BRPI1105884A2

BRPI1105884A2 - mÉtodo para operaÇço de um sistema de detecÇço de metal e sistema de detecÇço de metal

Info

Publication number: BRPI1105884A2
Application number: BRPI1105884-6A
Authority: BR
Inventors: Stephen Mcadam
Original assignee: Mettler Toledo Safeline Ltd
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-03-26
Also published as: JP2012083345A; US8278918B2; CA2752962A1; BRPI1105884B1; CN102540261B; JP5856425B2; US20120086455A1; EP2439559B1; CA2752962C; EP2439559A1; CN102540261A

Abstract

MÉTODO PARA OPERAÇçO DE UM SISTEMA DE DETECÇçO DE METAL E SISTEMA DE DETECÇçO DE METAL E SISTEMA DE DETECÇçO DE METAL. A presente invenção refere-se a um método para operação de um sistema de detecção de metal (1) que compreende um sistema de bobina equilibrada com uma bobina transmissora (4) que é conectada a uma unidade transmissora (3) que gera sinais de transmissor tendo uma frequência de transmissor que é selecionada de um grupo de pelo menos duas frequências de transmissor, e com uma primeira e uma segunda bobinas receptoras (6, 7) que fornecem sinais de saída á entrada de sinal de pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15) incluída em uma unidade receptora (5) cujos sinais de saída compensam uns aos outros de modo que o sistema fique em equilíbrio, caracterizado pelo fato de que uma unidade de controle (16) gera um sinal de controle de acordo com a frequência do transmissor da unidade transmissora (3) e que é fornecido à entrada de controle de pelo menos uma unidade de impedância controlável (12, 13) que é acoplada à entrada de sinal da pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15), em que o sinal de controle fica controlando o valor de impedância seja aumentado ou diminuído quando a frequência do transmissor for aumentada ou diminuída.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE DETECÇÃO DE METAL E SIS- TEMA DE DETECÇÃO DE METAL".

A presente invenção refere-se a um método para operação de um sistema de detecção de metal e a um sistema de detecção de metal ope- rando de acordo com este método.

Na indústria onde maquinaria está envolvida na produção de bens, há sempre uma probabilidade que um pedaço de metal, tal como um parafuso com porca ou parafuso sem porca, solte da maquinaria, e por fim acabe no produto processado. Portanto, sistemas de detecção de metal são usados em vários estágios de um processo de produção para detectar pro- dutos que são contaminados por metal. Sistemas de detecção de metal são também freqüentemente usados para inspecionar produto acabado, para assegurar padrões de segurança e de qualidade aos consumidores. Os sistemas de detecção de metal mais modernos utilizam uma

cabeça de pesquisa compreendendo um "sistema de bobina equilibrada" que compreende três bobinas, uma bobina transmissora e duas bobinas re- ceptoras que estão alinhadas em paralelo. Durante o processo de inspeção, o produto, tipicamente transportado em uma correia de transporte, é passa- do através das bobinas do "sistema de bobina equilibrada". Na bobina transmissora, que é colocada entre as bobinas receptoras, flui uma corrente elétrica que gera um campo magnético alternado que induz um sinal elétrico nas duas bobinas receptoras. As bobinas receptoras são posicionadas sime- tricamente à bobina transmissora, de modo que os sinais idênticos são indu- zidos em ambas as bobinas receptoras quando nenhum produto estiver pre- sente no "sistema de bobinas equilibradas". Além disso, as bobinas recepto- ras são acopladas juntas em uma tal maneira que os sinais induzidos nas mesmas são subtraídos uns dos outros. Naquele modo, quando nenhum produto estiver presente no sistema de bobina equilibrada, há um sinal zero na saída das bobinas receptoras. Porém, um pedaço de material magneti- camente e/ou eletricamente condutivo que passa pelo sistema de bobina equilibrada perturbará o campo magnético e causará modificações do sinal elétrico que é induzido nas bobinas receptoras. Estas perturbações ocorrem primeiro na primeira bobina receptora e depois na segunda bobina recepto- ra, quando o produto chega nas mesmas. Como resultado, um sinal elétrico com uma fase e amplitude específicas aparecerá na saída das bobinas re- ceptoras, quando o produto passar pelo "sistema de bobina equilibrada". Cada material magnético e/ou condutivo que passar pelo sistema de detec- ção de metal cria um sinal diferente, de acordo com sua condutividade, sua permeabilidade magnética, sua forma, seu tamanho e sua orientação com relação às bobinas receptoras. Para detectar a presença de metal no produto, os sinais induzi-

dos nas bobinas receptoras são processados no estágio de receptor que tipicamente compreende um amplificador de entrada. Em um outro estágio, os sinais processados são analisados em fase e amplitude para detectar contaminação de metal. Por fim, os resultados são exibidos em uma interfa- ce do usuário e/ou sinalizados para o sistema de controle.

Vários tipos de metais que são usados na maquinaria, incluindo ferrosos (ferro), não ferrosos (por exemplo, cobre, alumínio, bronze) e vários tipos de aço inoxidável, podem aparecer como contaminante em um produto processado. Se um tal metal tiver uma permeabilidade magnética alta, como ferrita, que será primariamente reativo, que significa que sua fase de sinal estará perto de zero, enquanto um metal com uma baixa permeabilidade magnética será primariamente resistivo e terá uma fase de sinal perto de 90 graus com relação à fase do sinal de transmissor. Metais ferrosos são facil- mente detectáveis por causa de sua diferença de fase pequena com o sinal do transmissor. Materiais contaminantes com uma condutividade alta podem ser facilmente detectados se o produto inspecionado estiver seco. Por outro lado, metais não ferrosos e particularmente aço inoxidável são difíceis de detectar em produtos molhados uma vez que sua fase é similar à fase do produto.

