CN102540261B - 用于操作金属检测系统的方法和金属检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于操作金属检测系统(1)的方法，所述金属检测系统包括平衡线圈系统，所述平衡线圈系统具有连接到发射器单元(3)的发射器线圈(4)，所述发射器单元(3)生成具有从至少两个发射器频率构成的组中选择的发射器频率的发射器信号，并且所述平衡线圈系统具有向包括在接收器单元(5)中的至少一个放大器单元(14，15)的信号输入提供输出信号的第一接收器线圈和第二接收器线圈(6，7)，所述输出信号彼此补偿以使得所述系统平衡，其特征在于，控制单元(16)生成根据所述发射器单元(3)的所述发射器频率并且提供到至少一个可控阻抗单元(12，13)的控制输入的控制信号，所述至少一个可控阻抗单元(12，13)的控制输入耦合到所述至少一个放大器单元(14，15)的所述信号输入，其中所述控制信号以所述阻抗值在所述发射器频率增加或者降低时增加或者降低的方式来控制所述可控阻抗单元(12，13)的阻抗值。

Description

用于操作金属检测系统的方法和金属检测系统
技术领域
本发明涉及一种用于操作金属检测系统的方法以及根据该方法操作的金属检测系统。
背景技术
在产品制造中涉及机械装置的产业中，总是存在诸如螺钉或者螺栓的一块金属从机械装置脱离并且最终终止所处理的产品的概率。因此，在制造过程的各个阶段使用金属检测系统来检测受金属污染的产品。金属检测系统还经常用于检查完成的产品，以确保消费者的安全和质量标准。
大多数现代金属检测系统利用包括“平衡线圈系统”的搜索头，所述“平衡线圈系统”包括三个线圈，平行对准的一个发射器线圈和两个接收器线圈。在检查处理期间，通常在传送带上输送的产品经过“平衡线圈系统”的线圈。在被放置在接收器线圈之间的发射器线圈中流动有生成在两个接收器线圈中感应电信号的交流磁场的电流。接收器线圈关于发射器线圈对称放置，以使得在没有产品存在于“平衡线圈系统”中时在两个接收器线圈中感应相同的信号。此外，接收器线圈以在其中感应的信号彼此相减的方式耦合到一起。通过这种方式，在平衡线圈系统中不存在产品时，在接收器线圈的输出处存在零信号。然而，经过平衡线圈系统的一块导磁和/或导电材料将干扰该磁场并且将使在接收器线圈中感应电信号变型。在产品接近其时，这些扰动首先在第一接收器线圈中发生并且然后在第二接收器线圈中发生。结果，在产品经过“平衡线圈系统”时，将在接收器线圈的输出处出现具有特定相位和幅值的电信号。经过金属检测系统的每一个导磁和/或导电材料根据其导电率、其磁导率，其形状、其尺寸以及其相对于接收器线圈的取向而生成不同的信号。
为了检测产品中金属的存在，在通常包括输入放大器的接收器级中处理在接收器线圈中感应的信号。在其它级中，在相位和幅值方面对所处理的信号进行分析以检测金属污染。最后，在用户界面上显示结果和/或向控制系统发送信号。
在机械装置中使用的各种类型的金属，包括铁质(铁)、非铁质(例如铜、铝、黄铜)以及各种类型的不锈钢都可能在所处理的产品中作为污染物出现。如果这种金属具有高的磁导率，例如铁氧体，则其将初始是电抗性的，这意味着其信号相位接近零，而具有低磁导率的金属将初始是电阻性的并且相对于发射器信号的相位具有接近90度的信号相位。由于铁氧体金属与发射器信号的小相位差，所述铁氧体金属容易被检测。如果所检查的产品干燥，则容易检测具有高导电性的污染物材料。另一方面，由于非铁氧体金属并且尤其是不锈钢的相位与产品相位类似，因此在潮湿产品中难以进行检测。
然而，并不是经过金属检测系统的每一种金属都是污染物，由于其可能是产品封装的一部分。在检查期间，产品经常处于其最终状态下并且已经进行了封装。可以用镀金属膜进行封装，通常是涂覆有铝的塑料膜。该产品封装的导电金属在金属检测系统中不能生成与由金属污染物产生的信号混淆的信号。因此，为了检测受污染的产品，要求金属检测系统能够区分源自封装材料的信号以及源自金属污染物的信号。
