CN111830573A - 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

本发明提供用于操作金属检测器的方法，金属检测器包括具有连接到接收器单元并与驱动线圈耦合的两个检测线圈的线圈系统，驱动线圈与电容器形成连接到发射器单元的串联谐振电路，发射器单元具有形成半桥电路的如下驱动的第一和第二驱动开关：根据第一方波信号驱动，其被设置为操作频率并施加到第一驱动开关，根据第二方波信号驱动，其被设置为操作频率并施加到第二驱动开关；所述方法包括：提供相对地具有不同大小的第一和第二电压电位；提供具有可变第一占空比的第一方波信号，提供具有可变第二占空比的第二方波信号，使第一和第二方波信号从不同时被激活；调节第一和第二占空比，以将线圈电流设置为适于操作金属检测器和测量污染物的值。

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的操作频率的金属检测器的方法以及一种根据此方法操作的金属检测器。
背景技术
例如，如US8587301B2所描述的工业金属检测系统用于检测产品中的金属污染物。如果安装和操作得当，它将有助于减少金属污染和加强食品安全。大多数现代金属检测器使用包括“平衡线圈系统”的探头。这种设计的检测器能够检测多种产品、例如新鲜和冷冻产品中的所有金属污染物类型、包括亚铁、有色金属和不锈钢。
根据“平衡线圈”原理操作的金属检测器通常包括缠绕在非金属框架上的三个线圈：一个驱动线圈和两个相同的检测线圈，通常每个线圈与其他线圈平行。由于通常将驱动线圈包围在中间的检测线圈是相同的，因此在每个检测线圈中感应到相同的电压。为了在系统处于平衡时接收到为零的输出信号，第一检测线圈与具有反向绕组的第二检测线圈串联连接。因此，在系统处于平衡状态、在观察的产品中不存在污染物的情况下，在检测线圈中感应到的相同振幅和相反极性的电压相互抵消。
然而，一旦金属粒子穿过线圈布置结构，在一个检测线圈附近的电磁场首先被干扰，然后另一个检测线圈附近的电磁场被干扰。当金属粒子传输通过检测线圈时，在每个检测线圈中感应的电压被改变(通常按照纳伏变化)。这种平衡的变化导致在检测线圈的输出端产生信号，在接收器单元中，该信号被处理、放大，并随后用于检测观察的产品中是否存在金属污染物。
在接收器单元中，输入信号通常被分为同相分量和正交分量。由这些分量组成的矢量具有大小和相位角，这对于传输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，需要去除或减小“产品效应”。如果产品的相位是已知的，那么对应的信号矢量可被减小，以便对来自金属污染物的信号的检测产生更高的灵敏度。
用于从信号频谱中消除不需要的信号的方法利用金属污染物、产品和其他干扰对磁场具有不同影响从而检测到的信号在相位上不同的事实。具有高导电性的材料引起具有较高的负电抗信号分量和较小的电阻信号分量的信号。具有高磁导率的材料引起具有较小的电阻信号分量和较高的正电抗信号分量的信号。由铁素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负电抗分量的信号。当产品或污染物传输通过金属检测器时，信号矢量的电阻信号分量和电抗信号分量之间的相位角通常保持恒定。
US20150234075A1公开了一种具有驱动电路的金属检测器，驱动电路用于在线圈系统中建立交变磁场，以便在给定频率下产生输出信号。驱动电路包括中央处理器、电子可编程逻辑器件(EPLD)和连接到通过所选电位差形成全波桥电路的四个场效应晶体管的驱动器，驱动线圈连接在桥电路的输出端。该电位差、例如24伏在驱动线圈上形成驱动电流。US20150234075A1还描述了仅具有两个FET的半波电桥。在驱动线圈连接到两端的情况下，布置开关以使得驱动电流在一个半周期内经由驱动线圈流过一个FET，并在另一个半周期内流过另一个FET。
金属检测器可包括在宽频带上操作的线圈系统。替代地，可以使用调谐到特定操作频率的线圈系统。线圈系统中的交流电的振幅通过相应地选择电容和操作频率来控制。由于增加或减少驱动线圈的单个匝数的机械限制，电感只能大幅度改变。电容器相对昂贵，难以安装，并且只能使用制造商规定的尺寸。发射器频率也可相对于谐振频率进行调节，但需要显著的移动才能产生所需的电流变化。因此，优化调谐线圈系统及其组件以达到期望范围内的操作频率和线圈电流的程序是很麻烦的。
发明内容
因此，本发明基于提供一种改进的用于操作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的目的。
本发明的方法应允许以很少的工作量将金属检测器调谐到期望的操作频率，并针对这些频率中的每个设置适当的最大线圈电流。
特别地，应能够将金属检测器调谐到期望的操作频率，并设置合适的线圈电流，而不需要非标准组件。因此，本发明的金属检测器应能以降低的成本生产，但具有最佳的性能。