Porém, nem todo metal que passa por um sistema de detecção

de metal é um contaminante, uma vez que pode fazer parte da embalagem do produto. Durante a inspeção, o produto está freqüentemente em seu es- tado final e já embalado. Pode ser embrulhado em um filme metalizado, tipi- camente um filme plástico revestido com alumínio. Este metal eletricamente condutivo da embalagem do produto cria um sinal no sistema de detecção de metal que não deve ser confundido com um sinal causado por um conta- minante de metal. Consequentemente para detectar um produto contamina- do, é requerido que o sistema de detecção de metal seja capaz de distinguir entre os sinais que originam do material de embalagem e os sinais que ori- ginam dos contaminantes de metal.

Ainda, nem todas as perturbações do campo magnético das bo- binas receptoras são causadas por produtos e contaminantes de metal per- correndo através do "sistema de bobina equilibrada". Vibrações de um mate- rial condutivo próximo do sistema de bobina equilibrada também causam alterações de sinal nas bobinas receptoras que necessitam ser distinguidas dos sinais causados por produtos contaminados. Sinais causados por vibra- ções estão primariamente em fase com o sinal de transmissor.

Produtos alimentícios como queijo, carne fresca, pão quente, ge- Ieia e pepinos em conserva são, em geral, eletricamente condutivos se eles contiverem água, sal ou ácido. Portanto, tais produtos percorrendo através do sistema de bobina equilibrada também perturbam os campos magnéticos, desse modo causando um sinal na saída das bobinas receptoras. Para evitar uma falsa rejeição de um produto, o sinal do produto necessita ser compen- sado ou eliminado.

Consequentemente, para uma inspeção segura do produto, os sinais causados pelas vibrações, pelo produto e pela embalagem têm que ser eliminados de modo que apenas os sinais que são causados pelos con- taminantes de metal sejam considerados. Porém, foi descoberto que a fase e a magnitude dos sinais causados pelo produto e pelos contaminantes de metal dependem da freqüência aplicada do transmissor.

Em sistemas conhecidos, a freqüência do transmissor é, portan- to selecionável em um tal modo que a fase dos componentes de sinal dos contaminantes de metal estará fora de fase com o componente de sinal do produto. US5994897A, por exemplo, revela um aparelho que é capaz de comutar entre pelo menos duas freqüências de transmissor diferentes de modo que qualquer partícula de metal em um produto estará sujeita à varre- dura em freqüências diferentes. A freqüência de operação é alterada rapi- damente de modo que qualquer partícula de metal que passa em uma cor- reia de transporte será varrida em dois ou mais freqüências diferentes. No evento que para uma primeira freqüência do transmissor o componente de sinal causado por uma partícula de metal está perto da fase do componente de sinal do produto e desse modo é mascarado, então é assumido que para uma segunda freqüência, a fase do componente de sinal causada pela partí- cula de metal diferirá da fase do componente de sinal do produto de modo que estes componentes de sinal podem ser distinguidos. Comutando entre muitas freqüências, é esperado que uma freqüência proveja uma sensibili- dade adequada por qualquer tipo, tamanho e orientação de metal particular. Porém, sistemas de detecção de metal que operam em freqüên-

cias diferentes tipicamente têm uma sensibilidade mais baixa que os siste- mas que são ajustados em uma freqüência simples.

Consequentemente, embora os sinais de contaminantes de me- tal possam ser obtidos com uma fase desejável, a detecção destes sinais ainda pode falhar devido à baixa sensibilidade do sistema de detecção de metal.

A presente invenção é, portanto, com base no objetivo de prover um método melhorado para operar um sistema de detecção de metal que usa duas ou mais freqüências de transmissor como também no objetivo de fornecer um sistema de detecção de metal que opera de acordo com este método.

Particularmente, a presente invenção é com base no objetivo de fornecer um método que permite detectar contaminantes de metal, particu- larmente contaminantes de aço inoxidável, com sensibilidade alta, enquanto os sinais causados pelo produto, pela embalagem, vibrações ou outras per- turbações potenciais são suprimidos ou eliminados.

Mais particularmente, a presente invenção é com base no objeti- vo de prover um método melhorado para um sistema de detecção de metal que permite a seleção de numerosas freqüências de transmissor, preferivel- mente com etapas pequenas na faixa de alguns kHz a 1 MHz1 ou que gera sinais quadrados de onda compreendendo um número grande de harmôni- cos, para os quais sinais com uma fase desejável podem ser obtidos para os contaminantes de metal.

Os objetivos acima e outros da presente invenção são alcança- dos com um método melhorado para operar um sistema de detecção de me- tal como definido na reivindicação 1 e com um sistema de detecção de metal operando de acordo com este método como definido na reivindicação 8.

