CN111830572A - 用于操作金属检测器的方法和金属检测器 - Google Patents

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Abstract

提供操作金属检测器的方法，金属检测器包括平衡线圈，其具有连到提供信号的发射器单元的发射器线圈、向接收器单元提供输出信号的第一和第二接收器线圈，接收器单元包括第一和第二相位检测器，其比较输出信号与参考信号，生成同相和正交分量，其被发送到信号处理单元，其抑制物品或噪声信号并处理金属污染物信号，所述方法包括：a)提供测试回路，其具有测试线圈、可控开关，利用可控开关，其根据第一控制信号断开或闭合；b)在第一测试间隔施加第一控制信号，测量测试信号并确定其相位角；c)在第二测试间隔施加第一控制信号，测量测试信号并确定其相位角；d)比较测量的测试信号的相位角，确定角度差；e)校正角度差。

Description

用于操作金属检测器的方法和金属检测器
技术领域
本发明涉及一种用于操作使用一个或两个以上操作频率的金属检测器的方法，并且涉及一种根据该方法操作的金属检测器。
背景技术
例如在US8587301B2中所描述的工业金属检测系统用于检测产品中的金属污染。当被正确安装和操作时，其将有助于减少金属污染并提高食品安全性。大多数现代金属检测器利用包括“平衡线圈系统”的探测头。这种设计的检测器能够检测在诸如新鲜产品和冷冻产品的各种各样的产品中的包括铁的、非铁的和不锈钢在内的所有金属污染物类型。
根据“平衡线圈”原理操作的金属检测器通常包括三个线圈：一个发射器线圈和两个相同的接收器线圈，所述三个线圈缠绕到非金属框架上，每个线圈与其他线圈通常彼此平行。由于通常将发射器线圈居中围在它们之间的接收器线圈是相同的，因此在接收器线圈中的每个中感应出相同的电压。为了当系统处于平衡时接收为零的输出信号，第一接收器线圈与具有反向绕组的第二接收器线圈串联连接。因此，在系统处于平衡、被观察产品中不存在污染物的情况下，在接收器线圈中感应出的相同振幅且相反极性的电压会相互抵消。
然而，一旦金属颗粒穿过线圈布置结构，则电磁场首先在一个接收器线圈附近被干扰，并且接着在另一个接收器线圈附近被干扰。当金属颗粒被传送通过接收器线圈时，每个接收器线圈中感应的电压改变(以纳伏为单位)。这种平衡的改变导致在检测线圈的输出处产生信号，该信号可以在接收单元中被处理、放大并且随后被用于检测被观察产品中金属污染物的存在。
在接收器单元中，输入信号通常被分成同相分量和正交分量。由这些分量合成的矢量具有大小和相位角，其对于被传送通过线圈系统的产品和污染物来说是典型的。为了识别金属污染物，需要去除或减少“产品影响”。如果产品的相位是已知的，则可以减小对应的信号矢量，从而获得对于检测源自金属污染物的信号的更高灵敏度。
应用于从信号频谱中消除不想要的信号的方法利用了以下事实：金属污染物、产品和其他干扰对磁场具有不同的影响，从而检测到的信号的相位不同。具有高导电率的材料引起具有较高负电抗信号分量和较小电阻信号分量的信号。具有高导磁率的材料引起具有较小电阻信号分量和较高正电抗信号分量的信号。由铁氧体引起的信号主要是电抗性的，而由不锈钢引起的信号主要是电阻性的。导电的产品通常引起具有强电阻分量的信号。当产品或污染物被传送通过金属检测器时，电阻信号分量和电抗信号分量之间的信号矢量的相位角通常保持恒定。
借助于相位检测器而在不同来源的信号分量的相位之间进行区分允许获得关于产品和污染物的信息。相位检测器、例如混频器或模拟乘法器电路产生电压信号，该电压信号表示诸如接收器线圈的输出信号的信号输入与通过发射器单元提供给接收器单元的参考信号之间的相位差。因此，通过将参考信号的相位选择为与产品信号分量的相位重合，在相位检测器的输出端获得为零的相位差和对应的产品信号。如果源自污染物的信号的相位与产品信号的相位不同，则可以抑制产品信号，同时可以进一步处理污染物的信号。然而，如果污染物的信号的相位接近产品信号的相位，则由于污染物的信号与产品信号一起被抑制，因此污染物的检测失败。为了将产品信号的相位角与污染物的相位角分开，确定并施加适合的操作频率。
US2013338953A1公开了一种用于基于线圈的金属检测器的方法，所述基于线圈的金属检测器包括校准模块和检测模块，所述校准模块被配置为能够确定产品特定的检测包络或掩蔽区域，所述检测模块被配置为能够将金属检测器信号的矢量表示与产品特定的检测包络进行比较，并且能够在信号的矢量表示延伸到检测包络或掩蔽区域之外的区域时指示产品中存在金属污染物。因此，如果金属检测器被正确地校准，则与产品相关的信号通过掩蔽区域抑制，而与污染物相关的信号被检测到。
US2012206138A1公开了一种用于操作基于线圈的金属检测系统的方法，所述方法包括以下步骤：针对至少两个发射器频率并针对第一金属污染物的至少两个颗粒尺寸，确定至少对于第一金属污染物的相关信号的相位和大小；针对所述至少两个发射器频率，确定对于特定产品的相关信号的相位和大小；将至少对于第一金属污染物建立的信息和对于产品建立的信息进行比较；确定以下发射器频率：在所述发射器频率下，至少第一金属污染物的最小尺寸颗粒的信号分量在相位和振幅上与产品信号的相位和振幅充分地或最大地不同；选择该发射器频率，用于测量产品。
WO2009144461A2公开了一种磁感应断层摄影设备，所述磁感应断层摄影设备包括：励磁线圈，其被布置为能够发射辐射，以激发具有电导率分布结构、介电常数分布结构和磁导率分布结构中的至少一者的样品；接收器线圈，其被布置为能够将从被激发的样品接收的电磁辐射转换为检测信号。
US4070612A公开了一种被校准以提供地形电导率的直接读数的便携式设备。
US2995699A公开了一种地球物理勘测设备。
US20150234075A1公开了一种用于补偿线圈系统中的不平衡并且用于抑制振动和噪声的影响的方法。金属检测器被校准以抑制由铁氧体引起的信号，该信号类似于源自噪声的信号。因此，通过消除源自铁氧体的信号，由振动和噪声引起的信号也被自动抑制。根据该方法，金属检测器的输出信号在线圈系统内存在铁氧体的情况下被测量到，并且被数字地调节，从而消除铁氧体的电阻信号分量。
在金属检测器已经例如根据上述方法被校准后，重要的是，由污染物、产品、振动和噪声引起的信号的相对于相位设置的定相被保持，根据所述相位设置，金属检测器对污染物进行检测并且对源自产品和噪声的信号进行抑制。如果金属检测器的相位响应改变，则源自产品、振动和噪声的信号可能不再受到抑制并且可能引起误报，而源自污染物的信号不再被检测到。
发明内容
因此，本发明基于这样的目的：提供一种改进的用于操作使用一个或两个以上操作频率的金属检测器的方法以及一种改进的根据该方法操作的金属检测器。
本发明的方法和根据该方法操作的金属检测器将允许在金属检测器中恒定地保持最佳操作条件。
用于校正或重新校准金属检测器的要求和措施将能容易地确定。校正和重新校准将优选地自动执行，而无需用户进行交互。
优选地，这样的校正和重新校准过程将能在金属检测器的正常操作期间在检查产品时或在短时间间隔内执行。
校正和重新校准将能在不需要使用任何测试样品的情况下执行。
此外，本发明的方法将允许测试金属检测器，以确保不想要的信号被正确地抑制。
本发明的方法将有利地能在以仅一个或多个操作频率操作的金属检测器中实施。
校准、重新校准和测试将能在所有操作频率上执行、优选地自动执行，并且最省力。
在本发明的第一概括性方面，提供一种用于操作金属检测器的方法，所述金属检测器包括平衡线圈系统，平衡线圈系统具有发射器线圈以及第一接收器线圈和第二接收器线圈，发射器线圈连接到发射器单元，发射器单元提供具有固定或可选的至少一个发射器频率的发射器信号或者提供包括至少两个不同发射器频率的波形，第一接收器线圈和第二接收器线圈向接收器单元提供输出信号，接收器单元包括第一相位检测器和第二相位检测器，在第一相位检测器和第二相位检测器中，将输出信号与对应于所述至少一个发射器频率并且在相位上彼此偏移的相关的参考信号进行比较，以生成接收到的信号的同相分量和正交分量，同相分量和正交分量被发送到信号处理单元，信号处理单元抑制源自物品或噪声的信号分量并且还处理源自金属污染物的信号分量。