本发明的方法和金属检测器应允许在驱动线圈中产生高的线圈电流，为金属检测器提供高灵敏度，而发射器单元中的电流保持相对低，以便发射器电路可以例如以降低的功率特性和成本相应地确定尺寸。
此外，应能在专用于特定频率的调谐模式下和非调谐模式下操作金属检测器，在调谐模式下，每个线圈电流针对所述特定频率可容易地调节，在非调谐模式下，操作频率可自由选择，无需调谐线圈系统。
不同操作模式之间的转换应容易实际实现，无需另外的组件。
在本发明的第一广泛方面中，提供了一种用于操作金属检测器的方法，金属检测器包括具有连接到接收器单元并与驱动线圈感应耦合的两个检测线圈的平衡线圈系统，驱动线圈与至少一个电容器一起形成连接到发射器单元的串联谐振电路，发射器单元包括具有形成半桥电路的第一驱动开关和第二驱动开关的转换器，第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)通过驱动控制器(2)如下驱动：
根据第一方波信号驱动，其中，第一方波信号被设置为固定或可选择的操作频率并被施加到第一驱动开关，第一驱动开关一侧连接到第一电压电位并且另一侧连接到半桥电路的中心抽头，
根据第二方波信号驱动，第二方波信号被设置为固定或可选择的操作频率并被施加到第二驱动开关，第二驱动开关一侧连接到第二电压电位并且另一侧连接到半桥电路的中心抽头，驱动电流经由第二驱动开关被提供到驱动线圈。
所述方法包括以下步骤：
提供相对于地具有不同大小的第一电压电位和第二电压电位；
提供具有可变的第一占空比的第一方波信号和具有可变的第二占空比的第二方波信号，并使得第一方波信号和第二方波信号从不同时被激活；
调节第一占空比和第二占空比，以将驱动线圈中的线圈电流设置为适于操作金属检测器和测量污染物的值。
在一个优选实施例中，将第一电压电位或第二电压电位分别设置为地或地电位。因此，在转换器中仅提供一个电源电压就足以在驱动线圈中产生线圈电流，线圈电流可通过选择用于第一占空比和第二占空比的相应的值被调节到适当的值。
如果半桥电路的中心抽头通过驱动开关中的一个连接到与地电位不同的电压电位，则驱动电流优选地通过串联谐振电路被驱动到地。
根据本发明的方法，第一电压电位和第二电压电位被施加到串联谐振电路达由第一占空比和第二占空比确定的各自的持续时间。驱动线圈中的线圈电流可通过如下方式来增大：通过增大操作信号的每个周期内的将具有较高大小的电压电位施加到驱动线圈的占空比或持续时间，并通过减小操作信号的每个周期内的将具有较低大小或具有地电位的电压电位施加到驱动线圈的占空比或持续时间。
可被施加到转换器的合适的第一占空比和第二占空比可在驱动控制器中被计算或被编程。在转换器中提供不同的电压电位将需要相当多的工作，并且线圈电流也会受到影响，而这被有利地避免了。
第一方波信号和第二方波信号优选地以至少近似地互补的波形生成，使得当前的第一占空比和当前的第二占空比之和近似等于“1”。因此，串联谐振电路的一端优选地总是连接到第一电压电位或第二电压电位，而串联谐振电路的另一端优选地总是连接到固定电位、优选为地电位。
占空比是操作信号的一个周期的信号被激活的部分。激活的信号也可被定义为具有操作信号的一个周期的相应持续时间或部分的脉冲。因此，周期信号的占空比表示激活持续时间和非激活持续时间之间的比率，其标度为1，而不是如术语“占空度”所使用的100％。
在操作信号的一个周期的相应的激活时间内，通过闭合相应的驱动开关，串联谐振电路的一端被设置为接地。如果串联谐振电路的另一端固定地设置为接地，则串联谐振电路在这个激活时间内被设置为两端接地，因此形成闭环。在这个激活时间内，没有能量被感应进入闭环或串联谐振电路，而能量由于热损耗和能量被感应入检测线圈而损失。通过增加这个激活时间或相关的占空比，可以减小驱动线圈中的线圈电流。通过减少这个激活时间或相关占空比并通过增加具有较高大小的电压电位被施加到串联谐振电路的激活时间或相关占空比，线圈电流可相应增大。
优选地，第一占空比和第二占空比被调节，使得驱动线圈中的线圈电流被设置为使串联谐振电路中产生的电压保持在预定最大值以下的值。因此，线圈电流被最大化到高达使线圈系统达到容许电压但不超过容许电压的值。通过这种方式，金属检测器的灵敏度也被优化。
在一个优选实施例中，在串联谐振电路或线圈系统中产生的电压因此被测量并与参考值、例如最大容许线圈电压进行比较。通过调节第一方波信号的第一占空比和第二方波信号的第二占空比，可将测量的电压和参考值之间的差保持在最小值。这样，闭环控制可有利地形成，其使线圈系统中的最大线圈电流和最大电压保持恒定。
为了在谐振电路中产生的最大电压保持较低的同时减小串联谐振电路中产生的电压或增大线圈电流，在驱动线圈的一侧布置至少一个第一电容器，在驱动线圈的另一侧布置至少一个第二电容器。第一电容器和第二电容器优选地为相同，使得在串联谐振电路中产生的电压在线圈的两侧上相等且相反，并且相对于地电位最小。因此，串联谐振电路相对于地平衡。
