JP2024035830A - 金属検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属検出装置は、トランスミッタユニットによってもたらされる、電子補償システムでは取り扱いが困難である無作為攪乱を低減するか、回避することができなければならない。さらに、不平衡の原因になり得る熱損失を低減することができなければならない。【解決手段】本発明によれば、複数の個別に選択可能な励起回路が提供され、個々の励起回路は、選択されると、トランスミッタコイル（２１）、結合変圧器（１４３）の出力巻線のタップ付き巻線、電気機械式継電器として設計された第１の半導体スイッチングデバイス（１４１Ａ；１４１Ｂ；１４１Ｃ）によって、また、第２のスイッチングデバイス（１４２Ａ；１４２Ｂ；１４２Ｃ）によって互いに接続された同調コンデンサ（１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃ）のうちの１つを備え、これらは、複数の励起回路のうちの１つが必ず選択可能であるよう、チャネルセレクター（１４０）による制御が可能である。【選択図】図１

Description

[0001]本発明は、複数の動作周波数を使用する金属検出装置に関する。

[0002]例えばＵＳ８５８７３０１Ｂ２に記載されている産業金属検出装置は、製品の金属汚染を検出するために使用されている。適切に設置され、かつ、操作されると、産業金属検出装置は、金属汚染の低減および食品安全の改善を促進することになる。ほとんどの近代の金属検出器は、「平衡コイルシステム」を備えた探索ヘッドを利用している。この設計の検出器は、新鮮な製品および冷凍製品などの極めて多様な製品の第１鉄、非第１鉄およびステンレス鋼を含むあらゆる金属汚染物質タイプを検出することができる。

[0003]「平衡コイル」原理に従って動作する金属検出装置は、３つのコイル、すなわちトランスミッタコイル、および非金属フレームの上に巻かれている、典型的にはそれぞれ互いに平行である２つの全く同じレシーバコイルを備えている。これらのレシーバコイルは、典型的にはそれらの間の中央に位置しているトランスミッタコイルを取り囲んでいるが、全く同じであり、全く同じ電圧がそれらの各々に誘導される。システムが平衡状態にある場合はゼロである出力信号を受け取るために、第１のレシーバコイルは、逆巻き巻線を有する第２のレシーバコイルと直列に接続されている。したがってシステムが平衡状態にあり、観察されている製品に汚染物質が存在していない場合、レシーバコイルに誘導される、振幅が全く同じで、極性が逆である電圧が互いを相殺する。

[0004]しかしながら金属の粒子がコイル構造を通過して磁界に露出されると、直ちに渦電流が金属粒子の中を流れるように強制される。渦電流は、最初に一方のレシーバコイルに近い一次電磁界を攪乱し、次にもう一方のレシーバコイルに近い一次電磁界を攪乱する二次磁界を生成する。金属の粒子がレシーバコイルを通って運ばれている間、個々のレシーバコイルに誘導される電圧が変化する（ナノ－ボルトだけ）。平衡のこの変化により、レシーバユニットに存在している検出コイルの出力部分の信号が処理され、増幅され、恐らくはフィルタリングされ、次にそれを使用して、コンベアシステム上の金属検出装置を横断している、観察されている製品の金属汚染物質の存在が検出され得ることになる。

[0005]レシーバユニットでは、入力信号は、通常、同相成分および直交成分に分割される。これらの成分から構成されるベクトルは、コイルシステムを通って運ばれる製品および汚染物質に対して固有である一定の大きさおよび一定の位相角を有している。金属汚染物質を識別するためには、「製品効果」を取り除くか、または小さくしなければならない。製品の位相が分かれば、対応する信号ベクトルを小さくして、金属汚染物質から発信される信号を検出するための感度をより高くすることができる。

[0006]望ましくない信号を信号スペクトルから除去するために適用されている方法は、金属汚染物質、製品および他の攪乱が磁界に対して異なる影響を有し、したがって検出される信号の位相が異なることを利用している。大きい導電率を有する材料は、より大きい負の無効信号成分およびより小さい抵抗性信号成分を有する信号をもたらす。大きい透磁率を有する材料は、より小さい抵抗性信号成分およびより大きい正の無効信号成分を有する信号をもたらす。フェライトによってもたらされる信号は主として無効性であり、一方、ステンレス鋼によってもたらされる信号は主として抵抗性である。導電性である製品は、典型的には、強い抵抗性成分を有する信号をもたらす。抵抗性信号成分と無効信号成分の間の信号ベクトルの位相角は、通常、製品または汚染物質が金属検出装置を通って運ばれる際に一定を維持する。

[0007]異なる発信源の信号成分の位相同士の間を位相検出器によって区別することにより、製品および汚染物質に関する情報を得ることができる。位相検出器、例えば周波数混合器またはアナログ掛算器回路は、レシーバコイルの出力信号などの信号入力と、トランスミッタユニットによってレシーバユニットに提供される基準信号との間の位相差を表す電圧信号を生成する。したがって製品信号成分の位相と一致するように基準信号の位相を選択することにより、位相差および対応する製品信号が位相検出器の出力部分に得られ、それはゼロである。汚染物質から発信される信号の位相が製品信号の位相と異なっている場合、製品信号を抑制することができ、その一方で汚染物質の信号をさらに処理することができる。しかしながら汚染物質の信号の位相が製品信号の位相に近い場合、汚染物質の信号が製品信号と共に抑制されるため、汚染物質の検出は失敗する。製品信号の位相角を汚染物質の位相角から分離するために、適切な動作周波数が決定され、かつ、適用されている。