O sistema de detecção de metal compreende um sistema de bo- bina equilibrada com uma bobina transmissora e uma primeira e uma se- gunda bobina receptora. A bobina transmissora é conectada a uma unidade transmissora que gera sinais do transmissor tendo uma freqüência de transmissor que é selecionada de um grupo de pelo menos duas freqüências de transmissor. A primeira e a segunda bobina receptora, que são acopladas entre si, fornecem sinais de saída à entrada de sinal de pelo menos uma unidade amplificadora fornecida em uma unidade receptora. Devido ao ar- ranjo simétrico das bobinas receptoras com respeito às bobinas transmisso- ras e devido ao sentido inverso do enrolamento, os sinais induzidos nas bo- binas receptoras compensam uns aos outros na ausência de uma influência externa, tal como um produto, com ou sem contaminação, ou outras pertur- bações tais como vibrações. Neste estado equilibrado, o sinal de saída com- binado das bobinas receptoras é zero. De acordo com a invenção, uma unidade de controle fornece um

sinal de controle dependendo da freqüência do transmissor da unidade transmissora à entrada de controle de pelo menos uma unidade de impe- dância controlável. Esta unidade de impedância controlável é acoplada à entrada de sinal da pelo menos uma unidade amplificadora, em que o sinal de controle está controlando o valor de impedância da unidade de impedân- cia controlável em um tal modo que o valor de impedância é aumentado ou diminuído de acordo com a freqüência selecionada do transmissor. Variando adequadamente a impedância de entrada aplicada à entrada do amplificador de acordo com a freqüência do transmissor selecio- nada, a sensibilidade do sistema de detecção de metal para metais de con- taminante é significativamente melhorada. Ao mesmo tempo, um ângulo de fase de sinais que originam do filme metalizado dos materiais de embalagem é mantido perto de 90° em qualquer momento.

Em uma modalidade preferida da presente invenção, as bobinas receptoras são acopladas diretamente à entrada da unidade amplificadora por meio da unidade de impedância controlável. Em outra modalidade, as bobinas receptoras são acopladas aos enrolamentos primários de um trans- formador de entrada cujos enrolamentos secundários são acoplados por meio da unidade de impedância controlável à entrada da unidade amplifica- dora. O transformador de entrada é usado para galvanicamente isolar a uni- dade amplificadora das bobinas receptoras. Ainda, com uma razão de transmissão fixa ou variável, um nível de voltagem desejável pode ser ajus- tado do sinal de entrada.

Em uma modalidade preferida, as bobinas receptoras são co- nectadas com uma cauda uma à outra e com a outra cauda às respectivas caudas dos dois enrolamentos primários com rosca central idênticos de um transformador equilibrado. O transformador de entrada equilibrado tem dois enrolamentos secundários com rosca central idênticos cujas caudas opostas são conectadas à entrada do amplificador por meio da unidade de impedân- cia controlável.

Em uma outra modalidade da invenção, a unidade de impedân- cia controlável compreende um transistor ou um relé. O transistor pode ser empregado como um interruptor para conectar e desconectar um resistor ao ou do circuito do amplificador de impedância de entrada. Em modalidades alternativas, um relé pode ser conectado em paralelo ou em série com um resistor para variar o valor de resistência da unidade de impedância contro- lável.

Preferivelmente um valor de impedância de entrada baixo é se- lecionado para freqüências de transmissor baixas e um valor de impedância mais alto é selecionado para freqüências de transmissor mais altas. Com freqüências de transmissor na faixa 1 kHz a 300 kHz uma impedância de entrada na faixa entre 10 Ohm e 100 Ohm, mais preferivelmente perto de 20 Ohm tal como 22 Ohm, permite ajustar a fase do sinal que origina do filme metalizado do material de embalagem para cerca de 90°. Para freqüências de transmissor acima de 300 kHz, uma impedância de entrada baixa desfa- voravelmente afetaria a sensibilidade dos sinais de contaminantes de metal. Portanto aumentando o valor de impedância de entrada, a freqüência de ex- pansão do filtro passa-baixa formada pela bobina de cabeça e pela unidade de impedância controlável é também aumentada, e o ganho na freqüência requerida é preservado. Isto pode ser percebido com a seleção da impedân- cia de entrada acima de 100 Ohm, mais preferivelmente perto de 300 Ohm, tal como 330 Ohm.

Em um segundo aspecto básico da invenção, o sinal de saída das bobinas receptoras é amplificado e depois filtrado por meio de uma uni- dade de filtro variável compreendendo pelo menos um filtro cuja freqüência central e largura da banda de filtro são adaptadas à freqüência do transmis- sor selecionada, que representa um sinal portador que foi modulado pelos sinais do produto e pelos contaminantes de metal. Aplicando filtros às freqüências de transmissor selecionadas, isto

é, freqüências de veículo, leva a uma melhoria significativa adicional da sen- sibilidade do sistema de detecção de metal.

Especialmente em freqüências abaixo de 300 kHz, onde o sis- tema de detecção de metal conhecido tipicamente teve uma sensibilidade ruim e uma resposta de fase desfavorável dos sinais derivados do filme de metal de embalagem, a solução inventiva fornece vantagens significativas. Os filtros passa-banda apropriados favoravelmente permitem restabelecer a fase dos sinais derivados do filme metalizado do material de embalagem para 90 graus. Especialmente com uma freqüência de sinal de transmissor de 100 kHz, um filtro com uma freqüência de expansão de 200 kHz, e para freqüência de sinal de transmissor de 200 kHz e 300 kHz um filtro com uma freqüência de expansão de 400 kHz pode alcançar a maioria dos resultados favoráveis que significa que traz a fase dos sinais derivados do filme metali- zado do material de embalagem muito perto de 90 graus.

Com um filtro passa-banda, favoravelmente um filtro passa- baixa, o conteúdo das freqüências harmônicas do sinal de receptor pode ser removido, os sinais dentro da largura de banda são amplificados, e a fase de sinais derivada do filme de metal de embalagem pode ser corrigida para per- to de 90 graus. Por conseguinte, este sinal pode ser facilmente suprimido. Os filtros passa-banda aplicados melhoram o desempenho de fase dos si- nais derivados de filme de metal de embalagem em todas as freqüências, mas a combinação do filtro passa-banda e um valor de impedância baixo da unidade de impedância controlável fornece resultados até melhores em fre- qüências abaixo de 300 kHz.

