WO2013087283A2

WO2013087283A2 - Metallsensor

Info

Publication number: WO2013087283A2
Application number: PCT/EP2012/071565
Authority: WO
Inventors: Andrej Albrecht; Tobias Zibold
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-06-20
Also published as: CN103975254A; WO2013087283A3; US9638823B2; DE102011088406A1; US20140340088A1

Abstract

Ein Metallsensor umfasst eine Primärspule, die in einer ersten Ebene angeordnet ist, eine erste Kompensationsspule, die in einer zweiten Ebene angeordnet ist, eine zweite Kompensationsspule, die in einer dritten Ebene angeordnet ist, und einen Magnetfeldsensor, der in einer vierten Ebene angeordnet ist. Dabei sind die erste Ebene, die zweite Ebene, die dritte Ebene und die vierte Ebene parallel zueinander und jeweils senkrecht zu einer gemeinsamen z-Richtung orientiert.

Description

Beschreibung

Titel

Metallsensor Die Erfindung betrifft einen Metallsensor gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Metallsensors gemäß Patentanspruch 10.

Stand der Technik Metallsensoren zum Auffinden von metallischen oder anderen magnetisierbaren

Objekten in Wänden, Böden oder im Erdreich verwenden Spulen zur Anregung von Magnetfeldern sowie zum Messen von Änderungen des magnetischen Flusses. Objekte werden dadurch erkannt, dass die gemessenen Flussänderungen sich unterscheiden, je nachdem, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht. Die ge- messene Flussänderung ist zum Teil direkte Folge des anregenden Magnetfelds, sowie zum Teil Folge eines vom Objekt ausgehenden sekundären Magnetfelds. Das vom Objekt ausgehende sekundäre Magnetfeld ist in der Regel eine Folge des anregenden Magnetfelds. Es sind spulenbasierte Metallsensoren bekannt, die eine Entfernung detektierter

Objekte abschätzen können. Solche Geräte arbeiten im Stand der Technik nach dem Pulsinduktionsverfahren und schätzen die Entfernung aus dem Abklingverhalten der gemessenen Flussänderung ab. Diese Schätzung hängt allerdings von den Materialeigenschaften des Objektes und vom Durchmesser des Objekts ab.

Aus der zum Anmeldetag unveröffentlichten Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2010 043 078.1 ist ein Metallsensor mit zwei Spulen und einem Magnetfeldsensor bekannt. Dabei sind die Spulen derart angeordnet, dass sie am Ort eines aufzufindenden Objekts ein hohes Magnetfeld erzeugen, sich die

Felder der einzelnen Spulen bei Abwesenheit eines detektierbaren Objekts am Ort des Magnetfeldsensors jedoch gegenseitig kompensieren. Bei Anwesenheit eines detektierbaren Objekts bewirkt das vom Objekt ausgehende Sekundärfeld am Ort des Magnetfeldsensors ein nicht-verschwindendes Magnetfeld, das durch den Magnetfeldsensor detektiert werden kann. Hierdurch ergibt sich ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis. Eine Abschätzung der Entfernung des zu detektie- renden Objektes ist jedoch nicht möglich.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen weiter verbesserten Metallsensor bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Metallsensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben des Metallsensors anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messgerät mit einem verbesserten Metallsensor bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Messgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßer Metallsensor umfasst eine Primärspule, die in einer ersten Ebene angeordnet ist, eine erste Kompensationsspule, die in einer zweiten Ebene angeordnet ist, eine zweite Kompensationsspule, die in einer dritten Ebene angeordnet ist, und einen Magnetfeldsensor, der in einer vierten Ebene angeordnet ist. Dabei sind die erste Ebene, die zweite Ebene, die dritte Ebene und die vierte Ebene parallel zueinander und jeweils senkrecht zu einer gemeinsamen z- Richtung orientiert. Vorteilhafterweise gestattet dieser Metallsensor nicht nur eine Detektion eines Vorhandenseins eines metallischen oder magnetisierbaren Objekts, sondern auch eine Abschätzung von dessen Entfernung.

