DE102020126872B3

DE102020126872B3 - Verfahren zur induktiven Analyse metallischer Objekte sowie zugehörige Messanordnung

Info

Publication number: DE102020126872B3
Application number: DE102020126872.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2040-10-14
Also published as: WO2022078970A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Messanordnung sind zur induktiven Analyse metallischer Objekte unter Verwendung einer Messanordnung mit einer Spulenanordnung (7.1, 7.2) vorgesehen, die eine mittels einer Erregerspannung erregbare Erregerspule (7.6, 7.7) und eine Empfangsspule (7.4, 7.5), welche induktiv miteinander gekoppelt sind, sowie wenigstens eine mit Erregerspule in Reihe geschaltete Strommessstelle aufweist. Durch einen der Erregerspule vorgegebenen rampenförmig ansteigenden, zeitlichen Stromverlaufs während eines Messzeitintervalls, der mittels einer Regeleinheit (9.3) mittels des Stroms an der Strommessstelle geregelt von einem Ausgangszustand kontinuierlich ansteigt, wird ein rampenförmig anwachsendes Magnetfeld mit einem zeitlich anwachsenden Wirkbereich als Magnetfeldrampe erzeugt. In den Wirkbereich werden mehrere materialverschiedene, metallischen Objekten, ausgewählt aus wenigstens einer der Gruppen umfassend Eisen(FE)-Metalle oder Nicht-Eisen(NE)-Metalle oder Edelmetalle, getrennt voneinander eingebracht. Dabei wird der in der Reihenschaltung vorhandene Strom an der Strommessstelle gemessen und auf den rampenförmigen Strom geregelt. Der sich so ergebende zeitliche Signalverlauf eines von der Empfangsspule (7.4, 7.5) abgegriffenen Ausgangssignals (9.4) wird als Messkurve der materialverschiedenen, metallischen Objekte erfasst. Die Messkurven werden gruppenweise auf für die jeweilige Gruppe der metallischen Objekte signifikante Kurvenbereiche zur Bestimmung eines signifikanten Abtastzeitpunkts für einen Amplitudenwert analysiert, mit dem die Messkurven verändert werden. Dadurch werden die Effekte eines Verkippens und/oder eines Abstands einer Spulenanordnung zu einem zu analysierenden metallischen Objekt weitestgehend eliminiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur induktiven Analyse metallischer Objekte unter Verwendung einer Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie eine zugehörige Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 9.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden folgende Definitionen verwendet:

- Wenn im Folgenden einer der Begriffe „metallisches Objekt“ oder „Metall“ oder „Metallart“ verwendet wird, so handelt es sich hierbei stets um Begriffe, die sich allesamt auf metallische Objekte beziehen. Unterschieden werden jedoch die Metallarten nach verschiedenen Gruppen und zwar die Gruppe der Eisen(FE)-Metalle, der Nicht-Eisen(NE)-Metalle sowie der Edelmetalle. Eine Analyse erfolgt zudem innerhalb der Gruppen im Hinblick auf die jeweiligen Metallsorten bzw. Legierungszusammensetzungen

Wenn es um die „Metallart“ geht, so soll durch das Verfahren und die Messanordnung sichergestellt werden, dass eine Auswertung von unterschiedlichen, von der Metallart abhängigen Messkurven oder besser Kurvenverläufen möglich wird. Dies kann z.B. durch Vergleich bereits abgespeicherter Kurvenverläufe mit einer aktuellen Messkurve erfolgen.

- Wenn im Rahmen der Anmeldung von „PMI“ (= positive metal identification) die Rede ist, handelt es sich um eine Metall-Erkennung, die infolge der Auswertung der Messkurven möglich wird.
- Wenn im Rahmen der Anmeldung von „skalierbar gleich“ die Rede ist, handelt es sich um die Ausgestaltung von Spulen, die entweder identisch oder so ausgestaltet sein können, dass sie berechenbar gleich sind. Dies ist z.B. der Fall, wenn eine Spule gegenüber der anderen Spule eine bestimmte Windungszahl aufweist, sodass eine Skalierung zwischen der einen und der anderen Spule ohne weiteres vorgenommen werden kann. Ähnliches gilt für andere geometrische Abweichungen, wie z.B. Dicke oder Durchmesser von Spulen, die Einfluss auf die Messanordnung und den Skalierungsfaktor haben.
- Wenn im Rahmen dieser Anmeldung von einem „Messzeitintervall“ die Rede ist, so handelt es sich dabei in der Regel um einen Zeitbereich, in dem ausgehend von einem Ausgangszustand ein rampenförmigen Spannungs- bzw. Stromverlauf mit einer Länge t entsteht. Grundsätzlich kann aber als Messzeitintervall auch nur ein Teilbereich dieses rampenförmigen Spannungs- bzw. Stromverlaufs betrachtet werden.

Stand der Technik
Aus der WO 2020/025608 A1 sind eine Messanordnung und ein Verfahren bekannt, das zur schnelleren Erläuterung in 7 dargestellt ist. Mit den dortigen Bezugszeichen wird mittels eines von einem Rampengenerator 1.10 generierten, rampenförmigen zeitlichen Stromverlaufs 1.8 in einer Erregerspule 1.2 ein rampenförmig ansteigendes Magnetfeld bzw. ein kontinuierlich anwachsendes Magnetfeld erzeugt, das mit zunehmendem Anwachsen in ein im Wirkbereich des Magnetfelds befindliches metallisches Objekt 1.6 eindringt. Das Magnetfeld generiert ohne das Vorhandensein eines metallischen Objekts 1.6 im Wirkbereich ein Gleichspannungssignal 1.9 gemäß 7 in einer Empfangsspule 1.1. Erregerspule 1.2 und Empfangsspule 1.1 sind vorzugsweise bifilar gewickelt bzw. möglichst nahe zueinander angeordnet. Die Ansteuerung der Erregerspule 1.2 erfolgt so, dass an einer Strommessstelle wie einem Fußpunktwiderstand bzw. an einem Messwiderstand 1.4 in Reihe mit der Erregerspule mit einem rampenförmigen Spannungs- bzw. Stromverlauf mit einer Länge t von z.B. 100 µs entsteht. Durch einen Vergleicher 1.3 wird dafür gesorgt, dass sich tatsächlich ein rampenförmiger Stromverlauf einstellt, indem mittels eines im Stromkreis der Spule befindlichen Messwiderstands 1.4, vorzugsweise einem Widerstand am Fußpunkt 1.11, der Strom gemessen wird, um einer Gegeninduktion der Spule bei Start des Rampensignals entgegenzuwirken. Der damit kontinuierlich anwachsende Strom in der Erregerspule 1.2 generiert einen von der Empfangsspule 1.1 abgreifbaren Signalverlauf, nämlich einen zeitlichen Spannungsverlauf 1.12 während des Messzeitintervalls MI, der gegebenenfalls verstärkt dem Mikrocontroller 1.7 zugeführt wird. Dort oder in einer gesonderten Auswerteeinheit kann der Spannungsverlauf ausgewertet werden. Die Daten können über eine Datenausgabeeinheit 1.13 vom Mikrocontroller 1.7 ausgegeben werden.
Der Kurvenverlauf dieses zeitlichen Spannungsverlaufs 1.12 ist von der jeweiligen Metallart des metallischen Objekts 1.6 abhängig und nach Metallart, aber auch nach Beschichtung oder Kristallstruktur des Metalls unterschiedlich. Die so ermittelten Kurvenverläufe können ausgewertet werden, um z.B. eine Metallerkennung (PMI) zu erhalten. Dies kann z.B. durch Vergleich mit bereits abgespeicherten Kurvenverläufen erfolgen.
Es können Hilfsmittel zum Kompensieren von Regelschwingungen z.B. durch Bedämpfung der Erregerspule 1.2 mittels parallelem Widerstand vorgesehen sein. Ohne den Einfluss von Metall entsteht während des rampenförmigen ansteigenden Stromverlaufs eine Spannung 1.9, die während der gesamten Länge der Rampe einen konstanten Betrag aufweist. Wird nun ein beliebiges metallisches Objekt 1.6 (Eisen, Nicht-Eisen, Edelstahl usw.) in die Nähe der Spulenanordnung und somit in den Wirkbereich des anwachsenden Magnetfelds gebracht, verändert sich die Gleichspannung hin zu einer für das Metall spezifischen Kurvenform, wie dies in 7 durch die Kurvenverläufe 1.5 gezeigt ist. Diese Kurvenform ist wie ein „Fingerabdruck“ für jede Legierung und jede Metallart einmalig, sodass über einen Vergleich von abgespeicherten Kurven bekannter Metalle z.B. eine PMI durchgeführt werden kann. Weiterhin hat z.B. auch die kristalline Struktur bzw. Härtung eines Metalls oder die Metallstärke eine Auswirkung in bestimmten Teilen des Kurvenverlaufs.
Verständlicherweise hat jedoch der Abstand des metallischen Objekts 1.6 zur Spulenanordnung bestehend aus Erregerspule 1.2 und Empfangsspule 1.1 eine Auswirkung auf die gemessenen Kurvenverläufe. Diese Auswirkung ist jedoch leider keine zum Abstand proportionale Abnahme der Amplitude der Messkurven 1,5, sondern es ergeben sich bei Abstandsänderungen oder beim Verkippen der Spulenanordnung auf der Metalloberfläche veränderte Kurvenverläufe. Damit führt auch eine einfache Nachregelung des rampenförmigen Stromverlaufs nicht zu dem gewünschten Erfolg, nämlich einer vom Abstand und Verkippen weitestgehend unabhängigen Messung der Kurvenverläufe.