Em uma modalidade preferida, circuitos dedicados são usados para amplificar cada sinal com um ganho diferente que depende daquela fase de sinal com relação à fase da fase de sinal de transmissor. Com esta medida, uma melhoria da sensibilidade do sistema de detecção de metal particularmente para materiais de aço inoxidável e uma redução da sensibili- dade para perturbar as vibrações pode ser alcançada.

Com os métodos acima que podem vantajosamente ser usados independentemente ou em combinação, os sinais que originam do filme me- talizado dos materiais de embalagem podem ser reduzidos enquanto os si- nais que originam dos contaminantes de metal podem ser detectados com sensibilidade mais alta.

As medidas inventivas permitem a freqüência selecionada do transmissor do sinal recebido passar para os detectores sensíveis à fase, enquanto os sinais resultantes da distorção harmônica são suprimidos.

Para uma correção de fase mais precisa, a unidade amplificado- ra de entrada compreende mais de dois valores de impedância selecioná- veis. O filtro pode ser feito com um filtro Butterworth, Chebyshev, Bessel, Cauer ou outros filtros passa-baixas e pode ser de uma primeira ordem ou mais alta. Cada filtro tem uma freqüência de expansão diferente e é preferi- velmente aplicado por meio de um interruptor, por exemplo, um multiplexa- dor que é controlado de acordo com a freqüência selecionada do transmis- sor de modo que o filtro aplicado remove o conteúdo harmônico do sinal de receptor. Com uma freqüência do transmissor acima de 300 kHz, o sinal da embalagem de filme metalizado pode ser obtido com uma fase perto de 90 graus que significa que pode ser facilmente suprimido.

Para corrigir a fase dos sinais derivados da embalagem de filme metalizado, um filtro passa-baixa é aplicado na trajetória de sinal entre a u- nidade amplificadora que recebe o sinal de entrada das bobinas receptoras e o detector sensível à fase. O filtro aplicado melhora a fase dos sinais deriva- dos da embalagem de filme metalizado em todas as freqüências de trans- missor, e reduz as freqüências harmônicas nas freqüências de transmissor abaixo de 300 kHz.

Vantajosamente, os filtros passa-baixas são filtros Butterworth de quinta ordem tendo uma resposta de amplitude maximamente plana. Se- lecionando um filtro de quinta ordem permite obter uma passagem mais lim- pa entre a banda de passagem e a banda de parada.

De acordo com outro aspecto da invenção, o amplificador de en- trada compreende um circuito de amplificador cascodo bipolar acoplado com um amplificador diferencial. Um amplificador cascodo é estável, e tem, além disso, um ganho alto e linear independentemente da freqüência presente. Preferivelmente, o amplificador é um amplificador diferencial compreenden- do duas unidades de amplificador que amplificam os sinais presentes nas duas caudas opostas dos enrolamentos secundários do transformador de entrada.

A unidade de controle preferivelmente compreende uma unidade

de processamento com um programa de computação que é projetado para selecionar os ajustes da unidade de impedância controlável e/ou ajustes do filtro variável de acordo com o método inventivo. Estes ajustes podem ser selecionados de uma tabela fornecida na unidade de controle, contendo pelo menos um conjunto de freqüências de transmissor e ajustes corresponden- tes a, pelo menos, uma unidade de impedância variável e/ou ajustes corres- pondentes à unidade de filtro variável. Algumas dos objetivos e vantagens da presente invenção foram declarados, outros surgirão quando a descrição seguinte for considerada junto com os desenhos em anexo em que:

figura 1 mostra um diagrama de blocos básico de um sistema de detecção de metal inventivo em uma modalidade preferida;

figura 2 mostra um diagrama de blocos mais detalhado de um sistema de detecção de metal e em particular da unidade receptora;

figura 3 mostra um diagrama esquemático da unidade de impe- dância controlável;

figura 4 mostra um diagrama esquemático de um amplificador

cascodo bipolar;

figura 5 mostra um diagrama esquemático de um amplificador di- ferencial;

figura 6 mostra um diagrama de blocos da unidade de filtro vari-

ável; e

figura 7 mostra um diagrama esquemático de uma unidade de fil- tro.

A figura 1 mostra um diagrama de blocos de um sistema de de- tecção de metal inventivo 1 que essencialmente compreende uma unidade transmissora 3, um sistema de bobina equilibrada 4, 6, 7, uma unidade re- ceptora 5 e uma unidade de processamento de sinal.

O sistema de bobina equilibrada compreende uma bobina transmissora 4 e duas bobinas receptoras 6, 7 enroladas em uma estrutura não metálica, cada precisamente paralelas umas com as outras. A bobina central é a bobina transmissora 4 que é colocada precisamente equidistante das bobinas receptoras idênticas 6, 7. A unidade transmissora 3 gera uma corrente elétrica de freqüência alta que circula através da bobina transmisso- ra 4. A corrente fluindo através da bobina transmissora 4 gera um campo magnético que induz correntes idênticas nas bobinas receptoras vizinhas 6, 7. As bobinas receptoras 6, 7 são conectados em oposição, isto é, ambos enrolamentos são enrolados em direções inversas, de modo que as corren- tes induzidas nas bobinas receptoras 6, 7 fluem em direções opostas, e des- se modo se anulam quando nenhum objeto condutivo ou magnético mover- se através do sistema de bobina equilibrada.

