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技術 金属検出システムの動作を監視するための方法および金属検出システム

出願人 メトラー-トレド・セーフライン・リミテッド
発明者 スティーヴン・マカダム
出願日 2015年3月3日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2015-041109
公開日 2015年10月22日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2015-184278
状態 特許登録済
技術分野
  • -
主要キーワード AND論理素子 置数器 運搬器 位相偏移器 システム欠陥 中間接点 平衡コイル 汚染要因物
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図面 (4)

課題

多重周波金属検出システムの動作を監視するための方法を提供する。

解決手段

平衡コイルシステム2は、少なくとも第1および第2の動作周波数を利用する送信器コイル21と、受信器単位装置3に出力信号s22、s23を提供する第1および第2の受信器コイル22、23とを備える。第1の動作周波数および第2の動作周波数が別個に、各々が監視周波数と一体で、第1および第2の変調単位装置の入力に付与され、それらの第1および第2の変調単位装置は、搬送波のない、第1または第2の変調された監視周波数を各々が備える第1および第2の変調された監視信号を提供し、総和単位装置の入力に付与され、その総和単位装置は、2つの変調された監視周波数を備え、監視コイル24に付与される、組み合わされた出力信号を出力し、その監視コイル24は受信器コイル22;23の少なくとも1つに誘導結合される。

概要

背景

工業用金属検出システムが、望まれない金属汚染物を検出および排除するために使用される。適正に設置され動作させられるときは、その金属検出システムは、金属汚染物を低減し、食品安全性を向上させる一助となる。最新式の金属検出器は、「平衡コイルシステム」を備える探索頭部を利用する。この設計の検出器は、生鮮および冷凍製品などの多種多様の製品内の、鉄、非鉄、およびステンレス鋼を含むすべての金属汚染要因物の型を検出することが可能である。

平衡コイル原理によって動作する金属検出システムは、典型的には、非金属の枠に巻回される、各々が他のものと厳密に平行である、3つのコイルを備える。中心に置かれる送信器コイルは、磁場を生成する高周波電流によって励磁される。送信器コイルの各々の側部上の2つのコイルは、受信器コイルとして働く。2つの受信器コイルは同一であり、送信器コイルから同じ距離で設置されるので、同一の電圧が、それらの受信器コイルの各々で誘導される。システム平衡状態であるときに0である出力信号を受信するために、受信器コイルは、逆の巻回の向きを有する第2の受信器コイルに直列に接続される。ゆえに、同一の振幅および逆の極性のものである、受信器コイルで誘導される電圧は、システムが、金属の汚染物のない状態で、平衡状態である場合に、相互に相殺している。

金属の粒子コイル配置構成を通過する際、高周波場が、最初に一方の受信器コイルの近くで、次いで他方の受信器コイルの近くで乱される。金属の粒子が受信器コイルを通って運搬される間に、各々の受信器コイルで誘導される電圧は(ナノボルトだけ)変化させられる。平衡状態でのこの変化によって、受信器コイルの出力での信号が結果として生じ、その信号は、処理され、増幅され、その後、金属汚染物の存在を検出するために使用され得る。

信号処理経路は、受信された信号を、相互から90°離れている2つの別個の成分に分ける。結果として生じるベクトルは、コイルを通って運搬される製品および汚染要因物に対して典型的である、大きさおよび位相角を有する。金属汚染要因物を識別するために、「製品効果」が取り除かれる、または低減される必要がある。製品の位相を知ることで、対応する信号ベクトルが低減され得る。したがって、信号周波数域から望まれない信号を除去することが、汚染要因物から発生する信号に対する、より高い感度につながる。

汚染要因物の種類および分量に関する情報を得るために、ならびに、振動などの「製品効果」または外乱により引き起こされる望まれない信号を少なくとも部分的に除去するために、システムが、測定される信号の精度の高い信号振幅および信号位相を処理することが重要である。

処理される信号の振幅または位相を劣化させるシステム欠陥が生じる場合、製造過程品質を反映する測定結果は、もはや信頼性は高くない。その上システムは、汚染物が存在する場合に警告を発しない可能性がある(偽陰性)。あるいはシステムは、汚染物が存在しない場合に警告を発する可能性がある(偽陽性)。ゆえに、先進的な金属検出システムが、金属検出システムの動作を監視することを可能にする機器とともに提供される。

金属検出装置の動作を監視するための方法は、EP2439560B1で開示されている。この方法によれば、送信器周波数を伴う搬送波信号、および、監視周波数を伴う監視信号が、変調単位装置に提供され、その変調単位装置は、搬送波信号を抑圧し、変調された監視信号を提供し、その変調された監視信号は監視コイルに付与され、その監視コイルは受信器コイルの1つに誘導結合され、それらの受信器コイルの出力信号は復調単位装置で復調され、その復調単位装置は復調された監視信号を提供し、その復調された監視信号は、基準値と、位相において、および/または振幅において比較される。復調された監視信号と基準値との間の乖離所与のしきい値の値を上回る場合、警告信号が提供される。

WO2006/021045A1では、2つの周波数での同時動作によって、金属検出システムが、標的判別、および、環境により引き起こされる偽信号の排除の両方において、より高い性能を実現することが可能になるということが解説されている。さらに、多重周波数金属検出器の構築が困難であることが、それらの検出器の急増を妨げてきており、その理由は、従来の金属検出器に追加される各々の付帯的な周波数のために、いくつかの処理単位装置が追加されなければならないことになり、そのことによって、検出器の費用および複雑さの両方が増大するからというものであるということが概説されている。