本发明的方法包括以下步骤：
a)提供至少一个测试回路，所述至少一个测试回路具有与线圈系统感应耦合的测试线圈并且具有可控开关，利用可控开关，测试回路根据施加到可控开关的第一控制信号被断开或闭合；
b)在测试间隔期间施加用于闭合可控开关的第一控制信号，或者在测试间隔期间施加用于根据测试频率递归地闭合和断开可控开关的第一控制信号，测量与测试回路相关的测试信号并确定测试信号的相位角；
c)将在测试间隔中测量的测试信号的相位角和测试信号的先前记录的相位角进行比较，并确定相关的角度差；
e)校正确定的角度差。
因此，金属检测器的测试可以通过电子地致动可控开关或模拟开关、例如CMOS开关并且测量和分析相关测试信号以确定测试信号的相位改变来进行。这样的相位改变指示金属检测器的相位响应的改变，金属检测器的相位响应的改变导致所记录的信号频谱的各个矢量共同旋转。有利地，金属检测器的相位响应的测试可以在测试样品未进入到线圈系统中的情况下进行。
优选地，在最终测试期间，校准所制造的金属检测器，并且记录和分析与测试回路相关的测试信号。
至少所记录的测试信号的相位角被存储在数据库或查找表中。优选地，还记录测试信号的信号强度或矢量的大小，供以后使用。在金属检测器的相位响应改变的情况下，所记录的操作频谱的信号的相位与测试信号的相位一起改变。因此，通过测量测试信号的相位并确定测试信号的当前相位与先前记录和存储的相位值相比的角度差，金属检测器的相位响应的改变可以被精确地确定。
在第一测试间隔中已经确定测试信号的相位的新值之后，测试信号的相位响应的当前值可以被存储并用于与未来的测试间隔中的测试信号的相位进行比较。因此，金属检测器可以被连续地重新校准，以补偿可能由于环境影响或松弛过程而出现的相移或漂移。始终保持信号相位与为抑制不想要的信号而设置的掩蔽或掩蔽区域的相位位置之间的相位相干性。
本发明的方法允许在金属检测器的正常操作期间或当线圈系统中不存在任何产品时的测试间隔内确定和校正角度差。在优选的实施方式中，金属检测器的相位响应被连续地监测并且优选地被自动校正。
可以以不同方式进行角度差或相移的校正，以重新建立金属检测器的正确校准。因此，重要的是，源自物品或噪声的信号分量被再次抑制，并且源自金属污染物的信号分量被检测到。例如由于金属检测器的漂移或由于外部影响而引起的信号矢量在坐标系中相对于掩蔽区域所旋转的角度差被校正。这样的校正可以在硬件域中或在软件域中进行。在硬件域中，参考信号的相位可以被移位，用于补偿检测到的角度差。在软件域中，通常通过单个处理器或校准模块的软件模块，检测到的信号可以相对于在坐标系中以特定角度定位的掩蔽区域移位或旋转，或者掩蔽区域可以相对于检测到的信号移位或旋转，以重新建立这些掩蔽区域与应被抑制的的信号、例如源自产品和噪声的信号的重叠。
因此，校正所确定的角度差
Figure RE-GDA0002549998840000061
意味着将金属检测器恢复到先前建立的校准状态。优选地，这样进行：
-通过根据确定的角度差改变参考信号的相位，或者
-通过根据角度差旋转信号处理单元中记录的信号频谱的矢量，或者
-通过根据角度差在相位上旋转被设置用于抑制源自物品的信号分量的掩蔽区域和/或旋转被设置用于抑制源自噪声的信号分量的掩蔽区域。
由于相移可能在两个方向上发生，因此角度差的校正可能需要顺时针或逆时针移位或旋转信号矢量和/或掩蔽区域。
然而，对金属检测器已经历的确定的角度差或相移的校正还可以以其他方式来校正，例如通过校正产生相移的原因来校正。如果在金属检测器附近发生了任何变化、例如金属物体的放置或温度设置发生变化，则可能已引起相移的这样的变化可以被逆转，用于校正金属检测器所显示出的角度差或相移。因此，可以通过去除产生相移的原因或通过校正或补偿这些原因的影响、即补偿所确定的角度差来进行校正。特别是，在操作者使用多个金属检测器的情况下，则在第一步中，去除相移的原因并避免这样实际的影响可以是优选的，以预先避免相移。
在优选实施例中，检测到的确定的角度差被自动校正，但是优选地向操作者指示已经进行了这样的校正以及在何种程度上进行了这样的校正。因此，操作者被告知已经引起相移并且可以鉴于这样的原因来检查金属检测器的环境，以避免对金属检测器的不期望的影响。相位校正可与声音警报一起显示在屏幕上。
由金属检测器的相位响应的改变引起的检测到的角度差在硬件域中或在软件域中被校正或补偿。角度差可以例如通过改变被施加到相位检测器的参考信号的相位而在硬件域中被校正。参考信号根据测量的测试信号的角度差进行相移。
替代地，测试信号的角度差或相位偏差通过根据角度差旋转信号处理单元中记录的信号频谱的矢量而在软件域中被补偿。这样的旋转可以如 https://en.wikipedia.org/wiki/Rotation_matrix中所述地执行。
在可控开关闭合一定时间间隔的情况下，测试信号出现在所记录的信号频谱中，这会是不期望的，使得必须中断金属检测器的正常操作。因此，可控开关可以在不检查产品的间隔中闭合。由于测试可以在很短的时间间隔中执行，因此可以对传递供检查的产品使用延迟。在优选实施例中，这样的延迟通过检测产品的迟到来测量，从而这样的延迟可以用于测试间隔。
在本发明的另一个实施例中，避免测试信号出现在由产品和污染物引起的信号频谱中。为此目的，第一控制信号以测试频率施加到可控开关，使得测试信号在频率上相对于由产品和污染物引起的信号偏移。在硬件域或软件域中的处理通道中，测试信号从接收器信号中被提取并且被分析评估，以确定测试信号的相位角或相位角和大小。
以测试频率致动电子可控开关引起对施加到接收器的信号的调制。在接收器或信号处理单元内的任何后续处理阶段，测试信号可以从载波和产品/污染物信号中被去除，并且可以被分析评估，以获得测试信号的相位。在一个优选实施例中，选择在500Hz至750Hz范围内的测试频率来开关可控开关。首先，金属检测器的操作频率用于解调调制后的操作信号，以将测试信号移回到基带，用于分析评估；然后，测试信号可以从通过相位检测器传递的同相分量和正交分量中滤波。通过相位检测器传递的这些同相分量和正交分量包含叠加的基带中信号频谱的信号和测试信号。因此，测试信号可以通过由高通滤波器或带通滤波器将测试频率与基带信号分离而被重新获得。
在一个优选实施例中，金属检测器通过使用被引入到线圈系统中的测试样品来校准。这样的测试样品可以是具有已知相位角的金属。金属检测器的校准也可以参考产品进行。由于由铁氧体引起的信号的相位角与由振动和噪声引起的信号的相位角相同，因此最适合的是铁氧体作为测试样品。因此，通过使用铁氧体校准金属检测器可以识别并掩蔽出现振动和噪声的相位区域。
在已经识别出与测试样本、例如铁氧体相关的信号的相位角之后，该与测试样品相关的相位角可以被进一步旋转校准角度，例如旋转到测试样品的同相信号分量消失的位置。测试信号旋转相同的校准角度。因此，校准前测试样品的相位角与校准角度之和等于测试样品的新相位角，该新相位角被存储在数据库或查找表中，供以后参考。
在另一个优选实施例中，固定阻抗串联连接到测试线圈和可控开关。通过选择对应的阻抗，测试信号的相位角可以被设置为期望值，所述期望值例如已经根据所计划的测试程序确定。
在其他优选实施例中，通过第二控制信号能控制的电子可控阻抗串联连接到测试线圈并串联连接到可控开关。可控阻抗可以选择性地设置为这样的值：其中，测试信号具有期望的相位角，该相位角优选地对应于测试样品、诸如铁氧体的或产品。具有所选择的相位角的测试信号可以用于校准目的和用于测试目的。测试信号的可选相位角可以用作用于校正或重新校准金属检测器的相位响应的参考角。此外，利用被设置为特定角度、例如被设置为产品的相位角的测试信号，可以验证该产品的信号是否被正确地掩蔽和抑制。在测试间隔中，测试信号被设置为产品信号的相位角，然后检查测试信号是否被正确地抑制。