Os produtos 2 a serem inspecionados são transferidos através do sistema de bobina equilibrada após o outro, por exemplo, em uma correia de transporte. No evento que um produto 2 contendo um contaminante de metal estiver movendo-se através do sistema de bobina equilibrada, este contaminante de metal perturba o campo magnético primeiro próximo da primeira bobina receptora 6, e depois próximo da segunda bobina receptora 7, desse modo individualmente alterando os sinais induzidos na primeira e na segunda bobina receptora 6, 7. As alterações assimétricas nos sinais in- duzidos nas bobinas receptoras 6, 7 estão na magnitude de nanovolts. Con- sequentemente para detectar os contaminantes de metal, uma sensibilidade alta é requerida. Na presente invenção, a unidade receptora 5 é consequen- temente dedicada à amplificação e processamento de tais sinais para detec- tar contaminantes de metal até mesmo de tamanho pequeno de vários tipos.

O sistema de detecção de metal mostrado na figura 2 compre- ende uma unidade transmissora 3 que fornece um sinal de transmissor à bobina transmissora 4 do sistema de bobina equilibrada. A primeira e a se- gunda bobinas receptoras 6, 7 do sistema de bobina equilibrada são conec- tadas aos enrolamentos primários de um transformador de entrada equili- brada 11. Os enrolamentos secundários do transformador de entrada equili- brada 11 são conectados por meio de uma unidade de impedância controlá- vel 12 a uma entrada de uma unidade amplificadora 14. A saída da unidade amplificadora 14 é conectada a uma unidade de filtro variável 17 que pode ser adaptada à freqüência selecionada do transmissor, isto é, a freqüência de veículo modulada. O sinal portador filtrado é mandado para um detector sensível à fase 18 que fornece o sinal de banda de base demodulado por meio da unidade de filtro 19 a uma unidade de ganho 20. O sinal resultante é enviado para um conversor analógico para digital 21 que fornece um sinal digitalizado a um processador de sinal. A fim de controlar os processos des- critos e operar o sistema, o sistema de detecção de metal ainda compreende uma unidade de controle 16 que é conectada a um terminal de computador 22.

A unidade transmissora 3 está fornecendo um sinal de transmis- sor com uma freqüência de transmissor selecionável, preferivelmente na fai- xa de alguns kHz a 1 MHz para a bobina transmissora 4 do sistema de bobi- na equilibrada. Ainda, a unidade transmissora 3 provê um sinal de referência na freqüência do transmissor à unidade receptora 18 para propósitos de de- modulação.

As bobinas receptoras 6, 7 são conectadas aos enrolamentos primários com rosca central do transformador de entrada equilibrada 11 que refletem as bobinas receptoras 6, 7. Ainda o transformador de entrada equi- librada 11 compreende dois enrolamentos secundários com rosca central idênticas que são conectados a uma unidade de impedância controlável 12.

A unidade de impedância controlável 12 aplica um valor de im- pedância variável à entrada da unidade amplificadora 14. O valor de impe- dância da unidade de impedância controlável 12 representa a resistência de entrada da unidade amplificadora 14 e define daquele modo o ganho da uni- dade amplificadora 14. O sinal de receptor amplificado pela unidade amplifi- cadora 14 de acordo com o ajuste da unidade de impedância controlável é fornecido a uma unidade de filtro variável 17 que remove o conteúdo harmô- nico do sinal de receptor amplificado.

A unidade de controle 16 provê um primeiro sinal de controle à unidade transmissora 3 para selecionar a freqüência do transmissor, um se- gundo sinal de controle à unidade de impedância controlável 12 para sele- cionar o valor de impedância de acordo com a freqüência selecionada do transmissor e um terceiro sinal de controle à unidade de filtro 17 para sele- cionar as características do filtro de acordo com a freqüência selecionada do transmissor ou uma freqüência de veículo.

Consequentemente, dependendo da freqüência selecionada do transmissor, um valor de impedância adequado para a unidade de impedân- cia controlável 12 é selecionado. A unidade de filtro variável 17 pode ser pro- jetada de vários modos. Preferivelmente, a unidade de filtro variável 17 com- preende várias entidades de filtro que são dedicadas ao número de frequên- cias selecionáveis do transmissor (vide figura 6). As unidades de filtro são preferivelmente projetadas como filtro passa-banda ou filtros passa-baixas que permitem o sinal portador atravessar para o próximo módulo da cadeia de processamento de sinal. Consequentemente, a entidade de filtro da uni- dade de filtro variável 17 é selecionada correspondendo à freqüência de transmissor com o sinal de controle recebido da unidade de controle 16.

O sinal de saída da unidade de filtro variável 17 é fornecido a um detector sensível à fase 18 que demodula o sinal de transmissor e o sinal de receptor amplificado e filtrado. Na saída, ele fornece os componentes de fa- se interna e de quadratura do sinal de receptor demodulado, com relação ao sinal operacional transmissor demodulado.

Os sinais de saída do detector sensível à fase 18 é mandado a uma outra unidade de filtro 19 que permite os sinais desejados atravessarem uma unidade de ganho 20 que permite ajustar as amplitudes dos sinais pro- cessados para um valor desejado. Subseqüentemente, os sinais filtrados e calibrados são convertidos por um conversor analógico para digital 21 da forma analógica para digital. Os sinais do conversor analógico para digital 21 são enviados para um processador de sinal que pode estar localizado na unidade de controle 16. O processador de sinal é programado em um tal modo que os sinais recebidos são processados, analisados e avaliados a fim de suprimir os sinais indesejados e detectar os sinais que originam dos con- taminantes de metal. Os dados resultantes são depois mandados do proces- sador de sinal e da unidade de controle 16, para um terminal de computador 22 ligado a estes.

A figura 3 mostra um diagrama esquemático de uma modalidade

preferida do estágio de entrada da unidade receptora compreendendo duas unidade de impedância controláveis 12, 13 que são, cada, conectadas na entrada lateral a um terminal do enrolamento secundário centralmente côni- co do transformador de entrada equilibrada 11, e no lado de saída lateral ao amplificador de entrada relacionado 14, 15. A rosca central do enrolamento secundário é conectada ao aterramento.