在一个优选实施例中，串联谐振电路的电容或电感以及因此的谐振频率是可调节的。电容可以通过连接或断开电容器来改变，电感可以通过连接或从驱动线圈断开线圈绕组来改变。优选地，提供可通过第一开关连接到至少一个第一电容器的至少一个第三电容器和/或提供可通过第二开关连接到第二电容器的至少一个第四电容器。第一开关和/或第二开关被选择性地打开或闭合，用于将串联谐振电路的谐振频率改变为通常接近金属检测器的操作频率的期望值。
固定或可选择的操作频率优选地被设置为以这样的方式与串联谐振电路的谐振频率偏移：使驱动线圈中的线圈电流在电流范围内可调，在所述电流范围内，驱动线圈中的线圈电流和/或串联谐振电路中的电压保持在预定最大值以下。替代地，串联谐振电路的谐振频率相对于金属检测器的固定的或选择的操作频率的操作频率偏移。通过这种方式，可以避免过大的线圈电流，并将线圈电压保持在它们可通过闭环控制的范围内。
本发明的金属检测器可使用线圈系统在调谐模式下被调谐的一个或两个以上操作频率操作。针对第一占空比和第二占空比的操作值优选地被预先确定并在线存储或计算，驱动线圈中的线圈电流可使用第一占空比和第二占空比被设置为针对每个可选的操作频率的适当值。然后，预定的操作频率中的一个可与第一占空比和第二占空比的相关操作值一起被选择，使得对于每个选定的操作频率，出现期望的最大线圈电流和/或最大线圈电压。
此外，金属检测器可选择性地在如上所述的调谐模式或非调谐模式下操作，其中，在非调谐模式下，驱动线圈不是谐振电路的一部分。在调谐模式下，驱动线圈与至少一个电容器一起形成串联谐振电路，并连接到设置在转换器中的半桥电路。在非调谐模式下，驱动线圈不是串联谐振电路的一部分，并且连接到设置在转换器中的全桥电路。
在一个优选实施例中，全桥电路可转换为半桥电路，反之亦然。在调谐模式下，只有全桥电路的第一半桥电路被切换，而第二半桥电路将线圈的非切换侧接地。以这种方式，转换可很容易地进行，而无需另外的组件。在非调谐模式下，全桥电路的第一半桥电路和第二半桥电路的中心抽头优选地直接与驱动线圈的两端连接。在调谐模式下，全桥电路的第一半桥电路的中心抽头直接或间接地连接到驱动线圈的两端之一，而驱动线圈的另一端优选地直接或间接地设置为接地。通过这种方式，转换器可以容易地从在调谐模式下操作转换到在非调谐模式下操作。
附图说明
下面参照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1，其包括具有两个驱动开关S41、S42的转换器4，这两个驱动开关S41、S42形成半桥并且借助于通过驱动控制器2提供的驱动信号d1、d2来控制，并且向金属检测器1的线圈系统6的驱动线圈L61提供驱动电流iD，驱动线圈L61与电容器C1和C2另外可选地与电容器C3和C4一起形成串联谐振电路；
图2示出了施加到图1的转换器4中的驱动开关S41、S42的驱动信号d1、d2的示例；
图3示出了具有包括全桥电路的转换器4的图1的金属检测器1，驱动开关S41、S42形成第一半桥电路，驱动开关S43、S44形成第二半桥电路，第二半桥电路在非调谐模式下被激活并在调谐模式下被去激活，在调谐模式下第一半桥电路如参考图1所述地操作。
具体实施方式
图1示出了本发明的金属检测器1的优选实施例，金属检测器1包括发射器单元10和接收器单元11以及平衡线圈系统6，平衡线圈系统6具有连接到发射器单元10的输出端的驱动线圈L61和一端连接到地电位而另一端连接到接收器单元11的输入级7的两个检测线圈L62，L63。在输入级7中，输入信号通常被放大和滤波，然后被转发到通常包括两个相位检测器单元的相位检测器模块8。从频率发生器或合成器29接收同相参考信号IREF和正交参考信号QREF的相位检测器模块8提供产品和污染物的基带信号的同相分量和正交分量。使用同相参考信号IREF和正交参考信号QREF的解调提供相位信息，并且允许区分不同来源的信号的相位和获取关于观察到的产品和污染物(如果存在)的信息。相位检测器模块8向控制单元9提供同相信号和正交信号，控制单元9优选地配备有信号处理器、输入输出装置、键盘和显示器。借助于控制单元9，可控制金属检测器1的操作。特别地，可根据需要来选择金属检测器1的操作条件、特别是驱动电流ID和操作频率。
发射器单元10包括驱动控制器2、驱动单元3和转换器4。驱动控制器2包括频率发生器或合成器29，其通过主控制单元9控制以产生期望的操作频率fTX和施加到相位检测器模块8的相应的同相参考信号IREF和正交参考信号QREF。操作频率被施加到提供驱动信号d1、d2、例如脉冲宽度调制信号的驱动控制单元23，驱动信号d1、d2展示了被设置用于产生期望的最大线圈电流iL61的操作频率和占空比。在驱动单元3中，驱动信号d1、d2被放大器31、32放大并被转发到转换器4。
转换器4包括形成半桥并借助于驱动信号d1、d2控制的两个驱动开关S41、S42。驱动开关S41、S42向线圈系统6的驱动线圈L61提供驱动电流iD。驱动线圈L61与电容器C1和C2一起形成串联谐振电路。串联谐振电路的谐振频率和金属检测器1的操作频率优选地彼此抵消。由电容器C1和C2以及驱动线圈L61组成的谐振电路一端接地，另一端连接到转换器4的半桥电路S41、S42的中心抽头。
