JP6752131B2 - 金属検出装置 - Google Patents
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Description
が、この金属検出装置は送信機ユニット1を備えており、送信機ユニット1は、信号処理ユニット4の入力に接続されている第1のおよび第2の受信機コイル3、31、32に誘導結合される送信機コイル21に送信機信号を提供し、信号処理ユニット4は、信号プロセッサ42に接続された受信機ユニット41を備えている。送信機ユニット1は、動作周波数fTXを増幅器段12の入力に提供する周波数生成器11を備えており、増幅器段12の出力は、結合変圧器13を経由して、送信機コイル21に接続される。増幅器段12の出力は、第1のスイッチバンク14を経由して、第1のタッピング141、142、143に接続され、送信機コイル21は、第2のスイッチバンクを経由して、変圧器13の同じ変圧器巻線131の第2のタッピング151、152、153、154に接続される。変圧器巻線131は、第1のタッピング141、142、143と共通電位との間のn個の巻線コイルと、第2のタッピング151、152、153、154と共通電位との間のn+m個の巻線コイルとを有する。送信機コイル21は、q個の巻線コイルを有し、第4のスイッチバンク23を経由して、同調コンデンサ221、222、223またはそれらの組合せに接続され、よって、動作周波数fTXに同調される共振回路を形成する。変圧器巻線131の巻線コイルと送信機コイル21の巻線コイルとの比率(n+m)/qは、変圧器巻線131のインダクタンスが送信機コイル21のインダクタンスよりも少なくとも10倍高くなるように、選択される。
応答信号の位相検出のために、送信機13は、さらに、第1および第2のタッピング1321、1323とそれらの間に配置された中心タッピング1322とを有する、さらなる変圧器巻線132を備えている。第2の巻線132の両端に生じる電圧は、基準信号sREFとして信号プロセッサ42に与えられるが、この電圧は、製品Pおよび/または汚染物Cが平衡コイルシステム21、3を通過しないときに受信コイル3の両端に生じる信号に厳密に対応する。よって、基準信号sREFを用いると、製品Pまたは汚染物Cによって誘導され受信された信号の変化を、厳密に検出することが可能である。基準信号sREFは電力増幅器12の出力における送信機信号sTXに位相ロックされているので、応答信号における変化が、正確に検出され得る。
さらにまた、送信機コイルと同調コンデンサとで構成される共振回路を入力信号の周波数に同調させ適合させるオプションが制限される。よって、金属検出装置は、限定された範囲の動作周波数で動作する。
特に、縮小された歪みと向上された効率性と共に動作する金属検出装置が、作製されなければならない。
さらに、検出器ヘッドから離れて配置することが可能で、より長い接続ケーブルを経由して検出器ヘッドに接続可能な増幅器段を、提供することが望ましい。
さらに、回路の他の部分とより高精度で同調させ適合させることが可能な少なくとも1つ検出器ヘッドを有する金属検出装置を作製することが望ましい。
金属検出装置は、周波数生成器を有する送信機ユニットを備えており、この周波数生成器は、選択可能な動作周波数を有する入力信号を増幅器段の入力に提供し、増幅器段の出力は、結合変圧器を経由して、第1および第2の受信機コイルに結合された送信機コイルに接続され、第1および第2の受信機コイルは、信号プロセッサに接続された受信機ユニットを含む信号処理ユニットに接続されている。
増幅器段は、2つのウィングを用いて設定され得るのであるが、これら2つのウィングは、同一に動作し、駆動信号を、高い効率性と低い歪みで、第1および第2の巻線という形態を有するほぼ同一の負荷に届けることができる。対称性のために、より低コストでありながら改善された仕様を有するトランジスタおよび抵抗などの同一の電子素子を選択することができる。増幅器段において生じる歪みは、A級増幅器で生じる歪みと同等であるが、他方で、効率は、少なくともAB級増幅器の範囲にある。
さらに、選択された第1および第2のタッピングに送られる第1および第2のパワートランジスタのコレクタにおける信号は、信号処理ユニットにおいて、高精度の基準信号として効果的に用いられ得る。したがって、結合変圧器における追加的な巻線が回避される。