Eine einfache Ausführungsform des Metallsensors ergibt sich, wenn die Primärspule, die erste Kompensationsspule und die zweite Kompensationsspule kreisförmig ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind. Vorteilhafterweise überlagern sich die durch die verschiedenen Spulen erzeugten Magnetfelder dann in übersichtlicher und einfach zu beherrschender Weise. In einer Ausführungsform des Metallsensors ist die dritte Ebene identisch mit der ersten Ebene oder der zweiten Ebene. Vorteilhafterweise ergibt sich daraus eine kompakte und einfache Ausführung des Metallsensors.

In einer anderen Ausführungsform des Metallsensors ist die vierte Ebene identisch mit der ersten Ebene, der zweiten Ebene oder der dritten Ebene. Vorteilhafterweise ermöglicht auch dies eine kompakte und einfache Ausführung des Metallsensors.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Metallsensors weisen die dritte Ebene und die vierte Ebene einen ersten Abstand von weniger als 2 mm voneinander auf. Dabei ist die vierte Ebene zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene angeordnet und von der ersten Ebene und von der zweiten Ebene jeweils etwa gleich weit beabstandet, bevorzugt um ebenfalls weniger als 2 mm. Außerdem weisen die Primärspule und die erste Kompensationsspule einen etwa identischen Durchmesser und eine etwa identische Windungszahl auf. Dabei unterscheiden sich die Durchmesser um nicht mehr als 5 %. Die Windungszahlen unterscheiden sich um nicht mehr als 10 %. Ferner ist die Primärspule mit einem ersten Strom, die erste Kompensationsspule mit einem zweiten Strom und die dritte Kompensationsspule mit einem dritten Strom beaufschlagbar, wobei der erste Strom, der zweite Strom und der dritte Strom etwa identische Absolutwerte aufweisen. Ferner weist die zweite Kompensationsspule eine Windungszahl auf, die einen Bruchteil (z.B. ein Viertel) der Windungszahl der Primärspule beträgt. Außerdem weist die zweite Kompensationsspule einen Durchmesser auf, der sich um einen kleinen Korrekturwert von demselben Bruchteil (z.B. einem Viertel) des Durchmessers der Primärspule unterscheidet. Vorteilhafterweise ergibt sich dann für eine Überlagerung der Magnetfelder der Primärspule und der ersten Kompensationsspule am Ort des Magnetfeldsensors eine Nullstelle erster Ordnung und für eine Überlagerung der Magnetfelder der Primärspule und der Kompensationsspule am Ort des Magnetfeldsensors eine Nullstelle zweiter Ordnung. Vorteilhafterweise ist der Metallsensor dann sehr unempfindlich gegen Fertigungstoleranzen und kleine Fehlpositionierungen der Komponenten des Metallsensors. Bevorzugt können die Primärspule und die erste Kompensationsspule derart bestromt werden, dass ein erstes Magnetfeld erzeugt wird, das in der Ferne quadrupolförmigen Charakter aufweist, wobei eine Komponente des ersten Magnetfelds in z-Richtung am Ort des Magnetfeldsensors näherungsweise verschwindet, falls sich kein magnetisierbares Objekt in der Umgebung des Metallsensors befindet. Vorteilhafterweise weist das erste Magnetfeld dann eine von der vierten Potenz des Abstands abhängige Amplitude auf.

Ebenfalls zweckmäßig ist, dass die Primärspule und die zweite Kompensationsspule derart bestromt werden können, dass ein zweites Magnetfeld erzeugt wird, das in der Ferne dipolförmigen Charakter aufweist, wobei eine Komponente des zweiten Magnetfelds in z-Richtung am Ort des Magnetfeldsensors näherungsweise verschwindet, falls sich kein magnetisierbares Objekt in der Umgebung des Metallsensors befindet. Vorteilhafterweise weist das zweite Magnetfeld dann eine von der dritten Potenz des Abstands abhängige Amplitude auf.