第一电容器C1连接到驱动线圈L61的一个端子，第二电容器C2连接到驱动线圈L61的另一个端子。因此，考虑到连接到驱动线圈L61的端子的电容器C1、C2，产生的串联谐振电路是平衡的。第三电容器C3可使用开关u1并联连接到第一电容器C1，并且第四电容器C4可使用开关u2并联连接到第二电容器C2，从而串联谐振电路的谐振频率可被设置为相应的值。通过增加或减少电容器或线圈绕组，谐振频率可被设置为任何期望值。
半桥电路的第一驱动开关S41上端连接到电压电位VD，下端连接到半桥电路的中心抽头。第二驱动开关S42的上端连接到半桥电路的中心抽头，下端接地。在第一驱动信号d1的激活期间，第一驱动开关S41将电容器C2或串联谐振电路的相关端子连接到电压电位VD。在操作频率的相关周期的这一部分中，第二驱动开关S42打开。在操作频率的相关周期的下一部分中，第二驱动开关S42闭合。在这个部分中，电容器C2或串联谐振电路的相关端子接地。因此，在操作频率的相关周期的这个部分中，谐振电路经由电容器C1接地，并且经由电容器C2和第二驱动开关S42接地，因此形成闭环。在操作频率的每个周期的第一部分中，能量被注入串联谐振电路，而在操作频率的每个周期的第二部分中，没有能量被添加，但是能量可能由于电阻和由于检测线圈L62、L63中的磁场的感应而丢失。通过调节第一部分和第二部分的比率或第一驱动信号d1和第二驱动信号d2的相关占空比，存在于谐振电路中的能量以及因而最大线圈电流iL61和在电容器C1和C2处出现的电压可被设置为期望值。
在驱动控制单元23中，驱动信号d1、d2的占空比借助于控制程序231计算或者从存储模块中检索，在存储模块中存储了针对每个可选操作频率的占空比的数据和针对每个操作频率的每个线圈电流iL61。通过将地址信息“ad”传送到驱动控制单元23的地址计数器22寻址，可从存储器中递归地读出占空比的数据。替代地，可设置定时器以指示针对每个驱动信号d1、d2的操作信号的周期内的激活时间段的长度，其根据需要持续计算和调整的占空比。
在这个优选实施例中，在串联谐振电路中出现的电压在A/D转换器21中被测量并被转换为提供给驱动控制单元23的数字值。测量的电压可以与参考值进行比较，以确定差，差通过相应地改变驱动信号d1、d2的占空比而被最小化。驱动控制单元23可以用作PID控制器，其基于测量的差，应用基于比例项、积分项和微分项的校正。
图2示出了施加到图1的转换器4中的驱动开关S41、S42的驱动信号d1、d2的示例。从时间t1到t2，第一驱动信号d1的占空比为0.25或π/2，第二驱动信号d2的占空比为0.75或3π/2。第一驱动信号d1在驱动信号d1的周期的第一部分中激活。第二驱动信号在驱动信号d2的周期的第二部分中激活。第一驱动信号和第二驱动信号的第一部分的长度和第二部分的长度对应于驱动信号d1、d2的全周期2π的长度。由于第一驱动信号d1的激活部分相对短并且串联谐振电路仅在短时间段内连接到驱动电压VD，所以线圈电流iL61相对小。
从时间t3到t4，第一驱动信号和第二驱动信号d1、d2的占空比被设置为0.5或π。因此，对于周期2π的一半，串联谐振电路连接到驱动电压VD，对于周期2π的另一半，串联谐振电路接地。在这个时间间隔内，串联谐振电路中的能量和产生的最大线圈电流iL61相应地增加。
图3示出了具有包括全桥电路的转换器4的图1的金属检测器1，全桥电路具有分别从驱动单元3接收驱动信号d1、d2、d3、d4的四个驱动开关S41、S42、S43、S44。全桥电路包括具有驱动开关S41和S42的第一半桥电路和具有驱动开关S43和S44的第二半桥电路。在非调谐模式下，具有第一半桥电路和第二半桥电路的完整全桥电路被激活。在调谐模式下，只有全桥电路的第一半桥电路被激活，而第二半桥电路的驱动开关S43保持打开，S44将保持闭合。
在非调谐模式下，电容器C1和C2被开关u3和u4短路。驱动线圈L61的一个端子连接到第一半桥电路的中心抽头，驱动线圈L61的另一个端子连接到第二半桥电路的中心抽头。在这个配置中，全桥电路可使用驱动信号d1、d2、d3、d4来操作以一次产生任何频率或在这一次产生多个频率。
通过改变开关u3和u4的开关设置，并通过打开第二半桥电路的驱动开关S43并闭合S44，转换器4可重新配置为如图1所示。在此状态下，只有具有驱动开关S41和S42的第一半桥电路被激活。驱动线圈L61的一个端子连接到第一半桥电路的中心抽头，驱动线圈L61的另一个端子经由S44接地。在这个配置中，半桥电路如参考图1所述地操作。
附图标记列表
1 金属检测器
10 发射器单元
11 接收器单元
2 驱动控制器
21 A/D转换器
22 地址计数器
23 驱动控制单元
231 控制程序
29 频率发生器
3 驱动单元
31，32，33，34 放大器
4 转换器
S41，S42，S43，S44 驱动开关
6 (平衡)线圈系统
L61 驱动线圈
L62，L63 检测线圈
7 输入级
8 相位检测器单元
9 控制单元/计算机系统
ad 寻址信号
C1，C2，C3，C4 连接/可连接到驱动线圈的电容器
u1，u2 用于改变谐振频率的开关
