DE102012013554A1

DE102012013554A1 - Device for adjusting coils of industrial metal detector used for detecting e.g. metal chips in cheese to be examined, has capacitor decades enabling freely selectably adjusting of transmitter coil frequency and/or receiver coil frequency

Info

Publication number: DE102012013554A1
Application number: DE201210013554
Authority: DE
Inventors: Manfred Artinger
Original assignee: Mesutronic Geraetebau GmbH
Current assignee: Mesutronic Geraetebau GmbH
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-09

Abstract

The device has a transmitter unit (1) for producing a transmitter voltage for a transmitter coil (3). A receiver unit (2) processes a receiver voltage of a receiver coil (4). The transmitter unit and the receiver unit are operated in resonance by switchable capacitor decades (7, 8). The capacitor decades are associated to the transmitter unit and the receiver unit. The capacitor decades enable freely selectably adjusting of a frequency of the transmitter coil and/or a frequency of the receiver coil. The capacitor decades include multiple capacitors connected in series or parallel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abgleich von Metalldetektorspulen, die wenigstens eine Senderspule und wenigstens eine Empfängerspule umfassen, mit einer Sendereinheit zum Erzeugen einer Senderspannung für die Senderspule und mit einer Empfängereinheit zum Verarbeiten einer Empfängerspannung von der Empfängerspule, bei der die Sendereinheit und die Empfängereinheit mittels wenigstens einer Abgleicheinheit jeweils in Resonanz betreibbar sind.The present invention relates to a device for matching metal detector coils, comprising at least one transmitter coil and at least one receiver coil, with a transmitter unit for generating a transmitter voltage for the transmitter coil and with a receiver unit for processing a receiver voltage from the receiver coil, wherein the transmitter unit and the receiver unit By means of at least one adjustment unit are each operable in resonance.

Industrielle Metalldetektoren, die zum Erfassen von Metall (Partikel, Späne usw.) in einem zu untersuchenden Gut dienen, weisen in der Regel eine Senderspule und eine Empfängerspule auf. Die Senderspule und die Empfängerspule werden zusammen auch als Suchspulen bezeichnet.Industrial metal detectors, which are used to detect metal (particles, chips, etc.) in a good to be examined, usually have a transmitter coil and a receiver coil. The transmitter coil and the receiver coil together are also referred to as search coils.

Diese Suchspulen bestehen in der Regel aus einer Bandfilteranordnung. Die Bandfilteranordnung ist dabei auf eine bestimmte Frequenz abgeglichen, die der Arbeitsfrequenz des Metalldetektors entspricht.These search coils usually consist of a band filter arrangement. The band filter arrangement is adjusted to a specific frequency, which corresponds to the operating frequency of the metal detector.

Die Arbeitsfrequenz hängt dabei von dem zu untersuchenden Gut ab. So erfordert beispielsweise feuchtes Gut, wie etwa Wurst oder Käse, eine niedrigere Arbeitsfrequenz der Suchspule als trockene Produkte.The working frequency depends on the good to be examined. For example, moist material, such as sausage or cheese, requires a lower operating frequency of the search coil than dry products.

Dies bedeutet, dass bei einem Metalldetektor die Senderfrequenz einer Sendereinheit die Resonanzfrequenz der Bandfilteranordnung bzw. der Suchspule ist. Die Abstellung auf die Resonanzfrequenz ist von großer Bedeutung, da bei Resonanz durch die Suchspule ein hoher Strom fliesst, was die Ansprechempfindlichkeit des Metalldetektors erheblich steigert.This means that in the case of a metal detector, the transmitter frequency of a transmitter unit is the resonant frequency of the bandpass filter arrangement or of the search coil. The response to the resonant frequency is of great importance, since a high current flows at resonance through the search coil, which significantly increases the responsiveness of the metal detector.

