EP2269096A1 - Digital arbeitende einrichtung zur feststellung metallisch leitender teile - Google Patents

Digital arbeitende einrichtung zur feststellung metallisch leitender teile

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Publication number
EP2269096A1
EP2269096A1 EP09735434A EP09735434A EP2269096A1 EP 2269096 A1 EP2269096 A1 EP 2269096A1 EP 09735434 A EP09735434 A EP 09735434A EP 09735434 A EP09735434 A EP 09735434A EP 2269096 A1 EP2269096 A1 EP 2269096A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
digital
analog
coil system
detection signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP09735434A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Artinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mesutronic Geraetebau GmbH
Original Assignee
Mesutronic Geraetebau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mesutronic Geraetebau GmbH filed Critical Mesutronic Geraetebau GmbH
Publication of EP2269096A1 publication Critical patent/EP2269096A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
    • G01V3/104—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils

Definitions

  • the invention relates to a device for generating a detection signal in the presence of metallically conductive parts in an at least substantially non-conductive flow.
  • Devices of this type usually operate in such a way that with an alternator via a transmitting coil system in a monitored portion of the flow an alternating electromagnetic field is built up, the triggered when passing a part signal changes are detected by a receiving coil system and by means of a subsequent evaluation circuit for deriving a detection signal serve, which triggers an information and / or an excretion of the part.
  • Such devices are known, for example, by the German Offenlegungsschriften 37 14 009 Al and 40 171 780 Al and the prior art mentioned therein in terms of their application and their structure.
  • the detection signal is used to actuate protective devices, such as optical and / or acoustic signal means of defeat of the conveyor, or for redirecting the flow containing a disturbing part flow in a collection vessel or the like.
  • protective devices such as optical and / or acoustic signal means of defeat of the conveyor, or for redirecting the flow containing a disturbing part flow in a collection vessel or the like.
  • the evaluation for obtaining the detection signal can be made not only on an analog but also on a digital basis.
  • a respective phase signal derived in analogue form and an amplitude signal are generated from the output signal of the receiver coil system which is in analog form and fed to the evaluation. Both in the analog and in the digital working design, external disturbances can cause difficulties.
  • the mentioned difficulties can according to a development of the invention means for generating a detection signal when metallic conductive parts in an at least largely non-conductive flow, in which a transmitter via a transmitter coil system in a monitored portion of the flow an electromagnetic alternating field is constructed, whose Passing a partially triggered signal change detected by a receiving coil system and serve with a subsequent, working on a digital basis evaluation circuit for deriving a detection signal that triggers an information and / or excretion of the part, also be countered by the fact that the transmitter is designed as a digital transmitter whose digital output signal is supplied to the transmitting coil system via a digital / analog converter, that the receiver coil system is associated with an analog / digital converter and the received signal transmission to the Auswe Digital circuit is performed, and that the present digital signal received signal and the digital form present signal of the digital transmitter of the evaluation circuit for deriving the detection signal are supplied.
  • An advantageous embodiment is characterized in that the sampling rate of the analog / digital conversion is selected to be so high that at least one half-wave of the output by the alternating current generator is still resolvable. Furthermore, it is advantageous if the analog / digital converter for the analog received signal is preceded by an analog amplifier. For this purpose, it has proven to be advantageous if a 16-bit / AD converter is provided as the analog / digital converter and the amplifier has a gain factor of more than 50, preferably of about 100.
  • FIG. 1 shows the view of a metal detection device which encloses a conveyor belt B
  • Figure 2 shows a section through a metal detection device according to the figure 1
  • Figure 3 is a circuit diagram with a transmitting coil and a two-coil Spulensyste ⁇ t for the reception
  • the Figure 4 is a vibration diagram illustrating the effect of conductive parts in bingogutstrom on the signal received via the receiving coil system
  • Figure 5 is a block diagram of a circuit for deriving a detection signal
  • Figure 6 shows the time course of the occurring during the passage of a metallically conductive part signal at the output
  • FIG. 7 shows an arrangement according to the invention with an A / D converter at the output of the receiver coil system and an A / D converter of the analog alternator
  • FIG. 8 shows a block diagram for an inventive circuit trained metal detection device with a digital alternating current generator.
  • the device shown schematically in Figures 1 and 2 consists of two parts OT and UT, of which one is U-shaped and the other designed as a flat support.
  • the two parts enclose a conveyor belt B, which in the direction of the recorded arrow can transport the material to be inspected for unwanted metallic parts, such as a nut M or metal foil F, through the device.
  • a transmission coil Sl is arranged in the part upper part OT.