さらに、EP2439560B1での開示に鑑みて、そのような多重周波数金属検出システムはさらに、監視システムが装備されるべきである。しかしながらWO2006/021045A1で説明されたように、金属検出システムにさらなる複雑さを追加することは望ましくないことになる。

概要

多重周波数金属検出システムの動作を監視するための方法を提供する。平衡コイルシステム2は、少なくとも第1および第2の動作周波数を利用する送信器コイル21と、受信器単位装置3に出力信号s22、s23を提供する第1および第2の受信器コイル22、23とを備える。第1の動作周波数および第2の動作周波数が別個に、各々が監視周波数と一体で、第1および第2の変調単位装置の入力に付与され、それらの第1および第2の変調単位装置は、搬送波のない、第1または第2の変調された監視周波数を各々が備える第1および第2の変調された監視信号を提供し、総和単位装置の入力に付与され、その総和単位装置は、2つの変調された監視周波数を備え、監視コイル24に付与される、組み合わされた出力信号を出力し、その監視コイル24は受信器コイル22;23の少なくとも1つに誘導結合される。

目的

本発明は、多重周波数金属検出システムの動作を監視するための方法を提供する

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請求項1

平衡コイルシステム(2)が装備される金属検出システムの動作を監視するための方法であって、前記平衡コイルシステム(2)が、少なくとも第1および第2の動作周波数(fTX1、fTX2)を備える送信器信号(s1)を提供する第1の送信器単位装置(13)に接続される送信器コイル(21)と、前記金属検出システムが平衡状態である場合に相互に補償する、受信器単位装置(3)に出力信号(s22、s23)を提供する第1および第2の受信器コイル(22、23)とを備える、方法において、第2の送信器単位装置(5)で、a)前記第1の動作周波数(fTX1)を伴う第1の信号(s11)、および、監視周波数(fMON)を伴う監視信号(sM)が、第1の変調単位装置(52)の入力に付与され、前記第1の変調単位装置(52)が、搬送波のない、第1の変調された監視周波数(fMM1)を備える第1の変調された監視信号(sMM1)を出力し、b)前記第2の動作周波数(fTX2)を伴う第2の信号(s12)、および、前記監視周波数(fMON)を伴う前記監視信号(sM)が、第2の変調単位装置(53)の入力に付与され、前記第2の変調単位装置(53)が、搬送波のない、第2の変調された監視周波数(fMM2)を備える第2の変調された監視信号(sMM2)を出力し、前記第1および前記第2の変調された監視信号(sMM1、sMM2)が、総和単位装置(54)の入力に付与され、前記総和単位装置(54)が、前記2つの変調された監視周波数(fMM1、fMM2)を備え、監視コイル(24)に付与される、組み合わされた出力信号(sMM12)を出力し、前記監視コイル(24)が前記受信器コイル(22;23)の少なくとも1つに誘導結合され、前記受信器コイル(22;23)の出力信号(s22、s23)が復調単位装置(34)で復調され、前記復調単位装置(34)が、前記動作周波数(fTX1、fTX2)の各々の1つに対して、復調された監視信号(sM1;sM2)を提供し、前記復調された監視信号(sM1;sM2)が、測定過程を制御するために使用される性能情報を得るために、前記監視信号(sM)などの基準値と、位相において、および/または振幅において比較されることを特徴とする、方法。

請求項2

請求項1に記載の方法において、第1の分周器単位装置(51)が、前記変調単位装置(52、53)に、選択された位相偏移を伴う前記動作周波数(fTX1、fTX2)の各々を給送する、方法。

請求項3

請求項1または2に記載の方法において、前記変調単位装置(52、53)がXOR論理素子である、方法。

請求項4

請求項1、2、または3に記載の方法において、前記総和単位装置(54)が、多重化器であって、多重化周波数によって、前記第1の変調された監視信号(sMM1)および前記第2の変調された監視信号(sMM2)を前記多重化器の出力に交互に切り替える、多重化器である、方法。

請求項5

請求項1から4の一項に記載の方法において、前記動作周波数(fTX1、fTX2)、前記監視周波数(fMON)、および前記多重化周波数(fREF)が、共通の基準周波数(fREF)から分周により導出され、前記動作周波数(fTX1、fTX2)が好ましくは、前記基準周波数(fREF)より30〜600の範囲内の係数だけ低い、方法。

請求項6

請求項5に記載の方法において、前記第1の変調された監視信号(sMM1)、および、反転器(544)を介する前記基準周波数(fREF)または前記基準周波数(fREF)の派生物が、ANDまたはNAND機能を有する第1の論理素子(541)の入力に付与され、前記第2の変調された監視信号(sMM2)および前記基準周波数(fREF)が、ANDまたはNAND機能を有する第2の論理素子(542)の入力に付与され、前記第1および第2の論理素子(541、542)の出力信号が、OR機能またはNAND機能を有し、前記組み合わされた出力信号(sMM12)を供給する、第3の論理素子の入力に付与される、方法。

請求項7

請求項1から6の一項に記載の方法において、前記監視周波数(fMON)が、前記金属検出システムの前記動作の間に測定される物体により前記平衡コイルシステム(2)内に誘導される製品信号周波数範囲より上で選択される、方法。

請求項8

請求項7に記載の方法において、基準単位装置(11)が、第2の分周器単位装置(14)に、前記基準周波数(fREF)を備える基準周波数信号(s0)を提供しており、前記第2の分周器単位装置(14)が、50Hzから1000Hzの間の範囲内の、好ましくは500Hzから700Hzの間の範囲内の前記監視周波数(fMON)を伴う前記監視信号(sM)を提供している、方法。

