DE102013209805A1

DE102013209805A1 - Induktiver Sensor

Info

Publication number: DE102013209805A1
Application number: DE102013209805.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Ph. Schmidt
Original assignee: iCONTROLS ks
Current assignee: iCONTROLS ks
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2014-11-27
Also published as: WO2014191352A3; WO2014191352A2

Abstract

Zum Erfassen eines Material- und/oder Formparameter eines Metallgegenstands (3) wird ein induktiver Sensor (1) vorgeschlagen, dessen durch Rechteck-Treiberimpulse erregte Sendespule (5) Wirbelströme in dem Metallgegenstand (3) induziert, deren sekundäres Magnetfeld von einem Magnetfeldsensor (9) erfasst wird. Das Antwortsignal des Magnetfeldsensors (9) wird ausschließlich während der Dauer der die Sendespule (5) erregenden Rechteck-Treiberimpulse ausgewertet. Zweckmäßigerweise haben die Sendespule (5) und der Magnetfeldsensor (9) zum Metallgegenstand (3) hin aufeinander zu geneigte Magnetfeld-Hauptachsen (7, 11).

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Sensor zum Erfassen eines Material- und/oder Formparameters eines Metallgegenstands.
Zeitlich sich ändernde Magnetfelder induzieren in Metallgegenständen Wirbelströme, deren sekundäres Magnetfeld von Material- und/oder Formparametern des Metallgegenstands abhängt, der vom zeitlich sich ändernden primären Magnetfeld einer Sendespule durchflutet wird. Ein auf das sekundäre Magnetfeld ansprechender Magnetfeldsensor liefert ein Antwortsignal, welches Informationen über die Material- und/oder Formparameter des Metallgegenstands enthält oder diese Informationen repräsentiert und Rückschlüsse auf die Material- und/oder Formparameter erlaubt.
Aus US 2003/0193331 A1 ist es zur Materialüberwachung beschichteter Gasturbinenschaufeln auf Rissbildung bekannt, mittels einer durch Rechteckimpulse erregten Sendespule in der Schaufel Wirbelströme zu induzieren, deren sekundäres Magnetfeld von einem Magnetfeldsensor, beispielsweise einem Hall-Sensor erfasst wird. Der Magnetfeldsensor ist hierbei koaxial in der das primäre Magnetfeld liefernden Sendespule angeordnet. Eine elektrische Auswerteschaltung vergleicht das in einer Prüfposition von dem Magnetfeldsensor gelieferte Antwortsignal mit einem Referenzsignal, welches den Material- und/oder Formparameter in einer Referenzposition der Schaufel repräsentiert. Die Auswerteschaltung liefert damit ein Informationssignal, welches, bezogen auf die Referenzposition, ein Maß für eventuell in der Prüfposition vorhandene Risse repräsentiert. Die Auswerteschaltung überwacht hierbei mit Bezug auf den das primäre Magnetfeld in der Sendespule erzeugenden Treiberimpuls die Amplitude des von dem Magnetfeldsensor erzeugten Antwortsignals oder den Zeitpunkt eines Nullwerts des Antwortsignals.
Aus DE 10 2010 009 923 A1 ist ein Wirbelstromsensor bekannt, der die Bestimmung der Dicke einer Metallplatte erlaubt. Der Wirbelstromsensor umfasst eine wechselstromgespeiste Sendespule und eine im Abstand von dieser angeordnete, mit einer Auswerteschaltung verbundene Empfangsspule, wobei die Metallplatte für die Messung ihrer Dicke zwischen der Sendespule und der Empfangsspule angeordnet wird. Um die Sendespule und die Empfangsspule durch die Metallplatte hindurch miteinander zu koppeln, sind sowohl der Sendespule als auch der Empfangsspule U-förmige Kerne aus ferromagnetischem Material zugeordnet, deren Schenkel aufeinander zu gerichtet sind.
Aus EP 2 312 338 A1 ist zur Detektion von elektrisch leitfähigen Gegenständen bekannt, axial beiderseits einer Sendespule zwei zu einer Differenzspulenanordnung miteinander verbundene Empfangsspulen gleichachsig anzuordnen. Die Sendespule wird durch Treiberimpulse eines Impulsgenerators erregt, während die Differenzspulenanordnung mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, die den Kurvenverlauf des Antwortsignals der Empfangsspulen analysiert und abhängig von den Zeitpunkten, zu welchen Maximalwerte, Minimalwerte, Nullwerte oder Wendepunkte des Signalverlaufs auftreten den elektrisch leitfähigen Gegenstand detektiert.
Bei bekannten, auf dem Wirbelstromprinzip beruhenden induktiven Sensoren sind die Abweichungen der Antwortsignale in den Prüfpositionen von den Antwortsignalen der Referenzpositionen vielfach gering, was die Genauigkeit, mit der Material- und/oder Formparameter erfasst werden können, mindert. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass bei herkömmlichen induktiven Sensoren dieser Art der Abstand der Sendespule und/oder des Magnetfeldsensors von dem zu prüfenden Metallgegenstand einen vergleichsweise großen Einfluss auf die Bestimmung des Material- und/oder Formparameters hat, was zum Einen die Genauigkeit der Bestimmung des Material- und/oder Formparameters verschlechtert, oder aber die Einbau situation beschränkt, wenn der induktive Sensor Bestandteil einer Anlage oder einer Maschine mit vorgegebenen Einbauplatzverhältnissen ist.
Schließlich hat sich gezeigt, dass herkömmliche induktive Sensoren der vorstehend erläuterten Art bei einer Vielzahl Anwendungsfällen nicht oder nur unzureichend einsetzbar sind, insbesondere wenn es um die rasche und sichere Erkennung von Material- und/oder Formparametern in einer Inline-Prüfung oder Verarbeitung von Metallgegenständen geht. Beispiele hierfür sind das Erkennen eines Spalts zwischen zwei Metallteilen oder der Materialveränderung durch Schweißpunkte oder Schweißnähte auch für die Positionierung der Metallgegenstände in einer für eine nachfolgende Bearbeitung geeigneten räumlichen Lage. Andere Beispiele sind das Erkennen von Schraubmuttern, die hinter Bohrlöchern in Metallblechteilen verdeckt angeordnet sind oder das Erkennen unerwünscht aneinander haftender Blechteile in einer auf das Zuführen von Einzelblechteilen ausgelegten Fertigungsanlage. Ein weiteres Anwendungsgebiet, in welchem herkömmliche Wirbelstromsensoren nur begrenzt einsetzbar sind, ist die Materialerkennung, beispielsweise die Unterscheidung zwischen Buntmetallteilen, Eisenteilen oder Teilen aus rostfreiem Stahl. Herkömmliche Wirbelstromsensoren eignen sich ferner nur begrenzt für die Ermittlung von Härteunterschieden, insbesondere der Oberflächenhärte von Metallgegenständen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden induktiven Sensor anzugeben, der es erlaubt, einen Material- und/oder Formparameter eines Metallgegenstands präziser als bisher zu ermitteln.