In einer Ausführungsform des Metallsensors sind die Primärspule, die erste Kompensationsspule und die zweite Kompensationsspule seriell verschaltet. Vorteilhafterweise ist dadurch sichergestellt, dass alle Spulen zu jedem Zeitpunkt von einem Spulenstrom gleicher Stärke durchflössen werden.

In einer Weiterbildung des Metallsensors ist ein Gegentaktregler zum Ansteuern der Primärspule, der ersten Kompensationsspule und/oder der zweiten Kompensationsspule vorgesehen. Vorteilhafterweise weist ein Gegentaktregler eine hohe Dynamik über einen großen Feldbereich sowie einen hohen Signal-Rausch- Abstand auf.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Metallsensors der vorgenannten Art umfasst Schritte zum Bestromen der Primärspule und der ersten Kompensationsspule während eines ersten Zeitintervalls und zum Bestromen der Primärspule und der zweiten Kompensationsspule während eines zweiten Zeitintervalls. Vorteilhafterweise gestattet ein Vergleich des vom zu detektierenden Objekts ausgehenden sekundären Magnetfelds während des ersten Zeitintervalls und während des zweiten Zeitintervalls dann eine Abschätzung der Entfernung des zu detektierenden Objekts vom Metallsensor. Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Magnetfeldsensors;

Fig. 2 eine Ortsabhängigkeit von durch den Metallsensor erzeugten Magnetfel- dem;

Fig. 3 eine Vergrößerung des Magnetfeldverlaufs am Ort eines Magnetfeldsensors; Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Gegentaktreglers; und

Fig. 5 eine Ansicht eines Messgeräts.

Fig. 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Metallsensors 100. Der Metall- sensor dient zum Auffinden von metallischen oder magnetisierbaren Objekten in

Wänden, Böden oder im Erdreich.

Der Metallsensor 100 umfasst eine Primärspule 1 10, eine große Kompensationsspule 120, eine kleine Kompensationsspule 130 und einen Magnetfeldsensor 140. Die Primärspule 1 10 ist in einer ersten Ebene 1 15 angeordnet. Die große

Kompensationsspule 120 ist in einer zweiten Ebene 125 angeordnet. Die kleine Kompensationsspule 130 ist in einer dritten Ebene 135 angeordnet. Der Magnetfeldsensor 140 ist in einer vierten Ebene 145 angeordnet. Die erste Ebene 1 15, die zweite Ebene 125, die dritte Ebene 135 und die vierte Ebene 145 sind jeweils parallel zueinander und senkrecht zu einer gemeinsamen z-Richtung 105 orientiert.

Im in Figur 1 dargestellten Beispiel sind die Primärspule 1 10, die große Kompensationsspule 120 und die kleine Kompensationsspule 130 als planare Spulen ausgebildet, die jeweils vollständig in ihrer jeweiligen Ebene 1 15, 125, 135 angeordnet sind. Die Spulen 1 10, 120, 130 können in z-Richtung 105 jedoch auch endliche Höhen aufweisen. In diesem Fall entsprechen die Ebenen 1 15, 125, 135 Mittenebenen der jeweiligen Spulen 1 10, 120, 130 in z-Richtung 105. Die Primärspule 1 10 ist dann beispielsweise so angeordnet, dass eine senkrecht zur z- Richtung 105 orientierte Mittenebene mit der ersten Ebene 1 15 zusammenfällt. Entsprechendes gilt für die große Kompensationsspule 120 und die kleine Kompensationsspule 130.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Primärspule 1 10, die gro- ße Kompensationsspule 120 und die kleine Kompensationsspule 130 jeweils kreisförmig ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet. Der Magnetfeldsensor 140 befindet sich auf der gemeinsamen Symmetrieachse der Spulen 1 10, 120, 130. Die Primärspule 1 10, die große Kompensationsspule 120 und die kleine Kompensationsspule 130 könnten jedoch auch anders als kreisförmig, bei- spielsweise rechteckig, ausgebildet sein. Außerdem könnten die Primärspule

1 10, die große Kompensationsspule 120 und die kleine Kompensationsspule 130 auch anders als koaxial angeordnet sein.