  • metallically conductive parts are arranged in the support UT.
  • two receiving coils S2 and S3 offset in the conveying direction, arranged.
  • Embodiment and arrangement of the coils are, as well as the housing shape and adapted the shape and nature of the passage opening in a conventional manner the application. About not shown contacts their connections are made to the circuit A in the part OT.
  • a connection line AL serves to connect the device to the operating power supply.
  • An output line SL is used to forward a triggered by a part to be detected detection signal ES to one of the aforementioned protective devices.
  • the transmission coil S1 and the coil pair S2, S3 are each completed by a capacitor C2 to form an electrical resonant circuit.
  • the two oscillatory circuits Sl, Cl and S2, S3, C2 are tuned so that they form a tuned to the frequency of the alternating current bandpass filter, which is supplied from the generator G.
  • FIG. 4 shows the influence of the passage of a metallically conductive part moved by the conveyor belt past the coils S2 and S3.
  • the eddy currents caused by the alternating field of the coil change both the amplitude and the phase position of the signal Uemp received via S2 and S3, which is phase-shifted by 90 ° against use without such field disturbances.
  • the changes are indicated by arrows.
  • the amplitude change is evaluated via AZ and the phase change via PZ - as can be seen from FIG.
  • the circuit A begins, as the figure 5 shows, with a - serving as a receiver - formed by a so-called operational amplifier differential amplifier OP, at its output a division into an amplitude branch AZ and a phase branch PZ is made.
  • a - serving as a receiver - formed by a so-called operational amplifier differential amplifier OP
  • a phase branch PZ is made in the amplitude branch AZ.
  • the peak value of the signal Uemp is determined by means of a rectifier stage SG.
  • phase branch PZ a phase discriminator PV is inserted, to which the signal Use of the generator G is supplied as phase reference signal.
  • the output voltages of SG and PV are fed to a comparator K with adjustable weighting. In the simplest case, this is a subtractor with an amplitude controller in at least one of its two inputs.
  • the output signal of the comparator K is, optionally after an intermediate amplification in an amplifier V, fed via a filter F of a threshold SS, at the output then the detection signal AS of a metallically conductive part can be removed, which is disturbing is classify.
  • the threshold value circuit SS is supplied with a reference voltage Usch which can be set in the value, at the crossing of which the detection signal AS occurs in the output of SS.
  • the filter F suppresses the DC component in the output of K and limits the frequency spectrum to the intended range for the evaluation.
  • the circuit section from the output of OP to the output of SS forms, so to speak, the evaluation device.
  • the evaluation circuit begins, as shown in FIG. 5, behind the differential amplifier OP serving as a receiver, formed by a so-called operational amplifier, at the output of which a division into an amplitude branch AZ and a phase branch PZ is made.
  • the amplitude branch AZ the absolute value of the signal Uemp, which represents the amplitude change signal AS, is determined by means of a stage SG.
  • the phase branch PZ a phase discriminator PV is inserted, which receives the signal Use of the generator G as a phase reference signal. At the output of PV, the phase change signal PS is on.
  • FIG. 6 diagrammatically shows the influence of the passage of a metallically conductive part moved past the coil S2 through the conveyor belt.
  • the eddy currents caused by the alternating field Use of the coil Sl in the part change both the amplitude and the phase position of the signal Uemp received via S2 and S3, which is phase-shifted by 90 ° against Use without such field disturbances.
  • the change ranges are indicated by arrows.
  • FIG. 6 shows the effect of the reference voltage Usch in the threshold circuit SS. Only when the threshold values are exceeded does an output signal AS appear, which serves as a detection signal.
  • Such threshold circuits are known per se.
  • the threshold value circuit also effectively suppresses an influence of the noise floor, which is indicated in the figure as preceding and following the actual signals.
  • an analog / digital converter 1 is connected to the output of the receiver coil system, to which preferably an analogue amplifier is connected. stronger 2 upstream.
  • the signals U1, U2 recorded by the receiver coil system S2, S3 are transmitted as a signal in digital form to the comparator 6 of an evaluation unit 4.
  • a transmission signal component is removed and fed to an analog / digital converter 3.
  • Its digital output signal is supplied as a second input signal to a digitally operating comparator 6 of the evaluation unit 4 to form a detection signal.
  • the transducers 1, 3 are preferably designed such that they emit unipolar output signals.
  • the digital signal in the output of the comparator 6 (see K in Figure 5) is then further processed using digitally operating components, such as a filter 7, etc. to the detection signal AS.
  • the A / D converter 1 is arranged as close as possible to the receiving coil system S2, S3. As a result, disturbing signal interference is prevented.
