CN107209280A - 用于检测导电物体的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于检测导电物体，例如运土容器(5)的检测空间内的矿石/土中的夹杂金属，的方法和系统。围绕检测空间的天线环路(12)将磁信号脉冲发射进入容器的检测空间中。监测并分析系统的磁响应以确定检测空间内的疏松材料中导电物体的存在或不存在。

Description

用于检测导电物体的方法和系统

技术领域

本发明一般地涉及周围、非电导材料中的导电物体的检测和识别。

本发明已经主要开发了随着挖掘物进入和/或离开用于运输矿石的各种土/矿石运送集装箱、尤其随着矿石由挖掘机采集，检测采矿生产流中来自矿石和/或土壤的的夹杂金属物体。然而，虽然特别提及采矿应用和金属的检测而描述本发明，但是本发明还可以被应用至其他工业或应用中，其中期望检测非导电材料中的导电物体。

背景技术

现有技术的下述讨论旨在帮助理解本发明并使本发明的优点被更加全面地理解。然而，应该意识到，说明书自始至终对现有技术的任何提及不应被解释为这样的现有技术在本领域中是广泛知晓的或形成本领域中公知常识的部分的明确或隐晦的承认。

在采矿过程中，“外来”物(例如螺母、螺栓、销、钻杆、锚杆、少量的构造钢、木材或钢塞(stoping))和来自采矿机械的脱落(例如铲齿)进入并污染矿石并非是不常见的。虽然在老旧的矿山巷道中发现这些不需要的材料是更为常见的，其还可以存在于新开采的矿石中。

不需要的外来物通常在采矿工业中被称为“不易碎物”或“夹杂金属”，并且当他们进入到生产流中已经呈现出重要且长期存在的问题。也就是说，如果这样的物体没有被移除，其相当的硬度和/或形状可以引起对破碎机和其他处理机械(例如，带式给料机和传送带)的严重损坏。

在典型的采矿生产流中，在矿址处来自矿体的矿石被挖掘机挖掘或采集，并被装载至拖运卡车托盘上。拖运卡车将矿石运输到破碎矿石以将其减小到易处理的尺寸的初级破碎机。在通常地被装载到用于运输的传送系统之前，矿石可能经历二级破碎。

当被倾倒至具有固定喉尺寸的初级破碎机时，比最小喉间隙大的任何坚硬的材料具有阻塞破碎机的潜力。任何长且细的物体，例如钻杆或锚杆，具有设法穿过破碎机进入到下方的料斗并到达传送带给料机上的潜力。料斗/破碎机组合的特性导致竖直排列细长的物体，因此虽然他们可以顺利地穿过破碎机，其被定向为“穿透”并潜在地割裂下方的给料机带或破坏主带。

通常的做法是在移动的传送器上方、破碎机下方放置“夹杂金属磁石”以从产品中吸引并移除任何铁磁性钢。然而，显然这对于产品流中初级破碎机风险缓解是太晚的。因此，在最终碾磨或加工工厂之前的某一位置处移除除需要的产品外的所有材料是可期望的。此外，此方法将仅移除具有磁属性的材料。许多导电材料可能是非磁性的。

US20110074619中提出的一个方案利用方向可调雷达以检测拖运卡车运送的挖掘物内的夹杂金属。然而，这样的设备是复杂的、未经检验的且分析处理时间使得实时检测的实现非常困难。

另一系统需要追踪可能的内含物，例如机械铲齿，以识别矿石流中物体何时被逐出并可能已经丢失。然而，由于知晓物体丢失和确切地定位物体在何处之间显然存在很大的差异，这样的方案价值有限。

本发明的目的是克服或基本上改善现有技术的缺陷的一个或多个，或至少提供有用的替代。

发明内容

相应地，在第一方面中，本发明提供一种检测在检测空间内导电物体的存在或不存在的方法，所述方法包括以下步骤：

扫描检测空间内的导电物体，包括步骤：

使用磁信号产生装置产生检测空间内磁脉冲形式的磁信号；

使用磁信号监测装置监测检测空间内的感应磁响应信号；以及

分析感应响应信号以确定检测空间内导电物体的存在或不存在。

在另一方面中，本发明提供用于检测在检测空间内导电物体的存在或不存在的脉冲感应检测系统，所述系统包括：

控制单元；

磁信号产生装置，用于产生检测空间内多个磁脉冲形式的磁信号；

磁信号监测装置，用于监测检测空间内的感应磁响应；以及

数据处理器单元，用于分析监测的磁响应信号以确定检测空间内导电物体的存在。

本发明依赖于随着物体移动穿过检测空间而感应导电物体内的电流的磁信号。电流反过来在物体中产生感应的“信号响应”磁场，磁场可以被检测到。因此，物体必须包括导电物质。通常，导电物体是嵌入或混合进疏松的矿石和土材料的金属。最为常见地，金属是包括铁的合金的铁磁体；然而，还可以检测其他金属，且在有利的条件下，还可以检测其他导电材料。实时信号处理方法可以揭露来自信号响应的包含物的特性。