Der Magnetfeldsensor 140 kann beispielsweise ein Hallsensor, ein AMR- oder ein GMR-Sensor oder ein SQUID sein. Der Magnetfeldsensor 140 ist so orientiert, dass er insbesondere in z-Richtung 105 orientierte Magnetfelder mit hoher Genauigkeit detektieren kann.

Die erste Ebene 1 15 und die vierte Ebene 145 weisen einen ersten Abstand 150 voneinander auf. Die zweite Ebene 125 und die vierte Ebene 145 weisen einen zweiten Abstand 151 voneinander auf. Die dritte Ebene 135 und die vierte Ebene 145 weisen einen dritten Abstand 152 voneinander auf. Die Abstände zwischen zwei benachbarten Ebenen 1 15, 125, 135, 145 betragen bevorzugt jeweils weniger als 2 mm. Die Primärspule 1 10 weist einen Durchmesser D und eine Win- dungszahl W auf. Die große Kompensationsspule 120 weist einen Durchmesser

D' und eine Windungszahl W auf. Die kleine Kompensationsspule 130 weist einen Durchmesser d und eine Windungszahl w auf. Die Spulendurchmesser D, D', d können jeweils einige Zentimeter betragen. Die Windungszahlen W, W, w können typischerweise einige zehn bis einige hundert Windungen betragen.

Jede der Spulen 1 10, 120, 130 kann mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen beispielsweise einigen 100 Hz und einigen 100 kHz beaufschlagt werden. Der Wechselstrom kann dabei beispielsweise einen sinusförmigen, rechteckförmigen oder dreieckförmigen Verlauf haben. Jede der Spu- len 1 10, 120, 130 erzeugt dabei ein magnetisches Wechselfeld mit in führender

Multipolordnung dipolförmigem Charakter. Werden zwei der drei Spulen 1 10, 120, 130 gleichzeitig bestromt, so überlagern sich die jeweiligen Magnetfelder. Zweckmäßigerweise werden die Spulen 1 10, 120, 130 dabei mit Wechselströmen derselben Frequenz, dem gleichen Stromverlauf und gleicher Phase versorgt.

Die große Kompensationsspule 120 und die kleine Kompensationsspule 130 werden so bestromt, dass die von ihnen erzeugten Magnetfelder jeweils dem durch die Primärspule 1 10 erzeugten Magnetfeld entgegengerichtet sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die große Kompensationsspule 120 und die kleine Kompensationsspule 130 jeweils einen Wicklungssinn aufweisen, der dem Wicklungssinn der Primärspule 1 10 entgegengesetzt ist. Alternativ können die große Kompensationsspule 120 und die kleine Kompensationsspule 130 gegenüber der Primärspule 1 10 mit einem Strom umgekehrten Vorzeichens versorgt werden.

Die Lage der Ebenen 1 15, 125, 135, 145, ihre Abstände 150, 151 , 152, die Spulendurchmesser D, D' und d, die Windungszahlen W, W', w der Spulen 1 10, 120, 130, sowie die Amplituden der durch die Spulen 1 10, 120, 130 fließenden Ströme werden so gewählt, dass bei Betrieb der Primärspule 1 10 und der großen Kompensationsspule 120 bzw. der Primärspule 1 10 und der kleinen Kompensationsspule 130 sich jeweils ein Gesamtmagnetfeld ergibt, dessen Magnetfeldkomponente in z-Richtung 105 am Ort des Magnetfeldsensors 140 verschwindet, wenn sich kein magnetisierbares Objekt in der Umgebung des Metallsensors 100 befindet. Dies lässt sich besonders einfach erreichen, wenn die durch die Spulen 1 10, 120, 130 fließenden Ströme (I, Γ, I") identische Absolutwerte aufweisen, da dann eine serielle Verschaltung der Spulen 1 10, 120, 130 möglich ist (Γ = I" = -I).