在另一个优选实施例中，一个测试线圈与两个或更多的开关并联连接，每个开关具有固定阻抗或可控阻抗。
在另一个优选实施例中，提供两个或更多的测试回路，每个测试回路具有与线圈系统感应耦合的测试线圈，具有可控开关以及固定阻抗或可控阻抗，对于测试回路分别产生测试信号。如上所述，不同测试信号的相位角可以是固定相位或可调相位。
本发明的方法可以在金属检测器的不同实施例中实施。本发明的金属检测器可以被设计为能够产生至少一个频率，所述频率可以从多个频率中选择。此外，本发明的金属检测器还可被设计为能够同时产生两个或更多的频率或者包括至少两个频率的波形。如例如在US5892692A和 US2007067123A1中公开的，可以利用波形振荡器或波形发生器来产生任何适合的波形。
金属检测器优选地包括控制单元，控制单元具有控制程序，控制程序具有：
a)控制模块，利用控制模块，第一控制信号可施加到可控开关，用于在测试间隔内闭合可控开关或用于在测试间隔内根据测试频率递归地闭合和断开可控开关；
b)分析评估模块，利用分析评估模块，可将在测试间隔中确定的与测试回路相关的测试信号的相位角能与先前记录的测试信号的相位角进行比较，用于确定角度差；
c)校准模块，利用校准模块，可校正确定的角度差。
除了分析评估测试信号的相位改变之外，还可以分析评估并进一步处理测试信号的大小改变。在大小减小超过给定阈值的情况下，可以自动发出需要维护金属检测器的信号。
附图说明
下面参考附图描述本发明的详细方面和示例，其中：
图1示出了本发明的金属检测器的一个优选实施例，所述金属检测器包括发射器1、线圈系统2、接收器3和信号处理单元4，信号处理单元4 优选地被集成在控制单元40和测试回路28中，测试回路28包括测试线圈 24、可控阻抗26和可控开关25，测试线圈24与线圈系统2感应耦合，测试回路28利用可控开关25而被断开或闭合，用于感应出测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000091
图2a示意性地示出了一个优选实施例中的信号处理器4，信号处理器 4具有用于提取由将测试频率fT施加到可控开关25而引起的测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000092
的模块47、48、49；
图2b示意性地示出了数字信号处理器4和控制单元40的软件模块，利用所述软件模块，第一测试回路28的可控开关25和第二测试回路28′的可控开关25′被致动并且第一测试回路28的可控阻抗26和第二测试回路 28′的可控阻抗26′被调节；
图3a示出了从未校准的金属检测器获取的矢量图，所述矢量图具有污染物的信号矢量sC、产品的信号矢量sP、铁氧体的信号矢量sF、与铁氧体的信号矢量sF对正的由振动和噪声产生的信号矢量sV以及测试回路28的信号矢量sTα；
图3b示出了图3a在金属检测器校准之后的矢量图，其中，所有矢量逆时针旋转校准角度β，校准角度β被选择为能够使铁氧体的信号矢量sF与电抗轴Q对正，从而使得测试回路28的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000101
的相位角从α改变为
Figure RE-GDA0002549998840000102
并且所述矢量图具有第一掩蔽区域AMP和第二掩蔽区域AMV，第一掩蔽区域AMP被设置为角度λ1，用于覆盖源自产品的信号sP，第二掩蔽区域AMV被设置为角度μ1，用于覆盖源自振动或噪声的信号sV；
图3c示出了图3b在一操作时段之后的矢量图，在所述操作时段中，已出现相移
Figure RE-GDA0002549998840000103
使得由振动和噪声产生的信号矢量sV已离开掩蔽区域AMV且不再被抑制；
图3d示出了图3c在重新校准金属检测器之后的矢量图，所述重新校准金属检测器使得测试回路28的调节后的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000104
的相位角已从
Figure RE-GDA0002549998840000105
减小相位角
Figure RE-GDA0002549998840000106
而回到
Figure RE-GDA0002549998840000107
并且校准角度已从β减小相位角
Figure RE-GDA0002549998840000108
而到β′；
图3e示出了图3c在重新校准金属检测器之后的矢量图，所述重新校准金属检测器使得掩蔽或掩蔽区域AMP、AMV的相位角已移位确定的相移
Figure RE-GDA0002549998840000109
以分别使掩蔽或掩蔽区域AMP与产品的信号矢量sP重新对正或者使掩蔽或掩蔽区域AMV与由振动和噪声产生的信号矢量sV重新对正；
图4a示出了从未校准的金属检测器获取的矢量图，所述矢量图具有污染物的信号矢量sC、产品的信号矢量sP以及与测试回路28相关的信号矢量 sTa；
图4b示出了图4a的其中测试回路28的信号矢量
Figure RE-GDA00025499988400001010
与产品的信号矢量sP对正的矢量图；
图4c示出了图4b的与测试回路28相关的信号矢量
Figure RE-GDA00025499988400001011
和产品的信号矢量sP被掩蔽或掩蔽区域AMS覆盖的矢量图。
具体实施方式
图1示出了一个优选实施例中的本发明的金属检测器的框图，所述金属检测器包括发射器单元1、具有发射器线圈21和第一接收器线圈22及第二接收器线圈23的平衡线圈系统2、接收器单元3、信号处理单元4以及控制单元40、例如包括标准接口、输入装置和诸如显示器的输出装置的个人计算机。图1还示出了传送机6，产品P在传送机6上传输通过发射器线圈21和接收器线圈22、23。产品Pc被金属污染。
发射器单元1将具有发射器频率fTX的发射器信号s1提供给平衡线圈系统2的发射器线圈21，并且将具有发射器频率fTX的参考信号sR提供给接收器单元3。发射器信号s1在相同的接收器线圈22、23中感应出信号s22、 s23，只要系统处于平衡，即，只要所传送的产品P不被金属污染，则信号 s22、s23具有相同的振幅但具有相反的极性。
一旦受污染的产品PC通过平衡线圈系统2，在相同的接收器线圈22、 23中感应出的信号s22、s23将改变。结果是，在接收器线圈22、23中感应出的发射器频率fTX受到基带信号调制，该基带信号的振幅和频率取决于物体的电性质和磁性质、尺寸和行进速度。
在该优选实施例中，接收器线圈22、23的输出信号s22和s23被施加到对接收器线圈22、23镜像的平衡变压器31的中心抽头初级绕组。此外，平衡变压器31包括两个相同的中心抽头次级绕组，所述中心抽头次级绕组的相对的尾部连接到放大器32。放大器32的输出连接到滤波器单元33，滤波器单元33将放大后且滤波后的但仍被调制的信号s3提供给同相通道 I-CH并提供给正交通道Q-CH，同相通道I-CH和正交通道Q-CH被相同地设计。同相通道I-CH和正交通道Q-CH分别包括相位检测器34I、34Q，相位检测器34I、34Q连接到滤波器级35I、35Q，滤波器级35I、35Q后面是增益级36I、36Q和模数转换器37I、37Q。
用作解调器的相位检测器34I、34Q在它们的输出处提供源自所传送的产品P和污染物C的基带信号的同相分量s3I或正交分量s3Q。
在相位检测器34I、34Q的输出处提供的同相信号和正交信号s3I、s3Q经由滤波器单元35I、35Q发送到增益单元36I、36Q，增益单元36I、36Q 允许将处理后的信号的振幅设置为期望值。随后，滤波后且校准后的信号在模数转换器37I、37Q中从模拟信号被转换为数字信号。在模数转换器 37I、37Q的输出处提供的数字信号被发送到诸如数字信号处理器的信号处理单元4，在信号处理单元4处，信号被分析，并且如果信号被检测到与污染物相关，则发出警报。