优选地，邻近导电压载物布置检测空间。优选地，检测空间部分地由导电材料围绕。

优选地，检测空间至少部分地在容器内，更加优选地，容器主要由金属制成。

优选地，导电物体嵌入至疏松、非导电材料中。

在另一方面中，本发明提供检测主要由金属制成的挖掘机铲斗内矿石和/或土中的导电物体的存在或不存在的方法，方法包括步骤：

提供用于接收材料的挖掘机铲斗，铲斗包括用于从铲斗装载和/或卸载矿石和/或土的开口；

使用脉冲感应扫描铲斗的检测空间内矿石和/或土内的导电物体，包括步骤：

使用磁信号产生装置产生铲斗的检测空间内磁脉冲形式的磁信号；以及

使用磁信号监测装置监测检测空间内的感应磁响应信号；以及

分析感应信号响应，以确定检测空间内矿石和/或土中导电物体的存在或不存在。

优选地，分析的步骤包括预先计算至少一个基函数以及将基函数与感应响应信号交叉相关，基函数具有检测空间内导电物体的存在与不存在之间的预期差异。

优选地，基函数是经由模拟预先计算的。

优选地，基函数是从示例期望环境测量的。

优选地，分析感应响应信号的步骤包括根据预定的信号参数隔离感应信号响应的部分。

优选地，预定的信号参数指示阈值之间的信号电压。

优选地，磁信号产生装置和/或磁信号监测装置包括围绕容器的开口的发射天线环路。

优选地，发射天线环路还是接收天线环路，环路限定检测空间。

优选地，磁信号包括在约100和1000Hz之间的频率范围的多个磁脉冲。

优选地，多个信号脉冲包括相对极性的脉冲以减少容器的磁化。

优选地，容器全部地或主要地由金属制成。

在另一方面中，本发明提供检测并移除采矿生产流中的矿石和/或土中的导电物体的方法，方法包括步骤：

使用挖掘机的挖掘机铲斗挖掘矿石和/或土；

在挖掘期间，根据上述检测方法扫描挖掘物中的导电物体；以及

当在挖掘物中检测到金属物体时，选择性地从生产流转移挖掘物。

在另一方面中，本发明提供用于检测挖掘机的铲斗内的疏松、非导电材料中的导电物体的存在或不存在的脉冲感应检测系统，系统包括：

检测器电子设备模块，用于产生磁信号并检测响应信号，模块包括：

磁信号产生装置，用于产生铲斗的检测空间内多个磁脉冲形式的磁信号；

磁信号监测装置，用于监测检测空间内的感应磁响应；以及

数据处理器单元，用于分析监测的磁响应信号以确定检测空间内疏松材料中的导电物体的存在；

铲斗模块，包括至少一个天线环路；以及

控制模块，具有用于控制系统的用户界面。

优选地，用户界面模块包括用于指示导电物体的存在的指示器装置。

优选地，流动的材料是矿石和/或土。

优选地，导电物体包括金属物体或夹杂金属。

优选地，铲斗主要由金属材料制成。

在另一方面中，本发明提供运土挖掘机，包括：

挖掘机铲斗，用于接收矿石和/或土，铲斗主要由金属制成并包括用于从铲斗装载和/或卸载矿石和/或土的至少一个铲斗开口；

脉冲感应检测系统，用于检测铲斗的检测空间内导电物体的存在或不存在，系统包括：

检测器电子设备模块，用于产生磁信号并检测响应信号，模块包括：

磁信号产生装置，用于产生铲斗的检测空间内多个磁脉冲形式的磁信号；

磁信号监测装置，用于监测检测空间内的感应磁信号；以及

数据处理器单元，用于分析监测的磁响应信号以确定检测空间内疏松材料中的导电物体的存在；

铲斗模块，包括至少一个天线环路；以及

控制模块，具有用户界面以控制系统并显示系统信息。

优选地，用户界面模块包括用于指示金属物体的存在的指示器装置。

优选地，挖掘机是采矿铲。

优选地，仪表化的铲斗包括底壁和延伸至外周边缘的外周侧壁，外周边缘限定铲斗开口，底壁和外周侧壁围绕并限定铲斗的内部装载运送隔间。

优选地，侧壁包括内表面，内表面包括用于容纳环路的槽。

优选地，由非金属且非导电的定位件将环路保持在槽内。

在此使用的术语“挖掘机”指的是广泛范围的包含容器或铲斗的运土机械。就其本身而言，术语挖掘机旨在包括但不限于小型挖掘机、拉铲挖掘机、长臂挖掘机、蒸汽铲、电铲、装载机和挖泥机。

