專利名稱：金屬的或磁性對象的檢測的制作方法
技術領域：
在對工件的確定的加工時存在風險隱藏在工件中的物體通過加工被損壞。例如，在向墻鉆孔時可能損壞在墻內伸展的輸水管道、電流管線或氣體管道。在相反的情況下可能值得期望的是，恰好如此執(zhí)行加工，使得隱藏在工件中的物體被一起加工，例如當來自上面的例子中的孔應該通過墻內的鋼筋或支承構造伸展時。
背景技術：
為了檢測這種隱藏的物體，基于線圈的金屬探測器在現(xiàn)有技術中是已知的。這種探測器在測量區(qū)域中產生磁場。如果金屬物體位于測量區(qū)域中，則物體由于其對所產生的磁場的影響而被識別出。經常，為了確定所產生的磁場使用至少兩個接收線圈，所述接收線圈這樣取向和相互連接，使得當在測量區(qū)域中不存在金屬對象情況下由兩個接收線圈共同 提供的測量信號趨于零(差動測量)。在一種變型方案中，使用多個用于產生磁場的發(fā)送線圈，所述發(fā)送線圈如此被操控，使得與在測量區(qū)域中金屬對象的存在無關地，在兩個接收線圈中測量的信號趨于零(場補償測量)。DE 10 2007 053 881 Al描述了一種用于確定線圈關于兩個其他線圈的位置或角度的測量方法。為此，借助于兩個成角度地相互布置的發(fā)送線圈生成磁交變場。接收線圈被帶到磁場中并且發(fā)送線圈的操控這樣改變，使得在接收線圈中由發(fā)送線圈中的每一個感生相同的電壓。輸送給發(fā)送線圈的電流值的比例(Verhaeltnis)用作用于接收線圈關于發(fā)送線圈的位置和/或角度確定的尺度。DE 10 2004 047 189 Al描述具有印刷線圈的金屬探測器。本發(fā)明所基于的任務是提供用于金屬對象的簡單的和精確的探測器。本發(fā)明的另一任務在于說明用于確定金屬對象的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明借助于具有權利要求I的特征的測量設備和具有權利要求7的特征的方法來解決所述任務。從屬權利要求說明優(yōu)選的實施方式。根據(jù)本發(fā)明，用于檢測金屬對象的測量設備包括用于產生磁場的發(fā)送線圈以及與發(fā)送線圈連接的補償網絡，其中在發(fā)送線圈與補償網絡的連接上施加差電壓?？刂蒲b置被設置用于這樣給發(fā)送線圈和補償網絡供應交變電壓，使得差電壓的與交變電壓時鐘同步的交流電壓分量按數(shù)值最小化?？刂蒲b置被設立用于當交變電壓的比例不對應于(korrespondiert)流經發(fā)送線圈和補償網絡的電流的比例時檢測到金屬對象。因此可以借助于僅一個唯一的發(fā)送線圈來可靠地檢測金屬對象。在此，施加在發(fā)送線圈和施加在補償網絡上的交變電壓總是如此被調節(jié)，使得即使在發(fā)送線圈和補償網絡的阻抗不相等時，在發(fā)送線圈和補償網絡上下降的電壓也彼此相應。調節(jié)信號被解釋為實際上的測量信號。優(yōu)選地，交變電壓是交流電壓，以便周期性地在數(shù)值上和相位上改變發(fā)送線圈的磁場。交流電壓能夠實現(xiàn)同步調制，由此可以非常有效地抑制具有不等于調制頻率的頻率的干擾信號。此外，可以通過交流電壓產生交變的磁場，以便在例如銅的非磁性材料中感生渦流，基于所述渦流于是可以探測所述非磁性材料。補償網絡可以包括至少一個復電阻。發(fā)送線圈和補償網絡的阻抗可以相等并且發(fā)送線圈和補償網絡可以以相同的方式遭受諸如溫度和老化效應的干擾影響，使得總起來說，干擾影響的影響得以補償。測量設備的校準于是可以在測量設備的制造范圍中一次地進行并且由用戶進行的其他校準可以取消?？梢栽O置在發(fā)送線圈和補償網絡之間的連接，其中控制裝置被設立用于根據(jù)在連接上所施加的差電壓控制電壓供應。