Für die weiteren Erläuterungen wird von einer Spulenanordnung ausgegangen, wie sie in 8 geschnitten dargestellt ist. Wird eine derartige Spulenanordnung nach dem Stand der Technik eingesetzt, ergibt sich zunächst gemäß 9 bei der dortigen Spulenanordnung 3.1 ein Ausgangssignal 3.2 der Empfangsspule, wenn sich kein Metall in der Nähe des Spulensystems befindet. Dieses Ausgangssignal 3.2 ist ein Gleichspannungssignal. Die gestrichelt angedeutet Linie 3.3 entspricht dem rampenförmigen Stromverlauf in der Erregerspule 1.2.
10 zeigt einen beispielhaften Kurvenverlauf 4.2, wenn sich ein bestimmtes metallisches Objekt 4.1 mit einem vorgegebenen Abstand zur Spulenanordnung 3.1, also im Ausbreitungsgebiet oder Wirkbereich des rampenförmigen anwachsenden Magnetfelds befindet. Unter diesen nach dem Stand der Technik optimalen Bedingungen ergibt sich eine für die jeweilige Metallart eindeutige Messkurve.
Dies ist bereits nicht mehr der Fall, wenn es zu Änderungen gemäß den 11 und 12 kommt. Der Kurvenverlauf ändert sich unproportional, wenn zwischen Spulenanordnung 3.1 und dem metallischen Objekt 4.1 der Abstand gemäß 11 verändert wird. Eine derartige Abstandsveränderung kann durch eine Verschmutzung oder eine Lackschicht oder dergleichen auftreten, wie dies in 11 dargestellt ist.
Ebenso ergibt sich eine unproportionale Änderung des Kurvenverlaufs, die jedoch nochmals anders geartet ist, wenn die Spulenanordnung 3.1 gemäß 12 gegenüber dem zu analysierenden metallischen Objekt 4.1 verkippt wird.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Änderungen der Kurvenform zwecks besserer Sichtbarkeit überproportional dargestellt sind.
Ein derartiger Einfluss einer Abstandsänderung könnte noch mit umfangreichen Algorithmen in der Signalauswertung kompensiert werden, was jedoch im Falle einer Verkippung deutlich schwieriger ist. Eine präzise PMI ist somit schwierig zu erreichen.
Die DE 38 53 653 T2 beschreibt ein induktives Münzerkennungssystem und Verfahren zu dessen Betrieb, umfassend einen Erfassungsschaltungsabschnitt mit nur einer Sensorspule, der benachbart zum Münzweg positioniert ist und mit einem Stromkreis mit einem Stromrampengenerator verbunden ist, vorzugsweise betreibbar mittels Steuerung durch einen Systemsteuerschaltungsabschnitt. Weiterhin umfasst das System einen Detektorschaltungsabschnitt, der mit dem Erfassungsschaltungsabschnitt verbunden ist, um Schaltungsleistungseigenschaften und Änderungen davon zu überwachen und zu erfassen, wenn sich eine Münze innerhalb des Feldes der Sensorspule zu dem Zeitpunkt befindet, zu dem eine Stromrampe an die Sensorspule durch den Stromrampengenerator angelegt wird. Dabei wird aus deren Schaltungsleistungskennwerten ein Münzkennwert, vorzugsweise ein Zeitkonstantenkennwert, repräsentativ für die eine bestimmte Münze abgeleitet und danach zur Münzerkennung, zur Nennwertunterscheidung und zu Münzgrößenbestimmungszwecken verwendet.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Effekte eines Verkippens und/oder eines Abstands einer Spulenanordnung zu einem zu analysierenden metallischen Objekt weitestgehend zu eliminieren.
Dies wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Messanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, dass in einer Reihenschaltung immer der gleiche Strom durch die Erregerspulen fließt, die in Abhängigkeit des in die Erregerspulen fließenden rampenförmigen Stroms ein rampenförmig anwachsendes Magnetfeld im Sinne einer „Magnetfeldrampe“ generiert. Gelangt ein metallisches Objekt in den Einflussbereich bzw. Wirkbereich dieser Magnetfeldrampe wird Energie auf das metallische Objekt übertragen. Da aber eine Magnetfeldrampe vorhanden ist, dringt das Magnetfeld mit zunehmender Eindringtiefe dynamisch in das metallische Objekt ein. Wird der in der Reihenschaltung vorhanden Strom gemessen und auf den rampenförmigen Strom geregelt, kann der dafür erforderliche Spannungsverlauf als Messkurve zur Erkennung des metallischen Objekts verwendet werden. Durch das dynamische Eindringen des Magnetfelds enthält diese Messkurve aber auch Informationen über Aufbau, Struktur und Beschaffenheit des metallischen Objekts.
Verfahrensgemäß wird einer Messanordnung mit wenigstens einer Spulenanordnung, die wenigstens eine Erregerspule und wenigstens eine Empfangsspule umfasst, welche induktiv miteinander gekoppelt sind, ein rampenförmig ansteigender zeitlicher Stromverlauf in die wenigstens eine Erregerspule vorgegeben. Grundsätzlich können dazu auch mehrere Erregerspulen und/oder mehrere Empfangsspulen ggf. auch nur in Verbindung mit je einer Spule der anderen Gattung verwendet werden.
Die wenigstens eine Erregerspule ist mit einer Strommessstelle in Reihe geschaltet. Der Stromverlauf in die wenigstens eine Erregerspule steigt während eines Messzeitintervalls kontinuierlich von einem Ausganszustand an, der mittels einer Regeleinheit mittels des Stroms an der Strommessstelle geregelt wird. Die Erregerspule wird mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf bestromt, wodurch ein mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf anwachsendes Magnetfeld einem zeitlich anwachsenden Wirkbereich als Magnetfeldrampe erzeugt wird, das bei Vorhandensein eines metallischen Objekts im Wirkbereich des Magnetfelds mit dem ansteigenden Stromverlauf dynamisch zunehmend während des Messzeitintervalls in das metallische Objekt eindringt und Energie auf das metallische Objekt übertragen wird. Vorzugsweise ist dadurch ein in der Erregerspule fließender Strom während des Messzeitintervalls durch das metallische Objekt modulierbar. Der Strom in der Reihenschaltung wird an der Strommessstelle gemessen und vorzugsweise mittels eines Vergleichers mit dem Rampensignal verglichen und damit wird der Strom in der Erregerspule geregelt.
Grundsätzlich könnte die Modulation des rampenförmigen Stroms schon alleine etwas über die Metallart aussagen. Jedoch ist diese Information von einem Temperatureinfluss auf die Erregerspule überlagert (Änderung des Innenwiderstands der Erregerspule). Daher ist wenigstens eine Empfangsspule vorgesehen, die die modulierte Magnetfeldrampe erfasst. Dabei wird vorzugsweise zudem bei vorzugsweise hochohmigem Abgriff (z.B. R_E 100 Mal größer als R_Spule) der Temperatureinfluss auf die Erregerspule eliminiert.
Im Folgenden werden nun mehrere, das heißt wenigstens zwei, materialverschiedene, metallische Objekte getrennt voneinander in den Wirkbereich des Magnetfelds gebracht. Diese metallischen Objekte sind ausgewählt aus einer der Gruppen umfassend Eisen(FE)-Metalle oder Nicht-Eisen(NE)-Metalle oder Edelmetalle. Um diese materialverschiedenen metallischen Objekte zu erfassen, werden die zeitlichen Signalverläufe der metallischen Objekte während zumindest eines Teils des Messzeitintervalls als Messkurven eines von der wenigstens einen Empfangsspule abgegriffenen Ausgangssignal während des Anwachsens des Magnetfelds erfasst.
Im Folgenden werden gruppenweise die Messkurven auf für die jeweilige Gruppe der metallischen Objekte signifikante Kurvenbereiche analysiert. Signifikante Kurvenbereiche sind Bereiche, in denen eine weitestgehende Übereinstimmung der Messkurven oder ein Zusammenfallen der Messkurven vorliegt. In der Regel zeigen sich entsprechende Übereinstimmung materialverschiedener metallischer Objekte einer Gruppe bei den Nicht-Eisenmetallen und den Edelstählen im vorderen Bereich der Messkurve und bei den Eisenmetallen im hinteren Bereich der Messkurve.
Auf eine präzise Erfassung des signifikanten Kurvenbereichs kommt es nicht an, es geht nur darum, den signifikanten Kurvenbereich dem Grunde nach zu erfassen. Für diesen signifikanten Kurvenbereich wird dann ein signifikanter Abtastzeitpunkt für einen Amplitudenwert bestimmt, wobei der Abtastzeitpunkt und der Amplitudenwert grundsätzlich für die vorliegende Messanordnung und die jeweilige Gruppe der metallischen Objekte gespeichert werden können. Die Messkurven der jeweiligen Gruppe werden dann um einen Differenzwert zwischen dem Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt und einem bestimmbaren Amplitudenwert verschoben bzw. mittels des Differenzwerts in der Amplitude zum Abtastzeitpunkt geregelt, um dadurch bei der künftigen Erfassung entsprechender metallischer Objekte aus der entsprechenden Gruppe die Einflüsse von Abstand und Verkippen weitestgehend zu eliminieren. Der bestimmbare Amplitudenwert kann dabei dadurch bestimmt sein, dass ein bestimmter mittiger Messwertbereich eingehalten werden soll oder ein bestimmter Kurvenbereich analysiert werden soll. Durch das gruppenweise Erfassen signifikanter Kurvenbereiche und die zugehörige Veränderung der Messkurven kann damit auf einfache Weise das Problem vieler induktiver Messverfahren gelöst werden, die mit zunehmendem Abstand bzw. Winkelabweichungen von Spule zum Messobjekt ungenaue Ergebnisse liefern.