相似地，在此使用的术语“夹杂金属”和“不易碎物”指的是可以进入到采矿生产流中的不需要的外来物。

除非上下文另外清楚地要求，在说明书和权利要求中，词语“包括”、“包含”等自始至终旨在被解释为包括的意义而不是排他或穷举的意义；也就是说是“包括，但不限于”的意义。

附图说明

现在将参考所附附图仅以示例方式描述本发明优选的实施例，其中：

图1是示例性采矿生产流的示意图；

图2是根据本发明的脉冲感应金属检测系统的典型电子处理图的示意图；

图3是根据本发明的指示天线环路的近似安装位置的挖掘机铲斗的示意图；

图3A是根据本发明实施例的安装在铲斗侧壁内的天线环路的详细的、示意性的剖视图；

图3B是根据本发明可选实施例的安装在铲斗侧壁内的天线环路的详细的、示意性的剖视图；

图3C是根据本发明可选实施例的安装在铲斗侧壁的外壁上的天线环路的详细的、示意性的剖视图；

图4是根据本发明的具有提供有分离的发射和接收天线环路的脉冲感应金属检测系统的铲斗(shovel dipper)的示意图；

图5是根据本发明的DSP单元内一种形式的适合的处理流程的示意图；

图6是不存在噪声的情况下来自代表性模拟的两个信号之间的差异的图形化表示。

图7是差异信号结构的详细的图形化表示；

图8是存在噪声的情况下所得差异信号的详细的图形化表示；

图9是图6的数据信号与图8的噪声输入信号交叉相关的图形化表示；以及

图10是包括预期的模拟差异的一种形式的适合的基函数的图形化表示。

具体实施方式

图1示出示例性采矿生产流1的部分。来自矿体2的矿石由挖掘机3挖掘并被倒入拖运卡车4上。挖掘机3可以是采矿铲，装载机或其他类型的运土挖掘器。无论如何，挖掘机3包括用于铲起来自矿体的待被倒入拖运卡车4的托盘6中的大量矿石的铲斗5。拖运卡车4将矿石运输至初级破碎机7，在此处矿石被卸载至破碎机给料机。相应地，图1示出的步骤(A)到步骤(D)为：

(A)使用挖掘机挖掘以填充挖掘机铲斗；

(B)装载拖运卡车；

(C)运输；以及

(D)在初级破碎机处卸载。

应该意识到，上述生产流仅是采矿作业的一个示例。在其他生产流中，挖掘机可以将矿石装载至其他类型的运输装置，例如传送器或轨道手推车。在又一变型中，挖掘机可以将矿石直接地装载至处理机械，例如破碎机等。

在任何情况中，应该意识到，为防止破坏初级破碎机和传送器，必须在步骤(D)之前从生产流中检测并移除不易破碎的材料，特别是夹杂金属。然而，在流的上述阶段的任一个处增加检测装置存在问题，尤其当基础设施的增加应该被最小化时。

例如，虽然可能可以提供预备的传送器和在紧靠破碎机的前面存在“夹杂金属磁石”用于检测并移除夹杂金属的特定目的，其将需要处理中的又一步骤和更多基础设施的安装。此外，检测和提取将不得不几乎同时发生，且未破碎的矿石颗粒的尺寸将成为障碍物。

广义上，本发明的方法和系统涉及：通过分析当遭受磁信号时系统的磁响应来检测运土容器的检测空间内矿石/土中的导电物体。

由围绕检测空间的天线环路将磁信号脉冲发射至容器的检测空间内。使用相同的或不同的天线环路监测系统的磁响应。

在一种形式中，方法使用脉冲感应，其承认：取决于导电物体是否布置在检测空间中，检测天线将呈现出稍微不同的感应品质且因此感应脉冲信号的衰减特征将不同。使用适当的信号处理技术，可以识别并使用此差异以确定运土容器内金属物体的存在或不存在。

然而本发明可以检测在检测空间内的任何导电材料，最普遍地，导电物体由金属制成。因此，应该理解的是，除非另有说明，在此提及金属物体或“夹杂金属”可以包括全部地或部分地由导电材料制成的任何物体。

从生产过程立场出发，如果在装载容器的过程中或当铲斗装满时执行筛选夹杂金属，允许按要求定向挖掘物。例如，如果在容器的挖掘物内检测到夹杂金属，可以选择性地由生产流拒绝此挖掘物。