因此，可以容易地和準確地確定指示流經發(fā)送線圈和流經補償網絡的電流的比例的電壓。補償網絡可以具有可變阻抗。由此，測量設備的靈敏度可以是可控制的。阻抗可以是離散地或分級地可變的并且尤其是根據(jù)測量信號來執(zhí)行。補償網絡也可以在磁方面被屏蔽。 按照本發(fā)明的另一方面，用于檢測金屬對象的方法包括步驟給發(fā)送線圈和與發(fā)送線圈連接的補償網絡供應交變電壓，確定施加在發(fā)送線圈與補償網絡的連接上的差電壓，其中給發(fā)送線圈和補償網絡供應交變電壓這樣來進行，使得差電壓的與交變電壓時鐘同步的交流電壓分量按數(shù)值最小化；和當交變電壓的比例不對應于流經發(fā)送線圈和補償網絡的電流的比例時,檢測到對象。本發(fā)明也可以被實施為計算機程序產品，其中本發(fā)明計算機程序產品包括用于執(zhí)行所述方法的程序代碼裝置并且可以在處理裝置上運行或者被存儲在計算機可讀的數(shù)據(jù)載體上。


下面參照附圖更精確地描述本發(fā)明，其中
圖I示出測量設備的方塊 圖2示出圖I的測量設備細節(jié)視 圖3示出圖I的測量設備的多個發(fā)送線圈的布置；和 圖4示出圖I的測量裝置的方法的流程圖。
具體實施例方式圖I示出測量設備100的方塊圖。測量設備100是用于檢測例如由含鐵的材料組成的金屬對象的金屬探測器105的部分。時鐘發(fā)生器110具有兩個輸出端，所述時鐘發(fā)生器在所述輸出側處提供移相的、優(yōu)選地移相180°的周期性交變信號。交變信號尤其可以包括矩形信號、三角形信號或正弦信號。時鐘發(fā)生器的輸出端與第一可控放大器115或第二可控放大器120連接?？煽胤糯笃?15、120中的每一個均擁有控制輸入端，所述可控放大器115、120中的每一個經由所述控制輸入端接受信號，所述信號控制可控放大器115、120的放大因子。第一可控放大器115的輸出端與第一發(fā)送線圈125連接，并且第二可控放大器120的輸出端與補償網絡130連接。補償網絡130提供阻抗，所述阻抗位于發(fā)送線圈125的所述阻抗的范圍中。在幾個實施方式中，補償網絡130可以具有可變阻抗。下面描述一種實施方式，其中發(fā)送線圈125和補償網絡130的阻抗彼此相應。但這對于測量設備100的功能一般不需要。發(fā)送線圈125的第二端子與引向地的分流電阻138并且與引向輸入放大器140的電阻135a連接。補償網絡130擁有地端子并且經由電阻135b與輸入放大器140連接。在分流電阻138上下降的電壓與流經發(fā)送線圈125的電流成比例。流經電阻135a和135b的電流得出經由第三電阻139流向地的總電流。該電流與在分流電阻138上下降的電壓以及在補償網絡130中下降的電壓之和成比例。從而，在電阻139上相對地下降的電壓與在分流電阻138上下降的電壓以及在補償網絡130中下降的電壓之和成比例。該電壓施加在輸入放大器140的輸入端上。輸入放大器140的輸出端與同步解調器145連接。同步解調器145另外與時鐘發(fā)生器110連接并且從該時鐘發(fā)生器接收時鐘信號，所述時鐘信號指示在時鐘發(fā)生器110的 輸出端處提供的信號的相位角值。在一種簡單的實施方式中，其中由時鐘發(fā)生器110提供的信號是對稱矩形信號，可以使用輸出信號之一作為時鐘信號。同步解調器145基本上基于由時鐘發(fā)生器110提供的時鐘信號交替地在其上面的或下面的輸出端處轉接從輸入放大器140接收的信號。同步解調器145的兩個輸出端與積分器(積分比較器)150連接，所述積分器這里被表示為與兩個電阻和兩個電容器接線的運算放大器。另外的實施方式同樣是可能的，例如作為有源低通濾波器。