u3，u4 用于改变操作模式的开关
d1，d2 驱动信号
fTX 操作频率
fD1，fD2 频率分量
iD 驱动电流
iL61 线圈电流
VD 第一电压电位，第一驱动电压
VS 第二电压电位，第二电压或地

Claims (15)

1.一种用于操作金属检测器(1)的方法，所述金属检测器(1)包括具有连接到接收器单元(11)并与驱动线圈(L61)感应耦合的两个检测线圈(L62、L63)的平衡线圈系统(6)，驱动线圈(L61)与至少一个电容器(C1、C2)一起形成连接到发射器单元(10)的串联谐振电路，发射器单元(10)包括具有形成半桥电路的第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)的转换器(4)，第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)通过驱动控制器(2)如下驱动：
根据第一方波信号(d1)驱动，第一方波信号(d1)被设置为固定或可选择的操作频率(fTX)并被施加到第一驱动开关(S41)，第一驱动开关(S41)一侧连接到第一电压电位(VD)并且另一侧连接到半桥电路的中心抽头，
根据第二方波信号(d2)驱动，第二方波信号(d2)被设置为固定或可选择的操作频率(fTX)并被施加到第二驱动开关(S42)，第二驱动开关(S42)一侧连接到第二电压电位(VS)并且另一侧连接到半桥电路的相同的中心抽头，驱动电流(iD)经由第二驱动开关(S42)被提供到驱动线圈(L61)；
所述方法包括以下步骤：
提供相对于地具有不同大小的第一电压电位(VD)和第二电压电位(VS)；
提供具有可变的第一占空比的第一方波信号(d1)，提供具有可变的第二占空比的第二方波信号(d2)，并使得第一方波信号(d1)和第二方波信号(d2)从不同时被激活；
调节第一占空比和第二占空比，以将驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)设置为适合于操作金属检测器和测量污染物的值。
2.根据权利要求1所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，第一电压电位(VD)或第二电压电位(VS)被设置为接地和/或接到串联谐振电路。
3.根据权利要求1或2所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：产生具有至少近似地互补的波形的第一方波信号(d1)和第二方波信号(d2)，使得当前的第一占空比和当前的第二占空比之和近似等于1。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：调节第一占空比和第二占空比，以将驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)设置为使串联谐振电路中产生的电压保持在预定最大值以下的值。
5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：将驱动电流(iD)从半桥电路的中心抽头通过串联谐振电路驱动到地。
6.根据权利要求1-5中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：在驱动线圈(L61)的一侧布置至少一个第一电容器(C1)并在驱动线圈(L61)的另一侧布置至少一个第二电容器(C2)，其中，第一电容器(C1)和第二电容器(C2)优选为相同。
7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：提供通过第一开关(u1)可连接到至少一个第一电容器(C1)的至少一个第三电容器(C3)和/或提供通过第二开关(u2)可连接到第二电容器(C2)的至少一个第四电容器(C4)；闭合或打开第一开关(u1)和/或第二开关(u2)，以改变串联谐振电路的谐振频率。
8.根据权利要求1-7中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：设置固定或可选的操作频率(fTX)与串联谐振电路的谐振频率的偏移量，以使得驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)在电流范围内可调，其中，驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)和/或串联谐振电路中产生的电压保持在预定最大值以下。
9.根据权利要求1-8中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：测量串联谐振电路的电容器(C1，C2)处的电压，将测量的电压与参考值进行比较，并根据测量的电压与参考值之间的差调节第一方波信号(d1)的第一占空比和第二方波信号(d2)的第二占空比，其中，所述差对应于驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)的预定值。