本发明优选地利用随着导电物体被装载或卸载至容器中而穿过检测空间的导电物体的移动。导电物体在检测空间内的移动可以加强响应信号和/或在脉冲信号的情况下提供多个采样机会用于检测。还允许容器内检测空间的体积小于容器的体积。

系统可以适用于矿生产流中的任何矿石运送容器。例如，系统可以适用于挖掘机械的容器(例如挖掘机的铲斗)，或运输机械的容器(例如拖运卡车的托盘)。

系统适用于挖掘机铲斗而不是拖运卡车托盘的有益之处在于，由于一个挖掘机通常服务于多个拖运卡车，仅需要一个检测系统。在挖掘阶段的过程中筛选夹杂金属的又一有益之处在于，如果真的做出检测的肯定指示，拒绝更少量的矿石。另一方面，当装载至拖运卡车时或在运输过程中执行筛选，必须拒绝全部拖运卡车挖掘物。

此外，在一些生产流中，挖掘机用于直接地将矿石从矿石堆移动到破碎机、传送器、轨道手推车等，而不需要拖运卡车运输。

因此，在此实施例中，本发明包括将导电物体检测系统合并至挖掘机铲斗5中，以便随着夹杂金属物体与矿石挖掘物一起进入挖掘机铲斗，在挖掘(A)的过程中可以检测夹杂金属物体。在矿石挖掘物中识别出夹杂金属物体的情况下，可以使铲斗挖掘物重定向，以便夹杂金属物体不进入矿石生产流中。

简单地，当在挖掘机铲斗中检测到有嫌疑的夹杂金属物体时，通过系统警告挖掘机操作员，以便挖掘物可以被倾倒至替代位置而非被装载至绑定破碎机的拖运卡车、其他运输装置或处理机械(例如破碎机)上。

系统可以适用于包括挖掘器、装载机和采矿铲的广泛范围的挖掘机。

虽然本发明就生产过程而言提供重要的优势，将脉冲感应检测合并至挖掘机铲斗存在待被克服的相当大的技术挑战。

第一困难是，虽然已知金属检测系统，挖掘机铲斗在其发展的这段时间中主要是、否则完全是由铁磁钢制成。然后，显然在大的铁磁容器围绕检测空间的情况下，监测系统必须能够区分相当小的不需要的导体的响应信号与相当大的导电压载物的任何响应。用于金属检测的当前技术(涉及监测流过环路的电流相对于时间的变化)被承认为与这样的应用不兼容。

在优选的形式中，本发明利用脉冲感应检测。脉冲感应检测系统指向天线环路中的电流的短突发或“脉冲”。此在正在被检测的物体中产生相应的磁脉冲，其反过来产生相应的弱的多的且时间延迟的返回脉冲至接收天线环路或磁力计。此非常弱的响应信号由高带宽的低噪声放大器(LNA)检测并放大。使用数字信号处理技术数字化并处理放大的信号，数字信号处理技术解析响应信号以识别检测空间中导电材料的存在。在一个实施例中，使用数字信号处理技术仅放大、数字化并处理响应信号的部分。此部分是基于预定的参数(例如电压阈值)被隔离的。

每隔一定时间重复脉冲，一般地在大约100-1000Hz之间。

在本发明的一个实施例中，天线环路中允许电流“脉冲”增长到固定值。然后突然关断，导致跨环路的端子感应的高电压(例如，大约2000V)。此感应的“响应”电压将在相对的方向中被极化至初始施加的电压。借助于负载电阻，电性闭合环路，以便存储在环路中的能量以指数速率消散。消散的能量或响应信号的衰减特征将取决于环路的感应特征、特别地是否有导电物体布置于其周围而不同。直到跨负载电阻的消散响应信号衰减至预定值(例如，大约0.7V)才放大并处理信号。

举例来说，图2示出脉冲感应检测系统10的示意性电子电路。系统可以分为3个模块。铲斗系统模块11包括围绕检测空间安装的或对容器或铲斗开放的天线环路或磁力计12。天线12可以包括围绕检测空间的多个线圈绕组(例如5-30个绕组)，天线12连接至用于产生磁信号并用于检测响应信号的金属检测器电子设备模块13。电子设备模块13包括电源14，电源14与数字处理器单元15连接，数字处理器单元15包括数字信号处理器(DSP)。电源发射器16将电流脉冲传送至天线环路以在天线内产生相应的电磁场脉冲。

由与天线连接的低噪声放大器(LNA)17放大检测的响应电磁信号。此信号被反馈至DSP 15以进行滤波和分析。提供包括驾驶室内的用户界面的控制模块18以控制系统并向挖掘器操作者显示系统信息。