  • the digital remainder path from the output of the converter 1 to the input of the evaluation unit 4, on the other hand, is much less sensitive.
  • the sampling rate of the analog-to-digital conversion that is the sampling frequency for taking amplitude samples from the analog signal, is selected to be high enough to resolve at least one half cycle of the alternator output according to the known sampling theorem. It is recommended a sampling frequency of about 1 megahertz to ensure universal use for a variety of applications. Namely, there is a mutual dependence between the sampling rate and the amplification factor. It has proved to be advantageous if a 16-bit / AD converter is provided as the analog / digital converter and the amplifier has a gain factor of more than 50, preferably 100.
  • FIG. 8 The block diagram of Figure 8 shows a further advantageous embodiment including the interconnection of the individual components.
  • the reference numerals are used in accordance with FIG. 7.
  • S2 From the receiving coil system Sl, S2 leads a line to the analog / digital converter 1, which is a high-resolution A / D converter.
  • an alternating-current generator 5 ' In the evaluation unit 4 provided with the comparator 6, an alternating-current generator 5 ', not shown in detail, is provided, which unlike the embodiment according to FIG. 7, outputs its signal as a digital signal.
  • Such generators are known, for example, from the book by Horst Geschwinde "Introduction to PLL Technology", Vieweg-Verlag, 1978.
  • This transmission signal is via a digital / analog converter 8 as an analog signal of the transmitting coil Sl fed.
  • a filter 7 designed as a digital component is also provided in this embodiment as well.
  • the data connection for the signal exchange between the individual system components takes place in the embodiments by means of a bus system, in particular based on the known Ethernet system.
  • the individual system components are assigned so-called “controllers”, which are control blocks with memory properties.
  • controllers which are control blocks with memory properties.
  • a preamplification of the analog receive coil signal prior to the formation of the phase and amplitude signals requires a high gain, for example, of about 10 5 and more.
  • ie conversion of the received coil signal into a digital signal and subsequent formation of phase signal and amplitude signal in the digital region of the overall circuit using a 16-bit analog / digital converter and a pre-amplification of the received coil signal of FIG 2 achieves a signal resolution of about 38 microvolts.
  • the operating unit and the associated display unit for the operating state has been omitted. These units are usually arranged on a remote from ergonomic reasons of the actual metal detector body.
  • the analog-to-digital conversion is provided at a short distance of less than a few decimetres from the receiving coils.
  • the actual evaluation circuit can then either be provided at a greater distance from it or combined with the analog / digital converter on a circuit board. In the latter case, then, this circuit module, for example, as in a device according to DE 195 21 266 in a lockable recess in the coil housing accommodated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom, bei von einem Wechselstromgenerator (5) über ein Sendespulensystem (S1) in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstroms ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut wird, dessen beim Passieren eines Teils ausgelöste Signaländerung durch ein Empfangsspulensystem (S2, S3) erfasst werden und mit einer nachfolgende, auf digitaler Basis arbeitenden Auswerteschaltung (4) zur Ableitung eines Erkennungssignals dienen, das eine Information und/oder eine Ausscheidung des Teils auslöst. Dem Empfangsspulensystem (S2, S3) ist ein Analog-/Digital-Umsetzer (1) zugeordnet und die Empfangssignal-Übertragung zu der Auswerteschaltung (4) erfolgt digital. Für das Signal des Wechselstromgenerators (5) ist ebenfalls eine Analog-/Digital-Umsetzung (3), vorgesehen und dass das in Digitalform vorliegende Empfangssignal und das in Digitalform vorliegende Signal des Wechsel stromgenerators (5) werden der Auswerteschaltung (4) zur Ableitung des Erkennungsignals zugeführt.

Description

Mesutronic Gerätebau GmbH
D-94259 Kirchberg, 22. April 2009 Hackenfeld 13
Digital arbeitende Einrichtung zur Feststellung metallisch leitender Teile
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom.