10.根据权利要求9所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：确定第一占空比和第二占空比的操作值以将驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)设置为针对每个可选操作频率(fTX)的适当值；选择操作频率(fTX)之一以及第一占空比和第二占空比的相关操作值。
11.根据权利要求1-10中的任意一项所述的用于操作金属检测器(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
在调谐模式下操作线圈系统(6)，其中，驱动线圈(L61)与至少一个电容器(C1、C2)一起形成串联谐振电路，并连接到半桥电路，或
在非调谐模式下操作线圈系统(6)，其中，驱动线圈(L61)不是串联谐振电路的一部分，并且连接到优选地可转换为半桥电路的全桥电路。
12.一种根据权利要求1-11中的任意一项所限定的方法操作的金属检测器(1)。
13.根据权利要求12所述的金属检测器(1)，其中，所述金属检测器(1)包括具有连接到接收器单元(11)并与驱动线圈(L61)感应耦合的两个检测线圈(L62、L63)的平衡线圈系统(6)，驱动线圈(L61)与至少一个电容器(C1、C2)一起形成连接到发射器单元(10)的串联谐振电路，发射器单元(10)包括具有形成半桥电路的第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)的转换器(4)，第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)通过驱动控制器(2)如下驱动：
根据第一方波信号(d1)驱动，第一方波信号(d1)被设置为固定或可选择的操作频率(fTX)并被施加到第一驱动开关(S41)，第一驱动开关(S41)一侧连接到第一电压电位(VD)并且另一侧连接到半桥电路的中心抽头，
根据二方波信号(d2)驱动，第二方波信号(d2)被设置为固定或可选择的操作频率(fTX)并被施加到第二驱动开关(S42)，第二驱动开关(S42)一侧连接到第二电压电位(VS)并且另一侧连接到半桥电路的中心抽头，驱动电流(iD)经由第二驱动开关(S42)被提供到驱动线圈(L61)；
其中，
第一电压电位(VD)和第二电压电位(VS)被提供为相对于地具有不同的大小；
第一方波信号(d1)被提供为具有可变的第一占空比，第二方波信号(d2)被提供为具有可变的第二占空比，并使得第一方波信号(d1)和第二方波信号(d2)从不同时被激活；其中，
第一占空比和第二占空比可调节，以将驱动线圈(L61)中的线圈电流(iL61)设置为适合于操作金属检测器和测量污染物的值。
14.根据权利要求12所述的金属检测器(1)，其中，第一电压电位(VD)或第二电压电位(VS)被设置为接地。
15.根据权利要求11、12或13所述的金属检测器(1)，其中，转换器(4)可从包括第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)的半桥电路转换为包括具有第一驱动开关(S41)和第二驱动开关(S42)的第一半桥电路并具有第三驱动开关(S43)和第四驱动开关(S44)的第二半桥电路的全桥电路。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024078567A1 (zh) * 2022-10-14 2024-04-18 杭州众硅电子科技有限公司 一种涡流终点检测装置及方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7456831B2 (ja) 2019-04-17 2024-03-27 メトラー－トレド・セーフライン・リミテッド 金属検出器を動作させるための方法および金属検出器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050253711A1 (en) * 2003-01-21 2005-11-17 Nelson Carl V Multi-mode electromagnetic target discriminator sensor system and method of operation thereof
CN1989687A (zh) * 2004-07-21 2007-06-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于串联谐振开关模式电源的自动频率控制
US20090318098A1 (en) * 2008-06-23 2009-12-24 Minelab Electronics Pty Limited Multi-frequency transmitter for a metal detector