数字信号处理单元4优选地是控制单元40、例如个人计算机的一部分，控制单元40配备有操作程序49，操作程序49被设计为用于实现实施本发明的方法的本发明的单频或多频金属检测器的功能。
在金属检测器的该优选实施例中，信号处理器4控制发射器单元1中和接收器单元3中设置的各种模块的功能。为此目的，信号处理器4将控制信号c32发送到放大器单元32、将控制信号c33发送到第一滤波器单元 33、将控制信号c35发送到第二滤波器单元35I、35Q、将控制信号c36发送到增益单元36I、36Q并将控制信号c37发送到模数转换器37I、37Q。利用这些控制信号c32、c33、c35、c36和c37，可以选择或调节单独的接收器单元32、33、35、36和37中的放大特性和滤波特性。另外的控制信号c12被发送到发射器单元1，例如用于选择适合的发射器频率。
参考信号sR从发射器单元1可选地经由可控移相器39发送为同相通道 I-CH的相位检测器34I的参考输入，并且经由固定移相器38发送为正交通道Q-CH的相位检测器34Q的参考输入。基于所供应的同相参考信号或正交参考信号sRI、sRQ，相位检测器34I、34Q在相关的通道I-CH；Q-CH中提供调制后的信号s3的基带信号的同相分量s3I和正交分量s3Q。
如图3a中所示，利用污染物的信号和产品的状态信号的同相分量sCI、 sPI和正交分量sCQ、sPQ，相关的矢量sC、sP可以在矢量图中绘制。发射器频率被选择为使得这两个矢量表现出不同的相位角。在数字信号处理器4 中，与污染物相关的信号sC被支持，而源自产品的信号sP优选地被区别开或忽略。
图1示出了线圈系统2还包括与接收器线圈22、23和发射器线圈感应地且非对称地耦合的至少一个测试线圈24、24′。测试线圈24与电子可控开关25以及可选地存在的电子可控或固定阻抗26一起形成可以通过可控开关25闭合的测试回路28。可控开关25通过由信号处理单元4提供或由控制单元40提供的控制信号c25来控制。可控阻抗26通过由信号处理单元4提供或由控制单元40提供的控制信号c26来控制。可控阻抗26优选地以这样的方式来设置：测试信号不会使接收器通道饱和并且金属检测器几乎没有延迟地恢复，或者测试信号不会干扰正常操作。
假设不存在可控阻抗26，即，以短路来代替可控阻抗26，则测试回路 28由表示电感的测试线圈24、可控开关25以及表示电阻的导电线组成。闭合的测试回路28与线圈系统2相互作用，并且在接收器上产生不平衡，该不平衡表现得与通过金属检测器传送的诸如产品、污染物或测试样品的物体相似。因此，由于电抗和电阻的存在，如控制单元40的显示器上所示的，由测试回路引起的测试信号sT还将表现出与发射器信号同相的电阻分量sTI以及相对于发射器信号相移90°的电抗或正交分量sTQ。所示的测试信号sT与电阻同相分量sTI夹有未校正的相位角α或校正后的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000131
未校正的角度α仅取决于金属检测器的相位响应。校正后的角度
Figure RE-GDA0002549998840000132
取决于金属检测器的相位响应和另外施加的校准角度β。
校准角度β被施加以将信号频谱的信号矢量相移到适合的位置，在所述适合的位置，如下面参考图3a和图3b所描述的，不期望的信号分量可以被抑制。
如果测试回路28仅由测试线圈24、可控开关25和短路线组成，则相位角α或
Figure RE-GDA0002549998840000133
以及大小主要取决于测试线圈24的电感和电阻、金属检测器的相位响应以及所施加的校准角度β。如果该角度α或
Figure RE-GDA0002549998840000134
的值以及大小不适合、例如由于大小太高导致接收器通道饱和或者出于其他任何原因，则固定阻抗26可以被添加到测试回路28，以相应地改变相位角α或
Figure RE-GDA0002549998840000135
的值以及大小。该新的固定相位角α或
Figure RE-GDA0002549998840000136
以及大小可能适用于某些发射器频率，但可能不适用于其他发射器频率。
为了允许将相位角α或
Figure RE-GDA0002549998840000137
从固定值选择性地设置为所需的不同值、例如针对不同操作频率的不同值，电子可控阻抗26被添加到测试回路28。利用控制信号c26，可控阻抗26的阻抗可被设置为这样的值：对于该值，测试信号sT的相位角α或
Figure RE-GDA0002549998840000138
以及大小不会与检测污染物以及抑制产品信号发生干扰。因此，显示在控制单元40的监测器上的测试信号sT可以被旋转到可选的位置。
利用控制信号c25，可控开关25可以在具有可选的长度或持续时间、例如几秒或更长的长度或持续时间的测试间隔中闭合。在该测试间隔期间，测试信号sT被测量，相关矢量的相位角α或
Figure RE-GDA0002549998840000139
被确定并且被存储在例如在控制单元40或信号处理器单元4中提供的数据库、查找表或任何其他存储单元中。然后，所测量和确定的相位角α或
Figure RE-GDA00025499988400001310
与先前记录的测试信号sT的相位角进行比较，并且相关的角度差被确定并校正。可能在较长的操作时间之后出现的该角度差通常表示金属检测器的相位响应的移位或漂移。例如，先前记录的测试信号sT的相位角已经在校准金属检测器时在制造现场被记录或者在先前测试间隔期间在客户现场被记录。
替代地，控制信号c25可以被提供有开关频率，利用该开关频率，可控开关25每秒被断开和闭合对应的次数。利用这样的开关或测试频率fT，在接收器3处的输入信号被相应地调制。因此，在接收器3的输入处出现输入信号fTX，输入信号fTX由两个叠加信号的组合组成，两个叠加信号中的一个来自通过穿过金属检测器的物体而在振幅上被调制的发射器频率 fTX，两个叠加信号中的第二个来自通过回路28的测试频率而在振幅上被调制的发射器频率fTX。
输入信号fTX在级32、33中被放大和滤波，并被施加到解调器或相位检测器34I、34Q，在解调器或相位检测器34I、34Q中，输入信号fTX被解调，从而在相位检测器34I、34Q的输出处，与产品或污染物相关的基带信号的同相分量和正交分量s3I、s3Q以及测试信号sT的同相分量和正交分量出现。在这一点上，测试信号仍然表现出测试频率fT、例如615Hz。
为了测试目的，信号处理器可以通过消除具有在特定范围中的相位角的信号来掩蔽或不掩蔽所产生的测试信号sT。替代地，测试信号sT可以通过施加被调谐到测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000141
的频率、例如被调谐到615Hz的滤波器而被抑制。
图2a示意性地示出了一个优选实施例中的信号处理器4，信号处理器 4具有用于从主信号路径提取表现出测试频率的测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000142
的模块47、48、 49，所述主信号路径从校准模块43经由低通滤波器46引到主处理模块400。从接收器3传递到校准模块43的同相分量和正交分量s3I、s3Q被向前相移校准角度β，并且如果存在如下面参考图3a至图3d的示例中所解释的情况，则所述同相分量和正交分量s3I、s3Q被往回相移确定的角度差
Figure RE-GDA0002549998840000143