此外，接收器线圈的磁场的全部干扰并不是都由经过“平衡线圈系统”的产品和金属污染物引起。平衡线圈系统附近的导电材料的振动也会在接收器线圈中产生需要与由受污染产品产生的信号区分开的信号改变。由振动产生的信号主要与发射器信号同相。
类似奶酪、鲜肉、热狗、果酱和泡菜的食物产品在包含水、盐和酸时通常是导电的。因此经过平衡线圈系统的这种产品也会干扰磁场，因而在接收器线圈的输出处产生信号。为了避免产品的错误拒绝，需要补偿或者消除该产品信号。
因此，对于可靠的产品检查，不得不消除由振动、产品和封装产生的信号以使得仅考虑由金属污染物产生的信号。然而，已经发现，由产品和金属污染物产生的信号的相位和幅值取决于所施加的发射器频率。
因此，在已知系统中，发射器频率可按照使得金属污染物的信号分量的相位与产品信号分量异相的方式来选择。
例如，US5994897A公开了一种能够在至少两个不同的发射器频率之间切换以使得产品中的任何金属颗粒将以不同频率经历扫描的装置。快速地改变操作频率以使得将以两个或者更多不同频率扫描经过传送带上的任何金属颗粒。在对于第一发射器频率由金属颗粒产生的信号分量接近产品的信号分量的相位并且因而被屏幕的情况下，则假设对于第二频率由金属颗粒产生的信号分量的相位将与产品的信号分量的相位不同，以使得能够区分该信号分量。通过在许多频率之间切换，期望一个频率将对于任何特定的金属类型、尺寸和取向提供适合的灵敏度。
然而，以不同频率操作的金属检测系统通常比调节到单个频率的系统具有更低的灵敏度。
因此，尽管可以利用期望的相位获得金属污染物的信号，但是由于金属检测系统的低灵敏度，这些信号的检测仍然可能失败。
发明内容
因此，本发明基于提供一种使用两个或者更多发射器频率操作金属检测系统的改善方法的目的以及提供根据该方法进行操作的金属检测系统的目的。
具体而言，本发明基于提供一种在抑制或者消除由产品、封装、振动或者其它潜在干扰产生的信号的同时允许以高灵敏度检测金属污染物(特别是不锈钢污染物)的方法的目的。
更具体而言，本发明基于提供一种用于金属检测系统的改善方法的目的，所述金属检测系统允许选择多种发射器频率，优选具有从几kHz到1MHz的范围中的小步长，或者所述金属检测系统生成包括大量谐波的方波信号，对于所述大量谐波来说，能够获得用于金属污染物的期望相位。
利用如权利要求1限定的一种用于操作金属检测系统的改善方法以及利用如权利要求8限定的根据该方法进行操作的金属检测系统来实现本发明的上面和其它目的。
所述金属检测系统包括具有发射器线圈、第一接收器线圈以及第二接收器线圈的平衡线圈系统。所述发射器线圈连接到发射器单元，所述发射器单元生成具有从至少两个发射器频率的组中选择的发射器频率的发射器信号。彼此耦合的第一接收器线圈和第二接收器单元向设置在接收器单元中的至少一个放大器单元的信号输入提供输出信号。由于接收器单元相对于发射器线圈的对称设置并且由于绕组的反相感测，在不存在例如具有或者不具有污染物的产品的外界影响，或者例如振动的其它干扰时，在接收器线圈中感应的信号彼此补偿。在该平衡状态下，接收器线圈的组合输出信号为零。
根据本发明，控制单元向至少一个可控阻抗单元的控制输入提供控制信号，所述控制信号取决于所述发射器单元的所述发射器频率。该可控阻抗单元耦合到所述至少一个放大器单元的信号输入，其中所述控制信号以根据所选择的发射器频率使阻抗值增加或者降低的方式来控制所述可控阻抗单元的阻抗值。
通过根据所选择的发射器频率适当地改变施加到所述放大器的输入的输入阻抗，显著地改善了所述金属检测系统对污染物金属的灵敏度。同时，在任意时刻将源自封装材料的镀金属膜的信号的相位角保持为接近90°。