結合変圧器13の第3の巻線13Cは、複数のタッピング150、151、152、153、154を備えている。送信機コイル21の第1の端部は、タッピング150に固定的に接続され、送信機コイル21の第2の端部は、結合変圧器13の第3の巻線13Cの他のタッピング151、152、153、154のうちの1つに、第3のスイッチ15を経由して、選択的に接続可能である。一次巻線13A、13Bと二次巻線13Cとを用いることにより、変圧器13の第1および第2の巻線13A、13B、13Cのインダクタンスと送信機コイル21の反射インダクタンスとの比率を、図1のシステムと比較するとより広い範囲のタップ組合せで、精細に選択可能であり、増幅器と送信機コイル21との間の最適なインピーダンス整合が提供される。
本願発明の実施例には、以下の各発明が含まれるが、これに限定されない:
[発明1]
送信機ユニット(1)を有する金属検出装置であって、前記送信機ユニット(1)は、選択可能な動作周波数(fTX)を有する入力信号(sIN)を増幅器段(12)の入力に提供する周波数生成器(11)を備えており、前記増幅器段(12)の出力は、結合変圧器(13)を経由して、第1および第2の受信機コイル(3;31、32)に結合された送信機コイル(21)に接続され、前記第1および第2の受信機コイルは、信号プロセッサ(42)に接続された受信機ユニット(41)を備えた信号処理ユニット(4)に接続されている、金属検出装置において、
前記結合変圧器(13)は、前記増幅器段(12)の前記出力に接続された第1の巻線(13A)および第2の巻線(13B)と、前記送信機コイル(21)に接続された第3の巻線(13C)とを備えており、
前記第1および第2の巻線(13A、13B)は、電源電圧(+Ub)への第1の端部に接続され、前記第1の端部からカウントして同じ巻数において、少なくとも1つのタッピング(141、142、143、144;141’、142’、143’、144’)をそれぞれが有しており、
前記増幅器段(12)は、前記第1の巻線(13A)の前記少なくとも1つのタッピング(141、142、143、144)に接続された第1のパワートランジスタ(T)を有する第1の増幅ウィング(12A)と、前記第2の巻線(13B)の前記少なくとも1つのタッピング(141’、142’、143’、144’)に接続された第2のパワートランジスタ(T’)を有する第2の増幅ウィング(12B)とを備えており、前記第1の増幅ウィング(12A)は、前記入力信号(sIN)の第1の半波を増幅し、前記第2の増幅ウィング(12B)は、前記入力信号(sIN)の第2の半波を増幅する、ことを特徴とする金属検出装置。
[発明2]
前記第1および第2の巻線(13A、13B)は、同一の巻数を備えており、前記それぞれの第1および第2のタッピング(141、141’;142、142’;143、143’;144、144’)は、同一の巻数の前記第1および第2の巻線(13A、13B)に接続されており、前記第1および第2のパワートランジスタ(T、T’)は、関係する第1または第2のスイッチ(14A、14B)を経由して、それぞれの第1または第2のタッピング(141、141’;142、142’;143、143’;144、144’)に接続可能である、発明1に記載の金属検出装置。
[発明3]
前記第1および第2のパワートランジスタ(T、T’)のコレクタは、前記第1または第2のスイッチ(14A、14B)を経由して、前記それぞれの第1または第2のタッピング(141、141’;142、142’;143、143’;144、144’)に接続可能であり、前記第1の巻線(13A)の前記第1の端部と前記第2の巻線(13B)の前記第1の端部とは、第1の電源電圧(+Ub)に接続され、前記第1の巻線(13A)と前記第2の巻線(13B)とは、逆の向きの巻線を有する、発明2に記載の金属検出装置。
[発明4]
前記増幅器段(12)は第1のハウジングに配設され、前記結合変圧器(13)は第2のハウジングに配設され、前記第1および第2のパワートランジスタ(T、T’)の前記コレクタならびに前記第1および第2のスイッチ(14A、14B)は、それぞれが、送信機ケーブル(TC)を経由して接続されている、発明1、2、または3に記載の金属検出装置。
[発明5]