1 veranschaulicht eine herkömmliche Einfrequenzanlage eines Metalldetektors. Eine Sendereinheit 1 und eine Empfängereinheit 2 bilden eine Elektronik der Anlage insgesamt. Die Sendereinheit 1 erzeugt eine Senderspannung für eine Senderspule 3, der eine Empfängerspule 4 gegenüber liegt. Die Empfängerspule 4 ist mit der Empfängereinheit 2 verbunden, welche ein ihr von der Empfängerspule 4 zugeliefertes Signal auswertet. Befindet sich nämlich im Zwischenraum zwischen den Spulen 3 und 4 ein Metallteilchen, so verzerrt dieses Metallteilchen das von der Senderspule 3 an die Empfängerspule 4 übertragene Signal. In der Praxis besteht die Empfängerspule 4 aus mehreren, vorzugsweise zwei Einzelspulen. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird hier aber von einer Empfängerspule gesprochen. Auch für die Senderspule 3 können gegebenenfalls mehrere Einzelspulen eingesetzt werden. 1 illustrates a conventional single frequency system of a metal detector. A transmitter unit 1 and a receiver unit 2 form an electronics of the plant altogether. The transmitter unit 1 generates a transmitter voltage for a transmitter coil 3 , the receiver coil 4 is opposite. The receiver coil 4 is with the receiver unit 2 connected to it by the receiver coil 4 evaluates supplied signal. Is located in the space between the coils 3 and 4, a metal particle, this metal particle distorts that from the transmitter coil 3 to the receiver coil 4 transmitted signal. In practice, there is the receiver coil 4 from several, preferably two individual coils. To simplify the description, however, a receiver coil is used here. Also for the transmitter coil 3 If necessary, several individual coils can be used.

Zum Abgleich auf die Resonanzfrequenz dienen Kondensatoren C, die jeweils parallel zu der Spule 3 bzw. zu der Spule 4 liegen. Diese Kondensatoren werden abhängig von dem zu untersuchenden Gut ausgewählt und in die Anlage des Metalldetektors fest eingebaut, was einen nicht zu unterschätzenden Aufwand bedeutet.For adjustment to the resonance frequency serve capacitors C, each parallel to the coil 3 or to the coil 4 lie. These capacitors are selected depending on the good to be examined and installed firmly in the system of the metal detector, which means a not inconsiderable expense.

Um einen Metalldetektor auch für Gut unterschiedlicher Art bzw. Konsistenz einsetzbar zu machen, wurde bereits daran gedacht, die Suchspulen beispielsweise auf zwei vorgegebene Frequenzen mit fest eingebauten Kondensatoren abzugleichen. Eine solche Anlage ist in 2 veranschaulicht, in welcher sich einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in 1. Bei der Anlage von 2 werden die entsprechenden Kondensatoren C mit Relaiskontakten 5 je nach der ausgewählten Frequenz in die Bandfilteranordnung geschaltet. Dieses Schalten ist von der Sendereinheit 1 bzw. der Empfängereinheit 2 gesteuert, was durch Verbindungen 6 angedeutet ist.In order to make it possible to use a metal detector also for good of different types or consistencies, it has already been considered to match the search coils, for example, to two predetermined frequencies with permanently installed capacitors. Such a facility is in 2 illustrates in which corresponding parts are provided with the same reference numerals as in 1 , At the plant of 2 become the corresponding capacitors C with relay contacts 5 switched to the band filter arrangement depending on the selected frequency. This switching is from the transmitter unit 1 or the receiver unit 2 controlled, what through connections 6 is indicated.

Die Anlage der 2 bietet gegenüber der Anlage von 1 zwar den Vorteil, dass hier eine Abstimmung auf zwei verschiedene Frequenzen durch Zuschaltung entsprechender Kondensatoren C möglich ist. Dennoch liegt bei der Anlage von 2 ebenso wie bei der Anlage von 1 die Notwendigkeit vor, entsprechende Kondensatoren fest in die Anlage einzubauen.The plant of 2 offers opposite the plant of 1 Although the advantage that a vote on two different frequencies by connecting corresponding capacitors C is possible here. Nevertheless lies with the plant of 2 as well as in the plant of 1 the need to install appropriate capacitors firmly in the system.

Bei Anlagen mit mehr als zwei Frequenzen werden derzeit entsprechend viele Kondensatoren eingesetzt und mit der gleichen Anzahl von Relaiskontakten geschaltet, was zwar die Einsatzmöglichkeit der Anlage steigert, jedoch den Aufwand für den Einbau von Kondensatoren entsprechend erhöht.In systems with more than two frequencies currently many capacitors are used and connected with the same number of relay contacts, which indeed increases the application of the system, but increases the cost of installing capacitors accordingly.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Abgleich von Metalldetektorspulen zu schaffen, bei der eine flexible Auswahl von Frequenzen möglich ist, so dass vorab nicht auf feste Frequenzen abgeglichen zu werden braucht und die Frequenzen vielmehr frei wählbar sind.It is therefore an object of the present invention to provide a device for balancing metal detector coils, in which a flexible selection of frequencies is possible, so that in advance does not need to be matched to fixed frequencies and the frequencies are rather freely selectable.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Abgleicheinheit die Frequenz der Senderspule und/oder die Frequenz der Empfängerspule frei wählbar einzustellen vermag. Als Abgleicheinheit wird dabei vorzugsweise eine schaltbare Kondensatordekade eingesetzt. Die Kondensatordekade kann aus mehreren, in Reihe geschalteten schaltbaren Kondensatoren bestehen. Ebenso ist es möglich, für die Kondensatordekade mehrere parallel geschaltete, schaltbare Kondensatoren zu verwenden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:This object is achieved in a device of the aforementioned type according to the invention that the at least one adjustment unit is able to set the frequency of the transmitter coil and / or the frequency of the receiver coil freely selectable. As a balancing unit is preferably used a switchable capacitor decade. The capacitor decade can consist of several series-connected switchable capacitors. It is likewise possible to use a plurality of parallel-connected, switchable capacitors for the capacitor decade. The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Einfrequenzanlage, 1 a schematic representation of a conventional single-frequency system,