Die genannten Parameter werden ferner so bestimmt, dass bei einem Betrieb der Primärspule 1 10 und der großen Kompensationsspule 120 sich die entstehenden Magnetfelder so überlagern, dass das Gesamtmagnetfeld in der Ferne quadrupolförmigen Charakter aufweist. Die Parameter werden außerdem so festgelegt, dass bei einem Betrieb der Primärspule 1 10 und der kleinen Kompensationsspule 130 die erzeugten Magnetfelder sich zu einem Gesamtmagnetfeld überlagern, das in der Ferne dipolförmigen Charakter aufweist. Diese Gesamtmagnetfelder werden nachfolgend jeweils als Primärfeld bezeichnet. Die Amplitude des Dipolfeldes (des dipolförmigen Primärfeldes) nimmt mit der dritten Po- tenz des Abstandes ab. Die Amplitude des Quadrupolfeldes (des

quadrupolförmigen Primärfeldes) nimmt mit der vierten Potenz des Abstands ab.

Das von einem zu detektierenden Objekt ausgehende, durch das Primärfeld an- geregte Sekundärfeld hängt in seiner Amplitude von der Amplitude des Primärfelds am Ort des Objekts ab, nicht jedoch von Eigenschaften des zu detektierenden Objekts. Hieraus ergibt sich, dass ein aus der Sekundärfeldamplitude bei Anregung durch das Dipolfeld und der Sekundärfeldamplitude bei Anregung durch das Quadrupolfeld gebildeter Quotient proportional zum Abstand des zu detektie- renden Objekts vom Metallsensor 100 ist. Aus einer Messung dieses Quotienten lässt sich somit auf den Abstand des zu detektierenden Objekts zurückschließen.

Die oben genannten Spulenparameter können beispielsweise so gewählt werden, dass die dritte Ebene 135 mit der ersten Ebene 1 15 oder mit der zweiten Ebene 125 identisch ist. Außerdem kann die vierte Ebene 145 mit der ersten

Ebene 1 15, der zweiten Ebene 125 oder der dritten Ebene 135 identisch sein.

Eine besonders günstige Parameterwahl ergibt sich jedoch, wenn der dritte Abstand 152 zwischen der dritten Ebene 135 und der vierten Ebene 145 klein (be- vorzugt kleiner als 2 mm) aber ungleich Null ist, der erste Abstand 150 und der zweite Abstand 151 etwa gleich groß sind (bevorzugt ebenfalls kleiner als 2 mm), der Durchmesser D der Primärspule 1 10 dem Durchmesser D' der großen Kompensationsspule 120 entspricht, die Windungszahl W der Primärspule 1 10 gleich der Windungszahl W der großen Kompensationsspule 120 ist, die Windungszahl w der kleinen Kompensationsspule 130 einen Bruchteil (z.B. ein Viertel) der Windungszahl W der Primärspule 1 10 beträgt und sich der Durchmesser d der kleinen Kompensationsspule 130 von demselben Bruchteil (z.B. einem Viertel) des Durchmessers D der Primärspule 1 10 um einen kleinen Korrekturwert, der einfach numerisch bestimmt werden kann, unterscheidet. Dabei werden alle Spulen 1 10, 120, 130 mit einem Spulenstrom gleicher Amplitude bestromt. Der Durchmesser D der Primärspule 1 10 und der Durchmesser D' der großen Kompensationsspule 120 sollten sich bevorzugt um nicht mehr als 5 % voneinander unterscheiden. Die Windungszahl W der Primärspule 1 10 sollte sich bevorzugt um nicht mehr als 10 % von der Windungszahl W der großen Kompensationsspule 120 unterscheiden. Fig. 2 zeigt ein Feldverlaufsdiagramm 200 von sich bei der angegebenen Parameterwahl ergebenden Magnetfeldern. Auf einer horizontalen Achse ist die z- Richtung 105 in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse ist eine z-Komponente 205 des sich ergebenden Magnetfelds in beliebigen Ein- heiten dargestellt. Eine erste Kurve zeigt den Verlauf des Dipolfeldes 210, das sich ergibt, wenn die Primärspule 1 10 und die kleine Kompensationsspule 130 bestromt werden, während die große Kompensationsspule 120 unbestromt ist. Eine zweite Kurve zeigt den Verlauf des Quadrupolfeldes 220, das sich ergibt, wenn die Primärspule 1 10 und die große Kompensationsspule 120 bestromt werden, während die kleine Kompensationsspule 130 unbestromt verbleibt.

Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung des Feldverlaufsdiagramms 200 im Bereich um den Ort des Magnetfeldsensors 140, der sich am Ursprung in z-Richtung 105 befindet. Erkennbar ist, dass beide Magnetfelder 210, 220 am Ort des Magnetfeld- sensors 140 verschwinden. Das Dipolfeld 210 weist sogar einen Nullpunkt zweiter Ordnung (also eine Nullstelle der ersten Ableitung) auf, was besonders günstig hinsichtlich der Toleranz des Metallsensors 100 auf Fehlpositionierungen ist.

Der Metallsensor 100 lässt sich gut mit einem Gegentaktregler kombinieren, um die Spulen 1 10, 120, 130 anzuregen und den Magnetfeldsensor 140 auszulesen.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Gegentaktreglers 300. Der Gegentraktregler 300 weist einen ersten regelbaren Verstärker 330 und einen zweiten regelbaren Verstärker 340 auf. Der erste regelbare Verstärker 330 dient zum Bestromen einer ersten Spule 310, die beispielsweise die Primärspule 1 10 sein kann. Der zweite regelbare Verstärker 340 dient zum Bestromen einer zweiten Spule 320, die beispielsweise die große Kompensationsspule 120 oder die kleine Kompensationsspule 130 sein kann. Der Gegentaktregler 300 umfasst außerdem eine Signalquelle 350, die die beiden regelbaren Verstärker 330, 340 mit um 180° phasenverschobenen, sich periodisch ändernden Strömen versorgt.

Ein Sensor 370 des Gegentaktreglers 300 kann beispielsweise der Magnetfeldsensor 140 sein. Ein vom Sensor 370 gemessenes Signal kann über einen optionalen Verstärker 380 verstärkt werden, bevor es einem Synchrondemodulator 390 zugeführt wird, der auch eine Frequenzinformation von der Signalquelle 350 erhält und das vom Sensor 370 gelieferte Signal demoduliert. Das vom Synchrondemodulator 390 gelieferte Signal wird einem integrierenden Komparator 400 zugeführt, der die Amplituden der durch die regelbaren Verstärker 330, 340 ausgegebenen Spulenströme so regelt, dass am Ort des Magnetfeldsensors 140 auch bei Anwesenheit eines magnetisierbaren Objekts das Magnetfeld verschwindet. Der sich ergebende Regelwert unterscheidet sich bei Anwesenheit eines magnetisierbaren Objekts vom Regelwert bei Abwesenheit eines magnetisierbaren Objekts und kann zur Erkennung des Vorhandenseins des magnetisierbaren Objekts dienen.

Zusammengefasst werden also immer abwechselnd die Primärspule 1 10 und die große Kompensationsspule 120 bzw. die Primärspule 1 10 und die kleine Kompensationsspule 130 bestromt. Das sich jeweils am Ort des Magnetfeldsensors 140 ergebende Magnetfeld wird detektiert und erlaubt die Erkennung der Anwesenheit eines magnetisierbaren Objekts in der Umgebung des Metallsensors 100 sowie eine Bestimmung des Abstands des magnetisierbaren Objekts vom Metallsensor 100.