前記第1のパワートランジスタ(T)の前記コレクタは、前記第1の巻線(13A)を経由して、前記第1の電源電圧(+Ub)に接続され、前記第1のパワートランジスタ(T)のエミッタは、第1のエミッタ抵抗(R7)を経由して、第2の電源電圧(−Ub)
に接続され、前記第2のパワートランジスタ(T’)の前記コレクタは、前記第2の巻線(13B)を経由して、前記第1の電源電圧(+Ub)に接続され、前記第2のパワートランジスタ(T’)のエミッタは、第2のエミッタ抵抗(R7’)を経由して、前記第2の電源電圧(−Ub)に接続され、前記第1および第2のパワートランジスタのベースには、同一のバイアス電圧を用いて、対応する抵抗ネットワーク(R5、R6、R7;R5’、R6’、R7’)が提供されている、発明3または4に記載の金属検出装置。
[発明6]
前記第1の増幅ウィング(12A)は、反転入力と、非反転入力と、前記第1のパワートランジスタ(T)のベースに接続された出力とを有する第1の増幅ユニット(OA)を備えており、前記第2の増幅ウィング(12B)は、反転入力と、非反転入力と、前記第2のパワートランジスタ(T’)のベースに接続された出力とを有する第2の増幅ユニット(OA’)を備えており、前記第1の増幅ユニット(OA)の前記非反転入力と前記第2の増幅ユニット(OA’)の前記反転入力とは、相互に接続され、前記入力信号(sIN)は、前記第1の増幅ユニット(OA)の前記反転入力と前記第2の増幅ユニット(OA’)の前記非反転入力とに、前記入力信号(sIN)が前記第1の増幅ユニット(OA)において反転されるように、印加される、発明3、4、または5に記載の金属検出装置。
[発明7]
前記第1の増幅ユニット(OA)の前記非反転入力は、第1の抵抗(R2)を経由して、前記第2の増幅ユニット(OA’)の前記反転入力は、第2の抵抗(R1’)を経由して、前記第2の電源電圧(−Ub)の半分に相当する電圧電位に接続されている、発明3から6のうちの一項に記載の金属検出装置。
[発明8]
前記第1および第2のパワートランジスタ(T、T’)の前記コレクタ、または、前記選択された第1および第2のタッピング(141、141’;142、142’;143、143’;144、144’)は、信号処理ユニット(4)の基準入力に接続されている、発明3から7のうちの一項に記載の金属検出装置。
[発明9]
前記第1および第2の巻線(13A、13B)は前記結合変圧器(13)の一次巻線であり、前記第3の巻線(13C)は前記結合変圧器(13)の二次巻線である、発明1から8のうちの一項に記載の金属検出装置。
[発明10]
前記結合変圧器(13)の前記第3の巻線(13C)は複数のタッピング(150、151、152、153、154)を備え、前記送信機コイル(21)の前記第1の端部は、前記第3の巻線(13C)の前記タッピング(150)の1つに接続され、前記送信機コイル(21)の前記第2の端部は、第3のスイッチ(15)を経由して、前記第3の巻線(13C)の他のタッピング(151、152、153、154)のうちの1つに選択的に接続可能である、発明1から9のうちの一項に記載の金属検出装置。
[発明11]
1つまたは複数の同調コンデンサ(221、222、223)が提供されており、前記送信機コイル(21)の前記第1の端部は、第3のスイッチを経由して、前記同調コンデンサ(221、222、223)のうちの1つの一方の側に選択的に接続可能であり、前記送信機コイル(21)の前記第2の端部は、直接的に、または、前記第3の巻線(13C)の一部を経由して、前記同調コンデンサ(221、222、223)のうちの1つの他方の側に接続されている、発明1から10のうちの一項に記載の金属検出装置。
[発明12]
前記周波数生成器(11)は、好ましくは25kHzから850kHzの範囲において2つまたはそれより多くの動作周波数(fTX)の選択を許容する、発明1から11のうちの一項に記載の金属検出装置。
[発明13]
前記結合変圧器(13)の前記第1および第2の巻線(13A、13B)の反射されたインダクタンスの比率は、増幅器(12)と前記送信機コイル(21)との間の最適なインピーダンス整合を提供するために、最低の動作周波数における少なくとも50通りのタップ組合せで選択可能である、発明1から12のうちの一項に記載の金属検出装置。
[発明14]
前記パワートランジスタ(T、T’)はNPNトランジスタである、発明1から13のうちの一項に記載の金属検出装置。
3、31、32 受信機コイル