Vorzugsweise ist der in der Empfangsspule gemessene zeitliche Signalverlauf ein zeitlicher Spannungsverlauf, der in der Empfangsspule aufgrund des Stromverlaufs in der Sendespule induziert wird. Damit kann dieser Spannungsverlauf vorteilhaft unmittelbar zur Auswertung und Erkennung metallischer Objekte (PMI) verwendet werden.
Vorzugsweise wird ein rampenförmiges Spannungssignal der Erregerspannung als Vorgabe für den rampenförmig ansteigenden Stromverlauf vorgegeben. Mit diesem rampenförmigen Stromverlauf wächst ohne Vorhandensein eines metallischen Objekts in einen Wirkbereich des Magnetfelds das Magnetfeld kontinuierlich an. In Abhängigkeit des allmählich anwachsenden Magnetfelds wird vorteilhaft eine anwachsende Eindringtiefe in das metallische Objekt erreicht. Das in der Regel rampenförmig anwachsende Magnetfeld wird dann durch ein im Wirkbereich vorhandenes metallisches Objekt beeinflusst, was wiederum Einfluss auf den zeitlichen Signalverlauf an der Empfangsspule hat. Damit können je nach Metallart, Metallstruktur, Härte des Metalls, Beschichtung des Metalls oder sonstiger Beschaffenheit des Metalls unterschiedliche Messkurven je nach Metall deutlich unterschieden werden. Dies gilt auch für die Überlagerung verschiedener Metalle im metallischen Objekt, die sich in der Messkurve deutlich abzeichnen.
Vorzugsweise steigt eine Stärke des Stroms während des Anwachsens des Magnetfelds in zeitlicher Abhängigkeit von der Eindringtiefe in das metallische Objekt an. Damit zeichnet sich auch im Stromverlauf vorteilhafterweise über die Zeit ab, an welcher Stelle im Metall welche Änderung, Struktur, Beschichtung oder dergleichen vorliegt.
Vorzugsweise wird die um den Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt verschobene bzw. mittels des Differenzwerts in der Amplitude zum Abtastzeitpunkt geregelte Messkurve als Erkennungskurve für die jeweilige Gruppe gespeichert und dient vorteilhaft im Folgenden bereits zur Erkennung der jeweiligen Gruppe metallischer Objekte, die dann entsprechend analysiert werden können. Vorteilhaft sind diese Messkurven nur einmal für eine Messanordnung abzuspeichern und können von da an für die weitere Arbeit mit dem Messgerät verwendet werden.
Vorzugsweise sind mehrere Spulenanordnungen vorhanden, die mit jeweils einem eigenen rampenförmig ansteigenden Stromverlauf betrieben werden. Jede Spulenanordnung für sich weist vorzugsweise jeweils eine Empfangsspule und eine Erregerspule auf, die Spulenanordnungen selbst sind identisch oder skalierbar gleich. Grundsätzlich können aber auch eine Haupterregerspule mit mehreren Empfangsspulen oder mehrere Erregerspulen mit einer Empfangsspule in Wirkverbindung treten. Skalierbar gleich bedeutet dabei, dass durch eine entsprechend unterschiedliche, jedoch bekannte Windungszahl oder auch geometrische Änderungen eine mechanische Skalierung der Spulenanordnungen zueinander möglich ist, die dann gegebenenfalls durch eine softwaremäßige Skalierung ergänzt bzw. berücksichtigt werden kann. Damit ist vorteilhaft eine Anpassung an unterschiedlichste Gegebenheiten möglich.
Vorzugsweise sind die Spulenanordnungen hintereinander in einem Sensorkopf angeordnet, dessen Stirnfläche an das metallische Objekt heranführbar oder daran anlegbar ist. Dadurch ist vorteilhaft eine platzsparende Bauweise auf kleinstem Raum möglich, sodass auch kleinste Radien vom Sensorkopf abgetastet werden können.
Der Abstand der beiden Spulenanordnungen, im Ausführungsbeispiel sind es zwei (es können aber auch mehr Spulenanordnungen sein), beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte des mittleren Spulendurchmessers der Empfangsspule und/oder der Erregerspule. In der Regel ist der Durchmesser von Empfangsspule und Erregerspule identisch oder nahezu gleich. Bei diesem Abstand stellen sich in Verbindung mit dem in Folge der generierten Magnetfeldrampe allmählich anwachsenden Magnetfeld vorteilhaft optimale Ergebnisse ein, insbesondere was das Auslöschen von Fremdfeldern betrifft.
Um vorteilhaft Fremdfelder und andere Einflüsse zu eliminieren, sind die Erregerspulen so angeordnet, dass die Magnetfelder der Erregerspulen in die gleiche Richtung weisen, während die Empfangsspulen so verschaltet werden, dass sich der erzeugte Spannungshub bei gleicher Magnetfeldrichtung in den Empfangsspulen auslöscht. Damit ist ein von Fremdeinflüssen nahezu ungestörter Betrieb vorteilhaft möglich.
Vorzugsweise wird den Erregerspulen der Strom mittels einer Skalierungseinheit mit einem Skalierungsfaktor zugeführt. Dieser Skalierungsfaktor ist dann zutreffend bestimmt, wenn sich trotz Verkippen des Sensorkopfes und/oder Abstandsänderung zum metallischen Objekt keine Veränderung des Kurvenverlaufs der Messkurve mehr ergibt. So lässt sich zuverlässig der Einfluss eines Verkippens oder einer Abstandsänderung eliminieren. Gleichzeitig kann dadurch sichergestellt werden, dass die Wirkung der beiden Spulen auf das Messergebnis nahezu gleich ist, in dem vorzugsweise der weiter vom metallischen Objekt beabstandeten Spulenanordnung ein anderer Strom zugeführt wird als der näher am metallischen Objekt befindlichen Spulenanordnung.
Um möglichst vergleichbare Messergebnisse zu erhalten, wird der Strom durch die Erregerspule gemessen und durch die Regeleinheit die Erregerspannung so geregelt, dass ohne Vorhandensein eines metallischen Objekts im Wirkbereich des Magnetfelds der Stromverlauf durch die Erregerspule von einem Ausgangszustand gleichmäßig stetig ansteigt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Messanordnung nach Anspruch 9 gelöst, die dazu bestimmt und geeignet ist, metallische Objekte induktiv zu analysieren. Dazu weist sie eine Spulenanordnung mit wenigstens einer erregbaren Erregerspule und wenigstens eine Empfangsspule auf, die induktiv miteinander gekoppelt sind. Mit einem Rampengenerator wird ein rampenförmig ansteigender, zeitlicher Stromverlauf in die wenigstens eine Erregerspule während eines Messzeitintervalls vorgegeben. Mit der Spulenanordnung ist wenigstens eine Regeleinheit verbunden, die dazu ausgestaltet ist, den Strom durch die Erregerspule während des Messzeitintervalls zu dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf von einem Ausgangszustand aus kontinuierlich ansteigend zu regeln. Dieser Ausgangszustand kann ein stromloser Zustand sein, aber ebenso ein bereits bestromter Zustand.
Eine Elektronik ist zur Bestromung der wenigstens einen Erregerspule mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf und zur Erzeugung eines damit anwachsenden Magnetfelds vorgesehen. Das Magnetfeld dringt mit ansteigendem Strom zunehmend in das metallische Objekt ein. Gleichzeitig ist ein in der Erregerspule fließender Strom während des Messzeitintervalls durch das metallische Objekt modulierbar. Erfassungsmittel sind zum Erfassen eines sich während des Messzeitintervalls ergebenden zeitlichen Signalverlaufs als Messkurve vorgesehen, wobei das Signal von der wenigstens einen Empfangsspule abgegriffen wird. Dies erfolgt beim Einbringen von mehreren materialverschiedenen, metallischen Objekten getrennt voneinander in den Wirkbereich des Magnetfelds, die, wie bereits erläutert, aus einer der Gruppen umfassend Eisen-Metalle oder Nicht-Eisen-Metalle oder Edelmetalle ausgewählt sind, um vorzugsweise vor Inbetriebnahme die Messanordnung zu kalibrieren. Im späteren Betrieb der Messanordnung erkennt die Messanordnung dann die jeweilige Gruppe und beschaltet die Elektronik entsprechend.
Durch Analysemittel werden gruppenweise die Messkurven auf für die jeweilige Gruppe der metallischen Objekte signifikante Bereich der Messkurven analysiert. Dadurch kann ein signifikanter Abtastzeitpunkt für einen Amplitudenwert bestimmt werden. Der signifikante Kurvenbereich kann dabei lediglich ein Bereich sein, in dem die Messkurven der jeweiligen metallischen Objekte nahe beieinander liegen oder zusammen fallen. Durch Rechenmittel wird ein Differenzwert zum Verändern der Messkurven der jeweiligen Gruppe zwischen dem Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt und einem bestimmbaren Amplitudenwert berechnet. Der bestimmbare Amplitudenwert wird vorzugsweise dadurch bestimmt, in welchem Bereich eine genaue Messanalyse erwünscht ist.