Bei geeigneter Anordnung der Spulen 1 10, 120, 130 sowie geeigneter Wahl der Windungszahlen, der Wicklungssinne und der Durchmesser ist es möglich, die Spulen 1 10, 120, 130 elektrisch seriell zu verschalten. Sie werden dann stets vom selben elektrischen Strom durchflössen, wodurch durch Umgebungseinflüsse bewirkte Änderungen dieses Stroms sich nicht auf die Feldkompensation am Ort des Magnetfeldsensors 140 auswirken.

Die Verwendung von periodischen Anregungsfeldern ist vorteilhaft, da sich der durch das zu detektierende Objekt bedingte Anteil des Empfangssignals aufgrund seiner Frequenz dann sehr gut von Störungen und von Rauschen trennen lässt. Dies kann beispielsweise mittels des Gegentaktreglers 300 erfolgen.

Die Spulen 1 10, 120, 130 können als Printspulen gefertigt sein. In diesem Fall sind die durch das zu detektierende Objekt erzeugten Sekundärfelder sehr klein, weshalb sich als Magnetfeldsensor 140 in diesem Fall insbesondere AMR- oder GMR-Sensoren eignen.

In komplexeren Ausführungen des Metallsensors 100 können weitere Sendespulen und auch weitere Magnetfeldsensoren vorhanden sein. Dies kann eine bildgebende Darstellung oder eine Erkennung von lateralen Objektpositionen und Objektorientierungen ermöglichen und eine Triangulation erlauben. Höhere Mul- tipolordnungen können ebenfalls verwendet werden, weisen allerdings eine geringe räumliche Reichweite auf.

Figur 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Messgeräts 500, das einen Metallsensor 100 der vorgenannten Art umfasst. Das Messgerät 500 ist als handgehaltenes Messgerät ausgebildet und dient zur Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten. Beispielsweise kann das Messgerät 500 zum Auffinden von metallischen oder magnetisierbaren Objekten in Wänden, Böden oder im Erdreich dienen.

Das Messgerät 500 weist ein Gehäuse 510 auf. Innerhalb des Gehäuses 510 ist der Metallsensor 100 angeordnet. Das Gehäuse 510 weist eine Anzeigevorrichtung 520 auf, die dazu dienen kann, einem Benutzer des Messgeräts 500 ein Vorhandensein eines detektierten Objekts anzuzeigen. Die Anzeigevorrichtung 520 kann beispielsweise ein Bildschirm oder eine Leuchtdiode sein. Das Messgerät 500 weist außerdem ein Bedienelement 530 auf, mit dem ein Benutzer des Messgeräts 500 das Messgerät 500 ein-, aus- und umschalten kann. Ferner weist das Gehäuse 510 des Messgeräts 500 eine Markierungshilfe 540 auf, die als durch das Messgerät 500 verlaufender Durchbruch ausgebildet ist. Wird das Messgerät 500 durch einen Benutzer beispielsweise an einer Wand entlang geführt, und detektiert das Messgerät 500 ein Vorhandensein eines in der Wand befindlichen Gegenstands, so kann der Benutzer des Messgeräts 500 die Position des detektierten Objekts durch den Durchbruch der Markierungshilfe 540 markieren.

Claims

Ansprüche

1 . Metallsensor (100)

mit einer Primärspule (1 10), die in einer ersten Ebene (1 15) angeordnet ist, einer ersten Kompensationsspule (120), die in einer zweiten Ebene (125) angeordnet ist,

einer zweiten Kompensationsspule (130), die in einer dritten Ebene (135) angeordnet ist,

und einem Magnetfeldsensor (140), der in einer vierten Ebene (145) angeordnet ist,

wobei die erste Ebene (1 15), die zweite Ebene (125), die dritte Ebene (135) und die vierte Ebene (145) parallel zueinander und jeweils senkrecht zu einer gemeinsamen z-Richtung (105) orientiert sind.

