1以及第二下发送线圈2. 2连同接收线圈1. 9 一起的机械布置。为了提供更清晰的区分,接收线圈1. 9采用虚线绘制。接收线圈1. 9在这个例示性实施方式中是圆形的,所述接收线圈的直径大致相当于半圆形发送线圈部分的直径。包括两个发送线圈2. 1和2. 2的发送线圈布置的水平轴线3. 2相对于接收线圈

1.9的水平轴线3. 1倾斜了角度W。因此,发送线圈2. 2与接收线圈1. 9的重叠比发送线圈 2.1与所述接收线圈的重叠多一定的量。实际上,角度W落在(例如)1-10°的范围内。预期的公差(比如温度效应、制造公差等)越大,则需要选择的角度W越大。在发送线圈2. 1、

2.2的布置与接收线圈1. 9之间存在间隔A,在例示性实施方式中所述间隔从各个中心点测量,在发送线圈2. 1和2. 2上具有大小相同但互补的电压的情况下,所述间隔确定了用于解耦的局部点1. 3将位于的大致区域。代替旋转经过一角度的情况,也可构想不同的布置,比如发送线圈相对于彼此移位,使得因此产生接收线圈1.9的不同重叠。因此,接收线圈与优选的两个发送线圈2. 1、2. 2重叠不同的表面面积。只要抵消局部点的位移可利用适当的电流流经所述发送线圈部分而获得的目标达到,那么该目标与发送线圈相对于接收线圈的具体几何布置(通过该布置达到或促进这个目的)是不相关的。理想地,为了实现上述的本发明,结合有根据上述EP 706648B1的幅度调节系统的方法已被证明满足于产生敏感金属探测器。然而也可以构想其他方法,只要当使电流仅流动经过发送线圈的第一部分时,最佳抵消点沿第一方向例如向右朝向点5. 1变位,而当使电流流动经过发送线圈的第二部分时,最佳抵消点沿另外的方向(优选地与第一方向相反的第二方向)例如向左朝向点6. 1变位即可。然后,调节过程确保最佳抵消局部点的位移是受到控制的并且因此发生接收信号1. 11的连续抵消。这里,图4示出了结合有封闭型调节系统的传感器电子系统的示例性实施方式, 所述封闭型调节系统用于使发送线圈2. 1和2. 2中所产生磁场的在接收线圈1. 9中的最佳抵消局部点稳定。时钟脉冲发生器4. 8将第一时钟脉冲信号4. 13传递给第一调节电流源 4. 10以及将第二反相时钟脉冲信号4. 12传递给第二调节电流源4. 9。时钟脉冲发生器的频率可以根据线圈的感应系数来选择,在示例性实施方式中,这个频率接近120kHz。信号可以(例如)是矩形信号或正弦信号。第一调节电流源4. 10馈电给下发送线圈2. 2的接线