Einrichtungen dieser Art arbeiten meist in der Weise, dass mit einem Wechselstromgenerator über ein Sendespulensystem in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstroms ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut wird, dessen beim Passieren eines Teils ausgelöste Signaländerungen durch ein Empfangsspulensystem erfasst werden und mittels einer nachfolgenden Auswerteschaltung zur Ableitung eines Erkennungssignals dienen, das eine Information und/oder eine Ausscheidung des Teils auslöst. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise durch die Deutschen Offenlegungsschriften 37 14 009 Al und 40 171 780 Al und den darin erwähnten Stand der Technik hinsichtlich ihrer Anwendung und ihres Aufbaus bekannt. Das Erkennungssignal dient dabei zur Betätigung von Schutzeinrichtungen, wie optischen und/oder akustischen Signalmitteln, von Abschalteinrichtungen der Fördereinrichtung, oder auch zur Umleitung des ein störendes Teil enthaltenden Förderstromes in ein Sammelgefäß oder dergleichen. In der DE 195 21 266 ist für solche Einrichtungen darauf hingewiesen, dass die Auswertung zur Gewinnung des Erkennungssignals nicht nur auf analoger sondern auch auf digitaler Basis erfolgen kann. Dazu werden aus dem in Analogform vorliegenden Ausgangssignal des Empfangsspulensystem ein jeweis in Analogform abgeleitetes Phasensignal und ein Amplitudensignal erzeugt und der Auswertung zugeführt. Sowohl bei der analog als auch bei der digital arbeitenden Ausführung können äussere Störungen Schwierigkeiten bereiten.
Nach der Erfindung wird diesen Schwierigkeiten bei einer Einrichtung zur Erzeugung eines ErkennungsSignaIs beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom, bei dem von einem Wechselstromgenerator über ein Sendespulensystem in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstroms ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut wird, dessen beim Passieren eines Teils ausgelöste Signaländerung durch ein Empfangsspulensystem erfasst werden und mit einer nachfolgenden, auf digitaler Basis arbeitenden Auswerteschaltung zur Ableitunσ eines Erkpnnnnrjβc-irjriais dienen, izz ciπa InIuiiuαLiun unά/oαer Ausscheidung des Teils auslöst, dadurch begegnet, dass dem Empfangsspulensystem ein Analog-/Digital-Ümsetzer zugeordnet ist und die Empfangssignalübertragung zu der Auswerteschaltung digital erfolgt, dass für das Signal des WechselStromgenerators ebenfalls eine Analog-/Digital- Umsetzung vorgesehen ist, und dass das in Digitalform vorliegende Empfangssignal und das in Digitalform vorliegende Signal des Wechselstromgenerators der Auswerteschaltung zur Ableitung des Erkennungssignals zugeführt werden.
Den erwähnten Schwierigkeiten kann nach einer Weiterbildung der Erfindung Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom, bei dem von einem Sender über ein Sendespulensystem in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstroms ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut wird, dessen beim Passieren eeines Teils ausgelöste Signaländerung durch ein Empfangsspulensystem erfasst werden und mit einer nachfolgenden, auf digitaler Basis arbeitenden Auswerteschaltung zur Ableitung eines Erkennungssignals dienen, das eine Information und/oder Ausscheidung des Teils auslöst, auch dadurch begegnet werden, dass der Sender als digitaler Sender ausgebildet ist, dessen digitales Ausgangssignal über einen Digital-/Analog-Umsetzer dem Sendspulensystem zugeführt wird, dass dem Empfangsspulensystem ein Analog-/Digital-Umsetzer zugeordnet ist und die Empfangssignalübertragung zu der Auswerteschaltung digital erfolgt, und dass das in Digitalform vorliegende Empfangssignal und das Digitalform vorliegende Signal des digitalen Senders der Auswerteschaltung zur Ableitung des Erkennungssignals zugeführt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Samplingrate der Analog-/Digital-Umsetzung so hoch gewählt ist, dass wenigstens eine Halbwelle des vom WechselStromgenerator abgegebenen noch auflösbar ist. Desweiteren ist von Vorteil, wenn dem Analog-/Digital-Um- setzer für das analoge Empfangssignal ein analog arbeitender Verstärker vorgeschaltet ist. Hierfür hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als Analog-/Digital-Umsetzer ein 16-bit/AD-Wandler vorgesehen wird und der Verstärker einen Verstärkungsfaktor von mehr als 50, vorzugsweise von etwa 100 aufweist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zunächst unter Verwendung der anliegenden Zeichnung anhand der Figuren 1 bis 6 das Prinzip und das grundsätzliche Aufbau-Schaltschema eines Metallsuchgeräts der erwähnten Art erläutert. Diese Darstellung ist z.B. aus der Deutschen Patentschrift 195 21 255 C2 bakaiir.l. Aimcuiü der weiteren Figuren 7 und 8 werden dann Beispiele für eine erfindungsgemässe Ausgestaltung behandelt. In der Zeichnung zeigt:
die Figur 1 die Ansicht einer Metalldetektions-Einrichtung, die ein Förderband B umschließt, die Figur 2 einen Schnitt durch eine Metalldetektions-Einrichtung nach der Figur 1, die Figur 3 ein Schaltbild mit einer Sendespule und einem zwei Spulen umfassenden Spulensysteπt für den Empfang, die Figur 4 ein Schwingungsdiagramm zur Verdeutlichung der Wirkung von leitenden Teilen im Fördergutstrom auf das über das Empfangsspulensystem aufgenommene Signal, die Figur 5 das Blockschaltbild einer Schaltung zur Ableitung eines Erkennungssignals, die Figur 6 den zeitlichen Verlauf des beim Durchgang eines metallisch leitenden Teiles auftretenden Signals am Ausgang einer Schwellwertschaltung, die der Abgabe des Erkennungssignals dient, die Figur 7 eine erfindungsgemässe Anordnung mit einem A/D-Wandler am Ausgang des Empfangsspulensystems und einem A/D-Wandler des analog arbeitenden Wechselstromgene- rators , und die Figur 8 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäss ausgebildete Metalldetektions-Einrichtung mit einem digital arbeitenden WechselStromgenerator.