2. Metallsensor (100) gemäß Anspruch 1 ,

wobei die Primärspule (1 10), die erste Kompensationspule (120) und die zweite Kompensationsspule (130) kreisförmig ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind.

3. Metallsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die dritte Ebene (135) identisch mit der ersten Ebene (1 15) oder der zweiten Ebene (125) ist.

4. Metallsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die vierte Ebene (145) identisch mit der ersten Ebene (1 15), der zweiten Ebene (125) oder der dritten Ebene (135) ist.

5. Metallsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,

wobei die dritte Ebene (135) und die vierte Ebene (145) einen ersten Abstand (152) von weniger als 2mm voneinander aufweisen,

wobei die vierte Ebene (145) zwischen der ersten Ebene (1 15) und der zweiten Ebene (125) angeordnet und von der ersten Ebene (1 15) und von der zweiten Ebene (125) jeweils etwa gleich weit beabstandet ist,

wobei die Primärspule (1 10) und die erste Kompensationspule (120) Durchmesser aufweisen, die sich um nicht mehr als 5% unterscheiden, wobei die Primärspule (1 10) und die erste Kompensationspule (120) Windungszahlen aufweisen, die sich um nicht mehr als 10% unterscheiden, wobei die Primärspule (1 10) mit einem ersten Strom, die erste

Kompensationspule (120) mit einem zweiten Strom und die zweite Kompensationsspule (130) mit einem dritten Strom beaufschlagbar ist,

wobei der erste Strom, der zweite Strom und der dritte Strom etwa identische Absolutwerte aufweisen,

wobei die zweite Kompensationsspule (130) eine Windungszahl aufweist, die einen Bruchteil der Windungszahl der Primärspule (1 10) beträgt,

wobei die zweite Kompensationsspule (130) einen Durchmesser aufweist, der sich um einen kleinen Korrekturwert von demselben Bruchteil des Durchmessers der Primärspule (1 10) unterscheidet.

Metallsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärspule (1 10) und die erste Kompensationsspule (120) derart bestromt werden können, dass ein erstes Magnetfeld (220) erzeugt wird, wobei das erste Magnetfeld (220) in der Ferne quadrupolformigen Charakter aufweist,

wobei eine Komponente des ersten Magnetfelds (220) in z-Richtung (105) am Ort des Magnetfeldsensors (140) näherungsweise verschwindet, falls sich kein magnetisierbares Objekt in der Umgebung des Metallsensors (100) befindet.

Metallsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärspule (1 10) und die zweite Kompensationsspule (130) derart bestromt werden können, dass ein zweites Magnetfeld (210) erzeugt wird,

wobei das zweite Magnetfeld (210) in der Ferne dipolförmigen Charakter aufweist,

wobei eine Komponente des zweiten Magnetfelds (210) in z-Richtung (105) am Ort des Magnetfeldsensors (140) näherungsweise verschwindet, falls sich kein magnetisierbares Objekt in der Umgebung des Metallsensors (100) befindet.

8. Metallsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärspule (1 10), die erste Kompensationsspule (120) und die zweite Kompensationsspule (130) seriell verschaltet sind.

9. Metallsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei ein Gegentaktregler (300) zum Ansteuern der Primärspule (1 10), der ersten Kompensationsspule (120) und/oder der zweiten Kompensationsspule (130) vorgesehen ist.

10. Verfahren zum Betreiben eines Metallsensors (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Bestromen der Primärspule (1 10) und der ersten Kompensationsspule (120) während eines ersten Zeitintervalls;

- Bestromen der Primärspule (1 10) und der zweiten Kompensationsspule (130) während eines zweiten Zeitintervalls.

1 1 . Messgerät (500), insbesondere handgehaltenes Ortungsgerät zur Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten, mit zumindest einem Metallsensor (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9.