在校准模块43的输入和输出处的同相分量和正交分量s3I、s3Q仍然包含测试信号的同相分量和正交分量sTI、sTQ的测试频率fT。该测试频率fT通过主信号路径中的低通滤波器46来抑制，使得仅产品和污染物的基带信号被发送到主处理模块400。被低通滤波器46阻止的存在于校准模块43 的输出处的测试信号的同相分量和正交分量s3I+β、s3Q+β被发送到高通滤波器或带通滤波器47，高通滤波器或带通滤波器47被调谐为允许测试信号的同相分量和正交分量sTI、sTQ通过相位确定器48，在相位确定器48中，测试信号sT的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000151
被确定并且优选地测试信号sT的大小被确定。
在相位确定器48中，优选地应用arctan2函数或atan2函数，用于获得测试信号sT的相位信息。arctan2函数在https://en.wikipedia.org/wiki/Atan2 中被描述。相位确定器48的输出经由具有截止频率<1Hz的低通滤波器49 被发送到主处理模块400。在主处理模块400中，测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000152
的所确定的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000153
与先前存储的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000154
进行比较，以确定角度差
Figure RE-GDA0002549998840000155
的存在。所确定的角度差
Figure RE-GDA0002549998840000156
作为校正信号
Figure RE-GDA0002549998840000157
被报告回校准模块43，校准模块43向从接收器3传递的同相分量和正交分量s3I、s3Q施加角度
Figure RE-GDA0002549998840000158
的顺时针旋转，以补偿金属检测器的相位响应的逆时针角度改变
Figure RE-GDA0002549998840000159
利用这些校正，测试信号sT的相位角
Figure RE-GDA00025499988400001510
总是返回到相同的值。系统用作控制回路，其使测试信号sT的相位角
Figure RE-GDA00025499988400001511
保持恒定。因此，参考测试信号sT和相关的恒定相位角
Figure RE-GDA00025499988400001512
在主处理模块400中执行的用于处理由产品和污染物引起的信号的所有步骤总是正确地执行。避免了产品和污染物的信号矢量相对于所施加的掩蔽的旋转。因此，诸如与产品、振动和噪声相关的信号的不期望的信号总是被可靠地抑制。
图2b示意性地示出了金属检测器的具有硬件域HD中的模块和软件域 SD中的模块的部分。如上所述，相位校正和相位设置可以在硬件域HD中或在软件域SD中进行。图2b中示出了来自图1中的硬件模块、可控开关 25、25′；可控阻抗26、26′以及可控移相器39。还示出了图1的线圈系统2 以及第一测试回路28以及另一测试回路28′，另一测试回路28′可与第一测试回路28相同，但是可包括不同的固定或可控阻抗26′并且可接收不同的控制信号c25′、c26′。
在软件域SD中，数字信号处理器4和控制单元40包括具有主处理模块400、控制模块41、分析评估模块42、校准模块43和设置模块44的操作程序49。这些模块400、41、42、43、44可以彼此交互或者与硬件模块、特别是可控移相器39交互，用于执行本发明的方法的功能。
主处理模块400如例如US8587301B2中所描述地执行金属检测器的功能，用于检测污染物的信号并且掩蔽和抑制信号、例如产品信号以及与振动和噪声相关的信号，对这些信号不感兴趣，但这些信号会干扰测量。主处理模块400还可以执行根据本发明的方法的功能。
控制模块41将第一控制信号c25施加到可控开关25，用于在测试间隔内闭合可控开关25，或者用于在测试间隔内根据测试频率递归地闭合和断开可控开关25。为此目的，控制模块41可以激活或去激活向可控开关25 提供测试频率的振荡器。第二测试回路28′的可控开关25′可以利用相同的控制信号c25或不同的控制信号c25′来控制。
分析评估模块42将测量到的测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000161
的所确定的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000162
与测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000163
的先前记录的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000164
的相位角进行比较，并确定角度差
Figure RE-GDA0002549998840000165
校准模块43通过将所确定的角度差
Figure RE-GDA0002549998840000166
施加到校准模块43来校正在金属检测器的相位响应中出现的相移。替代地，与角度差
Figure RE-GDA0002549998840000167
对应的控制信号c39可以被施加到移相器39，以相应地使被施加到相位检测器34I、34Q的参考信号sRI；sRQ移位。因此，所确定的角度差
Figure RE-GDA0002549998840000168
可以在硬件域HD中或在软件域SD中校正。
按照与通过根据角度差
Figure RE-GDA0002549998840000169
对信号频谱的矢量进行相移来在硬件域HD 中或在软件域SD中校正角度差
Figure RE-GDA00025499988400001610
的方式相同的方式，信号频谱的矢量也可以在首次校准制造的金属检测器时相移校准角度β。对应于校准角度β的信号可以被发送到校准模块43。替代地，对应于校准角度β的控制信号c39 可以被施加到移相器39，以相应地使参考信号sRI；sRQ移位。优选地，校准角度β和角度差
Figure RE-GDA00025499988400001611
之差
Figure RE-GDA00025499988400001612
被施加到可控移相器39或被施加到校准模块 43。
利用设置模块44，可控阻抗26能调节到产生具有预定相位角
Figure RE-GDA00025499988400001613
的测试信号
Figure RE-GDA00025499988400001614
的值。控制信号c26被施加到可控阻抗26，可控阻抗26可以例如由可调电阻器和电容器组成或由可调电容器和电阻器组成。通过调节可控阻抗26，可以产生具有任何期望的相位角δ和大小的与第一测试回路28相关的测试信号sT。如果存在，则第二测试回路28′的可控阻抗26′优选地通过不同的控制信号c26′来控制，从而产生具有不同相位角的测试信号sT。阻抗26′可以被选择或设置为使得产生如控制单元40的显示器上所示的具有不同相位角
Figure RE-GDA00025499988400001615
的测试信号sT1、sT2。测试回路28、28′可以根据需要而单独或同时被设计、操作和激活。利用测试信号sT，金属检测器的相移可以被检测并通过在相反方向上施加相移而被校正。替代地，可以产生测试信号sT，测试信号sT在相位和大小上对应于产品或污染物的信号。因此，可以测试的是，金属检测器正确地检测这样的污染物或正确地抑制不想要的信号。