[0008]ＵＳ８８４１９０３Ｂ２は、信号プロセッサに接続されたレシーバユニットに接続されている第１のレシーバコイルおよび第２のレシーバコイルに誘導結合されているトランスミッタコイルにトランスミッタ信号を提供するトランスミッタユニットを備えた金属検出装置を開示している。トランスミッタユニットは、動作周波数を増幅器段の入力に提供する周波数発生器を備えており、増幅器段の出力は結合変圧器を介してトランスミッタコイルに接続されている。増幅器段の出力は第１のスイッチバンクを介して第１のタッピングに接続され、また、トランスミッタコイルは、第２のスイッチバンクを介して、変圧器の同じ変圧器巻線の第２のタッピングに接続されている。この構造によれば、トランスミッタユニットの他の部分に無関係に、トランスミッタコイルおよび選択可能コンデンサからなる共振回路を選択された動作周波数に同調され得る。増幅器段は、最小ひずみを有する信号を増幅するが、パワートランジスタは静止状態においても電流を絶えず消費するため、効率が低いＡ級回路を備えている。

[0009]ＵＳ１０１８４９０８Ｂ２は、増幅器段の出力に接続されている第１の巻線および第２の巻線を有する一次コイル、ならびにトランスミッタコイルに接続されている二次コイルを備えた結合変圧器を有する金属検出装置を開示している。第１の巻線および第２の巻線は、第１の端部を使用して供給電圧に接続され、それぞれ、上記第１の端部から数えて同じ回数で少なくとも１つのタッピングを有している。増幅器段は、第１の巻線の少なくとも１つのタッピングに接続された少なくとも第１のパワートランジスタを有する第１の増幅ウイング、および第２の巻線の少なくとも１つのタッピングに接続された少なくとも第２のパワートランジスタを有する第２の増幅ウイングを備えている。第１の増幅ウイングは入力信号の最初の半分の波を増幅し、第２の増幅ウイングは入力信号の次の半分の波を増幅している。結合変圧器の二次コイルは複数のタッピングを備えている。トランスミッタコイルの第１の端部はこれらのタッピングのうちの１つに接続され、また、トランスミッタコイルの第２端部は、スイッチを介してこれらのタッピングのうちの別のタッピングに選択的に接続されている。この構造によれば、トランスミッタコイルは、より広い範囲で増幅器段に適合され得る。同調コンデンサと接続されたトランスミッタコイルは、同調され得る共振回路を形成している。トランスミッタコイルの第１の端部は、スイッチを介して、複数の同調コンデンサのうちの１つの一方の側に選択的に接続することができ、また、トランスミッタコイルの第２の端部は、二次巻線の複数の回を介して、同調コンデンサの他の側に直接接続されている。

[0010]ＵＳ４，１３８，６５４Ａは、無線レシーバのプリセレクター回路の中の同調コンデンサを選択的に結合し、それにより同調を低速機械式サーボドライブシステムに置き換えるための継電器スイッチの使用を開示している。

[0011]このような金属検出装置の問題は、システムを第１の同調状態から第２の同調状態に変化させるのにかなりの時間を要し、したがって運ばれた製品の汚染物質を検出している間、動作周波数を前後に変化させ、かつ、最適同調を維持することがほとんど不可能であることである。

[0012]ＵＳ２０１５０２３４０７５Ａ１は、コイルシステムにおける不平衡を補償し、また、振動および雑音の影響を抑制するための方法を開示している。金属検出装置は、フェライトによってもたらされる、雑音から発信される信号に似ている信号を抑制するように較正される。次に、フェライトから発信された信号を除去することにより、振動および雑音によってもたらされる信号が同じく自動的に抑制される。この方法によれば、コイルシステム内にフェライトが存在している状態で金属検出装置の出力信号が測定され、また、フェライトの抵抗性信号成分が除去されるよう、デジタル的に調整される。記載されている、不平衡を補償し、また、振動および雑音を抑制するための方法は大いに有効であるが、トランスミッタユニット自体によってもたらされる無作為攪乱は、依然として問題の原因になり得る。

[0013]ＥＰ４０３３２７２Ａ１は金属検出装置に関しており、金属検出装置は、トランスミッタコイル、第１のレシーバコイルおよび第２のレシーバコイルを含む平衡コイルシステムと、選択された動作周波数を有する入力信号によってエネルギーが供給される入力巻線、および複数のタッピングを含む出力巻線を含む結合変圧器であって、複数のタッピングの中から選択可能な個々の対のタッピングが、選択された対のタッピング同士の間を延在する出力巻線の巻きからなる関連する部分巻線を画定している、結合変圧器と、第１の複数の個別に選択可能な励起回路であって、複数の励起回路の各々が、複数の部分巻線のうちの関連する１つからトランスミッタコイルにエネルギーを供給するように構成され、かつ、関連する第１の制御信号に応答して関連する励起回路を開閉するように接続された関連する第１のスイッチングデバイスを含み、複数の第１のスイッチングデバイスの各々が半導体スイッチングデバイスである、第１の複数の個別に選択可能な励起回路と、第２の複数の個別に選択可能な同調コンデンサであって、複数の同調コンデンサの各々が、関連する第２の制御信号に応答して、トランスミッタコイルおよび関連する同調コンデンサを含む共振回路を開閉するように接続されたそれに関連する第２のスイッチングデバイスを有する、第２の複数の個別に選択可能な同調コンデンサとを備えている。