Die Erfindung geht aus von einem induktiven Sensor zum Erfassen eines Material- und/oder Formparameters eines Metallgegenstands, welcher umfasst:

– einen Impulsgenerator,
– wenigstens eine durch Treiberimpulse des Impulsgenerators erregbare Sendespule zur Induzierung von Wirbelströmen in dem Metallgegenstand,
– wenigsten einen auf Magnetfelder der in dem Metallgegenstand induzierten Wirbelströme ansprechenden und ein von den Wirbelströmen abhängiges Antwortsignal liefernden Magnetfeldsensor, insbesondere in Form einer Empfangsspule und
– eine auf das Antwortsignal ansprechende Auswerteschaltung, die ein den Material- und/oder Formparameter repräsentierendes Informationssignal liefert.

Unter einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendespule und der Magnetfeldsensor quer zu ihren Magnetfeld-Hauptachsen nebeneinander angeordnet sind und der Metallgegenstand bezogen auf die Magnetfeld-Hauptachsen auf der gleichen Seite der Sendespule und des Magnetfeldsensors anordenbar ist, wobei die Sendespule und der Magnetfeldsensor zum Metallgegenstand hin aufeinander zu geneigte Magnetfeld-Hauptachsen haben.
Auf diese Weise wird erreicht, dass das Zentrum maximaler Empfindlichkeit der Empfangsspule mit dem Bereich maximaler von der Sendespule in dem Metallgegenstand induzierter Wirbelströme zumindest überlappt, wenn nicht gar im Wesentlichen vollständig überdeckt ist. Dies erhöht die Empfindlichkeit der Antwortsignale und damit die Genauigkeit, mit der der Material- und/oder Formparameter des Metallgegenstands erfasst werden kann.
Die Empfindlichkeit des Sensors lässt sich insbesondere dann verbessern, wenn, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, der Sendespule und/oder dem Magnetfeldsensor magnetische Abschirmmittel zugeordnet sind, die dem Magnetfeldsensor gegen direkt übertretendes Magnetfeld der Sendespule zumindest teilweise abschirmen. Bei den Abschirmmitteln kann es sich, wie noch näher erläutert werden wird, um eine zwischen der Sendespule und dem Magnetfeldsensor angeordnete Abschirmwand handeln. Zusätzlich oder auch alternativ kann die Sendespule und/oder der Magnetfeldsensor jeweils für sich abgeschirmt sein.
Unter einem zweiten Aspekt der Erfindung besteht die Verbesserung darin, dass die Sendespule und der Magnetfeldsensor nebeneinander angeordnet sind, wobei entweder

– die Sendespule und der Magnetfeldsensor in Richtung ihrer Magnetfeld-Hauptachsen einander gegenüberliegend im Abstand angeordnet sind und der Metallgegenstand zwischen die Sendespule und dem Magnetfeldsensor einführbar ist oder
– die Sendespule und der Magnetfeldsensor quer zu ihren Magnetfeld-Hauptachsen nebeneinander angeordnet sind und der Metallgegenstand bezogen auf die Magnetfeld-Hauptachsen auf der gleichen Seite der Sendespule und des Magnetfeldsensors anordenbar ist und dass die Auswerteschaltung auf den ersten während des Treiberimpulses im Signalverlauf des Antwortsignals auftretenden Extremwert und/oder Nullwert und/oder Wendepunktwert anspricht und/oder auf wenigstens einen zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Beginn des Treiberimpulses jedoch noch während des Treiberimpulses auftretenden Amplitudenwert des Signalverlaufs des Antwortsignals anspricht und das den Material- und/oder Formparameter repräsentierende Informationssignal abhängig von der Amplitude des Extremwerts und/oder des zum vorbestimmten Zeitpunkt auftretenden Amplitudenwerts und/oder abhängig vom zeitlichen Abstand des Extremwerts und/oder des Nullwerts vom Beginn des Treiberimpulses und/oder der Signalverlaufssteigung des Wendepunktwerts liefert.

Bei einem solchen induktiven Sensor wird das dem Material- und/oder Formparameter repräsentierende Informationssignal bereits während des Treiberimpulses ermittelt, also innerhalb einer Zeitspanne, in welcher der Treiberimpuls die Sendespule erregt. Es hat sich herausgestellt, dass das Antwortsignal des Magnetfeldsensors bei erregter Sendespule unempfindlicher gegen Störeinflüsse ist als im Falle einer Auswertung des Antwortsignals bei abklingender Erregung nach dem Ende des Treiberimpulses, wie dies bei herkömmlichen induktiven Sensoren der in Rede stehenden Art vielfach üblich ist. Bei den Treiberimpulsen handelt es sich bevorzugt um schmale Rechteckimpulse mit einer Impulsbreite zwischen etwa 10 ns und 10 μs. Die Treiberimpulse werden zweckmäßigerweise periodisch erzeugt mit einer Impulspause, die hinreichend groß ist, um sicherzustellen, dass der Einfluss des Treiberimpulses auf das Antwortsignal bis zum Auftreten des nächsten Treiberimpulses auf einen vernachlässigbaren Wert abgeklungen ist. Zweckmäßigerweise liegt die Impulspause in der Größenordnung zwischen 50 bis 200 μs. Das auf diese Weise jeweils durch einzelne Treiberimpulse bestimmte Antwortsignal enthält ein breites Frequenzspektrum, das es erlaubt, auch vergleichsweise kleine Änderungen des Material- und/oder Formparameters hinreichend genau zu bestimmen.