图3a示出了从未校准的金属检测器获取的矢量图，所述矢量图具有污染物的信号矢量sC、产品的信号矢量sP、铁氧体的信号矢量sF、由振动和噪声产生的信号矢量sV以及激活的测试回路28的未调节的信号矢量sTα。由振动和噪声产生的信号矢量sV与铁氧体的信号矢量sF对正。对于污染物的信号矢量sC、产品的信号矢量sP，相关的同相分量和正交分量sCI、sCQ； sPI、sPQ被示出。由于测试回路28已被激活，因此信号矢量sTα在矢量图的第一象限中示出，与电阻轴I夹有角度a。在校准金属检测器之前已确定的相位角a代表测试金属检测器和测试回路28的相位响应。在校准并旋转校准角度β之后，信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000171
具有与相位角a和β之和对应的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000172
通过对铁氧体的信号矢量sF进行测量和相移，由振动和噪声产生的信号矢量sV可以被移位到期望的相位位置，在该相位位置，其可以被容易地抑制。因此，铁氧体是用于校准金属检测器的适合的测试材料。铁氧体是具有高磁导率的弱导电体。出于该原因，位于矢量图的第一象限中的铁氧体的信号矢量sF显示出可忽略的电阻分量和大的电抗分量。因此，理想地，角度β应为零。然而，由于接收器通道中的延迟、特别是滤波器级33中的延迟，以及由于调谐的发射器单元1和调谐的接收器单元3的调谐不精确，矢量sF与图的电抗轴或竖直轴夹有相对小的角度β。为了容易地抑制由振动和噪声产生的信号，铁氧体的信号矢量sF以及与此同时的与振动和噪声相关的信号矢量sV被相移为与电抗轴Q重合。这实际上校正了矢量sF的角度，并且将其置于理论上应在的位置处。为此目的，具有所有信号矢量的整个信号频谱被逆时针旋转校准角度β。如上所述，这样的旋转校准角度β可以在硬件域中或在软件域中进行。
图3b示出了图3a在金属检测器校准之后的矢量图，其中，所有矢量逆时针旋转校准角度β，校准角度β被选择为能够使铁氧体的信号矢量sF与电抗轴Q对正。因此，闭合的测试回路28的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000173
的相位角从a改变为
Figure RE-GDA0002549998840000174
由振动和噪声产生的信号矢量sV已被掩蔽区域AMV掩蔽，并且将在金属检测器的进一步操作期间被抑制。另外的掩蔽区域AMP已被设置，以覆盖在测量过程期间出现的产品信号sP。由铁氧体组成的测试样品已被去除，并且将不再需要进行进一步的校准过程。
图3c示出了图3b在一操作时段之后的矢量图，在所述操作时段中，已出现金属检测器的相位响应在逆时针方向上的相移
Figure RE-GDA0002549998840000181
使得由振动和噪声产生的信号矢量sV和产品信号sP已离开掩蔽区域AMV、AMP，并且不再被抑制。然而，污染物的信号矢量sC已被转向产品的掩蔽区域AMP，并且会被减小。测试信号的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000182
的相位角已增大角度差
Figure RE-GDA0002549998840000183
为相位角α加β加
Figure RE-GDA0002549998840000184
之和，并且已从相位角
Figure RE-GDA0002549998840000185
改变为相位角
Figure RE-GDA0002549998840000186
假设由于组件的老化或松弛或者由于环境影响、例如温度变化而发生了相移
Figure RE-GDA0002549998840000187
这会影响金属检测器的调谐。
图3d示出了图3c在重新校准金属检测器之后的矢量图。通过将信号频谱在顺时针方向上旋转回所确定的角度差
Figure RE-GDA0002549998840000188
测试信号的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000189
的相位角已恢复到以前的值
Figure RE-GDA00025499988400001810
如上所述，这样的旋转角度差
Figure RE-GDA00025499988400001811
可以在硬件域中或在软件域中进行。
与振动和噪声相关的信号矢量sV和产品的信号矢量sP再次被掩蔽，并且将在金属检测器的进一步操作期间被抑制。测试回路28和金属检测器的相位响应已改变角度差
Figure RE-GDA00025499988400001812
而从a改变为a′。由于金属检测器和测试回路28 的相位响应已增大角度差
Figure RE-GDA00025499988400001813
因此，校准角度β通过角度差
Figure RE-GDA00025499988400001814
的校正而减小为新的校准角度β′(β→β′)。因此，测试信号sT的相位角
Figure RE-GDA00025499988400001815
由金属检测器和测试回路28的新的相位响应α′与新的校准角度β′之和组成
Figure RE-GDA00025499988400001816
图3e示出了图3c在重新校准金属检测器之后的矢量图，所述重新校准金属检测器使得掩蔽或掩蔽区域AMP、AMV的相位角已移位所检测的相移
Figure RE-GDA00025499988400001817
以分别使掩蔽或掩蔽区域AMP与产品的信号矢量sP重新对正或者使掩蔽或掩蔽区域AMV与由振动和噪声产生的信号矢量sV重新对正。掩蔽区域AMP已经从相位位置λ1旋转校正角度
Figure RE-GDA00025499988400001818
而到相位位置λ2，在相位位置λ2 处，与产品相关的信号矢量sP被再次覆盖。掩蔽区域AMV已经从相位位置μ1旋转校正角度
Figure RE-GDA00025499988400001819
而到相位位置μ2，在相位位置μ2处，与振动和噪声相关的信号矢量sV被再次覆盖。由于掩蔽区域AMP已经旋转远离与污染物相关的信号矢量sC以及与产品相关的信号，因此在重新校准之后再次以最大灵敏度检测与污染物相关的信号sC。
图4a示出了从未校准的金属检测器获取的矢量图，所述矢量图具有污染物的信号矢量sC、产品的信号矢量sP以及与闭合的测试回路28相关的未调节的信号矢量sTα，未调节的信号矢量sTα与电阻轴I夹有初始角度α。为了如上所述的校准目的以及另外的测试目的，测试回路28的信号矢量sTα旋转到适合于测试目的和校准目的的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000191
测试回路28的信号矢量sTα的旋转可以通过设置模块44来进行，设置模块44利用控制信号c26相应地调节测试回路28的可控阻抗26。
在本示例中，信号矢量sTa逆时针旋转角度β到相位角a+β，所述相位角α+β对应于产品信号sP的相位角。在这一点上，测试回路28的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000192
与产品的信号矢量sP重合。与上述校准过程相比，仅测试回路28的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000193
已被旋转，而矢量图的其余信号矢量保持在它们的位置处。因此，本发明的方法允许在矢量图中的任何位置处产生测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000194
如上所述，测试回路28的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000195
的旋转可以通过调节可控阻抗26自动进行。
在测试回路28的信号矢量
Figure RE-GDA0002549998840000196