[0014]複数の動作周波数に同調させることができるこの従来技術金属検出装置では、同調のために使用される第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスは、いずれも半導体スイッチングデバイスとして設計されている。本発明者は、本発明者の調査の文脈内で、この従来技術装置の同調可能性は、特定の動作周波数に対して、および／または観察される製品がコンベアシステム上で横切る金属検出装置の開口の特定の周囲に対して最適ではないことを認識した。

[0015]したがって本発明は、上で参照したタイプの金属検出装置の同調可能性を最適化する目的に基づいている。さらに、金属検出装置は、トランスミッタユニットによってもたらされる、電子補償システムでは取り扱いが困難である無作為攪乱を低減するか、または回避することができる方法で再設計することができなければならない。さらに、不平衡の原因になり得る熱損失を低減することができなければならない。

[0016]この問題は、本発明によれば、複数の第２のスイッチングデバイスの各々が電気機械式継電器スイッチングデバイスである点で解決される。

[0017]電気機械式継電器スイッチングデバイス、とりわけ、同調コンデンサを切り換えるサブミニアチュア大電流電気機械式継電器スイッチの使用は、上で説明した問題を克服する。これらの問題は、第２のスイッチングデバイスとして従来技術装置に使用されている半導体スイッチングデバイスのチャネル容量およびドレイン－ソース間オン抵抗によるものとされている。一方、半導体スイッチングデバイスである第１のスイッチングデバイスには、それらのドレイン－ソース電圧がより低いため、対応する問題は存在しない。

[0018]電気機械式継電器スイッチングデバイスは、コンタクトが並列に接続された二重極として構成されることが好ましい。それにより振動感応性が低減される。

[0019]別の好ましい実施形態では、部分巻線の数は励起回路の数より多く、また、励起回路と上記複数の部分巻線のうちの選択された部分巻線との間の個別の接続を確立するために、多方向タップセレクターがタッピングと励起回路の間に配置されている。タップセレクターにより、部分巻線の総数から、タッピングの総数に応じて利用することができる数の部分巻線を選択することができ、選択される部分巻線の数は利用可能な励起回路の数に対応する。そのようにすることにより、無矛盾の高検出器感度がすべての周波数モードで達成され得る。

[0020]本発明によれば、２つ、３つまたはそれ以上であることが好ましい複数の個別に選択可能な励起回路が提供され、個々の励起回路は、選択されると、トランスミッタコイル、結合変圧器の出力巻線の複数の部分巻線のうちの１つ、第１の半導体スイッチングデバイスによって、また、第２のスイッチングデバイスによって互いに接続された複数の同調コンデンサのうちの１つを備え、これらは、複数の励起回路のうちの１つが必ず選択可能であるよう、チャネルセレクターによる制御が可能である。

[0021]個別に選択可能な励起回路は、それらが互いに相互作用しないよう、並列に配置されている。したがって選択された励起回路は、他の選択可能励起回路の回路機構によって干渉されない。したがって選択された励起回路の正確な同調が残りの回路機構によって損なわれることはない。

[0022]好ましい実施形態では、励起回路毎に、選択されると、結合変圧器の出力巻線の関連する部分巻線が関連する第１の半導体スイッチングデバイスによってトランスミッタコイルに直列または並列に接続される。トランスミッタコイルは、その複数のコイル端子のうちの１つを使用して、切換え可能に、または堅固に複数のタッピングのうちの１つと接続され、とりわけ変圧器出力巻線の端子タッピングと接続される。一般に、一対の選択された変圧器タッピング同士の間の変圧器出力巻線の巻きは「部分巻線」として定義されている。励起回路毎に、選択されると、関連する同調コンデンサが関連する第２のスイッチングデバイスによってトランスミッタコイルに直列または並列に接続されることが好ましい。部分巻線および同調コンデンサを直列または並列に接続することにより、異なる特性を有する励起回路が作り出され得る。

[0023]励起回路毎に、選択されると、結合変圧器の出力巻線の関連する部分巻線および関連する同調コンデンサがそれぞれ関連する第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスによってトランスミッタコイルに並列に接続されることが最も好ましい。

[0024]本発明による金属検出装置は動作周波数を切り換えることができるだけでなく、短い時間間隔で前後に切り換えられると、選択された動作周波数毎に最適同調を維持することができる。したがって本発明による金属検出装置は、事実上、測定プロセスが妨害さ
れることなく、短い時間間隔内で切り換え、かつ、同調することができる操作プログラムを備えることができる。したがって操作プログラムは、汚染物質を検出するための対象の測定が進行している間に動作周波数の変更が実施されるように設計され得る。動作周波数を変更することにより、様々な種類の汚染物質および製品から信号を検出することができる。最適同調を維持することにより、最も高い信号対雑音比で信号を測定することができる。

[0025]少なくとも１つのＭＯＳ－ＦＥＴを備えていることが好ましい半導体スイッチングデバイスは、概ね２０ｎｓの間隔の間で切り換えることができ、また、典型的には０．０１０オーム未満の小さいチャネル抵抗を有している。したがって電力継電器に遭遇した際の回路機構に対する望ましくない衝撃によるコンタクトの温暖化および対応する損失が回避される。さらに、適切な半導体スイッチングデバイスは、最大１５０Ｖまでの電圧を阻止し、また、最大１０Ａまで、またはそれ以上の電流をサポートすることができる。