Die Induktivität der Sendespule und die Amplitude des Treiberimpulses sind so bemessen, dass das Antwortsignal bereits während der Impulsdauer des Treiberimpulses einen Extremwert hat. Bei einem mit einer Anstiegsflanke beginnenden Treiberimpuls handelt es sich bei dem Extremwert um einen Maximalwert des Antwortsignals. Bei einem mit einer abfallenden Flanke beginnenden Treiberimpuls beginnt das Antwortsignal mit einem Minimum. Auf den Extremwert folgt ein Nullwert des Antwortsignals. Die Sendespule ist zweckmäßigerweise so bemessen, dass auch der Nullwert noch während der Impulsdauer des Treiberimpulses auftritt; der Nullwert kann jedoch auch abhängig von der Induktivität der Sendespule, der Amplitude des Treiberimpulses und dem zu ermittelnden Material und/oder Formparameter des Metallgegenstands nach Beendigung vorzugsweise kurz nach Beendigung des Treiberimpulses auftreten. Es hat sich herausgestellt, dass auch die von dem ersten Extremwert zum ersten Nullwert des Antwortsignals führende Signalflanke des Antwortsignals ein Maß für den zu bestimmenden Material- und/oder Formparameter des Metallgegenstands ist. Die Ermittlung des den Material- und/oder Formparameter repräsentierenden Informationssignals erfolgt erfindungsgemäß abhängig von dem während des Treiberimpulses auftretenden ersten Extremwert und/oder dem ersten Nullwert im Signalverlauf des Antwortsignals und/oder abhängig von einem während des Treiberimpulses auftretenden Bereich der Signalflanke des Antwortsignals zwischen dem ersten Extremwert und dem ersten Nullwert und/oder wenigstens einem Wendepunktwert des Signalverlaufs. Für das Informationssignal kann hierbei der Zeitpunkt des ersten Extremwerts und/oder der Zeitpunkt des ersten Nullwerts jeweils bezogen auf den Beginn des Treiberimpulses ausgewertet werden. Zusätzlich oder alternativ kann aber auch der Amplitudenwert des ersten Extremwerts und/oder der zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während des Treiberimpulses ermittelte Amplitudenwert der Signalflanke zwischen dem ersten Extremwert und dem ersten Nullwert und/oder der Signalverlaufssteigung an dem Wendepunktwert für die Bestimmung des den Material- und/oder Formparameter repräsentierenden Informationssignals ausgewertet werden.
Es hat sich gezeigt, dass die Auswertung des Extremwerts, des Nullwerts, des Wendepunktwerts oder der Signalflanke mit vergleichsweise geringem schaltungstechnischen Aufwand durchgeführt werden kann, ohne dass die Genauigkeit der Ermittlung des Material- und/oder Formparameters darunter leidet. Es versteht sich, dass im Einzelfall die Auswertung eines einzelnen der vorstehenden Werte genügt. Die Genauigkeit lässt sich aber erhöhen, wenn gegebenenfalls mehrere dieser Werte berücksichtigt werden. Ferner hat sich gezeigt, dass die vorstehend erläuterte Art der Ermittlung des Informationssignals in aller Regel nur wenig von der Position des Metallgegenstands relativ zur Sendespule bzw. dem Magnetfeldsensor abhängt. Der Abstand des Metallgegenstands von der Sendespule bzw. dem Magnetfeldsensor kann deshalb variieren, ohne dass dies Auswirkungen auf das Informationssignal hat.
Eine Auswerteschaltung der unter dem zweiten Aspekt der Erfindung erläuterten Art wird bevorzugt auch unter dem ersten Aspekt der Erfindung eingesetzt. Der Signalverlauf des Antwortsignals des Magnetfeldsensors lässt sich aber auch durch Korrelation des Signalverlaufs des Antwortsignals mit einem Referenz-Signalverlauf erreichen oder aber das Informationssignal wird durch Methoden einer schnellen Fouriertransformationsanalyse (Fast Fourier Transformation) ermittelt.
Der erfindungsgemäße induktive Sensor eignet sich insbesondere für die Ermittlung von Abweichungen der Material- und/oder Formparameter des Metallgegenstands von einem Referenzwert des Parameters, wie er beispielsweise in einer Referenzposition des Metallgegenstands mittels des selben induktiven Sensors ermittelt werden kann. Es versteht sich, dass der Referenzwert jedoch auch basierend auf Erfahrungswerten vorgegeben werden kann.
Bei herkömmlichen, nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden induktiven Sensoren ist der Magnetfeldsensor mit dem von der Sendespule erzeugten primären Magnetfeld in der Regel fest gekoppelt. Im Rahmen der Erfindung hat es sich herausgestellt, dass bei der vorstehend erläuterten Auswertung des Antwortsignals durch Bestimmung von Extremwerten, Nullwerten und Signalflankenwerten die Genauigkeit der Auswertung verbessert werden kann, wenn die direkte Magnetfeldkopplung der Sendespule und des Magnetfeldsensors verringert wird. In einer ersten Alternative des erfindungsgemäßen induktiven Sensors sind die Sendespule und der Magnetfeldsensor auf einander abgewandten Seiten des Metallgegenstands im Abstand voneinander angeordnet, wobei der Magnetfeldsensor auf das sekundäre Magnetfeld der vom primären Magnetfeld der Sendespule in dem Metallgegenstand induzierten Wirbelströme anspricht. Der Metallgegenstand ist hierbei zweckmäßigerweise in seinen Abmessungen so groß gewählt, dass er zugleich für eine Wirbelstromabschirmung des primären Magnetfelds gegenüber dem Magnetfeldsensor wirkt. Die Sendespule und der Magnetfeldsensor liegen sich hierbei in Richtung ihrer Magnetfeld-Hauptachsen einander gegenüber, insbesondere gleichachsig einander gegenüber, so dass der Magnetfeldsensor im Wesentlichen auf den Bereich maximaler Wirbelströme ausgerichtet ist. Unter einer Magnetfeld-Hauptachse soll vorangegangen und im Folgenden die Achse verstanden werden, längs der die Sendespule ihr Magnetfeldstärkemaximum hat, bzw. der Magnetfeldsensor seine größte Magnetfeldstärkeempfindlichkeit hat.
In einer Alternative des erfindungsgemäßen induktiven Sensors sind die Sendespule und der Magnetfeldsensor quer zu ihren Magnetfeld-Hauptachsen im Abstand voneinander jedoch auf der gleichen Seite des Metallgegenstands angeordnet. Der Anteil der von der Sendespule direkt auf den Magnetfeldsensor übergreifenden Magnetfelder lässt sich auf diese Weise verringern, womit der relative Einfluss der in dem Metallgegenstand induzierten Wirbelströme auf das Antwortsignal zunimmt. Entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung sind auch unter dem zweiten Aspekt die Magnetfeld-Hauptachsen der Sendespule und des Magnetfeldsensors zum Metallgegenstand hin aufeinander zu geneigt, so dass trotz des Querabstands des Magnetfeldsensors von der Sendespule der Bereich maximaler Feldstärkeempfindlichkeit des Magnetfeldsensors mit dem Bereich maximaler von der Sendespule in dem Metallgegenstand induzierten Wirbelströme überlappend ausgerichtet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des ersten und des zweiten Aspekts der Erfindung sind der Sendespule und/oder dem Magnetfeldsensor magnetische Abschirmmittel zugeordnet, die den Magnetfeldsensor gegen direkt übertretendes Magnetfeld der Sendespule zumindest teilweise abschirmen. Bei den Abschirmmitteln kann es sich um ferromagnetisches Material handeln. Bevorzugt handelt es sich aber um nach dem Wirbelstromprinzip arbeitende Abschirmmittel aus einem nicht ferromagnetischen Material, da solche Abschirmmittel beim Vorhandensein starker magnetischer Fremdfelder, wie sie beispielsweise bei elektrischen Schweißanlagen auftreten können, kein Sättigungsverhalten zeigen. Bei den Abschirmmitteln kann es sich um eine zwischen der Sendespule und dem Magnetfeldsensor angeordnete Abschirmwand handeln. Zusätzlich oder auch alternativ kann die Sendespule und/oder der Magnetfeldsensor in einem in Richtung der Magnetfeld-Hauptachse offenen Abschirmbecher angeordnet sein. Es versteht sich, dass der Abschirmbecher gegebenenfalls die Form einer beidseitig offenen Buchse oder dergleichen haben kann.