在本发明的优选实施例中，接收器线圈经由所述可控阻抗单元直接耦合到所述放大器单元的输入。在另一实施例中，所述接收器线圈耦合到输入变压器的初级绕组，所述输入变压器的次级绕组经由所述可控阻抗单元耦合到所述放大器单元的输入。所述输入变压器用于将所述放大器单元与所述接收器线圈电隔离。此外，利用固定或者可变传输比，能够设置所述输入信号的期望电压电平。
在优选实施例中，所述接收器线圈利用一个尾部彼此连接，并且利用另一尾部与平衡变压器的两个相同中心抽头初级绕组的相应尾部连接。所述平衡输入变压器具有其相对尾部经由所述可控阻抗单元连接到所述放大器的输入的两个相同中心抽头次级绕组。
在本发明的另一实施例中，所述可控阻抗单元包括晶体管或者继电器。所述晶体管可以采用为开关以将电阻与所述输入阻抗放大器电路连接或者断开。在替代实施例中，继电器可以与电阻器并联连接或者串联连接，以改变所述可控阻抗单元的电阻值。
优选地，对于低的发射器频率选择低的输入阻抗值，并且对于较高的发射器频率选择较高的阻抗值。利用在1kHz到300kHz范围中的发射器频率，在10欧姆和100欧姆之间(更优选接近20欧姆，例如22欧姆)范围中的输入阻抗允许将源自封装材料的镀金属膜的信号相位设置为大约90°。对于高于300kHz的发射器频率，低输入阻抗将不利地影响金属污染物信号的灵敏度。因此，通过增加输入阻抗值，通过头线圈和可控阻抗单元形成的低通滤波器的截止频率也增加，并且保留所要求频率处的增益。这能够利用高于100欧姆(最优选接近300欧姆，例如330欧姆)的输入阻抗的选择来实现。
在本发明的第二基本方面中，放大所述接收器线圈的输出信号并且然后利用包括至少一个滤波器的可变滤波器单元进行滤波，将所述滤波器的中心频率和滤波器带宽调节到所选择的发射器频率，这代表由产品和金属污染物的信号所调制的载波信号。
将滤波器应用到所选择的发射器频率，即，载波频率，导致金属检测系统的灵敏度的进一步明显改善。
特别在低于300kHz的频率处，其中已知的金属检测系统典型地具有差的灵敏度以及来源于封装金属膜的信号的不利相位响应，但是本发明提供显著的优点。合适的带通滤波器有利地允许将来源于封装材料的镀金属膜的信号相位恢复到90度。特别是对于100kHz的发射器信号频率具有200kHz截止频率的滤波器，并且对于200kHz和300kHz的发射器信号频率具有400kHz截止频率的滤波器能够实现大多数有利结果，这意味着其使来源于封装材料的镀金属膜的信号相位非常接近90度。
利用带通滤波器，有利的是低通滤波器，能够去除接收器信号的谐波频率的含量，放大带宽内的信号，并且能够将来源于封装金属膜的信号的相位校正到接近90度。结果，能够容易地抑制该信号。所应用的带通滤波器在全部频率处改善了来源于封装金属膜的信号的相位性能，但是带通滤波器和可控阻抗单元的低阻抗值的组合在低于300kHz的频率处提供更好的结果。
在优选实施例中，利用取决于相对于发射器信号相位的信号相位的不同增益，使用专用电路来放大每一个信号。利用该措施，能够实现金属检测系统特别是对不锈钢材料的灵敏度的改善以及对干扰振动的灵敏度的降低。
利用能够单独使用或者组合使用的上面方法，在能够以更高灵敏度检测源自金属污染物的信号的同时能够降低源自封装材料的镀金属膜的信号。
该创造性措施允许所接收的信号的所选择发射器频率经过相敏检测器，同时抑制由谐波失真产生的信号。
对于更加精确的相位校正，输入放大器单元包括多于两个可选择的阻抗值。滤波器可以利用巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔、考尔滤波器或者其它低通滤波器制造并且能够是一阶或者更高阶。每一个滤波器具有不同的截止频率，并且优选地利用根据所选择的发射器频率控制的例如复用器的开关应用，以使得所应用的滤波器从接收器信号中去除谐波含量。利用高于300kHz的发射器频率，能够获得具有接近90度相位的镀金属膜封装的信号，这意味着能够容易地对其进行抑制。