請求項9

請求項1から8の一項に記載の方法において、入力で前記基準周波数(fREF)を受信すし、前記動作周波数(fTX1、fTX2)の倍数を提供する、周波数合成器などの周波数源(12)が、前記第1の送信器(13)に対して、および前記第2の送信器(5)に対して選択されるようにする、方法。

請求項10

請求項1から9の一項に記載の方法において、前記第1の変調された監視信号(sMM1)が、所望の振幅を伴う前記第1の変調された監視周波数(fMM1)を転送するために濾波および/または増幅され、前記第2の変調された監視信号(sMM2)が、所望の振幅を伴う前記第2の変調された監視周波数(fMM2)を転送するために濾波および/または増幅される、方法。

請求項11

請求項1から10の一項に記載の方法において、前記組み合わされた出力信号(sMM12)が、前記組み合わされた出力信号(sMM12)が前記監視コイル(24)に付与される前に濾波および/または増幅される、方法。

請求項12

請求項1から11の一項で定義されるような方法によって動作し、平衡コイルシステム(2)が装備される金属検出システムであって、前記平衡コイルシステム(2)が、少なくとも第1および第2の動作周波数(fTX1、fTX2)を備える送信器信号(s1)を提供する第1の送信器単位装置(13)に接続される送信器コイル(21)と、前記金属検出システムが平衡状態である場合に相互に補償する、受信器単位装置(3)に出力信号(s22、s23)を提供する第1および第2の受信器コイル(22、23)とを備える、金属検出システムにおいて、第2の送信器単位装置(5)が設けられ、前記第2の送信器単位装置(5)で、a)前記第1の動作周波数(fTX1)を伴う第1の信号(s11)、および、監視周波数(fMON)を伴う監視信号(sM)が、第1の変調単位装置(52)の入力に付与され得るものであり、前記第1の変調単位装置(52)が、搬送波のない、変調された監視周波数(fMM1)を備える第1の変調された監視信号(sMM1)を出力し、b)前記第2の動作周波数(fTX2)を伴う第2の信号(s12)、および、前記監視周波数(fMON)を伴う前記監視信号(sM)が、第2の変調単位装置(53)の入力に付与され、前記第2の変調単位装置(53)が、搬送波のない、第2の変調された監視周波数(fMM2)を備える第2の変調された監視信号(sMM2)を出力し、前記第1および前記第2の変調された監視信号(sMM1、sMM2)が、総和単位装置(54)の入力に付与され得るものであり、前記総和単位装置(54)が、前記2つの変調された監視周波数(fMM1、fMM2)を備え、監視コイル(24)に付与され得る、組み合わされた出力信号(sMM12)を提供し、前記監視コイル(24)が前記受信器コイル(22;23)の少なくとも1つに誘導結合され、前記受信器コイル(22;23)の出力信号(s22、s23)が復調単位装置(34)で復調され得るものであり、前記復調単位装置(34)が、前記動作周波数(fTX1、fTX2)の各々の1つに対して、復調された監視信号(sM1;sM2)を提供し、前記復調された監視信号(sM1;sM2)が、前記監視信号(sM)などの基準値と、位相において、および/または振幅において、信号処理器(4)により比較され得ることを特徴とする、金属検出システム。

請求項13

請求項12に記載の金属検出システムにおいて、前記変調単位装置(52、53)がXOR論理素子である、金属検出システム。

請求項14

請求項12または13に記載の金属検出システムにおいて、前記総和単位装置(54)が、多重化器であって、多重化周波数(fREF)によって、前記第1の変調された監視信号(sMM1)および前記第2の変調された監視信号(sMM2)を前記多重化器の出力に交互に切り替える、多重化器である、金属検出システム。

技術分野

0001

本発明は、多重周波金属検出装置の動作を監視するための方法に、および、この方法を実装する多重周波数金属検出装置に関係する。

背景技術

0002

工業用金属検出システムが、望まれない金属汚染物を検出および排除するために使用される。適正に設置され動作させられるときは、その金属検出システムは、金属汚染物を低減し、食品安全性を向上させる一助となる。最新式の金属検出器は、「平衡コイルシステム」を備える探索頭部を利用する。この設計の検出器は、生鮮および冷凍製品などの多種多様の製品内の、鉄、非鉄、およびステンレス鋼を含むすべての金属汚染要因物の型を検出することが可能である。

0003

平衡コイル原理によって動作する金属検出システムは、典型的には、非金属の枠に巻回される、各々が他のものと厳密に平行である、3つのコイルを備える。中心に置かれる送信器コイルは、磁場を生成する高周波電流によって励磁される。送信器コイルの各々の側部上の2つのコイルは、受信器コイルとして働く。2つの受信器コイルは同一であり、送信器コイルから同じ距離で設置されるので、同一の電圧が、それらの受信器コイルの各々で誘導される。システム平衡状態であるときに0である出力信号を受信するために、受信器コイルは、逆の巻回の向きを有する第2の受信器コイルに直列に接続される。ゆえに、同一の振幅および逆の極性のものである、受信器コイルで誘導される電圧は、システムが、金属の汚染物のない状態で、平衡状態である場合に、相互に相殺している。

0004

金属の粒子コイル配置構成を通過する際、高周波場が、最初に一方の受信器コイルの近くで、次いで他方の受信器コイルの近くで乱される。金属の粒子が受信器コイルを通って運搬される間に、各々の受信器コイルで誘導される電圧は(ナノボルトだけ)変化させられる。平衡状態でのこの変化によって、受信器コイルの出力での信号が結果として生じ、その信号は、処理され、増幅され、その後、金属汚染物の存在を検出するために使用され得る。