Zusätzlich oder anstelle der vorstehend erläuterten passiven magnetischen Abschirmmittel kann dem Magnetfeldsensor eine weitere, durch Treiberimpulse erregbare Sendespule zugeordnet sein, deren Magnetfeld direkt übertretendes Magnetfeld der Sendespule am Magnetfeldsensor aktiv kompensiert, zumindest jedoch schwächt.
Die Justierung des Antwortsignals des Magnetfeldsensors bezogen auf den Treiberimpuls lässt sich nicht nur durch die Dimensionierung der Sendespule oder deren Erregung durch Treiberimpulse beeinflussen. Insbesondere für die Nullwert-Kompensation des Antwortsignals kann auf der dem Metallgegenstand abgewandten Seite der Sendespule und/oder des Magnetfeldsensors ein Kompensations-Metallblechteil angeordnet sein, welches aufgrund der in ihm induzierten Wirbelströme den Signalverlauf des Antwortsignals verändert. Durch geeignete Wahl des Materials, der Form und/oder der Abmessungen des Kompensations-Metallblechteils, lässt sich insbesondere der Nullwert des Referenz-Antwortsignals zu Null justieren.
Das Antwortsignal des Magnetfeldsensors kann durch unmittelbar in den Einflussbereich der Sendespule und/oder des Magnetfeldsensors gebrachte Referenzmaterialien beeinflusst werden, insbesondere zur Kompensation bzw. Justierung des Referenz-Nullwerts des Referenz-Antwortsignals. In Alternativen, bei welchen die Sendespule und der Magnetfeldsensor aufeinander abgewandten Seiten des zu untersuchenden Metallgegenstands angeordnet sind, lässt sich der Vergleich des Antwortsignals mit dem einer Referenz zugeordneten Antwortsignal auch in einem Zweikanalsystem realisieren. Hierzu kann auf der dem Magnetfeldsensor abgewandten Seite der Sendespule im Abstand von der Sendespule ein weitere Magnetfeldsensor, insbesondere gleichfalls in Form einer weiteren Empfangsspule angeordnet sein, wobei zwischen der Sendespule und dem weiteren Magnetfeldsensor ein Referenz-Metallgegenstand angeordnet ist, in welchem die Sendespule Wirbelströme induziert, auf deren Magnetfeld der weitere Magnetfeldsensor anspricht, wobei die Auswerteschaltung zur Bildung des Referenzwerts auf Antwortsignale des weiteren Magnetfeldsensors anspricht. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass auf der von der Sendespule abgewandten Seite des Magnetfeldsensors eine weitere durch Treiberimpulse des Impulsgenerators erregbare Sendespule im Abstand von dem Magnetfeldsensor angeordnet sein. Zwischen dem Magnetfeldsensor und der weiteren Sendespule kann ein Referenz-Metallgegenstand angeordnet sein, in welchem die weitere Sendespule Wirbelströme induziert, auf deren Magnetfeld der Magnetfeldsensor auch anspricht, wobei die Auswerteschaltung das Informationssignal abhängig von der Differenz der Antwortsignale der Sendespulen und dem Referenzwert liefert.
Eine weitere Sendespule bzw. ein weiterer Magnetfeldsensor kann entfallen, wenn zwischen der Sendespule und dem Magnetfeldsensor zusätzlich ein Referenz-Metallgegenstand angeordnet ist, in welchem das Magnetfeld der in dem zu untersuchenden Metallgegenstand induzierten Wirbelströme ihrerseits sekundären Wirbelströme induzieren, auf die dann der Magnetfeldsensor anspricht oder in welchem das Magnetfeld der Sendespule Wirbelströme induziert, deren Magnetfeld ihrerseits in dem Metallgegenstand die sekundären Wirbelströme induziert auf deren Magnetfeld der Magnetfeldsensor anspricht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Sendespule und, soweit der Magnetfeldsensor als Empfangsspule ausgebildet ist, auch die Empfangsspule als Luftspulen ausgebildet. Im Gegensatz zu Spulen mit einem ferromagnetischen Kern, beispielsweise einem Ferritkern, werden induktive Sensoren mit Luftspulen nicht durch magnetische Fremdfelder beeinflusst, da Luftspulen kein Sättigungsverhalten zeigen. Auf diese Weise kann zum Beispiel Schweißfestigkeit der induktiven Sensoren erreicht werden.
Die Amplitude des während des Treiberimpulses auszuwertenden Antwortsignals des Magnetfeldsensors kann stark schwanken, insbesondere wenn für die Auswertung sowohl Extremwerte als auch Nullwerte berücksichtigt werden sollen. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist deshalb die Auswerteschaltung einen Verstärker mit bei wachsender Eingangssignalamplitude nicht linear abnehmendem Verstärkungsfaktor auf. Geeignet ist beispielsweise ein logarithmischer Verstärker.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden, induktiven Sensors;
2a und b Zeitdiagramme von einer Sendespule des Sensors zugeführten Treiberimpulsen bzw. von mittels einer Empfangsspule erfassten Antwortsignalen;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden induktiven Sensors;
4 bis 6 Varianten des induktiven Sensors gemäß 3.
1 zeigt einen nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden, induktiven Sensor 1, mit dem ein Material- und/oder Formparameter eines Metallgegenstands 3 beispielsweise eines Blechteils oder eines Gussformteils oder dergleichen und/oder die Abweichung dieses Parameters von einem Referenzwert erfasst werden kann. Der Sensor 1 weist eine als Luftspule ausgebildete Sendespule 5 auf, deren Magnetfeld-Hauptachse 7 auf den Metallgegenstand 3 gerichtet ist. Auf der selben Seite des Metallgegenstands ist im Abstand neben der Sendespule 5 ein Magnetfeldsensor 9 hier in Form einer als Luftspule ausgebildeten Empfangsspule angeordnet, deren Magnetfeld-Hauptachse 11 unter einem Winkel α gegen die Magnetfeld-Hauptachse 7 der Sendespule 5 geneigt auf den Metallgegenstand 3 gerichtet ist. Die Magnetfeld-Hauptachsen 7, 11 haben damit auf dem Metallgegenstand 3 einen geringeren Abstand als zwischen der Sendespule 5 und dem Magnetfeldsensor 9.