2 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Zweifrequenzanlage, 2 a schematic representation of a conventional two-frequency system,

3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer Mehrfrequenzanlage, 3 a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention with a multi-frequency system,

4 ein Beispiel für eine Kondensatordekade in Reihenschaltung, 4 an example of a capacitor decade in series,

5 ein Beispiel für eine Kondensatordekade in Parallelschaltung, 5 an example of a capacitor decade in parallel,

6 und 7 Darstellungen für die Bewertung der Resonanz in der Senderspule, 6 and 7 Representations for the evaluation of the resonance in the transmitter coil,

8 und 9 Darstellungen für die Bewertung der Resonanz in der Empfängerspule und 8th and 9 Representations for the evaluation of the resonance in the receiver coil and

10 ein Ablaufdiagramm für die Einstellung der Resonanz in Senderspule und Empfängerspule. 10 a flow chart for the adjustment of the resonance in the transmitter coil and receiver coil.

Die 1 und 2 sind bereits eingangs erläutert worden.The 1 and 2 have already been explained at the beginning.

In den Figuren werden entsprechenden Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht mehrmals erläutert.In the figures, corresponding parts are each provided with the same reference numerals and not explained several times.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Mehrfrequenzanlage. Anstelle eines oder mehrerer Kondensatoren wie in den herkömmlichen Anlagen gemäß den 1 und 2 liegt hier jeweils eine Kondensatordekade 7 bzw. 8 parallel zur Senderspule 3 bzw. Empfängerspule 4 (bzw. zu deren zwei Einzelspulen), wobei diese Kondensatordekaden 7 und 8 jeweils über eine Verbindung 6 von der Sendereinheit 1 bzw. der Empfängereinheit 2 gesteuert sind. Die Sendereinheit 1 und die Empfängereinheit 2 können auch Teil eines Rechners sein. 3 shows an embodiment of the device according to the invention in a multi-frequency system. Instead of one or more capacitors as in the conventional systems according to the 1 and 2 there is a capacitor decade here 7 respectively. 8th parallel to the transmitter coil 3 or receiver coil 4 (or to its two individual coils), these capacitor decades 7 and 8th each via a connection 6 from the transmitter unit 1 or the receiver unit 2 are controlled. The transmitter unit 1 and the receiver unit 2 can also be part of a computer.

Die Kondensatordekaden 7 und 8 können jeweils in der in den 4 und 5 gezeigten Weise aufgebaut sein und aus einer Reihenschaltung von Kondensatoren C (vgl. 4) oder aus einer Parallelschaltung von Kondensatoren (vgl. 5) bestehen. Die einzelnen Kondensatoren C sind dabei über Relaiskontakte 5 gesteuert, die ihrerseits über Verbindungen 6 an die Sendereinheit 1 bzw. die Empfängereinheit 2 angeschlossen sind.The capacitor decades 7 and 8th can each be in the in the 4 and 5 shown manner and from a series circuit of capacitors C (see. 4 ) or from a parallel connection of capacitors (cf. 5 ) consist. The individual capacitors C are via relay contacts 5 controlled, in turn, via connections 6 to the transmitter unit 1 or the receiver unit 2 are connected.

Hier sei angemerkt, dass anstelle einer Serienschaltung gemäß 4 oder einer Parallelschaltung gemäß 5 auch eine Serien- und Parallelschaltung von Kondensatoren C vorgesehen sein kann, bei der einzelne Kondensatoren C parallel und andere Kondensatoren C in Serie geschaltet sind. Auch können bei der erfindungsgemäßen Einrichtung jeweils mehr als eine Senderspule und mehr als eine Empfängerspule vorhanden sein.It should be noted that instead of a series circuit according to 4 or a parallel connection according to 5 It is also possible to provide a series and parallel connection of capacitors C, in which individual capacitors C are connected in parallel and other capacitors C are connected in series. Also, more than one transmitter coil and more than one receiver coil may be present in the inventive device.