0005

信号処理経路は、受信された信号を、相互から90°離れている2つの別個の成分に分ける。結果として生じるベクトルは、コイルを通って運搬される製品および汚染要因物に対して典型的である、大きさおよび位相角を有する。金属汚染要因物を識別するために、「製品効果」が取り除かれる、または低減される必要がある。製品の位相を知ることで、対応する信号ベクトルが低減され得る。したがって、信号周波数域から望まれない信号を除去することが、汚染要因物から発生する信号に対する、より高い感度につながる。

0006

汚染要因物の種類および分量に関する情報を得るために、ならびに、振動などの「製品効果」または外乱により引き起こされる望まれない信号を少なくとも部分的に除去するために、システムが、測定される信号の精度の高い信号振幅および信号位相を処理することが重要である。

0007

処理される信号の振幅または位相を劣化させるシステム欠陥が生じる場合、製造過程品質を反映する測定結果は、もはや信頼性は高くない。その上システムは、汚染物が存在する場合に警告を発しない可能性がある(偽陰性)。あるいはシステムは、汚染物が存在しない場合に警告を発する可能性がある(偽陽性)。ゆえに、先進的な金属検出システムが、金属検出システムの動作を監視することを可能にする機器とともに提供される。

0008

金属検出装置の動作を監視するための方法は、EP2439560B1で開示されている。この方法によれば、送信器周波数を伴う搬送波信号、および、監視周波数を伴う監視信号が、変調単位装置に提供され、その変調単位装置は、搬送波信号を抑圧し、変調された監視信号を提供し、その変調された監視信号は監視コイルに付与され、その監視コイルは受信器コイルの1つに誘導結合され、それらの受信器コイルの出力信号は復調単位装置で復調され、その復調単位装置は復調された監視信号を提供し、その復調された監視信号は、基準値と、位相において、および/または振幅において比較される。復調された監視信号と基準値との間の乖離所与のしきい値の値を上回る場合、警告信号が提供される。

0009

WO2006/021045A1では、2つの周波数での同時動作によって、金属検出システムが、標的判別、および、環境により引き起こされる偽信号の排除の両方において、より高い性能を実現することが可能になるということが解説されている。さらに、多重周波数金属検出器の構築が困難であることが、それらの検出器の急増を妨げてきており、その理由は、従来の金属検出器に追加される各々の付帯的な周波数のために、いくつかの処理単位装置が追加されなければならないことになり、そのことによって、検出器の費用および複雑さの両方が増大するからというものであるということが概説されている。

0010

さらに、EP2439560B1での開示に鑑みて、そのような多重周波数金属検出システムはさらに、監視システムが装備されるべきである。しかしながらWO2006/021045A1で説明されたように、金属検出システムにさらなる複雑さを追加することは望ましくないことになる。

先行技術

0011

EP2439560B1
WO2006/021045A1
米国特許第5703514A

発明が解決しようとする課題

0012

したがって本発明は、多重周波数金属検出システムの動作を監視するための方法を提供する目的に、および、この方法によって動作する多重周波数金属検出システムを提供する目的に基づく。

0013

詳細には本発明は、すべてのシステム構成および動作様式に対して、金属検出システムが製品汚染物を正しく検出することを妨げることになる誤動作を検出することを可能にする方法を提供する目的に基づく。

0014

さらに本発明は、わずかな労力、および低い数の追加的なハードウェア単位装置によって実装され得る方法を提供する目的に基づく。本発明の金属検出システムの複雑さは、強化された性能に比例して上昇するはずではなく、むしろ同じ水準のままであるはずである。

課題を解決するための手段

0015

本発明の上記および他の目的は、請求項1で定義されるような、金属検出システムの動作するための改善された方法、および、請求項12で定義されるような、この方法によって動作する金属検出システムにより実現される。

0016

方法は、平衡コイルシステムが装備される金属検出システムの動作を監視することに役立つものであり、その平衡コイルシステムは、少なくとも第1および第2の動作周波数を備える送信器信号を提供する第1の送信器単位装置に接続される送信器コイルと、金属検出システムが平衡状態である場合に相互に補償する、受信器単位装置に出力信号を提供する第1および第2の受信器コイルとを備える。

0017

本発明によれば、
− 第1の動作周波数を伴う第1の信号、および、監視周波数を伴う監視信号が、第1の変調単位装置の入力に付与され、その第1の変調単位装置が、搬送波のない、第1の変調された監視周波数を備える第1の変調された監視信号を出力し、
− 第2の動作周波数を伴う第2の信号、および、監視周波数を伴う監視信号が、第2の変調単位装置の入力に付与され、その第2の変調単位装置が、搬送波のない、第2の変調された監視周波数を備える第2の変調された監視信号を出力する。

0018

変調された監視周波数は、監視周波数によって動作周波数を変調した後に結果として生じる側波帯信号である。動作周波数に関係する搬送波周波数は、変調された監視信号では抑圧される。

0019

第1および第2の変調された監視信号は、次いで、総和単位装置の入力に付与され、その総和単位装置は、2つの変調された監視周波数を備え、監視コイルに付与される、組み合わされた出力信号を出力し、その監視コイルは受信器コイルの少なくとも1つに誘導結合され、それらの受信器コイルの出力信号は復調単位装置で復調され、その復調単位装置は、動作周波数の各々の1つに対して、復調された監視信号を提供し、それらの復調された監視信号は、性能情報を得るために、監視信号などの基準値と、位相において、および/または振幅において個々に比較される。

0020

基準値、好ましくは、第2の送信器単位装置から受信される監視信号との、復調された監視信号の比較が、振幅もしくは位相においての差を指示する場合、得られる製品信号は、そのことに応じて補正され得るものであり、または例えば、乖離が所与のしきい値の値を上回る場合、警告が誘発され得る。