Die Sendespule 5 wird durch eine Folge von Rechteckimpulsen 13 (2a) eines Impulsgenerators 15 erregt und erzeugt damit ein primäres Magnetfeld, das in dem Metallgegenstand 3 in einem Bereich 17 Wirbelströme induziert, auf deren sekundäres Magnetfelds der Magnetfeldsensor 9 anspricht. Da die Magnetfeld-Hauptachsen 7, 11 zum Metallgegenstand 3 hin aufeinander zu geneigt sind, überlappt der Bereich maximaler Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors 9 den Bereich maximaler von der Sendespule 5 induzierter Wirbelströme, was der Ansprechempfindlichkeit des Sensors zugute kommt.
Der Magnetfeldsensor 9 ist mit einer Auswerteschaltung 19 verbunden, die ein vom sekundären Magnetfeld der Wirbelströme abhängiges Antwortsignal S (2b) über einen Verstärker 21 aufnimmt und in nachfolgend noch näher anhand der 2a und 2b erläuterter Weise auswertet und mit einem in einem Speicher 23 gespeicherten Referenzwert vergleicht. Die Auswerteschaltung 19 gibt das dem Material- und/oder Formparameter oder dessen Abweichung von einem Referenzwert repräsentierende Informationssignal an einem Informationsausgang 25 ab. Es versteht sich, dass die Auswerteschaltung 19 anstelle der Antwortsignale auch Informationssignale miteinander vergleichen kann.
Der Referenzwert in dem Speicher 23, bei dem es sich um eine die Referenz kennzeichnende Gruppe von Werten handeln kann, können empirisch vorgegeben werden oder aber, wie in 1 für den Bereich 17 dargestellt, in einer Referenzposition des Metallgegenstands 3 gemessen und gespeichert werden. Wird der Sensor 1 auf Bereiche des Metallgegenstands 3 mit abweichender Konfiguration gerichtet, so liefert die Auswerteschaltung 19 ein vom Referenzwert abweichendes Informationssignal, welches die Änderung des Material- und/oder Formparameters des Metallgegenstands 3 repräsentiert. Bei 17' ist als Beispiel eine hinter einer Bohrung 27 auf die dem Sensor 1 abgewandte Rückseite des zum Beispiel aus Metallblech bestehenden Metallblechgegenstands 3 aufgeschweißt ist und damit von der Vorderseite des Metallgegenstands 3 nicht einwandfrei erkennbar ist. Der Sensor 1 vergleicht das für den Bereich 17' ausgewertete Antwortsignal mit dem für den Referenzbereich 17 ausgewerteten Referenz-Antwortsignal, was eine einwandfreie Identifizierung erlaubt, ob die Schraubmutter 29 vorhanden ist oder nicht. Bei 17'' ist als weiteres Beispiel eine Schweißnaht 31 an dem Blechgegenstand angebracht, deren Position relativ zu dem Metallgegenstand 3 identifizierbar ist, wenn der Sensor 1 und der Metallgegenstand 3 relativ zueinander bewegt werden. Der Sensor 1 erlaubt damit automatisiertes Ausrichten des Metallgegenstands 3 für eine weitere Bearbeitung. Der Sensor 1 erlaubt in gleicher Weise auch das Erfassen anderer Parameter, beispielsweise das Erfassen von Härtegraden, insbesondere Oberflächenhärtegraden von Metallbauteilen und deren Abweichung von einem Referenzwert. Ferner lassen sich Metallgegenstände nach der Art des Metalls klassifizieren, wie zum Beispiel Buntmetall, Stahl oder rostfreiem Stahl.
Die Sendespule 5 wird, wie 2a über einer Zeitachse t zeigt, durch eine Folge von rechteckförmigen Treiberimpulsen 13 mit gleichbleibender Amplitude Po erregt. Die Treiberimpulse 13 haben eine Impulsbreite T₀ zwischen einigen Nanosekunden und einigen Mikrosekunden, vorzugweise etwa 2 bis 3 μs. Die Treiberimpulse 13 sind durch Impulspausen T₁, die wesentlich länger als die Impulsbreite T₀ ist und beispielsweise zwischen 50 und 200 μs liegt, voneinander getrennt.
Die Auswerteschaltung 19 untersucht Antwortsignale des Magnetfeldsensors 9 im Wesentlichen nur während der Impulsdauer T₀ der Treiberimpulse, wobei das den Material- und/oder Formparameter des Metallgegenstands 3 repräsentierende Informationssignal jeweils ausschließlich abhängig vom Signalverlauf des Antwortsignals während der Dauer des Treiberimpulses 13 ermittelt wird. Es hat sich herausgestellt, dass das Antwortsignal durch Fremdeinflüsse weniger beeinflusst wird, solang die Sendespule durch den Treiberimpuls erregt wird. Aufgrund der verglichen mit der Impulsdauer T₀ beträchtlich längeren Impulspause T₁ kann das Antwortsignal bis zum Beginn des nächsten Treiberimpulses hinreichend abklingen. Da die Treiberimpulse vergleichsweise kurze Rechteckimpulse sind, wird das Antwortsignal durch ein vergleichsweise großes Frequenzspektrum der Wirbelströme beeinflusst, was der Genauigkeit, mit der Material- und/oder Formparameter des Metallgegenstands 3 erkannt werden können, zugute kommt.
2b zeigt beispielhaft den Signalverlauf des Antwortsignals S des Magnetfeldsensors 9 in Abhängigkeit von der Zeit t. Mit einer durchgehenden Linie 31 ist ein Beispiel für den Signalverlauf des Antwortsignals des Magnetfeldsensors 9 für Wirbelströme in einem Referenzbereich des Metallgegenstands 3 ähnlich dem Referenzbereich 17 in 1 dargestellt. Mit Beginn des Treiberimpulses 13 zum Zeitpunkt t₀ steigt der Signalverlauf 31 des Antwortsignals bis auf ein Maximum 33 zum Zeitpunkt t_m mit der Amplitude S_m an. Nachdem der Treiberimpuls 13 konstante Amplitude P₀ hat, fällt der Signalverlauf 31 in einer Abfallflanke 35 entsprechend den abnehmenden Wirbelströmen auf einen Nullwert 37 zum Zeitpunkt t_n ab. Der Nullwert wird im vorliegenden Fall noch während des Treiberimpulses erreicht, bevor der Signalverlauf 31 entsprechend der abfallenden Rückflanke des Treiberimpulses auf einen Minimumwert 39 während der Impulspause abfällt.