在到同步解調器145的連接方面積分器150的數(shù)字實施也是可設想的，其中信號在同步解調器145的輸出端處在一個半波內在一個或多個時刻從模擬的被轉換成數(shù)字的并且然后與來自下一半波的相應的值比較。差被積分并且例如再次被轉化成模擬信號并且被用于控制放大器。當同步解調器145在其下面的輸出端處提供由輸入放大器140接收的測量信號的時候，積分器150在該時間上對該信號進行積分并且在其輸出端處提供結果。當同步解調器145在其上面的輸出端處提供從輸入放大器140接收的測量信號的時候，該測量信號在該時間上反相地由積分器150積分并且結果在積分器150的輸出端處被提供。在積分器150的輸出端處的電壓是同步解調器150的經低通濾波的輸出的差的積分。由積分器150提供的信號經由端子155被提供用于進一步處理。附加地，微計算機175可以與可控放大器115、120的控制輸入端連接。微計算機175執(zhí)行所提供的信號與閾值的比較并且在輸出端180處輸出信號，所述信號指示金屬對象。該信號可以以光學和/或聲學的方式呈現(xiàn)給金屬探測器105的用戶。微計算機175此外可以執(zhí)行對從可控放大器115、120的控制輸入端截取的信號的進一步處理并且根據(jù)其來控制測量設備100的參數(shù)。例如，在時鐘發(fā)生器110的輸出端處的交變電壓的頻率或信號形狀可以變化或者接收放大器140的靈敏度可以被改變。在另一實施方式中，測量設備100的所示元件中的其他元件通過微計算機175實現(xiàn)，例如時鐘發(fā)生器110、同步解調器145或積分器150。積分器150的相同的信號也可以被用于控制可控放大器115和120的放大因子，其中第二可控放大器120直接與積分器150的輸出端連接并且第一可控放大器115借助于反相器160與積分器150的輸出端連接。反相器160這樣引起給其所提供的信號的翻轉，使得根據(jù)積分器150的輸出信號，第一可控放大器115的放大因子以至少與第二可控放大器120的放大因子減小的程度增加或者相反。也可設想，僅控制兩個可控放大器115、120之一的放大因子，而第二可控放大器115、120的放大因子被保持在固定的值。如果金屬對象170不處于由發(fā)送線圈125產生的磁場的區(qū)域中，則發(fā)送線圈125和補償網絡130的阻抗大小相同并且在電阻135a和135b之間施加電壓零。必要時，在將金屬對象170帶到發(fā)送線圈125的區(qū)域中之前可以根據(jù)所述條件校準測量設備100。如果金屬對象170處于發(fā)送線圈125的區(qū)域中，則由此發(fā)送線圈125的阻抗和從而流經發(fā)送線圈125的電流變化。與此相應地，在電阻135a、135b之間施加的電壓的時鐘同步的交流電壓分量不等于零并且在積分器150的輸出端處施加的信號相對于零以一個數(shù)值改變。然后，可控放大器115和120互相相反地如此在其放大因子方面被改變，即施加在發(fā)送線圈125上和施加在補償網絡130上的電壓這樣被改變，使得在電阻135a和135b之間施加的電壓的時鐘同步的交流電壓分量再次被減小到零。金屬對象170的存在可以通過將積分器150的輸出電壓與零比較來檢測。