Mittels einer Auswerteeinheit kann bei Vorhandensein eines metallischen Objekts im Wirkbereich des Magnetfelds unter Verwendung der mittels des Differenzwerts in der Amplitude zum Abtastzeitpunkt geregelten Messkurve ein metallisches Objekt analysiert werden. Vorzugsweise ist der in der Empfangsspule gemessene zeitliche Signalverlauf ein zeitlicher Spannungsverlauf, der in der Empfangsspule aufgrund des der Sendespule vorgegebenen zeitlichen Stromverlaufs induziert ist. Vorteilhaft kann damit unmittelbar der Spannungsverlauf zur Analyse der Messkurven verwendet werden, der auf der Ausgangsspannung beruht, die in der Empfangsspule detektiert wird.
Um vorteilhaft für künftige Messungen ein schnelleres Erkennen der jeweiligen metallischen Objekte zu erzielen, sind Speichermittel vorgesehen, um die um den Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt verschobene Messkurve als Erkennungskurve für die jeweilige Gruppe von metallischen Objekten abzuspeichern.
Vorzugsweise sind mehrere Spulenanordnungen vorgesehen, die jeweils mit einem eigenen rampenförmig ansteigenden Stromverlauf betrieben werden. Die Spulenanordnungen sind identisch oder skalierbar gleich, wobei jede Spulenanordnung jeweils wenigstens eine Empfangsspule und wenigstens eine Erregerspule aufweist. Durch die Verwendung mehrerer Spulenanordnungen kann der Einfluss von Fremdfeldern bei der Messung weitestgehend eliminiert werden. Sind zudem die Spulenanordnungen identisch oder skalierbar gleich aufgebaut, lassen sich baulich einfache Lösungen für die Messanordnung bilden bei überschaubarem Aufwand.
Vorzugsweise sind die Spulenanordnungen hintereinander in einem Sensorkopf angeordnet, dessen Stirnfläche dann an das metallische Objekt heranführbar oder daran anlegbar ist. Durch diese Anordnung ist vorteilhaft eine geringe Bauhöhe erzielbar, sodass bis in kleinste Ecken und Radien eine Messung möglich ist, um z.B. Schweißnähte zu prüfen.
In der Praxis haben sich vorteilhaft gute Ergebnisse vor allem dann eingestellt, wenn der Abstand der vorzugsweise zwei Spulenanordnungen etwa die Hälfte des mittleren Spulendurchmessers einer der Spulen beträgt. Dies führt zu einem optimalen Auslöschen von Fremdfeldern.
Vorzugsweise ist eine Skalierungseinheit vorgesehen, die den Erregerspulen der Spulenanordnung den Strom mit einem Skalierungsfaktor zuführt, wobei Speichermittel dazu ausgestaltet sind, den Skalierungsfaktor vorzugsweise zu speichern. Mit dem Skalierungsfaktor ist eine Ansteuerung der Spulenanordnungen vorteilhaft möglich, um Einflüsse durch Abstandsänderungen und Verkippen relativ zum metallischen Objekt weiter zu eliminieren. Sind die entsprechenden Faktoren einmal gespeichert, können sie für die jeweilige Messanordnung oder auch baugleiche Messanordnungen verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 zwei hintereinander angeordnete Spulenanordnung zur Bildung eines Sensorkopfs,
2 eine schematische Darstellung der Spulenanordnung mit eingezeichneten Magnetfeldern und Spannungshub,
3 eine erfindungsgemäße Schaltung der Messanordnung,
3a verschiedene Messkurven metallischer Objekte,
4a bis 4c verschiedene Kurvenverläufe bei verschiedenen Metallsorten,
5 ein Empfangssignal der Messanordnung ohne Metalleinfluss, wobei das eine Ende der Spulenanordnung an U/2 anliegt,
6a bis 6c ein Ausgangssignal der Messanordnung mit Metalleinfluss, mit einem Abstand zum metallischen Objekt und bei Verkippen des Sensorkopfes,
7 eine Schaltung einer Messanordnung nach dem Stand der Technik,
8 eine Spulenanordnung nach dem Stand der Technik,
9 bis 12 Messergebnisse nach dem Stand der Technik ohne Metalleinfluss, mit Metalleinfluss, mit einem Abstand zum metallischen Objekt und bei Verkippen gegenüber dem metallischen Objekt.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Messanordnung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Messanordnung wird nun auf die 1 bis 6c näher eingegangen.
3 zeigt die Beschaltung einer Spulenanordnung, die im Ausführungsbeispiel durch einen Sensorkopf 7.3 mit den beiden Spulenanordnungen 7.1 und 7.2 gebildet ist. Grundsätzlich kann das Verfahren und die Messanordnung jedoch auch mit nur einer Spulenanordnung mit einer Erregerspule und einer Empfangsspule betrieben werden. Grundsätzlich ist jede Spulenanordnung und auch die Verwendung mehrerer Erregerspulen 7.6, 7.7 oder mehrerer Empfangsspulen 7.4, 7.5 innerhalb einer Spulenanordnung 7.1, 7.2 ebenso möglich wie die Anwendung von mehr als zwei Spulenanordnungen innerhalb eines Sensorkopfes 7.3.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass in einer Reihenschaltung immer der gleiche Strom durch die Erregerspulen 7.6, 7.7 fließt, die in Abhängigkeit des in die Erregerspulen fließenden rampenförmigen Stroms ein rampenförmig anwachsendes Magnetfeld im Sinne einer „Magnetfeldrampe“ generiert. Gelangt ein metallisches Objekt 4.1 in den Einflussbereich bzw. Wirkbereich dieser Magnetfeldrampe wird Energie auf das metallische Objekt 4.1 übertragen. Da eine zeitlich anwachsende und sich ausbreitende Magnetfeldrampe vorhanden ist, dringt das Magnetfeld mit zunehmender Eindringtiefe dynamisch in das metallische Objekt ein. Wird der in der Reihenschaltung vorhandene Strom gemessen und auf den rampenförmigen Strom geregelt, kann der dafür erforderliche Spannungsverlauf als Messkurve zur Erkennung des metallischen Objekts 4.1 verwendet werden. Durch das dynamische Eindringen des Magnetfelds enthält diese Messkurve auch Informationen über Aufbau, Struktur und Beschaffenheit des metallischen Objekts.
In 3 wird ein Rampengenerator 9.1 von einem Mikrocontroller 9.2 einmalig oder beliebig oft gestartet. Der Rampengenerator 9.1 liefert ein rampenförmiges Signal wie z.B. mit einer Länge t von 100 µs an eine Regeleinheit 9.3. Dieses Signal dient zum Vorgeben eines rampenförmig ansteigenden, zeitlichen Stromverlaufs I(t) in die wenigstens eine Erregerspule 7.6, 7.7. Die Regeleinheit 9.3 wird ebenfalls vom Mikrocontroller 9.2 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal 9.4 angesteuert, das das Empfangsspulensignal ist. Die Rampenerzeugung kann selbstverständlich auch im Mikrocontroller 9.2 erfolgen, wenn die D/A-Auflösung entsprechend fein gewählt werden kann. Die Regeleinheit 9.3 kann die Amplitude des rampenförmigen Signalverlaufs und damit des Signals für den rampenförmig ansteigenden, zeitlichen Stromverlauf I(t) verändern, das heißt sie arbeitet im Wesentlichen wie ein steuerbares Potentiometer. Wahlweise kann auch die Steigung des rampenförmigen Signals gesteuert bzw. geregelt werden, was einer Amplitudenregelung gleichkommt.
Das von der Regeleinheit 9.3 in der Amplitude geregelte Rampensignal 9.9 wird im Knotenpunkt 9.10 aufgeteilt und über die Skalierungseinheit 9.5 anteilig skaliert, bevor es den nachfolgenden Spulenstromtreibern 9.6 und 9.7 zugeleitet wird. Auch der Faktor der Skalierung kann vom Mikrocontroller 9.2 bestimmt werden. Nach der Skalierungseinheit stehen zwei skalierte Rampensignale 9.11 und 9.12 mit unterschiedlicher Amplitude an, die den Erregerspulen 7.6, 7.7 der im Ausführungsbeispiel beiden Spulenanordnungen 7.1 und 7.2 zugeführt werden. Falls nur eine Spulenanordnung verwendet wird, kann auf die Skalierungseinheit 9.5 verzichtet werden, das heißt das Rampensignal 9.9 wird dann der Erregerspule der Spulenanordnung unmittelbar zugeleitet.
Die Spulenstromtreiber 9.6, 9.7 sind gleich aufgebaut wie im Stand der Technik gemäß 7 beschrieben. Es ist lediglich von Bedeutung, dass der Spulenstrom proportional zu dem rampenförmigen Signal gesteuert wird.
Das von den Empfangsspulen 7.4, 7.5 bzw. vom Sensorkopf 7.3 kommende Ausgangssignal 9.4 wird einem Impedanzwandler 9.13 - mit oder ohne Verstärkung - zugeleitet. Um einen Temperatureinfluss auf das Ausgangssignal zu verhindern, sollte das Empfangsspulensignal hochohmig von den Empfangsspulen 7.4, 7.5 abgegriffen werden, ohne dass ein wesentlicher Strom in den Empfangsspulen generiert wird. Bedarfsweise kann der Fußpunkt des Empfangsspulensystems an einen Spannungsteiler 9.14 gelegt werden, da ansonsten gegenüber Masse positive und negative Signale verarbeitet werden müssten. Wird das Spannungsteiler-Verhältnis z.B. für eine Halbierung der Versorgungsspannung ausgelegt (U/2), ergeben sich aus dem Ausgangssignal 9.4 Messkurven 9.15 für verschiedene Metalle wie beispielsweise in 3a dargestellt.