0021

本発明によれば、各々の動作周波数に対して、好ましくは、動作周波数から監視周波数だけずらされる単一の側波帯からなる、変調された監視信号が提供される。選択された任意の動作周波数を伴う金属検出システムの任意の構成が、任意の不規則性が検出され得るように精密に監視され得る。したがって金属検出システムの挙動は、単一の周波数に対してだけでなく、周波数のあらゆる組み合わせに対して監視される。

0022

ゆえに本発明の方法によって、1対の選択された動作周波数の各々の動作周波数に対して金属検出システムの性能を測定すること、および、測定された性能が仕様の範囲内にあるかどうかを検証することが可能になる。システムの送信器部分および受信器部分が正しく動作するかどうかが検査され得る。さらに、設置場所からの影響力、例えば振動または磁場などの、他の外乱が、測定過程に負の影響を与えるかどうかが検査され得る。

0023

さらに本発明の目的は、効率的に達せられる。好適な実施形態では、XOR論理素子が変調単位装置として使用される。この方途では、搬送波が抑圧された信号が、各々の動作周波数に対して最も効率的に生成され得る。各々の動作周波数に対して生成される、変調された監視信号は、次いで、総和単位装置に付与され、その総和単位装置は好ましくは、多重化器であって、多重化周波数によって、第1の変調された監視信号および第2の変調された監視信号をその多重化器の出力に交互に切り替える、多重化器である。所望の変調された監視周波数を備える多重化器の出力信号であって、その出力信号が監視コイルに付与される前に、さらなる段において増幅および濾波され得る、多重化器の出力信号。変調された監視信号は、多重化器により織り交ぜられ、単一の信号に効率的に統合される。

0024

総和単位装置は好ましくは、以下のように信号を処理する論理素子からなる。第1の変調された監視信号、および、基準周波数を伴う基準信号が、AND機能を有する第1の論理素子の入力に付与される。第2の変調された監視信号、および、基準周波数を伴う基準信号が、AND機能を有する第2の論理素子の入力に付与される。第1および第2の論理素子の入力での基準信号は、例えば、信号の1つを、反転器を介して、関係付けられた論理素子に付与することにより、相互に対して反転させられる。第1および第2の論理素子の出力信号は、OR機能を有する第3の論理素子の入力に付与される。その結果として、第1または第2の変調された監視信号のみが、一時に第3の論理素子の入力および出力に存在する。

0025

さらなる好適な実施形態では、動作周波数、監視周波数、および多重化周波数は、共通の基準周波数から分周により導出される。動作周波数は好ましくは、基準周波数より30〜600の範囲内の係数だけ低い。この方策によって、すべての動作様式で、デジタル信号の位相一貫処理が、高い安定性および最適の精度を伴って得られる。分周器比および基準周波数は、すべての所望の動作周波数が生成され得るような方途で選択される。

0026

金属検出システムの性能を測定する過程は、侵入的であり、したがって非常に信頼性が高い一方で、測定過程へのこの過程のいかなる乱れの影響も回避される。この目的で、平衡コイルシステム内に導入される信号は、測定過程との干渉が起こらないような方途で選択される。監視周波数は、金属検出システムの動作の間に測定される物体により平衡コイルシステム内に誘導される製品信号の周波数範囲より上であるように選択される。

0027

測定過程から監視信号を分離することが、好ましくは、受信器板に取り付けられる受信器コイルの1つの尾部に巻回される、監視コイルの配置および設置によっても実現される。監視信号の、場合によっては残存する影響力は、金属検出システムの最終的な較正によって除去され得る。他方で測定過程はさらに、測定される製品は監視コイルを通って移動しないことになるので、監視過程を乱さないことになる。

0028

監視周波数は、50Hzから1000Hzの範囲内で、好ましくは500Hzから700Hzの間の範囲内で選択される。例えば、615Hzの周波数が選択される。好ましくは監視周波数および送信器周波数は、動作の間に変わり得る送信器周波数が、監視周波数の偶数倍数であるような方途で選択される。この実施形態ではシステム全体は、位相一貫で動作することになり、そのことによって、信号処理単位装置での位相一貫性に対する追加的な試験が可能になる。

0029

動作周波数は、精密な復調を可能にする特定の位相角を伴って送信器単位装置に付与される。好適な実施形態では、基準周波数から導出され、選択された動作周波数の倍数の各々を呈する送信器信号が、選択可能であり、分周器機構に付与可能であり、その分周器機構は、選択された動作周波数に達するように、対応する係数により各々の倍数を分周する。そのような分周器単位装置、例えばJohnson環状計数器は、分周係数が8であるならば、45°刻みで位相偏移を提供することが可能である。さらなるデジタル周波数分周器および位相偏移器が、米国特許第5703514A号において開示されている。

0030

第1および第2の変調された監視信号は、所望の振幅を伴う所望の変調された監視周波数を提供し、一方で乱れの周波数を抑圧するために、濾波および/または増幅され得る。ただし、濾波器および増幅器は好ましくは、組み合わされた出力信号が処理される信号鎖内で配置構成される。

0031

本発明の目的および利点の一部が説述されたが、他のものは、以下の説明が、付随する図面とともに検討される際に明らかとなろう。

図面の簡単な説明

0032

送信器コイル21に付与される、2つの動作周波数fTX1、fTX2を伴う第1の送信器信号s1と、監視コイル24に付与される、2つの変調された監視周波数fMM1、fMM2を備える第2の送信器信号sMM12とを提供する送信器基本単位1を備える、本発明の金属検出システムのブロック図である。
第1の送信器信号s1を給送する第1の送信器単位装置13と、第2の送信器信号sMM12を給送する第2の送信器単位装置5とを伴う、好適な実施形態での図1の金属検出システムの送信器基本単位1のブロック図である。
好適な実施形態での図2の第2の送信器単位装置5の図である。