为了校正来源于镀金属膜封装的信号相位，在位于从接收器线圈接收输入信号的放大器单元和相敏检测器之间的信号路径中应用低通滤波器。所应用的滤波器在全部发射器频率处改善了来源于镀金属膜封装的信号相位，并且降低了在低于300kHz的发射器频率处的谐波频率。
有利地，低通滤波器是具有最大平坦幅值响应的五阶巴特沃斯滤波器。选择五阶滤波器允许获得位于通带和阻带之间的更清晰的交叉。
根据本发明的另一方面，所述输入放大器包括与差分放大器耦合的双极共射共基(cascode)放大器电路。所述共射共基放大器是稳定的，并且还具有高的线性增益，而与当前频率无关。优选地，所述放大器是包括放大存在于输入变压器的次级绕组的两个相对尾部处的信号的两个放大器单元。
所述控制单元优选地包括具有计算机程序的处理单元，设计所述计算机程序以根据所述创造性方法来选择所述可控阻抗单元的设置和/或所述可变滤波器的设置。该设置可以从设置在控制单元中的表中进行选择，所述表包含至少一组发射器频率以及用于所述至少一个可变阻抗单元的相应设置和/或用于所述可变滤波器单元的相应设置。
附图说明
已经阐述了本发明的一些目的和优点，在结合附图考虑下面的说明书时，本发明的其它目的和优点将变得显而易见，在附图中：
图1示出了优选实施例中的创造性金属检测系统的基本方框图；
图2示出了金属检测系统特别是接收器单元的更加详细的方框图；
图3示出了可控阻抗单元的示意图；
图4示出了双极共射共基放大器的示意图；
图5示出了差分放大器的示意图；
图6示出了可变滤波器单元的方框图；以及
图7示出了滤波器单元的示意图。
具体实施方式
图1示出了创造性金属检测系统1的方框图，其基本上包括发射器单元3、平衡线圈系统4，6，7、接收器单元5和信号处理单元。
平衡线圈系统包括缠绕在非金属框上并且均与其它线圈精确平行的的发射器线圈4和两个接收器线圈6、7。中心线圈是与相同的接收器线圈6、7精确等距离放置的发射器线圈4。发射器单元3生成经过发射器线圈4循环的高频电流。流经发射器线圈4的电流生成磁场，其在相邻的接收器线圈6、7中感应相同的电流。接收器线圈6、7相对连接，即两个绕组沿相反方向缠绕，以使得在接收器线圈6、7中感应的电流沿相反方向流动，并且因而在没有导电或者磁性物体移动经过平衡线圈系统时彼此抵消。
通过平衡线圈系统一个接一个地传输待检查的产品2，例如在传送带上。在包含金属污染物的产品2移动经过平衡线圈系统的情况下，该金属污染物首先干扰第一接收器线圈6附近的磁场，并且然后干扰第二接收器线圈7附近的磁场，因而单独改变在第一接收器线圈6和第二接收器线圈7中感应的信号。在接收器线圈6、7中感应的信号的非对称改变处于纳伏特的幅度。因而，为了检测金属污染物，要求高的灵敏度。在本发明中，接收器单元5因此专用于这种信号的放大和处理，以检测各种类的即使小尺寸的金属污染物。
图2所示的金属检测系统包括向平衡线圈系统的发射器线圈4提供发射器信号的发射器单元3。平衡线圈系统的第一接收器线圈6和第二接收器线圈7连接到平衡输入变压器11的初级绕组。平衡输入变压器11的次级绕组经由可控阻抗单元12连接到放大器单元14的输入。放大器单元14的输出连接到能够适合于所选择的发射器频率，即调制载波频率的可变滤波器单元17。将滤波后的载波信号发送到相敏检测器18，相敏检测器18经由滤波器单元19向增益单元20提供解调的基带信号。将产生的信号发送到模数转换器21，模数转换器21向信号处理器提供数字化信号。为了控制所描述的处理并且为了操作所述系统，所述金属检测系统还包括连接到计算机终端22的控制单元16。
发射器单元3向平衡线圈系统的发射器线圈4提供具有可选择发射器频率(优选在几kHz到1MHz的范围内)的发射器信号。此外发射器单元3向接收器单元18提供具有发射器频率的参考信号用于解调目的。
接收器线圈6、7连接到平衡输入变压器11中对接收器线圈6、7镜像的中心抽头初级绕组。此外平衡输入变压器11包括连接到可控阻抗单元12的两个相同中心抽头次级绕组。