[0026]しかしながら電力継電器は高電圧発振に対してより頑丈であると考えられ、したがってこのような電力継電器はトランスミッタ回路の中に統合される。したがって本発明によるトランスミッタは、それに応じて設計されている。好ましい実施形態では、チャネルセレクターは、第１の半導体スイッチングデバイスのうちの１つ毎に、光起電性ドライバなどの少なくとも１つの隔離されたドライバを備え、ドライバの入力線および出力線は互いにガルバニック分離される。したがって制御回路機構は電力段から隔離される。

[0027]第１の半導体スイッチングデバイスは双方向性ＭＯＳ－ＦＥＴユニットであることが好ましい。個々の双方向性ＭＯＳ－ＦＥＴユニットは、ソース端子、ドレイン端子およびゲート端子を個々に有する第１のＭＯＳ－ＦＥＴおよび第２のＭＯＳ－ＦＥＴを備えることが好ましい。２つの整合したＭＯＳ－ＦＥＴは、一方では互いに接続され、また、他方では２つのダイオードの全く同じ第１の端子と接続されたソース端子を備えていることが好ましく、２つのダイオードは、それぞれ、それらの第２の端子を使用して第１のＭＯＳ－ＦＥＴのドレイン端子または第２のＭＯＳ－ＦＥＴのドレイン端子にそれぞれ接続される。

[0028]直列に接続され、また、互いに逆方向に向いている２つのＭＯＳ－ＦＥＴは、オン－オン、オン－オフ、オフ－オンおよびオフ－オフの４つの可能状態を有する。励起回路を起動するために、関連する第１の半導体スイッチングデバイスの２つのＭＯＳ－ＦＥＴの両方がスイッチオンされ、また、励起回路の起動を解除するために、関連する第１の半導体スイッチングデバイスの２つのＭＯＳ－ＦＥＴの両方がスイッチオフされる。スイッチオンされると、電流は回路を通って両方の方向に流れることができる。一方の方向では、電流は第１のＭＯＳ－ＦＥＴおよび関連する第１のダイオードを通って流れ、また、もう一方の方向では、第２のＭＯＳ－ＦＥＴおよび関連する第２のダイオードを通って流れる。スイッチオフされると、両方のＦＥＴがオフであると、２つのダイオードがいずれの方向に対しても電流の流れを阻止するため、電流はいずれの方向にも流れることができない。

[0029]隔離されたドライバの出力線は、関連する選択可能励起回路の第１の半導体スイッチングデバイスの入力端子にそれぞれ接続される。制御電圧は相互接続されたゲート端子および典型的にはＭＯＳ－ＦＥＴのソース端子に印加される。

[0030]とりわけ好ましい実施形態では、隔離されたドライバの発光ダイオードは、制御抵抗と個々に、またはまとめて直列に接続される。したがって制御抵抗と直列に接続された１つまたは複数の発光ダイオードは、定電圧供給デバイス、好ましくは低ドロップアウト調整器の出力に接続される制御ループを形成する。この回路機構はさらなる利点を有し
、ＭＯＳ－ＦＥＴの温度を安定させることができる。隔離されたドライバの発光ダイオードおよび制御抵抗の両端間の電圧は固定される。温度が高くなると、それに比例して発光ダイオードの両端間の電圧が降下し、また、制御抵抗の両端間の電圧および制御抵抗を通る電流が増加する。発光ダイオードは、電流が大きくなるほど、隔離されたドライバに設けられている光感応ダイオードに向かってより多くの光を放出する。したがってＭＯＳ－ＦＥＴに印加される制御電圧が高くなると、温度によって大きくなったＭＯＳ－ＦＥＴのチャネル抵抗が再び小さくなる。したがって温度が変化している間、ＭＯＳ－ＦＥＴのチャネル抵抗が一定に維持される。
[0032]以下、図面を参照して本発明の詳細な態様および例が説明される。

本発明による金属検出装置の好ましい実施形態の本質的な部分を示す図である。 図１の金属検出装置に使用されている多方向タップセレクターの動作原理を示す略図である。

[0033]本発明による金属検出装置の好ましい実施形態は一般に、金属検出装置は、トランスミッタユニットと、トランスミッタコイルおよび第１のレシーバコイルおよび第２のレシーバコイルを有する平衡コイルシステムと、レシーバユニットと、制御ユニットであって、計算デバイスの中で実現された操作プログラム、デジタル信号プロセッサおよび入力デバイスならびに出力デバイスなどの信号処理デバイスを備えた制御ユニットとを備え、制御ユニットを使用して、金属検出装置および実現された測定および較正プロセスが、監視され、かつ、制御され、コンベア上で製品を平衡コイルシステムを通して移送することができる。

[0034]トランスミッタユニットは、選択可能動作周波数を有する入力信号ｒ０°を増幅器段の入力に提供する制御可能周波数発生器を備えており、増幅器段の出力は図１に示されている励起ユニット１４に接続されている。励起ユニット１４は、複数の同調コンデンサ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃおよび結合変圧器１４３を備えており、結合変圧器１４３は、少なくとも１つの入力巻線、および巻線の両方の端部にタッピング１４３Ｔを有する少なくとも１つの出力巻線、およびそれらの端部の間に複数の中間タッピング１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃを有している。増幅器段の出力線は、結合変圧器１４３の一次巻線の適切なタッピングに対称的に接続されている。増幅器段の構成は、Ａ級モードまたはＢ級モードなどの任意の適切なモードで動作するように設計され得る。この構成では、増幅器はＢ級モードで動作し、半分の波を複数のタッピングのうちの１つに印加し、他の半分の波を複数のタッピングのうちの他のタッピングに印加している。