実施例

0033

図1は、送信器基本単位1と、送信器コイル21、第1の受信器コイル22、第2の受信器コイル23、および監視コイル24を伴う平衡コイルシステム2と、受信器単位装置3と、信号処理単位装置4と、標準的なインターフェース入力機構、および出力機構を備える電算機システム8とを備える、本発明の金属検出システムのブロック図を示す。図1は、上で製品Pが、送信器コイル21を通って、および受信器コイル22、23を通って移送される運搬器6をさらに示す。

0034

図2に好適な実施形態で示される、本発明の送信器基本単位1は、送信器コイル21に、2つの動作周波数fTX1、fTX2を伴う第1の送信器信号s1を付与する第1の送信器単位装置13と、監視コイル24に、2つの変調された監視周波数fMM1、fMM2を伴う、第2の送信器信号または組み合わされた出力信号sMM12を付与する第2の送信器単位装置5とを備える。

0035

送信器信号s1は、同一の受信器コイル22、23で信号s22、s23を誘導し、それらの信号s22、s23は、システムが平衡状態である限りは、すなわち、運搬される製品Pが金属によって汚染されていない限りは、同じ振幅であるが逆の極性のものである。

0036

製品Pcが導電性物体によって汚染されている場合、同一の受信器コイル22、23での信号s22、s23は、その製品Pcが平衡コイルシステム2を通過する間に変化することになる。

0037

結果として、受信器コイル22、23で誘導される動作周波数fTX1、fTX2は、基底帯域信号によって変調されるものであり、その基底帯域信号の振幅および周波数は、導電性物体または汚染物の、特質、寸法、および移動速度に依存する。

0038

製品Pcおよび汚染物の特質に応じて、受信器コイル22、23で誘導される信号s22、s23は、典型的には、両方の動作周波数fTX1、fTX2に対して変化することになる。しかしながら、信号s22、s23への影響は、典型的には、各々の動作周波数fTX1、fTX2に対して同一とはならない。ゆえに、第1の種類の汚染要因物に対しては、第1の動作周波数fTX1の観測が好ましい場合があり、一方で第2の動作周波数fTX2の観測が、他の汚染要因物に対しては好ましい場合がある。

0039

導電性物体は監視コイル24を通って移動していないので、監視コイル24の磁場は乱されない。干渉は、中で送信器コイル21および受信器コイル22、23が配置構成される枠20の外側に監視コイル24を配置することにより、さらに回避される。図1に示されるように、監視コイル24は、受信器単位装置3に接続される第2の受信器コイル23の脚部に巻回される。ゆえに製品Pは、監視コイル24を通って移動せず、したがって監視信号に影響力を及ぼさない。

0040

受信器コイル22、23の出力信号s22およびs23、ならびに、受信器コイル22、23に誘導されている、組み合わされた変調された監視信号sMM12が、受信器コイル22、23を鏡像にした、平衡変成器31の中間接点型の1次巻線に付与される。さらに平衡変成器31は、2つの同一の中間接点型の2次巻線を備え、それらの2次巻線の両尾部は増幅器32に接続される。製品Pまたは汚染物Pcにより変調されている動作周波数fTX1、fTX2と、対応する変調された監視周波数fMM1、fMM2とを内包する、平衡変成器31により提供される受信器信号sRが、増幅器32で増幅され、その後、濾波器単位装置33で濾波され、その濾波器単位装置33が、増幅および濾波された受信器信号sRを復調単位装置34に提供する。

0041

復調単位装置34では受信器信号sRは、送信器基本単位1により供給される、復調周波数すなわち動作周波数fTX1、fTX2を伴う復調信号sd1、sd2を付与することにより復調される。

0042

受信器信号sRを復調することにより、第1の動作周波数fTX1に対する第1の製品信号sP1、および、第2の動作周波数fTX2に対する第2の製品信号sP2が得られる。

0043

さらに、第1の動作周波数fTX1に対して第1の復調された監視信号sM1が、および、第2の動作周波数fTX2に対して第2の復調された監視信号sM2が得られる。製品信号sP1およびsP2は、製品および汚染物Pcの影響力を表す。復調された監視信号sM1およびsM2は、金属検出システムの状況、および乱れの影響力に関する情報を内包する。

0044

復調単位装置34の出力で提供される、製品信号sP1、sP2、および、復調された監視信号sM1、sM2、好ましくは同相および直交の信号が、濾波器単位装置35に転送され、その濾波器単位装置35によって、所望の信号が利得単位装置36に対して通過することが可能になり、その利得単位装置36によって、処理される信号の振幅を所望の値に設定することが可能になる。その後、濾波および較正された信号は、アナログデジタル変換器37でアナログ形式からデジタル形式に変換される。アナログデジタル変換器37の出力信号は、デジタル信号処理器などの信号処理単位装置4に転送され、その信号処理単位装置4が、各々の動作周波数fTX1、fTX2に対して得られた、復調および処理された監視信号sM1およびsM2を基準値の値と比較する。評価過程において結果として生じるデータは、次いで、データ処理単位装置に、または電算機端末8に転送される。復調された監視信号sM1およびsM2が、所与の基準値から、あらかじめ設定されたしきい値より多くの値だけ異なる場合、警告が発せられる。あるいは、復調された監視信号sM1およびsM2から入手される情報が、送信器基本単位1または受信器段3に付与されるパラメータを調整するために使用され得る。