应该注意的是，上述系统旨在示例性说明脉冲感应检测系统。本发明不限于所描述的系统和模块的特定配置。在不脱离本发明的范围的情况下，可以替换或重新配置系统的各种组件。

例如，在一个实施例中，本发明提出至驾驶室中的用户界面和控制模块18的和从驾驶室中的用户界面和控制模块18的数据19、20的无线传输，以便可以将电子设备模块13和铲斗模块11安装至挖掘机铲斗/臂且用户界面模块与其无线连接。

将系统布置于挖掘机铲斗内的附加问题在于，当反复地暴露于磁场中时，作为铁磁材料的铲斗的钢具有变得磁化的倾向。也就是说，最终钢铲斗将建立与环路发射的磁场脉冲一致的半永久磁偏置。即使小的磁偏置也可以通过掩盖铲斗内夹杂金属物体的感应磁场而影响检测过程。

为解决此问题，本发明包括用于借助通过反转天线环路中的电流而使磁场间歇性地极性反转的消磁来使钢退磁的方法。优选地，非反转的场由反转的场平衡，从而消除建立的磁偏置。显然，用于平衡反转的和非反转的场的一个方法是施加极性更替的脉冲。就这一点而言，如图2所示，由H桥电路驱动环路，以便天线环路中的电流在脉冲之间更替。随后，由天线环路产生的相应的磁场脉冲的磁极性更替，从而使钢变得磁化的任何趋势无效。

在示意性图2所示的实施例中，天线环路12既用于发射磁信号又用于检测磁响应信号。然而，在其它实施例中，提供一个或多个分离的发射和接收天线环路。在另外的实施例中，替代天线环路或除天线环路之外，可以使用阵列的一个或多个磁力计或SQUID，以便检测返回磁响应。

当将脉冲感应检测系统安装至挖掘机铲斗中时要解决的另一重要问题与实际安装有关。也就是说，由于钢是能够禁受恶劣环境和挖土工程的挖掘物的极其坚硬的材料，挖掘机铲斗一般由钢制成。另一方面，天线环路及相关的电子设备是相对轻重量且易碎的组件。

为保护环路，必须提供适当的防护。然而，环路天线需要非金属窗口以允许磁场穿透至铲斗的中心。此外，线圈周围必须存在“无金属区”。

因此，本发明提供用于安装和防护围绕铲斗的内部或外部的天线环路或多个环路的装置。

在本发明的一种形式中，特别地设计铲斗用于包含环路天线。参考图3，挖掘机或装载机3包括具有底壁30和外周侧壁31的铲斗5，外周侧壁31具有内和外表面32和33。底壁和侧壁围绕并限定铲斗的内部装载运送隔间，用于容纳并包含土和/或矿石或其它块状材料。侧壁31包括限定铲斗开口35的外周边缘34，通过铲斗开口35材料可以被装载至铲斗或从铲斗卸载。

优选地，将环路12安装在侧壁31的外周边缘34处或附近，以便检测空间在铲斗开口处，且材料必须穿过检测空间以便进入或离开铲斗。

参考图3所示的铲斗的详细图3A，铲斗被设计并被制造为在铲斗侧壁31的内壁32中有一个或多个安装槽40。安装槽40在侧壁中形成为沟道。

由非金属且非导电的定位件41将天线环路12固定并保持在槽40内。定位件防护环路不受由铲斗装载的矿石的影响和磨损。定位件的裸露表面通常或大体上与内壁的表面齐平，从而最小化环路和定位件的裸露。

定位件可以由任何非导电材料制成，例如耐磨性塑料或橡胶、陶瓷、铁氧体和/或复合材料。定位件可以被形成为单个部分或多个部分。可以通过附接装置将其固定在槽内，附接装置包括粘合剂、螺纹紧固件或咬合内啮合构件。

在另一实施例中，本发明提供用于改造现有挖掘机铲斗的系统。然而，在这样的情况中，在内壁中提供安装槽可能是不可能的。图3B示出改造有天线环路12的铲斗侧壁31的详细视图。图中，平行间隔的保护带42附接至铲斗的内壁以在其之间形成安装槽40。带可以由钢制成并可以被焊接或螺栓连接至铲斗壁。带可以包括斜面以使材料或土偏转到槽上方。

在详细图3C示出的另一形式中，将天线环路布置在铲斗壁的外壁33上，从而需要更少的保护。在此实施例中，至少邻近环路的铲斗壁可以由非铁的金属材料制成以便不干扰磁场。在另一实施例中，铲斗壁的圆周环部分可以与铲斗壁的其余部分隔离，并因此形成环路。