Abhängig von den Material- und/oder Formparametern des Metallgegenstands 3 ändert sich der Signalverlauf des Antwortsignals des Magnetfeldsensors 9, wie dies beispielhaft mit einem strichpunktiert dargestellten Signalverlauf 31' für eine vom Referenzbereich 17 abweichende Material- und/oder Formkonfiguration des Metallgegenstands 3 dargestellt ist. Wie 2b zeigt, kann sich der Maximalwert 33 in den Maximalwert 33' ändern, wobei sich nicht nur der Zeitpunkt des Maximalwerts bezogen auf den Beginn t₀ des Treiberimpulses von t_m in t_m' ändern kann, sondern auch der Amplitudenwert S_m des Maximalwerts in s_m'. Des Weiteren kann sich der Nullwert 37 vom Zeitpunkt t_n in den Nullwert 37' zum Zeitpunkt t_n' verändern. Darüber hinaus kann sich auch die Steilheit und die Form der abfallenden Flanke 35 ändern, wie dies bei 35' angedeutet ist. Auch die Flankenform kann zum Erfassen des Material- und/oder Formparameters des Metallgegenstands 3 ausgewertet werden, wobei zu einem vorgegebenen Zeitpunkt t₁ während der Dauer des Treiberimpulses die Amplitude des Signalverlaufs 31 bzw. 31' erfasst wird. Im vorliegenden Beispiel steigt der Amplitudenwert des Signalverlaufs 31 von S_t für den Referenzwert auf S_t'. Es versteht sich, dass auch zu mehreren Zeitpunkten t₁ Amplitudenwerte S_t bzw. S_t' erfasst werden können.
Für die Ermittlung der Abweichung des Material- und/oder Formparameters von Referenzwerten der Parameter und die Überwachung, ob vorgegebene Grenzen der Abweichung eingehalten oder überschritten werden, bildet die Auswerteschaltung 19 Differenzwerte beispielsweise der Zeitparameter t_m und t_m' und/oder t_n und t_n' und/oder Amplitudendifferenzwerte S_m und S_m', und/oder S_t und S_t'. Die Differenzwerte werden mit Grenzwerten und/oder Schwellwertfenstern für die Bestimmung des den Material- und/oder Formparameter repräsentierenden Informationssignals verglichen. Es versteht sich, dass die Auswerteschaltung 19 die Werte des Antwortsignals auch bewerten und/oder nach vorbestimmten Algorithmen zur Festlegung des Informationssignals durch Vergleich mit Grenzwerten und/oder Schwellwertfenstern auswerten kann. Auch können hierbei Differenzwerte eines aktuellen Informationssignals und eines Referenz-Informationssignals gebildet und mit Grenzwerten und/oder Schwellwertfenstern verglichen werden.
Der Signalverlauf des Antwortsignals des Magnetfeldsensors 9 kann auch Wendepunkte im mathematischen Sinn enthalten, an welchen sich das Vorzeichen der Steigungsänderung des Signalverlaufs ändert, d. h. die zweite zeitliche Ableitung des Signalverlaufs Null wird. Auch solche Wendepunktwerte lassen sich für die Ermittlung des Informationssignals auswerten, beispielsweise in dem der Steigungswert an dem Wendepunkt mit einem Referenzwert bzw. einem Grenzwert und/oder Schwellwertfenster verglichen wird.
Eventuell direkt mit dem Magnetfeldsensor 9 gekoppelte primäre Magnetfelder der Sendespule 5 können das die sekundären Magnetfelder der Wirbelströme repräsentierende Antwortsignal des Magnetfeldsensors 9 beeinflussen. Um diesen Einfluss gering zu halten, ist der Magnetfeldsensor 9 nicht nur quer zu den Magnetfeld-Hauptachsen 5, 11 im Abstand von der Sendespule 5 angeordnet, sondern zwischen dem Magnetfeldsensor 9 und der Sendespule 5 ist eine das Magnetfeld abschirmende Abschirmwand 41 (1) angeordnet. Zusätzlich oder alternativ können die Sendespule und/oder der Magnetfeldsensor 9 in einem zum Metallgegenstand 3 offenen Magnetfeld-Abschirmbecher 43 angeordnet sein. Die Abschirmwand 41 und der Abschirmbecher 43 können aus ferromagnetischem Material bestehen, sind aber bevorzugt als Wirbelstrom-Abschirmmittel ausgebildet und bestehen aus nicht ferromagnetischem Metall.
Die Abschirmmittel 41, 43 wirken passiv. Zusätzlich oder alternativ kann dem Magnetfeldsensor 9 auch eine weitere vom Impulsgenerator 15 mit Treiberimpulsen erregte Sendespule 45 zugeordnet sein, die von der Sendespule 5 direkt auf den Magnetfeldsensor 9 gekoppelte Magnetfelder zumindest teilweise kompensiert. Die passiven oder aktiven Abschirmmaßnahmen verbessern die Ansprechgenauigkeit des Sensors auf Material- und/oder Formparameter des Metallgegenstands 3.
Der Zeitpunkt, zu dem sich der Nullwert des Signalverlaufs ergibt, hängt von einer Vielzahl Dimensionierungsparameter des Sensors ab. Um den Einfluss der Dimensionierungsparameter zu kompensieren, können der Sendespule 5 und/oder dem Magnetfeldsensor 9 das Magnetfeld beeinflussende elektrisch leitende Materialien zugeordnet sein, wie dies in 1 auf der dem Metallgegenstand 3 abgewandten Seite der Sendespule 5 und des Magnetfeldsensors 9 bei 47 angedeutet ist.
Im Folgenden werden Varianten des induktiven Sensors erläutert. Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der 1 bezeichnet und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise einschließlich eventueller Varianten wird auf die vorangegangene Beschreibung der 1, 2a und 2b Bezug genommen. Die Erläuterungen zu den 2a und 2b gelten in vollem Umfang auch für die nachfolgend erläuterten Ausführungsformen.
3 zeigt eine Variante eines induktiven Sensors 1a, die sich von dem Sensor 1 der 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Sendespule 5a in Richtung ihrer Magnetfeld-Hauptachsen 7a und 11a im Abstand voneinander angeordnet sind, während sich der Metallgegenstand 3a für die Ermittlung des Material- und/oder Formparameters zwischen der Sendespule 5a und dem Magnetfeldsensor 9a befindet. Die Sendespule 5a und der Magnetfeldsensor 9a sind damit auf voneinander abgewandten Seiten des Metallgegenstands 3a angeordnet. Bei hinreichend großen Querabmessungen des Metallgegenstands 3a, wie dies beispielsweise bei der Überprüfung von Metallplatten oder dergleichen der Fall sein kann, wirkt der Metallgegenstand 3a zugleich als Abschirmung des Magnetfeldsensors 9a gegen direktes Überkoppeln des primären Magnetfelds der Sendespule 5a. Mit Hilfe einer solchen Anordnung lassen sich nicht nur die Material- und Formparameter überwachen, wie sie anhand von 1 erläutert wurden, sondern beispielsweise auch Vereinzelungsfehler, wie sie bei Material-Zuführeinrichtungen auftreten können, wenn anstelle, wie gewünscht, einzelner Metallgegenstände, wie zum Beispiel Blechstücken, zwei oder mehr aneinander haftende Blechstücke einer weiterverarbeitenden Maschine zugeführt werden. Es versteht sich, dass auch mit dem Sensor der 1 eine Mehrfachblecherkennung möglich ist.