0045

測定過程を制御するために、信号処理器4は、送信器基本単位1内に、および受信器単位装置3内に設けられる様々な基本単位の機能を制御することが可能である。この目的で信号処理器4は、第1の制御信号c32を増幅器単位装置32に、第2の制御信号c33を第1の濾波器単位装置33に、第3の制御信号c35を第2の濾波器単位装置35に、第4の制御信号c36を利得単位装置36に、および、第5の制御信号c37をアナログデジタル変換器37に転送している。これらの制御信号c32、c33、c35、c36、およびc37によって、個々の受信器単位装置32、33、35、36、および37での、増幅および濾波器の特性が、選択または調整され得る。第6の制御信号c11および第7の制御信号c12が、下記で説明されるように送信器基本単位1に転送される。述べられた制御信号は、図1に示されるように信号処理器4により、または、電算機システムもしくは制御単位装置8により提供され得る。

0046

図2は、第1の送信器単位装置13と第2の送信器単位装置5とを備える、図1に示される金属検出システムの送信器基本単位1のブロック図を示す。
送信器基本単位1は、周波数合成器などの周波数源12に、基準周波数fREFを伴う基準信号s0を提供する基準単位装置11をさらに備え、その周波数源12は、信号処理器4または制御単位装置8から受信される第6の制御信号c11により制御される。したがって信号処理器4または制御単位装置8は、第1の送信器単位装置13に転送される、適した動作周波数fTX1、fTX2、またはそれらの倍数8fTX1、8fTX2を選択することが可能であり、その第1の送信器単位装置13は、分周器単位装置131、総和単位装置132、および電力増幅器133を内包し、その電力増幅器133は、増幅された送信器信号s1を、平衡コイルシステム2の送信器コイル21に提供している。分周器単位装置131は、動作周波数fTX1、fTX2の倍数8fTX1、8fTX2を、総和単位装置132に転送される動作周波数fTX1、fTX2を得るために、対応する係数により分周し、その総和単位装置132は、両方の動作周波数を伴う単一の信号を電力増幅器133に提供する。総和単位装置132は好ましくは、下記で説明される総和単位装置54と同様に動作する。

0047

基準周波数fREFを伴う基準信号s0は、分周器単位装置14にさらに提供され、その分周器単位装置14は、好ましくは偶数により基準周波数fREFを分周し、そのことによって監視周波数fMONを得るものであり、その監視周波数fMONは、信号sMによって、一方では信号処理器単位装置4に、および他方では第2の送信器単位装置5に転送され、その第2の送信器単位装置5は、第2の送信器信号、すなわち、2つの変調された監視周波数fMM1、fMM2を備える、組み合わされた出力信号sMM12を監視コイル24に提供している。

0048

第2の送信器単位装置5内に、分周器単位装置51が設けられ、その分周器単位装置51は、周波数源12で選択された動作周波数の倍数8fTX1、8fTX2を受信し、好ましくは、45°の倍数だけの、所与の除数8による、既定の位相偏移を伴う、動作周波数fTX1、fTX2を得るために、対応する係数により分周する。分周器単位装置51により提供される、対応する第1の信号s11および第2の信号s12は、次いで、以下のように監視周波数fMONによって変調される。

0049

第1の動作周波数fTX1を伴う第1の信号s11、および、監視周波数fMONを伴う監視信号sMが、第1の変調単位装置52の入力に付与され、その第1の変調単位装置52は、搬送波のない、第1の変調された監視周波数fMM1を備える第1の変調された監視信号sMM1を出力する。

0050

第2の動作周波数fTX2を伴う第2の信号s12、および、監視周波数fMONを伴う監視信号sMが、第2の変調単位装置53の入力に付与され、その第2の変調単位装置53は、搬送波のない、第2の変調された監視周波数fMM2を備える第2の変調された監視信号sMM2を出力する。

0051

この好適な実施形態では、2つの変調単位装置52、53は、両側波帯抑圧搬送波原理(DSB−SC)によって第1および第2の変調された監視信号sMM1、sMM2を提供するXOR論理素子である。ゆえに、変調された監視信号sMM1、sMM2は、中で、測定される、および場合によっては汚染されている製品P、Pcにより信号が誘導される、変調された動作周波数fTX1、fTX2の周囲の周波数範囲の帯域幅の外側にある側波帯のみを備える。

0052

変調された監視信号sMM1およびsMM2は、総和単位装置54の入力に付与され、その総和単位装置54は、2つの変調された監視周波数fMM1およびfMM2を備え、さらなる処理単位装置55に付与される、組み合わされた出力信号sMM12を出力し、そのさらなる処理単位装置55で、組み合わされた出力信号sMM12は、その組み合わされた出力信号sMM12が監視コイル24に付与される前に濾波および/または増幅される。さらなる処理単位装置55は、制御信号または制御母線c12によって、信号処理単位装置4または制御単位装置8により制御される。

0053

図3は、好適な実施形態での、総和単位装置54を伴う図2の第2の送信器単位装置5を示す。総和単位装置54は2つのAND論理素子541、542からなり、それらのAND論理素子の出力は、OR論理素子543の別個の入力に接続される。変調単位装置52、53、またはXOR論理素子により提供される、変調された監視信号sMM1、sMM2が、AND論理素子541、542の対応する第1の入力に付与される。基準周波数fREFが、第2のAND論理素子542の第2の入力に、および、反転器544を介して第1のAND論理素子541の第2の入力に付与される。その結果として、AND論理素子541、542の1つのみが、一時に作動化され、関係付けられた変調された監視信号sMM1またはsMM2が、関係付けられた入力を介してOR論理素子543の出力に通過することを可能にする。その結果として、好ましくは50/50である基準周波数fREFの使用率に対応して、2つの変調された監視信号sMM1、sMM2が、OR論理素子543の出力に出現し、2つの変調された監視周波数fMM1、fMM2を備える、組み合わされた出力信号sMM12を形成する。