Die in der Figuren 1 und 2 schematisch dargestellte Einrichtung besteht aus zwei Teilen OT und UT, von denen das eine U-förmig und das andere als flaches Auflager ausgebildet ist. Die beiden Teile umschließen ein Förderband B, das in Richtung des aufgezeichneten Pfeiles das auf unerwünschte metallische Teile zu überprüfende Gut, wie eine Schraubenmutter M oder oine Metallfolie F enthalten kann, durch die Einrichtung transportiert. In dem Teil Oberteil OT ist eine Sendespule Sl angeordnet. In dem Teil OT sind ferner ein die Sendespule mit Wechselstrom speisender Generator G und eine Schaltung A zur Ableitung eines Erkennungssignals von im Fördergut enthaltenen, metallisch leitenden Teilen angeordnet. Im Auflager UT sind zwei Empfangsspulen S2 und S3, in Förderrichtung versetzt, angeordnet. Ausführungsform und Anordnung der Spulen sind, ebenso wie die Gehäuseform und die Form und Art der Durchlaßöffnung in an sich bekannter Weise dem Anwendungsfall angepaßt. Über nicht näher dargestellte Kontakte sind ihre Anschlüsse zu der Schaltung A im Teil OT geführt. Eine Anschlussleitung AL dient der Verbindung der Einrichtung mit der Betriebsstromversorgung. Eine Ausgangsleitung SL dient zur Weiterleitung eines durch ein festzustellendes Teil ausgelösten Erkennungssignals ES an eine der einleitend erwähnten Schutzvorrichtungen.
In der Regel sind, wie in der Figur 3 dargestellt, die Sendespule Sl und das Spulenpaar S2, S3 jeweils durch einen Kondensator C2 zu einem elektrischen Schwingkreis vervollständigt. Die beiden Schwingkreise Sl,Cl bzw. S2,S3,C2 sind so abgestimmt, daß sie ein auf die Frequenz des Wechselstromes abgestimmtes Bandfilter bilden, der vom Generator G zugeführt wird. Durch die Unterteilung der Spule und damit der In-duktivität im Schwingungskreis S2,S3,C2 ist es möglich zwei, gegenüber dem Bezugspotential BP, gegenphasige Signale Ul und U2 abzunehmen und der Schaltung A zuzuführen.
In der Figur 4 ist der Einfluß des Durchgangs eines durch das Förderband an den Spulen S2 und S3 vorbeibewegten, metallisch leitenden Teiles dargestellt. Die von dem Wechselfeld der Spule verursachten Wirbelstöme verändern sowohl die Amplitude als auch die Phasenlage des über S2 und S3 empfangenen Signals Uemp, das ohne solche Feldstörungen um 90° gegen Use phasenverschoben ist. Die Änderungen sind durch Pfeile angedeutet. Die Amplitudenveränderung wird über AZ und die Phasenänderung über PZ - wie aus der Figur 5 entnehmbar - ausgewertet.
Die Schaltung A beginnt, wie die Figur 5 zeigt, mit einem - als Empfänger dienenden - durch einen sogenannten Operationsverstärker gebildeten Differenzverstärker OP, an dessen Ausgang eine Aufteilung in einen Amplitudenzweig AZ und einen Phasenzweig PZ vorgenommen ist. Im Amplitudenzweig AZ wird mittels einer Gleichrichterstufe SG der Spitzenwert des Signales Uemp bestimmt. Im Phasenzweig PZ ist ein Phasendiskriminator PV eingefügt, dem als Phasenbezugssignal das Signal Use des Generators G zugeführt wird. Die Ausgangsspannungen von SG und PV werden einem Komparator K mit einstellbarer Gewichtung zugeführt. Im einfachsten Fall ist dies ein Subtrahierer mit einem Amplitudenregler in zumindest einem seiner beiden Eingänge.