[0035]タッピング１４３Ｔはトランスミッタコイル２１の第１の端子２１１に接続され、また、トランスミッタコイル２１の第２の端子２１２は、タッピング１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃのうちの１つに接続することができる。タッピング１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃ、１４３Ｔの任意の選択された対同士の間を延在している結合変圧器１４３の出力巻線の巻きは「部分巻線」として定義される。

[0036]金属検出装置が動作している間、励起信号は平衡コイルシステムのトランスミッタコイル２１に印加される。さらに、トランスミッタユニットは、同相基準信号ｒ０°および直交基準信号ｒ９０°をレシーバユニットに提供する。励起信号は、全く同じレシーバコイル（図１には示されていない）に信号を誘導し、この信号は、システムが平衡している限り、すなわち製品、詳細には金属で汚染された製品がコイルシステムを横切っていない限り、極性が逆で、かつ、同じ大きさの信号である。製品、詳細には導電性対象で汚
染された製品がコイルシステムを横切っている場合、全く同じレシーバコイルに誘導される信号の大きさが変化することになり、また、逆に分極した信号は、もはや互いに補償しないことになる。したがってレシーバコイルに誘導された信号は、振幅および周波数が導電性対象の特性、寸法および移動速度に依存するベースバンド信号で変調される。

[0037]レシーバコイルの出力信号は、例えば、レシーバコイルの鏡映である中央タップ一次巻線、および互いに反対側のテールが増幅器に接続されている、２つの全く同じ中央タップ二次巻線を有する平衡変圧器を備えた整合ユニットに印加される。増幅器の出力は復調ユニットに接続されており、復調ユニットは、その出力部分に復調レシーバ信号の同相成分および直交成分、すなわち運ばれた製品から発信されるベースバンド信号の同相成分および直交成分を提供している。復調ユニットの出力部分に提供されるベースバンド信号の同相成分および直交成分は、アナログ－デジタル変換器でアナログ形態からデジタル形態に変換される。アナログ－デジタル変換器の出力信号は、制御ユニットに提供されている、知られているデジタル信号プロセッサなどの信号処理ユニットに転送される。信号処理ユニットは、製品から発信される信号成分を抑制し、汚染物質から発信される信号成分を処理する。レシーバユニットは、フィルターユニットおよび利得調整ユニットをさらに備えることができる。

[0038]測定プロセスは、制御ユニットに提供されている操作プログラムによって制御される。こうして、計画された測定プロセスに従って動作周波数が選択され、選択された動作周波数に従って励起ユニット１４が構成される。

[0039]励起ユニット１４は、複数の励起回路１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃのうちの１つを必ず選択することができるよう、チャネルセレクター１４０によって制御することができる第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃおよび第２のスイッチングデバイス１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃを備えている。制御ユニットからコマンドを受け取るチャネルセレクター１４０は、励起回路１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃのうちの１つのみの第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃおよび第２のスイッチングデバイス１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃが起動されるように設計されている。例えば最も上の励起回路１４Ａは、第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａおよび第２のスイッチングデバイス１４２Ａを作動させることによって起動され、一方、残りの第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ｂ、１４１Ｃおよび第２のスイッチングデバイス１４２Ｂ、１４２Ｃはスイッチオフされる。第２の励起回路１４Ｂの第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ｂおよび第２のスイッチングデバイス１４２Ｂが起動されると、第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｃおよび第２のスイッチングデバイス１４２Ａ、１４２Ｃはスイッチオフされる。第３の励起回路１４Ｃの第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ｃおよび第２のスイッチングデバイス１４２Ｃが起動されると、第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂおよび第２のスイッチングデバイス１４２Ａ、１４２Ｂがスイッチオフされる。したがって示されている実施形態における金属検出装置は３つの励起回路１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃを備えており、これらの３つの励起回路は、それぞれ一対の第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス１４１Ａ、１４２Ａ；１４１Ｂ、１４２Ｂ；１４１Ｃ、１４２Ｃを備えている。他の実施形態では、金属検出装置は、３つの励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの代わりに、２つ、４つまたはそれ以上の励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、…を備えることができる。

[0040]複数の励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの個々の励起回路は、選択されると、トランスミッタコイル２１、同調コンデンサ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃのうちの１つ、および結合変圧器１４３の出力巻線の複数の部分巻線のうちの１つを備える。この実施形態では、関連する同調コンデンサ１４４Ａ；１４４Ｂまたは１４４Ｃ、および結合変圧器１４３の出力巻線の部分巻線は、関連する対の第１のスイッチングデバイスおよび第２の
スイッチングデバイス１４１Ａ、１４２Ａ；１４１Ｂ、１４２Ｂ；１４１Ｃ、１４２Ｃが起動されると、トランスミッタコイル２１に並列に接続される。