0054

組み合わされた出力信号sMM12は、次いで、制御信号c12によって制御される、さらなる処理単位装置55に付与され、その制御信号c12によって、利得単位装置または前置増幅器551のパラメータの設定、濾波器単位装置552のパラメータの設定、および、電力増幅器553のパラメータの設定が可能になり、その電力増幅器553の出力が監視コイル24に接続される。

0055

ゆえに制御信号c12によって、第2の送信器単位装置5は、金属検出システムの任意の動作様式またはシステム構成に適合され得る。濾波器段552は、任意の選択された動作周波数fTX、または変調された監視周波数fMMに対して、乱れの周波数または側波帯を除去するように設定され得る。

0056

本発明の方法は、2つの動作周波数fTX1、fTX2の付与に対して説明された。しかしながら、論理素子5X、5Y、5Zによって図3記号的に示されるように、本発明の解決策のさらなる利点は、本発明の金属検出システムは、3つ以上の動作周波数fTX1、fTX2、fTXnを使用することに対して容易に拡張され得るということである。XOR論理素子5Xは、AND論理素子5Yの第1の入力に付与される、変調された監視信号sMMnを提供する変調単位装置として役立つことになり、そのAND論理素子5Yの第2の入力は、多重化または時分割信号muxを受信する。AND論理素子541、542、5Yを順次作動化することになる多重化信号muxは、例えば、Overbeck計数器などの環状計数器により提供され得る。

0057

例えば、4つのAND論理素子に対して、4置数器ワンホット計数器が設けられ得るものであり、その計数器は、1000の初期置数器値を有し、繰り返しの基本形:1000、0100、0010、0001、1000、…を生成する。この計数器により個々に制御または対処されて、4つのAND論理素子は順次作動化され得るものであり、そのことによって、4つの変調された監視周波数は、AND論理素子の出力に通るように順次切り替えられ得る。4つのAND論理素子の出力は、2つのOR論理素子の入力に個々に接続され得るものであり、それらのOR論理素子の出力は、さらなるOR論理素子に接続される。その結果として、4つの変調された監視信号sMM1、sMM2、sMM3、sMMnは、このさらなるOR論理素子の出力で、時分割様式で順次存在する。ゆえに、変調された監視周波数fMM1、fMM2、…、fMMnが、任意の数の動作周波数fTX1、fTX2、…、fTXnに対して第2の送信器単位装置5で生成され得る。

0058

1送信器基本単位
2平衡コイルシステム
3受信器単位装置、受信器段
4信号処理単位装置、信号処理器、信号処理器単位装置
5 第2の送信器単位装置、第2の送信器
6運搬器
8電算機システム、電算機端末、制御単位装置
11基準単位装置
12周波数源
13 第1の送信器単位装置、第1の送信器
14分周器単位装置、第2の分周器単位装置
20 枠
21送信器コイル
22 第1の受信器コイル、受信器コイル
23 第2の受信器コイル、受信器コイル
24監視コイル
31平衡変成器
32増幅器、増幅器単位装置、個々の受信器単位装置
33濾波器単位装置、第1の濾波器単位装置、個々の受信器単位装置
34復調単位装置
35 濾波器単位装置、第2の濾波器単位装置、個々の受信器単位装置
36 利得単位装置、個々の受信器単位装置
37アナログデジタル変換器、個々の受信器単位装置
51 分周器単位装置、第1の分周器単位装置
52 第1の変調単位装置、変調単位装置
53 第2の変調単位装置、変調単位装置
54 総和単位装置
55 さらなる処理単位装置
131 分周器単位装置
132 総和単位装置
133電力増幅器
541AND論理素子、第1のAND論理素子、第1の論理素子
542 AND論理素子、第2のAND論理素子、第2の論理素子
543 OR論理素子
544反転器
551 利得単位装置または前置増幅器
552 濾波器単位装置、濾波器段
553 電力増幅器
5X 論理素子、XOR論理素子
5Y 論理素子、AND論理素子
5Z 論理素子
c11 第6の制御信号
c12 第7の制御信号、制御信号または制御母線、制御信号
c32 第1の制御信号、制御信号
c33 第2の制御信号、制御信号
c35 第3の制御信号、制御信号
c36 第4の制御信号、制御信号
c37 第5の制御信号、制御信号
fMM変調された監視周波数
fMM1 変調された監視周波数、第1の変調された監視周波数
fMM2 変調された監視周波数、第2の変調された監視周波数
fMMn 変調された監視周波数
fMON 監視周波数
fREF基準周波数、多重化周波数
fTX動作周波数
fTX1 動作周波数、第1の動作周波数
fTX2 動作周波数、第2の動作周波数
fTXn 動作周波数
mux 多重化または時分割信号、多重化信号
P製品
Pc 製品、汚染物
s0基準信号、基準周波数信号
s1 第1の送信器信号、送信器信号
s11 第1の信号
s12 第2の信号
s22、s23 信号、出力信号
sd1、sd2復調信号
sM 信号、監視信号
sM1 第1の復調された監視信号、復調された監視信号、復調および処理された監視信号
sM2 第2の復調された監視信号、復調された監視信号、復調および処理された監視信号
sMM1 第1の変調された監視信号、変調された監視信号
sMM12 第2の送信器信号、組み合わされた出力信号、組み合わされた変調された監視信号
sMM2 第2の変調された監視信号、変調された監視信号
sMM3、sMMn 変調された監視信号
sP1 第1の製品信号、製品信号
sP2 第2の製品信号、製品信号
sR 受信器信号

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