Cada uma das unidades de impedância controláveis 12, 13 compreende um primeiro resistor fixo R1, R2 que está conectado, com uma extremidade ao terminal relacionado do enrolamento secundário e à entrada do amplificador relacionado 14, 15, e com a outra extremidade ao aterra- mento. Cada uma das unidades de impedância controláveis 12, 13 ainda compreende um segundo resistor R3, R4 que está conectado em um lado ao terminal relacionado do enrolamento secundário e no outro lado a um inter- ruptor S1, preferivelmente um relê ou um transistor que, se atuado, conecta o segundo resistor R3, R4 ao aterramento.

O relê S1 é controlado pelo segundo sinal de controle que é ge- rado pela unidade de controle 16 de acordo com a freqüência selecionada do transmissor. Trocando o relê S1, o primeiro e segundo resistor R1, R2, R3, R4 podem ser conectados em paralelo ou podem ser desconectados de modo que o valor de impedância das unidades de impedância controláveis 12, 13 varia consequentemente. Por conseguinte, a impedância de entrada e o ganho da unidade amplificadora relacionada 14 ou 15 variam também. Pa- ra um ajuste mais preciso, as unidades de impedância controláveis 12, 13 podem compreender mais de dois valores de impedância selecionáveis. Ca- da unidade de impedância 12, 13 pode compreender bancos de resistores, com um número apropriado de resistores que podem ser individualmente selecionadas ou em combinação para precisamente ajustar os valores de impedância das unidades de impedância controláveis 12, 13.

A figura 4 mostra a unidade receptora da figura 3 com uma mo- dalidade preferida da unidade amplificadora 14, 15, sem os amplificadores operacionais fornecidos em um segundo estágio. O amplificador bipolar cascodo de entrada de diferencial mostra-

do nesta modalidade preferida é o primeiro estágio das unidades de amplifi- cador 14, 15. Todos os transistores deste esquemático são pnp-transistores. A saída de cada unidade de impedância controlável 12 descrita na figura 3 é conectada à base de um transistor relacionado T3 resp. T4, que é conectado com o emissor por meio de um resistor R5 resp. R6 a uma fonte de corrente constante.

A fonte de corrente constante compreende um transistor T5 com um resistor R15 entre uma voltagem de provisão de potência +Vcc e seu emissor e dois diodos D1 e D2 entre a voltagem de provisão de potência +Vcc e sua base, e um resistor R16 conectado entre a base e, com seu cole- tor conectado por meio dos resistores R5. resp. R6 aos transistores T3 resp. T4.

O transistor T3 resp. T4 com os resistores R5 resp. R6 em seu emissor é configurado como um seguidor de emissor comum. O coletor de transistor T3 resp. T4 é conectado por meio de um resistor R7 resp. R8 ao emissor do transistor T1 resp. T2, que é configurado como um amplificador de base comum. Resistores R11 e R13 resp. 12 e R14 são conectados com uma à base do transistor T1 resp. T2. e com a outra extremidade à extremi- dade para a voltagem de provisão de potência negativa - Vcc1 respectiva- mente, ao aterramento. O coletor de transistor T1 resp. T2 está por um lado conectado por meio do resistor R9 à voltagem de provisão de potência nega- tiva - Vcc e por outro lado ao segundo estágio do amplificador 14 resp. 15, isto é, à entrada do amplificador operacional relacionado amp1 Op. Dif. resp. amp2 Op. Dif. dos amplificadores 14 ou 15.

Cada amplificador cascodo forma um amplificador diferencial. O amplificador diferencial é um amplificador simétrico com duas entradas e duas saídas que amplificam a diferença potencial das saídas das unidades de impedância controláveis. Ambos os amplificadores cascodos são conec- tados a uma fonte de corrente comum formada por transistores T5, através de diodos D1 e D2, de modo que a soma de suas correntes permanece constante. O amplificador diferencial tem a capacidade de amplificar o po- tencial diferencial entre as duas entradas independentemente da voltagem disponível na conexão com a fonte de corrente formada por transistor T5. Devido à sua saída elétrica e fisicamente separada de sua entrada, a saída do amplificador cascodo é estável, não tem nenhum efeito que limita a largu- ra de banda e, além disso, tem um ganho alto. A figura 5 mostra a unidade receptora da figura 3 com uma mo-

dalidade preferida do segundo estágio das unidades de amplificador 14 e 15 que são conectadas às saídas do primeiro estágio mostrado na figura 4. A primeira entrada do segundo estágio é conectada à entrada não inversora de um amplificador operacional Op.a3 e por meio de um resis- tor R24 ao aterramento. A entrada inversora do amplificador operacional é conectada à sua saída por meio de um resistor R25, e ao aterramento por meio do resistor R23.

A segunda entrada do segundo estágio é conectada à entrada não inversora de um amplificador operacional Op.a4 e por meio de um resis- tor R30 ao aterramento. A entrada inversora do amplificador operacional é conectada à sua saída por meio de um resistor R31, e ao aterramento por meio do resistor R29.

A entrada não inversora de Op.a5 é conectada ao aterramento por meio do resistor R34 e a entrada inversora é conectada à saída do am- plificador operacional Op.a5 por meio do resistor R28.