可控阻抗单元12应用可变阻抗值至放大器单元14的输入。可控阻抗单元12的阻抗值代表放大器单元14的输入电阻并且以这种方式限定放大器单元14的增益。向可变滤波器单元17提供由放大器单元14根据可控阻抗单元的设置放大的接收器信号，该可变滤波器单元17去除放大后的接收器信号的谐波内容。
控制单元16向发射器单元13提供第一控制信号用于选择发射器频率，向可控阻抗单元12提供第二控制信号用于根据所选择的发射器频率来选择阻抗值，并且向滤波器单元17提供第三控制信号用于根据所选择的发射器频率或者载波频率来选择所述滤波器特性。
因而，根据所选择的发射器频率，选择对于可控阻抗单元12的适当阻抗值。可以通过各种方式来设计可变滤波器单元17。优选地，可变滤波器单元17包括专用于多个可选择的发射器频率的多个滤波器实体(参见图6)。优选将滤波器单元设计为允许载波信号通过其到达信号处理链的下一模块的带通滤波器或者低通滤波器。因而，利用从控制单元16接收的控制信号，与发射器频率相对应地选择可变滤波器单元17的滤波器实体。
向相敏检测器18提供可变滤波器单元17的输出信号，相敏检测器18解调发射器信号以及经放大和滤波的接收器信号。在其输出处，提供与解调的发射器操作信号相关的解调后的接收器信号的同相分量和正交分量。
将相敏检测器18的输出信号发送到另一的滤波器单元19，滤波器单元19允许期望的信号经过增益单元20，增益单元20允许将所处理信号的幅值设置到期望值。随后，通过数模转换器21将滤波和校准后的信号从模拟形式转换为数字形式。将模数转换器21的输出信号发送到可以位于控制单元6中的信号处理器。以处理、分析和评估所接收的信号以抑制不想要的信号并且检测源于金属污染物的信号的方式对信号处理器进行编程。然后将所产生的数据从信号处理器和控制单元16发送到附接到控制单元16的计算机终端22。
图3示出了包括两个可控阻抗单元12、13的接收器单元的输入级的优选实施例的示意图，所述两个可控阻抗单元12、13在输入侧上连接到平衡输入变压器11的中心抽头次级绕组的端子并且在输出侧上连接到相关输入放大器14、15的。次级绕组的中心抽头连接到地。
每一个可控阻抗单元12、13包括一端连接到次级绕组的相关端子和相关放大器14、15的输入并且另一端与地连接的固定的第一电阻器R1、R2。每一个可控阻抗单元12、13还包括一侧连接到次级绕组的相关端子并且另一侧连接到开关S1的第二电阻器R3、R4，所述开关S1优选是继电器或者晶体管，如果被致动，则所述开关S1将第二电阻器R3、R4连接到地。
继电器S1由控制单元16根据所选择的发射器频率生成的第二控制信号控制。通过切换继电器S1，第一电阻器R1、R2和第二电阻器R3、R4能够并联连接或者能够断开以使得可控阻抗单元12、13的阻抗值相应地变化。结果，相关放大器单元14或者15的输入阻抗和增益也变化。对于更精确的设置，可控阻抗单元12、13能够包括多于两个的可选择阻抗值。每一个阻抗单元12、13能够包括电阻器组，所述电阻器组具有能够单独选择或者组合的适当数量的电阻器以精确调节可控阻抗单元12、13的阻抗值。
图4示出了图3的接收器单元，具有放大器单元14、15的优选实施例，不具有设置在第二级中的运算放大器。
在该优选实施例中示出的差分输入共射共基双极放大器是放大器单元14、15的第一级。该示意图中的全部晶体管是pnp晶体管。图3中描述的每一个可控阻抗单元12的输出分别连接到相关晶体管T3、T4的基极，分别利用发射极经由电阻器R5、R6连接到恒定电流源。
恒定电流源包括晶体管T5，在电源电压+Vcc及其发射极之间具有电阻器R15，在电源电压+Vcc及其基极之间具有两二极管D1和D2，在基极和地之间连接有电阻器R16，并且其集电极分别经由电阻器R5、R6连接到晶体管T3、T4。