一些挖掘机，例如示于图4的采矿铲挖掘器铲斗，可以包括可开启的底壁50以允许铲斗中的材料穿过底部被卸载。在示出的此实施例中，铲挖掘器铲斗5装备有用于发射脉冲磁场的发射天线环路12a和用于监测返回的信号的分离的接收环路12b。

图4还示出挖掘期间的铲斗，由此土和/或矿石穿过天线环路12a和12b并进入铲斗。

现在转向图5，示出DSP单元内一种形式的适合的处理流程，用于识别指示夹杂材料的存在的差异。

根据现代的DSP功能，假设为至少1MHz的采样速率提供12位样本大小。

示于图5的处理流程50包括监测到的输入响应信号51的数字化，输入响应信号51与一些预先构建的基函数52交叉相关53以产生相关输出54。基函数被构建以模拟作为插入导电物体的结果的磁变化的效果。理想地，基函数由模拟构建；然而，还可以使用校准基函数。

交叉相关用于帮助识别由于输入信号中固有的背景噪声的任何结构信号。

例如，图6示出不存在噪声且感应改变了大约0.1％的情况下，来自代表性模拟的两个响应信号之间的差异。差异信号结构进一步示于图7中，图7示出以1MHz采样的12位分辨率的信号的放大部分。

然而，存在噪声的情况下，(例如20mV峰值的高斯噪声)，这样的信号可能被噪声淹没。图8示出存在噪声时所得的差异信号。

通过使用构造的基函数与噪声输入响应信号的交叉相关，可以检测感应的小变化。图9示出表示示例交叉相关峰值90的一个示例结果。使用这样的技术允许在存在过度噪声的情况下检测信号。图9的示例示出图6的图像与图8的噪声输入信号的交叉相关。

由于卷积使得两个相位分离的基函数与其中具有两个相似信号(signature)的信号卷积，因此出现三个峰值90、91和92。

图10示出用于与卷积一起使用的一种形式的适合的基函数，包括期望的模拟差异。

提高采样率(例如3MHz)、采样保真度或减少噪声基底也将导致改进的结果。此外，传感器的温度稳定性也是期望的。

应该意识到，本发明提供用于检测采矿生产流中的导电物体和夹杂金属的系统和方法。系统可以等同地对现有的挖掘机进行改造，原因是其可以被安装至新目的建造的铲斗设计。其不需要其他大的附加基础设施。

应该意识到，在这些和其他方面中，本发明代表对现有技术的实用和商业上重要的改进。

除非另有明确的说明，如下述讨论中显而易见的，应该理解的是，说明书讨论自始至终使用的例如“处理”、“计算”、“估算”、“确定”、“分析”等术语指的是，将被表示为物理量(例如电子量)的数据操纵和/或转化为相似表示为物理量的其他数据的计算机或计算系统或相似的电子计算元件的行为和/或处理。

相似的方式，术语“处理器”或数字信号处理器(DSP)可以指的是，处理例如来自寄存器和/或存储器的电子数据以将那些电子数据转换为例如能够被存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何设备或设备的部分。“计算机”、“计算机器”或“计算平台”可以包括一个或多个处理器。术语“数字化”可以指得是将模拟信号转换为能够由DSP操纵的数位流的处理。给处理器的时序指令通常被称为软件。

相似地，应该理解的是，本发明的示例性实施例的上述描述中，本发明的各种特征有时集合在单个实施例、单个图或其的描述中，用于流化本公开并帮助理解各种发明方面的一个或多个的目的。然而，本公开的方法不应被理解为反映所请求的发明要求比每个权利要求中所清楚地列举的更多特征的意图。而是，如下述权利要求所反映，发明的方面在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求在此被清楚地包含于具体实施方式中，每个权利要求独立性地作为本发明的单独的实施例。

此外，虽然在此描述的一些实施例包括一些特征(但这些特征不包含在其它实施例中)，不同实施例的特征的组合在本发明的范围内，并形成不同的实施例，这应该被本领域的技术人员所理解。例如，在下述权利要求中，任何所请求的实施例可以用于任何组合。

此外，一些实施例在此被描述为可以被计算机系统的处理器或被执行功能的其他装置实施的方法或方法要素的组合。因此，具有用于执行这样的方法或方法要素的必要指令的处理器形成用于执行方法或方法要素的装置。此外，装置实施例的在此描述的要素是用于执行功能的装置的示例，功能由要素执行用于执行本发明的目的。

在此提供的描述中，陈述许多具体的细节。然而，应该理解的是，可以在没有这些具体的细节的情况下而实践本发明的实施例。在其它情况下，没有具体示出已知的方法、结构和技术，以便不使本发明的理解模糊不清。