Os amplificadores operacionais Op.a3 e Op.a4 são configurados como amplificadores não inversores. Suas saídas são conectadas à entrada não inversora do amplificador operacional Op.a5 por meio do resistor R33 e à entrada inversora do amplificador operacional Op.a5 por meio do resistor R27. Eles fornecem ao Op.a5 seus sinais de entrada amplificados por um fator constante determinado por R23, R24 e R25, resp. R29, R30, e R31. O amplificador operacional Op.a5 é configurado como um ampli-

ficador diferencial. Sua saída fornece a diferença entre as voltagens das en- tradas amp1 Op. Dif. e amp2 Op. Dif., multiplicada por um fator constante determinado pelos valores dos resistores R27, R28, R33 e R34.

A figura 6 mostra o diagrama de blocos de uma unidade de filtro variável 16 em uma modalidade preferida. Contém seis filtros passa- baixas 23-28. Cada um deles tem uma freqüência de expansão diferente. O sinal de receptor amplificado é enviado para as entradas de todos os seis filtros pas- sa-baixas 23-28 que fornecem seus sinais de saída a um multiplexador 29. O multiplexador é controlado pelo terceiro sinal de controle que é gerado pela unidade de controle 16 de acordo com a freqüência selecionada do transmissor. Um dos filtros passa-baixas 23-28, que tem uma freqüência de expansão apropriada, é selecionado pela unidade de controle 16 de acordo com a freqüência aplicada do transmissor. O sinal filtrado é depois enviado da saída do multiplexador 29 à entrada do detector sensível à fase 18.

A figura 7 ilustra um diagrama esquemático de uma unidade de filtro 23-28 que é preferivelmente projetada como filtros fonte de voltagem controlados por voltagem (VCVS) ou variações dos mesmos, tais como fil- tros de Sallen-Key. As topologias de Sallen-Key são usadas para implemen- tar filtros ativos de segunda ordem. Implementações de filtros de Sallen-Key freqüentemente usam um amplificador operacional configurado como um seguidor de voltagem; porém, emissor ou seguidores de fonte são outras escolhas comuns para o amplificador de tampão. Um filtro de Sallen-Key é uma variação em um filtro VCVS que usa um amplificador de ganho de uni- dade (isto é, um amplificador de tampão puro com 0 dB de ganho).

A unidade de filtro mostrada na figura 7 consiste em um filtro passa-baixa de Butterworth de quinta ordem composto de uma célula RC formada pelos resistores R17, R18 e condensador C1, seguido por dois cir- cuitos de Sallen-Key de segunda ordem.

O primeiro circuito de Sallen-Key compreende um primeiro resis- tor R19 que é conectado à saída de um amplificador operacional Op.a1 por meio de um primeiro condensador C2 e por meio de um segundo resistor R20 à entrada não inversora de amplificador operacional Op.a1 que é conec- tada ao aterramento por meio de um segundo condensador C3. A saída do amplificador operacional Op.a1 é ainda conectada à entrada inversora do amplificador operacional Op.al.

0 segundo circuito de Sallen-Key compreende um primeiro re- sistor R21 que é conectado à saída de um amplificador operacional Op.a2 por meio de um primeiro condensador C4 e por meio de um segundo resistor R22 à entrada não inversora do amplificador operacional Op.a2 que é conec- tada ao aterramento por meio de um segundo condensador C5. A saída do amplificador operacional Op.a2 é ainda conectada à entrada inversora do amplificador operacional Op.a2.

0 filtro de primeira ordem, a saber, a célula RC R17, R18, C1, e os dois filtros de Sallen-Key de segunda ordem fornecem em combinação o filtro de quinta ordem requerido. LISTAGEM DE REFERÊNCIA

1 Sistema de detecção de metal 2 Produto 3 Unidade de transmissor 4 Bobina transmissora 5 Unidade de receptor 6 Primeira bobina receptora 7 Segunda bobina receptora 11 Transformador 12 Primeira unidade de impedância controlável 13 Segunda unidade de impedância controlável 14 Primeira unidade amplificadora 15 Segunda unidade amplificadora 16 Unidade de controle 17 Unidade de filtro variável 18 Detector sensível à fase 19 Segunda unidade de filtro 20 Unidade de ganho 21 Conversor analógico para digital 22 Terminal de computador 23 Primeiro filtro 24 Segundo filtro 25 Terceiro filtro 26 Quarto filtro 27 Quinto filtro 28 Sexto filtro 29 Segundo interruptor

Claims

1. Método para operação de um sistema de detecção de metal (I) que compreende um sistema de bobina equilibrada com uma bobina transmissora (4) que é conectada a uma unidade transmissora (3) que gera sinais do transmissor tendo uma freqüência de transmissor que é seleciona- da de um grupo de pelo menos duas freqüências de transmissor, e com uma primeira e uma segunda bobinas receptoras (6, 7) que fornecem sinais de saída à entrada de sinal de pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15) incluída em uma unidade receptora (5), cujos sinais de saída compensam uns aos outros de modo que o sistema fique em equilíbrio, caracterizado pelo fato de que uma unidade de controle (16) gera um sinal de controle de acordo com a freqüência do transmissor da unidade transmissora (3) e que é fornecido à entrada de controle de pelo menos uma unidade de impedância controlável (12, 13), que é acoplada à entrada de sinal da pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15), em que o sinal de controle fica controlando o valor de impedância da unidade de impedância controlável (12, 13) de um tal modo que o valor de impedância seja aumentado ou diminuído quando a freqüência do transmissor for aumentada ou diminuída.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as bobinas receptoras (6, 7) são conectadas com uma cauda uma à outra e com a outra cauda às respectivas caudas de dois enrolamen- tos primários com rosca central idênticos de um transformador equilibrado (II) tendo dois enrolamentos secundários com rosca central idênticos, cujas caudas são conectadas na pelo menos uma unidade de impedância contro- lável (12, 13) a pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma unidade de impedância controlável (12,13) compreende pelo menos um resistor variável, tal como um transistor que é controlado pelo sinal de controle ou de que a pelo menos uma unidade de impedância controlável (12, 13) compreende pelo menos uma unidade de comutação, tal como um relê que é controlado pelo sinal de controle e que conecta o pelo menos um resistor de um grupo de pelo menos dois resisto- res ou uma combinação dos mesmos aos terminais de saída da unidade de impedância controlável (12, 13).