将在其发射极处分别具有电阻器R5、R6的晶体管T3、T4配置为共发射极跟随器。晶体管T3、T4的集电极分别经由电阻器R7、R8连接到类似共基极放大器配置的晶体管T1、T2的发射极。电阻器R11和R13，R12和R14的一端分别与晶体管T1、T2的基极连接并且另一端与分别与到地的负电源电压-Vcc的端子连接。晶体管T1、T2的集电极分别在一方面经由电阻器R9连接到负电源电压-Vcc并且在另一方面分别连接到放大器14、15的第二级，即连接到放大器14或者15的相关运算放大器Diff.Op amp1、Diff.Op amp2的输入。
每一个共射共基放大器形成差分放大器。该差分放大器是对称放大器，具有放大可控阻抗单元的输出的电势差的两个输入和两个输出。两个共射共基放大器都连接到通过晶体管T5，通过二极管D1和D2形成的公共电流源，以使得其电流的和保持恒定。差分放大器具有放大两个输入之间的差分电势的能力，而与在与由晶体管T5形成的电流源的连接处可用的电压无关。由于其输出与其输入在电气和物理分离，因此共射共基放大器的输出稳定，对限制带宽没有影响并且还具有高的增益。
图5示出了图3的接收器单元，具有连接到图4所示的第一级的输出的放大器单元14和15的第二级的优选实施例。
第二级的第一输入连接到运算放大器运算放大器3的同相输入并且经由电阻器R24连接到地。运算放大器的反相输入经由电阻器R25连接到其输出，并且经由电阻器R23连接到地。
第二级的第二输入连接到运算放大器运算放大器4的同相输入并且经由电阻器R30连接到地。运算放大器的反相输入经由电阻器R31连接到其输出，并且经由电阻器R29连接到地。
运算放大器5的同相输入经由电阻器R34连接到地并且反相输入经由电阻器R28连接到运算放大器运算放大器5的输出。
将运算放大器运算放大器3和运算放大器4配置为同相放大器。其输出经由电阻器R33连接到运算放大器运算放大器5的同相输入并且经由电阻器R27连接到运算放大器运算放大器5的反相输入。它们向运算放大器5提供放大了分别通过R23、R24和R25以及R29、R30和R31确定的恒定因数的其输入信号。
将运算放大器运算放大器5配置为差分放大器。其输出提供被乘以通过电阻器R27、R28、R33和R34的值确定的恒定因数的输入差分运算放大器1和差分运算放大器2的电压之间的差值。
图6示出了在优选实施例中可变滤波器单元16的方框图。其包含六个低通滤波器23-28。每一个低通滤波器具有不同的截止频率。将放大的接收器信号发送到将其输出信号提供到复用器29的全部六个低通滤波器23-28的输入。复用器通过控制16单元根据选择的发射器频率生成的第三控制信号进行控制。通过控制器单元16根据应用的发射器频率来选择低通滤波器23-28中具有适当截止频率的一个低通滤波器。然后将滤波后的信号从复用器29的输出发送到相敏检测器18的输入。
图7示出了滤波器单元23-28的示意图，优选将其设计为压控电压源(VCVS)滤波器或者其变体，例如Sallen-Kay滤波器。使用Sallen-Kay拓扑以实现二阶有源滤波器。Sallen-Kay滤波器的实现经常使用配置为电压跟随器的运算放大器；然而，发射极或者源极跟随器是缓冲放大器的另一共同选择。Sallen-Kay滤波器是使用单位增益放大器(即具有0dB增益的纯缓冲放大器)的VCVS滤波器的变体。
图7所示的滤波器单元由五阶巴特沃斯低通滤波器构成，该巴特沃斯低通滤波器由通过电阻器R17、R18和电容器C1形成的一个RC单元以及两个二阶Sallen-Key电路组成。
第一Sallen-Key电路包括经由第一电容器C2连接到运算放大器1的输出并且经由第二电阻器R20连接到运算放大器1的同相输入的第一电阻器R19，该运算放大器1的同相经由第二电容器C3连接到地。运算放大器1的输出进一步连接到运算放大器1的反相输入。