Über die Datenausgabe 9.16 kann z.B. ein Display angesteuert werden, das dann die gemessene Metallart visuell darstellt oder auch Schichtdicken, Härtung eines Metalls, Beschichtung usw. zeigt.
Die Erfindung arbeitet wie folgt:

Wie schon beschrieben, wird aus den Messkurven 9.15 gemäß 3a z.B. auf die Legierungszusammensetzung eines metallischen Objekts 4.1 geschlossen. Damit diese Messkurven nicht durch Verkippung oder Abstandsänderung zwischen Spulenanordnung bzw. Sensorkopf 7.3 und dem zu analysierenden metallischen Objekt 4.1 beeinflusst werden, wird folgende Vorgehensweise gewählt. An einem bestimmten Punkt im zeitlichen Ablauf des anwachsenden Magnetfelds oder der Magnetfeldrampe, die durch den rampenförmig ansteigenden Stromverlauf I(t) in der Erregerspule 7.6, 7.7 hervorgerufen wird, wird mit dem A/D Konverter im Mikrocontroller 9.2 ein Messwert entnommen und auf die Amplitude analysiert. Dies kann natürlich nur dann geschehen, wenn sich das zu analysierende metallische Objekt 4.1 in der und vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Sensorkopfs 7.3 befindet. Dieser Messwert ist ein Amplitudenwert, der für die verschiedenen Gruppen von metallischen Objekten 5.1 signifikant ist. Da z.B. alle Eisenmetalle zumindest eine ähnliche Stelle im Verlauf der Messkurven zeigen, wird dort optimalerweise diese Stelle gegen Ende der Messkurve ausgewählt. Nicht-Eisenmetalle zeigen an einer anderen Stelle im Verlauf der Messkurven eine große Ähnlichkeit, meist im vorderen Teil der Messkurve, sodass hier der optimale Zeitraum für die Auswahl des Amplitudenwerts liegt. Ähnliches gilt für Edelstähle.

Verfahrensgemäß wurde bisher während eines Messzeitintervalls MI ein rampenförmig ansteigender, zeitlicher Stromverlauf in die wenigstens eine Erregerspule 7.6, 7.7 vorgegeben, der mittels einer Regeleinheit 9.3 geregelt von einem Ausgangszustand kontinuierlich ansteigt. Die wenigstens eine Erregerspule 7.6, 7.7 wird mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf I(t) bestromt. Dadurch wird ein mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf I(t) anwachsendes Magnetfeld 8.1 erzeugt, das bei Vorhandensein eines zu analysierenden, metallischen Objekts 4.1 in einem Wirkbereich des Magnetfelds mit dem ansteigenden Stromverlauf I(t) zunehmend in das metallische Objekt 4.1 eindringt. Dabei ist der in der Erregerspule 7.6, 7.7 fließende Strom während des Messzeitintervalls MI durch das metallische Objekt 4.1 modulierbar. Diese Modularität wird in den Empfangsspulen 7.4, 7.5 dem Gleichspannungssignal (= Ausgangssignal 3.2 bzw. 11.2) ohne Vorhandensein von Metall) überlagert und ergeben das Ausgangssignal 9.4.
In den Wirkbereich des Magnetfelds werden nun mehrere materialverschiedene metallische Objekte 4.1 getrennt voneinander eingebracht, die ausgewählt sind aus wenigstens einer der Gruppen umfassend Eisen(FE)-Metalle oder Nicht-Eisen(NE)-Metalle oder Edelmetalle. Während zumindest eines Teils des Messintervalls werden die sich ergebenden zeitlichen Signalverläufe U(t) als Messkurven eines von der wenigstens einen Empfangsspule 7.4, 7.5 abgegriffenen Ausgangssignals 9.4 der Messanordnung während des Anwachsens des Magnetfelds zur Analyse der metallischen Objekte erfasst. Damit liegt getrennt nach den unterschiedlichen metallischen Objekten bzw. Gruppen eine Anzahl von mehreren Messkurven vor. Diese Messkurven werden nun gruppenweise analysiert auf für die jeweilige Gruppe der metallischen Objekte 4.1 signifikante Kurvenbereiche der Messkurven zur Bestimmung eines signifikanten Abtastzeitpunkt 10.1 für einen Amplitudenwert. Im Anschluss werden die Messkurven der jeweiligen Gruppe um einen Differenzwert zwischen dem Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt 10.1 und einem bestimmbaren Amplitudenwert 11.3 verschoben bzw. mittels des Differenzwerts in der Amplitude zum Abtastzeitpunkt geregelt.
4a bis 4c zeigen beispielhaft die verschiedenen Verläufe von Messkurven bei verschiedenen Metallsorten, z.B. diverse Nicht-Eisen-Legierungen (4a), diverse FE-Metalle (4b) und diverse Edelstähle (4c). Pfeil 10.1 bezeichnet dabei den vorzugsweise am besten zu wählenden Abtastzeitpunkt. Zu diesem Zeitpunkt zeigen die entsprechenden Metallarten in der Messkurve einen deutlichen Abstand zur U/2 Linie. Der Abtastzeitpunkt 10.1 muss nicht sehr präzise gewählt sein. Vorzugsweise zeigen nur alle Messwerte dieser Gruppe in die gleiche Richtung (von U/2 aus). Diese Abtastzeitpunkte 10.1 werden vorzugsweise einmal festgelegt und brauchen dann nicht mehr verändert werden.
Der in der wenigstens einen Empfangsspule 7.4, 7.5 gemessene zeitliche Signalverlauf ist ein zeitlicher Spannungsverlauf U(t), der in der Empfangsspule 7.4, 7.5 aufgrund des der Sendespule 7.6, 7.7 vorgegebenen zeitlichen Stromverlaufs I(t) induziert wird. Aus dem Verlauf der Messkurve kann allgemein auf die Metallart geschlossen werden, also ob es sich um ein NE- oder FE-Metall oder Edelstahl handelt. Diese Information ist im Mikrocontroller 9.2 abgelegt, der bei Erkennen der Metallart den entsprechenden Abtastzeitpunkt 10.1 wählt.
Die Regeleinheit 9.3 zur Regelung der Amplitude verwendet nun den gewählten Abtastzeitpunkt 10.1 und regelt die Amplitude des Rampensignals 9.8 mit der Regeleinheit 9.3 so lange nach, bis ein vorbestimmbarer Amplitudenwert 11.3 zum Abtastzeitpunkt 10.1 erreicht wird. Der Amplitudenwert 11.3 ist im Mikrocontroller 9.2 z.B. durch Einmessen diverser Metallarten vorgegeben. Abtastzeitpunkt 10.1 und Amplitudenwert können somit für alle nach dieser Methode gefertigten Messgeräte einmalig festgelegt werden. Mit diesem Verfahren der Amplitudenregelung ergeben sich bereits sehr ähnliche Kurven bei Verkippen oder Veränderung des Abstands zwischen Sensorkopf 7.3 und zu analysierendem metallischen Objekt 4.1. Dennoch verbleiben noch kleine Fehler bei Abstandsänderungen und Verkippen gegenüber dem metallischen Objekt.
Vorzugsweise wird ein rampenförmiges Spannungssignal der Erregerspannung als Vorgabe für den rampenförmig ansteigenden Stromverlauf I(t) vorgegeben. Mit diesem Stromverlauf wird die Erregerspule 7.6, 7.7 bestromt und dadurch das anwachsende Magnetfeld erzeugt, das ohne Vorhandensein eines metallischen Objekts 4.1 in einem Wirkbereich des Magnetfelds kontinuierlich anwächst. Genauer gesagt wächst der Wirkbereich des Magnetfelds mit dem rampenförmig ansteigenden Strom an. Mit einem metallischen Objekt 4.1 im Wirkbereich wächst damit die Eindringtiefe in das metallische Objekt zunehmend an. Damit bestimmt die Stärke des dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf folgenden Stroms während des Anwachsens des Magnetfelds in zeitlicher Anhängigkeit die Eindringtiefe in das metallische Objekt 4.1. Die um den Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt 10.1 veränderte Messkurve wird als Erkennungskurve für die jeweilige Gruppe gespeichert und im Folgenden werden die mit der Messanordnung gemessenen Messkurven zum Analysieren von metallischen Objekten mit dieser Veränderung ausgewertet.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 weist die Spulenanordnung mehrere Spulenanordnungen 7.1, 7.2, genauer gesagt zwei Spulenanordnungen auf. Grundsätzlich können auch mehr als zwei Spulenanordnungen verwendet werden. Alle Spulenanordnungen 7.1, 7.2 werden jeweils mit einem eigenen rampenförmigen ansteigenden Stromverlauf I(t) betrieben. Die beiden Spulensysteme 7.1, 7.2 sind hintereinander angeordnet, wie in 1 dargestellt. Die Spulenanordnungen sind identisch und entsprechen einzeln jeweils dem Spulensystem 3.1. Ebenso ist es möglich, dass die Spulenanordnungen skalierbar gleich sind. Skalierbar gleich bedeutet dabei, dass auf mechanische oder geometrische Weise skalierbare Größen geschaffen werden, um die beiden Spulenanordnungen einander gleichzusetzen. Dies ist z.B. bei bekannten unterschiedlichen Windungszahlen der Spulen möglich.