已被设置到期望位置之后，可以执行测试和测量。如上所述，金属检测器的相位响应的漂移可以在较长的操作时间之后通过确定测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000197
的相位角
Figure RE-GDA0002549998840000198
和相对于先前存储的值
Figure RE-GDA0002549998840000199
的相关的角度差
Figure RE-GDA00025499988400001910
被再次测量。还如上所述，然后，如参考图2a和图2b所描述的，已经出现的相移可以通过施加具有角度差
Figure RE-GDA00025499988400001911
的校正信号来校正。同样，校正可以在硬件域中或在软件域中进行。
图4b示出了图4a的其中测试回路28的信号矢量
Figure RE-GDA00025499988400001912
与产品的信号矢量sP对正的矢量图。
图4c示出了图4b的与测试回路28相关的信号矢量
Figure RE-GDA00025499988400001913
和产品的信号矢量sP被掩蔽区域AMS覆盖的矢量图。在正常操作期间，产品的信号矢量 sP被掩蔽或抑制。在没有产品传送通过金属检测器的测试间隔期间，测试回路28可以通过闭合可控开关25来激活，用于产生测试信号
Figure RE-GDA00025499988400001914
测试信号
Figure RE-GDA00025499988400001915
现可以用于校准目的和测试目的。可以检查是否已经出现相移
Figure RE-GDA00025499988400001916
以及测试信号
Figure RE-GDA00025499988400001917
的矢量的大小是否已经改变。为此目的，去除掩蔽AMS或在施加掩蔽AMS之前计算测试信号
Figure RE-GDA00025499988400001918
的相位。在已确认正确的校准之后，掩蔽 AMS可以被重新设置，以掩蔽测试信号
Figure RE-GDA00025499988400001919
如果仍存在测试信号
Figure RE-GDA00025499988400001920
的任何部分或相应矢量的一部分，则可以校正掩蔽。利用该过程，测试信号
Figure RE-GDA0002549998840000201
可以用于测试在金属检测器中执行的所有鉴别过程。可以验证是否正确地抑制了诸如源自产品和振动的信号的不想要的信号，可以正确地检测源自任何种类的污染物的信号，并且可以校正相移，以自动确保金属检测器的正确功能。
附图标记列表
1 发射器单元
2 线圈系统
20 框架
21 发射器线圈
22,23 接收器线圈
24,24’ 测试线圈
25 可控开关
26 可控阻抗
28 测试回路
3 接收器单元
31 平衡变压器
32 放大器
33 滤波器单元
34I、34Q 相位检测器
35I、35Q 滤波器单元
36I、36Q 增益单元
37I、37Q 模数转换器
38 固定移相器
39 可控移相器
4 数字信号处理器
40 控制单元
400 主处理模块
41 控制模块
42 分析评估模块
43 校准模块
44 设置模块
46 低通滤波器
47 高通滤波器、带通滤波器
48 相位确定器
49 低通滤波器(<1Hz)
6 传送器

Claims (15)

1.一种用于操作金属检测器的方法，所述金属检测器包括平衡线圈系统(2)，平衡线圈系统(2)具有发射器线圈(21)以及第一接收器线圈(22)和第二接收器线圈(23)，发射器线圈(21)连接到发射器单元(1)，发射器单元(1)提供具有固定或可选的至少一个发射器频率(fTX)的发射器信号(s1)或者提供包括至少两个不同发射器频率(fTX)的波形，第一接收器线圈(22)和第二接收器线圈(23)向接收器单元(3)提供输出信号，接收器单元(3)包括第一相位检测器(34I)和第二相位检测器(34Q)，在第一相位检测器(34I)和第二相位检测器(34Q)中，将输出信号与对应于所述至少一个发射器频率(fTX)并且在相位上彼此偏移的相关的参考信号(sRI；sRQ)进行比较，以生成输出信号的同相分量(s3I)和正交分量(s3Q)，同相分量(s3I)和正交分量(s3Q)被发送到信号处理单元(4)，信号处理单元(4)抑制源自物品或噪声的信号分量并且还处理源自金属污染物的信号分量，所述方法包括以下步骤：
a)提供至少一个测试回路(28)，所述至少一个测试回路(28)具有与线圈系统(2)感应耦合的测试线圈(24)并且具有可控开关(25)，利用可控开关(25)，测试回路(28)根据施加到可控开关(25)的第一控制信号(c25)被断开或闭合；
b)在第一测试间隔期间施加用于闭合可控开关(25)的第一控制信号(c25)，或者在第一测试间隔期间施加用于根据测试频率递归地闭合和断开可控开关(25)的第一控制信号(c25)，测量测试信号
Figure FDA0002455295610000011
并确定测试信号
Figure FDA0002455295610000012
的相位角
Figure FDA0002455295610000013
c)在第二测试间隔期间施加用于闭合可控开关(25)的第一控制信号(c25)，或者在第二测试间隔期间施加用于根据测试频率递归地闭合和断开可控开关(25)的第一控制信号(c25)，测量测试信号
Figure FDA0002455295610000014
并确定测试信号
Figure FDA0002455295610000015
的相位角
Figure FDA0002455295610000016
d)将在第一测试间隔中测量的测试信号
Figure FDA0002455295610000017
的相位角
Figure FDA0002455295610000018
和在第二测试间隔中测量的测试信号
Figure FDA0002455295610000019
的相位角
Figure FDA00024552956100000110
进行比较，并确定相关的角度差
Figure FDA00024552956100000111
e)校正确定的角度差
Figure FDA0002455295610000021
2.根据权利要求1所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：在金属检测器的正常操作期间或在线圈系统(2)内不存在任何产品的测试间隔内，确定并校正角度差
Figure FDA0002455295610000022
3.根据权利要求1或2所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括通过以下步骤来校正角度差
Figure FDA0002455295610000023
-通过根据角度差
Figure FDA0002455295610000024
改变参考信号(sRI；sRQ)的相位，或者
-通过根据角度差
Figure FDA0002455295610000025
旋转信号处理单元(4、41)中记录的信号频谱的矢量，或者
-通过根据角度差
Figure FDA0002455295610000026
在相位上旋转被设置用于抑制源自物品的信号分量(sP')的掩蔽区域(AMP)或旋转被设置用于抑制源自噪声的信号分量(sV')的掩蔽区域(AMV)。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：将具有测试频率的第一控制信号(c25)施加到可控开关(25)，并且将生成的测试信号
Figure FDA0002455295610000027
与操作信号的其余频谱分离并确定测试信号
Figure FDA0002455295610000028
的相位角
Figure FDA0002455295610000029
或者相位角