4 信号処理ユニット
5 制御ユニット
8 コンベア
11 周波数生成器
12 増幅器段
12A 第1の増幅ウィング
12B 第2の増幅ウィング
13 結合変圧器
13A 第1の巻線
13B 第2の巻線
13C 第3の巻線
14、15、23 スイッチ、スイッチバンク
14A 第1のスイッチ
14B 第2のスイッチ
21 送信機コイル
41 受信機ユニット
42 信号プロセッサ
51、52A、52B、53、54 制御ライン、制御バス
131、132 変圧器巻線
140、141、142、143、144 タッピング
141’、142’、143’、144’ タッピング
150、151、152、153、154 タッピング
221、222、223 同調コンデンサ
fTX 動作周波数
sIN 入力信号
T、T’ パワートランジスタ
TC 送信機ケーブル
OA、OA’ 増幅ユニット
R1〜R7、R1’〜R7’ 抵抗
Claims (14)
- 送信機ユニット(1)を有する金属検出装置であって、前記送信機ユニット(1)は、選択可能な動作周波数(fTX)を有する入力信号(sIN)を増幅器段(12)の入力に提供する周波数生成器(11)を備えており、前記増幅器段(12)の出力は、結合変圧器(13)を経由して、第1および第2の受信機コイル(3;31、32)に結合された送信機コイル(21)に接続され、前記第1および第2の受信機コイルは、信号プロセッサ(42)に接続された受信機ユニット(41)を備えた信号処理ユニット(4)に接続されている、金属検出装置において、
前記結合変圧器(13)は、前記増幅器段(12)の前記出力に接続された第1の巻線(13A)および第2の巻線(13B)と、前記送信機コイル(21)に接続された第3の巻線(13C)とを備えており、
前記第1および第2の巻線(13A、13B)は、電源電圧(+Ub)への第1の端部に接続され、前記第1の端部からカウントして同じ巻数において、少なくとも1つのタッピング(141、142、143、144;141’、142’、143’、144’)をそれぞれが有しており、
前記増幅器段(12)は、前記第1の巻線(13A)の前記少なくとも1つのタッピング(141、142、143、144)に接続された第1のパワートランジスタ(T)を有する第1の増幅ウィング(12A)と、前記第2の巻線(13B)の前記少なくとも1つのタッピング(141’、142’、143’、144’)に接続された第2のパワートランジスタ(T’)を有する第2の増幅ウィング(12B)とを備えており、前記第1の増幅ウィング(12A)は、前記入力信号(sIN)の第1の半波を増幅し、前記第2の増幅ウィング(12B)は、前記入力信号(sIN)の第2の半波を増幅する、ことを特徴とする金属検出装置。 - 前記第1および第2の巻線(13A、13B)は、同一の巻数を備えており、前記それぞれの第1および第2のタッピング(141、141’;142、142’;143、143’;144、144’)は、同一の巻数の前記第1および第2の巻線(13A、13B)に接続されており、前記第1および第2のパワートランジスタ(T、T’)は、関係する第1または第2のスイッチ(14A、14B)を経由して、それぞれの第1または第2のタッピング(141、141’;142、142’;143、143’;144、144’)に接続可能である、請求項1に記載の金属検出装置。
- 前記第1および第2のパワートランジスタ(T、T’)のコレクタは、前記第1または第2のスイッチ(14A、14B)を経由して、前記それぞれの第1または第2のタッピング(141、141’;142、142’;143、143’;144、144’)に接続可能であり、前記第1の巻線(13A)の前記第1の端部と前記第2の巻線(13B)の前記第1の端部とは、第1の電源電圧(+Ub)に接続され、前記第1の巻線(13A)と前記第2の巻線(13B)とは、逆の向きの巻線を有する、請求項2に記載の金属検出装置。
- 前記増幅器段(12)は第1のハウジングに配設され、前記結合変圧器(13)は第2のハウジングに配設され、前記第1および第2のパワートランジスタ(T、T’)のコレクタならびに第1および第2のスイッチ(14A、14B)は、それぞれが、送信機ケーブル(TC)を経由して接続されている、請求項1、2、または3に記載の金属検出装置。