Für einen automatischen Abgleich müssen die Kondensatordekaden 7, 8 so geschaltet sein, dass sich sowohl die Senderspule 3 als auch die Empfängerspule 4 in Resonanz befinden. Die Senderspule 3 und die Kondensatordekade 7 können als Parallelschwingkreis angesehen werden. Gleiches gilt für die Empfängerspule 4 und die Kondensatordekade 8.For an automatic adjustment, the capacitor decades must 7 . 8th be switched so that both the transmitter coil 3 as well as the receiver coil 4 are in resonance. The transmitter coil 3 and the capacitor decade 7 can be considered as a parallel resonant circuit. The same applies to the receiver coil 4 and the capacitor decade 8th ,

Die Resonanz des senderseitigen Parallelschwingkreises kann entweder durch seine Impedanz oder durch die Phasenverschiebung zwischen Speisespannung (Ausgangsspannung von Sendereinheit 1) und Senderspannung (Spannung an Spule 3) bewertet werden.The resonance of the transmitter-side parallel resonant circuit can either by its impedance or by the phase shift between supply voltage (output voltage from transmitter unit 1 ) and transmitter voltage (voltage to coil 3 ) be rated.

Hierzu kann ein Strommesswiderstand R_S in den Senderkreis eingefügt werden (vgl. 3). Die an diesem Strommesswiderstand R_S gemessene Spannung U_S dient dann zur Beurteilung der Resonanz: Der Schwingkreis aus der Senderspule 3 und der Kondensatordekade 7 befindet sich in Resonanz, wenn der Speisestrom am geringsten ist, also die Spannung U_S einen minimalen Wert hat.For this purpose, a current measuring resistor R _S can be inserted into the transmitter circuit (cf. 3 ). The measured at this current sense resistor R _S voltage U _S is then used for the evaluation of the resonance: The resonant circuit of the transmitter coil 3 and the capacitor decade 7 is in resonance when the supply current is lowest, so the voltage U _{S has} a minimum value.

6 veranschaulicht, dass beispielsweise bei einer Frequenz f₀ = 5,033 kHz die Dämpfung dB im Schwingkreis praktisch den Wert 0 annimmt, so dass Resonanz vorliegt. 6 illustrates that, for example, at a frequency f ₀ = 5.033 kHz, the attenuation dB in the resonant circuit practically takes the value 0, so that resonance is present.

Ebenso liegt Resonanz vor, wenn die Phasenverschiebung φ im Schwingkreis zwischen Speisespannung und Senderspannung den Wert 0 hat, wie dies 7 zu entnehmen ist.Likewise, there is resonance when the phase shift φ in the resonant circuit between supply voltage and transmitter voltage has the value 0, as this 7 can be seen.

Bei dem auf der Empfängerseite gebildeten Bandfilter aus der Empfängerspule 4 und der Kondensatordekade 8 kann die Resonanz durch die Spannungshöhe oder durch die Phasenverschiebung zwischen Speisespannung (Ausgangsspannung von Empfängereinheit 2) und Empfängerspannung (Spannung an Spule 4) bewertet werden.In the case of the bandpass filter formed on the receiver side from the receiver coil 4 and the capacitor decade 8th can the resonance by the voltage level or by the phase shift between supply voltage (output voltage from receiver unit 2 ) and receiver voltage (voltage to coil 4 ) be rated.

Hierzu wird beispielsweise die Spannung U_e über der Kondensatordekade 8 gemessen. Der Schwingkreis befindet sich in Resonanz, wenn diese Spannung U_e einen Maximalwert annimmt, so dass hier Dämpfung dB am geringsten ist (vgl. 8). Resonanz liegt ebenfalls vor, wenn die Phasenverschiebung zur Speisespannung U_S 90° beträgt, wie dies in 9 für eine Frequenz f₀ von 5,05 kHz gezeigt ist.For this purpose, for example, the voltage U _e across the capacitor decade 8th measured. The resonant circuit is in resonance when this voltage U _e assumes a maximum value, so that attenuation dB is lowest here (cf. 8th ). Resonance is also present when the phase shift to the supply voltage U _{S is} 90 °, as in 9 is shown for a frequency f ₀ of 5.05 kHz.

10 veranschaulicht den Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung: zunächst wird die Einrichtung bzw. Anlage eingeschaltet (Schnitt S1). Sodann wird die Speisespannung U_S am Kondensator R_S gemessen (Schnitt S2). Anschließend wird der Kapazitätswert der Kondensatordekade erhöht (Schnitt S3). Die Maßnahme wird solange durchgeführt, bis die Spannung U_S einen Minimalwert erreicht hat. Damit liegt dann senderseitig Resonanz vor. 10 illustrates the operation of the device according to the invention: first, the device or system is turned on (section S1). Then, the supply voltage U _S at the capacitor R _{S is} measured (section S2). Subsequently, the capacitance value of the capacitor decade is increased (section S3). The measure is carried out until the voltage U _S has reached a minimum value. This is then the transmitter before resonance.