第二Sallen-Key电路包括经由第一电容器C4连接到运算放大器2的输出并且经由第二电阻器R22连接到运算放大器2的同相输入的第一电阻器R21，该运算放大器2的同相经由第二电容器C5连接到地。运算放大器2的输出进一步连接到运算放大器2的反相输入。
一阶滤波器，即RC单元R17、R18、C1，以及两个二阶Sallen-Key滤波器组合提供所要求的五阶滤波器。
附图标记
1金属检测系统
2产品
3发射器单元
4发射器线圈
5接收器单元
6第一接收器线圈
7第二接收器线圈
11变压器
12第一可控阻抗单元
13第二可控阻抗单元
14第一放大器单元
15第二放大器单元
16控制单元
17可变滤波器单元
18相敏检测器
19第二滤波器单元
20增益单元
21模数转换器
22计算机终端
23第一滤波器
24第二滤波器
25第三滤波器
26第四滤波器
27第五滤波器
28第六滤波器
29第二开关

Claims (16)

1.一种用于操作金属检测系统(1)的方法，所述金属检测系统包括平衡线圈系统，所述平衡线圈系统具有连接到发射器单元(3)的发射器线圈(4)，所述发射器单元生成具有从由至少两个发射器频率构成的组中选择的发射器频率的发射器信号，并且所述平衡线圈系统具有向包括在接收器单元(5)中的至少一个放大器单元(14，15)的信号输入提供输出信号的第一接收器线圈和第二接收器线圈(6，7)，所述输出信号彼此补偿以使得所述系统平衡，
其特征在于，控制单元(16)根据所述发射器单元(3)的所述发射器频率生成控制信号，并且所述控制信号被提供到至少一个可控阻抗单元(12，13)的控制输入，所述至少一个可控阻抗单元(12，13)的控制输入耦合到所述至少一个放大器单元(14，15)的所述信号输入，其中所述控制信号以所述可控阻抗单元(12，13)的阻抗值在所述发射器频率增加或者降低时增加或者降低的方式来控制所述可控阻抗单元(12，13)，并且
其特征在于，所述接收器线圈(6，7)利用一个尾部彼此连接并且利用另一尾部连接到平衡变压器(11)的两个相同中心抽头初级绕组的相应尾部，所述平衡变压器(11)具有两个相同中心抽头次级绕组，所述两个相同中心抽头次级绕组的尾部经由至少一个可控阻抗单元(12，13)连接到至少一个放大器单元(14，15)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个可控阻抗单元(12，13)包括至少一个可变电阻器，所述至少一个可变电阻器由所述控制信号控制，或者其特征在于，所述至少一个可控阻抗单元(12，13)包括至少一个切换单元，所述至少一个切换单元由所述控制信号控制并且将由至少两个电阻器构成的组中的至少一个电阻器或者其组合连接到所述可控阻抗单元(12，13)的输出端子。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述可变电阻器为晶体管。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述切换单元为继电器。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
a.对于1kHz和300kHz之间的发射器频率，在20欧姆和100欧姆之间选择所述可控阻抗单元(12，13)的阻抗值，和/或
b.对于300kHz和1MHz之间的发射器频率，在200欧姆和400欧姆之间选择所述可控阻抗单元(12，13)的阻抗值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个放大器单元(14，15)的输出信号由可变滤波器单元(17)进行滤波，所述可变滤波器单元(17)具有可选带宽，所述可变滤波器单元(17)包括能够利用第二切换单元耦合到信号路径的至少一个滤波器设备，根据所选择的发射器频率来选择所述带宽。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放大器单元(14，15)包括双极晶体管共射共基放大器，所述双极晶体管共射共基放大器的输出耦合到差分放大器。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，从设置在所述控制单元(16)中的表来选择用于所述至少一个可变阻抗单元的设置和/或用于所述可变滤波器单元(17)的相应设置，所述表包含至少一组发射器频率以及用于所述至少一个可变阻抗单元的相应设置和/或用于所述可变滤波器单元(17)的相应设置。