4. Método, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a. o valor de impedância da unidade de impedância controlável (12, 13) é selecionado entre 20 Ohm e 100 Ohm para freqüências de trans- missor entre 1 kHz e 300 kHz e/ou b. o valor de impedância da unidade de impedância controlável (12, 13) é selecionado entre 200 e 400 ohm para freqüências de transmissor entre 300 kHz e 1 MHz

5. Método, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o sinal de saída da pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15) é filtrado por uma unidade de filtro variável (17) tendo uma largura de banda selecionável, preferivelmente compreendendo pelo menos um dis- positivo de filtro que pode ser acoplado à trajetória do sinal por meio de uma segunda unidade de comutação, a dita largura de banda é selecionada de acordo com a freqüência selecionada do transmissor.

6. Método, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a unidade amplificadora (14, 15) compreende um amplifica- dor cascodo de transistor bipolar, a saída do mesmo é acoplada a um ampli- ficador diferencial.

7. Método, de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os ajustes para a, pelo menos, uma unidade de impedância variável e/ou ajustes correspondentes para a unidade de filtro variável (17) são selecionados de uma tabela fornecida na unidade de controle (16) cuja tabela contém pelo menos um conjunto de freqüências de transmissor e a- justes correspondentes para a pelo menos uma unidade de impedância vari- ável e/ou ajustes correspondentes para a unidade de filtro variável (17).

8. Sistema de detecção de metal (1) compreendendo um siste- ma de bobina equilibrada com uma bobina transmissora (4) acoplada a uma unidade transmissora (3) que gera sinais de transmissor tendo uma freqüên- cia de transmissor que é selecionada de um grupo de pelo menos duas fre- quências de transmissor, e com uma primeira e uma segunda bobinas re- ceptoras (6, 7) que fornecem sinais de saída para a entrada de sinal de pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15) contida em uma unidade recepto- ra (5) cujos sinais de saída compensam uns aos outros de modo que o sis- tema fica em equilíbrio, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma uni- dade de impedância controlável (12, 13) é fornecida que é conectada com a entrada de sinal da pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15) e que é controlada por uma unidade de controle (16) que está fornecendo um sinal de controle a uma entrada de controle da unidade de impedância controlável (12, 13) que é selecionável de acordo com a freqüência do transmissor da unidade transmissora (3), de modo que o valor de impedância da unidade de impedância controlável (12, 13) seja aumentado ou diminuído quando a fre- qüência do transmissor é aumentada ou diminuída.

9. Sistema de detecção de metal (1), de acordo com a reivindi- cação 8, caracterizado pelo fato de que as bobinas receptoras (6, 7) são co- nectadas com uma cauda uma à outra e com a outra cauda às respectivas caudas de dois enrolamentos primários com rosca central idênticos de um transformador equilibrado (11) tendo dois enrolamentos secundários com rosca central idênticos, cujas caudas são conectadas a pelo menos uma u- nidade de impedância controlável (12, 13) a pelo menos uma unidade ampli- ficadora (14, 15).

10. Sistema de detecção de metal (1), de acordo com a reivindi- cação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma unidade de impedância controlável (12, 13) compreende pelo menos um resistor variá- vel, tal como um varistor, que é controlável pelo sinal de controle, ou que a pelo menos uma unidade de impedância controlável (12, 13) compreende um grupo de pelo menos dois resistores e pelo menos uma unidade de co- mutação, tal como um relê, que é controlável pelo sinal de controle de modo que o pelo menos um resistor de um grupo de pelo menos dois resistores ou uma combinação dos mesmos seja conectável aos terminais de saída da unidade de impedância controlável (12, 13).

11. Sistema de detecção de metal (1), de acordo com uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que a. o valor de impedância da unidade de impedância controlável (12, 13) é selecionável em uma faixa entre 20 Ohm e 100 Ohm para fre- qüências de transmissor entre 1 kHz e 300 kHz e/ou b. o valor de impedância da unidade de impedância controlável (12, 13) é selecionável em uma faixa entre 200 e 400 ohm para freqüências de transmissor entre 300 kHz e 1 MHz

12. Sistema de detecção de metal (1), de acordo com uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que o sinal produzido da pelo menos uma unidade amplificadora (14, 15) é acoplado à entrada de sinal de uma unidade de filtro variável (17) que tem uma largura de banda selecionável e preferivelmente está compreendendo pelo menos um disposi- tivo de filtro que pode ser acoplado à trajetória de sinal por meio de uma se- gunda unidade de comutação, e em que a unidade de controle (16) fica for- necendo um sinal de controle a uma entrada de controle da unidade de filtro variável (17) e a largura de banda é selecionada de acordo com a freqüência selecionada do transmissor.

13. Sistema de detecção de metal (1), de acordo com uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que a unidade amplificado- ra (14, 15) compreende um amplificador cascodo de transistor bipolar, a saí- da deste é acoplada a um amplificador diferencial.

14. Sistema de detecção de metal (1), de acordo com uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (16) é fornecida com uma tabela de freqüências de transmissor e ajustes correspondentes para a pelo menos uma unidade de impedância controlável e/ou ajustes correspondentes para a unidade de filtro variável (17).