        手持金属探测器-pd140

       2. 4。第二调节电流源4. 9以类似于第一调节电流源的方式馈电给上发送线圈2. 1的接线 2. 3。存在于接收线圈1. 9处的信号通过交流电压放大器4. 5 (其在下文中称为放大器)来放大。放大器4. 5的输出信号提供给同步解调器4. 6。该同步解调器从时钟脉冲发生器 4. 8接收第二时钟脉冲信号4. 19以及经由4. 18接收需要用于解调过程的第一时钟脉冲信号。在这种最简单的情况下,在时钟相位的整个周期期间,同步解调器4. 6将以同步的方式向积分比较器4. 7的适当输入提供放大器4. 5输出信号。在这种情况下,时钟脉冲信号 4. 18和4. 19与发送时钟脉冲相位一样长。因此,当积分比较器4. 7的第一输入信号4. 15和第二输入信号4. 17的电压相同时,在接收线圈1.9中将不会出现同步信号分量。从而,在(例如)外部金属影响的情况下,那么接收线圈1. 9处的第一时钟脉冲信号的平均值与第二时钟脉冲信号的平均值相比较。在稳定的状态下,存在于放大器4. 5的输入处的接收信号已经相互对应,并且因此对应于放大器的输出处的零状态,使得放大器4. 5仅在其输入处经历噪音。因此,该放大器能够具有非常高的放大因数,或以高放大因数限幅放大器的形式实现。在稳定的状态下这种情况也应适用于第一输入信号4. 15和第二输入信号4. 17。如果对应于这个零状态的信号不存在于比较器4. 7的输出处,那么对控制值4. 16进行调整,并且因此对发送线圈2. 1,2. 2 中的电流进行调节,直至达到如这个状态一样的时间为止。在时钟脉冲周期的长度期间,接收线圈1. 9的输出信号呈现由金属类型确定的小幅度波形。为了更好地分析金属的性质,因此,同步解调器的采样范围只能在时钟脉冲周期的部分中选择。为此,需要用于解调过程的第一时钟脉冲信号4. 18和第二时钟脉冲信号 4. 19因此变短并且被插入到时钟相位的需要用于金属分析过程的部分中。采样时间点可以自由地选择。采样时间点可以在例如几纳秒的例如多个小步长中选择,并且可以位于时钟周期或时钟脉冲信号中的任意预先定义的或可预先定义的点出,以便从接收信号中获得特定Fe息。积分比较器4. 7对同步解调器4. 6的输出信号进行幅度差的检查,所述输出信号通过同步解调器4. 6与两个时钟脉冲信号4. 12和4. 13相关联。比较器能够以高幅度因数比较电路的形式实现。无论输入电压或输入信号4. 15和4. 17的每个偏差有多小,这种偏差都会导致控制值4. 16相应地偏离其瞬时值。实际上,达到MOdB的“开环”放大率的效果都是令人满意的。这可以通过例如两个连续的运算放大器来产生,这两个连续的运算放大器的交流电压受到抑制,并且在整个控制回路上的利用直流负反馈,即通过在其中包括发送线圈与接收线圈之间的耦合。调节电流源4. 9和4. 10以相互倒向的方式通过倒向级 4. 11受到控制值4. 16的控制,以便重新建立具有同样大幅度的输入信号出现在比较器4. 7 中的状态,即,两个信号波形在比较器4. 7的输入中没有差异出现的状态。如果调节电流源中的一个电流源的电流上升,那么另一个电流源中的电流相应地下降。由于两个线圈半部(即两个发送线圈)中的电流的位移,最佳抵消局部点以无级的方式在宽范围上移位。范围的大小取决于所使用的线圈的尺寸。在线圈直径为例如50mm 的情况下,范围可达例如+/_5mm。图5示出了当发送线圈布置的下发送线圈2. 2正在接收比上发送线圈2. 1大的电流时,最佳抵消局部点5. 1向右的位移。根据图6,在发送电流相反的情况下,最佳抵消点6. 1向左移动。控制电路此时确保针对最佳抵消点所确定的值以使得在同步解调器4. 6处不存在差异信号的方式被不断地重新调整。这就导致了这样的事实金属探测器周围的区域中随时间变化的或动态的改变(比如接近金属)以控制值4. 16 发生改变的形式反映出来。因此,传感器活跃区内没有金属的影响,在接收线圈1.9中没有产生时钟同步分量的方面,发送电流的均衡是有效的,使得因此总是保持最佳抵消点。因此,根据图7,图4 中的控制电路的调节输出处的控制值4. 16采用对应于最佳抵消点的局部位置的某个电气值。接近ceia启亚金属探测门7. 4改变了最佳抵消点。