Um auch empfängerseitig Resonanz einzustellen, wird sodann die Spannung U_e über der Kondensatordekade 8 gemessen (Schritt S4). Der Kapazitätswert der Kondensatordekade 8 wird anschließend so lange erhöht (Schritt S5), bis die Spannung U_e ihren Maximalwert erreicht hat.In order to set the receiver side resonance, then the voltage U _e on the capacitor decade 8th measured (step S4). The capacitance value of the capacitor decade 8th is then increased (step S5) until the voltage U _e has reached its maximum value.

Ist dieser Maximalwert der Spannung U_e erreicht, so liegt Resonanz in der gesamten Anlage vor.If this maximum value of the voltage U _{e is} reached, then there is resonance in the entire system.

Die Erfindung ermöglicht so eine vielfältig einsetzbare Einrichtung zum Abgleich von Metalldetektorspulen. Es ist damit möglich, diese Einrichtung für zu erfassendes feuchtes Gut auf eine Frequenz zwischen 10 kHz bis 100 kHz oder für die Erfassung von trockenem Gut auf eine Frequenz zwischen 100 kHz und 1 MHz, insbesondere 600 kHz, einzustellen. Aufwändige Einbauten von Kondensatoren abhängig von der gewünschten Verwendung der Anlage sind nicht erforderlich. Vielmehr genügt es, senderseitig und empfängerseitig jeweils eine Kondensatordekade einzusetzen, die dann ohne weiteres, wie dies oben anhand der 10 erläutert wurde, auf Resonanz eingestellt werden kann.The invention thus enables a versatile device for balancing metal detector coils. It is thus possible to set this device for wet material to be detected at a frequency between 10 kHz to 100 kHz or for the detection of dry Good to a frequency between 100 kHz and 1 MHz, in particular 600 kHz. Elaborate installations of capacitors depending on the desired use of the system are not required. Rather, it is sufficient to use the transmitter side and the receiver side each have a capacitor decade, which then readily, as described above with reference to 10 has been explained, can be tuned to resonance.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sendereinheittransmitter unit
22: Empfängerreceiver
33: Senderspuletransmitter coil
44: Empfängerspulereceiver coil
55: Relaiskontakterelay contacts
66: Verbindungconnection
77: Kondensatordekadecapacitor decade
88th: Kondensatordekadecapacitor decade
CC: Kondensatorcapacitor
U_S U _S: Speisespannungsupply voltage
R_S R _S: Widerstandresistance
U_e U _e: Empfängerspannungreceiver voltage

Claims

Device for matching metal detector coils which comprise at least one transmitter coil ( 3 ) and at least one receiver coil ( 4 ), with a transmitter unit ( 1 ) for generating a transmitter voltage for the transmitter coil ( 3 ) and with a receiver unit ( 2 ) for processing a receiver voltage from the receiver coil ( 4 ), in which the transmitter unit ( 1 ) and the receiver unit ( 2 ) by means of at least one matching unit ( 7 . 8th ) are each operable in resonance, characterized in that the at least one adjustment unit, the frequency of the transmitter coil ( 3 ) and / or the frequency of the receiver coil ( 4 ) is free to select.

Device according to claim 1, characterized in that the transmitter unit ( 1 ) and the receiver unit ( 2 ) is assigned in each case an adjustment unit.

Device according to claim 1 and 2, characterized in that the balancing unit ( 7 . 8th ) is a switchable capacitor decade.

Device according to claim 3, characterized in that the capacitor decade consists of a plurality of series-connected switchable capacitors (C).

Device according to claim 3, characterized in that the capacitor decade consists of a plurality of parallel switchable capacitors (C).

Device according to claim 3, characterized in that the capacitor decade consists of a plurality of series-connected and parallel switchable capacitors.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the resonance in the transmitter coil ( 3 ) is adjustable by evaluating their impedance or by the phase shift between supply voltage and transmitter voltage.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the resonance in the receiver coil ( 4 ) is adjustable by evaluation of the receiver voltage at the receiver coil or by the phase shift between the supply voltage and the receiver voltage.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the frequency is adjustable to 10 kHz to 100 kHz for wet material to be detected.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that for the dry good to be detected, the frequency is adjustable to 100 kHz to 1 MHz and in particular to 600 kHz.