Das Ausgangssignal des Komparators K wird, gegebenenfalls nach einer Zwischenverstärkung in einem Verstärker V, über ein Filter F einer Schwellwertschaltung SS eingespeist, an deren Ausgang dann das Erkennungssignal AS eines metallisch leitenden Teiles entnehmbar ist, das als störend zu klassifizieren ist. Zu diesem Zweck wird der Schwellwertschaltung SS eine im Wert einstellbare Bezugsspannung Usch zugeführt, bei deren Überschreiten das Erkennungssignal AS im Ausgang von SS auftritt. Das Filter F unterdrückt den Gleichspannungsanteil im Ausgang von K und begrenzt das Frequenzspektrum auf den für die Auswertung vorgesehenen Bereich. Beim Transport eines metallisch leitenden Teiles durch die vorbeschriebene Einrichtung nach den Figuren 1 bis 4 tritt im Eingang von V bzw. SS ein Signal auf, das einen für das bewegte Teil charakteristischen Amplitudenverlauf zeigt. Ist das Teil kurz gegenüber dem Abstand der Spulen S2 und S3, entsteht bei jedem Passieren einer der beiden Spulen ein Signal, wie es in der Figur 6 mit I bezeichnet ist. Ist hingegen das Teil demgegenüber lang, so ist der Verlauf von AS etwa so, wie es durch II angedeutet ist.
Der Schaltungsabschnitt vom Ausgang von OP bis zum Ausgang von SS bildet sozusagen die Auswerteeinrichtung. Die Auswerteschaltung beginnt, wie die Figur 5 zeigt, hinter dem als Empfänger dienenden, durch einen sogenannten Operationsverstärker gebildeten Differenzverstärker OP, an dessen Ausgang eine Aufteilung in einen Amplitudenzweig AZ und einen Phasenzweig PZ vorgenommen ist. Im Amplitudenzweig AZ wird mittels einer Stufe SG der Betragswert des Signales Uemp bestimmt, der das Amplituden-Änderungssignal AS darstellt. Im Phasenzweig PZ ist ein Phasendiskriminator PV eingefügt, der als Phasenbezugssignal das Signal Use des Generators G erhält. Am Ausgang von PV steht das Phasen-Änderungssignal PS an.
In der Figur 6 ist der Einfluß des Durchgangs eines durch das Förderband an der Spule S2 vorbeibewegten, metallisch leitenden Teiles schematisch dargestellt. Die von dem Wechselfeld Use der Spule Sl in dem Teil verursachten Wirbelströme verändern sowohl die Amplitude als auch die Phasenlage des über S2 und S3 empfangenen Signals Uemp, das ohne solche Feldstö- rungen um 90° gegen Use phasenverschoben ist. Die Änderungsbereiche sind durch Pfeile angedeutet. In der Figur 6 ist die Wirkung der Bezugsspannung Usch in der Schwellwertschaltung SS gezeigt. Nur bei überschreiten der Schwellenwerte tritt ein Ausgangssignal AS auf, das als Erkennungssignal dient. Solche Schwellwertschaltungen sind an sich bekannt. Durch die Schwellwertschaltung wird auch ein Einfluß des Grundrauschens, das in der Figur 6 als den eigentlichen Signalen vorausgehend und nachfolgend angedeutet ist, wirksam unterdrückt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der Figur 7 wiedergegeben ist, ist an den Ausgang des Empfangsspulensystems ein Analog-/Digi- tal-Wandler 1 angeschlossen, dem vorzugsweise ein analog arbeitender Ver- stärker 2 vorgeschaltet ist. Die von dem Empfangsspulensystem S2, S3 aufgenommenen Signale Ul, U2 werden als ein Signal in Digitalform zum Kompa- rator 6 einer Auswerteeinheit 4 übertragen. An dem die Sendespule speisenden WechselStromgenerator 5 wird ein Sendesignalanteil abgenommen und einem Analog-/Digital-Wandler 3 zugeführt. Dessen digitales Ausgangssignal wird als zweites Eingangssignal einem digital arbeitenden Kompara- tor 6 der Auswerteeinheit 4 zur Bildung eines Erkennungssignals zugeführt. Die Wandler 1, 3 sind bevorzugt derart ausgebildet, dass sie unipolare Ausgangssignale abgeben. Das digitale Signal im Ausgang des Komparators 6 (vgl. K in Figur 5) wird dann unter Verwendung digital arbeitender Bausteine, wie einem Filter 7 usw. zum Erkennungssignal AS weiterverarbeitet.