在發(fā)送線圈125和補償網絡130的阻抗不同的情況下，在端子155處輸出的信號在無對象的情況下不是零，而是另外的預先確定的值。于是關于預先確定的值進行調節(jié)值的上述比較。預先確定的值的確定可以在校準的范圍中被確定，其方式是，在不存在金屬對象時確定在端子155處的信號。補償網絡130有利地盡可能如此被設計，使得所述補償網絡遭受與發(fā)送線圈125的溫度和老化效應相應的溫度和老化效應，以便通過同向地影響元件125、130來總體上補償通過溫度和老化對測量設備100的影響。在該情況下，對測量設備100的校準可以在制造測量設備100時一次地被執(zhí)行并且不必由用戶在與要執(zhí)行的測量時間接近地重復。圖2示出補償網絡130的擴展表示。在簡單的實施方式中，補償網絡130僅僅包括復分壓器210，所述復分壓器包括復電阻220和230。復電阻220、230這樣被選擇，使得所述復電阻共同地構成阻抗，當要檢測的金屬對象不處于由發(fā)送線圈125產生的磁場的區(qū)域中時，所述阻抗相應于發(fā)送線圈125的阻抗。第二可控放大器120的借助于電阻220和230對地劃分的電壓借助于第二電阻135b f禹合輸出并且引導到輸入放大器140,如上面參照圖I所述的。在補償網絡130的其他實施方式中，還設置其他復電阻240，所述其他復電阻借助于開關250可以與復電阻230并聯(lián)。通過操作開關250可以在補償網絡130的兩個不同的阻抗之間切換。以相應的方式也還可以通過對還有另外的和/或其他的復阻抗(如復阻抗240)的并聯(lián)或串聯(lián)接線來實現(xiàn)其他阻抗。在示例性實施中，開關250由閾值開關260操控，所述閾值開關包括比較器(運算放大器)270和兩個電阻280和190。電阻280和290構成在測量設備100的供應電壓U和地之間的分壓器。所劃分的電壓被引導給比較器270的非反相輸入端。比較器270的反相輸入端與積分器150的輸出端或端子155連接。如果由積分器150提供的電壓超過通過分壓器280、290提供的電壓，則比較器270操作開關250并且由此改變補償網絡130的阻抗。圖3示出具有用于圖I的測量設備100的多對發(fā)送線圈和補償網絡的布置300。除了具有電阻135a、135b的補償網絡130和發(fā)送線圈125的參照圖I所述的布置之外，以相應的接線設置具有其他電阻335a、335b的其他補償網絡330和其他發(fā)送線圈325。未示出對應于圖I中分流電阻138的從發(fā)送線圈125、325的端子引向地的電阻。同樣在圖3中沒有示出圖I的與輸入放大器140連接的電阻139。線圈125和325可以被實施為電路板上的印刷電路(“印刷線圈”)。在同一電路板上還可以布置測量裝置100的其他元件。兩個相互耦合的開關310和320可選地分別將發(fā)送線圈125和補償網絡130的端子或者發(fā)送線圈325和補償網絡330的端子與圖I的可控放大器115、120的輸出端連接。在彼此對應的電阻135a、135b、335a和335b之間的連接相互連接并且引向輸入放大器140。在另一實施方式中，僅設置補償網絡130，其與不同的發(fā)送線圈125、135接線。開關320在該情況下可選地將第二電阻135b的未與補償網絡130連接的端子與第一電阻135a、335a之一連接。元件335b和330取消。如果當開關115和120被切換時，輸入放大器140處的差電壓改變，則可以基于線圈125、325的幾何布置來推導出金屬對象210所處于的方向，例如通過三角測量。同樣可設想的是，推斷出金屬對象的距離。方向確定可以通過其他發(fā)送線圈來精細化。如果使用·大量足夠密集地相互布置的發(fā)送線圈，則可以將測量設備100的分辨率升高直至形象化的范圍。圖4示出用于根據(jù)圖I和2的測量設備100檢測金屬對象210的方法400的示意性流程圖。在步驟410中，分別給發(fā)送線圈125和補償網絡130供應交變電壓，其中電壓被相互移相、優(yōu)選地移相180°。在隨后的步驟420中，確定差電壓，所述差電壓出現(xiàn)在電阻135a和135b處并且指示流經發(fā)送線圈325的電流與流經補償網絡330的電流的比例。接著，在步驟430中與所述交變電壓的相位同步地解調差電壓并且對結果進行積分。在步驟440中，基于所積分的結果這樣相互相反地操控可靠放大器115和120，直至差信號的時鐘同步的交流電壓分量再次接近零。最后，在步驟450中比較，所積分的結果是否與零偏差超過預先確定的數(shù)值并且在該情況下檢測到金屬對象170。可選地可以將對金屬對象170的光學和/或聲學指示輸出給用戶。