9.一种金属检测系统(1)，包括平衡线圈系统，所述平衡线圈系统具有耦合到发射器单元(3)的发射器线圈(4)，所述发射器单元(3)生成具有从由至少两个发射器频率构成的组中选择的发射器频率的发射器信号，并且所述平衡线圈系统具有向包含在接收器单元(5)中的至少一个放大器单元(14，15)的信号输入提供输出信号的第一接收器线圈和第二接收器线圈(6，7)，所述输出信号彼此补偿以使得所述系统平衡，其特征在于，提供与所述至少一个放大器单元(14，15)的所述信号输入连接并且由控制单元(16)控制的至少一个可控阻抗单元(12，13)，所述控制单元(16)向所述可控阻抗单元(12，13)的控制输入提供可根据所述发射器单元(3)的所述发射器频率选择的控制信号，以使得所述可控阻抗单元(12，13)的阻抗值在所述发射器频率增加或者降低时增加或者降低，并且其特征在于，所述接收器线圈(6，7)利用一个尾部彼此连接，并且利用另一尾部连接到平衡变压器(11)的两个相同中心抽头初级绕组的相应尾部，所述平衡变压器(11)具有两个相同中心抽头次级绕组，所述两个相同中心抽头次级绕组的尾部经由至少一个可控阻抗单元(12，13)连接到至少一个放大器单元(14，15)。
10.如权利要求9所述的金属检测系统(1)，其特征在于，所述至少一个可控阻抗单元(12，13)包括至少一个可变电阻器，所述至少一个可变电阻器能够由所述控制信号控制，或者其特征在于，所述至少一个可控阻抗单元(12，13)包括由至少两个电阻器构成的组和至少一个切换单元，所述至少一个切换单元能够由所述控制信号控制，以使得所述至少两个电阻器构成的组中的至少一个电阻器或者其组合能够连接到所述可控阻抗单元(12，13)的输出端子。
11.如权利要求10所述的金属检测系统(1)，其特征在于，所述可变电阻器为晶体管。
12.如权利要求10所述的金属检测系统(1)，其特征在于，所述切换单元为继电器。
13.如权利要求9所述的金属检测系统(1)，其特征在于，
a.对于1kHz和300kHz之间的发射器频率，在20欧姆和100欧姆之间的范围内选择所述可控阻抗单元(12，13)的所述阻抗值，和/或
b.对于300kHz和1MHz之间的发射器频率，在200欧姆和400欧姆之间的范围内选择所述可控阻抗单元(12，13)的所述阻抗值。
14.如权利要求9所述的金属检测系统(1)，其特征在于，所述至少一个放大器单元(14，15)的所述信号输出耦合到可变滤波器单元(17)的信号输入，所述可变滤波器单元(17)具有可选带宽并且包括能够利用第二切换单元耦合到信号路径的至少一个滤波器设备，并且其中所述控制单元(16)向所述可变滤波器单元(17)的控制输入提供控制信号并且根据所选择的发射器频率来选择所述带宽。
15.如权利要求9所述的金属检测系统(1)，其特征在于，所述放大器单元(14，15)包括双极晶体管共射共基放大器，所述双极晶体管共射共基放大器的输出耦合到差分放大器。
16.如权利要求14所述的金属检测系统(1)，其特征在于，所述控制单元(16)设置有表，所述表由发射器频率以及用于所述至少一个可控阻抗单元的相应设置和/或用于所述可变滤波器单元(17)的相应设置构成。
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