      因此,具有时钟脉冲同步分量的信号在接收线圈1. 9 中出现,这个信号通过同步整流过程探测,并且通过连续地调整4. 9和4. 10中的发送电流来立即对这个信号进行重新调整,直至接收线圈中的时钟脉冲同步分量消失。图7示出了控制值4. 16的静止状态以及所述控制值在接近金属的区域7. 4内的改变。现在例如出于探测接近金属的目的,可以对处于静止状态的4. 16与更改的控制值7. 3之间的差异进行估值。因此,在这个利用封闭型调节系统的系统中,当接近金属时,并不是如现有技术中的情况那样对接收线圈中产生的信号的大小进行测量并在适当的显示器中呈现给用户,而是相反地,当接近金属时,对因最佳抵消点的局部位移而产生的控制值或(更优地)控制值中的改变进行测量并呈现给用户。调整在Μ S的范围内实现,使得甚至当快速扫过金属时,接收线圈的输出信号将总是维持在同步解调器处没有时钟脉冲同步分量的状态。这里,仅对发送线圈或发送线圈半部中的一个中的电流进行调节原则上是充分的,但是动态范围将因此而受到限制。在制造公差、温度效应或地面效应的情况下,控制值4. 16(偏移量)改变,但在每种情况下都保持接收线圈1. 9中的信号1. 11的最佳抵消。被划分的发送线圈布置的功能在理想情况下,相等的电流流经两个发送线圈2. 1和2. 2或者这两个线圈被供以相等的电压并且表现地得像单个线圈那样。我们将假定最佳抵消点位于图1中所描绘的中心。根据图5,如果电流“仅”流经与发送线圈2. 1相关的发送线圈2. 2,那么最佳抵消点5. 1变化并且“向右”迁移。也就是说,发送线圈布置将会需要相对于接收线圈向右移位以便到达最佳抵消点。反之,根据图6,电流唯一地流动经过发送线圈2. 1将会导致最佳抵消点6.1 “向左”迁移。因此,发送线圈布置将会需要向左移位以便到达最佳抵消点。然而,因为由于图4中所描绘的封闭型调节系统的原因,所有可能的电流值比率都是可能的,所以在固定的发送线圈布置的情况下,总是能够确定地遇到最佳抵消点。如果需要接受线圈的相对较大的制造公差,则这是尤其重要的。如DE 10 2004 047 189A1中那样的辅助绕组的“接通”或者可机械移位的质量块是不需要的。另外的优点在于在有多个大手持金属探测器部件情况下,即使一个金属部件落入某一间隔以下,也具有高动态范围而没有测量值数据的通常频繁的“限制”。在根据图2的图示中,发送线圈示出为圆形的,但自然地,从现有技术中得知的其他形状也是可能的,例如“双D”布置或两个移位的发送线圈位于接收线圈的以上和以下的不对称布置。

       也能够采用微分测量法以类似于上述操作方式的方式来使用这种布置,例如使用在发送线圈内的两个接收线圈(专利DE36 19 308C1)。重要的是,发送线圈或发送线圈的至少主要部分应该细划分,并且,在经过两个线圈部分的电流相同的情况下,所述发送线圈或发送线圈的至少主要部分应当对一个或多个接收线圈起作用,由此产生最佳抵消局部点1.3,并且,在电流仅流经发送线圈的第一半部或第一部分的情况下,最佳抵消点将沿第一方向例如向右朝向点5. 1变位,而在电流流经发送线圈的第二半部或第二部分的情况下,最佳抵消点沿与第一方向相反的第二方向例如向左朝向点6. 1变位。此外,存在调节两个发送线圈中的电流的连续过程,该过程导致最佳抵消局部点的位移,并且因此引起接收信号1. 11的连续抵消。用于两个发送线圈半部中的电流的微分调节的控制值用于估计金属的存在性。图8至11示出了本发明的另外的示例性实施方式。像在第一示例性实施方式中一样,使用简单的装置和封闭型调节系统将最佳抵消点始终准确地保持在相同的局部位置。 这是通过使用多个发送线圈2. 1,8. 3来实现的,优选地以根据图8和图9的两个基本相同且成镜像的线圈半部的形式来实现。

     同样地,在示例性实施方式中,同样由两个基本相同且成镜像的线圈半部形成的多个接收线圈8. 1、8.2用作接收线圈。然而,一些其他类型的细划分也是可能的,只要能够由此使用适当的电流来获得抵消局部点的连续的或恒定的以及因此不突变的位移即可。图3示出了在第一示例性实施方式中所使用的接收线圈和发送线圈半部的重叠布置。为了显著减少该布置所需的间隔的量,在图8至图11中的第二示例性实施方式中使用了多个发送线圈2. 1,8. 3和多个接收线圈8. 1,8. 2。为帮助理解,图8仅示出了第一发送线圈半部2. 1和以虚线示出的第一接收线圈半部8.


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