相似地，应该注意到，当用于权利要求时术语耦合应当不被理解为仅限于直接连接。可以使用术语“耦合”和“连接”及其衍生。应当理解的是，这些术语并不意指彼此是同义的。因此，设备A耦接至设备B的表述的范围不应该限于设备A的输出直接连接至设备B的输入的设备或系统。其意味着存在A的输出和B的输入之间的路径，其可以是包括其他设备或装置的路径。“耦接”可以意味着两个或更多个元件直接物理或电接触，或两个或更多个元件不是彼此直接接触但是仍然彼此合作或相互作用。

因此，虽然已经描述本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到在不脱离本发明的精神的情况下可以对其做出其他或进一步的修改，且其旨在请求所有这样的改变和修改落入本发明的范围内。例如，上述给出的任何公式仅仅表示可以使用的过程。可以将功能添加到框图中或从框图中删除功能，且操作可以在功能框之间互换。在本发明的范围内，可以对所述方法添加步骤或删除步骤。

Claims (54)

1.一种检测在检测空间内导电物体的存在或不存在的方法，所述方法包括步骤：

扫描所述检测空间内的导电物体，包括步骤：

使用磁信号产生装置产生所述检测空间内磁脉冲形式的磁信号；以及

使用磁信号监测装置监测所述检测空间内的感应磁响应信号；以及

分析感应响应信号以确定所述检测空间内导电物体的存在或不存在。

2.根据权利要求1所述的方法，其中分析的步骤包括预先计算至少一个基函数，以及将所述基函数与所述感应响应信号交叉相关，所述基函数具有所述检测空间内导电物体的存在与不存在之间的预期差异。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基函数是经由模拟预先计算的。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述基函数是从示例期望环境测量的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，分析感应响应信号的步骤包括根据预定的信号参数隔离感应信号响应的部分。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定的信号参数指示阈值之间的信号电压。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述磁信号产生装置和/或所述磁信号监测装置包括围绕所述检测空间的发射天线环路。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，发射天线环路还是接收天线环路，所述环路限定所述检测空间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述检测空间被布置邻近导电压载物。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述检测空间部分地由导电材料围绕。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述检测空间至少部分地在容器内。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，容器主要由金属制成。

13.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述导电物体嵌入至疏松、非导电材料中。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，磁信号包括在约100Hz和1000Hz之间的频率范围的多个磁脉冲。

15.根据权利要求9所述的方法，其中，多个信号脉冲包括相对极性的脉冲以减少容器的磁化。

16.一种检测主要由金属制成的挖掘机铲斗内的矿石和/或土中的导电物体的存在或不存在的方法，所述方法包括步骤：

提供用于接收材料的挖掘机铲斗，所述铲斗包括用于从所述铲斗装载和/或卸载所述矿石和/或土的开口；

使用脉冲感应扫描所述铲斗的检测空间内矿石和/或土中的导电物体，包括步骤：

使用磁信号产生装置产生所述铲斗的所述检测空间内磁脉冲形式的磁信号；以及

使用磁信号监测装置监测所述检测空间内的感应磁响应信号；以及

分析感应信号响应以确定所述检测空间内矿石和/或土中导电物体的存在或不存在。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，分析的步骤包括预先计算至少一个基函数，以及将所述基函数与感应响应信号交叉相关，所述基函数具有所述检测空间内导电物体的存在与不存在之间的预期差异。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述基函数是经由模拟预先计算的。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述基函数是从示例期望环境测量的。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，分析感应响应信号的步骤包括根据预定的信号参数隔离感应信号响应的部分。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述预定的信号参数指示阈值之间的信号电压。

22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，其中所述磁信号产生装置和/或所述磁信号监测装置包括围绕所述挖掘机铲斗的开口的发射天线环路。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述发射天线环路还是接收天线环路，所述环路限定所述检测空间。

24.根据权利要求16至23中任一项所述的方法，其中，所述磁信号包括在约100Hz和1000Hz之间的频率范围的多个磁脉冲。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，多个信号脉冲包括相对极性的脉冲以减少容器的磁化。

26.根据权利要求16至25中任一项所述的方法，其中，容器主要由金属制成。

27.一种检测和移除采矿生产流中的矿石和/或土中的导电物体的方法，所述方法包括步骤：

使用挖掘机的挖掘机铲斗挖掘矿石和/或土；

在挖掘期间，根据权利要求16至26中任一项所述的方法扫描挖掘物中的导电物体；以及

当在所述挖掘物中检测到金属物体时，选择性地从生产流转移所述挖掘物。

28.一种用于检测在检测空间内导电物体的存在或不存在的脉冲感应检测系统，所述系统包括：

控制单元；

磁信号产生装置，用于产生所述检测空间内多个磁脉冲形式的磁信号；

磁信号监测装置，用于监测所述检测空间内的感应磁响应；以及

数据处理器单元，用于分析监测的磁响应信号以确定所述检测空间内导电物体的存在。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述脉冲感应检测系统包括用于监测的磁响应信号的数字化的数字化单元。