[0041]トランスミッタコイル２１の第１のコイル端子２１１は、結合変圧器１４３の出力巻線のタッピング１４３Ｔおよび同調コンデンサ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃの第１の端子に固定して接続されている。トランスミッタコイル２１の第２のコイル端子２１２は、第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス１４１Ａ、１４２Ａ；１４１Ｂ、１４２Ｂ；１４１Ｃ、１４２Ｃの個々の対の共通の第１の端子に固定して接続されている。トランスミッタコイル２１の第２の端子２１２は、第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃによって変圧器タッピング１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃのうちの１つに接続することができる。したがって選択されたタッピング１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃと端子タッピング１４３Ｔの間の結合変圧器１４３の出力巻線の部分巻線は、トランスミッタコイル２１に並列に接続することができる。トランスミッタコイル２１の第２の端子２１２は、第２のスイッチングデバイス１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃによって同調コンデンサ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃの第２の端子に接続することができる。したがって同調コンデンサ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃは、トランスミッタコイル２１に並列に接続することができる。しかしながらチャネルセレクター１４０は、第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス１４１Ａ、１４２Ａ；１４１Ｂ、１４２Ｂ；１４１Ｃ、１４２Ｃのうちの一対のみが一度に起動されるように設計されていることが好ましい。平衡コイルシステムを制御ユニットによって選択された動作周波数に同調させるために、制御ユニットからチャネルセレクター１４０に印加される制御信号を使用して、励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃのうちの１つを選択することができる。

[0042]したがって制御ユニットの制御信号を使用して選択された動作周波数の個々の変化を使用して、関連する励起回路１４Ａ、１４Ｂまたは１４Ｃが自動的に選択されることが同じく好ましい。したがって動作周波数の変化だけでなく、第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス１４１Ａ、１４２Ａ；１４１Ｂ、１４２Ｂ；１４１Ｃ、１４２Ｃの切換え速度に応じて、最短可能時間内で平衡コイルシステムの同調が同じく実施され得る。したがって測定プロセスの間、平衡コイルシステムの動作周波数および同調を短い時間間隔で前後に変化させることが可能である。

[0043]励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは個別に選択され、また、選択が解除され、したがって選択された励起回路１４Ａ、１４Ｂまたは１４Ｃが選択解除された励起回路１４Ａ、１４Ｂまたは１４Ｃの要素によって損なわれることはない。励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、事実上、並列に配置され、また、トランスミッタコイル２１および結合変圧器１４３のその出力巻線の一部のみを共通に有する。この設計によれば、起動が解除された励起回路１４Ａ、１４Ｂ；１４Ａ、１４Ｃ；１４Ｂ、１４Ｃの要素による起動された励起回路１４Ａまたは１４Ｂあるいは１４Ｃの干渉を高い信頼性で抑制することが可能である。

[0044]第１のスイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１ＣはＭＯＳ－ＦＥＴ回路であることが好ましく、これらは、チャネルセレクター１４０と共に、以下でさらに詳細に説明される。

[0045]チャネルセレクター１４０は、図１の下側に概略的に示されている。励起ユニット１４を備えたチャネルセレクター１４０は、選択可能励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃのうちの１つ毎に全く同じチャネルセレクターモジュールを備えている。第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａは、双方向性ＭＯＳ－ＦＥＴユニットの形態で提供されることが好ましい。個々の双方向性ＭＯＳ－ＦＥＴユニット１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃは
、第１のＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１および第２のＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ２を備えており、それぞれソース端子Ｓ、ドレイン端子Ｄおよびゲート端子Ｇを有している。ＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２のソース端子Ｓは、一方では互いに接続され、また、他方では第１のダイオードおよび第２のダイオード（図１には示されていない）の全く同じ第１の端子、すなわちアノードと接続されており、これらのダイオードは、それぞれそれらの第２の端子、すなわちカソードを使用して第１のＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１または第２のＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ２のドレイン端子Ｄにそれぞれ接続されている。直列に接続され、また、互いに逆方向に向いている２つのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２は、オン－オン、オン－オフ、オフ－オンおよびオフ－オフの４つの可能状態を有しているが、必ず対でスイッチオンおよびスイッチオフされる。第１の励起回路１４Ａを起動するために、関連する第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１ＣのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２の両方がスイッチオンされ、また、第１の励起回路１４Ａの起動を解除するために、関連する第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃの関連する２つのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２の両方がスイッチオフされる。スイッチオンされると、電流はＭＯＳ－ＦＥＴ回路を通って両方の方向に流れることができる。一方の方向では、電流は、例えば第１のＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１を通って、また、関連する第１のダイオードを通って流れ、もう一方の方向では、第２のＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ２および関連する第２のダイオードを通って流れる。スイッチオフされると、両方のＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２がオフであると、陰極が互いに逆方向に向いている２つのダイオードがいずれの方向に対しても電流の流れを阻止するため、電流はいずれの方向にも流れることができない。２つのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２、ならびに２つのダイオードは、典型的には１０Ａの範囲、またはそれより大きい必要な電流が両方の方向に流れることができるよう、互いに整合される。

[0046]チャネルセレクターモジュール毎に、例えばモジュール１４０Ａは、第１の半導体スイッチングデバイス１４１Ａに対して、隔離されたドライバを備えており、これらのドライバを使用して、チャネルセレクター１４０の制御線が半導体スイッチングデバイス１４１Ａの制御入力からガルバニック隔離される。隔離されたドライバは、発光ダイオードおよび光感応ダイオードを備え、また、好ましくは、ターンオフ時間を短くすることによって総合切換え速度を速くするために使用される内部または外部ターンオフ回路をそれぞれ備えた光学隔離ＭＯＳ－ＦＥＴドライバであることが好ましい。その内部回路機構を駆動するために必要な電流は、隔離障壁の低電圧一次側、すなわち隔離されたドライバの入力線のＬＥＤ電流から引き出されることが好ましい。隔離されたドライバの隔離障壁の二次側に設けられている出力線は、関連する半導体スイッチングデバイス１４１Ａの入力端子Ｇ、Ｓに接続されている。さらに、関連する第２のスイッチングデバイス１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃのオン状態とオフ状態の間を切り換えるための個別の制御信号がこれらのデバイスの各々の制御入力端子Ｃに印加されている。

