DE19838249A1 - Anwendung von magnetoresistiven Sensoren zum Sortieren von Partikeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung von magneto-resistiven Sensoren (MR, GMR) zum Sortieren von metallischen und nichtmetallischen Partikeln. Die Partikel durchlaufen ein magnetisches Wechselfeld im Frequenzbereich von 0,1 bis 1,0 MHz. In den metallischen Partikeln entstehen Wirbelströme, die das Magnetfeld abschwächen. Die Änderungen des Magnetfeldes werden von den magneto-resistiven Sensoren erfasst und in elektronische Signale umgeformt, die ausgewertet werden (Blockschaltdiagramm).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung von magneto­ resistiven Sensoren (MR, GMR) zum Sortieren von metallischen und nichtmetallischen Partikeln.

Durch neue Entwicklungen im Bereich der Halbleitersensoren stehen seit kurzen geeignete Magnetfeldsensoren zur Verfügung, die eine hohe Empfindlichkeit mit gleichzeitig hoher Frequenzbandbreite kombinieren. Prinzipiell geeignet sind hier magnetoresistive (MR-) Sensoren oder Hallsensoren. Hallsensoren benötigen zur Zeit noch relativ starke Felder und sind in ihrer Bandbreite auf relativ niedrige Frequenzen eingeschränkt, so dass diese nur für die Detektion größerer Partikel geeignet sind. MR-Sensoren besitzen Bandbreiten bis über ein Megahertz, sind sehr feldempfindlich und damit die am besten geeigneten Sensoren. Neue Impulse aus diesem Bereich sind von den sog. giganto-magnetoresistiven (GMR-) Sensoren zu erwarten. Die Eindringtiefe des Magnetfeldes in Aluminium beträgt etwa 0,3 mm bei 100 kHz und etwa 0,08 mm bei 1 MHz. Dadurch erzeugen in diesem Frequenzband auch kleine oder sehr dünne Aluminium- Partikel eine messbare Abschwächung des Magnetfeldes.

Die geringen Abmessungen der Halbleiter-Magnetfeldsensoren sowie die hohe Messfrequenz ermöglichen eine hohe räumliche Auflösung in einer Array-Anordnung bei gleichzeitig hoher Zeitauflösung. Damit ist dieses Messverfahren prädestiniert für den Einsatz in Sortieranlagen, in denen metallische und nichtmetallische Komponenten z. B. einer Schredderfraktion getrennt werden sollen. Auch die bisher sehr problematischen Beimengungen kleiner nichtmagnetischer Metallpartikel sind auch bei hoher Partikelgeschwindigkeit noch sicher zu erkennen.

Mit diesen Eigenschaften ist ein äußerst wirtschaftlicher Betrieb einer Sortieranlage für Metall-Nichtmetallfraktionen möglich.

Darüber hinaus besitzt das Messprinzip das Potential auch verschiedene Metalle einer Mischfraktion (ggf. vorsortiert nach Größe) über ihre unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten zu unterscheiden.

Die Erfindung ist durch die Anwendung von Sensoren charakterisiert, bei welcher die metallischen und nichtmetallischen Partikel ein magnetisches Wechselfeld im Frequenzbereich von 0,1 bis 1,0 MHz durchlaufen und nur in den metallischen Partikeln dabei Wirbelströme erzeugt werden, die das Magnetfeld abschwächen und die Änderungen des Magnetfeldes von den magnetoresistiven Sensoren erfasst und in elektronische Signale umgeformt werden, die gleichgerichtet, gefiltert und verstärkt als Nachweissignale für die metallischen Partikel ausgewertet werden.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass magneto-resistive Sensoren geeignet sind, um auch relativ kleine Magnetfeldänderungen zu erfassen und in elektronisch auswertbare Signale umzuformen. Der praktische Einsatz dieser Idee ist in der Vergangenheit nicht realisierte worden, weil einerseits nur dann relativ große Feldänderungen auftraten, wenn die zu erfassenden Teile sich entweder sehr langsam bewegt hatten oder relativ groß waren oder magnetisch sein mussten. Der Einsatz höherer Frequenzen allein hätte hier auch noch nicht weiter geholfen, sondern es hätten dann auch noch relativ große Magnetfeldstärken aufgebracht werden müssen. Andererseits waren Sensoren nicht vorhanden, die für höhere Frequenzen im Bereich von 1 MHz einsetzbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des Blockschaltdiagramms erläutert, welches die Anwendung von magneto-resistiven Sensoren gemäß der Erfindung zeigt.

In dem Blockschaltdiagramm ist ein Frequenzgenerator, der im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz arbeitet, gezeigt. Durch diesen Frequenzgenerator kann über eine Feldspule ein magnetisches Wechselfeld entsprechender Frequenz erzeugt werden. In Querrichtung werden durch das erzeugte Wechselfeld hindurch die zu untersuchenden Partikel geschickt, wobei es sich um solche handelt, die entweder metallisch sind und demzufolge eine Magnetfeldänderung bewirken oder andererseits solche, die nichtmetallisch sind und keinerlei Einfluss auf das Wechselfeld ausüben.

Unter dem Begriff Magnetfeldsensor sind solche Elemente zu verstehen, die auf Magnetfeldänderungen ansprechen und hierauf mit einem entsprechenden elektronischen Ausgangssignal reagieren. Hier kommen die magneto-resistiven Sensoren oder die giganto-magneto-resistiven Sensoren in Frage.

Die Ausgangssignale der Sensoren werden über eine Sensorelektronik, einen Gleichrichter und einen Tiefpass über eine AC-Kopplung geführt, so dass als Ausgang ein solches Signal zur Verfügung steht, das auf irgendeine Weise den Aussortierungsvorgang steuern kann.

Die Erfindung ist nicht auf das Aussortieren von metallischen Partikeln aus einem Strom metallischer und nichtmetallischer Partikel beschränkt. Sie kann auch angewendet werden, um herauszufinden, welche Teilchen (unterschiedliche Materialien bzw. Leitfähigkeitsunterschiede) und/oder welche Größen die Teilchen haben, die das Magnetfeld passieren. Infrage kommt die vorliegende Erfindung auch zur Messung von Materialströmen, sofern diese metallische Partikel - wenn auch in kleinsten Abmessungen - enthalten. Es kommt auch für die vorliegende Erfindung bei nichtmetallischen Partikeln der Einsatz infrage, sofern die zu detektierenden Partikel im magnetischen Feld Wirbelströme erzeugen und dadurch Feldänderungen auftreten. Wenn es beispielsweise um die Feindosierung von Wirkstoffen in geringer Quantität im Vergleich zum Trägermedium geht, könnte man diese Wirkstoffe leitend machen und auf diesem Wege auch die kleinsten Quantitäten in einem relativ großen Materiestrom genauestens dosieren.

Claims (1)

1. Anwendung von magnetoresistiven Sensoren (MR, GMR) zum Sortieren von metallischen und nichtmetallischen Partikeln, bei welcher die Partikel ein magnetisches Wechselfeld im Frequenzbereich von 0,1 bis 1,0 Mhz durchlaufen und in den metallischen Partikeln dabei Wirbelströme erzeugt werden, die das Magnetfeld abschwächen und die Änderungen des Magnetfeldes von den magneto­ resistiven Sensoren erfasst und in elektronische Signale umgeformt werden, die gleichgerichtet, gefiltert und verstärkt als Nachweissignale für die metallischen Partikel ausgewertet werden.