CN102570821A (zh) * 2010-10-25 2012-07-11 意法半导体股份有限公司 用于谐振转换器的控制设备
US20130069620A1 (en) * 2011-09-19 2013-03-21 Mettler-Toledo Safeline Limited Method for operating a metal detection apparatus and apparatus
CN103308948A (zh) * 2012-03-14 2013-09-18 索尼公司 检测装置、电力接收装置和电力发送装置
US20170338695A1 (en) * 2014-11-05 2017-11-23 Powerbyproxi Limited Received wireless power regulation
US20170358954A1 (en) * 2014-10-22 2017-12-14 Powerbyproxi Limited Converter

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2995699A (en) 1955-08-05 1961-08-08 Mullard Radio Valve Co Ltd Geophysical survey apparatus
CA1036221A (en) 1976-06-02 1978-08-08 Geonics Limited Method and apparatus for measuring terrain resistivity
US5691640A (en) 1995-11-17 1997-11-25 Ramsey Technology, Inc. Forced balance metal detector
US5892692A (en) 1997-10-01 1999-04-06 Ford Motor Company Method for generating a lookup table for a digital oscillator
GB2361544B (en) 2000-04-20 2004-07-07 Goring Kerr Ltd Metal detector
US6774624B2 (en) 2002-03-27 2004-08-10 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Magnetic tracking system
JP2004191242A (ja) 2002-12-12 2004-07-08 Sumitomo Special Metals Co Ltd 管内の位置探査方法及び装置
US20070067123A1 (en) 2005-09-19 2007-03-22 Jungerman Roger L Advanced arbitrary waveform generator
GB2441346B (en) 2006-09-01 2011-04-13 Qinetiq Ltd Metal object detecting apparatus
US7710118B2 (en) 2007-08-13 2010-05-04 David Emery Resonant pulse induction metal detector that transmits energy from high voltage flyback pulses
GB2462243A (en) 2008-05-28 2010-02-03 Ugcs Magnetic induction tomography with two reference signals
DE102008044908A1 (de) * 2008-08-29 2010-03-04 Lemförder Electronic GmbH Anordnung zur Messung wenigstens eines Wertes einer an einer elektronischen Komponente anliegenden Spannung
EP2439559B1 (en) 2010-10-07 2013-05-29 Mettler-Toledo Safeline Limited Method for operating of a metal detection system and metal detection system
JP5964308B2 (ja) 2010-10-07 2016-08-03 メトラー−トレド・セーフライン・リミテッド 金属検出システムを操作する方法、および金属検出システム
EP2562565B1 (en) 2011-08-24 2014-03-05 Mettler-Toledo Safeline Limited Metal Detection Apparatus