Der Abstand der beiden Spulenanordnungen 7.1, 7.2 beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte des mittleren Spulendurchmessers einer der Spulen, also Empfangsspulen 7.4, 7.5 und/oder Erregerspulen 7.6, 7.7.
Beide Spulenanordnungen werden jeweils mit einem eigenen Rampenstrom betrieben. Vorzugsweise weisen die Magnetfelder 8.1 der Erregerspulen 7.6, 7.7 in die gleiche Richtung, während die Empfangsspulen 7.4, 7.5 so verschaltet sind, dass sich der erzeugte Spannungshub 8.2 bei gleicher Magnetfeldrichtung ohne Metalleinfluss auf eine der beiden Empfangsspulen 7.4, 7.5 der Spulenanordnungen in den Empfangsspulen auslöscht (2 und 3).
Mit den bisherigen Lösungen ergeben sich schon bei Verkippen oder Veränderung des Abstands zwischen Sensorkopf und zu untersuchendem metallischen Objekt 4.1 recht ähnliche Messkurven. Um jedoch exakt gleiche Verläufe der Messkurven und damit eine größere Messsicherheit zu erhalten, wird ergänzend eine Skalierung eingeführt. Hierzu wird das in der Amplitude geregelte Rampensignal 9.9 skaliert auf die beiden Spulenstromtreiber 9.6 und 9.7 gegeben. Damit ergibt sich bei entsprechender Skalierung immer exakt der gleiche Verlauf der Messkurve 9.15 auch bei grober Verkippung bzw. auch bei größerer Veränderung des Abstands des Sensorkopfs 7.3 zum metallischen Objekt 4.1, wie dies z.B. bei einer Lackschicht oder einer Verschmutzung auf dem metallischen Objekt 4.1 der Fall ist. Dies gilt für alle Metallarten.
Der Skalierungsfaktor hängt vom Abstand der Spulenanordnung 7.1 und 7.2 zueinander ab. Er ist in der Regel sehr klein, z.B. 1 : 0,95. Der genaue Skalierungsfaktor kann durch mehrfache Messzyklen z.B. bei Verkippung und Abstandsänderung bestimmt werden. Der richtige Skalierungsfaktor ist erreicht, wenn sich trotz Verkippen des Sensorkopfes oder Abstandsänderung keine Veränderung des Kurvenverlaufs ergibt. Der Skalierungsfaktor bleibt für alle mit gleichen Spulenanordnungen gefertigten Messgeräte gleich und kann entsprechend hinterlegt werden.
Den Erregerspulen 7.6, 7.7 der Spulenanordnung 7.1, 7.2 wird der Strom mittels der Skalierungseinheit 9.5 mit einem vom Mikrocontroller 9.2 berechneten bzw. vorgegebenen Skalierungsfaktor skaliert zugeführt. Vorzugsweise wird er an geeigneter Stelle in der Skalierungseinheit 9.5 oder im Mikrocontroller 9.2 gespeichert.
Vorzugsweise wird der Strom durch die Erregerspule 7.6, 7.7 an einer Strommessstelle gemessen, was z.B. an einem Fußpunktwiderstand z.B. gebildet durch die in 3 dargestellten Messwiderstände 9.17 und 9.18 erfolgen kann. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Strommessgeräte denkbar, die den Strom unmittelbar oder mittelbar erfassen. Durch die Regeleinheit 9.3 wird die Erregerspannung so geregelt, dass ohne Vorhandensein eines metallischen Objekts 4.1 im Wirkbereich des Magnetfelds der Stromverlauf I(t) durch die Erregerspule 7.6, 7.7 von einem Ausgangszustand gleichmäßig stetig ansteigt.
5 zeigt noch einmal das Empfangssignal 11.2 ohne Metalleinfluss. Gestrichelt dargestellt ist dazu das Rampensignal 11.1. Bei einer ideal aufgebauten Spulenanordnung heben sich die Einzelsignale der beiden Empfangsspulen 7.4, 7.5 auf, sodass keine von U/2 abweichenden Signalanteile entstehen. Wie bereits erwähnt, sind die in Reihe geschalteten Empfangsspulen 7.4, 7.5 mit einen Ende an einen Spannungsteiler 9.14 gelegt, um negative Spannungsanteile zu vermeiden.
6a zeigt als Beispiel ein zur bessern Darstellung vereinfachtes Ausgangssignal 9.4 der Sensoranordnung bei Metalleinfluss. Zum Abtastzeitpunkt 10.1 wurde der Verlauf der Messkurve des Ausgangssignals 9.4 auf den vorgegebenen bzw. vorbestimmbaren Amplitudenwert 11.3 geregelt. Dadurch entsteht eine von Abstand und Verkippen unabhängige, für die Metallart signifikante Kurvenform der Messkurve.
In 6b wurde zwischen dem Sensorkopf 7.3 und dem zu analysierenden metallischen Objekt 4.1 ein Abstand 5.1 eingefügt, wie er sich z.B. durch eine Verschmutzung, Beschichtung, Lackschicht oder dergleichen ergeben kann. Dadurch würde ohne Regelung und ohne Skalierungsfaktor eine Messkurve entstehen, die nicht mehr klar interpretierbar ist und möglicherweise auf eine falsche Metallart oder Legierung deuten würde. Zum Abtastzeitpunkt 10.1 wäre in diesem Fall die Amplitude auch kleiner und die Kurvenform verzerrt. Durch Regelung der Amplitude des Rampensignals inklusive Skalierungsfaktor wird die Amplitude zum Abtastzeitpunkt 10.1 auf den bestimmbaren Amplitudenwert 11.3 geregelt. Dadurch bleibt die ursprüngliche Kurvenform, wie sie ohne Abstand 5.1 vorlag, vollständig erhalten und kann somit mit den im Mikrocontroller abgelegten Messkurvenformen verglichen werden.
Das gleiche gilt auch für ein Verkippen des Sensorkopfes 7.3, wie es in 6c dargestellt ist. Auch wenn ein Verkippen ohne Regelung ein anderes Kurvenbild als bei einem Abstand gemäß 6b zeigt, wird durch die Regelung mit Skalierungsfaktor auch bei einem Verkippen wieder die ursprüngliche Kurvenform gemäß 6a erreicht.
Damit kann mit dieser Anordnung eine Messanordnung geschaffen werden, mit der eine große Messsicherheit bei vielen Messaufgaben erreicht wird. Dies ist z.B. in der Analyse von Metallen, bei der Duplexmessung auch durch Lackschichten, der Messung von Lackdicken, Leitfähigkeit, Materialermüdung, Materialhärtung, Metallfolienstärke, Analyse der Metallstruktur und bei vielem mehr der Fall.
Die Spulenanordnung kann natürlich auch mit einer gemeinsamen Hauptsendespule und weiteren Spulen bzw. Abgriffen für die Möglichkeit der Skalierung ausgeführt sein. Ebenso kann die Skalierung bzw. Regelung auch empfangsseitig erfolgen. Z.B. werden die Empfangsspulen 7.4, 7.5 getrennt erfasst und dann in der Amplitude mit einem Skalierungsfaktor skaliert zum Ausgangssignal 9.4 zusammengefasst
Die zugehörige Messanordnung wurde grundsätzlich bereits gemeinsam mit der verfahrensgemäßen Erläuterung vorgestellt. Sie ist bestimmt und geeignet zur induktiven Analyse metallischer Objekte und weist wenigstens eine Spulenanordnung 7.1, 7.2 mit wenigstens einer mittels einer Erregerspannung erregbaren Erregerspule 7.6, 7.7 und wenigstens einer Empfangsspule 7.4, 7.5 auf, welche induktiv miteinander gekoppelt sind. Der Rampengenerator 9.1 dient zum Vorgeben eines rampenförmig ansteigenden zeitlichen Stromverlaufs I(t) in die wenigstens eine Erregerspule 7.6, 7.7 während eines Messzeitintervalls MI. Eine Regeleinheit 9.3 ist mit der wenigstens einen Spulenanordnung verbunden und dazu ausgestaltet, den Strom durch die Erregerspule 7.6, 7.7 während des Messzeitintervalls MI zu dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf I(t) von einem Ausgangszustand kontinuierlich ansteigend zu regeln. Der Ausgangszustand kann ein stromloser Zustand sein, ebenso kann aber auch bereits ein Strom im Ausgangszustand vorliegen.
Mit der in 3 dargestellten Elektronik wird die wenigstens eine Erregerspule 7.6, 7.7 bestromt und zwar mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf, was zur Erzeugung eines mit dem Stromverlauf anwachsenden Magnetfelds führt, das bei Vorhandensein eines zu analysierenden, metallischen Objekts 4.1 in einem Wirkbereich des Magnetfelds mit dem ansteigenden Stromverlauf zunehmend in das metallische Objekt eindringt. Dabei ist der in die Erregerspule 7.6, 7.7 hineinfließende Strom während des Messzeitintervalls MI durch das metallische Objekt 4.1 modulierbar. Durch Erfassungsmittel, die z.B. im Mikrocontroller 9.2 vorgesehen sein können, wird während zumindest eines Teils des Messzeitintervalls MI der sich ergebende zeitliche Signalverlauf U(t) als Messkurve eines von der wenigstens einen Empfangsspule 7.4, 7.5 abgegriffenen Ausgangssignals 9.4 der Messanordnung während des Anwachsens des Magnetfelds erfasst. Dies geschieht insbesondere beim Einbringen von mehreren materialverschiedenen metallischen Objekten 4.1 getrennt voneinander in den Wirkbereich des Magnetfelds, die aus den genannten Gruppen ausgewählt sind.