30.根据权利要求28或29所述的系统，其中，所述数据处理器单元包括用于预先计算至少一个基函数的基函数单元以及用于使所述基函数与感应响应信号交叉相关的交叉相关单元，所述基函数具有所述检测空间内导电物体的存在与不存在之间的预期差异。

31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述基函数单元经由计算机模拟预先计算所述基函数。

32.根据权利要求30或31所述的系统，其中，所述基函数单元从来自示例期望环境的预先监测的数据预先计算所述基函数。

33.根据权利要求28至32中任一项所述的系统，其中，所述磁信号产生装置包括围绕所述检测空间的发射天线环路。

34.根据权利要求28至33中任一项所述的系统，其中，所述磁信号监测装置包括围绕所述检测空间的接收天线环路。

35.根据权利要求28至34中任一项所述的系统，其中，所述检测空间被布置邻近导电压载物。

36.根据权利要求28至34中任一项所述的系统，其中，所述检测空间部分地由导电材料围绕。

37.根据权利要求28至36中任一项所述的系统，其中，所述检测空间至少部分地在容器内。

38.根据权利要求37所述的系统，其中，所述容器主要由金属制成。

39.根据权利要求37或38所述的系统，其中，所述导电物体嵌入至松软、非导电材料中。

40.根据权利要求37或39所述的系统，其中，所述磁信号产生装置和所述磁信号监测装置包括围绕所述容器的开口的发射和接收天线环路，所述环路限定所述检测空间。

41.根据权利要求40所述的系统，其中，所述天线环路被布置在所述容器的边缘或邻近边缘处，所述边缘限定容器开口。

42.根据权利要求28至34中任一项所述的系统，其中，所述磁信号监测装置包括磁力计或SQUID。

43.一种用于检测挖掘机的铲斗内疏松、非导电材料中的导电物体的存在或不存在的脉冲感应检测系统，所述系统包括：

检测器电子设备模块，用于产生磁信号并检测响应信号，所述模块包括：

磁信号产生装置，用于产生所述铲斗的检测空间内多个磁脉冲形式的磁信号；

磁信号监测装置，用于监测所述检测空间内的感应磁响应；以及

数据处理器单元，用于分析监测的磁响应信号以确定所述检测空间内疏松材料中的导电物体的存在；

铲斗模块，包括至少一个天线环路；以及

控制模块，具有用于控制所述系统的用户界面。

44.根据权利要求43所述的系统，其中，所述用户界面包括用于指示导电物体的存在的指示器装置。

45.根据权利要求43所述的系统，其中，流动的材料是矿石和/或土。

46.根据权利要求43至45中任一项所述的系统，其中，所述导电物体包括金属物体或夹杂金属。

47.根据权利要求43至46中任一项所述的系统，其中，所述铲斗主要由金属材料制成。

48.一种运土挖掘机，包括：

挖掘机铲斗，用于接收矿石和/或土，所述铲斗主要由金属制成并包括用于从所述铲斗装载和/或卸载矿石和/或土的至少一个铲斗开口；

脉冲感应检测系统，用于检测所述铲斗的检测空间内导电物体的存在或不存在，所述系统包括：

检测器电子设备模块，用于产生磁信号并检测响应信号，所述模块包括：

磁信号产生装置，用于产生所述铲斗的检测空间内多个磁脉冲形式的磁信号；

磁信号监测装置，用于监测所述检测空间内的感应磁响应；以及

数据处理器单元，用于分析监测的磁响应信号以确定所述检测空间内疏松材料中导电物体的存在；

铲斗模块，包括至少一个天线环路；以及

控制模块，具有用户界面以控制系统并显示系统信息。

49.根据权利要求48所述的挖掘机，其中，所述用户界面包括用于指示金属物体的存在的指示器装置。

50.根据权利要求48所述的挖掘机，其中，所述检测器电子设备模块和所述控制模块无线连接。

51.根据权利要求48至50中任一项所述的挖掘机，其中，所述挖掘机是采矿铲。

52.根据权利要求48至51中任一项所述的挖掘机，其中，所述铲斗包括底壁和延伸至外周边缘的外周侧壁，所述外周边缘限定所述铲斗开口，所述底壁和外周侧壁围绕并限定所述铲斗的内部装载运送隔间。

53.根据权利要求52所述的挖掘机，其中，所述侧壁包括内表面，所述内表面包括用于容纳所述环路的槽。

54.根据权利要求53所述的挖掘机，其中，所述环路由非金属且非导电的定位件保持在所述槽中。