Der A/D-Wandler 1 wird so nahe wie möglich bei dem Empfangsspulensystem S2, S3 angeordnet. Dadurch wird störenden Signaleinstreuungen vorgebeugt. Der digitale übrtragungsweg vom Ausgang des Wandlers 1 zum Eingang der Auswerteeinheit 4 ist demgegenüber wesentlich unempfindlicher.
Die Samplingrate der Analog-/Digital-Umsetzung, das ist die Abtastfreqenz für die Entnahme von Amplitudenproben aus dem Analogsignal, wird so hoch gewählt, dass entsprechend dem bekannten Abtast-Theorem wenigstens eine Halbwelle der vom Wechselstromgenerator abgegebenen Schwingung noch aufgelöst wird- Es empfiehlt sich eine Samplingfrequenz von etwa 1 Megahertz, um einen universellen Einsatz für verschiedene Einsatzfälle sicherzustellen. Zwischen der Samplingsrate und dem Verstärkungsfaktor ist nämlich eine gegenseitige Abhängigkeit gegeben. Es hat sich als vorteil-haft erwiesen, wenn als Analog-/Digital-Umsetzer ein 16-bit/AD-Wandler vorgesehen wird und der Verstärker einen Verstärkungsfaktor von mehr als 50, vorzugsweise 100 aufweist.
Im Blockschaltbild der Figur 8 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einschliesslich der Zusammenschaltung der einzelnen Komponenten dargestellt. Die Bezugszeichen sind dabei entsprechend der Figur 7 verwendet.
Vom Empfangsspulensystem Sl, S2 führt eine Leitung zum Analog-/Digial-Um- setzer 1, der ein hochauflösender A/D-Wandler ist. In der mit dem Kompara- tor 6 versehenen Auswerteeinheit 4 ist ein nicht im Detail dargestellter Wechselstromgenerator 5' vorgesehen, der abweichend von der Ausführung nach der Figur 7, sein Signal als Digital-Signal abgibt. Solche Generatoren sind beispielsweise aus dem Buch von Horst Geschwinde "Einführung in die PLL-Technik" , Vieweg-Verlag, 1978 bekannt. Dieses Sendesignal wird über einen Digital-/Analog-Umsetzer 8 als Analogsignal der Sendespule Sl zugeführt. Um Geräuschsignalanteile zu mindern ist in auch bei dieser Ausführungsform noch ein als Digital-Baustein ausgebildetes Filter 7 vorgesehen.
Die datentechnische Verbindung für den Signalaustausch zwischen den einzelnen Systemkomponenten erfolgt bei den Ausführungsbeispielen mittels eines Bus-Systems, insbesondere auf der Basis des bekannten Ethernet-Sy- stems. Hierfür werden in der Regel den einzelnen Systemkomponenten sogenannte "Controller", das sind Steuerbausteine mit Speichereigenschaft zugeordnet. Dadurch ist es möglich von einer zentralen Steuereinheit, die ein Bedienfeld umfasst, die einzelnen Komponenten in den geforderten Betriebszustand zu bringen, sodass sie nach der Einstellung durch die Zentralsteuerung auch ohne diese für sich weiterarbeiten.
Zu dem erwähnten Zusammenhang zwischen der Signalverstärkung vor der Ana- Iog-/Digital-Umsetzung und der Auflösung des Analog-/Digital-Wandlers ist noch noch folgendes anzumerken. Bei einer Vorverstärkung des analogen Empfangsspulensignals vor der Bildung des Phasen- und des Amplituden-Signals ist ein hoher Verstärkungsgrad erforderlich, beispielsweise von etwa 105 und mehr. Man kann dann beispielsweise mit einem 10-bit Analog-/Digital- Umsetzer eine Signalauflösung von etwa 4,9 Millivolt erreichen. Bei einer erfindungsgemässen Ausbildung, d.h. Umwandlung des Empfangsspulensignal in ein Digital-Signal und anschliessender Bildung von Phasen-Signal und Amplituden-Signal im Dititalbereich der GesamtSchaltung ist unter Verwendung eines 16-bit-Analog-/Digital-Wandlers und einer Vorverstärkung des Empfangsspulensignals von 102 eine Signalauflösung von etwa 38 Mikrovolt erreichbar.