Im Mikrocontroller 9.2 sind auch Analysemittel vorgesehen, die ein gruppenweises Analysieren der Messkurven auf für die jeweilige Gruppe der metallischen Objekte 4.1 signifikante Kurvenbereiche der Messkurve zur Bestimmung eines signifikanten Abtastzeitpunkts 10.1 für einen Amplitudenwert dienen. Über Rechenmittel kann ein Differenzwert zum Verändern der Messkurven der jeweiligen Gruppe zwischen dem Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt 10.1 und einem bestimmbaren Amplitudenwert 11.3 berechnet werden, der nach den Bedürfnissen der Messergebnisse bestimmbar ist. Mittels einer Auswerteeinheit, die ebenfalls im Mikrocontroller 9.2 angeordnet sein kann oder an der Datenausgabe 9.16 angeordnet ist, können die Messkurven bei Vorhandensein eines metallischen Objekts 4.1 im Wirkbereich des Magnetfelds ausgewertet werden, wobei die um den Differenzwert veränderte Messkurve zur Analyse des metallischen Objekts verwendet wird. Die Auswerteeinheit ist dazu bestimmt und geeignet, die Veränderung des Erregerstroms zur Bestimmung von Art, Beschaffenheit, Schichtdicken und Schichtlagen des metallischen Objekts auszuwerten, wie bereits oben erwähnt.
Der in der wenigstens einen Empfangsspule gemessene zeitliche Signalverlauf ist ein zeitlicher Spannungsverlauf U(t), der in der Empfangsspule 7.4, 7.5 aufgrund des der Sendespule 7.6, 7.7 vorgegebenen zeitlichen Stromverlaufs I(t) induziert ist. Speichermittel sind z.B. im Mikrocontroller 9.2 zum Abspeichern der um den Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt 10.1 verschobenen bzw. mittels des Differenzwerts in der Amplitude zum Abtastzeitpunkt geregelten Messkurve als Erkennungskurve für die jeweilige Gruppe von Metallen vorgesehen.
Wie bereits erläutert, werden als Spulenanordnung vorzugsweise mehrere Spulenanordnungen 7.1, 7.2 vorgesehen, die jeweils mit einem eigenen rampenförmig ansteigenden Stromverlauf I(t) betrieben werden. Die Spulenanordnungen sind identisch oder skalierbar gleich. Wenn auch in den Spulenanordnungen mit nur einer Hauptspule und mehreren Empfangsspulen gearbeitet werden kann, so sind in der Regel doch je Spulenanordnung wenigstens eine Empfangsspule und wenigstens eine Erregerspule vorgesehen. Die Spulenanordnungen sind gemäß 1 hintereinander in einem Sensorkopf 7.3 angeordnet, wobei vorzugsweise die zu den Spulen parallele Stirnfläche des Sensorkopfs am zu untersuchenden metallischen Objekt 4.1 bis auf einen Abstand heranführbar oder daran anlegbar ist. Aufgrund der Ausgestaltung der Messanordnung ist ein unmittelbares Anlegen aber nicht erforderlich.
Vorzugsweise beträgt der Abstand der beiden Spulenanordnungen 7.1, 7.2 etwa die Hälfte des mittleren Spulendurchmessers einer der Spulen.
Gemäß 2 und 3 sind die Erregerspulen so angeordnet, dass die Magnetfelder 8.1 der Erregerspulen 7.6, 7.7 in die gleiche Richtung weisen, während die Empfangsspulen 7.4, 7.5 so verschaltet sind, dass sich der erzeugte Spannungshub 8.2 bei gleicher Magnetfeldrichtung in den Empfangsspulen 7.4, 7.5 auslöscht.
Der Operationsverstärker oder Vergleicher 9.6, 9.7 ist so ausgestaltet, dass an dessen ersten Eingang das jeweilige erste bzw. zweite skalierte Rampensignal 9.11, 9.12 anliegt und an dessen zweiten Eingang die Spannungen an einem der Messwiderstände 9.17, 9.18.
Der zeitliche Stromverlauf I(t) ist ein rampenförmiger, insbesondere linear rampenförmiger Stromverlauf und vorzugsweise ein nicht-sinusförmiger zeitlicher Stromverlauf. Das Verfahren kann fortlaufend, insbesondere periodisch wiederholt werden.
Bezugszeichenliste

1.1: Empfangsspule
1.2: Erregerspule
1.3: Operationsverstärker (Vergleicher)
1.4: Messwiderstand
1.5: von der Metallart abhängigen Kurvenverläufe
1.6: metallisches Objekt
1.7: Mikrocontroller zur Auswertung der Kurvenverläufe
1.8: rampenförmiger Stromanstieg im Messwiderstand 1.4
1.9: Gleichspannungssignal
1.10: Rampengenerator
1.11: Fußpunkt
1.12: Spannungsverlauf
1.13: Datenausgabe
3.1: Spulenanordnung, bestehend aus Sende und Empfangsspule
3.2: Ausgangssignal der Empfangsspule ohne Metalleinfluss
3.3: Spulenstrom in der Erregerspule am Messwiderstand
4.1: Metall (Metallart)
4.2: Kurvenverlauf bei bestimmten Metall
4.3: gestrichelt angedeuteter Kurvenverlauf aus 10
5.1: Lack, Verschmutzung ö.ä.
7.1: erste Spulenanordnung
7.2: zweite Spulenanordnung
7.3: kombinierte Spulenanordnung (Sensorkopf)
7.4, 7.5: Empfangsspule
7.6, 7.7: Erregerspule
8.1: Magnetfeldrichtung
8.2: Spannungshub in der Empfangsspule
9.1: Rampengenerator
9.2: Mikrocontroller (µC)
9.3: Regeleinheit
9.4: Ausgangssignal
9.5: Skalierungseinheit
9.6, 9.7: Spulenstromtreiber für Erregerspule 7.1 bzw. 7.2
9.8: Rampensignal
9.9: in der Amplitude geregeltes Rampensignal
9.10: Knotenpunkt
9.11: erstes skaliertes Rampensignal
9.12: zweites skaliertes Rampensignal
9.13: Impedanzwandler oder Verstärker mit hochohmigem Eingang
9.14: Spannungsteiler
9.15: Messkurve
9.16: Datenausgabe
9.17, 9.18: Messwiderstand
10.1: Abtastzeitpunkt
11.1: Rampensignal
11.2: Empfangssignal
11.3: Amplitudenwert
MI: Messzeitintervall

Claims

Verfahren zur induktiven Analyse metallischer Objekte (4.1) unter Verwendung einer Messanordnung mit wenigstens einer Spulenanordnung (7.1, 7.2), die wenigstens eine mittels einer Erregerspannung erregbare Erregerspule (7.6, 7.7) und wenigstens eine Empfangsspule (7.4, 7.5), welche induktiv miteinander gekoppelt sind, sowie wenigstens eine mit der wenigstens einen Erregerspule in Reihe geschaltene Strommessstelle aufweist, umfassend: - Vorgeben eines rampenförmig ansteigenden, zeitlichen Stromverlaufs (I(t)) während eines Messzeitintervalls (MI) in die wenigstens eine Erregerspule (7.6, 7.7), der mittels einer Regeleinheit (9.3) mittels des Stroms an der Strommessstelle geregelt von einem Ausgangszustand kontinuierlich ansteigt, - Erzeugen eines in Abhängigkeit des in der wenigstens einen Erregerspule (7.6, 7.7) fließenden rampenförmigen Stroms rampenförmig anwachsenden Magnetfelds mit einem zeitlich anwachsenden Wirkbereich als Magnetfeldrampe, - Einbringen von mehreren materialverschiedenen, metallischen Objekten (4.1), ausgewählt aus wenigstens einer der Gruppen umfassend Eisen(FE)-Metalle oder Nicht-Eisen(NE)-Metalle oder Edelmetalle, getrennt voneinander in den Wirkbereich der Magnetfeldrampe, wobei das Magnetfeld dynamisch während des Messzeitintervalls (MI) in das metallische Objekt (4.1) eindringt und Energie auf das metallische Objekt übertragen wird, - Messen des in der Reihenschaltung vorhandenen Stroms an der Strommessstelle und Regeln des Stroms auf den rampenförmigen Strom, - Erfassen eines sich während zumindest eines Teils des Messzeitintervalls (MI) ergebenden zeitlichen Signalverlaufs (U(t)) als Messkurven eines von der wenigstens einen Empfangsspule (7.4, 7.5) abgegriffenen Ausgangssignals (9.4) der Messanordnung beim Einbringen der materialverschiedenen, metallischen Objekte (4.1) während des Anwachsens des Magnetfelds zur Analyse der metallischen Objekte (4.1), - gruppenweises Analysieren der Messkurven auf für die jeweilige Gruppe der metallischen Objekte (4.1) signifikante Kurvenbereiche der Messkurven zur Bestimmung eines signifikanten Abtastzeitpunkts (10.1) für einen Amplitudenwert, - Verändern der Messkurven der jeweiligen Gruppe um einen Differenzwert zwischen dem Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt (10.1) und einem bestimmbaren Amplitudenwert (11.3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anwachsende Magnetfeld bei Vorhandensein eines zu analysierenden, metallischen Objekts (4.1) im Wirkbereich des Magnetfelds mit dem ansteigenden Stromverlauf (I(t)) zunehmend in das metallische Objekt (4.1) eindringt, wobei ein in der Erregerspule (7.6, 7.7) fließender Strom während des Messzeitintervalls (MI) durch das metallische Objekt (4.1) modulierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in der wenigstens einen Empfangsspule (7.4, 7.5) gemessene zeitliche Signalverlauf ein zeitlicher Spannungsverlauf (U(t)) ist, der in der Empfangsspule (7.4, 7.5) aufgrund des der Sendespule (7.6, 7.7) vorgegebenen zeitlichen Stromverlaufs (I(t)) induziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: - Vorgeben eines rampenförmiges Spannungssignals der Erregerspannung als Vorgabe für den rampenförmig ansteigenden Stromverlaufs (I(t)), - Bestromen der wenigstens einen Erregerspule (7.6, 7.7) mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf (I(t)) und dadurch Erzeugen des anwachsenden Magnetfelds, das ohne Vorhandensein eines metallischen Objekts (4.1) in einem Wirkbereich des Magnetfelds kontinuierlich anwächst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die um den Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt (10.1) veränderte Messkurve als Erkennungskurve für die jeweilige Gruppe gespeichert wird und im Folgenden die mit der Messanordnung gemessenen Messkurven zum Analysieren von metallischen Objekten (4.1) ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Spulenanordnung mehrere Spulenanordnungen (7.1, 7.2) mit jeweils einem eigenen rampenförmig ansteigenden Stromverlauf (I(t) betrieben werden, wobei die Spulenanordnungen (7.1, 7.2) identisch oder skalierbar gleich sind, wobei in den Spulenanordnungen (7.1, 7.2) jeweils wenigstens eine Empfangsspule (7.4, 7.5) und wenigstens eine mit der Empfangsspule induktiv gekoppelte Erregerspule (7.6, 7.7) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspulen so angeordnet werden, dass in der durch den rampenförmigen Stromverlauf (I(t)) generierten Magnetfeldrampe die Magnetfelder (8.1) der Erregerspulen (7.6, 7.7) in die gleiche Richtung weisen, während die Empfangsspulen (7.4, 7.5) so verschaltet werden, dass sich der erzeugte Spannungshub (8.2) bei gleicher Magnetfeldrichtung in den Empfangsspulen (7.4, 7.5) auslöscht.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Erregerspulen (7.6, 7.7) der Spulenanordnungen der Strom mittels einer Skalierungseinheit (9.5) mit einem von einem Mikrocontroller (9.2) berechneten Skalierungsfaktor skaliert zugeführt, der vorzugsweise gespeichert wird und der zutreffend bestimmt ist, wenn sich trotz Verkippen des Sensorkopfes (7.3) und/oder Abstandsänderung zum metallischen Objekt (4.1) keine Veränderung des Kurvenverlaufes der Messkurve ergibt.
Messanordnung, bestimmt und geeignet zur induktiven Analyse metallischer Objekte (4.1), mit - wenigstens einer Spulenanordnung (7.1, 7.2), die wenigstens eine mittels einer Erregerspannung erregbare Erregerspule (7.6, 7.7) und wenigstens eine Empfangsspule (7.4, 7.5) umfasst, welche induktiv miteinander gekoppelt sind, - wenigstens einer mit der wenigstens einen Erregerspule (7.6, 7.7) in Reihe geschaltenen Strommessstelle, - einem Rampengenerator (9.1), der einen rampenförmig ansteigenden, zeitlichen Stromverlauf (I(t)) in die wenigstens eine Erregerspule (7.6, 7.7) während eines Messzeitintervalls (MI) vorgibt, - einer mit der wenigstens einen Spulenanordnung (7.1, 7.2) verbundenen Regeleinheit (9.3), die dazu ausgestaltet ist, den Strom durch die Erregerspule (7.6, 7.7) an der Strommessstelle während des Messzeitintervalls (MI) zu dem rampenförmigen ansteigenden Stromverlauf (I(t)) von einem Ausgangszustand kontinuierlich ansteigend zu regeln, - einer Elektronik, welche die wenigstens eine Erregerspule (7.6, 7.7) mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf bestromt und ausgestaltet ist, ein mit dem rampenförmig ansteigenden Stromverlauf (I(t)) anwachsendes Magnetfeld mit einem zeitlich anwachsenden Wirkbereich als Magnetfeldrampe zu erzeugen, wobei bei Vorhandensein eines zu analysierenden, metallischen Objekts (4.1) im Wirkbereich des Magnetfelds mit dem ansteigenden Stromverlauf (I(t)) das Magnetfeld dynamisch während des Messzeitintervalls (MI) in das metallische Objekt (4.1) eindringt und Energie auf das metallische Objekt übertragen wird, - Erfassungsmitteln, die ausgestaltet sind, einen sich während zumindest eines Teils des Messzeitintervalls (MI) ergebenden zeitlichen Signalverlauf (U(t)) als Messkurven eines von der wenigstens einen Empfangsspule (7.4, 7.5) abgegriffenen Ausgangssignals (9.4) der Messanordnung während des Anwachsens des Magnetfelds zu erfassen, beim Einbringen von mehreren materialverschiedenen, metallischen Objekten (4.1) getrennt voneinander in den Wirkbereich des Magnetfelds, ausgewählt aus wenigstens einer der Gruppen umfassend Eisen(FE)-Metalle oder Nicht-Eisen(NE)-Metalle oder Edelmetalle, - Analysemitteln (Mikrocontroller 9.2), die ausgestaltet sind, gruppenweise die Messkurven auf für die jeweilige Gruppe der metallischen Objekte (4.1) signifikante Kurvenbereiche der Messkurven zu analysieren, wodurch ein signifikanter Abtastzeitpunkt (10.1) für einen Amplitudenwert bestimmbar ist, - Rechenmitteln (Mikrocontroller 9.2), die ausgestaltet sind, einen Differenzwert zwischen dem Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt (10.1) und einem bestimmbaren Amplitudenwert (11.3) zu berechnen, mittels welchem Differenzwert die Messkurven der jeweiligen Gruppe veränderbar sind, - einer Auswerteeinheit, die ausgestaltet ist, die Messkurven bei Vorhandensein eines metallischen Objekts (4.1) im Wirkbereich des Magnetfelds auszuwerten unter Verwendung der mittels des Differenzwerts in der Amplitude zum Abtastzeitpunkt geregelten oder veränderten Messkurve und dadurch das metallische Objekt zu analysieren.
Messanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Erregerspule (7.6, 7.7) fließender Strom während des Messzeitintervalls (MI) durch das metallische Objekt (4.1) modulierbar ist.
Messanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der in der wenigstens einen Empfangsspule (7.4, 7.5) gemessene zeitliche Signalverlauf ein zeitlicher Spannungsverlauf (U(t)) ist, der in der Empfangsspule (7.4, 7.5) aufgrund des der Sendespule (7.6, 7.7) vorgegebenen zeitlichen Stromverlaufs (I(t)) induziert ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Speichermittel (Mikrocontroller 9.2) zum Abspeichern der um den Amplitudenwert zum Abtastzeitpunkt (10.1) veränderten Messkurve als Erkennungskurve für die jeweilige Gruppe vorgesehen sind.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Spulenanordnung mehrere Spulenanordnungen (7.1, 7.2) vorgesehen sind, die jeweils mit einem eigenen rampenförmig ansteigenden Stromverlauf (I(t)) betrieben werden, wobei die Spulenanordnungen (7.1, 7.2) identisch oder skalierbar gleich sind, wobei in den Spulenanordnungen (7.1, 7.2) jeweils wenigstens eine Empfangsspule (7.4, 7.5) und wenigstens eine mit der Empfangsspule induktiv gekoppelte Erregerspule (7.6, 7.7) vorgesehen sind.
Messanordnung nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspulen in einer durch den rampenförmigen Stromverlauf (I(t)) generierten Magnetfeldrampe so angeordnet sind, dass die Magnetfelder (8.1) der Erregerspulen (7.6, 7.7) in die gleiche Richtung weisen, während die Empfangsspulen (7.4, 7.5) so verschaltet sind, dass sich der erzeugte Spannungshub (8.2) bei gleicher Magnetfeldrichtung in den Empfangsspulen (7.4, 7.5) auslöscht.
Messanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Skalierungseinheit (9.5) vorgesehen ist, die den Erregerspulen (7.6, 7.7) der Spulenanordnungen den Strom mit einem von einem Mikrocontroller (9.2) berechneten oder vorgegebenen Skalierungsfaktor skaliert zuführt, wobei Speichermittel (Skalierungseinheit (9.5); Mikrocontroller (9.2)) dazu ausgestaltet sind, den Skalierungsfaktor zu speichern.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (9.4) an der wenigstens einen Empfangsspule (7.4, 7.5)) hochohmig abgegriffen ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit einen Operationsverstärker oder Vergleicher umfasst, an dessen ersten Eingang die Erregerspannung anliegt und der sie mit einer Spannung an einer Strommessstelle vergleicht und der dazu bestimmt und geeignet ist, mit dem Vergleichsergebnis den Strom in der Erregerspule (7.4, 7.5)) zu regeln.