[0047]第１の入力端子Ｇは、２つのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２のゲート端子に接続されている。第２の入力端子Ｓは、２つのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２のソース端子に接続されている。したがって個々の半導体スイッチングデバイス１４１ＡのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２は、いずれも同時にスイッチオンおよびスイッチオフされる。

[0048]隔離されたドライバの発光ダイオードは、制御抵抗とさらに直列に接続されており、したがって定電圧供給デバイスの出力に接続される制御ループを形成している。この回路機構によれば、半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１ＣのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２の温度を安定させることができる。隔離されたドライバの発光ダイオードおよび制御抵抗の両端間の電圧は、定電圧供給デバイスによって固定されている。温度が高くなると、それに応じて発光ダイオードの両端間の電圧が降下し、また、制御抵抗の両端間の電圧および制御抵抗を通る電流が増加する。発光ダイオードは、電流が
大きくなるほど、隔離されたドライバに設けられている光感応ダイオードに向かってより多くの光を放出する。したがって半導体スイッチングデバイス１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１ＣのＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２に印加される制御電圧がそれに応じて高くなると、温度によって大きくなったＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２のチャネル抵抗が再び小さくなる。したがって温度が変化している間、ＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２のチャネル抵抗が一定に維持される。したがって温度が変化しても、流入する電流および起動されている励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは影響されない。スイッチオンされる際のＭＯＳ－ＦＥＴ Ｔ１およびＴ２のチャネル抵抗が極端に小さいため、金属検出装置のこの回路機構の温度損失および悪影響が小さく、したがって修正要求事項を低減する。

[0049]定電圧供給デバイスは、供給電圧ＶＣＣのための入力、および信号処理デバイスからの制御信号が印加される制御入力ＥＮを有しており、制御信号は、例えば供給電圧ＶＣＣの電位と接地電位の間で変化する。接地電位が印加されると、電流は、制御ループを通って、制御入力ＥＮに印加された接地または接地電位へ流れることができる。定電圧供給デバイスによって制御ループに印加される電圧は一定に維持される。

[0050]定電圧供給デバイスは、供給電圧ＶＣＣが制御ループに供給される出力電圧に極めて近い場合であっても、この出力電圧を調整することができる低ドロップアウト調整器であることが好ましい。

[0051]結合変圧器１４３の出力巻線のタッピングの数に応じて、利用可能な部分巻線の数を励起回路の数、例えば図１の３つの励起回路１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃよりも多くすることができる。この事例では、図１に記号で示されているように、利用可能な励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと利用可能な部分巻線の対応する選択との間の接続を選択的に確立するために、タッピング１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃ…の間に多方向タップセレクター１５０が配置され得る。それにより多方向タップセレクターを使用して、部分巻線の可変選択から励起回路１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃに供給され得る。これは、結合変圧器１４３の出力巻線のタッピングの対応するサブセットに選択的に結合するための３つのタップセレクターリンクＡ、Ｂ、Ｃを有する三方向タップセレクターを示す図２に概略的に示されている。図１および図２に示されている指示「ＴＨ」、「ＴＭ」および「ＴＬ」は、選択された励起回路１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃがそれぞれ高周波数、中間周波数および低周波数に同調されることを示している。

１４ 励起ユニット
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ 選択可能励起回路
１４０ チャネルセレクター
１４０Ａ 励起回路１４Ａのためのチャネルセレクターモジュール
１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃ 第１の半導体スイッチングデバイス
１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ 第２のスイッチングデバイス
１４３ 結合変圧器
１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃ 出力巻線の変圧器タッピング
１４３Ｔ 出力巻線の端子タッピング
１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃ 同調コンデンサ
２１ トランスミッタコイル
２１１、２１２ トランスミッタコイルの端子
Ｔ１、Ｔ２ 半導体スイッチングデバイスのＭＯＳ－ＦＥＴ
１５０ 多方向タップセレクター
Ｄ ドレイン端子
Ｓ ソース端子
Ｇ ゲート端子
Ｃ 制御入力端子

Claims (15)