In der Zeichnung wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit von einer Darstellung der Bedieneinheit und der zugehörigen Anzeigeeinheit für den Betriebszustand abgesehen. Diese Einheiten werden meist an einer aus ergonomischen Gründen von dem eigentlichen Metalldetektor abgesetzten Stelle angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Analog-/Digital-Umsetzung in einer kurzen Entfernung von weniger als einigen Dezimetern von den Empfangsspulen entfernt vorgesehen. Die eigentliche Auswerteschaltung kann dann entweder in grosserer Entfernung davon vorgesehen oder auch mit dem Analog-/Digital-Wandler auf einer Schaltungsplatine vereinigt werden. Im letzten Fall ist dann dieser Schaltungsbaustein beispielsweise wie bei einer Einrichtung nach der DE 195 21 266 in einer verschliessbaren Aussparung im Spulengehäuse unterbringbar. Bezugszeichen-Übersicht
A -> analog arbeitende Auswerteinheit ) Lf AL -> Anschlußleitung für die Stromversorgung
AZ -> Amp1itudenzweig
B -> Förderband
BP -> Bezugspotential
Cl,C2 -> Kondensatoren
ES -> Erkennungssignal eines störenden Teils
F -> Metallfolie
G -> Wechselstrom-Generator
K -> Komparator
M -> Schraubenmutter
OP -> Differenz-Verstärker bzw. Operationsverstärker
OT -> Oberteil einer Einrichtung zur Erkennung von Teilen
PV -> Phasendiskriminator
PZ -> Phasenzweig
Sl -> Sendespule zur Feld-Erzeugung
S2,S3 -> Empfangsspulen für das elektromagnetische Feld
SG -> Gleichrichterstufe im Amplitudenzweig AZ
SS -> Erkennungssignal-Stufe
Ul,U2 -> an den Spulen S2 bzw. S3 abgenommene Signale
Uemp -> Empfangssignal am Ausgang des Differenzverstärkers OP
Use -> Signal des Generators G
UT -> Unterteil einer Einrichtung zur Erkennung von Teilen
1 -> Analog-/Digital-Wandler
2 -> Analog-Verstärker
3 -> Digital-/Analog-Wandler
4 -> Auswerteeinheit
5 -> WechselStromgenerator (analog)
-> Wechselstromgenerator (digital)
6 -> Komparator
7 -> Filter
8 -> Digital-/Analog-Wandler

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom, bei dem von einem Wechselstromgenerator über ein Sendespulensystem in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstroms ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut wird, dessen beim Passieren eines Teils ausgelöste Signaländerung durch ein Empfangsspulensystem erfasst werden und mit einer nachfolgenden, auf digitaler Basis arbeitenden Auswerteschaltung zur Ableitung eines Erkennungssignals dienen, das eine Information und/oder Ausscheidung des Teils auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass dem Empfangsspulen-system ein Analog-/Digitalum- setzer zugeordnet ist und die Empfangssignalübertragung zu der Auswerteschaltung digital erfolgt, dass für das Signal des Wechselstromgene- rators ebenfalls eine Analog-/Digital-Umsetzung vorgesehen ist, und dass das in Digitalform vorliegende Empfangssignal und das in Digitalform vorliegende Signal des Wechselstromgenerators der Auswerteschaltung zur Ableitung des Erkennungssignals zugeführt werden.
2. Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom, bei dem von einem Sender über ein Sendespulensystem in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstroms ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut wird, dessen beim Passieren eeines Teils ausgelöste Signaländerung durch ein Empfangsspulensystem erfasst werden und mit einer nachfolgenden, auf digitaler Basis arbeitenden Auswerteschaltung zur Ableitung eines Erkennungssignals dienen, das eine Information und/oder Ausscheidung des Teils auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender als digitaler Sender ausgebildet ist, dessen digitales Ausgangssignal über einen Digital-/Analog-Umsetzer dem Sendspulensystem zugeführt wird, dass dem Empfangsspulensystem ein Analog-/Digitalumset- zer zugeordnet ist und die Empfangssignalübertragung zu der Auswerteschaltung digital erfolgt, und dass das in Digitalform vorliegende Empfangssignal und das Digitalform vorliegende Signal des digitalen Senders der Auswerteschaltung zur Ableitung des Erkennungssignals zugeführt werden.
3. Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Samplingrate der Analog-/Digital- Urasetzung so hoch gewählt ist, dass wenigstens eine Halbwelle des Wechselstromsignals in den Spulen noch auflösbar ist.
4. Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Analog-/Digital-Um- setzer für das analoge Empfangssignal ein analog arbeitender Verstärker vorgeschaltet ist.
5. Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-/Digital im Empfangszweig ein 16- bit/AD-Wandler ist, und der Verstärker einen Verstärkungsfaktor von mehr als 50, worzugsweise 100 aufweist.
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