Die anhand von 1 erläuterten Komponenten 15, 19, 21, 25, 43, 45 und 47 sind auch bei dem Sensor der 3 vorhanden. Der Magnetfeldsensor 9a ist darüber hinaus zweckmäßigerweise als Empfangsspule ausgebildet, wobei die Spulen 5a und 9a Luftspulen sind.
4 zeigt einen induktiven Sensor ähnlich dem Sensor der 3, wobei jedoch der durch Rechteck-Treiberimpulse erregten Sendespule 5b beiderseits in Richtung ihrer Magnetfeld-Hauptachse 7b als Luftspulen ausgebildete Magnetfeldsensoren 9b und 9b' im Abstand von der Sendespule 5b zugeordnet sind. Der Metallgegenstand 3b ist entsprechend 3 zwischen der Sendespule 5b und dem Magnetfeldsensor 9b angeordnet. Zwischen der Sendespule 5b und dem weiteren Magnetfeldsensor 9b' ist ein metallischer Referenzgegenstand 3b angeordnet, wobei der weitere Magnetfeldsensor 9b' das sekundäre Magnetfeld der vom primären Magnetfeld der Sendespule 5b in dem Referenzgegenstand 3b' induzierten Wirbelströme erfasst. Die nicht näher dargestellte Auswerteschaltung spricht auf das Differenzsignal der Antwortsignale der Magnetfeldsensoren 9b und 9b' an, wobei die Auswertung des Differenz-Antwortsignals analog zu den Erläuterungen im Zusammenhang mit den 2a und 2b erfolgt. Die Abschirm- bzw. Kompensationsmittel 43 und 47, wie sie anhand von 1 für den Magnetfeldsensor 9 erläutert wurden, können vorhanden sein.
5 zeigt eine Variante eines induktiven Sensors, der sich vom Sensor der 4 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass beiderseits eines gemeinsamen, insbesondere als Luftspule ausgebildeten Magnetfeldsensors 9c Sendespulen 5c und 5c' bezogen auf die Magnetfeldachsen 7c und 11c gleichachsig jedoch im Abstand von dem Magnetfeldsensor 9c angeordnet sind. Der Metallgegenstand 3c ist wiederum zwischen dem Magnetfeldsensor 9c und der Sendespule 5c angeordnet, während zwischen dem Magnetfeldsensor 9c und der weiteren Sendespule 5c' ein Referenz-Metallgegenstand 3c' vorgesehen ist. Die beiden Sendespulen 5c und 5c' werden gemeinsam durch Treiberimpulse erregt, wie dies anhand von 1 erläutert wurde. Das Antwortsignal des Magnetfeldsensors 9c wird entsprechend den Erläuterungen zu 1, 2a und 2b ausgewertet. Die anhand von 1 erläuterten Abschirmmittel 43 und Kompensationsmittel 47 können vorhanden sein.
6 zeigt eine Variante eines induktiven Sensors 1d, die sich von dem Sensor 1a der 3 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass zwischen der Sendespule 5d und dem Magnetfeldsensor 9d nicht nur der Metallgegenstand 3d angeordnet ist, dessen Material- und/oder Formparameter erfasst werden soll, sondern zusätzlich noch ein Referenz-Metallgegenstand 3d'. Der wiederum bevorzugt als Luftspule ausgebildete Magnetfeldsensor 9d und die Sendespule 5d sind wiederum bezogen auf ihre Magnetfeld-Hauptachsen 7d bzw. 11d gleichachsig aber im Abstand voneinander angeordnet, wobei der Referenz-Metallgegenstand 3d' zwischen dem Metallgegenstand 3d und dem Magnetfeldsensor 9d angeordnet ist. Im Unterschied zu dem Sensor 1a der 3 spricht der Magnetfeldsensor 9d nicht auf das sekundäre Magnetfeld der vom primären Magnetfeld der Sendespule 5d in dem Metallgegenstand 3d induzierten Wirbelströme an, sondern indirekt auf ein tertiäres Magnetfeld, welches seinerseits auf Wirbelströme zurückgeht, die das sekundäre Magnetfeld des Metallgegenstands 3d in dem Referenz-Metallgegenstand 3d' induziert. Es versteht sich, dass der Referenz-Metallgegenstand 3d' auch zwischen der Sendespule 5d und dem Metallgegenstand 3d angeordnet sein kann. Die anhand der 1 erläuterten Abschirmmittel 43 und Kompensationsmittel 47 können vorhanden sein. Das Antwortsignal des Magnetfeldsensors 9d wird entsprechend den Erläuterungen zu 1 ausgewertet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2003/0193331 A1 [0003]
DE 102010009923 A1 [0004]
EP 2312338 A1 [0005]

Claims

Induktiver Sensor zum Erfassen eines Material- und/oder Formparameters eines Metallgegenstands (3), umfassend – einen Impulsgenerator (15), – wenigstens eine durch Treiberimpulse (13) des Impulsgenerators (15) erregbare Sendespule (5) zu Induzierung von Wirbelströmen in dem Metallgegenstand (3), – wenigstens einen auf Magnetfelder der in dem Metallgegenstand (3) induzierten Wirbelströme ansprechenden und ein von den Wirbelströmen abhängiges Antwortsignal liefernden Magnetfeldsensor (9), insbesondere in Form einer Empfangsspule und – eine auf das Antwortsignal ansprechende Auswerteschaltung (19), die in dem Material- und/oder Formparameter repräsentierendes Informationssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (5) und der Magnetfeldsensor (9) nebeneinander angeordnet sind, wobei entweder die Sendespule (5) und der Magnetfeldsensor (9) quer zu ihren Magnetfeld-Hauptachsen (5, 11) nebeneinander angeordnet sind und der Metallgegenstand (3) bezogen auf die Magnetfeld-Hauptachsen (7, 11) auf der gleichen Seite der Sendespule (5) und des Magnetfeldsensors (9) anordenbar ist, und dass die Sendespule (5) und der Magnetfeldsensor (9) zum Metallgegenstand (3) hin aufeinander zu geneigte Magnetfeld-Hauptachsen (7, 11) haben.
Induktiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (9) auf den ersten während des Treiberimpulses (13) im Signalverlauf des Antwortsignals auftretenden Extremwert (33) und/oder Nullwert (37) und/oder Wendepunktwert anspricht und/oder auf wenigstens einen zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (t₁) nach Beginn des Treiberimpulses (13) jedoch noch während des Treiberimpulses (13) auftretenden Amplitudenwert (S_t) des Signalverlaufs des Antwortsignals anspricht und das den Material- und/oder Formparameter repräsentierende Informationssignal abhängig von der Amplitude des Extremwerts (33) und/oder des zum vorbestimmten Zeitpunkt (t₁) auftretenden Amplitudenwerts (S_t) und/oder abhängig vom zeitlichen Abstand des Extremwerts (33) und/oder des Nullwerts (37) von Beginn des Treiberimpulses (13) und/oder der Signalverlaufssteigung des Wendepunktwerts liefert.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (19) für das Informationssignal das Antwortsignal des Magnetfeldsensors mit einem Referenz-Antwortsignal korreliert oder einer schnellen Fouriertransformation unterwirft.