Figure FDA00024552956100000210
和大小。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：
a)测量与被插入到线圈系统(2)中的测试样品相关的信号(sF；sP)、例如与铁氧体或产品相关的信号(sF；sP)；
b)确定与测试样品相关的信号(sF；sP)的相位角；
c)将与测试样品相关的信号(sF；sP)的矢量旋转校准角度(β)到用于进一步处理的预定位置；
d)将校准角度(β)加到在执行校准之前存在的测试信号(sTα)的相位角(α)上，并记录测试信号
Figure FDA00024552956100000211
的新的相位角
Figure FDA00024552956100000212
e)使用记录的相位角
Figure FDA00024552956100000213
用于与在随后的测试间隔中测量的测试信号
Figure FDA0002455295610000031
的相位角
Figure FDA0002455295610000032
进行比较。
6.根据权利要求5所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：使用测试样品、例如铁氧体或产品，并选择校准角度(β)，使得与测试样品相关的信号的同相分量(I)被最小化。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：通过掩蔽在测试信号
Figure FDA0002455295610000033
的相位角
Figure FDA0002455295610000034
的范围内的区域来抑制测试信号
Figure FDA0002455295610000035
或通过应用被调谐到测试信号
Figure FDA0002455295610000036
的频率的滤波器来抑制测试信号
Figure FDA0002455295610000037
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：将固定阻抗(26)串联连接到测试线圈(24)并串联连接到可控开关(25)，或者，将通过第二控制信号(c26)能控制的可控阻抗(26)串联连接到测试线圈(24)并串联连接到可控开关(25)，并且将可控阻抗(26)设置为这样的值：其中，测试信号
Figure FDA0002455295610000038
具有期望的大小和/或相位角
Figure FDA0002455295610000039
所述期望的大小和/或相位角
Figure FDA00024552956100000310
优选地与测试样品对应、例如与铁氧体或与产品对应。
9.根据权利要求8所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：将可控阻抗(26)设置为这样的值：其中，测试回路(28)用作将信号处理单元(4)设置为抑制相关信号的工具，
在测试间隔期间施加用于闭合可控开关(25)的第一控制信号(c25)，或者在测试间隔期间施加用于根据测试频率递归地闭合和断开可控开关(25)的第一控制信号(c25)，测量测试信号
Figure FDA00024552956100000311
并确定测试信号
Figure FDA00024552956100000312
是否被抑制。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的用于操作金属检测器的方法，所述方法包括以下步骤：如果检测到角度差，则提供警报和/或显示检测到的角度差
Figure FDA00024552956100000313
的指示，并且优选地自动校正角度差
Figure FDA00024552956100000314
11.一种根据如权利要求1至10中的任意一项所限定的方法操作的金属检测器，所述金属检测器包括平衡线圈系统(2)，平衡线圈系统(2)具有发射器线圈(21)以及第一接收器线圈(22)和第二接收器线圈(23)，发射器线圈(21)连接到发射器单元(1)，发射器单元(1)提供具有固定或可选的至少一个发射器频率(fTX)的发射器信号(s1)或者提供包括至少两个不同发射器频率(fTX)的波形，第一接收器线圈(22)和第二接收器线圈(23)向接收器单元(3)的输入提供输出信号，接收器单元(3)包括第一相位检测器(34I)和第二相位检测器(34Q)，在第一相位检测器(34I)和第二相位检测器(34Q)中，将输出信号与对应于发射器频率(fTX)并且在相位上彼此偏移的参考信号(sRI；sRQ)进行比较，以生成输出信号的同相分量(I)和正交分量(Q)，同相分量(I)和正交分量(Q)被发送到信号处理单元(4)，信号处理单元(4)抑制源自物品或噪声的信号分量并且还处理源自金属污染物的信号分量，其特征在于，所述金属检测器包括至少一个测试回路(28)，所述至少一个测试回路(28)具有与线圈系统(2)感应耦合的测试线圈(24)并且具有可控开关(25)，利用可控开关(25)，测试回路(28)根据能施加到可控开关(25)的第一控制信号(c25)是能闭合的，并且所述金属检测器包括具有控制程序(49)的控制单元(4、40)，控制程序(49)包括：
a)控制模块(41)，利用控制模块(41)，第一控制信号(c25)能施加到可控开关(25)，用于在测试间隔内闭合可控开关(25)或用于在测试间隔内根据测试频率递归地闭合和断开可控开关(25)；
b)分析评估模块(42)，利用分析评估模块(42)，能将在测试间隔中确定的测试信号
Figure FDA0002455295610000041
的相位角
Figure FDA0002455295610000042
与先前记录的测试信号
Figure FDA0002455295610000043
的相位角
Figure FDA0002455295610000044
进行比较，用于确定角度差
Figure FDA0002455295610000045
c)校准模块(43)，利用校准模块(43)，能校正确定的角度差
Figure FDA0002455295610000046
12.根据权利要求11所述的金属检测器，所述金属检测器包括移相器(39)，移相器(39)能通过校准模块(43)控制，并且利用移相器(39)，参考信号(sRI；sRQ)能被向前或向后相移校准角度(β)和/或确定的角度差
Figure FDA0002455295610000051
13.根据权利要求11或12所述的金属检测器，所述金属检测器包括设置在校准模块(43)中的软件模块，利用软件模块，测量的操作信号的矢量在相位上能被向前或向后旋转校准角度(β)和/或确定的角度差
Figure FDA0002455295610000052
14.根据权利要求11、12或13所述的金属检测器，所述金属检测器包括设置在校准模块(43)中的软件模块，利用软件模块，被设置用于抑制源自物品的信号分量(sP')的掩蔽区域(AMP)或被设置用于抑制源自噪声的信号分量(sV')的掩蔽区域(AMV)在相位上能被旋转确定的角度差
Figure FDA0002455295610000053
15.根据权利要求11至14中的任意一项所述的金属检测器，其中，固定阻抗(26)串联连接到测试线圈(24)和可控开关(25)，或者，其中，可控阻抗(26)串联连接到测试线圈(24)和可控开关(25)，并且，其中，设置模块(44)设置在控制单元(4、40)中，利用设置模块(44)，可控阻抗(26)能被调节到产生具有预定大小和/或相位角
Figure FDA0002455295610000054
的测试信号
Figure FDA0002455295610000055
的值。
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