- 前記第1のパワートランジスタ(T)のコレクタは、前記第1の巻線(13A)を経由して、第1の電源電圧(+Ub)に接続され、前記第1のパワートランジスタ(T)のエミッタは、第1のエミッタ抵抗(R7)を経由して、第2の電源電圧(−Ub)
に接続され、前記第2のパワートランジスタ(T’)のコレクタは、前記第2の巻線(13B)を経由して、前記第1の電源電圧(+Ub)に接続され、前記第2のパワートランジスタ(T’)のエミッタは、第2のエミッタ抵抗(R7’)を経由して、前記第2の電源電圧(−Ub)に接続され、前記第1および第2のパワートランジスタのベースには、同一のバイアス電圧を用いて、対応する抵抗ネットワーク(R5、R6、R7;R5’、R6’、R7’)が提供されている、請求項3または4に記載の金属検出装置。 - 前記第1の増幅ウィング(12A)は、反転入力と、非反転入力と、前記第1のパワートランジスタ(T)のベースに接続された出力とを有する第1の増幅ユニット(OA)を備えており、前記第2の増幅ウィング(12B)は、反転入力と、非反転入力と、前記第2のパワートランジスタ(T’)のベースに接続された出力とを有する第2の増幅ユニット(OA’)を備えており、前記第1の増幅ユニット(OA)の前記非反転入力と前記第2の増幅ユニット(OA’)の前記反転入力とは、相互に接続され、前記入力信号(sIN)は、前記第1の増幅ユニット(OA)の前記反転入力と前記第2の増幅ユニット(OA’)の前記非反転入力とに、前記入力信号(sIN)が前記第1の増幅ユニット(OA)において反転されるように、印加される、請求項3、4、または5に記載の金属検出装置。
- 前記第1の増幅ユニット(OA)の前記非反転入力は、第1の抵抗(R2)を経由して、前記第2の増幅ユニット(OA’)の前記反転入力は、第2の抵抗(R1’)を経由して、第2の電源電圧(−Ub)の半分に相当する電圧電位に接続されている、請求項6に記載の金属検出装置。
- 前記第1および第2のパワートランジスタ(T、T’)のコレクタ、または、前記選択された第1および第2のタッピング(141、141’;142、142’;143、143’;144、144’)は、信号処理ユニット(4)の基準入力に接続されている、請求項3から7のうちの一項に記載の金属検出装置。
- 前記第1および第2の巻線(13A、13B)は前記結合変圧器(13)の一次巻線であり、前記第3の巻線(13C)は前記結合変圧器(13)の二次巻線である、請求項1から8のうちの一項に記載の金属検出装置。
- 前記結合変圧器(13)の前記第3の巻線(13C)は複数のタッピング(150、151、152、153、154)を備え、前記送信機コイル(21)の第1の端部は、前記第3の巻線(13C)の前記タッピング(150)の1つに接続され、前記送信機コイル(21)の第2の端部は、第3のスイッチ(15)を経由して、前記第3の巻線(13C)の他のタッピング(151、152、153、154)のうちの1つに選択的に接続可能である、請求項1から9のうちの一項に記載の金属検出装置。
- 1つまたは複数の同調コンデンサ(221、222、223)が提供されており、前記送信機コイル(21)の第1の端部は、第4のスイッチ(23)を経由して、前記同調コンデンサ(221、222、223)のうちの1つの一方の側に選択的に接続可能であり、前記送信機コイル(21)の第2の端部は、直接的に、または、前記第3の巻線(13C)の一部を経由して、前記同調コンデンサ(221、222、223)のうちの1つの他方の側に接続されている、請求項1から10のうちの一項に記載の金属検出装置。
- 前記周波数生成器(11)は、好ましくは25kHzから850kHzの範囲において2つまたはそれより多くの動作周波数(fTX)の選択を許容する、請求項1から11のうちの一項に記載の金属検出装置。
- 前記結合変圧器(13)の前記第1および第2の巻線(13A、13B)の反射されたインダクタンスの比率は、増幅器(12)と前記送信機コイル(21)との間の最適なインピーダンス整合を提供するために、最低の動作周波数における少なくとも50通りのタップ組合せで選択可能である、請求項1から12のうちの一項に記載の金属検出装置。
- 前記パワートランジスタ(T、T’)はNPNトランジスタである、請求項1から13のうちの一項に記載の金属検出装置。
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