Induktiver Sensor zum Erfassen eines Material- und/oder Formparameters eines Metallgegenstands (3), umfassend – einen Impulsgenerator (15), – wenigstens eine durch Treiberimpulse (13) des Impulsgenerators (15) erregbare Sendespule (5) zu Induzierung von Wirbelströmen in dem Metallgegenstand (3), – wenigstens einen auf Magnetfelder der in dem Metallgegenstand (3) induzierten Wirbelströme ansprechenden und ein von den Wirbelströmen abhängiges Antwortsignal liefernden Magnetfeldsensor (9), insbesondere in Form einer Empfangsspule und – eine auf das Antwortsignal ansprechende Auswerteschaltung (19), die in dem Material- und/oder Formparameter repräsentierendes Informationssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (5) und der Magnetfeldsensor (9) nebeneinander angeordnet sind, wobei entweder a) die Sendespule (5a–d) und der Magnetfeldsensor (9a–9d) in Richtung ihrer Magnetfeld-Hauptachsen (7a–d, 11a–d) einander gegenüberliegend im Abstand angeordnet sind und der Metallgegenstand (3a–d) zwischen die Sendespule (5a–d) und Magnetfeldsensor (9a–d) einführbar ist oder b) die Sendespule (5) und der Magnetfeldsensor (9) quer zu ihren Magnetfeld-Hauptachsen (5, 11) nebeneinander angeordnet sind und der Metallgegenstand (3) bezogen auf die Magnetfeld-Hauptachsen (7, 11) auf der gleichen Seite der Sendespule (5) und des Magnetfeldsensors (9) anordenbar ist, und dass die Auswerteschaltung (19) auf den ersten während des Treiberimpulses (13) im Signalverlauf des Antwortsignals auftretenden Extremwert (33) und/oder Nullwert (37) und/oder Wendepunktwert anspricht und/oder auf wenigstens einen zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (t₁) nach Beginn des Treiberimpulses (13) jedoch noch während des Treiberimpulses (13) auftretenden Amplitudenwert (S_t) des Signalverlaufs des Antwortsignals anspricht und das den Material- und/oder Formparameter repräsentierende Informationssignal abhängig von der Amplitude des Extremwerts (33) und/oder des zum vorbestimmten Zeitpunkt (t₁) auftretenden Amplitudenwerts (S_t) und/oder abhängig vom zeitlichen Abstand des Extremwerts (33) und/oder des Nullwerts (37) vom Beginn des Treiberimpulses (13) und/oder der Signalverlaufssteigung des Wendepunktwerts liefert.
Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (5) und der Magnetfeldsensor (9) zum Metallgegenstand (3) hin aufeinander zu geneigte Magnetfeld-Hauptachsen (7, 11) haben.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendespule (5) und/oder dem Magnetfeldsensor (9) magnetische Abschirmmittel, insbesondere Wirbelstrom-Abschirmmittel (41, 43) zugeordnet sind, die den Magnetfeldsensor (9) gegen direkt übertretendes Magnetfeld der Sendespule (5) zumindest teilweise abschirmen.
Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sendespule (5) und dem Magnetfeldsensor (9) eine Abschirmwand (41) angeordnet ist und/oder die Sendespule (5) und/oder der Magnetfeldsensor (9) in einem in Richtung der Magnetfeld-Hauptachsen offenen Abschirmbecher (43) angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmwand (41) und/oder der Abschirmbecher (43) aus nicht ferromagnetischem Metall besteht.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Magnetfeldsensor (9) eine weitere durch Treiberimpulse (13) erregbare Sendespule (45) zugeordnet ist, deren Magnetfeld direkt übertretende Magnetfeld der Sendespule (5) am Magnetfeldsensor (9) kompensiert, zumindest jedoch schwächt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Metallgegenstand (3) abgewandten Seite der Sendespule (5) und/oder des Magnetfeldsensor (9) ein Kompensations-Metallblechteil (47) für die Nullwert-Kompensation des Antwortsignals angeordnet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass entweder auf der dem Magnetfeldsensor (9b) abgewandten Seite der Sendespule (5b) im Abstand von der Sendespule (5b) ein weiterer Magnetfeldsensor (9b') insbesondere in Form einer weiteren Empfangsspule angeordnet ist und zwischen der Sendespule (5b) und dem weiteren Magnetfeldsensor (9b') ein Referenz-Metallgegenstand (3b') angeordnet ist, in welchem die Sendespule (5b) Wirbelströme induziert, auf deren Magnetfeld der weitere Magnetfeldsensor (9b') anspricht, wobei die Auswerteschaltung auf Antwortsignale des Magnetfeldsensors (9b) und des weiteren Magnetfeldsensors (9b') anspricht, oder dass auf der von der Sendespule (5c) abgewandten Seite des Magnetfeldsensors (9c) eine weitere durch Treiberimpulse des Impulsgenerators erregbare Sendespule (5c') im Abstand von dem Magnetfeldsensor (9c) angeordnet ist und zwischen dem Magnetfeldsensor (9c) und der weiteren Sendespule (5c') ein Referenz-Metallgegenstand (3c') angeordnet ist, in welchem die weitere Sendespule (5c') Wirbelströme induziert, auf deren Magnetfeld der Magnetfeldsensor (9c) auch anspricht, wobei die Auswerteschaltung das Informationssignal abhängig von der Differenz der Antwortsignale der Sendespulen und dem Referenzwert liefert.
Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sendespule (5d) und dem Magnetfeldsensor (9d) zusätzlich ein Referenz-Metallgegenstand (3d') angeordnet ist, in welchem das Magnetfeld der in dem Metallgegenstand (3d) induzierten Wirbelströme ihrerseits Wirbelströme induzieren, auf die der Magnetfeldsensor (9d) anspricht oder in welchem das Magnetfeld der Sendespule (5d) Wirbelströme induziert, deren Magnetfeld ihrerseits in dem Metallgegenstand (3d) die Wirbelströme induziert, auf deren Magnetfeld der Magnetfeldsensor (9d) anspricht.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallgegenstand ein Metallblech- oder Metallfoliengegenstand ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (5) und die Empfangsspule (9) als Luftspulen ausgebildet sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (19) einen Verstärker (21) mit bei wachsender Empfangssignalamplitude nichtlinear abnehmendem Verstärkungsfaktor aufweist.