1. 金属検出装置であって、
   トランスミッタコイル（２１）、第１のレシーバコイルおよび第２のレシーバコイルを含む平衡コイルシステムと、
   選択された動作周波数を有する入力信号によってエネルギーが供給される入力巻線、および複数のタッピング（１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃ、１４３Ｔ）を含む出力巻線を含む結合変圧器（１４３）であって、前記複数のタッピング（１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃ、１４３Ｔ）の中から選択可能な個々の対のタッピングが、選択された対のタッピング同士の間を延在する前記出力巻線の巻きからなる関連する部分巻線を画定している、結合変圧器（１４３）と、
   第１の複数の個別に選択可能な励起回路であって、前記複数の励起回路の各々が、複数の前記部分巻線のうちの関連する１つから前記トランスミッタコイル（２１）にエネルギーを供給するように構成され、かつ、関連する第１の制御信号に応答して関連する励起回路を開閉するように接続された関連する第１のスイッチングデバイスを含み、複数の前記第１のスイッチングデバイスの各々が半導体スイッチングデバイスである、第１の複数の個別に選択可能な励起回路と、
   第２の複数の個別に選択可能な同調コンデンサであって、前記複数の同調コンデンサの各々が、関連する第２の制御信号に応答して、前記トランスミッタコイル（２１）および関連する同調コンデンサを含む共振回路を開閉するように接続されたそれに関連する第２のスイッチングデバイスを有する、第２の複数の個別に選択可能な同調コンデンサと
   を備え、
   複数の前記第２のスイッチングデバイスの各々が電気機械式継電器スイッチングデバイスであることを特徴とする金属検出装置。
2. 部分巻線の数が励起回路の数より多く、前記励起回路と前記複数の部分巻線のうちの選択された部分巻線との間の接続を個別に確立するために、多方向タップセレクターが前記タッピング（１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃ、１４３Ｔ）と前記励起回路の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。
3. 前記電気機械式継電器スイッチングデバイスが、コンタクトが並列に接続された二重極として構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の金属検出装置。
4. 励起回路（１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃ）毎に、選択されると、前記結合変圧器（１４３）の二次コイルの関連する部分巻線が前記関連する第１の半導体スイッチングデバイス（１４１Ａ；１４１Ｂ；１４１Ｃ）によって前記トランスミッタコイル（２１）に直列または並列に接続されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の金属検出装置。
5. 励起回路（１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃ）毎に、選択されると、前記関連する同調コンデンサ（１４４Ａ；１４４Ｂ；１４４Ｃ）が前記関連する第２のスイッチングデバイス（１４２Ａ；１４２Ｂ；１４２Ｃ）によって前記トランスミッタコイル（２１）に直列または並列に接続されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の金属検出装置。
6. 励起回路（１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃ）毎に、選択されると、前記結合変圧器（１４３）の二次コイルの関連する部分巻線が前記関連する第１のスイッチングデバイス（１４１Ａ；１４１Ｂ；１４１Ｃ）によって、また、前記関連する同調コンデンサ（１４４Ａ；１４４Ｂ；１４４Ｃ）が前記関連する第２のスイッチングデバイス（１４２Ａ；１４２Ｂ；１４２Ｃ）によって、それぞれ前記トランスミッタコイル（２１）に並列に接続されること
   を特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の金属検出装置。
7. 前記複数の個別に選択可能な励起回路（１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃ）が並列に配置されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の金属検出装置。
8. 前記第１の制御信号および第２の制御信号が、前記第１のスイッチングデバイス（１４１Ａ；１４１Ｂ；１４１Ｃ）および前記第２のスイッチングデバイス（１４２Ａ；１４２Ｂ；１４２Ｃ）のうちの１つ毎に、光起電性ドライバなどの少なくとも１つの隔離されたドライバ（１４５Ａ、１４６Ａ）を備えるチャネルセレクター（１４０）によって生成され、前記少なくとも１つの隔離されたドライバ（１４５Ａ、１４６Ａ）を使用して、制御線が前記第１のスイッチングデバイス（１４１Ａ；１４１Ｂ；１４１Ｃ）および前記第２のスイッチングデバイス（１４２Ａ；１４２Ｂ；１４２Ｃ）の制御入力からガルバニック隔離されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の金属検出装置。
9. 前記第１のスイッチングデバイス（１４１Ａ；１４１Ｂ；１４１Ｃ）が双方向性ＭＯＳ－ＦＥＴユニットであることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の金属検出装置。
10. 個々の双方向性ＭＯＳ－ＦＥＴユニットが、ソース端子（Ｓ）、ドレイン端子（Ｄ）およびゲート端子（Ｇ）を個々に有する第１のＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｔ１）および第２のＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｔ２）を備え、前記ソース端子（Ｓ）が、一方では互いに接続され、また、他方では２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）の全く同じ第１の端子と接続され、前記２つのダイオードは、それぞれ、それらの第２の端子を使用して前記第１のＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｔ１）の前記ドレイン端子（Ｄ）または前記第２のＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｔ２）の前記ドレイン端子（Ｄ）にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項９に記載の金属検出装置。
11. それぞれ発光ダイオードに接続されている関連する選択可能励起回路（１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃ）の前記第１のスイッチングデバイス（１４１Ａ；１４１Ｂ；１４１Ｃ）および前記第２のスイッチングデバイス（１４２Ａ；１４２Ｂ；１４２Ｃ）にそれぞれ割り当てられた隔離されたドライバの入力線が直列に接続されること、および前記隔離されたドライバの出力線が、前記関連する選択可能励起回路（１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃ）の前記第１のスイッチングデバイス（１４１Ａ；１４１Ｂ；１４１Ｃ）および前記第２のスイッチングデバイス（１４２Ａ；１４２Ｂ；１４２Ｃ）の入力端子（Ｇ、Ｓ）にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項９または１０に記載の金属検出装置。
12. 前記隔離されたドライバの前記発光ダイオードが、制御抵抗と直列に接続され、したがって定電圧供給デバイスの出力に接続される制御ループを形成することを特徴とする請求項１１に記載の金属検出装置。
13. 前記定電圧供給デバイスが低ドロップアウト調整器であることを特徴とする請求項１２に記載の金属検出装置。
14. コンピュータシステムの中で実現された制御プログラムによって前記装置、詳細には前記入力信号を提供する周波数発生器および前記チャネルセレクター（１４０）を制御することができ、前記制御プログラムを使用して動作周波数および関連する励起回路（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）を選択することができることを特徴とする請求項８に記載の金属検出装置。
15. 前記制御プログラムが、運ばれた商品を測定するプロセス内で、動作周波数および前記関連する励起回路（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）が少なくとも２つの設定すなわち動作周波
    数の間で交互に変更される、すなわち調整されるように設計されることを特徴とする請求項１３に記載の金属検出装置。