權利要求
1.用于檢測金屬對象(170)的測量設備(100)，其中所述測量設備(100)包括以下 -用于產生磁場的發(fā)送線圈(125)； -與發(fā)送線圈(125)連接的補償網絡(130)； -其中在發(fā)送線圈(125)與補償網絡(130)的連接上施加差電壓； -控制裝置(110-120，145-160)，其用于給發(fā)送線圈(125)和補償網絡(130)供應交變電壓，使得差電壓的與交變電壓時鐘同步的交流電壓分量按數(shù)值被最小化； 其特征在于， -所述控制裝置(110-120，145-160)被設立用于當所述交變電壓的比例不對應于流經發(fā)送線圈(125 )和補償網絡(130 )的電流的比例時檢測到金屬對象(170)。
2.根據(jù)前述權利要求之一所述的測量設備(100)，其特征在于，所述交變電壓是彼此移相的交流電壓，以便周期性地在數(shù)值上和相位上改變發(fā)送線圈(125)的磁場。
3.根據(jù)前述權利要求之一所述的測量設備(100)，其特征在于，所述補償網絡(130)包括至少一個復電阻。
4.根據(jù)前述權利要求之一所述的測量設備(100)，其特征在于，所述補償網絡(130)具有可變阻抗。
5.根據(jù)前述權利要求之一所述的測量設備(100)，其特征在于，所述阻抗分級地可改變。
6.根據(jù)權利要求5或6所述的測量設備(100)，其特征在于，所述控制裝置(110-120，145-160)被設立用于根據(jù)交變電壓的差別控制所述阻抗。
7.用于檢測金屬對象(170)的方法(400)，包括以下步驟 -給發(fā)送線圈(125)和與發(fā)送線圈(125)連接的補償網絡(130)供應(410)交變電壓； -確定施加在發(fā)送線圈(125)與補償網絡(130)的連接上的差電壓； -其中給發(fā)送線圈(125)和補償網絡(130)供應(410)交變電壓這樣來進行，使得差電壓的與交變電壓時鐘同步的交流電壓分量按數(shù)值最小化；和 -當交變電壓的比例不對應于流經發(fā)送線圈(125)和補償網絡(130)的電流的比例時，檢測到(440)對象(I 70)。
8.計算機程序產品，具有用于當計算機程序產品在處理裝置上運行或者被存儲在計算機可讀的數(shù)據(jù)載體上時執(zhí)行權利要求7所述的方法的程序代碼裝置。
全文摘要
用于檢測金屬對象的測量設備包括用于產生磁場的發(fā)送線圈和與發(fā)送線圈連接的補償網絡，其中在發(fā)送線圈和補償網絡之間施加差電壓。測量設備另外包括控制裝置，所述控制裝置用于這樣給發(fā)送線圈和補償網絡供應交變電壓，使得差電壓的與交變電壓時鐘同步的交流電壓分量按數(shù)值最小化。控制裝置被設立用于當交變電壓的比例不對應于流經發(fā)送線圈和補償網絡的電流的比例時，檢測金屬對象。
文檔編號G01V3/10GK102870012SQ201180022788
公開日2013年1月9日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權日2010年5月7日
發(fā)明者T.齊博爾德, A.阿爾布雷希特 申請人:羅伯特·博世有限公司