US10215875B2 (en) 2012-02-10 2019-02-26 Illinois Tool Works Inc. Metal detector
EP2674791B1 (en) 2012-06-15 2016-01-13 Mettler-Toledo Safeline Limited Device and method for detecting metallic contaminants in a product
DE102014010671A1 (de) 2014-05-23 2015-12-17 Gerd Reime Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines physikalischen Parameters mittels einer Sensoreinheit
EP3182169B1 (en) 2015-12-17 2018-12-05 Mettler-Toledo Safeline Limited Metal detection apparatus
EP3260889B1 (en) 2016-06-22 2022-10-05 Mettler-Toledo Safeline Limited Metal detection apparatus
EP3339913B1 (en) 2016-12-21 2023-10-25 Cable Detection Limited Underground utility surveying
JP7456831B2 (ja) 2019-04-17 2024-03-27 メトラー－トレド・セーフライン・リミテッド 金属検出器を動作させるための方法および金属検出器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050253711A1 (en) * 2003-01-21 2005-11-17 Nelson Carl V Multi-mode electromagnetic target discriminator sensor system and method of operation thereof
CN1989687A (zh) * 2004-07-21 2007-06-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于串联谐振开关模式电源的自动频率控制
US20090318098A1 (en) * 2008-06-23 2009-12-24 Minelab Electronics Pty Limited Multi-frequency transmitter for a metal detector
CN102570821A (zh) * 2010-10-25 2012-07-11 意法半导体股份有限公司 用于谐振转换器的控制设备
US20130069620A1 (en) * 2011-09-19 2013-03-21 Mettler-Toledo Safeline Limited Method for operating a metal detection apparatus and apparatus
CN103308948A (zh) * 2012-03-14 2013-09-18 索尼公司 检测装置、电力接收装置和电力发送装置
US20170358954A1 (en) * 2014-10-22 2017-12-14 Powerbyproxi Limited Converter
US20170338695A1 (en) * 2014-11-05 2017-11-23 Powerbyproxi Limited Received wireless power regulation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024078567A1 (zh) * 2022-10-14 2024-04-18 杭州众硅电子科技有限公司 一种涡流终点检测装置及方法

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Publication number Publication date
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US11598897B2 (en) 2023-03-07
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US20200333497A1 (en) 2020-10-22
CA3078069A1 (en) 2020-10-17
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EP3726255A1 (en) 2020-10-21

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